WO2012057322A1 - 組電池及びこれを用いた車両 - Google Patents

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separator
sub
bus bar
rectangular
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新吾 越智
敦士 藤田
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三洋電機株式会社
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    • H01M10/658Means for temperature control structurally associated with the cells by thermal insulation or shielding
    • HELECTRICITY
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery assembly including a battery stack in which a plurality of rectangular battery cells are stacked with a separator interposed therebetween, and a vehicle using the same, and in particular, mounted on an electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle to run the vehicle
  • the present invention relates to an assembled battery most suitable for a power supply for supplying electric power to a motor and a vehicle using the same.
  • a large-capacity power supply device used in in-vehicle applications and the like, a large number of battery cells are connected in series to increase the output voltage and increase the output power. Further, in order to increase the charge capacity with respect to the volume, a power supply device has been developed, in which battery cells are formed from cylindrical to square, and a large number of rectangular battery cells are stacked to form a battery stack (see Patent Document 1).
  • a power supply apparatus since the outer case of the rectangular battery cell is made of metal and has a potential in some cases, an insulating separator is interposed between the adjacent rectangular battery cells to prevent short circuiting during stacking. The configuration is adopted.
  • the separator is made of resin such as plastic and is formed to have substantially the same size as the rectangular battery cell.
  • each rectangular battery cell is provided with an electrode terminal on the upper surface, and after the separator and the rectangular battery cell are stacked to form a battery laminate, these electrode terminals need to be connected to each other by a bus bar.
  • the electrode terminal is formed in a cylindrical screw shape, and a screw hole for screwing this screw is formed on the one of the bus bars.
  • the screw holes of the bus bar are deviated due to positional deviation or the like at the time of stacking, the electrode terminals can not be inserted and can not be connected to the bus bar.
  • the present invention has been made in view of the conventional problems as described above, and a main object thereof is to provide a power supply device capable of facilitating the assembly and positioning operation of a separator.
  • a plurality of rectangular battery cells 1 each having an outer shape having a thickness thinner than a width, and the plurality of rectangular shapes And a separator body 20 for insulating the square battery cells 1 from each other by interposing the main surfaces of the battery stack 10 stacked so that the main surfaces of the battery cells 1 face each other.
  • the separator body 20 includes a plurality of spacer plates 2 formed in substantially the same size as the main surface of the square battery cell 1, and the plurality of spacer plates 2 as the square battery
  • the first sub-separator 21 is provided with a fixing portion 23 for fixing the cell 1 in the stacking direction in a separated state, and the space between the spacer plates 2 inserts the square battery cell 1. It can be formed in the size that can be done.
  • the assembly operation of the battery stack can be simplified, and further, By fixing the shape of the first sub-separator in advance, the positioning can be achieved regardless of the lamination of the rectangular battery cells, and the advantage that the fixing of the bus bar is facilitated can be obtained.
  • the fixing portion 23 can cover the bottom surface of the battery stack 10.
  • the fixing portion 23 can at least partially cover the top surface of the battery stack 10. This has the advantage that the operation of inserting the spacer plate into the gap between the rectangular battery cells placed can be easily performed.
  • the separator body 20 further includes the bus bar BB for connecting the electrode terminals provided on the upper surface of the rectangular battery cell 1. And an insulating second sub-separator 22 provided on the upper surface of the battery assembly, the bus bar BB being fixed in a positioned state, and the second sub-separator 22 is connected to the first sub-separator 21.
  • the electrode terminals can be connected to each other by the bus bar BB.
  • the bus bar can be positioned by the second sub-separator, and when connecting the bus bar to the electrode terminals, connecting the second sub-separator to the separator has an advantage that the connection between both can be extremely easily performed. can get.
  • the second sub-separator 22 is divided by the second sub-separator main body 25 and the upper surface of the second sub-separator main body 25 to fix the bus bar BB. It can be constituted by the bus bar portion.
  • the second sub-separator is further divided into a second sub-separator main body located in the center row, a first bus bar portion which is divided left and right by the upper surface of the second sub-separator main body, and a second bus bar portion It can be configured.
  • the bus bar portion can be further divided into a plurality of bus bar blocks 29.
  • the bus bars can be divided into easy-to-handle numbers, and an advantage can be obtained that the task of fixing the bus bars can be performed more easily.
  • the second sub-separator main body 25 can be further divided into a plurality of sub-separator blocks 28.
  • the spacer plate can be divided into an easy-to-use number, and an advantage can be obtained that the operation of inserting the rectangular battery cells between the spacer plates can be performed more easily.
  • the bus bar BB can be insert-molded on the second sub-separator 22. This provides the advantage that the bus bar can be firmly fixed.
  • the bus bar BB can be outsert-formed on the second sub-separator 22. This provides the advantage of reducing the cost of fixing the bus bars.
  • a pair of arranged end plates 3 and a bind bar 4 for fastening the end plates 3 to each other on the end face of the battery stack 10 can be provided.
  • the end plates can be connected by the bind bar to fix the battery stack.
  • any of the power supply devices described above can be provided.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a battery pack according to a first embodiment. It is a disassembled perspective view of the assembled battery of FIG. It is an expansion perspective view which shows the square battery cell of FIG.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view showing a battery pack according to a second embodiment.
  • FIG. 13 is an exploded perspective view showing a battery pack according to a third embodiment.
  • FIG. 14 is an exploded perspective view showing a battery pack according to a fourth embodiment.
  • FIG. 18 is an exploded perspective view showing a battery pack according to a fifth embodiment. It is a block diagram showing an example which mounts a battery system in a hybrid car which runs with an engine and a motor. It is a block diagram which shows the example which mounts a battery system in the electric vehicle which drive
  • each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and one member is used in common as a plurality of elements, or conversely, the function of one member is realized by a plurality of members It can be shared and realized.
  • the contents described in some examples and embodiments may be applicable to other examples and embodiments.
  • the assembled battery which concerns on Example 1 is shown in the perspective view of FIG. 1, and the disassembled perspective view of FIG.
