(57)【要約】【課題】エンドプレートを軽量化しながら充分な強度とする。【解決手段】電池モジュールは、複数の角形電池セル１を厚さ方向に積層してなる電池積層体２と、電池積層体２の積層方向の両端面に配置してなる一対のエンドプレート３と、電池積層体２の両側面に配置され、一対のエンドプレート３を締結するバインドバー４とを備えている。エンドプレート３は、電池積層体２の端面に対向して配置される金属板１１と、金属板１１の外側に配置されて、互いに交差する姿勢で固定されてなる、上下方向に延在する縦パイプ１２と水平方向に延在する横パイプ１３とを備え、横パイプ１３の両端部にバインドバー４が連結されている。【選択図】図２
2020184405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の角形電池セルを厚さ方向に積層してなる電池積層体と、
前記電池積層体の積層方向の両端面に配置してなる一対のエンドプレートと、
前記電池積層体の両側面に配置され、一対の前記エンドプレートを締結するバインドバーとを備え、
前記エンドプレートは、
前記電池積層体の端面に対向して配置される金属板と、
前記金属板の外側に配置されて、互いに交差する姿勢で固定されてなる、上下方向に延在する縦パイプと水平方向に延在する横パイプとを備え、
前記横パイプの両端部に前記バインドバーが連結されてなることを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載される電池モジュールであって、
前記エンドプレートは、前記金属板が前記電池積層体の端面形状と略等しい外形を有するプレート部と、前記プレート部の幅方向の両側縁から角形電池セルの積層方向に突出する両側折曲片とを備え、前記横パイプの両端部が前記両側折曲片に固定されてなることを特徴とする電池モジュール。
【請求項３】
請求項１または２に記載される電池モジュールであって、さらに、
前記エンドプレートの側面上で前記バインドバーを固定する固定ピンを備え、
前記横パイプが、前記固定ピンの連結穴を両端部に有し、
前記固定ピンが前記バインドバーを貫通して前記横パイプの前記連結穴に挿入されて、前記バインドバーが前記エンドプレートに連結されてなることを特徴とする電池モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載される電池モジュールであって、
前記固定ピンがボルトで、前記横パイプの連結穴が雌ねじ穴で、前記ボルトが前記雌ねじ穴にねじ込まれて固定されてなることを特徴とする電池モジュール。
【請求項５】
請求項に記載される電池モジュールであって、さらに、
前記エンドプレートを当該電池モジュールの底面側に配置されるベースプレートに固定するための固定ボルトを備えており、
前記固定ボルトを前記縦パイプに挿通してベースプレートに固定するようにしてなる電池モジュール。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載される電池モジュールであって、
前記エンドプレートが、複数の前記縦パイプと複数の前記横パイプを井桁状に連結してなることを特徴とする電池モジュール。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載される電池モジュールであって、
前記縦パイプが前記横パイプよりも前記電池積層体側に配置されてなることを特徴とする電池モジュール。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載される電池モジュールであって、
前記エンドプレートが、互いに交差する前記縦パイプと前記横パイプを、交差部においてオーバーラップさせて固定してなる電池モジュール。
【請求項９】
請求項８に記載される電池モジュールであって、
前記縦パイプと前記横パイプの交差部において、前記横パイプの表面であって前記縦パイプと対向する位置に、該縦パイプの外形に沿う切欠部を設けており、前記切欠部に該縦パイプの表面を整合させて横パイプに縦パイプを固定してなる電池モジュール。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載される電池モジュールであって、
前記縦パイプ及び前記横パイプが円筒状の金属パイプである電池モジュール。
【請求項１１】
請求項１０に記載される電池モジュールであって、
前記縦パイプ及び前記横パイプが鉄製または鉄合金製である電池モジュール
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の電池モジュールを装備する車両であって、
前記電池モジュールと、該電池モジュールから電力供給される走行用のモータと、前記電池モジュール及び前記モータを搭載してなる車両本体と、前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪とを備える車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の角形電池セルを積層している電池積層体の両端に配置してなるエンドプレートをバインドバーで連結してなる電池モジュールとこれを装備する車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な電池モジュールは、複数の角形電池セルからなる電池積層体と、電池積層体の両端面に配置される一対のエンドプレートと、一対のエンドプレートを連結するバインドバーとを備えている（特許文献１参照）。この電池モジュールは、電池積層体をエンドプレートとバインドバーにより拘束することで、電池積層体を構成する角形電池セルの膨張を抑制することができるようになっている。
一方で、近年、体積あたりのエネルギー密度や重量あたりのエネルギー密度の高い電池モジュールが求められており、電池モジュールを構成する角形電池セルも、体積あたりのエネルギー密度や重量あたりのエネルギー密度の高い電池を採用することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０５７３２２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
