JP5485578B2 - 密閉式角形電池を用いた電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、密閉式の角形電池を複数積層して構成した電池モジュールに関する。

従来、密閉式電池の形状として、円筒形が一般的に採用されてきた。円筒形電池においては、電極体として、正極体と負極体とをセパレータを介して円筒形に巻き取った簡易な構造のものを使用することができると同時に、電池の内部圧力に対する耐圧性に優れるという利点がある。

ところで、近年、省エネルギーやＣＯ_２削減への配慮から、自動車や電車などの車両に搭載する充放電可能な二次電池が開発されている。車両に二次電池を搭載した場合には、ブレーキ時の回生電力をこの搭載電池に蓄えておき、車両の動力源として使用することができるので、車両運行のエネルギー効率を高めるとともに、ＣＯ_２の排出量を削減することができる。

車両用の電池には、設置スペースが制限される都合上、従来の携帯機器等に用いられるものに比べて、高電圧および高エネルギー容量が要求されるため、大型の電池を複数組み合わせて構成した電池モジュールを使用することが一般的である。大型電池を使用する場合には、電池性能や生産性の観点から、円筒形電池に用いられる巻取り式の電極体よりも、正極体と負極体を交互に積層した電極体の方が適していること、および、電池が設置されるスペースを効率的に利用する必要性が大きいことから、円筒形よりも角形の電池とすることが望ましい（特許文献１）。

このように、複数の角形電池を組み合わせた電池モジュールの構造として、例えば、対向配置された正・負極それぞれの端子板間に、絶縁素材からなる矩形の枠形部材を介在させて形成したケーシングを有する単位電池を、隣接する単位電池の一方の正極端子板と他方の負極端子板とが互いに接触するように積層させたものが提案されている（特許文献２）。このような構造を有する電池モジュールでは、単位電池を前後方向に積層するだけで、複数の単位電池が直列に接続されるので、電池モジュールの構造が簡単になり、かつ組立作業が容易になる。

特開２００１−１１０３８１号公報 特願２００８−１０３９０１号明細書

しかしながら、この電池モジュールで使用している単位電池は、単独での密閉性が不十分である。したがって、単位電池間の接触を保持するのみならず、各単位電池の密閉を確保するために、単位電池の積層体を積層方向に締め付けるための締付部材が設けられている。積層された複数の単位電池の密閉を維持するには、大きな締付力を長期にわたって維持する必要があるので、電池モジュールの前後に渡って締付力を負担する締付部材を厚肉に形成して剛性を確保しなければならない。さらには、締付部材を電池積層体に固定するための固定部材を多数使用する必要がある。このため、電池モジュールの重量および体積が増大し、その結果、電池モジュールのエネルギー密度が等価的に低下する。

本発明の目的は、上記の課題を解決するために、複数の角形電池を積層した電池モジュールの組立てを容易化しながら、電池モジュールの重量エネルギー密度および体積エネルギー密度を向上させることにある。

前記した目的を達成するために、本発明に係る電池モジュールは、互いに対向して配置された導電性の板材からなる正極端子板および負極端子板を有する密閉式の角形電池を、両端子板の対向方向に複数個積層してなる電池積層体と、前記電池積層体の積層方向の一端部および他端部にそれぞれ配置された正極端板および負極端板と、前記電池積層体、前記正極端板および前記負極端板を結束する帯状の結束部材とを備えている。前記電池積層体を構成する前記角形電池としては、例えば、ニッケル水素二次電池を用いることができる。

この構成によれば、対向配置された正極端子板および負極端子板を備える単位電池を使用することにより、複数の単位電池を一定方向に積層させるだけで直列に接続することができるので、電池モジュールの構造が簡単になる。しかも、単位電池を積層させた電池積層体と、電池モジュールの端子となる正極および負極の端板を、帯状の結束部材で結束し、結束部材の結束力のみによって電池間の接触を保持しているので、電池モジュール全体を強固に締め付ける締付部材や、これを電池積層体に固定する固定部材を省いて、電池モジュールの軽量化および小型化を図ることができる。

本発明に係る電池モジュールにおいて、前記帯状の結束部材が、前記電池積層体の積層方向に伸縮可能な弾性を有する結束部材として形成されていてもよい。このように構成することで、単位電池同士の接触を長期に渡ってより良好に確保することが可能となり、電池モジュールの電気抵抗が低減されて電池性能が向上する。