  • the battery assembly 100 shown in these figures includes a battery stack 10 in which a plurality of rectangular battery cells 1 and spacer plates 2 are stacked, an end plate 3 covering the end face of the battery stack 10, and a binding for fastening the end plates 3 to each other. And a bar 4.
  • the battery assembly 100 has a substantially box-like appearance, and a large number of rectangular battery cells 1 are stacked, and held by the end plates 3 from both end faces via the bind bars 4.
  • the battery stack 10 is configured by laminating a plurality of square battery cells 1 via the spacer plate 2.
  • 18 rectangular battery cells 1 are stacked and connected in series. (Square battery cell 1)
  • the rectangular battery cell 1 is composed of an outer can 1A having a rectangular shape whose thickness is thinner than the width, and a sealing plate for closing the top surface of the outer can 1A, that is, the outer can 1A.
  • a positive and negative electrode terminal is provided at 1B.
  • the positive electrode terminal 1D and the negative electrode terminal 1C are provided at the end of the sealing plate 1B.
  • the electrode terminals are electrically connected via the bus bar BB.
  • positive and negative electrode terminals are connected by the bus bar BB and connected in series.
  • a battery system in which adjacent rectangular battery cells 1 are connected in series with each other can increase the output voltage to increase the output. However, the battery system can also connect adjacent rectangular battery cells in parallel.
  • a safety valve 1E is provided at the center of the sealing plate 1B.
  • the safety valve opens to release the gas when the internal pressure of the outer can 1A rises.
  • a gas duct (not shown) is connected to the safety valve 1E so as to discharge the gas safely.
  • the surface of the rectangular battery cell 1 excluding the top surface is subjected to insulation processing. Specifically, the surface of the rectangular battery cell 1 except for the top and bottom surfaces is covered with a covering film.
  • the square battery cell 1 is a square battery of a lithium ion secondary battery.
  • the rectangular battery cell can also be a secondary battery such as a nickel hydrogen battery or a nickel cadmium battery. (End plate 3)
  • a pair of end plates 3 is disposed on both end faces of the battery stack 10 in which the rectangular battery cells 1 and the spacer plates 2 are alternately stacked, and the battery stack 10 is fastened by the pair of end plates 3 .
  • the end plate 3 of FIG. 2 has a structure in which a metal plate 32 made of metal such as aluminum is laminated on the outside of a main body 31 made of plastic. However, the end plate may be entirely made of metal or entirely formed of plastic.
  • the end plate 3 is provided with projections 33 for fitting the bind bars 4 at the four corners of the surface of the outer metal plate 32.
  • the bind bar 4 functions as a fastening means for fastening the rectangular battery cell 1.
  • both ends of the frame-shaped metal plate are bent in a U-shape in top view to form a bent piece 41, and a slit 42 for fitting with the projection 33 provided on the end plate 3 is used as the bent piece 41. It is open. Furthermore, a pin hole 43 into which the locking pin 34 provided on the end plate 3 is inserted is also open.
  • the bind bar 4 fastens the side surfaces so that the end plate 3 sandwiches the laminated body of the rectangular battery cell 1 and the spacer plate 2 from both end faces. Specifically, the bind bar 4 is inserted into the slit 42 opened in the bent piece 41 by inserting the projection 33 of the end plate 3 into the rectangular battery cell 1 with the spacer plate 2 interposed therebetween. Hold with plate 3 and fix.
  • the structure for fixing the bind bar 4 to the end plate 3 is not limited to the above.
  • a known fixing structure such as a structure for screwing the bind bar to the end plate using a set screw can be appropriately used.
  • the battery stack 10 sandwiches the spacer plate 2 between the stacked rectangular battery cells 1.
  • the plurality of rectangular battery cells 1 are stacked so that the main surfaces face each other, and the spacer plate 2 is interposed between the main surfaces to insulate between the rectangular battery cells 1.
  • the spacer plate 2 is not separately inserted between the rectangular battery cells, but uses an integrally configured separator body 20.
  • the separator body 20 is divided into a plurality of sub-separators. In the first embodiment shown in FIG. 2, the first sub separator 21 and the second sub separator 22 are divided into two. (First sub-separator 21)
  • the first sub-separator 21 is composed of a plurality of spacer plates 2 which are substantially parallel and spaced at substantially equal intervals, and a fixing portion 23 which fixes the spacer plate 2.
  • the spacer plate 2 corresponds to a conventional single type separator, and is inserted between the rectangular battery cells 1 to electrically and thermally insulate between them. For this reason, the spacer plate 2 is formed to have substantially the same size as the main surface of the rectangular battery cell 1. Furthermore, the spacer plate 2 is not flat but has a shape that is continuously bent in a U-shape in cross section so that a gap is generated in a state where the rectangular battery cell 1 and the spacer plate 2 are in contact with each other.
  • the rectangular battery cell 1 can be cooled by passing a cooling gas such as air through the gap.
  • a cooling gas such as air
  • a cooling gap for cooling the rectangular battery cell 1 can be formed between the spacer plate 2 and the rectangular battery cell 1 when the battery cells 1 are stacked.
  • a forced air blowing mechanism is provided (not shown).
  • the first sub-separator 21 can also be used as a cooling plate. That is, instead of air cooling, the bottom of battery stack 10 is brought into contact with the first sub-separator, which is a cooling plate, and this cooling plate is cooled by a refrigerant or the like, so that battery stack 10 is directly cooled. Good.
  • the cooling plates can be formed like the base portion 21A, and the battery cells can be arranged side by side.
  • the spacer plate 2 is a flat one and is inserted between the rectangular battery cells 1.
  • the rectangular battery cells 1 may be electrically and thermally isolated.
  • the fixing portion 23 fixes the spacer plate 2 so that the distance between the spacer plates 2 is such that the rectangular battery cell 1 can be inserted.
  • the fixing portion 23 is formed in a size that covers the bottom surface of the battery stack 10.
  • the first sub-separator 21 forms the battery stack 10 by inserting the rectangular battery cell 1 between the spacer plates 2 from the upper side or from the left and right.
  • the first sub-separator 21 is preferably integrally formed of an insulating material such as a resin. Thereby, the rectangular battery cell 1 can be reliably positioned and stacked.
