JP7187463B2

JP7187463B2 - 電池モジュール及びこれを装備する車両

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Publication number: JP7187463B2
Application number: JP2019537987A
Authority: JP
Inventors: 謙一今井; 新吾越智
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2017-08-21
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2022-12-12
Anticipated expiration: 2038-07-18
Also published as: CN110998906B; WO2019039139A1; US20200243815A1; CN110998906A; US11251490B2; JPWO2019039139A1

Description

本発明は、電池積層体の両端に配置してなるエンドプレートをバインドバーで連結し、エンドプレートを面方向に貫通する固定ボルトを介して、車両のシャーシーなどのベースプレートに固定してなる電池モジュールとこれを装備する車両に関する。

典型的な電池モジュールは、複数の角形電池セルからなる電池積層体と、電池積層体の両端面に配置される一対のエンドプレートと、一対のエンドプレートを連結するバインドバーとを備えている（特許文献１参照）。この電池モジュールは、電池積層体をエンドプレートとバインドバーにより拘束することで、電池積層体を構成する角形電池セルの膨張を抑制することができるようになっている。また、この電池モジュールは、車両等に搭載されて固定される場合、角形電池セルの充放電による膨張や、車両の走行時における振動、衝撃などを受ける環境において、拘束部が緩まないように、エンドプレートを面方向に貫通する固定ボルトを介して車両のシャーシーなどに固定される。

国際公開第２０１２／０５７３２２号

一方で、近年、体積あたりのエネルギー密度や重量あたりのエネルギー密度の高い電池モジュールが求められており、電池モジュールを構成する角形電池セルも、体積あたりのエネルギー密度や重量あたりのエネルギー密度の高い電池を採用することが望まれている。角形電池セルは、体積あたりのエネルギー密度や重量あたりのエネルギー密度を高くしようとすると、充放電や劣化に伴う寸法変化が大きくなる傾向がある。このため、充放電や劣化に伴う寸法変化が大きい角形電池セルの膨張を抑制するためには、比較的大きな力で角形電池セルを拘束する必要がある。また、エンドプレートを面方向に貫通する固定ボルトを介して車両のシャーシーなどに固定する構造においては、角形電池セルの膨張によりエンドプレートに作用するセル反力が固定ボルトに負荷をかけることになる。このため、固定ボルトに作用する剪断力に対する対策も必要となる。

本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明の目的の一つは、極めて簡単な構造で、セル反力による固定ボルトの剪断力を減少して、全体を小型、軽量化し、さらに安価に多量生産できる技術を提供することにある。

本発明のある態様の電池モジュールは、複数の角形電池セル１を厚さ方向に積層してなる電池積層体２と、電池積層体２の両端面に配置される一対のエンドプレート３と、一対のエンドプレート３を連結してなるバインドバー４と、エンドプレート３をベースプレート２０に固定する固定ボルト５を備える。エンドプレート３は、面方向に伸びる固定ボルト５の止め穴７を有し、止め穴７は、電池積層体２のセル反力による固定ボルト５の変形スペース８を電池側に設けている。

本発明のある態様の車両は、以上の電池モジュール１０を備え、ベースプレート２０を車両のシャーシー９２として、固定ボルト５でエンドプレート３をシャーシー９２に固定している。

上記構成によれば、専用の部品を追加することなく、極めて簡単な構造で固定ボルトの剪断力を減少してボルトを軽量化し、さらに全体を小型化して、安価に多量生産できる特徴を実現する。以上の電池モジュールは、エンドプレートに変形スペースのある止め穴が形成され、止め穴に挿通される固定ボルトを介してエンドプレートが固定されるようになっているため、セル反力が大きくなると、エンドプレートをベースプレートに固定した状態のまま、エンドプレートを変位させることができる。エンドプレートが変位すると、電池セルの膨張が許容されてセル反力が低下するので、固定ボルトにかかる剪断力を低減する。

本発明の実施例にかかる電池モジュールの斜視図である。図１に示す電池モジュールのＩＩ－ＩＩ線断面図である。本発明の他の実施形態にかかる電池モジュールの断面図である。本発明の他の実施形態にかかる電池モジュールの断面図である。本発明の他の実施形態にかかる電池モジュールの断面図である。本発明の他の実施形態にかかる電池モジュールの断面図である。本発明の他の実施形態にかかる電池モジュールの断面図である。本発明の他の実施形態にかかる電池モジュールの断面図である。本発明の他の実施形態にかかる電池モジュールの断面図である。本発明の他の実施形態にかかる電池モジュールの断面図である。図２に示す電池モジュールにセル反力が作用する状態を示す拡大断面図である。エンジンとモータで走行するハイブリッド車に電池モジュールを搭載する例を示すブロック図である。モータのみで走行する電気自動車に電池モジュールを搭載する例を示すブロック図である。従来の電池モジュールの概略垂直縦断面図である。

