組電池及びこれを装備する電動車両
【課題】電池セルを積層しない状態で、絶縁性のセパレータを電池セルの定位置に固定し、セパレータでもって外装缶の表面の一部あるいは全体を絶縁して、電池セルの組み立て工程や取り扱いを極めて容易に、しかも安全にする。
【解決手段】組電池は、複数の電池セル１を絶縁性のセパレータ２を介して積層して、セパレータ２と電池セル１とを定位置に連結している。セパレータ２は、隣接する電池セル１の間に挟着される絶縁プレート部２１の周囲に外周壁２２を有し、この外周壁２２の内側に電池セル１を嵌め込んで定位置に配置する箱形凹部２３を設けている。さらに、セパレータ２は、外周壁２２のコーナー部に、箱形凹部２３に挿入される電池セル１のコーナー部を押圧して、箱形凹部２３に挿入される電池セル１を箱形凹部２３に固定する押圧固定部９を設けており、この押圧固定部９で、箱形凹部２３に挿入される電池セル１をセパレータ２に固定している。
【解決手段】組電池は、複数の電池セル１を絶縁性のセパレータ２を介して積層して、セパレータ２と電池セル１とを定位置に連結している。セパレータ２は、隣接する電池セル１の間に挟着される絶縁プレート部２１の周囲に外周壁２２を有し、この外周壁２２の内側に電池セル１を嵌め込んで定位置に配置する箱形凹部２３を設けている。さらに、セパレータ２は、外周壁２２のコーナー部に、箱形凹部２３に挿入される電池セル１のコーナー部を押圧して、箱形凹部２３に挿入される電池セル１を箱形凹部２３に固定する押圧固定部９を設けており、この押圧固定部９で、箱形凹部２３に挿入される電池セル１をセパレータ２に固定している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、ハイブリッド自動車や電気自動車等の自動車を駆動するモータの電源用等に使用される大電流用の組電池及びこれを装備する電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータで走行する電気自動車、あるいはモータとエンジンの両方で走行するハイブリッド自動車等の電動車両は、多数の電池セルを備える組電池を電源として搭載している。この組電池は、モータで自動車を走行させるための大きな出力とするために、多数の電池セルを積層している。
【０００３】
電池セルを積層している組電池は、電池セルを直列に接続して出力電圧を高くして出力を大きくできる。この組電池は、電池セルの外装缶を金属製とするので、絶縁状態で積層する必要がある。それは、金属製の外装缶が電位を有するので、これを直列に接続する組電池にあっては、隣接する外装缶の間に電位差ができるからである。たとえば、リチウムイオン電池の外装缶は、正負の電極の中間の電位となる。また、外装缶を電極に接続する電池セルにあっては、外装缶の電位が接続している電極の電位となる。以上のように、金属製の外装缶の電池セルは、外装缶が電位を有するので、隣接する電池セルの外装缶同士が接触すると、大きなショート電流が流れる。このため、電池セルを積層している組電池は、積層する電池セルをセパレータで絶縁している。
【０００４】
電池セルの間にセパレータを挟着して積層している組電池は、セパレータと電池セルとを嵌合構造で定位置に連結することで、より簡単に位置ずれしないように積層できる。このことを実現する組電池は開発されている。（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２９９５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の組電池は、図１に示すように、セパレータ８２と電池セル８１とを、積層面内における位置ずれを阻止する嵌着構造で連結して、隣接する電池セル８１同士の位置ずれを阻止している。セパレータ８２と電池セル８１を嵌着構造で連結するために、電池セル８１の対向する隅部に隅凹部８３を設けている。セパレータ８２は、電池セル８１の対向する隅部に位置するように、電池セル８１の隅凹部８３に嵌着される隅凸部８４を設けている。セパレータ８２の隅凸部８４を電池セル８１の隅凹部８３に嵌着して、セパレータ８２と電池セル８１を定位置に積層している。
【０００７】
以上の組電池は、セパレータと電池セルとを定位置に連結できる。しかしながら、この構造は、セパレータと電池セルとを積層する状態で定位置に連結できるのであって、積層しない状態では、セパレータと電池セルとを定位置には連結できない。電池セルは、組電池に組み立てる工程において、あるいは搬送する工程において、金属製外装缶の全面が露出していると、これが電位を有するので取り扱いに気をつける必要がある。金属等が外装缶と電極端子に接触するとショート電流が流れ、あるいは外装缶と電極端子とに触れると感電する恐れがあり、さらに、複数の電池セルの外装缶や電極端子が接触してショート電流が流れることがあるからである。この弊害は、外装缶の表面を熱収縮チューブで被覆することで防止できる。ただ、この構造は、加熱すると収縮して外装缶の表面に密着する独特のプラスチックフィルムを使用するので、部品コストが高くなり、さらに、熱収縮チューブを袋状として、これに電池セルを挿入して、これを外装缶の表面に隙間なく密着させるのにさらに手間がかかる問題点がある。
【０００８】
本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、複数の電池セルを積層しない状態においても、絶縁性のセパレータを電池セルの定位置に固定でき、セパレータでもって外装缶の表面の一部あるいは全体を絶縁することで、電池セルの組み立て工程や取り扱いを極めて容易に、しかも安全にできる組電池とこれを装備する電動車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００９】
本発明の組電池は、複数の電池セル１を絶縁性のセパレータ２、３２を介して積層して、セパレータ２、３２と電池セル１とを定位置に連結している。セパレータ２、３２は、隣接する電池セル１の間に挟着される絶縁プレート部２１の周囲に外周壁２２を有し、この外周壁２２の内側に電池セル１を嵌め込んで定位置に配置する箱形凹部２３を設けている。さらに、セパレータ２、３２は、外周壁２２のコーナー部に、箱形凹部２３に挿入される電池セル１のコーナー部を押圧して、箱形凹部２３に挿入される電池セル１を箱形凹部２３に固定する押圧固定部９を設けており、この押圧固定部９でもって、箱形凹部２３に挿入される電池セル１をセパレータ２、３２に固定している。
【００１０】
以上の組電池は、複数の電池セルを積層しない状態においても絶縁性のセパレータを電池セルの定位置に固定して、セパレータと電池セルとを一体的に扱うことが可能となり、複数の電池セルを積層しない状態にあっても、セパレータでもって外装缶の表面を絶縁し、かつ保護することで、電池セルの組み立て工程や取り扱いを極めて容易に、しかも安全にできる特徴がある。
【００１１】
本発明の組電池は、電池セル１が、正負の電極と電解液とを収納してなる金属板からなる外装缶１１の開口部に、正負の電極端子１３を固定している封口板１２を溶接して固定し、セパレータ２、３２が、外装缶１１の底面１Ａの外側に設けてなる底外周壁２２Ａと、外装缶１１の側面１Ｂの外側に設けている両側外周壁２２Ｂとのコーナー部に押圧固定部９を設けることができる。
以上の組電池は、電池セルの外装缶の底面と側面とのコーナー部に押圧固定部を設けているので、押圧固定部が電池セルの外装缶と封口板との溶接部を損傷することなく、この部分を外周壁で保護しながら、電池セルをセパレータの箱形凹部に固定できる。
【００１２】
本発明の組電池は、押圧固定部９を、箱形凹部２３に挿入されるピン９Ａ、又はセパレータ３２に固定された凸部９Ｂのいずれかとすることができる。
箱形凹部のコーナー部の隙間にピンを挿入する組電池は、電池セルを箱形凹部にスムーズに挿入しながら、ピンを挿入して電池セルをセパレータに確実に固定できる。特に、ピンを挿入するのみという簡単な作業で効率よく固定作業を行える。
また、押圧固定部をセパレータに固定する組電池は、電池セルを箱形凹部に圧入することで簡単にセパレータに固定できる。また、ピンなどの別部材を必要としないため、コストも低減できる。
【００１３】
本発明の組電池は、押圧固定部９を箱形凹部２３に挿入されるピン９Ａとして、セパレータ２が、底外周壁２２Ａと両側外周壁２２Ｂとのコーナー部に、ピン９Ａを案内するガイド凹部２９を備えることができる。
