JP3894182B2 - 組電池 - Google Patents

Description

本発明は、組電池の製造方法、および組み電池製造用部品に関する。

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）

このような組電池は、複数の単電池を直列に接続して組み立てるため、製造工程中で、単電池が直列に接続されてゆくに連れて直列に接続された単電池の端子電圧が大きくなるため、取り扱いに注意が必要で作業性が悪い。

そこで、本発明の目的は、組電池の製造過程において、高電圧が出力されないようにした組電池の製造方法、および組電池製造用部品を提供することである。

本発明は、複数個の単電池が積層されて各単電池が電気的に直列に接続される組電池の製造方法であって、前記複数個の単電池の積層されて直列に接続される電極間に、絶縁状態を保つ仮絶縁手段を有する仮絶縁手段付き導通手段を介挿しつつ、前記複数個の前記単電池を仮止めする段階と、前記仮絶縁手段を除去する段階と、前記電極間に圧縮力を加えて、前記電極と前記導通手段が接触するように締結する段階と、を有することを特徴とする組電池の製造方法である。

また本発明は、複数個の単電池が積層されて各単電池が電気的に直列に接続される組電池の製造方法であって、前記複数個の単電池の積層されて直列に接続される電極間に、導電性部材からなる導通手段より前記電極方向に突出した絶縁部材からなる仮絶縁手段の付いた仮絶縁手段付き導通手段を介挿しつつ、前記複数個の前記単電池を仮止めする段階と、前記電極間に圧縮力を加えて、前記仮絶縁手段の少なくとも前記突出した部分を除去し前記電極と前記導通手段が接触するように締結する段階と、を有することを特徴とする組電池の製造方法である。

さらに本発明は、複数個の単電池の積層されて直列に接続される電極間に配置される組電池製造用部品であって、前記導電性部材よりなる導通手段と、前記導通手段の少なくとも１表面に設けられ、前記導通手段による前記電極間の電気的導通を絶縁する仮絶縁手段と、を有することを特徴とする組電池製造用部品である。

本発明の製造方法によれば、単電池が直列に接続される電極間に仮絶縁手段付き導通手段を介挿して複数個の単電池を仮止めし、その後仮絶縁手段を除去することとしたので、単電池を積層して組み立てている間は、高電圧が発生することなく、安全に作業を行うことができる。

また、本発明の製造方法によれば、単電池が直列に接続される電極間に仮絶縁手段付き導通手段を介挿して複数個の単電池を仮止めし、その後電極間を圧縮することで、少なくとも仮絶縁手段の導通手段よりも突出した部分を除去することとしたので、単電池を積層して組み立てている間は、高電圧が発生することなく、安全に作業を行うことができる。

本発明の組電池製造用部品によれば、電極間に配置される導通手段に仮絶縁手段を設けたので、この部品を組電池の製造過程で直列に接続される単電池の電極間に用いることで、単電池を積層して組み立てている間は、高電圧が発生することなく、安全に作業を行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、以下の説明においては、本発明の製造方法によって好適に製造される組電池をまず説明し、続いて、この組電池を製造する本発明の製造方法、およびこの製造方法において用いた本発明による組電池製造用部品について説明する。

図１は、組電池を示す斜視図である。

本発明の組電池は、積層された複数個の単電池１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および図４を参照のこと。

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つの電極タブのうち一方のタブは、他の単電池１のタブと嵌合して、電気的および機械的に接続される。また、他方のタブは、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２種類の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、図４は図１に示す組電池のＢ−Ｂ断面図である。

本実施の形態では、単電池１は図２に示す２種類がある。単電池１ａと、単電池１ｂである。

単電池１ａ、１ｂは、共に、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。組電池においては、単電池１ａ、１ｂ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。内部の発電要素は、たとえばゲルポリマー電解質を用いたリチウムイオン二次電池である。

単電池１は、たとえば、三層構造のラミネートフィルムが外装に用いられている。ラミネートフィルムは、ポリアミド樹脂などの樹脂フィルムの間にアルミ箔を挟んで三層に形成されている。２枚のラミネートフィルムのうち１枚がプレス加工により扁平型に形成され、シート状のままのもう１枚と縁で熱融着により貼り合わされる。

プレス加工の際には、ラミネートフィルムは型内へ材料流入する。しかし、材料流入があっても、ラミネートフィルムの最外層は樹脂フィルムで表面摩擦係数が小さいので、ラミネートフィルムが型との摩擦により破損することはない。

貼り合わされたラミネートフィルム内には、発電要素が密閉され、電極である正極タブおよび負極タブが引き出されている。単電池１ａ、１ｂは、それぞれ、積層方向に対して直交する方向に伸びる２つの電極タブとして、正極タブ１０、１６と負極タブ１２、１４を有する。

