組電池
【課題】振動を効果的に抑制することができて信頼性に優れるとともに、各電池に均一な構成圧を効果的にかけることができてハイレート特性に優れる組電池を提供すること。
【解決手段】組電池２０において、積層された複数の電池２１と、該電池２１を両側から挟む加圧板３４（外装部材）と、両加圧板３４の間に架設され、複数の電池２１の正極集電端子１５および負極集電端子１６を直列に接続しながら支持する第１および第２横架部材３２Ａ、３２Ｂとを備え、第１および第２横架部材３２Ａ、３２Ｂが、両加圧板３４に免震構造（弾性部材３３５の介在、第１および第２横架部材３２Ａ、３２Ｂの加圧板３４への貫通）をなして支持されている構成とする。
【解決手段】組電池２０において、積層された複数の電池２１と、該電池２１を両側から挟む加圧板３４（外装部材）と、両加圧板３４の間に架設され、複数の電池２１の正極集電端子１５および負極集電端子１６を直列に接続しながら支持する第１および第２横架部材３２Ａ、３２Ｂとを備え、第１および第２横架部材３２Ａ、３２Ｂが、両加圧板３４に免震構造（弾性部材３３５の介在、第１および第２横架部材３２Ａ、３２Ｂの加圧板３４への貫通）をなして支持されている構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池よりなる組電池に関し、特に電池に発生する熱を効率よく外部に放熱することができてハイレート特性に優れる大容量の組電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばロボット、電動車両や、小型動力のモバイル機器等の電源は、限られた空間に密閉されるものであるため、小型軽量で低コストであること等が要望される。このような要望を満足するものとして、近年、高エネルギー密度を有するリチウムイオン電池が注目されている。このリチウムイオン電池は、高出力とするため、例えば５、６セル程度ないし１０数セル程度の多数の電池を直列または並列に接続して組電池として使用される。
【０００３】
上記のような用途に使用される組電池においては、多数のセルを容易かつ確実に接続、支持する構造とすることが要望され、このため従来、例えば以下のような各種の構造が提案されている。
【０００４】
特許文献１には、正極端子および負極端子を連結部材により連結することで、隣接する単電池を強固に連結し、大電流を流せるようにした組電池が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、電極端子に一体型端子を弾性的に押圧して接続することにより、簡単かつ容易に電極端子を接続し得るようにしたパック電池が開示されている。
【０００６】
特許文献３には、電極端子を絶縁板によって挟持することによって、振動の入力に対して影響を受け難く、コンパクト化を図るようにした組電池が開示されている。
【０００７】
特許文献４には、複数のセルの両端部に位置するエンドプレートにバスバーをインサート成形により一体的に組み込むようにすることで、電池モジュールの支持強度、剛性を向上させるとともに、電池モジュールをケースに誤挿入なしに容易に組み込むことができるようにした構造が開示されている。
【０００８】
特許文献５には、複数のセルと連結具との間にスペーサを介在させることにより、セルと連結具との絶縁を容易に確保するとともにセルの間隔を維持し得るようにした二次電池モジュールが開示されている。
【０００９】
特許文献６には、各セルの端子片を平行に配置し、該端子片を連結する接続用リード板を、端子片の突出方向と直交する方向に一直線状に配置することにより、コンパクトであって接続用リード板の取り回しが容易でショート等の惧れもない組電池が開示されている。
【００１０】
特許文献７には、複数のセルを接続する樹脂製のプレートに金属ブスバを一体成形することにより、セル数の変化に対応でき、安全かつ効率的に組み立てることが可能な組電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−７１１７３号公報
【特許文献２】特開２００８−３０００８３号公報
【特許文献３】特開２００６−２１０３１２号公報
【特許文献４】特開平１０−２７０００６号公報
【特許文献５】特開２００５−３２２６４７号公報
【特許文献６】特開２００２−１１７８２８号公報
【特許文献７】特開２００４−１５２７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、例えば、積層電極体をラミネートフィルムよりなる外装体に収容した構成を有する電池（以下、「ラミネート積層型電池」と称す）を単電池（セル）として構成された組電池の場合、セルの外装体が金属製である角型電池に比べ、軟らかい構造をしているため加圧や振動によって変形しやすく、電池の位置にずれが生じやすい。そのため正極端子ないし負極端子に応力がかかり、端子間の接続にゆるみが生じたり、端子が破損して接続が外れたりするという問題があった。
【００１３】
特許文献３には、前述の通り、振動による影響を受け難くした組電池が開示されているが、この組電池では、電極端子を絶縁板によって挟持することによって振動を抑制するようにしているため、振動の抑制効果には限界があり、特に、絶縁板自体の振動は処理し得ないものと考えられる。
【００１４】
また、上記ラミネート積層型電池を単電池（セル）とする組電池の場合、ハイレート特性を得るためには各電池に均一な圧力(構成圧)をかける必要があり、組電池全体を均一に締め付けることで構成圧を得る構造とすることが必要であるが、上記特許文献１ないし特許文献７ではこのような構造については特に記載されていない。
【００１５】
したがって、本発明は、振動を効果的に抑制することができて信頼性に優れるとともに、各電池に均一な圧力(構成圧)を効果的にかけることができてハイレート特性に優れる組電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成する為に、本発明に係る組電池は、
積層された複数の電池と、
前記複数の電池を積層方向における両側から挟むようにしてそれぞれ配置された外装部材と、
前記両側の外装部材の間に架設され、前記複数の電池の電極端子を直列または並列に接続しながら支持する横架部材と、
を備え、
前記横架部材が、前記両側の外装部材に免震構造をなして支持されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明において、「複数の電池を積層方向における両側から挟むようにしてそれぞれ配置された外装部材」とは、複数の電池の積層方向における両側に配置される部材であれば任意のものを含意するが、例えば、複数の電池を積層方向における両側から挟むように加圧するために配置される加圧板等がこれに該当する。
【００１８】
上記構成によれば、複数の電池が横架部材を介して両側の外装部材に支持されるため、各電池が容易かつ確実に位置決めされ、これ以降も振動や自重によって位置ずれ、回転ずれ、脱落等を生じることなく所定位置に確実に支持される。このとき、横架部材が外装部材に免震構造をなして支持されているので、振動がこの免震構造により吸収され、したがって、電極端子に応力が集中することによる端子間の接続のゆるみや端子の破損等が効果的に防止される。
【００１９】
また、上記のように横架部材が外装部材に免震構造をなして支持されていることにより、外装部材が横架部材に対して弛みなく堅固に固定されるのではなく遊動可能となっており、したがって外装部材を両側から挟むようにして十分に加圧することができる。
【００２０】
前記横架部材に、周囲から電気的に絶縁された導通部が設けられ、該導通部で前記複数の電池の電極端子が直列に接続されていることが望ましい。
【００２１】
複数の電池を並列に接続して組電池を構成する場合には、複数の電池の正極端子および負極端子をそれぞれまとめて接続するようにすればよいので、作業にそれほど手間を要することもないが、複数の電池を直列に接続する場合には、複数の電池の正極端子と負極端子とを交互に（一対ずつ）金具等で接続していく必要があるため、特に電池の積層数が多くなるほど、部品点数も増大し、作業も煩瑣となる。そこで、上記のように周囲から電気的に絶縁された導通部を横架部材に設けておき、該導通部で複数の電池の電極端子を直列に接続する構成とすれば、金具を一つずつ用意して個々に接続する必要もなく、したがって接続作業を手間なく簡便に行うことができる。
【００２２】
前記免震構造が、前記横架部材と前記両側の外装部材との間に弾性部材を介在させることにより構成されていることが望ましい。
【００２３】
本発明において、「弾性部材」は、弾性を有するものであれば任意の部材を含意し、例えばコイルバネ、板バネ等のバネやゴム等よりなる部材がいずれも含まれる。
【００２４】
上記構成によれば、弾性部材の弾性により振動を効果的に吸収することができるとともに、加圧による圧力も効果的に吸収されて外装部材が十分に遊動することができる。また、このように振動や圧力を吸収しながら、弾性部材の本来有する形状によって横架部材を外装部材に対して所定位置に確実にかつ納まりよく保持することが可能な構成とすることができる。
【００２５】
前記免震構造が、前記両側の外装部材に前記横架部材を貫通させて貫通方向に摺動可能に支持させることにより構成されていることが望ましい。
【００２６】
上記構成によれば、外装部材に横架部材を貫通させて貫通方向に摺動させることにより振動を効果的に逃がすことができる。このとき、外装部材に横架部材を貫通させていることで、横架部材が外装部材に脱落しないように確実に支持され、またこの貫通構造を利用して電池を外部へ接続することも可能となっている。
【００２７】
前記横架部材の少なくとも一部に、熱伝導性を有する伝熱部が形成されていることが望ましい。
【００２８】
ハイレート放電時には各電池が発熱するが、密閉空間などでは空気中に放熱が出来ないので温度が上昇し、運転上限温度に達すると電池が放電できなくなる。ロボット、電動車両や、小型動力のモバイル機器の電源は、限られた空間に密閉されており、このためファンなどの強制空冷機構の設置は困難であり、外部へ固体の熱伝導で放熱する必要がある。
【００２９】
そこで、上記のように横架部材に伝熱部を形成するようにすれば、電池で発生した熱を電極端子から伝熱部を経て放熱することができて電池の温度上昇を抑制することができる。
【００３０】
前記伝熱部が、前記横架部材の外部に設けられた放熱部材に熱的に接続されていることが望ましい。
【００３１】
上記構成によれば、伝熱部に伝達された熱を放熱部材から外部へ放熱することができ、これによりさらに効果的に電池の温度上昇を抑制することができる。
【００３２】
前記両側の外装部材が前記電池に対して断熱性を有することが望ましい。
【００３３】
両側の外装部材が熱伝導性を有するものであると、最も両側に配置される単電池から外装部材に直接的に熱が伝達され、これによりこの両端部が過度に冷却されることとなる。これに対し、上記のように外装部材が電池に対して断熱性を有するようにすると、両端部においても中央部と同様に電極端子等を伝熱経路として熱伝達がなされるようになって過度な冷却が抑制されることとなり、これにより組電池全体における温度分布のバランスを良好とすることができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の構成によれば、振動を免震構造に吸収させることにより、電極端子間の接続のゆるみや電極端子の破損等が効果的に防止される。また、免震構造により外装部材が横架部材に対して遊動可能となっていることによって、外装部材を両側から挟むようにして各電池に均一な圧力(構成圧)を十分にかけることができる。したがって、電極端子の接続部の信頼性が高く、かつハイレート特性に優れる組電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の組電池を構成する単電池（セル）の一部を示す図であって、同図（ａ）は正極の平面図、同図（ｂ）はセパレータの斜視図、同図（ｃ）は正極が内部に配置された袋状セパレータを示す平面図である。
【図２】本発明の組電池を構成する単電池（セル）に用いる負極板の平面図である。
【図３】本発明の組電池を構成する単電池（セル）に用いる積層電極体の分解斜視図である。
【図４】本発明の組電池を構成する単電池（セル）に用いる積層電極体の平面図である。
【図５】正負極タブと正負極集電端子とを溶着した状態を示す平面図である。
