JP7438147B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、電池モジュールに関する。

例えば車両用等の、高い出力電圧が要求される電源として、複数個の電池が電気的に接続された電池モジュールが知られている。このような電池モジュールに関して、特許文献１には、積層された複数の電池を有する電池積層体と、電池の積層方向における電池積層体の両端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間に掛け渡されて、複数の電池を積層方向に拘束するバインドバーと、電池積層体の底面に接続される冷却プレートと、を備えた電池モジュールが開示されている。

国際公開２０１６／１７４８５５号

電池モジュールでは、各電池どうしの電気的接続を確保するために、各電池が精度よく位置決めされた状態を維持することが望ましい。各電池の位置ずれを抑制する方法としては、バインドバーの拘束力を強めることが考えられる。しかしながら一般に電池は、使用にともなって膨張する傾向がある。電池積層体がバインドバーで拘束された状態で電池が膨張すると、各電池に負荷がかかる。この負荷が過剰になれば、電池が破損するおそれがある。これに対し、膨張により過剰な負荷が電池にかからないようにバインドバーの拘束力を抑えると、各電池の位置ずれが生じやすくなる。特に電池の膨張量が小さいときに、積層方向と直交する方向に電池がずれやすくなる。

また、電池モジュールが車両に搭載される場合、車両の振動によって電池の位置ずれがより起こりやすい。さらに、近年は電池モジュールのさらなる高容量化が求められており、この要求を満たすために電池の高容量化が進んでいる。電池が高容量化すると、電池の膨張量も大きくなる傾向にある。膨張量の増大を考慮してバインドバーの寸法を設計すると、電池の低膨張時に位置ずれがますます起こりやすくなる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池にかかる負荷の増大を抑制しながら電池の位置ずれを抑制する技術を提供することにある。

本発明のある態様は、電池モジュールである。この電池モジュールは、積層された複数の電池を有する電池積層体と、電池積層体に沿って電池の積層方向に延びる平面部を有し、複数の電池を積層方向に挟み込む金属製の拘束部材と、絶縁性を有し、拘束部材と電池積層体とを絶縁するサイドセパレータと、を備える。サイドセパレータは、電池積層体に沿って積層方向に延びるとともに電池積層体と平面部との間に介在する第１部分と、平面部の面内方向で且つ積層方向と交わる第１方向における第１部分の一方の端部領域から電池積層体側に突出し、第１方向における第１部分の他方の端部領域側に複数の電池を付勢する付勢部と、を有する。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、電池にかかる負荷の増大を抑制しながら電池の位置ずれを抑制することができる。

実施の形態に係る電池モジュールの斜視図である。 電池モジュールの分解斜視図である。 サイドセパレータを水平方向から見た図である。 サイドセパレータを積層方向から見た図である。 図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、サイドセパレータの付勢部を含む領域を拡大して示す斜視図である。 電池モジュールのサイドセパレータを含む領域を拡大して示す断面図である。 電池モジュールの付勢部を含む領域を拡大して示す断面図である。 電池と付勢部とが当接する様子を示す模式図である。 変形例１に係る電池モジュールの冷却プレートを含む領域を拡大して示す断面図である。 変形例２に係る電池モジュールの台座側の領域を拡大して示す断面図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図に示す各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。また、本明細書または請求項中に「第１」、「第２」等の用語が用いられる場合には、特に言及がない限りこの用語はいかなる順序や重要度を表すものでもなく、ある構成と他の構成とを区別するためのものである。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

図１は、実施の形態に係る電池モジュールの斜視図である。図２は、電池モジュールの分解斜視図である。なお、図１では、サイドセパレータ１０の構造を簡略化して図示している。電池モジュール１は、電池積層体２と、一対のエンドプレート４と、冷却プレート６と、熱伝導層８と、サイドセパレータ１０と、拘束部材１２と、を備える。

電池積層体２は、複数の電池１４と、セル間セパレータ１６と、を有する。各電池１４は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル－水素電池、ニッケル－カドミウム電池等の充電可能な二次電池である。各電池１４は、いわゆる角形電池であり、扁平な直方体形状の外装缶１８を有する。外装缶１８の一面には図示しない略長方形状の開口が設けられ、この開口を介して外装缶１８に電極体や電解液等が収容される。外装缶１８の開口には、開口を塞ぐ封口板２０が設けられる。

封口板２０には、長手方向の一端寄りに正極の出力端子２２が配置され、他端寄りに負極の出力端子２２が配置される。したがって、封口板２０は、一対の出力端子２２が配置される端子配置面２０ａを構成する。一対の出力端子２２はそれぞれ、電極体を構成する正極板、負極板と電気的に接続される。以下では適宜、正極の出力端子２２を正極端子２２ａと称し、負極の出力端子２２を負極端子２２ｂと称する。また、出力端子２２の極性を区別する必要がない場合、正極端子２２ａと負極端子２２ｂとをまとめて出力端子２２と称する。

外装缶１８、封口板２０および出力端子２２は導電体であり、例えば金属製である。封口板２０と外装缶１８の開口とは、例えばレーザー溶接により接合される。このため、電池１４は、外装缶１８の開口および封口板２０の周縁部を固定する接合部２１を有する。各出力端子２２は、封口板２０に形成された貫通孔（図示せず）に挿通される。各出力端子２２と各貫通孔との間には、絶縁性のシール部材（図示せず）が介在する。また、各電池１４は、端子配置面２０ａと対向する底面２３を有する。

