JP6091921B2 - 電池モジュール及び組電池 - Google Patents

Description

本発明は、ラミネート型単電池を組み合わせて構成される電池モジュール及び複数個の電池モジュールを積層した積層体を含んで構成される組電池に関する。

高エネルギ密度化や高出力密度化等が望まれる車載用の動力源として、リチウムイオン電池等をラミネートフィルムによって封止したラミネート型単電池を複数接続して形成される組電池を採用することが提案されている。例えば、特許文献１には、図１０に示す組電池１が記載されている。この組電池１は、矩形状のラミネート型単電池２と、ラミネート型単電池２を保持するべくその周縁を囲うフレーム３と、冷却プレート４、４とを有している。ラミネート型単電池２を保持したフレーム３が複数積層されることで電池ユニット５が構成され、該電池ユニット５の積層方向両側を冷却プレート４、４によって挟持することで組電池１が構成されている。なお、図１０は、組電池１の部分縦断面図であり、説明の便宜上、電池ユニット５を構成する複数のラミネート型単電池２及びフレーム３のうち、積層方向の中間部分に配置されるものを省略して示している。

具体的には、フレーム３のそれぞれの周縁部には、該フレーム３を積層して電池ユニット５を構成したときに、互いに重畳されることで、電池ユニット５を積層方向に貫通する貫通孔３ａが形成されている。また、冷却プレート４、４の周縁部には、電池ユニット５を挟持した際に、貫通孔３ａと重なる貫通孔４ａが形成されている。

組電池１を形成する場合、先ず、貫通孔４ａにボルト６を挿通させた冷却プレート４上に、さらに、貫通孔３ａにボルト６を挿通させつつ、鉛直方向にフレーム３を積層する。これによって、冷却プレート４上に電池ユニット５を形成する。この電池ユニット５の上にさらに冷却プレート４を積層し、積層方向上下の冷却プレート４、４で電池ユニット５を挟持して加圧した状態で、ボルト６の両端にナット７、７を螺合する。これによって、複数のフレーム３及び冷却プレート４、４が互いに一体に固定されるとともに、積層された各ラミネート型単電池２の電極（不図示）同士が接触するように面圧が付与されて、緊締状態の組電池１が構成される。

特許第３９７２８８４号公報

上記の組電池１では、ラミネート型単電池２を保持した複数のフレーム３同士が重力方向に沿って積層されている。このため、積層方向の下方に配置されるラミネート型単電池２には、重力によって、上方に配置されるラミネート型単電池２の重さ分の荷重が加わる。その結果、積層方向の上下でラミネート型単電池２に付与される面圧の大きさに差が生じてしまう。すなわち、下方のラミネート型単電池２に大きな面圧が生じる。

このような面圧差によって、例えば、局所的に過度な面圧が付与されたラミネート型単電池２では、電池反応が阻害されてしまう懸念がある。例えば、ラミネート型単電池２を直列に接続して構成される組電池１中に、上記のように十分な電池反応が得られないラミネート型単電池２が含まれる場合、組電池１の高出力化が困難となる懸念がある。このような組電池１の出力を高めるためには、ラミネート型単電池２の積層数をさらに増加させなければならず、組電池１が大型化・重量化してしまう。

また、ラミネート型単電池２のそれぞれは、充放電や経年変化によって膨張することがある。上記の組電池１は、ボルト６及びナット７等の緊締部材によって、初期のラミネート型単電池２の厚さに合わせて、積層方向の高さが維持されるように規定されている。このため、組電池１では、ラミネート型単電池２が膨張した際に、固定部材やその周辺の構成に過大な応力が作用することになるので、十分な耐久性が得られない懸念がある。一方、組電池１の構成を上記の応力に耐え得る強度とすると、組電池１が大型化・重量化してしまうことが考えられる。

さらに、組電池１を車体に搭載する場合、車体の設置スペースの形状・容積に適合した組電池１を構成する必要がある。設置スペースの形状や容積は車種によって異なるので、このことに対応して様々な大きさの組電池１が求められる。しかしながら、上記の組電池１では、所定の積層数のラミネート型単電池２及びフレーム３からなる電池ユニット５を一組の冷却プレート４、４で挟持して構成されるため、組電池１全体の大きさ（高さ）を自由に変更することは困難である。すなわち、様々な形状・容積の設置スペースに対応するためには、大きさの異なる複数の組電池１を予め準備する必要があり、生産効率の観点から好ましくない。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、鉛直方向に積層された複数個のラミネート型単電池それぞれに一定の面圧を付与すること、大型化及び重量化することなく耐久性を向上させること、２個のラミネート型単電池を独立した構成単位とし、レイアウト性を向上させることが可能な電池モジュールと、該電池モジュールを複数個積層した積層体を含んで構成され、レイアウトの自由度及び生産効率を向上させることが可能な組電池を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、ラミネート型単電池を組み合わせて構成される電池モジュールであって、
互いに離間して対向するように積層配置される２個の前記ラミネート型単電池と、
前記ラミネート型単電池同士の間に介在し、前記ラミネート型単電池を互いに離間する方向に弾発付勢する弾性部材と、
前記２個のラミネート型単電池を積層方向の外側から挟持する一組の挟持板と、
前記挟持板同士の間の距離を固定する距離固定手段と、
を備え、
前記距離固定手段は、
前記一組の挟持板を前記積層方向に沿って貫通する軸部と、前記軸部の長手方向の一端側に形成され、且つ前記一組の挟持板の前記積層方向の外側の一端面に当接する頭部と、を有するピンと、
前記一組の挟持板を貫通した前記軸部の長手方向の他端側から挿通され、前記一組の挟持板の前記積層方向の外側の他端面に当接する止め輪と、を含んで構成され、
前記ピンの端面に他の電池モジュールが当接し、該ピンが積層荷重を受けるように前記他の電池モジュールを積層可能であることを特徴とする。