以上の組電池は、ピンをガイド凹部にスムーズに挿入して、電池セルをセパレータの箱形凹部に固定できる。
【００１４】
本発明の組電池は、セパレータ２、３２の箱形凹部２３に挿入された電池セル１と外周壁２２との隙間にシール剤１７を充填することができる。
これにより、電池セルとセパレータとの間に隙間を無くして、この部分に水分等が入り込むのを回避すると共に、電池セルの発熱をセパレータを介して熱伝導させ、放熱しやすくできる。
【００１５】
本発明の組電池は、セパレータ２、３２の箱形凹部２３に挿入された電池セル１と外周壁２２との隙間と、電池セル１の主面１Ｘと絶縁プレート部２１との隙間とにシール剤１７を充填することができる。
【００１６】
本発明の組電池は、セパレータ２、３２の外周壁２２の幅（Ｗ）を、電池セル１の厚さ（ｔ）に等しくし、かつ、外周壁２２の開口部に被覆シート１８を接着して、この被覆シート１８を、電池セル１の表面に接着することができる。
以上の組電池は、電池セルの表面を被覆シートで被覆することで、この面の結露を防止できる特徴がある。さらに、この被覆シートに絶縁シートを使用することで、積層する電池セルをより確実に絶縁状態で積層できる特徴も実現する。
【００１７】
本発明の電動車両は、車両を走行させるモータに電力を供給する電源として、上記の組電池を装備することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来の組電池の要部拡大斜視図である。
【図２】本発明の一実施例にかかる組電池の平面図である。
【図３】図２に示す組電池の側面図である。
【図４】図２に示す組電池のセパレータと電池セルを示す分解斜視図である。
【図５】図４に示すセパレータと電池セルを下側から見た背面斜視図である。
【図６】セパレータの他の一例を示す斜視図である。
【図７】図６に示すセパレータに電池セルを挿入する状態を示す断面図である。
【図８】図４に示すセパレータに電池セルを固定してシール材を充填する状態を示す正面図である。
【図９】図４に示すセパレータに電池セルを固定して被覆シートを接着する状態を示す分解斜視図である。
【図１０】図９に示すセパレータと電池セルに被覆シートを接着した状態を示す斜視図である。
【図１１】本発明の一実施例にかかる電動車両であってエンジンとモータで走行するハイブリッドカーを示すブロック図である。
【図１２】本発明の他の実施例にかかる電動車両であってモータのみで走行する電気自動車を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための組電池とこれを装備する電動車両を例示するものであって、本発明は組電池と電動車両を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２０】
図２と図３に示す組電池は、主として、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーや、モータのみで走行する電気自動車などの電動車両の電源に最適である。ただし、ハイブリッドカーや電気自動車等の電動車両以外の用途であって、大出力が要求される用途にも使用される。
【００２１】
図２と図３に示す組電池１００は、複数の電池セル１を絶縁性のセパレータ２を介して積層して電池ブロック１０としている。電池ブロック１０は、セパレータ２と電池セル１を定位置に連結している。電池ブロック１０は、その両端面にエンドプレート３を配置して、一対のエンドプレート３を連結固定具４で固定して、積層しているセパレータ２と電池セル１とを所定の圧力で押圧する状態に固定している。エンドプレート３は、電池セル１の外形とほぼ同じ形状と寸法の四角形として、組電池を両端面から挟着して固定している。
【００２２】
（電池セル１）
電池セル１は、幅よりも厚さが薄い外形を四角形とする薄型の角形電池で、互いに平行な姿勢として絶縁材のセパレータ２を間に挟んでセパレータ２でもって絶縁状態に積層している。電池セル１は、図４に示すように、上面１Ｃの両端部に正負の電極端子１３を突出させて固定している。電極端子１３を突出させる位置は、正極と負極が左右対称となる位置としている。これにより、電池セル１を裏返して重ねて積層し、隣接して接近する正極と負極の電極端子１３を金属板のバスバー（図示せず）で接続し、あるいは直接に接続して、直列に接続できる。電池セル１を直列に接続している組電池１００は、出力電圧を高くして出力を大きくできる。ただし、組電池は、電池セルを並列に接続して電流容量を大きくすることもできる。
【００２３】
電池セル１はリチウムイオン二次電池である。ただし、電池セル１はリチウムイオン二次電池には特定されず、充電できる全ての電池、たとえばニッケル水素電池なども使用できる。電池セル１は、外装缶１１の開口部を封口板１２で気密に閉塞している。外装缶１１は、正負の電極板を積層している電極体を収納して電解液を充填している。外装缶１１は、図４と図５に示すように、底を閉塞する四角い筒状に金属板をプレス加工したもので、上方の開口部を金属板の封口板１２で気密に閉塞している。外装缶１１は、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板を深絞り加工して製作される。金属板を深絞り加工している外装缶１１は、開口部に向かって内形を大きくするテーパー状としている。深絞り加工の金型を型抜きするためである。したがって、外装缶１１は、開口部となる上端の外形を底面の外形よりもわずかに大きくしている。封口板１２は、外装缶１１と同じように、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板で製作される。この封口板１２は、正負の電極端子１３を両端部に、端子ホルダ１４を介して固定している。封口板１２は、外装缶１１の開口部に挿入され、封口板１２の外周と外装缶１１の内周との境界にレーザービームを照射して、封口板１２は外装缶１１にレーザー溶接して気密に固定されている。
【００２４】
（端子ホルダ１４）
端子ホルダ１４は、傾斜面を有する三角形状に形成されており、電池セル１の上面１Ｃで電極端子１３の突出部分を除く周囲を絶縁している。この端子ホルダ１４は、プラスチックなどの絶縁性部材で構成される。端子ホルダ１４の傾斜面には電極端子１３を配置しており、電極端子１３を傾斜姿勢で突出させた状態で、電池セル１の両端部の定位置に配置している。一方、正負の電極端子１３は、内蔵する正負の電極板（図示せず）に接続されている。
【００２５】
（セパレータ２）
セパレータ２は、互いに隣接する電池セル１の間に挟着されて、隣接する電池セル１を一定の間隔に保持して絶縁する。このため、セパレータ２は、絶縁材で構成され、隣接する電池セル１の外装缶１１を絶縁しながら保護する。このセパレータ２は、プラスチック等の絶縁材を成形して製作される。
【００２６】
セパレータ２は、全体を絶縁材のプラスチックで一体的に成形している。このセパレータ２は、隣接する電池セル１の間に挟着される絶縁プレート部２１の周囲に外周壁２２を設けて、外周壁２２の内側に電池セル１を嵌め込んで定位置に配置する箱形凹部２３を設けている。図４のセパレータ２は、電池セル１の底面１Ａと、両側側面１Ｂと、上面１Ｃの外側に外周壁２２を設けて、絶縁プレート部２１と外周壁２２とで、その内側に、電池セル１を定位置に配置する箱形凹部２３を設けている。セパレータ２は、箱形凹部２３の内形を電池セル１の外形にほぼ等しく、あるいは電池セル１の外形よりもわずかに大きくして、外周壁２２の内側に電池セル１をスムーズに挿入できるようにしている。
【００２７】
外周壁２２は、電池セル１の底面１Ａの外側に配置している底外周壁２２Ａと、電池セル１の両側面１Ｂの外側に位置する両側外周壁２２Ｂと、電池セル１の上面１Ｃの外側に位置する上外周壁２２Ｃとからなる。外周壁２２の幅（Ｗ）は、電池セル１の厚さ（ｔ）にほぼ等しい。このセパレータ２は、箱形凹部２３の内部に電池セル１を収納して保護できる特徴がある。ただし、外周壁の幅（Ｗ）は、必ずしも電池セルの厚さ（ｔ）に等しくする必要はなく、電池セルの厚さ（ｔ）よりも小さく、あるいは大きくすることもできる。また、セパレータは、底外周壁と両側外周壁と上外周壁の全ての幅（Ｗ）を電池セルの厚さ（ｔ）と等しくする必要はなく、底外周壁のみの幅（Ｗ）を電池セルの厚さ（ｔ）とし、あるいは底外周壁と両側外周壁の幅（Ｗ）を電池セルの厚さ（ｔ）として上外周壁の幅（Ｗ）を電池セルの厚さ（ｔ）よりも小さくし、あるいはまた、底外周壁と上外周壁の幅（Ｗ）を電池セルの厚さ（ｔ）として両側外周壁の幅（Ｗ）を電池セルの厚さ（ｔ）よりも小さくすることもできる。ただ、本発明の組電池は、セパレータの箱形凹部に電池セルを入れて、押圧固定部９で電池セルを箱形凹部に固定するので、外周壁の幅（Ｗ）を、電池セルを箱形凹部に入れて固定できる幅とする。