まず、本発明の一つの着目点について説明する。多数の角形電池セルを備える電池モジュールは、複数の角形電池セルを積層している電池積層体の両端面にエンドプレートを配置し、一対のエンドプレートをバインドバーで連結して、電池積層体を積層方向に加圧する状態で固定される。この電池モジュールは、充放電による角形電池セルの膨張、振動、衝撃などを受ける環境において、締結部が緩まないように、エンドプレートを面方向に貫通する固定ボルトを介して車両のシャーシーなどに固定される。図１４は、電池モジュール１１０をベースプレート１２０に固定する一例の断面図を示している。ベースプレート１２０に固定される電池モジュール１１０は、充放電による角形電池セル１０１の膨張によってエンドプレート１０３の内面を加圧する。エンドプレート１０３は、膨張する電池積層体１０２で内面から押圧されるので、電池積層体１０２の面積と、電池積層体１０２が押圧する圧力との積に比例するセル反力を矢印Ａで示す方向に受ける。このため、充放電等に伴う寸法変化の大きい角形電池セル１０１は、その膨張量に応じた大きさのセル反力がエンドプレート１０３に作用することになる。エンドプレート１０３に作用するセル反力は、例えば、車両の走行モータを駆動する電源用の電池モジュール１１０においては数トンと極めて大きくなる。エンドプレート１０３に作用する強大なセル反力は、バインドバー（図示せず）を伸長する方向に作用する。この方向に作用するセル反力は、エンドプレート１０３を角形電池セル１０１の積層方向に移動させる方向に働く。エンドプレート１０３は、面方向に貫通する固定ボルト１０５でベースプレート１２０に固定しているので、エンドプレート１０３に作用する強大なセル反力は、固定ボルト１０５に剪断力として働く。エンドプレート１０３に加わるセル反力が極めて大きいので、固定ボルト１０５に作用する剪断力も極めて大きくなる。このため、電池モジュール１１０は、強大な剪断力に耐えるために、使用する固定ボルト１０５の本数を多くし、あるいはボルト径を大きくし、あるいはまたエンドプレート１０３を厚くする必要がある。このことは、電池モジュール１１０の外形を大きくし、重量を増加する必要が生じるため、電池モジュール１１０に大切な軽量化と低コスト化の実現を難しくする弊害となっていた。

本発明のある態様の電池モジュールは、複数の角形電池セル１を厚さ方向に積層してなる電池積層体２と、電池積層体２の両端面にあって、電池積層体２を加圧状態に固定している一対のエンドプレート３と、一対のエンドプレート３を連結してなるバインドバー４と、エンドプレート３をベースプレート２０に固定する固定ボルト５を備えている。エンドプレート３は、面方向に伸びる固定ボルト５の止め穴７を有し、止め穴７は、電池積層体２のセル反力による固定ボルト５の変形スペース８を電池側に設けている。
なお、本明細書において、エンドプレートの面方向とは、外形を略プレート状とするエンドプレートの幅広面である主面と平行な方向を意味するものとする。

以上の電池モジュールは、電池積層体のセル反力で固定ボルトが変形できるように変形スペースのある止め穴に配置することで、強大なセル反力の伝達経路を最適状態に分散して、固定ボルトの剪断力を著しく減少する。以上の構造は、大きなセル反力がエンドプレートを押圧する状態において、固定ボルトを止め穴の内面に強く衝突させることなく、変形スペースのある止め穴内部で変形させる。電池積層体のセル反力は、固定ボルトの剪断力とバインドバーの張力を増加させる。バインドバーとエンドプレートが全く変形しない剛体であれば、セル反力をバインドバーの張力とバランスさせて、固定ボルトの剪断力を小さくできる。しかしながら、バインドバーは厚い金属板を使用しても、全く変形しない剛体とすることはできない。剛体でないバインドバーは、セル反力で伸びる。従来の電池モジュールは、バインドバーが伸びてエンドプレートが移動すると、移動を固定ボルトの剪断力で阻止するので、固定ボルトの剪断力が極めて大きくなる。

以上の電池モジュールは、バインドバーが伸びてエンドプレートが移動できるように、変形スペースのある止め穴の内部で変形できるように固定ボルトを配置する。止め穴の内部で変形する固定ボルトは、セル反力でエンドプレートを移動させる。移動するエンドプレートは、バインドバーの伸びを大きくしてバインドバーの張力を増加して、セル反力をエンドプレートの張力とバランスさせる。バインドバーの張力が変形量に比例して大きくなるからである。さらに、移動するエンドプレートは、ベースプレートとの間で摩擦抵抗力が作用する。摩擦抵抗力は、エンドプレートとベースプレートとの接触圧に比例して大きくなる。固定ボルトはエンドプレートをベースプレートに強く締結して、摩擦抵抗力を大きくする。セル反力が、変形量に比例して大きくなるバインドバーの張力と、強い接触圧によって強大な力となっている摩擦抵抗力との加算力は、固定ボルトの剪断力を小さくする。バインドバーの張力と摩擦抵抗力の両方が、セル反力の反対方向に作用するからである。このことから、以上の電池モジュールは、セル反力がバインドバーの張力と摩擦抵抗力とに分散される状態となって、固定ボルトの剪断力は小さくなる。エンドプレートが移動して発生するバインドバーの張力と、エンドプレートがベースプレートに締結されて発生する摩擦抵抗力は相当に大きく、セル反力が張力と摩擦抵抗力に分散する構造は、固定ボルトの剪断力を相当に小さくする。セル反力を張力と摩擦抵抗力に分散する構造は、変形スペースのある止め穴に固定ボルトを配置して、変形できる構造によって実現するが、この構造によって、固定ボルトの剪断力は数十分の１と著しく減少することも可能である。以上の電池モジュールは、固定ボルトの剪断力を著しく小さくできることから、太いボルトを多数使用する必要がなく、ボルトが重量に大きな影響を与えず、モジュールサイズを小さくできる特徴を実現する。