単電池１ａは、正極タブ１０および負極タブ１２の一方、たとえば、正極タブ１０に２つの穴部１１が設けられている。そして、負極タブ１２には、穴部１３が１つ設けられている。

単電池１ｂは、単電池１ａの正極タブ１０の穴部１１と嵌合可能な凸部１５が負極タブ１４に２つ設けられている。そして、正極タブ１６には、単電池１ｂの負極タブ１２と同様の穴部１７が１つ設けられている。

単電池１ａ、１ｂの積層時には、単電池１ａの穴部１１と、単電池１ｂの凸部１５とが嵌合される。単電池１ａの正極タブ１０と、単電池１ｂの負極タブ１４が嵌合すると、図３に示すように、正極タブ１０から、負極タブ１４の凸部１５が突き出される。これにより、単電池１ａ、１ｂは、相互に位置決めされつつ、電気的に直列接続される。

一方、単電池１ａの負極タブ１２および単電池１ｂの正極タブ１６は、他のタブ１２、１６との間に導通ワッシャ５０または絶縁ワッシャ５１を挟んで、位置決めピン５２（図１０参照）が挿通されることにより位置決めされ、固定される。

導通ワッシャ５０は、組電池製造用部品の一部であり、仮絶縁手段付き導通手段の一部であって、銅やアルミニウム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１６、負極タブ１２間を電気的に接続する。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負極タブ１２、正極タブ１６間を絶縁する。導通ワッシャ５０および絶縁ワッシャ５１は、単電池１の負極タブ１２、正極タブ１６が直接接触しないように、スペーサの役割も果たす。

この組電池では、単電池１ｂの正極タブ１６と、そのすぐ上に積層されている単電池１ａの負極タブ１２との間には、絶縁ワッシャ５１が配置されている。単電池１ｂの上に単電池１ａが積層されている階層では、図３に示すように、単電池１ｂの負極タブ１４と、単電池１ａの正極タブ１０とが、嵌合により機械的および電気的に接続されているからである。正極タブ１６とその上の負極タブ１２とを接続してしまうと、短絡してしまう。

一方、単電池１ａの負極タブ１２と、そのすぐ上に積層されている単電池１ｂの正極タブ１６との間には、導通ワッシャ５０が配置されている。この導通ワッシャ５０は、後に詳細に説明するが本発明を適用した組電池製造用部品を用いたものである。

以上のように、単電池１ａ、１ｂが正極タブ１０、負極タブ１４で機械的および電気的に接続されている階層では、反対の負極タブ１２、正極タブ１６が絶縁ワッシャ５１により絶縁され、逆に、正極タブ１０、負極タブ１４が接続されていない階層では、負極タブ１２、正極タブ１６間が導通ワッシャ５０で導通されるように、導通ワッシャ５０と絶縁ワッシャ５１を、交互に配置していくことで、単電池１ａと単電池１ｂとが積層方向に直列に接続されている。

位置決めピン５２は、金属棒の表面を樹脂でコーティングまたは被覆して、絶縁処理が施されている。位置決めピン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の負極タブ１２、正極タブ１６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、負極タブ１２、正極タブ１６間の導通または絶縁が確実となる。

なお、ナット５３によって、組電池としての電力出力用のターミナル端子（不図示）を締結してもよい。

＜ヒートシンク＞
図５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。

ヒートシンク２ａ、２ｂは、いずれ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。非常に薄い外層ヒートシンク２ａ、内層ヒートシンク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。

外層ヒートシンク２ａは、積層される単電池１の正極タブ１０および１６、負極タブ１２および１４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６参照）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、たとえば、図３、図４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、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、たとえば、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、ほとんど摩擦力を発現しない。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６および図７に示される。

図６は加圧ユニットを示す図、図７は図１のＣ−Ｃ断面図である。特に、図６（Ａ）は加圧ユニットの全体構成を示す図、図６（Ｂ）はバネ保持部の構成を示す図であり、図７（Ａ）は加圧ユニットの初期状態を示す図、図７（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６（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６（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６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、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、図７（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７（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、本発明の組電池の製造方法を説明する。

図８は、組電池の製造方法の手順を示すフローチャートであり、図９および図１０は組電池の組み立て手順を示す図である。

まず、図９に示すように、最初に、外層ヒートシンク２ａ上に高摩擦シート３を配置する（Ｓ１）。

次に、図９に示すように、外層ヒートシンク２ａ上に載せた高摩擦シート３上に、単電池１ｂを載置して（Ｓ２）、正極タブ１６に位置決めピン５２を挿通し、正極タブ１６の外側に絶縁フィルム付き導通ワッシャ１００を介してナット５３により仮止めして位置決めピン５２取り付ける（Ｓ３）。ここで取り付けた位置決めピン５２は、その両端にナットをねじ込むためのネジ山が切られており、締結ボルトとして工程の最後において電極タブ間を圧縮する作用を果たす。