【図６】本発明の組電池を構成する単電池（セル）に用いる外装体に図５の積層電極体を挿入した状態の斜視図である。
【図７】本発明の組電池を構成する単電池（セル）およびセパレータの斜視図である。
【図８】本発明の組電池に使用される第１横架部材の分解斜視図である。
【図９】本発明の組電池に使用される第１横架部材の斜視図である。
【図１０】本発明の組電池に使用される第２横架部材の分解斜視図である。
【図１１】本発明の組電池に使用される第２横架部材の斜視図である。
【図１２】本発明の組電池の分解斜視図である。
【図１３】本発明の組電池の斜視図である。
【図１４】本発明の組電池の正面図である。
【図１５】本発明の組電池の背面図である。
【図１６】本発明の組電池の左前側から視た斜視図である。
【図１７】本発明の組電池の左上側から視た斜視図である。
【図１８】本発明の組電池に使用される第３横架部材の下面図である。
【図１９】本発明の組電池に使用される第３横架部材の正面図である。
【図２０】本発明の組電池に使用される第４横架部材の下面図である。
【図２１】本発明の組電池に使用される第４横架部材の正面図である。
【図２２】第３横架部材の導通部の下面図である。
【図２３】本発明の他の実施形態に係る組電池の模式上面図である。
【図２４】組電池の外部に放熱部材を設けた例を示す模式上面図である。
【図２５】組電池の外部に放熱部材を設けた例を示す模式上面図である。
【図２６】第５横架部材の模式下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明を図面を参照しながら更に詳細に説明するが、本発明は以下の最良の形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能なものである。
【００３７】
［第１実施形態］
〔正極の作製〕
正極活物質としてのＬｉＣｏＯ２を９０質量％と、導電剤としてのカーボンブラックを５質量％と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを５質量％と、溶剤としてのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶液とを混合して正極用スラリーを調製した後、この正極用スラリーを、正極集電体としてのアルミニウム箔（厚み：１５μｍ）の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで厚み０.１ｍｍにまで圧縮した後、図１（ａ）に示すように、所定の幅および高さを有する矩形状となるように切断して、両面に正極活物質層１ａを有する正極板１を作製した。この際、正極板１における一辺の一方端部から、所定の幅および高さを有する矩形状の活物質未塗布部を延出させて正極タブ１１とした。
【００３８】
〔正極板が内部に配置された袋状セパレータの作製〕
図１（ｂ）に示すように、２枚の方形状のポリプロピレン（ＰＰ）製のセパレータ３ａ(厚み３０μｍ）の間に正極板１を配置した後、図１（ｃ）に示すように、セパレータ３ａの周辺部を融着部４で熱溶着して、正極板１が内部に収納・配置された袋状セパレータ３を作製した。
【００３９】
〔負極の作製〕
負極活物質としての黒鉛粉末を９５質量％と、結着剤としてのポリフッ化ピニリデンを５質量％と、溶剤としてのＮＭＰ溶液とを混合して負極用スラリーを調製した後、この負極用スラリーを負極集電体としての銅箔(厚み：１０μｍ)の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで厚み０．０８ｍｍにまで圧縮した後、図２に示すように、所定の幅および高さを有する矩形状となるように切断して、両面に負極活物質層２ａを有する負極板２を作製した。この際、負極板２の一辺において上記正極板１の正極タブ１１形成側端部と反対側となる端部から、所定の幅および高さを有する矩形状の活物質未塗布部を延出させて負極タブ１２とした。
【００４０】
〔積層電極体の作製〕
上記正極板１が内部に配置された袋状セパレータ３を５０枚、負極板２を５１枚調製し、図３に示すように、該袋状セパレータ３と負極板２とを交互に積層した。その際、両端面部に負極板２が位置するようにした。ついで、図４に示すように、この積層体の両端面を形状保持のための絶縁テープ１９で接続して、積層電極体１０を得た。
【００４１】
〔集電端子の溶接〕
図５に示すように、積層された正極タブ１１および負極タブ１２のそれぞれの延出端部に、幅１５ｍｍ、厚み１ｍｍのアルミニウム板よりなる正極集電端子１５ならびに幅１５ｍｍ、厚み１ｍｍの銅板よりなる負極集電端子１６を、それぞれ超音波溶接法により接合した。
【００４２】
〔外装体への封入〕
図６に示すように、あらかじめ電極体が設置できるように成形した２枚のラミネートフィルム１７で構成した外装体１８に、上記積層電極体１０を挿入し、正極集電端子１５および負極集電端子１６のみが外装体１８より外部に突出するよう正極集電端子１５および負極集電端子１６がある辺を熱融着するとともに、残りの３辺の内、２辺を熱融着した。
【００４３】
〔電解液の封入、密封化〕
上記外装体２５の熱溶着していない１辺から、エチレンカーボネート（ＥＣ）とメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）とが体積比で３０：７０の割合で混合された混合溶媒に、ＬｉＰＦ６が１Ｍ（モル／リットル）の割合で溶解された電解液を注入し、最後に熱溶着していない１辺を熱溶着することにより、図７に示す電池２１を作製した。この電池２１の幅Ｌ１は１００ｍｍ、高さＬ２は１１０ｍｍ（正極タブ１１および負極タブ１２の延出高さを含めると１３６ｍｍ）、厚みＴ１は１５ｍｍである。電池２１の上辺における幅方向両端より１０ｍｍだけ内側寄りの位置から、正極集電端子１５および負極集電端子１６がそれぞれ上方へ突出しており、該正極集電端子１５および負極集電端子１６の突出高さはラミネートフィルム１７の上端から１０ｍｍであり、また該正極集電端子１５および負極集電端子１６の先端部は、それぞれ接続される側へ向けて側面視Ｌ字形状となるように折曲し、該折曲片にはボルト挿通孔を穿設した。また、電池２１の周縁部には、ラミネートフィルム１７の封止部が延出して耳部２１Ｓが形成され、この耳部２１Ｓより内側（中央側）が、内部に積層電極体１０が封入されて該耳部２１Ｓより厚さ方向に両側へ膨出する形状となっている。
【００４４】
〔スペーサの作製〕
図７に示すように、幅Ｌ３＝１０２ｍｍ、高さＬ４＝１２２ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの金属板（アルミニウム板）２２Ｔを調製し、この金属板２２Ｔの一方面に、断面コ字形状を有し金属（アルミニウム）よりなる長さ１０１ｍｍのコ字形部材２４の中央片を、該金属板２２Ｔの下端縁に揃えるようにして中央に位置するように（即ち金属板２２Ｔの両端との間に０．５ｍｍずつ間隔をおいて）配置し、溶接により接合した。このコ字形部材２４における中央片からの両側片の延出幅は、上記電池２１の厚さＴ１の１／２即ち７．５ｍｍよりもやや小となっている。この金属板２２Ｔを２枚用意し、コ字形部材２４が互いに背中合わせになるようにして、両金属板２２Ｔの間に、厚さ０．５ｍｍのポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））よりなる断熱シートを挟むように固定して、スペーサ２２とした。
【００４５】
〔横架部材の作製〕
図８の分解斜視図に示すように、やや厚さを有して短冊形に長く延びる平板状体の両端よりやや内側寄りの位置の間にある中央部が一方面側（図における下面側）へ膨出するようにさらに厚肉となった外形（換言すれば、断面矩形状で長く延びる角棒状体の両端部が同方向から即ち図における下方から切欠かれて薄肉となった外形）となるように、即ち、概略横長に延びる直方体状の本体部３２１の両端面の上部から平板状の嵌合突起片３２２がそれぞれ長さ方向に沿って両側へ突出した形状となるように窒化アルミニウムを成形し、該本体部３２１の両端近傍の位置および中央より両側寄りの位置の計４箇所に、該本体部３２１の膨出側端面から内側へ断面矩形状に陥入しかつ該本体部３２１を幅方向に貫通する切欠３２３をそれぞれ形成し、さらに、各切欠３２３の内奥面における両端近傍に、本体部３２１の幅方向に沿って並置するように貫通孔３２４をそれぞれ穿設した。各切欠３２３には、該切欠３２３に対応する寸法を有し上記貫通孔３２４に対応する位置にボルト挿通孔がそれぞれ穿設された長方形状の金属プレートをそれぞれ嵌入固定して導通部３２５とし、また、本体部３２１の膨出部の両端面（即ち本体部３２１と両嵌合突起片３２２との間に形成された入隅部）に、この両端面に対応する寸法を有する長方形状に成形されたゴム板をそれぞれ嵌合固定して免震部３２６として、図９の斜視図にも示す第１横架部材３２Ａを得た。なお、上記導通部３２５のボルト挿通孔は、図では明確に表れていないが、第１横架部材３２Ａにおける本体部３２１の長さ方向にわずかに長く延びる長孔となっている。
【００４６】
また、図１０に示すように、上記第１横架部材３２Ａの本体部３２１と同様の外形・寸法を有し両端部に嵌合突起片３２８がそれぞれ形成された本体部３２７の中央の位置および中央より両側寄りの位置の計３箇所に、上記第１横架部材３２Ａの切欠３２３と同様の形状・寸法を有する切欠３２９をそれぞれ形成し、さらに、両側の切欠３２９よりさらに両端寄りの位置に、該切欠３２９よりやや幅狭の切欠３３０をそれぞれ形成し、以上計５箇所の切欠３２９、３３０のそれぞれに、上記第１横架部材３２Ａの貫通孔３２４と同様にして貫通孔３３１を２ずつ穿設した。上記５箇所の切欠３２９、３３０のうちの中央部３箇所の切欠３２９には上記第１横架部材３２Ａの金属プレートと同様の金属プレートをそれぞれ嵌入固定して導通部３３２とするとともに、両側２箇所の切欠３３０には、該切欠３３０に対応する寸法を有し上記貫通孔３３１に対応する位置に（長孔である）ボルト挿通孔がそれぞれ穿設された長方形状の金属プレートをそれぞれ嵌入固定して導通部３３３とし、さらに、この両端部の導通部３３３の表面（図における下面）には、矩形板状の金属板の端部を溶接により接合して、両導通部３３３から両側へそれぞれ延出する外部接続端子片３３４とした。また、本体部３２７の膨出部の両端面に、上記第１横架部材３２Ａのゴム板と同様のゴム板をそれぞれ嵌合固定して免震部３３５として、図１１の斜視図にも示す第２横架部材３２Ｂを得た。
【００４７】
〔加圧板の作製〕
図１２に示すように、上記電池２１における耳部２１Ｓより厚さ方向に一方側へ膨出する膨出部をほぼ収容し得る凹部３４１を一方面側に有し、該凹部３４１から上方にやや長く延出して該延出部の右上部および左上部に横長の長方形状の嵌合開口３４２がそれぞれ穿設され、一方（図における右方）の嵌合開口３４２と上記凹部３４１との間に横方向に延びる端子挿通スリット３４３が穿設された構成を有する概略縦長の長方形の板状となるようにポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））を成形して、加圧板３４とした。上記嵌合開口３４２は、上記第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂの嵌合突起片３２２、３２８にそれぞれ対応する寸法を有し、上記端子挿通スリット３４３は、上記第２横架部材３２Ｂの外部接続端子片３３４に対応する寸法を有している。この加圧板３４は、これと左右対称の構成を有するものを別に１枚作製して、あわせて一対とした。
【００４８】
〔組電池の組立〕
単電池（セル）として上記電池２１を８個用意し、図７に示すように各電池２１の間にスペーサ２２を挟むようにして、これら電池２１を厚さ方向に積層した。このとき、各電池２１は、隣接するスペーサ２２のコ字形部材２４における上側片の間に下端部の耳部２１Ｓを挿通しながら、膨出部の下端面をコ字形部材２４における上側片の上面に密着させるようにした。
【００４９】