この電池モジュールでは、２個を一組とするラミネート型単電池が弾性部材によって弾発付勢されて互いに離間しているため、両者の間にクリアランスが生じる。このクリアランスが、冷却気体が通過する流通路となるので、ラミネート型単電池を冷却することが容易である。

そして、ラミネート型単電池や弾性部材、挟持板等の重さによる荷重を距離固定手段で受けるので、電池モジュール同士を積層したときには、上方の電池モジュールの重さによる荷重が、下方の電池モジュールの距離固定手段に作用する。このため、下方の電池モジュールのラミネート型単電池に荷重が作用することが回避される。従って、この場合においても、各ラミネート型単電池の面圧が互いに略同等となる。

また、一組のラミネート型単電池を積層方向の外側から挟持する挟持板同士の間の距離が、距離固定手段によって規定されて所定の間隔に維持されているので、充放電や経年変化によってラミネート型単電池が膨張する際、ラミネート型単電池の体積は、挟持板側に膨張することが抑止され、該挟持板側とは反対に向かって、すなわち、互いの間に存在する弾性部材に向かって増加する。このことから諒解されるように、距離固定手段によって、ラミネート型単電池や挟持板が初期の位置から積層方向外方に向かって変位することが防止される。

このため、ラミネート型単電池が膨張したときであっても、上方の電池モジュールのラミネート型単電池と、下方の電池モジュールのラミネート型単電池とが押接し合うことが防止される。従って、この場合にも、各ラミネート型単電池の面圧が互いに略同等の状態が保たれる。

さらに、この際には弾性部材が圧縮される。これに伴って体積増加に伴う応力が吸収ないし緩和されるので、挟持板や距離固定手段等に過大な応力が作用することを抑制できる。すなわち、この電池モジュールは、破損が生じ難い。その上、距離固定手段によって挟持板やラミネート型単電池が積層方向の外方に変位することが回避されるので、電池モジュール全体としての体積（大きさ）が変化することがない（寸法変化しない）。

組電池は、上記した電池モジュールを積層した積層体を含んで構成される。すなわち、本発明は、ラミネート型単電池を組み合わせて構成される複数個の電池モジュールを積層した積層体を含んで構成される組電池であって、
前記電池モジュールは、
互いに離間して対向するように積層配置される２個の前記ラミネート型単電池と、
前記ラミネート型単電池同士の間に介在し、前記ラミネート型単電池を互いに離間する方向に弾発付勢する弾性部材と、
前記２個のラミネート型単電池を積層方向の外側から挟持する一組の挟持板と、
前記挟持板同士の間の距離を固定する距離固定手段と、
を備え、
前記距離固定手段は、
前記一組の挟持板を前記積層方向に沿って貫通する軸部と、前記軸部の長手方向の一端側に形成され、且つ前記一組の挟持板の前記積層方向の外側の一端面に当接する頭部と、を有するピンと、
前記一組の挟持板を貫通した前記軸部の長手方向の他端側から挿通され、前記一組の挟持板の前記積層方向の外側の他端面に当接する止め輪と、を含んで構成され、
前記積層体では、複数個の前記電池モジュールの前記ピン同士が前記軸部の長手方向に沿って重畳されることで、該ピンが積層荷重を受けることを特徴とする。

この場合、積層体を構成する電池モジュールの積層個数や、積層体の個数、配置等を種々変更することにより、様々な形状・大きさの組電池を得ることができる。１個の電池モジュールを構成するラミネート型単電池が一組であるために個数や配置の自由度が大きいので、設置スペースの形状・容積に合わせて組電池の形状・大きさを設定することが容易である。このように、積層体を組み合わせて組電池を構成するようにしたことにより、レイアウトの自由度、換言すれば、汎用性が向上する。

そして、上記したように、電池モジュールを積層した積層体では、下方の電池モジュールを構成するラミネート型単電池に、上方の電池モジュールを構成するラミネート型単電池の重さによる荷重が作用することが回避される。

従って、各々のラミネート型単電池に付与される面圧を、積層方向の上下に関わらず偏りなく略同等とすることができる。このため、下方のラミネート型単電池に過度な面圧が付与されて電池反応が阻害される懸念が払拭される。

また、ラミネート型単電池が膨張したときであっても、その際に発生した応力が弾性部材を圧縮することで吸収ないし緩和されるので、挟持板や距離固定手段等に過大な応力が作用することが回避される。すなわち、組電池を大型化及び重量化することなく、その耐久性を向上させることができる。その結果として、組電池の高エネルギ密度化及び高出力密度化を図ることが可能になる。

さらに、ラミネート型単電池が膨張しても、上記したように電池モジュールの大きさが変化することが回避されるため、積層体や組電池の大きさが変化することもない。すなわち、組電池は、組立（電池モジュールの積層）当初の大きさを維持する。従って、組電池の設置スペースを、組立当初の大きさに応じて設定すればよく、ラミネート型単電池の体積増加を考慮する必要は特にない。このため、設置スペースを狭小化することが可能である。

