(57)【要約】【課題】複数の電池セルの積層方向に長さばらつきが生じる場合でも、積層方向に対して拘束荷重による拘束力を与えつつ外力への耐性を向上させた組電池を提供する。【解決手段】複数の電池セルが積層されたセル積層体と、複数の電池セルの積層方向からセル積層体を挟んで拘束する一対のエンドプレートと、一対のエンドプレート間に装着されるスペーサーとを備え、一対のエンドプレートは、積層方向に対向する第１面及び第２面を有し、第１面に所定方向に第２面との間隔が小さくなるように傾斜する平面又は段差面を有し、スペーサーは、エンドプレートの第１面に接する第３面及び第２面に接する第４面を有し、第３面に所定方向に第４面との間隔が小さくなるように傾斜する平面又は段差面を有しており、スペーサーの平面又は段差面が一対のエンドプレートの平面又は段差面の少なくとも一部と当接する状態で、スペーサーが一対のエンドプレート間に装着される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルを積層してなるセル積層体と、
前記複数の電池セルの積層方向から前記セル積層体を挟んで拘束するための一対のエンドプレートと、
前記一対のエンドプレートの間に装着されるスペーサーと、を備え、
前記一対のエンドプレートは、前記積層方向に対向する第１面及び第２面を有し、少なくとも前記第１面に所定方向に向けて前記第１面と前記第２面との間隔が小さくなるように傾斜する平面又は段差面を有しており、
前記スペーサーは、前記エンドプレートの前記第１面に接する第３面及び前記エンドプレートの前記第２面に接する第４面を有し、少なくとも前記第３面に所定方向に向けて前記第３面と前記第４面との間隔が小さくなるように傾斜する平面又は段差面を有しており、
前記スペーサーの平面又は段差面が前記一対のエンドプレートの平面又は段差面の少なくとも一部と当接する状態で、前記スペーサーが前記一対のエンドプレートの間に装着されている、
組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルを積層した組電池の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に、積層した複数の電池セルを一対のエンドプレートで挟み込み、その一対のエンドプレートを所定の拘束荷重が掛かるように圧縮して拘束バンドで固定した構造の組電池が、開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−０６８０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の組電池において、複数の電池セルの積層方向からの外力耐性を向上させるためには、一対のエンドプレートの間にスペーサーを挟むことなどが考えられる。しかし、個々の電池セルの厚さばらつきなどが原因で複数の電池セルを積層する方向の長さがばらつき、一対のエンドプレートの間隔にばらつきが生じるため、スペーサーの長さを決めることができない。
【０００５】
よって、従来の組電池では、複数の電池セルを積層する方向の長さにばらつきが生じる場合、複数の電池セルの積層方向に対して、所定の拘束荷重による拘束力を与えつつ、外力への耐性を向上させることが難しい、という課題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、複数の電池セルを積層する方向の長さにばらつきが生じる場合であっても、複数の電池セルを積層させた方向に対して、所定の拘束荷重による拘束力を与えつつ、外力への耐性を向上させることができる、組電池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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の一態様による組電池は、複数の電池セルが積層されたセル積層体と、複数の電池セルの積層方向からセル積層体を挟んで拘束するための一対のエンドプレートと、一対のエンドプレートの間に装着されるスペーサーと、を備え、一対のエンドプレートは、積層方向に対向する第１面及び第２面を有し、少なくとも第１面に所定方向に向けて第１面と第２面との間隔が小さくなるように傾斜する平面又は段差面を有しており、スペーサーは、エンドプレートの第１面に接する第３面及びエンドプレートの第２面に接する第４面を有し、少なくとも第３面に所定方向に向けて第３面と第４面との間隔が小さくなるように傾斜する平面又は段差面を有しており、スペーサーの平面又は段差面が一対のエンドプレートの平面又は段差面の少なくとも一部と当接する状態で、スペーサーが一対のエンドプレートの間に装着されている、ことを特徴とする。