続いて、位置決めピン５２に絶縁ワッシャ５１を通し（Ｓ４）、単電池１ｂの上から単電池１ａを載置して積層する（Ｓ５）。そして、単電池１ｂの負極タブ１４の凸部１５を、単電池１ａの正極タブ１０の穴部１１に嵌合させる（Ｓ６）。これにより、単電池１ａ、１ｂを一組とする。

さらに、図１０に示すように、単電池１ａ上に高摩擦シート３を載置して（Ｓ７）、単電池１ａの負極タブ１２上に、絶縁フィルム付き導通ワッシャ１００を位置決めピン５２に通して載置する（Ｓ８）。

以降、ステップＳ３を除いてステップＳ２〜Ｓ８を繰り返すことで、２枚一組となる単電池を所定数積層する（Ｓ９）。

そして、所定数単電池を積層したなら、単電池１ａ上の高摩擦シート３の上に内層ヒートシンク２ｂを載置する（Ｓ１０）。

続いて、内層ヒートシンク２ｂ上にも高摩擦シート３を載置する（Ｓ１１）。以降再び、以降ステップＳ３を除いてステップＳ２〜８（また内層ヒートシンクを多層設ける場合にはＳ２〜１１）を繰り返すことで、２枚一組となる単電池を所定数積層する（Ｓ１２）。

このようにして、何組かの単電池１ａ、１ｂと内層ヒートシンク２ｂの積層を繰り返した後、最後の単電池上に高摩擦シート３の上に、上部の外層ヒートシンク２ａを載置する（Ｓ１３）。

そして、位置決めピン５２の上部をナットにより仮止めする（Ｓ１４）。ここで仮止めとは、積層して組み立てた複数の単電池１ａの負極タブ１２および単電池１ｂの正極タブ１６が位置決めピン５２から抜けないようにナットをねじ込んでおく程度でよい。

図１１は、絶縁ワッシャおよび絶縁フィルム付き導通ワッシャが配置された部分を模式的に示す図面である。なお、この図においては、ヒートシンクは省略してある。

絶縁ワッシャ５１および絶縁フィルム付き導通ワッシャ１００が配置された部分は、すべての単電池１ａ、１ｂなどを組み付けた状態で、図示するように、すべての負極タブ１２および正極タブ１６が完全に絶縁された状態となっている。すなわち、負極タブ１４および正極タブ１０側で接続されている２枚一組の単電池における負極タブ１２と正極タブ１６の間は絶縁ワッシャによって絶縁され、他の一組との単電池同士の負極タブ１２と正極タブ１６の間は絶縁フィルム１０１付き導通ワッシャ１００によって絶縁されることになる。

図１２は、絶縁フィルム付き導通ワッシャの例を示す図面である。

絶縁フィルム付き導通ワッシャは、仮絶縁手段付き導通手段であり、ここでは、３つの例を示す。

図１２ＡおよびＢは、最も単純な形状で、銅やアルミニウム製の導通ワッシャ５０上に、この導通ワッシャと同じ環状の絶縁フィルム１０１を載せたものである。ここで、絶縁フィルム１０１としては、ポリエチレンフィルムやビニールフィルムなどの絶縁性を有する樹脂フィルム、また、紙であってもよい。なお、図１２Ａは断面図、図１２Ｂは平面図である。

次に、図１２ＣおよびＤは、絶縁フィルム１０１として、図１２ＡおよびＢに示した環状の絶縁フィルムに、導通ワッシャ５０よりも環の径方向から突出した引き抜き用のつまみ部１０２を追加したものである。このようなつまみ部１０２を絶縁フィルム１０１に設けることで、後述するように、後からこの絶縁フィルム１０１を取り除く際に、このつまみ部１０２を引っ張ることで容易に取り除くことができるようになる。なお、図１２Ｃは断面図、図１２Ｄは平面図である。

次に、図１２ＥおよびＦは、絶縁フィルム１０１として、図１２ＣおよびＤに示したつまみ部１０２を付けた環状の絶縁フィルムに、さらに、つまみ部１０２と対向する位置に切れ目１０３を設けたものである。この切れ目１０３を設けることで、引き抜きの際に、この切れ目１０３部分から絶縁フィルム１０１が切れて、引き抜きをさらに容易にすることができる。この切れ目１０３を設ける場合には、切れ目部分から導通してしまわないように、導通ワッシャ５０の露出量が多くならないように注意する必要がある。この切れ目に代えて、ミシン目を設けても同様の作用を得ることができる。なお、図１２Ｅは断面図、図１２Ｆは平面図である。