角形電池セルは、体積あたりのエネルギー密度や重量あたりのエネルギー密度を高くしようとすると、充放電や劣化に伴う寸法変化が大きくなる傾向がある。充放電や劣化に伴う寸法変化が大きい角形電池セルの膨張を抑制するためには、比較的大きな力で角形電池セルを拘束する必要がある。
しかしながら、特許文献１の電池モジュールは、エンドプレートがプラスチック製の本体部と、アルミニウムなどの金属プレートとで構成されており、大きな力が加わると本体部が破損したり、金属プレートが変形したりするおそれがある。エンドプレートが破損したり、変形したりすると、角形電池セルの膨張を抑制することができなくなる。
【０００５】
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、本発明の目的の一つは、充分な強度を有するエンドプレートを備えることで角形電池セルの膨張を抑制する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様の電池モジュールは、複数の角形電池セル１を厚さ方向に積層してなる電池積層体２と、電池積層体２の積層方向の両端面に配置してなる一対のエンドプレート３と、電池積層体２の両側面に配置され、一対のエンドプレート３を締結するバインドバー４とを備えている。エンドプレート３は、電池積層体２の端面に対向して配置される金属板１１と、金属板１１の外側に配置されて、互いに交差する姿勢で固定されてなる、上下方向に延在する縦パイプ１２と水平方向に延在する横パイプ１３とを備え、横パイプ１３の両端部にバインドバー４が連結されている。
【０００７】
さらに、以上の態様の構成要素を備えた電池モジュールを装備してなる車両は、電池モジュール１０と、電池モジュール１０から電力供給される走行用のモータ９３と、電池モジュール１０及びモータ９３を搭載してなる車両本体９０と、モータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えている。
【発明の効果】
【０００８】
上記の電池モジュールによれば、電池積層体の端面に対向して配置される金属板と、互いに交差する姿勢で固定されてなる縦パイプと横パイプとでエンドプレートを構成することで、筒形状のパイプが有する利点、すなわち、断面係数が大きく優れた剛性を有する特徴を生かして、エンドプレートの強度を高めることができると共に、筒形状のパイプからなる縦パイプと横パイプを使用することで、全体の重量を低減することができる。とくに、上下方向に延在する縦パイプと水平方向に延在する横パイプとを交差させた状態で固定することにより優れた剛性を実現することができる。したがって、以上の構成によれば、充分な強度を有すると共に、軽量化を実現できるエンドプレートを提供することができ、角形電池セルの膨張を有効に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態１に係る電池モジュールを示す斜視図である。
【図２】図１に示す電池モジュールの分解斜視図である。
【図３】図１に示す電池モジュールのエンドプレートの拡大垂直断面図である。
【図４】図１に示す電池モジュールのエンドプレートの拡大水平断面図である。
【図５】エンドプレートの他の一例を示す拡大水平断面図である。
【図６】エンジンとモータで走行するハイブリッド自動車に電池モジュールを搭載する例を示すブロック図である。
【図７】モータのみで走行する電気自動車に電池モジュールを搭載する例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、本発明の一つの着目点について説明する。多数の角形電池セルを備える電池モジュールは、複数の角形電池セルを積層している電池積層体の両端面にエンドプレートを配置し、一対のエンドプレートをバインドバーで連結して、電池積層体を積層方向に加圧する状態で固定される。この電池モジュールは、一対のエンドプレートで電池積層体の両端を加圧状態に固定するので、エンドプレートに充分な強度が要求される。エンドプレートは、充放電される角形電池セルが膨張して内面からセル反力を受ける。エンドプレートは、膨張する電池積層体で内面から押圧されるので、電池積層体の面積と、電池積層体が押圧する圧力との積に比例するセル反力を受ける。そのため、充放電等に伴う寸法変化の大きい角形電池は、その膨張量に応じた大きさのセル反力がエンドプレートに作用することになる。エンドプレートに作用するセル反力は、例えば、車両の走行モータを駆動する電源用の電池モジュールにおいては数トンと極めて大きくなる。従って、エネルギー密度の高い電池モジュールを実現するためには、このように極めて大きな力が加わっても変形を抑制することができるような充分な強度を有するエンドプレートを提供する必要がある。
【００１１】
一方で、エンドプレートは、強度と軽量化の両方の特性が要求されることから、プラスチックを厚いプレート状に成形して、外側にアルミニウムなどの金属プレートを積層する構造とし、あるいは全体をアルミニウム等やプラスチックで成形して製作することがある。これ等のエンドプレートは、プラスチック部分の強度が低く、金属プレートも曲げ変形に対する強度が高くないため、セル反力の小さい電池モジュールにおいて使用できても、セル反力の大きい電池モジュールにおいては充分な強度を実現できない。充分な強度でないエンドプレートは強いセル反力で変形する。変形するエンドプレートは、加圧状態に固定している角形電池セルの相対位置を変化させる原因となる。角形電池セルは、厚い金属板のバスバーを電極端子に固定して、バスバーを介して直列や並列に接続しているので、相対位置にずれが生じると、電極端子とバスバーとの接続部分に無理な歪み力が作用する。歪み力は電極端子とバスバーとの接続部分を損傷し、また、電極端子と角形電池セルの外装ケースとの接続部を損傷する原因となる。角形電池セルの相対位置のずれは、エンドプレートを充分な強度とすることで改善できる。エンドプレートは、全体を鉄合金などの金属ブロックとすることで充分な強度を実現できる。
