(57)【要約】【課題】各二次電池に印加される面圧の均一化を図ることが可能である組電池を提供する。【解決手段】電極端子１０４、１０５が外装部材の外周縁から導出した複数の二次電池１０を同一平面上に配列したサブモジュール３０ａ〜３０ｋを中間プレート４１を介装して複数個積層されたモジュール積層体４０と、モジュール積層体４０の最上段及び最下段にそれぞれ積層された一対のエンドプレート２１ａ、２２ａと、当該エンドプレート２１ａ、２２ａを介してを介して複数の二次電池１０を加圧するロッド５１及びナット５２と、を備えた組電池１００であって、エンドプレート２１ａ、２２ａは、ロッド５１及びナット５２により加圧される当該エンドプレートの各加圧点に基づいて設定される加圧中心での剛性が最も高くなるように形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介して積層した電極板を外装部材に収容して封止すると共に、前記電極板に接続された電極端子が前記外装部材の外周縁から導出した二次電池が複数個積層された電池積層体と、
前記電池積層体の最上段及び最下段にそれぞれ積層された一対の板状部材と、
前記一対の板状部材を介して前記複数の二次電池を加圧する２以上の加圧手段と、を少なくとも備えた組電池であって、
前記板状部材は、前記各加圧手段により加圧される当該板状部材の各加圧点に基づいて設定される加圧中心での剛性が最も高くなるように形成されている組電池。
【請求項２】
前記板状部材の表面には、複数のリブが形成されており、
前記リブは、前記加圧中心での密度が最も大きくなっている請求項１記載の組電池。
【請求項３】
前記リブは、前記加圧中心での前記リブの厚みが最も厚くなっている請求項２記載の組電池。
【請求項４】
前記リブは、前記加圧中心での前記リブ同士の間隔が最も狭くなっている請求項２又は３記載の組電池。
【請求項５】
前記リブ同士の間に、前記二次電池を冷却するための冷却風が流通可能である請求項２〜４の何れかに記載の組電池。
【請求項６】
前記板状部材は、前記加圧中心での剛性が最も高くなるように、当該加圧中心が最も高剛性な材料で形成されている請求項１〜５の何れかに記載の組電池。
【請求項７】
前記板状部材は、前記加圧中心での肉厚が最も厚く形成されている請求項１〜６の何れかに記載の組電池。
【請求項８】
前記二次電池の外装部材は、合成樹脂材料から成る合成樹脂層と、金属材料から成る金属層とを有する請求項１〜７の何れかに記載の組電池。
【請求項９】
前記二次電池の電極板は、リチウム−マンガン系複合酸化物、リチウム−ニッケル系複合酸化物、又は、リチウム−コバルト系複合酸化物から成る正極活物質を有する正極板を含む請求項１〜８の何れかに記載の組電池。
【請求項１０】
前記二次電池の電極板は、結晶性炭素材、又は、非結晶性炭素材から成る負極活物質を有する負極板を含む請求項１〜９の何れかに記載の組電池。
【請求項１１】
一の前記二次電池と、他の前記二次電池とを電気的に直列及び／又は並列に接続した少なくとも２以上の前記二次電池を含む請求項１〜１０の何れかに記載の組電池。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れかに記載の組電池を搭載した車輌。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セパレータを介して電極板を積層して外装部材に収容して封止すると共に、前記電極板に接続された電極端子が前記外装部材の外周縁から導出した二次電池を複数個接続して構成される組電池および当該組電池を搭載した車輌に関する。
【背景技術】
【０００２】
セパレータを介して電極板を積層して外装部材に収容して封止すると共に、前記電極板に接続された電極端子を外装部材の外周縁から導出させた二次電池を複数積層し、当該各二次電池から導出する電極端子同士を溶接等により直接的に接続することにより組電池を構成して、所望する容量や電圧を確保する技術が従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような構成の組電池では、使用時に各二次電池の内部にガスが発生して電極板の間に滞留し、電池の出力低下が生じるため、当該各二次電池に対して実質的に均一に所定の面圧を印加することが要求される。
【０００４】
これに対して、複数の二次電池が積層されて構成される電池積層体の最上層及び最下層に一対の拘束プレートをそれぞれ積層し、この拘束プレート同士を当該外周縁で連結ロッドにより連結して、拘束プレートを介して前記複数の二次電池を押圧する技術が従来から知られている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００５】
しかしながら、このような構造の組電池において、連結ロッドにより一対の拘束プレートを介して前記複数の二次電池に面圧を印加すると、この加圧により各拘束プレートに歪みが発生し、二次電池の外周部から中央部に向かうに従い面圧が低下し、各二次電池に対して均一に面圧を印加することが出来ず、二次電池の出力低下を抑制することが出来ない。
【特許文献１】特開平０９−２５９８５９号公報
【特許文献２】特開２００１−２３６９３７号公報
