JP7226229B2 - 電池スタック及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電池スタック及びその製造方法に関する。
従来、電池スタックは、略矩形体形状の電池セルの短手方向に複数の電池セルを積層し、その両端部に配置された一対のエンドプレート間に所定の荷重を作用させた状態で固定されている（例えば、特許文献１参照）。
このように、積層された各電池セルに所定の荷重を作用させないと、車両搭載時等には振動により各電池セルの内部が損傷するおそれがあるためである。
特開２０１０－００９９８９号公報
一方、電池スタックの使用状況（電池セルの温度、充電量、経時変化）等により、電池セルが膨張・収縮する。電池セルが膨張した場合には、電池セルに過剰な荷重が作用して電池セルが不良となるおそれがあった。また、電池セルが収縮した場合には、電池へ作用する荷重が不足して、例えば、電池スタックの車両搭載時に振動により電池セルが不良となるおそれがあった。
本発明は上記事実を考慮し、電池セルへ作用する荷重の変化を抑制する電池スタック及びその製造方法を提供することを目的とする。
請求項１に記載の電池スタックは、略矩形体形状の複数の電池セルと、前記電池セルの短手方向に積層された複数の電池セルの積層方向両端部に配置される一対のエンドプレートと、前記一対のエンドプレートを拘束し、前記一対のエンドプレート間に積層された前記電池セルに積層方向荷重を作用させる拘束バンドと、前記電池セルの雰囲気温度又は前記電池セルの温度が変化した場合に、前記エンドプレートを押圧することにより前記電池セルに作用する前記積層方向荷重の変化を抑制する荷重変化抑制部材と、を備え、前記荷重変化抑制部材は、両端部が前記一対のエンドプレートのそれぞれに当接するように当該一対のエンドプレート間に配設されるスペーサと、前記スペーサを加熱するヒータと、を備える。
この電池スタックでは、矩形体形状の複数の電池セルが短手方向に積層され、積層された電池セルの積層方向両端部に配置された一対のエンドプレートが拘束バンドで拘束されることにより、積層された各電池セルに積層方向荷重が作用している。
ところで、電池セルの雰囲気温度や電池セルの温度が上昇すると、電池スタックを構成する各電池セルが膨張する。この際、拘束バンドによって一対のエンドプレートが拘束されているため、エンドプレート間に配置された各電池セルに作用する積層方向荷重が増加する。この積層方向荷重が所定値を超えると電池セルが不良となるおそれがある。
また、電池セルの雰囲気温度や電池セルの温度の下降により電池スタックを構成する各電池セルが収縮すると、各電池セルに作用する積層方向荷重が低下する。この積層方向荷重が所定値を下回ると、例えば電池スタック搭載車両の振動等により電池セルが不良となるおそれがある。
しかしながら、この電池スタックには荷重変化抑制部材が設けられているため、電池セルの雰囲気温度や電池セルの温度変化時に荷重変化抑制部材がエンドプレートを押圧することにより、電池セルに作用する積層方向荷重が変化することを抑制することができる。
この電池スタックでは、両端部が一対のエンドプレートに当接するように一対のエンドプレート間に配設されたスペーサと、スペーサを加熱するヒータが設けられている。
したがって、電池セルの雰囲気温度や電池セルの温度上昇時に、スペーサをヒータで加熱することによりスペーサを膨張させ、拘束バンドで拘束されたエンドプレート間の距離を拡大させることができる。すなわち、電池セルの雰囲気温度や電池セルの温度上昇時に電池スタックにおいてエンドプレート間に配置された各電池セルに作用する積層方向荷重の上昇を防止又は抑制することができる。
また、請求項１記載の電池スタックは、前記電池セルのセル温度、又は前記電池セルの雰囲気温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部で検出された前記セル温度又は前記雰囲気温度が所定温度以上の場合に、前記ヒータを駆動するヒータ制御部と、を備える。
この電池スタックでは、温度検出部で検出された電池セルの雰囲気温度又は電池セルの温度が所定温度以上の場合に、ヒータ制御部がヒータを駆動する。これにより、電池セルの雰囲気温度又は電池セルの温度の上昇によって電池スタックの電池セルが膨張した場合であっても、ヒータで加熱されたスペーサが膨張することによりスペーサの両端部に位置するエンドプレートを押圧して、エンドプレート間距離を拡大させる。これにより、温度上昇によって電池スタックの積層された電池セルに作用する積層方向荷重が上昇することを防止又は抑制することができる。
