(57)【要約】  本発明は、電池モジュールの技術分野に属し、エンドプレートの変形による角形電池セルの膨張の抑制を技術的課題とする。  本発明の電池モジュールは、複数の角形電池セルを積層した電池積層体と、その積層方向の両端面に配置した一対のエンドプレートと、それに連結したバインドバーとを備え、エンドプレートは、積層部分を固定した第１の金属板及び第２の金属板と、それらの間に配置した金属ロッドを備え、第１の金属板は、電池積層体の端面形状を外形とするプレート部と、その幅方向の両側縁に設けた両側折曲片とを備え、第２の金属板は、第１の金属板のプレート部に積層して固定された平行プレート部と、その両側に連結されてエンドプレートの幅方向に伸びる折曲凸条を有し、平行プレート部がプレート部に固定されて折曲凸条の内側にエンドプレートの幅方向に伸びる補強筒が形成され、補強筒の内部に、両端部がバインドバーに連結された金属ロッドを配置する。
2019021777.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、
一対の前記エンドプレートに連結されるバインドバーとを備え、
前記エンドプレートは、積層部分を固定してなる第１の金属板及び第２の金属板と、前記第１の金属板と前記第２の金属板との間に配置してなる金属ロッドを備え、
前記第１の金属板は、前記電池積層体の端面形状を外形とするプレート部と、前記プレート部の幅方向の両側縁に設けてなる両側折曲片とを備え、
前記第２の金属板は、前記第１の金属板の前記プレート部に積層して固定されてなる平行プレート部と、前記平行プレート部の両側に連結されて前記エンドプレートの幅方向に伸びる折曲凸条を有し、
前記平行プレート部がプレート部に固定されて前記折曲凸条の内側に前記エンドプレートの幅方向に伸びる補強筒が形成され、
前記補強筒の内部に前記金属ロッドが配置されて、前記金属ロッド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、
前記バインドバーを前記エンドプレートに固定してなる固定ピンを備え、
前記金属ロッド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と前記両側折曲片を貫通して前記金属ロッドの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３】
請求項２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、前記金属ロッド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んで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が、互いに平行に並ぶ複数列の前記補強筒を有することを特徴とする電池モジュール。
【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、
前記第１の金属板が、前記プレート部の上下縁に連結してなる水平折曲片を有し、
前記第２の金属板の前記折曲凸条が、頂上面とその側縁に連結してなる立ち上り部とを有し、
前記第１の金属板の前記水平折曲片の端縁が前記折曲凸条の頂上面の一方の側縁に連結されて、
第１の金属板の前記水平折曲片及び前記プレート部と、前記第２の金属板の前記頂上面及び立ち上り部とで四角筒状の前記補強筒が形成されてなることを特徴とする電池モジュール。
【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、
前記金属ロッドの端部が、前記バインドバーを貫通することなく前記両側折曲片を貫通し、または前記バインドバーと前記両側折曲片とを貫通してなることを特徴とする電池モジュール。
【請求項７】
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、
一対の前記エンドプレートに連結されるバインドバーとを備え、
前記エンドプレートは、互いに積層している部分を固定してなる第１の金属板及び第２の金属板を備え、
前記第１の金属板は、前記電池積層体の端面形状を外形とするプレート部と、前記プレート部の幅方向の両側縁に設けてなる、前記バインドバーが連結される両側折曲片とを備え、
前記第２の金属板は、前記第１の金属板の前記プレート部に積層して固定されてなる複数列の平行プレート部と、前記平行プレート部の間にあって前記エンドプレートの幅方向に伸びる複数列の折曲凸条を有し、
前記第１の金属板の前記プレート部に前記第２の金属板の平行プレート部が固定されて、第１の金属板のプレート部と第２の金属板の前記折曲凸条とで、幅方向に伸びる筒状の補強筒を形成し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、前記第１の金属板を前記電池積層体の対向面に配置してなることを特徴とする電池モジュール。
