JP3731595B2 - 組電池 - Google Patents

Description

本発明は、高エネルギー密度かつ小型軽量で大きなエネルギーを供給する電力源として最適な組電池に関する。

近年、環境意識の高まりを受けて、自動車の動力源を、化石燃料を利用するエンジンから電気エネルギーを利用するモータに移行しようとする動きがある。このため、モータの電力源となる電池の技術も急速に発展しつつある。

自動車には、小型軽量で、大きな電力を頻繁に充放電可能な、耐震動性、放熱性に優れた電池の搭載が望まれる。大きな電力を供給することができる放熱性に優れた組電池としては、下記特許文献１に示すようなものがある。

特許文献１に開示されている組電池は、直列、並列または直並列に電気的に接続された複数の扁平型単電池を、当該単電池の厚み方向に所定の間隔で配置し、単電池間に両側の単電池を押圧する押圧部材を配置して、外装部材によって複数の単電池を固定したものである。このような構造とすることによって単電池の放熱特性を良好にして組電池としてのサイクル特性、レート特性を向上させている。
特開２０００−１９５４８０号公報（段落番号「００１４」〜段落番号「００２９」および図１、図２、図４の記載を参照）

特許文献１の組電池は、単電池として扁平形電池を用いているため、扁平形電池以外の電池を用いて構成した従来の組電池に比較してエネルギー密度が高く、同一の電力容量の電池であれば小型化が可能である。このため、扁平形電池で構成された組電池は、小型、高エネルギー密度という点では自動車搭載用電池として適している。

しかしながら、特許文献１の組電池は、蓄電システム用に開発された組電池であるため、生産効率性、小型軽量化、対振動性、高信頼性が要求される自動車用の組電池として使用できるようにするためにはその構造に大きな改良を加える必要がある。

具体的には、生産効率を高くできる組電池の構造を考える必要があり、また、小型軽量化のためにできるだけ少ない部品により容積効率が最大になるように単電池を配置して組電池を構成できるようにし、さらに、頻繁に充放電が繰り返えされても単電池内部で発生するガスによって容量低下、寿命の低下を起こさないような構造にし、そして、常に振動にさらされていても安定して動作できる耐振動性を備えた構造にし、単電池を極めて高密度に配置しても効率的に放熱が行われるようにするといった種々の改良を加える必要がある。

本発明は、上記の要求に応えることができる、高エネルギー密度かつ小型軽量で大きなエネルギーを供給する電力源として最適な構造を備えた組電池の提供を目的とする。

本発明の組電池は、積層された複数個の扁平型単電池と、導電性を有する導電手段と、絶縁性を有する絶縁手段と、を有し、複数の前記単電池は、該単電池の積層方向に対して直交する方向に伸びる正極および負極の２つの出力端を有し、該出力端の極性が積層方向に正負交互になるように積層され、前記導電手段および前記絶縁手段は、前記単電池の出力端を前記積層方向の両側から挟んで、前記積層方向に交互に配置され、複数の前記単電池を積層方向に電気的に直列接続する。

本発明によれば、導電手段および絶縁手段が、単電池の積層方向に単電池の出力端を挟んで交互に配置され、単電池を積層方向に電気的に接続するので、溶接半田付けなどを行う必要がなく、工数を削減でき、容易に組電池内で単電池を接続する回路を構成できる。

本発明に係る組電池は、単電池を複数積層してなる組電池において、導電性部材の導通ワッシャ（導電手段）と絶縁性部材の絶縁ワッシャ（絶縁手段）とを用いて、組電池内で単電池を接続する回路を構成することを特徴としている。

この特徴は、さまざまな態様の組電池に適用することができる。以下では、本発明に係る組電池を［実施の形態１］から［実施の形態３］に分けて、図面を参照しつつ、詳細に説明する。

［実施の形態１］
図１は実施形態１に係る組電池を示す斜視図である。

最初に本発明の組電池の概略構成を説明し、各部の詳細については後述する。

本発明の組電池は、積層された複数個の扁平型単電池１（以下、単に単電池という）と、該単電池１と共に積層されるヒートシンク２と、単電池１間および単電池１とヒートシンク２との間に配置される高摩擦シート３と、積層された複数個の単電池１を積層方向の両面から加圧して一体的に保持する保持手段４とを有する。高摩擦シート３については、図３に示す。

