(57)【要約】  エンドプレートを軽量化しながら充分な強度として角形電池セルの膨張を抑制するために、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、エンドプレート（３）の側面上でバインドバー（４）を固定する複数の固定ピン（５）とを備え、エンドプレート（３）の両側面に対向して固定される一対の固定ピン（５）が同軸線上に配置されると共に、エンドプレート（３）が、固定ピン（５）と同軸線上に延在する横リブ（１３）を備えている。
2019031169.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、
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複数の固定ピンとを備え、
前記エンドプレートの両側面に対向して固定される一対の前記固定ピンが同軸線上に配置されると共に、前記エンドプレートが、前記固定ピンと同軸線上に延在する横リブを備え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、
前記横リブは、両端部に前記固定ピンが挿入されるボス部を備えると共に、前記ボス部には、前記固定ピンを挿入する連結穴を有しており、
前記固定ピンが前記バインドバーを貫通して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、
前記エンドプレートは、複数列の前記横リブを互いに平行に備えており、両側面に複数対の前記固定ピンが固定されてなる電池モジュール。
【請求項４】
請求項１ないし３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は、前記電池積層体の端面形状と略等しい外形を有する対向プレート部と、前記対向プレート部の４辺から角形電池セルの積層方向に突出する周壁部とを備え、前記エンドプレートの全体形状を略箱形状としてなる電池モジュール。
【請求項５】
請求項４に記載される電池モジュールであって、
前記周壁部は、前記対向プレート部の両測縁に連結された側面壁と、上端縁に連結された上面壁と、下端縁に連結された底面壁とを備えており、
前記横リブが、前記対向プレート部から角形電池セルの積層方向に突出すると共に、その両端が前記側面壁に連結されており、
前記側面壁に前記固定ピンを挿入する連結穴を設けてなる電池モジュール。
【請求項６】
請求項１ないし４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、上下方向に延在して前記横リブと交差する縦リブを備える電池モジュール。
【請求項７】
請求項６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、
前記縦リブが、軸方向に貫通する挿通穴を備えており、
前記固定ボルトを前記縦リブの挿通穴に挿通して前記エンドプレートを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８】
請求項７に記載される電池モジュールであって、
前記横リブは、両端部に前記固定ピンが挿入される連結穴を有しており、
前記縦リブの挿通穴と、前記横リブの連結穴が同一平面内に位置しており、
前記連結穴が前記挿通穴の位置まで貫通するように形成されてなる電池モジュール。
【請求項９】
請求項１ないし８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アルミニウムまたはアルミニウム合金で鋳造され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、エンドプレート３の側面上でバインドバー４を固定する複数の固定ピン５とを備え、エンドプレート３の両側面に対向して固定される一対の固定ピン５が同軸線上に配置されると共に、エンドプレート３が、固定ピン５と同軸線上に延在する横リブ１３を備えている。【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、２０と、電池モジュール１０、２０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、２０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、バインドバーを固定するためにエンドプレートの両側面に対向して固定される固定ピンと同軸線上に延在する横リブをエンドプレートに設けることで、効果的にエンドプレートの強度を向上させることができる。とくに、両側の固定ピンと同軸線上に延在する横リブの剛性で水平方向に対する曲げ強度を高くできる。エンドプレートは、電池積層体から受けるセル反力によりバインドバーを角形電池セルが膨張する方向に引っ張るが、この力の反作用により、エンドプレートには、水平方向の曲げ応力が作用する。この曲げ応力は、エンドプレートの両側面における固定ピンとバインドバーとの連結点を結ぶ線上で最も大きくなる。以上のエンドプレートは、両側に固定される固定ピンと同軸線上に延在する横リブを設けているので、セル反力の反作用によりエンドプレートにはたらく曲げ応力に対して最も効果的に補強でき、エンドプレートの変形を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って、図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面に相当する図である。
【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って、図３のＩＶ−ＩＶ線断面に相当する図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る電池モジュールを示す斜視図である。
