JP6149670B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、発電要素をシート状の外装体内部に封止してなる扁平型電池を、この扁平型電池の厚み方向に複数枚積層して構成した電池積層体と、この電池積層体を厚み方向に押圧して拘束する拘束構造とを備えた電池モジュールに関するものである。

従来、特許文献１に記載の電池パックが知られている。この電池パックは、単位電池を成す二次電池が積層された電池積層体を収納してなる電池モジュールを複数設置して構成されている。特許文献１では、上記電池パックにおいて、電池モジュールを構成する各単位電池を適切に加圧することができ、かつ、電池モジュール内において、各単位電池の膨れが生じた場合に、この膨れによる応力を良好に吸収可能な電池パックの構成を提供している。

このために、特許文献１の電池パックは、複数の単位電池が積層されてなる電池積層体と、電池積層体を収納する収納ケースとを備える複数の電池モジュールを複数設置している。そして、電池モジュールを構成する収納ケースが、収納ケースの外周に沿って形成された凸部を有している。この凸部は電池積層体の中央部を押圧する位置に存在する。電池積層体の中央には凸部に対向する凸部が形成されるように膨出部（凹部と記載されている）が設けられている。これにより、収納ケースの上部と下部にボルトを設けて電池積層体を締め付けたときに、上記凸部と上記膨出部によって電池積層体の中央部が押圧される。

特開２０１２−１１９２３２号公報

上記特許文献１の技術によると、単位電池を成す扁平型電池膨張時に扁平型電池の中央部は押圧されるが、扁平型電池の端部は押圧されない。この結果、扁平型電池の拘束面には、押圧されている部分と、押圧されていない部分とがあり、好ましくない拘束面の面圧分布が発生し、局所的な電流集中による金属リチウムの析出等の劣化が発生するという問題がある。

また、好ましくない拘束面の面圧分布により、充放電時に各扁平型電池内部にガスが発生し、このガスが発電要素の電極板間に滞留すると電池の性能が低下する。更に、特許文献１の電池パックのエンドプレートは、変形しないように厚くする必要があるが、このことで重量が大きくなる。

本発明は、上記問題点に鑑み、拘束構造において、好ましくない拘束面の面圧分布を抑制し、電池性能の低下を防止できる電池モジュールを提供することを目的とする。

従来技術として列挙された特許文献の記載内容は、この明細書に記載された技術的要素の説明として、参照によって導入ないし援用することができる。

本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、本発明の一つでは、電池モジュールは、発電要素をシート状の外装体内部に封止してなる扁平型電池（３）を、この扁平型電池（３）の厚み方向に複数枚積層して電池積層体（４）を構成している。また、電池モジュールは、電池積層体（４）を厚み方向に押圧して拘束する拘束構造を備えている。そして、上記拘束構造は、電池積層体（４）を厚み方向に押圧する押圧プレート（２）と、押圧プレート（２）に第１溶接部（Ｗ１１、Ｗ１２）にて溶接された変形プレート（６）と、エンドプレート（５）とを備えている。

エンドプレート（５）は、変形プレート（６）に第２溶接部（Ｗ２１、Ｗ２２）にて溶接され、変形プレート（６）を変形させて押圧プレート（２）を電池積層体（４）に押し付ける。また、変形プレート（６）と電池積層体（４）との間に押圧プレート（２）が設けられ、第１溶接部（Ｗ１１、Ｗ１２）は、第２溶接部（Ｗ２１、Ｗ２２）よりも押圧プレート（２）の外周縁側に位置している。

この発明によれば、電池積層体を構成する扁平型電池の拘束すべき面の全体を押圧でき、押圧時の面圧分布のムラを抑制することができる。従って、扁平型電池に膨れが生じた場合に、この膨れによる応力をより良好に吸収することができる。面圧分布のムラが抑制できるため、充放電時に各扁平型電池内部におけるガスの発生を抑制でき、このガスが発電要素の電極板間に滞留することに伴う電池性能の低下を抑制できる。

次に、本発明の一つでは、エンドプレート（５）の外周縁側が厚み方向に押圧された場合に、第２溶接部（Ｗ２１、Ｗ２２）に隣接する変形プレート（６）の部分と押圧プレート（２）との間に隙間（Ｇ１）が形成される。

この発明によれば、押圧プレートと第２溶接部に隣接する変形プレートとの間に押圧前よりも拡大された隙間が形成されることにより、押圧プレートの外周縁側に位置した第１溶接部に押圧力より強く印加されるようになり、面圧分布のムラが抑制される。