【００２８】
さらに、セパレータ２は、外周壁２２のコーナー部に、箱形凹部２３に挿入される電池セル１のコーナー部を押圧して、箱形凹部２３に挿入される電池セル１を箱形凹部２３に固定する押圧固定部９を設けている。このセパレータ２は、押圧固定部９で箱形凹部２３に挿入される電池セル１をセパレータ２に固定する。
【００２９】
図４のセパレータ２は、底外周壁２２Ａと両側外周壁２２Ｂとのコーナー部に押圧固定部９を設けている。とくに、図４のセパレータ２は、底外周壁２２Ａの両端のコーナー部に押圧固定部９を設けている。このセパレータ２は、箱形凹部２３に挿入される電池セル１を、押圧固定部９でもって、上外周壁２２Ｃに押圧する。したがって、外装缶１１と封口板１２との溶接部を外周壁２２で保護して、損傷を防止しながら、電池セル１をセパレータ２の箱形凹部２３に固定できる。図４のセパレータ２は、底外周壁２２Ａの両端に押圧固定部９を設けているが、押圧固定部は、底外周壁の一端にのみ設けることもできる。また、図示しないが、押圧固定部は、両側外周壁と上外周壁とのコーナー部に設けることもできる。
【００３０】
さらに、図４のセパレータ２は、箱形凹部２３のコーナー部に挿入されるピン９Ａを押圧固定部９としている。ピン９Ａは、図４に示す円柱状ないし多角柱状で、後端に鍔９ａを設けている。円柱状ないし多角柱状のピン９Ａは、全体を先端に向かって細くなるテーパー状とし、あるいは先端部をテーパー状とすることで、箱形凹部２３のコーナー部にスムーズに挿入できる。ただし、ピンは、テーパー状でない柱状とすることもできる。このピンは、外周壁のコーナー部に挿入されて、電池セルを箱形凹部に抜けないように確実に固定できる特徴がある。
【００３１】
押圧固定部９のピン９Ａは、後端の鍔９ａを叩いて、あるいは押圧して、箱形凹部２３のコーナー部に挿入される。ピン９Ａを挿入する箱形凹部２３は、ピン９Ａを挿入する外周壁２２のコーナー部に、ピン９Ａを案内するガイド凹部２９を設けている。図４のセパレータ２は、底外周壁２２Ａと両側外周壁２２Ｂとのコーナー部にピン９Ａを挿入するので、このコーナー部にガイド凹部２９を設けている。ガイド凹部２９と、ここに挿入されるピン９Ａは、箱形凹部２３に電池セル１を挿入する状態で、電池セル１のコーナー部を外周壁２２の内面に押圧して固定する。ピン９Ａをガイド凹部２９に挿入する構造は、ピン９Ａを外周壁２２のコーナー部にスムーズに挿入して、電池セル１をセパレータ２の箱形凹部２３に固定できる。
【００３２】
ただし、押圧固定部９は、図６と図７に示すように、セパレータ３２に固定された凸部９Ｂとして、セパレータ３２を成形する工程でセパレータ３２と一体的に成形することもできる。このセパレータ３２は、図６に示すように、外周壁２２のコーナー部に突出するように押圧固定部９の凸部９Ｂを設けている。凸部９Ｂは、箱形凹部２３の開口部に向かって傾斜する姿勢として、電池セル１をスムーズに箱形凹部２３に圧入して、箱形凹部２３の内部に確実に固定できる。図６と図７に示す凸部９Ｂは、箱形凹部２３の開口部側の端部を部分的に傾斜させているが、凸部は、箱形凹部の開口部に向かって全体的に傾斜させることもできる。このセパレータ３２は、図７（ａ）に示すように、押圧固定部９を設けない側の電池セル１の一部、図にあっては電池セル１の上部を先に挿入して、その後、図７（ｂ）に示すように、外装缶１１の底部を圧入して、箱形凹部２３に電池セル１を挿入して固定する。このセパレータ３２も、押圧固定部９の凸部９Ｂを底外周壁２２Ａの両端部に設けているが、凸部は必ずしもこの位置に設ける必要はなく、底外周壁の一端に、あるいは両側外周壁の上部に設けることもできる。
【００３３】
セパレータ２は、図８に示すように、箱形凹部２３に挿入された電池セル１と外周壁２２との隙間にシール剤１７を充填し、あるいは、電池セル１と外周壁２２との隙間と、電池セル１の主面１Ｘと絶縁プレート部２１との隙間とにシール剤１７を充填して、電池セル１の表面をセパレータ２の表面に隙間なく密着することができる。シール剤１７には、シリコン系、ウレタン系、エポキシ系のものであって、未硬化な状態ではペースト状のものを使用する。このシール剤は、電池セル１の表面に塗布し、あるいはセパレータ２の内面に塗布し、あるいはまた、電池セル１とセパレータ２内面の両方に塗布されて、電池セル１を箱形凹部２３に挿入し、押圧固定部９でもって電池セル１をセパレータ２に固定する状態で、電池セル１をセパレータ２に隙間なく密着できる。この構造は、単に電池セル１をセパレータ２に外れないように確実に固定することに加えて、電池セル１表面の結露を防止できる特徴がある。とくに、セパレータ２は、電池セル１を押圧固定部９で箱形凹部２３に固定するので、シール剤１７の未硬化な状態にあっても、箱形凹部２３に抜けないように固定して、シール剤１７を硬化できる。この構造は、電池セル１とセパレータ２との間の隙間を無くして、この部分に水分等が入り込むのを回避すると共に、電池セル１の表面をセパレータ２で被覆して電池セル１表面の結露を防止し、さらに電池セル１の発熱を効率よくセパレータ２に熱伝導して放熱効率を向上させる。
【００３４】
さらに、図９と図１０のセパレータ２は、外周壁２２の幅（Ｗ）を電池セル１の厚さ（ｔ）に等しくして、箱形凹部２３に挿入される電池セル１の底面１Ａと両側面１Ｂと上面１Ｃの両側部とを外周壁２２でカバーし、さらに、外周壁２２の開口部に被覆シート１８を接着して、被覆シート１８を電池セル１の露出する表面に接着している。被覆シート１８は、プラスチックフィルムからなる絶縁シートである。この構造は、セパレータ２の箱形凹部２３に電池セル１を挿入する状態で、電池セル１の表面と外周壁２２とに接着剤１９を塗布して、被覆シート１８を付着し、この状態で外周壁２２のコーナー部に設けているガイド凹部２９に押圧固定部９のピン９Ａを挿入して電池セル１をセパレータ２に固定する。セパレータ２に固定される状態で、接着剤１９を硬化させて、被覆シート１８を電池セル１と外周壁２２の開口部とに接着する。ただし、電池セルをピンで箱形凹部に固定する状態で、電池セルと外周壁の開口部とに接着剤を塗布して、被覆シートを接着することもできる。
【００３５】
以上の構造は、電池セル１の表面を被覆シート１８で被覆することで、この面の結露を防止できる特徴がある。とくに、この構造は、電池セル１とセパレータ２の外周壁２２の内面にシール剤を充填することで、電池セル１の結露をより確実に防止できる特徴がある。
【００３６】
さらに、以上のセパレータ２は、底外周壁２２Ａの下面に、下方に突出する凸部２４を設けている。凸部２４は、組電池の下方に配設されるケースの底板８（図３参照）等のプレートから電池セル１を離して配置する。凸部２４は、高くすることで、下方に配設されるプレートからの距離を大きくして、より好ましい絶縁状態を実現する。したがって、凸部２４の高さ（Ｈ）は、好ましくは、３ｍｍよりも高く、さらに好ましくは４ｍｍよりも高く、最適には５ｍｍよりも高くする。ただ、凸部が高すぎると組電池の全高が高くなるので、凸部２４の高さ（Ｈ）は、好ましくは２０ｍｍよりも低く、さらに好ましくは１５ｍｍよりも低くする。凸部２４のある底外周壁２２Ａは、凸部２４でもって下面に配設されるプレートから持ち上げられて離された状態に配置される。このセパレータ２は、電池ブロック１０の結露水がプレートに流れ落ちる状態となり、またプレートに結露水が付着し、あるいは他の原因でプレートに水が付着しても、この水から電池セル１を離して、絶縁状態に配置できる。
【００３７】
図４と図５のセパレータ２は、底外周壁２２Ａの先端縁に沿って凸部２４を設けているが、凸部は、底外周壁の中間に設けることも、あるいは、底外周壁の絶縁プレート部側の下面に設けることもできる。図のセパレータ２は、底外周壁２２Ａの長手方向に沿って、その全体に凸部２４を設けている。この構造は、凸部２４を長くできるので、底外周壁２２Ａの上に載せる電池セル１の耐荷重を大きくできる。ただ、凸部は、底外周壁を、下方に配設されるプレートから離すために設けるので、必ずしも底外周壁の全長に沿って設ける必要はなく、底外周壁に部分的に設けることもできる。さらに、セパレータは、必ずしも底外周壁に凸部を設ける必要はなく、これを省略することもできる。
