JP2014157747A - 組電池および電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】各単電池に付与される面圧を適正に維持し得る組電池を提供する。
【解決手段】組電池１０は、複数の充放電可能な単電池２０が電気的に接続された状態で所定方向に配列され且つ該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束されてなる。複数の単電池２０は、正極および負極とそれぞれ電気的に接続される端子であって容器５０の外側に配置される正極端子６０および負極端子６２を備えている。配列された単電池２０間の間隙の少なくとも一箇所には、該単電池２０とともに配列方向に荷重が加えられた状態で拘束される緩衝板４０が配置されている。緩衝板４０は、隣接する単電池２０の容器側壁５２に対向する面であって拘束時に該単電池容器側壁５２に接触する接触面４２を有しており、接触面４２には、単電池２０の変形を許容する変形部４４と、単電池２０の変形を許容しない非変形部４６とが形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の充放電可能な単電池（二次電池）が電気的に接続された組電池に関する。詳しくは、車両搭載用として好適な組電池に関する。

軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池その他の二次電池あるいはキャパシタ等の蓄電素子を単電池とし、該単電池を複数直列接続して成る組電池は高出力が得られる電源として、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。例えば車両搭載用組電池の一例として特許文献１には、ニッケル水素二次電池から成る角型の単電池を複数個配列すると共に各単電池に設けられた正極端子および負極端子をそれぞれ直列に接続することにより構成された組電池が開示されている。また、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池を単電池として複数直列に接続した組電池は、車両搭載用高出力電源として特に好ましく用いられるものとして期待されている。

また、自動車等の車両に搭載される組電池は、搭載スペースが制限されることに加えて振動が発生する状態での使用が前提となることから、多数の単電池を配列し且つ拘束した状態（即ち各単電池を相互に固定した状態）の組電池が構築される。かかる組電池では、例えば、単電池の積層方向に配列された単電池群の最外側（両端面）に一対のエンドプレートを設置し、この一対のエンドプレートが接近する方向に締め付け且つ固定している。その際、配列された単電池群（単電池積層体）の長さが規定長さとなるように各単電池を圧接させることで、各単電池に対して適正な面圧（荷重）を付与している。

ところで、この種の組電池においては、何らかの事情によって組電池に搭載される単電池が厚み方向において膨張しようとする場合がある。かかる単電池の膨張を上記エンドプレート等の拘束により規制すると、各単電池に付与される面圧が変動してしまう。かかる面圧の変動を防止すべく、特許文献２では、エンドプレートに固定したバインドバー（拘束バンド）に伸縮構造を設けることが提案されている。同文献には、かかる構成によって、バインドバーの伸縮構造で寸法変化を吸収して、組電池を構成する部材の変形等に応じて適切な締結を維持できることが記載されている。

特開２００９−２７７５７５号公報 特開２０１１−２３３０２号公報

しかしながら、特許文献２のように、バンドバーやエンドプレートの変形によって単電池の膨張を許容する構成では、各単電池に対する適正な面圧を維持し得るものの、単電池群（単電池積層体）の長さが変わるため、各単電池に設けられた直列接続用正負極端子間の距離や相対位置が変化する。このような端子間距離や相対位置の変化は、端子間接続具に過度な力がかかり、ひいては正負極端子が損傷する要因となり得る。本発明は、上記課題を解決するものである。

本発明によって提供される組電池は、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且つ該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束されてなる組電池である。上記複数の単電池は、正極および負極を備える電極体と、該電極体および電解質を収容する容器と、該正極および負極とそれぞれ電気的に接続される端子であって該容器の外側に配置される正極端子および負極端子とを備えている。上記配列された単電池間の間隙の少なくとも一箇所には、該単電池とともに前記配列方向に荷重が加えられた状態で拘束される緩衝板が配置されている。上記緩衝板は、隣接する単電池の容器側壁に対向する面であって上記拘束時に該単電池容器側壁に接触する接触面を有している。そして、上記接触面には、上記緩衝板に接する単電池が膨張したときに、上記単電池の変形を許容する変形部と、上記単電池の変形を許容しない非変形部とが形成されている。

なお、本明細書において「単電池」とは、組電池を構成するために相互に直列接続され得る個々の蓄電素子を指す用語であり、特に限定しない限り種々の組成の電池、キャパシタを包含する。また、「二次電池」とは、繰り返し充電可能な電池一般をいい、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池等のいわゆる蓄電池を包含する。リチウムイオン二次電池を構成する蓄電素子は、ここでいう「単電池」に包含される典型例であり、そのような単電池を複数備えて成るリチウムイオン二次電池パックは、ここで開示される「組電池」の典型例である。