上記の構成において、前記弾性部材が、前記ラミネート型単電池同士の対向面に沿って介装され、且つ前記対向面に沿う面が波形状に形成された板バネであることが好ましい。この場合、板バネの弾性力が、ラミネート型単電池同士の対向面の略全体に加えられる。従って、ラミネート型単電池に付与される面圧を面内方向において略均一にすることができる。

また、前記挟持板は、前記ラミネート型単電池で発生する熱を放散する放熱板であることが好ましい。この場合、２個のラミネート型単電池の積層方向の外側の面に、挟持板として放熱板が面接触するため、上記の熱を効率的に放散することができる。

そして、前記弾性部材と前記ラミネート型単電池との間に介装され、且つ前記ラミネート型単電池で発生する熱を放散する内側放熱板をさらに備えることが好ましい。すなわち、ラミネート型単電池同士の対向面に対して、該対向面に面接触する内側放熱板を介して、弾性部材による弾性力が付与される。このため、ラミネート型単電池に付与される面圧を、面内方向においてより効果的に略均一にすることができる。

また、金属等に比して剛性の低いラミネートフィルム（外装被膜）内に電池要素が収容されたラミネート型単電池であっても、該ラミネート型単電池と弾性部材との間に介装される内側放熱板によって、電池モジュールの構造内に安定して保持される。すなわち、電池モジュール全体の構造を安定化及び高強度化することができる。さらに、内側放熱板がラミネート型単電池同士の対向面に面接触することによって、上記の熱を一層効率的に放熱することができる。

さらに、前記距離固定手段は、前記一組の挟持板を前記積層方向に沿って貫通する軸部と、前記軸部の長手方向の一端側に形成され、且つ前記一組の挟持板の前記積層方向の外側の一端面に当接する頭部と、を有するピンと、
前記一組の挟持板を貫通した前記軸部の長手方向の他端側から挿通され、前記一組の挟持板の前記積層方向の外側の他端面に当接する止め輪と、を含んで構成され、
前記頭部には、前記軸部の他端側を嵌合可能な溝が形成され、前記溝に前記他端側が嵌合されるインロー構造によって、複数の前記ピン同士が前記軸部の長手方向に沿って互いに位置決めされた状態で重畳可能であることが好ましい。

この場合、ピンの軸部が一組の挟持板を積層方向に沿って貫通することで、弾性部材を介して対向する２個のラミネート型単電池、及び該２個のラミネート型単電池を挟持する一組の挟持板をそれぞれ積層した状態で抜け止めすることができる。また、一組の挟持板の積層方向の両端面には、それぞれピンの頭部と、止め輪とが当接するため、頭部と止め輪で挟持板が堰止される。このため、挟持板やラミネート型単電池が積層方向外方に変位することを抑止できる。

これによって、２個のラミネート型単電池のそれぞれが、互いの間に介在する弾性部材によって、挟持板に押し当てられるように弾発付勢された状態で維持される。すなわち、この電池モジュールでは、ピンと止め輪のような簡易な構成によって、互いに間隔をおいて対向するラミネート型単電池を挟持する一組の挟持板同士の間の距離を容易に規定することができる。

また、複数個の電池モジュールを積層する際、積層方向の上下で隣接する電池モジュールのピン同士が、その長手方向に沿って重畳されることになる。この際、下方の電池モジュールのピンの頭部に形成された溝に、上方の電池モジュールのピンの軸部の他端側（先端側）を嵌合させることができる。これによって、電池モジュール同士を積層する際、互いの位置決めが容易となる。

このため、複数個の電池モジュールそれぞれを効率的に積層して積層体を形成することができる。ひいては、１個の積層体又は電気的に接続された複数個の積層体から構成される組電池の生産効率を向上させることができる。

また、この構成の距離固定手段では、上記の通り、複数個の電池モジュールを積層したときに、積層方向上下で隣接する電池モジュールのピン同士が、互いに接触するように重畳される。従って、電池モジュールの重さによる荷重は、重畳されたピンに付加される。この際、各電池モジュール中の一組の挟持板は、上記の通り、ラミネート型単電池を介して弾性部材によって互いに離間するように弾発付勢された状態でピンの頭部と止め輪とで堰止されているので、組電池の構成前後で互いの距離が維持される。

以上のような理由から、上方の電池モジュールの荷重が下方の電池モジュールのラミネート型単電池に付加されることはない。このため、複数個の電池モジュールを鉛直方向に積層しても、積層方向の上下において、ラミネート型単電池に付与される面圧の大きさを簡易な構成によって容易に略均等にすることができる。

前記ピンは、長手方向に沿って貫通孔が形成された中空体であることが好ましい。この場合、複数個の電池モジュールを積層した場合に、重畳されたピンの貫通孔が互いに連通する。このように連通した貫通孔に対して、例えば、締結部材を通すことで、複数個の電池モジュールを積層した状態で容易に固定して積層体を形成することが可能になる。

組電池においては、前記積層体中の前記複数個の電池モジュールを、互いに離間して積層することが好ましい。この場合、電池モジュール同士の間の空間を介して、ラミネート型単電池で発生する熱をより効果的に放散することが可能になる。