次に、本発明の一つでは、変形プレート（６）は、エンドプレート（５）及び押圧プレート（２）よりも変形し易い。

この発明によれば、変形プレートは、エンドプレート及び押圧プレートよりも電池積層体方向に押圧されたときに容易に変形する。従って、押圧プレートの外周縁側に位置した第１溶接部に押圧力がより強く印加され易く、面圧分布のムラが抑制される。

次に、本発明の一つでは、エンドプレート（５）は、電池積層体（４）の両側に一対設けられ、夫々のエンドプレート（５）は、両端部に脚部（５１、５２）と脚部（５１、５２）に夫々取り付けられたボルト（１１、１２）とを有していている。

そして、電池積層体（４）を一対のエンドプレート（５）の間に設置して、相対向するエンドプレート（５）がボルト（１１、１２）の締め付けにより互いに接近して押圧プレート（２）が電池積層体（４）に押し付けられる。

この発明によれば、拘束荷重が適度な大きさになるように管理するに際して、エンドプレートの両端に脚部を設け、相対向するエンドプレートの脚部をボルトの締め付けにより互いに接近させて押圧力を発生させるので拘束荷重の管理が容易である。

なお、特許請求の範囲及び上記各手段に記載の括弧内の符号ないし説明は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を分かり易く示す一例であり、発明の内容を限定するものではない。

本発明の第１実施形態における原理を示す電池モジュールの半分を示す概要構成図である。 上記実施形態における図１の矢印II−II線に沿う概要構成図である。 上記実施形態における押圧プレートに加圧力を発生された場合の電池モジュールの半分を示す概要構成図である。 上記実施形態における図３の矢印IV−IV線に沿う概要構成図である。 上記実施形態における拘束荷重と扁平型電池内部の内部抵抗との関係を表したグラフである。 上記実施形態における電池モジュール斜視図である。 上記実施形態における図６の矢印VII方向から見た電池モジュールの内部構成を示す概要構成図である。 上記実施形態における図７の矢印VIII方向から見た押圧プレートの正面図である。 上記実施形態における変形プレートを図７の矢印IX方向から見た正面図である。 上記実施形態における図７の電池モジュールの内部構成において、押圧力が作用した状態を示す概要構成図である。 上記実施形態における図７の構成において第１溶接部と第２溶接部との位置を示した概要構成図である。 上記実施形態における電池モジュールを複数個設置した電池パックを図示した斜視図である。 上記実施形態における電池パックケースが被せられた電池パックの外形を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態を示す電池モジュールに使用される四角形状のプレート４枚一組から成る変形プレートの正面図である。 本発明の第３実施形態を示す電池モジュールに使用されるＸ字状の２枚一組の変形プレートの正面図である。 本発明の第４実施形態を示す電池モジュールに使用されるＨ字状の２枚一組の変形プレートの正面図である。 本発明の第５実施形態を示す電池モジュールに使用されるＹ字状の２枚一組の変形プレートの正面図である。 本発明の第６実施形態を示す電池モジュールに使用されるＯ字状の２枚一組の変形プレートの正面図である。 その他の実施形態を説明する変形プレートの形状と溶接点の数及び位置の例をしめす表である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部を説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。

各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について説明する。先ず、本発明の第１実施形態の原理について図１〜図５を用いて説明し、その後で、第１実施形態の具体的構造について説明する。図１は、本発明の第１実施形態の原理を示す電池モジュール１の半分を示す。図２は図１の矢印II−II線に沿う断面を示す。

また、図３は押圧プレート２に加圧力を発生された場合の第１実施形態の原理を示し、電池モジュール１の半分を示している。図４は図３の矢印IV−IV線に沿う断面を示している。なお、図１〜図４は、断面図であるが断面を示すハッチングは省略して概要的に図示している。

発電要素をシート状の外装体内部に封止してなる扁平型電池３を、この扁平型電池３の厚み方向に複数枚積層して電池積層体４が形成されている。この電池積層体４は、電池モジュール１の中に複数設けられている。この電池積層体４は、適切に加圧されることが必要であり、扁平型電池３の膨れが生じた場合に、この膨れによる応力を良好に吸収可能な構成と成っている。

このために、図１に示した電池積層体４を一対用意し、外側の一対のエンドプレート５の両端同士を、図示しないボルトで矢印Ｙ１１、Ｙ１２（図３）のように締め付けて、積層された扁平型電池３を押圧し、扁平型電池３の膨張を拘束する。

この場合に、扁平型電池３の膨張時に扁平型電池３の中央部は押圧されるが、扁平型電池３の端部は充分に押圧されないという問題が生じないようにする必要がある。かつ、この場合、エンドプレート５は、極端に変形しないように厚くする必要があるが、このことで重量が過大にならないようにする必要がある。

