(57)【要約】【課題】高い初期荷重を掛けることなく複数の単電池セルをエンドプレート間に積層配置させることができ、エンドプレートに掛かる荷重変動にも簡素な構造で対応可能なバッテリモジュールを提供すること。【解決手段】複数積層された単電池セル２１により構成される単電池セル群２と、単電池セル群２の積層方向の両端にそれぞれ配置される一対のエンドプレート３、４と、単電池セル群２と一対のエンドプレート３、４のうちの少なくともいずれか一方との間に設けられ、単電池セル群２に対して押圧する方向の荷重を付与可能なばね部材６と、を備え、ばね部材６は、単電池セル２１の中央領域に対応する位置に配置される第１ばね６１と、第１ばね６１の周囲に配置される第２ばね６２と、を含むと共に、第１ばね６１のばね定数は、第２ばね６２のばね定数よりも大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数積層された単電池セルにより構成される単電池セル群と、
前記単電池セル群の積層方向の両端にそれぞれ配置される一対のエンドプレートと、
前記単電池セル群と前記一対のエンドプレートのうちの少なくともいずれか一方との間に設けられ、前記単電池セル群に対して押圧する方向の荷重を付与可能なばね部材と、を備え、
前記ばね部材は、前記単電池セルの中央領域に対応する位置に配置される第１ばねと、前記第１ばねの周囲に配置される第２ばねと、を含むと共に、前記第１ばねのばね定数は、前記第２ばねのばね定数よりも大きい、バッテリモジュール。
【請求項２】
前記第１ばねは、前記単電池セル群に対して、前記単電池セルの膨張時の内圧上昇によって前記エンドプレートに作用する荷重に対抗する荷重を付与可能なばねであり、
前記第２ばねは、前記単電池セル群に対して、初期積層状態の維持に必要な荷重に対応する荷重を付与可能なばねである、請求項１に記載のバッテリモジュール。
【請求項３】
前記単電池セルの非膨張状態において、前記第２ばねが前記単電池セル群に対して付与する荷重は、前記第１ばねが前記単電池セル群に対して付与する荷重よりも大きい、請求項１又は２に記載のバッテリモジュール。
【請求項４】
前記ばね部材が設けられる前記エンドプレートと前記単電池セル群との間に配置され、前記ばね部材を保持するホルダ部材を備え、
前記ホルダ部材は、前記エンドプレートの内側面に沿って接触し、前記単電池セル群との間で前記第２ばねを保持する平板部と、前記平板部に対して前記単電池セル群に向けて突出するように設けられ、前記エンドプレートとの間で前記第１ばねを収容して保持する可撓性を有する凹部と、を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバッテリモジュール。
【請求項５】
前記第１ばねは、皿ばねにより構成され、
前記第２ばねは、板ばねにより構成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のバッテリモジュール。
【請求項６】
前記一対のエンドプレートの相対向する内側面間に亘って配置され、前記一対のエンドプレートの間隔を一定間隔に保持する間隔保持部材を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載のバッテリモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数積層された単電池セルを一対のエンドプレートによって挟持したバッテリモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッドカーや電気自動車等に搭載されるバッテリモジュールは、複数積層された単電池セルにより構成される単電池セル群を一対のエンドプレート間に配置させ、エンドプレートに亘って設けられるバインドバー等の拘束部材によって単電池セル群全体を挟持している。
【０００３】
ところで、単電池セルは充放電や劣化によって膨張する。単電池セル群は、この膨張を抑えるため、積層方向に沿って圧縮する方向に大きな初期荷重が加えられ、単電池セル群全体がエンドプレート間に強引に押さえ込まれている。このため、膨張による単電池セルの内圧上昇によって単電池セル群が積層方向に伸長すると、エンドプレートにはかなり大きな荷重が掛かる。