単電池１は、積層方向に直列に接続されている。単電池１から伸びる２つの電極タブは、それぞれ、タブ間に配置された導通ワッシャおよび絶縁ワッシャを交互に配置することにより、短絡しないように接続されている。詳細は後述する。

以下、各構成について詳細に説明する。

＜単電池＞
図２は単電池を示す斜視図、図３は図１に示す組電池のＡ−Ａ断面図である。

単電池１は、扁平型に形成された電池であり、正極板、負極板およびセパレータを順に積層した積層型の発電要素（不図示）を内部に複数含む。単電池１は、例えば、リチウムイオン二次電池などの二次電池である。組電池においては、単電池１は、内包する発電要素の積層方向と同じ方向に積層される。

単電池１は、積層方向に対して直交する方向に伸びる２つの出力端である電極タブとして、正極タブ１０と負極タブ１２とを有する。単電池１は、正極タブ１０および負極タブ１２に、それぞれ、穴部１１、１３が設けられている。

単電池１は、穴部１１、１３に表面が絶縁処理された絶縁ピン５２（図７参照）が挿通されている。図３に示すように、積層方向に位置する単電池１は、電極タブの極性が積層方向に正負交互に、すなわち、正極タブ１０、負極タブ１２が交互に積層されている。

絶縁ピン５２には、正極タブ１０および負極タブ１２を挟んで、導通ワッシャ５０または絶縁ワッシャが交互に配置されている。例えば、図３に示す場合では、正極タブ１０とその上の階層の負極タブ１２との間には、絶縁ワッシャ５１が配置され、負極タブ１２とその上の階層の正極タブ１０との間には、導通ワッシャ５０が配置される。

導通ワッシャ５０は、銅などの導電性金属から形成され、その上下に接触する正極タブ１０と負極タブ１２とを電気的に導通する。絶縁ワッシャ５１は、セラミックなどの絶縁性金属から形成され、その上下に接触する正極タブ１０と負極タブ１２とを絶縁する。導通ワッシャ５０および絶縁ワッシャ５１は、単電池１の正極タブ１０と負極タブ１２とが直接接触しないように、スペーサの役割も果たす。

同じ階層のワッシャに注目すると、本実施の形態では、正極端子１０上に絶縁ワッシャ５１が配置され、負極端子１１上に導通ワッシャ５０が配置されている。

このように正極タブ１０および負極タブ１２が積層方向に交互に配置されることによって、図３に示すように、積層の上層から下層に向かって電流が流れるように、単電池１を接続する回路が構成される。積層の下層から上層に向かって電流を流したい場合には、導通ワッシャ５０と絶縁ワッシャ５１との配置を逆にする。

絶縁ピン５２は、金属棒の表面を熱収縮チューブで覆ったり、樹脂の塗装、コーティングまたは被覆等したりして、絶縁処理が施されている。絶縁ピン５２は、上下からナット５３が締め付けられる。これにより、単電池１の電極タブ１０、１２は、導通ワッシャ５０および絶縁ワッシャ５１にしっかり挟み込まれる。したがって、電極タブ１０、１２間の導通または絶縁が確実となる。

ここで、導通ワッシャ５０および絶縁ワッシャ５１の表面粗さは、できるだけ小さいことが好ましい。表面粗さが大きいと、導通ワッシャ５０および絶縁ワッシャ５１をナット５３により両側からしめつけたときに表面がへたってしまい、へたった分、締結力が低下して、電極タブ１０、１２と導通ワッシャ５０との間の電気的抵抗が増大する為、電極タブ１０、１２との接続信頼性が低下してしまうからである。

なお、図３に示すように、上層から下層に向かって電流が流れる回路構成の場合、ナット５３ａと導通ワッシャ５０との間、および、ナット５３ｂと絶縁ワッシャ５１ｂとの間に、電力端子を配置し電流が取り出せるようにすることによって、たとえば、電池の電圧を不図示のコントローラによって検出できるようにしている。図１に示す組電池を複数組み合わせる際にも、該電力端子を用いることができる。

＜ヒートシンク＞
図４は、２種類のヒートシンクを示す斜視図である。

ヒートシンク２には、図５に示すように、組電池の積層の最外層に配置される外層ヒートシンク２ａと、単電池１と共に途中に積層される内層ヒートシンク２ｂとの２種類がある。