【００１２】
しかしながら、この構造のエンドプレートは極めて重く、結果的に電池モジュールのエネルギー密度の低下を招き実用化できない。エンドプレートは軽量化しながら高い強度が要求されるが、軽量化と強度は互いに相反する特性であって両方を実現することは極めて難しかった。これに対して、筒形状の剛性を効果的に活用したエンドプレートは、高い強度を実現しながら軽量化できる。
【００１３】
本発明のある態様の電池モジュールは、以下の構成によって特定されてもよい。電池モジュールは、複数の角形電池セル１を厚さ方向に積層してなる電池積層体２と、電池積層体２の積層方向の両端面に配置してなる一対のエンドプレート３と、電池積層体２の両側面に配置され、一対のエンドプレート３を締結するバインドバー４とを備えている。エンドプレート３は、電池積層体２の端面に対向して配置される金属板１１と、金属板１１の外側に配置されて、互いに交差する姿勢で固定されてなる、上下方向に延在する縦パイプ１２と水平方向に延在する横パイプ１３とを備え、横パイプ１３の両端部にバインドバー４が連結されている。
【００１４】
エンドプレート３は、金属板１１が電池積層体２の端面形状と略等しい外形を有するプレート部１１Ａと、プレート部１１Ａの幅方向の両側縁から角形電池セル１の積層方向に突出する両側折曲片１１Ｂとを備えて、横パイプ１３の両端部を両側折曲片１１Ｂに固定することができる。
上記構成によれば、金属板がプレート部の両側縁に両側折曲片を備えているので、上下方向に対する強い曲げ強度を実現できると共に、両側折曲片に横パイプの両端部を固定することで、金属板と横パイプとを一体構造としながら、金属板に作用するセル反力を確実にバインドバーで支持できる。
【００１５】
また、電池モジュールは、さらに、エンドプレート３の側面上でバインドバー４を固定する固定ピン５を備え、横パイプ１３が、固定ピン５の連結穴１３Ａを両端部に有し、固定ピン５がバインドバー４を貫通して横パイプ１３の連結穴１３Ａに挿入されて、バインドバー４をエンドプレート３に連結することができる。
上記構成によれば、以上の電池モジュールは、バインドバーを貫通する固定ピンを横パイプの端部に連結して、バインドバーをエンドプレートに固定するので、横パイプを固定ピンの固定具に兼用しながら、バインドバーとエンドプレートとを一体構造として強固に連結できる特徴がある。
【００１６】
さらに、電池モジュールは、固定ピン５をボルト５Ａとし、横パイプ１３の連結穴１３Ａを雌ねじ穴１３ａとして、ボルト５Ａを雌ねじ穴１３ａにねじ込んで固定することができる。
以上の電池モジュールは、ボルトを横パイプの雌ねじ穴にねじ込んでバインドバーをエンドプレートに固定するので、横パイプをボルトをねじ込んで固定するナットに併用しながら、バインドバーとエンドプレートとを強固に一体構造に固定できる特徴がある。さらにまた、横パイプをボルトをねじ込んで固定するナットに併用する構造は、雌ねじ穴を長くして、ボルトを深く雌ねじ穴にねじ込んで強固に固定できる特徴も実現する。
【００１７】
さらにまた、電池モジュールは、さらに、エンドプレート３を電池モジュールの底面側に配置されるベースプレート９に固定するための固定ボルト６を備えて、固定ボルト６を縦パイプ１２に挿通してベースプレート９に固定することができる。
上記構成によると、縦パイプに固定ボルトを挿通して、電池モジュールの底面側に配置されるベースプレートにエンドプレートを固定するので、エンドプレートを補強するために構成される縦パイプを、固定ボルトを挿通するための部材に兼用して、専用の挿通部材を設けることなく、製造コストを低減しながら効率よく電池モジュールをベースプレートに連結できる。
【００１８】
また、エンドプレート３は、複数の縦パイプ１２と複数の横パイプ１３を井桁状に連結することができる。
上記構成によれば、複数の縦パイプと複数の横パイプを井桁状に連結することで、優れた強度を実現してエンドプレートの剛性を高めることができる。
【００１９】
さらに、電池モジュールは、縦パイプ１２を横パイプ１３よりも電池積層体２側に配置することができる。
上記構成によれば、金属板が電池積層体から受けるセル反力が、縦パイプを介して横パイプに作用するので、エンドプレートに働くセル反力を、金属板、縦パイプ、横パイプと分散しながらバインドバーに直線状に印可させて、セル反力を安定して受け止めることができる。
【００２０】
さらに、エンドプレート３は、互いに交差する縦パイプ１２と横パイプ１３を、交差部においてオーバーラップさせて固定することができる。
上記構成によれば、互いに交差する縦パイプと横パイプを、交差部においてオーバーラップさせることでエンドプレートを薄くすることができる。このため、電池モジュール全体としての外形を小さくできる。
【００２１】
さらに、電池モジュールは、縦パイプ１２と横パイプ１３の交差部において、横パイプの表面であって縦パイプ１２と対向する位置に、縦パイプ１２の外形に沿う切欠部１４を設けて、切欠部１４に縦パイプ１２の表面を整合させて横パイプ１３に縦パイプ１２を固定することができる。
上記構成によれば、縦パイプと横パイプの交差部において、横パイプの表面に切欠部を設けて、この切欠部に縦パイプの外面を整合させて固定するので、縦パイプの表面を切欠することなく縦パイプと横パイプとをオーバーラップできる。このため、縦パイプの剛性を維持しながら横パイプとの中心間距離を縮めてエンドプレートを薄くできる。とくに、縦パイプに固定ボルトを挿通する構造においては、縦パイプを切り欠くことなく横パイプに固定できるので、縦パイプに対して固定ボルトをスムーズに挿通できる。
【００２２】
さらにまた、電池モジュールは、縦パイプ１２及び横パイプ１３を円筒状の金属パイプとすることができる。
上記構成によれば、縦パイプ及び横パイプを円筒状の金属パイプとすることで、断面係数を高くして、強度を高くしながら軽量にできる。
【００２３】
さらにまた、電池モジュールは、縦パイプ１２及び横パイプ１３を鉄製または鉄合金製とすることができる。