本発明では、弾性部材を介して互いに離間する２個のラミネート型単電池を一組の挟持板で挟持し、該一組の挟持板の間の距離を距離固定手段によって固定することで、電池モジュールを独立に構成した。これによって、複数個の電池モジュールを積層した積層体から組電池を構成する際、積層方向の上下で偏りのない一定の大きさの面圧をラミネート型単電池にそれぞれ付与することができ、また、電池モジュール及び組電池の小型軽量化を図りつつ、耐久性を向上させること、及びレイアウト性や生産効率を向上させることができる。

本実施形態に係る組電池の全体概略斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線矢視部分断面図である。 図１に示す組電池を構成する積層体の側面図である。 図３に示す積層体を構成する電池モジュールの全体概略斜視図である。 図４に示す電池モジュールの側面図である。 図４に示す電池モジュールの分解斜視図である。 図４に示す電池モジュールのインロー構造を説明するための組電池の要部拡大縦断面図である。 積層初期のラミネート型単電池の体積と電池モジュールの高さとの関係を説明する説明図である。 膨張時のラミネート型単電池の体積と電池モジュールの高さとの関係を説明する説明図である。 特許文献１記載の組電池の概略構成を示す部分縦断面図である。

以下、本発明に係る電池モジュール及び組電池について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１及び図２を参照しつつ、本実施形態に係る組電池１０について説明する。図１は、組電池１０の全体概略斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視部分断面図である。なお、図１では、説明の便宜上、ケーシング１２を省略して示している。

組電池１０は、ラミネート型単電池１４（後述する図６参照）を組み合わせて構成される電池モジュール１６を複数個積層した積層体１８を含んで構成される。具体的には、組電池１０は、図１に示すように矢印Ｘ方向に沿って３個、矢印Ｙ方向に沿って２個の合計６個の積層体１８が、直列又は並列に配置された状態で、図２に示すようにケーシング１２内に収容されている。

なお、本実施形態では、上記の通りに配置された６個の積層体１８から組電池１０を構成することとしたが、特にこれに限定されるものではない。組電池を収容するスペースの形状・容積や、求められる組電池の出力の大きさ等に応じて、必要な個数の積層体１８を直列又は並列に配置することで、組電池が構成される。また、組電池は、１個の積層体１８から構成してもよい。

ケーシング１２及び該ケーシング１２内に収容された積層体１８はそれぞれ、基台２０に対して、取付部材２２と、タイロッド２４（締結部材）と、ナット２６とを介して、取り付けられている。ケーシング１２は、組電池１０を囲繞するものであり、樹脂や金属等から構成することができる。ケーシング１２の天板面には、タイロッド２４を挿通可能な貫通孔１２ａ（図２参照）が形成されている。

取付部材２２は、基台２０に面接触する脚部２８と、内部にナット２６を収容可能な空間が形成されるように、脚部２８から鉛直方向（矢印Ｚ方向）上方に向かう凸形状に形成された天板部３０とを有している。例えば、不図示の締結部材等によって、基台２０に対して、脚部２８が取り付けられる。また、天板部３０の天面には、タイロッド２４が挿通可能な貫通孔３０ａ（図２参照）が形成されている。

図３に示すように、積層体１８は、５個の電池モジュール１６が鉛直方向に積層されて構成され、後述するように、タイロッド２４及びナット２６によって、ケーシング１２及び取付部材２２（基台２０）に固定されている。なお、図３は、タイロッド２４及びナット２６によって基台２０に固定された積層体１８の側面図であり、説明の便宜上、ケーシング１２と、基台２０の一部とを省略して示している。

ここで、図１〜図３の例示では、積層体１８は、５個の電池モジュール１６を積層して構成されることとしたが、電池モジュール１６の積層数は勿論これに限定されるものではない。電池モジュール１６の積層数は、自由に調整することが可能である。

以下、図４〜図６を参照しつつ、電池モジュール１６の構成について詳細に説明する。図４は電池モジュール１６の全体概略斜視図であり、図５はその側面図、図６はその分解斜視図である。

電池モジュール１６は、２個のラミネート型単電池１４、１４と、板バネ（弾性部材）３２と、２枚を一組とする外側放熱板（挟持板）３４、３４と、距離固定手段３６と、２枚の内側放熱板３８、３８とを有している。具体的には、電池モジュール１６は、鉛直方向（積層方向、矢印Ｚ方向）の下方から、外側放熱板３４、ラミネート型単電池１４、内側放熱板３８、板バネ３２、内側放熱板３８、ラミネート型単電池１４、外側放熱板３４の順で積層された状態で、４個の距離固定手段３６によって連結されている。

ラミネート型単電池１４（図６参照）は、例えば、ラミネート型のリチウムイオン二次電池であり、平板形状の電解質膜を同形状の正極と負極で交互に挟み込んで積層し、電解質液を含浸させた後、絶縁樹脂膜を貼付した外装被覆膜で挟んで、真空引きしながら周囲を熱溶着によってシールすることで構成される。また、ラミネート型単電池１４の矢印Ｙ方向の一端部からは、不図示の外部端子を電気的に接続するための集電タブ４０が突出している。

電池モジュール１６は、上記のラミネート型単電池１４を２個一組として備えている。２個のラミネート型単電池１４、１４は、額縁形状のフレーム４２によって、周縁部がそれぞれ保持された状態で、互いに離間して対向するように積層配置されている。フレーム４２は、例えば、樹脂を射出成形すること等によって形成することができ、該フレーム４２の４隅には、貫通孔４２ａが形成されている。