本発明に係る電池モジュールにおいて、前記積層方向における前記結束部材と前記電池積層体との間に、前記積層方向に収縮した状態で位置して、前記角形電池同士の接触を保持する弾性体をさらに備えていてもよい。このような構成によっても、単位電池同士の接触を長期に渡ってより良好に確保することが可能となり、電池モジュールの電気抵抗が低減されて電池性能が向上する。特に、この場合の弾性体には結束部材としての機能が要求されないので、弾性体の材質および構造の設定の自由度が増し、より適切な結束力を設定することができる。

上記のように弾性体を備える電池モジュールにおいて、前記弾性体が、前記結束部材と前記正極端板および前記負極端板の少なくともいずれか一方との間に介在していてもよい。このように構成することにより、簡単な構造で効果的に単位電池同士の接触を確保することができる。

上記のように弾性体を備える電池モジュールにおいて、さらに、前記結束部材と前記弾性体との間に介在する弾性体固定板を備えていてもよい。このように構成することにより、弾性体を結束部材で直接締め付ける場合よりも安定的に保持することが可能になる。また、弾性体固定板の寸法を調整することにより、弾性体の数および位置を設定する自由度が増し、弾性体をより適切に保持することが可能になる。

本発明に係る電池モジュールにおいて、前記電池積層体の、前記弾性体が設けられている側の端板と、前記電池積層体との間に、該電池積層体の端面に接触して前記弾性体の弾性力を前記電池積層体に伝達する圧縮サポート板が配設されていることが好ましい。このように構成することにより、弾性体の弾性力が、電池積層体の端部に位置する単位電池に、単位電池の積層方向に直交する面方向に分散して伝達されるので、端部に位置する単位電池に機械的な故障が発生することを効果的に防止して、電池モジュールの寿命を向上させることができる。

上記のように、圧縮サポート板を設ける場合、前記圧縮サポート板に、前記積層方向に直交して延びる貫通孔が形成されていることが好ましい。この構成によれば、圧縮サポート板に設けた貫通孔に冷却用空気を通過させることにより、電池積層体の端部に位置する単位セルの表面を冷却することができるので、電池積層体の充放電性能が向上する。

また、本発明に係る電池モジュールにおいて、前記電池積層体の前記単位電池間に、前記積層方向に直交する方向に貫通する冷却通路を形成する放熱部材が介在していることが好ましい。このように構成することにより、電池積層体の端部に位置する単位電池のみならず、電池積層体を構成する各単位電池を効果的に冷却することができるので、電池積層体の充放電性能が向上する。

本発明に係る電池モジュールにおいて、前記正極端板、負極端板、電池積層体、弾性体固定板および圧縮サポート板の少なくともいずれかに、前記結束部材を受け入れる結束用凹部が設けられていてもよい。このように構成することにより、電池モジュールが、例えば車両のような、振動の多い設置環境で使用されても、結束部材の位置ずれや脱落を防止することができるので、電池モジュールの信頼性が向上する。

本発明に係る電池モジュールにおいて、前記弾性体に接する板部材の少なくともいずれかに、前記弾性体を受け入れる圧縮用凹部が形成されている。このように構成することにより、電池モジュールが、例えば車両のような、振動の多い設置環境で使用されても、弾性体の位置ずれや脱落を防止することができるので、電池モジュールの信頼性が向上する。

上記のように、本発明に係る電池モジュールに圧縮用凹部を設ける場合、前記弾性体固定板に、前記積層方向に貫通する貫通孔が設けられ、該貫通孔のねじ部に電池モジュールの外方から螺合されて貫通孔の一部分を塞ぐねじ体の先端面と、前記貫通孔の他部分の内周面とによって前記圧縮用凹部が形成されており、前記弾性体の一端部が、前記ねじ体の先端面に圧接していてもよい。このように構成することにより、電池モジュールの組立工程や、使用途中において、ねじ体のねじ込み位置を調整することにより、電池モジュールを分解することなく容易に圧縮力を調整できるので、組立作業やメンテナンス作業が容易になる。

上記のように、端板にねじ体を螺合させる場合、前記ねじ体が、頭部を有しない軸部のみからなるねじ体であってもよい。このように、頭部を有しないねじ体を使用することにより、電池モジュールをコンパクトに構成することができる。

本発明に係る電池モジュールにおいて、前記結束部材を絶縁性素材で形成してもよい。この構成によれば、正極端板および負極端板と結束部材との間に絶縁部材を設ける必要がないので、電池モジュールを一層コンパクトに構成することができる。