【０００８】
この本発明の一態様では、一対のエンドプレートには、積層方向に対向する少なくとも第１面に、所定方向に向けて第１面と第２面との間隔が小さくなるように傾斜する平面又は段差面を形成しておく。スペーサーには、エンドプレートの第１面に接する第３面に、所定方向に向けて第３面と第４面との間隔が小さくなるように傾斜する平面又は段差面を形成しておく。
【０００９】
この一対のエンドプレートの平面又は段差面とスペーサーの平面又は段差面とによる傾斜構造によって、セル積層体の積層方向の長さ、すなわち一対のエンドプレートの間隔がばらついたとしても、そのばらつきが、スペーサーの平面又は段差面を一対のエンドプレートの平面又は段差面の少なくとも一部と当接させることができる所定の範囲内であれば、スペーサーの位置を所定の方向に変えることで、スペーサーを一対のエンドプレートの間に楔のように装着することができる。
【００１０】
このスペーサーによる楔作用によって、一対のエンドプレートの間隔が所定の範囲内でばらつく複数の組電池において、セル積層体に所定の拘束荷重を与えつつ外力からの耐性を向上させることができる。また、所定の範囲内でばらつく組電池に対しては、一対のエンドプレートの間に装着するスペーサーが１形状の部品で済むため、部品コストを低減できる。
【発明の効果】
【００１１】
上記本発明の組電池によれば、複数の電池セルを積層する方向の長さにばらつきが生じる場合であっても、複数の電池セルを積層させた方向に対して、所定の拘束荷重による拘束力を与えつつ、外力への耐性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る組電池の概略構成を説明する図
【図２】スペーサーの一対のエンドプレートへの装着状態を説明する図
【図３】一対のエンドプレートとスペーサーとの寸法関係図
【図４Ａ】本実施形態の変形例１に係る組電池を説明する図
【図４Ｂ】本実施形態の変形例２に係る組電池を説明する図
【図４Ｃ】本実施形態の変形例３に係る組電池を説明する図
【図５】本実施形態に係る組電池を組み立てる手順を説明する図
【図６】変形例に係る組電池を組み立てる手順を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［概要］
本発明の組電池は、複数のセル電池を拘束する一対のエンドプレートの対向面に、所定方向に向けてエンドプレート間隔が小さくなるように傾斜する平面又は段差面を形成し、エンドプレート間に装着するスペーサーにも同じ傾斜の平面又は段差面を形成する。この傾斜により、スペーサーを一対のエンドプレートの間に楔のように装着することができるので、複数の電池セルを積層する方向の長さにばらつきが生じる場合であっても、複数のセル電池に所定の拘束荷重を与えつつ外力からの耐性を向上させることができる。
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明を分かり易くする目的で、各図面に示すように上下左右前後の各方向を予め定義し、この定義に従って実施形態を説明している。
【００１５】
［構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る組電池１の概略構成を説明する図である。図１において、本実施形態に係る組電池１は、セル積層体１０と、一対のエンドプレート２１及び２２と、２つのスペーサー３０と、拘束機構４０と、を含んで構成される。図２は、図１の組電池１を左方向から見たときにおける、スペーサー３０の一対のエンドプレート２１及び２２への装着状態を説明する図である。
【００１６】
セル積層体１０は、複数の電池セル１１が積層された構造体であり、より具体的には、複数の電池セル１１と複数の絶縁板１２とを前後方向（積層方向）に交互に積み重ねて配置させることで構成されている。電池セル１１は、例えばリチウムイオン電池からなる略平板状角型の単位電池である。絶縁板１２は、２つの電池セル１１の間を電気的に絶縁することができる絶縁性能を有する平板状の部材である。図１では、５つの電池セル１１を前後方向に積み重ねたセル積層体１０を例示している。
【００１７】
