JP6104514B2 - 二次電池装置 - Google Patents

Description

ここで述べる実施形態は、複数の二次電池セルを有する二次電池装置に関する。

近年、二次電池、例えば、非水系二次電池であるリチウムイオン二次電池は、高出力、高エネルギー密度を有することから、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、電動自転車の電源、あるいは、電気機器の電源として注目されている。

一般に、二次電池は、外装容器と、この外装容器内に電解液とともに収納された電極群と、外装容器に設けられた電極端子と、を備えた電池セルとして構成されている。高容量化、高出力化を図るため、複数の電池セルをケース内に並べて配置し、これらの電池セルを並列あるいは直列に接続した電池モジュールを構成し、更に、複数の電池モジュールを接続して電池パックを構成している。

複数の電池セルを電気的、機械的に結合し電池モジュールを構成する場合、耐振動性を向上させるために電池セルをケースに強固に固定し、構成セル同士の相対変位を最小化する必要がある。固定の手段としては、バンド結束、フレーム結合、接着剤による固定などが考えられる。

特開２００８−６６０６１号公報

しかし、バンド結束やフレーム結合では固定部品が別途必要となるために部品コストが増大する。接着固定に関しては、接着剤を充填する工程および接着剤を硬化する工程が余分に必要となり、電池モジュールの組立時間がかかる。二次電池装置の長期的な信頼性を維持する観点から、接着剤に依存しない固定が望ましい。

この発明は以上の点に鑑みなされたものであり、組立性および信頼性の向上を図ることが可能な二次電池装置を提供することにある。

実施態様に係る二次電池装置は、複数の二次電池セルと、それぞれ二次電池セルを収容する複数の収容部を規定した複数の壁部を有し、前記複数の二次電池セルを収容する樹脂製のケースと、を備えている。前記各収容部を規定している少なくとも１つの壁部は、樹脂によりこの壁部と一体に成形され、前記収容部に収容された各二次電池セルを押圧して位置決めする複数の押圧ばねを有し、前記複数の押圧ばねのうち、少なくとも一部は、円を含む多角形状を有し弾性変形可能な肉薄のばね部とこのばね部から突出し前記二次電池セルを押圧する押圧突起と、を一体に有し、前記ばね部は前記押圧突起よりも肉厚が小さく、かつ、当該ばね部が形成されている壁部よりも肉厚が小さい多角形ばねを含んでいる。

図１は、第１の実施形態に係る二次電池装置を示す斜視図。 図２は、前記二次電池装置のケース本体、電池セル群、および上ケースを示す分解斜視図。 図３は、前記ケース本体の内部および上ケースを示す分解斜視図。 図４は、図１の線Ａ−Ａに沿った二次電池装置の断面図。 図５は、図１の線Ｂ−Ｂに沿った前記二次電池装置の断面図。 図６は、前記ケースの側壁に形成された第２押圧ばね、および底壁に形成された第３押圧ばねの、前記電池セルを装着する前の状態を概略的に示す断面図。 図７は、前記ケースの側壁に形成された第２押圧ばね、および底壁に形成された第３押圧ばねと、電池セルとの係合状態を概略的に示す断面図。 図８は、図１の線Ｃ−Ｃに沿った前記二次電池装置の断面図。 図９は、前記ケースの仕切り壁の前面側および裏面側を示す斜視図。 図１０は、前記ケースに形成された第３押圧ばねを拡大して示す断面図。 図１１は、前記ケースに収容された電池セルと前記第３押圧ばねとの係合状態を概略的に示す断面図。 図１２は、第２の実施形態に係る二次電池装置のケースおよび仕切り壁を部分的に示す斜視図。

以下、図面を参照しながら、実施形態に係る二次電池装置について詳細に説明する。
図１は、第１の実施形態に係る二次電池装置の外観を示す斜視図、図２は、二次電池装置のケース本体、内部の電池セル群、および上ケースを示す分解斜視図、図３は、二次電池のケース本体および上ケースを示す分解斜視図である。

図１、図２、図３に示すように、二次電池装置１０は、例えば、矩形箱状のケース１２と、このケース内に並んで収容された複数、例えば、１２個の電池セル（二次電池セル）１４と、を備え、電池モジュール（組電池）として構成されている。ケース１２は、上面が開口しているとともに底壁を有する矩形状のケース本体１６と、このケース本体の上面開口を覆う上ケース１８と、を有し、それぞれ絶縁性を有する合成樹脂、例えば、ボリカーボネイト（ＰＣ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）等により形成されている。ケース本体１６は、それぞれ１つの電池セル１４を収容する１２個の電池収容部２０を有している。

図２、図３、図５に示すように、各電池セル１４は、例えば、リチウムイオン電池等の非水電解質二次電池であり、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された扁平な略直方体形状の外装容器３０と、外装容器３０内に非水電解液と共に収納された電極体３１と、を備えている。外装容器３０は、上端が開口した容器本体３２と、容器本体に溶接され容器本体の開口を閉塞した矩形板状の蓋体３３とを有し、内部が液密に形成されている。電極体３１は、例えば、正極板および負極板をその間にセパレータを介在させて渦巻き状に捲回し、更に、径方向に圧縮することにより、偏平な矩形状に形成されている。