【０００４】
このようなバッテリモジュールでは、単電池セルの膨張時、拘束部材とエンドプレートとの固定点に、初期荷重に加えて更に大きな荷重が掛かる。このため、拘束部材とエンドプレートとの固定点の撓み構造や滑り構造等を別途設けることによって、固定点に掛かる負荷を軽減する工夫が必要となる。また、従来、単電池セル群とエンドプレートとの間に弾性部材を配置させ、単電池セルの膨張時に発生する更なる荷重を矩形板状の低弾性のゴムスポンジで吸収するようにしたバッテリモジュールも知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、このバッテリモジュールも、単電池セル群を圧縮することによって大きな初期荷重（拘束荷重）を掛けることに変わりはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２３０７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のバッテリモジュールは、いずれも単電池セル群に対して圧縮することによって大きな初期荷重を掛けるため、固定点の撓み構造や滑り構造等の別途の構造を付加する必要があり、構造が複雑化するだけでなく、初期荷重を掛けるための積層設備及び積層工程も必要となる。しかも、単電池セルの積層数が多くなる程、単電池セル群は、膨張によって伸長した際の寸法増加が大きくなる。初期荷重は、この単電池セル群の寸法増加を考慮して設定されるため、大電流に対応するべく単電池セルの積層数を多くすると、その積層数の増加に対応した大きな初期荷重を掛けなくてはならない。しかし、単電池セルの構造上、印加可能な初期荷重にも限度があるため、単電池セルの積層数が制約される問題もある。
【０００７】
そこで、本発明は、大きな初期荷重を掛けることなく複数の単電池セルをエンドプレート間に積層配置させることができ、エンドプレートに掛かる荷重変動にも簡素な構造で対応可能なバッテリモジュール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】
【０００８】
（１）  本発明に係るバッテリモジュール（例えば、後述のバッテリモジュール１）は、複数積層された単電池セル（例えば、後述の単電池セル２１）により構成される単電池セル群（例えば、後述の単電池セル群２）と、前記単電池セル群の積層方向の両端にそれぞれ配置される一対のエンドプレート（例えば、後述のエンドプレート３、４）と、前記単電池セル群と前記一対のエンドプレートのうちの少なくともいずれか一方（例えば、後述のエンドプレート３）との間に設けられ、前記単電池セル群に対して押圧する方向の荷重を付与可能なばね部材（例えば、後述のばね部材６）と、を備え、前記ばね部材は、前記単電池セルの中央領域に対応する位置に配置される第１ばね（例えば、後述の第１ばね６１）と、前記第１ばねの周囲に配置される第２ばね（例えば、後述の第２ばね６２）と、を含むと共に、前記第１ばねのばね定数は、前記第２ばねのばね定数よりも大きい。
【０００９】
上記（１）に記載のバッテリモジュールによれば、一対のエンドプレート間の単電池セル群に対して、第１ばねよりもばね定数が相対的に小さい第２ばねが先に接触して単電池セル群を支持するため、大きな初期荷重を掛けることなく単電池セル群をエンドプレート間に積層配置させることができる。また、単電池セルの膨張時には、ばね定数が相対的に大きい第１ばねで単電池セル群からの荷重に対応可能であるため、エンドプレートに掛かる荷重変動にも簡素な構造で対応可能となる。更に、初期荷重を掛けるための積層設備及び積層工程が不要になり、また、単電池セルの積層数を増加させることもできる。
【００１０】
（２）  （１）に記載のバッテリモジュールにおいて、前記第１ばねは、前記単電池セル群に対して、前記単電池セルの膨張時の内圧上昇によって前記エンドプレートに作用する荷重に対抗する荷重を付与可能なばねであり、前記第２ばねは、前記単電池セル群に対して、初期積層状態の維持に必要な荷重に対応する荷重を付与可能なばねであってよい。