ついで、図１２に示すように、上記積層した各電池２１の正極集電端子１５および負極集電端子１６を、直列接続となるように、一方側に隣接する電池２１の負極集電端子１６および他方側に隣接する電池２１の正極集電端子１５にそれぞれ重ねた状態で、上記第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂの導通部３２５、３３２にそれぞれボルト（図示省略）により仮止めした。第２横架部材３２Ｂの一方端部（図における左端部）の導通部３３３Ｌには、対応する一方端部（図における左端部）の電池２１の正極集電端子１５を、他方端部（図における右端部）の導通部３３３Ｒには、対応する他方端部（図における右端部）の電池２１の負極集電端子１６を、それぞれ単独で仮止めした。なお、図１２は分解斜視図であるため、各導通部３２５、３３２、３３３Ｌ、３３３Ｒが第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂから取り外した状態で各電池２１の正極集電端子１５および負極集電端子１６が取り付けられているが、実際には、各導通部３２５、３３２、３３３Ｌ、３３３Ｒが前述の通り第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂに固定された状態で各電池２１の正極集電端子１５および負極集電端子１６が取り付けられるようになっている。またこのとき、ボルトは、上記第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂの貫通孔３２４、３３１内にそれぞれ頭部ごと挿入され、導通部３２５、３３２、３３３Ｌ、３３３Ｒ、正極集電端子１５および負極集電端子１６のボルト挿通孔に直接的に挿通されて、下方からナットにより締結されるようになっている。
【００５０】
ついで、図１２に示すように、上記積層した電池２１の両側に、加圧板３４をそれぞれ配置し、各加圧板３４の凹部３４１に両端の電池２１の膨出部をそれぞれ収容するとともに、各加圧板３４の嵌合開口３４２に上記第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂの嵌合突起片３２２、３２８を、端子挿通スリット３４３に上記第２横架部材３２Ｂの外部接続端子片３３４をそれぞれ挿通して外側へ突出させた。この状態で、両加圧板３４を両側から締め付けるように加圧した。
【００５１】
ついで、加圧した状態で、各電池２１の正極集電端子１５および負極集電端子１６を仮止めしているボルトを本締めして締結固定し、図１２ないし図１７に示す組電池２０を得た。
【００５２】
［第１実施形態における組電池の効果］
上記組電池２０は、積層された複数すなわち８個の電池２１と、上記複数の電池２１を積層方向における両側から挟むようにしてそれぞれ配置された外装部材である加圧板３４と、上記両側の加圧板３４の間に架設され、複数の電池２１の電極端子すなわち正極集電端子１５および負極集電端子１６を直列に接続しながら支持する第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂと、を備え、上記第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂが、両側の加圧板３４に免震構造をなして支持されている構成となっているので、複数の電池２１が第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂを介して両側の加圧板３４に支持されるため、各電池が容易かつ確実に位置決めされ、これ以降も振動や自重によって位置ずれ、回転ずれ、ねじれ、脱落等を生じることなく所定位置に確実に支持される。このとき、第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂが加圧板３４に免震構造をなして支持されているので、振動がこの免震構造により吸収され、したがって、電極端子に応力が集中することによる端子間の接続のゆるみや端子の破損等が効果的に防止されるようになっている。
【００５３】
また、上記のように第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂが加圧板３４に免震構造をなして支持されていることにより、加圧板３４が第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂに対して弛みなく堅固に固定されるのではなく遊動可能となっており、したがって加圧板３４を両側から挟むようにして十分に加圧することができる。
【００５４】
また、第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂに、周囲から電気的に絶縁された導通部３２５、３３２、３３３が設けられ、該導通部３２５、３３２、３３３で複数の電池２１の正極集電端子１５および負極集電端子１６が直列に接続されているので、組電池の組立作業を容易かつ簡便に行うことができる。
複数の電池を並列に接続して組電池を構成する場合には、複数の電池の正極端子および負極端子をそれぞれまとめて接続するようにすればよいので、作業にそれほど手間を要することもないが、複数の電池を直列に接続する場合には、複数の電池の正極端子と負極端子とを交互に（一対ずつ）金具等で接続していく必要があるため、特に電池の積層数が多くなるほど、部品点数も増大し、作業も煩瑣となる。そこで、上記組電池２０のように周囲から電気的に絶縁された導通部３２５、３３２、３３３を第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂに設けておき、該導通部３２５、３３２、３３３で複数の電池２１の正極集電端子１５および負極集電端子１６を直列に接続する構成となっていれば、金具を一つずつ用意して個々に接続する必要もなく、したがって接続作業を手間なく簡便に行うことができる。
【００５５】
また、上記免震構造が、第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂと両側の加圧板３４との間に、弾性部材であるゴム板よりなる免震部３２６、３３５を介在させることにより構成されているので、ゴム板の弾性により振動が効果的に吸収されるとともに、加圧による圧力も効果的に吸収されて加圧板３４が十分に遊動し得るようになっている。また、このように弾性により振動や圧力が吸収されながら、ゴム板の本来有する形状によって第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂが加圧板３４に対して所定位置に確実にかつ納まりよく保持されている。
【００５６】
また、上記免震構造が、両側の加圧板３４の嵌合開口３４２に第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂを貫通させて貫通方向に摺動可能に支持させることにより構成されているので、第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂが貫通方向に摺動することにより振動が効果的に逃げることができるようになっている。このとき、加圧板３４に第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂを貫通させていることで、第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂが加圧板３４に脱落しないように確実に支持されている。
【００５７】
また、上記第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂが、熱伝導性を有する窒化アルミニウムよりなる本体部３２１、３２７および嵌合突起片３２２、３２８と、金属よりなる導通部３２５、３３２、３３３とを有して構成され、したがって（免震部３２６、３３５を除く）ほぼ全体が熱伝導性を有する伝熱部となっているので、電池２１で発生した熱を、正極集電端子１５および負極集電端子１６から、伝熱部である導通部３２５、３３２、３３３、本体部３２１、３２７および嵌合突起片３２２、３２８を経て放熱することができ、これにより、ファンなどの強制空冷機構の設置が困難な限られた空間に密閉されて設置された場合であっても、ハイレート放電時の発熱を外部への熱伝導により放熱することができて電池２１の温度上昇を抑制することができる。
【００５８】
また、両側の加圧板３４が、樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））よりなり、したがって電池２１に対して断熱性を有するものとなっている。例えば仮に、両側の加圧板が熱伝導性を有するものであると、最も両側に配置される単電池から加圧板に直接的に熱が伝達され、これによりこの両端部が過度に冷却されることとなる。これに対し、上記組電池２０においては上述の通り加圧板３４が電池２１に対して断熱性を有するものとなっているので、両端部においても中央部と同様に正極集電端子１５および負極集電端子１６から、第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂの導通部３２５、３３２、３３３、本体部３２１、３２７および嵌合突起片３２２、３２８を経て熱伝達がなされて過度な冷却が抑制されるようになっており、これにより組電池２０全体における温度分布のバランスが良好となっている。
【００５９】
［第２実施形態］
〔横架部材の作製〕
図１８および図１９に示すように、やや厚さを有して短冊形に長く延びる平板状の本体部３５１の両端中央部から、該本体部３５１よりも幅狭の嵌合突起部３５２がそれぞれ延出した形状となるように窒化アルミニウムを成形し、このとき、本体部３５１の一方面に、長さ方向に沿って等間隔をおいて並置するように４個の金属よりなる導通部３５３をインサート成形により配設した。各導通部３５３は、本体部３５１の長さ方向に沿ってやや長い長方形状であって該本体部３５１の厚さのおよそ１／２程度の厚さを有するプレート状となっており、表面が本体部３５１の一方面と面一となるように該本体部３５１に埋設した。各導通部３５３の中央には、図２２に示すように、該導通部３５３の長さ方向に沿ってやや長く延びる長孔状のボルト挿通孔３５３Ｐ（１個）を穿設し、本体部３５１にも、該ボルト挿通孔３５３Ｐと連通するようにして、該ボルト挿通孔３５３Ｐと同形・同寸法の長孔状のボルト挿通孔をそれぞれ穿設した。図１８および図１９に示すように、上記両嵌合突起部３５２の基端部（本体部３５１に連続する側の端部）には、Ｏリング（オーリング）状のゴムよりなる免震部材３５４をそれぞれ嵌着して、第３横架部材３５Ａとした。
【００６０】
また、図２０および図２１に示すように、上記第３横架部材３５Ａの本体部３５１と同様の外形・寸法を有し両端部に嵌合突起部３５６がそれぞれ形成された本体部３５５の一方面における中央およびその両側の３箇所に、上記第３横架部材３５Ａの導通部３５３と同一構成を有する導通部３５７を上記と同様の方法によりそれぞれ配設し、さらに、これら３箇所の導通部３５７の両側に、該導通部３５７と同幅であって嵌合突起部３５６の延出端まで長く延びるプレート状の金属よりなる外部接続端子部３５８を上記と同様の方法によりそれぞれ配設した。上記本体部３５５、導通部３５７および外部接続端子部３５８には、上記第３横架部材３５Ａの場合と同様にしてボルト挿通孔をそれぞれ穿設し、また両嵌合突起部３５６の基端部には、上記第３横架部材３５Ａの場合と同様にＯリング（オーリング）状のゴムよりなる免震部材３５９をそれぞれ嵌着して、第４横架部材３５Ｂとした。
【００６１】
〔加圧板の作製および組電池の組立〕
図２３の模式上面図に示すように、嵌合開口を上記第３横架部材３５Ａおよび第４横架部材３５Ｂの嵌合突起部３５２、３５６にそれぞれ対応する寸法を有するものとし（図示せず）、端子挿通スリットを穿設しないようにした（図示せず）点以外は、第１実施形態における組電池２０の加圧板３４と同様にして加圧板３６を一対作製し、この加圧板３６と上記第３横架部材３５Ａおよび第４横架部材３５Ｂとを用いて、第１実施形態における組電池２０の場合と同様にして組電池４０を組み立てた。なお、図１９および図２１では、各電池２１の正極集電端子１５および負極集電端子１６のみを図示してこれらが第３横架部材３５Ａおよび第４横架部材３５Ｂの導通部３５３、３５７および外部接続端子部３５８に接合された状況を示している。
【００６２】
［第２実施形態における組電池の特徴］
上記第２実施形態の組電池においては、第４横架部材３５Ｂの外部接続端子部３５８が嵌合突起部３５６に一体的に配設されているので、該嵌合突起部３５６を加圧板３６の嵌合開口に貫通させることで同時に外部接続端子部３５８も外部へ引き出すようにすること、即ち加圧板３６に対する嵌合突起部３５６の貫通構造を利用して電池２１を外部へ接続することが可能となっており、加圧板３６に端子挿通用の開口を穿設することも不要となっている。