このような要求を満たすために、電池積層体４を厚み方向に押圧して拘束する拘束構造は、以下の構成を備える。この拘束構造は、電池積層体４に隣接して電池積層体４を厚み方向に押圧する押圧プレート２を有する。この押圧プレート２に第１溶接部Ｗ１１、Ｗ１２にて溶接された変形プレート６を有する。更に、拘束構造は、変形プレート６に第２溶接部Ｗ２１、Ｗ２２にて溶接されたエンドプレート５を有する。このエンドプレート５は、変形プレート６を変形させて押圧プレート２と、樹脂材から成る応力緩和材７とを介して電池積層体４に押圧力を印加する。

第１溶接部Ｗ１１、Ｗ１２は、第２溶接部Ｗ２１、Ｗ２２よりも押圧プレート２の外周縁側に位置している。これにより、エンドプレート５の外周を厚み方向に図３の矢印Ｙ１１、Ｙ１２のように押圧した場合に、第２溶接部Ｗ２１、Ｗ２２と変形プレート６と第１溶接部Ｗ１１、Ｗ１２とを介して、押圧プレート２を電池積層体４の方向に押圧する。この押圧がなされたときに、第２溶接部Ｗ２１、Ｗ２２に隣接する変形プレート６の部分と押圧プレート２との間に隙間Ｇ１（図３）が形成される。

更に詳しく説明する。第１実施形態に係る電池モジュール１の集合から成る電池パックは、複数個の扁平型電池３から成る単電池を搭載する各種の電気機器に適用することができる。各種電気機器は、蓄電池を有する装置、コンピュータ、車両等である。第１実施形態の電池パックは、内燃機関と電池駆動モータとを組み合わせて走行駆動源とするハイブリッド自動車、モータを走行駆動源とする電気自動車等の走行用電源に用いられる。

単電池を成す扁平型電池３は、例えばニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、有機ラジカル電池である。電池パックは、筐体内に収納された状態で自動車の座席下、後部座席とトランクルームとの間の空間、及び運転席と助手席の間の空間等に設置されうる。

扁平型電池３は、外装ケースが薄い平板状の形態をなし、外装ケースは、ラミネートシートで形成されている。ラミネートシートは、絶縁性の高い素材で構成されている。扁平型電池３は、例えば、二つ折りにされたラミネートシートの端部同士を熱融着することにより、この端部同士を封止して密閉された内部空間を有する。この内部空間には、電極積層体、電解質、端子接続部、正極端子部の一部、及び負極端子部の一部が内蔵されている。

正極端子部及び負極端子部の夫々の残部は、扁平型電池３の外装ケースから外部に突出している。外装ケースから露出する端子であって、隣り合う扁平型電池３における異極の端子間は、バスバー等の導電部材によって電気的に接続される。

バスバーと電極端子部との接続は、例えばネジ締めや、超音波溶接により行われる。従って、バスバー等によって電気的に接続された各電池モジュール１の両端に設置されたモジュール総端子部は、電力が供給されたり、他の電気機器へ向けて放電されたりするために使用される。

押圧力を印加しない図１の状態では、エンドプレート５と変形プレート６の間に大きな隙間が生じない。エンドプレート５と押圧プレート２との間には、変形プレート６の肉厚に相当する隙間が生じている。

図３のように、エンドプレート５の両端部における脚部５１、５２を図示しないボルトの締め付けにより接近させて押圧力を発生させる。この押圧力を発生させたときに、内側の溶接箇所である第２溶接部Ｗ２１、Ｗ２２付近には、変形プレート６と押圧プレート２の間に隙間Ｇ１が形成される。隙間Ｇ１は内側隙間とも言う。一方、外側の溶接箇所である第１溶接部Ｗ１１、Ｗ１２には、エンドプレート５と変形プレート６の間に外側隙間が形成される。

これによって、電池積層体４を構成する扁平型電池３の拘束すべき面の全体を押圧でき、押圧時の面圧分布のムラを抑制することができる。従って、扁平型電池３に膨れが生じた場合に、この膨れによる応力をより良好に吸収することができる。面圧分布のムラが抑制できるため、充放電時に各扁平型電池３の内部にガスが発生するのを抑制でき、このガスが発電要素の電極板間に滞留することに伴う電池性能の低下を抑制できる。更に、エンドプレート５の重量軽減が可能となる。

なお、扁平型電池３の内部には、複数の並列接続された発電要素がある。この各発電要素が、発電要素用電極を持ち、面圧分布のムラにより発電要素用電極相互間の接続距離が変化する。よって並列接続された電流路の抵抗が接続距離により変化し、局所的な電流集中が発生する。この第１実施形態では、面圧分布のムラが抑制できるため、局所的な電流集中の発生が抑制でき、電池効率の向上や局部的な発熱の抑制が可能となる。

