JP4852780B2 - 組電池および電動車両 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、同一形状の複数の電池を互いに位置決めしながら配列して、組電池を形成する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数の電池を配列して形成される組電池は、各種電気機器の電源として広く使用されている。かかる組電池を用いれば、電池の数や電池同士の接続を変更することによって、一種類の電池で各種の電源仕様に対応することができる。
【０００３】
電気機器の小型化を図るには、電池同士を位置決めしながら配列して、組電池をコンパクトに構成することが望ましい。また、電池同士が所定の関係に位置決めされていれば各電池を容易に固定することが可能となる。
【０００４】
電池同士を位置決めするの方法としては、各電池の側面に、位置決め用の凸部と凹部とを設けておく方法が広く採用されている。例えば、特開平９−１２０８０９に記載された組電池では、電池側面に等間隔に凹部と凸部とを設けておき、該凹部と凸部とを嵌合させて電池同士の位置決めを行う方法が採用されている。かかる方法を用いれば、凸部と凹部とを嵌合させることにより、電池同士を容易に位置決めすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる方法には、電池同士の正確な位置決めをすることが困難であるという問題がある。すなわち、電池の製造公差の影響で凸部と凹部との距離は多少変動するので、この影響を吸収するために、凸部と凹部との嵌合部分に多少の隙間を設けておく必要がある。従って、この隙間の分だけは電池同士が動き得ることになり、正確な位置決めができないのである。このため電池同士を正確に位置決めする必要がある場合には、他の方法で位置決めしながら電池を配列するという手間のかかる作業が必要となっている。また、電力によって走行するいわゆる電動車両には、複数の電池を接続した組電池が搭載されているので、かかる問題は電動車両において顕著である。
【０００６】
この発明は、従来技術における上述のような問題を解決するためになされたものであり、電池に設けた凹部と凸部とを嵌合させて電池同士を正確に位置決め可能な技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の組電池は次の構成を採用した。すなわち、
長手方向端部に電極を有する同一形状の電池を、前記長手向に互いに位置決めしながら、当該電池の厚み方向に複数配列して形成した組電池であって、
前記電池には、前記長手方向中央にのみ前記厚み方向両側面に、凹部と凸部を組とした位置決め部材を、隣接する電池の対向する側面に設けられた前記位置決め部材と互いに嵌合するように１組のみ設けたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の他の組電池は、
長手方向端部に電極を有する同一形状の電池を、前記長手向に互いに位置決めしながら、当該電池の厚み方向に複数配列して形成した組電池であって、
前記電池には、前記長手方向中央にのみ前記厚み方向両側面の一方に凹部の、他方に凸部の位置決め部材を、隣接する電池の対向する側面に設けられた前記位置決め部材の凸部および凹部と嵌合するよう１箇所のみに設けたことを特徴とする。
【０００９】
かかる組電池においては、位置決め部材の凹部や凸部を互いに嵌合させて電池同士を位置決めしながら組電池を構成する。
【００１０】
凹部と凸部とは隣接して形成されており、凹部と凸部との距離が小さいので、製造公差の影響による距離の変動も小さい。このため、凹部と凸部との嵌合部分に隙間を設ける必要がなく、凹部と凸部とを嵌合させるだけで電池同士を正確に位置決めすることが可能である。
【００１１】
かかる組電池においては、前記凹部または凸部を、電池の外面の略中央に設けることとしてもよい。
【００１２】
凹部と凸部とを、電池の外面の略中央で嵌合させて電池同士を位置決めすれば、電池外面の端部付近で位置決めするよりも、全体としての位置決め精度を向上させることができるので好適である。
【００１３】
かかる組電池においては、電池の両側面の各々に凹部と凸部とを設け、該凹部と凸部との位置関係を次のようにしてもよい。すなわち、一の側面に設けられた凹部と他の側面に設けられた凸部との位置関係が、該両側面の中央に位置する平面に対して面対称となるように、凹部と凸部とを形成する。更に、同じ側面の凹部と凸部との位置関係が、電池の向きを反転させながら電池を配列するときの該電池の回転中心を通りかつ電池の両側面の中央に位置する平面に直交する平面に面対称となる位置に、凹部と凸部とを形成する。
【００１４】
電池の一方の側面の凹部と他方の側面の凸部とが、該両側面の中央に位置する平面に対して面対称となるような位置関係に設けられていれば、該電池の向きをそろえて配列する場合に、該凹部と凸部とを嵌合させて電池同士を位置決めすることができる。また、電池の同じ側面の凹部と凸部とが、電池の向きを反転させながら電池を配列するときの該電池の回転中心を通りかつ電池の両側面の中央に位置する平面に直交する平面に面対称となる位置関係に設けられていれば、電池の向きを反転させながら配列する場合に、該凹部と凸部とを嵌合させて電池同士を位置決めすることができる。従って、これら条件を満たす位置に凹部と凸部とを設けておけば、電池の向きをそろえて配列する場合でも、反転させて配列する場合でも、電池側面の凹部と凸部とを嵌合させて電池同士を正確に位置決めすることができるので好適である。
【００１５】
上記の組電池に対応する本発明の電動車両は、次の構成を採用した。すなわち、
同一形状を有する複数の電池を、該各電池に設けた凹部と凸部とを嵌合させ、互いに位置決めしながら配列して成る組電池を搭載した電動車両において、
前記組電池は、前記凹部と凸部とが、あるいは前記凹部または凸部のいずれかが、互いに隣接して設けられた電池を配列して成ることを特徴とする。
【００１６】
かかる電動車両においては、電池に設けた凹部と凸部とを嵌合させて、電池同士を位置決めしながら組電池を構成するので、組電池を効率的に製造することができる。特に、電動車両に搭載される組電池には、多数の電池を配列する必要があるので、かかる方法を用いることによって、電動車両を効率的に製造することができるので好適である。
【００１７】
