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JP7061547B2 - バッテリモジュール及びバッテリモジュールの製造方法 - Google Patents

バッテリモジュール及びバッテリモジュールの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、複数の電池セルが積層された電池セル群を一対のエンドプレートと拘束部材とによって拘束するバッテリモジュール及びバッテリモジュールの製造方法に関する。
ハイブリッドカーや電気自動車には、リチウムイオン二次電池等の電池セルを複数積層した電池セル群を有するバッテリモジュールが搭載されている。電池セルは、充放電や劣化により膨張するため、通常、バッテリモジュールは、電池セルの積層方向に沿う電池セル群の両端部にそれぞれエンドプレートを配置し、一対のエンドプレート間をバインドバー等の拘束部材で拘束することにより、電池セル群を一対のエンドプレート間に圧縮、挟持して電池セルの膨張を抑制している。
従来、バッテリモジュールとして、拘束部材の両端部を略直角に折り曲げ、その拘束部材の折り曲げられた端部を一対のエンドプレートの外端面に配置させて、電池セル群を一対のエンドプレート間に拘束するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１－１６７７４５号公報
電池セルが膨張すると、エンドプレートを介して拘束部材に引張応力が掛かる。この引張応力により、拘束部材において略直角に折れ曲がった部位に過大な曲げ応力が作用し、拘束部材の破損を招くおそれがある。このため、拘束部材には、このような過大な曲げ応力に対応した形状的な工夫や、拘束部材の材質として高価な高強度バネ鋼を使用する等の必要があり、バッテリモジュールの高コスト化の原因となっていた。
そこで、本発明は、電池セル群を簡素で安価な構成でエンドプレート間に拘束可能なバッテリモジュール及びバッテリモジュールの製造方法を提供することを目的とする。
（１） 本発明に係るバッテリモジュールは、複数の電池セル（例えば、後述の電池セル２）を積層した電池セル群（例えば、後述の電池セル群３）と、前記電池セルの積層方向に沿う前記電池セル群の両端部に配置される一対のエンドプレート（例えば、後述のエンドプレート４、４Ａ、４Ｂ）と、一対の前記エンドプレートに亘って設けられ、前記電池セル群を一対の前記エンドプレートの間に拘束する拘束部材（例えば、後述の拘束部材５、５Ａ、５Ｂ）と、を備えるバッテリモジュール（例えば、後述のバッテリモジュール１、１Ａ、１Ｂ）であって、前記拘束部材は、前記電池セルの積層方向に沿う両端部で、一対の前記エンドプレートに引っ掛け構造（例えば、後述のフック部４４と引っ掛け穴部５２又は引っ掛け部５２Ｂ）により連結され、一対の前記エンドプレートは、前記電池セル群を前記電池セルの積層方向に沿って圧縮した状態で挟持すると共に、前記電池セル群が圧縮状態から復元する際の復元力により、前記拘束部材の両端部に対して、相反する方向への引っ張り力を作用させる。
上記（１）に記載のバッテリモジュールによれば、拘束部材への引張応力の作用方向と拘束部材の長さ方向とが同一となり、拘束部材に曲げ応力は発生しないため、拘束部材に高価な材料を使用する必要がなく、電池セル群を簡素で安価な構成でエンドプレート間に拘束可能である。
（２） （１）に記載のバッテリモジュールにおいて、前記拘束部材は、前記電池セル群の両側面（例えば、後述の側面３０ａ）及び／又は前記電池セル群の上下面（例えば、後述の上面３０ｂ、下面３０ｃ）に配置されてもよい。
上記（２）に記載のバッテリモジュールによれば、拘束部材を電池セル群の両側面に配置することにより、電池セルの電極端子等に影響されることなく、電池セル群を容易に拘束することができる。また、拘束部材を電池セル群の上下面に配置することにより、エンドプレートの拘束距離（上下の拘束部材との連結部間の距離）を短くでき、エンドプレート自体の撓みを抑制することができる。
（３） （１）又は（２）に記載のバッテリモジュールにおいて、前記拘束部材は、板金部材又は線バネにより構成されてもよい。
上記（３）に記載のバッテリモジュールによれば、拘束部材を板金部材により容易に形成することができる。また、拘束部材を線バネにより構成することで、バッテリモジュールの更なる軽量化が可能である。
（４） （１）～（３）のいずれかに記載のバッテリモジュールにおいて、前記引っ掛け構造は、前記拘束部材の両端部に設けられる引っ掛け部（例えば、後述の引っ掛け穴部５２、引っ掛け部５２Ｂ）と、前記エンドプレートに前記引っ掛け部に対応して設けられ、前記引っ掛け部を挿通して引っ掛けるフック部（例えば、後述のフック部４４）と、で構成されてもよい。
上記（４）に記載のバッテリモジュールによれば、フック部とフック部を挿通させる引っ掛け部とで引っ掛け構造を容易に形成することができる。