上記構成によれば、縦パイプ及び横パイプを鉄製または鉄合金製とすることで、一般に汎用される鉄製または鉄合金製のパイプを使用でき、製造コストを低減しながら優れた強度を実現できる。とくに、比重の大きな鉄を材料としながら、中空状のパイプを使用することで、全体の重量を低減しながら、鉄が有する剛性を効果的に利用して優れた強度を実現できる。
【００２４】
さらに、一の側面にかかる電池モジュールを装備する車両によれば、上記のいずれかの電池モジュールと、電池モジュールから電力供給される走行用のモータ９３と、電池モジュール及びモータ９３を搭載してなる車両本体９０と、モータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えることができる。
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。さらにまた、明細書において上下方向は図面において特定するものとする。
【００２６】
（実施形態１）
図１〜図４は実施形態１に係る電池モジュールを示している。図１は電池モジュールの斜視図を、図２は電池モジュールの分解斜視図を、図３は電池モジュールの端部を垂直面内で切断した垂直断面図を、図４は電池モジュールの端部を水平面内で切断した水平断面図をそれぞれ示している。
【００２７】
これらの図に示す電池モジュール１０は、複数の角形電池セル１を絶縁材のセパレータ１８を挟んで積層した電池積層体２と、電池積層体２の両端面にあって、電池積層体２を両端面から挟んで定位置に保持している一対のエンドプレート３と、一対のエンドプレート３を連結しているバインドバー４とを備えている。さらに、図１と図２に示す電池モジュールは、バインドバー４をエンドプレート３に固定する固定ピン５のボルト５Ａと、エンドプレート３を電池モジュール１０の底面側に配置されるベースプレート９に固定するための固定ボルト６を備えている。さらに、電池モジュール１０は、図２に示すように、各バインドバー４と電池積層体２との間に絶縁シート１６が介在される構成としても良く、また、電池積層体２及びエンドプレート３の底面にも、これらを絶縁する底面プレート１７を備える構成としてもよい。
【００２８】
以上の電池モジュール１０は、図１に示すように全体形状を細長い箱形とし、角形電池セル１を多数積層して電池積層体２とし、電池積層体２を積層方向の両端面からエンドプレート３で挟み、両端のエンドプレート３をバインドバー４で連結して電池積層体２を加圧状態に固定している。電池積層体２は、積層された角形電池セル１を金属板のバスバー（図示せず）を介して直列に、あるいは並列に、あるいはまた直列と並列に接続している。
【００２９】
（角形電池セル１）
角形電池セル１は、図に示すように、厚さに比べて幅が広い、言い換えると幅よりも薄い角形電池で、厚さ方向に積層されて電池積層体２としている。角形電池セル１はリチウムイオン二次電池である。ただし、角形電池セルは、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等、充電できる全ての二次電池とすることもできる。角形電池セル１は、密閉構造の外装缶に正負の電極板を電解液と共に収容している。外装缶は、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属板を角形にプレス成形され、開口部を封口板で気密に密閉している。封口板は、外装缶と同じアルミニウムやアルミニウム合金で、両端部に正負の電極端子を固定している。さらに、封口板は、正負の電極端子の間に、ガス排出弁を設けている。
【００３０】
複数の角形電池セル１は、各角形電池セル１の厚み方向が積層方向となるように積層されて電池積層体２を構成している。角形電池セル１は、正負の電極端子を設けている端子面を同一平面に配置して、複数の角形電池セル１を積層して電池積層体２としている。
【００３１】
（セパレータ１８）
電池積層体２は、図３と図４に示すように、積層している角形電池セル１の間にセパレータ１８を挟着している。図のセパレータ１８は、絶縁材で薄いプレート状またはシート状に製作されている。図に示すセパレータ１８は、角形電池セル１の対向面とほぼ等しい大きさのプレート状としており、このセパレータ１８を互いに隣接する角形電池セル１の間に積層して、隣接する角形電池セル１同士を絶縁している。なお、セパレータ１８とは別に、隣接する角形電池セル１間に第二スペーサを配置しても良い。角形電池セル１とスペーサの間に冷却気体の流路が形成される形状のスペーサを用いることで、角形電池セル１を冷却することができる。また、角形電池セル１の表面を絶縁材で被覆することもできる。例えばＰＥＴ樹脂等のシュリンクチューブで角形電池セルの電極部分を除く外装缶の表面を熱溶着させてもよい。
【００３２】
（電池積層体２）
電池積層体２は、隣接する角形電池セル１の正負の電極端子に金属製のバスバー（図示せず）が接続されて、バスバーでもって複数の角形電池セル１を直列又は並列に、あるいは直列と並列に接続される。図に示す電池積層体２は、１８個の角形電池セル１を直列に接続している。ただ、本発明は、電池積層体を構成する角形電池セルの個数とその接続状態を特定しない。
【００３３】
電池積層体２は、両端面に端面スペーサ１９を挟んでエンドプレート３を配置している。端面スペーサ１９は、図２に示すように、電池積層体２とエンドプレート３との間に配置されてエンドプレート３を電池積層体２から絶縁する。端面スペーサ１９は、上述したセパレータ１８と同様の材質で構成することができる。
【００３４】
（エンドプレート３）
電池積層体２の両端に配置される一対のエンドプレート３は、バインドバー４に連結されて、電池積層体２を加圧する状態に保持するので、角形電池セル１の膨張によってセル反力を受ける。図１ないし図４に示すエンドプレート３は、セル反力に耐える強度を実現するために、電池積層体２の端面に対向して配置される金属板１１と、この金属板１１の外側に配置されて互いに交差する姿勢で固定された、上下方向に延在する縦パイプ１２と水平方向に延在する横パイプ１３とを備えている。金属板１１は、鉄や鉄合金などの金属製の板材をプレス加工して製作される。縦パイプ１２及び横パイプ１３も鉄や鉄合金などの金属製のパイプで、図の縦パイプ１２及び横パイプ１３は、外形を円柱状とする中空状の円筒状パイプとしている。