板バネ３２は、ラミネート型単電池１４、１４同士の互いに対向する側の面（対向面１４ａ）に沿って介装され、該対向面１４ａに沿う面が波形状に形成されている。この板バネ３２は、内側放熱板３８、３８を介して、ラミネート型単電池１４、１４を互いに離間する方向に弾発付勢する。

また、板バネ３２の矢印Ｘ方向の一端側の２隅には貫通孔３２ａが形成され、他端側の２隅には、切欠部３２ｂが形成されている。板バネ３２は、例えば、アルミニウムや銅等の熱伝導性に優れた材料から形成されることが好ましい。この場合、板バネ３２を介して、ラミネート型単電池１４、１４で発生した熱を効率的に放散することが可能になる。

一組の外側放熱板３４、３４は、２個のラミネート型単電池１４、１４を積層方向の外側から挟持している。また、外側放熱板３４の４隅には、貫通孔３４ａが形成されている。外側放熱板３４は、例えば、アルミニウムや銅等の熱伝導性に優れた材料から形成され、ラミネート型単電池１４に接触することによって、該ラミネート型単電池１４で発生した熱を効率的に放散することができる。

内側放熱板３８、３８は、板バネ３２とラミネート型単電池１４、１４との間にそれぞれ介装されている。また、内側放熱板３８の４隅には、貫通孔３８ａが形成されている。内側放熱板３８も外側放熱板３４と同様に、例えば、アルミニウムや銅等の熱伝導性に優れた材料から形成され、ラミネート型単電池１４で発生した熱を効率的に放散する。

電池モジュール１６の上記した各構成要素を積層した半製品では、該半製品の４隅をそれぞれ積層方向に沿って貫通する貫通孔が形成されている。すなわち、外側放熱板３４、フレーム４２、内側放熱板３８それぞれの４隅と、板バネ３２の２隅とにそれぞれ形成された貫通孔３４ａ、４２ａ、３８ａ、３２ａは、互いに連通するように積層される。同様に、貫通孔３４ａ、４２ａ、３８ａと、板バネ３２の２隅に形成された切欠部３２ｂとは、互いに連通するように積層される。以下、互いに連通した貫通孔３４ａ、４２ａ、３８ａ、３２ａ及び切欠部３２ｂを総称して貫通孔１６ａともいう。

距離固定手段３６は、貫通孔１６ａに対してそれぞれ設けられ、上記の通り積層された外側放熱板３４、３４同士の間の距離を固定する。具体的には、距離固定手段３６は、ピン４４と、止め輪４６と、シム４８とを備えている。

ピン４４は、長手方向に沿って貫通孔４４ａが形成された中空体である。また、ピン４４は、貫通孔１６ａに挿通される軸部５０と、該軸部５０の長手方向の一端側に形成された頭部５２とを備えている。頭部５２は、軸部５０に比して大きい径であり、該軸部５０が貫通孔１６ａに挿通された際に、外側放熱板３４の積層方向の外側の一端面（外面３４ｂ）に当接する。また、外面３４ｂと当接する頭部５２の面と反対側の面には、軸部５０の先端側が嵌合可能な溝５４が形成されている。

止め輪４６は、例えばＣ型のスナップリングであり、貫通孔１６ａに通された軸部５０の先端側に取り付けられる。なお、軸部５０の先端側には、止め輪４６が係合する係合溝５０ａ（後述する図７参照）が形成されていてもよい。

このように、軸部５０に止め輪４６が取り付けられることで、頭部５２と止め輪４６との間に、上記の半製品の各構成要素が抜け止めされて介在した状態で、該頭部５２と止め輪４６との間の距離が固定される。

すなわち、外側放熱板３４、３４は、上記の通り、板バネ３２の弾性力によって互いに離間する方向に弾発付勢されている。その一方で、外側放熱板３４、３４は、頭部５２と止め輪４６によって堰止される。従って、本実施形態では、一組の外側放熱板３４、３４同士の間の距離が、ピン４４及び止め輪４６と、板バネ３２とによって固定されている。

ここで、板バネ３２は、上記の通り、矢印Ｘ方向の一端側の貫通孔３２ａに軸部５０が挿通されることで抜け止めされ、半製品に対して位置決め固定されている。一方で、矢印Ｘ方向の他端側の切欠部３２ｂは、軸部５０に対して接近又は離反することが可能になっている。これによって、板バネ３２は、矢印Ｘ方向に伸縮可能である。そして、伸張状態であるときには、内側放熱板３８を介して、該内側放熱板３８から積層方向外側の各構成要素を互いに離間する方向に弾発付勢することができる。

シム４８は、軸部５０の先端側において、止め輪４６と外側放熱板３４との間に介在することで、一組の外側放熱板３４、３４同士の間の距離を調整するものである。すなわち、シム４８の厚さや枚数を調整することで、板バネ３２によってラミネート型単電池１４に付与するべき面圧の大きさや、膨張時のラミネート型単電池１４の体積等に応じて、外側放熱板３４、３４同士の間を適切な距離とすることができる。

本実施形態に係る電池モジュール１６は、基本的には以上のように構成されるものであり、５個の電池モジュール１６が、ピン４４に設けられたインロー構造によって互いに位置決めされつつ積層されることで積層体１８が形成される。

