(57)【要約】【課題】  生産性に優れるとともに、冷却風通路が確保された組電池を実現する電池セル結合体、その電池セル結合体を用いた組電池構造およびその組み立て方法を提供する。【解決手段】  電池セル結合体２０は、互いに隣り合う電池セル３０ｍおよび３０ｎの間に位置決めされるスペーサ２３と、電池セル３０ｍの正極端子３５と、電池セル３０ｎの負極端子３６とが、電池セルの積層方向に隔てた両側からそれぞれ固定され、これらの端子間を電気的に接続する端子間導体２６と、電池セル３０ｍの負極端子３６と、電池セル３０ｎの正極端子３５とが、電池セルの積層方向に隔てた両側からそれぞれ固定され、これらの端子間を電気的に絶縁する端子間絶縁体２１とを備える。端子間導体２６および端子間絶縁体２１は、スペーサ２３と一体に設けられている。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極端子と負極端子とを有し、所定の方向に積層される複数の電池セル間を結合する電池セル結合体であって、
互いに隣り合う第１および第２の電池セルの間に位置決めされるスペーサと、
前記第１の電池セルの正極端子と、前記第２の電池セルの負極端子とが、前記所定の方向に隔てた両側からそれぞれ固定され、これらの端子間を電気的に接続する端子間導体と、
前記第１の電池セルの負極端子と、前記第２の電池セルの正極端子とが、前記所定の方向に隔てた両側からそれぞれ固定され、これらの端子間を電気的に絶縁する端子間絶縁体とを備え、
前記端子間導体および前記端子間絶縁体は、前記スペーサと一体に設けられている、電池セル結合体。
【請求項２】
前記スペーサには、冷却風通路が形成されている、請求項１に記載の電池セル結合体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電池セル結合体と、
前記電池セル結合体を介して所定の方向に積層され、前記所定の方向に沿って、正極端子と負極端子とが交互に並ぶように配置された複数の電池セルとを備え、
前記電池セル結合体は、前記所定の方向に沿って、前記端子間導体と前記端子間絶縁体とが交互に並ぶように配置されており、隣り合う前記端子間導体と前記端子間絶縁体とが、正極端子および負極端子のいずれか一方を挟持した状態で、互いに固定されている、組電池構造。
【請求項４】
前記端子間導体および前記端子間絶縁体には、前記所定の方向に貫通する孔が形成されており、前記孔に挿通されたボルトにより、前記端子間導体と前記端子間絶縁体とが、互いに固定されている、請求項３に記載の組電池構造。
【請求項５】
請求項３または４に記載の組電池構造の組み立て方法であって、
前記端子間導体および前記端子間絶縁体を、前記スペーサと一体に設け、前記電池セル結合体を形成する工程と、
前記電池セル結合体を介して、前記複数の電池セルを積層する工程と、
前記複数の電池セルを積層する工程の後、前記端子間導体と前記端子間絶縁体とを互いに固定する工程とを備える、組電池構造の組み立て方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には、電池セル結合体、組電池構造およびその組み立て方法に関し、より特定的には、積層された複数の電池セル間を結合する電池セル結合体、その電池セル結合体を用いた組電池構造およびその組み立て方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の組電池構造に関して、たとえば、特開２００４−９５４０２号公報には、シール性を悪化させることなく、電池の膨れを防止することを目的とした組電池が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された組電池では、積み重ねられたラミネート電池の導電貫通孔に、長尺のリード端子を挿入して、ラミネート電池を互いに接続している。隣り合うラミネート電池同士は、たとえば、接着剤によって固定されている。
【０００３】
また、特開２００４−７１１７３号公報には、隣接する単電池を強固に連結するとともに、供給可能な電流値を増大させることを目的とした積層型電池が開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示された積層型電池は、正極端子と負極端子とを連結する連結手段を備える。その連結手段としては、非導電性で環形状を有し、内周面に雌ねじが形成された連結部材と、導電性で丸棒形状を有し、その両端に雄ねじ部が形成された連結部材とが組み合わされて用いられている。
