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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-11
(45)【発行日】2023-09-20
(54)【発明の名称】電池モジュール及びこれを備える車両
(51)【国際特許分類】
H01M 50/262 20210101AFI20230912BHJP
H01M 50/209 20210101ALI20230912BHJP
H01M 50/242 20210101ALI20230912BHJP
H01M 50/249 20210101ALI20230912BHJP
H01M 50/264 20210101ALI20230912BHJP
【ＦＩ】
H01M50/262 Z
H01M50/209
H01M50/242
H01M50/249
H01M50/264
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020523596
(86)(22)【出願日】2019-05-17
(86)【国際出願番号】 JP2019019678
(87)【国際公開番号】W WO2019235173
(87)【国際公開日】2019-12-12
【審査請求日】2022-03-18
(31)【優先権主張番号】P 2018108159
(32)【優先日】2018-06-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000001889
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003225
【氏名又は名称】弁理士法人豊栖特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】石橋 憲吾
(72)【発明者】
【氏名】信平 隆幸
(72)【発明者】
【氏名】藤永 浩司
【審査官】上野 文城
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－０１６７９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１５－５１８２５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１４０４０６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１２３１９１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１３８５６５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／００１９４５５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－０１１９８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／０５２２９６（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ ５０／２０４ － ２１６
Ｈ０１Ｍ ５０／２４２
Ｈ０１Ｍ ５０／２４９
Ｈ０１Ｍ ５０／２６２ － ２６４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電極端子を有する複数の電池セルと、前記複数の電池セルを積層した電池積層体の両側端面を覆う一対のエンドプレートと、
前記エンドプレート同士を締結する複数の締結部材と、
を備える電池モジュールであって、
前記エンドプレートは、前記電池積層体の両側端面に位置する電池セルの各側面をそれぞれ被覆する各締結部材の少なくとも一部を覆うオーバーラップ部を形成しており、
前記オーバーラップ部と前記締結部材とを溶接して固定しており、
前記エンドプレートは、板状のプレート本体を備えており、
前記プレート本体の両側に、前記オーバーラップ部をそれぞれ螺合により固定してなる電池モジュール。
【請求項2】
請求項１に記載の電池モジュールであって、前記オーバーラップ部が、前記エンドプレートの縦方向に沿って連続的に形成されてなる電池モジュール。
【請求項3】
請求項１又は２に記載の電池モジュールであって、前記オーバーラップ部が、前記エンドプレートの側面と同一平面状に形成されてなる電池モジュール。
【請求項4】
請求項１～３のいずれか一項に記載の電池モジュールであって、前記エンドプレートは、左右の側面にそれぞれオーバーラップ部を形成していると共に、平面視におけるオーバーラップ部同士の間隔が、前記電池積層体の平面視における間隔と一致されてなる電池モジュール。
【請求項5】
請求項１～４のいずれか一に記載の電池モジュールを備える車両であって、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、電池モジュール及びこれを備える車両に関する。
【背景技術】
【0002】
電池モジュールは、車両の駆動用の電源装置や蓄電用の電源装置等に利用されている。このような電池モジュールは、大電流を出力可能に構成されることが好ましく、直列や並列に接続される充放電可能な複数の電池セルを備えている。また近年は電池モジュールの高容量化が望まれており、特に多数の電池セルの並列化に対応することが肝要となる。