正極端子３４ａおよび負極端子３４ｂが蓋体３３の長手方向両端部にそれぞれ設けられ、蓋体から突出している。正極端子３４ａおよび負極端子３４ｂは、電極体３１の正極および負極にそれぞれ接続されている。一方の端子、例えば、正極端子３４ａは、蓋体３３に電気的に接続され、外装容器３０と同電位となっている。負極端子３４ｂは、蓋体３３を貫通して延びている。負極端子３４ｂと蓋体３３ｂとの間には、合成樹脂、ガラス等の絶縁体からなるシール材、例えば、ガスケットが設けられている。

蓋体３３の中央部には、例えば、矩形状の安全弁３６が形成されている。安全弁３６は、蓋体３３ｂの一部を約半分程度の厚さに薄くした薄肉部により形成され、この薄肉部の上面中央部に、複数の刻印が形成されている。電池セル１４の異常モード等により外装容器３０内にガスが発生し、外装容器内の内圧が所定の値以上に上昇した際、安全弁３６が開放し、内圧を下げて外装容器３０の破裂等の不具合を防止する。

図２および図４に示すように、複数の電池セル１４は、外装容器３０の主面同士が所定の隙間を置いて向い合った状態で、かつ、電極端子が設けられている外装容器３０の上端が同一方向を向いた状態で、一列に並んで配設されている。

次に、ケース１２の構成を詳細に説明する。図１ないし図５に示すように、ケース本体１６は、１２個分の電池セル１４に対応する大きさに形成され電池セル１４の底に対向する矩形状の底壁２２と、底壁２２の対向する２側縁、ここでは、長辺に沿って立設され電池セル１４の側面に対向する一対の第１側壁２４ａ、２４ｂと、底壁２２の対向する他の２側縁、ここでは、短辺に沿って立設され電池セル１４の主面に対向する一対の第２側壁２６ａ、２６ｂと、第１側壁２４ａ、２４ｂ間に設けられ、それぞれ電池セル１４の主面に対向する複数、例えば、１１枚の仕切り壁２８と、を有している。本実施形態において、ケース本体１６は、合成樹脂により一体に成形されている。１１枚の仕切り壁２８は、矩形状に形成され、第２側壁２６ａ、２６ｂとほぼ平行対向し、かつ、底壁２２の長手方向に所定の間隔をおいて並んでいる。各仕切り壁２８は、その両側縁および下縁が、一対の第１側壁２４ａ、２４ｂの内面および底壁２２の内面にそれぞれ連結されている。なお、仕切り壁２８は、別体に形成したものをケース本体１６の第１側壁２４ａ、２４ｂおよび底壁２２に固定する構成としてもよい。

底壁２２、第１側壁２４ａ、２４ｂ、および第２側壁２６ａ、２６ｂあるいは仕切り壁２８により、複数、ここでは、１２個の収容部２０が規定されている。各収容部２０は、電池セル１４の横断面形状よりも僅かに大きな横断面形状に形成され、また、電池セルを挿通可能な上部開口２０ａを有している。各収容部２０の深さ、つまり、高さ、は、例えば、電池セル１４の電極側の端部を除く約９割を収容可能な大きさに形成されている。これらの収容部２０は、底壁２２および第１側壁２４ａ、２４ｂの長手方向に並んで形成され、隣合う２つの収容部２０間は、仕切り壁２８により仕切られている。

底壁２２、第１側壁２４ａ、２４ｂ、および第２側壁２６ａ、２６ｂは、ケース１２としての強度を確保するため、各仕切り壁２８よりも厚く形成されている。底壁２２、第１側壁２４ａ、２４ｂ、第２側壁２６ａ、および各仕切り壁２８は、合成樹脂により各壁部と一体に成形された複数の押圧ばねを有し、これらの押圧ばねは、収容部２０に収容された電池セル１４を押圧して位置決めする。

詳細に述べると、図１ないし図３、図５、および図６に示すように、一対の第１側壁２４ａ、２４ｂは、それぞれ電池セル１４の側面を押圧する複数の第１押圧ばね４０ａを有している。一方の第１側壁２４ａにおいて、１つの収容部２０に対して、複数、例えば、５個の第１押圧ばね４０ａが収容部２０の高さ方向に一列に並んで形成されている。また、第１側壁２４ａにおいて、複数の第１押圧ばね４０ａは、複数の収容部２０の内、並び方向に１つ置きの収容部２０と対向する位置に、それぞれ５個ずつ並んで設けられている。

他方の第１側壁２４ｂにおいて、１つの収容部２０に対して、複数、例えば、５個の第１押圧ばね４０ｂが収容部２０の高さ方向に一列に並んで形成されている。第１側壁２４ｂにおいて、複数の第１押圧ばね４０ａは、複数の収容部２０の内、並び方向に１つ置きの収容部２０と対向する位置に、更に、第１側壁２４ａの第１押圧ばね４０ａが対向する収容部２０の隣の収容部と対向する位置に、それぞれ５個ずつ並んで設けられている。すなわち、第１側壁２４ａの第１押圧ばね４０ａと、第１側壁２４ｂの第１押圧ばね４０ｂとは、収容部２０の配列方向において千鳥状に配置されている。