【０００４】
また、特開平１１−１２６５８５号公報には、電池の重量エネルギの減少を抑え、冷却効率を向上させることを目的とした組電池が開示されている（特許文献３）。特許文献３に開示された組電池では、一列に配列された複数の角型リチウム２次電池が、Ｌ字状の絶縁部品によって固定されている。
【特許文献１】特開２００４−９５４０２号公報
【特許文献２】特開２００４−７１１７３号公報
【特許文献３】特開平１１−１２６５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された組電池では、組電池の組み立て時、まず、積み重ねたラミネート電池同士を、接着剤を用いて固定する。その後、導電貫通孔にリード端子を挿入して、ラミネート電池同士の電気的な接続を行なう。しかしながら、ラミネート電池同士の接着には時間を要するし、接着時に位置ずれが生じた場合には、リード端子を挿入できないおそれもある。このため、組み立て時の作業性が低下する。また、特許文献２に開示された積層型電池でも、隣り合う電極端子ごとに連結部材を設ける必要があり、生産性に劣る。また、これらの特許文献では、電池間に流す冷却風の経路が考慮されていない。
【０００６】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、生産性に優れるとともに、冷却風通路が確保された組電池を実現する電池セル結合体、その電池セル結合体を用いた組電池構造およびその組み立て方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に従った電池セル結合体は、正極端子と負極端子とを有し、所定の方向に積層される複数の電池セル間を結合する電池セル結合体である。電池セル結合体は、互いに隣り合う第１および第２の電池セルの間に位置決めされるスペーサと、第１の電池セルの正極端子と、第２の電池セルの負極端子とが、所定の方向に隔てた両側からそれぞれ固定され、これらの端子間を電気的に接続する端子間導体と、第１の電池セルの負極端子と、第２の電池セルの正極端子とが、所定の方向に隔てた両側からそれぞれ固定され、これらの端子間を電気的に絶縁する端子間絶縁体とを備える。端子間導体および端子間絶縁体は、スペーサと一体に設けられている。
【０００８】
なお、「スペーサと一体に」とは、端子間導体または端子間絶縁体が、スペーサと一体成形によって形成されている場合を指すほか、端子間導体、端子間絶縁体およびスペーサをそれぞれ別々に成形した後、これらを互いに固定して一体とする場合も含む。
【０００９】
このように構成された電池セル結合体によれば、端子間導体および端子間絶縁体が、スペーサと一体となって設けられている。このため、電池セルの積層時にセル間に電池セル結合体を配置し、正極端子および負極端子を端子間導体および端子間絶縁体に固定するだけで、隣り合う電池セルの物理的な結合と、電気的な接続とを同時に行なうことができる。これにより、電池セルを積層して組電池を組み立てる際に、その作業性を向上させることができる。
【００１０】
また好ましくは、スペーサには、冷却風通路が形成されている。このように構成された電池セル結合体によれば、電池セルの積層時に、電池セル間に冷却風通路を同時に形成することができる。このため、組電池の組み立て作業性を低下させることなく、冷却風通路を確保することができる。
【００１１】
この発明に従った組電池構造は、上述のいずれかの電池セル結合体と、電池セル結合体を介して所定の方向に積層され、所定の方向に沿って、正極端子と負極端子とが交互に並ぶように配置された複数の電池セルとを備える。電池セル結合体は、所定の方向に沿って、端子間導体と端子間絶縁体とが交互に並ぶように配置されている。隣り合う端子間導体と端子間絶縁体とが、正極端子および負極端子のいずれか一方を挟持した状態で、互いに固定されている。
【００１２】
このように構成された組電池構造によれば、本発明による電池セル結合体を用いることによって、組電池を組み立て時に、優れた作業性を得ることができる。また加えて、電池セル結合体を介して複数の電池セルを積層することにより、電池セルは、その電池セルの両側に配置された電池セル結合体のスペーサに挟まれるように設けられる。このため、外部からの力や衝撃に対して、電池セルを十分に保護し、組電池の信頼性を向上させることができる。