【請求項９】
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、前記第２の金属板を前記電池積層体の対向面に配置してなることを特徴とする電池モジュール。
【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、一対のエンドプレート３に連結されるバインドバー４とを備えている。エンドプレート３は、積層部分を固定してなる第１の金属板１１及び第２の金属板１２と、第１の金属板１１と第２の金属板１２との間に配置してなる金属ロッド１３を備えている。第１の金属板１１は、電池積層体２の端面形状を外形とするプレート部１１Ａと、プレート部１１Ａの幅方向の両側縁に設けてなる両側折曲片１１Ｂとを備え、第２の金属板１２は、第１の金属板１１のプレート部１１Ａに積層して固定されてなる平行プレート部１２Ｂと、平行プレート部１２Ｂの両側に連結されてエンドプレート３の幅方向に伸びる折曲凸条１２Ａを有し、平行プレート部１２Ｂがプレート部１１Ａに固定されて折曲凸条１２Ａの内側にエンドプレート３の幅方向に伸びる補強筒１４が形成されており、補強筒１４の内部に金属ロッド１３が配置されて、金属ロッド１３の両端部にバインドバー４が連結されている。【０００７】
本発明の他の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、一対のエンドプレート３に連結されるバインドバー４とを備えている。エンドプレート３は、互いに積層している部分を固定してなる第１の金属板２１、３１及び第２の金属板２２、３２を備え、第１の金属板２１、３１は、電池積層体２の端面形状を外形とするプレート部２１Ａ、３１Ａと、プレート部２１Ａ、３１Ａの幅方向の両側縁に設けてなる、バインドバー４が連結される両側折曲片２１Ｂ、３１Ｂとを備え、第２の金属板２２、３２は、第１の金属板２１、３１のプレート部２１Ａ、３１Ａに積層して固定されてなる複数列の平行プレート部２２Ｂ、３２Ｂと、平行プレート部２２Ｂ、３２Ｂの間にあってエンドプレート３の幅方向に伸びる複数列の折曲凸条２２Ａ、３２Ａを有し、第１の金属板２１、３１のプレート部２１Ａ、３１Ａに第２の金属板２２、３２の平行プレート部２２Ｂ、３２Ｂが固定されて、第１の金属板２１、３１のプレート部２１Ａ、３１Ａと第２の金属板２２、３２の折曲凸条２２Ａ、３２Ａとで、幅方向に伸びる筒状の補強筒２４、３４を形成している。【０００８】
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についても、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００９】
上記の一の態様の電池モジュールによれば、第１の金属板は、プレート部の両側にバインドバーを連結する両側折曲片を設けているので、第１の金属板の上下方向に対する高い曲げ強度を有している。第２の金属板は、平行プレート部の両側に折曲凸条を設けているので、第２の金属板の幅方向に対する高い曲げ強度を有している。エンドプレートは、第２の金属板の平行プレート部を第１の金属板のプレート部に固定して、折曲凸条部の内側に補強筒を形成しているので、エンドプレートの上下方向および幅方向に対する高い曲げ強度を有している。さらに、エンドプレートは、補強筒の内部に配置される金属ロッドが配置されているので、エンドプレートの幅方向に対する極めて高い曲げ強度を有している。従って、以上の構成によれば、充分な強度を有す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抑制することができる。【００１０】
また、上記の他の態様の電池モジュールによれば、第１の金属板は、プレート部の両側にバインドバーを連結する両側折曲片を設けているので、第１の金属板の上下方向に対する高い曲げ強度を有している。第２の金属板は、複数の平行プレート部の間に複数列の折曲凸条を設けているので、第２の金属板の幅方向に対する高い曲げ強度を有している。エンドプレートは、第２の金属板の平行プレート部を第１の金属板のプレート部に固定して、折曲凸条部の内側に補強筒を形成しているので、エンドプレートの上下方向および幅方向に対する高い曲げ強度を有している。従って、以上の構成によれば、充分な強度を有す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抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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】エンドプレートとバインドバーの連結構造の他の一例を示す水平断面図である。