【００１１】
上記（２）に記載のバッテリモジュールによれば、第１ばね及び第２ばねのそれぞれによって単電池セル群に対して適切な荷重を付与することができる。
【００１２】
（３）  （１）又は（２）に記載のバッテリモジュールにおいて、前記単電池セルの非膨張状態において、前記第２ばねが前記単電池セル群に対して付与する荷重は、前記第１ばねが前記単電池セル群に対して付与する荷重よりも大きいものであってよい。
【００１３】
上記（３）に記載のバッテリモジュールによれば、単電池セルの非膨張時には、ばね定数が相対的に小さい第２ばねが主として単電池セル群に対して荷重を付与するため、大きな荷重の必要のない非膨張時の単電池セル群に対して、無理な荷重が掛かることがない。
【００１４】
（４）  （１）〜（３）のいずれかに記載のバッテリモジュールにおいて、前記ばね部材が設けられる前記エンドプレートと前記単電池セル群との間に配置され、前記ばね部材を保持するホルダ部材（例えば、後述のホルダ部材７）を備え、前記ホルダ部材は、前記エンドプレートの内側面（例えば、後述の内側面３ａ）に沿って接触し、前記単電池セル群との間で前記第２ばねを保持する平板部（例えば、後述の平板部７１）と、前記平板部に対して前記単電池セル群に向けて突出するように設けられ、前記エンドプレートとの間で前記第１ばねを収容して保持する可撓性を有する凹部（例えば、後述の凹部７２）と、を有するものであってよい。
【００１５】
上記（４）に記載のバッテリモジュールによれば、第１ばね及び第２ばねを有するばね部材を、単電池セルとエンドプレートとの間に容易に配置及び保持可能となる。また、ばね定数が相対的に大きい第１ばねは、エンドプレートの側からホルダ部材の凹部内に収容され、単電池セルとは直に接触しないため、第１ばねの大きな荷重によって単電池セルが損傷するおそれも回避できる。
【００１６】
（５）  （１）〜（４）のいずれかに記載のバッテリモジュールにおいて、前記第１ばねは、皿ばねにより構成され、前記第２ばねは、板ばねにより構成されてもよい。
【００１７】
上記（５）に記載のバッテリモジュールによれば、第１ばね及び第２ばねの圧縮時の寸法を小さくできるため、ばね部材を全体的にコンパクトに構成でき、バッテリモジュールの大型化を抑制できる。
【００１８】
（６）  （１）〜（５）のいずれかに記載のバッテリモジュールにおいて、前記一対のエンドプレートの相対向する内側面間に亘って配置され、前記一対のエンドプレートの間隔を一定間隔に保持する間隔保持部材（例えば、後述のタイロッド５）を備えるものであってよい。
【００１９】
上記（６）に記載のバッテリモジュールによれば、一対のエンドプレートの最小間隔が間隔保持部材の長さによって規制されるため、単電池セル群に対して過大な初期荷重が掛かることを防止できる。また、一対のエンドプレートの間隔を一定間隔に容易に保持可能であるため、バッテリモジュールの組立て作業も容易になる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、大きな初期荷重を掛けることなく複数の単電池セルをエンドプレート間に積層配置させることができ、エンドプレートに掛かる荷重変動にも簡素な構造で対応可能なバッテリモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るバッテリモジュールのエンドプレートを分解して示す分解斜視図である。
【図２Ａ】本発明に係るバッテリモジュールのエンドプレートを一方向から見た分解斜視図である。
【図２Ｂ】本発明に係るバッテリモジュールのエンドプレートを他の一方向から見た分解斜視図である。
【図３】本発明に係るバッテリモジュールの一方端における要部側面図である。
【図４】単電池セルの非膨張時のバッテリモジュールにおける図３中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図５】単電池セルの非膨張時のバッテリモジュールにおける図３中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図６】単電池セルの膨張時のバッテリモジュールを図３中のＡ−Ａ線と同一の部位に沿って切断して示す断面図である。