図５は、拘束荷重と扁平型電池内部の内部抵抗との関係をグラフにしている。拘束荷重は大きすぎても小さすぎてもいけない。拘束荷重が小さすぎると、局部的な電流集中により電池モジュールの内部抵抗が増加する。この状態から拘束荷重を増加させていくと、内部抵抗が急激に低下し、再び緩やかに上昇する。従って、拘束荷重が適度な大きさになるように押圧力が管理される。

更に詳しく説明すれば、図５において、拘束荷重が低荷重域Ｒ１では、扁平型電池３の内部の電極間距離が遠くなるので抵抗値が大きい。かつ、扁平型電池３の内部で発生したガスが上記電極間にたまるので、反応に寄与しない部分が発生する。一方、高荷重域（過拘束域）Ｒ２では、上記電極間から電解液が染み出し、Ｌｉイオン量が低下するため、内部抵抗の抵抗値が増加する。

これらに比べ、適正荷重域Ｒ３では、上記電極間距離が適正である。また、電解液の染み出しによるＬｉイオン不足が無い。更に、発生したガスに基づく、反応に寄与しない部分の発生が無い。これにより、抵抗値が最小となる。そして、面圧分布にムラがあると、局所的に上記のような現象が発生する可能性があるので、理想的には、拘束面全体を均一に適正荷重で押圧することが電池性能を出す上では必要である。

次に、本発明の電池モジュールの具体的な構成について図６〜図１１を用いて説明する。図６は、本発明の電池モジュール１の第１実施形態を示している。外側の一対のエンドプレート５は、左右両端にＬ字形の脚部５１、５２を夫々有している。

相対向する一対のエンドプレート５の脚部５１、５２同士をボルト１１、１２で締め付けることにより、相対向する一対のエンドプレート５の間の積層された扁平型電池３を押圧し、扁平型電池３の膨張を拘束している。

エンドプレート５は、モジュールケースとも呼ばれ、一対のエンドプレート５に挟まれて、複数の扁平型電池３を含む電池積層体４がエンドプレート５からの押圧力を受ける。電池積層体４は、発電要素をシート状の外装体内部に封止してなる複数の積層された扁平型電池３から構成されている。二つのエンドプレート５がボルト１１、１２で結合されて構成されたモジュールケース１３の上面にはカバー１４が被せられ、サーミスタ１５がカバー１４に設けられた開口部１６から外部に露出している。

モジュールケース１３の右側面には、複数の扁平型電池３を直列に接続した電池積層体４のマイナス端子であるモジュール総マイナス端子１７が設けられている。また、モジュール総マイナス端子１７の横側には、電池積層体４のプラス端子であるモジュール総プラス端子１８が設けられている。

図７は、図６の矢印VII方向から見た電池モジュールの内部構成を示し、二つのエンドプレート５の間に押圧力が作用していない状態を概要的に示している。二つの相対向するエンドプレート５の間に、発電要素をシート状の外装体内部に封止してなる複数の扁平型電池３が設置されている。扁平型電池３の相互間には、金属製の放熱板を成す熱伝導プレート８が複数保持されている。

扁平型電池３は、この扁平型電池３の厚み方向に複数枚積層して電池積層体４が構成されている。電池積層体４は、電池直列体を構成し、マイナス端子であるモジュール総マイナス電極部１７ｄとモジュール総プラス電極部１８ｄが設けられている。モジュール総マイナス電極部１７ｄとモジュール総プラス電極部１８ｄとは、図６のモジュール総マイナス端子１７と、モジュール総プラス端子１８とに夫々接続され、電池モジュール１の外表面に露出する。

電池モジュール１は、扁平型電池３と熱伝導プレート８とを交互に所定個数積層した集合体を、積層方向の両端部から緩衝部材となる応力緩和材７を介して拘束部材で挟み、内側に向かう拘束力を作用させて一体にしたものである。

熱伝導プレート８は、扁平型電池３から成る単電池の外装ケースに密着して、熱伝導率が大きくないラミネートシートの熱伝導性を助ける部材であり、高い熱伝導率を有する。熱伝導プレート８は、例えば、アルミニウム、銅、もしくはその合金で構成される。また、応力緩和材７は、柔軟性のあるゴム又は樹脂等で構成される。

図７において、拘束構造は、電池積層体４に隣接して電池積層体４を厚み方向に押圧する一対の押圧プレート２と、これらの押圧プレート２に、後述する第１溶接部にて溶接された合計４枚の変形プレート６とを備える。また、拘束構造は、変形プレート６に第２溶接部にて溶接された一対のエンドプレート５を有している。このエンドプレート５は、変形プレート６を変形させて、押圧プレート２を電池積層体４に押し付ける。