【図６】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７】図６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８】本発明の実施形態３に係る電池モジュールを示す斜視図である。
【図９】図８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１０】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１１】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】
【００１２】
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セルは、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。
【００１３】
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。
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い。
【００１４】
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。
【００１５】
（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１０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。さらに、図５は、図４の電池モジュールに対して、エンドプレートとバインドバーの固定部の構造が異なる他の一例を示す水平断面図を示している。
【００１６】
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６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、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とを備える。
【００１７】
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。
【００１８】
角形電池セル１は、外形を幅よりも厚さを薄くした角形とする外装缶の開口部を封口板で閉塞して、封口板に正負の電極端子を設けて、この電極端子にバスバーを接続している。角形電池セル１を互いに直列に接続する電池モジュールは、出力電圧を高くして出力を大きくでき、並列に接続する電池モジュールは電流容量を大きくできる。角形電池セル１は、リチウムイオン二次電池などの非水系電解液二次電池である。ただし、角形電池セルは、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等、現在使用され、あるいはこれから開発される全ての二次電池とすることもできる。
【００１９】
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２ないし図５に示すエンドプレート３Ａは、セル反力に耐える強度を実現するために、第１の金属板１１と第２の金属板１２とを積層状態に固定し、さらに金属ロッド１３で補強している。第１の金属板１１と第２の金属板１２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。金属ロッド１３も鉄や鉄合金などの金属製で、図の金属ロッド１３は円柱状の金属棒である。ただし、金属ロッドには中空状の金属パイプも使用できる。
【００２０】
第１の金属板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第１の金属板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の外形である四角形のプレート部１１Ａの外周の４辺に、両側折曲片１１Ｂと水平折曲片１１Ｃ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、水平折曲片１１Ｃはプレート部１１Ａの上下縁に連結している。
【００２１】
両側折曲片１１Ｂは垂直面内にあって、外面に密着するバインドバー４を連結し、また補強リブとなってエンドプレート３Ａの上下方向の曲げ強度を向上する。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の貫通穴１１ｂを設けている。図３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つの貫通穴１１ｂを設けている。
【００２２】