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、各二次電池に印加される面圧の均一化を図ることが可能である組電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、セパレータを介して積層した電極板を外装部材に収容して封止すると共に、前記電極板に接続された電極端子が前記外装部材の外周縁から導出した二次電池が複数個積層された電池積層体と、前記電池積層体の最上段及び最下段にそれぞれ積層された一対の板状部材と、前記一対の板状部材を介して前記複数の二次電池を加圧する２以上の加圧手段と、を少なくとも備えた組電池であって、前記板状部材は、前記各加圧手段により加圧される当該板状部材の各加圧点に基づいて設定される加圧中心での剛性が最も高くなるように形成されている組電池が提供される。
【０００７】
本発明では、複数の二次電池を積層した電池積層体の最上段及び最下段に板状部材をそれぞれ積層して、当該一対の板状部材の間に電池積層体を挟むと共に、これら板状部材を介して、電池積層体を構成する複数の二次電池を加圧手段により加圧可能な組電池において、各加圧手段により加圧される板状部材の各加圧点に基づいて設定される加圧中心での剛性が最も高くなるように前記板状部材を形成する。これにより、板状部材において加圧手段の加圧により歪み易い部分の剛性が、それ以外の部分の剛性に対して相対的に高くなり、その結果として、加圧手段により板状部材を介して電池積層体の各二次電池を加圧した際に、板状部材の加圧中心での歪みが抑制されるので、前記電池積層体を構成する複数の二次電池に印加される面圧の均一化を図ることが可能となり、二次電池の出力低下を抑制することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１は本発明の実施形態に係る二次電池の全体の平面図、図２は図１のII-II線に沿った二次電池の断面図である。
【００１０】
図１及び図２は一つの薄型電池１０（単位電池）を示す。この薄型電池１０を複数積層することにより所望の電圧、容量の組電池が構成される。
【００１１】
本発明の実施形態に係る二次電池１０は、リチウム系の平板状の積層タイプの薄型電池であり、図１及び図２に示すように、３枚の正極板１０１と、５枚のセパレータ１０２と、３枚の負極板１０３と、正極端子１０４と、負極端子１０５と、上部外装部材１０６と、下部外装部材１０７と、特に図示しない電解質とから構成されている。このうちの正極板１０１、セパレータ１０２、負極板１０３及び電解質を特に発電要素１０８と称する。
【００１２】
発電要素１０８を構成する正極板１０１は、正極板１０４まで伸びている正極側集電体１０１ａと、正極側集電体１０１ａの一部の両主面にそれぞれ形成された正極層１０１ｂ、１０１ｃとを有している。なお、正極板１０１の正極層１０１ｂ、１０１ｃは、正極側集電体１０１ａの全体の両主面に亘って形成されているのではなく、図２に示すように、正極板１０１、セパレータ１０２及び負極板１０３を積層して発電要素１０８を構成する際に、正極板１０１においてセパレータ１０２に実質的に重なる部分のみに正極層１０１ｂ、１０１ｃが形成されている。
【００１３】
この正極板１０１の正極側集電体１０１ａは、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等の電気化学的に安定した金属箔である、
また、この正極板１０１の正極層１０１ｂ、１０１ｃは、例えば、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２）、又は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）等のリチウム複合酸化物や、カルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物等の正極活物質と、カーボンブラック等の導電剤と、ポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョン等の接着剤とを混合したものを、正極側集電体１０１ａの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧延することにより形成されている。
【００１４】
発電要素１０８を構成する負極板１０３は、負極端子１０５まで伸びている負極側集電体１０３ａと、当該負極側集電体１０３ａの一部の両主面にそれぞれ形成された負極層１０３ｂ、１０３ｃとを有している。なお、負極板１０３の負極層１０３ｂ、１０３ｃは、負極側集電体１０３ａの全体の両主面に亘って形成されているのではなく、図２に示すように、正極板１０１、セパレータ１０２及び負極板１０３を積層して発電要素１０８を構成する際に、負極板１０３においてセパレータ１０２に実質的に重なる部分のみに負極層１０３ｂ、１０３ｃが形成されている。
【００１５】
この負極板１０３の負極側集電体１０３ａは、例えば、ニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等の電気化学的に安定した金属箔である。
【００１６】