上記構成の組電池によれば、単電池間の間隙に配置された緩衝板の接触面に単電池の変形を許容する変形部が形成されているので、何らかの要因により緩衝板に接する単電池の内圧が上昇して単電池が厚み方向（単電池配列方向）に膨張したとしても、緩衝板の変形部が変形することで、単電池の寸法変化を吸収することができる。これにより、単電池の膨張を許容して各単電池に付与される面圧を適正に維持することができる。また、緩衝板の接触面には、単電池の変形を許容しない非変形部が形成されているので、上記単電池が膨張した場合でも、緩衝板の非変形部は変形しないため、緩衝板の厚みは変わることなく、単電池間の距離が一定に保たれる。このことにより、配列方向に隣接する単電池間において正負極端子の相対位置および距離（寸法）が変わることが防止され、該端子間距離や相対位置の変化に起因する端子間接続具や正負極端子の損傷を防止することができる。
ここで開示される好ましい一態様では、上記緩衝板において、上記変形部は上記接触面の中央部を構成し、上記非変形部は上記中央部を囲む上記接触面の周縁部を構成している。このような周縁部（典型的には枠状）に非変形部を設けることにより、端子間距離や相対位置の変化をより確実に防止することができる。

ここで開示される組電池の好ましい一態様では、上記緩衝板において、上記非変形部は上記変形部よりも剛性が高い材料から構成されている。かかる構成によると、緩衝板に接する単電池が厚み方向に膨張したときに、緩衝板の変形部が非変形部よりも優先的に変形する。そのため、非変形部で単電池間の距離を一定に保ちつつ、変形部で単電池の寸法変化を吸収して各単電池に付与される面圧を適正に維持するという本発明の構成による効果がより確実に発揮され得る。

ここで開示される組電池の好ましい一態様では、上記配列された単電池間の間隙のうち、上記単電池を挟んで上記緩衝板と反対側に位置する間隙には、上記単電池に冷却媒体を供給する冷却媒体供給路を備えた冷却板が配置されている。かかる構成によると、緩衝板と冷却板とに挟まれた単電池が厚み方向に膨張したときに、緩衝板が冷却板よりも優先的に変形するので、冷却板側への単電池の膨張が抑制される。このことにより、単電池の膨張に起因する冷却板の変形が防止され（ひいては冷却媒体供給路の減少が回避され）、組電池の冷却性能を適切に維持することができる。

ここで開示される組電池の好ましい一態様では、上記単電池容器の内圧が予め定められた圧力以上に高くなると、上記電極体と上記正極端子および／または上記負極端子との電気的な接続を遮断する電流遮断機構を備えている。本発明の構成によれば、緩衝板に変形部を設けて単電池の膨張を許容することで、単電池の意図しない僅かな内圧上昇を抑えることができる。そのため、本来電流遮断機構を作動させるべきでない僅かな内圧上昇（例えば電池の経年ふくれ等）によって、電流遮断機構が誤作動してしまうことを抑制することができる。

ここで開示される組電池の好ましい一態様では、上記緩衝板は、上記変形部の内部圧力を変更可能に構成されている。かかる構成によると、緩衝板において、変形部の変形のしやすさを任意に設定することができる。そのため、各単電池に付与される面圧をより適正に維持することが可能になる。

また、本発明により、ここで開示される何れかの組電池を備える電池モジュールが提供される。即ち、本発明によって提供される一つの電池モジュールは、ここで開示される何れかの組電池と、上記組電池が備える単電池間に配置された圧力センサと、上記組電池が備える緩衝板の変形部の内部圧力を調整する圧力調整機構と、上記圧力センサで測定した圧力に基づき、上記単電池に加わる荷重（面圧）が一定に保たれるように、上記圧力調整機構を制御する制御部と、を備える。

かかる構成の電池モジュールでは、何らかの事情によって緩衝板に接する単電池が厚み方向に膨張しようとしたときに、圧力センサで測定した圧力に基づき、単電池に加わる荷重が一定に保たれるように、緩衝板の変形部が変形する。そのため、各単電池に加わる面圧（荷重）をより適切に保つことができる。

好ましくは、上記圧力調整機構として、上記緩衝板の変形部に油を出し入れする油圧機構を備えてもよい。この場合、上記制御部は、上記圧力センサで測定した圧力が所定の基準値を上回った場合に、上記油圧機構を作動させることにより、上記変形部内の油を外部に排出するように構成されているとよい。このような油圧機構の採用により、各単電池に加わる荷重（面圧）をより正確に保持することができる。

本発明の一実施形態に係る組電池の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る組電池の構成を模式的に示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る緩衝板の構成を模式的に示す正面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ断面を示す断面模式図である。 本発明の一実施形態に係る組電池の構成を模式的に示す側面図である。 従来の組電池の構成を模式的に示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る単電池（リチウムイオン二次電池）の構成を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る捲回電極体の構成を模式的に示す図である。 本発明の他の実施形態に係る緩衝板の構成を模式的に示す正面図である。 図９のＸ−Ｘ断面を示す断面模式図である。 本発明の他の実施形態に係る電池モジュールの構成を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る電池モジュールの動作を示す制御フロー図である。 本発明の他の実施形態に係る緩衝板の構成を模式的に示す正面図である。 図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ断面を示す断面模式図である。 組電池および電池モジュールを備えた車両（自動車）を模式的に示す側面図である。