【図６】図５に示す電池モジュールの分解斜視図である。
【図７】図５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って、図８のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面に相当する図である。
【図８】図５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って、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面に相当する図である。
【図９】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１０】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。以上の実情に鑑みると、金属ブロックからなるエンドプレートの形状の最適化を図り、効果的にエンドプレートの変形を抑制することができる形状を検討することが重要である。
【００１３】
本発明のある態様の電池モジュールは、以下の構成により特定されてもよい。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、エンドプレート３の側面上で前記バインドバー４を固定する複数の固定ピン５とを備えている。電池モジュールは、エンドプレート３の両側面に対向して固定される一対の固定ピン５が同軸線上に配置されると共に、エンドプレート３が、固定ピン５と同軸線上に延在する横リブ１３を備えている。
【００１４】
エンドプレート３は、横リブ１３の両端部に固定ピン５が挿入されるボス部１３Ｘを備えると共に、ボス部１３Ｘには、固定ピン５を挿入する連結穴１３Ａを備えて、固定ピン５がバインドバー４を貫通して連結穴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。上記構成により、横リブの両端部に設けたボス部の連結穴に固定ピンを挿入することで同軸線上に配置される一対の固定ピンを横リブを介して同一直線状に連結できる。これにより、エンドプレートの両側面に位置する一対のバインドバーを横リブと固定ピンを介して強固に連結できる。
【００１５】
また、エンドプレート３は、複数列の横リブ１３を互いに平行に備えて、両側面に複数対の固定ピン５を固定することができる。上記構成によれば、エンドプレートに設けた複数列の横リブによって、より強い曲げ強度を実現できる。また、エンドプレートの両側面において上下に離れた位置で固定ピンを介してバインドバーを連結できる。
【００１６】
さらに、エンドプレート３は、電池積層体２の端面形状と略等しい外形を有する対向プレート部１１と、対向プレート部１１の４辺から角形電池セル１の積層方向に突出する周壁部１２とを備えて、エンドプレート３の全体形状を略箱形状とすることができる。上記構成によれば、エンドプレートの形状を、対向プレート部の４辺に周壁部を設けた箱形状とすることで、箱形状が有する高い剛性を利用して優れた強度のエンドプレートが実現できる。
【００１７】
さらにまた、エンドプレートは、周壁部１２が対向プレート部１１の両測縁に連結された側面壁１２Ａと、上端縁に連結された上面壁１２Ｂと、下端縁に連結された底面壁１２Ｃとを備えて、横リブ１３が、対向プレート部１１から角形電池セル１の積層方向に突出すると共に、その両端を側面壁１２Ａに連結し、側面壁１２Ａに固定ピン５を挿入する連結穴１３Ａを設けることができる。上記構成によれば、対向プレート部の４辺を囲む周壁部の内側において、対向プレート部から突出する横リブの両端を周壁部の側面壁に連結することで、さらに剛性を高めてより効果的にエンドプレートの強度を向上させることができる。
【００１８】
さらにまた、エンドプレート３は、上下方向に延在して横リブ１３と交差する縦リブ１５を備えることができる。上記構成によれば、上下方向に延在して横リブと交差する縦リブを備えることで、幅方向の曲げ強度に加えて上下方向の曲げ強度に対しても優れた強度を実現できる。
【００１９】
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、縦リブ１５が軸方向に貫通する挿通穴１５Ａを備え、固定ボルト６を縦リブ１５の挿通穴１５Ａに挿通してエンドプレート３をベースプレート９に固定することができる。上記構成によると、縦リブに設けた挿通穴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リブを、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。
【００２０】
さらに、エンドプレート３は、横リブ１３が、両端部に固定ピン５が挿入される連結穴１３Ａを備えて、縦リブ１５の挿通穴１５Ａと、横リブ１３の連結穴１３Ａとを同一平面内に位置させて、連結穴１３Ａを挿通穴１５Ａの位置まで貫通するように形成することができる。上記構成によれば、縦リブに設けた挿通穴と、横リブに設けた連結穴とを同一平面内に配置することで、角形電池セルの積層方向における挿通穴と連結穴の位置を接近させることができ、これによりエンドプレートを薄くすることができる。また、連結穴を挿通穴の位置まで貫通するように形成することで、挿通穴の位置を連結穴の方向に接近させて、言い換えると挿通穴をエンドプレートの両側方向に配置できる。
【００２１】
さらにまた、エンドプレート３は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で鋳造することができる。