いずれのヒートシンク２ａ、２ｂも、空気等の冷媒が通り抜け可能な複数の通風孔２０が形成されている。これらの通風孔２０は、２枚の板材の表面にそれぞれ複数の溝を形成し、溝同士が合うように２枚の板材を貼り合わせて形成される。非常に薄いヒートシンク２ａ、２ｂに通風孔をくりぬき加工するのは困難であるからである。なお、本実施形態では、上述のようにヒートシンクを２枚の板材で形成しているが、たとえば、押し出し成形によって１体の部材としてもよい。

外層ヒートシンク２ａは、積層される単電池１の電極タブ１０、１２を露出するための切り欠き２１が形成されている。該切り欠き２１を挟んで、四隅に孔２２が形成されている。孔２２は、外層ヒートシンク２ａ間に配置され、単電池１に必要な面圧を加えるための加圧ユニット４０（図５参照）を取り付けるために設けられている。

内層ヒートシンク２ｂには、外層ヒートシンク２ａのような孔２２はない。内層ヒートシンク２ｂは、組電池に積層されるときには、単電池１と共に加圧ユニット４０による面圧により保持されている。内層ヒートシンク２ｂは、例えば、図３に示すように、単電池１が４枚積層されたら、その上に１枚積層されるといった具合に、単電池１間に配置される。これにより、積層の中央の単電池１の発熱も放散できる。

＜高摩擦シート＞
高摩擦シート３は、図３および図４に太線で示すように、単電池１間または単電池１とヒートシンク２との間に配置される。高摩擦シート３は、たとえば、シリコンゴムをシート状に形成したものである。シリコンゴムは、単電池１同士を直接積層した場合の摩擦抵抗より高い摩擦抵抗を発現する。したがって、単電池１間または単電池１とヒートシンク２との間に介在させることにより、これらの横ズレを防止する。

一方で、高摩擦シート３は、横ズレに対しては高い摩擦力を発現するが、単電池１の積層方向に対しては、ほとんど粘着力を発現しない。したがって、高摩擦シート３は、単電池１およびヒートシンク２に対しては非接着性を有している。換言すると、高摩擦シート３は、単電池１同士、または単電池１とヒートシンク２とを恒久的に接合するものではなく、所望のときに、それらを積層方向に分離し得る性質を有する。

＜保持手段＞
保持手段４は、最外層に積層される外層ヒートシンク２ａ（保持プレート）と、外層ヒートシンク２ａ間に配置される加圧ユニット４０と、加圧ユニット４０を外層ヒートシンク２ａに取り付けるナット４１とを含む。

外層ヒートシンク２ａは、上述の通り、組電池の最外層に積層され、単電池１を冷却する冷却手段として機能する。その一方で、外層ヒートシンク２ａは、中間に積層される単電池１および内層ヒートシンク２ｂに積層方向の面圧を付与しつつ保持する保持手段の一部としても機能する。保持手段の一部として、外層ヒートシンク２ａは、加圧ユニット４０により相互に接近される方向の力が加えられる。

加圧ユニット４０は、外層ヒートシンク２ａに設けられた孔２２に挿通されて、ナット４１により締結されている。加圧ユニット４０の具体的構成は、図５および図６に示される。

図５は加圧ユニットを示す図、図６は図１のＢ−Ｂ断面図である。特に、図５（Ａ）は加圧ユニットの全体構成を示す図、図５（Ｂ）はバネ保持部の構成を示す図であり、図６（Ａ）は加圧ユニットの初期状態を示す図、図６（Ｂ）は加圧ユニット４０を外層ヒートシンク２ａ間に取り付けた様子を示す図である。

加圧ユニット４０は、引張りコイルバネ４２（弾性体）と、引張りコイルバネ４２の両端を保持するバネ保持部４３とからなる。

引張りコイルバネ４２は、引き延ばされた状態で外層ヒートシンク２ａ間に取り付けられることによって、収縮しようと作用し、外層ヒートシンク２ａを相互に接近させる方向の弾性力を発現する。