請求項２記載の電池スタックは、略矩形体形状の複数の電池セルと、前記電池セルの短手方向に積層された複数の電池セルの積層方向両端部に配置される一対のエンドプレートと、前記一対のエンドプレートを拘束し、前記一対のエンドプレート間に積層された前記電池セルに積層方向荷重を作用させる拘束バンドと、前記電池セルの雰囲気温度又は前記電池セルの温度が変化した場合に、前記エンドプレートを押圧することにより前記電池セルに作用する前記積層方向荷重の変化を抑制する荷重変化抑制部材と、前記電池セル、前記エンドプレート、前記荷重変化抑制部材を内部に収納する筐体と、を備え、前記荷重変化抑制部材は、一方の前記エンドプレートと前記筐体の前記積層方向の一方の縦壁又は前記縦壁に固定された調整部である一方の壁部との間に配設され、前記一方のエンドプレートと前記一方の壁部に両端部が当接されたスペーサと、前記スペーサを加熱するヒータと、を備え、他方の前記エンドプレートが前記筐体の前記積層方向の他方の壁部に当接されている。
この電池スタックでは、矩形体形状の複数の電池セルが短手方向に積層され、積層された電池セルの両端部に配置されたエンドプレートが拘束バンドで拘束されることにより、積層された各電池セルに積層方向荷重が作用している。
電池セルの雰囲気温度や電池セルの温度の下降により電池スタックを構成する各電池セルが収縮すると、各電池セルに作用する積層方向荷重が低下する。この積層方向荷重が所定値を下回ると、例えば電池スタック搭載車両の振動等により電池セルが不良となるおそれがある。
この電池スタックでは、両端部が一方のエンドプレートと電池セルの積層方向の一方の壁部に当接されたスペーサが、一方のエンドプレートと一方の壁部の間に挿入されている。このスペーサは、ヒータにより加熱可能とされている。また、他方のエンドプレートが電池セルの積層方向の他方の壁部に当接されている。
したがって、電池セルの雰囲気温度や電池セルの温度が低下した場合に、ヒータの加熱によりスペーサを膨張させることができる。この際、スペーサは一方の壁部に当接されているため、膨張により一方のエンドプレートを押圧し、他方の壁部に当接された他方のエンドプレートとの距離を縮める。この結果、電池スタックにおいてエンドプレート間に積層された電池セルに作用する積層方向荷重の低下が防止又は抑制される。
また、請求項２記載の電池スタックは、前記電池セルのセル温度、又は前記電池セルの雰囲気温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部で検出された前記セル温度又は前記雰囲気温度が所定温度以下の場合に、前記ヒータを駆動するヒータ制御部と、を備える。
この電池スタックでは、温度検出部で検出された電池セルの雰囲気温度又は電池セルの温度が所定温度以下の場合に、ヒータ制御部がヒータを駆動する。これにより、電池セルの雰囲気温度又は電池セルの温度の低下によって電池スタックの電池セルが収縮した場合であっても、ヒータで加熱されたスペーサが膨張することにより一方のエンドプレートを押圧して、他方のエンドプレートとの距離を短縮する。これにより、温度低下によって電池スタックの積層された電池セルに作用する積層方向荷重が低下することを防止又は抑制することができる。
請求項３記載の電池スタックは、請求項２記載の電池スタックにおいて、前記一方の壁部は、前記一方のエンドプレートに向かってネジ孔が開口されている調整部を含み、前記ネジ孔に螺合されているネジの螺入量を調整可能とされている。
この電池スタックでは、拘束バンドによる一対のエンドプレートを拘束することにより各電池セルに作用させている積層方向荷重が拘束バンド等のクリープにより低下する。この際、調整部のネジ孔に螺合されたネジをエンドプレート側に螺入（進入）させ、ネジでスペーサを押圧することにより、エンドプレート間距離を調整（縮小）することができる。これにより、経時変化（クリープ）による電池スタックの電池セルに作用する積層方向荷重の低下を防止又は抑制できる。
以上説明したように、請求項１～３に記載の電池スタックによれば、電池スタックを構成する電池セルへ作用する積層方向荷重の変化を抑制することができる。
（Ａ）は、第１実施形態に係る電池スタックの平面図であり、（Ｂ）は正面図である。 第２実施形態に係る電池スタックの概略構成図である。 第３実施形態に係る電池スタックの製造時における加圧状態説明図である。 第３実施形態に係る電池スタック本体の平面図である。 第３実施形態に係る電池スタックの概略構成図である。 第４実施形態に係る電池スタックの要部を一部断面で示す平面図である。 第４実施形態に係る電池スタックの概略構成図である。 第４実施形態の他の例１に係る電池スタックの製造時における加圧状態の説明図である。 第４実施形態の他の例１に係る電池スタックの製造時における加圧解放後状態の説明図である。 （Ａ）第４実施形態の他の例１に係る電池スタックの製造時における再加圧状態を説明する一部断面で示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ－Ａ線断面図である。 （Ａ）第４実施形態の他の例１に係る電池スタックの一部断面で示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ線断面図である。 第４実施形態の他の例２に係る電池スタックの正面図である。