一対のエンドプレート５は、図６に示すようにボルト１１、１２で締め付けられ、モジュールケース１３の正面及び背面を構成している。このモジュールケース１３の左右側部には、左右の側面絶縁板２１、２２が設置され、モジュールケース１３の内部に電池積層体４を保持している。

図８は、図７の矢印VIII方向から見た押圧プレート２を示している。金属製の押圧プレート２の中央部には、図３にも示すように、エンドプレート５と変形プレート６とを溶接するためのプレスで打ち抜かれた溶接用孔２３が８箇所設けられている。

図９は、合計４枚ある変形プレート６の図７下側における左右一対分を図７の矢印IX方向から見て示している。

図７において、図９に示す一組の変形プレート６は、正面側（図７下側）と背面側（図７上側）との夫々に設けられている。従って、図９のような一組の変形プレート６が一つの電池モジュール１に二組設けられ、４枚の変形プレート６が必要になる。

図１０は、図７の電池モジュールの内部構成を示し、二つのエンドプレート５の間に押圧力が作用した状態を概要的に示している。すなわち、図１０においては、一対の相対向するエンドプレート５の両端部の脚部５１、５２（図６）がボルト１１、１２で結合されている。

そして、このボルト１１、１２をネジ込むことにより、一対の相対向するエンドプレート５が変形プレート６を介して、図１０の矢印Ｙ１０１〜Ｙ１０４のように押圧力を電池積層体４に印加する。このとき、隙間Ｇ１が形成される。

図１１は、図７の構成において、第１溶接部Ｗ１１、Ｗ１２と第２溶接部Ｗ２１、Ｗ２２の位置を丸印で仮想的に示している。エンドプレート５と変形プレート６とは、第２溶接部Ｗ２１、Ｗ２２で接合されている。更に、変形プレート６と押圧プレート２とは、第１溶接部Ｗ１１、Ｗ１２で接合されている。

そして、第１溶接部Ｗ１１、Ｗ１２は、第２溶接部Ｗ２１、Ｗ２２よりも押圧プレート２の外周縁側に位置している。また、変形プレート６は、エンドプレート５及び押圧プレート２よりも変形し易い。つまり変形し易い材料（剛性が小さい材料）又は変形し易い薄い寸法を選択して構成されている。

このように、エンドプレート５と変形プレート６とは、全面的に接合しているのでなく、第２溶接部Ｗ２１、Ｗ２２において局部的に接合されている。更に、変形プレート６と押圧プレート２とも全面的に接合されているのでなく、第１溶接部Ｗ１１、Ｗ１２で局部的に接合されている。

そして、エンドプレート５が直接的に押圧プレート２を押圧するのでなく、図１０のように中央部に隙間Ｇ１が形成されるように変形する変形プレート６を介して押圧することにより、より均一に電池積層体４に押圧力が印加される。なお、変形プレート６が無く、エンドプレート５が直接的に押圧プレート２を押圧する場合は、矢印Ｙ１０１〜Ｙ１０４にて示す押圧力は、エンドプレート５の左右両端側に一層移動する。つまり、矢印Ｙ１０１、Ｙ１０２の間、及び、矢印Ｙ１０１、Ｙ１０２の間隔が広くなり、外側に押圧力が集中してしまい、均一な押圧力が電池積層体４に印加されなくなる。

電池モジュール１は、複数積層されて電池パックを構成する。図１２は、上記第１実施形態の電池モジュール１を複数個使用した電池パック３０の一例を図示している。電池パック３０の左右両端には、パック総プラス端子３１とパック総マイナス端子３２とが設けられている。

このパック総プラス端子３１とパック総マイナス端子３２とから、電池パック３０の電気出力が取り出される。電池パック３０は、金属製の台座３３に固定されており、電池パック３０の下面には冷却器３４が設けられている。冷却器３４内に流れる熱交換媒体によって、電池パック３０が冷却される。冷却器３４は熱交換器から成る。電池モジュール１の相互間にはワイヤハーネス３５が設けられ、電池パック３０の右端にはサービスプラグ３６が設けられている。

図１３は、電池パックケース４０が被せられた電池パック３０の外形を示している。電池パック３０の右端上部には、電池制御装置４１（電池ＥＣＵともいう）が設けられている。また、電池パックケース４０から排煙ダクト４２の一部が突出している。

以下、具体的に、図１２、図１３の電池パック３０について説明する。電池パック３０は、この一例において８個の電池モジュール１を備える。電池モジュール１は、複数の単電池となる扁平型電池３の集合体で構成される。