【００３５】
（金属板１１）
金属板１１は、鉄や鉄合金の板材を、四角形の周囲に、直角に折曲してなる折曲片を設けた形状にプレス加工して製作される。この形状に加工された金属板１１は、電池積層体２の端面形状、言い換えると角形電池セル１の外形と略等しい外形を有する四角形のプレート部１１Ａの両側縁に、両側折曲片１１Ｂを連結した形状で、両側折曲片１１Ｂはプレート部１１Ａの幅方向の両側に連結している。
【００３６】
両側折曲片１１Ｂは、垂直面内にあって、プレート部１１Ａの両側縁から角形電池セル１の積層方向に突出している。両側折曲片１１Ｂは、両側面に配置されるバインドバー４を連結し、また、補強リブとなってエンドプレート３の上下方向の曲げ強度を向上する。平面状の板材を折曲加工して製作される金属板１１は、折曲する角度をほぼ直角として、両側に形成される両側折曲片１１Ｂを互いに平行に配置している。さらに、両側折曲片１１Ｂは、バインドバー４の固定ピン５であるボルト５Ａの貫通孔１１ｂを設けている。図２と図４の電池モジュール１０は、バインドバー４の両端部を上下の２カ所に配置するボルト５Ａで固定するので、両側折曲片１１Ｂには、上下に離して２つの貫通孔１１ｂを設けている。
【００３７】
図４の水平断面図に示す両側折曲片１１Ｂは、貫通孔１１ｂに横パイプ１３の先端部を挿入して、横パイプ１３を金属板１１に固定している。横パイプ１３が貫通する貫通孔１１ｂは、内径を横パイプ１３の外径にほぼ等しいが僅かに大きくしている。この両側折曲片１１Ｂは横パイプ１３を貫通させて固定するので、両側折曲片１１Ｂの折曲幅を横パイプ１３の外径よりも大きくして、両側折曲片１１Ｂに横パイプ１３を貫通させている。図４の電池モジュール１０は、横パイプ１３の端部が両側折曲片１１Ｂを貫通して、両側折曲片１１Ｂから両側に突出している。両側折曲片１１Ｂから突出する横パイプ１３の突出部１３Ｂは、詳細には後述するが、バインドバー４の内面に固定される補強部７に設けた連結凹部７Ａに案内されて、エンドプレート３をバインドバー４に連結している。
【００３８】
図４に示す補強部７は、連結凹部７Ａを貫通穴としており、この貫通穴に横パイプ１３の突出部１３Ｂを挿入して、バインドバー４をエンドプレート３に連結している。横パイプ１３が挿入される連結凹部７Ａは、内径を横パイプ１３の外径にほぼ等しいが僅かに大きくしている。図４の電池モジュール１０は、横パイプ１３の突出部１３Ｂがバインドバー４を貫通することなく補強部７を貫通してバインドバー４をエンドプレート３に連結している。この連結構造は、ボルト５Ａのボルト頭５ａと横パイプ１３とでバインドバー４を挟んでバインドバー４をエンドプレート３に固定している。
【００３９】
図示しないが、電池モジュール１０は、横パイプ１３の突出部１３Ｂをバインドバー４に貫通させる構造とすることもできる。この連結構造は、横パイプ１３の突出部１３Ｂが補強部７の連結凹部７Ａとバインドバー４の止め穴４ａに挿入されて、バインドバー４がエンドプレート３に連結される。このため、バインドバー４の止め穴４ａの内径を横パイプ１３の外径よりも大きくして、横パイプ１３と止め穴４ａとの間にクリアランスを設けて、電池積層体２のセル反力でエンドプレート３を僅かに移動できる。
【００４０】
以上のエンドプレート３は、横パイプ１３の両端を両側折曲片１１Ｂに貫通させて両側面から突出させているが、横パイプは、両端部を両側折曲片から突出させることなく、両側折曲片に固定することもできる。このエンドプレートは、両側面から横パイプの両端部を突出させることなく両側面をフラット面としてこの面にバインドバーの内面を当接させて固定する。
【００４１】
（縦パイプ１２、横パイプ１３）
縦パイプ１２及び横パイプ１３は鉄や鉄合金などの金属パイプで、上下方向に延在する複数の縦パイプ１２と、水平方向に延在する複数の横パイプ１３とを互いに交差する姿勢で固定している。縦パイプ１２は、金属板１１の上下幅と等しい長さを有しており、内部を上下に貫通する挿通孔１２Ａを有している。横パイプ１３は、金属板１１の横幅とほぼ等しい長さを有しており、正確には金属板１１の横幅よりも長くして両端部を金属板の両側面から突出させている。
【００４２】
図１と図２に示すエンドプレート３は、左右に離間して配設された２本の縦パイプ１２と上下に離間して配設された２本の横パイプ１３とを組み合わせて井桁状に連結している。このように、複数の縦パイプ１２と横パイプ１３を井桁状に連結することでエンドプレート３の剛性を高めている。ただ、エンドプレートは、縦パイプを３本以上とし、あるいは横パイプを３本以上として、これらを交差する姿勢で固定することもできる。
【００４３】
図に示すエンドプレート３は、縦パイプ１２を横パイプ１３よりも電池積層体２側に配置している。このエンドプレート３は、プレート部１１Ａの外側に縦パイプ１２が配置されると共に、縦パイプ１２の外側に配置される横パイプ１３の両端部がプレート部１１Ａの両側縁に設けた両側折曲片１１Ｂに固定されて、縦パイプ１２と横パイプ１３が金属板１１の定位置に配置される。このエンドプレート３は、電池積層体２から受けるセル反力を、金属板１１のプレート部１１Ａ、縦パイプ１２、横パイプ１３の順に作用させながらバインドバー４に直線状に印可させて、セル反力を受け止めることができる。
【００４４】
プレート部１１Ａに隣接して配置される２本の縦パイプ１２は、所定の間隔を設けて配置されており、プレート部１１Ａの左右の中間部が電池積層体２から受けるセル反力を２本の縦パイプ１２を介して横パイプ１３に作用させている。さらに、プレート部１１Ａの両側部が電池積層体２から受けるセル反力は、プレート部１１Ａの両側縁に連結された両側折曲片１１Ｂを介して横パイプに作用する。これにより、プレート部１１Ａの全体に作用するセル反力を縦パイプ１２と両側折曲片１１Ｂとに分散しながら横パイプ１３で受け止めるようにしている。