また、この負極板１０３の負極層１０３ｂ、１０３ｃは、例えば、非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、又は、黒鉛等のような上記の正極活物質のリチウムイオンを吸蔵及び放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンを混合し、乾燥させた後に粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これにアクリル樹脂エマルジョン等の結着剤をさらに混合し、この混合物を負極側集電体１０３ａの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧延することにより形成されている。
【００１７】
特に、負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量に伴って出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。
【００１８】
発電要素１０８のセパレータ１０２は、上述した正極板１０１と負極板１０３との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えても良い。このセパレータ１０２は、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。
【００１９】
なお、本発明のセパレータ１０２は、ポリオレフィン等の単層膜にのみ限られず、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔性膜と有機不織布等を積層したものを用いることも出来る。このようにセパレータ１０２を複層化することで、過電流の防止機能、電解質保持機能及びセパレータの形状維持（剛性向上）機能等の諸機能を付与することが出来る。
【００２０】
以上の発電要素１０８は、セパレータ１０２を介して正極板１０１と負極板１０３とが交互に積層されている。そして、３枚の正極板１０１は、正極側集電体１０１ａを介して、金属箔製の正極端子１０４にそれぞれ接続される一方で、３枚の負極板１０３は、負極側集電体１０３ａを介して、同様に金属箔製の負極端子１０５にそれぞれ接続されている。
【００２１】
なお、発電要素１０８の正極板１０１、セパレータ１０２、及び、負極板１０３は、本発明では上記の枚数に何ら限定されず、例えば、１枚の正極板１０１、３枚のセパレータ１０２、及び、１枚の負極板１０３でも発電要素１０８を構成することが出来、必要に応じて正極板、セパレータ及び負極板の枚数を選択して構成することが出来る。
【００２２】
正極端子１０４も負極端子１０５も電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、正極端子１０４としては、上述の正極側集電体１０１ａと同様に、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等を挙げることが出来る。また、負極端子１０５としては、上述の負極側集電体１０３ａと同様に、例えば、ニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等を挙げることが出来る。また、本実施形態では、電極板１０１、１０３の集電体１０１ａ、１０３ａを構成する金属箔自体を電極端子１０４、１０５まで延長することにより、電極板１０１、１０３を電極端子１０４、１０５に直接接続しているが、電極板１０１、１０３の集電体１０１ａ、１０３ａと、電極端子１０４、１０５とを、集電体１０１ａ、１０３ａを構成する金属箔とは別の材料や部品により接続しても良い。
【００２３】
発電要素１０８は、上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７（外装部材）に収容されて封止されている。本実施形態における上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７は何れも、特に図示しないが、薄型電池１０の内側から外側に向かって、例えば、ポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又は、アイオノマー等の耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムから構成されている内側層（合成樹脂層）と、例えば、アルミニウム等の金属箔から構成されている中間層（金属層）と、例えば、ポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムで構成されている外側層（合成樹脂層）と、の三層構造となっている。従って、上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７は何れも、例えば、アルミニウム箔等の金属箔の一方の面（二次電池１０の内側面）をポリエチレン等の耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂でラミネートし、他方の面（二次電池１０の外側面）をポリアミド系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂でラミネートした、樹脂−金属薄膜ラミネート材等の可撓性を有する材料で形成されている。
【００２４】
このように、外装部材が樹脂層に加えて金属層を具備することにより、外装部材自体の強度向上を図ることが可能となる。また、外装部材の内側層を、例えば、ポリエチレン等の熱融着性に優れた樹脂で構成することにより、金属製の電極端子との良好な融着性を確保することが可能となる。