エンドプレート２１及び２２は、セル積層体１０を挟むように、セル積層体１０の前後方向（積層方向）の両端にそれぞれ配置される。エンドプレート２１は、金属などの高剛性材料からなる略平板状の部材であり、エンドプレート２２と対向する第１面（後方主面）の一部に形成された２つの傾斜面２１ａと、隣接しない一対の上方側面及び下方側面に形成された４つの締結端部２１ｂと、を有している。エンドプレート２２は、金属などの高剛性材料からなる略平板状の部材であり、エンドプレート２１と対向する第２面（前方主面）の一部に形成された２つの傾斜面２２ａと、隣接しない一対の上方側面及び下方側面に形成された４つの締結端部２２ｂと、を有している。
【００１８】
エンドプレート２１及び２２の第１面及び第２面に形成される傾斜面２１ａ及び２２ａは、それぞれ、例えば、上方から下方に向かって所定の勾配で傾斜する平面によって構成することができる。図１及び図２の例では、エンドプレート２１の第１面（後方主面）の左右両側端部において、上方から下方に向かって所定の勾配を有する一定幅の傾斜面２１ａが形成され、エンドプレート２２の第２面（前方主面）の左右両側端部において、上方から下方に向かって所定の勾配を有する一定幅の傾斜面２２ａが形成されている。所定の勾配は、後述するスペーサー３０と整合が取られた角度とされる。一定幅は、同スペーサー３０の厚みと同じにすることができる。
【００１９】
この一対のエンドプレート２１及び２２の第１面及び第２面にそれぞれ形成され、かつ、セル積層体１０を挟む前後方向の配置において対向する位置にある傾斜面２１ａと傾斜面２２ａとによって、エンドプレート２１とエンドプレート２２との間隔、すなわち第１面と第２面との間隔が上方から下方に向けて小さくなる空間が設けられる。
【００２０】
また、締結端部２１ｂは、エンドプレート２１の隣接しない上方側面及び下方側面にそれぞれ２つずつ形成されている。締結端部２２ｂは、エンドプレート２２の隣接しない上方側面及び下方側面にそれぞれ２つずつ形成されている。この締結端部２１ｂと締結端部２２ｂとは、後述する拘束機構４０によって締結されることによって、所定の拘束荷重による拘束力を与えて圧縮した状態でエンドプレート２１とエンドプレート２２との間にセル積層体１０を挟むことができるように構成されている。
【００２１】
拘束機構４０は、所定の拘束荷重で圧縮された状態でセル積層体１０を拘束するために、エンドプレート２１とエンドプレート２２とを連結する拘束部材である。この拘束機構４０は、例えば、エンドプレート２１の締結端部２１ｂからエンドプレート２２の締結端部２２ｂまで前後方向に延びる帯状の２つの拘束バンド４１と、各拘束バンド４１を各締結端部２１ｂ及び２２ｂにカシメることで固定するリベットなどの複数の固定部品４２と、を含んで構成される。
【００２２】
スペーサー３０は、エンドプレート２１の第１面に接する第３面及びエンドプレート２２の第２面に接する第４面を有する、例えば金属などの高剛性材料からなる四角柱状の部材であり、一対のエンドプレート２１及び２２の間に装着される。より具体的には、スペーサー３０は、対向して配置されるエンドプレート２１の第１面に形成された傾斜面２１ａとエンドプレート２２の第２面に形成された傾斜面２２ａとの間に挿入されるように装着される。
【００２３】
なお、図１では、セル積層体１０の左右両側にスペーサー３０がそれぞれ装着されている構造例を示しているが、装着されるスペーサー３０の数は、２つに限られるものではない。
【００２４】
スペーサー３０には、図２に示すように、エンドプレート２１の第１面に接する第３面（前方側面）及びエンドプレート２２の第２面に接する第４面（後方側面）に、所定の勾配で傾斜する傾斜面３０ａｆ及び３０ａｒがそれぞれ形成されている。この傾斜面３０ａｆ及び３０ａｒは、第３面（前方側面）と第４面（後方側面）との間隔が上方から下方に向けて小さくなる平面によって形成される。この傾斜面３０ａｆの勾配は、エンドプレート２１に形成される傾斜面２１ａの勾配に対応しており、典型的には両者の勾配は同じである。また、傾斜面３０ａｒの勾配は、エンドプレート２２に形成される傾斜面２２ａの勾配に対応しており、典型的には両者の勾配は同じである。
【００２５】
スペーサー３０が対応可能な一対のエンドプレート２１及び２２の間隔ばらつきの範囲を、図３を参照して説明する。図３において、Ｌ１Ｓ及びＬ２Ｓは、スペーサー３０の第３面（前方側面）と第４面（後方側面）との間隔の最大寸法及び最小寸法を、Ｌ１ｍａｘＥＰ及びＬ２ｍａｘＥＰは、プラス側にばらついた場合の一対のエンドプレート２１及び２２の間隔の最大寸法及び最小寸法を、Ｌ１ｍｉｎＥＰ及びＬ２ｍｉｎＥＰは、マイナス側にばらついた場合の一対のエンドプレート２１及び２２の間隔の最大寸法及び最小寸法を、ＨＳは、スペーサー３０の傾斜面３０ａｆ及び３０ａｒの上下方向の高さを、ＨＥＰは、エンドプレート２１及び２２の傾斜面２１ａ及び傾斜面２２ａの上下方向の高さを、θは、傾斜面２１ａ、２２ａ、３０ａｆ、及び３０ａｒの勾配を、それぞれ示している。