  • fixing portion 23 on the bottom surface of rectangular battery cell 1
  • rectangular battery cell 1 can be aligned in the height direction
  • sealing plate 1B on the top surface is arranged almost on the same plane to fix bus bar BB.
  • the conventional battery laminate does not have a member for supporting and restricting the rectangular battery cell in the vertical direction, so the upper and lower surfaces may not be aligned, so that fixing with the bus bar or contact with the cooling plate at the bottom surface It was not easy to make it constant.
  • the battery pack in the case of an assembled battery for vehicle use, even if the battery pack is narrowed by the bind bar, it may be displaced in the vertical direction due to vibration or shock, and there is also a possibility that the reliability may be deteriorated if the use period is extended.
  • the rectangular battery cell 1 since the rectangular battery cell 1 is mounted on the upper surface of the fixing portion 23, there is almost no possibility of such positional deviation, and the rectangular battery cell 1 is stably maintained for a long period of time. The advantage of being able to hold in a fixed posture is obtained.
  • the upper surface of the battery stack 10 is covered with the second sub-separator 22 in a state in which the lower surface side of the battery stack 10 is supported by the first sub-separator 21.
  • the second sub-separator 22 covers the upper surface of the rectangular battery cell 1 and holds a plurality of bus bars BB connecting the electrode terminals between the rectangular battery cells 1.
  • Bus bar BB is preferably fixed in advance to second sub-separator 22. Accordingly, by connecting and fixing the second sub-separator 22 to the first sub-separator 21, the bus bar BB can be fixed at the same time. In particular, since each rectangular battery cell 1 is held in a state of being positioned by the first sub-separator 21, the bus bar BB is similarly held in the positioning state by the second sub-separator 22 to connect these, Each bus bar BB can be arranged at a predetermined position of the rectangular battery cell 1, and an advantage can be obtained that the work of fixing the bus bar BB can be largely saved.
  • the bus bar BB can be fixed to the second sub separator 22 by, for example, insert molding or outsert molding.
  • the second sub-separator 22 opens the gas discharge port 24 at a position corresponding to the safety valve 1 E of the rectangular battery cell 1 in the center row thereof.
  • the gas discharge port 24 is connected to a gas duct (not shown) and discharged, for example, out of the vehicle.
  • bus bars BB are fixed to both sides of the central row provided with the gas discharge ports 24 respectively.
  • the second sub-separator 22 and the gas duct can be integrally molded and disposed.
  • the present invention is not limited to this configuration, and the spacer plate may be fixed to the second sub-separator.
  • Example 2 Such an example is shown as Example 2 in FIG.
  • the separator body 20 is divided into a first sub-separator 21 and a second sub-separator 22.
  • the first sub-separator 21 is constituted only by a base portion 21A corresponding to a fixing portion.
  • the second sub-separator 22 has a fixing portion 23 for fixing the spacer plate 2 and projects the spacer plates 2 from below in a posture in which the plurality of spacer plates 2 are separated.
  • the other configuration is almost the same as that shown in FIG. 2, and the same members are denoted by the same reference numerals and the detailed description will be omitted.
  • the second sub-separator 22 may be divided into a plurality of members.
  • Example 3 The battery assembly 300 shown in this figure divides the left and right members into a first bus bar portion 26 and a second bus bar portion 27 from the center row provided with the gas discharge ports 24 at the upper portion of the second sub-separator main body 25. ing.
  • Each of the first bus bar portion 26 and the second bus bar portion 27 fixes the bus bar BB.
  • the bus bar BB is fixed by insert molding or outsert molding, while the second sub separator body 25 can be formed by ordinary resin molding.
  • the production efficiency of the sub-separator can be enhanced.
  • conduction with the rectangular battery cell can be separately performed on the positive electrode side and the negative electrode side, and while electrical connection can be reliably performed, the positive electrode side and the negative electrode side can be simultaneously performed. It is also advantageous in that unexpected short circuiting at the time of connection can be avoided and the safety at the time of assembly can be reliably ensured. (Example 4)
  • first bus bar portion 26, the second bus bar portion 27, and the second sub-separator main body 25 may not only be integrally formed, but also may be divided. Such an example is shown as Example 4 in FIG.
  • the second sub-separator main body 25 is divided into a plurality of sub-separator blocks 28, and the first bus bar portion 26 and the second bus bar portion 27 are each divided into a plurality of bus bar blocks 29 ing.
  • sub-separator block 28 is divided into four spacer plates 2 and three gas discharge ports 24 so that three rectangular battery cells 1 can be accommodated, and four sub-separator blocks 28 are separated.
  • the second sub-separator main body 25 is configured.
  • the bus bar block 29 is also divided into units for fixing the four bus bars BB, and the four bus bar blocks 29 are coupled to form the first bus bar portion 26 and the second bus bar portion 27 respectively.
  • another member can also be added in an end surface.
  • the end face bus bar portion 29B is connected to the end face of the first bus bar portion 26 and the second bus bar portion 27, and the end face separator 29C is connected to the end face of the second sub separator body 25.
  • FIG. 6 is an example, and the number of square battery cells included in the sub separator block 28 and the bus bar block 29 can be appropriately changed to 2 or less or 4 or more. (Example 5)
  • the bus bar is fixed to the bus bar block 29 by insert molding, but it is needless to say that the present invention is not limited to this example and may be fixed by outsert molding.
  • FIG. 7 Such an example is shown in FIG. 7 as an assembled battery 500 according to the fifth embodiment.
  • insert molding by fixing the bus bar BB in the resin of the bus bar block 29, strong fixation is possible.
  • outsert molding since the bus bar BB can be fixed after resin molding of the bus bar block 29, the manufacturing cost can be reduced.
  • an appropriate type is appropriately selected according to the required specification.
  • FIG. 8 shows a vehicle equipped with a battery system for vehicles, and shows an example of a hybrid vehicle HV which travels with both an engine and a motor.
  • the hybrid vehicle shown in this figure includes an engine 96 for driving the vehicle and a motor 93 for traveling, a battery system 91 for supplying power to the motor 93, and a generator 94 for charging the battery of the battery system 91.