ここで、図７を参照しつつ、上記のインロー構造について説明する。なお、図７は、組電池１０の要部拡大縦断面図である。また、図７では、説明の便宜上、積層方向に隣接する上方の電池モジュール１６に「１６１」の参照符号を付し、下方の電池モジュール１６に「１６２」の参照符号を付している。また、ピン４４の各構成についても同様に、積層方向の上方と下方とで異なる符号を付している。

例えば、図７に示すように、電池モジュール１６１、１６２を鉛直方向の上下で隣接するように積層する場合、電池モジュール１６１のピン４４１と、電池モジュール１６２のピン４４２が、互いの長手方向に沿って重畳される。このとき、下方の電池モジュール１６２のピン４４２の頭部５２２に形成された溝５４２に、上方の電池モジュール１６１のピン４４１の軸部５０１の先端側を嵌合させることができる。

このため、電池モジュール１６１、１６２を積層する際に、ピン４４２の頭部５２２と、ピン４４１の軸部５０１との間に設けられたインロー構造によって、互いの積層方向の位置を容易に揃えることができる。すなわち、位置決めを容易に行うことができる。この嵌合に伴い、インロー構造が構成される。

また、このように積層された電池モジュール１６１、１６２では、軸部５０１の先端と、溝５４２の底部とが接触する。このため、軸部５０１の長さ、及び溝５４２の深さは、電池モジュール１６１、１６２同士の間が図７に示す所定の距離Ｌで離間するように設定されている。これによって、電池モジュール１６１、１６２同士の間にクリアランスが形成されるため、該クリアランスを介して、ラミネート型単電池１４で発生する熱を効果的に放散することが可能になる。

積層体１８を形成する場合、上記と同様に、例えば、５個の電池モジュール１６をそれぞれ積層する。これによって重畳されたピン４４では、互いの中空部分が連なる。すなわち、積層体１８を積層方向に沿って貫通する貫通孔１８ａが、重畳されたピン４４の内部に形成される。この貫通孔１８ａに、上記のタイロッド２４を挿通することが可能になっている。

従って、積層体１８をケーシング１２の内部に収容し、且つ基台２０に取り付けて、組電池１０を構成する場合、先ず、電池モジュール１６を上記のインロー構造によって積層して積層体１８を形成する。この積層体１８の貫通孔１８ａと、ケーシング１２の貫通孔１２ａとが連なるように、該ケーシング１２の天板部を積層体１８の積層方向上端部に配置する。さらに、積層体１８の貫通孔１８ａと、取付部材２２の天板部３０に形成された貫通孔３０ａとが連なるように、取付部材２２を積層体１８の積層方向下端部に配置する。

これによって連通した貫通孔１２ａ、１８ａ、３０ａにタイロッド２４を挿通し、貫通孔３０ａから突出したタイロッド２４の先端側にナット２６を螺合させる。これによって、取付部材２２と、積層体１８と、ケーシング１２とが一体に固定される。積層体１８の４隅に形成された貫通孔１８ａに対して、それぞれ同様に、タイロッド２４を挿通し、取付部材２２及びケーシング１２と積層体１８とを一体に固定する。

なお、ケーシング１２とタイロッド２４の頭部との間には、カラー部材５６を介在させてもよい。カラー部材５６は、ピン４４の頭部５２に形成された溝５４に嵌合可能な軸部と、ケーシング１２の外面に当接する頭部とを有する中空体である。カラー部材５６によって、例えば、タイロッド２４とナット２６とを螺合する際に、ケーシング１２を保護することや、タイロッド２４による固定が緩むことを抑制することができる。

次いで、取付部材２２の脚部２８を基台２０に対して上記のように取り付ける。これによって、取付部材２２を介して、積層体１８及びケーシング１２が基台２０に対して取り付けられる。

以上のようにして、例えば、６個の積層体１８を、基台２０に取り付け、且つ互いの集電タブ４０を不図示のバスバーや接続線を介して電気的に接続することによって、組電池１０を得ることができる。

すなわち、組電池１０は、上記の通り、２個のラミネート型単電池１４を独立した構成単位として含む電池モジュール１６を複数個積層した積層体１８から構成されている。この積層体１８中、積層方向の上下で隣接する電池モジュール１６において互いに接触するのは、上方のピン４４（４４１）の軸部５０（５０１）の先端と、下方のピン４４（４４２）の溝５４（５４２）の底部である（図７参照）、すなわち、ピン４４同士である。

このため、積層方向の上方の電池モジュール１６の重さによる荷重は、積層方向の下方の電池モジュール１６のピン４４に作用する。つまり、電池モジュール１６それぞれの外側放熱板３４同士の間の距離は、組電池１０の構成前と同一距離を維持し、且つ上記の荷重は、ラミネート型単電池１４には付加されない。このため、電池モジュール１６を積層した積層体１８では、積層方向の上下において、ラミネート型単電池１４に付与される面圧の大きさを一定にすることができる。

また、ラミネート型単電池１４は、充放電や経年変化によって体積が膨張することがある。積層初期（膨張前）のラミネート型単電池１４の体積と電池モジュール１６の高さとの関係を図８に模式的に示し、膨張時のラミネート型単電池１４の体積と電池モジュール１６の高さとの関係を図９に模式的に示す。