本実施の形態では、説明の便宜上、端子配置面２０ａを電池１４の上面、底面２３を電池１４の下面とする。したがって、端子配置面２０ａは底面２３よりも鉛直方向上方に位置し、底面２３は端子配置面２０ａよりも鉛直方向下方に位置する。また、電池１４は、上面および下面をつなぐ２つの主表面を有する。この主表面は、電池１４が有する６つの面のうち面積の最も大きい面である。また、主表面は、上面および下面の長辺に接続される長側面である。上面、下面および２つの主表面を除いた残り２つの面は、電池１４の側面とする。この側面は、上面および下面の短辺に接続される短側面である。

また、説明の便宜上、電池積層体２において電池１４の上面側の面を電池積層体２の上面とし、電池１４の下面側の面を電池積層体２の下面とし、電池１４の短側面側の面を電池積層体２の側面とする。これらの方向および位置は、便宜上規定したものである。したがって、例えば、本発明において上面と規定された部分は、下面と規定された部分よりも必ず上方に位置することを意味するものではない。

封口板２０には、一対の出力端子２２の間に弁部２４が設けられる。弁部２４は、安全弁とも呼ばれ、電池１４の内部のガスを放出するための機構である。弁部２４は、外装缶１８の内圧が所定値以上に上昇した際に開弁して、内部のガスを放出できるように構成される。弁部２４は、例えば、封口板２０の一部に設けられる、他部よりも厚さが薄い薄肉部と、この薄肉部の表面に形成される線状の溝とで構成される。この構成では、外装缶１８の内圧が上昇すると、溝を起点に薄肉部が裂けることで開弁される。各電池１４の弁部２４は、後述する排気ダクト３８に接続され、電池内部のガスは弁部２４から排気ダクト３８に排出される。

また、各電池１４は、絶縁フィルム２６を有する。絶縁フィルム２６は、例えば筒状のシュリンクチューブであり、外装缶１８を内部に通した後に加熱される。これにより、絶縁フィルム２６は収縮し、外装缶１８の２つの主表面、２つの側面および底面２３を被覆する。絶縁フィルム２６により、隣り合う電池１４間、あるいは電池１４とエンドプレート４との間の短絡を抑制することができる。

複数の電池１４は、隣り合う電池１４の主表面同士が対向するようにして所定の間隔で積層される。なお、「積層」は、任意の１方向に複数の部材を並べることを意味する。したがって、電池１４の積層には、複数の電池１４を水平に並べることも含まれる。本実施の形態では、電池１４は水平に積層されている。したがって、電池１４の積層方向Ｘは、水平に延びる方向である。以下では適宜、水平で且つ積層方向Ｘに垂直な方向を水平方向Ｙとし、積層方向Ｘおよび水平方向Ｙに対し垂直な方向を鉛直方向Ｚとする。

また、各電池１４は、出力端子２２が同じ方向を向くように配置される。本実施の形態の各電池１４は、出力端子２２が鉛直方向上方を向くように配置される。隣接する２つの電池１４は、一方の電池１４の正極端子２２ａと他方の電池１４の負極端子２２ｂとが隣り合うように積層される。この状態で、各電池１４における一対の出力端子２２は水平方向Ｙに並び、各電池１４の端子配置面２０ａおよび底面２３は鉛直方向Ｚに並ぶ。

セル間セパレータ１６は、絶縁スペーサとも呼ばれ、例えば絶縁性を有する樹脂シートからなる。セル間セパレータ１６を構成する樹脂としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ノリル（登録商標）樹脂（変性ＰＰＥ）等の熱可塑性樹脂が例示される。セル間セパレータ１６は、隣接する２つの電池１４の間に配置されて、当該２つの電池１４間を電気的に絶縁する。

電池積層体２は、一対のエンドプレート４で挟まれる。一対のエンドプレート４は、電池１４の積層方向Ｘにおける電池積層体２の両端に配置される。一対のエンドプレート４は、積層方向Ｘにおける両端に位置する電池１４と、外端セパレータ５を介して隣り合う。外端セパレータ５は、セル間セパレータ１６と同じ樹脂材料で構成することができる。各エンドプレート４は、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属で構成される金属板である。エンドプレート４と電池１４との間に外端セパレータ５が介在することで、両者が絶縁される。

各エンドプレート４は、水平方向Ｙを向く２つの面に締結孔４ａを有する。本実施の形態では、３つの締結孔４ａが鉛直方向Ｚに所定の間隔をあけて配置されている。締結孔４ａが設けられる面は、拘束部材１２の後述する平面部５４と対向する。

電池積層体２の上面には、バスバープレート２８が載置される。バスバープレート２８は、複数の電池１４における端子配置面２０ａを覆う板状の部材である。バスバープレート２８は、各電池１４の弁部２４に対応する位置に、弁部２４を露出させる複数の開口部３２を有する。また、バスバープレート２８は、開口部３２の上方を覆うダクト天板３４と、開口部３２の側方を囲う側壁３６と、を有する。ダクト天板３４が側壁３６の上端に固定されることで、バスバープレート２８に排気ダクト３８が形成される。各弁部２４は、開口部３２を介して排気ダクト３８に連通される。

また、バスバープレート２８は、各電池１４の出力端子２２に対応する位置に、出力端子２２を露出させる開口部４０を有する。各開口部４０には、バスバー４２が載置される。複数のバスバー４２は、バスバープレート２８によって支持される。各開口部４０に載置されたバスバー４２によって、隣り合う電池１４の正極端子２２ａと負極端子２２ｂとが電気的に接続される。