【００２５】
なお、図１及び図２に示すように、封止された外装部材１０６、１０７の一方の端部から正極端子１０４が導出し、当該他方の端部から負極端子１０５が導出するが、電極端子１０４、１０５の厚さ分だけ上部外装部材１０６と下部外装部材１０７との融着部に隙間が生じるので、二次電池１０内部の封止性を維持するために、電極端子１０４、１０５と外装部材１０６、１０７とが接触する部分に、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等から構成されたシールフィルムを介在させても良い。このシールフィルムは、正極端子１０４及び負極端子１０５の何れにおいても、外装部材１０６、１０７を構成する樹脂と同系統の樹脂で構成することが熱融着性の観点から好ましい。
【００２６】
これらの外装部材１０６、１０７によって、上述した発電要素１０８、正極端子１０４の一部及び負極端子１０５の一部を包み込み、当該外装部材１０６、１０７により形成される空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウムや六フッ化リン酸リチウム等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入しながら、外装部材１０６、１０７により形成される空間を吸引して真空状態とした後に、外装部材１０６、１０７の外周縁を熱プレスにより熱融着して封止する。
【００２７】
有機液体溶媒として、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）やメチルエチルカーボネート等のエステル系溶媒を挙げることが出来るが、本発明の有機液体溶媒はこれに限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン（γ−ＢＬ）、ジエトシキエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒その他を混合、調合した有機液体溶媒を用いることが出来る。
【００２８】
以下に、上述の二次電池１０を複数接続することにより構成される組電池１００について説明する。
【００２９】
図３は本発明の実施形態に係る組電池の全体を示す斜視図、図４は図３に示す組電池を構成するサブモジュールを示す平面図、図５は図３の組電池の部分分解斜視図、図６（Ａ）〜（Ｆ）は本発明における加圧中心を説明するための模式図、図７（Ａ）は本発明の第１実施形態における上側エンドプレートを示す平面図、図７（Ｂ）は当該プレートの正面図、図７（Ｃ）は当該プレートの側面図、図７（Ｄ）は当該プレートの撓み量を示すグラフ、図８は本発明の第１実施形態に係る組電池の効果を説明するためのグラフである。
【００３０】
本発明の実施形態に係る組電池１００は、図３〜図５に示すように、９個の二次電池１０ａ〜１０ｉから構成される１１個のサブモジュール３０ａ〜３０ｋが積層されたモジュール積層体４０と、当該モジュール積層体４０（電池積層体）の最上段及び最下段にさらに積層された一対のエンドプレート２１ａ、２２ａ（板状部材）と、当該エンドプレート２１ａ、２２ａを介してモジュール積層体４０の各二次電池１０を加圧するための４組のロッド５１及びナット５２（加圧手段）とを備えている。なお、図３では組電池１００の構成を分かり易くするために、モジュール積層体４０を広げて図示してある。
【００３１】
先ず、本実施形態に係る組電池４０を構成するサブモジュール３０について説明すると、各サブモジュール３０は、図４に示すように、同一平面上に３行３列に配列された９個の二次電池１０ａ〜１０ｉが電気的に直列接続されて構成されている。
【００３２】
より具体的には、同図に示すように、第１〜第３の二次電池１０ａ〜１０ｃが一列に配置され、第１の二次電池１０ａの負極端子１０５と第２の二次電池１０ｂの正極端子１０４とが接続されると共に、第２の二次電池１０ｂの負極端子１０５と第３の二次電池１０ｃの正極端子１０４とが接続されており、第１〜第３の二次電池１０ａ〜１０ｃが電気的に直列接続されている。同様の要領で、第４〜第６の二次電池１０ｄ〜１０ｆが電気的に直列接続され、第７〜第９の二次電池１０ｇ〜１０ｉが電気的に直列接続されている。さらに、このサブモジュール３０は、第３の二次電池１０ｃの負極端子１０５と、第４の二次電池１０ｄの正極端子１０４とがバスバー３１により接続されていると共に、第６の二次電池１０ｆの負極端子１０５と、第７の二次電池１０ｇの正極端子１０４とがバスバー３１により接続されており、結果的に、第１の二次電池１０ａから第９の二次電池１０ｉが電気的に直列に接続されている（図４の破線矢印参照）。なお、各二次電池１０の電極端子１０４、１０５同士や、電極端子１０４、１０５とバスバー３１とを接続する手法としては、例えば、超音波溶接や冷間圧接等を例示することが出来る。
【００３３】
本実施形態に係る組電池１００のモジュール積層体４０は、以上のような構成のサブモジュール３０を１１段積層して構成されるが、図３及び図５に示すように、隣接するサブモジュール３０ａ〜３０ｋの異極端子１０４、１０５同士が同一方向に向くような姿勢で、即ち、相互に隣接するサブモジュール３０ａ〜３０ｋ同士が相対的に１８０度回転した姿勢で各サブモジュール３０ａ〜３０ｋを積層し、当該異極端子１０４、１０５同士を接合して各サブモジュールが電気的に接続されていると共に、各サブモジュール３０ａ〜３０ｋのそれぞれの間に中間プレート４１が介装されている。