【００３８】
さらに、図４のセパレータ２は、電池セル１の底面１Ａの全面をカバーする長さ（Ｌ１）の底外周壁２２Ａを設けている。このセパレータ２は、電池セル１の底面１Ａの全面をカバーすることで、電池セル１の底面１Ａを、より確実に絶縁しながら保護できる特徴を実現する。
【００３９】
さらに、図４に示すセパレータ２は、両側外周壁２２Ｂを、電池セル１の両側面１Ｂの全面をカバーする長さ（Ｌ２）としている。このセパレータ２は、両側外周壁２２Ｂで電池セル１の両側面１Ｂの全面をカバーすることで、電池セル１の両側面１Ｂをより確実に絶縁しながら保護できる特徴がある。また、セパレータ２は、底外周壁２２Ａ及び両側外周壁２２Ｂの幅（Ｗ）を電池セル１の厚さ（ｔ）に等しく、あるいはこれより大きくすることで、電池セル１を挟着する状態で、電池セル１の底面１Ａの両側縁部の前面をカバーして、理想的な状態で電池セル１を保護し、かつ絶縁状態に配置できる。
【００４０】
上外周壁２２Ｃは、電池セル１の上面１Ｃの両端部をカバーする位置に設けられる。電池セル１は上面１Ｃに電極端子１３や安全弁の吐出口１５を設けているので、この領域を上外周壁２２Ｃでカバーしない。図４のセパレータ２は、上外周壁２２Ｃを両側外周壁２２Ｂに連続する形状として、電池セル１の上面１Ｃの両端部のコーナー部を外周壁２２でカバーしている。このセパレータ２は、両側外周壁２２Ｂの上端を上外周壁２２Ｃに直角に連結する形状とし、かつ両側外周壁２２Ｂの下端を底外周壁２２Ａに直角に連結する形状としている。
【００４１】
さらに、図３ないし図５のセパレータ２は、電池セル１の間に挟まれる絶縁プレート部２１に、電池セル１を効率よく冷却するために、外側面に複数の放熱リブ２５を設けている。放熱リブ２５は、絶縁プレート部２１の放熱面積を大きくして電池セル１を効率よく放熱し、さらに、放熱リブ２５の間に冷却空気などの冷却気体を強制送風して、電池セル１をより効率よく放熱する。
【００４２】
図３のセパレータ２は、絶縁プレート部２１に冷却空気を強制送風する送風隙間１６を設けている。送風隙間１６のあるセパレータ２は、ここに空気などの冷却用の気体を強制送風して電池セル１を強制冷却する。送風隙間１６に強制送風して冷却する組電池は、図示しないが、送風隙間１６に連結する送風ダクトを対向位置に設けて、この送風ダクトを介して送風隙間１６に冷却気体を強制送風して電池セル１を冷却する。ただし、セパレータは、必ずしも放熱リブや送風隙間を設ける必要はない。それは、図示しないが、組電池の底面を、冷媒などで強制冷却される冷却プレートに熱結合して強制的に冷却することができるからである。
【００４３】
（エンドプレート）
電池セル１をセパレータ２の箱形凹部２３に収納し、電池セル１が定位置に配置されたセパレータ２を複数積層した電池ブロック１０は、図２と図３に示すように、両端にセパレータ２を配置する状態で、両端のエンドプレート３で押圧する状態に固定される。エンドプレート３は、アルミニウムやその合金などの金属で製作され、あるいは硬質のプラスチックで製作される。エンドプレート３は、広い面積で電池セル１を挟着するために、その外形を角形の電池セル１と同じ四角形としている。四角形のエンドプレート３は、角形の電池セル１と同じ大きさに、あるいは角形の電池セル１よりもわずかに大きくしている。プラスチック製のエンドプレート３は、直接に電池セル１に積層され、金属製のエンドプレートは、絶縁材を介して電池セルに積層される。
【００４４】
エンドプレート３には、連結固定具４の端部が連結される。連結固定具４は、止ネジ５を介してエンドプレート３に連結している。図２と図３の連結固定具４は、止ネジ５でエンドプレート３に固定しているが、連結固定具の端部を内側に折曲してエンドプレートに連結し、あるいはまた、端部をかしめてエンドプレートに連結することもできる。
【００４５】
以上の組電池１００は、車両に搭載されて車両を走行させるモータに電力を供給する電源装置として使用される。図１１に、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーに電源装置９０を搭載する例を示す。この図に示す電源装置９０を搭載した車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給する組電池を備える電源装置９０と、組電池１００の電池を充電する発電機９４とを備えている。電源装置９０は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。車両ＨＶは、電源装置９０の電池を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、たとえば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、電源装置９０から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電源装置９０の電池を充電する。
【００４６】
また、図１２に、モータのみで走行する電気自動車に電源装置９０を搭載する例を示す。この図に示す電源装置９０を搭載した車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給する組電池１００を備える電源装置９０と、この電源装置９０の電池を充電する発電機９４とを備えている。モータ９３は、電源装置９０から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、電源装置９０の電池を充電する。
【符号の説明】
【００４７】
１…電池セル １Ａ…底面
１Ｂ…側面
１Ｃ…上面
１Ｘ…主面
２…セパレータ
３…エンドプレート
４…連結固定具
５…止ネジ
８…底板
９…押圧固定部 ９Ａ…ピン
９ａ…鍔
９Ｂ…凸部
１０…電池ブロック
１１…外装缶
１２…封口板
１３…電極端子
１４…端子ホルダ
１５…吐出口
１６…送風隙間
１７…シール剤
１８…被覆シート
１９…接着剤
２１…絶縁プレート部
２２…外周壁 ２２Ａ…底外周壁
２２Ｂ…両側外周壁
２２Ｃ…上外周壁
２３…箱形凹部
２４…凸部
２５…放熱リブ
２９…ガイド凹部
３２…セパレータ
８１…電池セル
８２…セパレータ
８３…隅凹部
８４…隅凸部
９０…電源装置
９３…モータ
９４…発電機
９５…インバータ
９６…エンジン
１００…組電池
ＨＶ…車両
ＥＶ…車両
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、ハイブリッド自動車や電気自動車等の自動車を駆動するモータの電源用等に使用される大電流用の組電池及びこれを装備する電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータで走行する電気自動車、あるいはモータとエンジンの両方で走行するハイブリッド自動車等の電動車両は、多数の電池セルを備える組電池を電源として搭載している。この組電池は、モータで自動車を走行させるための大きな出力とするために、多数の電池セルを積層している。
【０００３】
電池セルを積層している組電池は、電池セルを直列に接続して出力電圧を高くして出力を大きくできる。この組電池は、電池セルの外装缶を金属製とするので、絶縁状態で積層する必要がある。それは、金属製の外装缶が電位を有するので、これを直列に接続する組電池にあっては、隣接する外装缶の間に電位差ができるからである。たとえば、リチウムイオン電池の外装缶は、正負の電極の中間の電位となる。また、外装缶を電極に接続する電池セルにあっては、外装缶の電位が接続している電極の電位となる。以上のように、金属製の外装缶の電池セルは、外装缶が電位を有するので、隣接する電池セルの外装缶同士が接触すると、大きなショート電流が流れる。このため、電池セルを積層している組電池は、積層する電池セルをセパレータで絶縁している。
【０００４】