【００１３】
また好ましくは、端子間導体および端子間絶縁体には、所定の方向に貫通する孔が形成されている。端子間導体と端子間絶縁体とは、その孔に挿通されたボルトにより、互いに固定されている。このように構成された組電池構造によれば、多層に積層された複数の電池セルを、ボルトにより一括して固定することができる。これにより、組電池の組み立て作業性をさらに向上させることができる。
【００１４】
この発明に従った組電池構造の組み立て方法は、上述の組電池構造の組み立て構造である。組電池構造の組み立て方法は、端子間導体および端子間絶縁体を、スペーサと一体に設け、電池セル結合体を形成する工程と、電池セル結合体を介して、複数の電池セルを積層する工程と、複数の電池セルを積層する工程の後、端子間導体と端子間絶縁体とを互いに固定する工程とを備える。このように構成された組電池構造の組み立て方法によれば、予め電池セル結合体を形成しておくことで、複数の電池セルを積層する工程時に、電池セル結合体をセル間に配置する作業を容易に行なうことができる。これにより、組電池の組み立て作業性を向上させ、組み立てコストや組み立て時間の削減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、この発明に従えば、生産性に優れるとともに、冷却風通路が確保された組電池を実現する電池セル結合体、その電池セル結合体を用いた組電池構造およびその組み立て方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、この発明の実施の形態における組電池を示す斜視図である。図２は、図１中の組電池の上面図である。図中には、ハイブリッド自動車に搭載され、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関とともに、ハイブリッド自動車の動力源となる組電池が示されている。図１および図２を参照して、組電池１０は、複数の電池セル３０が、矢印１０１に示す方向に積層されて構成されている。互いに隣り合う電池セル３０の間には、電池セル結合体２０が配置されている。
【００１８】
図３は、図１中の電池セルの内部を示す断面図である。図３を参照して、電池セル３０は、電解液に浸された状態で多層に積層された正極３４および負極３３と、正極３４と負極３３との間に配置されたセパレータ３２とによって構成されている。電池セル３０は、ラミネート型のリチウム電池であり、たとえばアルミニウム箔からなる外装体３１によって覆われている。電池セル３０は、正極３４および負極３３にそれぞれ接続された正極端子３５および負極端子３６を有する。正極端子３５および負極端子３６は、それぞれ、外装体３１の両端から反対方向に突出している。
【００１９】
図４は、図１中のＩＶ−ＩＶ線上に沿った電池セル結合体の断面図である。図１および図４を参照して、電池セル結合体２０は、略矩形形状の表面２３ａを有し、平板状に形成されたスペーサ２３と、表面２３ａの対辺にそれぞれ位置するように、スペーサ２３に設けられた端子間絶縁体２１および端子間導体２６とを備える。端子間絶縁体２１は、たとえば、樹脂から形成されており、端子間導体２６は、たとえば銅などの金属から形成されている。スペーサ２３は、樹脂および金属のいずれから形成されていても良い。スペーサ２３を樹脂から形成した場合、スペーサ２３の成形性を向上させることができる。また、スペーサ２３を金属から形成した場合、組電池１０の放熱性を向上させることができる。
【００２０】
端子間絶縁体２１および端子間導体２６は、スペーサ２３に一体に設けられている。スペーサ２３が樹脂から形成されている場合、スペーサ２３と端子間絶縁体２１とを、同一の樹脂材料を用いて一体に成形しても良い。スペーサ２３と端子間絶縁体２１とは、異なる樹脂材料から形成されていても良い。スペーサ２３と、端子間絶縁体２１および端子間導体２６とは、それぞれを形成する材料を考慮した上で、接着剤、嵌め込みまたは溶接などによって、一体とされていても良い。
【００２１】
スペーサ２３には、表面２３ａと平行に延びる冷却風通路２４が形成されている。冷却風通路２４は、端子間絶縁体２１と端子間導体２６とを結ぶ方向の直交方向に延びており、その直交方向に隔てる表面２３ａの対辺の間で形成されている。冷却風通路２４は、端子間絶縁体２１と端子間導体２６とを結ぶ方向に、所定の間隔ごとに複数、形成されている。このような冷却風通路２４により、スペーサ２３は、ハーモニカチューブ構造に形成されている。端子間絶縁体２１および端子間導体２６には、図１中の矢印１０１に示す方向、つまり、電池セル３０の積層方向に貫通する貫通孔２２および２７が、それぞれ形成されている。