（５） （４）に記載のバッテリモジュールにおいて、前記フック部の内側面（例えば、後述の内側面４４ｂ）は、凹曲面であり、前記フック部に引っ掛けられて前記内側面に当接する前記引っ掛け部の当接部（例えば、後述の先端側周縁部５２２ａ）は、前記内側面の湾曲方向と同一方向に湾曲するＲ形状、又は、前記内側面の湾曲方向と同一方向に面取りされた形状を有してもよい。
上記（５）に記載のバッテリモジュールによれば、電池セルの膨張に伴ってエンドプレートが外側に向けて撓み変形した際に、フック部の内側面と拘束部材の引っ掛け部の当接面とが円滑に摺動することにより、当接部への応力集中を防止し、拘束部材の撓みを防止することができる。
（６） （４）又は（５）に記載のバッテリモジュールにおいて、前記エンドプレートは、前記電池セルに近い側に配置される内側金属板層（例えば、後述の内側金属板層４１）と、前記電池セルから遠い側に配置される外側金属板層（例えば、外側金属板層４３）と、前記内側金属板層と前記外側金属板層との間に配置され、前記内側金属板層及び前記外側金属板層のそれぞれの厚みよりも大きい厚みを有する樹脂板層（例えば、後述の樹脂板層４２）と、を少なくとも有し、前記フック部は、前記外側金属板層に設けられ、前記外側金属板層の幅方向及び／又は高さ方向の両端部（例えば、後述の端部４３ａ、４３ｂ）は、前記内側金属板層に向けて折り曲げられることにより、前記フック部を、前記エンドプレートの外端面（例えば、後述の外端面４０）よりも前記内側金属板層寄りに配置させていてもよい。
上記（６）に記載のバッテリモジュールによれば、外側金属板層を折り曲げることによって、エンドプレートにフック部を容易に一体形成することができる。しかも、エンドプレートは、樹脂板層の厚みの分だけフック部を内側（電池セル群側）に配置させることができるため、フック部や拘束部材がバッテリモジュールの長さ方向外側へ突出する突出量を抑制することができ、バッテリモジュールの小型化を図ることができる。
（７） （６）に記載のバッテリモジュールにおいて、前記内側金属板層は、前記フック部における前記電池セル群側の内端部（例えば、後述の内端部４４ａ）を支持可能に配置される支持板部（例えば、後述の支持板部４５）を有してもよい。
上記（７）に記載のバッテリモジュールによれば、引張応力によってフック部が電池セル群側に変位した際に、支持板部がフック部と接触して支持することができるため、フック部が電池セル群側に過度に変位することを抑制することができる。
（８） 本発明に係るバッテリモジュールの製造方法は、複数の電池セル（例えば、後述の電池セル２）を積層して構成される電池セル群（例えば、後述の電池セル群３）における前記電池セルの積層方向の両端部に、エンドプレート（例えば、後述のエンドプレート４、４Ａ、４Ｂ）を配置する工程と、一対の前記エンドプレートを介して前記電池セル群に対して圧縮力を付与することにより、前記電池セル群を前記電池セルの積層方向に沿って圧縮する工程と、圧縮状態とされた前記電池セル群に、前記電池セルの積層方向に沿って、拘束部材（例えば、後述の拘束部材５、５Ａ、５Ｂ）を配置させる工程と、前記電池セル群への圧縮力を解除した際の前記電池セル群の復元力により、一対の前記エンドプレートで前記拘束部材の両端部を引っ掛けて連結させ、前記拘束部材の両端部に対して、相反する方向への引っ張り力を作用させる工程と、を有する。
上記（８）に記載のバッテリモジュールの製造方法によれば、拘束部材への引張応力の作用方向と拘束部材の長さ方向とを同一にすることができて拘束部材に曲げ応力が発生せず、拘束部材を引張応力によって一対のエンドプレートに亘って保持可能であるため、拘束部材に高価な鋼板を使用する必要がなく、電池セル群を簡素で安価な構成でエンドプレート間に拘束可能なバッテリモジュールを簡単に製造することができる。
本発明によれば、電池セル群を簡素で安価な構成でエンドプレート間に拘束可能なバッテリモジュール及びバッテリモジュールの製造方法を提供することができる。
本発明に係るバッテリモジュールの一実施形態を示す全体斜視図である。 図１に示すバッテリモジュールの一部を分解して示す斜視図である。 図１に示すバッテリモジュールの一方端部を示す平面図である。 図１に示すバッテリモジュールのエンドプレートを示す分解斜視図である。 図１に示すバッテリモジュールにおけるエンドプレートと拘束部材との引っ掛け構造を拡大して示す斜視図である。 図１に示すバッテリモジュールにおけるエンドプレートと拘束部材との引っ掛け構造を拡大して示す側面図である。 図１に示すバッテリモジュールにおけるエンドプレートと拘束部材との引っ掛け構造を拡大して示す断面図である。 図１に示すバッテリモジュールの製造方法を説明する説明図である。 図１に示すバッテリモジュールの製造方法を説明する説明図である。 本発明に係るバッテリモジュールの他の実施形態を示す全体斜視図である。 図１０に示すバッテリモジュールにおけるエンドプレートと拘束部材との引っ掛け構造を拡大して示す側面図である。 本発明に係るバッテリモジュールの更に他の実施形態を示す全体斜視図である。 図１２に示すバッテリモジュールの一部を分解して示す斜視図である。 図１２に示すバッテリモジュールにおけるエンドプレートと拘束部材との引っ掛け構造を拡大して示す斜視図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