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。

本発明に係る組電池は、特に自動車等の車両に搭載される車両駆動用電源（モーター（電動機）用電源）として好適に使用し得る。従って、本発明は、図１５に模式的に示すように、かかる組電池１０を電源として備える車両（典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車）１０００を提供する。

ここに開示される組電池は、単電池（典型的には、扁平形状の外形を有する単電池）を配列し該配列方向（積層方向）に拘束してなる組電池であればよく、単電池の構成は特に制限されない。特に限定することを意図したものではないが、以下、扁平形状のリチウムイオン二次電池を単電池とし、該単電池の複数個を直列に接続してなる組電池を例にして本発明を詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１を参照しながら本実施形態の組電池１０の構成について説明する。図１は本実施形態の組電池１０の構成を模式的に示す斜視図である。

組電池１０は、複数の充放電可能な単電池２０が直列に接続されて構成されている。図示した例では、同形状の４個の単電池２０（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ）が一定の間隔で直列に配列されている。

単電池２０は、正極および負極を備える電極体２００（図７参照）と、該電極体２００および電解質を収容する容器５０とを備える。本実施形態の電極体２００は、典型的な組電池に装備される単電池と同様、所定の電池構成材料（正負極それぞれの活物質、正負極それぞれの集電体、セパレータ等）から構成されている。また、ここでは電極体２００として後述する扁平形状の捲回電極体２００が用いられている。

本実施形態の容器５０は扁平形状の捲回電極体２００（図７）を収容し得る形状（図示した例では箱型）を有する。また、容器５０の材質は、典型的な単電池で使用されるものと同じであればよく特に制限はないが、組電池自体の軽量化の観点から、例えば薄い金属製或いは合成樹脂製の容器が使用され得る。

容器５０の上面には、捲回電極体２００の正極と電気的に接続する正極端子６０および負極と電気的に接続する負極端子６２が設けられている。そして、隣接する単電池２０間において一方の正極端子６０と他方の負極端子６２とが端子間接続具６４によって電気的に接続される。このように各単電池２０を直列に接続することにより、所望する電圧の組電池１０が構築される。

次に、図２も加えて、本実施形態の複数の単電池２０の配列及び複数の単電池２０を拘束する方法について説明する。図２は、図１に示す組電池１０の構成を側面からみた側面模式図である。

本実施形態の単電池２０は、所定方向に配列され且つ該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束されている。具体的には、複数の単電池２０は、それぞれの正極端子６０および負極端子６２が交互に配置されるように一つずつ反転させて配置されており、容器５０の側壁５２（容器５０の幅広な面、即ち容器５０内に収容される後述する捲回電極体２００の扁平面に対応する面）が対向する方向に配列される。

そして、配列させた単電池２０の周囲には、複数の単電池２０をまとめて拘束する拘束部材が配備される。即ち、単電池配列方向の最外側に位置する単電池２０の更に外側には、一対の拘束板７０Ａ，７０Ｂが配置される。また、当該一対の拘束板７０Ａ，７０Ｂを架橋するように締付け用ビーム材７２が取り付けられる。そして、ビーム材７２の端部をビス７４により拘束板７０Ａ，７０Ｂに締め付け且つ固定することによって上記単電池２０をその配列方向に所定の荷重（例えば容器側壁５２が受ける面圧が２×１０^６〜５×１０^６Ｐａ程度）が加わるように拘束することができる。ビーム材７２の締め付け具合に応じたレベルで、締め付け方向（即ち配列方向）への拘束荷重（面圧）が各単電池２０の容器側壁５２に加えられる。

また、このように拘束された単電池２０間の間隙の少なくとも一箇所（図示した例では単電池２０Ａと単電池２０Ｂとの間、および単電池２０Ｃと単電池２０Ｄとの間）には緩衝板４０が配置される。本実施形態の緩衝板４０は、隣接する単電池２０の容器側壁５２に密接して配置されており、何らかの要因により緩衝板４０に接する単電池２０の内圧が上昇して単電池２０が厚み方向（単電池２０の配列方向）に膨張したときに、単電池の寸法変化を吸収するための緩衝部材としての役割を持つ。