また、電池モジュールは、エンドプレート３Ａの止め穴７Ａを、固定ボルト５の先端に向かって大きくなるテーパー状として、固定ボルト５の先端側に変形スペース８を設けることができる。この構造の電池モジュールは、固定ボルトを位置ずれなくエンドプレートの定位置に挿通しながら、セル反力で固定ボルトを変形スペースにおいて変形できる特徴がある。

さらに、電池モジュールは、エンドプレート３Ｂの止め穴７Ｂを、電池積層体２の積層方向に細長い長穴として、固定ボルト５の電池側に変形スペース８を設けることができる。この構造の電池モジュールは、エンドプレートを薄くしながら、固定ボルトの変形スペースを大きくできる特徴がある。

さらにまた、電池モジュールは、止め穴７Ｃの内径を固定ボルト５のネジ部の外径よりも大きくして、固定ボルト５には、止め穴７Ｃに嵌合する外径の嵌合部５Ｃを後端側に設け、嵌合部を止め穴７Ｃに嵌合して、固定ボルト５の先端側に変形スペース８を設けることができる。この電池モジュールは、固定ボルトを位置ずれなるエンドプレートの定位置に挿通しながら、セル反力で固定ボルトを確実に変形スペースで変形できる特徴がある。

さらにまた、電池モジュールは、止め穴７Ｄに、固定ボルト５の後端側が挿通される小径部７ａと、固定ボルト５の先端側が挿通される大径部７ｂとを設け、小径部７ａでネジ部５Ｂを定位置に配置して、大きな内径の大径部７ｂで変形スペース８を設けることができ、この構造によって、電池モジュールは、固定ボルトを小径部で位置ずれなるエンドプレートの定位置に挿通しながら、大径部で固定ボルトの変形スペースを設けて変形できる特徴がある。

さらにまた、電池モジュールは、止め穴７Ｅの内径を固定ボルト５のネジ部５Ｂの外径よりも大きくすると共に、止め穴７Ｅの開口部に、開口端に向かって大きくなるテーパー拡開部７ｅを設け、固定ボルト５には、テーパー拡開部７ｅに案内されるテーパー状の挿入部５Ｅを設け、挿入部５Ｅをテーパー拡開部７ｅに案内して固定ボルト５を止め穴７Ｅの定位置に挿通する構造とすることができる。この電池モジュールは、固定ボルトを位置ずれなるエンドプレートの定位置に配置しながら、固定ボルトを変形スペースにおいて変形して剪断力を小さくできる特徴がある。

さらにまた、電池モジュールは、止め穴７Ｃの内形を固定ボルト５のネジ部５Ｂの外形よりも大きくして、止め穴７Ｃとネジ部５Ｂとの間に変形スペース８を設け、変形スペース８の一部にはカラー９を挿入して、カラー９の中心孔に固定ボルト５のネジ部５Ｂを挿入する構造とすることができる。この電池モジュールは、固定ボルトを位置ずれなるエンドプレートの定位置に挿通しながら、止め穴に変形スペースを設けることができる。

さらにまた、電池モジュールは、止め穴７Ｃの内形を固定ボルト５のネジ部５Ｂの外形よりも大きくさし、止め穴７Ｃとネジ部５Ｂとの間に変形スペース８を設けて、変形スペース８には変形するネジ部５Ｂに押されて変形する可撓性のある可撓性リング１１を挿入することができる。この構造の電池モジュールは、固定ボルトを位置ずれなくエンドプレートの定位置に挿通しながら、セル反力で固定ボルトを止め穴の内部で変形できる。

さらにまた、電池モジュールは、止め穴７Ｆを電池側を開口する溝形として、固定ボルト５のネジ部５Ｂの電池側に変形スペース８を設けることができる。

さらにまた、電池モジュールは、一対のエンドプレート３の両方に変形スペース８を設けてなる止め穴７を設けることができる。

さらに、本発明の車両は、以上の電池モジュールを備えて、ベースプレート２０を車両のシャーシー９２として、固定ボルト５でエンドプレート３をシャーシー９２に固定している。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定しない。なお、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。

本発明の実施形態にかかる電池モジュール１０を図１の斜視図と、図２ないし図１０の断面図に示す。これらの図に示す電池モジュール１０は、複数の角形電池セル１を絶縁材のスペーサ１２を挟んで積層した電池積層体２と、電池積層体２の両端面にあって、電池積層体２を両端面から挟着している一対のエンドプレート３と、一対のエンドプレート３を締結するバインドバー４と、エンドプレート３をベースプレート２０に固定する固定ボルト５とを備える。以上の電池モジュール１０は、図１に示すように外観をほぼ箱形とし、角形電池セル１を多数積層して電池積層体２とし、電池積層体２を積層方向の両端面からエンドプレート３で挟み、両端のエンドプレート３をバインドバー４で連結して電池積層体２を加圧状態に固定している。電池積層体２は、積層された角形電池セル１を金属板のバスバー（図示せず）を介して直列に、あるいは並列に、あるいは又直列と並列に接続している。