図８及び図９に示すように、電池モジュール１６では、ラミネート型単電池１４の対向面１４ａと反対側の面１４ｂがそれぞれ外側放熱板３４に接触し、且つこの外側放熱板３４同士の間の距離が距離固定手段３６によって固定されている。このため、ラミネート型単電池１４の体積が外側放熱板３４側に膨張することが抑止されている。

一方で、ラミネート型単電池１４の面１４ｂが内側放熱板３８に接触し、該内側放熱板３８を介して板バネ３２（図５）に臨んでいる。すなわち、内側放熱板３８は、板バネ３２側に指向する力が作用したとき、該板バネ３２の弾性力に抗して、ラミネート型単電池１４、１４同士の間の空間側に移動することが可能である。

従って、図９に示すように、ラミネート型単電池１４が膨張する際、ラミネート型単電池１４の体積は、内側放熱板３８側に向かって増加する。換言すると、ラミネート型単電池１４、１４同士の間の空間に向かって増加する。つまり、ラミネート型単電池１４がそれぞれ膨張しても、上記の通り、電池モジュール１６自体の積層方向の高さｈは変化しない（寸法変化しない）。

このように、寸法変化することがない電池モジュール１６を複数個積層した積層体１８、ひいては、積層体１８を複数個組み合わせて構成される組電池１０についても、ラミネート型単電池１４の体積変化に関わらず寸法変化が生じることがない。このため、組電池１０と該組電池１０を収容するスペースとの間の寸法整合性が良く、レイアウトの自由度を向上させることができる。

また、電池モジュール１６では、上記の通り、ラミネート型単電池１４、１４同士の間に予め空間が確保されており、この空間に向かってラミネート型単電池１４が膨張することができる。このため、ラミネート型単電池１４が膨張しても、ピン４４や外側放熱板３４等の構成部材に過大な応力が作用することが抑制される。従って、電池モジュール１６の構成を上記の荷重に耐え得るような強度とするべく、大型化及び重量化することなく、その耐久性を向上させることができる。

さらに、電池モジュール１６では、２個のラミネート型単電池１４を独立した構成単位として含んでいる。このように構成単位が比較的小さい電池モジュール１６を所望の個数積層して、積層体１８を形成することができるため、組電池１０の大きさを容易に設定することができる。従って、組電池１０を収容するスペース等に合わせて、電池モジュール１６の積層数等を変更することによって、組電池１０のレイアウト性を向上させることができ、且つ予め大きさの異なる複数の組電池を準備する必要がなくなり、生産効率を向上させることができる。

また、上記の通り、電池モジュール１６を積層する際、ピン４４の頭部５２と、軸部５０との間に設けられたインロー構造によって、容易に互いの位置決めを行うことができる。これによって、複数個の電池モジュール１６それぞれを効率的に積層して積層体１８を形成することができる。ひいては、組電池１０の生産効率を向上させることができる。

なお、本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、上記した実施形態では、ラミネート型単電池１４、１４同士の対向面１４ａに沿って介装される板バネ３２を弾性部材として備えることとした。これによって、板バネ３２の弾性力が、ラミネート型単電池１４、１４同士の対向面１４ａの略全体に加えられるため、ラミネート型単電池１４に付与される面圧を面内方向において略均一にすることができるという効果が得られる。しかしながら、電池モジュール１６は、板バネ３２以外の弾性部材を備えてもよい。例えば、内側放熱板３８同士の間において、ピン４４の軸部５０が内部に挿通されるように配置されたコイルバネ等を採用することも可能である。

また、上記した実施形態では、２個のラミネート型単電池１４、１４を積層方向の外側から挟持する一組の挟持板として外側放熱板３４、３４を備えることとしたが、特にこれに限定されるものではない。挟持板は、ラミネート型単電池１４が膨張した際に、電池モジュール１６の積層方向外側に向かって、ラミネート型単電池１４の体積が増加することを抑止することができるものであればよく、例えば、剛性の高い材料から形成された平板部材を採用してもよい。

さらに、上記した実施形態に係る電池モジュール１６は、２枚の内側放熱板３８、３８を備えることとした。しかしながら、電池モジュール１６は、板バネ３２とラミネート型単電池１４、１４との間のいずれか一方に介装される一枚の内側放熱板３８のみを備えてもよい。また、内側放熱板３８を備えなくてもよい。

さらにまた、上記した実施形態に係る距離固定手段３６は、ピン４４と止め輪４６とを備えることとしたが、距離固定手段３６は、電池モジュール１６の各構成を抜け止めしつつ、内側放熱板３８、３８同士の間の距離を規定・維持し得るものであれば、特にこれに限定されるものではない。

また、上記した実施形態に係る積層体１８は、中空体のピン４４の内部に形成される貫通孔１８ａに、タイロッド２４が挿通されることで固定されることとしたが、積層体１８を固定する部材は、これに限られるものではない。

１０…組電池 １２…ケーシング
１２ａ、１６ａ、１８ａ、３０ａ、３２ａ、３４ａ、３８ａ、４２ａ、４４ａ…貫通孔
１４…ラミネート型単電池 １４ａ…対向面
１４ｂ…面 １６、１６１、１６２…電池モジュール
１８…積層体 ２０…基台
２２…取付部材 ２４…タイロッド
２６…ナット ２８…脚部
３０…天板部 ３２…板バネ
３２ｂ…切欠部 ３４…外側放熱板
３４ｂ…外面 ３６…距離固定手段
３８…内側放熱板 ４０…集電タブ
４２…フレーム ４４、４４１、４４２…ピン
４６…止め輪 ４８…シム
５０、５０１、５０２…軸部 ５２、５２１、５２２…頭部
５４、５４２…溝 ５６…カラー部材