なお、収容部２０の配列方向に沿って、１つ置きに限らず、複数置き、例えば、収容部２つずつ置きに、あるいは、３つずつ置きに、２つの第１側壁２４ａ、２４ｂに交互に第１押圧ばね４０ａを設けてもよい。

各第１押圧ばね４０ａ、４０ｂは、例えば、矩形板状に成形され、収容部２０の上部開口２０ａ側から底壁２２側に延出する片持ちばねとして形成されている。また、各第１押圧ばね４０ａ、４０ｂは、第１側壁２４ａ、２４ｂから収容部２０内へ傾斜して延出し、その自由端に、収容部２０側へ突出した押圧突起４１を一体に有している。本実施形態において、複数の第１押圧ばね４０ａ、４０ｂは、全て同一の寸法で、同一のばね力を有するように形成されている。

図５および図７に示すように、電池セル１４が上部開口２０ａを通して収容部２０に上から押込まれると、５つの第１押圧ばね４０ａは電池セル１４の側面に押されて外側に弾性変形し、これにより、電池セルに押圧力を印加する。すなわち、５つの第１押圧ばね４０ａは、電池セル１４の側面を押圧し、電池セル１４を反対側の第１側壁２４ｂ内面に押付け、収容部２０内における電池セル１４の幅方向の位置をガタ無く位置決めする。この際、各第１押圧ばね４０ａは、その押圧突起４１が電池セル１４の側面に当接し、電池セルを押圧する。そのため、第１押圧ばね４０ａは所望の形状に弾性変形し、所望の押圧力を電池セル１４に作用させることができる。

同様に、電池セル１４が上部開口２０ａを通して他の収容部２０に上から押込まれると、５つの第１押圧ばね４０ｂは電池セル１４の側面に押されて外側に弾性変形し、これにより、電池セルに押圧力を印加する。すなわち、５つの第１押圧ばね４０ｂは、電池セル１４の側面を押圧し、電池セル１４を反対側の第１側壁２４ａ内面に押付け、収容部２０内における電池セル１４の幅方向の位置をガタ無く位置決めする。この際、各第１押圧ばね４０ｂは、その押圧突起４１が電池セル１４の側面に当接し、電池セルを押圧する。そのため、第１押圧ばね４０ａは所望の形状に弾性変形し、所望の押圧力を電池セル１４に作用させることができる。

なお、上記のような押圧突起４１を設けた場合、第１押圧ばね４０ａ、４０ｂの変形ストロークが長くなり、電池セル１４に当接して弾性変形した際、図７に示すように、その自由端が、第１側壁２４ａ、２４ｂの外面から外側に突出する可能性がある。そこで、本実施形態によれば、第１押圧ばね４０ａを囲むように、第１側壁２４ａの外面に複数のリブ４４が一体に形成されている。同様に、第１押圧ばね４０ｂを囲むように、第１側壁２４ｂの外面に複数のリブ４４が一体に形成されている。これらのリブ４４は、第１押圧ばね４０ａ、４０ｂの突出量よりも僅かに高く形成されている。第１押圧ばね４０ａ、４０ｂが第１側壁２４ａ、２４ｂの外面側に突出した場合でも、外部の壁、物等がリブ４４に当たり、第１押圧ばね４０ａ、４０ｂに直接、当たることが防止される。これにより、第１押圧ばね４０ａ、４０ｂの押圧力の変動を防止し、電池セル１４を安定して押圧、位置決めすることができる。

上記のように、第１側壁２４ａ、２４ｂの各々において、１つ置きの収容部２０と対向する部位に第１押圧ばねを形成した場合、全ての収容部２０と対向する部位に押圧ばねを設ける場合に比較して、押圧ばねの形成数を少なくし、各第１側壁の強度を高めることができる。この構成においても、各収容部２０に収容される電池セル１４を第１押圧ばね４０ａあるいは４０ｂにより、一方向に押圧することができ、この一方向の位置決めを行うことができる。

なお、図２および図３に示すように、第１側壁２４ａの上端部に複数の係止孔４６ａが形成されている。これらの係止孔４６ａは、第１押圧ばね４０ａからずれた位置、ここでは、第１側壁２４ａの長手方向において、第１押圧ばね４０ａと交互に並んで設けられている。同様に、第１側壁２４ｂの上端部に複数の係止孔４６ｂが形成されている。これらの係止孔４６ｂは、第１押圧ばね４０ｂからずれた位置、ここでは、第１側壁２４ｂの長手方向において、第１押圧ばね４０ｂと交互に並んで設けられている。これらの係止孔４６ａ、４６ｂには、後述する上ケース１８の係合爪が係合される。

本実施形態では、複数の第１押圧ばね４０ａ、４０ｂは、電池セル１４の側面と対向し、かつ、電池セル１４の電極体と対向する領域に分布して配置されているが、第１押圧ばね４０ａ、４０ｂの形成位置は、任意に選択可能である。例えば、電池セル１４の強度の高い部位と当接する複数位置に第１押圧ばね４０ａ、４０ｂを設けてもよい。また、複数の第１押圧ばね４０ａ、４０ｂは、全て同一の寸法あるいは同一のばね力に限定する必要はなく、任意の部位で、第１押圧ばねの寸法あるいは、ばね力を他の押圧ばねと異なる値とに変えてもよい。第１押圧ばねの設置数は、適宜増減可能である。