［第１実施形態］
第１実施形態に係る電池スタックについて、図１（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。なお、以下の各図において、電池セルの短手方向を矢印Ｘ方向、長手方向を矢印Ｙ方向、高さ方向を矢印Ｚ方向として示す。以下の実施形態でも同様である。
（構成）
電池スタック１０の全体構成について説明する。
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、電池スタック１０は、複数の電池セル１２と、一対のエンドプレート１４Ａ、１４Ｂと、４本の拘束バンド１６Ａ～１６Ｄと、２本のスペーサ１８Ａ、１８Ｂと、を有する。
このスペーサ１８Ａ、１８Ｂが「荷重変化抑制部材」に相当する。
電池セル１２は、略矩形体形状に形成されており、電池セル１２の短手方向（以下、「短手方向」という）に沿って複数積層される。
一対のエンドプレート１４Ａ、１４Ｂは、積層された複数の電池セル１２のうち、最も外側に配置された電池セル１２の外側（隣接する電池セル１２と反対側）にそれぞれ配置されている。
拘束バンド１６Ａ～１６Ｄは、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、それぞれ電池セル１２の積層（短手）方向に延在し、積層された電池セル１２の長手方向（以下、「長手方向」という）両側部で、一対のエンドプレート１４Ａ、１４Ｂ間に２本ずつ配置されている。
また、拘束バンド１６Ａ～１６Ｄは、一対のエンドプレート１４Ａ、１４Ｂに両端部が接続（固定、例えば締結）されている。すなわち、拘束バンド１６Ａ～１６Ｄは、エンドプレート１４Ａ、１４Ｂを拘束することによって、エンドプレート１４Ａ、１４Ｂ間の距離（以下、「エンドプレート間距離」という）を一定に保持し、エンドプレート１４Ａ、１４Ｂ間に積層された各電池セル１２に所定の積層方向荷重（以下、「荷重」という）を作用させている。
スペーサ１８Ａ、１８Ｂは、それぞれ電池セル１２の長手方向両側部で短手方向に延在し、一対のエンドプレート１４Ａ、１４Ｂ間に配置されている。図１（Ｂ）に示すように、スペーサ１８Ａ（１８Ｂ）は、積層された電池セル１２の長手方向側部において、拘束バンド１６Ａ（１６Ｃ）、１６Ｂ（１６Ｄ）と平行に配設されている。したがって、スペーサ１８Ａ、１８Ｂは、拘束バンド１６Ａ～１６Ｄと短手方向長さが同一である。
なお、スペーサ１８Ａ、１８Ｂは、両端部がエンドプレート１４Ａ、１４Ｂに当接されている。「当接」には、固定（例えば、締結）や挿入（例えば、圧入）等が含まれる。以下、「当接」という場合は同様である。本実施形態では、スペーサ１８Ａ、１８Ｂがエンドプレート１４Ａ、１４Ｂ間に圧入されているものとする。
また、スペーサ１８Ａ、１８Ｂは、拘束バンド１６Ａ～１６Ｄよりも線膨張係数が大きい。
（作用）
次に、本実施形態の電池スタック１０の作用について説明する。
電池スタック１０では、雰囲気温度や電池セル１２の温度の上昇や充電量の変化によって各電池セル１２が膨張する。これにより、拘束バンド１６がエンドプレート１４Ａ、１４Ｂを拘束することによって電池セル１２に作用する荷重が増加する。ここで、各電池セル１２に作用する荷重が所定の荷重を超えると、電池セル１２が品質不良となる。
この電池スタック１０では、拘束バンド１６Ａ～１６Ｄと平行に拘束バンド１６Ａ～１６Ｄよりも線膨張係数が大きいスペーサ１８Ａ、１８Ｂをエンドプレート１４Ａ、１４Ｂ間に圧入している。したがって、雰囲気温度や電池セル１２の温度の上昇によって、スペーサ１８Ａ、１８Ｂは、拘束バンド１６Ａ～１６Ｄよりも伸び、エンドプレート間距離を広げる。この結果、雰囲気温度や電池セル１２の温度の上昇による電池セル１２に作用する荷重の増加を防止又は抑制することができる。これにより、高温時の電池セル１２へ作用する荷重の増加を抑制して、電池セル１２が品質不良となることを防止又は抑制することができる。
［第２実施形態］
第２実施形態に係る電池スタックについて、図２を参照して説明する。なお、第１実施形態の電池スタックと同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
（構成）
電池スタック２０は、図２に示すように、電池スタック本体２１と、筐体２２と、スペーサ２３と、ヒータ２４と、制御部２６と、温度センサ３０と、を備えている。
このスペーサ２３と、ヒータ２４が「荷重変化抑制部材」に相当する。
電池スタック本体２１は、第１実施形態の電池スタック１０と略同様に、エンドプレート１４Ａ、１４Ｂ間に積層された電池セル１２が配置され、エンドプレート１４Ａ、１４Ｂが拘束バンド１６Ａ～１６Ｄで接続（拘束）されることにより、エンドプレート１４Ａ、１４Ｂ間に配置された電池セル１２に所定の荷重が作用するように構成されたものである。換言すれば、第１実施形態の電池スタック１０からスペーサ１８Ａ、１８Ｂを除いたものである。