図４と図５の水平断面図に示す両側折曲片１１Ｂは、貫通穴１１ｂに金属ロッド１３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。金属ロッド１３が貫通する貫通穴１１ｂは、内径を金属ロッド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、金属ロッド１３の端部がバインドバー４を貫通することなく両側折曲片１１Ｂを貫通してバインドバー４をエンドプレート３Ａに連結している。
この連結構造は、ボルト５Ａのボルト頭５ａと金属ロッド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３Ａに固定する。図５の電池モジュール１０は、金属ロッド１３の端部が両側折曲片１１Ｂとバインドバー４の両方を貫通する。この連結構造は、金属ロッド１３が両側折曲片１１Ｂの貫通穴１１ｂ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３Ａに連結されるので、バインドバー４の止め穴４ａの内径を金属ロッド１３の外径よりも大きくして、金属ロッド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３Ａを僅かに移動できる。
【００２３】
第１の金属板１１に設けた水平折曲片１１Ｃは、第２の金属板１２の上縁が固定されて、水平折曲片１１Ｃ及びプレート部１１Ａと、第２の金属板１２の折曲凸条１２Ａとでエンドプレート３Ａの上下縁に四角筒状の補強筒１４を形成する。図３の垂直断面図に示すエンドプレート３Ａは、水平折曲片１１Ｃの外側に突出する先端縁を、第２の金属板１２の上下の端縁に溶接して、四角形の補強筒１４を設けている。図のエンドプレート３Ａは、第２の金属板１２の上下縁を内側に折曲加工して溶接シロ１２ｃを設けて、溶接シロ１２ｃを水平折曲片１１Ｃの内面に積層して溶接して固定している。さらに、図３の電池モジュール１０は、エンドプレート３Ａの下面にベースプレート９を設けているので、第２の金属板１２の下縁をベースプレート９に溶接して固定している。補強筒１４は内部に金属ロッド１３を配置するので、水平折曲片１１Ｃの折曲幅を金属ロッド１３の外径よりも大きくして、補強筒１４の内部に金属ロッド１３を配置する。
【００２４】
第２の金属板１２は、金属板をプレス加工して、第１の金属板１１のプレート部１１Ａに積層して固定される平行プレート部１２Ｂの両側にエンドプレート３Ａの幅方向に伸びる折曲凸条１２Ａを設けている。折曲凸条１２Ａは、頂上面１２ａの側縁に立ち上り部１２ｂを連結する形状で、立ち上り部１２ｂによって頂上面１２ａを平行プレート部１２Ｂから離して、頂上面１２ａの内側に金属ロッド１３を配置する。図３のエンドプレート３Ａは、折曲凸条１２Ａの頂上面１２ａの一方の側縁を第１の金属板１１の水平折曲片１１Ｃの端縁に連結して、第１の金属板１１の水平折曲片１１Ｃ及びプレート部１１Ａと、第２の金属板１２の頂上面１２ａ及び立ち上り部１２ｂとで四角筒状の補強筒１４を形成している。頂上面１２ａ及び立ち上り部１２ｂの幅は金属ロッド１３の外径よりも大きく、補強筒１４の内部に金属ロッド１３を配置している。
【００２５】
図３に示す第２の金属板１２は、上下に２列の折曲凸条１２Ａを設けている。この図の折曲凸条１２Ａは、頂上面１２ａと立ち上り部１２ｂとからなり、頂上面１２ａの片側を立ち上り部１２ｂを介して平行プレート部１２Ｂに連結する形状としている。頂上面１２ａと立ち上り部１２ｂと平行プレート部１２Ｂとは一枚の金属板をプレス加工して製作される。平面状の金属板を折曲加工して製作される第２の金属板１２は、頂上面１２ａと立ち上り部１２ｂとの間を折曲する角度と、立ち上り部１２ｂと平行プレート部１２Ｂとの間を折曲する角度とをほぼ直角として、頂上面１２ａを平行プレート部１２Ｂと平行に配置している。図３に示す第２の金属板１２は、頂上面１２ａと立ち上り部１２ｂとの折曲角と、立ち上り部１２ｂと平行プレート部１２Ｂとの折曲角を直角よりもわずかに大きくして、対向する折曲凸条１２Ａの立ち上り部１２ｂ同士を頂上面１２ａに向かってわずかに間隔を広くするテーパー状としている。図３に示すエンドプレート３Ａは、第１の金属板１１の水平折曲片１１Ｃを補強筒１４の一辺とするので、頂上面１２ａの他方の側縁には第１の金属板１１の水平折曲片１１Ｃを溶着して、第１の金属板１１の水平折曲片１１Ｃ及びプレート部１１Ａと、第２の金属板１２の頂上面１２ａ及び立ち上り部１２ｂとで四角形の補強筒１４を形成している。ただし、本発明の電池モジュールは、図示しないが、頂上面の両側に立ち上り部のある折曲凸条を第２の金属板に設けて、両側の立ち上り部と頂上面と第１の金属板のプレート部とで補強筒を形成することもできる。
【００２６】
