(57)【要約】【課題】  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を提供する。【解決手段】  板形状を成すフレームに単電池を保持させて小モジュールを形成し、その小モジュールをフレームの厚み方向に複数個積層して電池ユニット(200)を形成し、電池ユニットを積層方向の両面からヒートシンク(300,350)で加圧して一体的に保持し組電池(100)を形成する。【選択図】            図１
2005116427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池ユニットを備える組電池であって、
当該電池ユニットは複数の小モジュールが接続されることによって形成され、
当該小モジュールは、複数の扁平型単電池が接続されることによって形成されていることを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記小モジュールを形成する扁平型単電池は小モジュール単位では機械的に接続されているが電気的には相互に非接続であって、複数の小モジュールを接続して前記電池ユニットを形成する際に前記小モジュールを形成する扁平型単電池が相互に電気的に接続されることを特徴とする請求項１記載の組電池。
【請求項３】
１個の扁平型単電池は板形状を成すフレームに保持され、当該１個の扁平型単電池を保持した板形状を成すフレームを積層することによって小モジュールが形成され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】
１の平面上に配列される複数個の扁平型単電池が板形状を成すフレームに保持されて小モジュールが形成され、当該複数個の扁平型単電池が１の平面上に配列された小モジュールを積層することによって前記電池ユニットが形成され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５】
前記電池ユニットを加圧して一体的に保持する保持手段を有することを特徴とする請求項１、２、４のいずれかに記載の組電池。
【請求項６】
前記フレームには前記扁平型単電池を保持する保持部が備えられ、当該保持部は、前記扁平型単電池の周縁部の少なくとも一部を支持する周縁支持部と、前記扁平型単電池を位置決めする位置決め部とを、備えていることを特徴とする請求項３または４記載の組電池。
【請求項７】
前記フレームは、当該フレームに保持されている扁平型単電池の一方の電極タブと積層方向に隣接する他のフレームに保持されている扁平型単電池の一方の電極タブとを電気的に接続する第１接続手段を備えていることを特徴とする請求項３または４記載の組電池。
【請求項８】
前記フレームは、当該フレームに保持されている扁平型単電池の一方の電極タブと同一のフレームに保持されている他の扁平型単電池の一方の電極タブとを電気的に接続する第２接続手段を備えていることを特徴とする請求項４記載の組電池。
【請求項９】
前記フレームには、当該フレームに保持されている扁平型単電池の電圧を検出するため当該扁平型単電池の電極タブと電気的に接続される電圧検出用端子が取り付けられていることを特徴とする請求項３、４、６、７または８記載の組電池。
【請求項１０】
前記保持手段は、前記電池ユニットを構成するすべての扁平型単電池に積層方向の面圧を付与する加圧手段としての機能と、前記電池ユニットから生じる熱を放散して冷却する冷却手段としての機能とを備えていることを特徴とする請求項５記載の組電池。
【請求項１１】
前記保持手段は、前記電池ユニットを構成する１つの扁平型単電池積層体を別の扁平型単電池積層体に電気的に接続する第３接続手段を取り付ける機能を備えていることを特徴とする請求項５または１０記載の組電池。
【請求項１２】
前記電池ユニットには、少なくとも１以上の冷却手段が、積層されている前記フレームの間に介挿されていることを特徴とする請求項４記載の組電池。
【請求項１３】
前記電池ユニットを構成する扁平型単電池の外装面は、当該扁平型単電池と積層方向に隣接する扁平型単電池の外装面と直接接触していることを特徴とする請求項４記載の組電池。
【請求項１４】
前記電池ユニットの積層方向に位置する扁平型単電池は、当該扁平型単電池の電極タブの極性が積層方向に正負交互となるように前記フレームに保持されていることを特徴とする請求項４記載の組電池。
【請求項１５】
前記電池ユニットの同一のフレームに配置されている扁平型単電池は、当該扁平型単電池の電極タブの極性が配列方向に正負交互となるように保持されていることを特徴とする請求項４記載の組電池。
【請求項１６】
前記扁平型単電池は、少なくとも正極板と負極板を順に積層した積層型の発電要素を内部に備え、前記電池ユニットは、前記扁平型単電池を当該発電要素における正極板と負極板の積層方向と同一方向に積層して形成されていることを特徴とする請求項４記載の組電池。
【請求項１７】
前記電池ユニットを構成するすべての扁平型単電池は電気的に直列に接続されていることを特徴とする請求項１または４記載の組電池。
【請求項１８】
複数の扁平型単電池を接続することによって小モジュールを形成する小モジュール形成段階と、
複数の小モジュールを接続して電池ユニットを形成する電池ユニット形成段階と、
を含むことを特徴とする組電池の製造方法。
【請求項１９】
前記小モジュール形成段階においては、前記小モジュールを形成する扁平型単電池が小モジュール単位では機械的に接続されているが電気的には相互に非接続の状態となっており、
前記電池ユニット形成段階においては、複数の小モジュールを接続する際に前記小モジュールを形成する扁平型単電池が相互に電気的に接続されることを特徴とする請求項１８記載の組電池の製造方法。
【請求項２０】
前記小モジュール形成段階は、
１個の扁平型単電池を板形状を成すフレームに保持させる段階と、
当該１個の扁平型単電池を保持した板形状を成すフレームを積層する段階と、
を含むことを特徴とする請求項１８または１９記載の組電池の製造方法。
【請求項２１】
前記小モジュール形成段階においては、１の平面上に配列される複数個の扁平型単電池をフレームに保持させることによって前記小モジュールを形成し、
前記電池ユニット形成段階においては、前記複数個の扁平型単電池が１の平面上に配列された小モジュールを積層することによって前記電池ユニットを形成することを特徴とする請求項１８記載の組電池の製造方法。
【請求項２２】
前記電池ユニット形成段階は、
１の小モジュールを形成する扁平型単電池と他の小モジュールを形成する扁平型単電池との電気的な接続を溶接によって行う段階を含むことを特徴とする請求項１８記載の組電池の製造方法。
【請求項２３】
前記電池ユニット形成段階は、
１の小モジュールを形成する扁平型単電池と他の小モジュールを形成する扁平型単電池との電気的な接続を機械的接合によって行う段階を含むことを特徴とする請求項１８記載の組電池の製造方法。
【請求項２４】
前記電池ユニット形成段階は、
１の小モジュールを形成する扁平型単電池と他の小モジュールを形成する扁平型単電池との電気的な接続を溶接および機械的接合によって行う段階を含むことを特徴とする請求項１８記載の組電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【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】