図３ないし図７に示すように、ケース本体１６の底壁２２は、それぞれ電池セル１４の底面を押圧する複数の第２押圧ばね４２を有している。１つの収容部２０に対して、複数、例えば、６個の第２押圧ばね４２が形成され、収容部２０の幅方向に一列に並んで設けられている。

各第２押圧ばね４２は、例えば、矩形板状に成形され、底壁２２の中心軸線Ｃ側から第１側壁２４ａ、２４ｂ側に延出する片持ちばねとして形成されている。また、各第２押圧ばね４２は、底壁２２から収容部２０内へ傾斜して延出し、その自由端に、収容部２０側へ突出した押圧突起４３を一体に有している。

１つの収容部２０に対応して設けられた６個の第２押圧ばね４２は、底壁２２の中心軸線Ｃ、つまり、電池セル１４の幅方向中央を通る中心線、に対して左右対称に形成、配置されている。６個の第２押圧ばね４２の内、３個は、中心軸線Ｃ（図３参照）と第１側壁２４ａとの間に設けられ、それぞれ中心軸線Ｃ側から第１側壁２４ａ側に延出する片持ちばねを構成している。他の３個の第２押圧ばね４２は、中心軸線Ｃと第１側壁２４ｂとの間に設けられ、それぞれ中心軸線Ｃ側から第１側壁２４ｂ側に延出する片持ちばねを構成している。本実施形態において、複数の第２押圧ばね４２は、全て同一の寸法で、同一のばね力を有するように形成されている。

図４、図５、および図７に示すように、電池セル１４が上部開口２０ａを通して収容部２０に上から押込まれ底壁２２の近傍に達すると、６個の第２押圧ばね４２は電池セル１４の底面に押されて外側に弾性変形し、これにより、電池セルに押圧力を印加する。すなわち、６つの第２押圧ばね４２は、電池セル１４の底面を上方に、ここでは、収容部２０の上部開口２０ａ方向に押圧し、電池セル１４を後述する上ケース１８の内面に押付け、収容部２０内における電池セル１４の高さ方向の位置をガタ無く位置決めする。この際、各第２押圧ばね４２は、その押圧突起４３が電池セル１４の底面に当接し、電池セルを押圧する。そのため、第２押圧ばね４２は所望の形状に弾性変形し、所望の押圧力を電池セル１４に作用させることができる。また、６個の第２押圧ばね４２は、電池セル１４の底面の幅方向中心に対して左右両側に対称に設けられているため、電池セル１４の底面を左右均等に押圧し、電池セルに傾きを生じさせることなく上ケース１８の内面に押付けることができる。

なお、上記のような押圧突起４３を設けた場合、第２押圧ばね４２の変形ストロークが長くなり、電池セル１４に当接して弾性変形した際、図７に示すように、その自由端が、底壁２２の外面から外側に突出する可能性がある。そこで、本実施形態によれば、第２押圧ばね４２を囲むように、底壁２２の外面に複数のリブ４８が一体に形成されている。リブ４８は、第２押圧ばね４２の突出量よりも僅かに高く形成されている。本実施形態において、リブ４８は、底壁２２の周縁に沿って形成され、更に、隣合う２つの第２押圧ばね４２の間に形成されている。そのため、ケース１２の底壁２２を設置面上に載置した際、第２押圧ばね４２が底壁２２の外面側に突出している場合でも、設置面はリブ４８に当接し、第２押圧ばね４２に直接、当たることが防止される。これにより、第２押圧ばね４２の押圧力の変動を防止し、電池セル１４を安定して押圧、位置決めすることができる。

本実施形態では、複数の第２押圧ばね４２は、電池セル１４の底面と対向し、一列に並んで配置されているが、第２押圧ばね４２の形成位置は、任意に選択可能である。また、複数の第２押圧ばね４２は、全て同一の寸法あるいは同一のばね力に限定する必要はなく、任意の部位で、第１押圧ばねの寸法あるいは、ばね力を他の押圧ばねと異なる値とに変えてもよい。第２押圧ばねの設置数は、適宜増減可能である。

図１ないし図４、図８、図９に示すように、ケース本体１６の一方の第２側壁２６ｂ、および各仕切り壁２８は、それぞれ電池セル１４の主面を押圧する複数の第３押圧ばね５０ａ、５０ｂを有している。図に示すように、第２側壁２６ｂは、矩形状に形成され、ケース１２の内側、つまり、収容部２０側に対向する内面（表面）および外側を向いた外面（裏面）を有している。第２側壁２６ｂは、上端部および下端部にそれぞれ帯状に形成された肉厚部８０ａ、８０ｂと、これら肉厚部の間に位置する帯状の凹所８０ｃを有している。これら肉厚部８０ａ、８０ｂおよび凹所８０ｃは、ケース１２の幅方向の全長に亘って、互いに平行に延びている。第２側壁２６ｂの外面は平坦に形成され、肉厚部８０ａ、８０ｂは、第２側壁２６ｂの内面側に突出している。