【００４５】
縦パイプ１２の外側に配置される２本の横パイプ１３は、上下に所定の間隔を設けて配置されており、縦パイプ１２と両側折曲片１１Ｂとを介して作用するセル反力を上下に離間して配設された横パイプ１３に均等に作用させて受け止めるようにしている。横パイプに作用するセル反力は、横パイプ１３の両端に連結されるバインドバー４に対して、角形電池セル１の積層方向に直線状に印可される。
【００４６】
さらに、図３と図４に示すエンドプレート３は、互いに交差する縦パイプ１２と横パイプ１３を交差部においてオーバーラップさせて固定している。図に示すエンドプレート３は、縦パイプ１２と横パイプ１３とをオーバーラップさせた状態で固定するために、縦パイプ１２と横パイプ１３の交差部において、いずれか一方または両方に切欠部１４を設けている。図に示すエンドプレート３は、横パイプ１３の表面であって縦パイプ１２と対向する位置に、縦パイプ１２の外形に沿う切欠部１４を設けている。このエンドプレート３は、横パイプ１３に設けた切欠部１４に縦パイプ１２の外周面を整合させて横パイプ１３に縦パイプ１２を固定している。このように、交差する縦パイプ１２と横パイプ１３とを交差部でオーバーラップさせる構造は、エンドプレート３を薄くすることができる。
【００４７】
縦パイプ１２と横パイプ１３は、切欠部１４の切り欠き深さ（ｈ）を調整することでオーバーラップ量を調整できる。縦パイプ１２と横パイプ１３は、オーバーラップ量を大きくすることで、エンドプレート３を薄くできるが剛性が低下する。したがって、縦パイプ１２と横パイプ１３は、剛性の低下が許容できる範囲でオーバーラップ量を大きくする。オーバーラップ量は、縦パイプ１２及び横パイプ１３の外径や肉厚により最適な値に設計される。図に示すエンドプレート３は、切欠部１４を設ける横パイプ１３の肉厚を縦パイプ１２の肉厚よりも大きくして、交差状態で固定される縦パイプ１２及び横パイプ１３の剛性を高めている。
【００４８】
ここで、縦パイプ１２の外径をＲ、横パイプ１３の外径をｒ、縦パイプ１２の肉厚をｔ、横パイプ１３の肉厚をｓ、縦パイプ１２と横パイプ１３の中心間距離をｄ、切欠部の切り欠き深さをｈとすると、切り欠き深さｈは、ｈ＝（Ｒ＋ｒ）／２−ｄとなる。
ここで、切り欠き深さｈは、横パイプ１３に切欠部１４を設ける構造にあっては、好ましくは、ｈ≦ｒ−ｓを満たす範囲とすることができる。
【００４９】
さらに、図５に示すエンドプレート３は、横パイプ１３に設ける切欠部１４の切り欠き深さｈを、縦パイプ１２の肉厚ｔよりも小さくする構造を示している。このように、横パイプ１３に設ける切欠部１４の切り欠き深さｈを、縦パイプ１２の肉厚ｔよりも小さくする構造は、縦パイプ１２の外周面が横パイプ１３の内面側に侵入するのを防止できる。このため、横パイプ１３の剛性を低下させることなく、優れた強度を実現できる。
【００５０】
以上のように、縦パイプ１２と横パイプ１３の交差部において、横パイプ１３の表面に切欠部１４を設けて、この切欠部１４に縦パイプ１２の外面を整合させて固定する構造は、縦パイプ１２の表面を切欠することなく縦パイプ１２と横パイプ１３とをオーバーラップできる。このため、縦パイプ１２の剛性を維持しながら横パイプ１３との中心間距離を縮めてエンドプレート３を薄くできる。とくに、縦パイプ１２に固定ボルト６を挿通する構造においては、縦パイプ１２を切り欠くことなく横パイプ１３に固定できるので、縦パイプ１２に対して固定ボルト６をスムーズに挿通できる。
【００５１】
切欠部は、縦パイプに設けることもできる。ただ、縦パイプに切欠部を設ける場合、切欠部の切り欠き深さｈが縦パイプの肉厚ｔよりも大きいと、横パイプの外周面が縦パイプの挿通穴の内部まで侵入するので、固定ボルトを挿通する際にスムーズに挿通できなくなる。したがって、縦パイプに設ける切欠部の切り欠き深さｈは、好ましくは縦パイプの肉厚ｔよりも小さくする。ただし、エンドプレートの縦パイプに固定ボルト挿通しない電池モジュールにおいては、縦パイプに設ける切欠部の切り欠き深さｈを、縦パイプの肉厚ｔよりも大きくしてもよい。この場合、切り込み深さｈは、好ましくはｈ≦Ｒ−ｔの範囲内で設けることができる。
【００５２】
さらに、互いにオーバーラップして固定される縦パイプと横パイプは、交差部分の両方に、すなわち各々の対向面に切欠部を設けることもできる。この構造は、縦パイプに設ける切欠部の切り欠き深さを縦パイプの肉厚ｔよりも小さくし、かつ横パイプに設ける切欠部の切り欠き深さを横パイプの肉厚ｓよりも小さくすることで、縦パイプの内部に横パイプを侵入させることなく、また、横パイプの内部に縦パイプを侵入させることなく、縦パイプと横パイプのオーバーラップ量を大きくできる。この構造は、縦パイプと横パイプの剛性を低下させることなくオーバーラップ量を大きくして、エンドプレートを薄くできる特徴がある。
【００５３】
ただ、縦パイプと横パイプは、交差部をオーバーラップさせることなく固定することもできる。この構造は、縦パイプと横パイプとを交差部の接点において接合する。
【００５４】
縦パイプ１２と横パイプ１３は、交差部を溶接して固定される。図に示す縦パイプ１２と横パイプ１３は、横パイプ１３に設けた切欠部１４に縦パイプ１２の外周面を整合させて所定の姿勢で交差させた状態で互いに接触する部分を溶接して固定する。このように、縦パイプ１２と横パイプ１３をオーバーラップさせて、切欠部１４と外周面を整合させる構造は、縦パイプ１２と横パイプ１３の接触部分を長くできるので、溶接による連結距離を長くでき、連結強度を高めることができる。
【００５５】
さらに、横パイプ１３は、両端部が両側折曲片１１Ｂに溶接して固定される。図４のエンドプレート３は、横パイプ１３の両端部を両側折曲片１１Ｂの内面に溶接して固定している。横パイプ１３は、縦パイプ１２を横パイプ１３に固定する前工程で金属板１１に溶接して固定され、あるいは、縦パイプ１２を横パイプ１３に固定した後、金属板１１に溶接して固定される。
【００５６】
（固定ピン５）