バネ保持部４３は、本体部４４と、引張りコイルバネ４２のピッチＰ１よりも大きなピッチＰ２でねじ山が形成された螺合部４５と、螺合部４５から引張りコイルバネ４２の中心に向かって伸びる突合せ部４６と、本体部４４から伸びて外層ヒートシンク２ａに挿通される挿通部４７とを含む。

本体部４４は、引張りコイルバネ４２が外れないように、これに当接する。また、本体部４４は、加圧ユニット４０を組電池に取り付けたときに、外層ヒートシンク２ａと当接して、引張りコイルバネ４２の伸びを定める役割も果たす。

螺合部４５は、図示の通り、引張りコイルバネ４２の端部にねじ込まれて、引張りコイルバネ４２の内側と螺合し、これを固定する。螺合部４５は、図５（Ｂ）に示すように、表面にピッチＰ２のねじ山が形成されている。螺合部４５のピッチＰ２は、引張りコイルバネ４２のピッチＰ１より大きい。したがって、螺合部４５を図５（Ｂ）中矢印の方向にねじ込むことができる。螺合部４５をねじ込むことによって、突合せ部４６が、引張りコイルバネ４２の中央に向かって進行する。

引張りコイルバネ４２の両端から螺合部４５をねじ込んでいくと、図５（Ａ）に示すように、両側から進行してきた突合せ部４６が突き当たる。この状態で、引張りコイルバネ４２は自然長より伸ばされ、加圧ユニット４０の初期状態として、初期張力が与えられている。

挿通部４７は、その先端にナット４１に締結可能なねじ山が形成されている。挿通部４７の頭には、後述する回り止め用のスリット４８が設けられている。スリット４８に、マイナスドライバーを挿す等して、バネ保持部４３を容易に回り止めできる。

以上のような、加圧ユニット４０を、外層ヒートシンク２ａ間に配置すると、６（Ａ）に示すようになる。

ここで、挿通部４７は、外層ヒートシンク２ａの孔２２に挿通されている。この状態で、一方のバネ保持部４３を回り止めしながら、他方のバネ保持部４３の挿通部４７をナット４１で締結する。すると、バネ保持部４３がナット４１側に引き寄せられる。これを両方のバネ保持部４３で行うと、図６（Ｂ）に示すように、バネ保持部４３が引張りコイルバネ４２を保持した状態で相対的に引き離され、引張りコイルバネ４２が外層ヒートシンク２ａ間に引き伸ばされた状態で保持される。

このように、外層ヒートシンク２ａ間の幅に合わせて、引張りコイルバネ４２を引き伸ばすので、ナット４１の締め付けトルクに関わらず、引張りコイルバネ４２による収縮する方向の弾性力が得られる。該弾性力が外層ヒートシンク２ａによる単電池１への加圧力となる。

＜組み立て手順＞
次に、本発明の組電池を組み立てる様子を説明する。

図７は組電池を組み立てる様子を示す図である。

図７に示すように、最初に、外層ヒートシンク２ａを配置し、その上に、単電池１を積層する。ここで、単電池１は、積層方向に正極タブ１０および負極タブ１２が交互になるように、絶縁ピン５２に電極タブ１０、１２を挿通する。単電池１の電極タブ１０、１２を絶縁ピン５２に挿通する度に、導通ワッシャ５０または絶縁ワッシャ５１も絶縁ピン５２に挿通する。

導通ワッシャ５０および絶縁ワッシャ５１は、積層方向に交互になるように絶縁ピン５２に挿通する。同一単電池１の正極タブ１０および負極タブ１２上には、一方に導通ワッシャ５０が接触するように配置し、他方には絶縁ワッシャ５１が接触するように配置する。すなわち、同一単電池１の正極タブ１０および負極タブ１２上には、異なる種類のワッシャを配置する。

単電池１を複数段積層した後、例えば、単電池１を４枚積層した後に、内層ヒートシンク２ｂを配置する。このように、単電池１と内層ヒートシンク２ｂとの積層を繰り返した後、最後に、外層ヒートシンク２ａを積層する。外層ヒートシンク２ａ間に、加圧ユニット４０を配置し、加圧ユニット４０の引張りコイルバネ４２が外層ヒートシンク２ａ間で伸びるまで、ナット４１で締結する。以上の手順で、図１に示す組電池が組み上がる。