図１３の電池パックケース４０は、電池モジュール１が収容される電池収容空間を形成する筐体である。電池パックケース４０には、８個の電池モジュール１が一列に並んで収容されている。

電池制御装置４１は、電池パック３０の状態を監視する電池監視ユニットを構成する。電池制御装置４１は、扁平型電池３の状態に関する情報を検出するために、扁平型電池３の所定の位置に設置された検出端子から延びる複数の検出線を介して扁平型電池３に接続されている。検出線は、例えば、電池の電圧又は温度等の情報を電池監視装置に送信するための通信線である。検出端子は、電池の状態に関わる情報を検出する電圧計測素子、温度センサ、及びその他の各種センサである。

電池パックケース４０には、図示しないパッキン等のシール部材が設けられ、電池収容空間の空気が外部に漏れないように密閉される。扁平型電池３の内部圧力が異常な圧力になったときには、扁平型電池３の外装ケースが破断して、内部のガスが外部に放出されることがある。このようにガスが放出されると、電池収容空間にはガスが充満するが、電池パック３０は、このガスを外部に排出するための排煙ダクト４２を備える。排煙ダクト４２は、電池パックケース４０内の電池収容空間と電池パック外部とを連通させる。

サービスプラグ３６は、電池モジュール１の間を連結する電流制御機器であり、電池モジュール１の間を非導通状態及び導通状態にできる拭き取り式のプラグである。サービスプラグ３６は、プラグ台に設置されている。例えば、サービスプラグ３６は、メンテナンス時に操作される非通電用のスイッチであり、プラグを抜けば電流が流れない状態を目指できるものであり、電池パック３０の回路を強制的に切断することができる。

（第１実施形態の作用効果）
上記第１実施形態においては、電池モジュールは、発電要素をシート状の外装体内部に封止してなる扁平型電池３を、この扁平型電池３の厚み方向に複数枚積層して電池積層体４を構成している。また、電池モジュールは、電池積層体４を厚み方向に押圧して拘束する拘束構造を備えている。そして、上記拘束構造は、電池積層体４を厚み方向に押圧する押圧プレート２と、押圧プレート２に第１溶接部Ｗ１１、Ｗ１２にて溶接された変形プレート６と、エンドプレート５とを備えている。

エンドプレート５は、変形プレート６に第２溶接部Ｗ２１、Ｗ２２にて溶接され、変形プレート６を変形させて押圧プレート２を電池積層体４に押し付ける。また、変形プレート６と電池積層体４との間に押圧プレート２が設けられ、第１溶接部Ｗ１１、Ｗ１２は、第２溶接部Ｗ２１、Ｗ２２よりも押圧プレート２の外周縁側に位置している。

これによれば、電池積層体を構成する扁平型電池の拘束すべき面の全体を押圧でき、押圧時の面圧分布のムラを抑制することができる。従って、扁平型電池に膨れが生じた場合に、この膨れによる応力をより良好に吸収することができる。面圧分布のムラが抑制できるため、充放電時に各扁平型電池内部におけるガスの発生を抑制でき、このガスが発電要素の電極板間に滞留することに伴う電池性能の低下を抑制できる。更に、エンドプレート５の剛性を必要以上に上げる必要がないため、エンドプレート５の重量軽減が可能となる。

次に、エンドプレート５の外周縁側が厚み方向に押圧された場合に、第２溶接部Ｗ２１、Ｗ２２に隣接する変形プレート６の部分と押圧プレート２との間に隙間Ｇ１が形成される。

これによれば、隙間Ｇ１が形成されることにより、第２溶接部Ｗ２１、Ｗ２２よりも押圧プレート２の外周縁側に位置した第１溶接部Ｗ１１、Ｗ１２に押圧力が多く印加されるようになり、面圧分布のムラが抑制される。

次に、変形プレート６は、エンドプレート５及び押圧プレート２よりも変形し易い材質又は変形し易い寸法で構成されている。

これによれば、変形プレートは、エンドプレート及び押圧プレートよりも電池積層体方向に押圧されたときに容易に変形する。従って、押圧プレートの外周縁側に位置した第１溶接部に押圧力がより強く印加され易く、面圧分布のムラが抑制される。

次に、エンドプレート５は、電池積層体４の両側に一対設けられ、夫々のエンドプレート５は、両端部に脚部５１、５２と脚部５１、５２に夫々取り付けられたボルト１１、１２とを有していている。そして、電池積層体４を一対のエンドプレート５の間に設置して、相対向するエンドプレート５がボルト１１、１２の締め付けにより互いに接近して押圧プレート２が電池積層体４に押し付けられる。