［バッテリモジュールの第１実施形態］
図１、図２に示すように、第１実施形態に係るバッテリモジュール１は、主として、複数の電池セル２が積層されることにより構成される電池セル群３と、一対のエンドプレート４と、拘束部材５と、を有する。
なお、以下の各図中に示す方向において、Ｄ１方向は、電池セル２の積層方向に沿う方向であり、バッテリモジュール１、電池セル群３及び拘束部材５の長さ方向を示す。Ｄ２方向は、電池セル２の積層方向と直交する方向であり、バッテリモジュール１、電池セル２、電池セル群３及びエンドプレート４の幅方向を示す。Ｄ３方向は、複数の電池セル２の積層方向と直交する方向であり、バッテリモジュール１、電池セル２、電池セル群３及びエンドプレート４の高さ方向を示す。Ｄ３方向が示す方向が上であり、その反対方向が下である。
電池セル２は、図２に示すように、例えばアルミニウムやアルミニウム合金により形成される略直方体形状のセルケース２１の内部に、電極体（図示せず）を収容して構成される。この電池セル２は、幅方向の寸法に比べて高さ方向の寸法が短い扁平箱型形状を呈する。電池セル２の一面には、正極端子２２ａと負極端子２２ｂとが突設されている。電池セル２は、正極端子２２ａと負極端子２２ｂとが突設される面を上方に向けてＤ１方向に沿って複数積層される。これにより電池セル群３が構成される。隣り合う電池セル２、２の間には、それぞれ絶縁プレート３１が挟着され、電池セル２、２間の絶縁が図られている。
積層方向に隣り合う電池セル２、２は、正極端子２２ａと負極端子２２ｂとの配置を異ならせている。即ち、電池セル群３を電池セル２の積層方向に見た場合、電池セル２の正極端子２２ａ及び負極端子２２ｂは、交互に配置される。隣り合う電池セル２、２の正極端子２２ａと負極端子２２ｂとの間は、プレート状のバスバー３２によって電気的に接続される。これにより、電池セル群３を構成する電池セル２の全体が直列接続される。両端にそれぞれ配置される電池セル２、２において、バスバー３２が設けられていない正極端子２２ａ又は負極端子２２ｂには、外部機器との電気的接続用のハーネス３３、３３がそれぞれ接続されている。図中のハーネス３３は、正極端子２２ａ又は負極端子２２ｂと接続された端部のみを示している。なお、バスバーによる複数の電池セル２の電気的接続は、直列接続に限らず、並列接続でもよい。
エンドプレート４は、電池セル２の形状と同様に、高さ寸法よりも幅寸法の方が大きい横長矩形状に形成され、電池セル２の積層方向の両端部にそれぞれ配置される。即ち、一対のエンドプレート４、４は、電池セル群３の両端の電池セル２、２の外側に、絶縁プレート３１を介して積層され、電池セル群３を挟持している。本実施形態に示すエンドプレート４は、図４に示すように、電池セル２に近い側から、内側金属板層４１、樹脂板層４２、外側金属板層４３が順に積層された三層構造を有する。
内側金属板層４１及び外側金属板層４３は、いずれも、鉄、アルミニウム等の金属板材により形成される。樹脂板層４２は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の樹脂材料により、内側金属板層４１と外側金属板層４３との間に配置される。この樹脂板層４２は、内側金属板層４１と外側金属板層４３との間にインサート成形されて一体化されている。
樹脂板層４２は、金属に比べて剛性が低いため、エンドプレート４の強度、剛性を向上させるためには、樹脂板層４２の厚さを大きくすることが望ましい。このため、エンドプレート４は、樹脂板層４２の厚さが、内側金属板層４１及び外側金属板層４３のそれぞれの厚さよりも大きいものとされている。各層４１、４２、４３の具体的な厚さは、何ら限定されるものではないが、一例を挙げると、内側金属板層４１は２ｍｍ、樹脂板層４２は１４ｍｍ、外側金属板層４３は２ｍｍとすることができる。
このような構成を有するエンドプレート４は、内側金属板層４１と外側金属板層４３との間に、それらよりも厚い樹脂板層４２を有するため、内側金属板層４１及び外側金属板層４３の厚さを大きくすることなく、断面二次モーメントを大きくすることができる。一方、樹脂板層４２は、内側金属板層４１及び外側金属板層４３よりも低密度であるため、エンドプレート４は、三層構造であっても軽量化される。従って、このエンドプレート４は、高い強度、剛性を備えながらも軽量である。
内側金属板層４１と樹脂板層４２との間、及び、外側金属板層４３と樹脂板層４２との間の密着力を向上させるために、内側金属板層４１及び外側金属板層４３は、樹脂板層４２と接する面に粗面化処理、もしくは金属と樹脂とを化学的に結合させる金属―樹脂接合皮膜処理がそれぞれ施されていることが好ましい。粗面化処理により、内側金属板層４１と外側金属板層４３との間にインサートされる樹脂材料が、いわゆるアンカー効果によって、内側金属板層４１及び外側金属板層４３の各表面に食い込むように密着する。このため、エンドプレート４の各層間のずれ方向の強度が向上し、エンドプレート４の強度、剛性が更に向上する。また、金属―樹脂接合被膜処理により、接合被膜が金属と樹脂を化学的に結合させるため、粗面化処理と同様の効果を得ることができる。