金属ロッド１３は、補強筒１４の内部に配置されて、両端部に固定ピン５を連結している。金属ロッド１３は第１の金属板１１に溶接して固定される。図４と図５のエンドプレート３Ａは、金属ロッド１３の両端を第１の金属板１１の両側折曲片１１Ｂの内面に溶接して固定している。金属ロッド１３は、第２の金属板１２を第１の金属板１１に固定する前工程で第１の金属板１１に溶接して固定される。金属ロッド１３は、中間部分を第１の金属板１１の表面に溶接して固定して、第１の金属板１１と一体構造とすることもできる。
【００２７】
金属ロッド１３は、両端部に固定ピン５を挿入して、バインドバー４をエンドプレート３Ａに固定する。したがって、金属ロッド１３の両端部には、固定ピン５を挿入して連結する連結穴１５を設けている。図４と図５の金属ロッド１３は、円柱状の金属棒を使用するので、両端部に所定の深さで連結穴１５を設けている。ただ、金属ロッド１３には金属パイプも使用できるので、金属パイプは両端部の内面に連結穴を設けて、固定ピン５を挿入する。
【００２８】
図４と図５のエンドプレート３Ａは、固定ピン５をボルト５Ａとするので、金属ロッド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１５ａを設けている。雌ねじ穴１５ａ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と第１の金属板１１の両側折曲片１１Ｂとを貫通して、雌ねじ穴１５ａにねじ込まれて、バインドバー４をエンドプレート３Ａに固定する。図４の連結構造は、金属ロッド１３がバインドバー４を貫通することなく第１の金属板１１の両側折曲片１１Ｂを貫通し、ボルト頭５ａと金属ロッド１３の端面とでバインドバー４を挟着してバインドバー４をエンドプレート３Ａに固定する。図５の連結構造は、金属ロッド１３が第１の金属板１１の両側折曲片１１Ｂとバインドバー４の両方を貫通し、ボルト頭５ａが金属ロッド１３の端面に密着されてバインドバー４をエンドプレート３Ａに連結する。
【００２９】
図３のエンドプレート３Ａは、上面と下面とを第１の金属板１１に設けた水平折曲片１１Ｃで構成するが、エンドプレートは、図示しないが、エンドプレートの上面と下面とを第２の金属板で構成することもできる。
【００３０】
バインドバー４は上下幅をエンドプレート３Ａの上下幅とする金属板で、上縁を内側に折曲して折曲部４ｂを設けている。折曲部４ｂは、電池積層体２の上面に配置されて、複数の角形電池セル１を定位置に保持する。さらに、図のバインドバー４は１枚の金属板で構成するが、バインドバーは上下に分離した複数の金属板やその他の補強板で構成することもできる。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。
【００３１】
（実施形態２）
以上の例では、エンドプレート３を第１の金属板１１と第２の金属板１２と金属ロッド１３とで構成する例を説明した。ただ、この構成に限られず、エンドプレートは、第１の金属板と第２の金属板とで構成してもよい。このような例を実施形態２として、図６と図７に示す。図６は電池モジュール２０の斜視図を、図７は電池モジュール２０のエンドプレート３Ｂにおける垂直断面図を示している。これらの図に示す電池モジュール２０は、電池積層体２の積層方向の両端面に配置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を連結して電池積層体２を加圧状態に保持するバインドバー４とを備える。エンドプレート３Ｂは、互いに積層している部分を固定している、金属板をプレス加工して製作してなる第１の金属板２１及び第２の金属板２２とを備える。このエンドプレート３Ｂは、第１の金属板２１を電池積層体２側に配置する。
【００３２】
第１の金属板２１は、プレート部２１Ａの両側を直角に折曲して両側折曲片２１Ｂを設けている。プレート部２１Ａは、電池積層体２の端面形状を外形とし、このプレート部２１Ａの幅方向の両側を外側に折曲して両側折曲片２１Ｂを設けている。両側折曲片２１Ｂは、バインドバー４を連結するために、固定ピン５のボルト５Ａを挿通する貫通穴を設けている。この図に示す第１の金属板２１は、両側折曲片２１Ｂに３つの貫通穴を設けている。このエンドプレート３Ｂは、バインドバー４と両側折曲片２１Ｂを貫通するボルト５Ａにナット１６がねじ込まれて、バインドバー４が固定される。
【００３３】
第２の金属板２２は、複数列の平行プレート部２２Ｂと折曲凸条２２Ａとを交互に配置して互いに平行に設けている。平行プレート部２２Ｂは、第１の金属板２１のプレート部２１Ａに積層されて、溶接などの方法で固定される。折曲凸条２２Ａは、平行プレート部２２Ｂの間にあって、エンドプレート３Ｂの外側に突出するように設けられる。折曲凸条２２Ａは複数設けられて、互いにエンドプレート３Ｂの幅方向に伸びるように平行に配置される。図のエンドプレート３Ｂは、両側折曲片２１Ｂの貫通穴２１ｂの間に配置して、２列の折曲凸条２２Ａを設けている。折曲凸条２２Ａ部は端縁を両側折曲片２１Ｂの内面に配置するので、折曲凸条２２Ａを貫通穴２１ｂの間に配置する構造は、両側折曲片２１Ｂの幅を広くすることなく折曲凸条２２Ａを高くして、エンドプレート３Ｂの幅方向の曲げ強度を向上できる。