角形電池セル１は、外形を幅よりも厚さを薄くした角形とする外装缶の開口部を封口板で閉塞して、封口板に正負の電極端子を設けて、この電極端子にバスバーを接続している。角形電池セル１を互いに直列に接続する電池モジュール１０は、出力電圧を高くして出力を大きくでき、並列に接続する電池モジュール１０は電流容量を大きくできる。角形電池セル１は、リチウムイオン二次電池などの非水系電解液二次電池である。ただし、角形電池セル１は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等、現在使用され、あるいはこれから開発される全ての二次電池とすることもできる。

エンドプレート３はアルミニウムやアルミニウム合金で製作される。ただし、エンドプレート３はアルミニウムやアルミニウム合金に代わって他の金属で製作でき、またプラスチックと金属プレートとの積層体とすることもできる。エンドプレート３は、図１に示すように、外側の表面の四隅部に、バインドバー４をネジ止めしている。金属製のエンドプレート３は、電池積層体２との間に絶縁材６を挟んで、角形電池セル１と絶縁される。

エンドプレート３は、ベースプレート２０に向かって面方向に伸びる固定ボルト５の止め穴７を設けている。固定ボルト５は止め穴７に挿通され、エンドプレート３を面方向に貫通してエンドプレート３をベースプレート２０に固定する。エンドプレート３を面方向に貫通する固定ボルト５は、ねじ頭５Ａを幅方向の一端面（図において上端面）に、ネジ部５Ｂの先端を幅方向の他端面（図において下端面）から突出させてベースプレート２０に固定される。図１の電池モジュール１０は、ベースプレート２０の上に固定されるので、エンドプレート３には上下方向に伸びてエンドプレート３を上下に貫通する止め穴７を設けている。この止め穴７には、固定ボルト５が垂直姿勢に挿通されてエンドプレート３をベースプレート２０に固定する。固定ボルト５は、ネジ部５Ｂの先端をベースプレート２０の外側に設けた固定部であるナット２１にねじ込んで、エンドプレート３をベースプレート２０に固定する。ナット２１は回転しないように、ベースプレート２０に溶接や嵌合構造で固定される。ただ、厚い金属板のベースプレートは、雌ねじ穴を設けて、雌ねじ穴にネジ部の先端をねじ込んで固定することもできる。

エンドプレート３は、角形電池セル１の膨張によって内面にセル反力を受ける。エンドプレート３は電池積層体２を加圧する状態で固定しているので、角形電池セル１の膨張で大きなセル反力を受ける。電池積層体２の両端に配置されるエンドプレート３は、バインドバー４に連結されて角形電池セル１を加圧状態に固定するので、セル反力によってバインドバー４には張力が作用する。バインドバー４に作用する張力は、バインドバー４を変形し、さらにこれを伸ばしてエンドプレート３を移動させる。セル反力でエンドプレート３が移動して、固定ボルト５が止め穴７の内面に当たると、固定ボルト５には剪断力が作用する。セル反力に起因する剪断力で変形しない強靭な固定ボルト５でもって、エンドプレート３を定位置に移動しないように配置する電池モジュール１０は、固定ボルト５を強靭なボルトとする要求があるので、固定ボルト５を相当に太く、また１枚のエンドプレート３を固定するボルト数を多くする必要がある。

図２ないし図１０の電池モジュール１０は、電池積層体２のセル反力で固定ボルト５の変形を完全に阻止することなく、固定ボルト５を変形させてエンドプレート３をセル反力の方向に移動させる。このことを実現するために、エンドプレート３の止め穴７には固定ボルト５の変形スペース８を設けている。変形スペース８は、セル反力が作用してエンドプレート３が移動する状態で、固定ボルト５が変形できるように止め穴７に設けられる。変形スペース８は、止め穴７の電池側に設けられる。セル反力でエンドプレート３が移動すると、図１１に示すように、固定ボルト５のネジ部５Ｂの電池対向面５ｂが相対的に電池側に接近するからである。変形スペース８は、セル反力でエンドプレート３が矢印Ａで示す方向に移動する状態で、変形するネジ部５Ｂの電池対向面５ｂが止め穴７の内面に当たって発生する接触圧を小さくする。ネジ部５Ｂの電池対向面５ｂが止め穴７の内面に当たる接触圧が大きくなると、ベースプレート２０との境界における剪断力が大きくなるので、接触圧を小さくして剪断力は小さくなる。セル反力で固定ボルト５が変形してエンドプレート３が移動する電池モジュール１０は、セル反力をバインドバー４の張力やエンドプレート３とベースプレート２０との摩擦抵抗力に分散して、固定ボルト５の剪断力を小さくする。エンドプレート３は、大きなセル反力でエンドプレート３を移動できるように、変形スペース８を設けて固定ボルト５を変形できるようにしている。セル反力で固定ボルト５が変形するとエンドプレート３がセル反力の方向に移動するからである。