なお、単電池１、外層ヒートシンク２ａおよび内層ヒートシンク２ｂの積層時には、それらの表面に、高摩擦シート３を貼り付ける。

また、実施形態１では、縦に積層した組電池を１つだけ例示したが、これに限定されない。複数の単電池１を積層して出来た組電池を、複数個横に並べ、それらを接続することによって、より出力の高い電池モジュールとすることができる。この場合、一の組電池と他の組電池の両者に取り付けられるバスバーにより、組電池同士を電気的に接続する。バスバーは、例えば、ナット５３と共に絶縁ピン５２に取り付けられ固定される。

以上のように、実施形態１の組電池では、絶縁ピン５２に挿通される単電池１の正極タブ１０および負極タブ１２の合間に、導通ワッシャ５０および絶縁ワッシャ５１を積層方向に交互に挿通させている。したがって、積層上下の単電池１を接続する回路を、導通ワッシャ５０および絶縁ワッシャ５１の交互の配置により容易に構成できる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、単電池１の電極タブ１０、１２に直接絶縁ピン５２を挿通し、該絶縁ピン５２に導通ワッシャ５０および絶縁ワッシャ５１を交互に配置する場合について説明した。実施の形態２では、電極タブ１０、１２には直接絶縁ピン５２を挿通せず、電極タブ１０、１２から伸びるバスバー（出力端および並列接続手段）に絶縁ピン５２を挿通して、導通ワッシャ５０および絶縁ワッシャ５１を交互に配置する場合について説明する。

実施の形態２では、実施の形態１と同じ部材には同じ参照番号を付して、その説明は省略する。

図８は、実施の形態２に係る組電池を組み立てる様子を示す概略図である。

図８に示すように、２つの単電池１が一組として、正極タブ１０同士、および負極タブ１２同士がバスバー６により接続されて、単電池１同士が並列接続されている。バスバー６と、単電池１の正極タブ１０および負極タブ１２とは、例えば溶接により接合されている。つまり、この場合には、２つの単電池１の出力端はバスバー６となる。

以下では、正極タブ１０を接合するバスバー６を、バスバー６ａと称し、負極タブ１２を接合するバスバー６を、バスバー６ｂと称する。バスバー６ａ、６ｂには、絶縁ピン５２が挿通可能な穴部６０が設けられている。組電池を構成する際には、一組の単電池１は、該穴部６０に絶縁ピン５２が挿通されることによって積層される。ここで、単電池１を積層する際には、バスバー６ａ、６ｂが積層方向に交互になるように、絶縁ピン５２に挿通される。バスバー６ａ、６ｂが絶縁ピン５２に挿通されることによって、単電池１が位置決めされる。

絶縁ピン５２には、導通ワッシャ５０または絶縁ワッシャ５１も挿通される。導通ワッシャ５０および絶縁ワッシャ５１は、バスバー６ａ、６ｂ間に一つずつ積層方向に交互に配置される。たとえば、図８に示すように、図中最下層のバスバー６ａ上には絶縁ワッシャ５１が配置されるように挿通され、その上のバスバー６ｂ上には導通ワッシャ５０が挿通されるという具合である。

なお、図８中では、単電池１を積層する様子を示すために、ヒートシンク２ａ、２ｂについて図示を省略している。しかし、組電池を構成する際には、実施の形態１と同様に、積層の最外層には外層ヒートシンク２ａが配置され、単電池１を複数段積層するごとにヒートシンク２ｂも積層される。そして、外層ヒートシンク２ａ間に加圧ユニット４０が配置され、単電池１は面圧が付与されつつ、保持される。

以上のように、実施の形態２の組電池では、バスバー６ａ、６ｂが積層方向に交互に絶縁ピン５２に挿通され、また、導通ワッシャ５０および絶縁ワッシャ５１が積層方向に交互に絶縁ピン５２に挿通される。したがって、単電池１は、積層方向には直列接続され、積層方向に直交する方向には、並列接続される。

なお、実施の形態２では、２個の単電池１をバスバー６により並列接続する例について説明したが、これに限定されない。３個以上の単電池１を並列接続してもよい。

［実施の形態３］
実施の形態１、２では、直接単電池１を積層していた。しかし、実施の形態３では、単電池１をフレーム上に配置した状態で積層して組電池を構成する。以下では、図面を参照して、実施の形態３に係る組電池について説明する。ここでは、実施の形態１と同様の構成には、同一の参照番号を付して、その説明は省略する。