  • the battery system 91 is connected to the motor 93 and the generator 94 via a DC / AC inverter 95.
  • the hybrid vehicle travels with both the motor 93 and the engine 96 while charging and discharging the battery of the battery system 91.
  • the motor 93 is driven in a region where the engine efficiency is low, for example, at the time of acceleration or low speed traveling to drive the vehicle.
  • the motor 93 is powered by the battery system 91 and driven.
  • the generator 94 is driven by the engine 96 or driven by regenerative braking when the vehicle is braked to charge the battery of the battery system 91.
  • FIG. 9 shows a vehicle equipped with a battery system for the vehicle, and shows an example of an electric vehicle EV which travels only with a motor.
  • the electric vehicle shown in this figure includes a traveling motor 93 for traveling the vehicle, a battery system 92 supplying power to the motor 93, and a generator 94 charging the battery of the battery system 92.
  • the battery system 92 is connected to the motor 93 and the generator 94 via a DC / AC inverter 95.
  • the motor 93 is powered by the battery system 92 and driven.
  • the generator 94 is driven by energy when regeneratively braking the vehicle to charge the battery of the battery system 92.
  • the assembled battery according to the present invention and a vehicle using the same can be suitably used as a power supply device for a plug-in hybrid electric vehicle, a hybrid electric vehicle, an electric vehicle or the like capable of switching between the EV travel mode and the HEV travel mode.
  • Bind bar 10 battery laminate 20: separator body 21: first sub-separator; 21A: base portion 22: second sub-separator 23: fixing portion 24: gas outlet 25: second sub-separator main body 26: first bus bar portion 27 ... second bus bar portion 28 ... sub separator block 29 ... bus bar block 29 B ... end face bus bar portion 29 C ... end face separator 31 ... body portion 32 ... metal plate 33 ... protrusion 34 ... locking pin 41 ... bent piece 42 ... slit 43 ... Pin holes 91, 92: Battery system 93: Motor 94: Generator 95: Inverter 96: Engine BB: Bus bar H , EV ... vehicle

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Abstract

【課題】セパレータの組み立てや位置決め作業を容易に行えるようにする。 【解決手段】外形を、幅よりも厚さを薄くした角形とする複数の角形電池セル1と、複数の角形電池セル1の、主面同士が対向する姿勢となるように積層する電池積層体10の、該主面同士の間に介在させて、該角形電池セル1間を絶縁するためのセパレータ体20と、を備える組電池であって、セパレータ体20は、角形電池セル1の主面と略等しい大きさに形成された複数のスペーサ板2と、複数のスペーサ板2を、角形電池セル1の積層方向に離間させた状態に固定するための固定部23と、で構成された第一サブセパレータ21を備えており、各スペーサ板2同士の隙間は、角形電池セル1を挿入できる大きさに形成する。

Description

組電池及びこれを用いた車両
 本発明は、複数の角形電池セルをセパレータを挟んで積層した電池積層体を備える組電池及びこれを用いた車両に関し、特にハイブリッド車や電気自動車等の電動車両に搭載されて、車両を走行させるモータに電力を供給する電源に最適な組電池及びこれを用いた車両に関する。
 車載用途等で用いられる大容量の電源装置は、多数の電池セルを直列に接続して出力電圧を高く、出力電力を大きくしている。また、体積に対する充電容量を大きくすることから、電池セルを円筒形から角形とし、角形電池セルを多数、積層して電池積層体とした電源装置が開発されている(特許文献1参照)。このような電源装置では、角形電池セルの外装缶が金属製であって場合によっては電位を持つことから、積層時に隣接する角形電池セル間で短絡しないよう、間に絶縁性のセパレータを介在させる構成が採用されている。セパレータはプラスチックなどの樹脂製で、角形電池セルとほぼ同じ大きさに形成されている。
特開2010-86887号公報 特開2009-272234号公報 特開2010-55908号公報
 しかしながら、従来はセパレータを一枚ごとに角形電池セルと重ね合わせて積層していたため、組み立て作業が繁雑になるという問題があった。