【0003】
並列接続される複数の電池セルを備える電池モジュールとしては、下記特許文献１に記載の蓄電装置が知られている。下記特許文献に記載される蓄電装置９００は、図１０及び図１１に示すように、複数の蓄電素子９０１をバインドバー９１５とエンドプレート９２０で締結している。この蓄電装置９００は、複数の蓄電素子９０１の並び方向である第一方向の一端に配置されたエンドプレート９２０と、エンドプレート９２０と接続され、複数の蓄電素子に対して第一方向の拘束力を付与するバインドバー９１５とを備える。エンドプレート９２０及びバインドバー９１５の一方は、第一方向に沿った面を形成する基部と、基部から、第一方向と交差する第二方向に突出して設けられた突出部とを有し、エンドプレート９２０及びバインドバー９１５の他方は、基部及び突出部の少なくとも一方と溶接された接続部を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１７－１６７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、このような構造では、図１２の水平断面図に示すように、矢印の方向の振動や衝撃に対して、溶接部分のみでバインドバー９１５の固定を維持することになるため、溶接部分が破断してバインドバー９１５による締結が外れてしまう可能性があった。
【0006】
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、その目的の一は、複数の電池セルの締結状態を信頼性高く維持可能な電池モジュール及びこれを備える車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明のある側面に係る電池モジュールは、電極端子を有する複数の電池セルと、前記複数の電池セルを積層した電池積層体の両側端面を覆う一対のエンドプレートと、前記エンドプレート同士を締結する複数の締結部材とを備える。前記エンドプレートは、前記電池積層体の両側端面に位置する電池セルの各側面をそれぞれ被覆する各締結部材の少なくとも一部を覆うオーバーラップ部を形成しており、前記オーバーラップ部と前記締結部材とを溶接して固定しており、前記エンドプレートは、板状のプレート本体を備えており、前記プレート本体の両側に、前記オーバーラップ部をそれぞれ螺合により固定している。
【発明の効果】
【0008】
上記構成によると、オーバーラップ部でもって締結部材のさらに側面を被覆した状態で溶接することにより、締結部材の外れを回避して強固に固定できる利点が得られる。
【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の概略斜視図である。
【図5】実施形態２に係る電池モジュールの分解斜視図である。
【図7】エンジンとモータで走行するハイブリッド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8】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。
【図9】蓄電用の電池モジュールに適用する例を示すブロック図である。
【図10】従来の蓄電装置を示す斜視図である。
【図11】従来の蓄電装置の分解斜視図である。
【図12】従来の蓄電装置の水平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の一実施形態に係る電池モジュールは、前記オーバーラップ部が、前記エンドプレートの縦方向に沿って連続的に形成されている。
【0011】
また本発明の他の実施形態に係る電池モジュールは、前記オーバーラップ部が、前記エンドプレートの側面と同一平面状に形成されている。
【0012】
さらに本発明の他の実施形態に係る電池モジュールは、前記エンドプレートは、左右の側面にそれぞれオーバーラップ部を形成している。
【0013】
また平面視におけるオーバーラップ部同士の間隔が、前記電池積層体の平面視における間隔と一致されている。
【0014】
上記構成によれば、締結部材を側面に配置した電池積層体の外側を、エンドプレートのオーバーラップ部で覆う際の遊びを低減して、溶接時の浮き上がりを阻止し、溶接の信頼性を向上できる。
【0015】
さらにまた本発明の他の実施形態に係る電池モジュールは、前記エンドプレートが、板状のプレート本体を備えている。
【0016】
前記プレート本体の両側に、前記オーバーラップ部をそれぞれ螺合により固定している。
【0017】
上記構成により、オーバーラップ部を別部材としてプレート本体の左右に固定する構成としたことで、オーバーラップ部をエンドプレートに設け易くなる。加えて、オーバーラップ部をプレート本体の左右に螺合式に固定する構成としたことで、プレート本体の左右に固定されるオーバーラップ部同士の間隔の調整が容易となり、締結部材の表面をオーバーラップ部で覆う際に隙間が発生することを回避して、溶接の信頼性の向上やオーバーラップ部により締結部材を押圧する構造の信頼性を向上できる利点も得られる。
【0018】
さらにまた本発明の他の実施形態に係る車両は、上記の電池モジュールと、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。
【0019】