筐体２２は、内部に電池スタック本体２１やスペーサ２３が配置されるものである。電池スタック本体２１は、一方のエンドプレート１４Ｂが筐体２２の一方の縦壁２２Ｂに当接されて（突き当てられて）筐体２２の内部に配置されている。なお、縦壁２２Ａ、２２Ｂがそれぞれ「壁部」に相当する。
また、筐体２２の縦壁２２Ｂと対向する縦壁２２Ａと他方のエンドプレート１４Ａとの間には、スペーサ２３が配設されている。スペーサ２３の両端部は、筐体２２の縦壁２２Ａと他方のエンドプレート１４Ａに当接されている。このスペーサ２３には、ヒータ２４が設けられている。
温度センサ３０は、筐体２２の外部に設けられており、電池セル１２の雰囲気温度を検出する。
制御部２６には、ヒータ制御回路２８が設けられている。ヒータ制御回路２８は、温度センサ３０の検出信号に基づいて雰囲気温度が所定温度以下の場合にヒータ２４に通電するものである。なお、ヒータ制御回路２８が「ヒータ制御部」に相当する。温度センサ３０が「温度検出部」に相当する。
（作用）
次に、本実施形態の電池スタック２０の作用について説明する。
電池スタック２０では、雰囲気温度の低下によって各電池セル１２が縮小する。これにより、拘束バンド１６がエンドプレート１４Ａ、１４Ｂを拘束することによって電池セル１２に作用する荷重が減少する。ここで、各電池セル１２に作用する荷重が所定荷重を下回ると、電池スタック２０を搭載した車両の振動等により電池セル１２が品質不良となるおそれがある。
この電池スタック２０では、雰囲気温度を温度センサ３０で検出し、検出された雰囲気温度が所定温度以下に低下した場合には、ヒータ制御回路２８がヒータ２４に通電してスペーサ２３を加熱する。これにより、スペーサ２３が膨張する。この結果、一端が筐体２２の縦壁２２Ａに当接（支持）されているスペーサ２３は、他端側のエンドプレート１４Ａを押圧する。電池スタック本体２１のエンドプレート１４Ｂも筐体２２の縦壁２２Ｂに当接（支持）されているため、エンドプレート間距離が縮小される。
これにより、エンドプレート１４Ａ、１４Ｂ間に積層された電池セル１２に作用する荷重の減少が防止又は抑制される。すなわち、雰囲気温度低下による電池セル１２の品質不良を防止又は抑制できる。
［第３実施形態］
第３実施形態に係る電池スタックについて、図３～図５を参照して説明する。なお、第１、第２実施形態の電池スタックと同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
（構造）
本実施形態では、製造方法も併せて説明する。先ず、各部品の具体的形状について説明し、次に、電池スタックの製造方法について説明し、続いて、製造された電池スタックの構造について説明する。
電池スタック本体４０は、第２実施形態の電池スタック本体２１と略同様の構成だが、各部品の形状が異なるので、その具体的形状について説明する。
電池スタック本体４０を構成する一対のエンドプレート１４Ａ、１４Ｂは、図３及び図４に示すように、長手方向（矢印Ｙ方向）に延在する平板部４１Ａ、４１Ｂを有する。各エンドプレート１４Ａ、１４Ｂは、それぞれ平板部４１Ａ、４１Ｂの長手方向両端部の上端に短手方向（矢印Ｘ方向）外側及び長手方向（矢印Ｙ方向）外側に張り出した水平板部４２Ａ～４２Ｄが形成されている。
電池スタック本体４０を構成する拘束バンド１６は、拘束部材４３Ａ、４３Ｂがカシメ締結で連結されることにより構成されている。
拘束部材４３Ａ、４３Ｂは、図３に示すように、それぞれ長手方向視で略Ｃ字形状及び略逆Ｃ字形状とされている。
すなわち、拘束部材４３Ａは、図３及び図４に示すように、電池セル１２の高さ方向（矢印Ｚ方向）及び長手方向に延在する矩形状の平板部４８と、平板部４８の長手方向両端部で高さ方向両端部から短手方向内側（電池セル１２側）に延在する脚部５０Ａ～５０Ｄを有する。
一方、拘束部材４３Ｂも、拘束部材４３Ａと同様に、平板部５６と、脚部５８Ａ～５８Ｄを有する。
次に、電池スタック本体４０の製造方法について説明する。
図３に示すように、先ず、エンドプレート１４Ａには、拘束部材４３Ａの平板部４８が締結され、エンドプレート１４Ａと拘束部材４３Ａが一体化されている。同様に、エンドプレート１４Ｂと拘束部材４３Ｂも一体化されている。
電池セル１２を積層し、積層された電池セル１２の両端部に拘束部材４３Ａ、４３Ｂがそれぞれ締結されたエンドプレート１４Ａ、１４Ｂを当接させる。
これにより、図３及び図４に示すように、拘束部材４３Ａの脚部５０Ａ～５０Ｄと拘束部材４３Ｂの脚部５８Ａ～５８Ｄが積層された電池セル１２の長手方向両側部に位置する。また、図３及び図４に示すように、脚部５０Ａ～５０Ｄの端部と脚部５８Ａ～５８Ｄの端部が重なる。