 また、各角形電池セルは上面に電極端子を設けており、セパレータと角形電池セルとを積層して電池積層体を構成した後、これら電極端子をバスバーで互いに連結する必要がある。このため電極端子を円筒のねじ状に形成し、一方バスバーにこのねじを螺合するねじ穴を形成する。しかしながら、積層時の位置ずれ等によって、バスバーのねじ穴がずれると、電極端子を挿入できなくなり、バスバーと接続できなくなることがあった。
 一方で、セパレータを、角形電池セル2枚を被覆できるように、角形電池セルの幅方向に一体的に成形した組電池も開発されている(特許文献2、3)。このセパレータは、組み付け作業を一部簡素化できるものの、依然として角形電池セルの積層方向には、複数枚のセパレータを積層する必要があることには変わりなく、この点において組み立て作業の労力は軽減されず、また複数枚の積層を繰り返すことによる位置ずれが生じるという問題があった。
 本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、セパレータの組み立てや位置決め作業を容易に行えるようにした電源装置を提供することにある。
課題を解決するための手段及び発明の効果
 上記の目的を達成するために、本発明の第1の側面に係る組電池によれば、外形を、幅よりも厚さを薄くした角形とする複数の角形電池セル1と、前記複数の角形電池セル1の、主面同士が対向する姿勢となるように積層する電池積層体10の、該主面同士の間に介在させて、該角形電池セル1間を絶縁するためのセパレータ体20と、を備える組電池であって、前記セパレータ体20は、前記角形電池セル1の主面と略等しい大きさに形成された複数のスペーサ板2と、前記複数のスペーサ板2を、前記角形電池セル1の積層方向に離間させた状態に固定するための固定部23と、で構成された第一サブセパレータ21を備えており、各スペーサ板2同士の隙間は、前記角形電池セル1を挿入できる大きさに形成できる。これにより、第一サブセパレータのスペーサ板を複数枚予め固定しておくことで、角形電池セルをこれらスペーサ板同士の間の隙間に挿入することにより電池積層体の組み立て作業を簡素化でき、さらに第一サブセパレータの形状は予め固定されていることで、角形電池セルの積層によらず位置決めが図られ、バスバーの固定等が容易になる利点が得られる。
 また、第2の側面に係る組電池によれば、前記固定部23が、電池積層体10の底面を覆うことができる。これにより、固定部上に角形電池セルを挿入する作業を容易に行える利点が得られる。
 さらに、第3の側面に係る組電池によれば、前記固定部23が、電池積層体10の天面を少なくとも部分的に覆うことができる。これにより、載置された角形電池セル同士の隙間にスペーサ板を挿入する作業を容易に行える利点が得られる。
 さらにまた、第4の側面に係る組電池によれば、さらに前記角形電池セル1の上面に設けられた電極端子同士を連結するためのバスバーBBを備えており、前記セパレータ体20は、さらに、前記バスバーBBが位置決め状態で固定された、前記電池集合体の上面に設けられる絶縁性の第二サブセパレータ22を備えており、前記第二サブセパレータ22を前記第一サブセパレータ21に連結することにより、前記バスバーBBで前記電極端子同士を接続するよう構成できる。これにより、第二サブセパレータでバスバーを位置決めすることができ、バスバーを電極端子同士を接続する際には、第二サブセパレータをセパレータに連結することにより、両者の接続を極めて容易に行える利点が得られる。
 さらにまた、第5の側面に係る組電池によれば、前記第二サブセパレータ22は、第二サブセパレータ本体25と、前記第二サブセパレータ本体25の上面で分割され、前記バスバーBBを固定してなるバスバー部で構成できる。これにより、第二サブセパレータを、バスバーを含む部位で分割することにより、バスバーを角形電池セルに固定する作業を容易にかつ安全に行える利点が得られる。なお第二サブセパレータはさらに、中央列に位置する第二サブセパレータ本体と、第二サブセパレータ本体の上面で左右に分割され、それぞれがバスバーを固定する第一バスバー部と、第二バスバー部で構成できる。
 さらにまた、第6の側面に係る組電池によれば、前記バスバー部をさらに、複数のバスバーブロック29に分割できる。これにより、多数の角形電池セルを積層する場合であっても、扱いやすい数にバスバーを分割でき、バスバーを固定する作業を一層容易に行える利点が得られる。
 さらにまた、第7の側面に係る組電池によれば、前記第二サブセパレータ本体25をさらに、複数のサブセパレータブロック28に分割できる。これにより、多数の角形電池セルを積層する場合であっても、扱いやすい数にスペーサ板を分割でき、スペーサ板の間に角形電池セルを挿入する作業を一層容易に行える利点が得られる。
 さらにまた、第8の側面に係る組電池によれば、前記バスバーBBを、前記第二サブセパレータ22にインサート成形できる。これにより、バスバーを強固に固定できる利点が得られる。
 さらにまた、第9の側面に係る組電池によれば、前記バスバーBBを、前記第二サブセパレータ22にアウトサート成形できる。これにより、バスバーを固定するコストを削減できる利点が得られる。
 さらにまた、第10の側面に係る組電池によれば、さらに前記複数の角形電池セル1を、前記スペーサ板2を交互に介在させた状態で積層した電池積層体10の、積層方向の端面に配置された一対のエンドプレート3と、前記電池積層体10端面で前記エンドプレート3同士を締結するためのバインドバー4と、を備えることができる。これにより、バインドバーでエンドプレート同士を連結して電池積層体を固定できる。
 さらにまた第11の側面に係る電源装置を備える車両によれば、上記いずれかの電源装置を備えることができる。
実施例1に係る組電池を示す斜視図である。 図1の組電池の分解斜視図である。 図1の角形電池セルを示す拡大斜視図である。 実施例2に係る組電池を示す分解斜視図である。 実施例3に係る組電池を示す分解斜視図である。 実施例4に係る組電池を示す分解斜視図である。 実施例5に係る組電池を示す分解斜視図である。 エンジンとモータで走行するハイブリッド車にバッテリシステム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バッテリシステムを搭載する例を示すブロック図である。
 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組電池及びこれを用いた車両を例示するものであって、本発明は組電池及びこれを用いた車両を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。
(実施例1)
 実施例1に係る組電池を図1の斜視図及び図2の分解斜視図に示す。これらの図に示す組電池100は、複数の角形電池セル1とスペーサ板2を積層した電池積層体10と、電池積層体10の端面を覆うエンドプレート3と、エンドプレート3同士を締結するバインドバー4とを備える。この組電池100は、図1に示すように外観をほぼ箱形とし、角形の角形電池セル1を多数積層し、両端面からエンドプレート3で、バインドバー4を介して狭持している。電池積層体10は、図2の分解斜視図に示すように、角形の角形電池セル1を複数、スペーサ板2を介して積層して構成される。図1、図2の電池積層体10の例では、18個の角形電池セル1を積層し、直列に接続している。