バスバー４２は、銅やアルミニウム等の金属で構成される略帯状の部材である。バスバー４２は、一方の端部が一方の電池１４の正極端子２２ａに接続され、他方の端部が他方の電池１４の負極端子２２ｂに接続される。なお、バスバー４２は、隣接する複数個の電池１４における同極性の出力端子２２どうしを並列接続して電池ブロックを形成し、さらに電池ブロックどうしを直列接続してもよい。

積層方向Ｘにおいて両端に位置する電池１４の出力端子２２に接続されるバスバー４２は、外部接続端子４４を有する。外部接続端子４４は、後述するトップカバー６０の端子部６２に電気的に接続される。外部接続端子４４は、端子部６２を介して外部負荷（図示せず）に接続される。また、バスバープレート２８には、電圧検出線４６が載置される。電圧検出線４６は、複数の電池１４に電気的に接続されて各電池１４の電圧を検出する。電圧検出線４６は、複数の導線（図示せず）を有する。各導線は、一端が各バスバー４２に接続され、他端がコネクタ４８に接続される。コネクタ４８は、外部の電池ＥＣＵ（図示せず）等に接続される。電池ＥＣＵは、各電池１４の電圧等の検知、各電池１４の充放電等を制御する。

冷却プレート６は、アルミニウム等の熱伝導性の高い材料で構成される。冷却プレート６は、電池積層体２に熱的に接続されて、つまり電池積層体２に熱交換可能に接続されて、各電池１４を冷却する。本実施の形態では、冷却プレート６の主表面に電池積層体２が載置される。電池積層体２は、下面が冷却プレート６側を向くようにして、冷却プレート６に載置される。したがって、電池積層体２と冷却プレート６とは鉛直方向Ｚに並ぶ。冷却プレート６は、電池モジュール１の外部、例えば電池モジュール１が搭載される車両の車体等に熱交換可能に接続されてもよい。また、冷却プレート６は、水やエチレングリコール等の冷媒が流れる流路を内部に有してもよい。これらにより、電池積層体２と冷却プレート６との熱交換効率をより高めることができ、ひいては電池１４の冷却効率をより高めることができる。

本実施の形態では、電池積層体２と冷却プレート６との間に絶縁性の熱伝導層８が介在する。つまり、冷却プレート６は、熱伝導層８を介して電池積層体２に熱的に接続される。熱伝導層８は、電池積層体２の底面全体を覆っている。熱伝導層８の熱伝導率は空気の熱伝導率よりも高い。熱伝導層８は、例えばアクリルゴムシートやシリコーンゴムシート等の、良好な熱伝導性を有する公知の樹脂シート等で構成することができる。

熱伝導層８を電池積層体２と冷却プレート６との間に介在させることで、各電池１４の冷却効率を高めることができるとともに、各電池１４をより均一に冷却することができる。また、熱伝導層８が絶縁性を有することで、電池積層体２と冷却プレート６とが電気的に接続されてしまうことを回避することができる。さらに、熱伝導層８によって、電池積層体２および冷却プレート６の配列方向と垂直な方向における電池積層体２と冷却プレート６とのずれを抑制することができる。本実施の形態では、電池積層体２と冷却プレート６とは鉛直方向Ｚに配列されるため、熱伝導層８によってＸＹ平面の延在方向における電池積層体２と冷却プレート６とのずれを抑制することができる。

サイドセパレータ１０は、絶縁性を有し、拘束部材１２と電池積層体２とを絶縁するための部材である。本実施の形態では、水平方向Ｙに一対のサイドセパレータ１０が配列される。各サイドセパレータ１０は、電池１４の積層方向Ｘに長い長尺状である。一対のサイドセパレータ１０の間には、電池積層体２、一対のエンドプレート４、冷却プレート６および熱伝導層８が配置される。各サイドセパレータ１０は、例えば絶縁性を有する樹脂からなる。サイドセパレータ１０を構成する樹脂としては、セル間セパレータ１６と同様に、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ノリル（登録商標）樹脂（変性ＰＰＥ）等の熱可塑性樹脂が例示される。

本実施の形態のサイドセパレータ１０は、第１部分５０と、第２部分５１と、第３部分５２と、付勢部５３（図３等参照）と、を有する。第１部分５０は、矩形の平板状であり、電池積層体２の側面に沿って電池１４の積層方向Ｘに延びる。第２部分５１は、積層方向Ｘに延びる帯状であり、第１方向における第１部分５０の一方の端部領域から電池積層体２側（水平方向Ｙにおける電池モジュール１の内側）に突出する。第３部分５２は、積層方向Ｘに延びる帯状であり、第１方向における第１部分５０の他方の端部領域から電池積層体２側に突出する。

前記「第１方向」は、後述する平面部５４の面内方向で且つ積層方向Ｘと交わる方向である。本実施の形態では、平面部５４が積層方向Ｘおよび鉛直方向Ｚに延在するため、平面部５４の面内方向はＸＺ平面の延在方向である。したがって、ＸＺ平面の延在方向で且つ積層方向Ｘと交わる第１方向は、鉛直方向Ｚである。また、本実施の形態では、一方の端部領域は鉛直方向上側の端部領域であり、他方の端部領域は鉛直方向下側の端部領域である。さらに、本実施の形態では、第２部分５１は第１部分５０の上端から電池積層体２側に突出し、第３部分５２は第１部分５０の下端から電池積層体２側に突出する。付勢部５３の構造については後に詳細に説明する。

拘束部材１２は、バインドバーとも呼ばれ、電池１４の積層方向Ｘに長い長尺状の部材である。本実施の形態では、水平方向Ｙに一対の拘束部材１２が配列される。各拘束部材１２は金属製である。拘束部材１２を構成する金属としては、鉄やステンレス鋼等が例示される。一対の拘束部材１２の間には、電池積層体２、一対のエンドプレート４、冷却プレート６、熱伝導層８および一対のサイドセパレータ１０が配置される。