電池セルの間にセパレータを挟着して積層している組電池は、セパレータと電池セルとを嵌合構造で定位置に連結することで、より簡単に位置ずれしないように積層できる。このことを実現する組電池は開発されている。（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２９９５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の組電池は、図１に示すように、セパレータ８２と電池セル８１とを、積層面内における位置ずれを阻止する嵌着構造で連結して、隣接する電池セル８１同士の位置ずれを阻止している。セパレータ８２と電池セル８１を嵌着構造で連結するために、電池セル８１の対向する隅部に隅凹部８３を設けている。セパレータ８２は、電池セル８１の対向する隅部に位置するように、電池セル８１の隅凹部８３に嵌着される隅凸部８４を設けている。セパレータ８２の隅凸部８４を電池セル８１の隅凹部８３に嵌着して、セパレータ８２と電池セル８１を定位置に積層している。
【０００７】
以上の組電池は、セパレータと電池セルとを定位置に連結できる。しかしながら、この構造は、セパレータと電池セルとを積層する状態で定位置に連結できるのであって、積層しない状態では、セパレータと電池セルとを定位置には連結できない。電池セルは、組電池に組み立てる工程において、あるいは搬送する工程において、金属製外装缶の全面が露出していると、これが電位を有するので取り扱いに気をつける必要がある。金属等が外装缶と電極端子に接触するとショート電流が流れ、あるいは外装缶と電極端子とに触れると感電する恐れがあり、さらに、複数の電池セルの外装缶や電極端子が接触してショート電流が流れることがあるからである。この弊害は、外装缶の表面を熱収縮チューブで被覆することで防止できる。ただ、この構造は、加熱すると収縮して外装缶の表面に密着する独特のプラスチックフィルムを使用するので、部品コストが高くなり、さらに、熱収縮チューブを袋状として、これに電池セルを挿入して、これを外装缶の表面に隙間なく密着させるのにさらに手間がかかる問題点がある。
【０００８】
本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、複数の電池セルを積層しない状態においても、絶縁性のセパレータを電池セルの定位置に固定でき、セパレータでもって外装缶の表面の一部あるいは全体を絶縁することで、電池セルの組み立て工程や取り扱いを極めて容易に、しかも安全にできる組電池とこれを装備する電動車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００９】
本発明の組電池は、複数の電池セル１を絶縁性のセパレータ２、３２を介して積層して、セパレータ２、３２と電池セル１とを定位置に連結している。セパレータ２、３２は、隣接する電池セル１の間に挟着される絶縁プレート部２１の周囲に外周壁２２を有し、この外周壁２２の内側に電池セル１を嵌め込んで定位置に配置する箱形凹部２３を設けている。さらに、セパレータ２、３２は、外周壁２２のコーナー部に、箱形凹部２３に挿入される電池セル１のコーナー部を押圧して、箱形凹部２３に挿入される電池セル１を箱形凹部２３に固定する押圧固定部９を設けており、この押圧固定部９でもって、箱形凹部２３に挿入される電池セル１をセパレータ２、３２に固定している。
【００１０】
以上の組電池は、複数の電池セルを積層しない状態においても絶縁性のセパレータを電池セルの定位置に固定して、セパレータと電池セルとを一体的に扱うことが可能となり、複数の電池セルを積層しない状態にあっても、セパレータでもって外装缶の表面を絶縁し、かつ保護することで、電池セルの組み立て工程や取り扱いを極めて容易に、しかも安全にできる特徴がある。
【００１１】
本発明の組電池は、電池セル１が、正負の電極と電解液とを収納してなる金属板からなる外装缶１１の開口部に、正負の電極端子１３を固定している封口板１２を溶接して固定し、セパレータ２、３２が、外装缶１１の底面１Ａの外側に設けてなる底外周壁２２Ａと、外装缶１１の側面１Ｂの外側に設けている両側外周壁２２Ｂとのコーナー部に押圧固定部９を設けることができる。
以上の組電池は、電池セルの外装缶の底面と側面とのコーナー部に押圧固定部を設けているので、押圧固定部が電池セルの外装缶と封口板との溶接部を損傷することなく、この部分を外周壁で保護しながら、電池セルをセパレータの箱形凹部に固定できる。
【００１２】
本発明の組電池は、押圧固定部９を、箱形凹部２３に挿入されるピン９Ａ、又はセパレータ３２に固定された凸部９Ｂのいずれかとすることができる。
箱形凹部のコーナー部の隙間にピンを挿入する組電池は、電池セルを箱形凹部にスムーズに挿入しながら、ピンを挿入して電池セルをセパレータに確実に固定できる。特に、ピンを挿入するのみという簡単な作業で効率よく固定作業を行える。
また、押圧固定部をセパレータに固定する組電池は、電池セルを箱形凹部に圧入することで簡単にセパレータに固定できる。また、ピンなどの別部材を必要としないため、コストも低減できる。
【００１３】
本発明の組電池は、押圧固定部９を箱形凹部２３に挿入されるピン９Ａとして、セパレータ２が、底外周壁２２Ａと両側外周壁２２Ｂとのコーナー部に、ピン９Ａを案内するガイド凹部２９を備えることができる。
以上の組電池は、ピンをガイド凹部にスムーズに挿入して、電池セルをセパレータの箱形凹部に固定できる。
【００１４】
本発明の組電池は、セパレータ２、３２の箱形凹部２３に挿入された電池セル１と外周壁２２との隙間にシール剤１７を充填することができる。
これにより、電池セルとセパレータとの間に隙間を無くして、この部分に水分等が入り込むのを回避すると共に、電池セルの発熱をセパレータを介して熱伝導させ、放熱しやすくできる。
【００１５】
本発明の組電池は、セパレータ２、３２の箱形凹部２３に挿入された電池セル１と外周壁２２との隙間と、電池セル１の主面１Ｘと絶縁プレート部２１との隙間とにシール剤１７を充填することができる。
【００１６】
本発明の組電池は、セパレータ２、３２の外周壁２２の幅（Ｗ）を、電池セル１の厚さ（ｔ）に等しくし、かつ、外周壁２２の開口部に被覆シート１８を接着して、この被覆シート１８を、電池セル１の表面に接着することができる。
以上の組電池は、電池セルの表面を被覆シートで被覆することで、この面の結露を防止できる特徴がある。さらに、この被覆シートに絶縁シートを使用することで、積層する電池セルをより確実に絶縁状態で積層できる特徴も実現する。
【００１７】
本発明の電動車両は、車両を走行させるモータに電力を供給する電源として、上記の組電池を装備することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来の組電池の要部拡大斜視図である。
【図２】本発明の一実施例にかかる組電池の平面図である。
【図３】図２に示す組電池の側面図である。
【図４】図２に示す組電池のセパレータと電池セルを示す分解斜視図である。
【図５】図４に示すセパレータと電池セルを下側から見た背面斜視図である。
【図６】セパレータの他の一例を示す斜視図である。
【図７】図６に示すセパレータに電池セルを挿入する状態を示す断面図である。
【図８】図４に示すセパレータに電池セルを固定してシール材を充填する状態を示す正面図である。
【図９】図４に示すセパレータに電池セルを固定して被覆シートを接着する状態を示す分解斜視図である。
【図１０】図９に示すセパレータと電池セルに被覆シートを接着した状態を示す斜視図である。
【図１１】本発明の一実施例にかかる電動車両であってエンジンとモータで走行するハイブリッドカーを示すブロック図である。
【図１２】本発明の他の実施例にかかる電動車両であってモータのみで走行する電気自動車を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための組電池とこれを装備する電動車両を例示するものであって、本発明は組電池と電動車両を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２０】
図２と図３に示す組電池は、主として、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーや、モータのみで走行する電気自動車などの電動車両の電源に最適である。ただし、ハイブリッドカーや電気自動車等の電動車両以外の用途であって、大出力が要求される用途にも使用される。
【００２１】
図２と図３に示す組電池１００は、複数の電池セル１を絶縁性のセパレータ２を介して積層して電池ブロック１０としている。電池ブロック１０は、セパレータ２と電池セル１を定位置に連結している。電池ブロック１０は、その両端面にエンドプレート３を配置して、一対のエンドプレート３を連結固定具４で固定して、積層しているセパレータ２と電池セル１とを所定の圧力で押圧する状態に固定している。エンドプレート３は、電池セル１の外形とほぼ同じ形状と寸法の四角形として、組電池を両端面から挟着して固定している。