特許文献１の組電池は、単電池として扁平型電池を用いているため、扁平型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、扁平型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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明にかかる組電池は、電池ユニットを備えており、その電池ユニットは複数の小モジュールが接続されることによって形成され、その小モジュールは、複数の扁平型単電池が接続されることによって形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、上記目的を達成するための本発明にかかる組電池の製造方法は、複数の扁平型単電池を接続することによって小モジュールを形成する小モジュール形成段階と、複数の小モジュールを接続して電池ユニットを形成する電池ユニット形成段階と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上のような構成の組電池によれば、電池ユニットが扁平型単電池によって形成されているため、容積効率を極めて高くすることができ、高エネルギー密度の組電池を構成することができる。
【００１２】
また、以上のような組電池の製造方法によれば、まず小モジュールを形成し、次に電池ユニットを形成するので、各生産工程の作業分担が明確になり、信頼性の高い組電池の製造を効率的に行うことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明にかかる組電池を［実施の形態１］から［実施の形態３］に分けて詳細に説明する。実施の形態１では組電池を［組電池の構造］と［組電池の製造手順］に分けて説明する。
【００１４】
［実施の形態１］
実施の形態１で説明する組電池は、フレームに４個の扁平型単電池（以下、単に単電池という。）をその幅方向に配列し、このフレームを２４枚積層して電池ユニットを構成し、この電池ユニットを積層方向両面からヒートシンクで加圧して一体的に保持してなるものである。組電池ユニットは９６個の単電池を有しているが、すべての単電池はフレームやヒートシンクに設けられた接続手段によって直列に接続されている。具体的には、それぞれが積層方向に２４個の単電池を直列に接続した４個の単電池積層体を接続手段によって直列に接続している。
【００１５】
実施の形態１の組電池は概略以上のような構造となっているが、以下にこの組電池の構造とその製造手順を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
［組電池の構造]
図１は本発明にかかる組電池の外観を示す斜視図、図２は図１に示した組電池の主要な構成要素の積層状態を示す図１Ａ−Ａ方向の模式的な部分断面図、図３は図２の一部拡大断面図、図４は図１に示した組電池のバスバーと通しボルトとの接続関係を示す図、図５は図１に示した組電池を構成する単電池相互間の接続状態を模式的に示す図である。
【００１７】
図１に示すとおり、本願発明にかかる組電池１００は、板形状のフレームがその厚み方向に複数個積層されてなる電池ユニット２００を、保持手段として機能するヒートシンク３００、３５０でその積層方向の両面から挟んで加圧し一体的に保持したものである。
【００１８】
図示されていないフレームは４個の扁平状の単電池を並列に配置するため４箇所の保持部を有している。組電池１００はフレームが２４枚積層され、積層方向６枚おきに中間ヒートシンク３２５が介挿される。したがって、組電池１００は４個並列に配置された単電池がそれぞれ２４個ずつ積層されており、合計９６個の単電池を有している。
【００１９】
ヒートシンク３００および３５０は両ヒートシンクを連結する６個の加圧ユニットをナット３１０Ａ〜３１０Ｆで取り付けることによって固定する。加圧ユニットは引っ張りコイルばねの両端にナット３１０Ａ〜３１０Ｆで固定されるシャフトを取り付けたものであり、これをヒートシンク３００および３５０間に取り付けることによって電池ユニット２００を構成するすべての単電池に対して積層方向に適切な面圧を与えている。
【００２０】
組電池１００の積層構造は図２および図３に示すとおりである。なお、これらの図は発明の理解を容易にするために簡略化して記載してある。これらの図には、ヒートシンク３５０と中間ヒートシンク３２５との間には４枚のフレームしか設けられていないが、実際には６枚のフレームが設けられている。
【００２１】
小モジュールを構成することになるフレーム２１０（絶縁ワッシャ埋め込みフレーム）の一端部には絶縁性の部材である絶縁ワッシャ２１２が埋め込まれ、フレーム２１０の周囲には単電池２１４の周縁部２１６を支持する周縁支持部２１８が形成されている。フレーム２１０において周縁支持部２１８によって囲まれているフレーム２１０の中央部分は開口され、積層方向に隣接する要素(ヒートシンク３５０および単電池２２４)と単電池２１４の外装面とが直接接触するようになっている。フレーム２１０の他端部には単電池２１４の電極タブ２１５Ｂを、積層方向に隣接する単電池２２４の電極タブ２２５Ｂと超音波溶接するための開口部２１７Ａが設けられている。単電池２１４の電極タブ２１５Ａは絶縁ワッシャ２１２および後述するバスバー２６０と接触する。なお、絶縁ワッシャ２１２の厚みは、フレーム２１０の厚みよりも厚く単電池２１４の厚みよりも薄くしてある。つまり、絶縁ワッシャ２１２の厚みはフレーム２１０と単電池２１４の厚みの間の厚みとなるようにしている。組電池１００を構成するすべての絶縁ワッシャ埋め込みフレームはこのような厚み関係の絶縁ワッシャを使用している。
【００２２】
フレーム２２０（導通ワッシャ埋め込みフレーム）の一端部には導電性の部材である導通ワッシャ２２２が埋め込まれ、フレーム２２０の周囲にはフレーム２１０と同様の周縁支持部２２８が形成され、また、周縁支持部２２８によって囲まれているフレーム２２０の中央部分は開口されている。フレーム２２０の他端部にはフレーム２１０と同様の開口部２１７Ｂが設けられている。単電池２２４の一方の電極タブ２２５Ａは導通ワッシャ２２２と接触し、この導通ワッシャ２２２を介して単電池２３４の電極タブ２３５Ａと接続される。なお、導通ワッシャ２２２の厚みは、フレーム２２０の厚みよりも厚く単電池２２４の厚みよりも薄くしてある。つまり、導通ワッシャ２２２の厚みはフレーム２２０と単電池２２４の厚みの間の厚みとなるようにしている。このような厚み関係とすれば、単電池２２４に所望の面圧を与えつつ電極タブ２２５Ａと導通ワッシャ２２２とを接触させることができるからである。組電池１００を構成するすべての導通ワッシャ埋め込みフレームはこのような厚み関係の導通ワッシャを使用している。
【００２３】
フレーム２１０に位置決め支持されている単電池２１４の電極タブ２１５Ｂとフレーム２２０に位置決め支持されている単電池２２４の電極タブ２２５Ｂは、それぞれのフレームに設けられている開口部２１７Ａ、２１７Ｂの両側から図示しない冶具で加圧され超音波溶接が施される。