【００３４】
折曲凸条２２Ａは山形で、平行プレート部２２Ｂがプレート部２１Ａに固定されて、エンドプレート３Ｂの幅方向に伸びる２列の補強筒２４が設けられる。金属板が筒状に連結された補強筒２４は、エンドプレート３Ｂの幅方向、図において左右方向の曲げ強度を著しく向上する。図のエンドプレート３Ｂは、２列の補強筒２４の間とその両側に貫通穴２１ｂを設けて、固定ピン５であるボルト５Ａを介して３カ所でバインドバー４をエンドプレート３Ｂに固定する。この構造は、両側折曲片２１Ｂが均等にバインドバー４に連結され、さらに、２列の補強筒２４で均等にエンドプレート３Ｂの曲げ強度を向上できる。
【００３５】
（実施形態３）
実施形態２の電池モジュール２０のエンドプレート３Ｂとして、第１の金属板２１を電池積層体２側に配置する例を説明したが、第２の金属板を電池積層体側に配置することもできる。このような例のエンドプレート３Ｃを備える実施形態３の電池モジュール３０を図８と図９に示す。ただし、図８は電池モジュール３０の斜視図を、図９は電池モジュール３０のエンドプレート３Ｃにおける垂直断面図を示している。
【００３６】
以上の図に示すエンドプレート３Ｃは、第２の金属板３２の折曲凸条３２Ａの頂上面３２ａを平面状として、第２の金属板３２を電池積層体２側に配置する。折曲凸条３２Ａは、頂上面３２ａの両側に立ち上り部３２ｂを設けて、立ち上り部３２ｂを平行プレート部３２Ｂに連結する形状としている。頂上面３２ａは所定の幅として、電池積層体２との接触面積を大きくしている。頂上面３２ａと電池積層体２との接触面積が小さいと、セル反力による対向面積の圧力が大きくなるからである。電池積層体２は角形電池セル１が膨張してセル反力が発生するが、このセル反力は頂上面３２ａに作用する。折曲凸条３２Ａの頂上面３２ａの面積を広くして、セル反力による単位面積の押圧力、すなわち圧力を小さくできる。したがって、第２の金属板３２を電池積層体２側に配置するエンドプレート３Ｃは、折曲凸条３２Ａの頂上面３２ａの幅を広くし、電池積層体２との接触面積を大きくしてセル反力による圧力を低くする。
【００３７】
第１の金属板３１は、プレート部３１Ａの両側を直角に折曲して両側折曲片３１Ｂを設けている。プレート部３１Ａは、幅方向の両側を外側に折曲して両側折曲片３１Ｂを設けている。両側折曲片３１Ｂは、バインドバー４を連結するために、固定ピン５のボルト５Ａを挿通する貫通穴を設けている。この図に示す第１の金属板３１は、両側折曲片３１Ｂに３つの貫通穴を設けている。このエンドプレート３Ｃは、バインドバー４と両側折曲片３１Ｂを貫通するボルト５Ａにナット１６がねじ込まれて、バインドバー４が固定される。
【００３８】
以上のエンドプレート３Ｃは、第１の金属板３１の電池積層体２側に第２の金属板３２が固定されて、折曲凸条３２Ａと第１の金属板３１のプレート部３１Ａとで補強筒３４が形成され、補強筒３４がエンドプレート３Ｃを補強して曲げ強度を向上させる。
【００３９】
（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１００を構築して搭載する例を示す。
【００４０】
図１０は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両ＨＶは、車両本体９０と、この車両本体９０を走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、これらのエンジン９６及び走行用のモータ９３で駆動される車輪９７と、モータ９３に電力を供給する電源装置１００と、電源装置１００の電池を充電する発電機９４とを備えている。電源装置１００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、電源装置１００の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、電源装置１００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、電源装置１００の電池を充電する。
【００４１】
また、図１１は、モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両ＥＶは、車両本体９０と、この車両本体９０を走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３で駆動される車輪９７と、このモータ９３に電力を供給する電源装置１００と、この電源装置１００の電池を充電する発電機９４とを備えている。電源装置１００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、電源装置１００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、電源装置１００の電池を充電する。