【発明の他の態様】
本発明は、種々の観点から把握することができ、従って、以下のような他の態様を含んでいる。すなわち、本発明の第１の他の態様の組電池は、
同一形状を有する複数の電池を、該各電池に設けた凹部と凸部とを嵌合させ、互いに位置決めしながら配列して形成した組電池において、
前記電池は、互いに隣接して設けられた前記凹部または凸部間の間隔が、所定の精度範囲に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
かかる組電池は、隣接して設けられた凹部または凸部間の間隔が、所定の精度範囲に形成されているので、該凹部と凸部とを嵌合させることによって、電池同士を精度よく位置決めすることができる。
【００１９】
かかる第１の他の態様の組電池においては、
前記凹部と凸部とのはめあい公差が、所定の精度範囲に形成されている電池を配列して形成した組電池であってもよい。
【００２０】
互いに嵌合する凹部と凸部とのはめあい公差が所定の精度範囲に形成されていれば、該凹部と凸部とを嵌合させることで電池同士を正確に位置決めすることができるので好適である。
【００２１】
かかる第１の他の態様の組電池においては、
前記電池の両側面の各々に、前記凹部または凸部を備え、
一の側面に設けられた前記凹部と他の側面に設けられた前記凸部との位置関係は、該両側面の中央に位置する平面に対して面対称となっている組電池としてもよい。
【００２２】
かかる組電池は、電池の向きをそろえて配列しながら、電池側面に設けられた凹部と凸部とを嵌合させて、電池同士を正確に位置決めすることができるので好適である。
【００２３】
かかる第１の他の態様の組電池においては、
前記電池の両側面の各々に、前記凹部と凸部とを備え、
同じ側面に設けられた前記凹部と凸部との位置関係は、前記電池の向きを反転させながら配列するときの該電池の回転中心を通り、前記両側面の中央に位置する平面に直交する平面に対して面対称である組電池としてもよい。
【００２４】
かかる組電池は、電池の向きを反転させて配列しながら、電池側面に設けられた凹部と凸部とを嵌合させて、電池同士を正確に位置決めすることができるので好適である。
【００２５】
本発明の第２の他の態様の組電池は、
同一形状を有する複数の電池を、該各電池に設けた凹部と凸部とを嵌合させて互いに位置決めし、該各電池の側面に設けられた突起同士を突き合わせながら、該複数の電池を所定の間隔に配列して形成した組電池において、
前記凹部と凸部とを、あるいは前記凹部または凸部のいずれかを、前記電池の側面に互いに隣接して設けることによって、前記凹部または凸部間の距離のバラツキが、前記突起同士が付き合わなくなる限界値の半分以下となっていることを特徴とする。
【００２６】
かかる組電池では、凹部または凸部を隣接して設けることによって、該凹部または凸部間の距離のバラツキが抑制されているので、凹部と凸部とを嵌合させて電池同士を位置決めすれば、各電池の突起同士の位置を精度よく一致させることができる。その結果、各電池を所定間隔に配列することができるので好適である。
【００２７】
本発明の第３の他の態様の組電池は、
同一形状を有する複数の電池を、該各電池に設けた凹部と凸部とを嵌合させて、互いに位置決めしながら組付部材に締結して形成された組電池において、
前記電池の凹部および凸部には、前記各電池を該電池の締結方向と交差する方向に位置決めするための、該締結方向と略同一方向の嵌合面が設けられていることを特徴とする。
【００２８】
かかる第３の他の態様の組電池においては、各電池は互いに位置決めしながら組付部材に締結されており、各電池の凹部および凸部には、電池の締結方向と略同一方向の嵌合面が形成されている。このような嵌合面で電池同士を位置決めすれば、電池の締結方向と交差する方向に、各電池を正確に位置決めすることができるので好適である。
【００２９】
かかる第３の他の態様の組電池においては、
前記凹部と凸部とを嵌合させることで、電池の締結方向と交差する方向にのみ電池を位置決めするようにしてもよい。
【００３０】
かかる組電池の各電池は、位置決め後も締結方向には互いに動き得る。従って、例えば電池が組み付けられる前記組付部材の製造公差や、あるいは該組付部材に締結するために該電池に設けられた締結部材の位置誤差などに起因する締結方向の誤差を、電池の締結時に各電池の移動によって吸収することができるので好適である。
【００３１】
かかる第３の他の態様の組電池においては、
複数の前記凸部を前記締結方向と交差する方向に並べて、該凸部の間に前記凹部を形成してもよい。
【００３２】
凸部の間に凹部を形成すれば、凸部と凹部との間隔をなくすことができるので、製造公差の影響をほとんど受けることがなく、凸部と凹部との嵌合部分の隙間をなくすことができる。従って、凸部と凹部とを嵌合させて電池同士を正確に位置決めすることができるので好適である。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の作用・効果をより明確に説明するために、本発明の実施の形態を、次のような順序に従って説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．装置構成：
Ａ−２．第１実施例の位置決め方法：
Ａ−３．変形例：
Ｂ．第２実施例：
Ｂ−１．第２実施例の位置決め方法：
Ｂ−２．変形例：
Ｃ．電動車両への適用例：
【００３４】
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．装置構成：
図１は、第１実施例の組電池１０の構造を示す分解組立図である。図示するように、本実施例の組電池１０は、ロアケース２０とアッパケース３０とからなるケース内に収納して使用される。組電池１０をケース内に収納したものを電池モジュールアセンブリ９０と呼ぶ。
【００３５】
組電池１０は、薄い箱形形状をした３８枚の電池モジュール５０を互いに位置決めしながら並べ、それら電池モジュール５０を拘束プレート１２で両側から軽く拘束した後、バスバー１５と呼ばれる金属板を用いて、電池モジュール５０の各出力端子を所定の関係となるよう結線して構成されている。電池モジュール５０の詳細については後述する。拘束プレート１２は鋼板を打ち抜いて形成されており、この拘束プレート１２と鋼鉄製の拘束ボルト１４とナット１６とを用いて、電池モジュール５０が軽く拘束されている。
【００３６】
