(57)【要約】【課題】電池スタックからエンドプレートに荷重が加わっても、エンドプレートとサイドプレートが強固に締結された組電池を提供する。【解決手段】組電池１００は、複数の単電池１０がＸ方向に配列された電池スタック２０と、電池スタック２０の両端部に配置されたエンドプレート３０Ａ、３０Ｂと、エンドプレート３０Ａ、３０Ｂを連結するサイドプレート４０Ａ、４０Ｂと、エンドプレート３０Ａ、３０Ｂとサイドプレート４０Ａ、４０Ｂとを締結し、エンドプレート３０Ａ、３０Ｂ間に拘束荷重を印加する締結部材５０と、を備えている。エンドプレート３０Ａとサイドプレート４０Ａとを締結する複数の締結部材５０は、Ｙ方向に並ぶ複数の第１締結部材５１と、Ｙ方向に並びかつ第１締結部材５１より電池スタック２０側に配置されかつ第１締結部材５１に対してＹ方向に偏倚している複数の第２締結部材５２とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の充放電可能な単電池が電気的に接続された状態で所定方向に配列された電池スタックと、
前記電池スタックの前記所定方向の両端部に配置された一対のエンドプレートと、
前記電池スタックが間に配置され、前記一対のエンドプレートをそれぞれ連結する一対のサイドプレートと、
前記エンドプレートと前記サイドプレートとを締結し、前記一対のエンドプレート間に拘束荷重を印加する複数の締結部材と、を備え、
前記一対のエンドプレートのうちの一のエンドプレートと、前記一対のサイドプレートのうちの一のサイドプレートとを締結する前記複数の締結部材は、第１の方向に並ぶ複数の第１締結部材と、前記第１の方向に並びかつ前記複数の第１締結部材より前記電池スタック側に配置されかつ前記複数の第１締結部材に対して前記第１の方向に偏倚している複数の第２締結部材とを含む、組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の充放電可能な単電池が電気的に接続された電池スタックを有する組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン二次電池等の二次電池は、パソコン、携帯端末等のポータブル電源や、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等の車両駆動用電源などに好適に用いられている。
【０００３】
車両駆動用電源用途においては高出力化のために、二次電池は一般的に、単電池（電池セル）を複数接続して成る組電池の形態として用いられる。組電池では、車両走行時の振動、衝撃等による単電池の位置ずれの防止や、電池特性、電池寿命等を確保するために、単電池内の電極面に対して垂直方向に拘束荷重を印加する必要がある。例えば、特許文献１には、複数の単電池が所定方向に配列された電池スタックと、電池スタックの両端部に配置された一対のエンドプレートと、当該一対のエンドプレートを連結する一対のサイドプレートと、エンドプレートとサイドプレートとを締結して一対のエンドプレート間に拘束荷重を印加する複数の締結部材とを備えた組電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１７５７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電池スタックの各単電池において充放電時に単電池が配列方向に膨張することがある。これにより、電池スタックからエンドプレートに対して荷重が加わる。ここで、一対のエンドプレートは、一対のサイドプレートに複数の締結部材によって締結されている。そして、電池スタックからエンドプレートに対して荷重が加わると、締結部材には引っ張り応力に加えて曲げ応力が発生する。かかる曲げ応力により、一対のエンドプレートと一対のサイドプレートとの締結力が低下してしまう虞がある。電池スタックからエンドプレートに対して荷重が加わっても、締結部材によって一対のエンドプレートとサイドプレートとを確実に締結し、一対のエンドプレートによって電池スタックに拘束荷重を印加する必要がある。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池スタックからエンドプレートに荷重が加わっても、エンドプレートとサイドプレートが強固に締結された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】