【００２６】
一対のエンドプレート２１及び２２の間隔がプラス側にばらついたとき（図３（ａ））は、下記の式［１］を満足する。
Ｌ１ｍａｘＥＰ＝Ｌ２ｍａｘＥＰ＋２×ＨＥＰ×ｔａｎθ
＝Ｌ２Ｓ＋２×ＨＥＰ×ｔａｎθ
＝Ｌ１Ｓ−２×ＨＳ×ｔａｎθ＋２×ＨＥＰ×ｔａｎθ
＝Ｌ１Ｓ＋２×（ＨＥＰ−ＨＳ）×ｔａｎθ      …  ［１］
【００２７】
一方、一対のエンドプレート２１及び２２の間隔がマイナス側にばらついたとき（図３（ｂ））は、下記の式［２］を満足する。
Ｌ１ｍｉｎＥＰ＝Ｌ２ｍｉｎＥＰ＋２×ＨＥＰ×ｔａｎθ
＝Ｌ１Ｓ      …  ［２］
【００２８】
これらの式によって、下記の式［３］が成立する。
Ｌ１ｍａｘＥＰ−Ｌ１ｍｉｎＥＰ＝２×（ＨＥＰ−ＨＳ）×ｔａｎθ    …  ［３］
【００２９】
従って、一対のエンドプレート２１及び２２の間隔ばらつきの範囲を「２×（ＨＥＰ−ＨＳ）×ｔａｎθ」以下に抑えることによって、ばらつきをスペーサー３０が吸収することができる。これにより、一対のエンドプレート２１及び２２の間に挿入されたスペーサー３０を、傾斜面３０ａｆが傾斜面２１ａの少なくとも一部に密接し、かつ、傾斜面３０ａｒが傾斜面２２ａの少なくとも一部に密接するように、楔のように作用して装着させることができる。
【００３０】
なお、エンドプレート２１及び２２の傾斜面２１ａ及び２２ａと、スペーサー３０の傾斜面３０ａｆ及び３０ａｒとに、周知の既存技術（スパイク効果が得られる処理など）を施して、接触面の摩擦係数を上げることができる。
【００３１】
［作用・効果］
上述した構造により、本実施形態に係る組電池１では、各電池セル１１や絶縁板１２の厚みなどのばらつきによって、一対のエンドプレート２１及び２２の間隔がばらついたとしても、そのばらつきがスペーサー３０で吸収可能な所定の範囲内であれば、スペーサー３０の位置を上下方向に変えることで、傾斜面３０ａｆが傾斜面２１ａの少なくとも一部に当接し、かつ、傾斜面３０ａｒが傾斜面２２ａの少なくとも一部に当接した状態で、エンドプレート２１とエンドプレート２２との間にスペーサー３０を楔のように装着することができる。
【００３２】
例えば、一対のエンドプレート２１及び２２の間隔が規定値よりも広い場合には、図３（ａ）に示すように、スペーサー３０の傾斜面を、エンドプレート２１及び２２の傾斜面の下側で当接させることができる。一方、一対のエンドプレート２１及び２２の間隔が規定値よりも狭い場合には、図３（ｂ）に示すように、スペーサー３０の傾斜面を、エンドプレート２１及び２２の傾斜面の上側で当接させることができる。
【００３３】
このスペーサー３０による楔作用によって、一対のエンドプレート２１及び２２の間隔が所定の範囲内でばらつく複数の組電池１において、セル積層体１０に所定の拘束荷重を与えつつ外力からの耐性を向上させることができる。また、所定の範囲内でばらつく組電池１に対しては、一対のエンドプレート２１及び２２の間に装着するスペーサー３０が１形状の部品で済むため、部品コストを低減できる。
【００３４】
［変形例］
上記実施形態では、エンドプレート２１及び２２の傾斜面２１ａ及び２２ａと、スペーサー３０の傾斜面３０ａｆ及び３０ａｒとを、図２に示すように上方から下方に向けて傾斜する平面によって形成して、エンドプレート２１とエンドプレート２２との間にスペーサー３０を装着させた。これ以外にも、例えば次のように各傾斜面を形成してもよい。
【００３５】
図４Ａに、エンドプレート２１及び２２の傾斜面２１ａ及び２２ａと、スペーサー３０の傾斜面３０ａｆ及び３０ａｒとを、上方から下方に向けて傾斜する段差面によって形成した変形例１を示す。この変形例１の構造によっても、傾斜面３０ａｆが傾斜面２１ａの少なくとも一部に当接し、かつ、傾斜面３０ａｒが傾斜面２２ａの少なくとも一部に当接した状態で、エンドプレート２１とエンドプレート２２との間にスペーサー３０を楔のように装着することができる。
【００３６】
図４Ｂに、エンドプレート２１及び２２の傾斜面２１ａ及び２２ａと、スペーサー３０の傾斜面３０ａｆ及び３０ａｒとを、上方から下方に向けて傾斜する角度を付けた段差面によって形成した変形例２を示す。この変形例２の構造によっても、傾斜面３０ａｆが傾斜面２１ａの少なくとも一部に当接し、かつ、傾斜面３０ａｒが傾斜面２２ａの少なくとも一部に当接した状態で、エンドプレート２１とエンドプレート２２との間にスペーサー３０を楔のように装着することができる。