図３は、本実施形態の緩衝板４０の正面図であり、図４は図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。図２〜図４に示すように、緩衝板４０は隣接する単電池２０の容器側壁５２に対向する面であって拘束時に該単電池容器側壁５２に接触する接触面４２を有している。該接触面４２には、緩衝板４０に接する単電池２０が膨張したときに、単電池２０の変形を許容する変形部４４（図４の矢印９０参照）と、単電池２０の変形を許容しない非変形部４６とが形成されている。変形部４４は、接触面４２のうち、緩衝板４０に接する単電池２０が厚み方向に膨張したときに、単電池２０の寸法変形が相対的に大きいところと相対する部分を構成しているとよい。また、非変形部４６は、接触面４２のうち、緩衝板４０に接する単電池２０が厚み方向に膨張したときに、単電池２０の寸法変形が相対的に小さいところと相対する部分を構成しているとよい。この実施形態では、緩衝板４０において、変形部４４は接触面４２の中央部４２Ａを構成し、非変形部４６は、中央部４２Ａを囲む接触面４２の周縁部（典型的には枠体）４２Ｂを構成している。

緩衝板４０は、例えば、変形部４４と非変形部４６とで異なる材料で構成されることが好ましい。例えば緩衝板４０において、非変形部４６は変形部４４よりも剛性が高い材料から構成されているとよい。非変形部４６を構成する材料としては、変形部４４よりも剛性が高い材料、例えばポリプロピレン（ＰＰ）等が例示される。また、変形部４４を構成する材料としては、非変形部４６よりも剛性が低い材料、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、軟質ゴム等が例示される。

緩衝板４０の寸法としては特に限定されないが、緩衝板４０の厚みは概ね５ｍｍ〜２０ｍｍ程度とすることが適当であり、好ましくは７ｍｍ〜１５ｍｍである。このような緩衝板４０の厚みであると、単電池２０の寸法変化を効果的に吸収することができる。また、接触面４２の中央部４２Ａに設けられた変形部４４の接触面４２全体に占める割合は、概ね５０％以上（例えば５０％以上９０％以下）に適当であり、好ましくは７０％以上（例えば７０％以上９０％以下）、より好ましくは８０％以上（例えば８０％以上９０％以下）である。このような変形部４４の割合であると、単電池２０の寸法変化を適切に吸収することができる。また、接触面４２の周縁部４２Ｂに設けられた枠状の非変形部４６の幅Ｗは、概ね２ｍｍ〜１５ｍｍ程度とすることが適当であり、好ましくは４ｍｍ〜８ｍｍである。このような非変形部４６の幅Ｗであると、非変形部４６の変形を回避して端子間距離の変化をより確実に防止することができる。

このような緩衝板４０を用いることによって、各単電池２０に付与される面圧を一定に保つことができる。即ち、何らかの事情によって緩衝板４０に接する単電池２０が厚み方向（単電池２０の配列方向）に膨張しようとした場合に、かかる膨張を拘束板７０Ａ，７０Ｂおよび締付け用ビーム材７２で規制すると、各単電池２０に付与される面圧が増大し得るが、上記構成では、図５に示すように、緩衝板４０の変形部４４が変形することによって、単電池２０Ｂの厚み方向への膨張が許容されるので、各単電池２０に付与される面圧を適正に維持することができる。
そして、このように緩衝板４０を用いて各単電池２０に付与される面圧を適正に維持することにより、該面圧の変動が電池性能に及ぼす悪影響（例えば、電極体内への電解液の浸透ムラに起因する出力特性の低下など）を未然に防止することができる。

また、緩衝板４０は、隣接する単電池２０の容器側壁５２に対向する面であって拘束時に該単電池容器側壁５２に接触する接触面４２を有しており、該接触面４２には、緩衝板４０に接する単電池２０が膨張したときに、単電池２０の変形を許容しない非変形部４６が形成されている。

このように緩衝板４０の接触面４２に単電池２０の変形を許容しない非変形部４６を設けることにより、配列方向に隣接する単電池２０間において正負極端子６０、６２の相対位置および距離（寸法）が変わることを防止することができる。すなわち、単電池２０が膨張して緩衝板４０の変形部４４が変形した場合でも、緩衝板４０の非変形部４６は変形しないため、緩衝板４０の厚みは不変である。そのため、緩衝板４０を挟んで隣接する単電池２０間において正負極端子６０、６２の相対位置および距離Ｌ（図５参照）が変わることが防止され、該端子間距離Ｌや相対位置の変化に起因する端子間接続具６４の損傷や正負極端子６０、６２の損傷を防止することができる。

ここで開示される組電池１０は、図２に示すように、配列された単電池２０間の間隙のうち、単電池２０を挟んで緩衝板４０と反対側に位置する間隙（図示した例では配列する各単電池２０間及び単電池配列方向の両アウトサイド）には、単電池２０に冷却媒体を供給する冷却媒体供給路３２を備えた冷却板３０が配置されている。本実施形態の冷却板３０は、隣接する単電池２０の容器側壁５２に密接して配置されており、充放電時には単電池２０内で発生する熱を放散させるための放熱部材としての役割を持つ。即ち、冷却板３０は凸部３４と凹部３６が交互に形成された凹凸形状（即ち櫛型のような側面からみて凹凸形状）の面を有しており、該凹部３６と単電池２０の容器側壁５２との間に形成された空隙（すなわち冷却媒体供給路３２）に冷却用媒体（典型的には空気）を導入することによって、単電池２０で発生する熱を放散させることができる。