具体的な粗面化処理の手段は特に限定されず、樹脂板層４２と接する面に、ナノメートルスケールの凹凸を形成可能な公知の処理を用いることができる。凹凸形成液（例えば、塩酸等ハロゲン化水素酸、亜硫酸、硫酸などの化学エッチング溶液）の溶液浸漬による粗面化処理、サンドブラスト等による機械的な粗面化処理等が例示される。また、具体的な金属―樹脂接合被膜処理の手段も特に限定されず、少なくとも樹脂板層４２と接する面に、金属と樹脂の両方に化学反応性が高いナノメートルスケールの被膜を形成可能な公知の処理を用いることができる。例えば、トリアジンチオールなどを用いた溶液処理などが例示される。
エンドプレート４は、幅方向の両端部にフック部４４を有する。このフック部４４は、外側金属板層４３の両端部４３ａ、４３ａの高さ方向の中央部分から幅方向に矩形状に張り出した金属板部分を折り曲げることにより形成される。具体的には、フック部４４は、その金属板部分を、それぞれ内側金属板層４１に向けて折り曲げた後、その先端側を電池セル群３とは反対方向に向けて折り返すことにより形成される。図７に示すように、電池セル群３とは反対方向に折り返されたフック部４４の先端部４４１は、フック部４４の最も電池セル群３側に配置される内端部４４ａから、電池セル群３とは反対方向に向けて延びている。これにより、フック部４４は、電池セル群３とは反対方向に開放した平面視略Ｕ字状に形成される。
一般に、エンドプレートは、電池セルが膨張した際の耐荷重性を考慮して厚く形成される。このため、フック部を一体に形成することは困難である。しかし、本実施形態に示すエンドプレート４によれば、上記の通りの三層構造を有するため、エンドプレート４を構成する外側金属板層４３を折り曲げることにより、エンドプレート４と一体のフック部４４を容易に形成することができる。
エンドプレート４の一対のフック部４４、４４は、図３に示すように、電池セル群３よりも幅方向の外側にはみ出した位置にそれぞれ配置される。また、フック部４４は、外側金属板層４３の高さ方向の一部分から張り出した金属板部分により形成されるため、図５、図６に示すように、フック部４４の高さ寸法は、電池セル群３及びエンドプレート４の高さ寸法よりも十分に短い。なお、フック部４４以外の外側金属板層４３の両端部４３ａ、４３ａは、内側金属板層４１に向けてなだらかに湾曲して折り曲げられている。その折り曲げられた先端は、内側金属板層４１に接触又は近接しているが、固定されていない。
図４に示すように、内側金属板層４１の幅方向の両端部４１ａ、４１ａは、フック部４４、４４に対応する位置に、それぞれ支持板部４５、４５を有する。支持板部４５は、内側金属板層４１の両端部４１ａ、４１ａにおける高さ方向の中央部分から幅方向に矩形状に張り出した金属板部分により形成される。図６に示すように、支持板部４５の高さ寸法Ｈ１は、フック部４４の高さ寸法Ｈ２よりも僅かに大きい。また、図３、図７に示すように、エンドプレート４の幅方向の外側への支持板部４５の張り出し量は、フック部４４の同方向への張り出し量と略同一である。
支持板部４５は、図７に示すように、フック部４４における電池セル群３側の内端部４４ａに接触又は近接して配置される。これにより、フック部４４が電池セル群３側に向けて変位した場合に、支持板部４５は、フック部４４の内端部４４ａと当接してフック部４４を支持し、フック部４４の過度の変位を抑制するようになっている。また、支持板部４５は、フック部４４に対して固定されていないため、電池セル２の膨張によりエンドプレート４が撓み変形した際、内側金属板層４１と外側金属板層４３との間に無理な応力が掛かるおそれがない。
拘束部材５は、電池セル群３の両側面３０ａ、３０ａにそれぞれ配置されている。この拘束部材５は、電池セル群３の長さよりも長尺な側面視略矩形状の板金部材からなる。電池セル２の積層方向に沿う拘束部材５の両端部５０、５０は、電池セル群３よりもその長さ方向の外側にはみ出してエンドプレート４までストレートに延びている。拘束部材５の上端及び下端は、電池セル群３の上面３０ｂ及び下面３０ｃに向けてそれぞれ折り曲げられた折り曲げ部５１、５１を有し、長さ方向の撓みを抑制する。一対の拘束部材５、５は、折り曲げ部５１、５１によって電池セル群３の両側面３０ａ、３０ａを上下方向から挟むと共に、電池セル群３と一対のエンドプレート４、４とを幅方向から挟持するように配置される。
電池セル群３からはみ出した拘束部材５の両端部５０、５０には、それぞれ引っ掛け穴部５２、５２が設けられる。この引っ掛け穴部５２は、本発明の「引っ掛け部」に対応する。引っ掛け穴部５２は、図５、図６に示すように、エンドプレート４のフック部４４及び支持板部４５を挿通可能な大きさを有する。