【００６３】
〔その他の事項〕
（１）上記第１実施形態および第２実施形態においては、第１ないし第４横架部材３２Ａ、３２Ｂ、３５Ａ、３５Ｂのほぼ全体が熱伝導性を有する伝熱部となっているが、例えば図２４ないし図２５に示すように、さらにこの伝熱部を、横架部材の外部に設けられた放熱部材に熱的に接続するようにしてもよい。
【００６４】
図２４は、第２実施形態における組電池４０の外部に放熱部材として外部ヒートシンク３７を配置した例を示す模式上面図である。該外部ヒートシンク３７は、プレート状の基材の一方面に多数のフィン状ないしブロック状の突起が配置形成された構成を有する金属製の放熱部材となっており、組電池４０の加圧板３６の両側に、該加圧板３６に平行となるように突起形成面を外側へ向けて配置され、第３横架部材３５Ａおよび第４横架部材３５Ｂの嵌合突起片３５２、３５６の先端に嵌合して接続されている（嵌合構造は図示省略）。図２５は、第２実施形態における組電池４０の加圧板３６に放熱部材としてヒートシンク層３８を配設した例を示す模式上面図である。該ヒートシンク層３８は、組電池４０における両側の加圧板３６の外側面に金属板を貼着することによって設けられ、加圧板３６の嵌合開口３４２に連通する開口（図示せず）を穿設して該開口に第３横架部材３５Ａおよび第４横架部材３５Ｂの嵌合突起片３５２、３５６を貫通させながら、該嵌合突起片３５２、３５６をヒートシンク層３８に摺動可能に当接させるようにしている。
【００６５】
上記構成によれば、伝熱部である第３横架部材３２Ａおよび第４横架部材３２Ｂに伝達された熱を放熱部材である外部ヒートシンク３７ないしヒートシンク層３８から外部へ放熱することができ、これによりさらに効果的に電池２１の温度上昇を抑制することができる。
【００６６】
（２）上記第１実施形態および第２実施形態においては、電池２１の両側の電極端子の位置に対応して、第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂないし第３横架部材３５Ａおよび第４横架部材３５Ｂの２本の横架部材をそれぞれ架設するようにしているが、例えば図２６の模式下面図に示すように、１本の横架部材で電池２１の両側の電極端子の位置に対応させる構成としてもよい。同図に示す第５横架部材３９は、第２実施形態における配置状態での（即ち電池２１の両側の電極端子の位置に対応して間隔をおいて並行して架設された状態での）第３横架部材３５Ａおよび第４横架部材３５Ｂを一体化した構成となっている。即ち、本体部３９１および嵌合突起部３９２が、第３横架部材３５Ａおよび第４横架部材３５Ｂの本体部３５１、３５５および嵌合突起片３５２、３５６の幅とこれらの配置間隔とを合わせた幅となるように幅広に成形され、電池２１の両側の電極端子の位置に対応するように、両側縁に沿って導通部３９３がそれぞれ配設され、両嵌合突起部３９２の基端部には、Ｏリング（オーリング）状のゴムよりなる免震部材３９４が嵌着されている。また、本体部３９１における両側の導通部３９３の間の中央部には、該本体部３９１の長さ方向に沿って長く延びる通気孔３９５が穿設されている。
【００６７】
上記構成によれば、横架部材が１本の第５横架部材３９で構成されているため、取扱や組立作業がさらに容易かつ簡便となっている。
【００６８】
（３）上記第２実施形態においては、第４横架部材３５Ｂの外部接続端子部３５８が嵌合突起部３５６に一体的に配設されているが、例えば、横架部材に長さ方向に延びる通孔、溝等を設け、内部に電圧、温度等を検出する検出線等の配線を挿通する配線通路としてもよく、これによれば、加圧板に対する横架部材（嵌合突起部）の貫通構造を利用して配線を外部へ引き出すようにすることができる（図示省略）。
【００６９】
（４）上記第１実施形態および第２実施形態においては、第１ないし第４横架部材３２Ａ、３２Ｂ、３５Ａ、３５Ｂの本体部３２１、３２７、３５５および嵌合突起片３２２、３２８、３５６が窒化アルミニウムよりなるものとなっており、これにより電気絶縁性および熱伝導性がいずれも確保されるようになっているが、このように電気絶縁性および熱伝導性のいずれも有する材質としては、望ましくは熱伝導率10W/m以上、比抵抗10^13 Ω・cm以上であるもの、例えば窒化アルミニウム以外にも、窒化ケイ素、アルミナ等が挙げられる。これらの熱伝導率および比抵抗を表１に示す。
【００７０】
【表１】
【００７１】
また、導通部を除く横架部材の構成材料としては、熱伝導性を有していなくても、電気絶縁性を有するものであれば任意のものが使用でき、例えば上記窒化アルミニウム等以外にも、電気絶縁性を有する樹脂、セラミック等がいずれも使用できる。あるいはまた、導通部と電気的に絶縁されていれば、横架部材の全体を金属で構成するようにしてもよい。さらにはまた、例えば複数の電池を並列に接続して組電池を構成する場合には、導通部も含めて横架部材の全体を金属で構成する（換言すれば、横架部材の全体を導通部とする）ようにしてもよい。
【００７２】
（５）上記第１実施形態および第２実施形態においては、第１ないし第４横架部材３２Ａ、３２Ｂ、３５Ａ、３５Ｂの免震部３２６、３３５および免震部材３５４、３５９がそれぞれゴム板およびＯリング（オーリング）状のゴムで構成されているが、免震構造を構成する弾性部材としては弾性を有するものであればよく、例えばゴム以外にもコイルバネ、板バネ等の各種のバネが使用できる。
【００７３】
（６）上記第１実施形態および第２実施形態においては、加圧板が、樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））よりなり、したがって電気絶縁性を有するとともに電池２１に対して断熱性を有するものとなっているが、加圧板としては、誤短絡を防止する上で電気絶縁性を有し、かつ、電池を加圧する治具として必要な剛性を有するものであれば任意のものが使用でき、例えば上記ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））以外にも、電気絶縁性を有する樹脂、セラミック等がいずれも使用できる。加圧板の熱伝導率は３W/m以下、比抵抗は10^13 Ω・cm以上であることが望ましい。また、上記ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））のように電池２１に対して断熱性を有する加圧板とすることが望ましいが、例えば、加圧板において電池２１に対向する表面部にポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））等の断熱材よりなる断熱層を形成するようにしてもよく、これによれば、断熱層以外は例えば金属等で構成して放熱性を確保する（換言すれば断熱層以外を放熱部材としても機能させる）ようにすることもできる（図示省略）。この場合、断熱層以外は熱伝導率10W/m以上を有するもの（例えば金属であれば殆どの金属）、断熱層は比抵抗10^13 Ω・cm以上のもの（樹脂等）よりなるものとすることが望ましい。
【００７４】
（７）上記第１実施形態および第２実施形態においては、各電池２１の正極集電端子１５および負極集電端子１６がいずれも上方に延出するように形成されて上方で第１ないし第４横架部材３２Ａ、３２Ｂ、３５Ａ、３５Ｂに接続される構成となっているが、例えば各電池の正極集電端子および負極集電端子が上下に延出するように形成されている場合には、少なくとも上方に延出する正極集電端子または負極集電端子を上方で横架部材に接続するようにすればよい。このとき、下方に延出する負極集電端子または正極集電端子は適宜バスバー等の金具で接続するようにしてもよいが、上方と同様に下方にも横架部材を架設し、下方に延出する負極集電端子または正極集電端子を該横架部材に接続するようにしてもよい。
【００７５】
（８）上記第１実施形態および第２実施形態においては、上述の通り、第１ないし第４横架部材３２Ａ、３２Ｂ、３５Ａ、３５Ｂのほぼ全体が熱伝導性を有する伝熱部となっていることにより、電池２１で発生した熱を効率よく放熱することができるようになっており、限られた空間に密閉されて設置される場合に特に有用なものとなっているが、これとあわせて、ファン等による強制送風機構を設置するようにすると、送風による冷却効果が加わることにより、さらに効果的に温度上昇を抑制することができる。
【００７６】
（９）上記第１実施形態および第２実施形態においては、第１ないし第４横架部材３２Ａ、３２Ｂ、３５Ａ、３５Ｂに、各電池２１の正極集電端子１５および負極集電端子１６を仮止めしてから本締めして接合固定し得るように長孔状のボルト挿通孔が穿設されているが、長孔は、各電池の正極集電端子および負極集電端子に穿設するようにしてもよく、あるいは各電池の正極集電端子および負極集電端子と横架部材との両者に形成するようにしてもよい。
【００７７】
（１０）また、上記長孔は、電池の加圧に必要な移動距離を確保し得る程度の長さを有していればよく、例えば、幅３．５ｍｍ、長さ４．５ｍｍ程度の寸法であってもよい。
【００７８】
（１１）正極活物質としては、上記コバルト酸リチウムに限定されるものではなく、コバルト−ニッケル−マンガン、アルミニウム−ニッケル−マンガン、アルミニウム−ニッケル−コバルト等のコバルト、ニッケル或いはマンガンを含むリチウム複合酸化物や、スピネル型マンガン酸リチウム等でも構わない。
【００７９】
（１２）負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛以外にも、グラファイト・コークス・酸化スズ・金属リチウム・珪素・及びそれらの混合物等、リチウムイオンを挿入脱離できうるものであれば構わない。
【００８０】
（１３）電解液としても特に本実施例で示したものに限定されるものではなく、リチウム塩としては例えばＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２,ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２，ＬｉＰＦ６―ｘ（ＣｎＦ２ｎ＋１）ｘ[但し、１＜ｘ＜６、ｎ＝１又は２]等が挙げられ、これらの１種もしくは２種以上を混合して使用できる。支持塩の濃度は特に限定されないが、電解液１リットル当り０．８〜１．８モルが望ましい。また、溶媒種としては上記ＥＣやＭＥＣ以外にも、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等のカーボネート系溶媒が好ましく、更に好ましくは環状カーボネートと鎖状カーボネートの組合せが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、例えばロボットや小型動力のモバイル機器等に搭載される動力用などの高出力用途の電源に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１５ 正極集電端子（電極端子）
１６ 負極集電端子（電極端子）
２０ 組電池
２１ 単電池
３２Ａ 第１横架部材
３２Ｂ 第２横架部材
３３５ 免震部（弾性部材）
３４ 加圧板（外装部材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池よりなる組電池に関し、特に電池に発生する熱を効率よく外部に放熱することができてハイレート特性に優れる大容量の組電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばロボット、電動車両や、小型動力のモバイル機器等の電源は、限られた空間に密閉されるものであるため、小型軽量で低コストであること等が要望される。このような要望を満足するものとして、近年、高エネルギー密度を有するリチウムイオン電池が注目されている。このリチウムイオン電池は、高出力とするため、例えば５、６セル程度ないし１０数セル程度の多数の電池を直列または並列に接続して組電池として使用される。
【０００３】
上記のような用途に使用される組電池においては、多数のセルを容易かつ確実に接続、支持する構造とすることが要望され、このため従来、例えば以下のような各種の構造が提案されている。
【０００４】
特許文献１には、正極端子および負極端子を連結部材により連結することで、隣接する単電池を強固に連結し、大電流を流せるようにした組電池が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、電極端子に一体型端子を弾性的に押圧して接続することにより、簡単かつ容易に電極端子を接続し得るようにしたパック電池が開示されている。