第３押圧ばね５０ａは、例えば、肉厚部８０ａ、８０ｂに４つずつ形成され、ケース１２の幅方向に並んで位置している。各第３押圧ばね５０ａは、円形を含む多角形ばねとして構成されている。すなわち、第３押圧ばね５０ａは、肉薄に形成された多角形状の、例えば、円形のばね部（肉薄部）８１ａと、ばね部８１ａのほぼ中心からケース１２内に突出した、すなわち、収容部２０側に突出した円柱形状の押圧突起８１ｂと、を有し、これらばね部および押圧突起は合成樹脂により第２側壁２６ｂと一体に成形されている。ばね部８１ａは押圧突起８１ｂおよび第２側壁２６ｂよりも肉厚が小さく、弾性変形しやすい構造となっている。また、ばね部８１ａは、押圧突起８１ｂの突出方向と反対側へ傾斜した斜面形状となっている。押圧突起８１ｂは、第２側壁２６ｂの内面よりも所定高さＰ１だけ収容部２０側に突出している。更に、ばね部８１ａの裏面側、つまり、第２側壁２６ｂの外面には、ばね部８１ａと重なる位置に円形の凹所（円形の窪み）８１ｃが形成されている。凹所８１ｃの深さＰ２は、押圧突起８０ｂの突出高さＰ１と同一か、やや大きく形成されている。本実施形態において、複数の第３押圧ばね５０ａは、全て同一の寸法で、同一のばね力を有するように形成されている。

図２ないし図４、図８ないし図１０に示すように、各仕切り壁２８は、第２側壁２６ａとほぼ同様に形成されている。すなわち、仕切り壁２８は、矩形状に形成され、ケース１２の内側、つまり、収容部２０側に対向する内面（表面）および第２側壁２６ｂ側を向いた外面（裏面）を有している。仕切り壁２８は、上端部および下端部にそれぞれ帯状に形成された肉厚部８０ａ、８０ｂと、これら肉厚部の間に位置する帯状の凹所８０ｃを有している。これら肉厚部８０ａ、８０ｂおよび凹所８０ｃは、ケース１２の幅方向の全長に亘って、互いに平行に延びている。仕切り壁２８の外面は平坦に形成され、肉厚部８０ａ、８０ｂは、仕切り壁の内面側に突出している。

第３押圧ばね５０ｂは、例えば、肉厚部８０ａ、８０ｂに４つずつ形成され、ケース１２の幅方向に並んで位置している。各第３押圧ばね５０ｂは、第２側壁２６ａの第３押圧ばね５０ａと同様に構成され、円形を含む多角形ばねとして構成されている。すなわち、第２押圧ばね５０ｂは、肉薄に形成された多角形状の、例えば、円形のばね部（肉薄部）８１ａと、ばね部８１ａのほぼ中心からケース１２内に突出した、すなわち、収容部２０側に突出した円柱形状の押圧突起８１ｂと、を有し、これらばね部および押圧突起は合成樹脂により仕切り壁２８と一体に成形されている。ばね部８１ａは押圧突起８１ｂおよび第２側壁２６ａよりも肉厚が小さく、弾性変形しやすい構造となっている。また、ばね部８１ａは、押圧突起８１ｂの突出方向と反対側へ傾斜した斜面形状となっている。押圧突起８１ｂは、仕切り壁２８の内面よりも所定高さＰ１だけ収容部２０側に突出している。
更に、ばね部８１ａの裏面側、つまり、仕切り壁２８の外面には、ばね部８１ａと重なる位置に円形の凹所（円形の窪み）８１ｃが形成されている。凹所８１ｃの深さＰ２は、押圧突起８０ｂの突出高さＰ１と同一か、やや大きく形成されている。本実施形態において、複数の第３押圧ばね５０ｂは、全て同一の寸法で、同一のばね力を有するように形成されている。

各仕切り壁２８は、複数、例えば３つの二股状の係合爪５２を一体に有している。これらの係合爪５２は、仕切り壁２８の上端縁から上方に延出している。３つの係合爪５２は、仕切り壁２８の幅方向に間隔を置いて設けられ、そのうち１つは、仕切り壁の幅方向中央部に設けられている。

図４および図１１に示すように、電池セル１４が上部開口２０ａを通して収容部２０、例えば、第２側壁２６ｂと仕切り壁２８との間に規定されている収容部２０、に上から押込まれると、第２側壁２６ｂの８個の第３押圧ばね５０ａは、それぞれ押圧突起８０ｂが電池セル１４の主面に押されて外側に移動し、ばね部８０ａが外側に弾性変形する。これにより、ばね部８０ａに反力が生じ、押圧突起８０ｂを介して電池セル１４に押圧力を印加する。すなわち、第３押圧ばね５０ａは、電池セル１４の主面を電池セルの厚さ方向に押圧して、電池セル１４を仕切り壁２８の外面に押付け、収容部２０内における電池セル１４の厚さ方向位置をガタ無く位置決めする。