引っ掛け穴部５２は、図６に示すように、第１穴部５２１と第２穴部５２２とで構成される。第１穴部５２１は、縦長略矩形状に形成され、支持板部４５の高さ寸法Ｈ１よりも僅かに大きな高さ寸法Ｈ３を有する。第２穴部３２２は、縦長略矩形状に形成され、支持板部４５の高さ寸法Ｈ１とほぼ同じ高さ寸法を有する。第２穴部５２２は、第１穴部５２１よりも拘束部材５の先端側（図６における右端側）に配置される。第１穴部５２１と第２穴部５２２とは一体に結合されることにより、一つの引っ掛け穴部５２を構成している。また、図７に示すように、引っ掛け穴部５２の幅寸法Ｗ１は、エンドプレート４の内側金属板層４１とフック部４４の先端部４４１とを合わせた寸法Ｗ２以上とされる。引っ掛け穴部５２の周縁は、図６に示すように、滑らかなＲ形状を有する。
エンドプレート４のフック部４４及び支持板部４５は、引っ掛け穴部５２を挿通して第２穴部５２２に配置されている。詳細にはバッテリモジュール１の製造方法の説明において後述するが、一対のエンドプレート４、４間の電池セル群３は、所定の荷重で積層方向に圧縮されている。このため、一対のエンドプレート４、４には、圧縮された電池セル群３が元に戻ろうとする復元力によって、相反する方向（一対のエンドプレート４、４が離れる方向）への荷重が掛かっている。この荷重によって一対のエンドプレート４、４は、相反する方向へ移動し、これに伴って引っ掛け穴部５２内のフック部４４は、第２穴部５２２に向けて移動する。これにより、フック部４４は、第２穴部５２２の縦方向に延びる先端側周縁部５２２ａに当接し、先端側周縁部５２２ａを引っ掛けて、エンドプレート４と拘束部材５とを連結する。
拘束部材５を連結した一対のエンドプレート４、４は、電池セル群３の復元力により、フック部４４、４４を介して、拘束部材５に対して、拘束部材５の長さ方向の相反する方向への引っ張り力を常に作用させている。そして、電池セル２の充放電や劣化によって電池セル２が膨張すると、電池セル群３は長さ方向に伸長し、一対のエンドプレート４、４を相反する方向に更に押圧する。これより一対のエンドプレート４、４は、フック部４４及び引っ掛け穴部５２を介して、拘束部材５の両端部５０、５０を相反する方向に引っ張る。
このとき拘束部材５の両端部５０、５０に作用する応力は、フック部４４に引っ張られることによる引張応力だけである。この引張応力は、図３中の白抜き矢印で示すように、拘束部材５の両端部５０、５０に対して、拘束部材５の長さ方向に沿って一直線上に作用する。即ち、フック部４４による拘束部材５の両端部５０、５０に対する引張応力の作用方向と拘束部材５の長さ方向とが同一方向となる。従って、拘束部材５には、拘束部材５を無理に変形させるような曲げ応力は発生しない。このため、拘束部材５には、高価な高強度バネ鋼を用いる必要がなく、一般的な安価な鋼板を使用することができる。よって、このバッテリモジュール１は、安価な構成で電池セル群３を一対のエンドプレート４、４間に拘束可能である。また、バッテリモジュール１は、フック部４４と引っ掛け穴部５２との単純な引っ掛け構造で電池セル群３を拘束できるため、エンドプレート４と拘束部材５とをボルトで締結する必要もなく、構造の簡素化及び軽量化を図ることができる。
本実施形態に示すエンドプレート４は三層構造であるため、樹脂板層４２の厚みの分だけフック部４４を内側（電池セル群３側）に片寄って配置することができる。このため、フック部４４及び拘束部材５がバッテリモジュール１の長さ方向の外側へ突出する突出量が抑制され、バッテリモジュール１の小型化が可能となる。即ち、図３、図６、図７に示すように、拘束部材５の引っ掛け穴部５２よりも先端側の端部５０は、エンドプレート４の外端面４０（外側金属板層４３の最外表面）よりも外側に突出しないように配置される。また、フック部４４の先端部４４１も、エンドプレート４の外端面４０よりも外側に突出しないように配置される。
なお、フック部４４の先端部４４１は、エンドプレート４の外端面４０よりも外側に突出していないが、図７に示すように、フック部４４の内端部４４ａから折り返されて電池セル群３とは反対方向に十分に長く延びている。従って、先端側周縁部５５２ａは、フック部４４内の奥深くに配置される。この先端部４４１の長さ寸法Ｗ３は、先端側周縁部５５２ａの端面の曲率半径よりも十分に大きい。これにより、フック部４４と引っ掛け穴部５２とは外れにくくなり、エンドプレート４に幅方向の衝突荷重が作用した際に、引っ掛け穴部５２からフック部４４が外れてしまうことを防止することができる。
図７に示すように、先端側周縁部５５２ａが当接するフック部４４の内側面４４ｂは、エンドプレート４の幅方向に沿って円弧状に滑らかに湾曲する凹曲面となっている。一方、この内側面４４ｂとの当接部である先端側周縁部５２２ａは、内側面４４ｂの湾曲方向と同一方向に湾曲するように丸められたＲ形状を有する。従って、フック部４４の内側面４４ｂと拘束部材５の先端側周縁部５２２ａとは、曲面同士で接触する。
ここで、電池セル２の膨張に伴ってエンドプレート４に大きな荷重が掛かることにより、エンドプレート４が外側に向けて湾曲するように撓み変形すると、フック部４４の内側面４４ｂは、図７中の矢印で示すように、凹曲面に沿って回転しながら先端側周縁部５２２ａに対して摺動する。このとき、先端側周縁部５２２ａもＲ形状であることにより、フック部４４の内側面４４ｂは、先端側周縁部５２２ａの端面に沿って円滑に摺動することができる。このため、先端側周縁部５２２ａへの無理な応力集中が防止され、先端側周縁部５２２ａに対して変形を発生させるような曲げ応力が作用するおそれはない。なお、先端側周縁部５２２ａは、内側面４４ｂの湾曲方向と同一方向に面取りされた形状を有するものであってもよい。