変形スペース８の寸法、正確には、止め穴７の内面とネジ部５Ｂの電池対向面５ｂとの変形隙間（ｄ）は大きくして、セル反力による固定ボルト５の剪断力を小さくできる。変形隙間（ｄ）は、エンドプレート３、バインドバー４、固定ボルト５の強度、最大セル反力を考慮して最適値に設定される。固定ボルト５の剪断力がこれ等のパラメーターによって変化し、ネジ部５Ｂの最大変形が、最大セル反力でエンドプレート３が押圧される状態で発生するからである。ネジ部５Ｂの最大変形は、最大セル反力と、エンドプレート３、バインドバー４、固定ボルト５の剛性などで変化するが、車両の走行モータを駆動する電池モジュールにおいては、たとえば０．８ｍｍ以上、好ましくは１ｍｍ以上、さらに好ましくは１．２ｍｍ以上とする。変形隙間（ｄ）は、最大セル反力で止め穴７の内面とネジ部５Ｂの電池対向面５ｂとが接触しない寸法に設定して、固定ボルト５の剪断力を最小値にできる。ただ、最大セル反力が発生する状態で、ネジ部５Ｂの電池対向面５ｂが止め穴７の内面に接触するが、この状態における接触圧を小さく制限する寸法に変形隙間（ｄ）を設定して、セル反力をバインドバー４の張力と、エンドプレート３とベースプレート２０との摩擦抵抗力と、固定ボルト５の剪断力とに分散し、固定ボルト５の剪断力を設定値とすることもできる。

図２のエンドプレート３Ａは、止め穴７Ａを固定ボルト５のネジ部５Ｂの先端に向かって大きくなるテーパー状として、固定ボルト５の先端側に次第に大きくなる変形スペース８を設けている。このエンドプレート３Ａは、ネジ部５Ｂの後端を挿入する止め穴７Ａの内径を、ネジ部５Ｂの外径にほぼ等しくして、ネジ部５Ｂの先端側には変形スペース８を設けることができるので、固定ボルト５を止め穴７Ａに挿通して位置ずれなくエンドプレート３Ａの定位置に連結しながら、セル反力でエンドプレート３Ａが移動してネジ部５Ｂが止め穴７Ａの内面に衝突する接触圧を小さくできる。ネジ部５Ｂは先端部をベースプレート２０に固定して、後端部をエンドプレート３Ａに連結しているので、セル反力でエンドプレート３Ａが移動するとき、ネジ部５Ｂの後端部はエンドプレート３Ａと一緒に移動して、先端部はベースプレート２０の固定位置に配置される。したがって、セル反力で変形するネジ部５Ｂは、図１１に示すように後端側がエンドプレート３Ａと一緒に矢印Ｂで示す方向に移動して変形する。後端部が矢印Ｂの方向に移動して変形するネジ部５Ｂは、先端部が止め穴７Ａの内面に接近する。ネジ部５Ｂの先端に向かって大きくなるテーパー状の止め穴７Ａは、先端部に変形スペース８を設けているので、ネジ部５Ｂの先端部が止め穴７Ａの内面に接近し、あるいは衝突する状態での接触圧を小さくして、ネジ部５Ｂのベースプレート２０との境界における剪断力を小さくできる。

図３の断面図に示すエンドプレート３Ｂは、止め穴７Ｂの内形を、電池積層体２の積層方向に細長い長穴として、固定ボルト５の電池側に変形スペース８を設けている。このエンドプレート３Ｂは、止め穴７Ｂを幅方向に大きくしないので、エンドプレート３Ｂの強度を低下することなく変形スペース８を大きくできる。長孔の止め穴７Ｂは、電池側の変形隙間（ｄ）を広くするために、止め穴７Ｂの片側に偏在して固定ボルト５を挿入する。固定ボルト５を長孔の中央部に挿入すると、ネジ部５Ｂの両側、すなわち電池側と反対側に変形スペースができる。電池側との反対側に偏在して固定ボルト５を挿入して、変形スペース８をネジ部５Ｂの電池側にのみ設けて変形隙間（ｄ）を広くできる。この状態で固定されるエンドプレート３Ｂは、電池側に広い変形スペース８を設けることができるので、長孔の長径を小さくしながら変形スペース８の変形隙間（ｄ）を大きくできる。

図４の断面図に示すエンドプレート３Ｃは、止め穴７Ｃの全体の内径を固定ボルト５のネジ部５Ｂの外径よりも大きくして、ネジ部５Ｂの周囲に変形スペース８を設けている。さらに、固定ボルト５は、止め穴７Ｃに嵌合する外径の嵌合部５Ｃを後端側に設けている。この固定ボルト５は、嵌合部５Ｃを止め穴７Ｃに嵌合して、ネジ部５Ｂの先端側に変形スペース８が設けられる。以上のエンドプレート３Ｃは、止め穴７Ｃの内径を嵌合部５Ｃの外径にほぼ等しいが僅かに大きくして、嵌合部５Ｃを止め穴７Ｃに挿入して、固定ボルト５を止め穴７Ｃに位置ずれなく正確な位置に配置できる。この電池モジュール１０は、嵌合部５Ｃを止め穴７Ｃに挿入して、固定ボルト５をエンドプレート３Ｃの定位置に位置ずれなく配置しながら、止め穴７Ｃの先端部に変形スペース８を設けることができる。したがって、セル反力で弾性変形するネジ部５Ｂを確実に変形スペース８に配置できる。