以上のようなつまみ部、切れ目やミシン目などは相互に様々に組み合わせてもよい。たとえば、つまみ部を持たずに切れ目やミシン目などを設けてもよいし、また、切れ目と共にミシン目を入れてもよい。さらに、切れ目やミシン目の設置箇所は複数あってもよい。

単電池およびヒートシンクを積層して、電極タブを仮止めした後は、続いて、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（Ｓ１５）。

そして、絶縁フィルム１０１を導通ワッシャ５０上からすべて取り除く（Ｓ１６）。この段階では、位置決めピン５２は仮止めされているだけであるので、絶縁フィルム１０１は容易に抜き取ることができる。そして最後に、位置決めピン５２の両側のナット５３を所定のトルクにより締め付けて、電極タブ間に圧縮力を加えて締結する（Ｓ１７）。これにより、導通ワッシャ５０は、それを挟んでいる電極タブ１２および１６を完全に接触して、すべての単電池が直列に接続されて、図１に示す組電池が組み上がる。

このように本実施の形態によれば、複数の単電池を直列に接続するための導通ワッシャ部分に絶縁フィルムを載置した状態で組み電池を組み上げて行くこととしたので、単電池に直接触れる機会の多い、組み上げ中は直列接続される単電池の数が増加しても電圧が単電池２個分の電圧（ここでは単電池１個の電圧を約４Ｖとすれば２個分で８Ｖ程度である）より高くなることがなく、安全に作業を行うことができるようになる。

（他の実施の形態）
以上本発明を適用した一実施の形態を説明したが、さらに、本発明の他の実施の形態として、組電池製造部品である仮絶縁手段付き導通ワッシャの他の例について説明する。

図１３は、仮絶縁手段付き導通ワッシャの他の一例を示す図面であり、図１３Ａは平面図、図１３Ｂは図１３ＡにおけるＢ−Ｂ線に沿う断面で位置決めピン締め付け前の状態を示す断面図、図１３Ｃは図１３ＡにおけるＢ−Ｂ線に沿う断面で位置決めピン締め付け後の状態を示す断面図である。

この仮絶縁手段付き導通ワッシャ１２０は、導通ワッシャ５０の外径Ｏより、その内径Ｉが同等かわずかに小さく、かつ、導通ワッシャ５０の電極タブ間の方向の厚さｈ１よりその厚さｈ２が薄い絶縁性リング１２１を仮絶縁手段として有する。

この絶縁性リング１２１は、位置決めピンが締め付けられる前の状態では、図１３Ｂに示すように、絶縁性リング１２１が導通ワッシャ５０より突出しているため、負極タブ１２および正極タブ１６間を絶縁状態にする。一方、位置決めピンが締め付けられた後は、図１３Ｃに示すように、絶縁性リング１２１が締め付けによる圧縮力によって導通ワッシャ側へ引っ込むため、負極タブ１２および正極タブ１６間が導通状態となる。

なお、絶縁性リングの内径Ｉは、位置決めピンが締め付けられる前の状態では容易に抜け落ちることなく、かつ、位置決めピント締め付け力によってスライドする程度の摩擦力を有するような大きさとする。また、絶縁性リング１２１の厚さｈ２は、導通ワッシャ５０よりも薄く、位置決めピンが締め付けられたときに、導通ワッシャ５０から絶縁性リングが突出することのない厚さであればよい。また、絶縁性ワッシャの素材としては、絶縁性のあるプラスチックやセラミックスなどを用いることができる。

図１４は、さらに他の仮絶縁手段付き導通ワッシャの例を示す図面であり、図１４Ａは平面図、図１４Ｂは図１４ＡにおけるＢ−Ｂ線に沿う断面で位置決めピン締め付け前の状態を示す一部断面図、図１４Ｃは図１４ＡにおけるＢ−Ｂ線に沿う断面で位置決めピン締め付け後の状態を示す断面図である。

この仮絶縁手段付き導通ワッシャ１３０は、図示するように、環の外側肩部分にテーパ１３２が設けられた環状の導通ワッシャ１３１と、このテーパ１３２と接触して支持されるようにテーパ部１３３を持ち、導通ワッシャ１３１の外形よりその内径が小さく、導通ワッシャ１３１から突出した環状の絶縁性リング１３５とからなる。ここで、絶縁性リングは、たとえばセラミックスや硬質プラスチックなど比較的もろい素材のものが好ましい。