ロアケース２０は鋼板をプレス加工して形成され、冷却風を取り入れるための吸気口２４と、冷却風通路２２と、冷却風通路２２の両側に電池モジュール５０を固定するためのネジ穴２１が設けられている。アッパケース３０には、冷却風を排出するための排気口３６と、組電池１０の電圧を取り出すための正極側出力端子３８および負極側出力端子３９とが設けられている。拘束プレート１２を用いて一体化した組電池１０を、ロアケース２０の冷却風通路２の上に置いて各電池モジュール５０を底面側からボルト２５で固定する。その後、組電池１０と正極側および負極側の各出力端子３８，３９とを接続してから、上からアッパケース３０をかぶせてボルト３２でロアケース２０とアッパケース３０とを固定すると、電池モジュールアセンブリ９０を組み立てることができる。
【００３７】
図２は、電池モジュールアセンブリ９０の電気的な接続を示した説明図である。電池モジュール５０は極性の向きが互い違いとなるように並べられており、このため各電池モジュールの出力端子は、図示するように、正極端子と負極端子とが隣り合う位置関係となっている。そこで、端の電池モジュール５０から、正極端子を隣接する電池モジュールの負極端子に接続し、その電池モジュールの正極端子をその次の電池モジュールの負極端子に接続していけば、図示されているように、すべての電池モジュール５０が直列に接続された組電池を構成することができる。各電池モジュールの正極端子と負極端子との接続は、バスバー１５を組み付けることによって行う。こうして得られた組電池の正極側の一端がアッパケース３０の正極側出力端子３８に、また組電池の負極側の一端が負極側出力端子３９にそれぞれ電線で接続されている。
【００３８】
図３は、電池モジュール５０の外観形状を示した説明図である。電池モジュール５０は、薄い箱型形状をした密閉容器（以下では、モジュール容器５２と呼ぶ）に正極端子５４および負極端子５５の２つの端子が突設された形状となっている。モジュール容器５２は、ナイロンなどの絶縁性のある硬質樹脂を用いて形成されている。正極端子５４および負極端子５５にはネジが切られており、また、モジュール容器５２の両端底面には、電池モジュール５０を固定するための金属製のナット５３が埋め込まれている。モジュール容器５２の外側の側面には、図示するように、両端に小さな突出部５７が設けられており、２つの突出部５７に挟まれた部分には、小さな多数の突起５８が設けられている。突出部５７および突起５８の役割については後述する。また、モジュール容器５２の両側面のほぼ中央部には、電池モジュール５０を位置決めするための位置決め部１００が設けられている。図示されているように、位置決め部１００は、凸部１００ａと凹部１００ｂとから構成されていて、隣接する電池モジュール５０の凹部１００ｂと凸部１００ａとを互いに嵌合させることで、各電池モジュール５０の位置決めを行う。電池モジュール５０の位置決めについては後ほど詳細に説明する。
【００３９】
電池モジュール５０の内部は、セルと呼ばれる６つの小部屋に分割されていて、各セルには単電池が１つずつ格納されている。本実施例の電池モジュール５０では単電池として、いわゆるニッケル−水素二次電池が使用されている。すなわち、ニッケル合金製の正極板と水素吸蔵合金製の負極板とが、樹脂製の不織布（セパレータと呼ばれる）を挟んで複数組積層され、強アルカリ性の電解液とともにセルに格納されている。各単電池は電池モジュール内部で直列に接続され、直列に接続された単電池のソース側（高電圧側）が正極端子５４に、シンク側（低電圧側）が負極端子５５に接続されている。各単電池は約１．２Ｖの起電力を発生させており、電池モジュール内では６つの単電池が直列に接続されているので、１つの電池モジュールで７．２Ｖの電圧を得ることができる。
【００４０】
本実施例では拘束プレート１２を使用して、電池モジュール５０同士が側面で接するように拘束することによって、組電池の構造を簡素化するとともに形状の小型化を図っている。その一方で、電池モジュール５０は放電時あるいは充電時に内部抵抗によってジュール熱を発生するので、電池温度が所定温度を超えないよう電池モジュールの冷却も考慮しておく必要がある。電池モジュール５０の側面に設けられた突出部５７および突起５８は、組電池を構成する電池モジュール５０を冷却すると共に、モジュール間で温度のばらつきが生じないように各電池モジュールを等しく冷却するために設けられている。以下、突出部５７および突起５８の機能について簡単に説明する。
【００４１】
図４は、ロアケース２０上に電池モジュール５０が組み付けられている状態を、３つの電池モジュール５０のみを取り出して示す上面図である。電池モジュール側面の両側には突出部５７が設けられているので（図３参照）、図４に示すように、電池モジュール同士の突出部位置を合わせて複数の電池モジュール５０を並べると、各電池モジュールの間には矩形断面の冷却通路６０が形成される。すなわち、図１に示したように電池モジュールアセンブリ９０を組み立てると、３８個の電池モジュール５０の各モジュール間には、等しい流路断面積の冷却通路６０が形成されることになる。
【００４２】
図５は、図１に示した電池モジュールアセンブリ９０を、電池モジュール５０の合わせ面の位置で切断したときの断面図を示した説明図である。図５に示すように、アッパケース内面には組電池と接する位置にシール部材３５が設けられている。ロアケース２０に設けた送風口２４から冷却風通路２２に冷却風を供給すると、冷却風は各電池モジュール５０の間に形成された冷却通路６０を抜けて、アッパケース３０に設けた排気口３６から外部に排出される。前述したように、冷却通路６０の大きさはいずれの電池モジュール間でも等しくなっているので、各通路を通過する風量はほぼ等しくなり、その結果、すべての電池モジュール５０を等しく冷却することができる。
【００４３】
電池モジュール側面の突起５８は、電池モジュールを並べたときに隣接するモジュールの突起５８同士が向かい合うような位置に設けられている。また、突起５８の高さは、突出部５７と同じ高さに形成されている。従って、電池モジュール５０を並べると、隣接するモジュールの互いに向かい合う突出部５７が、該モジュール間に形成された冷却通路６０の通路間隔を維持する支柱として機能する。このため、電池モジュール５０の充放電条件によって、組電池１０を構成する電池モジュールの中のある電池モジュールの内圧が上昇し、モジュール容器が膨張したとしても、膨張した電池モジュールと隣接する電池モジュールとの間の冷却通路６０の間隔が狭くなることがない。すなわち、電池モジュール５０間の冷却通路６０を流れる冷却風量は常に等しく保たれる結果、すべての電池モジュール５０が等しく冷却されることになる。