以上のように、本発明に係る電池モジュールによれば、電池モジュールの組立てを容易にする構造を有する電池を用い、電池モジュール全体を強固に締め付ける締付部材や、これを電池積層体に固定する固定部材を省いて、組立作業の容易化、電池モジュールの軽量化および小型化を図ることが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る電池モジュールを示す斜視図である。 図１の電池モジュールに使用される単位電池を示す斜視図である。 図２の単位電池の内部構造を示す断面図である。 図１の電池モジュールの構造を示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図である。 図１の電池モジュールに用いられる結束部材の構造の例を示す概略図である。 本発明の第２実施形態に係る電池モジュールの構造を示す側面図である。 本発明の第３実施形態に係る電池モジュールの構造を示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図である。 図７の電池モジュールの要部を示す、図７（ａ）のVIII−VIII線に沿った断面図である。 図７の電池モジュールに用いられるねじ体の一例を示す概略図である。 本発明の第４実施形態に係る電池モジュールの構造を示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図である。 本発明に係る電池モジュールに使用される放熱板を示す斜視図である。 本発明に係る電池モジュールに使用される放熱部材の変形例を示す平面図である。 本発明に係る電池モジュールに使用されるハウジングの冷却構造を示す斜視図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の第１実施形態に係る電池モジュールＢを示す斜視図である。この電池モジュールＢは、密閉式の角形電池である単位電池Ｃを複数個使用して構成したものであり、単位電池Ｃを複数個積層した電池積層体１と、電池モジュールＢ全体の端子となる正極端板３および負極端板５と、帯状の結束部材７とを主要な構成要素として備えている。単位電池Ｃは、水酸化ニッケルを主要な正極活物質とし、水素吸蔵合金を主要な負極活物質とし、アルカリ系水溶液を電解液とするニッケル水素二次電池として構成されている。なお、以下の説明では、単位電池Ｃの積層方向Ｘにおける正極側を前側と呼び、負極側を後側と呼ぶ。

本実施形態に用いる単位電池Ｃは、対向して配置された導電性の板材からなる正極端子板および負極端子板を有する密閉式の角形電池であれば、どのような構造を有していてもよいが、例えば、図２の斜視図に示すような構造とすることができる。この単位電池Ｃは、互いに平行に対向配置された正極端子板１３および負極端子板１５と、両端子板１３，１５に固定された絶縁素材からなる矩形の枠形部材１７とによって形成された角形のケーシング１９を有している。ケーシング１９は、両端子板１３，１５を枠形部材１７にインサート成形して形成されたものであり、枠形部材１７が、ケーシング１９の外周部１９ａを形成している。

図３は、図２の単位電池Ｃの内部構造を示す断面図である。ケーシング１９の内方には、セパレータ２１、正極を構成する正極体２３および負極を構成する負極体２５を含む電極体２７が、電解液とともに収納されている。電極体２７は、プリーツ状に折り曲げられたセパレータ２１を介して、平板状の正極体２３および負極体２５が交互に積層されて対向するプリーツ構造を有している。本実施形態において、電極体２７は、矩形の枠形部材１７の互いに対向する２組の辺の一方の対向方向である横方向Ｙに積層されている。

電極体２７の外周は、絶縁性素材からなる矩形の内部枠体２９で覆われている。また、正極端子板１３および負極端子板１５の外縁部１３ａ、１５ａが、対向方向Ｘに折り曲げられた折り曲げ部３３，３５として形成されており、これら折り曲げ部３３，３５が、枠形部材１７と内部枠体２９との間に介在している。枠形部材１７は、本体部１７ａの対向方向Ｘにおけるほぼ中央部に、内周側に突出する内周凸部１７ｂを有しており、この内周凸部１７ｂと、折り曲げ部３３，３５が内枠部材２９の外周面２９ａを覆っている。

枠形部材１７は、インサート成形に適し、かつ耐アルカリ水溶液性を有する樹脂、例えば、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド、ポリプロピレンおよびポリエチレンのいずれか１種類またはこれらの混合物によって形成されている。正極端子板１３および負極端子板１５は、本実施形態では、ニッケルめっきを施した鋼板によって形成されている。両端子板１３，１５の各折り曲げ部３３，３５の外周面は、枠形部材１７に接合される接合面３１であり、エッチングのような表面処理を施すことにより、微細な凹凸が形成されている。この接合面３１は短いハッチングで示されている。

次に、本実施形態に係る電池モジュールＢの構造について詳細に説明する。図４（ｂ）の側面図に示すように、この電池モジュールＢにおいて、複数の単位電池Ｃが、導電性素材からなる放熱板３７を介して、破線で示す両端子板１３，１５の対向方向Ｘに積層されて電池積層体１を形成している。隣接する単位電池Ｃ，Ｃの一方の正極端子板１３と他方の負極端子板１５とが対向する向きに配置されて積層されることにより、これら複数の単位電池Ｃが直列に接続されている。