Claims (14)

1. ラミネート型単電池を組み合わせて構成される電池モジュールであって、
   互いに離間して対向するように積層配置される２個の前記ラミネート型単電池と、
   前記ラミネート型単電池同士の間に介在し、前記ラミネート型単電池を互いに離間する方向に弾発付勢する弾性部材と、
   前記２個のラミネート型単電池を積層方向の外側から挟持する一組の挟持板と、
   前記挟持板同士の間の距離を固定する距離固定手段と、
   を備え、
   前記距離固定手段は、
   前記一組の挟持板を前記積層方向に沿って貫通する軸部と、前記軸部の長手方向の一端側に形成され、且つ前記一組の挟持板の前記積層方向の外側の一端面に当接する頭部と、を有するピンと、
   前記一組の挟持板を貫通した前記軸部の長手方向の他端側から挿通され、前記一組の挟持板の前記積層方向の外側の他端面に当接する止め輪と、を含んで構成され、
   前記ピンの端面に他の電池モジュールが当接し、該ピンが積層荷重を受けるように前記他の電池モジュールを積層可能であることを特徴とする電池モジュール。
2. 請求項１記載の電池モジュールにおいて、
   前記弾性部材は、前記ラミネート型単電池同士の対向面に沿って介装され、且つ前記対向面に沿う面が波形状に形成された板バネであることを特徴とする電池モジュール。
3. 請求項１又は２記載の電池モジュールにおいて、
   前記挟持板は、前記ラミネート型単電池で発生する熱を放散する放熱板であることを特徴とする電池モジュール。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、
   前記弾性部材と前記ラミネート型単電池との間に介装され、且つ前記ラミネート型単電池で発生する熱を放散する内側放熱板をさらに備えることを特徴とする電池モジュール。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、
   前記距離固定手段の前記頭部には、前記軸部の他端側を嵌合可能な溝が形成され、前記溝に前記他端側が嵌合されるインロー構造によって、複数の前記ピン同士が前記軸部の長手方向に沿って互いに位置決めされた状態で重畳可能であることを特徴とする電池モジュール。
6. 請求項５記載の電池モジュールにおいて、
   前記ピンが、長手方向に沿って貫通孔が形成された中空体であることを特徴とする電池モジュール。
7. ラミネート型単電池を組み合わせて構成される複数個の電池モジュールを積層した積層体を含んで構成される組電池であって、
   前記電池モジュールは、
   互いに離間して対向するように積層配置される２個の前記ラミネート型単電池と、
   前記ラミネート型単電池同士の間に介在し、前記ラミネート型単電池を互いに離間する方向に弾発付勢する弾性部材と、
   前記２個のラミネート型単電池を積層方向の外側から挟持する一組の挟持板と、
   前記挟持板同士の間の距離を固定する距離固定手段と、
   を備え、
   前記距離固定手段は、
   前記一組の挟持板を前記積層方向に沿って貫通する軸部と、前記軸部の長手方向の一端側に形成され、且つ前記一組の挟持板の前記積層方向の外側の一端面に当接する頭部と、を有するピンと、
   前記一組の挟持板を貫通した前記軸部の長手方向の他端側から挿通され、前記一組の挟持板の前記積層方向の外側の他端面に当接する止め輪と、を含んで構成され、
   前記積層体では、複数個の前記電池モジュールの前記ピン同士が前記軸部の長手方向に沿って重畳されることで、該ピンが積層荷重を受けることを特徴とする組電池。
8. 請求項７記載の組電池において、
   前記弾性部材は、前記ラミネート型単電池同士の対向面に沿って介装され、且つ前記対向面に沿う面が波形状に形成された板バネであることを特徴とする組電池。
9. 請求項７又は８記載の組電池において、
   前記挟持板は、前記ラミネート型単電池で発生する熱を放散する放熱板であることを特徴とする組電池。
10. 請求項７〜９のいずれか１項に記載の組電池において、
    前記電池モジュールは、前記弾性部材と前記ラミネート型単電池との間に介装され、且つ前記ラミネート型単電池で発生する熱を放散する内側放熱板をさらに備えることを特徴とする組電池。
11. 請求項７〜１０のいずれか１項に記載の組電池において、
    前記距離固定手段の前記頭部には、前記軸部の他端側を嵌合可能な溝が形成され、前記溝に前記他端側が嵌合されるインロー構造によって、複数の前記ピン同士が前記軸部の長手方向に沿って互いに位置決めされた状態で重畳可能であることを特徴とする組電池。
12. 請求項１１記載の組電池において、
    前記ピンが、長手方向に沿って貫通孔が形成された中空体であることを特徴とする組電池。
13. 請求項１２記載の組電池において、
    前記ピンが重畳されることで互いに連なった貫通孔に締結部材が通されることを特徴とする組電池。
14. 請求項７〜１３のいずれか１項に記載の組電池において、
    前記積層体中の前記複数個の電池モジュールは、互いに離間して積層されることを特徴とする組電池。

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