【００２４】
フレーム２３０（絶縁ワッシャ埋め込みフレーム）の一端部には絶縁ワッシャ２３２が埋め込まれ、フレーム２３０の周囲にはフレーム２１０と同様の周縁支持部２３８が形成され、また、周縁支持部２３８によって囲まれているフレーム２３０の中央部分は開口されている。フレーム２３０の他端部にはフレーム２１０と同様の開口部２１７Ｃが設けられている。単電池２３４の一方の電極タブ２３５Ａは絶縁ワッシャ２３２および導通ワッシャ２２２と接触する。フレーム２２０とフレーム２３０を積層すると、開口部２１７Ｃの存在によって、単電池２３４の電極タブ２３５Ｂが溶接済みの下側の電極タブ２１５Ｂ、２２５Ｂと接触してしまうので、電極タブ２２５Ｂの上側には絶縁テープ２５０Ａが貼り付けてある。
【００２５】
フレーム２６５（導通ワッシャ埋め込みフレーム）の一端部には導通ワッシャ２６６が埋め込まれ、このフレーム２６５の上に積層される中間ヒートシンク３２５の載置部２７３が形成されている。また、フレーム２６５の周囲にはフレーム２１０と同様の周縁支持部２７８が形成され、また、周縁支持部２７８によって囲まれているフレーム２６５の中央部分は開口されている。フレーム２６５の他端部にはフレーム２１０と同様の開口部２７７Ｄが設けられている。単電池２７４の一方の電極タブ２７５Ａは導通ワッシャ２６６と接触している。なお、導通ワッシャ２６６の厚みは、絶縁ワッシャまたは導通ワッシャの厚み（絶縁ワッシャの厚み＝導通ワッシャの厚み）に中間ヒートシンク３２５の厚みを加えた厚みに等しくしている。
【００２６】
図２および図３ではヒートシンク３５０と中間ヒートシンク３２５との間に４枚のフレームしか介在されていないが、実際には、ヒートシンク３５０と中間ヒートシンク３２５との間に、下側の層から（絶縁ワッシャ埋め込みフレーム）−（導通ワッシャ埋め込みフレーム）−（絶縁ワッシャ埋め込みフレーム）−（導通ワッシャ埋め込みフレーム）−（絶縁ワッシャ埋め込みフレーム）−（導通ワッシャ埋め込みフレーム）という順番でフレームが６枚積層される。
【００２７】
フレーム２６５の載置部２７３には中間ヒートシンク３２５が載せられる。中間ヒートシンク３２５と導通ワッシャ２６６とはフレーム２６５によって絶縁されている。
【００２８】
中間ヒートシンク３２５の上側にはさらに（６枚のフレーム）−（中間ヒートシンク）−（６枚のフレーム）−（中間ヒートシンク）−（６枚のフレーム）−ヒートシンク３００がこの順番で積層される。ヒートシンク３００の直下のフレーム２４０は、フレーム２２０と同様の構成となっている。つまり、フレーム２４０には導通ワッシャ２４２が埋め込まれ、フレーム２１０と同様の周縁支持部２４８が形成され、また、周縁支持部２４８によって囲まれているフレーム２４０の中央部分は開口されている。フレーム２４０の他端部にはフレーム２１０と同様の開口部２１７Ｅが設けられている。単電池２４４の一方の電極タブ２４５Ａは導通ワッシャ２４２と接触している。図示はしていないが、単電池２４４の電極タブ２４５Ｂはその下側に位置する単電池の電極タブと超音波溶接されている。電極タブ２４５Ｂの上側にはヒートシンク３００との絶縁を図るため絶縁テープ２５０Ｂが貼り付けられている。
【００２９】
積層されたすべてのフレームは通しボルト２７０とボルト２７１とによって固定される。ナット２７１と導通ワッシャ２４２との間には絶縁ワッシャ２７８、ワッシャ２７９が介在しているが、絶縁ワッシャ２７８はバスバー２６２の絶縁用として、ワッシャ２７９は絶縁ワッシャ２７８がセラミック製のためその破損防止用として、それぞれ用いられる。
【００３０】
ヒートシンク３５０には積層されている単電池をその単電池の配列方向に隣接する単電池と電気的に接続するためのバスバー２６０が設けられている。バスバー２６０は絶縁ワッシャ２６１によってヒートシンク３５０と絶縁されている。バスバー２６０にはその周囲を絶縁処理した通しボルト２７０が機械的に接続されている。組電池１００に存在しているバスバー２６０、２６２、２６４と通しボルト２７０、２７５、２８０、２８５とは図４に示すように連結されている。通しボルト２７０、２７５、２８０、２８５はヒートシンク３５０の底面から立設され、通しボルト２７０、２７５、２８０、２８５は積層されている単電池同士をバスバー２６０、２６２、２６４によって直列に接続する。
【００３１】
図２および図３において、これらの図が図４のＡ−Ａ断面を表しているとするならば、符番２６２は電力端子４５０Ａに繋がる部材２６３を、これらの図が図４のＢ−Ｂ断面を表しているとするならば、符番２６２はバスバーをそれぞれ表すことになる。
【００３２】
ヒートシンク３００と３５０が電池ユニット２００を介在させた状態でボルトおよびナット３１０Ａ〜３１０Ｆによって固定され、４本の通しボルトが４個の連結端子で締め付けられると、組電池１００を構成する単電池は図５に示すように直列に接続される。
【００３３】
組電池１００は、２４個の単電池が積層された４列の単電池積層体を有しているが、図５に示すように、各単電池積層体４００、４１０、４２０、４３０は、単電池がその積層方向にすべて直列に接続されている。すなわち、単電池積層体４００の左側の単電池同士の接続（図中の×印部分）は超音波溶接によって行われ、単電池同士の絶縁（図中の四角印部分）は絶縁テープ（たとえば図２の２５０Ａ、２５０Ｂ）によって行われている。一方、単電池積層体４００の右側の単電池同士の接続（図中の○印部分）は導通ワッシャ（たとえば図２の２２２、２６６など）によって行われ、単電池同士の絶縁（図示三角印部分）は絶縁ワッシャによって行われている。したがって、組電池１００が組み上がると、単電池積層体４００を構成するすべての単電池が直列に接続される。他の単電池積層体４１０、４２０、４３０も同一の構造によりすべての単電池が直列に接続される。
【００３４】
各単電池積層体４００、４１０、４２０、４３０は、さらにヒートシンク（図２の３００、３５０）に取り付けられたバスバー２６０、２６２、２６４（図４参照）によって直列に接続される。このように、組電池１００を構成するすべての単電池は直列に接続される。このような接続方法を採用すると、電力端子４５０Ａ、４５０Ｂの接続部を一方向（ヒートシンク３００の上側）のみにすることができるので、組電池設置後の電力配線が行いやすくなり生産性が向上する。
【００３５】
組電池１００の全体の構造は以上のとおりである。次に、組電池を構成する主要な構成要素について詳細に説明する。
【００３６】
（単電池）
本実施の形態で用いる単電池２１４は、図６に示すような矩形状の扁平型積層二次電池であり、少なくとも正極板と負極板を順に積層した積層型の発電要素を内部に備えており、たとえば、特開２００３−０５９４８６号公報に開示されているような構造を持つものである。単電池２１４はその外装材としてラミネートフィルムが用いられ、内蔵されている発電要素は単電池２１４の周縁部のラミネートフィルムが熱融着接合されることで封止される。単電池２１４の長手方向両側面からは電極タブ２１５Ａ、２１５Ｂが引き出されている。電極タブ２１５Ａは＋の電極タブであり、たとえば厚さ０．２ｍｍ程度のアルミニウム薄板で構成されている。一方、電極タブ２１５Ｂは−の電極タブであり、たとえば厚さ０．２ｍｍ程度の銅の薄板で構成されている。両電極タブ２１５Ａ、２１５Ｂには通しボルト（図２の２７０）を挿入するための挿入孔２７２Ａ、２７２Ｂが開口されている。なお、熱融着接合されている単電池２１４の周縁部２１６はフレームに形成されている保持部で位置決め保持される。単電池の積層方向は、この発電要素を構成する正極板と負極板の積層方向と同一の方向である。