この絶縁性リング１３５は、位置決めピンが締め付けられる前の状態では、図１４Ｂに示すように、絶縁性リング１３２が導通ワッシャ１３１より突出しているため、負極タブ１２および正極タブ１６間を絶縁状態にし、一方、位置決めピンが締め付けられた後は、図１４Ｃに示すように、締め付けによる圧縮力によって絶縁性リング１３５はテーパ１３２および１３３によって外側に開くように力がかかり破壊される。したがって、位置決めピンの締め付けにより自動的に絶縁性リング１３５が導通ワッシャ１３１からはずれて、負極タブ１２および正極タブ１６間が導通状態となる。なお、絶縁性リング１３５は、破壊される代わりに、位置決めピンが締め付けられたときに、テーパに沿って拡径し、締め付けによる力によって導通ワッシャ１３１方向に下がり、絶縁性が除去されるようなものであってもよい。

図１５は、さらに他の仮絶縁手段付き導通ワッシャの例を示す図面であり、図１５Ａは平面図、図１５Ｂは図１５ＡにおけるＢ−Ｂ線に沿う断面で位置決めピン締め付け前の状態を示す断面図、図１５Ｃは図１５ＡにおけるＢ−Ｂ線に沿う断面で位置決めピン締め付け後の状態を示す断面図である。

この仮絶縁手段付き導通ワッシャ１４０は、導通ワッシャ１４１に環状の凹溝１４２を設け、この凹溝１４２に弾性材かならなる絶縁性リング１４５を配置したものである。絶縁性リング１４５は、その厚さが、定常状態で凹溝１４２の深さより高く、その体積は凹溝１４２の容積より小さく形成してある。

この弾性材からなる絶縁性リング１４５は、位置決めピンが締め付けられる前の状態では、図１５Ｂに示すように、絶縁性リング１４５が導通ワッシャ１４１より突出しているため、負極タブ１２および正極タブ１６間を絶縁状態にし、一方、位置決めピンが締め付けられた後は、図１５Ｃに示すように、絶縁性リング１４１が締め付けによる圧縮力により潰れて導通ワッシャ１４１によって負極タブ１２および正極タブ１６間が導通状態となる。

このように、他の実施の形態では、いずれも位置決めピンの締め付けにより自動的に負極タブ１２および正極タブ１６間が導通状態となるので、上述した組電池の組み立て手順のうち、絶縁フィルムの除去工程（上記Ｓ１６）は不要となる。

次に、製造手順における他の形態について説明する。

上述した実施の形態ではすべての導通ワッシャに対して絶縁フィルム付きのものを用いたが、他の実施の形態としては、この絶縁フィルム付き導通ワッシャを、直列に接続された複数の単電池に対して一つ設けるようにしたものである。

図１６は、絶縁ワッシャおよび絶縁フィルム付き導通ワッシャが配置された部分を模式的に示す図面である。

この他の実施の形態では、図示するように、単電池が８個に対して１つの絶縁フィルム付き導通ワッシャ１００を用いた例を示す。このように複数の単電池に対して、１つの絶縁フィルム付き導通ワッシャ１００としたのは、たとえば、単電池一つの電圧が４Ｖの場合、直列に接続した数が１０個未満であれば、その出力電圧は４０Ｖ未満となり、作業上の安全性が保たれるため、たとえば図示するように、単電池８個に対して絶縁フィルム付き導通ワッシャ１００を１個の割合で介挿することで安全性が保たれる。

なお、上記実施の形態では、単電池は２個一組ごとに導通ワッシャを用いているため、必ず偶数ごとに１個の絶縁フィルム付き導通ワッシャ１００を入れることになる。

このように直列に接続した単電池の電圧が、４０Ｖ未満となるように絶縁フィルム付き導通ワッシャ１００を入れることで、作業の安全性が保たれ、かつ、絶縁フィルムの数が減るため、絶縁フィルム付き導通ワッシャ１００を用いたことによる絶縁フィルム除去工程の工数を減らすことができる。

さらに他の実施形態について説明する。

図１７および図１８は他の実施形態における仮絶縁手段付き導通手段である仮絶縁手段付き導通ワッシャを示す図面である。

この実施の形態では、導通ワッシャ３００の上に弾性シート３０１を重ねて仮絶縁手段付き導通ワッシャ３０２としてものである。

ここで、導通ワッシャ３００は、弾性シート３０１を載せる側に導電性の突起部３０５を有している。

一方、弾性シート３０１は仮絶縁手段であり、絶縁性で、かつ弾性力を有するものである。たとえば、合成ゴムやシリコンゴムなどのゴム系の部材が好ましい。

この仮絶縁手段付き導通ワッシャ３０２は、位置決めピン５２を締め付ける前の状態では、図１７に示すように、突起部３０５が弾性シート絶縁状態となっている。一方、位置決めピン５２を上下からナット５３が締め付けられた状態では、図１８に示すように、弾性シート３０１が圧縮されて、導通ワッシャ３００に設けられた突起部３０５が絶縁シートを突き破り、正極タブ１６と接触するようになる。