電池積層体１の正極側端には、電池モジュールＢの正極端子となる正極端板３が配置されており、一方、電池積層体１の負極側端には、電池モジュールＢの負極端子となる負極端板５が配置されている。

単位電池Ｃ，および両端板３，５の、積層方向Ｘに直交する縦方向Ｙの寸法はほぼ同一に設定されており、同様に、積層方向Ｘおよび横方向Ｙに直交する縦方向Ｚの寸法もほぼ同一に設定されている。これらの各要素Ｃ，３，５を、２つの帯状の結束部材７が、積層方向Ｘに締め付けて結束している。

結束部材７を形成する素材は、長期間にわたって結束力に耐える強度を有するものであれば特に限定されないが、本実施形態のように、結束部材７が正負極両方の端子板に接触する構造においては、絶縁性素材である必要がある。また、本実施形態では、結束部材７が、積層方向Ｘに伸縮可能な弾性を有する結束部材として構成されており、伸長状態にある結束部材７の収縮力によって、電池積層体１が積層方向Ｘに締め付けられている。

より具体的には、結束部材７は、その全体を弾性材料、例えば、アラミド繊維やカーボンファーバーなどを用いた繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、ゴムなどで形成することにより弾性を有していてもよいが、本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、結束部材７の積層方向Ｘにおける一部のみを弾性材料からなる弾性部７ａとして形成している。この場合の弾性部７ａは、例えば、上記のようなＦＲＰやゴムなどの弾性素材で形成してもよく、あるいは、図５（ａ）に示すように、コイルばねのようなばね部材で形成してもよい。さらには、図５（ｂ）に示すように、弾性部７ａを、結束部材７の他の部分と同一の非弾性材料を波形形状とすることで弾性を有するように形成してもよい。

両端板３，５の、外方に露出する正極端子面３ａおよび負極端子面５ａと各外周側面３ｂ、５ｂ、および各単位電池Ｃのケーシング１９の外周部１９ａの、互いに対応する位置に、結束部材７の幅寸法よりも若干大きい幅寸法を有する積層方向Ｘに延びる溝として形成された、結束用凹部４３が設けられている。結束部材７は、この結束用凹部４３に受け入れられることにより、車両のような振動の多い使用環境においても、結束位置がずれたり脱落したりすることなく、長期にわたって安定的に結束することができる。

結束用凹部４３は、両端板３，５およびケーシング１９のすべてに設けられることが好ましいが、これらのうちの少なくとも一つに設けられていればよい。また、結束用凹部４３は、これらの部材３，５，１９に限らず、結束部材７によって結束される部材のうちで、結束部材７に接する部材であればどのような部材に設けてもよい。

図６は、本発明の第２実施形態に係る電池モジュールＢを示す概略構成図である。本実施形態では、図６（ａ）に示すように、結束部材７とは別体の、積層方向Ｘに伸縮可能な弾性体３８を、積層方向Ｘにおける電池積層体１と結束部材７との間に配設している。より具体的には、結束部材７と正極端板３との間に弾性体３８を介在させている。そのほかの構成は、図１の第１実施形態と同様である。

弾性体３８は、積層方向Ｘに収縮した状態で結束部材７と正極端板３との間に介在しており、弾性体３８の復元力により、結束部材７を介して電池積層体１が積層方向Ｘに締め付けられて、単位電池Ｃ同士の接触が保持されている。これにより、単位電池Ｃ同士の接触を長期に渡ってより良好に確保することが可能となり、電池モジュールＢの電気抵抗が低減されて電池性能が向上する。特に、弾性体３８には結束部材７としての機能が要求されないので、弾性体３８の材質および構造の設定の自由度が増し、より適切な結束力を設定することができる。

弾性体３８は、積層方向Ｘに伸縮可能であって、かつ結束部材７と正極端板３との間に安定的に設置することができればどのような材質、構造のものであってもよく、絶縁性素材であってもよい。例えば、図６（ｂ）に示す板ばねや、コイルばね、ゴムなどを、弾性体３８として使用することができる。また、結束部材７は、本実施形態においても絶縁性素材である必要がある。

なお、弾性体３８は、結束部材７と正極端板３との間に限らず、結束部材７と負極端板５との間に介在させてもよく、結束部材７と両端板３，５との間にそれぞれ介在させてもよい。また、本実施形態における結束部材７は、非弾性部材であるものとして説明したが、第１実施形態と同様に、弾性部材として形成してもよい。