【００２２】
図１および図２を参照して、複数の電池セル３０は、その積層方向に沿って、正極端子３５と負極端子３６とが交互に並ぶように配置されている。たとえば、電池セル結合体２０ｍを介して、互いに隣り合って位置決めされた電池セル３０ｍおよび３０ｎは、電池セル３０ｍの正極端子３５と、電池セル３０ｎの負極端子３６とが、外装体３１から互いに同じ方向に突出し、電池セル３０ｍの負極端子３６と、電池セル３０ｎの正極端子３５とが、先の方向とは反対の互いに同じ方向に突出するように、配置されている。
【００２３】
電池セル結合体２０は、電池セル３０の積層方向に沿って、端子間導体２６と端子間絶縁体２１とが交互に並ぶように配置されている。たとえば、電池セル３０ｎの両側に配置された電池セル結合体２０ｍおよび２０ｎは、電池セル結合体２０ｍの端子間絶縁体２１と、電池セル結合体２０ｎの端子間導体２６とが、スペーサ２３に対して互いに同じ側に位置し、電池セル結合体２０ｍの端子間導体２６と、電池セル結合体２０ｎの端子間絶縁体２１とが、スペーサ２３に対して先の側とは反対の互いに同じ側に位置するように、配置されている。電池セル３０の正極端子３５および負極端子３６は、隣り合って並ぶ端子間絶縁体２１および端子間導体２６によって挟持されている。電池セル結合体２０は、電池セル３０の積層方向に沿って、貫通孔２２および２７が連通するように配置されている。
【００２４】
電池セル３０の外装体３１は、隣り合う電池セル結合体２０のスペーサ２３間に形成された空間に位置決めされている。外装体３１は、そのスペーサ２３間の空間に完全に収容されており、電池セル３０の積層方向に見てスペーサ２３と重なる位置に設けられている。外装体３１は、スペーサ２３に接触して設けられている。外装体３１は、隣り合う電池セル結合体２０のスペーサ２３によって挟持されている。
【００２５】
このような組電池１０の構成により、スペーサ２３に対して一方の側では、電池セル３０の積層方向に並ぶ正極端子３５と負極端子３６とが、その積層方向に沿って接続と絶縁とを交互に繰り返すように、互いに電気的に接続されている。また、スペーサ２３に対して他方の側では、一方の側で接続および絶縁された層で、それぞれ、絶縁および接続されるように、電池セル３０の積層方向に並ぶ正極端子３５と負極端子３６とが、その積層方向に沿って接続と絶縁とを交互に繰り返すように、互いに電気的に接続されている。これにより、積層された電池セル３０が、直列に接続されている。
【００２６】
また、電池セル３０ｎの外装体３１は、電池セル結合体２０ｍおよび２０ｎの端子間導体２６、スペーサ２３および端子間絶縁体２１によって構成された枠体構造に囲まれている。このように電池セル３０を枠体構造で囲むことにより、組電池１０に外部から力が加わった場合に、電池セル３０を適切に保護することができる。
【００２７】
図５は、図１中の組電池に用いられるボルトの構造を示す側面図である。図２および図５を参照して、電池セル３０の積層方向に連通する貫通孔２２および２７には、ボルト４１が挿入される。このボルト４１によって、電池セル３０の積層方向に沿って隣り合う端子間絶縁体２１および端子間導体２６が、互いに固定され、積層された複数の電池セル３０が一体化される。積層方向の両端に位置する電池セル３０の端子間導体２６には、電流の通り道となるバスバー４２および４３が、それぞれ接続されている。
【００２８】
なお、ボルト４１は、ねじ部４１ｐが、パイプ状の絶縁体４６によって覆われた状態で、貫通孔２２および２７に挿入されている。絶縁体４６は、ボルト４１を介して電池セル３０間が導通することを防止している。これにより、隣り合う電池セル３０間で個々にボルト止めを行なう必要がなく、積層された電池セル３０の全てを一括して固定することができる。
【００２９】
図１中の組電池１０を組み立てる場合、予め、スペーサ２３、端子間絶縁体２１および端子間導体２６が一体に設けられた電池セル結合体２０を複数、作製しておく。電池セル結合体２０の形状は、全て同じ形状で良く、配置する位置によって形状を変更する必要がない。次に、電池セル結合体２０を間に挟み込みながら、電池セル３０を積層する。最後に、ボルト４１を、絶縁体４６を介在させた状態で貫通孔２２および２７に挿入し、電池セル結合体２０同士を固定する。以上の工程によって、図１中に示す組電池１０が完成する。