したがって、組電池の組み立て中は、積層された電池を絶縁して、すべての単電池が直列に接続されることはなく、最終的に位置決めピン５２を上下からナット５３で締め付けた時点ですべての単電池が直列に接続されるようになる。

なお、この実施の形態では、弾性シート３００の弾性力を適宜選択することで、位置決めピン５２を上下からナット５３で締め付けた後、再度、この締め付けが開放されれば、再び弾性シートが元の状態に戻り突起部を覆い隠すようになるので、この部分が絶縁されて、積層された複数の電池の接続を遮断することができる。

本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。

本実施の形態による組電池では、その製造中において仮絶縁手段付き導通ワッシャ１００、１２０、１３０、１４０、または３０２を用いたので、製造中における単電池の接続による高電圧の発生をなくし、組電池の組み立て作業を安全に行うことができる。また、仮絶縁手段付き導通ワッシャ１００は、その仮絶縁手段を容易に除去することができるので、組み立て作業の工数増加も極少なくてすむ。また仮絶縁手段付き導通ワッシャ１２０、１３０、１４０、３０２は自動的に絶縁状態が解除されるので、組み立て作業の工数増加がない。

また、他の実施の形態のように、単電池の直列接続数が４０Ｖ未満となる程度であれば、直列に接続された単電池の数を多くして、絶縁フィルム付き導通ワッシャを用いることで、絶縁フィルムの除去工程を少なくすることができる。

さらに、本実施の形態による組電池は、単電池１間および、単電池１とヒートシンク２との間に、高摩擦シート３が配置されるので、積層されている各単電池１およびヒートシンク２に振動が加わった場合でも電池がずれない。したがって、自動車などに搭載しても、その振動によって、各単電池１およびヒートシンク２のズレや、脱落を防止できる。

また、振動による単電池のズレや脱落がないので、直列または並列に接続された単電池１の電池の電極タブの破損を防止できる。

さらに、高摩擦シート３の配置により単電池１がズレないので、ズレ防止のために保持手段４により単電池１を積層の上下から加圧する加圧力を高める必要がない。したがって、強い加圧力に耐えるために単電池１の外装を強くしなくても良いので、単電池１を軽量化できる。結果として、組電池全体を軽量化できる。

また、高摩擦シート３を用いたので、単電池１を積層する際に、単電池１と高摩擦シート３とを交互に積層すればよく、容易に組電池を作成できる。

また、高摩擦シート３は、単電池１に対して非接着性を有するので、単電池１の一つが故障したときでも、任意の単電池１を取り出して交換できる。

また、単電池１の負極タブ１２、正極タブ１６に位置決めピンを挿通するための穴部１３、１７が設けられているので、位置決めピン５２の挿通により容易に単電池１同士を位置決めできる。

また、負極タブ１４に設けられた凸部１５と他の正極タブ１０に設けられた穴部１１とが嵌合するので、容易に単電池１同士の位置決めができる。また、嵌合により容易に電気的接続が行えるので、積層時に単電池１の重ねる向きを間違えることがなく、組み立てが容易となる。

また、保持手段４が加圧手段および冷却手段として機能するので、単電池１に適切な面圧を加えつつ、該単電池１が発生する熱を放散できる。

また、外層ヒートシンク２ａ間に取り付けられた加圧ユニット４０により外層ヒートシンク２ａ間が近接されて単電池１を加圧できるので、組電池内部に加圧手段を組み込むことができ、組電池を小型化できる。

また、発電要素の積層方向と同じ方向に単電池が積層されているので、安定的に電流が得られる。

また、単電池１が偏平型電池であるので、組電池の厚さを薄くできる。

なお、上記実施の形態では、ズレ防止手段として高摩擦シート３を用いていたが、これに限定されない。ズレ防止手段は、たとえば単電池１またはヒートシンク２に塗布された粘着性液体から構成されてもよい。ここで、粘着性液体とは、たとえば、ウレタン系接着剤、ラバー液などである。ズレ防止手段として、粘着性液体を採用すれば、単電池１を積層する際に、単電池１の外装表面に粘着性液体を塗布すればよく、容易に組電池を作成できる。