【００２２】
（電池セル１）
電池セル１は、幅よりも厚さが薄い外形を四角形とする薄型の角形電池で、互いに平行な姿勢として絶縁材のセパレータ２を間に挟んでセパレータ２でもって絶縁状態に積層している。電池セル１は、図４に示すように、上面１Ｃの両端部に正負の電極端子１３を突出させて固定している。電極端子１３を突出させる位置は、正極と負極が左右対称となる位置としている。これにより、電池セル１を裏返して重ねて積層し、隣接して接近する正極と負極の電極端子１３を金属板のバスバー（図示せず）で接続し、あるいは直接に接続して、直列に接続できる。電池セル１を直列に接続している組電池１００は、出力電圧を高くして出力を大きくできる。ただし、組電池は、電池セルを並列に接続して電流容量を大きくすることもできる。
【００２３】
電池セル１はリチウムイオン二次電池である。ただし、電池セル１はリチウムイオン二次電池には特定されず、充電できる全ての電池、たとえばニッケル水素電池なども使用できる。電池セル１は、外装缶１１の開口部を封口板１２で気密に閉塞している。外装缶１１は、正負の電極板を積層している電極体を収納して電解液を充填している。外装缶１１は、図４と図５に示すように、底を閉塞する四角い筒状に金属板をプレス加工したもので、上方の開口部を金属板の封口板１２で気密に閉塞している。外装缶１１は、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板を深絞り加工して製作される。金属板を深絞り加工している外装缶１１は、開口部に向かって内形を大きくするテーパー状としている。深絞り加工の金型を型抜きするためである。したがって、外装缶１１は、開口部となる上端の外形を底面の外形よりもわずかに大きくしている。封口板１２は、外装缶１１と同じように、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板で製作される。この封口板１２は、正負の電極端子１３を両端部に、端子ホルダ１４を介して固定している。封口板１２は、外装缶１１の開口部に挿入され、封口板１２の外周と外装缶１１の内周との境界にレーザービームを照射して、封口板１２は外装缶１１にレーザー溶接して気密に固定されている。
【００２４】
（端子ホルダ１４）
端子ホルダ１４は、傾斜面を有する三角形状に形成されており、電池セル１の上面１Ｃで電極端子１３の突出部分を除く周囲を絶縁している。この端子ホルダ１４は、プラスチックなどの絶縁性部材で構成される。端子ホルダ１４の傾斜面には電極端子１３を配置しており、電極端子１３を傾斜姿勢で突出させた状態で、電池セル１の両端部の定位置に配置している。一方、正負の電極端子１３は、内蔵する正負の電極板（図示せず）に接続されている。
【００２５】
（セパレータ２）
セパレータ２は、互いに隣接する電池セル１の間に挟着されて、隣接する電池セル１を一定の間隔に保持して絶縁する。このため、セパレータ２は、絶縁材で構成され、隣接する電池セル１の外装缶１１を絶縁しながら保護する。このセパレータ２は、プラスチック等の絶縁材を成形して製作される。
【００２６】
セパレータ２は、全体を絶縁材のプラスチックで一体的に成形している。このセパレータ２は、隣接する電池セル１の間に挟着される絶縁プレート部２１の周囲に外周壁２２を設けて、外周壁２２の内側に電池セル１を嵌め込んで定位置に配置する箱形凹部２３を設けている。図４のセパレータ２は、電池セル１の底面１Ａと、両側側面１Ｂと、上面１Ｃの外側に外周壁２２を設けて、絶縁プレート部２１と外周壁２２とで、その内側に、電池セル１を定位置に配置する箱形凹部２３を設けている。セパレータ２は、箱形凹部２３の内形を電池セル１の外形にほぼ等しく、あるいは電池セル１の外形よりもわずかに大きくして、外周壁２２の内側に電池セル１をスムーズに挿入できるようにしている。
【００２７】
外周壁２２は、電池セル１の底面１Ａの外側に配置している底外周壁２２Ａと、電池セル１の両側面１Ｂの外側に位置する両側外周壁２２Ｂと、電池セル１の上面１Ｃの外側に位置する上外周壁２２Ｃとからなる。外周壁２２の幅（Ｗ）は、電池セル１の厚さ（ｔ）にほぼ等しい。このセパレータ２は、箱形凹部２３の内部に電池セル１を収納して保護できる特徴がある。ただし、外周壁の幅（Ｗ）は、必ずしも電池セルの厚さ（ｔ）に等しくする必要はなく、電池セルの厚さ（ｔ）よりも小さく、あるいは大きくすることもできる。また、セパレータは、底外周壁と両側外周壁と上外周壁の全ての幅（Ｗ）を電池セルの厚さ（ｔ）と等しくする必要はなく、底外周壁のみの幅（Ｗ）を電池セルの厚さ（ｔ）とし、あるいは底外周壁と両側外周壁の幅（Ｗ）を電池セルの厚さ（ｔ）として上外周壁の幅（Ｗ）を電池セルの厚さ（ｔ）よりも小さくし、あるいはまた、底外周壁と上外周壁の幅（Ｗ）を電池セルの厚さ（ｔ）として両側外周壁の幅（Ｗ）を電池セルの厚さ（ｔ）よりも小さくすることもできる。ただ、本発明の組電池は、セパレータの箱形凹部に電池セルを入れて、押圧固定部９で電池セルを箱形凹部に固定するので、外周壁の幅（Ｗ）を、電池セルを箱形凹部に入れて固定できる幅とする。
【００２８】
さらに、セパレータ２は、外周壁２２のコーナー部に、箱形凹部２３に挿入される電池セル１のコーナー部を押圧して、箱形凹部２３に挿入される電池セル１を箱形凹部２３に固定する押圧固定部９を設けている。このセパレータ２は、押圧固定部９で箱形凹部２３に挿入される電池セル１をセパレータ２に固定する。
【００２９】
図４のセパレータ２は、底外周壁２２Ａと両側外周壁２２Ｂとのコーナー部に押圧固定部９を設けている。とくに、図４のセパレータ２は、底外周壁２２Ａの両端のコーナー部に押圧固定部９を設けている。このセパレータ２は、箱形凹部２３に挿入される電池セル１を、押圧固定部９でもって、上外周壁２２Ｃに押圧する。したがって、外装缶１１と封口板１２との溶接部を外周壁２２で保護して、損傷を防止しながら、電池セル１をセパレータ２の箱形凹部２３に固定できる。図４のセパレータ２は、底外周壁２２Ａの両端に押圧固定部９を設けているが、押圧固定部は、底外周壁の一端にのみ設けることもできる。また、図示しないが、押圧固定部は、両側外周壁と上外周壁とのコーナー部に設けることもできる。
【００３０】
さらに、図４のセパレータ２は、箱形凹部２３のコーナー部に挿入されるピン９Ａを押圧固定部９としている。ピン９Ａは、図４に示す円柱状ないし多角柱状で、後端に鍔９ａを設けている。円柱状ないし多角柱状のピン９Ａは、全体を先端に向かって細くなるテーパー状とし、あるいは先端部をテーパー状とすることで、箱形凹部２３のコーナー部にスムーズに挿入できる。ただし、ピンは、テーパー状でない柱状とすることもできる。このピンは、外周壁のコーナー部に挿入されて、電池セルを箱形凹部に抜けないように確実に固定できる特徴がある。
【００３１】
押圧固定部９のピン９Ａは、後端の鍔９ａを叩いて、あるいは押圧して、箱形凹部２３のコーナー部に挿入される。ピン９Ａを挿入する箱形凹部２３は、ピン９Ａを挿入する外周壁２２のコーナー部に、ピン９Ａを案内するガイド凹部２９を設けている。図４のセパレータ２は、底外周壁２２Ａと両側外周壁２２Ｂとのコーナー部にピン９Ａを挿入するので、このコーナー部にガイド凹部２９を設けている。ガイド凹部２９と、ここに挿入されるピン９Ａは、箱形凹部２３に電池セル１を挿入する状態で、電池セル１のコーナー部を外周壁２２の内面に押圧して固定する。ピン９Ａをガイド凹部２９に挿入する構造は、ピン９Ａを外周壁２２のコーナー部にスムーズに挿入して、電池セル１をセパレータ２の箱形凹部２３に固定できる。
【００３２】
ただし、押圧固定部９は、図６と図７に示すように、セパレータ３２に固定された凸部９Ｂとして、セパレータ３２を成形する工程でセパレータ３２と一体的に成形することもできる。このセパレータ３２は、図６に示すように、外周壁２２のコーナー部に突出するように押圧固定部９の凸部９Ｂを設けている。凸部９Ｂは、箱形凹部２３の開口部に向かって傾斜する姿勢として、電池セル１をスムーズに箱形凹部２３に圧入して、箱形凹部２３の内部に確実に固定できる。図６と図７に示す凸部９Ｂは、箱形凹部２３の開口部側の端部を部分的に傾斜させているが、凸部は、箱形凹部の開口部に向かって全体的に傾斜させることもできる。このセパレータ３２は、図７（ａ）に示すように、押圧固定部９を設けない側の電池セル１の一部、図にあっては電池セル１の上部を先に挿入して、その後、図７（ｂ）に示すように、外装缶１１の底部を圧入して、箱形凹部２３に電池セル１を挿入して固定する。このセパレータ３２も、押圧固定部９の凸部９Ｂを底外周壁２２Ａの両端部に設けているが、凸部は必ずしもこの位置に設ける必要はなく、底外周壁の一端に、あるいは両側外周壁の上部に設けることもできる。