【００３４】
より具体的には、図３に示すように、例えば、第１のサブモジュール３０ａの第１の二次電池１０ａの正極端子１０４と、第２のサブモジュール３０ｂの第９の二次電池１０ｉの負極端子１０５とが同一方向に向くような姿勢で、第１及び第２のサブモジュール３０ａ、３０ｂを積層し、当該電極端子１０４、１０５同士が接合されていると共に、第１のサブモジュール３０ａと第２のサブモジュール３０ｂとの間に中間プレート４１が介装されており、同様の要領で、第１〜第１１のサブモジュール３０ａ〜３０ｋが積層されており、本実施形態に係る組電池１００では、合計９９個の二次電池１０が電気的に直列接続されている。なお、各サブモジュール３０の異極端子１０４、１０５同士を接合する手法としては、例えば、超音波溶接や冷間圧接等を例示することが出来る。
【００３５】
各サブモジュール３０の間に介装される中間プレート４１は、図３及び図５に示すように、サブモジュール３０より大きな外形を有する平板状の部材であり、ロッド５１を挿通可能なロッド挿通孔４２が４箇所の各角部近傍に形成されている。
【００３６】
また、本実施形態に係る組電池１００のモジュール積層体４０の最上層に積層される上側エンドプレート２１ａ、及び、当該モジュール積層体４０の最下層に積層される下側エンドプレート２２ａも、図３及び図５に示すように、サブモジュール３０より大きな外形を有する板状の部材であり、モジュール積層体４０の最上層及び最下層に積層された際に上述の中間プレート４１に形成されたロッド挿通孔４２と同軸上に位置するような、ロッド５１を挿通可能なロッド挿通孔２３が４箇所の各角部近傍に形成されている。
【００３７】
そして、本実施形態に係る組電池１００は、図３及び図５に示すように、中間プレート４１を介装してサブモジュール３０ａ〜３０ｋを１１段積層してモジュール積層体４０を構成し、さらに当該モジュール積層体４０の最上層及び最下層に上側エンドプレート２１ａ及び下側エンドプレート２２ａを積層した後、エンドプレート２１ａ、２２ａ及び中間プレート４１に形成された各ロッド挿通孔２３、４２にロッド５１をそれぞれ挿通させ、ロッド５１の先端に形成された雄ネジ部に、ナット５２に形成された雌ネジ部を所定の締め付け力で締結させることにより、モジュール積層体４０を構成する各二次電池１０にエンドプレート２１ａ、２２ａを介して所定の面圧を印加することが可能となっている。なお、本発明における加圧手段は、ボルト及びナットに限定されず、例えば弾性力により加圧可能なバネ等を利用しても良い。
【００３８】
さらに、本実施形態に係る組電池１００に用いられるエンドプレート２１ａ、２２ａは、図７（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、ロッド５１及びナット５２により加圧される当該エンドプレート２１ａ、２２ａの各加圧点Ｐに基づいて設定される加圧中心Ｑでの剛性が最も高くなるように、当該加圧中心Ｑが最も高剛性な材料で形成されている。
【００３９】
ここで先ず、本発明における加圧中心Ｑについて説明すると、以上で説明している本実施形態に係る組電池１００のように、４箇所の角部近傍でロッド５１により加圧して当該角部近傍にそれぞれ加圧点Ｐ１〜Ｐ４が存在する場合には、図６（Ａ）に示すような当該加圧点Ｐ１〜Ｐ４から導かれる重心位置が加圧中心Ｑとして設定される。
【００４０】
本実施形態以外の加圧パターンについて説明すると、図６（Ｂ）に示すような、エンドプレート２１ａ、２２ａの各角部近傍の４箇所の加圧点Ｐ１〜Ｐ４と、当該エンドプレート２１ａ、２２ａの略中心部の１箇所の加圧点Ｐ５との合計５箇所で加圧するような加圧パターンの場合には、同図に示すように、先ず、第１、第２及び第５の加圧点Ｐ１、Ｐ２及びＰ５から導かれる重心位置が第１の加圧中心Ｑ１として設定される。同様の要領で、第２、第３及び第５の加圧点Ｐ２、Ｐ３及びＰ５から導かれる重心位置が第２の加圧中心Ｑ２として設定され、また、第３、第４及び第５の加圧点Ｐ３、Ｐ４及びＰ５から導かれる重心位置が第３の加圧中心Ｑ３として設定され、さらに、第１、第４及び第５の加圧点Ｐ１、Ｐ４、Ｐ５から導かれる重心位置が第４の加圧中心Ｑ４として設定され、合計４箇所の加圧中心Ｑ１〜Ｑ４が設定される。
【００４１】
また、図６（Ｃ）に示すような、エンドプレート２１ａ、２２ａの各角部近傍の四箇所の加圧点Ｐ１〜Ｐ４と、第１の加圧点Ｐ１と第２の加圧点Ｐ２との略中間に位置する第５の加圧点Ｐ５と、第３の加圧点Ｐ３と第４の加圧点Ｐ４との略中間に位置する第６の加圧点Ｐ６との合計６箇所で加圧するような加圧パターンの場合には、同図に示すように、先ず、第１、第５、第６及び第４の加圧点Ｐ１、Ｐ５、Ｐ６及びＰ４から導かれる重心位置が第１の加圧中心Ｑ１として設定され、また、第５、第２、第３及び第６の加圧点Ｐ５、Ｐ２、Ｐ３及びＰ６から導かれる重心位置が第２の加圧中心Ｑ２として設定される。
【００４２】