【図７】単電池セルの膨張時のバッテリモジュールを図３中のＢ−Ｂ線と同一の部位に沿って切断して示す断面図である。
【図８】エンドプレートの第１ばねと第２ばねのストロークと荷重の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係るバッテリモジュールのエンドプレートを分解して示す分解斜視図である。図２Ａは、本発明に係るバッテリモジュールのエンドプレートを一方向から見た分解斜視図である。図２Ｂは、本発明に係るバッテリモジュールのエンドプレートを他の一方向から見た分解斜視図である。図３は、本発明に係るバッテリモジュールの一方端における要部側面図である。図４は、単電池セルの非膨張時のバッテリモジュールにおける図３中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図５は、単電池セルの非膨張時のバッテリモジュールにおける図３中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００２３】
図１に示すように、バッテリモジュール１は、単電池セル群２と、単電池セル群２の両端部に配置されて単電池セル群２を挟持する一対のエンドプレート３、４と、一対のエンドプレート３、４間に亘る複数本（本実施形態では４本）のタイロッド５と、一方のエンドプレート３と単電池セル群２との間に配置されるばね部材６と、ばね部材６を保持するホルダ部材７と、を有する。
【００２４】
なお、本明細書の各図中の矢印で示す方向において、Ｄ１方向に沿う方向は、バッテリモジュール１の長さ方向を示す。Ｄ２方向に沿う方向は、バッテリモジュール１の幅方向を示す。Ｄ３方向に沿う方向は、バッテリモジュール１の高さ方向を示す。Ｄ３方向がバッテリモジュール１の「上」を示し、その反対方向がバッテリモジュール１の「下」を示す。
【００２５】
単電池セル群２は、複数の直方体形状の単電池セル２１をＤ１方向に沿って積層することにより構成される。単電池セル２１は、アルミニウム、アルミニウム合金等からなるセルケース内に電極体（図示せず）を収容することにより構成され、上面に正負一対の電極端子２２、２２を有する。一般に、積層方向（Ｄ１方向）に隣り合う単電池セル２１、２１の電極端子２２、２２同士は、バスバー（図示せず）によって電気的に接続される。これにより、単電池セル群２の全ての単電池セル２１は、直列又は並列に電気的に接続される。また、積層方向に隣り合う単電池セル２１、２１の間には、絶縁性のセパレータ（図示せず）がそれぞれ配置され、単電池セル２１、２１によって挟着される。
【００２６】
エンドプレート３、４は、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材、エンジニアリングプラスチック等の樹脂材、または金属材と樹脂材との積層体によって形成され、それぞれ単電池セル群２の積層方向の端面よりもやや大きな面積を有する板状部材からなる。エンドプレート３、４の四隅には、ボルト挿通孔３１、４１が設けられる。エンドプレート３、４は、単電池セル群２を挟んだ状態で、相対向する内側面３ａ、４ａ間に亘って配置されるタイロッド５に、それぞれボルト５１によって固定される。
【００２７】
タイロッド５は、単電池セル２１の積層方向に沿ってストレートに延びる棒状部材からなり、単電池セル群２の両側部に２本ずつ配置されている。エンドプレート３、４の相対向する内側面３ａ、４ａは、タイロッド５の両端面にそれぞれ当接している。その状態で、エンドプレート３、４の外側からボルト挿通孔３１、４１にボルト５１が挿通されることにより、エンドプレート３、４は、タイロッド５を両側から挟み付けるようにして固定される。これにより、エンドプレート３、４は、タイロッド５によって互いに近接する方向の移動が阻止される。即ち、エンドプレート３、４は、タイロッド５の長さＬ１によって規定される一定間隔に保持されて、単電池セル群２の両端にそれぞれ配置される。