この状態で、図３に示すように、エンドプレート１４Ａ、１４Ｂの外側（電池セル１２と反対側）から拘束冶具６０Ａ、６０Ｂで電池セル１２に所定荷重Ｆが作用するように加圧する（図３、矢印Ｆ参照）。具体的には、エンドプレート１４Ａ、１４Ｂに締結された拘束部材４３Ａ、４３Ｂの平板部４８、５６を拘束冶具６０Ａ、６０Ｂで加圧する。
この状態で、拘束部材４３Ａの脚部５０Ａ～５０Ｄの端部と拘束部材４３Ｂの脚部５８Ａ～５８Ｄの端部が重なった部分でカシメ締結をする。
この後、拘束冶具６０Ａ、６０Ｂによる電池スタック本体４０に対する加圧を停止する（拘束冶具６０Ａ、６０Ｂを拘束部材４３Ａ、４３Ｂから離間させる）。
これにより、拘束バンド１６（拘束部材４３Ａ、４３Ｂ）によりエンドプレート１４Ａ、１４Ｂが拘束され、電池セル１２に所定荷重が作用した電池スタック本体４０が製造される。
次に、この電池スタック本体４０を用いた電池スタック８０について説明する。
図５に示すにように、電池スタック８０では、電池スタック本体４０を構成する電池セル１２の長手方向両側部で一対のエンドプレート１４Ａ、１４Ｂ間にそれぞれスペーサ８２Ａ、８２Ｂが圧入される。このスペーサ８２Ａ、８２Ｂは、拘束部材４３Ａ、４３Ｂの脚部５０Ａ～５０Ｄ、５８Ａ～５８Ｄと平行に配置されている。
なお、スペーサ８２Ａ、８２Ｂは、短手方向両端部がエンドプレート１４Ａ、１４Ｂに当接されている。
また、スペーサ８２Ａ、８２Ｂには、電池セル１２と反対側の面にそれぞれヒータ８４Ａ、８４Ｂが配設されている。なお、スペーサ８２Ａ、８２Ｂとヒータ８４Ａ、８４Ｂが「荷重変化抑制部材」に相当する。
さらに、電池セル１２の一つには、電池セル１２の温度を検出するサーミスタ８６が配設されている。
また、図５に示すように、電池スタック８０は、制御部８８を備えている。制御部８８は、サーミスタ８６の出力信号に基づいて電池セル１２の温度を検出し、検出された電池セル１２の温度が所定温度以上となった場合に後述するヒータ制御回路９２に駆動信号を出力する電池温度監視回路９０と、電池温度監視回路９０から駆動信号が入力されるとヒータ８４Ａ、８４Ｂに通電するヒータ制御回路９２と、を有する。なお、サーミスタ８６と電池温度監視回路９０が「温度検出部」に相当する。また、ヒータ制御回路９２が「ヒータ制御部」に相当する。
（作用）
電池スタック８０の電池スタック本体４０では、エンドプレート１４Ａ、１４Ｂを拘束バンド１６が拘束することにより各電池セル１２に所定の荷重を作用させている。しかしながら、電池スタック８０では、電池セル１２の温度上昇によって各電池セル１２が膨張すると、拘束バンド１６によって拘束されたエンドプレート１４Ａ、１４Ｂ間に積層された電池セル１２に作用する荷重が増加する。ここで、各電池セル１２に作用する荷重が所定荷重を超えると、電池セル１２が品質不良となる。
この電池スタック８０の制御部８８では、電池温度監視回路９０においてサーミスタ８６の出力信号に基づいて電池セル１２の温度が所定温度以上であることを検出した場合には、駆動信号をヒータ制御回路９２に出力する。これにより、ヒータ制御回路９２は、ヒータ８４Ａ、８４Ｂに通電する。この結果、スペーサ８２Ａ、８２Ｂが加熱され、エンドプレート１４Ａ、１４Ｂ間でスペーサ８２が膨張（伸長）する。
このスペーサ８２の伸長により、拘束バンド１６の拘束力に抗してエンドプレート１４Ａ、１４Ｂ間の距離を押し広げる。この結果、電池セル１２の温度上昇による各電池セル１２に作用する荷重の増加を防止又は抑制することができる。したがって、電池セル１２の温度上昇による、電池スタック８０（電池セル１２）の品質不良を防止又は抑制することができる。
また、本実施形態の電池スタック８０（電池スタック本体４０）の製造方法では、各エンドプレート１４Ａ、１４Ｂに締結された拘束部材４３Ａ、４３Ｂの平板部４８、５６を拘束冶具６０Ａ、６０Ｂで所定の荷重Ｆで押圧している状態で、拘束部材４３Ａの脚部５０Ａ～５０Ｄと拘束部材４３Ｂの脚部５８Ａ～５８Ｄの重なった部分をカシメ締結した後、拘束冶具６０Ａ、６０Ｂからの加圧を停止する。
このように製造することによって、拘束バンド１６によって所定荷重が電池セル１２に作用した電池スタック本体４０を簡単に製造することができる。
さらに、この電池スタック本体４０のエンドプレート１４Ａ、１４Ｂ間にスペーサ８２Ａ、８２Ｂを圧入することで、エンドプレート１４Ａ、１４Ｂに両端部が当接した状態でエンドプレート１４Ａ、１４Ｂ間にスペーサ８２Ａ、８２Ｂを配設することができる。
すなわち、電池スタック８０を簡単に製造することができる。
［第４実施形態］
第４実施形態に係る電池について、図６、図７を参照して説明する。なお、第２、第３実施形態の電池スタックと同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
（構造）