【００３７】
本実施の形態では図６のように対抗する２辺に別々の極性の電極タブが取り付けられているタイプの単電池を用いて組電池１００を構成しているが、特開２００３−０５９４８６号公報に開示されているように、１辺のみに別々の極性の電極タブが取り付けられているタイプの単電池を用いて組電池１００を構成しても良い。ただ、このタイプの単電池を用いた場合には、フレームの構造や単電池同士の接続方法は本実施の形態とは大きく異なる。また、本実施の形態では、１つの扁平型電池を単電池としているが、直列接続された複数の電池、または並列接続された複数の電池、直列と並列の接続を交えて接続された複数の電池をそれぞれ単電池としてフレームに保持させても良い。
【００３８】
（フレーム）
本実施の形態で用いるフレームは、図７Ａに示すような絶縁ワッシャ埋め込みフレーム２１０、図７Ｂに示すような導通ワッシャ埋め込みフレーム２２０の２種類である。
【００３９】
絶縁ワッシャ埋め込みフレーム２１０は、その一端部２1０Ａに絶縁ワッシャ２１２が埋め込まれている。絶縁ワッシャ２１２の厚みはフレーム２１０の厚みよりも若干厚く単電池の厚みよりも薄くなっている。
【００４０】
導通ワッシャ埋め込みフレーム２２０は、その一端部２２０Ａに導通ワッシャ２２２が埋め込まれている。導通ワッシャ２２２の厚みは、図２、３に符番２６５で示した中間ヒートシンク３２５直下のフレームにおける導通ワッシャ２６６を除いて、絶縁ワッシャと同様、フレーム２２０の厚みよりも若干厚く単電池の厚みよりも薄くなっている。導通ワッシャは、フレームに保持されている単電池の一方の電極タブを積層方向に隣接する他のフレームに保持されている単電池の一方の電極タブと電気的に接続する第１接続手段としての機能を備えている。
【００４１】
上記の各フレーム２１０、２２０は、図７に示すように、１の平面上に配列される４個の単電池を位置決め保持する保持部を備えている。すなわち、単電池２１４（図６参照）の周縁部２１６の少なくとも１部を支持する周縁支持部２１８、２２８と、単電池２１４を位置決めする位置決め部とを備えている。なお、位置決め部とは、周縁支持部２１８、２２８の周囲に形成され、単電池２１４の周縁端がはまり込むように形取られている部分である。フレーム２１０、２２０の２隅には後述するロケートピン（図１０の符番５１０、５２０）を挿入する図示しないロケートピン挿入孔が開口されている。
【００４２】
単電池はフレームの位置決め部によってその位置が固定され、周縁支持部でその周縁部が支持される。単電池の周縁部とフレームの周縁支持部は両面テープで仮止めされる。したがって、製造段階において単電池をフレームに載置した状態で容易に搬送することができる。
【００４３】
各フレームには、その導通または絶縁ワッシャが取り付けられている側の端部に図８に示すような電圧検出用端子５００が取り付けられている。電圧検出用端子５００は各単電池の電圧を検出するために設けられている端子であり、各単電池の電極タブと溶接によって接続される。図１に示したようにフレームが積層されると、図９に示すように、電圧検出用端子５００はフレームの積層方向に規則正しい間隔で１列ずつ配列されることになる。すべての電圧検出用端子５００には図示しないコネクタが取り付けられ、個々の単電池の電圧が充放電を制御する制御装置に提供される。このように、フレームに電圧検出用端子５００が一体化されるようにすると、電圧検出用端子５００への配線作業が効率化され作業性が向上する。
【００４４】
（ヒートシンク）
本実施の形態で用いるヒートシンクは、図１に示したとおり、最上段に位置されるヒートシンク３００、積層されているフレーム間に少なくとも１以上介挿される中間ヒートシンク３２５、最下段に位置されるヒートシンク３５０の３種類である。
【００４５】
最下段のヒートシンク３５０は、図１０に示すように、積層されるフレームを位置決めするためのロケートピン５１０、５２０を備えている。もちろんフレームにはこれらのロケートピン５１０、５２０が挿入されるロケートピン挿入孔（図示せず）が開口されている。ヒートシンク３５０にフレームを積層する場合には、フレームのロケートピン挿入孔をこれらのロケートピン５１０、５２０に挿入しフレームの位置決めを行う。また、ヒートシンク３５０の一端部には隣り合う単電池積層体同士、たとえば単電池積層体４００と４１０（図５参照）を電気的に直列接続するためのバスバー２６０、２６４を埋め込むバスバー埋め込み溝３６０、３７０が設けられている。バスバー埋め込み溝３６０、３７０には通しボルト２７０、２７５、２８０、２８５（図４参照）をヒートシンク３５０の底面から立設するための通しボルト挿入孔３６２、３６４、３７２、３７４が開口されている。さらに、ヒートシンク３５０には、電池ユニット２００に適切な面圧を付与するとともに電池ユニット２００をヒートシンク３００、３５０と一体的に保持するための保持手段としての機能を有する加圧ユニットの取り付け孔３８０〜３８５が設けられている。
【００４６】
これらの取り付け孔３８０〜３８５には図１１に示すように、６個の加圧ユニット５３０〜５３５が取り付けられる。加圧ユニット５３０〜５３５は、ヒートシンク３００と３５０で電池ユニット２００を挟み込むときに、電池ユニット２００に付与する面圧を容易に微調整できるようにするものである。ヒートシンク３００、３５０の材質としては銅、アルミニウム、マグネシウムなどが適切であるが、放熱性や軽量化を考慮するとアルミニウムが最適である。ヒートシンク３５０は、放熱効率を向上させるためその長手方向に貫通する通気口３５２が形成されている。
【００４７】
加圧ユニット５３０〜５３５は具体的には次のような構造になっている。図１２は加圧ユニットの具体的な構成図、図１３は加圧ユニットの動作説明図である。特に、図１２Ａは加圧ユニットの全体構成を示す図、図１２Ｂはバネ保持部の構成を示す図であり、図１３Ａは加圧ユニットの初期状態を示す図、図１３Ｂは加圧ユニットをヒートシンク間に取り付けた様子を示す図である。
【００４８】
加圧ユニット５３０は、引っ張りコイルバネ５４２（弾性体）と、引っ張りコイルバネ５４２の両端を保持するバネ保持部５４３とからなる。
【００４９】
引っ張りコイルバネ５４２は、引き延ばされた状態でヒートシンク３００、３５０（図１参照）間に取り付けられる。これによって、引っ張りコイルバネ５４２は収縮しようと作用し、ヒートシンク３００、３５０を相互に接近させる方向の引っ張り力を発生する。
【００５０】
バネ保持部５４３は、本体部５４４と、引っ張りコイルバネ５４２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５４５と、螺合部５４５から引っ張りコイルバネ５４２の中心に向かって伸びる突合せ部５４６と、本体５４４から伸びてヒートシンク３００、３５０に挿通される挿通部５４７とを含む。
