(57)【要約】【課題】  電池の電極タブ同士を接続した接続部の振動による破損、劣化を防止した組電池を提供する。【解決手段】  積層された複数の単電池２００と、積層された複数の単電池を両側から保持するヒートシンク２５０と、単電池の電極タブ同士を接続する接続部１０２と、ヒートシンク２５０に対して接続部２５０を固定するブラケット１０３とを有する組電池。【選択図】            図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数の単電池と、
前記複数の単電池を保持する保持手段と、
少なくとも一つの前記単電池の一つの電極と他の一つの前記単電池の一つの電極とを接続する接続部と、
前記保持手段に対して前記接続部を固定する固定手段と、
を有することを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記保持手段は、前記複数の単電池を積層方向の両側から挟み込む２枚の板状部材を有し、
前記固定手段は前記接続部を固定するともに、前記保持手段に対して固定されることによって、前記接続部を前記保持手段に対して固定することを特徴とする請求項１記載の組電池。
【請求項３】
前記固定手段は、本体部とテーパ部よりなり、
前記本体部は一端部が前記板状部材の一方に当接し、他端部が前記単電池の積層方向に直交する面に対して傾斜した面である第１の傾斜面を備えるとともに前記板状部材と当接せず、
前記テーパ部は一端部に前記第１の傾斜面に対応する第２の傾斜面を備え、前記本体部の前記第１の傾斜面と当接し、他端部が前記板状部材の他方と当接することを特徴とする請求項１または２記載の組電池。
【請求項４】
前記固定手段は、前記接続部が挿入される前記接続部より大きな窓部を有し、
前記接続部は、前記窓部内において固定材により固定されてい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。
【請求項５】
前記２枚の板状部材は、弾性部材によって接続され、該弾性部材によって互いに近接する方向の力が付与されて、前記複数の単電池に対して前記積層方向に一定の面圧を付与することを特徴とする請求項２記載の組電池。
【請求項６】
前記板状部材は、前記単電池を冷却する冷却手段である特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の組電池。
【請求項７】
前記接続部は、積層された複数の単電池のうち少なくとも２つ以上の単電池の前記電極とそれぞれ個々に接合されたバスバーと、
前記２つ以上の単電池の電極に接合された２つ以上のバスバーを締結するボルト・ナットと、を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の組電池。
【請求項８】
前記単電池は、前記積層方向の厚さに対して前記積層方向に直交する方向の幅および長さのほうが大きい偏平型単電池であり、
前記電極は、前記偏平型単電池の前記積層方向に直交する方向に突出した電極タブであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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偏平型単電池を、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。
【特許文献１】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）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような組電池では、一つひとつの単電池を直列に接続する際に互いに接続する電極タブを、たとえばバスバーを介してボルト・ナットにより締結して接続することが考えられる。
【０００６】
このように電極タブ同士をボルト・ナットなどでボルト締結された接続部は、一つひとつの単電池の電極タブによって支持されることになるため、組電池自体に振動が加わると、接続部はボルト・ナットなどの接続部の質量によってその部分のみが組電池全体とは別に振動してしまうことになる。
【０００７】