【００２２】
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１０、２０と、電池モジュール１０、２０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、２０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。
【００２３】
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。
【００２４】
（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縦断面図を、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。なお、本明細書において、上下方向とは図における上下方向とし、左右方向は、図における左右方向であって、電池の積層方向と直交する水平方向を意味するものとする。
【００２５】
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、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とを備えている。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。
【００２６】
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。
【００２７】
（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。
【００２８】
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。
【００２９】
（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。
【００３０】
（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。
【００３１】
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。
【００３２】
（エンドプレート３）
エンドプレート３は、電池積層体２の角形電池セル１の積層方向における両端であって、端面スペーサ１９の外側に配置されて電池積層体２を両端から挟着している。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、電池積層体２の両側面に沿って配置されるバインドバー４が連結されて締結される。エンドプレート３は、図２と図４に示すように、両側面上において固定ピン５を介してバインドバー４が連結される。エンドプレート３の両側面に固定される固定ピン５は、対向する固定ピン５同士が同軸線上に位置するように配置される。図２の例では、エンドプレート３の両側面に沿って２個ずつ、全体で４個の固定ピン５を介してバインドバー４を連結している。
【００３３】
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が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、全体を金属で一体成形すると共に、その形状の最適化を図ることで軽量化を実現している。図のエンドプレート３Ａは、電池積層体２の端面と対向する対向プレート部１１を有しており、この対向プレート部１１から角形電池セル１の積層方向に突出して水平方向に延在する横リブ１３を一体成形して設けている。横リブ１３は、エンドプレート３Ａの両側面に対向して固定される一対の固定ピン５と同軸線上に延在して形成されている。
【００３４】
横リブ１３は、両端部に固定ピン５が挿入されるボス部１３Ｘを備えており、ボス部１３Ｘには固定ピン５を挿入する連結穴１３Ａを設けている。図４の横リブ１３は、両端部に設けられたボス部１３Ｘと、これらのボス部１３Ｘを連結する連結部１３Ｙとで構成しており、全体の長さを対向プレート部１１の横幅と略等しくしている。ボス部１３Ｘは、固定ピン５の軸部が挿入される連結穴１３Ａを軸方向に穿孔して設けている。このため、ボス部１３Ｘは、軸方向に垂直な面内における外形を固定ピン５の軸部よりも大きく、言い換えると太く成形している。連結部１３Ｙは、内部に中空部を設けることなく、対向プレート部１１に一体的に連結する構造としている。この連結部１３Ｙは、角形電池セル１の積層方向への突出高さを高くして、厚さを薄くすることで、軽量化を図りつつ、水平面内での曲げ強度を高めている。
【００３５】
エンドプレート３Ａは、図３と図４に示すように、複数列の横リブ１３を互いに平行に備えており、両側面に複数対の固定ピン５が固定されてバインドバー４が連結されている。図４のエンドプレート３Ａは、上下に離間して２列の横リブ１３を備えており、両側面に対向して配置される２対の固定ピン５がバインドバー４を貫通して連結穴１３Ａに挿入されて、横リブ１３の両端に位置してバインドバー４が連結されている。この構造は、エンドプレート３Ａに設けた複数列の横リブ１３によって、より強い曲げ強度を実現できる。また、横リブ１３の両端においてバインドバー４を固定するので、セル反力の反作用によりバインドバー４からエンドプレート３Ａにはたらく曲げ応力に対して最も効果的に補強できる。ここで、図のエンドプレート３Ａは２列の横リブ１３を備えているが、エンドプレートに設ける横リブの数は２列に限定しない。エンドプレートに設ける横リブの数は、１列とすることも、３列以上とすることもできる。ただし、横リブは、いずれの場合においても、固定ピンと同軸線上の位置に設けられるものとし、固定ピンと同軸線上の位置以外の場所には設けられない。