【０００６】
特許文献３には、電極端子を絶縁板によって挟持することによって、振動の入力に対して影響を受け難く、コンパクト化を図るようにした組電池が開示されている。
【０００７】
特許文献４には、複数のセルの両端部に位置するエンドプレートにバスバーをインサート成形により一体的に組み込むようにすることで、電池モジュールの支持強度、剛性を向上させるとともに、電池モジュールをケースに誤挿入なしに容易に組み込むことができるようにした構造が開示されている。
【０００８】
特許文献５には、複数のセルと連結具との間にスペーサを介在させることにより、セルと連結具との絶縁を容易に確保するとともにセルの間隔を維持し得るようにした二次電池モジュールが開示されている。
【０００９】
特許文献６には、各セルの端子片を平行に配置し、該端子片を連結する接続用リード板を、端子片の突出方向と直交する方向に一直線状に配置することにより、コンパクトであって接続用リード板の取り回しが容易でショート等の惧れもない組電池が開示されている。
【００１０】
特許文献７には、複数のセルを接続する樹脂製のプレートに金属ブスバを一体成形することにより、セル数の変化に対応でき、安全かつ効率的に組み立てることが可能な組電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−７１１７３号公報
【特許文献２】特開２００８−３０００８３号公報
【特許文献３】特開２００６−２１０３１２号公報
【特許文献４】特開平１０−２７０００６号公報
【特許文献５】特開２００５−３２２６４７号公報
【特許文献６】特開２００２−１１７８２８号公報
【特許文献７】特開２００４−１５２７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、例えば、積層電極体をラミネートフィルムよりなる外装体に収容した構成を有する電池（以下、「ラミネート積層型電池」と称す）を単電池（セル）として構成された組電池の場合、セルの外装体が金属製である角型電池に比べ、軟らかい構造をしているため加圧や振動によって変形しやすく、電池の位置にずれが生じやすい。そのため正極端子ないし負極端子に応力がかかり、端子間の接続にゆるみが生じたり、端子が破損して接続が外れたりするという問題があった。
【００１３】
特許文献３には、前述の通り、振動による影響を受け難くした組電池が開示されているが、この組電池では、電極端子を絶縁板によって挟持することによって振動を抑制するようにしているため、振動の抑制効果には限界があり、特に、絶縁板自体の振動は処理し得ないものと考えられる。
【００１４】
また、上記ラミネート積層型電池を単電池（セル）とする組電池の場合、ハイレート特性を得るためには各電池に均一な圧力(構成圧)をかける必要があり、組電池全体を均一に締め付けることで構成圧を得る構造とすることが必要であるが、上記特許文献１ないし特許文献７ではこのような構造については特に記載されていない。
【００１５】
したがって、本発明は、振動を効果的に抑制することができて信頼性に優れるとともに、各電池に均一な圧力(構成圧)を効果的にかけることができてハイレート特性に優れる組電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成する為に、本発明に係る組電池は、
積層された複数の電池と、
前記複数の電池を積層方向における両側から挟むようにしてそれぞれ配置された外装部材と、
前記両側の外装部材の間に架設され、前記複数の電池の電極端子を直列または並列に接続しながら支持する横架部材と、
を備え、
前記横架部材が、前記両側の外装部材に免震構造をなして支持されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明において、「複数の電池を積層方向における両側から挟むようにしてそれぞれ配置された外装部材」とは、複数の電池の積層方向における両側に配置される部材であれば任意のものを含意するが、例えば、複数の電池を積層方向における両側から挟むように加圧するために配置される加圧板等がこれに該当する。
【００１８】
上記構成によれば、複数の電池が横架部材を介して両側の外装部材に支持されるため、各電池が容易かつ確実に位置決めされ、これ以降も振動や自重によって位置ずれ、回転ずれ、脱落等を生じることなく所定位置に確実に支持される。このとき、横架部材が外装部材に免震構造をなして支持されているので、振動がこの免震構造により吸収され、したがって、電極端子に応力が集中することによる端子間の接続のゆるみや端子の破損等が効果的に防止される。
【００１９】
また、上記のように横架部材が外装部材に免震構造をなして支持されていることにより、外装部材が横架部材に対して弛みなく堅固に固定されるのではなく遊動可能となっており、したがって外装部材を両側から挟むようにして十分に加圧することができる。
【００２０】
前記横架部材に、周囲から電気的に絶縁された導通部が設けられ、該導通部で前記複数の電池の電極端子が直列に接続されていることが望ましい。
【００２１】
複数の電池を並列に接続して組電池を構成する場合には、複数の電池の正極端子および負極端子をそれぞれまとめて接続するようにすればよいので、作業にそれほど手間を要することもないが、複数の電池を直列に接続する場合には、複数の電池の正極端子と負極端子とを交互に（一対ずつ）金具等で接続していく必要があるため、特に電池の積層数が多くなるほど、部品点数も増大し、作業も煩瑣となる。そこで、上記のように周囲から電気的に絶縁された導通部を横架部材に設けておき、該導通部で複数の電池の電極端子を直列に接続する構成とすれば、金具を一つずつ用意して個々に接続する必要もなく、したがって接続作業を手間なく簡便に行うことができる。
【００２２】
前記免震構造が、前記横架部材と前記両側の外装部材との間に弾性部材を介在させることにより構成されていることが望ましい。
【００２３】
本発明において、「弾性部材」は、弾性を有するものであれば任意の部材を含意し、例えばコイルバネ、板バネ等のバネやゴム等よりなる部材がいずれも含まれる。
【００２４】
上記構成によれば、弾性部材の弾性により振動を効果的に吸収することができるとともに、加圧による圧力も効果的に吸収されて外装部材が十分に遊動することができる。また、このように振動や圧力を吸収しながら、弾性部材の本来有する形状によって横架部材を外装部材に対して所定位置に確実にかつ納まりよく保持することが可能な構成とすることができる。
【００２５】
前記免震構造が、前記両側の外装部材に前記横架部材を貫通させて貫通方向に摺動可能に支持させることにより構成されていることが望ましい。
【００２６】
上記構成によれば、外装部材に横架部材を貫通させて貫通方向に摺動させることにより振動を効果的に逃がすことができる。このとき、外装部材に横架部材を貫通させていることで、横架部材が外装部材に脱落しないように確実に支持され、またこの貫通構造を利用して電池を外部へ接続することも可能となっている。
【００２７】
前記横架部材の少なくとも一部に、熱伝導性を有する伝熱部が形成されていることが望ましい。
【００２８】
ハイレート放電時には各電池が発熱するが、密閉空間などでは空気中に放熱が出来ないので温度が上昇し、運転上限温度に達すると電池が放電できなくなる。ロボット、電動車両や、小型動力のモバイル機器の電源は、限られた空間に密閉されており、このためファンなどの強制空冷機構の設置は困難であり、外部へ固体の熱伝導で放熱する必要がある。
【００２９】
そこで、上記のように横架部材に伝熱部を形成するようにすれば、電池で発生した熱を電極端子から伝熱部を経て放熱することができて電池の温度上昇を抑制することができる。
【００３０】
前記伝熱部が、前記横架部材の外部に設けられた放熱部材に熱的に接続されていることが望ましい。
【００３１】
上記構成によれば、伝熱部に伝達された熱を放熱部材から外部へ放熱することができ、これによりさらに効果的に電池の温度上昇を抑制することができる。
【００３２】
前記両側の外装部材が前記電池に対して断熱性を有することが望ましい。
【００３３】
両側の外装部材が熱伝導性を有するものであると、最も両側に配置される単電池から外装部材に直接的に熱が伝達され、これによりこの両端部が過度に冷却されることとなる。これに対し、上記のように外装部材が電池に対して断熱性を有するようにすると、両端部においても中央部と同様に電極端子等を伝熱経路として熱伝達がなされるようになって過度な冷却が抑制されることとなり、これにより組電池全体における温度分布のバランスを良好とすることができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の構成によれば、振動を免震構造に吸収させることにより、電極端子間の接続のゆるみや電極端子の破損等が効果的に防止される。また、免震構造により外装部材が横架部材に対して遊動可能となっていることによって、外装部材を両側から挟むようにして各電池に均一な圧力(構成圧)を十分にかけることができる。したがって、電極端子の接続部の信頼性が高く、かつハイレート特性に優れる組電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の組電池を構成する単電池（セル）の一部を示す図であって、同図（ａ）は正極の平面図、同図（ｂ）はセパレータの斜視図、同図（ｃ）は正極が内部に配置された袋状セパレータを示す平面図である。
【図２】本発明の組電池を構成する単電池（セル）に用いる負極板の平面図である。
【図３】本発明の組電池を構成する単電池（セル）に用いる積層電極体の分解斜視図である。
【図４】本発明の組電池を構成する単電池（セル）に用いる積層電極体の平面図である。
【図５】正負極タブと正負極集電端子とを溶着した状態を示す平面図である。
【図６】本発明の組電池を構成する単電池（セル）に用いる外装体に図５の積層電極体を挿入した状態の斜視図である。
【図７】本発明の組電池を構成する単電池（セル）およびセパレータの斜視図である。
【図８】本発明の組電池に使用される第１横架部材の分解斜視図である。
【図９】本発明の組電池に使用される第１横架部材の斜視図である。
【図１０】本発明の組電池に使用される第２横架部材の分解斜視図である。
【図１１】本発明の組電池に使用される第２横架部材の斜視図である。
【図１２】本発明の組電池の分解斜視図である。
【図１３】本発明の組電池の斜視図である。
【図１４】本発明の組電池の正面図である。
【図１５】本発明の組電池の背面図である。
【図１６】本発明の組電池の左前側から視た斜視図である。
【図１７】本発明の組電池の左上側から視た斜視図である。
【図１８】本発明の組電池に使用される第３横架部材の下面図である。
【図１９】本発明の組電池に使用される第３横架部材の正面図である。
【図２０】本発明の組電池に使用される第４横架部材の下面図である。
【図２１】本発明の組電池に使用される第４横架部材の正面図である。
【図２２】第３横架部材の導通部の下面図である。
【図２３】本発明の他の実施形態に係る組電池の模式上面図である。
【図２４】組電池の外部に放熱部材を設けた例を示す模式上面図である。
【図２５】組電池の外部に放熱部材を設けた例を示す模式上面図である。
【図２６】第５横架部材の模式下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明を図面を参照しながら更に詳細に説明するが、本発明は以下の最良の形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能なものである。
【００３７】
［第１実施形態］
〔正極の作製〕
正極活物質としてのＬｉＣｏＯ２を９０質量％と、導電剤としてのカーボンブラックを５質量％と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを５質量％と、溶剤としてのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶液とを混合して正極用スラリーを調製した後、この正極用スラリーを、正極集電体としてのアルミニウム箔（厚み：１５μｍ）の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで厚み０.１ｍｍにまで圧縮した後、図１（ａ）に示すように、所定の幅および高さを有する矩形状となるように切断して、両面に正極活物質層１ａを有する正極板１を作製した。この際、正極板１における一辺の一方端部から、所定の幅および高さを有する矩形状の活物質未塗布部を延出させて正極タブ１１とした。