［バッテリモジュールの製造方法］
次に、このバッテリモジュール１の製造方法について説明する。
先ず、図８に示すように、隣り合う電池セル２、２の間に絶縁プレート３１を挟んで複数の電池セル２を積層することにより、電池セル群３が構成される。更に、電池セル２の積層方向に沿う電池セル群３の両端部に、絶縁プレート３１を挟んで、フック部４４を有するエンドプレート４、４がそれぞれ配置される。電池セル群３は、一対のエンドプレート４、４によって挟持される。このときの電池セル群３の状態は、外部から実質的に荷重が加えられておらず、複数の電池セル２を単に積層して配置しただけの状態（初期積層状態）である。
次いで、図８中の白抜き矢印に示すように、初期積層状態の一対のエンドプレート４、４が、図示しない押圧装置を用いて互いに近づく方向に所定の荷重で押圧される。これにより、電池セル群３に圧縮力が付与され、電池セル群３は長さ寸法が縮小された状態（圧縮状態）とされる。電池セル群３が圧縮状態とされることにより、一対のエンドプレート４、４の離間距離は、初期積層状態から短縮される。なお、このとき電池セル群３に掛けられる荷重及びその荷重によって縮小される寸法は、電池セル２の性能が損なわれない程度の許容潰し荷重及び許容潰し寸法である。
ここで、拘束部材５の引っ掛け穴部５２、５２は、電池セル群３が圧縮状態にあるときの一対のエンドプレート４、４のフック部４４、４４及び支持板部４５、４５の位置に対応するように設けられている。具体的には、圧縮状態とされた電池セル群３の側面３０ａに拘束部材５を配置させると、図９に示すように、引っ掛け穴部５２の第１穴部５２１内にエンドプレート４の支持板部４５が配置され、フック部４４及び支持板部４５が引っ掛け穴部５２を挿通可能となる。従って、電池セル群３が圧縮状態とされた後、その電池セル群３の両側面３０ａ、３０ａに拘束部材５、５が配置され、拘束部材５の各引っ掛け穴部５２に、各エンドプレート４のフック部４４及び支持板部４５が挿通される。
エンドプレート４のフック部４４及び支持板部４５が引っ掛け穴部５２内に収容された後、電池セル群３への圧縮力が解除される。圧縮力の解除により、電池セル群３（電池セル２）に元の初期積層状態に戻ろうとする復元力が発生し、電池セル群３は元の初期積層状態に向けて長さ方向に伸長する。これに伴い、一対のエンドプレート４、４は、相反する外側に向けて離間距離を拡大するように移動する。エンドプレート４が外側に向けて移動することにより、引っ掛け穴部５２内のフック部４４は、図９中の白抜き矢印に示すように、第２穴部５２２に向けて移動し、フック部４４の内側面４４ｂが第２穴部５２２の先端側周縁部５２２ａに当接し、フック部４４で引っ掛け穴部５２を引っ掛ける図６に示す状態になる。このとき、支持板部４５は、第２穴部５２２の隅部５２２ｂ、５２２ｂの位置には移動し得ないため、これらの隅部５２２ｂ、５２２ｂの手前側（電池セル群３側）の第２穴部５２２内に配置される。支持板部４５の高さ寸法Ｈ１は、第２穴部５２２の高さ寸法とほぼ等しいので、支持板部４５は、第２穴部５２２内に、高さ方向が位置決めされた状態で収容される。
フック部４４の内側面４４ｂが第２穴部５２２の先端側周縁部５２２ａと当接した時点では、電池セル群３は、圧縮状態から初期積層状態に完全に復帰する手前の状態にある。従って、電池セル群３は、元の初期積層状態に向けて更に伸長しようとするため、先端側周縁部５２２ａには、フック部４４を介して、拘束部材５の長さ方向に沿う引っ張り力が作用する。このため、拘束部材５の両端部５０、５０は、フック部４４、４４によって、拘束部材５の長さ方向に沿って相反する方向に引っ張られる。これにより、拘束部材５は、エンドプレート４のフック部４４に引っ掛けられてエンドプレート４に連結され、一対のエンドプレート４、４の内側に電池セル群３を拘束する。その後、電池セル群３の正極端子２２ａ、負極端子２２ｂにバスバー３２、ハーネス３３等が接続される。
この製造方法は、フック部４４と引っ掛け穴部５２との引っ掛け構造で電池セル群３を拘束できるため、電池セル群３を拘束するためのボルト締結を行う必要がない。従って、この製造方法によれば、一対のエンドプレート４、４と一対の拘束部材５、５とによって電池セル群３が拘束された図１に示すバッテリモジュール１を簡単に製造することができる。
［バッテリモジュールの第２実施形態］
図１０、図１１は、本発明に係るバッテリモジュールの第２実施形態を示している。図１、図２に示す第１実施形態に係るバッテリモジュール１と同一符号の部位は同一構成の部位であるため、それらの詳細な説明は上記説明を援用し、ここでは省略する。