【００４４】
以上のような構成を有する電池モジュールアセンブリ９０を組み立てるには、後述する理由から３８個の電池モジュール５０をきちんと位置決めしながら組み立てていく必要がある。位置決め作業を効率的に行うために、本実施例では以下に説明するような方法を用いて電池モジュールの位置決めを行っている。
【００４５】
Ａ−２．第１実施例の位置決め方法：
図６は、第１実施例の電池モジュール５０の両側面に設けられた凹部１００ｂと凸部１００ａとの位置関係を概念的に示した説明図である。図６を用いて、電池モジュール５０におけるモジュール容器５２と、凹部１００ｂ、および凸部１００ａとの位置関係を説明する。尚、図６では図示の煩雑化を避けるために、モジュール容器５２に設けられた突出部５７、突起５８、あるいは出力端子などは表示を省略している。
【００４６】
第１実施例の電池モジュール５０では、凹部１００ｂおよび凸部１００ａがモジュール容器の両側面にそれぞれ１つずつ設けられており、一側面の凹部１００ｂと他の面の凸部とは、両側面の中心にある面Ｘ（以下では、中心面Ｘと呼ぶ）に対して面対称な位置に設けられている。また、同じ側面にある凹部と凸部とは、図示する垂直面Ｙに対して面対称な位置に設けられている。ここで、垂直面Ｙとは、極性の向きを逆にしながら電池モジュールを組み付ける際に、電池モジュールを回転させる回転中心Ｚを通って中心面Ｘに垂直な面をいう。
【００４７】
図７は、第１実施例の電池モジュール５０の位置決めを行う方法を概念的に示した説明図である。図６と同様、図示の煩雑化を避けるため、モジュール容器５２の突出部５７、突起５８、あるいは出力端子などは表示を省略している。また、電池モジュール５０の組付方向が一目で分かるように、各電池モジュールには正極側に「＋」を、負極側に「−」をそれぞれ表示している。
【００４８】
以下では説明の便宜上、図７に示した電池モジュールに、左側から順に「Ａ」，「Ｂ」，「Ｃ」と符合することにより、各電池モジュールを区別する。電池モジュールＡに電池モジュールＢを組み付ける際には、電池モジュールＡと極性の向きが逆になるように電池モジュールＢの向きを逆転させ、２つの電池モジュールの凹部１００ｂと凸部１００ａとが嵌合するようにして組み付ける。電池モジュール５０の凹部および凸部は、図６を用いて説明した所定の位置関係に設けられているので、電池モジュールＢの向きを反転させながら組み付けると、２つの電池モジュールの凹部と凸部とがちょうど嵌合する位置関係となる。尚、２つの電池モジュールの間隔は、前述したように電池モジュール５０の側面に設けられた突出部５７および突起５８によって決められる。このようにして電池モジュールＢを組み付けたら、同様にして電池モジュールＣを組み付ける。すなわち、電池モジュールＣの極性の向きを、電池モジュールＢに対して逆になるようにして、凹部と凸部とが嵌合するように電池モジュールＣを組み付ける。
【００４９】
第１実施例の電池モジュール５０においては、図３に示したように、凹部１００ｂと凸部１００ａとが、互いに隣接する位置に設けられている。すなわち、凹部１００ｂと凸部１００ａとの距離は僅かである。このために、電池モジュールの製造公差の影響で距離がばらつくことがないので、凹部と凸部との間に嵌合のための余裕をほとんど設ける必要がない。その結果、凹部１００ｂと凸部１００ａとを互いに嵌合させるだけで電池モジュール５０を正確に位置決めすることができる。この理由をより明確に説明するために、参考として、凹部と凸部とを離して形成した場合について説明する。
【００５０】
図８（ａ）は、位置決めのための凹部と凸部とが離れて形成された電池モジュール１５０を、前述したものと同様の方法を用いて位置決めしている様子を示した説明図である。図示するように、位置決めのための凹部１５０ｂと凸部１５０ａとの距離が大きいと製造公差の影響が大きくなるので、凹部１５０ｂと凸部１５０ａとの位置の誤差が大きくなる。このため、凹部１５０ｂと凸部１５０ａでの嵌合のための余裕を少なめに設定しておくと、電池モジュール１５０の製造公差によって位置決めできない電池モジュール１５０が生じ得る。特に、モジュール容器を樹脂で成形する場合には、樹脂が冷えて固まる際の収縮量のばらつきの影響も加わるため、凹部と凸部との距離が大きくなるほど位置の誤差も大きくなって位置決めできない電池モジュールが生じ得る。このようなことを避けるため、図８（ｂ）に示すように、凹部１５０ｂと凸部１５０ａとの間に大きめの隙間ｄＴを設けておく必要がある。ところが、凹部１５０ｂと凸部１５０ａとに大きめの隙間があれば、その分だけ電池モジュール１５０は互いに動き得ることになり、その結果として正確に位置決めすることができなくなる。
【００５１】
図９は、図８に示した電池モジュール１５０において、凹部１５０ｂと凸部１５０ａとの間に設けた隙間の分だけ電池モジュール１５０が移動することにより、突起５８の位置がずれている様子を拡大して示す説明図である。前述したように、電池モジュールは充放電条件によって内圧が上昇して膨張する場合があり、図９に示すように突起５８の位置がずれていると、面圧が高くなって突起５８が塑性変形して、電池モジュール間の冷却通路６０の幅を維持できなくなる。その結果、電池モジュール間の冷却が不均一になってしまう。
【００５２】
第１実施例の電池モジュール５０では、図３および図７に示したように、位置決めのための凹部１００ｂと凸部１００ａとが隣接して設けられているので、凹部１００ｂと凸部１００ａとの嵌合のための余裕を大きくとる必要がない。従って、凹部１００ｂと凸部１００ａとを嵌合させるだけで、電池モジュール５０を正確に位置決めすることが可能となる。
【００５３】
また、第１実施例では、図３および図７に示したように、隣接した凹部１００ｂと凸部１００ａ、すなわち位置決め部１００が電池モジュール側面のほぼ中央部に設けられている。このように、位置決め部１００をモジュール側面の中央部に設ければ、位置決め部１００からもっとも離れた突起５８と位置決め部１００との間の距離を短くすることができる。位置決め部１００と突起５８間の距離が短くなれば、電池モジュール間で樹脂が冷えるときの収縮量にバラツキが生じた場合であっても、突起５８の位置のバラツキをより小さくすることができる。