図９は、実施の形態３に係る組電池を示す斜視図、図１０はフレームを示す図、図１１はフレームを配置する様子を示す図、図１２は組電池を組み立てる過程を示す図、図１３は組電池内の回路構成を示す概略図である。なお、図１２では、導通ワッシャおよび絶縁ワッシャを見やすくするために、単電池の電極タブは省略している。

実施の形態３の組電池は、積層の最外層に外層ヒートシンク２ａが配置されており、その間に、フレーム７と内層ヒートシンク２ｂが積層されている。フレーム７を複数枚積層する度に、内層ヒートシンク２ｂが積層されている。

また、組電池は、組電池内で直列回路を構成するために、所定の部位に、バスバー８が取り付けられている。バスバー８については、後述する。

最初にフレームについて説明する。

＜フレーム＞
フレーム７は、図１０に示すように、一方の側に導通ワッシャ５０が埋め込まれ、他方の側に絶縁ワッシャ５１が埋め込まれている。導通ワッシャ５０は、フレーム７の厚みより若干厚く、かつ単電池１の厚みよりも薄く形成されている。絶縁ワッシャ５１は、導通ワッシャ５０と同様に、フレーム７よりも厚く、かつ単電池１の厚みよりも薄く形成されている。

フレーム７は、単電池１が嵌まり込んで所定の位置に配置されるように、位置決め部７０が形成されている。位置決め部７０は、単電池１の外形より小さく形成された切り欠き
である。位置決め部７０は、位置決め部７０上に単電池１を配置したときに、単電池１の周縁を保持しつつ、周縁以外で下層または上層の他の単電池１と接触可能な程度に、大きく開口されている。単電池１は、電極タブ１０、１２が導通ワッシャ５０および絶縁ワッシャ５１と接触するようにフレーム７上で位置決めされる。位置決めされたとき、導通ワッシャ５０、絶縁ワッシャ５１の穴の位置と、単電池１の正極タブ１０の穴部１１および負極タブ１２の穴部１３の位置とが一致する。

また、フレーム７には、積層時に加圧ユニット４０を挿通可能な穴部７１が設けられている。加圧ユニット４０は、実施の形態１、２では、単電池１の外で外層ヒートシンク２ａ間に設けられていたが、実施の形態３では、フレーム７、内層ヒートシンク２ｂおよび外層ヒートシンク２ａを貫通して外層ヒートシンク２ａ間に設けられる。

フレーム７上では、隣り合う単電池１の正極タブ１０、負極タブ１２の向きが逆になるように配置される。たとえば、図１１に示すように、図中手前側に、単電池１の正極タブ１０、負極タブ１２が交互にくるように、単電池１が配列される。

このように複数の単電池１が配列されたフレーム７は、図１２に示すように、加圧ユニット４０および絶縁ピン５２が挿通されて、複数枚積層される。なお、加圧ユニット４０および絶縁ピン５２は、共に外層ヒートシンク２ａに図示しないナットで固定され、立設されている。また、加圧ユニット４０は、組電池の組み立て後には、図９に示すように、外層ヒートシンク２ａ間に固定され、これらを相互に接近する方向の力を付与し、各単電池１に一定の面圧を加える。

フレーム７を積層する際には、単電池１の電極タブ１０、１２が、積層方向に交互に配置されるようにする。たとえば、すぐ下の層のフレーム７の片側に注目して、電極タブが正極タブ１０、負極タブ１２、正極タブ１０、負極タブ１２の順に配列されている場合、その上の層では、同じ側に電極タブが負極タブ１２、正極タブ１０、負極タブ１２、正極タブ１０の順に並ぶようにする。さらに、フレーム７を積層する際には、上述の通り、フレーム７に導通ワッシャ５０と絶縁ワッシャ５１とが埋め込まれているので、該導通ワッシャ５０と絶縁ワッシャ５１とが、積層方向に交互になるように積層する。