同様に、電池セル１４が、隣合う２つの仕切り壁２８間に規定された収容部２０に、上部開口２０ａを通して上から押込まれると、第２側壁２６ｂ側に位置する仕切り壁２８の第３押圧ばね５０ｂは、それぞれ押圧突起８０ｂが電池セル１４の主面に押されて外側に移動し、ばね部８０ａが外側に弾性変形する。これにより、ばね部８０ａに反力が生じ、押圧突起８０ｂを介して電池セル１４に押圧力を印加する。すなわち、８個の第３押圧ばね５０ｂは、電池セル１４の主面を電池セルの厚さ方向に押圧して、電池セル１４を反対側の仕切り壁２８に押付け、収容部２０内における電池セル１４の厚さ方向の位置をガタ無く位置決めする。更に、他方の第２側壁２６ｂと仕切り壁２８との間に規定された収容部２０に、上部開口２０ａを通して電池セル１４が上から押込まれると、仕切り壁２８の第３押圧ばね５０ｂは電池セル１４の主面に押されて第２側壁２６ａ側に弾性変形し、これにより、電池セルに押圧力を印加する。すなわち、８個の第３押圧ばね５０ｂは、電池セル１４の主面を電池セルの厚さ方向に押圧して、電池セル１４を第２側壁２６ｂの内面に押付け、収容部２０内における電池セル１４の厚さ方向の位置をガタ無く位置決めする。

第３押圧ばね５０ａ、５０ｂにおいて、ばね部８０ａは、側壁、仕切り壁、押圧突起８０ｂよりも肉厚が小さく、変形しやすい構造となっているほか、押圧突起８０ｂの突出方向と反対側への斜面形状となっている。これにより、押圧突起８０ｂが押された際の飛び移り座屈を防止することができ、安定したばね力を発生することができる。また、ばね部８０ａの裏面側に凹所８１ｃが形成されているため、ばね部８０ａが押されて変形しても、側壁および仕切り壁の外面側では、これらの外面よりもばね部８０ａが突出しない構造となっている。これにより、弾性変形したばね部８０ａが反対側の電池セル１４や外部設置面に当接することがなく、第３押圧ばね５０ａ、５０ｂの押圧力の変動を防止し、電池セル１４を安定して押圧、位置決めすることができる。ばね部８０ａは、多角形状、ここでは、円形に形成され、その周縁部が全周に亘って側壁あるいは仕切り壁に連結されている。そのため、ばね部８０ａが弾性変形する際、応力が一箇所に集中せず、高い耐久性が得られる。同時に、第３押圧ばね５０ａ、５０ｂを通して水分が通過あるいは抜けることがなく、隣合う電池セル１４間での水分の悪影響を防止することができる。

第２側壁２６ｂの内面および仕切り壁２８の内面には、それぞれ幅方向に延びる凹所８０ｃが形成され、この凹所は電池セル１４の主面と隙間を置いて対向する。そのため、この凹所８０ｃを通して、外気、冷却風を通風することができ、電池セル１４の冷却性の向上を図ることが可能となる。

本実施形態では、複数の第３押圧ばね５０ａ、５０ｂは、電池セル１４の主面と対向し、かつ、電池セル内部の電極体と対向する領域に分布して配置されているが、第３押圧ばね５０ａ、５０ｂの形成位置は、任意に選択可能である。例えば、電池セル１４の強度の高い部位と当接する複数位置に第３押圧ばね５０ａ、５０ｂを設けてもよい。また、複数の第３押圧ばね５０ａ、５０ｂは、全て同一の寸法あるいは同一のばね力に限定する必要はなく、任意の部位で、第３押圧ばねの寸法あるいは、ばね力を他の押圧ばねと異なる値とに変えてもよい。第３押圧ばねの設置数は、適宜増減可能である。

図１ないし図５、および図８に示すように、各収容部２０に電池セル１４が収容されたケース本体１６に、上ケース１８が上から被され、ケース本体１６に取付けられる。これにより、全体として矩形箱状のケース１２が構成される。上ケース１８は、底壁２２に対応する大きさの矩形板状に形成されている。上ケース１８の周縁部には、複数の係合爪５４が上ケースと一体に形成されている。複数の係合爪５４は、上ケースの両側縁に亘り、所定の間隔を置いて設けられている。各係合爪５４は、上ケース１８の側縁から下方に突出し、弾性変形可能に形成されている。また、図３に示すように、上ケース１８には、その長手方向に沿って、複数のスリット５６が３列に並んで形成されている。

上ケース１８には、後述するように、それぞれ電池セル１４の電極端子を挿通するための複数の開口５８が形成されている。これらの開口５８は、上ケース１８の長手方向に沿って、２列に並んで設けられている。上ケース１８の上面中央部に、排気管６０が取付けられ、上ケース１８の長手方向に沿って、かつ、上ケース１８のほぼ全長に亘って延びている。排気管６０の一端には、排気バルブ６１が設けられている。また、上ケース１８には、それぞれ電池セル１４の安全弁３６に対向する複数の排気孔６３が形成され、これらの排気孔は、排気管６０に連通している。