第２実施形態に係るバッテリモジュール１Ａは、エンドプレート４Ａの高さ方向の両端部にフック部４４、４４を有する点、及び、電池セル群３の上面３０ｂ及び下面３０ｃに拘束部材５Ａ、５Ａを配置している点で、第１実施形態に係るバッテリモジュール１と相違する。即ち、本実施形態に示すエンドプレート４Ａは、図４に示すエンドプレート４の幅方向を高さ方向とし、電池セル２の形状に合わせて横長矩形状とした構成を有する。従って、エンドプレート４Ａの高さ方向の両端部（外側金属板層４３の高さ方向の両端部４３ｂ、４３ｂ）にフック部４４、４４及び支持板部４５、４５が配置される。
一方、拘束部材５Ａは、電池セル群３の長さ方向に沿ってストレートに延びる長尺な平面視略矩形状の板金部材からなる。拘束部材５Ａは、幅寸法を電池セル群３の幅寸法に対応させているため、拘束部材５よりも幅広に形成されている。従って、一対の拘束部材５Ａ、５Ａは、幅方向の両端の折り曲げ部５１、５１によって、電池セル群３を幅方向から挟むと共に、電池セル群３と一対のエンドプレート４Ａ、４Ａとを上下方向から挟持するように配置される。
なお、少なくとも電池セル群３の上面３０ｂに配置される拘束部材５Ａには、各電池セル２の正極端子２２ａ及び負極端子２２ｂの位置に対応して、正極端子２２ａ及び負極端子２２ｂをそれぞれ貫通させる複数の端子貫通穴５３が設けられている。バスバー３２及びハーネス３３は、この拘束部材５Ａの端子貫通穴５３から露出する正極端子２２ａ及び負極端子２２ｂに対して電気的に接続される。
この第２実施形態に係るバッテリモジュール１Ａも、第１実施形態に係るバッテリモジュール１と同様にして、エンドプレート４Ａの各フック部４４、４４で拘束部材５Ａの引っ掛け穴部５２を引っ掛けて電池セル群３を拘束することにより構成される。このため、第１実施形態に係るバッテリモジュール１と同様の効果が得られる。しかも、エンドプレート４Ａのフック部４４は、長辺側で拘束部材５Ａを引っ掛けるため、第１実施形態のエンドプレート４のように短辺側で拘束部材５を引っ掛ける場合に比べて、エンドプレート４Ａの拘束距離（上下のフック部４４、４４間の距離）を短くすることができる。このエンドプレート４Ａは、電池セル群３の膨張時に、短手方向（上下方向）に沿って撓み変形することになるため、長手方向（幅方向）に沿って撓み変形する場合に比べて、エンドプレート４Ａ自体の撓みは抑制される。エンドプレート４Ａの撓みが抑制されることで、電池セル２の撓みも抑制されるため、セルケース２１の溶接部の負荷を下げることができ、電池セル２の信頼性が向上する。また、このバッテリモジュール１Ａは、電池セル群３の両側面３０ａ、３０ａを開放状態にすることができるため、両側面３０ａ、３０ａを利用した電池セル２の放熱対策又は冷却対策も講じ易くなる。
［バッテリモジュールの第３実施形態］
図１２～図１４は、本発明に係るバッテリモジュールの第３実施形態を示している。図１、図２に示す第１実施形態に係るバッテリモジュール１と同一符号の部位は同一構成の部位であるため、それらの詳細な説明は上記説明を援用し、ここでは省略する。
第３実施形態に係るバッテリモジュール１Ｂは、エンドプレート４Ｂの幅方向の両端部にフック部４４を有する点で、第１実施形態に係るバッテリモジュール１と共通するが、板金部材からなる拘束部材５に代えて、線バネからなる拘束部材５Ｂを使用している点で、第１実施形態に係るバッテリモジュール１と相違する。
エンドプレート４Ｂのフック部４４及び支持板部４５は、高さ方向に複数に分割されている。本実施形態では、エンドプレート４Ｂの幅方向の両端部にそれぞれ６つずつに分割されたフック部４４及び支持板部４５が設けられているが、フック部４４及び支持板部４５の分割数は特に制限されない。
一方、線バネからなる拘束部材５Ｂは、断面円形の線状に加工された１本のばね鋼を、バッテリモジュール１Ｂの長さ方向に沿って繰り返し往復するように蛇行させることにより形成される。拘束部材５Ｂは、一対のエンドプレート４Ｂ、４Ｂの複数のフック部４４に亘って交互に掛け渡されることにより、電池セル群３の両側面３０ａ、３０ａに配置される。
拘束部材５Ｂにおいて長さ方向に折り返される部位は、フック部４４への引っ掛け部５２Ｂとされ、フック部４４に引っ掛けられてフック部４４の内側面４４ｂと当接することにより、フック部４４を介して引張応力が掛けられる部位である。拘束部材５Ｂ（線バネ）の始端部及び終端部も、それぞれ略直角に折り返されて引っ掛け部５２Ｂを構成している。
この第３実施形態に係るバッテリモジュール１Ｂも、第１実施形態に係るバッテリモジュール１と同様にして、エンドプレート４Ｂの各フック部４４で拘束部材５Ｂの引っ掛け部５２Ｂを引っ掛けて電池セル群３を拘束することにより構成される。このため、第３実施形態に係るバッテリモジュール１Ｂも、第１実施形態に係るバッテリモジュール１と同様の効果が得られる。しかも、拘束部材５Ｂは線バネからなるため、第１、第２実施形態のように板金部材からなる拘束部材５、５Ａを使用する場合に比べて、バッテリモジュール１Ｂを更に軽量化できる。また、線バネからなる拘束部材５Ｂは、電池セル群３の両側面３０ａ、３０ａをほぼ開放状態にすることができるため、両側面３０ａ、３０ａを利用した電池セル２の放熱対策又は冷却対策も講じ易くなる。