本実施の形態の拘束部材１２は、平面部５４と、一対の腕部５６と、を有する。平面部５４は矩形状であり、電池積層体２の側面に沿って積層方向Ｘに延びる。一対の腕部５６は、鉛直方向Ｚにおける平面部５４の両側の端部領域から電池積層体２側に突出する。つまり、一方の腕部５６は、平面部５４の上辺から電池積層体２側に突出し、他方の腕部５６は、平面部５４の下辺から電池積層体２側に突出する。したがって、一対の腕部５６は、電池積層体２および冷却プレート６の配列方向で互いに対向する。一対の腕部５６の間には、電池積層体２、冷却プレート６、熱伝導層８およびサイドセパレータ１０が配置される。

平面部５４における各エンドプレート４と対向する領域には、コンタクトプレート６８が溶接等により固定される。コンタクトプレート６８は、鉛直方向Ｚに長い部材である。コンタクトプレート６８には、エンドプレート４の締結孔４ａに対応する位置に、コンタクトプレート６８を水平方向Ｙに貫通する貫通孔７０が設けられる。また、平面部５４は、コンタクトプレート６８の貫通孔７０に対応する位置に、平面部５４を水平方向Ｙに貫通する貫通孔５８を有する。

各拘束部材１２の平面部５４に一対のエンドプレート４が係合することで、複数の電池１４が積層方向Ｘに挟み込まれる。具体的には、複数の電池１４と複数のセル間セパレータ１６とが交互に配列されて電池積層体２が形成され、電池積層体２が外端セパレータ５を介して一対のエンドプレート４で積層方向Ｘに挟まれる。また、電池積層体２の下面に熱伝導層８が配置され、さらに熱伝導層８を挟んで電池積層体２と対向するように冷却プレート６が配置される。この状態で、電池積層体２、一対のエンドプレート４、冷却プレート６および熱伝導層８が、一対のサイドセパレータ１０で水平方向Ｙに挟まれる。さらに、一対のサイドセパレータ１０の外側から、一対の拘束部材１２が全体を水平方向Ｙに挟み込む。

一対のエンドプレート４と一対の拘束部材１２とは、締結孔４ａ、貫通孔７０および貫通孔５８が重なり合うように、互いに位置合わせされる。そして、ねじ等の締結部材５９が貫通孔５８および貫通孔７０に挿通され、締結孔４ａに螺合される。これにより、一対のエンドプレート４と一対の拘束部材１２とが固定される。一対のエンドプレート４と一対の拘束部材１２とが係合されることで、複数の電池１４は、積層方向Ｘにおいて締め付けられて拘束される。これにより、各電池１４は、積層方向Ｘにおいて位置決めされる。

また、拘束部材１２は、複数の電池１４を積層方向Ｘに挟み込むとともに、電池積層体２、熱伝導層８および冷却プレート６をこれらの配列方向に挟み込む。具体的には、拘束部材１２は、電池１４の積層方向Ｘにおける平面部５４の両端部が一対のエンドプレート４と係合することで、複数の電池１４を積層方向Ｘに挟み込む。また、拘束部材１２は、一対の腕部５６で電池積層体２、熱伝導層８および冷却プレート６を鉛直方向Ｚに挟み込む（図６参照）。つまり、拘束部材１２は、複数の電池１４を締結する機能と、電池積層体２と冷却プレート６とを締結する機能とを兼ね備えている。したがって、電池積層体２と冷却プレート６とは、従来の構造とは異なり、ねじで非締結である。

一対の腕部５６によって電池積層体２、熱伝導層８および冷却プレート６が鉛直方向Ｚに挟み込まれた状態で、熱伝導層８は、電池積層体２および冷却プレート６に押圧されて、弾性変形または塑性変形する。これにより、電池積層体２と冷却プレート６との熱的な接続をより確実に得ることができる。また、電池積層体２全体の冷却の均一化を図ることができる。さらに、電池積層体２と冷却プレート６とのＸＹ平面方向のずれをより一層抑制することができる。

一例として、これらの組み付けが完了した後に、電池積層体２にバスバープレート２８が載置される。そして、各電池１４の出力端子２２にバスバー４２が取り付けられて、複数の電池１４の出力端子２２どうしが電気的に接続される。例えばバスバー４２は、溶接により出力端子２２に固定される。

バスバープレート２８の上面には、トップカバー６０が積層される。トップカバー６０により、電池１４の出力端子２２や弁部２４、バスバー４２等への結露水や塵埃等の接触が抑制される。トップカバー６０は、例えば絶縁性を有する樹脂からなる。トップカバー６０は、鉛直方向Ｚで外部接続端子４４と重なる位置に、端子部６２を有する。トップカバー６０は、例えばスナップフィットによりバスバープレート２８に固定される。トップカバー６０がバスバープレート２８に載置された状態で、外部接続端子４４と端子部６２とが接続される。

図３は、サイドセパレータ１０を水平方向Ｙから見た図である。図４は、サイドセパレータ１０を積層方向Ｘから見た図である。図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、サイドセパレータ１０の付勢部５３を含む領域を拡大して示す斜視図である。図６は、電池モジュール１のサイドセパレータ１０を含む領域を拡大して示す断面図である。図７は、電池モジュール１の付勢部５３を含む領域を拡大して示す断面図である。図６および図７では、電池１４の内部構造の図示を省略している。