【００２８】
このようにしてエンドプレート３、４がタイロッド５に固定されることで、エンドプレート３、４の最小間隔がタイロッド５の長さＬ１によって規制される。このため、エンドプレート３、４を固定した際に、単電池セル群２に対して過大な初期荷重が掛かることを防止できる。また、一対のエンドプレート３、４の間隔を一定間隔に容易に保持可能であるため、バッテリモジュール１の組立て作業も容易になる。このタイロッド５は、本発明における間隔保持部材に対応する。
【００２９】
タイロッド５の長さＬ１は、初期積層状態の単電池セル群２の積層方向の長さＬ２よりも大きい。具体的には、タイロッド５の長さＬ１は、詳細には後述するように、単電池セル２１の膨張による内圧上昇によって単電池セル群２が積層方向に最も伸長したときでも、単電池セル群２が一対のエンドプレート３、４の間に収まる程度の長さに設定される。換言すれば、単電池セル群２が伸長しても、一対のエンドプレート３、４の間隔は変わらない。また、本実施形態に示す単電池セル群２は、一対のエンドプレート３、４のうちのエンドプレート４の内側面４ａを基準面として、このエンドプレート４に密接して配置される。このため、タイロッド５に固定されたエンドプレート３と初期積層状態の単電池セル群２との間には、Ｌ１とＬ２との差分に相当する隙間Ｓ（図３参照）が存在する。
【００３０】
なお、単電池セル群２の初期積層状態とは、いずれも非膨張状態にある複数の単電池セル２１が、セパレータを挟んでＤ１方向に互いに密接して積層配置されただけの状態にあることをいう。このときの単電池セル群２には、隣り合う単電池セル２１、２１同士が密接した積層状態を維持し得る程度の荷重以上の荷重が実質的に掛けられていない。即ち、初期積層状態の単電池セル群２には、従来のような単電池セル２１を積層方向に沿って圧縮するような大きな初期荷重は掛けられていない。
【００３１】
ばね部材６は、エンドプレート３と単電池セル群２との間の隙間Ｓに配置される。具体的には、ばね部材６は、単電池セル群２のうちのエンドプレート３側の端部に配置される単電池セル２１とエンドプレート３との間に設けられる。ばね部材６は、単電池セル群２に対して、他方のエンドプレート４に向かう方向に弾性反発力を発揮するばねにより構成される。これにより、ばね部材６は、単電池セル群２に対して、単電池セル２１の積層方向に沿って押圧する方向（他方のエンドプレート４に向かう方向）の荷重を付与可能である。なお、本実施形態において、他方のエンドプレート４側には、ばね部材６は配置されていない。
【００３２】
ばね部材６は、第１ばね６１と、第２ばね６２と、で構成される。第１ばね６１と第２ばね６２とは、ホルダ部材７によってエンドプレート３に保持される。
第１ばね６１は、エンドプレート３の中央領域に対応する位置に配置される。エンドプレート３の中央領域は、単電池セル２１の中央領域（単電池セル２１のエンドプレート３に対向する面の中央領域）に対応する。一方、第２ばね６２は、第１ばね６１の周囲に配置される。また、第１ばね６１のばね定数の方が、第２ばねのばね定数よりも大きい。従って、第１ばね６１及び第２ばね６２をそれぞれ弾性反発力に抗して圧縮した場合のストロークについて、第１ばね６１が弾性反発して発揮する荷重の方が、第２ばね６２が弾性反発して発揮する荷重よりも大きくなる（図８参照）。
【００３３】
具体的には、第１ばね６１は、単電池セル群２に対して、単電池セル２１の充放電や劣化による膨張時の内圧上昇によってエンドプレート３に作用する荷重に対抗する荷重を付与可能なばねとすることができる。また、第２ばね６２は、単電池セル群２に対して、初期積層状態の維持に必要な荷重に対応する荷重を付与可能なばねとすることができる。これにより、バッテリモジュール１は、第１ばね６１及び第２ばね６２のそれぞれによって単電池セル群２に対して適切な荷重を付与することができる。
【００３４】