本発明に係るバッテリモジュールは、以上説明した各実施形態に限定されず、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、バッテリモジュール１Ａの拘束部材５Ａは線バネにより構成されてもよい。
また、拘束部材は、電池セル群３の両側面３０ａ、３０ａと、電池セル群３の上面３０ｂ及び下面３０ｃと、のいずれか一方にのみ配置されるものに限らない。以上説明した拘束部材５、５Ａ、５Ｂのいずれかが、電池セル群３の両側面３０ａ、３０ａと、上面３０ｂ及び下面３０ｃと、の両方に配置されてもよい。
更に、エンドプレートは、内側金属板層４１、樹脂板層４２及び外側金属板層４３の三層構造のものに何ら限定されない。また、エンドプレート４、４Ａ、４Ｂには、強度、剛性の向上等のために、１以上の層が更に付加されてもよい。
１、１Ａ、１Ｂ バッテリモジュール
２ 電池セル
３ 電池セル群
３０ａ （電池セル群の）側面
３０ｂ （電池セル群の）上面
３０ｃ （電池セル群の）下面
４、４Ａ、４Ｂ エンドプレート
４０ （エンドプレートの）外端面
４１ 内側金属板層
４２ 樹脂板層
４３ 外側金属板層
４３ａ、４３ｂ （外側金属板層の）端部
４４ フック部（引っ掛け構造）
４４ａ （電池セル群側の）内端部
４４ｂ （フック部の）内側面
４５ 支持板部
５、５Ａ、５Ｂ 拘束部材
５２ 引っ掛け穴部（引っ掛け構造）
５２Ｂ 引っ掛け部（引っ掛け構造）
５２２ａ 先端側周縁部（引っ掛け部の当接部）

Claims (5)

  1. 複数の電池セルを積層した電池セル群と、
    前記電池セルの積層方向に沿う前記電池セル群の両端部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に亘って設けられ、前記電池セル群を一対の前記エンドプレートの間に拘束する拘束部材と、を備えるバッテリモジュールであって、
    前記拘束部材は、前記電池セルの積層方向に沿う両端部で、一対の前記エンドプレートに引っ掛け構造により連結され、
    前記引っ掛け構造は、前記拘束部材の両端部に設けられる引っ掛け部と、前記エンドプレートに前記引っ掛け部に対応して設けられ、前記引っ掛け部を挿通して引っ掛けるフック部と、で構成され、
    前記フック部の内側面は、凹曲面であり、
    前記フック部に引っ掛けられて前記内側面に当接する前記引っ掛け部の当接部は、前記内側面の湾曲方向と同一方向に湾曲するＲ形状、又は、前記内側面の湾曲方向と同一方向に面取りされた形状を有し、
    一対の前記エンドプレートは、前記電池セル群を前記電池セルの積層方向に沿って圧縮した状態で挟持すると共に、前記電池セル群が圧縮状態から復元する際の復元力により、前記拘束部材の両端部に対して、相反する方向への引っ張り力を作用させる、バッテリモジュール。
  2. 複数の電池セルを積層した電池セル群と、
    前記電池セルの積層方向に沿う前記電池セル群の両端部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に亘って設けられ、前記電池セル群を一対の前記エンドプレートの間に拘束する拘束部材と、を備えるバッテリモジュールであって、
    前記拘束部材は、前記電池セルの積層方向に沿う両端部で、一対の前記エンドプレートに引っ掛け構造により連結され、
    前記引っ掛け構造は、前記拘束部材の両端部に設けられる引っ掛け部と、前記エンドプレートに前記引っ掛け部に対応して設けられ、前記引っ掛け部を挿通して引っ掛けるフック部と、で構成され、
    前記エンドプレートは、前記電池セルに近い側に配置される内側金属板層と、前記電池セルから遠い側に配置される外側金属板層と、前記内側金属板層と前記外側金属板層との間に配置され、前記内側金属板層及び前記外側金属板層のそれぞれの厚みよりも大きい厚みを有する樹脂板層と、を少なくとも有し、
    前記フック部は、前記外側金属板層に設けられ、
    前記外側金属板層の幅方向及び／又は高さ方向の両端部は、前記内側金属板層に向けて折り曲げられることにより、前記フック部を、前記エンドプレートの外端面よりも前記内側金属板層寄りに配置させ、
    一対の前記エンドプレートは、前記電池セル群を前記電池セルの積層方向に沿って圧縮した状態で挟持すると共に、前記電池セル群が圧縮状態から復元する際の復元力により、前記拘束部材の両端部に対して、相反する方向への引っ張り力を作用させる、バッテリモジュール。
  3. 前記内側金属板層は、前記フック部における前記電池セル群側の内端部を支持可能に配置される支持板部を有する、請求項２に記載のバッテリモジュール。
  4. 前記拘束部材は、前記電池セル群の両側面及び／又は前記電池セル群の上下面に配置される、請求項１～３のいずれか１項に記載のバッテリモジュール。
  5. 前記拘束部材は、板金部材又は線バネにより構成される、請求項１～４のいずれか１項に記載のバッテリモジュール。
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