サイドセパレータ１０は、上述の通り第１部分５０と、第２部分５１と、第３部分５２と、付勢部５３と、を有する。第１部分５０は、電池積層体２の側面に沿って電池１４の積層方向Ｘに延びる。拘束部材１２の平面部５４は、第１部分５０の外側で、電池積層体２の側面に沿って積層方向Ｘに延びる。したがって、第１部分５０は、電池積層体２の側面と拘束部材１２の平面部５４との間に介在する。これにより、各電池１４の側面と平面部５４とが電気的に絶縁される。

第１部分５０の電池積層体２側を向く面には、電池１４の側面に向かって突出する凸部７２が設けられる。本実施の形態では、鉛直方向Ｚに長い帯状の凸部７２が、積層方向Ｘおよび鉛直方向Ｚに所定の間隔をあけてマトリクス状に配列されている。各凸部７２は、サイドセパレータ１０が電池積層体２に組み付けられた状態で、各電池１４の側面に当接する。これにより、各電池１４と第１部分５０との間には隙間が形成される。

結露等に起因して電池１４の上面に生じる水は、重力により電池１４と第１部分５０との隙間を伝って電池１４の下面側に流れ落ちる。電池１４の下面側に流れた水は、拘束部材１２の下側の腕部５６や冷却プレート６等に付着する可能性がある。各電池１４の側面と第１部分５０との隙間が毛細管現象による水の移動を生じさせる大きさであった場合、電池１４の下面側に流れ落ちた水が毛細管現象によって隙間内で上方に延び拡がるおそれがある。この場合、出力端子２２と拘束部材１２の下部や冷却プレート６との間に水を介した導電経路が形成され、これらが短絡してしまうおそれがある。このような短絡を抑制するために、各電池１４と第１部分５０との間の隙間は、毛細管現象による水の移動を抑制する大きさに設定される。

第２部分５１は、第１部分５０の上端から電池積層体２側に突出し、電池積層体２の上面、言い換えれば電池１４の端子配置面２０ａと鉛直方向Ｚに所定の間隔をあけて延在する。拘束部材１２における平面部５４の上端から突出する腕部５６は、第２部分５１の外側で、電池積層体２の上面に沿って延在する。したがって、第２部分５１は、電池積層体２の上面と拘束部材１２の一方の腕部５６、つまり上側の腕部５６との間に介在する。これにより、各電池１４と一方の腕部５６とが電気的に絶縁される。

第２部分５１には、折り返し部６４が設けられる。折り返し部６４は、第２部分５１の電池積層体２側の先端から、水平方向Ｙにおける電池モジュール１の外側に向かって延びる。第２部分５１と折り返し部６４との間には鉛直方向Ｚに所定の間隔が設けられ、拘束部材１２の上側の腕部５６は、第２部分５１と折り返し部６４との間の空間に差し込まれる。したがって、上側の腕部５６の先端は、サイドセパレータ１０で包み込まれる。

また、第２部分５１には、ストッパ６６が設けられる。ストッパ６６は、第２部分５１の電池積層体２側の先端に設けられる凸部で構成される。ストッパ６６は、第２部分５１の電池１４側を向く面から電池１４側に突き出る。バスバープレート２８は、第２部分５１と対向する面に、水平方向Ｙにおける電池モジュール１の外側に向かって突出する凸部２８ａを有する。凸部２８ａはストッパ６６よりも下側に位置し、凸部２８ａとストッパ６６とは鉛直方向Ｚから見て少なくとも一部が重なる。バスバープレート２８の変位や変形によってバスバープレート２８の水平方向Ｙにおける端部が上方に変位すると、凸部２８ａとストッパ６６とが係合する。これにより、バスバープレート２８の変形や変位が規制される。

第３部分５２は、第１部分５０の下端から電池積層体２側に突出し、冷却プレート６の下側、つまり電池積層体２とは反対側の主表面に当接する。拘束部材１２における平面部５４の下端から突出する腕部５６は、第３部分５２の外側で、冷却プレート６の下側の主表面に沿って延在する。したがって、第３部分５２は、冷却プレート６と拘束部材１２の他方の腕部５６、つまり下側の腕部５６との間に介在する。これにより、冷却プレート６と他方の腕部５６とが電気的に絶縁される。

第３部分５２には、冷却プレート６の位置決め部７４が設けられる。位置決め部７４は、冷却プレート６の水平方向Ｙにおける端部の形状に対応する窪みを有する。電池積層体２、熱伝導層８および冷却プレート６の積層体に一対のサイドセパレータ１０が組み付けられた状態で、冷却プレート６の水平方向Ｙにおける端部が位置決め部７４に嵌め合わされる。冷却プレート６は、位置決め部７４に嵌め合わされることで、積層方向Ｘおよび水平方向Ｙにおいて位置決めされる。

付勢部５３は、鉛直方向Ｚにおける第１部分５０の一方の端部領域から電池積層体２側に突出する。本実施の形態の付勢部５３は、第１部分５０の上側の端部領域から電池積層体２側に突出している。付勢部５３は、電池積層体２の上面よりも上方において、電池積層体２側に突出する。サイドセパレータ１０が電池積層体２に組み付けられた状態で、付勢部５３は、鉛直方向Ｚにおける第１部分５０の他方の端部領域側、すなわち下方に複数の電池１４を付勢する。

本実施の形態の電池モジュール１では、電池積層体２と冷却プレート６とが鉛直方向Ｚに配列されている。また、冷却プレート６は、鉛直方向Ｚにおける第１部分５０の他方の端部領域側、つまり第１部分５０の下側に配置されている。よって、付勢部５３は、複数の電池１４を冷却プレート６に向けて付勢する。これにより、複数の電池１４は、鉛直方向Ｚにおいて互いの位置が揃えられる。