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品の寸法、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若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。
【0020】
実施形態に係る電池モジュールは、ハイブリッド車や電気自動車などの電動車両に搭載されて走行モータに電力を供給する電源、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーの発電電力を蓄電する電源、あるいは深夜電力を蓄電する電源など、種々の用途に使用され、とくに大電力、大電流の用途に好適な電源として使用される。
【0021】
［実施形態１］
本発明の実施形態１に係る電池モジュール１００の斜視図を図１に、その分解斜視図を図２に、図２からバスバーホルダ３０１を省略した分解斜視図を図３に、それぞれ示す。図１と図２に示す電池モジュール１００は、正負の電極端子２を備える複数の電池セル１と、これら複数の電池セル１の電極端子２に接続されて、複数の電池セル１を並列かつ直列に接続するバスバー３と、バスバー３を保持するバスバーホルダ３０１を備え、これらのバスバー３を介して複数の電池セル１を並列かつ直列に接続している。電池セル１は、充放電可能な二次電池である。電池モジュール１００は、複数の電池セル１が並列に接続されて並列電池グループを構成すると共に、複数の並列電池グループが直列に接続されて、多数の電池セル１が並列かつ直列に接続される。図１と図２に示す電池モジュール１００は、複数の電池セル１を積層して電池積層体１０を形成しており、この電池積層体１０を固定部品１３で固定して、複数の電池セル１を積層状態に固定している。固定部品１３は、積層している電池セル１の両端面に配置される一対のエンドプレート２０と、このエンドプレート２０に、端部を連結して積層状態の電池セル１を加圧状態に固定している締結部材１５とを備えている。
本発明の実施形態１に係る電池モジュール１００の斜視図を図１に、その分解斜視図を図２に、図２からバスバーホルダ３０１を省略した分解斜視図を図３に、それぞれ示す。図１と図２に示す電池モジュール１００は、正負の電極端子２を備える複数の電池セル１と、これら複数の電池セル１の電極端子２に接続されて、複数の電池セル１を並列かつ直列に接続するバスバー３と、バスバー３を保持するバスバーホルダ３０１を備え、これらのバスバー３を介して複数の電池セル１を並列かつ直列に接続している。電池セル１は、充放電可能な二次電池である。電池モジュール１００は、複数の電池セル１が並列に接続されて並列電池グループを構成すると共に、複数の並列電池グループが直列に接続されて、多数の電池セル１が並列かつ直列に接続される。図１と図２に示す電池モジュール１００は、複数の電池セル１を積層して電池積層体１０を形成しており、この電池積層体１０を固定部品１３で固定して、複数の電池セル１を積層状態に固定している。固定部品１３は、積層している電池セル１の両端面に配置される一対のエンドプレート２０と、このエンドプレート２０に、端部を連結して積層状態の電池セル１を加圧状態に固定している締結部材１５とを備えている。
【0022】
（電池セル１）
電池セル１は、幅広面である主面の外形を四角形とする角形電池であって、幅よりも厚さを薄くしている。さらに、電池セル１は、充放電できる二次電池であって、リチウムイオン二次電池としている。ただし、本発明は、電池セルを角形電池には特定せず、またリチウムイオン二次電池にも特定しない。電池セルには、充電できる全ての電池、たとえばリチウムイオン二次電池以外の非水系電解液二次電池やニッケル水素電池セルなども使用できる。
電池セル１は、幅広面である主面の外形を四角形とする角形電池であって、幅よりも厚さを薄くしている。さらに、電池セル１は、充放電できる二次電池であって、リチウムイオン二次電池としている。ただし、本発明は、電池セルを角形電池には特定せず、またリチウムイオン二次電池にも特定しない。電池セルには、充電できる全ての電池、たとえばリチウムイオン二次電池以外の非水系電解液二次電池やニッケル水素電池セルなども使用できる。
【0023】
図３に示すように電池セル１は、正負の電極板を積層している電極体を外装缶１ａに収納して電解液を充填して気密に密閉したものである。外装缶１ａは、底を閉塞する四角い筒状に成形したもので、上方の開口部を金属板の封口板１ｂで気密に閉塞している。外装缶１ａは、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板を深絞り加工して製作される。封口板１ｂは、外装缶１ａと同じように、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板で製作される。封口板１ｂは、外装缶１ａの開口部に挿入され、封口板１ｂの外周と外装缶１ａの内周との境界にレーザービームを照射して、封口板１ｂを外装缶１ａにレーザー溶接して気密に固定している。
【0024】
（電極端子２）
電池セル１は、天面である封口板１ｂを端子面１Ｘとして、この端子面１Ｘの両端部に正負の電極端子２を固定している。正負の電極端子２は、図３に示すように、絶縁材１８を介して封口板１ｂに固定されており、内蔵する正負の電極板（図示せず）にそれぞれ接続されている。正負の電極端子２は、突出部２ａの周囲に溶接面２ｂを設けている。溶接面２ｂは、封口板１ｂの表面と平行な平面状で、この溶接面２ｂの中央部に突出部２ａを設けている。電極端子２は、突出部２ａを円柱状としている。ただ、突出部は、必ずしも円柱状とする必要はなく、図示しないが、多角柱状又は楕円柱状とすることもできる。