本発明に係る組電池は、複数の充放電可能な単電池が電気的に接続された状態で所定方向に配列された電池スタックと、前記電池スタックの前記所定方向の両端部に配置された一対のエンドプレートと、前記電池スタックが間に配置され、前記一対のエンドプレートをそれぞれ連結する一対のサイドプレートと、前記エンドプレートと前記サイドプレートとを締結し、前記一対のエンドプレート間に拘束荷重を印加する複数の締結部材と、を備え、前記一対のエンドプレートのうちの一のエンドプレートと、前記一対のサイドプレートのうちの一のサイドプレートとを締結する前記複数の締結部材は、第１の方向に並ぶ複数の第１締結部材と、前記第１の方向に並びかつ前記複数の第１締結部材より前記電池スタック側に配置されかつ前記複数の第１締結部材に対して前記第１の方向に偏倚している複数の第２締結部材とを含む。
【０００８】
本発明に係る組電池によると、複数の第１締結部材および複数の第２締結部材によって、一のエンドプレートと一のサイドプレートが相互に締結されている。ここで、第１締結部材は第１の方向に並び、第２締結部材は第１の方向に並びかつ第１締結部材より電池スタック側に配置されかつ第１締結部材に対して第１の方向に偏倚している。これにより、締結部材の全てが第１の方向に並んでいる場合と比較して、エンドプレートとサイドプレートとの締結がより広範囲に行われることになり、エンドプレートとサイドプレートとの締結部曲げ剛性を向上させることができる。本発明に係る組電池によれば、締結部材の本数を増やすことなくエンドプレートとサイドプレートとの締結部曲げ剛性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係る組電池を模式的に示す斜視図である。
【図２】拘束荷重とボルト最大応力との関係を示すグラフである。
【図３】他の一実施形態に係る組電池を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、各図面は、模式的に描いており、必ずしも実物を反映しない。また、各図面は、一例を示すのみであり、各図面は、特に言及されない限りにおいて本発明を限定しない。
【００１１】
＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態に係る組電池１００の構造を模式的に示す斜視図である。図１に示すように、組電池１００は、複数の単電池１０を有する電池スタック２０と、一対のエンドプレート３０Ａ、３０Ｂと、一対のサイドプレート４０Ａ、４０Ｂと、複数の締結部材５０とを備えている。
【００１２】
電池スタック２０は、複数の充放電可能な単電池１０が電気的に接続された状態で所定方向（図１の矢印Ｘ方向）に配置されることにより構成されている。単電池１０は、直列または並列に電気的に接続されている。複数の単電池１０の間に、単電池１０以外の部材（例えば、冷却板等）が介在していてもよい。
【００１３】
単電池１０は、好適には全固体電池であり、より好適には全固体リチウム二次電池である。全固体電池は、典型的には、正極、負極、および固体電解質を備える。単電池１０が全固体電池であった場合、正極、負極、および固体電解質の積層方向は、所定方向Ｘと同じである。なお、単電池１０は、非水電解液二次電池であってもよい。非水電解液二次電池は、正極、負極、セパレータ、非水電解液を備える。単電池１０が非水電解液二次電池であった場合、正極、負極、およびセパレータの積層方向は、所定方向Ｘと同じである。よって、単電池１０内の電極面に対して垂直方向に拘束荷重が印加される。また、単電池１０は、燃料電池や、ニッケル水素電池その他の二次電池であってもよい。
【００１４】
なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、いわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。
【００１５】