また、本実施の形態の付勢部５３は、複数の舌片部５３ａと、各舌片部５３ａに設けられる接触部５３ｂと、を有する。複数の舌片部５３ａは、積層方向Ｘに所定の間隔をあけて配列されて、第１部分５０から電池積層体２側に突出する。接触部５３ｂは、各舌片部５３ａの電池積層体２と対向する表面から電池積層体２側に突出する。付勢部５３は、電池積層体２に含まれる電池１４の数と同数の舌片部５３ａを有する。そして、各舌片部５３ａは、積層方向Ｘにおいて各電池１４に対応する位置に配置される。つまり、複数の舌片部５３ａは、各舌片部５３ａと各電池１４とが鉛直方向Ｚで重なるように配列されている。そして、各接触部５３ｂが各舌片部５３ａから各電池１４に向けて突出し、各電池１４に当接する。

本実施の形態の付勢部５３は、各電池１４の端子配置面２０ａに当接する。具体的には、各接触部５３ｂが各電池１４の端子配置面２０ａに当接する。付勢部５３が電池１４の端子配置面２０ａを鉛直方向Ｚに付勢することで、各電池１４の端子配置面２０ａの鉛直方向Ｚにおける位置ずれを規制することができる。

また、付勢部５３は、鉛直方向Ｚにおける第２部分５１と電池積層体２との間に延在する。付勢部５３の各舌片部５３ａと第２部分５１との間には、隙間Ｇ１が設けられる。また、各舌片部５３ａと各電池１４の端子配置面２０ａとの間には、隙間Ｇ２が設けられる。つまり、付勢部５３は、鉛直方向Ｚにおいて第２部分５１から離間し、また接触部５３ｂのみが端子配置面２０ａに当接している。したがって、付勢部５３は、舌片部５３ａの基端部（第１部分５０側の端部）を支点として鉛直方向Ｚに弾性変形することができる。

サイドセパレータ１０が電池積層体２に組み付けられた状態で、各電池１４の端子配置面２０ａによって接触部５３ｂが押し上げられることで、各舌片部５３ａは第２部分５１に近づく方向に弾性変形する。これにより、付勢部５３は、各電池１４を冷却プレート６に向けて付勢する付勢力Ｐを生じさせる。つまり、付勢部５３は、板ばねとして機能する。この付勢力Ｐが各電池１４に入力されることで、各電池１４の鉛直方向Ｚの変位が抑制される。また、車両の振動等によって電池１４が鉛直方向Ｚに変位しようとした場合、付勢部５３は鉛直方向Ｚに弾性変形して電池１４からの入力を吸収しながら端子配置面２０ａを押圧する。これにより、付勢部５３によって電池１４に過剰な負荷がかかることを回避することができる。

また、図８に示すように、付勢部５３は、封口板２０における接合部２１の内側の領域に当接する。図８は、電池１４と付勢部５３とが当接する様子を示す模式図である。つまり、付勢部５３の各接触部５３ｂは、各電池１４の接合部２１に非接触である。これにより、付勢部５３により発生する付勢力Ｐが接合部２１に直に入力されることを回避することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る電池モジュール１は、積層された複数の電池１４を有する電池積層体２と、電池積層体２に沿って電池１４の積層方向Ｘに延びる平面部５４を有し、複数の電池１４を積層方向Ｘに挟み込む金属製の拘束部材１２と、絶縁性を有し、拘束部材１２と電池積層体２とを絶縁するサイドセパレータ１０と、を備える。サイドセパレータ１０は、電池積層体２に沿って積層方向Ｘに延びるとともに電池積層体２と平面部５４との間に介在する第１部分５０と、平面部５４あるいは第１部分５０の面内方向で且つ積層方向Ｘと交わる第１方向における第１部分５０の一方の端部領域から電池積層体２側に突出し、第１方向における第１部分５０の他方の端部領域側に複数の電池１４を付勢する付勢部５３と、を有する。

このように、サイドセパレータ１０の付勢部５３によって各電池１４を付勢することで、拘束部材１２の拘束力を増大させずに各電池１４の位置ずれを抑制することができる。よって、各電池１４にかかる負荷の増大を抑制しながら各電池１４の位置ずれを抑制することができる。また、各電池１４の位置ずれを抑制できるため、各電池１４の電気的接続をより確実に維持することができ、電池モジュール１の信頼性を高めることができる。また、電池モジュール１が車両に搭載される場合に、車両の振動によって各電池１４の位置ずれが起こることを抑制することができる。よって、車載用として好適な電池モジュール１を提供することができる。また、各電池１４の膨張による負荷の増大と位置ずれとを抑制しながら、電池１４および電池モジュール１の高容量化を図ることができる。

また、従来の電池モジュールでは、拘束部材の上端部が電池積層体側に折り曲げられ、この折り曲げられた部分が各電池を押さえ付けることで、各電池の端子形成面の位置を規定していた。しかしながら、拘束部材で電池を押さえ付ける構造では、拘束部材と電池との間に絶縁シートを介在させたとしても、電池に対する拘束部材の絶縁距離を十分に確保することが困難であった。これに対し、本実施の形態に係る電池モジュール１では、金属製の拘束部材１２ではなく絶縁性のサイドセパレータ１０によって各電池１４を付勢している。これにより、電池１４に対する拘束部材１２の絶縁距離を確保しながら、電池１４の位置ずれを抑制することができる。

また、サイドセパレータ１０は、付勢部５３の弾性変形によって電池１４に付勢力Ｐを入力している。これにより、電池１４に過剰な負荷がかかることを回避することができる。また、各電池１４の寸法のばらつきも吸収することができる。