【００３３】
セパレータ２は、図８に示すように、箱形凹部２３に挿入された電池セル１と外周壁２２との隙間にシール剤１７を充填し、あるいは、電池セル１と外周壁２２との隙間と、電池セル１の主面１Ｘと絶縁プレート部２１との隙間とにシール剤１７を充填して、電池セル１の表面をセパレータ２の表面に隙間なく密着することができる。シール剤１７には、シリコン系、ウレタン系、エポキシ系のものであって、未硬化な状態ではペースト状のものを使用する。このシール剤は、電池セル１の表面に塗布し、あるいはセパレータ２の内面に塗布し、あるいはまた、電池セル１とセパレータ２内面の両方に塗布されて、電池セル１を箱形凹部２３に挿入し、押圧固定部９でもって電池セル１をセパレータ２に固定する状態で、電池セル１をセパレータ２に隙間なく密着できる。この構造は、単に電池セル１をセパレータ２に外れないように確実に固定することに加えて、電池セル１表面の結露を防止できる特徴がある。とくに、セパレータ２は、電池セル１を押圧固定部９で箱形凹部２３に固定するので、シール剤１７の未硬化な状態にあっても、箱形凹部２３に抜けないように固定して、シール剤１７を硬化できる。この構造は、電池セル１とセパレータ２との間の隙間を無くして、この部分に水分等が入り込むのを回避すると共に、電池セル１の表面をセパレータ２で被覆して電池セル１表面の結露を防止し、さらに電池セル１の発熱を効率よくセパレータ２に熱伝導して放熱効率を向上させる。
【００３４】
さらに、図９と図１０のセパレータ２は、外周壁２２の幅（Ｗ）を電池セル１の厚さ（ｔ）に等しくして、箱形凹部２３に挿入される電池セル１の底面１Ａと両側面１Ｂと上面１Ｃの両側部とを外周壁２２でカバーし、さらに、外周壁２２の開口部に被覆シート１８を接着して、被覆シート１８を電池セル１の露出する表面に接着している。被覆シート１８は、プラスチックフィルムからなる絶縁シートである。この構造は、セパレータ２の箱形凹部２３に電池セル１を挿入する状態で、電池セル１の表面と外周壁２２とに接着剤１９を塗布して、被覆シート１８を付着し、この状態で外周壁２２のコーナー部に設けているガイド凹部２９に押圧固定部９のピン９Ａを挿入して電池セル１をセパレータ２に固定する。セパレータ２に固定される状態で、接着剤１９を硬化させて、被覆シート１８を電池セル１と外周壁２２の開口部とに接着する。ただし、電池セルをピンで箱形凹部に固定する状態で、電池セルと外周壁の開口部とに接着剤を塗布して、被覆シートを接着することもできる。
【００３５】
以上の構造は、電池セル１の表面を被覆シート１８で被覆することで、この面の結露を防止できる特徴がある。とくに、この構造は、電池セル１とセパレータ２の外周壁２２の内面にシール剤を充填することで、電池セル１の結露をより確実に防止できる特徴がある。
【００３６】
さらに、以上のセパレータ２は、底外周壁２２Ａの下面に、下方に突出する凸部２４を設けている。凸部２４は、組電池の下方に配設されるケースの底板８（図３参照）等のプレートから電池セル１を離して配置する。凸部２４は、高くすることで、下方に配設されるプレートからの距離を大きくして、より好ましい絶縁状態を実現する。したがって、凸部２４の高さ（Ｈ）は、好ましくは、３ｍｍよりも高く、さらに好ましくは４ｍｍよりも高く、最適には５ｍｍよりも高くする。ただ、凸部が高すぎると組電池の全高が高くなるので、凸部２４の高さ（Ｈ）は、好ましくは２０ｍｍよりも低く、さらに好ましくは１５ｍｍよりも低くする。凸部２４のある底外周壁２２Ａは、凸部２４でもって下面に配設されるプレートから持ち上げられて離された状態に配置される。このセパレータ２は、電池ブロック１０の結露水がプレートに流れ落ちる状態となり、またプレートに結露水が付着し、あるいは他の原因でプレートに水が付着しても、この水から電池セル１を離して、絶縁状態に配置できる。
【００３７】
図４と図５のセパレータ２は、底外周壁２２Ａの先端縁に沿って凸部２４を設けているが、凸部は、底外周壁の中間に設けることも、あるいは、底外周壁の絶縁プレート部側の下面に設けることもできる。図のセパレータ２は、底外周壁２２Ａの長手方向に沿って、その全体に凸部２４を設けている。この構造は、凸部２４を長くできるので、底外周壁２２Ａの上に載せる電池セル１の耐荷重を大きくできる。ただ、凸部は、底外周壁を、下方に配設されるプレートから離すために設けるので、必ずしも底外周壁の全長に沿って設ける必要はなく、底外周壁に部分的に設けることもできる。さらに、セパレータは、必ずしも底外周壁に凸部を設ける必要はなく、これを省略することもできる。
【００３８】
さらに、図４のセパレータ２は、電池セル１の底面１Ａの全面をカバーする長さ（Ｌ１）の底外周壁２２Ａを設けている。このセパレータ２は、電池セル１の底面１Ａの全面をカバーすることで、電池セル１の底面１Ａを、より確実に絶縁しながら保護できる特徴を実現する。
【００３９】
さらに、図４に示すセパレータ２は、両側外周壁２２Ｂを、電池セル１の両側面１Ｂの全面をカバーする長さ（Ｌ２）としている。このセパレータ２は、両側外周壁２２Ｂで電池セル１の両側面１Ｂの全面をカバーすることで、電池セル１の両側面１Ｂをより確実に絶縁しながら保護できる特徴がある。また、セパレータ２は、底外周壁２２Ａ及び両側外周壁２２Ｂの幅（Ｗ）を電池セル１の厚さ（ｔ）に等しく、あるいはこれより大きくすることで、電池セル１を挟着する状態で、電池セル１の底面１Ａの両側縁部の前面をカバーして、理想的な状態で電池セル１を保護し、かつ絶縁状態に配置できる。
【００４０】
上外周壁２２Ｃは、電池セル１の上面１Ｃの両端部をカバーする位置に設けられる。電池セル１は上面１Ｃに電極端子１３や安全弁の吐出口１５を設けているので、この領域を上外周壁２２Ｃでカバーしない。図４のセパレータ２は、上外周壁２２Ｃを両側外周壁２２Ｂに連続する形状として、電池セル１の上面１Ｃの両端部のコーナー部を外周壁２２でカバーしている。このセパレータ２は、両側外周壁２２Ｂの上端を上外周壁２２Ｃに直角に連結する形状とし、かつ両側外周壁２２Ｂの下端を底外周壁２２Ａに直角に連結する形状としている。
【００４１】
さらに、図３ないし図５のセパレータ２は、電池セル１の間に挟まれる絶縁プレート部２１に、電池セル１を効率よく冷却するために、外側面に複数の放熱リブ２５を設けている。放熱リブ２５は、絶縁プレート部２１の放熱面積を大きくして電池セル１を効率よく放熱し、さらに、放熱リブ２５の間に冷却空気などの冷却気体を強制送風して、電池セル１をより効率よく放熱する。
【００４２】
図３のセパレータ２は、絶縁プレート部２１に冷却空気を強制送風する送風隙間１６を設けている。送風隙間１６のあるセパレータ２は、ここに空気などの冷却用の気体を強制送風して電池セル１を強制冷却する。送風隙間１６に強制送風して冷却する組電池は、図示しないが、送風隙間１６に連結する送風ダクトを対向位置に設けて、この送風ダクトを介して送風隙間１６に冷却気体を強制送風して電池セル１を冷却する。ただし、セパレータは、必ずしも放熱リブや送風隙間を設ける必要はない。それは、図示しないが、組電池の底面を、冷媒などで強制冷却される冷却プレートに熱結合して強制的に冷却することができるからである。
【００４３】
（エンドプレート）
電池セル１をセパレータ２の箱形凹部２３に収納し、電池セル１が定位置に配置されたセパレータ２を複数積層した電池ブロック１０は、図２と図３に示すように、両端にセパレータ２を配置する状態で、両端のエンドプレート３で押圧する状態に固定される。エンドプレート３は、アルミニウムやその合金などの金属で製作され、あるいは硬質のプラスチックで製作される。エンドプレート３は、広い面積で電池セル１を挟着するために、その外形を角形の電池セル１と同じ四角形としている。四角形のエンドプレート３は、角形の電池セル１と同じ大きさに、あるいは角形の電池セル１よりもわずかに大きくしている。プラスチック製のエンドプレート３は、直接に電池セル１に積層され、金属製のエンドプレートは、絶縁材を介して電池セルに積層される。