【００３６】
図２〜図４に示すエンドプレート３Ａは、電池積層体２の端面形状と略等しい外形を有する四角形状の対向プレート部１１と、対向プレート部１１の４辺から角形電池セル１の積層方向に突出する周壁部１２とを備えている。周壁部１２は、対向プレート部１１の両測縁に連結された側面壁１２Ａと、上端縁に連結された上面壁１２Ｂと、下端縁に連結された底面壁１２Ｃとを備えている。左右の側面壁１２Ａと、上下の上面壁１２Ｂ及び底面壁１２Ｃで構成される周壁部１２は、互いの端縁を連結して四角形の枠形状に形成されている。このエンドプレート３Ａは、対向プレート部１１と周壁部１２とで全体形状を略箱形状として全体の剛性を高めている。
【００３７】
図のエンドプレート３Ａは、周壁部１２の内側において、２列の横リブ１３を設けている。２列の横リブは、上下に位置する上面壁１２Ｂ及び底面壁１２Ｃに対して互いに平行な姿勢であって所定の間隔を設けて形成されている。周壁部１２の内側に形成される横リブ１３は、その両端部を側面壁１２Ａに一体的に連結している。図４に示すエンドプレート３Ａは、横リブ１３の両端部に形成されるボス部１３Ｘを側面壁１２Ａに一体的に連結すると共に、ボス部１３Ｘの先端部を側面壁１２Ａの表面から突出させて突出部１４として、その先端面に開口された連結穴１３Ａをエンドプレート３Ａの側面に表出させている。図に示すエンドプレート３Ａは、両側面から突出する突出部１４の形状を略円柱状とすると共に、これらの突出部１４をバインドバー４の内面に固定された補強部７（詳細には後述する）に連結する構造としている。図に示す補強部７は、突出部１４を挿入する連結凹部７Ａを備えており、この連結凹部７Ａに突出部１４を挿入してエンドプレート３Ａをバインドバー４の定位置に連結している。
【００３８】
ここで、図４に示す電池モジュール１０は、バインドバー４の端部の内面であって、エンドプレート３Ａの側面との対向面に補強部７を設けているので、エンドプレート３Ａの左右方向の幅を角形電池セル１の幅よりも狭く、正確には、両側に配置される補強部７の厚み分だけ狭くしている。したがって、補強部を設けていないバインドバーを使用する電池モジュールにおいては、エンドプレートの左右方向の幅を角形電池セルの幅と等しくしてもよい。この場合、エンドプレートの両側面は、突出部のないフラット面として連結穴を設けることができる。また、エンドプレートの上下方向の高さについては、図３に示すように、角形電池セル１の高さよりも多少低くしており、角形電池セル１の上端部及び下端部と対向する部分にはエンドプレート３Ａが対向しないようにしている。これにより、セル反力により押圧されるエンドプレート３Ａの反作用により、角形電池セル１の封口板側の上端部や外装缶の底部と対向する部分が強く押圧されるのを防止している。角形電池セル１の外装缶の開口部を閉塞する封口板と外装缶との接合部や外装缶の底部が損傷するのを防止するためである。
【００３９】
以上のエンドプレート３は、アルミニウム製またはアルミニウム合金製であって、鋳造により製造される。アルミニウム合金としては、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｇ系等が利用できる。このアルミニウム合金製のエンドプレート３は、熱処理型合金である。またアルミニウム合金製のエンドプレート３は、ダイキャストで成型される。またアルミニウム合金製のエンドプレート３は、溶体化処理、焼入れ及び時効熱処理等を含む熱処理によって調質されることが好ましい。
【００４０】
（固定ピン５）
エンドプレート３は、横リブ１３の両端部に形成された連結穴１３Ａに固定ピン５を挿入してバインドバー４が固定される。図４の電池モジュール１０は、固定ピン５をボルト５Ａとするので、横リブ１３の両端部には、連結穴１３Ａとして、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、固定ピンを横リブ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。
【００４１】
（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。
【００４２】
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、好ましくは、鋼板が使用できる。金属板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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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１７を下面側折曲部４５を介して定位置に配置している。
【００４６】
（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３Ａ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３Ａ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３Ａを安定して固定できるようにしている。
【００４７】
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。
【００４８】