【００５１】
本体部５４４は、引っ張りコイルバネ５４２より大きな径を有し、引っ張りコイルバネ５４２が外れないように、これに当接する。また、本体部５４４は、加圧ユニット５３０を組電池に取り付けたときに、ヒートシンク３００、３５０と当接する。
【００５２】
螺合部５４５は、図示のとおり、引っ張りコイルバネ５４２の端部にねじ込まれて、引っ張りコイルバネ５４２の内側と螺合し、これを固定する。螺合部５４５は、図１２Ｂ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５４５のピッチＰ２は、引っ張りコイルバネ５４２のピッチＰ１より大きい。したがって、螺合部５４５を図１２Ｂ中矢印の方向にねじ込むことができる。螺合部５４５をねじ込むことによって、突合せ部５４６が、引っ張りコイルバネ５４２の中央に向かって進行する。
【００５３】
引っ張りコイルバネ５４２の両端から螺合部５４５をねじ込んで行くと、図１２Ａに示すように、両側から進行してきた突合せ部５４６が突き当たる。この状態で、引っ張りコイルバネ５４２は自然長より伸ばされ、加圧ユニット５３０の初期状態として、初期張力が与えられている。
【００５４】
挿通部５４７は、先端にナット５４１と締結可能なねじ山が形成されている。挿通部５４７の頭には、後述する回り止め用のスリット５４８が設けられている。スリット５４８に、マイナスドライバー等を挿すことによって、バネ保持部５４３を容易に回り止めできる。
【００５５】
以上のような、加圧ユニット５３０を、ヒートシンク３００，３５０間に配置すると、図１３Ａに示すようになる。
【００５６】
ここで、挿通部５４７は、ヒートシンク３００取り付け孔に挿通されている。この状態で、一方のバネ保持部５４３を回り止めしながら、他方のバネ保持部５４３の挿通部５４７をナット５４１で締結する。すると、バネ保持部５４３がナット５４１側に引き寄せられる。これを両方のバネ保持部５４３で行うと、図１３Ｂに示すように、バネ保持部５４３が引っ張りコイルバネ５４２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５４２がヒートシンク３００、３５０間に引き伸ばされた状態で保持される。
【００５７】
このように、ヒートシンク３００、３５０間の幅に合わせて、引っ張りコイルバネ５４２を引き伸ばすので、ナット５４１の締め付けトルクに関わらず、引っ張りコイルバネ５４２による収縮する方向の弾性力が得られる。該弾性力が電池ユニット２００を構成する単電池への加圧力となる。
【００５８】
中間ヒートシンク３２５は、図１４に示すように、ロケートピン５１０、５２０を貫通するロケートピン貫通孔３３０、３３２、加圧ユニット５３０〜５３５を貫通させる加圧ユニット貫通孔３３５〜３４０、通しボルトを貫通させる通しボルト貫通口３４１〜３４４が開口されている。
【００５９】
中間ヒートシンク３２５はヒートシンク３５０に取り付けられているロケートピン５１０、５２０をロケートピン挿入孔３３０、３３２に挿入することで位置決めされる。中間ヒートシンク３２５は、電池ユニット２００に等間隔で３枚介挿される。中間ヒートシンク３２５の材質としてはヒートシンク３５０と同一のものでも良いが軽量化を考慮して熱伝達性の良い樹脂を用いても良い。
【００６０】
最上段のヒートシンク３００は、図１５に示すように、ロケートピン５１０、５２０を挿入するロケートピン挿入孔３１２、３１４、加圧ユニット５３０〜５３５の上に取り付けられているボルトを貫通させそれをナット３１０Ａ〜３１０Ｆで固定するためのボルト挿入孔３１５〜３２０、通しボルトを貫通させる通しボルト貫通口３２１、３２２、電力端子４５０Ａ、４５０Ｂ（図４参照）を取り付けるための電力端子取り付け孔３２３、３２４が開口されている。ヒートシンク３００はロケートピン挿入孔３１２、３１４にロケートピン５１０、５２０を挿入することで位置決めされる。ヒートシンク３００を位置決めするときに加圧ユニット５３０〜５３５の上に取り付けられているボルトをボルト挿入孔３１５〜３２０に挿入し、ナット３１０Ａ〜３１０Ｆでヒートシンク３００を固定する。この固定によってヒートシンク３００と３５０が電池ユニット２００と一体化される。通しボルト貫通口３２１、３２２には図示上から下方向に向けて通しボルトが挿入される。この通しボルトにはバスバー２６２（図４参照）が取り付けられる。電力端子取り付け孔３２３、３２４には電力端子４５０Ａ、４５０Ｂが取り付けられ、これらの電力端子が充電装置または動力源のモータに接続される。
【００６１】
ヒートシンク３００と３５０は、電池ユニット２００をその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として機能し、この保持手段は、電池ユニット２００を構成するすべての単電池に積層方向の面圧を付与する加圧手段としての機能と、電池ユニット２００から生じる熱を放散する冷却手段としての機能とを備えている。また、ヒートシンク３００と３５０は、電池ユニット２００を構成する１つの単電池積層体（たとえば図５の電池積層体４００）を別の単電池積層体（たとえば図５の電池積層体４１０）に電気的に接続する第３接続手段としてのバスバー（たとえば図４の２６０）を取り付ける機能を備えている。
【００６２】
［組電池の製造手順］
次に、本実施の形態にかかる組電池の製造手順を図面に基づいて詳細に説明する。本発明にかかる組電池は［小モジュール形成段階］と［電池ユニット形成段階］を経て製造される。
【００６３】
（小モジュール形成段階）
まず、図１６に示すように、電池ユニット２００の最下層に位置されることになる板形状を成すフレーム２１０に４個の単電池２１４Ａ〜２１４Ｄを載置する。単電池を載置するときには、各単電池の周縁部２１６に厚みの非常に薄い両面テープを貼り付け、周縁部２１６をフレーム２１０の周縁支持部２１８に載置させてその位置決め部にはめ込むようにする。これによって４個の単電池はフレームに仮止めされ、製造現場での搬送が可能になる。４個の単電池がフレームに載置された状態は図１７に示すとおりであるが、単電池をフレームに配列させるときには、その電極タブ２１５の極性が図１６、図１７に示すように、単電池の配列方向に正負交互となるようにする。つまり、単電池の極性が＋−交互に並ぶように単電池の向きを変えながら配列する。
【００６４】
次に、図１７に示すように、フレーム２１０に配列された単電池２１４Ａ〜２１４Ｄの片側の電極タブ２１５を電圧検出用端子５００に超音波溶接によって接合する。片側の電極タブとは、フレーム２１０の導通ワッシャまたは絶縁ワッシャが埋め込まれている側に位置されている電極タブである。したがって、この段階において超音波溶接で接合する箇所は図１７に示すようにフレームごとに４箇所（図示手前側の電極タブ２１５と電圧検出用端子５００）である。
【００６５】