【００３７】
また、エンドプレート２１及び２２に形成される傾斜面は、所定の方向に向かって所定の勾配で傾斜していれば、傾斜面２１ａ及び傾斜面２２ａのいずれか一方側だけであってもよい。これに応じて、スペーサー３０に形成される傾斜面も、所定の方向に向かって所定の勾配で傾斜していれば、傾斜面３０ａｆ及び傾斜面３０ａｒのいずれか一方側だけであってもよい。図４Ｃは、エンドプレート２１にだけ傾斜面２１ａを設け、スペーサー３０にも前方側面にだけ傾斜面３０ａｆを設けた変形例３を示している。
【００３８】
また、エンドプレート２１及び２２の傾斜面２１ａ及び２２ａ、スペーサー３０の傾斜面３０ａｆ及び３０ａｒは、一方の傾斜面が平面で他方の傾斜面が段差面で形成されていてもよい。
【００３９】
［組み立て手順］
次に、図５及び図６を参照して、本実施形態に係る組電池１を組み立てる手順を説明する。
【００４０】
図５は、エンドプレート２１及び２２の傾斜面２１ａ及び２２ａと、スペーサー３０の傾斜面３０ａｆ及び３０ａｒとを、図２に示すように上方から下方に向けて傾斜する平面によって形成した組電池１の組み立て手順を示している。
【００４１】
この図５では、以下のステップ１〜５によって組電池１が組み立てられる。
ステップ１：複数の電池セル１１と複数の絶縁板１２とを前後方向（積層方向）に交互に積み重ねて配置させて、セル積層体１０を形成する。
ステップ２：セル積層体１０をエンドプレート２１及び２２によって前後方向（積層方向）の両端から挟み、セル積層体１０を拘束荷重Ｆで圧縮する。
ステップ３：拘束荷重Ｆで圧縮した状態で拘束機構４０によってセル積層体１０を拘束する。
ステップ４：エンドプレート２１とエンドプレート２２との間に、上方からスペーサー３０を挿入する。
ステップ５：傾斜面３０ａｆ及び３０ａｒが傾斜面２１ａ及び２２ａに当接する位置にスペーサー３０を装着する。
【００４２】
図６は、エンドプレート２１及び２２の傾斜面２１ａ及び２２ａと、スペーサー３０の傾斜面３０ａｆ及び３０ａｒとを、図４Ａや図４Ｂに示すように上方から下方に向けて傾斜する段差面によって形成した組電池１の組み立て手順を示している。なお、図６では、傾斜面３０ａｆ及び３０ａｒにおける段差面の図示を省略している。
【００４３】
この図６では、以下のステップ１〜６によって組電池１が組み立てられる。
ステップ１：複数の電池セル１１と複数の絶縁板１２とを前後方向（積層方向）に交互に積み重ねて配置させて、セル積層体１０を形成する。
ステップ２：セル積層体１０をエンドプレート２１及び２２によって前後方向（積層方向）の両端から挟み、セル積層体１０を拘束荷重Ｆよりも値ｘだけ小さい拘束荷重Ｆ−ｘで仮圧縮する。
ステップ３：エンドプレート２１とエンドプレート２２との間に、上方からスペーサー３０を挿入する。
ステップ４：傾斜面３０ａｆ及び３０ａｒが傾斜面２１ａ及び２２ａに当接する位置にスペーサー３０を装着する。
ステップ５：エンドプレート２１及び２２によってセル積層体１０を拘束荷重Ｆで本圧縮する。
ステップ６：拘束荷重Ｆで圧縮した状態で拘束機構４０によってセル積層体１０を拘束する。
【００４４】
なお、上述した組電池１を組み立てる手順はあくまで一例であって、スペーサー３０の形状や拘束機構４０の拘束方式などに応じて適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、複数の電池セルを積層した組電池に利用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１    組電池
１０  セル積層体
１１  電池セル
１２  絶縁板
２１、２２  エンドプレート
２１ａ、２２ａ  傾斜面
２１ｂ、２２ｂ  締結端部
３０  スペーサー
３０ａｆ、３０ａｒ  傾斜面
４０  拘束機構
４１  拘束バンド
４２  固定部品
【図１】
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【図２】
2019075276.tif 000004
【図３】
2019075276.tif 000005
【図４Ａ】
2019075276.tif 000006
【図４Ｂ】
2019075276.tif 000007
【図４Ｃ】
2019075276.tif 000008
【図５】
2019075276.tif 000009
【図６】
2019075276.tif 000010