図６（Ｄ）に示すような、エンドプレート２１ａ、２２ａの各角部近傍の四箇所の加圧点Ｐ１〜Ｐ４と、第２の加圧点Ｐ２と第３の加圧点Ｐ３との略中間に位置する第５の加圧点Ｐ５と、第４の加圧点Ｐ４と第１の加圧点Ｐ１との略中間に位置する第６の加圧点Ｐ６との合計６箇所で加圧するような加圧パターンの場合には、同図に示すように、先ず、第１、第２、第５及び第６の加圧点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ５及びＰ６から導かれる重心位置が第１の加圧中心Ｑ１として設定され、また、第５、第３、第４及び第５の加圧点Ｐ５、Ｐ３、Ｐ４及びＰ６から導かれる重心位置が第２の加圧中心Ｑ２として設定される。
【００４３】
図６（Ｅ）に示すような、エンドプレート２１ａ、２２ａの各角部近傍の四箇所の加圧点Ｐ１〜Ｐ４と、各加圧点Ｐ１〜Ｐ４の略中間にそれぞれ位置する第５〜第８の加圧点Ｐ５〜Ｐ８との合計８箇所で加圧するような加圧パターンの場合には、同図に示すように、当該第１〜第８の加圧点Ｐ１〜Ｐ８から導かれる重心位置が加圧中心Ｑ１として設定される。
【００４４】
図６（Ｆ）に示すような、エンドプレート２１ａ、２２ａの各角部近傍の四箇所の加圧点Ｐ１〜Ｐ４と、各加圧点Ｐ１〜Ｐ４の略中間にそれぞれ位置する第５〜第８の加圧点Ｐ５〜Ｐ８と、当該エンドプレート２１ａ、２２ａの略中心部に位置する第９の加圧点Ｐ９との合計９箇所で加圧するような加圧パターンの場合には、同図に示すように、先ず、第１、第５、第９及び第８の加圧点Ｐ１、Ｐ５、Ｐ９及びＰ８から導かれる重心位置が第１の加圧中心Ｑ１として設定される。同様の要領で、第５、第２、第６及び第９の加圧点Ｐ５、Ｐ２、Ｐ６及びＰ９から導かれる重心位置が第２の加圧中心Ｑ２として設定され、また、第６、第３、第７及び第９の加圧点Ｐ６、Ｐ３、Ｐ７及びＰ９から導かれる重心位置が第３の加圧中心Ｑ３として設定され、さらに、第７、第４、第８及び第９の加圧点Ｐ７、Ｐ４、Ｐ８及びＰ９から導かれる重心位置が第４の加圧中心Ｑ４として設定される。
【００４５】
なお、上記の何れの加圧パターンにおいても、各加圧点Ｐはエンドプレート２１ａ、２２ａに形成された各ロッド挿通孔２３の位置と実質的に一致する。
【００４６】
そして、本実施形態に係る組電池１００の上側エンドプレート２１ａは、図６（Ａ）における第１〜第４の加圧点Ｐ１〜Ｐ４に基づいて設定される加圧中心Ｑでの剛性が最も高くなるように、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、対角線上に略Ｘ字状に伸びている高剛性部材２１１と、それ以外の外周部を主に構成する低剛性部材２１２とから構成されている。高剛性部材２１１は、例えばゴム硬さＨｓが５０以上の比較的硬い材料により構成されているのに対し、低剛性部材２１２は、例えばゴム硬さＨｓが５０未満の比較的柔らかい材料により構成されており、高剛性部材２１１の剛性は、低剛性部材２１２の剛性に対して相対的に高くなっている。そして、低剛性部材２１２の対角線上に形成された溝に、高剛性部材２１１が嵌め込まれ、高剛性部材２１１と低剛性部材２１２とが、例えば加硫接着等により接合され一体化されている。
【００４７】
下側エンドプレート２２ａについても同様に、特に図示しないが、対角線上に略Ｘ字状に伸びている高剛性部材と、それ以外の外周部を主として構成する低剛性部材とから構成されており、加圧中心Ｑでの剛性が最も高くなるように構成されている。
【００４８】
以上のように構成されるエンドプレート２１ａ、２２ａは、図７（Ｄ）に示すように、加圧中心Ｑでの撓み量を最も少なく、且つ、外周から当該加圧中心Ｑに向かうに従って撓み量が減少するように設定されており、外周から加圧中心Ｑに向かって従って剛性が高くなり、加圧中心Ｑでの剛性が最も高くなっているので、ロッド５１及びナット５２によりエンドプレート２１ａ、２２ａを介してモジュール積層体４０の各二次電池１０に対して所定の圧力が印加された際に、エンドプレート２１ａ、２２ａに発生する歪みが抑制される。
【００４９】
このエンドプレート２１ａ、２２ａは、図７（Ａ）に示すような、加圧中心Ｑ近傍における高剛性部材２１１中央部の寸法ａ及びｂや、高剛性部材２１１の対角線状部分の幅ｃを拡大・縮小することにより、低剛性部材２１２に対する高剛性部材２１１の相対的な硬さを調整して、エンドプレート２１ａ、２２ａの撓み量（図７（Ｄ）参照）を調整することが可能となっている。なお、図７（Ｃ）に示すような高剛性部材２１１の厚さｄを増減させることにより、低剛性部材２１２に対する高剛性部材２１１の相対的な硬さを調整しても良いが、この厚さｄの増加により上側エンドプレート２１ａの厚さが増加するので、これに伴って組電池１００自体の体積や重量が増加する。
【００５０】
図８に示すように、剛性が実質的に均一なエンドプレートを用いた従来の組電池では、当該組電池を構成する各二次電池の厚みのバラツキや熱膨張及び充放電による厚み変化等により、各二次電池の一個当たりの圧縮代が０．１〜０．１８［ｍｍ］となり、この際に当該二次電池に０．２９×１０−１〜４．９×１０−１［ＭＰａ］の面圧が生じるが、この面圧値は、実質的に均一な面圧として許容される０．４９×１０−１〜３．９×１０−１［ＭＰａ］の範囲を超える部分も含んでいる。
【００５１】