以上の単電池の配列、電極タブと電圧検出用端子との接合を、電池ユニット２００を構成することになる２４枚のフレームに対して行う。なお、単電池を配列するときには図１８に示すようにその極性が配列方向に正負交互となるようにするだけではなく、フレームの積層方向にもその極性が正負交互となるように注意する。たとえば、最下層位置されるフレームに載置する単電池の極性が図１７に示すように手前左端から「＋」、「−」、「＋」、「−」と並んでいるのであれば、そのフレームの上に積層されるフレームに載置する単電池の極性は手前左端から「−」、「＋」、「−」、「＋」となるように配列する。単電池をこのように配列しないと、最終的に図５に示すような直列回路を構成することができないからである。
【００６６】
（電池ユニット形成段階）
次に、絶縁ワッシャ２１２が埋め込まれているフレーム２１０に導通ワッシャが埋め込まれているフレーム２２０を図１９に示すように重ねる。重ねるときには、導通ワッシャと絶縁ワッシャが取り付けられている側を同一方向にして重ねる。フレームの導通ワッシャと絶縁ワッシャが取り付けられていない側の端部には図１６に示すように開口部２１７Ａが形成されている。フレーム２１０の下側およびフレーム２２０の上側の開口部２１７Ａに超音波溶接装置の冶具を挿入し、フレーム２１０とフレーム２２０に載置されている単電池の電極タブをその冶具で挟んで超音波溶接を行う。この超音波溶接は図１９に示すように４組の単電池の片側の電極タブ２１５、２２５に対して行う。
【００６７】
電極タブ同士の接合に超音波溶接を用いるのは次の２つの理由からである。超音波溶接は、接合される部分に高周波振動を与えることによって金属の原子を拡散させ、再結晶させることによって機械的な接合を行うため、同種、異種の金属の重ね溶接に対して非常に効果的である。本実施の形態で用いている単電池は、その一方の電極タブがアルミニウムの薄板であり、他方の電極タブが銅の薄板である。また、バスバーおよび電圧検出用端子は銅製である。したがって、電極タブ同士の接合、電極タブと電圧検出用端子との接合は異種金属同士の接合になる。このために超音波溶接を用いている。これがまず１つ目の理由である。次に、超音波溶接は、接合時に高い温度に達することなく、接合面の最高温度は融点の３５〜５０％程度に抑えることができるため、高温溶接を行ったときに生じる母材の溶融やもろい鋳造組織が形成されることはない。本実施の形態で用いている単電池は、外装がラミネート材であり電極タブをあまり高い温度に上げることができないため、単電池を高温状態にさらすことなく、非常に薄い金属で形成されている電極タブを接合するのには超音波調節が最適である。これが２つ目の理由である。
【００６８】
この溶接によって図１７、図１８に示すように電極タブ２１５、２２５が電圧検出用端子５００とともに接合される。ここまでの作業によって絶縁ワッシャ２１２が埋め込まれているフレーム２１０と導通ワッシャが埋め込まれているフレーム２２０を１組とするフレームユニットが形成される。この溶接は、電池ユニット２００を構成することになる１２組のフレームユニットに対して行う。溶接作業が終了すると、フレームユニットが積層されて行くときに、フレームユニット間で電気的な絶縁を図るため、図１７に示すように電極タブ２１５の外側の面に絶縁テープ２５０Ａを貼り付ける。
【００６９】
次に、図２０に示すように、ヒートシンク３５０にロケートピン５１０、５２０を立て、加圧ユニット５３０〜５３５を取り付け、バスバー２６０、２６４を設置して通しボルト２７０、２７５、２８０、２８５を取り付ける。そして、上記のフレームユニット５５０に設けられているそれぞれの孔に図に示すようにロケートピン５１０、５２０、加圧ユニット５３０〜５３５、通しボルト２７０、２７５、２８０、２８５を通し、フレームユニット５５０をヒートシンク３５０上に載せる。フレームユニット５５０は導通ワッシャが取り付けられているフレームを上側にして載置する。フレームに載置されている各単電池は、バスバー２６０または２６４と直接接触し電気的に接続される。なお、バスバー２６０、２６４はヒートシンク３５０との間では絶縁ワッシャによって絶縁されている。
【００７０】
上記のようにしてフレームユニット５５０を３組、導通ワッシャが取り付けられているフレームを上側にして図２１のように積層する。３組のフレームユニットが積層されると６個の単電池が積層されることになる。フレームは単電池を支持する周縁部以外が開口されているので、積層方向に積み重ねられる単電池の外装面同士は直接接触する。３組のフレームユニットの上には図に示すように中間ヒートシンク３２５が積み重ねられる。したがって、６個の単電池がヒートシンク３５０と中間ヒートシンク３２５に挟まれる。単電池の外装面同士は直接接触しているので、単電池の内部で発生した熱はヒートシンク３５０および中間ヒートシンク３２５に効率的に伝達されて放熱される。もちろん熱の一部はフレームから間接的にこれらのヒートシンクに伝えられる。放熱性を考慮すれば、フレームの材料は熱伝達特性の良いものを使用することが望ましい。
【００７１】
さらに、中間ヒートシンク３２５の上に（３組のフレームユニット）−（中間ヒートシンク３２５）−（３組のフレームユニット）−（中間ヒートシンク３２５）−（３組のフレームユニット）を積み重ね、最後にヒートシンク３００を重ねて、ナット３１０Ａ〜３１０Ｆ（図１参照）でヒートシンク３００を仮止めし、通しボルト２７０、２７５、２８０、２８５をナットで仮止めする。
【００７２】
なお、本実施の形態においては、導通ワッシャの厚みを単電池の厚み以下としているため、単にフレームユニットを積層しただけでは、フレームユニット間の通電は行われず、作業者は電圧を考慮することなく作業ができる。なお、電圧を考慮することなく作業を容易に行うためには、その電圧を４０Ｖ以下とすることが望ましい。また、１枚のフレームユニットが積層される度に通しボルト（図５の２７０）に紙製の絶縁ワッシャを挿入して各フレームユニットを確実に絶縁することが好ましい。これにより組電池としては電力端子４５０Ａ、４５０Ｂ間には高電圧が得られる。このため作業者が確実に高電圧にさらされずに済む。したがって、以上のように通しボルト２７０、２７５、２８０、２８５をナットで仮止めした状態では、すべての単電池が電気的には接続されていない状態にある。
【００７３】
以上のようにして組電池１００を組み立て、紙製の絶縁ワッシャを挿入した場合にはフレームユニット間に介在されている紙製の絶縁ワッシャを取り除き、最後に仮止め状態のすべてのナットを締め込むと、各単電池に面圧が加わり、電極タブと導通ワッシャが接触して組電池１００を構成するすべての単電池は、図５に示したように電力端子４５０Ａ、４５０Ｂ間で直列に接続されることになり電力端子４５０Ａ、４５０Ｂ間に高電圧が得られる。
【００７４】
以上のように、本実施の形態では、単電池の一方の電極タブを超音波溶接し、他方の電極タブを通しボルトで固定したが、両側の電極タブを通しボルトで固定するようにしても良い。両側の電極タブを通しボルトで固定する場合には、通しボルトに導通ワッシャと絶縁ワッシャとを交互に入れて隣接する電極タブ同士を導通または絶縁させる。この場合には、電圧検出用端子はその端子が接続された導通ワッシャを通しボルトに挿入することによって設置するようにしても良い。また、両方の電極タブを超音波溶接するようにしても良い。この場合、フレームを積層しながら超音波溶接をする必要があるので、超音波溶接の冶具が狭い隙間内でも設置することができるように、単電池の電極タブの引き出し位置を単電池の積層位置によって変えると良い。たとえば、最下層に配置されるフレームユニットに載置する単電池はその電極タブが左側にオフセットされているものを配置し、その上に積層されるフレームユニットに載置する単電池はその電極タブが通常通り中央から引き出されているものを配置し、さらにその上に積層されるフレームユニットに載置する単電池はその電極タブが右側にオフセットされているものを配置する。このようにすれば、フレームユニットを積層した状態でも超音波溶接の冶具の設置スペースが確保しやすくなる。