さらに、補強部７は、エンドプレート３Ａの両側面から突出する突出部１４を挿入して連結するために連結凹部７Ａを備えている。図４に示す補強部７は、連結凹部７Ａを貫通穴としており、この貫通穴に突出部１４を挿入して、バインドバー４をエンドプレート３Ａに連結している。突出部１４が挿入される連結凹部７Ａは、内径を突出部１４の外径にほぼ等しいが僅かに大きくしている。補強部７の厚さは、突出部１４の突出量とほぼ等しくし、あるいはやや小さくして、突出部１４がバインドバー４を貫通することなく補強部７を貫通するようにしている。固定ピン５のボルト５Ａは、ボルト頭５ａの外径を連結凹部７Ａの内径（突出部１４の外径）よりも大きくしており、バインドバー４に固定された補強部７をエンドプレート３Ａの側面壁１２Ａとボルト５Ａのボルト頭５ａとで挟着してバインドバー４をエンドプレート３Ａに固定している。図に示すバインドバー４は、止め穴４ａの内形をボルト頭５ａの外形よりも大きくしており、エンドプレート３Ａにねじ込まれるボルト５Ａのボルト頭５ａの内面を補強部７の表面に密着させるようにしている。この構造は、バインドバー４から突出するボルト頭の突出量を小さくして電池モジュールの外径を小さくできる。ただ、バインドバーの止め穴は、その内形をボルト頭の外径よりも小さくすることもできる。この構造は、突出部の先端面とボルト頭とでバインドバーを挟着してエンドプレートに固定する。
【００４９】
なお、補強部は必ずしも必要ではなく、バインドバーは、バインドバー主面の両端部の内面を直接にエンドプレートの側面に固定することもできる。この場合、エンドプレートは、両側面から突出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、両側面から突出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内形の止め穴を開口し、この止め穴に突出部を挿入すると共に、突出部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。
【００５０】
以上のように、エンドプレート３Ａの両側面から突出させた突出部１４を、補強部７を介してあるいは直接にバインドバー４に係止する構造は、角形電池セル１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４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。
【００５１】
（実施形態２）
以上の実施形態１では、エンドプレート３に水平方向に延在する横リブ１３を設ける例を示したが、エンドプレートは、横リブに加えて、上下方向に延在する縦リブを設けて、横リブと縦リブとを交差させる構成とすることもできる。このような例を実施形態２として、図５ないし図８に基づいて説明する。これらの図において、図５は電池モジュールの斜視図を、図６は電池モジュールの分解斜視図を、図７は電池モジュールの端部を垂直面内で切断した垂直横断面図を、図８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。これらの図に示す電池モジュール２０は、エンドプレート３Ｂの構成、及びエンドプレート３Ｂの固定構造を除いて、上述した実施形態１の電池モジュールとほぼ同じ構成としている。したがって、上述した電池モジュール１０と同じ構成要素については同符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００５２】
これらの図に示す電池モジュール２０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３Ｂと、一対のエンドプレート３Ｂを連結しているバインドバー４と、エンドプレート３Ｂの側面上でバインドバー４を固定する固定ピン５と、エンドプレート３Ｂを電池モジュール２０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とを備えている。
【００５３】
（エンドプレート３Ｂ）
図７と図８に示すエンドプレート３Ｂは、上下方向に延在する縦リブ１５を対向プレート部１１に一体成形して設けている。図のエンドプレート３Ｂは、左右に離間して２列の縦リブ１５を互いに平行に設けており、上下方向に延在する縦リブ１５と水平方向に延在する横リブ１３とを互いに交差させている。この構造のエンドプレート３Ｂは、縦横に交差する縦リブ１５及び横リブ１３によって、さらに強い曲げ強度を実現できる。図のエンドプレート３Ｂは、周壁部１２の内側において、２列の縦リブ１５を設けている。２列の縦リブ１５は、左右に位置する側面壁１２Ａに対して互いに平行な姿勢であって所定の間隔を設けて成形されている。周壁部１２の内側に形成される縦リブ１５は、その上端部を上面壁１２Ｂに、下端部を底面壁１２Ｃにそれぞれ一体的に連結している。図７に示すエンドプレート３Ｂは、縦リブ１５の下端部を底面壁１２Ｃの下面から下方に突出させて突出部２４を設けている。このエンドプレート３Ｂは、図７に示すように、突出部２４の下端を角形電池セル１の下端面と等しく配置する状態で、対向プレート部１１の下端を角形電池セル１の下端よりも上方に配置するようにしている。これにより、対向プレート部１１の下端部が角形電池セル１の下端部に対向するのを防止している。
【００５４】
さらに、縦リブ１５は、図７に示すように、軸方向に貫通する挿通穴１５Ａを備えている。このエンドプレート３Ｂは、図２に示すように、縦リブ１５の挿通穴１５Ａに固定ボルト６を挿通してエンドプレート３Ｂをベースプレート９に固定するようにしている。この構造は、エンドプレート３Ｂを補強するために構成される縦リブ１５を、固定ボルト６を挿通するための部材に兼用できるので、専用の挿通部材を設けることなく、製造コストを低減できる。また、縦リブ１５に挿通穴１５Ａを開口することで、エンドプレート３Ｂ全体の重量を軽くできる。
【００５５】