【００５４】
Ａ−３．変形例：
以上に説明した第１実施例の電池モジュール５０では、図６に示したように、異なる面にある凹部と凸部とは電池モジュール側面の中心面Ｘに対して面対称な位置に設け、同じ面にある凹部と凸部とは、電池モジュール５０の回転中心Ｚを通って中心面Ｘに垂直な面（垂直面Ｙ）に対して面対称な位置関係に設けるものとした。もっとも、凹部および凸部の位置関係はこのような配置に限らず、種々の変形例が存在する。
【００５５】
図１０は、このような第１の変形例での凹部１００ｂと凸部１００ａとの位置関係を概念的に示した説明図である。第１の変形例では、同じ面にある凹部と凸部とは、電池モジュール５０の垂直面Ｙに対して面対称な位置関係にあるが、異なる面にある凹部と凸部とは、中心面Ｘに対して面対称な位置関係とはなっていない。異なる面にある凹部と凸部とが、中心面Ｘに対して面対称となっていなくても、同じ面にある凹部と凸部とが、垂直面Ｙに対して面対称な位置関係にあれば、図１０に示すように、電池モジュールの極性の向きを逆にしながら、凹部と凸部とを嵌合させて、電池モジュール２５０を位置決めすることができる。図１０に示す電池モジュール２５０も、図７に示した電池モジュール５０と同様に、凹部と凸部とが隣接して設けられているので、これらを互いに嵌合させることによって電池モジュール２５０同士を正確に位置決めすることができる。
【００５６】
図１１は、第１実施例の第２の変形例における凹部１００ｂと凸部１００ａとの位置関係を概念的に示した説明図である。第２の変形例では、異なる面にある凹部と凸部とは、電池モジュール両側面の中心面Ｘに対して面対称な位置関係にあるが、同じ面にある凹部と凸部とは、回転中心Ｚを通って中心面Ｘに垂直な面（垂直面Ｙ）に対して面対称な位置関係とはなっていない。同じ面にある凹部と凸部とが、垂直面Ｙに対して面対称となっていなくても、異なる面にある凹部と凸部とが、中心面Ｘに対して面対称な位置関係にあれば、図１１に示すように、電池モジュールの極性を同じ向きにそろえながら、凹部と凸部とを嵌合させて、電池モジュール３５０を位置決めすることができる。図１１に示す電池モジュール３５０も、図７に示した電池モジュール５０と同様に、凹部と凸部とが隣接して設けられているので、これらを互いに嵌合させることによって電池モジュール３５０同士を正確に位置決めすることができる。
【００５７】
図７に示した電池モジュール５０は、同じ側面にある凹部と凸部とは、電池モジュールの垂直面Ｙに対して面対称な位置関係にあり、同時に、異なる面にある凹部と凸部とは中心面Ｘに対して面対称な位置関係に設けられている。従って、前述したように、電池モジュールの極性の向きを逆にしながら組み付けても、あるいは極性の向きをそろえて組み付けても、凹部と凸部とを嵌合させて電池モジュールを位置決めすることが可能である。
【００５８】
尚、上述した実施例においては、凹部と凸部とは実質的に隣接していればよい。すなわち、凹部と凸部との間に、例えば突起５８などの別部材が設けられているような場合であっても、凹部と凸部との距離が大きくばらつかないように、凹部と凸部とが実質的に隣接して形成されているものであればよい。
【００５９】
Ｂ．第２実施例：
図１２は、第２実施例の電池モジュール５５０の形状を示す説明図である。第２実施例の電池モジュール５５０は、前述した第１実施例の電池モジュール５０に対して、位置決め部５００の形状のみが異なっている。図示するように、第２実施例の位置決め部５００は、モジュール容器５５２の側面から半円状の円板５０２を２枚、突設した構成となっている。２枚の円板５０２の間隔は、円板５０２の厚さと等しい間隔となっており、円板５０２の間に形成された溝の向きは電池モジュール５５０をロアケース２０にボルト２５で締結する方向と一致している。第２実施例の電池モジュール５５０は、このような形状の位置決め部５００が電池モジュールの両側面に設けられている。以下では、電池モジュール５５０を締結する方向を上下方向と呼び、電池モジュールの長手方向を前後方向と、短手方向を左右方向と呼ぶ。
【００６０】
第２実施例の電池モジュール５５０は、同じ面に並んで設けられた２つの円板５０２の間に凹部を形成し、この凹部に他の電池モジュール５５０の半円状の円板５０２を嵌合させて位置決めを行う。すなわち、２つの円板５０２のいずれかを凸部として、凹部と凸部とを嵌合させることで、電池モジュール５５０を前後方向に位置決めする。尚、第２実施例の電池モジュール５００は、位置決め部５００では左右方向および上下方向には位置決めしない構造となっている。このうち、左右方向の位置決め機構は、電池モジュール５５０に設けられた突出部５７によって行うが、上下方向の位置決めは電池モジュール５５０をロアケース２０上に組み付けるまで位置決めしない構造となっている。この理由については後述する。
【００６１】
第２実施例の電池モジュール５５０は、凹部と凸部とを嵌合させて、前後方向の位置決めを行うために、２枚の円板５０２を次のような位置関係となるように設けている。図１３は、第２実施例の電池モジュール５５０の両側面に突設された円板５０２の位置関係を概念的に示した説明図である。第１実施例における図６と同様に、図１３を用いて、電池モジュール５５０のモジュール容器５５２と、円板５０２との位置関係を説明する。図１３においても、図示の煩雑化を避けるために、モジュール容器５５２に設けられた突出部５７、突起５８、あるいは出力端子などは表示を省略している。
【００６２】
図１３に示すように、２枚の円板５０２の間に形成された凹部５００ｂと、この凹部５００ｂとは異なる面にある半円状の円板（凸部５００ａ）とが、電池モジュール５５０の両側面の中心面Ｘを挟んで同じ位置となるように、２つの円板５０２が設けられている。また、凹部５００ｂとその凹部５００ｂを構成する一方の凸部５００ａとの境界が、電池モジュール５５０の垂直面Ｙ上にくるように、２つの円板５０２が設けられている。前述したように、垂直面Ｙとは、極性の向きを逆にしながら電池モジュールを組み付ける際に、電池モジュールを回転させる回転中心Ｚを通って中心面Ｘに垂直な面をいう。
【００６３】