これに対し、同図に示すように、加圧中心Ｑに向かって剛性が高くなるエンドプレート２１ａ、２２ａを用いた本実施形態に係る組電池１００では、各二次電池１０の一個当たりの圧縮代が０．１１７〜０．１５［ｍｍ］となり、この際に当該各二次電池に約０．７８×１０−１〜２．０５×１０−１［ＭＰａ］の面圧が生じるが、この面圧値は前記許容範囲内に十分に包含される値であるので、組電池１００を構成する複数に二次電池１０に印加される面圧が均一化され、二次電池の長寿命化を図られる。
【００５２】
本発明における加圧中心Ｑでの剛性が最も高くなるエンドプレートは、上述の第１実施形態のように材料を変化させるだけでなく、以下のようにしてエンドプレートの剛性を変化させても良い（第２〜第４実施形態）。なお、以下の第２〜第４実施形態における組電池の構成は、エンドプレートの構成以外は第１実施形態と同一である。また、以下の第２〜第４実施形態では上側エンドプレートについてのみ説明するが下側エンドプレートについても同様の構成のものが採用されている。
【００５３】
図９（Ａ）は本発明の第２実施形態における上側エンドプレートを示す平面図、図９（Ｂ）は当該プレートの正面図、図９（Ｃ）は当該プレートの側面図、図９（Ｄ）は当該プレートの撓み量を示すグラフである。
【００５４】
本発明の第２実施形態における上側エンドプレート２１ｂは、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）に示すように、加圧中心Ｑにおける厚さＴ１を外周部の厚さＴ２に対して相対的に厚く（Ｔ１＞Ｔ２）することにより、図９（Ｄ）に示すように加圧中心Ｑでの撓み量が最も少なく設定されており、上側エンドプレート２１ｂの加圧中心Ｑでの剛性が最も高く構成されている。なお、この上側エンドプレート２１ｂをモジュール積層体４０の最上層に積層する際には、肉厚が変化している面を外側にして積層する。
【００５５】
図１０（Ａ）は本発明の第３実施形態における上側エンドプレートを示す平面図、図１０（Ｂ）は当該プレートの正面図、図１０（Ｃ）は当該プレートの側面図、図１０（Ｄ）は当該プレートの撓み量を示すグラフである。
【００５６】
本発明の第３実施形態における上側エンドプレート２１ｃは、図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）に示すように、対角線上及び各対角線の略中間上に略Ｌ字型のリブ２４を複数配置し、しかも、例えば、図１０（Ａ）に示すように、外周側に配置されたリブ２４ｂの厚さｔｂに対して、加圧中心Ｑ側のリブ２４ａの厚さｔａが相対的に厚く形成（ｔａ＞ｔｂ）するように、加圧中心Ｑに向かうに従いリブ２４の厚みを厚くしてリブ２４の密度が加圧中心Ｑで最も高くすることにより、図１０（Ｄ）に示すように加圧中心Ｑでの撓み量が最も少なく設定されており、上側エンドプレート２１ｃの加圧中心Ｑでの剛性が最も高く構成されている。なお、この上側エンドプレート２１ｃをモジュール積層体４０の最上層に積層する際には、リブ２４が形成されている面を外側にして積層する。
【００５７】
図１１（Ａ）は本発明の第４実施形態における上側エンドプレート２１ｃを示す平面図、図１１（Ｂ）は当該プレートの正面図、図１１（Ｃ）は当該プレートの側面図、図１１（Ｄ）は当該プレートの撓み量を示すグラフ、図１１（Ｅ）は図１１（Ａ）のXIE部の拡大図、図１１（Ｆ）は図１１（Ａ）のXIF-XIF線に沿った断面図である。
【００５８】
本発明の第４実施形態における上側エンドプレート２１ｄは、図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）、図１１（Ｅ）及び図１１（Ｆ）に示すように、外周縁部から対角線に沿って加圧中心Ｑに向かうが当該加圧中心Ｑ近傍で折り返し、対角線に沿って前記外周縁部に戻ってくるような、外周縁部から当該外周縁部に戻ってくるように連続して形成されたリブ２４が多重に形成されており、このような多重のリブ２４が加圧中心Ｑから伸びている各対角線上にそれぞれ展開されている。
【００５９】
各対角線上に展開される多重のリブ２４は、図１１（Ａ）及び図１１（Ｅ）に示すように、各リブ２４同士の間の間隔ｗ１、ｗ２、ｗ３及びｗ４が外周側から加圧中心Ｑに向かうに従って相対的に小さくなるように形成されており（ｗ１＞ｗ２＞ｗ３＞ｗ４）、リブ２４の密度を加圧中心Ｑで最も高くすることにより、図１１（Ｄ）に示すように加圧中心Ｑでの撓み量が最も少なく設定されており、上側エンドプレート２１ｄの加圧中心Ｑでの剛性が最も高く設定されている。なお、この上側エンドプレート２１ｄをモジュール積層体４０の最上層に積層する際には、リブ２４が形成されている面を外側にして積層する。
【００６０】
また、この第４実施形態において、組電池１００を構成する各二次電池１０を冷却するためにファン等（不図示）により冷却風を送風する場合には、上側エンドプレート２１ｄのリブ２４の間を当該冷却風が通過することにより、二次電池の温度分布のバラツキを低減することが可能となっている。
【００６１】
例えば、最も狭い間隔ｗ４の部分の通路の断面積をα［ｍ２］とし、次に狭い間隔ｗ３をｗ３＝１．５×ｗ４程度とした場合には、当該間隔ｗ３の部分の通路の断面積は２．２５×α［ｍ２］程度となる。そして、上側エンドプレート２１ｄに対して一定風量Ｖ［ｍ３／ｍｉｎ］が送風された場合には、間隔ｗ４の部分の通路を流れる風速はＶ／６０α［ｍ／ｓ］となるのに対し、間隔ｗ４の部分の通路での風速は、Ｖ／１３５α［ｍ／ｓ］となり、上側エンドプレート２１ｄの中心部Ｑに近づくに従って風速を速めることが出来、中央部Ｑに滞留した熱を効果的に冷却する等して二次電池の温度分布の均一化を図ることも出来る。