さらに、縦リブ１５に挿通穴１５Ａを備えるエンドプレート３Ｂは、図７に示すように、縦リブ１５の挿通穴１５Ａと、横リブ１３の連結穴１３Ａとを同一平面内に位置して設けている。これにより角形電池セル１の積層方向における挿通穴１５Ａと連結穴１３Ａの軸間距離縮めて、エンドプレート３Ｂを薄くすることができる。図に示すエンドプレート３Ｂは、側面から水平方向に穿孔される連結穴１３Ａを挿通穴１５Ａまで貫通させており、連結穴１３Ａと挿通穴１５Ａとを内部で連通させている。このように、連結穴１３Ａを挿通穴１５Ａの位置まで貫通させることで、挿通穴１５Ａの位置を連結穴１３Ａの方向に接近させることができ、これにより、挿通穴１５Ａをエンドプレート３Ｂの両側方向に配置できる。この連結穴１３Ａは、挿通穴１５Ａまで貫通する下孔を穿孔した後、下孔をねじ切りして雌ねじ穴１３ａを設けることができる。この雌ねじ穴１３ａは、挿通穴１５Ａまで届かない深さとなるように連結穴１３Ａの途中まで設けられる。
【００５６】
以上のエンドプレート３Ｂは、両側面をフラット面として、この側面に連結穴１３Ａを設けている。このエンドプレート３Ｂは、図７に示すように、バインドバー４を貫通する固定ピン５のボルト５Ｂが雌ねじ穴１３ａにねじ込まれて、バインドバー４が連結されている。図に示すボルト５Ｂは、バインドバー４の内面に固定された補強部７の連結凹部７Ａに嵌合される嵌合部５ｃを雄ネジ５ｂの後端部に備えている。このボルト５Ｂは、ボルト頭５ａの外径を連結凹部７Ａの内径よりも大きくしており、バインドバー４に固定された補強部７をエンドプレート３Ａの側面とボルト５Ｂのボルト頭５ａとで挟着してバインドバー４をエンドプレート３Ａに固定している。
【００５７】
（固定ボルト６）
さらに、図５と図６に示す電池モジュール２０は、エンドプレート３Ｂの縦リブ１５に設けた挿通穴１５Ａ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２０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】
以上の電池モジュール２０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２０が固定されるプレートであって、電池モジュール２０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２０は、固定ボルト６をエンドプレート３の縦リブ１５に設けた挿通穴１５Ａに挿通し、固定ボルト６の先端をシャーシーの雌ねじ穴（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１０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。
【００５９】
（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。
【００６０】
図９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実施形態１の電池モジュール１０を搭載する例を示す。この図に示す電池モジュール１０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。
【００６１】
また、図１０は、モータのみで走行する電気自動車に実施形態２の電池モジュール２０を搭載する例を示す。この図に示す電池モジュール２０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２０と、この電池モジュール２０の電池を充電する発電機９４と、モータ９３、電池モジュール２０、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２０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２０の角形電池を充電する。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
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】
【００６３】
１…角形電池セル、２…電池積層体、３、３Ａ、３Ｂ…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、５Ｂ…ボルト、５ａ…ボルト頭、５ｂ…雄ネジ、５ｃ…嵌合部、６…固定ボルト、７…補強部、７Ａ…連結凹部、９…ベースプレート、１０、２０…電池モジュール、１１…対向プレート部、１２…周壁部、１２Ａ…側面壁、１２Ｂ…上面壁、１２Ｃ…底面壁、１３…横リブ、１３Ａ…連結穴、１３ａ…雌ねじ穴、１３Ｘ…ボス部、１３Ｙ…連結凹部、１４…突出部、１５…縦リブ、１５Ａ…挿通穴、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、２４…突出部、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】
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【図２】
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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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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
2019031169.tif 000013
2019031169.tif 000014
2019031169.tif 000015
2019031169.tif 000016