【００４２】
なお、実施の形態は、以下の構成によって特定されてもよい。
本発明の一の側面にかかる電池モジュールによれば、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、一対のエンドプレート３に連結されるバインドバー４とを備え、エンドプレート３は積層部分を固定してなる第１の金属板１１及び第２の金属板１２と、第１の金属板１１と第２の金属板１２との間に配置してなる金属ロッド１３を備え、第１の金属板１１は電池積層体２の端面形状を外形とするプレート部１１Ａと、プレート部１１Ａの幅方向の両側縁に設けてなる両側折曲片１１Ｂとを備え、第２の金属板１２は第１の金属板１１のプレート部１１Ａに積層して固定されてなる平行プレート部１２Ｂと、平行プレート部１２Ｂの両側に連結されてエンドプレート３の幅方向に伸びる折曲凸条１２Ａを有し、平行プレート部１２Ｂがプレート部１１Ａに固定されて折曲凸条１２Ａの内側にエンドプレート３の幅方向に伸びる補強筒１４が形成されて、補強筒１４の内部に金属ロッド１３が配置されて、金属ロッド１３の両端部にバインドバー４を連結することができる。
【００４３】
以上の電池モジュールは、エンドプレートを軽量化しながら充分な強度にできる特徴がある。それは、以上の電池モジュールが、エンドプレートを積層状態に固定している第１の金属板と第２の金属板とで構成し、第１の金属板はプレート部の両側にバインドバーを連結する両側折曲片を設けて上下方向の曲げ強度を向上し、さらに第２の金属板は平行プレート部の両側に折曲凸条を設けて、折曲凸条で幅方向の曲げ強度を向上し、さらに第２の金属板の平行プレート部を第１の金属板のプレート部に固定して、折曲凸条部の内側に補強筒を形成するので、この補強筒でもってさらにエンドプレートの幅方向の曲げ強度を向上し、さらにまた、補強筒の内部には金属ロッドを配置してエンドプレートの曲げ強度を著しく向上しているからである。とくに、以上の電池モジュールは、互いに積層状態に固定している第１の金属板と第２の金属板とで補強筒を形成して、エンドプレートの幅方向の曲げ強度を向上するが、補強筒は中空の筒状として曲げ強度を向上するので、エンドプレートを軽量化しながら充分な強度をできるという、電池モジュールにとって特に大切な特性を実現する。
【００４４】
また、電池モジュールは、バインドバー４をエンドプレート３に固定してなる固定ピン５を備え、金属ロッド１３が固定ピン５の連結穴１５を両端部に有し、固定ピン５がバインドバー４と両側折曲片１１Ｂを貫通して金属ロッド１３の連結穴１５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。
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金属ロッドの端部に連結して、バインドバーをエンドプレートに固定するので、金属ロッドを固定ピンの固定具に併用しながら、バインドバーとエンドプレートと金属ロッドとを一体構造として強固に連結できる特徴がある。
【００４５】
さらに、電池モジュールは、固定ピン５がボルト５Ａで、金属ロッド１３の連結穴１５が雌ねじ穴１５ａで、ボルト５Ａを雌ねじ穴１５ａ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、ボルトを金属ロッド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、金属ロッド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、金属ロッド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。
【００４６】
さらにまた、エンドプレート３は、互いに平行に並ぶ複数列の補強筒１４を有することができる。
以上の電池モジュールは、互いに平行に並ぶ複数列の補強筒によってエンドプレートを極めて強靭な構造にできる特徴がある。また、複数列の補強筒は、第２の金属板を折曲加工する形状を変更して設けることができるので、簡単な加工で能率よく多量生産してエンドプレートを軽量化しながら強靭な構造にできる特徴がある。
【００４７】
さらにまた、電池モジュールは、第１の金属板１１が、プレート部１１Ａの上下縁に連結してなる水平折曲片１１Ｃを有し、第２の金属板１２の折曲凸条１２Ａが、頂上面１２ａとその側縁に連結してなる立ち上り部１２ｂとを有し、第１の金属板１１の水平折曲片１１Ｃの端縁を折曲凸条１２Ａの頂上面１２ａの一方の側縁に連結して、第１の金属板１１の水平折曲片１１Ｃ及びプレート部１１Ａと、第２の金属板１２の頂上面１２ａ及び立ち上り部１２ｂとで四角筒状の補強筒１１を形成することができる。