電池スタック本体４０の構成及び製造方法は、第３実施形態と同一なのでその説明を省略する（図３、図４参照）。
電池スタック１００を構成する電池スタック本体４０は、図６、図７に示すように、筐体２２の内部に配設されている。一方のエンドプレート１４Ａに締結された拘束部材４３Ａの平板部４８と筐体２２の縦壁２２Ａとの間には、スペーサ８２が圧入されている。他方のエンドプレート１４Ｂに締結された他方の拘束部材４３Ｂは、平板部５６が筐体２２の他方の縦壁２２Ｂに当接されている。
また、図７に示すように、スペーサ８２には、ヒータ８４が配設されている。なお、スペーサ８２とヒータ８４が「荷重変化抑制部材」に相当する。
さらに、電池セル１２の一つには、電池セル１２の温度を検出するサーミスタ８６が配設されている。
また、図７に示すように、電池スタック１００は、制御部８８を備えている。制御部８８は、サーミスタ８６の出力信号に基づいて電池セル１２の温度を検出し、検出された電池セル１２の温度が所定温度以下となった場合に後述するヒータ制御回路９２に駆動信号を出力する電池温度監視回路９０と、電池温度監視回路９０から駆動信号が入力されるとヒータ８４に通電するヒータ制御回路９２と、を有する。なお、サーミスタ８６と電池温度監視回路９０が「温度検出部」に相当する。また、ヒータ制御回路９２が「ヒータ制御部」に相当する。
（作用）
電池スタック１００では、電池セル１２の温度低下によって各電池セル１２が縮小する。これにより、エンドプレート１４Ａ、１４Ｂが拘束部材４３Ａ、４３Ｂに拘束されることにより所定の荷重が作用していた各電池セル１２は、作用する荷重が減少する。ここで、各電池セル１２に作用する荷重が所定荷重を下回ると、例えば、電池スタック１００を搭載した車両の振動により電池セル１２が品質不良となる。
この電池スタック１００では、制御部８８でサーミスタ８６の出力信号に基づいて電池セル１２の温度を検出し、電池セル１２の温度が所定温度以下に低下した場合には、電池温度監視回路９０がヒータ制御回路９２に駆動信号を出力する。これにより、ヒータ制御回路９２は、ヒータ８４に通電し、スペーサ８２を加熱する。この結果、一端が筐体２２の縦壁２２Ａに当接されているスペーサ８２は、他端側の拘束部材４３Ａを押圧する。これにより、拘束部材４３Ａが締結されたエンドプレート１４Ａがエンドプレート１４Ｂ側に押圧される。なお、もう一方のエンドプレート１４Ｂは、拘束部材４３Ｂを介して他方の縦壁２２Ｂに当接されている。
この結果、一対のエンドプレート１４Ａ、１４Ｂ間の距離は、拘束バンド１６に抗して短縮される。
これにより、エンドプレート１４Ａ、１４Ｂ間に積層された電池セル１２に作用する荷重の減少が防止又は抑制される。すなわち、電池セル１２の温度低下による電池セル１２の品質不良を防止又は抑制できる。
なお、本実施形態のように、エンドプレート１４Ａ、１４Ｂに拘束部材４３Ａ、４３Ｂが締結（当接）されている場合、拘束部材４３Ａがスペーサ８２に当接した場合もエンドプレート１４Ａがスペーサ８２に当接したものに含まれる。また、拘束部材４３Ｂが筐体２２の縦壁２２Ｂに当接された場合も、エンドプレート１４Ｂが縦壁２２Ｂに当接された場合に含まれる。
（他の例１）
第４実施形態の他の例１に係る電池スタック１１０について図８～図１１を参照して説明する。なお、第１～第４実施形態の電池スタック１００と同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
（構成）
電池スタック１１０の構成について、その製造方法と共に説明する。
先ず、電池スタック本体４０の製造方法について説明する。図８に示すように、エンドプレート１４Ａ、１４Ｂにそれぞれ締結された拘束部材４３Ａ、４３Ｂの平板部４８、５６を拘束冶具６０Ａ、６０Ｂが所定荷重Ｆ０で押圧する。この状態で、拘束部材４３Ａ、４３Ｂの脚部５０Ａ～５０Ｄと脚部５８Ａ～５８Ｄとの重ね合わせ部分をカシメ締結する。このようにして、拘束バンド１６でエンドプレート１４Ａ、１４Ｂを拘束する。
次に、図９に示すように、電池スタック本体４０の拘束部材４３Ａ、４３Ｂから拘束冶具６０Ａ、６０Ｂを離間させる。これにより、電池スタック本体４０に作用する荷重が低減され、エンドプレート間距離がＷ１となる。
ところで、電池スタック本体４０（積層された電池セル１２）のバネ定数をｋし、電池スタック本体４０を拘束冶具６０Ａ、６０Ｂが解放した（電池スタック本体４０から拘束冶具６０Ａ、６０Ｂを離間させた）後、電池セル１２に対して作用する荷重をＦ１とすると、
Ｆ１－Ｆ０＝－ｋ（Ｗ１－Ｗ０） …（１）
したがって、荷重Ｆ１は、
Ｆ１＝Ｆ０－ｋ（Ｗ１－Ｗ０） …（２）
となる。
続いて、図１０に示すように、電池スタック本体４０を筐体２２の内部に配設する。電池スタック本体４０の拘束部材４３Ｂの突出部５４Ａ、５４Ｂを筐体２２の縦壁２２Ｂに当接させるように配置する。