冷却板３０は、放熱部材として機能し得る材料で構成されるのが好ましい。例えば、熱伝導性の良い金属製若しくは軽量で硬質なポリプロピレンその他の合成樹脂製の冷却板３０が好適である。冷却板３０の凹凸形状の寸方の一例を挙げると、直線状に形成された凸部３４の幅は１ｍｍ〜５ｍｍ（例えば２ｍｍ）程度であり、直線状に形成された凹部３６の幅は５ｍｍ〜１０ｍｍ（例えば８ｍｍ）程度、深さは１ｍｍ〜５ｍｍ（例えば３ｍｍ）程度とすることができるが、これらの凹凸形状の寸方は組電池１０の使用条件などにあわせて適宜変更することができる。例えば組電池の放熱性を向上させたい時には凹部３６の幅寸方及び／又は深さ寸方が大きな冷却板３０を用いればよい。

本実施形態に係る組電池１０では、図２に示されるように、組電池１０に搭載されたいずれの単電池２０においても、単電池２０を挟んで緩衝板４０と冷却板３０とが隣接して配置される。このように、単電池２０を挟んで緩衝板４０と冷却板３０とが隣接して配置されることにより、何らかの事情によって単電池２０が厚み方向に膨張したときに、冷却板３０側には、単電池２０が膨張しにくい。つまり、緩衝板４０（特に変形部４４）の方が冷却板３０よりも剛性が小さくて優先的に変形するので、冷却板３０側への単電池２０の膨張が抑制され得る。

従って、図６に示す従来の組電池の構造において、緩衝板４０を用いずに冷却板３０のみを単電池２０間の間隙に配置したときのような、単電池２０の膨張に伴う冷却板３０の変形を防止することができる。図６に示すように冷却板３０が変形すると、冷却媒体供給路３２が減少し、組電池１０の冷却性能が低下する虞がある。
他方、上記の通り、本実施形態に係る組電池１０では、冷却板３０の変形を防止することができるため、冷却媒体供給路３２の減少による不具合が生じず、冷却性能を維持して電池の長寿命を実現することができる。

続いて本実施形態で使用され得る単電池２０の構成及び単電池２０を構成する各材料などについて詳述する。本実施形態に係る組電池１０は、充放電可能な二次電池を単電池２０とし、そのような単電池２０を複数個直列に接続して成る組電池１０であればよく、単電池２０の構成は特に制限されない。ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ等が本発明の実施に好適な単電池の構成として挙げられる。特に本発明の実施に好適な単電池の構成はリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は高エネルギー密度で高出力を実現できる二次電池であるため、高性能な組電池、特に車両搭載用組電池（電池モジュール）を構築することができる。

図７は本発明の一実施形態に係る組電池１０に搭載されるリチウムイオン二次電池２０の断面図である。図８は、当該リチウムイオン二次電池２０に内装される捲回電極体２００を示す図である。

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池２０は、図７に示すような扁平な角形の電池容器（即ち外装ケース）５０に構成されている。リチウムイオン二次電池２０は、図８に示すように、扁平形状の捲回電極体２００が、図示しない液状電解質（電解液）とともに、電池容器５０に収容されている。

電池容器５０は、一端（電池２０の通常の使用状態における上端部に相当する。）に開口部を有する箱形（すなわち有底直方体状）の容器本体５６と、その開口部に取り付けられて該開口部を塞ぐ矩形状プレート部材からなる封口板（蓋体）５４とから構成される。

図７に示すように、封口板５４には外部接続用の正極端子６０および負極端子６２が形成されている。封口板５４の両端子６０、６２の間には、電池容器５０の内圧が所定レベル（例えば設定開弁圧０．３〜１．０ＭＰａ程度）以上に上昇した場合に該内圧を開放するように構成された薄肉の安全弁３６０と、注液口３５０が形成されている。

捲回電極体２００は、図８に示すように、長尺なシート状正極（正極シート２２０）と、該正極シート２２０と同様の長尺シート状負極（負極シート２４０）とを計二枚の長尺シート状セパレータ（セパレータ２６２，２６４）とを備えている。

正極シート２２０は、帯状の正極集電体（以下、正極集電箔ともいう。）２２１と正極活物質層２２３とを備えている。正極集電箔２２１には、例えば、正極に適する金属箔が好適に使用され得る。この実施形態では、正極集電箔２２１として、厚さが凡そ１５μｍの帯状のアルミニウム箔が用いられている。正極集電箔２２１の幅方向片側の縁部に沿って未塗工部２２２が設定されている。図示例では、正極活物質層２２３は、正極集電箔２２１に設定された未塗工部２２２を除いて、正極集電箔２２１の両面に保持されている。正極活物質層２２３には、正極活物質粒子が含まれている。ここでは、正極活物質層２２３は、正極活物質粒子を含む正極合剤を正極集電箔２２１に塗布し、乾燥させ、予め定められた厚さにプレスすることによって形成されている。