電池セル１は、天面である封口板１ｂを端子面１Ｘとして、この端子面１Ｘの両端部に正負の電極端子２を固定している。正負の電極端子２は、図３に示すように、絶縁材１８を介して封口板１ｂに固定されており、内蔵する正負の電極板（図示せず）にそれぞれ接続されている。正負の電極端子２は、突出部２ａの周囲に溶接面２ｂを設けている。溶接面２ｂは、封口板１ｂの表面と平行な平面状で、この溶接面２ｂの中央部に突出部２ａを設けている。電極端子２は、突出部２ａを円柱状としている。ただ、突出部は、必ずしも円柱状とする必要はなく、図示しないが、多角柱状又は楕円柱状とすることもできる。
【0025】
電池セル１の封口板１ｂに固定される正負の電極端子２の位置は、正極と負極が左右対称となる位置としている。これにより、電池セル１を左右反転させて積層し、隣接して接近する正極と負極の電極端子２をバスバー３で接続することで、隣接する電池セル１同士を直列に接続できるようにしている。
【0026】
（電池積層体１０）
複数の電池セル１は、各電池セル１の厚さ方向が積層方向となるように積層されて電池積層体１０を構成している。電池積層体１０は、正負の電極端子２を設けている端子面１Ｘ、図にあっては封口板１ｂが同一平面となるように、複数の電池セル１を積層している。
複数の電池セル１は、各電池セル１の厚さ方向が積層方向となるように積層されて電池積層体１０を構成している。電池積層体１０は、正負の電極端子２を設けている端子面１Ｘ、図にあっては封口板１ｂが同一平面となるように、複数の電池セル１を積層している。
【0027】
電池積層体１０は、図３に示すように、積層している電池セル１の間に絶縁スペーサ１６を挟着している。図の絶縁スペーサ１６は、樹脂等の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。図に示す絶縁スペーサ１６は、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、この絶縁スペーサ１６を互いに隣接する電池セル１の間に積層して、隣接する電池セル１同士を絶縁している。なお、隣接する電池セル１間に配置されるスペーサとしては、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もできる。また、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。この場合は、絶縁スペーサ１６を省略してもよい。また、実施形態に係る電池モジュール１００においては、複数の電池セルを多並列かつ多直列に接続するので、互いに直列に接続される電池セル同士の間には絶縁スペーサ１６を挟着するが、互いに並列に接続される電池セル同士においては、隣接する外装缶同士に電圧差が生じないので、これ等の電池セルの間の絶縁スペーサを省略することもできる。
【0028】
さらに、図３に示す電池モジュール１００は、電池積層体１０の両端面に端面スペーサ１７を挟んでエンドプレート２０を配置している。端面スペーサ１７は、図３に示すように、電池積層体１０とエンドプレート２０との間に配置されてエンドプレート２０を電池積層体１０から絶縁する。端面スペーサ１７は、樹脂等の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。図に示す端面スペーサ１７は、角形の電池セル１の対向面全体をカバーできる大きさと形状として、電池積層体１０の両端に配置された電池セル１とエンドプレート２０との間に積層している。
【0029】
電池積層体１０は、隣接する電池セル１の正負の電極端子２に金属製のバスバー３が接続されて、このバスバー３を介して複数の電池セル１が並列かつ直列に接続される。電池積層体１０は、互いに並列に接続されて並列電池グループを構成する複数の電池セル１においては、端子面１Ｘの両端部に設けた正負の電極端子２が左右同じ向きとなるように積層され、互いに直列に接続される並列電池グループを構成する電池セル１同士においては、端子面１Ｘの両端部に設けた正負の電極端子２が左右逆向きとなるように複数の電池セル１が積層されている。ここで、図３に示す実施形態１に係る電池モジュール１００では、１２個の電池セル１を厚さ方向に積層して電池積層体１０としており、４個の電池セル１を並列に接続して並列電池グループとすると共に、３組の並列電池グループを直列に接続して１２個の電池セル１を４並列３直列に接続している。したがって、図３に示す電池積層体１０は、並列電池グループを構成する４個の電池セル１を正負の電極端子２が左右同じ向きとなるように積層すると共に、同じ向きに積層された４個ずつの電池セル１からなる３組の並列電池グループを、正負の電極端子２が交互に左右逆向きとなるように積層している。ただ、本発明は、電池積層体を構成する電池セルの個数とその接続状態を特定しない。後述する他の実施形態も含めて、電池積層体を構成する電池セルの個数、及びその接続状態を種々に変更することもできる。
【0030】
実施形態に係る電池モジュール１００は、複数の電池セル１が互いに積層される電池積層体１０において、互いに隣接する複数の電池セル１の電極端子２同士をバスバー３で接続して、複数の電池セル１を並列かつ直列に接続する。
【0031】
（バスバーホルダ３０１）