一対のエンドプレート３０Ａ、３０Ｂは、電池スタック２０の所定方向Ｘの両端部に配置されている。即ち、エンドプレート３０Ａは、電池スタック２０の所定方向Ｘの一方側の端部に配置され、エンドプレート３０Ｂは、電池スタック２０の所定方向Ｘの他の一方側の端部に配置されている。エンドプレート３０Ａ、３０Ｂは、締結部材５０の締結力および電池スタック２０からの反力（荷重）を受ける。従って、エンドプレート３０Ａ、３０Ｂには、これらの力に耐えられる素材と形状が採用される。エンドプレート３０Ａ、３０Ｂは、金属製であっても樹脂製であってもよく、例えば、炭素鋼製であってよい。エンドプレート３０Ａ、３０Ｂは、板状に形成されている。なお、電池スタック２０と一対のエンドプレート３０Ａ、３０Ｂは直接的に接触していてもよいし、これらの間に他の部材を配置して間接的に接触していてもよい。
【００１６】
一対のサイドプレート４０Ａ、４０Ｂの間には、電池スタック２０が配置される。サイドプレート４０Ａ、４０Ｂは、電池スタック２０から離隔している。サイドプレート４０Ａとサイドプレート４０Ｂとは、電池スタック２０を介して対向している。サイドプレート４０Ａ、４０Ｂは、それぞれ一対のエンドプレート３０Ａ、３０Ｂを連結する。即ち、サイドプレート４０Ａは、エンドプレート３０Ａの図１の矢印Ｚ方向の一方側の端部３０ＡＫとエンドプレート３０Ｂの図１の矢印Ｚ方向の一方側の端部３０ＢＫとを連結する。サイドプレート４０Ｂは、エンドプレート３０Ａの図１の矢印Ｚ方向の他方側の端部３０ＡＬとエンドプレート３０Ｂの図１の矢印Ｚ方向の他方側の端部３０ＢＬとを連結する。サイドプレート４０Ａは、板状に形成された第１部分４０ＡＸと、第１部分４０ＡＸの図１の矢印Ｘ方向の一方側の端部に接続され、第１部分４０ＡＸより厚みを有し、エンドプレート３０Ａと連結される第２部分４０ＡＹと、第１部分４０ＡＸの図１の矢印Ｘ方向の他方側の端部に接続され、第１部分４０ＡＸより厚みを有し、エンドプレート３０Ｂと連結される第３部分４０ＡＺと、を有する。サイドプレート４０Ｂは、板状に形成された第１部分４０ＢＸと、第１部分４０ＢＸの図１の矢印Ｘ方向の一方側の端部に接続され、第１部分４０ＢＸより厚みを有し、エンドプレート３０Ａと連結される第２部分４０ＢＹと、第１部分４０ＢＸの図１の矢印Ｘ方向の他方側の端部に接続され、第１部分４０ＢＸより厚みを有し、エンドプレート３０Ｂと連結される第３部分４０ＢＺと、を有する。サイドプレート４０Ａ、４０Ｂは、エンドプレート３０Ａ、３０Ｂと同じ材料から形成されているが、異なる材料から形成されていてもよい。
【００１７】
締結部材５０は、エンドプレート３０Ａおよびサイドプレート４０Ａ、エンドプレート３０Ａおよびサイドプレート４０Ｂ、エンドプレート３０Ｂおよびサイドプレート４０Ａ、エンドプレート３０Ｂおよびサイドプレート４０Ｂをそれぞれ連結する。なお、図１に示す例では、エンドプレート３０Ｂおよびサイドプレート４０Ａ、エンドプレート３０Ｂおよびサイドプレート４０Ｂを連結する締結部材５０の図示は省略している。締結部材５０は、一対のエンドプレート３０Ａ、３０Ｂ間に拘束荷重を印加する。
【００１８】
締結部材５０は、複数の第１締結部材５１と複数の第２締結部材５２とを含む。第１締結部材５１と第２締結部材５２とによって、エンドプレート３０Ａおよびサイドプレート４０Ａ、エンドプレート３０Ａおよびサイドプレート４０Ｂ、エンドプレート３０Ｂおよびサイドプレート４０Ａ、エンドプレート３０Ｂおよびサイドプレート４０Ｂがそれぞれ連結される。第１締結部材５１は、図１の矢印Ｙ方向に並ぶように配置されている。第２締結部材５２は、図１の矢印Ｙ方向に並ぶように配置されている。第２締結部材５２は、第１締結部材５１より電池スタック２０側に配置されている。本実施形態では、第２締結部材５２は、矢印Ｚ方向において、第１締結部材５１の一部と重なるように配置されている。なお、第２締結部材５２は、矢印Ｚ方向において、第１締結部材５１と重ならない位置に配置されていてもよい。第２締結部材５２は、第１締結部材５１に対して偏倚している。即ち、第２締結部材５２は、矢印Ｙ方向において、第１締結部材５１と重ならない位置に配置されている。本実施形態では、Ｙ方向の一方側から他方側に向けて、第２締結部材５２、第１締結部材５１、第２締結部材５２、第１締結部材５１、第２締結部材５２、第２締結部材５２、第１締結部材５１、第２締結部材５２、第１締結部材５１、第２締結部材５２の順に配置されている。エンドプレート３０Ａとサイドプレート４０Ａとを連結する第１締結部材５１および第２締結部材５２の配置と、エンドプレート３０Ａとサイドプレート４０Ｂとを連結する第１締結部材５１および第２締結部材５２の配置とは、矢印Ｚ方向に関して対称である。本実施形態では、エンドプレート３０Ａとサイドプレート４０Ａを締結する際に用いる第１締結部材５１の数は４であり、第２締結部材５２の数は６であるが、これに限定されない。