以上のように単電池１をフレーム７上に配列し、フレーム７を積層すれば、積層方向に並ぶ単電池１同士が直列接続されることとなる。本実施の形態では、図９および図１２に示すように、単電池１が４列に積層されて直列接続されている。積層されてできる４列の単電池１の集合（以下、電池ユニット８０ａ〜ｄという：図９参照）は、本実施の形態では、電池ユニット８０ａおよび８０ｃが上層から下層に向かって、電池ユニット８０ｂおよび８０ｄが下層から上層に向かって直列接続されるように、各単電池１の電極タブ１０、１２の配置方向と、導通ワッシャ５０および絶縁ワッシャ５１の配置位置とが定められている。

電池ユニット８０ａ〜ｄ同士を相互に接続するために、バスバー８が用いられている。バスバー８は、図９に示すように、電池ユニット８０ａと８０ｂとを最下層で接続し、電池ユニット８０ｂと８０ｃとを最上層で接続し、電池ユニット８０ｃと８０ｄとを最下層で接続する。

このように、バスバー８により、複数の電池ユニット８０ａ〜ｄが接続されることによって、組電池内の単電池１がすべて直列接続されることになる。このときの組電池内に形成される回路の概略構成は、図１３に示すとおりである。

電池ユニット８０ａの最上層の負極タブ１２と、電池ユニット８０ｄの最上層の正極タ
ブ１０には、電極端子８１、８２が接続されているので、高電圧が得られる。

以上のように、実施の形態３では、フレーム７に単電池１を配列しつつ、該フレーム７を積層している。ここで、フレーム７の片側に導通ワッシャ５０、他の側に絶縁ワッシャ５１を組み込み、積層方向にこれらのワッシャ５０、５１が交互に配置されるように、フレーム７の向きを逆にして積層している。したがって、実施の形態１、２と同様に、積層方向に単電池１を直列接続する回路が組電池内に構成される。

なお、実施の形態３では、フレーム７上に４列に単電池１を配列する例について説明したが、これに限定されない。２あるいは３列、または５列以上の単電池１を同一フレーム上に配列してもよい。

また、実施の形態３では、電圧検出のための電圧検出端子を設けていないが、図１２に示すような電圧検出端子８３を絶縁ピン５２に挿通させてもよい。各導通ワッシャ５０と絶縁ワッシャ５１との間に電圧検出端子８３を設けることによって、各単電池１の電圧の検知が可能となる。これにより、車両等に組電池を搭載した後においても、単電池１の破損等を検出できる。

以上、実施の形態１〜３で説明してきた本発明の組電池は、以下の効果を奏する。

本発明に係る組電池は、導通ワッシャ５０および絶縁ワッシャ５１が、単電池の積層方向に交互に配置され、単電池１を積層方向に電気的に接続するので、溶接半田付けなどを行う必要がなく、工数を削減でき、容易に組電池内で単電池を接続する回路を構成できる。特に、実施の形態３では、フレーム７に導通ワッシャ５０および絶縁ワッシャ５１が組み込まれているので、単電池１を載置したフレーム７を積層していくだけで、容易に、単電池１を接続できる回路を構成できる。

また、導通ワッシャ５０および絶縁ワッシャ５１は、絶縁ピン５２に挿通可能なので、導通ワッシャ５０および絶縁ワッシャ５１の取り付けが容易である。

なお、実施の形態１および３では、単電池１の電極タブ１０、１２も絶縁ピン５２に挿通されているが、穴部１１、１３の穴径と、絶縁ピン５の外径とを略同一とすれば、これらの位置決めも容易である。

また、実施の形態２では、バスバー６に絶縁ピン５２を通すことによって、並列接続した単電池１を直列接続できる。

さらに、加圧ユニット４０により、単電池１に面圧を加えるので、単電池１に頻繁に充放電が繰り返えされても単電池１内部で発生するガスによって容量低下、寿命の低下を起こさない。

また、本発明に係る組電池は、単電池１間に隙間を設けることなく積層し、必要放熱量に応じた数の内層ヒートシンク２ｂを介在させ、各単電池１に適切な面圧を不要しているので、小型でエネルギー密度の高い自動車搭載用電池が構成できる。さらに、隙間の存在しない堅固な構造であるので、合成が高く耐振動性に優れている。

なお、上記実施の形態１〜３では、積層方向の全ての電池の電気的接合を導電ワッシャによって行ったが、たとえば、一部を溶接によって行う党、適宜変更可能であることは言うまでもない。