ここで、解放後の電池スタック本体４０の電池セル１２に作用する荷重Ｆ１が目標荷重ＦＸよりも小さい場合、電池スタック本体４０の拘束バンド１６を再拘束冶具１１２Ａ、１１２Ｂで押圧することにより、エンドプレート間距離をＷ２となるように調整する。なお、筐体２２には、再拘束冶具１１２Ａ、１１２Ｂを内部に挿入可能なサービスホールが形成されている。
すなわち、
ＦＸ－Ｆ１＝－ｋ（Ｗ２－Ｗ１） …（３）
ＦＸ＝Ｆ１－ｋ（Ｗ２－Ｗ１）
＝Ｆ０－ｋ（Ｗ１－Ｗ０）－ｋ（Ｗ２－Ｗ１）
＝Ｆ０－ｋ（Ｗ２－Ｗ０） …（４）
したがって、所定荷重時のエンドプレート間距離Ｗ２は、次式のようになる。
Ｗ２＝（－１／ｋ）×（ＦＸ－Ｆ０）+Ｗ０ …（５）
（５）式で求めたエンドプレート間距離Ｗ２となるように、筐体２２の中でエンドプレート１４Ｂ側の拘束部材４３Ｂの平板部５６が筐体２２の縦壁２２Ｂに当接された状態の電池スタック本体４０に対して、エンドプレート１４Ａ側の拘束部材４３Ａの平板部４８を再拘束冶具１１２Ａ、１１２Ｂが押圧する。
なお、筐体２２の内部で、電池スタック本体４０のエンドプレート間距離がＷ２とされた場合に、筐体２２の縦壁２２Ａと拘束部材４３Ａ、４３Ｂとの間に挿入されるスペーサの厚さＤは、拘束部材４３Ａの平板部４８及びエンドプレート１４Ａの平板部４１Ａの短手方向長さをＬ１、拘束部材４３Ｂの平板部５６の及びエンドプレート１４Ｂの平板部４１Ｂの短手方向長さをＬ２、筐体２２の縦壁２２Ａ、２２Ｂ間の短手方向長さをＡとすると、次式のようになる。
Ｄ＝Ａ－（Ｌ１+Ｌ２+Ｗ２） …（６）
したがって、Ｄの厚さのスペーサ８２を電池スタック本体４０の拘束部材４３Ａと筐体２２の縦壁２２Ａの間に圧入することで、目標荷重ＦＸが電池セル１２に作用するように設定できる。
なお、スペーサ８２は、数種類の厚さのものを予め準備しておき、Ｄに最も近い厚さのものを挿入することでも良い。
なお、このように構成された電池スタック１１０には、図１１（Ｂ）に示すように、スペーサ８２にヒータ８４が配設されると共に、電池セル１２にサーミスタ８６が配設される。また、ヒータ８４とサーミスタ８６は制御部８８に接続されることにより、電池スタック１００と同様の構成とされる。
（作用）
このように、電池スタック１１０では、電池スタック本体４０の製造（組立）時に、拘束冶具６０Ａ、６０Ｂで電池スタック本体４０の拘束部材４３Ａ、４３Ｂを介してエンドプレート１４Ａ、１４Ｂを所定荷重Ｆ０で加圧した状態で拘束部材４３Ａ、４３Ｂをカシメ締結することによって、拘束バンド１６でエンドプレート１４Ａ、１４Ｂを拘束した後、拘束冶具６０Ａ、６０Ｂを拘束部材４３Ａ、４３Ｂから離間させる。
この際、電池スタック本体４０を構成する各部品の製造精度や材料特性（例えば、ヤング率）のばらつきにより、拘束冶具６０Ａ、６０Ｂを拘束部材４３Ａ、４３Ｂから離間させた際に電池セル１２に作用する荷重にばらつきがでる。
しかしながら、この電池セル１２に作用する荷重Ｆ１、すなわち、エンドプレート間距離Ｗ１が所定値を下回った場合には、再拘束冶具１１２Ａ、１１２Ｂで電池スタック本体４０を再度押圧し、筐体２２の縦壁２２Ａと拘束部材４３Ａの平板部４８の間に所定厚さＤのスペーサ８２を挿入することで、電池スタック本体４０の電池セル１２に目標荷重ＦＸが作用するように調整することができる。
したがって、電池スタック１１０では、製品毎の各電池セル１２に作用する荷重のばらつきを抑制でき、電池スタック本体４０の寿命を延ばすことができる。
（他の例２）
第４実施形態の他の例２に係る電池スタック１２０について説明する。なお、第１～第４実施形態の電池スタックと同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
（構成）
電池スタック１２０は、図１２に示すように、ネジ孔１２２が形成された矩形体形状の調整部１２４が筐体２２の縦壁２２Ａに固定されている。この調整部１２４には、縦壁２２Ａに形成された挿通孔１２８を介してネジ孔１２２にネジ１２６が螺入されている。ネジ１２６の頭部１２９が、筐体２２の縦壁２２Ａの外部に位置している。なお、ネジ１２６は、ネジ孔１２２の最奥部まで到達しているが、外部に突出していない状態とされている。調整部１２４が「壁部」に相当する。
なお、この調整部１２４の端面１２４Ａと電池スタック本体４０の拘束部材４３Ａの間には、スペーサ８２が圧入されている。
（作用）
電池スタック本体４０を構成する拘束バンド１６等にクリープを生じることにより、拘束バンド１６がエンドプレート１４Ａ、１４Ｂを拘束することによって電池セル１２に作用する荷重が減少する。
そこで、製品使用開始から一定時間経過後に、ネジ１２６の頭部１２９を操作することにより、ネジ１２６の先端を調整部１２４の端面１２４Ａから突出させる。これにより、ネジ１２６がスペーサ８２を電池セル１２（拘束部材４３Ａ）側に押圧する。この結果、電池スタック本体４０のエンドプレート間距離が短縮され、拘束バンド１６等のクリープによる電池セル１２に作用する荷重低下が抑制される。すなわち、電池スタック１２０（電池スタック本体４０）の寿命を延ばすことができる。