【００３８】
〔正極板が内部に配置された袋状セパレータの作製〕
図１（ｂ）に示すように、２枚の方形状のポリプロピレン（ＰＰ）製のセパレータ３ａ(厚み３０μｍ）の間に正極板１を配置した後、図１（ｃ）に示すように、セパレータ３ａの周辺部を融着部４で熱溶着して、正極板１が内部に収納・配置された袋状セパレータ３を作製した。
【００３９】
〔負極の作製〕
負極活物質としての黒鉛粉末を９５質量％と、結着剤としてのポリフッ化ピニリデンを５質量％と、溶剤としてのＮＭＰ溶液とを混合して負極用スラリーを調製した後、この負極用スラリーを負極集電体としての銅箔(厚み：１０μｍ)の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで厚み０．０８ｍｍにまで圧縮した後、図２に示すように、所定の幅および高さを有する矩形状となるように切断して、両面に負極活物質層２ａを有する負極板２を作製した。この際、負極板２の一辺において上記正極板１の正極タブ１１形成側端部と反対側となる端部から、所定の幅および高さを有する矩形状の活物質未塗布部を延出させて負極タブ１２とした。
【００４０】
〔積層電極体の作製〕
上記正極板１が内部に配置された袋状セパレータ３を５０枚、負極板２を５１枚調製し、図３に示すように、該袋状セパレータ３と負極板２とを交互に積層した。その際、両端面部に負極板２が位置するようにした。ついで、図４に示すように、この積層体の両端面を形状保持のための絶縁テープ１９で接続して、積層電極体１０を得た。
【００４１】
〔集電端子の溶接〕
図５に示すように、積層された正極タブ１１および負極タブ１２のそれぞれの延出端部に、幅１５ｍｍ、厚み１ｍｍのアルミニウム板よりなる正極集電端子１５ならびに幅１５ｍｍ、厚み１ｍｍの銅板よりなる負極集電端子１６を、それぞれ超音波溶接法により接合した。
【００４２】
〔外装体への封入〕
図６に示すように、あらかじめ電極体が設置できるように成形した２枚のラミネートフィルム１７で構成した外装体１８に、上記積層電極体１０を挿入し、正極集電端子１５および負極集電端子１６のみが外装体１８より外部に突出するよう正極集電端子１５および負極集電端子１６がある辺を熱融着するとともに、残りの３辺の内、２辺を熱融着した。
【００４３】
〔電解液の封入、密封化〕
上記外装体２５の熱溶着していない１辺から、エチレンカーボネート（ＥＣ）とメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）とが体積比で３０：７０の割合で混合された混合溶媒に、ＬｉＰＦ６が１Ｍ（モル／リットル）の割合で溶解された電解液を注入し、最後に熱溶着していない１辺を熱溶着することにより、図７に示す電池２１を作製した。この電池２１の幅Ｌ１は１００ｍｍ、高さＬ２は１１０ｍｍ（正極タブ１１および負極タブ１２の延出高さを含めると１３６ｍｍ）、厚みＴ１は１５ｍｍである。電池２１の上辺における幅方向両端より１０ｍｍだけ内側寄りの位置から、正極集電端子１５および負極集電端子１６がそれぞれ上方へ突出しており、該正極集電端子１５および負極集電端子１６の突出高さはラミネートフィルム１７の上端から１０ｍｍであり、また該正極集電端子１５および負極集電端子１６の先端部は、それぞれ接続される側へ向けて側面視Ｌ字形状となるように折曲し、該折曲片にはボルト挿通孔を穿設した。また、電池２１の周縁部には、ラミネートフィルム１７の封止部が延出して耳部２１Ｓが形成され、この耳部２１Ｓより内側（中央側）が、内部に積層電極体１０が封入されて該耳部２１Ｓより厚さ方向に両側へ膨出する形状となっている。
【００４４】
〔スペーサの作製〕
図７に示すように、幅Ｌ３＝１０２ｍｍ、高さＬ４＝１２２ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの金属板（アルミニウム板）２２Ｔを調製し、この金属板２２Ｔの一方面に、断面コ字形状を有し金属（アルミニウム）よりなる長さ１０１ｍｍのコ字形部材２４の中央片を、該金属板２２Ｔの下端縁に揃えるようにして中央に位置するように（即ち金属板２２Ｔの両端との間に０．５ｍｍずつ間隔をおいて）配置し、溶接により接合した。このコ字形部材２４における中央片からの両側片の延出幅は、上記電池２１の厚さＴ１の１／２即ち７．５ｍｍよりもやや小となっている。この金属板２２Ｔを２枚用意し、コ字形部材２４が互いに背中合わせになるようにして、両金属板２２Ｔの間に、厚さ０．５ｍｍのポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））よりなる断熱シートを挟むように固定して、スペーサ２２とした。
【００４５】
〔横架部材の作製〕
図８の分解斜視図に示すように、やや厚さを有して短冊形に長く延びる平板状体の両端よりやや内側寄りの位置の間にある中央部が一方面側（図における下面側）へ膨出するようにさらに厚肉となった外形（換言すれば、断面矩形状で長く延びる角棒状体の両端部が同方向から即ち図における下方から切欠かれて薄肉となった外形）となるように、即ち、概略横長に延びる直方体状の本体部３２１の両端面の上部から平板状の嵌合突起片３２２がそれぞれ長さ方向に沿って両側へ突出した形状となるように窒化アルミニウムを成形し、該本体部３２１の両端近傍の位置および中央より両側寄りの位置の計４箇所に、該本体部３２１の膨出側端面から内側へ断面矩形状に陥入しかつ該本体部３２１を幅方向に貫通する切欠３２３をそれぞれ形成し、さらに、各切欠３２３の内奥面における両端近傍に、本体部３２１の幅方向に沿って並置するように貫通孔３２４をそれぞれ穿設した。各切欠３２３には、該切欠３２３に対応する寸法を有し上記貫通孔３２４に対応する位置にボルト挿通孔がそれぞれ穿設された長方形状の金属プレートをそれぞれ嵌入固定して導通部３２５とし、また、本体部３２１の膨出部の両端面（即ち本体部３２１と両嵌合突起片３２２との間に形成された入隅部）に、この両端面に対応する寸法を有する長方形状に成形されたゴム板をそれぞれ嵌合固定して免震部３２６として、図９の斜視図にも示す第１横架部材３２Ａを得た。なお、上記導通部３２５のボルト挿通孔は、図では明確に表れていないが、第１横架部材３２Ａにおける本体部３２１の長さ方向にわずかに長く延びる長孔となっている。
【００４６】
また、図１０に示すように、上記第１横架部材３２Ａの本体部３２１と同様の外形・寸法を有し両端部に嵌合突起片３２８がそれぞれ形成された本体部３２７の中央の位置および中央より両側寄りの位置の計３箇所に、上記第１横架部材３２Ａの切欠３２３と同様の形状・寸法を有する切欠３２９をそれぞれ形成し、さらに、両側の切欠３２９よりさらに両端寄りの位置に、該切欠３２９よりやや幅狭の切欠３３０をそれぞれ形成し、以上計５箇所の切欠３２９、３３０のそれぞれに、上記第１横架部材３２Ａの貫通孔３２４と同様にして貫通孔３３１を２ずつ穿設した。上記５箇所の切欠３２９、３３０のうちの中央部３箇所の切欠３２９には上記第１横架部材３２Ａの金属プレートと同様の金属プレートをそれぞれ嵌入固定して導通部３３２とするとともに、両側２箇所の切欠３３０には、該切欠３３０に対応する寸法を有し上記貫通孔３３１に対応する位置に（長孔である）ボルト挿通孔がそれぞれ穿設された長方形状の金属プレートをそれぞれ嵌入固定して導通部３３３とし、さらに、この両端部の導通部３３３の表面（図における下面）には、矩形板状の金属板の端部を溶接により接合して、両導通部３３３から両側へそれぞれ延出する外部接続端子片３３４とした。また、本体部３２７の膨出部の両端面に、上記第１横架部材３２Ａのゴム板と同様のゴム板をそれぞれ嵌合固定して免震部３３５として、図１１の斜視図にも示す第２横架部材３２Ｂを得た。
【００４７】
〔加圧板の作製〕
図１２に示すように、上記電池２１における耳部２１Ｓより厚さ方向に一方側へ膨出する膨出部をほぼ収容し得る凹部３４１を一方面側に有し、該凹部３４１から上方にやや長く延出して該延出部の右上部および左上部に横長の長方形状の嵌合開口３４２がそれぞれ穿設され、一方（図における右方）の嵌合開口３４２と上記凹部３４１との間に横方向に延びる端子挿通スリット３４３が穿設された構成を有する概略縦長の長方形の板状となるようにポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））を成形して、加圧板３４とした。上記嵌合開口３４２は、上記第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂの嵌合突起片３２２、３２８にそれぞれ対応する寸法を有し、上記端子挿通スリット３４３は、上記第２横架部材３２Ｂの外部接続端子片３３４に対応する寸法を有している。この加圧板３４は、これと左右対称の構成を有するものを別に１枚作製して、あわせて一対とした。
【００４８】
〔組電池の組立〕
単電池（セル）として上記電池２１を８個用意し、図７に示すように各電池２１の間にスペーサ２２を挟むようにして、これら電池２１を厚さ方向に積層した。このとき、各電池２１は、隣接するスペーサ２２のコ字形部材２４における上側片の間に下端部の耳部２１Ｓを挿通しながら、膨出部の下端面をコ字形部材２４における上側片の上面に密着させるようにした。
【００４９】
ついで、図１２に示すように、上記積層した各電池２１の正極集電端子１５および負極集電端子１６を、直列接続となるように、一方側に隣接する電池２１の負極集電端子１６および他方側に隣接する電池２１の正極集電端子１５にそれぞれ重ねた状態で、上記第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂの導通部３２５、３３２にそれぞれボルト（図示省略）により仮止めした。第２横架部材３２Ｂの一方端部（図における左端部）の導通部３３３Ｌには、対応する一方端部（図における左端部）の電池２１の正極集電端子１５を、他方端部（図における右端部）の導通部３３３Ｒには、対応する他方端部（図における右端部）の電池２１の負極集電端子１６を、それぞれ単独で仮止めした。なお、図１２は分解斜視図であるため、各導通部３２５、３３２、３３３Ｌ、３３３Ｒが第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂから取り外した状態で各電池２１の正極集電端子１５および負極集電端子１６が取り付けられているが、実際には、各導通部３２５、３３２、３３３Ｌ、３３３Ｒが前述の通り第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂに固定された状態で各電池２１の正極集電端子１５および負極集電端子１６が取り付けられるようになっている。またこのとき、ボルトは、上記第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂの貫通孔３２４、３３１内にそれぞれ頭部ごと挿入され、導通部３２５、３３２、３３３Ｌ、３３３Ｒ、正極集電端子１５および負極集電端子１６のボルト挿通孔に直接的に挿通されて、下方からナットにより締結されるようになっている。
【００５０】
ついで、図１２に示すように、上記積層した電池２１の両側に、加圧板３４をそれぞれ配置し、各加圧板３４の凹部３４１に両端の電池２１の膨出部をそれぞれ収容するとともに、各加圧板３４の嵌合開口３４２に上記第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂの嵌合突起片３２２、３２８を、端子挿通スリット３４３に上記第２横架部材３２Ｂの外部接続端子片３３４をそれぞれ挿通して外側へ突出させた。この状態で、両加圧板３４を両側から締め付けるように加圧した。
【００５１】
ついで、加圧した状態で、各電池２１の正極集電端子１５および負極集電端子１６を仮止めしているボルトを本締めして締結固定し、図１２ないし図１７に示す組電池２０を得た。
【００５２】
［第１実施形態における組電池の効果］