第１ばね６１及び第２ばね６２に使用される具体的なばねの種類は、単電池セル群２に対してそれぞれ必要な荷重を付与し得るものであればよく、特に限定されないが、本実施形態では、第１ばね６１は、環状に形成された皿ばねにより構成され、第２ばね６２は、略Ｕ字状に折り曲げ形成された板ばねにより構成されている。これらのばねは、いずれも圧縮時の寸法をコイルばね等に比べて小さくできるため、ばね部材６を全体的にコンパクトに構成できる。このため、エンドプレート３と単電池セル群２との間の隙間Ｓを小さくでき、それだけバッテリモジュール１の大型化を抑制することができる。
【００３５】
なお、本実施形態において、第１ばね６１は２つの皿ばねにより構成され、第２ばね６２は４つの板ばねにより構成されるが、各ばねの数は単電池セル群２に付与する必要な荷重等に応じて適宜設定されるものであり、本実施形態に示す数に何ら限定されない。
【００３６】
ホルダ部材７は、例えばＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）等の樹脂により形成され、単電池セル群２の端部の単電池セル２１とエンドプレート３との間に配置される。ホルダ部材７は、エンドプレート３の内側面３ａに沿って接触する平板部７１と、この平板部７１に対して単電池セル２１の方向に向けて（エンドプレート３と反対方向に向けて）突出する凹部７２と、を有する。この凹部７２は、ホルダ部材７の平板部７１において、エンドプレート３に対向する側面から単電池セル群２に向けて繭形に凹設されている。ホルダ部材７全体は樹脂により形成されるが、少なくとも凹部７２は可撓性を有する。
【００３７】
ホルダ部材７の平板部７１は、エンドプレート３の内側面３ａの外形形状と略同様に形成される。平板部７１の四隅には、エンドプレート３の四隅に配置されるボルト挿通孔３１を露出させるための切り欠き部７３が設けられる。また、切り欠き部７３を除く平板部７１の四辺の各外周縁は、エンドプレート３に向けてそれぞれ折り曲げられるように形成されている。これにより、平板部７１の四辺の各外周縁には、エンドプレート３の四辺の各外周縁に沿って嵌合可能な嵌合リブ７４が設けられる。ホルダ部材７は、嵌合リブ７４がエンドプレート３の外周縁に沿って嵌合することにより、エンドプレート３の内側面３ａに接触して保持可能である。
【００３８】
２つの第１ばね６１は、ホルダ部材７の凹部７２内に、エンドプレート３の側から、バッテリモジュール１の幅方向（Ｄ２方向）に並列して収容される。ここで、エンドプレート３の内側面３ａには、このホルダ部材７の凹部７２に対応する中央領域に、ホルダ部材７側に向けて凹部７２と同様の繭形に突出する支持凸部３２を有する。このため、ホルダ部材７がエンドプレート３の内側面３ａに当接した際、エンドプレート３の支持凸部３２は、第１ばね６１を収容した凹部７２内に入り込むことにより、第１ばね６１を凹部７２の底壁７２ａとの間で挟着して保持する。このときの凹部７２内の第１ばね６１は、図５に示すように、全く圧縮されておらず、何ら弾性反発力を発生させていない。
【００３９】
４つの第２ばね６２は、ホルダ部材７の平板部７１における単電池セル群２側の側面に取り付けられる。ホルダ部材７の平板部７１には、凹部７２の周囲４か所の各切り欠き部７３に近接した部位に、ばね保持部７５を有する。このばね保持部７５は、第２ばね６２の基部６２１を保持している。これにより、第２ばね６２は、ホルダ部材７の平板部７１から単電池セル群２に向けて突出して保持される。この４つの第２ばね６２は、単電池セル２１におけるエンドプレート３に対向する面の四隅部に対応する位置に向けて弾性反発力を作用させるようにそれぞれ配置される。
【００４０】
ここで、第１ばね６１と第２ばね６２との位置関係は次のように設定されている。即ち、ホルダ部材７によってエンドプレート３に保持された第１ばね６１及び第２ばね６２のいずれも圧縮されていない状態（エンドプレート３が未だ単電池セル群２に当接しておらず、弾性反発力を発生させていない状態）において、第２ばね６２の単電池セル群２に向けた先端部の位置は、第１ばね６１よりも単電池セル群２に向けて突出した位置にある。このため、エンドプレート３を単電池セル群２に徐々に近づけていくと、第２ばね６２が第１ばね６１よりも先に単電池セル群２に接触して圧縮され、単電池セル群２に対して弾性反発力を作用させるようになっている。