【００４８】
さらにまた、電池モジュールは、金属ロッド１３の端部が、バインドバー４を貫通することなく両側折曲片１１Ｂを貫通し、またはバインドバー４と両側折曲片１１Ｂとを貫通することができる。
【００４９】
本発明の他の側面にかかる電池モジュールによれば、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、一対のエンドプレート３に連結されるバインドバー４とを備え、エンドプレート３は互いに積層している部分を固定してなる第１の金属板２１、３１及び第２の金属板２２、３２を備え、第１の金属板２１、３１は電池積層体２の端面形状を外形とするプレート部２１Ａ、３１Ａと、プレート部２１Ａ、３１Ａの幅方向の両側縁に設けてなる、バインドバー４が連結される両側折曲片２１Ｂ、３１Ｂとを備え、第２の金属板２２、３２は第１の金属板２１、３１のプレート部２１Ａ、３１Ａに積層して固定されてなる複数列の平行プレート部２２Ｂ、３２Ｂと、平行プレート部２２Ｂ、３２Ｂの間にあってエンドプレート３の幅方向に伸びる複数列の折曲凸条２２Ａ、３２Ａを有し、第１の金属板２１、３１のプレート部２１Ａ、３１Ａに第２の金属板２２、３２の平行プレート部２２Ｂ、３２Ｂが固定されて、第１の金属板２１、３１のプレート部２１Ａ、３１Ａと第２の金属板２２、３２の折曲凸条２２Ａ、３２Ａとで、幅方向に伸びる筒状の補強筒２４、３４を形成することができる。
【００５０】
以上の電池モジュールは、エンドプレートを軽量化しながら充分な強度にできる特徴がある。それは、以上の電池モジュールが、エンドプレートを積層状態に固定している第１の金属板と第２の金属板とで構成し、第１の金属板はプレート部の両側にバインドバーを連結する両側折曲片を設けて上下方向の曲げ強度を向上し、さらに第２の金属板に複数列の折曲凸条を設けて幅方向の曲げ強度を向上し、さらに第１の金属板のプレート部に第２の金属板の平行プレート部を固定して、第１の金属板のプレート部と第２の金属板の折曲凸条とで幅方向に伸びる筒状の補強筒を形成することにより、この補強筒でもってさらにエンドプレートの幅方向の曲げ強度が向上するからである。とくに、以上の電池モジュールは、互いに積層状態に固定している第１の金属板と第２の金属板とで幅方向に伸びる中空筒状の補強筒を形成して、エンドプレートの幅方向の曲げ強度を向上するので、エンドプレートを軽量化しながら充分な強度をできる特徴を実現する。
【００５１】
また、電池モジュールは、エンドプレート３Ａ、３Ｂが、第１の金属板１１、２１を電池積層体２の対向面に配置することができる。
【００５２】
さらにまた、電池モジュールは、エンドプレート３Ｃが、第２の金属板３２を電池積層体２の対向面に配置することができる。
【００５３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明に係る電池モジュール及びこれを装備する車両は、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】
【００５５】
１…角形電池セル、２…電池積層体、３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ…エンドプレート、４…バインドバー、４ａ…止め穴、４ｂ…折曲部、５…固定ピン、５Ａ…ボルト、５ａ…ボルト頭、５ｂ…雄ネジ、６…セパレータ、９…ベースプレート、１０、２０、３０…電池モジュール、１１、２１、３１…第１の金属板、１１Ａ、２１Ａ、３１Ａ…プレート部、１１Ｂ、２１Ｂ、３１Ｂ…両側折曲片、１１ｂ…貫通孔、１１Ｃ…水平折曲片、１２、２２、３２…第２の金属板、１２Ａ、２２Ａ、３２Ａ…折曲凸条、１２ａ、３２ａ…頂上面、１２ｂ、３２ｂ…立ち上り部、１２ｃ…溶接シロ、１２Ｂ、２２Ｂ、３２Ｂ…平行プレート部、１３…金属ロッド、１４、２４、３４…補強筒、１５…連結穴、１５ａ…雌ねじ穴、１６…ナット、９０…車両本体、９３…モータ、９４…発電機、９５…ＤＣ／ＡＣインバータ、９６…エンジン、９７…車輪、１００…電源装置、ＨＶ…車両、ＥＶ…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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【図１１】
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【国際調査報告】
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2019021777.tif 000015
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