図１ないし図５、および図８に示すように、上記のように構成された上ケース１８は、ケース本体１６の各収容部２０に電池セル１４が収容された状態で、ケース本体１６に上から被され、複数の係合爪５４をそれぞれケース本体１６の係止孔４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄに弾性的に係合させ、更に、各仕切り壁２８に突設された複数の係合爪５２を上ケース１８の対応するスリット５６に係合させることにより、ケース本体１６の上部に取付けられる。

そして、各収容部２０に収容された電池セル１４は、底壁２２に形成された第２押圧ばね４２により、上ケース１８の内面に押付けられ、高さ方向に位置決めされる。このように、上ケース１８は、電池セル１４の位置決め基準として機能している。すなわち、本実施形態では、複数の電池セル１４は、上ケース１８の内面に当接することにより、上端位置、特に、電極端子３４ａ、３４ｂの高さ位置が決めされている。これにより、複数の電池セル１４は、電極端子の高さ位置がばら付くことなく、揃った状態で配列されている。各電池セル１４の正極端子３４ａおよび負極端子３４ｂは、それぞれ対応する開口２４内に挿通され、上方に露出している。各電池セル１４の安全弁３６は上ケース１８の排気孔２６に対向している。

図１、図２、図４、図５に示すように、複数の電池セル１４は、導電性部材としての複数のバスバー６２により、電気的に、例えば、直列に接続されている。複数の電池セル１４は、隣合う電池セル１４の正極端子と負極端子とが交互に並ぶ向きに配列されている。各バスバー６２は、導電材料、例えば、アルミニウム等からなる金属板で形成されている。バスバー６２は、一端部が電池セル１４の正極端子３４ａに接合され、他端部が隣の電池セル１４の負極端子３４ｂに溶接され、これらの電極端子を電気的に接続している。このように、１２個の電池セル１４は、複数のバスバー６２により直列に接続されている。なお、複数の電池セル１４は、直列に限らず、並列に接続するようにしてもよい。

複数の電池セル１４の内、配列の一方の端に位置した電池セル１４の負極端子３４ｂ、および、配列の他端に位置した電池セル１４の正極端子３４ａには、それぞれ出力端子６４が接続されている。上ケース１８上には、電圧制御部、電圧検出器、温度センサ等を含む制御回路基板６５が設置され、各バスバー６２および出力端子６４に電気的に接続される。更に、上ケース１８には、バスバー６２、排気管６０、制御回路基板６５を覆う図示しない蓋が取付けられる。

以上のように構成された二次電池装置によれば、ケース本体１６の各収容部２０に電池セル１４を装填し、上から上ケース１８を取り付けるだけで、電池セル１４を収容したケース１２を有す電池モジュールを組み立てることができる。この際、各収容部２０に収容された電池セル１４を、ケースの壁部に一体的に形成された複数の押圧ばねにより３方向に押圧し、対向する壁部に押付けることにより、電池セルをガタ無く収容部２０内の所定に支持および保持される。これにより、接着剤やボルト止めを用いることなく、複数の電池セルをガタ無く保持することができる。そのため、二次電池装置の組立てにおいて、接着剤を塗布する工程あるいはボルト止めする工程を省き組立時間の短縮を図ることが可能となる。同時に、接着剤に依存することなく、長期間に亘って電池セルをガタ無く支持することができ、信頼性の向上を図ることができる。これにより、小型で組立性および信頼性の向上した二次電池装置が得られる。

なお、前述した実施形態では、電池セルを囲んだ３方向の壁部にそれぞれ押圧ばねを形成し、電池セルを３方向に押圧する構成としたが、これに限らず、少なくとも１方向の壁部に押圧ばねを形成し、電池セルを一方向に押圧する構成としてもよい。この場合でも、電池セルを収容部内でガタ無く位置決め保持し、組立て性および信頼性の向上を図ることができる。

また、本実施形態によれば、ケース本体の壁部は、１つの収容部に対して、複数の押圧ばねを一体に形成している。ばね力の強い大きな押圧ばねを合成樹脂により壁部と一体に形成した場合、押圧ばねが脆く折れやすくなる可能性があるが、本実施形態のように、複数の押圧ばねを設け、１つの押圧ばねをばね力の小さいばねとすることにより、柔軟で折れにくいばねとすることができる。同時に、複数の押圧ばねのばね力を合わせることにより、十分な押圧力にて電池セルを押圧し、ガタ無く保持することが可能となる。更に、複数の押圧ばねは、任意の位置、および、任意のばね力に容易に形成することができ、設計の自由度を大きくとることができる。
以上のことから、本実施形態によれば、組立て性および信頼性の向上した二次電池装置が得られる。

次に、第２の実施形態に係る二次電池装置について説明する。
図１２は、第２の実施形態に係る二次電池装置のケース１２および仕切り壁２８を示している。多角形ばねのばね部は、円形に限らず、八角形、６角形、楕円等の他の多角形状としてもよい。第２の実施形態によれば、図１２に示すように、第３押圧ばね５０ｂは、多角形状、例えば、八角形に形成されたに肉薄のばね部８１ａと、ばね部の中心から収容部側に突出する押圧突起８１ｂと、を有し、仕切り壁２８と一体に成形されている。