また、本実施の形態の付勢部５３は、積層方向Ｘにおいて各電池１４に対応する位置に配置される複数の舌片部５３ａと、各舌片部５３ａから各電池１４に向けて突出して各電池１４に当接する接触部５３ｂと、を有する。これにより、各電池１４の位置をより高精度に一致させることができる。また、各電池１４の寸法のばらつきをより確実に吸収することができる。また、本実施の形態の付勢部５３は、各電池１４の端子配置面２０ａに当接する。これにより、各電池１４の端子配置面２０ａの位置を揃えることができる。よって、各電池１４の電気的接続をより確実に維持することができる。

また、本実施の形態の電池モジュール１は、電池積層体２と第１方向に配列されるとともに第１方向における第１部分５０の他方の端部領域側に配置され、電池積層体２に熱的に接続される冷却プレート６を備える。そして、付勢部５３は、各電池１４を冷却プレート６に向けて付勢する。これにより、各電池１４が冷却プレート６に熱的に接続された状態を安定的に維持することができる。

また、本実施の形態の電池モジュール１は、電池積層体２と冷却プレート６との間に介在する絶縁性の熱伝導層８を備える。これにより、各電池１４の冷却効率を高めることができ、また各電池１４の冷却の均一化を図ることができる。また、電池積層体２および冷却プレート６のずれを抑制することができる。

また、拘束部材１２は、第１方向における平面部５４の両側の端部領域から電池積層体２側に突出し、電池積層体２および冷却プレート６を第１方向に挟み込む一対の腕部５６を有する。また、サイドセパレータ１０は、第１部分５０の一方（上側）の端部領域から電池積層体２側に突出するとともに電池積層体２と一方の腕部５６との間に介在する第２部分５１と、第１部分５０の他方（下側）の端部領域から電池積層体２側に突出するとともに冷却プレート６と他方の腕部５６との間に介在する第３部分５２と、を有する。そして、付勢部５３は、第１方向において第２部分５１と電池積層体２との間に延在する。

つまり、本実施の形態では、構造が簡単な拘束部材１２によって複数の電池１４の締結と、電池積層体２および冷却プレート６の締結とが実現される。これにより、電池積層体２と冷却プレート６とをねじ止めする場合に比べて、電池モジュール１の構造を簡素化することができる。また、電池モジュール１の部品点数を削減することができ、電池モジュール１の組み立ての簡略化を図ることができる。また、サイドセパレータ１０が第１部分５０、第２部分５１および第３部分５２を有することで、一対の腕部５６を有する拘束部材１２と電池積層体２および冷却プレート６とをより確実に絶縁することができる。また、第２部分５１および第３部分５２で挟まれる空間内で接触部５３ｂが電池１４を付勢している。これにより、拘束部材１２と電池１４との絶縁距離を稼ぐことができる。

また、各電池１４は、開口を有する外装缶１８と、外装缶１８の開口を塞ぐとともに一対の出力端子２２が配置される封口板２０と、外装缶１８の開口および封口板２０を固定する接合部２１と、を有する。そして、本実施の形態の付勢部５３は、封口板２０における接合部２１の内側の領域に当接する。これにより、付勢力Ｐが接合部２１に直に入力されることを回避することができる。よって、電池１４の破損を抑制することができる。

また、本実施の形態では、サイドセパレータ１０と拘束部材１２とは別体であり、且つサイドセパレータ１０は拘束部材１２に締結されていない。つまり、サイドセパレータ１０と拘束部材１２とは互いに固定されていない。また、サイドセパレータ１０は、電池積層体２にも締結されていない。これにより、電池１４の膨張等によって拘束部材１２が変形しても、サイドセパレータ１０が追従して変形することを抑制することができる。この結果、サイドセパレータ１０の破損を抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明した。前述した実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施の形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。設計変更が加えられた新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形それぞれの効果をあわせもつ。前述の実施の形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「本実施の形態の」、「本実施の形態では」等の表記を付して強調しているが、そのような表記のない内容でも設計変更が許容される。各実施の形態に含まれる構成要素の任意の組み合わせも、本発明の態様として有効である。図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。

（変形例１）
図９は、変形例１に係る電池モジュール１の冷却プレート６を含む領域を拡大して示す断面図である。図９では、電池１４の内部構造の図示を省略している。本変形例は、電池積層体２、熱伝導層８および冷却プレート６が拘束部材１２で拘束されていない点が実施の形態と異なる。具体的には、拘束部材１２は、第１方向における平面部５４の両側の端部領域から電池積層体２側に突出し、電池積層体２を第１方向に挟み込む一対の腕部５６を有する（図６も参照）。そして、付勢部５３は、一方の腕部５６と電池積層体２との間に配置され（図７も参照）、他方の腕部５６に向けて複数の電池１４を付勢する。

つまり、本変形例では、第３部分５２が第１部分５０の下端から電池積層体２側に突出し、電池積層体２の下面に当接する。拘束部材１２における平面部５４の下端から突出する腕部５６は、第３部分５２の外側で電池積層体２の下面に沿って延在する。したがって、付勢部５３によって下方に付勢される各電池１４は、下側の腕部５６によって支持される。このような構造によっても、複数の電池１４が鉛直方向Ｚにおいて位置ずれすることを抑制することができる。

（変形例２）
図１０は、変形例２に係る電池モジュール１の台座７６側の領域を拡大して示す断面図である。図１０では、電池１４の内部構造の図示を省略している。本変形例は、電池積層体２が冷却プレート６ではなく台座７６に載置されている点が実施の形態と異なる。具体的には、電池積層体２は、第１方向における他方の端部領域側が電池モジュール１を設置するための台座７６に向くようにして台座７６に載置される。そして、付勢部５３は、台座７６に向けて複数の電池１４を付勢する。