図７に、本発明の第３実施形態に係る電池モジュールＢを示す。この電池モジュールＢは、図６の第２実施形態と同様に、結束部材７とは別体の、積層方向Ｘに伸縮可能な弾性体３８が、積層方向Ｘにおける電池積層体１と結束部材７との間に配設されている。本実施形態では、さらに、図７（ｂ）の側面図に示すように、結束部材７と弾性体３８との間に弾性体固定板３９が介在している。

換言すれば、正極端板３よりも前側に、正極端板３とほぼ同一の縦方向寸法および横方向寸法を有する板材からなる弾性体固定板３９が配設されており、正極端板３と弾性体固定板３９との間に弾性体３８が介在している。図７（ａ）の正面図に示すように、本実施形態においては、４つの弾性体３８が、矩形の正極端板３の各角部の近傍に配置されている。

このように、結束部材７と弾性体３８との間に板材からなる弾性体固定板３９を介在させたことにより、結束部材７で直接弾性体３８を締め付ける場合に比べて、安定的に弾性体３８を保持することが可能になる。板材からなる弾性体固定板３９を用いれば、後述するように、弾性体３８をより安定的に保持するための凹部のような機構を設けることも容易となる。なお、正極端板３と弾性体３８との間に、放熱板３７をさらに配設して、弾性体固定板３９と放熱板３７との間に弾性体３８が介在する構成としてもよい。

弾性体固定板３９の縦方向寸法および横方向寸法は、正極端板３の両寸法よりも小さくてもよいが、帯状の結束部材７の幅方向の寸法（図７の例では縦方向Ｙの寸法）よりも大きく設定することが好ましい。さらに、弾性体３８をグリッド状に配置してもよく、円形状または同心円形状に並べて配置してもよい。また、弾性体３８の形状は、角形や円形など、適宜選択することができ、大きさも上述のように適宜変更してよい。このように、弾性体３８の寸法および形状を選択することにより、弾性体３８に作用する面圧を適切な値に設定することが可能となる。

なお、本実施形態では、弾性体固定板３９の前面３９ａおよび側面３９ｂに結束用凹部４３を設けている。

図８は、本実施形態の要部を拡大して示す、図７のVIII−VIII線に沿った断面図である。図８に示すように、弾性体固定板３９の、弾性体３８に対応する位置には、積層方向Ｘに貫通する貫通孔４５が設けられている。この貫通孔４５の内周面に形成されたねじ部４５ａに、頭部を有しない頂面４７ａにマイナス溝４７ｂが設けられている、すりわり付き止めねじとして形成されたねじ体４７が、前側外方から螺合して貫通孔４５の一部分を塞いでいる。このようにして、ねじ体４７の先端面４７ｃと、貫通孔４５の後側の他部分の内周面とによって、弾性体３８の一端部３８ａを受け入れる第１圧縮用凹部４９が形成されており、第１圧縮用凹部４９の底面を形成するねじ体４７の先端面４７ｃに、弾性体３８の一端部３８ａが圧接している。また、正極端板３の前側の、弾性体３８に対応する位置に、積層方向Ｘに凹となって弾性体３８の他端部３８ｂを受け入れる第２圧縮用凹部５０が設けられている。

本実施形態において、ねじ体４７が、弾性体３８に電池積層体１の接触を保持するのに十分な弾性力を与える位置までねじ込まれた状態で、ねじ体４７の頂面４７ａが、弾性体固定板３９の端面３９ａよりも前側に突出しないように設定されている。これにより、電池モジュールＢの寸法の増大を防止できる。

ねじ体４７としては、頭部を有するねじ部材を使用してもよいが、上述のように電池モジュールＢの寸法増大を抑制する観点から、頭部を有しない軸部のみからなるねじ部材、いわゆるイモねじを使用することが好ましい。このようなねじ体４７として、図８に示したすりわり付き止めねじのほかにも、例えば、図９に示す六角穴付き止めねじを使用することができる。

図８に示した第１および第２の圧縮用凹部４９，５０は、いずれか一方のみ設けてもよく、あるいは、両方省略してもよいが、このように凹部４９，５０を設けることにより、弾性体３８の位置ずれや脱落が防止される。特に、弾性体固定板３９に、貫通孔４５とねじ体４７の先端面４７ｃによって形成した第１圧縮用凹部４９を設け、先端面４７ｃに弾性体３８の一端部３８ａを圧接させているので、電池モジュールＢの組立て時やメンテナンス時に、ねじ体４７のねじ込み位置を調整することによって、電池モジュールＢを分解することなく、容易に圧縮力を調整することができる。ねじ体４７および弾性体３８としては、電気抵抗の小さい素材で形成することが好ましい。