上記組電池２０は、積層された複数すなわち８個の電池２１と、上記複数の電池２１を積層方向における両側から挟むようにしてそれぞれ配置された外装部材である加圧板３４と、上記両側の加圧板３４の間に架設され、複数の電池２１の電極端子すなわち正極集電端子１５および負極集電端子１６を直列に接続しながら支持する第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂと、を備え、上記第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂが、両側の加圧板３４に免震構造をなして支持されている構成となっているので、複数の電池２１が第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂを介して両側の加圧板３４に支持されるため、各電池が容易かつ確実に位置決めされ、これ以降も振動や自重によって位置ずれ、回転ずれ、ねじれ、脱落等を生じることなく所定位置に確実に支持される。このとき、第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂが加圧板３４に免震構造をなして支持されているので、振動がこの免震構造により吸収され、したがって、電極端子に応力が集中することによる端子間の接続のゆるみや端子の破損等が効果的に防止されるようになっている。
【００５３】
また、上記のように第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂが加圧板３４に免震構造をなして支持されていることにより、加圧板３４が第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂに対して弛みなく堅固に固定されるのではなく遊動可能となっており、したがって加圧板３４を両側から挟むようにして十分に加圧することができる。
【００５４】
また、第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂに、周囲から電気的に絶縁された導通部３２５、３３２、３３３が設けられ、該導通部３２５、３３２、３３３で複数の電池２１の正極集電端子１５および負極集電端子１６が直列に接続されているので、組電池の組立作業を容易かつ簡便に行うことができる。
複数の電池を並列に接続して組電池を構成する場合には、複数の電池の正極端子および負極端子をそれぞれまとめて接続するようにすればよいので、作業にそれほど手間を要することもないが、複数の電池を直列に接続する場合には、複数の電池の正極端子と負極端子とを交互に（一対ずつ）金具等で接続していく必要があるため、特に電池の積層数が多くなるほど、部品点数も増大し、作業も煩瑣となる。そこで、上記組電池２０のように周囲から電気的に絶縁された導通部３２５、３３２、３３３を第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂに設けておき、該導通部３２５、３３２、３３３で複数の電池２１の正極集電端子１５および負極集電端子１６を直列に接続する構成となっていれば、金具を一つずつ用意して個々に接続する必要もなく、したがって接続作業を手間なく簡便に行うことができる。
【００５５】
また、上記免震構造が、第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂと両側の加圧板３４との間に、弾性部材であるゴム板よりなる免震部３２６、３３５を介在させることにより構成されているので、ゴム板の弾性により振動が効果的に吸収されるとともに、加圧による圧力も効果的に吸収されて加圧板３４が十分に遊動し得るようになっている。また、このように弾性により振動や圧力が吸収されながら、ゴム板の本来有する形状によって第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂが加圧板３４に対して所定位置に確実にかつ納まりよく保持されている。
【００５６】
また、上記免震構造が、両側の加圧板３４の嵌合開口３４２に第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂを貫通させて貫通方向に摺動可能に支持させることにより構成されているので、第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂが貫通方向に摺動することにより振動が効果的に逃げることができるようになっている。このとき、加圧板３４に第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂを貫通させていることで、第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂが加圧板３４に脱落しないように確実に支持されている。
【００５７】
また、上記第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂが、熱伝導性を有する窒化アルミニウムよりなる本体部３２１、３２７および嵌合突起片３２２、３２８と、金属よりなる導通部３２５、３３２、３３３とを有して構成され、したがって（免震部３２６、３３５を除く）ほぼ全体が熱伝導性を有する伝熱部となっているので、電池２１で発生した熱を、正極集電端子１５および負極集電端子１６から、伝熱部である導通部３２５、３３２、３３３、本体部３２１、３２７および嵌合突起片３２２、３２８を経て放熱することができ、これにより、ファンなどの強制空冷機構の設置が困難な限られた空間に密閉されて設置された場合であっても、ハイレート放電時の発熱を外部への熱伝導により放熱することができて電池２１の温度上昇を抑制することができる。
【００５８】
また、両側の加圧板３４が、樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））よりなり、したがって電池２１に対して断熱性を有するものとなっている。例えば仮に、両側の加圧板が熱伝導性を有するものであると、最も両側に配置される単電池から加圧板に直接的に熱が伝達され、これによりこの両端部が過度に冷却されることとなる。これに対し、上記組電池２０においては上述の通り加圧板３４が電池２１に対して断熱性を有するものとなっているので、両端部においても中央部と同様に正極集電端子１５および負極集電端子１６から、第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂの導通部３２５、３３２、３３３、本体部３２１、３２７および嵌合突起片３２２、３２８を経て熱伝達がなされて過度な冷却が抑制されるようになっており、これにより組電池２０全体における温度分布のバランスが良好となっている。
【００５９】
［第２実施形態］
〔横架部材の作製〕
図１８および図１９に示すように、やや厚さを有して短冊形に長く延びる平板状の本体部３５１の両端中央部から、該本体部３５１よりも幅狭の嵌合突起部３５２がそれぞれ延出した形状となるように窒化アルミニウムを成形し、このとき、本体部３５１の一方面に、長さ方向に沿って等間隔をおいて並置するように４個の金属よりなる導通部３５３をインサート成形により配設した。各導通部３５３は、本体部３５１の長さ方向に沿ってやや長い長方形状であって該本体部３５１の厚さのおよそ１／２程度の厚さを有するプレート状となっており、表面が本体部３５１の一方面と面一となるように該本体部３５１に埋設した。各導通部３５３の中央には、図２２に示すように、該導通部３５３の長さ方向に沿ってやや長く延びる長孔状のボルト挿通孔３５３Ｐ（１個）を穿設し、本体部３５１にも、該ボルト挿通孔３５３Ｐと連通するようにして、該ボルト挿通孔３５３Ｐと同形・同寸法の長孔状のボルト挿通孔をそれぞれ穿設した。図１８および図１９に示すように、上記両嵌合突起部３５２の基端部（本体部３５１に連続する側の端部）には、Ｏリング（オーリング）状のゴムよりなる免震部材３５４をそれぞれ嵌着して、第３横架部材３５Ａとした。
【００６０】
また、図２０および図２１に示すように、上記第３横架部材３５Ａの本体部３５１と同様の外形・寸法を有し両端部に嵌合突起部３５６がそれぞれ形成された本体部３５５の一方面における中央およびその両側の３箇所に、上記第３横架部材３５Ａの導通部３５３と同一構成を有する導通部３５７を上記と同様の方法によりそれぞれ配設し、さらに、これら３箇所の導通部３５７の両側に、該導通部３５７と同幅であって嵌合突起部３５６の延出端まで長く延びるプレート状の金属よりなる外部接続端子部３５８を上記と同様の方法によりそれぞれ配設した。上記本体部３５５、導通部３５７および外部接続端子部３５８には、上記第３横架部材３５Ａの場合と同様にしてボルト挿通孔をそれぞれ穿設し、また両嵌合突起部３５６の基端部には、上記第３横架部材３５Ａの場合と同様にＯリング（オーリング）状のゴムよりなる免震部材３５９をそれぞれ嵌着して、第４横架部材３５Ｂとした。
【００６１】
〔加圧板の作製および組電池の組立〕
図２３の模式上面図に示すように、嵌合開口を上記第３横架部材３５Ａおよび第４横架部材３５Ｂの嵌合突起部３５２、３５６にそれぞれ対応する寸法を有するものとし（図示せず）、端子挿通スリットを穿設しないようにした（図示せず）点以外は、第１実施形態における組電池２０の加圧板３４と同様にして加圧板３６を一対作製し、この加圧板３６と上記第３横架部材３５Ａおよび第４横架部材３５Ｂとを用いて、第１実施形態における組電池２０の場合と同様にして組電池４０を組み立てた。なお、図１９および図２１では、各電池２１の正極集電端子１５および負極集電端子１６のみを図示してこれらが第３横架部材３５Ａおよび第４横架部材３５Ｂの導通部３５３、３５７および外部接続端子部３５８に接合された状況を示している。
【００６２】
［第２実施形態における組電池の特徴］
上記第２実施形態の組電池においては、第４横架部材３５Ｂの外部接続端子部３５８が嵌合突起部３５６に一体的に配設されているので、該嵌合突起部３５６を加圧板３６の嵌合開口に貫通させることで同時に外部接続端子部３５８も外部へ引き出すようにすること、即ち加圧板３６に対する嵌合突起部３５６の貫通構造を利用して電池２１を外部へ接続することが可能となっており、加圧板３６に端子挿通用の開口を穿設することも不要となっている。
【００６３】
〔その他の事項〕
（１）上記第１実施形態および第２実施形態においては、第１ないし第４横架部材３２Ａ、３２Ｂ、３５Ａ、３５Ｂのほぼ全体が熱伝導性を有する伝熱部となっているが、例えば図２４ないし図２５に示すように、さらにこの伝熱部を、横架部材の外部に設けられた放熱部材に熱的に接続するようにしてもよい。
【００６４】
図２４は、第２実施形態における組電池４０の外部に放熱部材として外部ヒートシンク３７を配置した例を示す模式上面図である。該外部ヒートシンク３７は、プレート状の基材の一方面に多数のフィン状ないしブロック状の突起が配置形成された構成を有する金属製の放熱部材となっており、組電池４０の加圧板３６の両側に、該加圧板３６に平行となるように突起形成面を外側へ向けて配置され、第３横架部材３５Ａおよび第４横架部材３５Ｂの嵌合突起片３５２、３５６の先端に嵌合して接続されている（嵌合構造は図示省略）。図２５は、第２実施形態における組電池４０の加圧板３６に放熱部材としてヒートシンク層３８を配設した例を示す模式上面図である。該ヒートシンク層３８は、組電池４０における両側の加圧板３６の外側面に金属板を貼着することによって設けられ、加圧板３６の嵌合開口３４２に連通する開口（図示せず）を穿設して該開口に第３横架部材３５Ａおよび第４横架部材３５Ｂの嵌合突起片３５２、３５６を貫通させながら、該嵌合突起片３５２、３５６をヒートシンク層３８に摺動可能に当接させるようにしている。
【００６５】
上記構成によれば、伝熱部である第３横架部材３２Ａおよび第４横架部材３２Ｂに伝達された熱を放熱部材である外部ヒートシンク３７ないしヒートシンク層３８から外部へ放熱することができ、これによりさらに効果的に電池２１の温度上昇を抑制することができる。
【００６６】
（２）上記第１実施形態および第２実施形態においては、電池２１の両側の電極端子の位置に対応して、第１横架部材３２Ａおよび第２横架部材３２Ｂないし第３横架部材３５Ａおよび第４横架部材３５Ｂの２本の横架部材をそれぞれ架設するようにしているが、例えば図２６の模式下面図に示すように、１本の横架部材で電池２１の両側の電極端子の位置に対応させる構成としてもよい。同図に示す第５横架部材３９は、第２実施形態における配置状態での（即ち電池２１の両側の電極端子の位置に対応して間隔をおいて並行して架設された状態での）第３横架部材３５Ａおよび第４横架部材３５Ｂを一体化した構成となっている。即ち、本体部３９１および嵌合突起部３９２が、第３横架部材３５Ａおよび第４横架部材３５Ｂの本体部３５１、３５５および嵌合突起片３５２、３５６の幅とこれらの配置間隔とを合わせた幅となるように幅広に成形され、電池２１の両側の電極端子の位置に対応するように、両側縁に沿って導通部３９３がそれぞれ配設され、両嵌合突起部３９２の基端部には、Ｏリング（オーリング）状のゴムよりなる免震部材３９４が嵌着されている。また、本体部３９１における両側の導通部３９３の間の中央部には、該本体部３９１の長さ方向に沿って長く延びる通気孔３９５が穿設されている。