拘束部材１２は、第１部分５０の他方の端部領域側に位置する腕部５６を有しない。また、サイドセパレータ１０は、第３部分５２を有しない。したがって、付勢部５３によって他方の端部領域側に付勢される各電池１４は、台座７６によって支持される。台座７６は、例えば電池モジュール１が搭載される車両の車体である。このような構造によっても、複数の電池１４が鉛直方向Ｚにおいて位置がずれることを抑制することができる。また、この構造では、台座７６が冷却プレートとして機能し得る。なお、拘束部材１２は、台座７６側の端部が台座７６に固定されてもよい。また、台座７６と電池積層体２との間に絶縁シートを介在させてもよい。

（その他）
付勢部５３は、各電池１４の底面２３に当接して、端子配置面２０ａと対向する腕部５６に向けて電池１４を付勢してもよい。このような構造によっても、各電池１４の端子配置面２０ａの位置を揃えることができる。この場合、付勢部５３は、第３部分５２と電池積層体２との間に延在する。

また、電池モジュール１が備える電池１４の数は特に限定されない。エンドプレート４と拘束部材１２との締結構造は、特に限定されない。電池１４は、円筒状等であってもよい。電池積層体２と冷却プレート６との間の熱伝導と摩擦力とが十分に確保できる場合には、熱伝導層８を省略し、ＰＥＴやＰＣからなる絶縁シートを電池積層体２と冷却プレート６との間に介在させてもよい。

１ 電池モジュール、 ２ 電池積層体、 ６ 冷却プレート、 ８ 熱伝導層、 １０ サイドセパレータ、 １２ 拘束部材、 １４ 電池、 １８ 外装缶、 ２０ 封口板、 ２０ａ 端子配置面、 ２１ 接合部、 ２２ 出力端子、 ２３ 底面、 ５０ 第１部分、 ５１ 第２部分、 ５２ 第３部分、 ５３ 付勢部、 ５３ａ 舌片部、 ５３ｂ 接触部、 ５４ 平面部、 ５６ 腕部、 ７６ 台座。

Claims (8)

1. 積層された複数の電池を有する電池積層体と、
   前記電池積層体に沿って電池の積層方向に延びる平面部を有し、前記複数の電池を前記積層方向に挟み込む金属製の拘束部材と、
   絶縁性を有し、前記拘束部材と前記電池積層体とを絶縁するサイドセパレータと、を備え、
   前記サイドセパレータは、
   前記電池積層体に沿って前記積層方向に延びるとともに前記電池積層体と前記平面部との間に介在する第１部分と、
   前記平面部の面内方向で且つ前記積層方向と交わる第１方向における前記第１部分の一方の端部領域から前記電池積層体側に突出し、前記第１方向における前記第１部分の他方の端部領域側に前記複数の電池を付勢する付勢部と、を有し、
   前記付勢部は、前記積層方向において各電池に対応する位置に配置される複数の舌片部であって隣り合う各舌片部どうしが互いの間に介在する空間により互いに分離している複数の舌片部と、各舌片部から各電池に向けて突出して各電池に当接する接触部と、を有することを特徴とする電池モジュール。
2. 前記複数の電池はそれぞれ、一対の出力端子が配置される端子配置面と、前記端子配置面と対向する底面と、を有し、
   前記付勢部は、各電池の前記端子配置面または前記底面に当接する請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記電池積層体と前記第１方向に配列されるとともに前記第１方向における前記第１部分の他方の端部領域側に配置され、前記電池積層体に熱的に接続される冷却プレートを備え、
   前記付勢部は、前記複数の電池を前記冷却プレートに向けて付勢する請求項１または２に記載の電池モジュール。
4. 前記電池積層体と前記冷却プレートとの間に介在する絶縁性の熱伝導層を備える請求項３に記載の電池モジュール。
5. 前記拘束部材は、前記第１方向における前記平面部の両側の端部領域から前記電池積層体側に突出し、前記電池積層体および前記冷却プレートを前記第１方向に挟み込む一対の腕部を有し、
   前記サイドセパレータは、前記第１部分の前記一方の端部領域から前記電池積層体側に突出するとともに前記電池積層体と一方の前記腕部との間に介在する第２部分と、前記第１部分の前記他方の端部領域から前記電池積層体側に突出するとともに前記冷却プレートと他方の前記腕部との間に介在する第３部分と、を有し、
   前記付勢部は、前記第２部分と前記電池積層体との間に延在する請求項３または４に記載の電池モジュール。
6. 前記拘束部材は、前記第１方向における前記平面部の両側の端部領域から前記電池積層体側に突出し、前記電池積層体を前記第１方向に挟み込む一対の腕部を有し、
   前記付勢部は、一方の前記腕部と前記電池積層体との間に配置され、他方の前記腕部に向けて前記複数の電池を付勢する請求項１または２に記載の電池モジュール。
7. 前記電池積層体は、前記第１方向における前記他方の端部領域側が前記電池モジュールを設置するための台座に向くようにして前記台座に載置され、
   前記付勢部は、前記台座に向けて前記複数の電池を付勢する請求項１または２に記載の電池モジュール。
8. 前記複数の電池はそれぞれ、開口を有する外装缶と、前記開口を塞ぐ封口板と、前記開口および前記封口板を固定する接合部と、を有し、
   前記付勢部は、前記封口板における前記接合部の内側の領域に当接する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電池モジュール。

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