【００１９】
以上のように、本実施形態の組電池１００によると、複数の第１締結部材５１および複数の第２締結部材５２によって、一対のエンドプレート３０Ａ、３０Ｂと一対のサイドプレート４０Ａ、４０Ｂが相互に締結されている。ここで、第１締結部材５１は矢印Ｙ方向に並び、第２締結部材５２は矢印Ｙ方向に並びかつ第１締結部材５１より電池スタック２０側に配置されかつ第１締結部材５１に対して矢印Ｙ方向に偏倚している。これにより、締結部材５０の全てが矢印Ｙ方向に同一直線上に並んでいる場合と比較して、エンドプレート３０Ａ、３０Ｂとサイドプレート４０Ａ、４０Ｂとの締結がより広範囲に行われることになり、エンドプレート３０Ａ、３０Ｂとサイドプレート４０Ａ、４０Ｂとの締結部曲げ剛性を向上させることができる。即ち、組電池１００では、締結部材５０の本数を増やすことなくエンドプレート３０Ａ、３０Ｂとサイドプレート４０Ａ、４０Ｂとの締結部曲げ剛性を高めることができる。
【００２０】
図２は、締結部材５０に加わる最大応力と、電池スタック２０に加わる拘束荷重との関係を示すグラフである。単電池１０が膨張することによってエンドプレート３０Ａ、３０Ｂに電池スタック２０から荷重が加わると、エンドプレート３０Ａ、３０Ｂとサイドプレート４０Ａ、４０Ｂとを引き離す方向に力が加わる。即ち、締結部材５０に比較的大きな荷重が加わることになる。締結部材５０に所定以上の荷重が加わると、エンドプレート３０Ａ、３０Ｂとサイドプレート４０Ａ、４０Ｂとが遊離してしまい、締結部材５０に加わる荷重が増大する。このため、締結部材５０の強度確保に不利となり得る。図２に示す例では、傾きが変化した点がエンドプレート３０Ａ、３０Ｂとサイドプレート４０Ａ、４０Ｂとの遊離が始まった拘束荷重を示す。図２に示すように、締結部材５０を一列に配置した場合には、図２の点Ｐの位置でエンドプレート３０Ａ、３０Ｂとサイドプレート４０Ａ、４０Ｂとの遊離が始まっている。一方、締結部材５０を本実施形態のように千鳥状に配置した場合には、図２の点Ｑの位置でエンドプレート３０Ａ、３０Ｂとサイドプレート４０Ａ、４０Ｂとの遊離が始まっている。このように、締結部材５０を千鳥状に配置した場合には、より高い拘束荷重までエンドプレート３０Ａ、３０Ｂとサイドプレート４０Ａ、４０Ｂとの遊離を抑制することができる。
【００２１】
＜第２実施形態＞
図３は、本実施形態に係る組電池１００の構造を模式的に示す斜視図である。本実施形態では、Ｙ方向の一方側から他方側に向けて、第２締結部材５２、第１締結部材５１、第１締結部材５１、第１締結部材５１、第２締結部材５２、第２締結部材５２、第１締結部材５１、第１締結部材５１、第１締結部材５１、第２締結部材５２の順に配置されている。本実施形態では、エンドプレート３０Ａとサイドプレート４０Ａを締結する際に用いる第１締結部材５１の数は６であり、第２締結部材５２の数は４であるが、これに限定されない。
【００２２】
本実施形態の組電池１００は、ハイブリッド車や、電気自動車等の車両の駆動用電源等に好適である。
【００２３】
以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態および実施例は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【符号の説明】
【００２４】
１０  単電池
２０  電池スタック
３０Ａ、３０Ｂ  エンドプレート
４０Ａ、４０Ｂ  サイドプレート
５０  締結部材
５１  第１締結部材
５２  第２締結部材
１００  組電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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