これによれば、拘束荷重が適度な大きさになるように管理するに際して、エンドプレートの両端に脚部を設け、相対向するエンドプレートの脚部をボルトの締め付けにより互いに接近させて押圧力を発生させるので拘束荷重の管理が容易である。

以上のように、電池積層体４を構成する扁平型電池３の拘束すべき面の全体を押圧でき、押圧時の面圧分布のムラを抑制することができる。従って、扁平型電池３に膨れが生じた場合に、この膨れによる応力をより良好に吸収することができる。面圧分布のムラが抑制できるため、充放電時に各扁平型電池３の内部におけるガスの発生を抑制でき、このガスが発電要素の電極板間に滞留することに伴う電池性能の低下を抑制できる。更に、エンドプレート５の重量軽減が可能となる。

次に、扁平型電池３の内部には、複数の並列接続された発電要素がある。この各発電要素が発電要素用電極を持ち、面圧分布のムラにより発電要素用電極相互間の接続距離が変化する。よって並列接続された電流路の抵抗が接続距離により変化し、局所的な電流集中が発生する傾向がある。しかし、この第１実施形態では、面圧分布のムラが抑制できるため、局所的な電流集中の発生が防止でき、電池効率の向上や局部的な発熱防止が可能となる。

押圧力を印加しない状態では、エンドプレート５と変形プレート６の間には、実質的に隙間が生じない。かつ、エンドプレート５と押圧プレート２との間には変形プレート６の肉厚に相当する隙間が生じている（図１）。

一対のエンドプレート５は、夫々両端部に脚部５１、５２を有し、電池積層体４を一対のエンドプレート５の間に設置して、相対向するエンドプレート５が脚部５１、５２におけるボルト１１、１２の締め付けにより互いに接近して押圧力を発生させる。

この押圧力を発生させたときに、内側の溶接箇所である第２溶接部Ｗ２１、Ｗ２２付近には、変形プレート６と押圧プレート２の間に隙間Ｇ１が形成される。一方、外側の溶接箇所である第１溶接部Ｗ、Ｗ１２には、エンドプレート５と変形プレート６との間に隙間が形成される。

これにより、エンドプレート５に変形が生じたとき（たわみが発生したとき）、扁平型電池３の拘束面全体を均一的に押圧可能となる。また、エンドプレート５の軽量化が可能となる。このことは、変形プレート６の溶接点を電池積層体４の中央側と周辺側とに分離し、電池モジュールケースとなるエンドプレート５のたわみを押圧プレート２に直接伝えないことから可能となる。このように、拘束部材は、電池モジュールケースを構成するエンドプレート５と変形プレート６と押圧プレート２とを含む。

変形プレート６は、エンドプレート５及び押圧プレート２よりも肉厚が薄い材料で形成され、強度が弱い。つまり、変形プレート６がエンドプレート５等より先に変形してほしいので、強度的に弱い材料で製作している。これにより、エンドプレート５が変形しても、面圧分布のムラを抑制できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以降の各実施形態においては、上記した第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。なお、第２実施形態以下については、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明が援用される。

上記第１実施形態において、変形プレート６は、図９のように四角形状のプレート２枚一組を電池モジュール１の片側に使用したが、更に分割することもできる。図１４は、本発明の第２実施形態を示す電池モジュール１に使用される四角形状のプレート４枚一組から成る変形プレート６である。このように、変形プレート６の枚数を増やすときは溶接点の数も増加する。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。上記した実施形態と異なる部分を説明する。図１５は、本発明の第３実施形態を示す電池モジュール１に使用される２枚一組の変形プレート６である。この変形プレート６は、Ｘ字状のプレートを使用している。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。上記した実施形態と異なる部分を説明する。図１６は、本発明の第４実施形態を示す電池モジュール１に使用される２枚一組の変形プレート６である。この変形プレート６は、Ｈ字状のプレートを使用している。

（第５実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。上記した実施形態と異なる部分を説明する。図１７は、本発明の第５実施形態を示す電池モジュール１に使用される２枚一組の変形プレート６である。この変形プレート６は、左右線対称のＹ字状のプレートを使用している。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について説明する。上記した実施形態と異なる部分を説明する。図１８は、本発明の第６実施形態を示す電池モジュール１に使用される２枚一組の変形プレート６である。この変形プレート６は、Ｏ字状のプレートを使用している。

（他の実施形態）
上記の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

上記第１実施形態における溶接点は、第１溶接部Ｗ１１、Ｗ１２及び第２溶接部Ｗ２１、Ｗ２２から成る。溶接点の数は、図８の押圧プレート２の中央部におけるエンドプレート５と変形プレート６とを溶接するための８箇所の溶接用孔２３から判明するように、合計１６箇所である。しかし、この溶接点の数は、１２個又は２０個としても良い。