【００６７】
上記構成によれば、横架部材が１本の第５横架部材３９で構成されているため、取扱や組立作業がさらに容易かつ簡便となっている。
【００６８】
（３）上記第２実施形態においては、第４横架部材３５Ｂの外部接続端子部３５８が嵌合突起部３５６に一体的に配設されているが、例えば、横架部材に長さ方向に延びる通孔、溝等を設け、内部に電圧、温度等を検出する検出線等の配線を挿通する配線通路としてもよく、これによれば、加圧板に対する横架部材（嵌合突起部）の貫通構造を利用して配線を外部へ引き出すようにすることができる（図示省略）。
【００６９】
（４）上記第１実施形態および第２実施形態においては、第１ないし第４横架部材３２Ａ、３２Ｂ、３５Ａ、３５Ｂの本体部３２１、３２７、３５５および嵌合突起片３２２、３２８、３５６が窒化アルミニウムよりなるものとなっており、これにより電気絶縁性および熱伝導性がいずれも確保されるようになっているが、このように電気絶縁性および熱伝導性のいずれも有する材質としては、望ましくは熱伝導率10W/m以上、比抵抗10^13 Ω・cm以上であるもの、例えば窒化アルミニウム以外にも、窒化ケイ素、アルミナ等が挙げられる。これらの熱伝導率および比抵抗を表１に示す。
【００７０】
【表１】
【００７１】
また、導通部を除く横架部材の構成材料としては、熱伝導性を有していなくても、電気絶縁性を有するものであれば任意のものが使用でき、例えば上記窒化アルミニウム等以外にも、電気絶縁性を有する樹脂、セラミック等がいずれも使用できる。あるいはまた、導通部と電気的に絶縁されていれば、横架部材の全体を金属で構成するようにしてもよい。さらにはまた、例えば複数の電池を並列に接続して組電池を構成する場合には、導通部も含めて横架部材の全体を金属で構成する（換言すれば、横架部材の全体を導通部とする）ようにしてもよい。
【００７２】
（５）上記第１実施形態および第２実施形態においては、第１ないし第４横架部材３２Ａ、３２Ｂ、３５Ａ、３５Ｂの免震部３２６、３３５および免震部材３５４、３５９がそれぞれゴム板およびＯリング（オーリング）状のゴムで構成されているが、免震構造を構成する弾性部材としては弾性を有するものであればよく、例えばゴム以外にもコイルバネ、板バネ等の各種のバネが使用できる。
【００７３】
（６）上記第１実施形態および第２実施形態においては、加圧板が、樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））よりなり、したがって電気絶縁性を有するとともに電池２１に対して断熱性を有するものとなっているが、加圧板としては、誤短絡を防止する上で電気絶縁性を有し、かつ、電池を加圧する治具として必要な剛性を有するものであれば任意のものが使用でき、例えば上記ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））以外にも、電気絶縁性を有する樹脂、セラミック等がいずれも使用できる。加圧板の熱伝導率は３W/m以下、比抵抗は10^13 Ω・cm以上であることが望ましい。また、上記ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））のように電池２１に対して断熱性を有する加圧板とすることが望ましいが、例えば、加圧板において電池２１に対向する表面部にポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））等の断熱材よりなる断熱層を形成するようにしてもよく、これによれば、断熱層以外は例えば金属等で構成して放熱性を確保する（換言すれば断熱層以外を放熱部材としても機能させる）ようにすることもできる（図示省略）。この場合、断熱層以外は熱伝導率10W/m以上を有するもの（例えば金属であれば殆どの金属）、断熱層は比抵抗10^13 Ω・cm以上のもの（樹脂等）よりなるものとすることが望ましい。
【００７４】
（７）上記第１実施形態および第２実施形態においては、各電池２１の正極集電端子１５および負極集電端子１６がいずれも上方に延出するように形成されて上方で第１ないし第４横架部材３２Ａ、３２Ｂ、３５Ａ、３５Ｂに接続される構成となっているが、例えば各電池の正極集電端子および負極集電端子が上下に延出するように形成されている場合には、少なくとも上方に延出する正極集電端子または負極集電端子を上方で横架部材に接続するようにすればよい。このとき、下方に延出する負極集電端子または正極集電端子は適宜バスバー等の金具で接続するようにしてもよいが、上方と同様に下方にも横架部材を架設し、下方に延出する負極集電端子または正極集電端子を該横架部材に接続するようにしてもよい。
【００７５】
（８）上記第１実施形態および第２実施形態においては、上述の通り、第１ないし第４横架部材３２Ａ、３２Ｂ、３５Ａ、３５Ｂのほぼ全体が熱伝導性を有する伝熱部となっていることにより、電池２１で発生した熱を効率よく放熱することができるようになっており、限られた空間に密閉されて設置される場合に特に有用なものとなっているが、これとあわせて、ファン等による強制送風機構を設置するようにすると、送風による冷却効果が加わることにより、さらに効果的に温度上昇を抑制することができる。
【００７６】
（９）上記第１実施形態および第２実施形態においては、第１ないし第４横架部材３２Ａ、３２Ｂ、３５Ａ、３５Ｂに、各電池２１の正極集電端子１５および負極集電端子１６を仮止めしてから本締めして接合固定し得るように長孔状のボルト挿通孔が穿設されているが、長孔は、各電池の正極集電端子および負極集電端子に穿設するようにしてもよく、あるいは各電池の正極集電端子および負極集電端子と横架部材との両者に形成するようにしてもよい。
【００７７】
（１０）また、上記長孔は、電池の加圧に必要な移動距離を確保し得る程度の長さを有していればよく、例えば、幅３．５ｍｍ、長さ４．５ｍｍ程度の寸法であってもよい。
【００７８】
（１１）正極活物質としては、上記コバルト酸リチウムに限定されるものではなく、コバルト−ニッケル−マンガン、アルミニウム−ニッケル−マンガン、アルミニウム−ニッケル−コバルト等のコバルト、ニッケル或いはマンガンを含むリチウム複合酸化物や、スピネル型マンガン酸リチウム等でも構わない。
【００７９】
（１２）負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛以外にも、グラファイト・コークス・酸化スズ・金属リチウム・珪素・及びそれらの混合物等、リチウムイオンを挿入脱離できうるものであれば構わない。
【００８０】
（１３）電解液としても特に本実施例で示したものに限定されるものではなく、リチウム塩としては例えばＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２,ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２，ＬｉＰＦ６―ｘ（ＣｎＦ２ｎ＋１）ｘ[但し、１＜ｘ＜６、ｎ＝１又は２]等が挙げられ、これらの１種もしくは２種以上を混合して使用できる。支持塩の濃度は特に限定されないが、電解液１リットル当り０．８〜１．８モルが望ましい。また、溶媒種としては上記ＥＣやＭＥＣ以外にも、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等のカーボネート系溶媒が好ましく、更に好ましくは環状カーボネートと鎖状カーボネートの組合せが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、例えばロボットや小型動力のモバイル機器等に搭載される動力用などの高出力用途の電源に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１５ 正極集電端子（電極端子）
１６ 負極集電端子（電極端子）
２０ 組電池
２１ 単電池
３２Ａ 第１横架部材
３２Ｂ 第２横架部材
３３５ 免震部（弾性部材）
３４ 加圧板（外装部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数の電池と、
前記複数の電池を積層方向における両側から挟むようにしてそれぞれ配置された外装部材と、
前記両側の外装部材の間に架設され、前記複数の電池の電極端子を直列または並列に接続しながら支持する横架部材と、
を備え、
前記横架部材が、前記両側の外装部材に免震構造をなして支持されていることを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記横架部材に、周囲から電気的に絶縁された導通部が設けられ、該導通部で前記複数の電池の電極端子が直列に接続されている、請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記免震構造が、前記横架部材と前記両側の外装部材との間に弾性部材を介在させることにより構成されている、請求項１または請求項２に記載の組電池。
【請求項４】
前記免震構造が、前記両側の外装部材に前記横架部材を貫通させて貫通方向に摺動可能に支持させることにより構成されている、請求項１から請求項３のいずれかに記載の組電池。
【請求項５】
前記横架部材の少なくとも一部に、熱伝導性を有する伝熱部が形成されている、請求項１から請求項４のいずれかに記載の組電池。
【請求項６】
前記伝熱部が、前記横架部材の外部に設けられた放熱部材に熱的に接続されている、請求項５に記載の組電池。
【請求項７】
前記両側の外装部材が前記電池に対して断熱性を有する、請求項１から請求項６のいずれかに記載の組電池。
【請求項１】
積層された複数の電池と、
前記複数の電池を積層方向における両側から挟むようにしてそれぞれ配置された外装部材と、
前記両側の外装部材の間に架設され、前記複数の電池の電極端子を直列または並列に接続しながら支持する横架部材と、
を備え、
前記横架部材が、前記両側の外装部材に免震構造をなして支持されていることを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記横架部材に、周囲から電気的に絶縁された導通部が設けられ、該導通部で前記複数の電池の電極端子が直列に接続されている、請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記免震構造が、前記横架部材と前記両側の外装部材との間に弾性部材を介在させることにより構成されている、請求項１または請求項２に記載の組電池。
【請求項４】
前記免震構造が、前記両側の外装部材に前記横架部材を貫通させて貫通方向に摺動可能に支持させることにより構成されている、請求項１から請求項３のいずれかに記載の組電池。
【請求項５】
前記横架部材の少なくとも一部に、熱伝導性を有する伝熱部が形成されている、請求項１から請求項４のいずれかに記載の組電池。
【請求項６】
前記伝熱部が、前記横架部材の外部に設けられた放熱部材に熱的に接続されている、請求項５に記載の組電池。
【請求項７】
前記両側の外装部材が前記電池に対して断熱性を有する、請求項１から請求項６のいずれかに記載の組電池。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２０１０−２２５５５２（Ｐ２０１０−２２５５５２Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７４４３３（Ｐ２００９−７４４３３）
【出願日】平成２１年３月２５日（２００９．３．２５）
【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２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２５日（２００９．３．２５）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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