本実施形態において、弾性体３８、弾性体固定板３９およびねじ体４７は、導電性素材で形成されていても絶縁性素材で形成されていてもよいが、これらの部材を導電性素材で形成した場合には、弾性体固定板３９を正極端板３としても利用できるので、弾性体３８と電池積層体１との間の正極端板は省略することができる。

この場合、弾性体３８としては、図８に示したにコイルばねに限らず、導電性材料からなるいかなる弾性部材、例えば、板ばねを用いてもよく、導電性ゴムのような弾性材料を使用してもよい。もっとも、弾性体３８は電気抵抗の小さい材料で形成されていることが好ましい。

図１０は、本発明の第４実施形態に係る電池モジュールＢを示す概略構成図である。この第４実施形態では、図７の第３実施形態と同様に、結束部材７と弾性体３８との間に弾性体固定板３９を介在させている。これに加えて、図１０に示すように、弾性体固定板３９の中央部に、積層方向Ｘに貫通する貫通孔３９ｃを設けるとともに、正極端板３に、正極端板３から積層方向Ｘに突出する正極端子突起５１を設け、その先端部５１ａを、貫通孔３９ｃを介して弾性体固定板３９よりも前側に突出させている。

本実施形態では、正極端子突起５１を、正極端板３の中央部に設けたボルト孔３ｃに螺合させることによって正極端板３に接触固定された端子ボルトによって形成し、その先端部５１ａである頭部を弾性体固定板３９よりも前側に突出させて、電池モジュールＢの正極端子として利用する。負極端板５にも、同様にして端子ボルトとして形成した負極端子突起５３を螺合させている。

このように、弾性体固定板３９の中央部に貫通孔３９ｃを形成し、正極端板３に、積層方向Ｘに突出する端子突起５１を設けることにより、弾性体３８を介在させる積層方向Ｘのスペースを有効に利用することができ、端子を、正極端板３から縦方向Ｙや横方向Ｚに突設する場合に比べて電池モジュールＢの小型化を図ることができる。

また、図７に示す第３実施形態では、弾性体３８の弾性性能を確保するために、弾性体３８の材質や形状の設定に制約があり、十分な導電性を確保することが困難な場合がある。これに対して、図１０の第４実施形態では、弾性体３８とは独立に端子突起５１を設けるので、端子突起５１の材質や形状を、電池モジュールＢの電気抵抗を低減するために自由に設定できる。

特に、本実施形態のように、端子突起５１を、正極端板３に螺合させた端子ボルトとして形成することにより、簡単な構造および容易な組立て作業によって、上記のような効果を得ることができる。

また、本実施形態では、正極端板３と電池積層体１との間に、板状の導電性部材である圧縮サポート板５５を介在させている。圧縮サポート板５５を正極端子板３および電池積層体１に接触させて配設することにより、弾性体３８の弾性力が、単位電池Ｃに、積層方向Ｘに直交する面方向に分散して伝達される。したがって、単位電池Ｃに局所的な応力が付加されることによる機械的な故障が効果的に防止され、電池モジュールＢの寿命が向上する。なお、圧縮サポート板５５は省略してもよく、また、上記で説明したいずれの実施形態においても設けることができる。

次に、本発明に係る電池モジュールＢの冷却構造について、代表として図１０を参照しながら説明する。上述のように、図１０に示す電池積層体１の単位電池Ｃ間には、導電性素材からなる、冷媒通路６１を有する放熱部材である放熱板３７が介在している。放熱板３７は、電気抵抗の小さい素材で形成することが好ましい。より具体的には、本実施形態に係る放熱板３７は、アルミニウム素材にニッケルめっきを施したものであり、隣接する単位電池Ｃの一方の正極端子板１３と他方の負極端子板１５との間に介在するように積層されている。放熱板３７には、積層方向Ｘに直交する方向に延びる複数の貫通孔３７ａが設けられており、貫通孔３７ａの内方が、冷却用の空気を通すための複数の冷媒通路６１として機能する。

また、本実施形態の放熱板３７の、縦方向Ｙの寸法Ｄｈを、単位電池Ｃの寸法よりも小さく設定しており、同様に、放熱板３７の横方向Ｚの寸法（図示せず）も、単位電池Ｃの寸法よりも小さく設定している。つまり、導電性部材からなる放熱板３７が、絶縁性の外周部１９ａを有する単位電池Ｃよりも電池積層体１の外方に突出しないように設定している。より詳細には、例えば、図１０に示すように、放熱板３７の平面方向寸法Ｄｈを、単位電池Ｃの両端子板１３，１５の平面方向寸法Ｄｔにほぼ合致させている。このように、放熱板３７の寸法を、効率的に電池Ｃを冷却し、かつ電池Ｃ間の導通を確保するために必要最小限の大きさとすることにより、電池モジュールＢの重量および体積の増大を抑制することができる。もっとも、放熱板３７の寸法は、単位電池Ｃの構成や電池モジュールＢ全体の構成に応じて、適宜設定してよい。例えば、放熱板３７の平面方向寸法Ｄｈを、単位電池Ｃにほぼ合致させてもよく、この場合には、放熱板３７の側面に、結束部材７を受け入れる結束用凹部（図示せず）を設けてもよい。