また、変形プレート６の形状に合わせて、溶接点の数及び位置をかえることができる。図１９は、変形プレート６の形状と溶接点の数及び位置の例を表にしたものであり、電池モジュールの平面形状と各形状における変形プレートの溶接点の数及び位置を示している。

次に、上記実施形態においてはエンドプレートが電池積層体を挟み、エンドプレートの脚部が互いにネジ締結されることにより電池積層体を拘束した。しかし、脚部を部分的に設けるのでなく、エンドプレートの端部を直接ボルトでネジ締めしても良い。また、ネジ締めに限らず、カシメ構造やリベットによる締結構造を用いても良い。また、エンドプレートと変形プレートと押圧プレートとの３種の部材は金属を想定しているが、すべて樹脂で構成してもよい。

上記実施形態において各電池モジュールを構成する単電池は、角形の単電池で構成することができる。この角形の単電池は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金等からなる外装ケースによってその外周面を被覆された扁平状直方体である。各電池モジュールは、単電池と絶縁スペーサとを交互に所定個数積層した電池積層体を、積層方向の両端部から拘束部材で挟み一体にして構成してもよい。

上記実施形態において、電池モジュールの個数は、開示の形態に限定されない。例えば、複数個並ぶ電池モジュールは、二列以上であってもよい。また、上記実施形態で説明した電池パックは、放熱部を下方に、電池パックケースを上方に位置する姿勢で車両等に設置されているが、この形態に限定されない。例えば、電池パックの設置姿勢は、放熱部を上方に、電池パックケースを下方に位置する姿勢であったり、放熱部と電池パックケースとが横方向に並ぶ姿勢であったりしてもよい。

次に、応力緩和材は省略することもできる。あるいは、押圧プレートと応力緩和材とを複合材料を使用して一体化しても良い。

また、上記実施形態においては、一対のエンドプレートの間に電池積層体を設置した。しかし、一つの電池積層体に対して一つのエンドプレートを設け、図３に示すように、エンドプレートの外周縁を台座等に押し付けてもよい。

１ 電池モジュール
２ 押圧プレート
３ 扁平型電池
４ 電池積層体
５ エンドプレート
６ 変形プレート
Ｇ１ 隙間
Ｗ１１、Ｗ１２ 第１溶接部
Ｗ２１、Ｗ２２ 第２溶接部
３０ 電池パック

Claims (4)

1. 発電要素をシート状の外装体内部に封止してなる扁平型電池（３）を、この扁平型電池（３）の厚み方向に複数枚積層した電池積層体（４）と、
   前記電池積層体（４）を前記厚み方向に押圧して拘束する拘束構造と、を備えた電池モジュール（１）であって、
   前記拘束構造は、
   前記電池積層体（４）を前記厚み方向に押圧する押圧プレート（２）と、
   前記押圧プレート（２）に第１溶接部（Ｗ１１、Ｗ１２）にて溶接された変形プレート（６）と、
   前記変形プレート（６）に第２溶接部（Ｗ２１、Ｗ２２）にて溶接され、前記変形プレート（６）を変形させて前記押圧プレート（２）を前記電池積層体（４）に押し付けるエンドプレート（５）と、を有し、
   前記変形プレート（６）と前記電池積層体（４）との間に前記押圧プレート（２）が設けられ、
   前記第１溶接部（Ｗ１１、Ｗ１２）は、前記第２溶接部（Ｗ２１、Ｗ２２）よりも前記押圧プレート（２）の外周縁側に位置していることを特徴とする電池モジュール。
2. 前記エンドプレート（５）の外周縁側が前記厚み方向に押圧された場合に、前記第２溶接部（Ｗ２１、Ｗ２２）に隣接する前記変形プレート（６）の部分と前記押圧プレート（２）との間に隙間（Ｇ１）が形成されることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記変形プレート（６）は、前記エンドプレート（５）及び前記押圧プレート（２）よりも変形し易いことを特徴とする請求項１又は２に記載の電池モジュール。
4. 前記エンドプレート（５）は、前記電池積層体（４）の両側に一対設けられ、
   夫々の前記エンドプレート（５）は、両端部に脚部（５１、５２）と前記脚部（５１、５２）に夫々取り付けられたボルト（１１、１２）とを有し、
   前記電池積層体（４）を一対の前記エンドプレート（５）の間に設置して、相対向する前記エンドプレート（５）が前記ボルト（１１、１２）の締め付けにより互いに接近して前記押圧プレート（２）が前記電池積層体（４）に押し付けられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電池モジュール。

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