(角形電池セル1)
 角形電池セル1は、図3に示すようにその外形を、幅よりも厚さを薄くした角形とする外装缶1Aで構成され、外装缶1Aの天面、すなわち外装缶1Aを閉塞する封口板1Bに正負の電極端子を設けている。この例では、封口板1Bの端部に正極端子1D、負極端子1Cを設けている。電極端子同士は、バスバーBBを介して電気的に接続している。積層される角形電池セル1は、正負の電極端子をバスバーBBで連結して互いに直列に接続している。隣接する角形電池セル1を互いに直列に接続するバッテリシステムは、出力電圧を高くして出力を大きくできる。ただ、バッテリシステムは、隣接する角形電池セルを並列に接続することもできる。
 封口板1Bの中央には、安全弁1Eを設けている。安全弁は、外装缶1Aの内圧が上昇したときに開弁して、ガスを放出する。また、この際にガスを安全に排出するよう、安全弁1Eにはガスダクト(図示せず)が連結される。さらに角形電池セル1の天面を除く面は、絶縁処理される。具体的には、角形電池セル1の天面及び底面を除く面を、被覆フィルムで表面を被覆する。この角形電池セル1は、リチウムイオン二次電池の角形電池としている。ただ、角形電池セルは、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の二次電池とすることもできる。
(エンドプレート3)
 また、角形電池セル1とスペーサ板2とを交互に積層した電池積層体10の両端面には一対のエンドプレート3を配置して、一対のエンドプレート3で電池積層体10を締結している。図2のエンドプレート3は、プラスチックを成形して製作している本体部31の外側に、アルミニウムなどの金属で製作している金属プレート32を積層する構造としている。ただ、エンドプレートは、全体を金属で製作することもでき、あるいは全体をプラスチックで成形することもできる。エンドプレート3は、外側の金属プレート32表面の四隅部に、バインドバー4を嵌合する突起33を設けている。さらに内側の本体部31には、金属プレート32を位置決めすると共に、バインドバー4のスリット42にエンドプレート3の突起33を嵌入させた状態で、バインドバー4が回転することを阻止するための周り止めピン34を設けている。
(バインドバー4)
 一方バインドバー4は、角形電池セル1を締結する締結手段として機能する。この例では、枠状の金属板の両端を上面視コ字状に折曲して折曲片41として、エンドプレート3に設けた突起33と嵌合するためのスリット42を折曲片41に開口している。さらに、エンドプレート3に設けられた周り止めピン34を挿入するピン穴43も開口している。
 バインドバー4は、角形電池セル1とスペーサ板2との積層体を両端面からエンドプレート3で狭持するよう、側面を締結する。具体的には、バインドバー4は、折曲片41に開口したスリット42に、エンドプレート3の突起33を嵌入させることで、角形電池セル1をスペーサ板2を介在させて積層した状態にエンドプレート3で狭持して固定する。
 なお、バインドバー4をエンドプレート3に固定する構造は、上記に限られず、例えば止めねじを用いてバインドバーをエンドプレートに螺合する構造など、既知の固定構造が適宜利用できる。
(セパレータ体20)
 電池積層体10は、積層している角形電池セル1の間にスペーサ板2を挟着している。複数の角形電池セル1は、主面同士が対向する姿勢となるように積層され、これら主面同士の間にスペーサ板2が介在されて、角形電池セル1間を絶縁する。ここではスペーサ板2は、個別に角形電池セルの間に挿入されるのでなく、一体的に構成されたセパレータ体20を用いる。またセパレータ体20は、複数のサブセパレータに分割されている。図2に示す実施例1では、第一サブセパレータ21と、第二サブセパレータ22に二分割されている。
(第一サブセパレータ21)
 第一サブセパレータ21は、複数枚をほぼ平行に、ほぼ等間隔に離間させたスペーサ板2と、このスペーサ板2を固定する固定部23とで構成される。スペーサ板2は、従来の単体型のセパレータに相当し、角形電池セル1間に挿入されてこれらの間を電気的、熱的に絶縁する。このためスペーサ板2は、角形電池セル1の主面とほぼ等しい大きさに形成されている。さらにスペーサ板2は、平面状でなく、断面視がコ字状に連続的に折曲された形状とし、角形電池セル1とスペーサ板2とを当接させた状態で隙間が生じるようにしており、この隙間に空気等の冷却気体を通過させることで、角形電池セル1を冷却できる。このように、スペーサ板2の形状を変化させることで、角形電池セル1の積層時に、これを冷却する冷却隙間を、スペーサ板2と角形電池セル1との間に形成できる。また、電池積層体10の角形電池セル1に冷却気体を強制送風して冷却する冷却機構として、強制送風機構を備えている(図示せず)。
 さらにこの第一サブセパレータ21は、冷却プレートを兼用することもできる。すなわち、空冷式に代えて、電池積層体10の底面を冷却プレートである第一サブセパレータに接触させ、この冷却プレートを冷媒などによって冷却することで、電池積層体10を直接冷却する構成としてもよい。この場合は、冷却プレートをベース部21Aのように形成して、電池セルを並べて配置することができる。また、このような冷媒を用いた冷却方式を採用する際は、空冷式のための隙間を省略できるので、スペーサ板2は、平面状のものを使用し、角形電池セル1間に挿入されて角形電池セル1間を電気的、熱的に絶縁しても良い。
 一方固定部23は、スペーサ板2同士の間隔が、角形電池セル1を挿入できる大きさとなるように、スペーサ板2を固定している。ここでは、固定部23は電池積層体10の底面を被覆する大きさに形成されている。この第一サブセパレータ21は、上方から、あるいは左右から、角形電池セル1をスペーサ板2同士の間に挿入して、電池積層体10を構成する。第一サブセパレータ21は好ましくは樹脂などの絶縁材で一体的に形成される。これにより、角形電池セル1を確実に位置決めして積層できる。特に、角形電池セル1の底面に固定部23を配置することで、角形電池セル1は高さ方向に揃えることができ、天面の封口板1Bをほぼ同一平面上に並べて、バスバーBBの固定を安定的に行える。特に従来の電池積層体では、角形電池セルを上下方向に支持、規制する部材を有しないため、上下面が揃わなくなることがあり、バスバーとの固定や、底面での冷却プレートとの接触状態を一定にすることが容易でなかった。特に車載用の組電池では、バインドバーで狭着していても、振動や衝撃によって上下方向にずれることがあり、使用期間が長くなると信頼性が低下する可能性もあった。これに対して実施例1では、固定部23の上面に角形電池セル1を載置しているため、このような位置ずれの可能性が殆ど無く、長期に渡って安定的に角形電池セル1を一定姿勢に保持できる利点が得られる。
 また、角形電池セル1の主面がスペーサ板2で狭持されるため、この方向への移動が規制され、また角形電池セル1の膨張も抑制できる。加えて、組電池の組立時においても、従来のようにセパレータを一枚ずつ角形電池セル1に重ねて積層する必要がないため、作業を簡易迅速に行える。