【００３０】
この発明の実施の形態における電池セル結合体２０は、正極端子３５と負極端子３６とを有し、所定の方向に積層される複数の電池セル３０間を結合する電池セル結合体である。電池セル結合体２０は、互いに隣り合う第１および第２の電池セルとしての電池セル３０ｍおよび３０ｎの間に位置決めされるスペーサ２３と、電池セル３０ｍの正極端子３５と、電池セル３０ｎの負極端子３６とが、所定の方向に隔てた両側からそれぞれ固定され、これらの端子間を電気的に接続する端子間導体２６と、電池セル３０ｍの負極端子３６と、電池セル３０ｎの正極端子３５とが、所定の方向に隔てた両側からそれぞれ固定され、これらの端子間を電気的に絶縁する端子間絶縁体２１とを備える。端子間導体２６および端子間絶縁体２１は、スペーサ２３と一体に設けられている。
【００３１】
組電池構造としての組電池１０は、電池セル結合体２０と、電池セル結合体２０を介して所定の方向に積層され、所定の方向に沿って、正極端子３５と負極端子３６とが交互に並ぶように配置された複数の電池セル３０とを備える。電池セル結合体２０は、所定の方向に沿って、端子間導体２６と端子間絶縁体２１とが交互に並ぶように配置されている。隣り合う端子間導体２６と端子間絶縁体２１とが、正極端子３５および負極端子３６のいずれか一方を挟持した状態で、互いに固定されている。
【００３２】
電池セル３０は、さらに、正極端子３５および負極端子３６が異なる位置から突出する本体部としての外装体３１を有する。外装体３１は、電池セル３０の両側に配置された電池セル結合体２０のスペーサ２３、端子間導体２６および端子間絶縁体２１によって、取り囲まれている。
【００３３】
このように構成された、この発明の実施の形態における電池セル結合体２０、組電池１０およびその組み立て方法によれば、電池セル結合体２０を用いることによって、電池セル３０を接着等することなく、電池セル３０同士を固定することができる。また同時に、電池セル３０間の電気的な接続を行なうことができる。この際、端子間導体２６および端子間絶縁体２１と、スペーサ２３とが一体となった電池セル結合体２０を、１つの部品として取り扱うことができるため、電池セル３０間への配置に手間取るということがない。また、端子間導体２６および端子間絶縁体２１に、電池セル３０の積層方向に貫通する貫通孔２２および２７を形成することで、多層に積層された電池セル３０を一括して固定できる。したがって、本実施の形態によれば、組電池１０の組み立て時の作業性を飛躍的に向上させることができる。また、スペーサ２３には、冷却風通路２４が形成されているため、電池セル３０間に冷却風を流すための通路も同時に設けることができる。
【００３４】
なお、本実施の形態では、端子間絶縁体２１および端子間導体２６が、表面２３ａの対辺にそれぞれ位置して設けられているが、端子間絶縁体２１および端子間導体２６が設けられる位置は、これに限定されない。電池セル３０の正極端子３５および負極端子３６の位置に合わせて、たとえば、端子間絶縁体２１および端子間導体２６が、表面２３ａの１つの辺の異なる位置に設けられていても良いし、表面２３ａの隣り合う辺に設けられていても良い。
【００３５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明の実施の形態における組電池を示す斜視図である。
【図２】図１中の組電池の上面図である。
【図３】図１中の電池セルの内部を示す断面図である。
【図４】図１中のＩＶ−ＩＶ線上に沿った電池セル結合体の断面図である。
【図５】図１中の組電池に用いられるボルトの構造を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  組電池、２０  電池セル結合体、２１  端子間絶縁体、２２，２７  貫通孔、２３  スペーサ、２４  冷却風通路、２６  端子間導体、３０，３０ｍ，３０ｎ  電池セル、３５  正極端子、３６  負極端子、４１  ボルト。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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