図５の断面図に示すエンドプレート３Ｄは、ネジ部５Ｂの後端側を挿通する部分を小径部７ａとし、ネジ部５Ｂの先端側を挿通する部分を小径部７ａよりも大きな内径の大径部７ｂとする止め穴７Ｄを設けている。この止め穴７Ｄは、ネジ部５Ｂを小径部７ａに挿入して定位置に配置し、大径部７ｂにおいてその周囲に変形スペース８を設けている。以上のエンドプレート３Ｄは、小径部７ａの内径をネジ部５Ｂの外径にほぼ等しいが僅かに大きくして、固定ボルト５を止め穴７にＤ位置ずれなく正確な位置に配置する。このエンドプレート３Ｄは、固定ボルト５を止め穴７Ｄに挿入してエンドプレート３Ｄの定位置に位置ずれなく配置しながら、止め穴７Ｄの先端部には大径部７ｂでもって変形スペース８を設けることができる。この電池モジュール１０は、固定ボルト５に特別な形状のボルトを使用することなく、止め穴７Ｄに変形スペース８を設けることができる。

図６の断面図に示すエンドプレート３Ｅは、止め穴７Ｅの内径を固定ボルト５のネジ部５Ｂの外径よりも大きくして、ネジ部５Ｂの周囲に変形スペース８を設けている。さらに、このエンドプレート３Ｅは、固定ボルト５を定位置に挿入するために、止め穴７Ｅの開口部にテーパー拡開部７ｅを設けている。すなわち、図に示す止め穴７Ｅは、ネジ部５Ｂの先端側を挿通する大きな内径の大径部７ｂを設けて、その上端開口部にテーパー拡開部７ｅを設けている。テーパー拡開部７ｅは、止め穴７Ｅの開口端に向かって大きくなるテーパー状としている。固定ボルト５は、止め穴７Ｅのテーパー拡開部７ｅに案内されるテーパー状の挿入部５Ｅを設けている。さらに、図６の固定ボルト５は、ねじ頭５Ａと挿入部５Ｅとの間に鍔５Ｆを設けている。この固定ボルト５は、鍔５Ｆをエンドプレート３Ｅの上面に密着させる位置までねじ込まれて、テーパー状の挿入部５Ｅがテーパー拡開部７ｅに嵌合される。この構造は、鍔５Ｆを広い面積でエンドプレート３Ｅの上面に押圧して、エンドプレート３Ｅを強固にベースプレート２０に固定しながら、テーパー状の挿入部５Ｅをテーパー拡開部７ｅに嵌合させて、固定ボルト５と止め穴７Ｅとを正確に同心位置に配置して、固定ボルト５と止め穴７Ｅとの間に変形スペース８を設けることができる。

図７の断面図に示すエンドプレート３Ｃは、止め穴７Ｃの全体の内径を固定ボルト５のネジ部５Ｂの外径よりも大きくして、止め穴７Ｃとネジ部５Ｂとの間に変形スペース８を設けている。さらに、このエンドプレート３Ｃは、固定ボルト５を止め穴７Ｃの中心に配置するために、ネジ部５Ｂと止め穴７Ｃとの間に設けている変形スペース８の一部にカラー９を挿入して、カラー９の中心孔に固定ボルト５のネジ部５Ｂを挿入している。カラー９は、ネジ部５Ｂの後端部に挿入されて、ネジ部５Ｂの先端部と止め穴７Ｃとの間に、カラー９の配置されない変形スペース８を設けている。この電池モジュール１０は、カラー９でもって固定ボルト５を位置ずれなくエンドプレート３Ｃの定位置に挿通しながら、セル反力による固定ボルト５の剪断力を小さくできる特徴を実現する。さらに、図８の断面図に示す構造は、カラー９に鍔９ａを一体的に設けている。このカラー９は、固定ボルト５をベースプレート２０に締め付ける状態で、鍔９ａがエンドプレート３Ｃの上面に密着されて、止め穴７Ｃの定位置に配置される。

図９の断面図に示すエンドプレート３Ｃは、止め穴７Ｃの内径を固定ボルト５のネジ部５Ｂの外径よりも大きくして、止め穴７Ｃとネジ部５Ｂとの間に変形スペース８を設けて、この変形スペース８に可撓性リング１１を挿入している。可撓性リング１１は、セル反力で変形するネジ部５Ｂに押圧されて変形する可撓性がある。この可撓性リング１１は、外径を止め穴７Ｃの内径にほぼ等しくして止め穴７Ｃに挿入され、内径をネジ部５Ｂの外径にほぼ等しくしてネジ部５Ｂを挿入して、止め穴７Ｃと固定ボルト５のネジ部５Ｂとを同心位置に配置する。可撓性リング１１は、変形するネジ部５Ｂに押されて変形する柔軟性のあるプラスチックやゴム状弾性体で製作される。止め穴７Ｃに可撓性リング１１を挿入する構造は、可撓性リング１１が変形するネジ部５Ｂに押されて変形するので、止め穴７Ｃの全長と同じ長さとして、ネジ部５Ｂと止め穴７Ｃとの間に設けられる変形スペース８全体に挿入することもできる。ただ、可撓性リングの長さを止め穴の全長よりも短くして、止め穴の上部にのみ挿入することもできる。