このような接続部における振動現象は、電極タブの劣化や破断などの原因となる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、電池の電極タブ同士を接続した接続部は振動によって破損したり、劣化したりしないようにした組電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の組電池は、積層された複数の単電池と、前記複数の単電池を保持する保持手段と、少なくとも一つの前記単電池の一つの電極タブと他の一つの前記単電池の一つの電極タブとを接続する接続部と、前記保持手段に対して前記接続部を固定する固定手段と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、複数の積層された単電池の電極タブを接続する接続部を、組電池全体を保持する保持手段に対して固定手段を用いて固定したので、組電池に振動が加わった場合でも接続部が組電池全体と別に振動することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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を説明する。
【００１２】
図１は本発明を適用した組電池の全体斜視図であり、図２は要部拡大斜視図であり、図３は積層されている組電池の１層分の平面図であり、図４は図２に示すＡ−Ａ線に沿う部分断面図である。
【００１３】
この組電池１００は、複数の扁平型単電池２００を積層した組電池本体部１０１と、この組電池本体部１０１における電池の縦方向の接続部１０２を固定支持するブラケット１０３と、を有する。
【００１４】
組電池本体部１０１は、１平面上に配置された複数の扁平型単電池２００が互いに第１バスバー２０１によって直列に接続されて（図３参照）、この直列接続された複数の扁平型単電池２００がさらに積層されて、端部において上下に接続して全部の単電池２００が直列に接続された構造である。
【００１５】
扁平型単電池２００は、扁平型に形成されたいわゆる薄型の電池であり、積層される方向の厚さに対して、この積層方向に直交する方向の幅および長さが大きく、偏平な形状をしている。そしてこの単電池２００は、正極板、負極板およびセパレータを順に積層した発電要素（不図示）を内部に複数含む二次電池である。内部の発電要素は、たとえばリチウムイオン二次電池である。なお、以下では扁平型単電池を単に単電池と記載する。
【００１６】
また、ここで用いている単電池は、三層構造のラミネートフィルムによって外装されたラミネート電池である。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。
【００１７】
ラミネート電池は、このようなラミネートフィルムを用いて発電要素を密閉し、電極として正極タブ２０２および負極タブ２０３を偏平型単電池の積層方向に直交する方向に引き出している。
【００１８】
組電池は、前述のとおり、この単電池をまず横方向に１層分直列に接続し、さらにこの層構造とした電池を複数積層したものである。
【００１９】
１層分を構成する複数の単電池２００は、図３に示すように、複数の単電池２００（ここでは５個の単電池２００）の電極である正極タブ２０２と負極タブ２０３が互いに第１バスバー２０１によって溶接により接合されて直列に接続されている。
【００２０】
この各層を上下方向に直列に接続する接続部１０２は、図４に示すように、前述した層構造をなす複数の単電池２００のなかの両端の単電池２００の電極タブ２０２および２０３に第２バスバー１２１が接合され、この第２バスバー１２１がボルト１２２およびナット１２３によって締結されている。なお、電極タブ２０２（または２０３）と第２バスバー１２１とは、予め一つの電極タブ２０２（または２０３）に一対となってボルト締結される第２バスバー１２１のうちの一方１２１ａ（または１２１ｂ）が溶接またははんだ付けにより結合してある。
【００２１】
図に示した組電池本体部１０１は例えば１０層からなり、中ほどの層（図２においては、図示されている側で第３層目と第４層目、第５層目と第６層目、および第７層目と第８層目、図示されていない側で第２層目と第３層目、第４層目と第５層目、第６層目と第７層目、第８層目と第９層目）がボルト締結によって接続されている。一方、最外層に位置する層と次の層は、図示する場合には、第１層目と第２層目、および第９層目と第１０層目はいずれも電極タブにコの字形のバスバーを直接溶接して、または電極タブ同士を直接接合して接合している。
【００２２】
これは、最外層は溶接機によって溶接するためのスペースがあるため溶接によって接合しているが、中ほどの層は電極タブが重なり合い溶接機が入らないため溶接できないので、ボルト締結としているものである。
【００２３】