電池モジュール１００は、図１～図２に示すように電池積層体１０とバスバー３との間にバスバーホルダ３０１を配置することで、複数のバスバー３を互いに絶縁し、かつ、電池セルの端子面とバスバー３とを絶縁しながら、複数のバスバー３を電池積層体１０の上面の定位置に配置できる。このようなバスバーホルダ３０１として、例えば、複数のバスバー３が配置されるホルダー本体の内側を複数に区画して、各バスバー３が配置される区画室を有する構造とすることができる。このバスバーホルダ３０１は、例えば、プラスチック等の絶縁材で成形されて、複数のバスバー３を嵌合構造で定位置に配置することで、電位差のある電極端子間を絶縁しながら、複数のバスバー３を電池積層体１０の上面の定位置に配置できる。なお、図３以降においては電池セルとバスバー３の接続状態を判り易くするために、複数のバスバー３を定位置に配置するバスバーホルダ３０１の図示を省略している。
電池モジュール１００は、図１～図２に示すように電池積層体１０とバスバー３との間にバスバーホルダ３０１を配置することで、複数のバスバー３を互いに絶縁し、かつ、電池セルの端子面とバスバー３とを絶縁しながら、複数のバスバー３を電池積層体１０の上面の定位置に配置できる。このようなバスバーホルダ３０１として、例えば、複数のバスバー３が配置されるホルダー本体の内側を複数に区画して、各バスバー３が配置される区画室を有する構造とすることができる。このバスバーホルダ３０１は、例えば、プラスチック等の絶縁材で成形されて、複数のバスバー３を嵌合構造で定位置に配置することで、電位差のある電極端子間を絶縁しながら、複数のバスバー３を電池積層体１０の上面の定位置に配置できる。なお、図３以降においては電池セルとバスバー３の接続状態を判り易くするために、複数のバスバー３を定位置に配置するバスバーホルダ３０１の図示を省略している。
【0032】
（バスバー３）
バスバー３は、金属板を裁断、加工して所定の形状に製造される。バスバー３を構成する金属板には、電気抵抗が小さく、軽量である金属、例えばアルミニウム板や銅板、あるいはこれらの合金が使用できる。ただし、バスバー３の金属板は、電気抵抗が小さくて軽量である他の金属やこれらの合金も使用できる。
バスバー３は、金属板を裁断、加工して所定の形状に製造される。バスバー３を構成する金属板には、電気抵抗が小さく、軽量である金属、例えばアルミニウム板や銅板、あるいはこれらの合金が使用できる。ただし、バスバー３の金属板は、電気抵抗が小さくて軽量である他の金属やこれらの合金も使用できる。
【0033】
（エンドプレート２０）
エンドプレート２０は、図１～図３に示すように、電池積層体１０の両端に配置されると共に、電池積層体１０の両側面に沿って配置される締結部材１５を介して締結される。エンドプレート２０は、電池積層体１０の電池セル１の積層方向における両端であって、端面スペーサ１７の外側に配置されて電池積層体１０を両端から挟着している。
エンドプレート２０は、図１～図３に示すように、電池積層体１０の両端に配置されると共に、電池積層体１０の両側面に沿って配置される締結部材１５を介して締結される。エンドプレート２０は、電池積層体１０の電池セル１の積層方向における両端であって、端面スペーサ１７の外側に配置されて電池積層体１０を両端から挟着している。
【0034】
エンドプレート２０は、外形を四角形としており、電池積層体１０の端面に対向して配置されている。図１～図３に示すエンドプレート２０は、電池セル１の外形とほぼ等しい外形としている。ずなわち、図に示すエンドプレート２０は、左右方向の幅を電池セル１の幅とほぼ等しくすると共に、上下方向の高さを電池セル１の高さとほぼ等しくしている。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。
【0035】
（締結部材１５）
締結部材１５は、図１～図３に示すように、電池積層体１０の積層方向に延長されており、両端が電池積層体１０の両端面に配置されたエンドプレート２０に固定されて、このエンドプレート２０を介して電池積層体１０を積層方向に締結している。締結部材１５は、電池積層体１０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１０の両側面に対向して配置されている。この締結部材１５には、鉄などの金属板、好ましくは、鋼板が使用できる。金属板からなる締結部材１５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。
締結部材１５は、図１～図３に示すように、電池積層体１０の積層方向に延長されており、両端が電池積層体１０の両端面に配置されたエンドプレート２０に固定されて、このエンドプレート２０を介して電池積層体１０を積層方向に締結している。締結部材１５は、電池積層体１０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１０の両側面に対向して配置されている。この締結部材１５には、鉄などの金属板、好ましくは、鋼板が使用できる。金属板からなる締結部材１５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。
【0036】