本実施形態では、さらに、圧縮サポート板５５に、積層方向Ｘに直交する方向に延びる複数の貫通孔５５ｂを形成し、この貫通孔５５ｂを冷媒通路６１Ａとして利用することにより、圧縮サポート板５５が放熱部材としても機能するように構成しているが、圧縮サポート板５５に貫通孔５５ｂを設けずに、圧縮サポート板５５と単位電池Ｃとの間にも放熱板３７を介在させてもよい。

また、放熱板３７は、隣接する単位電池Ｃの一方の正極端子板１３と、他方の負極端子板１５との間に介在するので、これら２つの単位電池Ｃを電気的に接続するべく、電気伝導性を有することが必要である。この点において、アルミニウムは電気抵抗が比較的低く、熱伝導率が比較的大きいので、放熱板３７を形成する素材として好ましい特性を有している。しかしながら、アルミニウムは酸化しやすく、接触抵抗が増大しやすい。そこで、アルミニウム板に接触抵抗の小さいニッケルのめっきを施すことにより、接触抵抗の低減を図っている。

なお、放熱部材としては、図１１に示した貫通孔３７ａを有する放熱板３７に限らず、積層方向Ｘに直交する方向に延びる冷媒通路６１を形成し、かつ、単位電池Ｃ間の導通を確保することができるものであれば、いかなる態様のものを使用してもよい。例えば、図１２（ａ）の平面図に示す変形例のように、単位電池Ｃ間に、複数のレール状の放熱部材３７Ａを配設して、放熱部材３７Ａ間に形成される隙間を冷媒通路６１として利用してもよい。あるいは、図１２（ｂ）の平面図に示す他の変形例のように、単位電池Ｃの両端子板１３，１５のうちの一方に、単位電池Ｃに一体的に形成された放熱部材として、複数の平行に延びる凸部３７Ｂを設け、これら凸部３７Ｂ間の隙間を冷媒通路６１として利用してもよい。

電池モジュールＢは、例えば、図１３に示すような絶縁性素材からなるハウジング８３を備えている。ハウジング８３の上部８３ａおよび底部８３ｂの内方には、冷却媒体となる空気Ａを流通させるための流入路９１および流出路９３が形成されており、上部８３ａの前端壁および後端壁に、それぞれ、強制冷却のための排気ファン９５が設置されている。各排気ファン９５の排気圧力によって底部８３ｂの前後の開口から流入路９１に導入された空気Ａは、上部８３ａの流出路９３を通って前後の排気ファン９５から外部に排出されるまでの途中で、図１１の放熱板３７の冷媒通路６１に入り込み、放熱板３７を介して単位電池Ｃを冷却する。このようにして、冷媒通路６１が単位電池Ｃを冷却するための冷却媒体通路として機能する。

なお、図１３の排気ファン９５の代わりに、底部８３ｂの前端壁および後端壁に、外部からケーシング９内に空気を導入する吸気ファン（図示せず）を設けてもよい。また、本実施形態では、放熱板３７を、各単位電池Ｃ間に１つの割合で介在させているが、放熱板３７を介在させる位置や数は適宜変更してよい。さらに、冷媒としては、空気Ａの他に、一般的に用いられているもの、例えば油を使用してもよい。

電池モジュールＢにこのような冷却構造を設けることにより、単位電池Ｃのそれぞれを、簡単な構造によって効果的に冷却することができるので、電池性能、特に長期充放電サイクル性能が向上する。

上記の各実施形態に係る電池モジュールＢによれば、以下の効果が得られる。

上記実施形態に係る電池モジュールＢは、単位電池Ｃとして、対向配置された正極端子板１３および負極端子板１５を備える角形のものを使用しているので、複数の単位電池Ｃを一定方向Ｘに積層させるだけで直列に接続することができる。したがって、電池モジュールＢの構造が簡単であり、その組立作業が容易になる。