負極シート２４０は、図８に示すように、帯状の負極集電体（以下、負極集電箔ともいう。）２４１と負極活物質層２４３とを備えている。負極集電箔２４１には、例えば、負極に適する金属箔が好適に使用され得る。この実施形態では、負極集電箔２４１には、厚さが凡そ１０μｍの帯状の銅箔が用いられている。負極集電箔２４１の幅方向片側には、縁部に沿って未塗工部２４２が設定されている。負極活物質層２４３は、負極集電箔２４１に設定された未塗工部２４２を除いて、負極集電箔２４１の両面に保持されている。負極活物質層２４３には、負極活物質粒子が含まれている。ここでは、負極活物質層２４３は、負極活物質粒子を含む負極合剤を負極集電箔２４１に塗布し、乾燥させ、予め定められた厚さにプレスすることによって形成されている。

負極活物質層２４３に含まれる負極活物質粒子としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボンなどの炭素系材料、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属窒化物などが挙げられる。また、上記セパレータシートの好適例としては、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されたものが挙げられる。

セパレータ２６２、２６４は、図８に示すように、正極シート２２０と負極シート２４０とを隔てる部材である。この例では、セパレータ２６２、２６４は、微小な孔を複数有する所定幅の帯状のシート材で構成されている。セパレータ２６２、２６４には、例えば、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成された単層構造のセパレータ或いは積層構造のセパレータを用いることができる。この例では、図８に示すように、負極活物質層２４３の幅ｂ１は、正極活物質層２２３の幅ａ１よりも少し広い。さらにセパレータ２６２、２６４の幅ｃ１、ｃ２は、負極活物質層２４３の幅ｂ１よりも少し広い（ｃ１、ｃ２＞ｂ１＞ａ１）。

電解液（非水電解液）としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる非水電解液と同様のものを特に限定なく使用することができる。かかる非水電解液は、典型的には、適当な非水溶媒に支持塩を含有させた組成を有する。上記非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン等からなる群から選択された一種または二種以上を用いることができる。また、上記支持塩としては、例えば、ＬｉＰＦ_６，ＬｉＢＦ_４，ＬｉＡｓＦ_６，ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３，ＬｉＣ_４Ｆ_９ＳＯ_３，ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２，ＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３等のリチウム塩を用いることができる。一例として、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒（例えば質量比１：１）にＬｉＰＦ_６を約１ｍｏｌ／Ｌの濃度で含有させた非水電解液が挙げられる。

この実施形態では、捲回電極体２００は、図８に示すように、捲回軸ＷＬに直交する一の方向において扁平に押し曲げられている。図８に示す例では、正極集電箔２２１の未塗工部２２２と負極集電箔２４１の未塗工部２４２は、それぞれセパレータ２６２、２６４の両側においてらせん状に露出している。この実施形態では、図７に示すように、未塗工部２２２（２４２）の中間部分は、寄せ集められ、電池容器５０の内部に配置された電極端子の集電タブ４２０ａ、４４０ａに溶接されている。

また、このリチウムイオン二次電池２０は、上述のように、電解液にガス発生剤が添加されており、例えば、凡そ４．３５Ｖから４．６Ｖ程度の過充電時にガスが発生し、電池容器内の圧力が高くなる。電流遮断機構４６０は、電池容器内の圧力が異常に高くなった場合に、電流経路を遮断する機構である。この実施形態では、電流遮断機構４６０は、図７に示すように、正極における電池電流の導通経路が遮断されるように、正極端子６０の内側に構築されている。これに限らず、負極における電池電流の導通経路が遮断されるように、負極端子６２の内側に構築してもよい。あるいは、正極と負極の双方に電流遮断機構４６０を設けることもできる。

本実施形態では、緩衝板４０（図２）を用いることによって、何らかの事情によって緩衝板４０に接する単電池２０が厚み方向に膨張しようとした場合に、緩衝板４０の変形部４４が変形することで、単電池２０の厚み方向への膨張が許容されるので、単電池２０の意図しない僅かな内圧上昇を抑えることができる。そのため、本来電流遮断機構４６０を作動させるべきでない僅かな内圧上昇（例えば電池の経年ふくれ等）によって、電流遮断機構４６０が誤作動してしまうことを抑制することができる。

＜第２実施形態＞
図９は、第２実施形態に係る組電池１１０（図２参照）の緩衝板１４０の正面図であり、図１０は図９のＸ−Ｘ断面図である。図９および図１０に示すように、第２実施形態では、緩衝板１４０は、拘束時に単電池容器側壁に接触する接触面１４２を有しており、接触面１４２には、単電池２０（図２参照）の変形を許容する変形部１４４と、単電池２０の変形を許容しない非変形部１４６とが形成されている。そして、第２実施形態では、緩衝板１４０は、変形部１４４の内部圧力を変更可能に構成されている点において、上述した第１実施形態とは相違する。すなわち、第２実施形態に係る組電池１１０は、圧力調整機構として、緩衝板１４０の変形部１４４に油を出し入れする油圧機構１４８を備えている。油圧機構１４８は、緩衝板１４０の変形部１４４に油を出し入れすることで、変形部１４４の内部圧力（ひいては変形のしやすさ）を変更可能に構成されている。なお、その他の形態については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