積層された単電池２００は、上下から２枚の外層ヒートシンク２５０によって保持している。この外層ヒートシンク２５０は保持手段の一部であり、加圧ユニット２４０によって支持され、積層された各単電池２００に対して一定の面圧を加える役割を果たす。
【００２４】
また、外層ヒートシンク２５０は、互いに凹部を有する２枚の板状部材を、凹部同士が相対するように重ね合わせて構成されており、相対する凹部の部分が空気の流通孔２５６となり、冷却効率を向上させている。なお、本実施例では、ヒートシンクを上述のように凹部を有する２板の板状部材によって形成しているが、例えば押し出し成形によって１体の部材としてもよい。
【００２５】
また、積層された単電池２００の層の間には、さらに内層ヒートシンク２５１が設けられている。この層ヒートシンク２５１も外層ヒートシンク同様に、互いに凹部６を有する２枚の板状部材を、凹部同士が相対するように重ね合わせて構成されており、相対する凹部の部分が空気の流通孔２５となり、冷却効率を向上させている。
【００２６】
保持手段は、板状部材である外層ヒートシンク２５０と、この外層ヒートシンク２５０間に配置されて、この外層ヒートシンク２５０を接続する弾性部材である加圧ユニット２４０によって構成される。
【００２７】
図５は加圧ユニットを示す図で、図５（Ａ）は加圧ユニットの全体構成を示す図であり、図５（Ｂ）はバネ保持部の構成を示す図である。また、図６は加圧ユニットの断面図で、図６（Ａ）は加圧ユニットの初期状態を示す図であり、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。
【００２８】
加圧ユニット２４０は、引っ張りコイルバネ２４２（弾性体）と、引っ張りコイルバネ２４２の両端を保持するバネ保持部２４３とからなる。
【００２９】
引っ張りコイルバネ２４２は、引き伸ばされた状態で外層ヒートシンク２５０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２５０を相互に接近させる方向の弾性力を発現する。
【００３０】
バネ保持部２４３は、本体部２４４と、引っ張りコイルバネ２４２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２４５と、螺合部２４５から引っ張りコイルバネ２４２の中心に向かって伸びる突合せ部２４６と、本体部２４４から伸びてヒートシンク２ａに挿通される挿通部２４７とを含む。
【００３１】
本体部２４４は、引っ張りコイルバネ２４２が外れないように、これに当接する。また、本体部２４４は、加圧ユニット２４０を組電池に取り付けたときに、ヒートシンク２ａと当接して、引っ張りコイルバネ２４２の伸びを定める役割も果たす。
【００３２】
螺合部２４５は、図示の通り、引っ張りコイルバネ２４２の端部にねじ込まれて、引っ張りコイルバネ２４２の内側と螺合し、これを固定する。螺合部２４５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２４５のピッチＰ２は、引っ張りコイルバネ２４２のピッチＰ１より大きい。したがって、螺合部２４５を図５（Ｂ）中矢印の方向にねじ込むことができる。螺合部２４５をねじ込むことによって、突合せ部２４６が、引っ張りコイルバネ２４２の中央に向かって進行する。
【００３３】
引っ張りコイルバネ２４２の両端から螺合部２４５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２４６が突き当たる。この状態で、引っ張りコイルバネ２４２は自然長より伸ばされ、加圧ユニット２４０の初期状態として、初期張力が与えられている。
【００３４】
挿通部２４７は、先端にナット２４１が締結可能なねじ山が形成されている。挿通部２４７の頭には、後述する回り止め用のスリット２４８が設けられている。スリット２４８に、マイナスドライバーを挿す等して、バネ保持部２４３を容易に回り止めできる。
【００３５】
このような加圧ユニット２４０を、外層ヒートシンク２５０間に配置すると、図６（Ａ）に示すようになる。
【００３６】
ここで、挿通部２４７は、外層ヒートシンク２５０の孔２２２に挿通されている。この状態で、一方のバネ保持部２４３を回り止めしながら、他方のバネ保持部２４３の挿通部２４７をナット２４１で締結する。すると、バネ保持部２４３がナット２４１側に引き寄せられる。これを両方のバネ保持部２４３で行うと、図６（Ｂ）に示すように、バネ保持部２４３が引っ張りコイルバネ２４２を保持した状態で相対的に引き離され、引っ張りコイルバネ２４２が外層ヒートシンク２５０間に引き伸ばされた状態で保持される。