以上のエンドプレート３は、横パイプ１３の両端部に固定ピン５を挿入して、バインドバー４が固定される。したがって、横パイプ１３の両端部には、固定ピン５を挿入して連結する連結穴１３Ａを設けている。図４の横パイプ１３は、円筒状の金属パイプを使用するので、横パイプ１３を軸方向に貫通する貫通孔の両端部を連結穴１３Ａとしている。図４の電池モジュールは、固定ピン５をボルト５Ａとするので、横パイプ１３の両端部には、ボルト５Ａの雄ネジ５ｂをねじ込む雌ねじ穴１３ａを設けている。雌ねじ穴１３ａは端面から軸方向に伸びるように設けられる。ボルト５Ａは、バインドバー４を貫通して、雌ねじ穴１３ａにねじ込まれて、バインドバー４をエンドプレート３に固定する。ただ、固定ピンは、必ずしもボルトによる螺合とする必要はなく、固定ピンを横パイプの連結穴に圧入して固定することも、固定ピンを溶接ボルトとすることもできる。
【００５７】
（固定ボルト６）
さらに、図に示す電池モジュール１０は、エンドプレート３の縦パイプ１２を上下に貫通する固定ボルト６を介して、電池モジュール１０の底面に配置されるベースプレート９に固定される構造としている。固定ボルト６は、ネジ部の先端をベースプレート９の外側に設けたナット部（図示せず）にねじ込んで、あるいは、ベースプレート９に設けた雌ねじ穴にねじ込んで固定される。
【００５８】
（バインドバー４）
電池積層体２の側面は、一対のバインドバー４でそれぞれ被覆されて、電池積層体２の各側面においてエンドプレート３同士をバインドバー４でそれぞれ締結している。各バインドバー４は、電池積層体２の側面をほぼ被覆する大きさに形成したバインドバー主面４１を有する。このバインドバー主面４１は、電池積層体２の積層方向において端縁まで平板状に形成される。バインドバー４は、その端縁を断面視においてＬ字状に折曲しない非折曲端縁とすることが好ましい。
【００５９】
バインドバー４は、図１及び図２に示すように、電池積層体２の積層方向に延長されており、両端が電池積層体２の両端面に配置されたエンドプレート３に固定されて、このエンドプレート３を介して電池積層体２を積層方向に締結している。バインドバー４は、電池積層体２の側面に沿う所定の幅と所定の厚さを有する金属板１１で、電池積層体２の両側面に対向して配置されている。バインドバー４は、固定ピン５であるボルト５Ａを挿通するための貫通穴を設けて止め穴４ａとしている。このバインドバー４には、鉄などの金属板１１、好ましくは、鋼板が使用できる。金属板１１からなるバインドバー４は、プレス成形等により折曲加工されて所定の形状に形成される。
【００６０】
バインドバー４は、バインドバー主面４１の両端部を除く中間部分の上端部に沿って、電池積層体２の上面を保持する上面側折曲部４４を設けると共に、下面を保持する下面側折曲部４５を備えている。バインドバー主面４１は、電池積層体２と、その両端に配置されるエンドプレート３のほぼ全体を被覆する大きさの矩形状としている。図１に示すバインドバー主面４１は、電池積層体２の側面のほぼ全面を隙間なく被覆している。ただ、バインドバー主面は、１以上の開口部を設けて、電池積層体の側面の一部を表出させることもできる。バインドバー主面に開口部を形成することで、電池積層体を表出させて空冷したり、冷却気体を供給することができる。なお、冷却気体をバインドバー主面に開口部から供給する必要がない場合であっても、バインドバー主面に開口部を形成してもよい。この構成により、バインドバーの軽量化を図ることができる。
【００６１】
また、上面側折曲部４４は、電池積層体２を構成する角形電池セル１の上面を保持して、各角形電池セル１の端子面の位置が上下にずれるのを抑制している。さらに、下面側折曲部４５は、電池積層体２及びエンドプレート３の底面を保持して、各角形電池セル１及びエンドプレート３の底面を同一平面上に配置している。なお、図の下面側折曲部４５は、電池積層体２及びエンドプレート３の底面側に配置される底面プレート１７を固定するための固定穴を形成している。
【００６２】
バインドバー４は、バインドバー主面４１と上面側折曲部４４の内面に絶縁シート１６を配置して、この絶縁シート１６により、電池積層体２の角形電池セル１とバインドバー４とを絶縁している。さらに、図２に示す電池モジュール１０は、電池積層体２及びエンドプレート３の底面に、絶縁性を有する底面プレート１７を配置しており、この底面プレートを下面側折曲部を介して定位置に配置している。
【００６３】
（補強部７）
さらに、図２と図４に示すバインドバー４は、両端部の内面であって、エンドプレート３と対向する領域に補強部７を固定しており、この補強部７を介してエンドプレート３をバインドバー４に連結している。これにより、バインドバー４自体の肉厚を厚くすることなく、その両端部において補強部７を介してエンドプレート３を安定して固定できるようにしている。補強部７は、エンドプレート３の両側面から突出する横パイプ１３の突出部１３Ｂを挿入して連結するために、連結凹部７Ａとして貫通孔を開口している。貫通孔である連結凹部７Ａは、横パイプ１３の突出部１３Ｂを挿入できる内形となるように開口される。
【００６４】
補強部７は、金属製で構成される。好ましくは、バインドバー４と同一の金属製、またはバインドバー４よりも剛性の高い金属で構成できる。また補強部７は、好ましくはバインドバー４と一体に形成される。例えばバインドバー４を異形材厚とするために、テーラードブランク材を利用する。これにより補強部７とバインドバー４を一つの部材として成形することができる。あるいは、個別に用意された補強部７を、バインドバー４に溶接してもよい。これにより、予め補強部７をバインドバー４に溶接して組立工程を簡素化できる。
【００６５】
なお、補強部は必ずしも必要ではなく、バインドバー４は、バインドバー主面４１の両端部の内面を直接にエンドプレート３に固定することもできる。この場合、エンドプレート３は、両側面から横パイプ１３の両端部を突出させることなく両側面をフラット面としてこの面にバインドバー主面４１の両端部の内面を当接させて固定する。あるいは、エンドプレートは、両側面から横パイプの両端部を突出させると共に、バインドバーの両端部には、この突出部を案内する止め穴を開口してこの止め穴に横パイプの両端突出部を挿入し、横パイプの両端に固定ピンを挿入してバインドバーをエンドプレートに固定する。