図１４は、第２実施例の電池モジュール５５０の位置決めを行う方法を概念的に示した説明図である。図１３と同様、図示の煩雑化を避けるため、モジュール容器５５２の突出部５７、突起５８、あるいは出力端子などは表示を省略している。また、電池モジュール５０の組付方向が一目で分かるように、各電池モジュールには正極側に「＋」を、負極側に「−」をそれぞれ表示している。
【００６４】
Ｂ−１．第２実施例の位置決め方法：
図１４に示すように、電池モジュール５５０の極性の向きを逆にしながら、電池モジュール５５０を組み付けていく。電池モジュール５５０の２枚の円板５０２は、図１３を用いて説明した所定の位置関係に設けられているので、電池モジュール５５０の向きを反転させながら組み付けると、電池モジュールの円板５０２が他の電池モジュール５５０の凹部５００ｂにちょうど嵌合する位置関係となり、電池モジュール同士を前後方向に位置決めすることができる。尚、左右方向の位置決めは、前述したように電池モジュール５０の側面に設けられた突出部５７および突起５８によって行う。このようにして、極性の向きを逆にしながら、すべての電池モジュールを位置決めしながら組み付けて行くことができる。
【００６５】
第２実施例の電池モジュール５５０においては、図１３に示したように、２つの円板５０２の間に凹部５００ｂを形成しており、凸部に相当する円板５０２と凹部とは隣接して形成されている。このため、第１実施例の電池モジュール５０と同様の理由から、このような簡単な方法によっても各電池モジュールを正確に位置決めすることが可能である。すなわち、モジュール容器５５２の製造公差に起因する凹部と凸部との位置誤差が小さいので、凹部と凸部との嵌合のための余裕を設ける必要がなく、その結果、電池モジュール同士を正確に位置決めすることが可能となる。
【００６６】
また、第２実施例の位置決め部５００は、電池モジュール側面のほぼ中央部に設けられている。このため、第１実施例の場合と同様の理由により、隣接する電池モジュール５０の突起５８の位置を、より正確に一致させることができる。
【００６７】
前述したように、第２実施例の位置決め構造５００は、上下方向には電池モジュール５５０を位置決めする構造とはなっていない（図１２参照）。以下、この理由について説明する。
【００６８】
第２の実施例のモジュール容器５５２は、雌型の中に高温の樹脂を射出後、樹脂を硬化させて所望の形状を得るという、いわゆるインジェクション成型と呼ばれる方法で作られている。また、電池モジュール５５０を固定するための金属製のナット５３は、次のような方法を用いてモジュール容器５５２に埋め込まれている。樹脂射出前に雌型の所定位置にナット５３をセットしておき、モジュール容器５５２を成型すると同時にナット５３を埋め込む方法を用いている。こうすれば、モジュール容器５５２の成型と同時にナット５３が埋め込まれるので、簡便にモジュール容器５５２を製造することができる。もちろん、予め成型しておいたモジュール容器５５２に、圧入または接着などの方法によってナット５３を埋め込むようにしても構わない。
【００６９】
図１５は、電池モジュール５５０の底面付近の側面図である。図示されているように、ナット５３の端面は電池モジュール５５０の底面から僅かに突出して設けられている。ナット５３を上述したいずれの方法で埋め込むにせよ、ナット端面の突出量にはある程度の誤差が生じてしまう。
【００７０】
第２実施例の位置決め部５００は、前述したように、上下方向には位置決めしない構造となっている。このため、ナット端面の突出量の少ない電池モジュールがあっても、電池モジュール５５０をロアケース２０にボルト２１で締結する際に、電池モジュールが上下に動いて突出量のバラツキを吸収することができる。図１６は、このような様子を模式的に示す説明図であり、位置決めされた電池モジュール５５０を出力端子側の側面から見た様子を表している。図中の左端の「Ｄ」と符合した電池モジュール５５０、および左から３番目の「Ｅ」と符合した電池モジュール５５０の２つの電池モジュールの突出量が、他の電池モジュール５５０の突出量より小さくなっている。このことに対応して、電池モジュール５５０をロアケース２０に締結すると、図示するように、電池モジュールＤおよび電池モジュールＥの位置が動いて、すべての電池モジュール５５０がロアケース２０にしっかりと締結されることになる。
【００７１】
すなわち、第２実施例の位置決め部５００は、上下方向には位置決めしない構造となっているので、ナット端面の突出量の少ない電池モジュールがあっても、電池モジュールが上下に動いて突出量のバラツキを吸収することができるので好適である。
【００７２】
Ｂ−２．変形例：
以上に説明した第２実施例の電池モジュール５５０では、図１３に示したように、半円状の２枚の円板５０２の間に凹部５００ｂを形成し、他の電池モジュール５５０の円板５０２を凸部５００ａとして、この凹部５００ｂに嵌合させることによって電池モジュール５５０の位置決めを行っている。このような位置決めが可能となるように２枚の円板５０２の位置は、前述したように、円板間に形成される凹部と、該凹部とは異なる面にある円板５０２とが、電池モジュール５５０の両側面の中心面Ｘを挟んで対応する位置関係となるように設けられている。また、凹部５００ｂとその凹部５００ｂを構成する一方の凸部５００ａとの境界が、電池モジュール５５０の垂直面Ｙ上にくるように、２つの円板５０２が設けられている。もっとも、第１実施例において凹部と凸部との位置関係に種々の変形例が存在したと同様に、第２実施例においても、円板５０２の位置関係には種々の変形例が存在する。
【００７３】
例えば、図１７に示すように、円板５０２の間に形成される凹部５００ｂと、該凹部と同じ面の円板５０２との位置関係が、垂直面Ｙに対して面対称な関係となるように、円板５０２を設けておいてもよい。このような電池モジュール６５０は、異なる面の凹部５００ｂと円板５０２とは、中心面Ｘに対して面対称な位置関係とはなっていないが、同じ面の凹部５００ｂと円板５０２とが垂直面Ｙに対して面対称となっているので、図１７に示したように電池モジュール６５０の極性の向きを逆にしながら、各電池モジュールを位置決めすることができる。
【００７４】
また、図１８に示すように、円板５０２の間に形成される凹部５００ｂと、異なる面の円板５０２との位置関係が、中心面Ｘに対して面対称となるように、円板５０２を設けておいてもよい。このような電池モジュール７５０は、図１８に示したように電池モジュール７５０の極性の向きを揃えて、各電池モジュールを位置決めすることができる。
【００７５】