また、ズレ防止手段は、単電池１の外装表面の面粗度を粗くすることにより構成されてもよい。単電池１の外相表面の面粗度を高くする方法としては、サンドブラスト法、レーザーピーニング法などを用いることができる。もちろんサンドペーパーなどによる研磨によっても作成可能である。ズレ防止手段として、単電池１の外装表面の面粗度を粗くすることを採用すれば、順次単電池１を積層しただけで、それらのズレを防止できる。

また、上記実施の形態では、単電池１ａの正極タブ１０に穴部１１を、単電池１ｂの負極タブ１４に凸部１５を、それぞれ、形成していたが、これに限定されない。穴部および凸部を設ける電極タブを正負逆転してもよい。また、凸部１５に嵌合する穴部１１に代えて、凹部を電極タブに形成してもよい。

また、上記実施の形態では、単電池１の一方の側に伸びる電極タブを凸部１５および穴部１１の嵌合により接続し、他方の側を絶縁ワッシャ５１および導通ワッシャ５０により接続していたが、これに限定されない。両側を嵌合により接続し、または絶縁／導通ワッシャにより接続してもよい。または、これらによらず、電極タブを超音波溶接により接合してもよい。

また、上記実施の形態では、高摩擦シート３をシリコンゴムだけで形成していたが、これに限定されない。たとえば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）からなる基材上にシリコンゴムを配置したものでもよい。このように、基材を設けることによって、高摩擦シート３の剛性が向上し、ヒートシンク２および単電池１表面上に配置する際の作業性が向上する。

基材を採用する場合、基材に接着剤を塗布し、単電池１またはヒートシンク２上に接着してもよい。この場合、高摩擦シート３は、基材側では単電池１またはヒートシンク２と接着するが、シリコンゴム側では接着しない。これにより、所望のときに、積層上下の単電池１同士、または単電池１とヒートシンク２とを分離できる。

以上、本発明を適用した実施の形態を説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。たとえば、上述した本実施の形態では、縦に積層した組電池を１つだけ例示したが、これに限定されず、複数の単電池を積層してできた組電池を、さらに複数個横に並べ、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、電気的に接続する。バスバーは、たとえば、ナット５３と導通ワッシャ５０との間（図９参照）で、位置決めピン５２に取り付けられ固定される。

また、本実施の形態は、片側の電極タブは凹凸が嵌合する形態としたが、これに代えて、両側共に、導通ワッシャ５０と絶縁ワッシャ５１を用いて積層した単電池を直列に接続するようにしてもよい。その場合、直列に接続される単電池の数が、その出力電圧が４０Ｖ以上とならないように、導電ワッシャ部分に本発明による仮絶縁手段付き導通ワッシャを用いることで、組み立て中は安全に作業を行うことができる。

組電池を示す斜視図である。 ２種類の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。 図１に示す組電池のＢ−Ｂ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６（Ａ）は加圧ユニットの全体構成を示す図、図６（Ｂ）はバネ保持部の構成を示す図である。 図１のＣ−Ｃ断面図であり、図７（Ａ）は加圧ユニットの初期状態を示す図、図７（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。 組電池の組み立て手順を示すフローチャート図である。 組電池の組み立て手順を示す図である。 組電池の組み立て手順を示す図である。 絶縁ワッシャおよび絶縁フィルム付き導通ワッシャが配置された部分を模式的に示す図面である。 絶縁フィルム付き導通ワッシャの例を示す図面である。 仮絶縁手段付き導通ワッシャの他の一例を示す図面である。 仮絶縁手段付き導通ワッシャの他の一例を示す図面である。 仮絶縁手段付き導通ワッシャの他の一例を示す図面である。 他の実施の形態における絶縁ワッシャおよび絶縁フィルム付き導通ワッシャが配置された部分を模式的に示す図面である。 他の実施形態における仮絶縁手段付き導通手段である仮絶縁手段付き導通ワッシャを示す図面である。 他の実施形態における仮絶縁手段付き導通手段である仮絶縁手段付き導通ワッシャを示す図面である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ…単電池、
２、２ａ、２ｂ…ヒートシンク、
３…高摩擦シート、
４…保持手段、
１０、１６…正極タブ、
１１…穴部、
１２、１４…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、１３１、３００…導通ワッシャ、
５１…絶縁ワッシャ、
５２…位置決めピン、
５３…ナット、
１００、１２０、１３０、１４０…絶縁フィルム付き導通ワッシャ、
１０１…絶縁フィルム、
１０２…つまみ部、
１０３…切れ目、
１２１、１３５…絶縁性リング、
１３２、１３３…テーパ、
１４２…凹溝、
３０１…弾性シート。