(第二サブセパレータ22)
 さらに第一サブセパレータ21で電池積層体10の下面側を支持する状態で、電池積層体10の上面は、第二サブセパレータ22によって被覆される。第二サブセパレータ22は、角形電池セル1の上面を覆うと共に、角形電池セル1間の電極端子同士を接続する複数のバスバーBBを保持する。第一サブセパレータ21と第二サブセパレータ22とを固定することで、各角形電池セル1はこれらによって上下面及び主面を保護される。ただし電池積層体10の側面は開放しているため、ここから角形電池セル1同士の間に冷却気体を送出して、電池積層体10を冷却できる。第一サブセパレータ21と第二サブセパレータ22との固定には、螺合や嵌合、接着などが利用できる。
 バスバーBBは、好ましくは第二サブセパレータ22に予め固定される。これによって、第二サブセパレータ22を第一サブセパレータ21と連結、固定することで、バスバーBBの固定も同時に行える。特に、第一サブセパレータ21で各角形電池セル1が位置決めされた状態で保持されているため、同様に第二サブセパレータ22でバスバーBBを位置決め状態に保持することで、これらを連結して、各バスバーBBをそれぞれ角形電池セル1の所定の位置に配置でき、バスバーBBの固定作業を大幅に省力化できる利点が得られる。バスバーBBは、第二サブセパレータ22に対し、例えばインサート成形やアウトサート成形によって固定できる。
 第二サブセパレータ22は、図1、図2に示すように、その中央列において、角形電池セル1の安全弁1Eに対応する位置に、ガス排出口24をそれぞれ開口している。これにより、電池積層体10の上面を被覆しつつ、角形電池セル1から排出されるガスを、ガス排出口24を介して外部に誘導できる。ガス排出口24は、図示しないガスダクトに接続されて、例えば車外に放出される。またガス排出口24を設けた中央列の両側には、それぞれバスバーBBを固定している。さらに、第二サブセパレータ22とガスダクトを一体成形して配置することもできる。
(実施例2)
 以上の例では、角形電池セル1間に挿入される複数のスペーサ板2を、第一サブセパレータ21に固定した例を説明した。ただ、この構成に限られず、第二サブセパレータにスペーサ板を固定するように構成してもよい。このような例を実施例2として、図4に示す。この図に示す組電池200は、セパレータ体20を第一サブセパレータ21と第二サブセパレータ22に分割しており、第一サブセパレータ21は固定部に相当するベース部21Aのみで構成される。一方、第二サブセパレータ22は、スペーサ板2を固定する固定部23を有すると共に、その下方から複数のスペーサ板2を離間させた姿勢で突出させている。その他の構成は図2とほぼ同様の構成をしており、同一の部材については同一の符号を付して詳細説明を省略する。この組電池200は、第一サブセパレータ21のベース部21A上に角形電池セル1を並べた状態で、上方から第二サブセパレータ22を、各スペーサ板2がそれぞれ角形電池セル1同士の間に挿入されるように降下させて、第一サブセパレータ21と第二サブセパレータ22とを固定する。この構成であれば、ベース部21A上に角形電池セル1をセットする作業が容易であり、また角形電池セル1が第一サブセパレータ21にセットされた状態で第二サブセパレータ22をセット、固定できるため、これらの作業を容易に行えるという優れた利点が得られる。また、第二サブセパレータ22側で、スペーサ板2の固定とバスバーBBの固定とが行われているため、これらの位置決めも予め行われ、位置決め作業がより正確かつ確実に成されるという利点も得られる。
(実施例3)
 実施例2では、第二サブセパレータ22を一体で構成した例を説明したが、複数の部材に分割することもできる。このような例を実施例3として、図5に示す。この図に示す組電池300は、第二サブセパレータ本体25の上部で、ガス排出口24を設けた中央列から、左右の部材をそれぞれ、第一バスバー部26と第二バスバー部27に分割している。これら第一バスバー部26と第二バスバー部27はそれぞれ、バスバーBBを固定している。このようにバスバーを設けた部材を別部材とすることで、バスバーの組み込み作業を容易にできる利点が得られる。すなわち、第一バスバー部26及び第二バスバー部27については、インサート成形やアウトサート成形によってバスバーBBを固定する一方、第二サブセパレータ本体25については、通常の樹脂成型で形成できるため、第二サブセパレータの製造効率を高めることができる。さらにバスバー部を別部材とすることで、角形電池セルとの導通を、正極側と負極側で個別に行うことができ、各々の電気接続を確実に行える一方で、正極側と負極側を同時に接続する際の不意の短絡などを回避でき、組立時の安全性を確実に担保できる点でも優位となる。
(実施例4)
 さらに加えて、第一バスバー部26や第二バスバー部27、及び第二サブセパレータ本体25を一体に構成するのみならず、これらを分割してもよい。このような例を実施例4として図6に示す。この図に示す組電池400では、第二サブセパレータ本体25を複数のサブセパレータブロック28に分割すると共に、第一バスバー部26、第二バスバー部27についてもそれぞれ、複数のバスバーブロック29に分割している。ここでは、3枚の角形電池セル1を収納できるようにサブセパレータブロック28は、スペーサ板2が4枚、ガス排出口24が3つとなる単位に切り分けられており、4つのサブセパレータブロック28を結合することで、第二サブセパレータ本体25が構成される。同様にバスバーブロック29も4つのバスバーBBを固定する単位に切り分けられ、4つのバスバーブロック29を結合して、第一バスバー部26、第二バスバー部27がそれぞれ形成される。なお、これらを連結すると共に、端面においてさらに別部材を付加することもできる。図7の例では、第一バスバー部26、第二バスバー部27の端面に端面バスバー部29Bを、また第二サブセパレータ本体25の端面に端面セパレータ29Cを、それぞれ連結している。このように小区画に分割することで、組み付け作業を容易に行える利点が得られる。一般に、角形電池セルの数が増える程、スペーサ板を各角形電池セル同士の間に挿入する作業は困難となり、特に、光出力を得るために多数の角形電池セルを積層した組電池を組み立てる際には、従来の一枚ごとにセパレータを重ねる組み立て作業と比較しても却って効率が低下する可能性もある。そこで、扱いやすく組み立てが容易な単位に第二サブセパレータ本体やバスバー部を分割することで、このような問題を回避して、作業性を高めることが可能となる。図6は一例であって、サブセパレータブロック28やバスバーブロック29で含める角形電池セルの数は、2以下や4以上に適宜変更できる。
(実施例5)
 また図6の例では、バスバーブロック29にバスバーをインサート成形により固定しているが、この例に限られず、アウトサート成形で固定することも可能であることはいうまでもない。このような例を実施例5に係る組電池500として図7に示す。インサート成形の場合は、バスバーBBをバスバーブロック29の樹脂に埋め込むことで強固な固定が可能である。一方アウトサート成形は、バスバーブロック29の樹脂成形後にバスバーBBを固定できるため、製造コストを安価に抑えることができる。このように、各バスバーブロック29は異なる利点を有するため、要求される仕様に応じて、適切なタイプが適宜選択される。