【００４４】
エンドプレート３には、連結固定具４の端部が連結される。連結固定具４は、止ネジ５を介してエンドプレート３に連結している。図２と図３の連結固定具４は、止ネジ５でエンドプレート３に固定しているが、連結固定具の端部を内側に折曲してエンドプレートに連結し、あるいはまた、端部をかしめてエンドプレートに連結することもできる。
【００４５】
以上の組電池１００は、車両に搭載されて車両を走行させるモータに電力を供給する電源装置として使用される。図１１に、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーに電源装置９０を搭載する例を示す。この図に示す電源装置９０を搭載した車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給する組電池を備える電源装置９０と、組電池１００の電池を充電する発電機９４とを備えている。電源装置９０は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。車両ＨＶは、電源装置９０の電池を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、たとえば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、電源装置９０から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電源装置９０の電池を充電する。
【００４６】
また、図１２に、モータのみで走行する電気自動車に電源装置９０を搭載する例を示す。この図に示す電源装置９０を搭載した車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給する組電池１００を備える電源装置９０と、この電源装置９０の電池を充電する発電機９４とを備えている。モータ９３は、電源装置９０から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、電源装置９０の電池を充電する。
【符号の説明】
【００４７】
１…電池セル １Ａ…底面
１Ｂ…側面
１Ｃ…上面
１Ｘ…主面
２…セパレータ
３…エンドプレート
４…連結固定具
５…止ネジ
８…底板
９…押圧固定部 ９Ａ…ピン
９ａ…鍔
９Ｂ…凸部
１０…電池ブロック
１１…外装缶
１２…封口板
１３…電極端子
１４…端子ホルダ
１５…吐出口
１６…送風隙間
１７…シール剤
１８…被覆シート
１９…接着剤
２１…絶縁プレート部
２２…外周壁 ２２Ａ…底外周壁
２２Ｂ…両側外周壁
２２Ｃ…上外周壁
２３…箱形凹部
２４…凸部
２５…放熱リブ
２９…ガイド凹部
３２…セパレータ
８１…電池セル
８２…セパレータ
８３…隅凹部
８４…隅凸部
９０…電源装置
９３…モータ
９４…発電機
９５…インバータ
９６…エンジン
１００…組電池
ＨＶ…車両
ＥＶ…車両
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルを絶縁性のセパレータを介して積層しており、かつ、前記セパレータと前記電池セルとを定位置に連結してなる組電池であって、
前記セパレータは、隣接する電池セルの間に挟着される絶縁プレート部の周囲に外周壁を有し、この外周壁の内側に前記電池セルを嵌め込んで定位置に配置する箱形凹部を設けており、
さらに、前記セパレータは、外周壁のコーナー部に、前記箱形凹部に挿入される電池セルのコーナー部を押圧して、箱形凹部に挿入される電池セルを箱形凹部に固定する押圧固定部を設けており、この押圧固定部でもって、箱形凹部に挿入される電池セルをセパレータに固定してなることを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記電池セルが、正負の電極と電解液とを収納してなる金属板からなる外装缶の開口部に、正負の電極端子を固定している封口板を溶接して固定しており、
さらに、前記セパレータは、前記外装缶の底面の外側に設けてなる底外周壁と、前記外装缶の側面の外側に設けている両側外周壁とのコーナー部に押圧固定部を設けている請求項１に記載される組電池。
【請求項３】
前記押圧固定部が、箱形凹部に挿入されるピン、又はセパレータに固定された凸部のいずれかである請求項１又は２に記載される組電池。
【請求項４】
前記押圧固定部が箱形凹部に挿入されるピンで、前記セパレータは、底外周壁と両側外周壁とのコーナー部に、前記ピンを案内するガイド凹部を設けている請求項１又は２に記載される組電池。
【請求項５】
前記セパレータの箱形凹部に挿入された電池セルと外周壁との隙間にシール剤を充填してなる請求項１ないし４のいずれかに記載される組電池。
【請求項６】
前記セパレータの箱形凹部に挿入された電池セルと外周壁との隙間と、電池セルの主面と絶縁プレート部との隙間とにシール剤を充填してなる請求項１ないし４のいずれかに記載される組電池。
【請求項７】
前記セパレータの外周壁の幅（Ｗ）が、電池セルの厚さ（ｔ）に等しく、
かつ、外周壁の開口部に被覆シートが接着されて、この被覆シートが、前記電池セルの表面に接着されてなる請求項１ないし６のいずれかに記載される組電池。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の組電池でもって、車両を走行させるモータに電力を供給する電動車両。
【請求項１】
複数の電池セルを絶縁性のセパレータを介して積層しており、かつ、前記セパレータと前記電池セルとを定位置に連結してなる組電池であって、
前記セパレータは、隣接する電池セルの間に挟着される絶縁プレート部の周囲に外周壁を有し、この外周壁の内側に前記電池セルを嵌め込んで定位置に配置する箱形凹部を設けており、
さらに、前記セパレータは、外周壁のコーナー部に、前記箱形凹部に挿入される電池セルのコーナー部を押圧して、箱形凹部に挿入される電池セルを箱形凹部に固定する押圧固定部を設けており、この押圧固定部でもって、箱形凹部に挿入される電池セルをセパレータに固定してなることを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記電池セルが、正負の電極と電解液とを収納してなる金属板からなる外装缶の開口部に、正負の電極端子を固定している封口板を溶接して固定しており、
さらに、前記セパレータは、前記外装缶の底面の外側に設けてなる底外周壁と、前記外装缶の側面の外側に設けている両側外周壁とのコーナー部に押圧固定部を設けている請求項１に記載される組電池。
【請求項３】
前記押圧固定部が、箱形凹部に挿入されるピン、又はセパレータに固定された凸部のいずれかである請求項１又は２に記載される組電池。
【請求項４】
前記押圧固定部が箱形凹部に挿入されるピンで、前記セパレータは、底外周壁と両側外周壁とのコーナー部に、前記ピンを案内するガイド凹部を設けている請求項１又は２に記載される組電池。
【請求項５】
前記セパレータの箱形凹部に挿入された電池セルと外周壁との隙間にシール剤を充填してなる請求項１ないし４のいずれかに記載される組電池。
【請求項６】
前記セパレータの箱形凹部に挿入された電池セルと外周壁との隙間と、電池セルの主面と絶縁プレート部との隙間とにシール剤を充填してなる請求項１ないし４のいずれかに記載される組電池。
【請求項７】
前記セパレータの外周壁の幅（Ｗ）が、電池セルの厚さ（ｔ）に等しく、
かつ、外周壁の開口部に被覆シートが接着されて、この被覆シートが、前記電池セルの表面に接着されてなる請求項１ないし６のいずれかに記載される組電池。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の組電池でもって、車両を走行させるモータに電力を供給する電動車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１１９１５７（Ｐ２０１２−１１９１５７Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６７７４２（Ｐ２０１０−２６７７４２）
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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