Claims (16)

1. 複数個の単電池が積層されて各単電池が電気的に直列に接続される組電池の製造方法であって、
   前記複数個の単電池の積層されて直列に接続される電極間に、絶縁状態を保つ仮絶縁手段を有する仮絶縁手段付き導通手段を介挿しつつ、前記複数個の前記単電池を仮止めする段階と、
   前記仮絶縁手段を除去する段階と、
   前記電極間に圧縮力を加えて、前記電極と前記導通手段が接触するように締結する段階と、
   を有することを特徴とする組電池の製造方法。
2. 複数個の単電池が積層されて各単電池が電気的に直列に接続される組電池の製造方法であって、
   前記複数個の単電池の積層されて直列に接続される電極間に、導電性部材からなる導通手段より前記電極方向に突出した絶縁部材からなる仮絶縁手段の付いた仮絶縁手段付き導通手段を介挿しつつ、前記複数個の前記単電池を仮止めする段階と、
   前記電極間に圧縮力を加えて、前記仮絶縁手段の少なくとも前記突出した部分を除去し前記電極と前記導通手段が接触するように締結する段階と、
   を有することを特徴とする組電池の製造方法。
3. 前記仮絶縁手段付き導通手段は、前記単電池の直列接続による電圧が所定電圧未満となる接続数ごとに少なくとも一つ設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の組電池の製造方法。
4. 前記電極は、締結ボルト挿入用の穴部を有し、
   前記圧縮力は、前記締結ボルトの両端からナットによって締め付けることにより加えられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の組電池の製造方法。
5. 前記仮絶縁手段付き導通手段の前記仮絶縁手段は、
   前記導通手段の少なくとも１表面に、取り除き可能に設けられていることを特徴とする請求項１記載の組電池の製造方法。
6. 前記仮絶縁手段付き導通手段の前記仮絶縁手段は、環形状であり、内径が前記導通手段の外形より小さく、かつ、厚さが前記導通手段の前記電極間の方向の厚さより薄く、前記導通手段の外側に、前記電極間の方向に前記導通手段から突出するように配設されていることを特徴とする請求項２記載の組電池の製造方法。
7. 前記導通手段は、外形の一部にテーパ部を有し、
   前記仮絶縁手段は、環形状であり、内径が前記導通手段の外形より小さく、かつ、前記導通手段の前記テーパ部と接するテーパ部を持ち、当該テーパ部に支えられて、前記導通手段から前記電極の方向に突出するように配設されていることを特徴とする請求項２記載の組電池の製造方法。
8. 前記導通手段は、溝部を有し、
   前記仮絶縁手段は、前記溝部に配設され、前記溝部の深さより厚く、前記溝部の容積より体積が小さいことを特徴とする請求項２記載の組電池の製造方法。
9. 複数個の単電池の積層されて直列に接続される電極間に配置される組電池製造用部品であって、
   前記導電性部材よりなる導通手段と、
   前記導通手段の少なくとも１表面に設けられ、前記導通手段による前記電極間の電気的導通を絶縁する仮絶縁手段と、
   を有することを特徴とする組電池製造用部品。
10. 前記仮絶縁手段は、前記導通手段上に載置された絶縁フィルムであることを特徴とする請求項９記載の組電池製造用部品。
11. 前記絶縁フィルムは、一部に前記導通手段よりも突出したつまみ部を有することを特徴とする請求項１０に記載の組電池製造用部品。
12. 前記絶縁フィルムは、一部に切れ目を有することを特徴とする請求項１０または１１記載の組電池製造用部品。
13. 前記絶縁フィルムは、一部にミシン目を有することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一つに記載の組電池製造用部品。
14. 前記仮絶縁手段は、環形状であり、内径が前記導通手段の外形より小さく、かつ、厚さが前記導通手段の前記電極間の方向の厚さより薄く、前記導通手段の外側に、前記電極間の方向に前記導通手段から突出するように配設されていることを特徴とする請求項９記載の組電池製造用部品。
15. 前記導通手段は、外形の一部にテーパ部を有し、
    前記仮絶縁手段は、環形状であり、内径が前記導通手段の外形より小さく、かつ、前記導通手段の前記テーパ部と接するテーパ部を持ち、当該テーパ部に支えられて、前記導通手段から前記電極の方向に突出するように配設されていることを特徴とする請求項９記載の組電池製造用部品。
16. 前記導通手段は、溝部を有し、
    前記仮絶縁手段は、前記溝部に配設され、前記溝部の深さより厚く、前記溝部の容積より体積が小さいことを特徴とする請求項９記載の組電池製造用部品。

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