締結部材１５は、電池積層体１０の側面に沿って配置される本体部４０と、この本体部４０の上下両端で折曲されて、電池積層体１０の上下の端を被覆する折曲部４４とを備えている。本体部４０は、電池積層体１０の側面のほぼ全体を被覆する大きさの矩形状としている。図２に示す本体部４０は、電池積層体１０の側面のほぼ全面を隙間なく被覆している。ただ、本体部は、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。締結部材１５は、長手方向の両端を一対のエンドプレート２０に固定する。さらに、図に示す締結部材１５は、本体部４０の上端部に沿って、電池積層体１０の上面及び下面を保持する折曲部４４を備えている。折曲部４４は、電池積層体１０を構成する電池セル１の上面及び下面を保持して、各電池セル１の端子面１Ｘの位置が上下にずれるのを抑制している。
【0037】
なお、締結部材は、図示しないが、本体部と折曲部の内面に絶縁シートを配置して、この絶縁シートにより、電池積層体の電池セルと締結部材とを絶縁することができる。さらに、締結部材は、図示しないが、本体部の両端部の内面に緩衝材を配置して、エンドプレートの両側面を振動等の衝撃から保護することもできる。
【0038】
（オーバーラップ部２１）
このエンドプレート２０は、オーバーラップ部２１を形成している。オーバーラップ部２１は、電池積層体１０の両側端面に位置する電池セル１の各側面をそれぞれ被覆する各締結部材１５の少なくとも一部を覆うよう構成される。図４の水平断面図の例では、締結部材１５の端縁をオーバーラップ部２１で覆っている。エンドプレート２０は、左右の側面にそれぞれオーバーラップ部２１を形成している。またオーバーラップ部２１は、エンドプレート２０の縦方向に沿って連続的に形成させている。
このエンドプレート２０は、オーバーラップ部２１を形成している。オーバーラップ部２１は、電池積層体１０の両側端面に位置する電池セル１の各側面をそれぞれ被覆する各締結部材１５の少なくとも一部を覆うよう構成される。図４の水平断面図の例では、締結部材１５の端縁をオーバーラップ部２１で覆っている。エンドプレート２０は、左右の側面にそれぞれオーバーラップ部２１を形成している。またオーバーラップ部２１は、エンドプレート２０の縦方向に沿って連続的に形成させている。
【0039】
オーバーラップ部２１と締結部材１５とは、溶接によって固定される。溶接は、好ましくはレーザ光を用いたスポット溶接にて、オーバーラップ部２１の表面から、図４においてＳＰ１で示す位置を溶接して行う。さらに平面視におけるオーバーラップ部２１同士の間隔は、電池積層体１０の平面視における間隔とほぼ一致させている。このようにして、締結部材１５を側面に配置した電池積層体１０の外側を、エンドプレート２０のオーバーラップ部２１で覆う際の遊びを低減して、溶接時の浮き上がりを阻止し、溶接の信頼性を向上できる。
【0040】
このように溶接に加えて、オーバーラップ部２１で締結部材１５を挟み込むように構成したことで、電池積層体１０の幅方向、すなわち電池セル１の積層層方向と交差する方向への応力に対しても電池積層体１０を保護できる。すなわち従来の図１２の水平断面図に示す構成においては、溶接のみで締結部材を固定しているため、溶接部位に常時負荷がかかる状態となって、経年劣化等で破損してしまうと、電池セルの締結ができなくなってしまっていた。特に電池セルは、充放電を繰り返すことで膨張するため、電池セルの積層方向のみならず、積層方向と直交する幅方向（図１２において矢印で示す方向）にも応力が印加されて、締結部材を引き剥がす方向に応力を受けることとなる。また車載用の電池モジュールにおいては、振動や衝撃時の荷重も受ける。このため、締結部材が矢印の方向への応力に晒され続ける結果、劣化し破損する可能性があった。
【0041】
これに対して実施形態１に係る電池モジュール１００によれば、図４の水平断面図に示すように、溶接のみならずオーバーラップ部２１でも締結部材１５を保持しているため、電池積層体１０の幅方向における応力に対し、溶接部位への負荷が相対的に低減されて、信頼性を向上させることができる。
【0042】
図１等の例では、オーバーラップ部２１を、エンドプレート２０の側面と同一平面状となるように形成している。ここでは、オーバーラップ部２１をエンドプレート２０と一体成形して、エンドプレート２０の側面を延長して水平断面視が凹状となるように構成している。
【0043】
［実施形態２］
ただ本発明は、オーバーラップ部２１をエンドプレート２０と一体成形する構成に限らず、オーバーラップ部をエンドプレートと別部材としてもよい。このような例を実施形態２に係る電池モジュール２００として、図５の分解斜視図及び図６の水平断面図に示す。このエンドプレート２０Ｂは、プレート本体２５と、このプレート本体２５の左右にそれぞれ固定されるオーバーラップ部２１Ｂとで構成されている。各オーバーラップ部２１Ｂは、水平断面視をＬ字状に形成し、プレート本体２５の側面とほぼ同じ大きさの直方体状のブロック部２２と、このブロック部２２の一面でエンドプレート２０Ｂの側面を構成しつつ、この面を同一平面状としながら突出させて、締結部材１５を被覆する被覆面２３を形成している。このように、オーバーラップ部２１Ｂを別部材として、プレート本体２５の左右に固定する構成としたことで、エンドプレート２０Ｂの端面を突出させたオーバーラップ部２１Ｂをエンドプレート２０Ｂに形成し易くなり、製造工程上有利となる。