［その他］
各実施形態における電池スタック本体のエンドプレート１４Ａ、１４Ｂ間に積層される電池セル１２の数は特に限定するものではない。
また、電池スタックにおいて、電池セルの雰囲気温度又は電池セルの温度に基づいてヒータに通電する構成としたが、電池セルの雰囲気温度検出と電池セルの温度検出は置換しても良い。
さらに、第３、第４実施形態では、電池スタックの製造時に、拘束冶具６０Ａ、６０Ｂが拘束部材４３Ａ、４３Ｂを押圧する構成であってが、これに限定するものではない。拘束冶具６０Ａ、６０Ｂがエンドプレート１４Ａ、１４Ｂを直接押圧するものでも良い。同様に、再拘束冶具１１２Ａ、１１２Ｂもエンドプレート１４Ａを直接押圧するものでも良い。
第３実施形態では、電池スタック本体４０を製造後にスペーサ８２Ａ、８２Ｂをエンドプレート１４Ａ、１４Ｂ間に圧入したが、エンドプレート１４Ａ、１４Ｂ間にスペーサ８２Ａ、８２Ｂを配置してから拘束部材４３Ａ、４３Ｂをカシメ締結するようにしても良い（図３、二点鎖線で示すスペーサ８２Ａ、８２Ｂ参照）。この場合には、電池スタック８０の製造時に、エンドプレート１４Ａ、１４Ｂ間にスペーサ８２Ａ、８２Ｂを圧入する必要がなくなり、スペーサ８２Ａ、８２Ｂの配設が容易になる。
以上、実施形態について説明したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
１０、２０、８０、１００、１１０、１２０ 電池スタック
１２ 電池セル
１４Ａ、１４Ｂ エンドプレート
１６、１６Ａ～１６Ｄ 拘束バンド
１８Ａ、１８Ｂ、２３、８２、８２Ａ、８２Ｂ スペーサ（荷重変化抑制部材）
２２Ａ 縦壁（壁部）
２２Ｂ 縦壁（壁部）
２４、８４、８４Ａ、８４Ｂ ヒータ（荷重変化抑制部材）
２８、９２ ヒータ制御回路（ヒータ制御部）
３０、 温度センサ（温度検出部）
６０Ａ、６０Ｂ 拘束冶具
８６ サーミスタ（温度検出部）
９０ 電池温度監視回路（温度検出部）
１１２Ａ、１１２Ｂ 再拘束冶具
１２４ 調整部（壁部）

Claims (3)

  1. 略矩形体形状の複数の電池セルと、
    前記電池セルの短手方向に積層された複数の電池セルの積層方向両端部に配置される一対のエンドプレートと、
    前記一対のエンドプレートを拘束し、前記一対のエンドプレート間に積層された前記電池セルに積層方向荷重を作用させる拘束バンドと、
    前記電池セルの雰囲気温度又は前記電池セルの温度が変化した場合に、前記エンドプレートを押圧することにより前記電池セルに作用する前記積層方向荷重の変化を抑制する荷重変化抑制部材と、
    を備え、前記荷重変化抑制部材は、
    両端部が前記一対のエンドプレートのそれぞれに当接するように当該一対のエンドプレート間に配設されるスペーサと、
    前記スペーサを加熱するヒータと、
    前記電池セルのセル温度、又は前記電池セルの雰囲気温度を検出する温度検出部と、
    前記温度検出部で検出された前記セル温度又は前記雰囲気温度が所定温度以上の場合に、前記ヒータを駆動するヒータ制御部と、
    を備える電池スタック。
  2. 略矩形体形状の複数の電池セルと、
    前記電池セルの短手方向に積層された複数の電池セルの積層方向両端部に配置される一対のエンドプレートと、
    前記一対のエンドプレートを拘束し、前記一対のエンドプレート間に積層された前記電池セルに積層方向荷重を作用させる拘束バンドと、
    前記電池セルの雰囲気温度又は前記電池セルの温度が変化した場合に、前記エンドプレートを押圧することにより前記電池セルに作用する前記積層方向荷重の変化を抑制する荷重変化抑制部材と、
    前記電池セル、前記エンドプレート、前記荷重変化抑制部材を内部に収納する筐体と、
    を備え、前記荷重変化抑制部材は、
    一方の前記エンドプレートと前記筐体の前記積層方向の一方の縦壁又は前記縦壁に固定された調整部である一方の壁部との間に配設され、前記一方のエンドプレートと前記一方の壁部に両端部が当接されたスペーサと、
    前記スペーサを加熱するヒータと、
    前記電池セルのセル温度、又は前記電池セルの雰囲気温度を検出する温度検出部と、
    前記温度検出部で検出された前記セル温度又は前記雰囲気温度が所定温度以下の場合に、前記ヒータを駆動するヒータ制御部と、
    を備え、他方の前記エンドプレートが前記筐体の前記積層方向の他方の壁部に当接された電池スタック。
  3. 前記一方の壁部は、前記一方のエンドプレートに向かってネジ孔が開口されている調整部を含み、前記ネジ孔に螺合されているネジの螺入量を調整可能とされている請求項２記載の電池スタック。
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