【００４１】
次に、このバッテリモジュール１を構成する際の手順の一例について説明する。
まず、一対のエンドプレート３、４の間に、セパレータを挟んで複数の単電池セル２を積層した単電池セル群２を、エンドプレート４側に片寄らせて配置する。次いで、その単電池セル群２に対して、ホルダ部材７によりばね部材６（２つの第１ばね６１及び４つの第２ばね６２）が保持されたエンドプレート３を当接させ、ボルト５１によって各エンドプレート３、４をタイロッド５に固定する。
【００４２】
このとき、第１ばね６１よりも先に接触する第２ばね６２が、僅かに圧縮されて弾性反発力を発生させ、単電池セル群２に対して所定の初期荷重を付与する。このときの初期荷重は、単電池セル２１の積層状態を維持し得るだけの比較的小さな荷重であり、従来のような単電池セル群２を強く圧縮する大きな初期荷重を掛けるものではない。
【００４３】
単電池セル群２は、この第２ばね６２により付与される荷重により、単電池セル２１の積層状態が維持され、初期積層状態とされる。このように、第１ばね６１よりもばね定数が相対的に小さい第２ばね６２が、単電池セル群２に対して先に接触して単電池セル群２を支持するため、単電池セル群２に対して大きな初期荷重を掛けることなく、単電池セル群２をエンドプレート３、４間に積層配置させることができる。
【００４４】
この単電池セル群２の初期積層状態において、第１ばね６１は、凹部７２の底壁７２ａに当接していないか、または、当接しても単電池セル群２に対して実質的に荷重を付与していない。即ち、単電池セル群２の初期積層状態では、第１ばね６１は、図８に示すように、荷重を付与し始めるＰ１位置よりも左側のストローク領域にあり、主として第２ばね６２が単電池セル群２に対して荷重を付与する。従って、このとき第１ばね６１が単電池セル群２に対して付与する荷重は、０又は０に近い。このため、大きな荷重の必要のない非膨張時の単電池セル群２に対して、無理な荷重が掛かることがない。
【００４５】
また、本実施形態に示す第２ばね６２は、単電池セル群２のエンドプレート３側の端部に配置される単電池セル２１に対して、エンドプレート３に対向する面の四隅部にそれぞれ当接し、当該単電池セル２１を介して単電池セル群２に対して荷重を付与する。単電池セル２１の四隅部は、比較的強度の高い部位であるため、第２ばね６２は、単電池セル群２に対して比較的強度の高い部位を押圧することができ、ばね定数の小さい第２ばね６２であっても、単電池セル群２を安定して支持することができる。
【００４６】
次に、充放電や劣化によって単電池セル２１が膨張した場合について、図６、図７を用いて説明する。図６は、単電池セルの膨張時のバッテリモジュールを図３中のＡ−Ａ線と同一の部位に沿って切断して示す断面図である。図７は、単電池セルの非膨張時のバッテリモジュールを図３中のＢ−Ｂ線と同一の部位に沿って切断して示す断面図である。
図６、図７に示すように、単電池セル２１が膨張すると、単電池セル２１の内圧上昇に伴って単電池セル群２が積層方向に沿って伸長し、図中の白抜き矢印に示すように、エンドプレート３に対して内圧上昇による荷重を作用させる。単電池セル群２に初期積層状態を維持する荷重を付与している第２ばね６２は、単電池セル群２の内圧上昇による荷重を受けて次第に圧縮される。
【００４７】
単電池セル２１の膨張による単電池セル群２の伸長に伴い、第２ばね６２が更に圧縮され続けると、次第に弾性限度に近づいていく。しかし、第１ばね６１は、第２ばね６２が弾性限度に至る前に単電池セル群２に当接し、単電池セル群２に押圧されて圧縮されるように配置される。即ち、ホルダ部材７の凹部７２の底壁７２ａに当接した単電池セル群２は、更なる伸張に伴って、凹部７２を撓ませながら、凹部７２内に収容される第１ばね６１をエンドプレート３に向けて圧縮していく。これにより、第１ばね６１は、第２ばね６２が弾性限度に至る前に、単電池セル群２に圧縮されて弾性反発力を発生させ、第２ばね６２によって単電池セル群２に付与される荷重を途切れさせることなく、単電池セル群２に対して荷重を付与し始める（図８におけるＰ１位置）。