【００７５】
［実施の形態２］
実施の形態２に示す組電池は、実施の形態１とは単電池同士の接続方法が異なっている。具体的には、フレームに配列された単電池をフレーム内で直列に接続して小モジュールを形成し、さらにこれらの単電池を積層方向に隣接するフレーム間で直列に接続して電池ユニット２００を形成し、電池ユニット２００に含まれる単電池をすべて直列に接続したものである。
【００７６】
本実施の形態では、フレームに配列されている単電池を並列に接続するため、図２２、図２３に示すように構成されたフレーム６００を用いている。図２２はフレーム６００を載置される単電池６０５〜６０８とともに示した斜視図であり、図２３はフレーム６００を載置された単電池６０５〜６０８とともに模式的に示した平面図である。
【００７７】
これらの図に示されているように、フレーム６００は、その一端部６１０Ａの両側にＬ字形状のバスバー６２０Ａ、６２０Ｂを有し、その中央部分にＩ字形状のバスバー６２０Ｃを有している。さらにフレーム６００の他端側６１０ＢにＩ字形状のバスバー６２０Ｄ、６２０Ｅを有している。なお図示はしないが、実施の形態１で説明したフレームと同様に、各フレームは、１の平面上に配列される４個の単電池を保持する保持部を備えている。すなわち、単電池の周縁部の少なくとも１部を支持する周縁支持部と、単電池を位置決めする位置決め部とを備えている。なお、位置決め部とは、周縁支持部の周囲に形成され、単電池の周縁端がはまり込むように形取られている部分である。単電池はフレームの位置決め部によってその位置が固定され、周縁支持部でその周縁部が支持される。単電池の周縁部とフレームの周縁支持部は両面テープで仮止めされる。したがって、製造段階において単電池をフレームに載置した状態で容易に搬送することができる。
【００７８】
フレーム６００に単電池６０５〜６０８を載置させると、単電池６０５の電極タブ６０５Ａはバスバー６２０Ａに、その電極タブ６０５Ｂはバスバー６２０Ｄに接触する。単電池６０６の電極タブ６０６Ａはバスバー６２０Ｃに、その電極タブ６０６Ｂはバスバー６２０Ｄに接触する。単電池６０７の電極タブ６０７Ａはバスバー６２０Ｃに、その電極タブ６０７Ｂはバスバー６２０Ｅに接触する。単電池６０８の電極タブ６０８Ａはバスバー６２０Ｂに、その電極タブ６０８Ｂはバスバー６２０Ｅに接触する。
【００７９】
フレーム６００には単電池の極性の配列が図２３に示すように＋−交互となるように単電池を載置する。このように単電池を配列すると１枚のフレームに載置したすべての単電池が直列に接続される。バスバー６２０Ａ〜６２０Ｅは、フレームに保持されている単電池の一方の電極タブを同一のフレームに保持されている他の単電池の一方の電極タブと電気的に接続する第２接続手段として機能する。
【００８０】
図２４に示すように、フレーム６００上に載置された単電池６０５〜６０８の各電極タブ６０５Ａ、６０５Ｂ、６０６Ａ、６０６Ｂ、６０７Ａ、６０７Ｂ、６０８Ａ、６０８Ｂは、それぞれの電極タブが接触しているバスバー６２０Ａ〜６２０Ｅと超音波溶接される。図２５は、図２４のフレーム６００を矢視Ｂ方向（下側）から見た図であるが、フレームの一端部６１０Ａと他端部にはバスバーと電極タブを超音波溶接によって接合するための冶具の挿入口６３０Ａ〜６３０Ｈが設けられている。これらの挿入口から超音波溶接機の冶具を入れ、電極タブ側を超音波振動させて電極タブとバスバーとを接合する。
【００８１】
以上のようにして単電池が接合されたフレームを実施の形態１の場合と同様ヒートシンク３５０上に２４枚積層させて組電池を形成する。なお、フレームを積層するときには、単電池の極性がフレームの積層方向にも正負交互となるように注意する。たとえば、最下層位置されるフレームに載置する単電池の極性が図２３に示すように手前左端から「＋」、「−」、「＋」、「−」と並んでいるのであれば、そのフレームの上に積層されるフレームに載置する単電池の極性は手前左端から「−」、「＋」、「−」、「＋」となるように配列する。
【００８２】
このように配列すれば、各フレームが有するＬ字形状のバスバーの極性も積層方向に正負交互に並ぶため、積層方向に隣接するバスバーを２つおきに絶縁物を介在させながら接続することによって、積層されているすべての単電池を図２６に示すように直列に接続することができる。なお、本実施の形態の場合にもフレームを６枚積層するごとに中間ヒートシンクを介在させている。
【００８３】
図２６の最下層に示す回路は図２３のフレーム６００によって形成される回路である。図に示すように、同一フレームに配列されている単電池６０５〜６０８がバスバー６２０Ａ〜６２０Ｅによって直列に接続される。そのフレーム６００の上にはさらに別のフレームが積層されるが、フレームを重ねた状態でバスバー６２０Ｂの上側に位置されるバスバー（図中の×印部分）が超音波溶接される。また、一方のバスバー６２０Ａは上側に位置されるバスバーと接触しないようにバスバー６２０Ａの上側に絶縁テープ（図中の四角印部分）が貼り付けられる。図に示すように２４枚のフレームを積層し、積層方向に隣接する一方のバスバーを超音波溶接し、他方のバスバーを絶縁処理すると、最終的には９６個の単電池が直列に接続された直列回路が構成できる。
【００８４】
なお、本実施の形態ではバスバー同士の接続を超音波溶接で行うようにしたが、ボルトナットを用いて接続するようにしても良い。ただ、ボルトナットで接合した場合にはその自重でバスバーの振動が起こりやすくなるのでその振動を抑える振れ止めが必要になる。
【００８５】
［実施の形態３］
実施の形態３に示す組電池は、実施の形態１、２とは異なり、１個の単電池しか載置できないフレームを用いて形成されている。実施の形態３に示す組電池は、１個の単電池を載置したフレームを積層して小モジュールである単電池積層体を形成し、この単電池積層体を平面的に複数配置して電池ユニットを形成したものである。
【００８６】
図２７は、本実施の形態で用いるフレーム７００の構成図である。フレーム７００の構造は実施の形態１で説明したフレームにおいて１つの単電池を載置する部分とほぼ同じである。すなわち、フレーム７００には１個の単電池を保持する保持部が備えられている。保持部は、単電池の周縁部の少なくとも１部を支持する周縁支持部と、単電池を位置決めする位置決め部とを備えている。なお、位置決め部とは、周縁支持部の周囲に形成され、単電池の周縁端がはまり込むように形取られている部分である。
【００８７】
フレーム７００の４隅にはフレーム位置決め用のロケートピンを貫通させるロケートピン貫通孔７０２，７０４，７０６，７０８が設けられている。フレーム７００には電圧検出用端子７２０がインサート成形によって取り付けられている。フレーム７００に単電池７１０を載置すると、単電池７００の一方の電極タブ７１０Ａが電圧検出用端子７２０と接触する。