図１０の断面図に示すエンドプレート３Ｆは、止め穴７Ｆを溝形とする。溝形の止め穴７Ｆは電池側を開口してネジ部５Ｂの電池側に変形スペース８を設けている。図のエンドプレート３Ｆは、電池積層体２との間に絶縁材６を配置して、固定ボルト５のネジ部５Ｂと角形電池セル１との間を絶縁している。この電池モジュール１０は、固定ボルト５を溝形である止め穴７Ｆの溝底部７ｆに配置してエンドプレート３をベースプレート２０に固定する。変形スペース８は、溝底部７ｆに配置される固定ボルト５のネジ部５Ｂと絶縁材６との間に設けられる。

バインドバー４は、両端をエンドプレート３に連結して、電池積層体２を加圧状態に締結する。図１のバインドバー４は、金属板の両端を内側に折曲している折曲片４Ａをエンドプレート３にネジ止めして固定している。さらに、図１のバインドバー４は、上下の端縁を内側に折曲して保持部４Ｂとして、電池積層体２の上下面を挟着して角形電池セル１を定位置に保持している。バインドバー４は、角形電池セル１とスペーサ１２との積層体である電池積層体２を両端面からエンドプレート３で狭持する。

以上の電池モジュール１０は、ベースプレート２０の上面に載置されると共に、エンドプレート３を貫通する固定ボルト５がベースプレート２０にねじ込まれてベースプレート２０の定位置に固定される。このベースプレート２０は、電池モジュール１０が固定されるプレートであって、電池モジュール１０を車両に搭載される使用例においては、車両に固定されるフレーム、例えば、車両のシャーシーとすることができる。車両に搭載される電池モジュールは、固定ボルト５をエンドプレート３の止め穴７に挿通し、固定ボルト５の先端をシャーシーの雌ねじ孔にねじ込んで、車両のシャーシーに固定される。固定ボルト５は、エンドプレート３をシャーシーに強固に固定する。この構造は、図１２と図１３に示すように、エンドプレート３を貫通する固定ボルト５を、車両のシャーシー９２に直接に固定することで、電池モジュール１０を極めて強固に車両に固定できる。

（電池モジュールを装備する車両）
以上の電池モジュールは、電動車両を走行させるモータに電力を供給する電源に最適である。電池モジュールを搭載する電動車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、あるいはモータのみで走行する電気自動車等が利用でき、これらの車両の電源として使用される。なお、車両を駆動する電力を得るために、上述した電池モジュールを直列や並列に多数接続して、さらに必要な制御回路を付加した大容量、高出力の電源装置を構築して搭載することもできる。

図１２は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車に電池モジュールを搭載する例を示す。この図に示す電池モジュールを搭載した車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給する電池モジュール１０と、電池モジュール１０の電池を充電する発電機９４と、エンジン９６、モータ９３、電池モジュール１０、及び発電機９４を搭載してなる車両本体９０と、エンジン９６又はモータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えている。電池モジュール１０は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。車両ＨＶは、電池モジュール１０の角形電池を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、電池モジュール１０から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電池モジュール１０の電池を充電する。

また、図１３は、モータのみで走行する電気自動車に電池モジュールを搭載する例を示す。この図に示す電池モジュールを搭載した車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給する電池モジュール１０と、この電池モジュール１０の角形電池を充電する発電機９４と、モータ９３、電池モジュール１０、及び発電機９４を搭載してなる車両本体９０と、モータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えている。電池モジュール１０は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。モータ９３は、電池モジュール１０から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、電池モジュール１０の角形電池を充電する。

本発明にかかる電池モジュールは、ハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカー、電気自動車等の電源装置として好適に利用できる。

１…角形電池セル、２…電池積層体、３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ…エンドプレート、４…バインドバー、４Ａ…折曲片、４Ｂ…保持部、５…固定ボルト、５Ａ…ねじ頭、５Ｂ…ネジ部、５ｂ…電池対向面、５Ｃ…嵌合部、５Ｅ…挿入部、５Ｆ…鍔、６…絶縁材、７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ、７Ｆ…止め穴、７ａ…小径部、７ｂ…大径部、７ｅ…テーパー拡開部、７ｆ…溝底部、８…変形スペース、９…カラー、９ａ…鍔、１０…電池モジュール、１１…可撓性リング、１２…スペーサ、２０…ベースプレート、２１…ナット、９０…車両本体、９２…シャーシー、９３…モータ、９４…発電機、９５…ＤＣ／ＡＣインバータ、９６…エンジン、９７…車輪、１０１…角形電池セル、１０２…電池積層体、１０３…エンドプレート、１０５…固定ボルト、１１０…電池モジュール、１２０…ベースプレート、ＥＶ…車両、ＨＶ…車両。