【００６６】
以上のように、エンドプレートの両側面から突出させた横パイプの両端部を、補強部を介してあるいは直接にバインドバーに係止する構造は、角形電池セルの膨張に伴う荷重がバインドバー４に対して直線状に印加される状態とすることができる。すなわち、バインドバーの引っ張り方向で力を受けるように構成することで、電池積層体２を締結する剛性を高めることが可能となる。
【００６７】
以上の電池モジュール１０は、ベースプレート９の上面に載置されると共に、エンドプレート３を貫通する固定ボルト６がベースプレート９にねじ込まれてベースプレート９の定位置に固定される。このベースプレート９は、電池モジュール１０が固定されるプレートであって、電池モジュール１０を車両に搭載される使用例においては、車両に固定されるフレーム、例えば、車両のシャーシーとすることができる。車両に搭載される電池モジュール１０は、固定ボルト６をエンドプレート３の縦パイプ１２の挿通孔１２Ａに挿通し、固定ボルト６の先端をシャーシーの雌ねじ孔（図示せず）にねじ込んで、車両のシャーシーに固定される。固定ボルト６は、エンドプレート３をシャーシーに強固に固定する。この構造は、図６と図７に示すように、エンドプレート３を貫通する固定ボルト６を、車両のシャーシー９２に直接に固定することで、電池モジュール１０を極めて強固に車両に固定できる。
【００６８】
（電池モジュールを装備する車両）
以上の電池モジュールは、電動車両を走行させるモータに電力を供給する電源に最適である。電池モジュールを搭載する電動車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、あるいはモータのみで走行する電気自動車等が利用でき、これらの車両の電源として使用される。なお、車両を駆動する電力を得るために、上述した電池モジュールを直列や並列に多数接続して、さらに必要な制御回路を付加した大容量、高出力の電源装置を構築して搭載することもできる。
【００６９】
図６は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車に電池モジュールを搭載する例を示す。この図に示す電池モジュールを搭載した車両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に電力を供給する電池モジュール１０と、電池モジュール１０の電池を充電する発電機９４と、エンジン９６、モータ９３、電池モジュール１０、及び発電機９４を搭載してなる車両本体９０と、エンジン９６又はモータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えている。電池モジュール１０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、電池モジュール１０の角形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、例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、電池モジュール１０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、電池モジュール１０の電池を充電する。
【００７０】
また、図７は、モータのみで走行する電気自動車に電池モジュールを搭載する例を示す。この図に示す電池モジュールを搭載した車両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に電力を供給する電池モジュール１０と、この電池モジュール１０の角形電池を充電する発電機９４と、モータ９３、電池モジュール１０、及び発電機９４を搭載してなる車両本体９０と、モータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えている。電池モジュール１０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。モータ９３は、電池モジュール１０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、電池モジュール１０の角形電池を充電する。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明にかかる電池モジュールは、ハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカー、電気自動車等の電源装置として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００７２】
１…角形電池セル
２…電池積層体
３…エンドプレート
４…バインドバー
４ａ…止め穴
５…固定ピン
５Ａ…ボルト
５ａ…ボルト頭
５ｂ…雄ネジ
６…固定ボルト
７…補強部
７Ａ…連結凹部
９…ベースプレート
１０…電池モジュール
１１…金属板
１１Ａ…プレート部
１１Ｂ…両側折曲片
１１ｂ…貫通孔
１２…縦パイプ
１２Ａ…挿通孔
１３…横パイプ
１３Ａ…連結穴
１３ａ…雌ねじ穴
１３Ｂ…突出部
１４…切欠部
１６…絶縁シート
１７…底面プレート
１８…セパレータ
１９…端面スペーサ
４１…バインドバー主面
４４…上面側折曲部
４５…下面側折曲部
９０…車両本体
９２…シャーシー
９３…モータ
９４…発電機
９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９６…エンジン
９７…車輪
ＥＶ…車両
ＨＶ…車両
【図１】
2020184405.tif 000003
【図２】
2020184405.tif 000004
【図３】
2020184405.tif 000005
【図４】
2020184405.tif 000006
【図５】
2020184405.tif 000007
【図６】
2020184405.tif 000008
【図７】
2020184405.tif 000009