【００６２】
図１２は、例えば、電気自動車等の車輌１のフロア下に第１〜第４実施形態に係る組電池１００を搭載した例を示す模式図である。上述のような面圧の均一化が図られ、二次電池の出力低下が抑制された組電池を電気自動車等の車輌に用いることが特に有効である。
【００６３】
以上のように本発明の実施形態に係る組電池では、エンドプレートにおいて加圧により歪み易い加圧中心での剛性を最も強くし、当該加圧中心での剛性をそれ以外の部分の剛性に対して相対的に高くすることにより、ロッド及びナットによりエンドプレートを介してモジュール積層体の各二次電池に対して所定の圧力が印加された際に、エンドプレートの加圧中心に発生する歪みが抑制されるので、モジュール積層体の各二次電池に印加される面圧の均一化を図ることが可能となり、二次電池の出力低下を抑制することが可能となる。
【００６４】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００６５】
上述の実施形態では、一つのサブモジュールを９個の二次電池で構成し、このサブモジュールを１１段積層して、合計９９個（＝９個×１１段）の二次電池を直列接続して組電池を構成したが、本発明では特にこれに限定されず、一つのサブモジュールをＮ個の二次電池で構成し、このサブモジュールをＭ段積層して、合計Ｎ×Ｍ個の二次電池を直列接続して組電池を構成しても良い（但し、Ｍ及びＮは何れも自然数）。また、上述の実施形態では合計９９個の二次電池を直列接続したが、本発明では特にこれに限定されず、各二次電池同士を任意に直列接続、並列接続或いは直列並列複合接続して、所望する容量や電圧の組電池を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る二次電池の全体の平面図である。
【図２】図２は、図１のII-II線に沿った二次電池の断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る組電池の全体を示す斜視図である。
【図４】図４は、図３に示す組電池を構成するサブモジュールを示す平面図である。
【図５】図５は、図３の組電池の部分分解斜視図である。
【図６】図６（Ａ）〜（Ｆ）は、本発明の加圧中心を説明するための模式図である。
【図７】図７（Ａ）は、本発明の第１実施形態における上側エンドプレートを示す平面図であり、図７（Ｂ）は当該プレートの正面図であり、図７（Ｃ）は当該プレートの側面図であり、図７（Ｄ）は当該プレートの撓み量を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明の第１実施形態に係る組電池の効果を説明するためのグラフである。
【図９】図９（Ａ）は、本発明の第２実施形態における上側エンドプレートを示す平面図であり、図９（Ｂ）は当該プレートの正面図であり、図９（Ｃ）は当該プレートの側面図であり、図９（Ｄ）は当該プレートの撓み量を示すグラフである。
【図１０】図１０（Ａ）は、本発明の第３実施形態における上側エンドプレートを示す平面図であり、図１０（Ｂ）は当該プレートの正面図であり、図１０（Ｃ）は当該プレートの側面図であり、図１０（Ｄ）は当該プレートの撓み量を示すグラフである。
【図１１】図１１（Ａ）は、本発明の第４実施形態における上側エンドプレートを示す平面図であり、図１１（Ｂ）は当該プレートの正面図であり、図１１（Ｃ）は当該プレートの側面図であり、図１１（Ｄ）は当該プレートの撓み量を示すグラフであり、図１１（Ｅ）は図１１（Ａ）のXIE部の拡大図であり、図１１（Ｆ）は図１１（Ａ）のXIF-XIF線に沿った断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態に係る組電池を搭載した車輌を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０…二次電池
１０１…正極板
１０１ａ…正極側集電体
１０１ｂ、１０１ｃ…正極層
１０２…セパレータ
１０３…負極板
１０４…正極端子
１０５…負極端子
１０６…上部外装部材
１０７…下部外装部材
１０８…発電要素
２１ａ〜２１ｄ…上側エンドプレート
２２ａ〜２２ｄ…下側エンドプレート
Ｔ…エンドプレートの厚さ
２１１…高剛性部材
２１２…低剛性部材
２３…ロッド挿通孔
２４…リブ
ｔ…リブの厚さ
ｗ…リブの間隔
３０…サブモジュール
３１…バスバー
４０…モジュール積層体
４１…中間プレート
４２…ロッド挿通孔
５１…ロッド
５２…ナット
１００…組電池
【図１】
2005259500.tif 000003
【図２】
2005259500.tif 000004
【図３】
2005259500.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005259500.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
2005259500.tif 000010
【図９】
2005259500.tif 000011
【図１０】
2005259500.tif 000012
【図１１】
2005259500.tif 000013
【図１２】
2005259500.tif 000014