【００３７】
このように外層ヒートシンク２５０間の幅に合わせて、引っ張りコイルバネ２４２を引き伸ばすので、ナット２４１の締め付けトルクに関わらず、引っ張りコイルバネ２４２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２５０による単電池への加圧力となる。
【００３８】
次に、ブラケット１０３は、接続部１０２の振動を防止する固定手段である。
【００３９】
ブラケット１０３は、接続部１０２を挿入する窓部１３１を有するブラケット本体部１３２と、このブラケット本体部１３２を位置決めして組電池１００に固定するテーパ部１３３と、窓部１３１内で接続部１０２をブラケット本体部１３２に固定するための固定材としての接着剤１３５（図４参照）とからなる。なお、図１および２においては、窓部１３１とそのなかの構造をわかりやすくするために接着剤１３５は図示省略してある。
【００４０】
ブラケット本体部１３２は、固定手段おける本体部であり、接続部１０２が挿入される窓部１３１が形成されている。この窓部１３１は、図示する例では、片側にある接続部１０２が互いに干渉しないように、互い違いに配置されているため、これらの接続部１０２にあわせて窓部１３１を開口している。
【００４１】
窓部１３１の開口の大きさは、接続部１０２の位置変動に対応するために、接続部１０２のボルト１２２の長さＬよりも、わずかに大きめに形成している。接続部１０２の位置変動は、前述した用に、この組電池本体部１０１が複数層からなるため、個々の単電池２００の製造ばらつきなどに起因する、形状の微妙なばらつきにより接続部１０２の位置が出来上がった組電池本体部１０１ごとに異なるために生じる。たとえば、このような接続部１０２の位置ずれが０．１〜１ｍｍ程度である場合、窓部１３１の開口の大きさは、接続部１０２を締結しているボルト１２２の長さＬよりさらに０．５〜２ｍｍ程度大きく形成するとよい。
【００４２】
また、ブラケット本体部１３２は、図４に示すように、その一端側の一部が斜めにカットされており、この部分（テーパカット部１３７と称する）で後述するテーパ部１３３と当接する。このテーパカット部のある側は、外層ヒートシンク２５０とは当接しない。一方、他端側１３８は組電池本体部１０１の外層ヒートシンク２５０と当接するように断面がＬ字形状に形成されている。
【００４３】
また、テーパカット部１３７のテーパ面は、摩擦係数が大きくなるように表面を平滑化している。
【００４４】
テーパ部１３３は、ブラケット本体部１３２のテーパカット部と当接する側１４１がテーパカットされており、他端部１４２は、平面で組電池本体部１０１の外層ヒートシンク２５０に当接する。このテーパ部１３３におけるテーパ面も、摩擦係数が大きくなるように表面を平滑化している。この表面を平滑化したテーパ面によってテーパ部１３３を挿入した後のテーパ部１３３の脱落を防止している。なお、表面加工によってテーパ部の表面を平滑化した上に、接着剤によってブラケット本体部１３２とテーパ部１３３を接着してもよい。
【００４５】
したがって、組電池本体部１０１の外層ヒートシンク２５０間の長さｈが多少変化しても、外層ヒートシンク２５０間の長さｈの違いに応じてテーパ部１３３の入り込む量が変わり、ブラケット本体部１３２を適切に位置決めして外層ヒートシンク２５０間に固定することができる。
【００４６】
このブラケット本体部１３２とテーパ部１３３は、電池の周辺に配置されることを考慮して絶縁性部材であることが好ましい。絶縁性部材としては、たとえば、エポキシ樹脂、ＡＢＳ樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂部材、またはセラミックスなどを用いることができる。
【００４７】
窓部１３１内に挿入された接続部１０２は、接着剤１３５によって固定される。この接着剤１３５は固定材であり、たとえばエポキシ樹脂系、合成ゴム系、シリコーン系などの接着剤である。もちろん、窓部１３１に挿入された接続部１０２が窓部内において固定することができればその他の接着剤であってもよい。
【００４８】
また、本実施例においては、接続部１０２を固定する固定材として接着剤１３５を用いたが、これに限定されるものではなく、たとえば窓部１３１の内側面と接続部との間にスペーサーを挿入して、接続部を固定してもよい。
【００４９】