第２実施形態に係る組電池では、緩衝板１４０は、油圧機構１４８により、変形部１４４の内部圧力を変更可能に構成されている。そのため、緩衝板１４０において、変形部１４４の変形のしやすさを任意に設定することができる。そのため、各単電池２０に付与される面圧をより適正に維持することができる。

続いて、第２実施形態の組電池１１０を組み込んだ電池モジュール１の一例を説明する。図１１は、電池モジュール１の構成を示すブロック図である。電池モジュール１は、組電池１１０と、該組電池１１０が備える単電池２０間に配置された圧力センサ１１２と、該組電池１１０が備える緩衝板１４０の変形部１４４（図９参照）の内部圧力を調整する圧力調整機構（油圧機構）１４８と、圧力センサ１１２で測定した圧力に基づき、圧力調整機構（油圧機構）１４８を制御する制御部１１４とを備えている。緩衝板１４０については、先に説明したものと同様であるため、その詳細な説明を省略する。

圧力センサ１１２は、配列された単電池２０間に配置され、単電池２０に加わる面圧（荷重）を検出するものであり得る。圧力センサ１１２は、制御部１１４に電気的に接続されている。圧力センサ１１２は、単電池２０に加わる面圧（荷重）を検出する。圧力センサ１１２によって検出された単電池２０に加わる面圧の検出結果は、圧力センサ１１２の出力として制御部１１４に送られる。

圧力調整機構（油圧機構）１４８は、組電池１１０が備える緩衝板１４０の変形部１４４（図９）の内部圧力を調整するものとして構成されている。この実施形態では、圧力調整機構１４８は、緩衝板１４０の変形部１４４に弁を介して油を出し入れする。これにより、変形部１４４の内部の圧力を調整するようになっている。圧力調整機構１４８は、制御部１１４に電気的に接続されている。

制御部１１４は、圧力センサ１１２で測定した圧力に基づき、単電池２０に加わる荷重が一定に保たれるように、圧力調整機構１４８を制御する。すなわち、締付け用ビーム材７２などで単電池２０群を拘束した状態で、緩衝板１４０に接する単電池２０が厚み方向に膨張しようとすると、各単電池２０に付与される荷重が増大する。制御部１１４は、圧力センサ１１２で測定した圧力（単電池２０に加わる荷重）が所定の基準値を上回った場合に、圧力調整機構１４８に対して、油量低減信号を出力する。該信号を受信した圧力調整機構１４８は、制御部１１４から出力された油量低減信号に応じて、緩衝板１４０の変形部１４４内の油を外部に排出する。これにより、変形部１４４の内部圧力が低下して緩衝板４０が変形する。緩衝板４０が変形することによって、単電池２０の厚み方向への膨張が許容されるので、各単電池２０に付与される荷重が再び低下する。このように、制御部１１４は、圧力センサ１１２で測定した圧力に基づき、単電池２０に加わる荷重が一定に保たれるように、圧力調整機構１４８を制御するようになっている。

このように構成された電池モジュール１の動作について説明する。図１２は、本実施形態に係る電池モジュール１により実行される処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。

図１２に示すように、先ず、ステップＳ１０では、単電池２０に加わる荷重（面圧）を把握するために、制御部１１４は圧力センサ１１２により単電池２０に加わる荷重を測定し、単電池２０に加わる荷重を決定する。

ステップＳ２０では、上記ステップＳ２０により得られた単電池２０に加わる荷重（面圧）に基づいて、単電池２０が膨張しようとしているか否かを判定する。この場合、上記圧力センサ１１２の測定値が所定の基準値以上となった場合には（ＹＥＳ）、単電池２０が膨張しようとしていると判定し、次にステップＳ３０を実行する。一方、上記圧力センサ１１２の測定値が上記所定の基準値を下回った場合には（ＮＯ）、単電池２０が膨張しようとしていないと判定し、単電池２０が膨張しようとするまで監視を続ける

上記単電池２０の膨張の有無の判定結果がＹＥＳになると、制御部１１４は、圧力センサ１１２から入力した圧力値（単電池に付与される荷重）に基づいて油量低減信号を作成し、該信号を圧力調整機構１４８に出力する。油量低減信号を受信した圧力調整機構１４８は、緩衝板１４０の変形部１４４内の油を外部に排出する。これにより、変形部１４４の内部圧力が低下して緩衝板４０が変形するので、単電池２０の厚み方向への膨張が許容され、各単電池２０に付与される荷重を低下させることができる。