以上に説明した第２実施例の電池モジュールでは、モジュール側面あたり高々２枚の円板５０２を設けるものとして説明したが、図１９に示すように、より多数の円板５０２を設け、各円板間に凹部を形成しても構わない。
【００７６】
また、以上に説明した第２実施例の電池モジュールでは、円板５０２の間に凹部を形成するものとして説明した。このように、円板５０２の間に凹部を形成すれば、モジュール容器側面に一部に肉盛りをした肉盛り部を設けておき、この肉盛り部にくぼみを設けて凹部を形成する場合に比べて、凹部を容易に形成することができる。また、モジュール容器に直接くぼみを設けて凹部を形成する場合のように、モジュール容器内部に突出した部分ができてしまうことがないので好適である。もっとも、凹部を円板の間に凹部を形成する場合に限られず、モジュール容器に凹部を設けるようにしても構わない。
【００７７】
Ｃ．電動車両への適用例：
前述したように、電動車両に搭載される組電池を製造するためには、多数の電池モジュールを組み付ける必要があるので、本実施例の位置決め方法を採用することによって組電池の製造効率を向上させることができる。以下では、本実施例の電池モジュールの位置決め方法を適用した組電池を電動車両に搭載した適用例について説明する。
【００７８】
図２０は、本実施例の組電池を搭載するハイブリッド車両の構成を示す説明図である。ハイブリッド車両とは、エンジンと電動機とを動力源とする車両のことである。図示するように、かかるハイブリッド車両は、エンジン８１０と、モータ８２０と、トルクコンバータ８３０と、駆動回路８４０と、バッテリユニット８５０と、制御ユニット８８０と、変速機８９０などから構成されている。以下、ハイブリッド車両を構成する各要素について簡単に説明する。
【００７９】
エンジン８１０は、通常のガソリンエンジンである。エンジン８１０の出力は、モータ８２０を介してトルクコンバータ８３０に入力されている。バッテリユニット８５０を電源として駆動回路８４０でモータ８２０を駆動し、モータ８２０の出力をトルクコンバータ８３０に入力することもできる。トルクコンバータ８３０は、液体を利用した周知の動力伝達機構である。トルクコンバータ８３０に入力された出力は、周知の変速機８９０とディファレンシャルギヤ８１６とを介して車軸８１７に伝達されて、車両を駆動する。また、エンジン８１０あるいは車両の慣性によってモータ８２０が回転させられる場合には、モータ８２０は発電機として機能させ、電力をバッテリユニット８５０に蓄えておくことも可能である。駆動回路８４０は、半導体素子を用いて構成されたインバータである。駆動回路８４０は、制御ユニット８８０の制御の下、バッテリユニット８５０の直流電流を適切な電流値および周波数の交流電流に変換して、モータ８２０に供給する。また、モータ８２０が発電機として機能している場合には、制御ユニット８８０の制御の下で駆動回路８４０は、発電した交流電流を直流電流に変換してバッテリユニット８５０に蓄えることができる。バッテリユニット８５０については後述する。制御ユニット８８０は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭなどを備える周知のワンチップ・マイクロコンピュータであり、エンジン８１０、駆動回路８４０、トルクコンバータ８３０、変速機８９０などの制御を行う。
【００８０】
以上のような構成のハイブリッド車両は、エンジン８１０あるいはモータ８２０から出力される駆動力を、トルクコンバータ８３０を介して変速機８９０に伝達し、変速機８９０で増速あるいは減速して車軸８１７に伝達して車両を駆動する。車両の運転条件に応じて、エンジン８１０およびモータ８２０の２つの動力源を使い分けることによって、車両全体としてのエネルギ効率を向上させることができる。
【００８１】
図２１は、バッテリユニット８５０の構造を概念的に示した説明図である。図示するようにバッテリユニット８５０は、図１に示した電池モジュールアセンブリ９０を４つ並列に接続したような構造となっている。もちろん、必要な電流量あるいは電圧に応じて、より多数の電池モジュールアセンブリ９０を並列あるいは直列に接続しても構わない。
【００８２】
４つの電池モジュールアセンブリ９０の正極側の各出力端子３８は、バッテリユニット８５０の正極側出力端子８３８に接続され、同様に、電池モジュールアセンブリ９０の負極側の各出力端子３９は、バッテリユニット８５０の負極側出力端子８３９に接続されている。このように複数個の電池モジュールを組み合わせて、直列あるいは並列に適切に接続することによって、所望の電圧値で所望の電流量を供給し得るバッテリユニット８５０を構成することができる。
【００８３】
ハイブリット車両を駆動するためには大きな電流が必要であり、電池モジュールアセンブリ９０の発熱量も大きい。これにともなって、それぞれの電池モジュール５０の冷却も効率化することが望ましく、各電池モジュールは位置決めしながら組み付けられる。ところが、ハイブリット車両を駆動するために大電流が必要となることに対応して、バッテリユニット８５０に組み込む電池モジュールの個数も多くなる。図２０および図２１に示した実施例では、ハイブリット車両一台あたり、１５２個もの電池モジュールが使用されている。このように、ハイブリット車両の製造には多数の電池モジュールを組み付ける必要があるので、各電池モジュールを効率よく位置決めしながら組み付けることによって、バッテリユニット８５０の製造効率を大きく向上させ、延いてはハイブリット車両の製造効率を向上させることができる。
【００８４】
上述した各種実施例の位置決め方法を用いて電池モジュールを組み付ければ、各電池モジュールを効率よく位置決めしながら組み付けることができるので、バッテリユニット８５０の製造効率を大きく向上させることができて好適である。
【００８５】
また、電池モジュールが正確に位置決めしながら組み付けられていれば、結果的には、各電池モジュールをしっかりと固定することができる。すなわち、各電池モジュールは側面に設けた突起５８で互いに力を及ぼしながら全体が一体となっているので、電池モジュール同士が正確に位置決めすることによって、結果的に各モジュールがしっかりと固定されることになる。特に、車両に搭載された電池モジュールアセンブリ９０には、車両の走行に伴う振動が加わり、更には環境温度が大きく変動するので熱膨張の影響も強く受ける。これらの影響で電池モジュールの締結が弛むおそれがあるが、本実施例の位置決め方法を用いれば、電池モジュール同士がしっかり固定されるので、電池モジュールの締結が弛むおそれがなく好適である。