【００４８】
単電池セル群２が更に伸長すると、やがて、第２ばね６２が単電池セル群２に対して付与する荷重よりも、第１ばね６１が単電池セル群２に対して付与する荷重の方が上回る（図８におけるＰ２位置）。図８に示すように、第１ばね６１が圧縮した際のストロークに対する荷重（弾性反発力）は、第２ばね６２が圧縮した際のストロークに対する荷重（弾性反発力）よりも大きいため、第１ばね６１が単電池セル群２に対して付与可能な荷重は、第２ばね６２が単電池セル群２に対して付与可能な荷重よりも大きい。この第１ばね６１は、単電池セル２１の膨張時の内圧上昇によってエンドプレート３に作用する荷重に対抗し得る荷重を付与可能である。このため、第１ばね６１が単電池セル群２に対して付与する荷重が、第２ばね６２が単電池セル群２に対して付与する荷重を上回った後（図８におけるＰ２位置よりも右側のストローク領域）は、専ら第１ばね６１が、単電池セル群２に対して荷重を付与することで、単電池セル２１の内圧上昇による大きな荷重を受け止め、その荷重に対抗する荷重を単電池セル群２に対して付与する。
【００４９】
このときの第１ばね６１は、単電池セル２１の内圧上昇による大きな荷重を従来のように吸収するのではなく、その荷重に対抗する荷重を単電池セル群２に対して付与することより、単電池セル群２の伸長を押さえ込むものである。このため、ばね部材６は、相対的にばね定数の異なる第１ばね６１及び第２ばね６２がそれぞれ単電池セル群２に対して荷重を付与することによって、比較的小さな初期荷重から内圧上昇後の比較的大きな荷重に亘る荷重変動を受け切ることができる。また、単電池セル群２が最大限に伸長しても、単電池セル群２は、一対のエンドプレート３、４の間隔に収まったままであり、エンドプレート３、４の間隔は、タイロッド５の長さＬ１のまま維持される。
【００５０】
このバッテリモジュール１によれば、一対のエンドプレート３、４の間で、初期荷重から単電池セル２１の内圧上昇による荷重に亘ってエンドプレート３に掛かる荷重変動に容易に対応可能である。単電池セル群２には、大きく圧縮する初期荷重が掛けられないため、単電池セル群２に対して初期荷重を掛けるための積層設備及び積層工程は不要であり、単電池セル２１の積層数も増加させることができる。
【００５１】
また、バッテリモジュール１は、エンドプレート３、４の固定点に撓み構造や滑り構造等の別途の構造を付加する必要もなく、単電池セル群２を保持可能な最低限の強度を有すればよいため、簡素な構造とすることができる。
【００５２】
更に、本実施形態に示す相対的にばね定数の大きい第１ばね６１は、ホルダ部材７の凹部７２内に収容され、凹部７２の底壁７２ａを介して単電池セル群２に荷重を付与するため、単電池セル２１とは直に接触しない。従って、第１ばね６１による荷重によって単電池セル２１が損傷するおそれを回避できる。
【００５３】
なお、本実施形態では、一対のエンドプレート３、４のうちの一方のエンドプレート３側のみにばね部材６を配置させたが、エンドプレート３、４の両方に、上記同様のばね部材６を配置させてもよい。但し、本実施形態に示すように一方のエンドプレート３側のみにばね部材６を配置させた場合は、ばね部材を持たない他方のエンドプレート４の内側面４ａを、単電池セル群２を支持する際の基準面とすることができる。このため、単電池セル群２をより安定して支持する観点からは、一対のエンドプレート３、４のうちのいずれか一方のみにばね部材６を配置させることが望ましい。
【符号の説明】
【００５４】
１  バッテリモジュール
２  単電池セル群
２１  単電池セル
３、４  エンドプレート
３ａ  （エンドプレートの）内側面
６  ばね部材
６１  第１ばね
６２  第２ばね
５  タイロッド（間隔保持部材）
７  ホルダ部材
７１  平板部
７２  凹部
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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