しかも、電池積層体１の積層方向Ｘの一端部および他端部にそれぞれ配置された正極端板３および負極端板５と、電池積層体１、正極端板３および負極端板５を帯状の結束部材７によって結束して単位電池Ｃ同士の接触を保持している。すなわち、電池積層体１の締付固定を、結束部材７のみによって行っている。

これにより、電池モジュールＢ全体を締め付ける厚肉の締付部材や、これを電池積層体に固定する多数の固定部材を用いることなく、電池モジュールＢを軽量かつコンパクトに構成することができるので、電池モジュールＢの重量エネルギー密度および体積エネルギー密度が向上する。

なお、上記の各実施形態の説明において、弾性体３８を、正極端板３側にのみ設けた例を示したが、弾性体３８は、負極端板５側にのみ設けてもよく、あるいは、両端板３，５側にそれぞれ設けてもよい。

また、電池積層体１の、弾性体３８が設けられている側の端部に位置する単位電池Ｃと弾性体３８との間に、圧縮サポート板５５が配設されているので、弾性体３８の弾性力が、単位電池Ｃに、積層方向Ｘに直交する面方向に分散して伝達される。したがって、単位電池Ｃに局所的な応力が付加されることによる機械的な故障が効果的に防止され、電池モジュールＢの寿命が向上する。

なお、上記の各実施形態においては、結束部材７として絶縁性素材で形成した例を説明したが、結束部材７によって結束される単位電池Ｃや正負極端板３，５、弾性体３８、弾性体固定板３９などの部材のうち、結束部材７に接触する部材の接触する部分を絶縁性材料によって形成すれば、結束部材７を導電性部材で形成してもよい。また、結束部材７や弾性体３８の数や位置は、上記で説明した例に限定されず、適宜設定してよい。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１ 電池積層体
３ 正極端板
５ 負極端板
７ 結束部材
１３ 正極端子板
１５ 負極端子板
３８ 弾性体
３９ 弾性体固定板
Ｂ 電池モジュール
Ｃ 単位電池
Ｘ 積層方向（端子板の対向方向）

Claims (13)

1. 互いに対向して配置された導電性の板材からなる正極端子板および負極端子板を有する角形電池を、両端子板の対向方向に複数個積層してなる電池積層体と、
   前記電池積層体の積層方向の一端部および他端部にそれぞれ配置された正極端板および負極端板と、
   前記電池積層体、前記正極端板および前記負極端板を結束する帯状の結束部材と、
   を備える電池モジュール。
2. 請求項１において、前記電池積層体を構成する角形電池がニッケル水素二次電池である電池モジュール。
3. 請求項１または２において、前記帯状の結束部材が、前記電池積層体の積層方向に伸縮可能な弾性を有する結束部材として形成されている電池モジュール。
4. 請求項１から３のいずれか一項において、前記積層方向における前記結束部材と前記電池積層体との間に、前記積層方向に収縮した状態で位置して、前記角形電池同士の接触を保持する弾性体をさらに備える電池モジュール。
5. 請求項４において、前記弾性体が、前記結束部材と前記正極端板および前記負極端板の少なくともいずれか一方との間に介在している電池モジュール。
6. 請求項４において、さらに、前記結束部材と前記弾性体との間に介在する弾性体固定板を備える電池モジュール。
7. 請求項５において、前記正極端板および負極端板のうち前記弾性体が設けられている側の端板と、前記電池積層体との間に、該電池積層体の端面に接触して前記弾性体の弾性力を前記電池積層体に伝達する圧縮サポート板が配設されている電池モジュール。
8. 請求項７において、前記圧縮サポート板に、前記積層方向に直交して延びる貫通孔が形成されている電池モジュール。
9. 請求項４から８のいずれか一項において、前記弾性体に接する板部材の少なくともいずれかに、前記弾性体を受け入れる圧縮用凹部が形成されている電池モジュール。
10. 請求項６を引用する請求項９において、前記弾性体固定板に、前記積層方向に貫通する貫通孔が設けられ、該貫通孔のねじ部に電池モジュールの外方から螺合されて貫通孔の一部分を塞ぐねじ体の先端面と、前記貫通孔の他部分の内周面とによって前記圧縮用凹部が形成されており、前記弾性体の一端部が、前記ねじ体の先端面に圧接している電池モジュール。
11. 請求項１０において、前記ねじ体が、頭部を有さない軸部のみからなるねじ体である電池モジュール。
12. 請求項１から１１のいずれか一項において、前記電池積層体の前記角形電池間に、前記積層方向に直交する方向に貫通する冷却通路を形成する放熱部材が介在している電池モジュール。
13. 請求項１から１２のいずれか一項において、前記結束部材が絶縁性素材で形成されている電池モジュール。

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