第２の実施形態において、二次電池装置の他の構成は、前述した第１の実施形態と同一であり、第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。第３押圧ばね５０ｂを上記のように構成した場合でも、前述した第１の実施形態と同様に、組立て性および信頼性の向上した二次電池装置が得られるとともに、電池セルの冷却性を向上することができる。

なお、この発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

多角形ばねは、第３押圧ばねのみに限らず、第１押圧ばね、第２押圧ばねに用いても良い。各壁部に設ける押圧ばねの数、配置は、前述した実施形態に限定されることなく、種々変更可能である。複数の電池セルは、一列に並べて配置する構成としたが、これに限らず、複数列に並べて配置してもよい。電池セルの数は、二次電池装置の設計出力に応じて、増減可能である。更に、前述した実施形態では、ケース本体は、樹脂により一体成形する構成としたが、底壁、側壁、仕切り壁を別々に成形した後、これらを互いに溶着してケース本体を形成してもよい。

１０…二次電池装置、１２…ケース、１４…電池セル、１６…ケース本体、
１８…上ケース、２０…収容部、２２…底壁、２４ａ、２４ｂ…第１側壁、
２６ａ、２６ｂ…第２側壁、２８…仕切り壁、３０…外容器、３４ａ…正極端子、
３４ｂ…負極端子、４０ａ、４０ｂ…第１押圧ばね、４２…第２押圧ばね、
４３突起、４４…リブ、５０ａ、５０ｂ…第３押圧ばね、５２…係合爪、
５４…係合爪、６０…排気管、６２…バスバー、６４…出力端子、７０…流通路、
７２…通気孔、８０ａ…ばね部（肉薄部）、８０ｂ…押圧突起、８１ｃ…凹所

Claims (8)

1. 複数の二次電池セルと、
   それぞれ二次電池セルを収容する複数の収容部を規定した複数の壁部を有し、前記複数の二次電池セルを収容する樹脂製のケースと、を備え、
   前記各収容部を規定している少なくとも１つの壁部は、樹脂によりこの壁部と一体に成形され、前記収容部に収容された各二次電池セルを押圧して位置決めする複数の押圧ばねを有し、前記複数の押圧ばねのうち、少なくとも一部は、円を含む多角形状を有し弾性変形可能な肉薄のばね部とこのばね部から突出し前記二次電池セルを押圧する押圧突起と、を一体に有し、前記ばね部は前記押圧突起よりも肉厚が小さく、かつ、当該ばね部が形成されている壁部よりも肉厚が小さい多角形ばねを含んでいる二次電池装置。
2. 前記壁部は、それぞれ電池セルに対向する表面および反対の裏面を有し、
   前記多角形ばねは、前記壁部のうち、少なくとも一部に肉薄であり円を含む多角形状のばね部と、前記ばね部から表面側に対して所定長さ突出し、前記二次電池セルに当接可能な押圧突起と、前記壁部の裏面に形成され前記ばね部に対向する凹所と、を有し、
   前記凹所は、前記所定長さ以上の深さに形成されている請求項１に記載の二次電池装置。
3. 前記壁部は、隣合う前記二次電池セル間に配置された仕切り壁を備え、前記仕切り壁は、上下に離間して設けられそれぞれ肉厚部とこれらの肉厚部間に位置し通風可能な凹所と、を有し、前記肉厚部に複数の前記多角形ばねが形成されている請求項２に記載の二次電池装置。
4. 前記ケースの壁部は、前記二次電池セルの底、両側面および２つの主面にそれぞれ対向する複数の壁を有し、前記二次電池セルの底、一方の側面、一方の主面に対向する壁は、それぞれ前記収容部に収容された各二次電池セルを３方向から押圧して位置決めする複数の押圧ばねを一体に有している請求項１に記載の二次電池装置。
5. 前記ケースの壁部は、前記二次電池セルの底に対向する底壁と、前記底壁の対向する２側縁に沿って立設され前記二次電池セルの側面に対向する一対の第１側壁と、前記底壁の対向する他の２側縁に沿って立設され前記二次電池セルの主面に対向する一対の第２側壁と、前記第１側壁間で、前記第２側壁とほぼ平行に対向し、隙間を置いて並んで設けられ前記二次電池セルの主面に対向する複数の仕切り壁と、を有し、前記収容部は、前記底壁、第１側壁、および第２側壁あるいは仕切り壁により規定され、前記二次電池セルを挿通可能な上部開口を有している請求項１ないし４のいずれか１項に記載の二次電池装置。
6. 前記一方の第２側壁および各仕切り壁は、それぞれ複数の押圧ばねを一体に有し、
   前記第１側壁は、それぞれ前記二次電池セルの側面を押圧する複数の押圧ばねを一体に有し、前記押圧ばねは、前記上部開口側から前記底壁側に延出する片持ちばねを構成している請求項５に記載の二次電池装置。
7. 前記ケースは、前記壁部に取付けられて前記二次電池セルの両極および前記収容部を覆う上ケースを備え、それぞれ隣合う前記二次電池セルの電極間を電気的に接続する複数の導電部材が前記上ケースに設けられている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の二次電池装置。
8. 前記多角形ばねは、円形のばね部を有し、前記押圧突起は、前記ばね部の中心から前記二次電池セルに向かって突出している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の二次電池装置。

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