ここで開示される電池モジュール１では、何らかの要因により緩衝板１４０に接する単電池２０の内圧が上昇して単電池２０が厚み方向に膨張しようとしても、圧力センサ１１２で測定した圧力に基づき、単電池２０に加わる荷重が一定に保たれるように、緩衝板１４０の変形部１４４が変形する。そのため、各単電池２０に加わる面圧（荷重）を適切に保つことができる。したがって、上記電池モジュール１によれば、上記面圧（荷重）の変動が電池性能に及ぼす悪影響（例えば、電極体内への電解液の浸透ムラに起因する出力特性の低下等）が有効に抑えられ、高い電池性能を長期にわたって発揮することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

例えば、上述した第１および第２実施形態では、緩衝板４０において、変形部４４は接触面４２の中央部４２Ａを構成し、非変形部４６は中央部４２Ａを囲む接触面４２の周縁部（枠状）４２Ｂを構成しているが、これに限定されない。変形部４４は単電池２０の寸法変形が相対的に大きいところと相対する部分を構成していればよく、非変形部４６は単電池２０の寸法変形が相対的に小さいところと相対する部分を構成していればよい。例えば、図１３および図１４に示すように、緩衝板４０の四隅に柱状の非変形部４６を独立して設けてもよい。

ここに開示される組電池１０および電池モジュール１は、各単電池２０に付与される面圧を適正に維持しつつ、正負極端子の損傷が防止され、高性能を発揮し得ることから、例えば、図１５に示すように、車両１０００に搭載される電源として好適である。したがって、ここに開示される組電池１０および電池モジュール１は、ハイブリッド自動車、電気自動車のように電動機を備えた車両１０００に搭載されるモーター用の電源（典型的には駆動用電源）として好適に使用され得る。

１ 電池モジュール
１０、１１０ 組電池
２０ 単電池
３０ 冷却板
３２ 冷却媒体供給路
４０、１４０ 緩衝板
４２、１４２ 接触面
４４、１４４ 変形部
４６、１４６ 非変形部
５０ 容器
５２ 容器側壁
６０ 正極端子
６２ 負極端子
６４ 端子間接続具
１１２ 圧力センサ
１１４ 制御部
１４８ 圧力調整機構

Claims (9)

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且つ該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束されてなる組電池であって、
   前記複数の単電池は、正極および負極を備える電極体と、該電極体および電解質を収容する容器と、該正極および負極とそれぞれ電気的に接続される端子であって該容器の外側に配置される正極端子および負極端子とを備えており、
   前記配列された単電池間の間隙の少なくとも一箇所には、該単電池とともに前記配列方向に荷重が加えられた状態で拘束される緩衝板が配置されており、
   前記緩衝板は、隣接する単電池の容器側壁に対向する面であって前記拘束時に該単電池容器側壁に接触する接触面を有しており、
   前記接触面には、前記緩衝板に接する単電池が膨張したときに、前記単電池の変形を許容する変形部と、前記単電池の変形を許容しない非変形部とが形成されている、組電池。
2. 前記緩衝板において、
   前記変形部は前記接触面の中央部を構成し、
   前記非変形部は前記中央部を囲む前記接触面の周縁部を構成している、請求項１に記載の組電池。
3. 前記緩衝板において、前記非変形部は前記変形部よりも剛性が高い材料から構成されている、請求項１または２に記載の組電池。
4. 前記配列された単電池間の間隙のうち、前記単電池を挟んで前記緩衝板と反対側に位置する間隙には、前記単電池に冷却媒体を供給する冷却媒体供給路を備えた冷却板が配置されている、請求項１〜３の何れか一つに記載の組電池。
5. 前記単電池容器の内圧が予め定められた圧力以上に高くなると、前記電極体と前記正極端子および／または前記負極端子との電気的な接続を遮断する電流遮断機構を備えた、請求項１〜４の何れか一つに記載の組電池。
6. 前記緩衝板は、前記変形部の内部圧力を変更可能に構成されている、請求項１〜５の何れか一つに記載の組電池。
7. 請求項１〜６の何れか一つに記載の組電池と、
   前記組電池が備える単電池間に配置された圧力センサと、
   前記組電池が備える緩衝板の変形部の内部圧力を調整する圧力調整機構と、
   前記圧力センサで測定した圧力に基づき、前記単電池に加わる荷重が一定に保たれるように、前記圧力調整機構を制御する制御部と、
   を備えた、電池モジュール。
8. 前記圧力調整機構として、前記変形部に油を出し入れする油圧機構を備える、請求項７に記載の電池モジュール。
9. 前記制御部は、前記圧力センサで測定した圧力が所定の基準値を上回った場合に、前記油圧機構を作動させることにより、前記変形部内の油を外部に排出するように構成されている、請求項８に記載の電池モジュール。
   
   
   

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