【００８６】
以上、各種の実施例について説明してきたが、本発明は上記すべての実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の組電池を用いて構成した電池モジュールアセンブリの構造を示す分解組立図である。
【図２】第１実施例の電池モジュールアセンブリの電気的な結線関係を示す説明図である。
【図３】第１実施例の組電池を構成する電池モジュールの外観形状を示す説明図である。
【図４】位置決め部を嵌合させて互いに位置決めしながらロアケースに組み付けられた電池モジュールを上方から見た様子を示す説明図である。
【図５】第１実施例の電池モジュールアセンブリの断面図である。
【図６】第１実施例の電池モジュールに設けられた凹部と凸部との位置関係を示す概念図である。
【図７】第１実施例の電池モジュールを互いに位置決めしながら組み付けている様子を示す概念図である。
【図８】第１実施例の位置決め方法によって電池モジュールを精度よく位置決めすることができる理由を説明するための概念図である。
【図９】電池モジュールの位置決め精度が悪い場合に、モジュール側面に設けられた突起の位置がずれてしまう様子を示す説明図である。
【図１０】第１実施例の電池モジュールの第１の変形例を示す概念図である。
【図１１】第１実施例の電池モジュールの第２の変形例を示す概念図である。
【図１２】第２実施例の組電池を構成する電池モジュールの外観形状を示す説明図である。
【図１３】第２実施例の電池モジュールに設けられた凹部と凸部との位置関係を示す概念図である。
【図１４】第２実施例の電池モジュールを互いに位置決めしながら組み付けている様子を示す概念図である。
【図１５】電池モジュールの底面と、モジュール容器に埋め込まれたナット端面との位置関係を示すための電池モジュールの拡大側面図である。
【図１６】第２実施例の位置決め構造において上下方向には位置決めしない構造となっている理由を説明するための概念図である。
【図１７】第２実施例の電池モジュールの第１の変形例を示す概念図である。
【図１８】第２実施例の電池モジュールの第２の変形例を示す概念図である。
【図１９】第２実施例の電池モジュールの他の変形例を示す概念図である。
【図２０】本実施例の組電池を搭載したハイブリッド車両の機能ブロック図である。
【図２１】本実施例の組電池を用いて構成したバッテリユニットの構造を概念的に示す説明図である。
【符号の説明】
１０…組電池
１２…拘束プレート
１４…拘束ボルト
１５…バスバー
１６…ナット
２０…ロアケース
２１…ネジ穴
２２…冷却風通路
２４…吸気口
２４…送風口
２５…ボルト
３０…アッパケース
３２…ボルト
３５…シール部材
３６…排気口
３８，３９…出力端子
３８…出力端子
３８…正極側出力端子
３９…出力端子
３９…負極側出力端子
５０…電池モジュール
５２…モジュール容器
５３…ナット
５４…正極端子
５５…負極端子
５７…突出部
５８…突起
６０…冷却通路
９０…電池モジュールアセンブリ
１００…部
１００ａ…凸部
１００ｂ…凹部
１５０…電池モジュール
１５０ａ…凸部
１５０ｂ…凹部
２５０…電池モジュール
３５０…電池モジュール
５００…構造
５００…電池モジュール
５００…部
５００ａ…凸部
５００ｂ…凹部
５０２…円板
５５０…電池モジュール
５５２…モジュール容器
６５０…電池モジュール
７５０…電池モジュール
８１０…エンジン
８１２…出力軸
８１３…入力軸
８１４…出力軸
８１５…出力軸
８１６…ディファレンシャルギヤ
８１７…車軸
８２０…モータ
８２２…ロータ
８２４…ステータ
８３０…トルクコンバータ
８３８…正極側出力端子
８３９…負極側出力端子
８４０…駆動回路
８５０…バッテリユニット
８８０…制御ユニット
８９０…変速機

Claims (6)

1. 長手方向端部に電極を有する同一形状の電池を、前記長手向に互いに位置決めしながら、当該電池の厚み方向に複数配列して形成した組電池であって、
   前記電池には、前記長手方向中央にのみ前記厚み方向両側面に、凹部と凸部を組とした位置決め部材を、隣接する電池の対向する側面に設けられた前記位置決め部材と互いに嵌合するように１組のみ設けた組電池。
2. 請求項１記載の組電池であって、
   前記位置決め部材の凹部および凸部において、
   一の側面に設けられた前記凹部と他の側面に設けられた前記凸部との位置関係は、該両側面の中央に位置する平面に対して面対称であるとともに、
   同じ側面に設けられた前記凹部と凸部との位置関係は、前記電池の向きを反転させながら配列するときの該電池の回転中心を通りかつ前記両側面の中央に位置する平面に直交する平面に対して面対称である組電池。
3. 長手方向端部に電極を有する同一形状の電池を、前記長手向に互いに位置決めしながら、当該電池の厚み方向に複数配列して形成した組電池であって、
   前記電池の前記長手方向端部に、前記側面方向に突出した突出部を備えることにより、該突出部が、前記配列された隣接する電池の突出部と当接して、前記隣接する電池間に冷却通路を形成し、
   前記電池には、前記冷却通路内において、前記長手方向中央にのみ前記厚み方向両側面の一方に凹部の、他方に凸部の位置決め部材を、隣接する電池の対向する側面に設けられた前記位置決め部材の凸部および凹部と嵌合するように一箇所のみ設けた
   組電池。
4. 同一形状を有する複数の電池を、長手向に互いに位置決めしながら、当該電池の厚み方向に配列して形成した組電池であって、
   前記電池には、前記長手方向中央にのみ前記厚み方向両側面に、複数の凸部からなる位置決め部材を、該凸部間が凹部として機能する形状に設け、隣接する電池の対向する側面に設けられた前記位置決め部材と前記凸部が互いに嵌合するように一箇所のみ設けた組電池。
5. 請求項４記載の組電池であって、
   前記両側面に設けられた位置決め部材は、前記電池の向きを反転させながら配列するときの該電池の回転中心に対して点対称の形状である組電池。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか記載の組電池を搭載した電動車両。

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