Claims

複数の角形電池セルを厚さ方向に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両端面に配置される一対のエンドプレートと、
一対の前記エンドプレートを連結してなるバインドバーと、
前記エンドプレートをベースプレートに固定する固定ボルトとを備え、
前記エンドプレートは、面方向に伸びる前記固定ボルトの止め穴を有し、
前記止め穴が、前記電池積層体のセル反力による前記固定ボルトの変形スペースを電池側に有し、
前記エンドプレートが、前記止め穴を、前記固定ボルトの先端に向かって大きくなるテーパー状として、
前記固定ボルトの先端側に前記変形スペースを設けてなることを特徴とする電池モジュール。
請求項１に記載される電池モジュールであって、
前記エンドプレートが、前記止め穴を、前記電池積層体の積層方向に細長い長穴として、
前記固定ボルトの電池側に前記変形スペースを設けてなることを特徴とする電池モジュール。
複数の角形電池セルを厚さ方向に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両端面に配置される一対のエンドプレートと、
一対の前記エンドプレートを連結してなるバインドバーと、
前記エンドプレートをベースプレートに固定する固定ボルトとを備え、
前記エンドプレートは、面方向に伸びる前記固定ボルトの止め穴を有し、
前記止め穴が、前記電池積層体のセル反力による前記固定ボルトの変形スペースを電池側に有し、
前記止め穴の内径が前記固定ボルトのネジ部の外径よりも大きく、
前記固定ボルトが、前記止め穴に嵌合する外径の嵌合部を後端側に有し、
前記嵌合部が前記止め穴に嵌合されて、前記固定ボルトの先端側に前記変形スペースを設けてなることを特徴とする電池モジュール。
複数の角形電池セルを厚さ方向に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両端面に配置される一対のエンドプレートと、
一対の前記エンドプレートを連結してなるバインドバーと、
前記エンドプレートをベースプレートに固定する固定ボルトとを備え、
前記エンドプレートは、面方向に伸びる前記固定ボルトの止め穴を有し、
前記止め穴が、前記電池積層体のセル反力による前記固定ボルトの変形スペースを電池側に有し、
前記止め穴が、前記固定ボルトの後端側が挿通される小径部と、前記固定ボルトの先端側が挿通される大径部とからなり、
前記大径部でもって前記変形スペースを設けてなることを特徴とする電池モジュール。
複数の角形電池セルを厚さ方向に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両端面に配置される一対のエンドプレートと、
一対の前記エンドプレートを連結してなるバインドバーと、
前記エンドプレートをベースプレートに固定する固定ボルトとを備え、
前記エンドプレートは、面方向に伸びる前記固定ボルトの止め穴を有し、
前記止め穴が、前記電池積層体のセル反力による前記固定ボルトの変形スペースを電池側に有し、
前記止め穴の内径が前記固定ボルトのネジ部の外径よりも大きく、
さらに、前記止め穴は、開口端に向かって大きくなるテーパー拡開部を有し、
前記固定ボルトは、前記テーパー拡開部に案内されるテーパー状の挿入部を有し、
前記挿入部が前記テーパー拡開部に案内されて、前記固定ボルトが前記止め穴の定位置に挿通されるようにしてなることを特徴とする電池モジュール。
複数の角形電池セルを厚さ方向に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両端面に配置される一対のエンドプレートと、
一対の前記エンドプレートを連結してなるバインドバーと、
前記エンドプレートをベースプレートに固定する固定ボルトとを備え、
前記エンドプレートは、面方向に伸びる前記固定ボルトの止め穴を有し、
前記止め穴が、前記電池積層体のセル反力による前記固定ボルトの変形スペースを電池側に有し、
前記止め穴の内形が前記固定ボルトのネジ部の外形よりも大きく、前記止め穴と前記ネジ部との間に前記変形スペースを設けており、
前記変形スペースの一部にはカラーが挿入されて、前記カラーの中心孔に前記固定ボルトのネジ部を挿入してなることを特徴とする電池モジュール。
複数の角形電池セルを厚さ方向に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両端面に配置される一対のエンドプレートと、
一対の前記エンドプレートを連結してなるバインドバーと、
前記エンドプレートをベースプレートに固定する固定ボルトとを備え、
前記エンドプレートは、面方向に伸びる前記固定ボルトの止め穴を有し、
前記止め穴が、前記電池積層体のセル反力による前記固定ボルトの変形スペースを電池側に有し、
前記止め穴の内形が前記固定ボルトのネジ部の外形よりも大きく、前記止め穴と前記ネジ部との間に前記変形スペースを設けており、
前記変形スペースには変形するネジ部に押されて変形する可撓性のある可撓性リングが挿入されてなることを特徴とする電池モジュール。
複数の角形電池セルを厚さ方向に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両端面に配置される一対のエンドプレートと、
一対の前記エンドプレートを連結してなるバインドバーと、
前記エンドプレートをベースプレートに固定する固定ボルトとを備え、
前記エンドプレートは、面方向に伸びる前記固定ボルトの止め穴を有し、
前記止め穴が、前記電池積層体のセル反力による前記固定ボルトの変形スペースを電池側に有し、
前記止め穴を電池側を開口する溝形として、固定ボルトのネジ部の電池側に前記変形スペースを設けてされてなることを特徴とする電池モジュール。
請求項３、５、６、７、８のいずれかに記載される電池モジュールであって、
前記変形スペースが、一対の前記エンドプレートの両方に設けてなる前記止め穴と前記ネジ部との間に設けてなることを特徴とする電池モジュール。
請求項１ないし９のいずれかに記載される電池モジュールを備え、
前記ベースプレートが車両のシャーシーで、
前記固定ボルトが前記エンドプレートを前記シャーシーに固定してなることを特徴とする車両。