ただ本発明は、オーバーラップ部２１をエンドプレート２０と一体成形する構成に限らず、オーバーラップ部をエンドプレートと別部材としてもよい。このような例を実施形態２に係る電池モジュール２００として、図５の分解斜視図及び図６の水平断面図に示す。このエンドプレート２０Ｂは、プレート本体２５と、このプレート本体２５の左右にそれぞれ固定されるオーバーラップ部２１Ｂとで構成されている。各オーバーラップ部２１Ｂは、水平断面視をＬ字状に形成し、プレート本体２５の側面とほぼ同じ大きさの直方体状のブロック部２２と、このブロック部２２の一面でエンドプレート２０Ｂの側面を構成しつつ、この面を同一平面状としながら突出させて、締結部材１５を被覆する被覆面２３を形成している。このように、オーバーラップ部２１Ｂを別部材として、プレート本体２５の左右に固定する構成としたことで、エンドプレート２０Ｂの端面を突出させたオーバーラップ部２１Ｂをエンドプレート２０Ｂに形成し易くなり、製造工程上有利となる。
【0044】
各オーバーラップ部２１Ｂは、螺合によりプレート本体２５の左右に固定される。このためブロック部２２には、ブロックねじ穴２４を開口している。さらにプレート本体２５の左右の側面には、このブロックねじ穴２４と対応させた位置にプレートねじ穴２６を開口している。これによって、プレート本体２５の左右にオーバーラップ部２１Ｂをそれぞれ、ボルト２７で螺合して強固に固定できる。またこの構成により、プレート本体２５の左右に固定されるオーバーラップ部２１Ｂ同士の間隔の調整を容易に行える。この結果、締結部材１５の表面をオーバーラップ部２１Ｂで覆う際に隙間が発生することを回避して、溶接の信頼性の向上やオーバーラップ部２１Ｂにより締結部材１５を押圧する構造の信頼性を向上できる利点も得られる。
【0045】
以上の電池モジュールは、車載用の電源として利用できる。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の電動車両が利用でき、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、高出力の電池モジュール１０００を構築した例として説明する。
【0046】
（ハイブリッド車用電池モジュール）
図７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池モジュールを搭載する例を示す。この図に示す電池モジュールを搭載した車両ＨＶは、車両本体９１と、この車両本体９１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池モジュール１０００と、電池モジュール１０００の電池を充電する発電機９４とを備えている。電池モジュール１０００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１０００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、電池モジュール１０００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１０００の電池を充電する。なお、車両ＨＶは、図７に示すように、電池モジュール１０００を充電するための充電プラグ９８を備えてもよい。この充電プラグ９８を外部電源と接続することで、電池モジュール１０００を充電できる。
図７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池モジュールを搭載する例を示す。この図に示す電池モジュールを搭載した車両ＨＶは、車両本体９１と、この車両本体９１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池モジュール１０００と、電池モジュール１０００の電池を充電する発電機９４とを備えている。電池モジュール１０００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１０００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、電池モジュール１０００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１０００の電池を充電する。なお、車両ＨＶは、図７に示すように、電池モジュール１０００を充電するための充電プラグ９８を備えてもよい。この充電プラグ９８を外部電源と接続することで、電池モジュール１０００を充電できる。
【0047】
（電気自動車用電池モジュール）
また、図８は、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。この図に示す電池モジュールを搭載した車両ＥＶは、車両本体９１と、この車両本体９１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池モジュール１０００と、この電池モジュール１０００の電池を充電する発電機９４とを備えている。電池モジュール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、電池モジュール１０００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１０００の電池を充電する。また車両ＥＶは充電プラグ９８を備えており、この充電プラグ９８を外部電源と接続して電池モジュール１０００を充電できる。