組電池を示す斜視図である。 単電池を示す斜視図である。 図１に示す組電池のＡ−Ａ断面図である。 ２種類のヒートシンクを示す斜視図である。 加圧ユニットを示す図であり、図５（Ａ）は加圧ユニットの全体構成を示す図、図５（Ｂ）はバネ保持部の構成を示す図である。 図１のＢ−Ｂ断面図であり、図６（Ａ）は加圧ユニットの初期状態を示す図、図６（Ｂ）は加圧ユニットを外層ヒートシンク間に取り付けた様子を示す図である。 組電池を組み立てる様子を示す図である。 実施の形態２に係る組電池を組み立てる様子を示す概略図である。 実施の形態３に係る組電池を示す斜視図である。 フレームを示す図である。 フレームを配置する様子を示す図である。 組電池を組み立てる過程を示す図である。 組電池内の回路構成を示す概略図である。

符号の説明

１…単電池、
２、２ａ、２ｂ…ヒートシンク、
３…高摩擦シート、
４…保持手段、
６、６ａ、６ｂ…バスバー、
７…フレーム、
８…バスバー、
１０…正極タブ、
１１…穴部、
１２…負極タブ、
１３…穴部、
１５…凸部、
１７…穴部、
２０…通風孔、
２２…孔、
４０…加圧ユニット、
４１…ナット、
４２…引張りコイルバネ、
４３…バネ保持部、
４４…本体部、
４５…螺合部、
４６…突合せ部、
４７…挿通部、
４８…スリット、
５０…導通ワッシャ、
５１…絶縁ワッシャ、
５２…絶縁ピン、
５３…ナット、
８０ａ〜ｄ…電池ユニット、
８１、８２…電極端子。

Claims (8)

1. 積層された複数個の扁平型単電池と、
   導電性を有する導電手段と、
   絶縁性を有する絶縁手段と、
   を有し、
   複数の前記単電池は、該単電池の積層方向に対して直交する方向に伸びる正極および負極の２つの出力端を有し、該出力端の極性が積層方向に正負交互になるように積層され、
   前記導電手段および前記絶縁手段は、前記単電池の出力端を前記積層方向の両側から挟んで、前記積層方向に交互に配置され、複数の前記単電池を積層方向に電気的に直列接続する組電池。
2. 前記単電池の積層方向に伸延し、表面が絶縁性を有する絶縁ピンをさらに有し、
   前記導電手段および前記絶縁手段は、前記絶縁ピンが挿通可能な挿通孔を備え、該挿通孔に前記絶縁ピンが挿通されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
3. 前記出力端は、前記絶縁ピンが挿通可能な挿通孔が設けられた電極タブであって、
   前記絶縁ピンは、前記導電手段および前記絶縁手段の挿通孔に挿通されると共に前記電極タブの挿通孔に挿通されていることを特徴とする請求項２に記載の組電池。
4. 前記単電池が同一平面上に複数配列されると共に、該同一平面上に配列された複数個の単電池の正極タブ同士および負極タブ同士が導電性の並列接続手段により接続されることによって、前記並列接続手段を前記同一平面上に配列された複数の単電池の出力端とした並列組電池が構成され、当該並列組電池が複数段積層されており、
   前記並列接続手段は、前記絶縁ピンを挿通可能な挿通孔を備え、
   前記絶縁ピンは、前記導電手段および前記絶縁手段の挿通孔に挿通されると共に前記並列接続手段の挿通孔に挿通されていることを特徴とする請求項２に記載の組電池。
5. 前記単電池を位置決め保持する板形状のフレームをさらに有し、
   前記単電池を保持したフレームが当該フレームの厚み方向に複数個積層されることにより、前記単電池が複数個積層され、
   前記導電手段および前記絶縁手段は、前記フレームに組み込まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の組電池。
6. 前記フレームには、前記導電手段および前記絶縁手段が少なくとも一つずつ組み込まれており、
   １のフレームと、該フレームの１段上層または１段下層のフレームとでは、前記導電手段と前記絶縁手段との組み込まれる位置が逆であることを特徴とする請求項５に記載の組電池。
7. 積層方向に交互に配置される前記導電手段および前記絶縁手段の間に、電圧引き出し手段を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の組電池。
8. 前記積層された単電池を、積層方向の両面から加圧する加圧手段をさらに有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の組電池。

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