【００８８】
このフレーム７００を図２８に示すように６枚ごとに中間ヒートシンク７３０を介在させて合計２４枚積層し、単電池積層体７５０を形成する。単電池積層体７５０を構成する単電池は、図５の単電池積層体４００と同様にすべての単電池が直列に接続される。本実施の形態の場合、すべての電極タブ同士の接合は超音波溶接によって行っている。単電池積層体の最下層と最上層に位置されるフレームにはバスバー７４０Ａおよび７４０Ｂが取り付けられている。
【００８９】
以上のようにして製造した単電池積層体は図２９に示されているようにヒートシンク３５０上に４列平面的に配置される。ヒートシンク３５０には各電池積層体７５０、７６０、７７０、７８０を位置決めするための１６本（各単電池積層体について４本ずつ）のロケートピン７４５が立設されているので、各単電池積層体７５０、７６０、７７０、７８０のロケートピン貫通孔に、対応するロケートピンを挿入する。これによってすべての単電池積層体７５０、７６０、７７０、７８０がヒートシンク３５０上に取り付けられる。図示していないが、各単電池積層体のバスバー同士は４個の単電池積層体が直列に接続されるように接続手段で電気的に接続される。ヒートシンク３５０上に単電池積層体７５０、７６０、７７０、７８０が取り付けられたら最後に図１に示したようなヒートシンク３００を取り付ける。これによって外観上は図１の組電池１００と変わらない組電池が形成される。
【００９０】
以上、第１〜第３の実施の形態で説明したように、本発明にかかる組電池は単電池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中間ヒートシンクを介在させ、各単電池に適切な面圧を付与しているので、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、剛性が高く耐振動性に優れている。また、その組み立てはフレームユニットを単に積み重ねてボルト締めするだけでよいので、組み立て作業性も良好である。
【００９１】
なお、本発明にかかる組電池は耐振動性、放熱性が特に優れ、また、小型軽量であるので、自動車用の電池に限られず、環境の劣悪な現場で作業を行うロボット用電源、工事現場用電源としても利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明にかかる組電池は、自動車積載用電池として利用できるだけでなく、環境の劣悪な生産現場や工事現場で使用する電源として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明にかかる組電池の外観を示す斜視図である（実施の形態１）。
【図２】図１に示した組電池の主要な構成要素の積層状態を示す図１Ａ−Ａ方向の模式的な部分断面図である。
【図３】図２の一部拡大断面図である。
【図４】図１に示した組電池のバスバーと通しボルトとの接続関係を示す図である。
【図５】図１に示した組電池を構成する単電池相互間の接続状態を模式的に示す図である。
【図６】単電池の外観を示す斜視図である。
【図７】本発明にかかる組電池の各フレームの構成図である。
【図８】電圧検出用端子が取り付けられている部分のフレームの拡大図である。
【図９】電池ユニットにおける電圧検出用端子の配列状態を示す図である。
【図１０】最下部に位置されるヒートシンクの構成を示す斜視図である。
【図１１】最下部に位置されるヒートシンクに加圧ユニットが取り付けられた状態を示す図である。
【図１２】加圧ユニットの具体的な構成図である。
【図１３】加圧ユニットの動作説明図である。
【図１４】中間ヒートシンクの構成を示す斜視図である。
【図１５】最上部に位置されるヒートシンクの構成を示す斜視図である。
【図１６】本発明にかかる組電池の製造手順の説明に供する図である。
【図１７】本発明にかかる組電池の製造手順の説明に供する図である。
【図１８】本発明にかかる組電池の製造手順の説明に供する図である。
【図１９】本発明にかかる組電池の製造手順の説明に供する図である。
【図２０】本発明にかかる組電池の製造手順の説明に供する図である。
【図２１】本発明にかかる組電池の製造手順の説明に供する図である。
【図２２】フレームを、載置される単電池とともに示した斜視図である（実施の形態２）。
【図２３】フレームを載置される単電池とともに模式的に示した平面図である。
【図２４】単電池の電極タブとバスバーとの接続状態の説明に供する図である。
【図２５】フレームに形成されている冶具の挿入口を示す図である。
【図２６】図２４に示したフレームを積層して組電池を構成したときの単電池相互間の接続状態を模式的に示す図である。
【図２７】本実施の形態で用いるフレームの構成図である（実施の形態３）。
【図２８】図２７のフレームを積層して構成した単電池積層体の斜視図である。
【図２９】図２８の単電池積層体で構成した組電池である。
【符号の説明】
【００９４】
１００    組電池、
２００    電池ユニット、
２１０、２２０、２３０    フレーム、
２１２、２３２    絶縁ワッシャ、
２１４、２２４、２３４、２４４、２７４    単電池、
２１５Ａ、２１５Ｂ、２２５Ａ、２２５Ｂ、２３５Ａ、２３５Ｂ、２４５Ａ、２４５Ｂ、２７５Ａ、２７５Ｂ    電極タブ、
２１６    周縁部、
２１７Ａ、２１７Ｂ、２１７Ｃ、２１７Ｄ、２１７Ｅ    開口部、
２１８、２２８、２３８、２４８    周縁支持部、
２２２、２４２    導通ワッシャ、
２５０Ａ、２５０Ｂ    絶縁テープ、
２６０、２６２、２６４    バスバー、
２７０、２７５、２８０、２８５    通しボルト、
２７２Ａ、２７２Ｂ    挿入孔、
３００、３５０    ヒートシンク、
３１０Ａ〜３１０Ｆ    ナット、
３２５    中間ヒートシンク、
３１２、３１４、３３０、３３２    ロケートピン貫通孔、
３１５〜３２０    ボルト挿入孔、
３３５〜３４０    加圧ユニット貫通孔、
３２１、３２２    通しボルト貫通口、
３２３、３２４    電力端子取り付け孔、
３４１〜３４４    通しボルト貫通口、
３５２    通気口、
３６０、３７０    バスバー埋め込み溝、
３６２、３６４、３７２、３７４    通しボルト挿入孔、
３８０〜３８５    取り付け孔、
４００、４１０、４２０、４３０    単電池積層体、
４５０Ａ、４５０Ｂ    電力端子、
５００    電圧検出用端子、
５１０、５２０    ロケートピン、
５３０〜５３５    加圧ユニット、
５５０    フレームユニット、
６００    フレーム、
６０５〜６０８    単電池、
６２０Ａ〜６２０Ｅ    バスバー、
７００    フレーム、
７１０    単電池、
７２０    電圧検出用端子、
７３０    中間ヒートシンク、
７４５    ロケートピン、
７５０、７６０、７７０、７８０    単電池積層体。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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