また、図８は、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。この図に示す電池モジュールを搭載した車両ＥＶは、車両本体９１と、この車両本体９１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池モジュール１０００と、この電池モジュール１０００の電池を充電する発電機９４とを備えている。電池モジュール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、電池モジュール１０００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１０００の電池を充電する。また車両ＥＶは充電プラグ９８を備えており、この充電プラグ９８を外部電源と接続して電池モジュール１０００を充電できる。
【0048】
（蓄電システム）
さらに、本発明は、電池モジュールの用途を、車両を走行させるモータの電源には特定しない。実施形態に係る電池モジュールは、太陽光発電や風力発電等で発電された電力で電池を充電して蓄電する蓄電システムの電源として使用することもできる。図９は、電池モジュール１０００の電池を太陽電池で充電して蓄電する蓄電システムを示す。この図に示す蓄電システムは、図に示すように、家屋や工場等の建物８１の屋根や屋上等に配置された太陽電池８２で発電される電力で、電池モジュール１００の電池を充電する。さらに、この蓄電システムは、電池モジュール１００に蓄電した電力を、ＤＣ／ＡＣインバータ８５を介して負荷８３に供給する。
さらに、本発明は、電池モジュールの用途を、車両を走行させるモータの電源には特定しない。実施形態に係る電池モジュールは、太陽光発電や風力発電等で発電された電力で電池を充電して蓄電する蓄電システムの電源として使用することもできる。図９は、電池モジュール１０００の電池を太陽電池で充電して蓄電する蓄電システムを示す。この図に示す蓄電システムは、図に示すように、家屋や工場等の建物８１の屋根や屋上等に配置された太陽電池８２で発電される電力で、電池モジュール１００の電池を充電する。さらに、この蓄電システムは、電池モジュール１００に蓄電した電力を、ＤＣ／ＡＣインバータ８５を介して負荷８３に供給する。
【0049】
さらに、電池モジュールは、図示しないが、夜間の深夜電力を利用して電池を充電して蓄電する蓄電システムの電源として使用することもできる。深夜電力で充電される電池モジュールは、発電所の余剰電力である深夜電力で充電して、電力負荷の大きくなる昼間に電力を出力して、昼間のピーク電力を小さく制限することができる。さらに、電池モジュールは、太陽電池の出力と深夜電力の両方で充電する電源としても使用できる。この電池モジュールは、太陽電池で発電される電力と深夜電力の両方を有効に利用して、天候や消費電力を考慮しながら効率よく蓄電できる。
【0050】
以上のような蓄電システムは、コンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電池モジュール、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電池モジュール、家庭内用または工場用の蓄電用電源、街路灯の電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機や道路用の交通表示器などのバックアップ電源用などの用途に好適に利用できる。
【産業上の利用可能性】
【0051】
本発明に係る電池モジュールの冷却方法、冷却プログラム、コンピュータで読み取り可能な記録媒体及び記憶した機器、電池モジュール並びにこれを備える車両は、ハイブリッド車、燃料電池自動車、電気自動車、電動オートバイ等の電動車両を駆動するモータの電源用等に使用される大電流用の電源として好適に利用できる。例えばＥＶ走行モードとＨＥＶ走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等の電池モジュールが挙げられる。またコンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電池モジュール、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電池モジュール、家庭内用、工場用の蓄電用電源、街路灯の電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機等のバックアップ電源用等の用途にも適宜利用できる。
【符号の説明】
【0052】
１００、２００、１０００…電池モジュール、１…電池セル、１Ｘ…端子面、１ａ…外装缶、１ｂ…封口板、２…電極端子、２ａ…突出部、２ｂ…溶接面、３…バスバー、１０…電池積層体、１３…固定部品、１５…締結部材、１６…絶縁スペーサ、１７…端面スペーサ、１８…絶縁材、２０、２０Ｂ…エンドプレート、２１、２１Ｂ…オーバーラップ部、２２…ブロック部、２３…被覆面、２４…ブロックねじ穴、２５…プレート本体、２６…プレートねじ穴、２７…ボルト、４０…本体部、４４…折曲部、８１…建物、８２…太陽電池、８３…負荷、８５…ＤＣ／ＡＣインバータ、９１…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、９８…充電プラグ、３０１…バスバーホルダ、９００…蓄電装置、９０１…蓄電素子、９１５…バインドバー、９２０…エンドプレート、ＳＰ１…溶接位置、ＨＶ…車両、ＥＶ…車両
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】