 以上のように、スペーサ板2を複数枚予め固定したセパレータ体を使用することで、組立時の効率を改善でき、また角形電池セルの位置決めを確実にかつ容易に行えるため、バスバーの固定等が容易になる利点が得られる。
(電源装置を用いた車両)
 次に、以上の角形電池セルを用いた電源装置を搭載した車両を、図8及び図9に基づいて説明する。図8は、車両用のバッテリシステムを搭載する車両であって、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車HVの一例を示している。この図のハイブリッド車は、車両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に電力を供給するバッテリシステム91と、バッテリシステム91の電池を充電する発電機94とを備えている。バッテリシステム91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。ハイブリッド車は、バッテリシステム91の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、たと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、バッテリシステム91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、バッテリシステム91の電池を充電する。
 さらに図9は、車両用のバッテリシステムを搭載する車両であって、モータのみで走行する電気自動車EVの一例を示している。この図に示す電気自動車は、車両を走行させる走行用のモータ93と、このモータ93に電力を供給するバッテリシステム92と、このバッテリシステム92の電池を充電する発電機94とを備えている。バッテリシステム92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、バッテリシステム92から電力が供給されて駆動する。発電機94は、車両を回生制動する時のエネルギーで駆動されて、バッテリシステム92の電池を充電する。
 本発明に係る組電池及びこれを用いた車両は、EV走行モードとHEV走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等の電源装置として好適に利用できる。
100、200、300、400、500…組電池
1…角形電池セル;1A…外装缶;1B…封口板;1C…負極端子;1D…正極端子
1E…安全弁
2…スペーサ板
3…エンドプレート
4…バインドバー
10…電池積層体
20…セパレータ体
21…第一サブセパレータ;21A…ベース部
22…第二サブセパレータ
23…固定部
24…ガス排出口
25…第二サブセパレータ本体
26…第一バスバー部
27…第二バスバー部
28…サブセパレータブロック
29…バスバーブロック
29B…端面バスバー部
29C…端面セパレータ
31…本体部
32…金属プレート
33…突起
34…周り止めピン
41…折曲片
42…スリット
43…ピン穴
91、92…バッテリシステム
93…モータ
94…発電機
95…インバータ
96…エンジン
BB…バスバー
HV、EV…車両

Claims (11)

  1.  外形を、幅よりも厚さを薄くした角形とする複数の角形電池セル(1)と、
     前記複数の角形電池セル(1)の、主面同士が対向する姿勢となるように積層する電池積層体(10)の、該主面同士の間に介在させて、該角形電池セル(1)間を絶縁するためのセパレータ体(20)と、
    を備える組電池であって、
    前記セパレータ体(20)は、
     前記角形電池セル(1)の主面と略等しい大きさに形成された複数のスペーサ板(2)と、
     前記複数のスペーサ板(2)を、前記角形電池セル(1)の積層方向に離間させた状態に固定するための固定部(23)と、
    で構成された第一サブセパレータ(21)を備えており、
     各スペーサ板(2)同士の隙間は、前記角形電池セル(1)を挿入できる大きさに形成されてなることを特徴とする組電池。
  2.  請求項1に記載の組電池であって、
     前記固定部(23)が、電池積層体(10)の底面を覆うことを特徴とする組電池。
  3.  請求項1に記載の組電池であって、
     前記固定部(23)が、電池積層体(10)の天面を少なくとも部分的に覆うことを特徴とする組電池。
  4.  請求項1から3のいずれか一に記載の組電池であって、さらに、
     前記角形電池セル(1)の上面に設けられた電極端子同士を連結するためのバスバー(BB)を備えており、
     前記セパレータ体(20)は、さらに、
      前記バスバー(BB)が位置決め状態で固定された、前記電池集合体の上面に設けられる絶縁性の第二サブセパレータ(22)を備えており、
     前記第二サブセパレータ(22)を前記第一サブセパレータ(21)に連結することにより、前記バスバー(BB)で前記電極端子同士を接続するよう構成してなることを特徴とする組電池。
  5.  請求項4に記載の組電池であって、
    前記第二サブセパレータ(22)は、
     第二サブセパレータ本体(25)と、
     前記第二サブセパレータ本体(25)の上面で分割され、前記バスバー(BB)を固定してなるバスバー部で構成されてなることを特徴とする組電池。
  6.  請求項5に記載の組電池であって、
     前記バスバー部はさらに、複数のバスバーブロック(29)に分割されてなることを特徴とする組電池。
  7.  請求項5に記載の組電池であって、
     前記第二サブセパレータ本体(25)はさらに、複数のサブセパレータブロック(28)に分割されてなることを特徴とする組電池。
  8.  請求項4から7のいずれか一に記載の組電池であって、
     前記バスバー(BB)は、前記第二サブセパレータ(22)にインサート成形されてなることを特徴とする組電池。
  9.  請求項4から7のいずれか一に記載の組電池であって、
     前記バスバー(BB)は、前記第二サブセパレータ(22)にアウトサート成形されてなることを特徴とする組電池。
  10.  請求項1から9のいずれか一に記載の組電池であって、さらに、
     前記複数の角形電池セル(1)を、前記スペーサ板(2)を交互に介在させた状態で積層した電池積層体(10)の、積層方向の端面に配置された一対のエンドプレート(3)と、
     前記電池積層体(10)端面で前記エンドプレート(3)同士を締結するためのバインドバー(4)と、
    を備えることを特徴とする組電池。
  11.  請求項1から10に記載の組電池を備える車両。
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