以上のように、本発明を実施するための最良の形態によれば組電池１００に振動が加わった場合でも接続部１０２がブラケット１０３によって固定されているため、接続部１０２の質量によって接続部１０２が組電池１００と別に振動することがなくなり、振動による電極タブや接続部１０２の破損を防止することができる。これは、たとえば、この組電池１００を電気自動車やハイブリッド自動車など、振動する機械装置の電源として好適である。
【００５０】
また、本形態によれば、接続部１０２を実際に固定する窓部１３１を接続部１０２の大きさよりもわずかに大きくしてその中を接着材で充填することにより固定することとしたため、同じ組電池１００であれば同じブラケット１０３を使用しても個々の単電池２００の厚さばらつきによる接続部１０２の位置変動を吸収して、確実に接続部１０２をブラケット１０３に固定することができる。
【００５１】
また、本形態によれば、ブラケット１０３をブラケット本体部１３２とテーパ部１３３に分けて組電池本体部１０１の外層ヒートシンク２５０間に固定することとしたので、外層ヒートシンク２５０間の長さばらつきをこのテーパ部１３３の入り込み量によって調節し、確実にブラケット１０３を組電池本体部１０１の外層ヒートシンク２５０間に固定することができる。
【００５２】
以上本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。たとえば、上述した形態では、複数の単電池２００をまず横方向に直列に接続して層構造を形成し、これをさらに積層して組電池本体部１０１を形成しているが、本発明はこのような組電池本体部１０１の構成に限定されることなく、複数の単電池２００を接続した部分がある組電池１００において、その接続部１０２をブラケット１０３により固定することができる。その場合のブラケット１０３の形態は、接続部１０２の数や位置に合わせて適宜変更して用いることができる。
【００５３】
また、上述した最良の形態では、ブラケット１０３をブラケット本体部１３２とテーパ部１３３に分けているが、たとえば、ブラケット本体部１３２全体、または、外層ヒートシンク２５０と当接する両端部のみなどをシリコーンゴムのような弾性材料によって形成することで、テーパ部１３３を省略し、この弾性部材の弾性力によって、シートシンクの間にはめ込んで固定するようにしてもよい。
【００５４】
さらに、上述した最良の形態では、単電池を積層する際に単電池同士を（または内層ヒートシンクに）直接接触させて重ねているが、このように単電池同士を直接接触させず間に、シリコーンシートなどの高摩擦部材を介在させてもよい。このような高摩擦部材を介在させることで組電池を組んだときに、単電池の振動によるずれを防止することができる。
【００５５】
また、本実施例においては接続部１０２をブラケット１０３を介してヒートシンク２５０に固定したが、たとえば組電池１００を収容するケースを備えている場合には、このケースに固定してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の組電池は、たとえば、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などの電源、また、その他、振動する機械や装置に搭載される電源として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明を適用した組電池の全体斜視図である。
【図２】本発明を適用した組電池の要部斜視図である。
【図３】積層されている組電池の１層分の平面図である。
【図４】図２に示すＡ−Ａ線に沿う部分断面図である。
【図５】加圧ユニットの全体構成を示す図である。
【図６】加圧ユニットの断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１００…組電池、
１０１…組電池本体部、
１０２、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ…接続部、
１０３…ブラケット、
１２１…第２バスバー、
１２２…ボルト、
１２３…ナット、
１３１…窓部、
１３２…ブラケット本体部、
１３３…テーパ部、
１３５…接着剤、
２００…単電池、
２０１…第１バスバー、
２４０…加圧ユニット、
２５０…ヒートシンク、
２５６…流通孔。
【図１】
2005116437.tif 000003
【図２】
2005116437.tif 000004
【図３】
2005116437.tif 000005
【図４】
2005116437.tif 000006
【図５】
2005116437.tif 000007
【図６】
2005116437.tif 000008