JP2008124033A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】耐圧性能、冷却性能、耐振性を高め、コスト低減、小型軽量化を図り、組み立て容易性を解決し、車両搭載可能な電池モジュールの大量生産を目的とする。
【解決手段】スペーサ５は、その長さ方向の断面が曲成された第１部分５０と、長さ方向に第１部分５０と向き合わされた第２部分５１とを備えた形状をなし、スペーサ５の一部が、セル３に直接に又は加圧板６を介して取り付けられ、厚み方向の１端部に１つの第１受圧部５２と、他端部に長さ方向に分離され間隙５３を形成した２つの第２受圧部５４及び５５とを備え、スペーサ５が他のスペーサ５とは面方向に間隔をおいた状態で複数個、分離独立して配置され、スペーサ５が加圧板６から加圧され弾性変形する際に発生する個々の弾性力がセル３に個々に加えられ、それらの個々の弾性力が集合することで、セル３に押圧力を加える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、リチウムイオン電池セル、或いは、小形で静電容量の大きい電気二重層キャパシタセル、燃料電池等を拘束した状態で保持する電池モジュール及び電池モジュールの製造方法に関する。

特許文献１に記載された発明は、押圧手段５２が流体源５４からの流体（圧縮空気又は液体）に供給して圧送し、積層した複数の電気二重層キャパシタユニット５０を押圧する。構成が簡単であるとともに、押圧力を均一にして活性炭層に作用させる。

特許文献２に記載された発明は、スタックブロックを数段〜数１０段積層して燃料電池装置を構成し、上端にベローズを設け、このベローズの上に上部押え板を設け、下部押え板と上部押え板とをブロック押えボルトで締付け、ベローズにはベローズ圧力調整装置が接続され、ベローズ内の圧力を調節してスタックブロックの締付け力を調整する。これにより、スタックをブロック単位で製作してこれを積層することにより、スタックの均一な締付けが可能になる。また製作、組立が容易になり、さらに不良な単セルを含むブロックの交換が容易になる。

特許文献３に記載の発明は、単位電気二重層キャパシタの積層体を長期間安定した圧力で押圧することによって性能が安定した電気二重層キャパシタモジュールを提供することを目的とし、電気二重層キャパシタモジュールにおいて、外装材によって被覆された単位電気二重層キャパシタの複数個の積層体からなり、積層体の積層面に垂直な対向する一対の側面に長さ方向に伸縮する金属製の平面状ばねが配置され、平板状ばねは積層体の両端部に設けた端板と押圧部材によって結合されたものである電気二重層キャパシタ・モジュールである。

特許文献４に記載の発明は、電池容量を増大させ、サイクル特性及び重負荷特性等の電池性能を大幅に向上させ、放熱特性を良好にし、しかも組み電池全体としての重量及び体積の増大を必要最小限に押えるため、押え板３及び４と平行に放熱部材２と電池部１とを順次積層し、その左右両側にそれぞれ押え板３及び４を配置して、押え板３及び４間を４本のバネ部材２０により加圧し、更に各電池部１を放熱部材２の弾性力により所定の圧力を加えるものである。

特許文献５に記載された発明は、積層されたセルの寸法誤差によらず装置寸法及び加圧荷重が一定であり、かつ小型でエネルギー充填率を高くすることが可能なセル積層構造の加圧構造を提供することを目的として、積層したセルを皿型ばねにより加圧することで、セル厚さ方向に膨出を抑えることができ、積層されたセルの寸法誤差によらず電気二重層コンデンサ、燃料電池等セル積層構造を有する装置の寸法を一定にでき、その取り扱い性が向上する。特に皿型ばねのたわみ量が変化しても荷重が殆ど変化しない部で加圧することで、上記各セルの寸法誤差を殆ど荷重変化が伴うことなく吸収することが可能となり、加圧荷重の個体差がなくなり、信頼性の高い装置を安定供給可能となる。しかも構造単純であり、製造も容易である。

特許文献６に記載された発明は、電池要素の押圧とラミネートフィルムのシート部の挟圧とを同時に行い、電池要素の内圧上昇によってもシール部の密着強度の劣化防止を図るため、一対の弾性部材１Ａ，１Ｂは板状ばねであり電池要素３の電極面３１，３１に凸部を対向させて電池要素を挟持するものである。

特許文献７に記載された発明は、電極をタイルに押し付ける押付力と、シールため外周部に不要する締付力とを独立させ、電極に制作誤差があり厚さにバラツキがあっても必要な面圧で電極をタイルに押し付けるようにするため、ばね特性を有する流路板７，８により必要な面圧でカソード２及びアノード３をタイル１に押し付けえるようにしたものである。

特許文献８に記載された発明は、燃料電池スタックを小型化・軽量化するとともに、燃料電池スタックが体積変化した場合であっても単位セルの電気的な接触を確保するため、凸部と凹部を備えた金属板１４８，１５０の間に平板状の板バネ１６０が介装されている。

特許文献９に記載された発明は、積層体の熱膨張等による積層方向の寸法変化をせきそう体内で確実に吸収し、簡単な構成で容易に小型化を図るため、第２セパレータ１４２が、平板状の板ばね１６４を介装して積層される第１及び第２セパレータ板１６６，１６８を備え、それらはエンボス部１４６を備えたものである。

特開平３−２０３３１１号公報 特開平１０−２６１４２６号公報 特開２００５−９３４９２号公報 特開平７−１２２２５２号公報 特開２００１−１６７７４５号公報 特開２００５−１９７１７９号公報 特開昭６１−２７９０６８号公報 特開２００２−３６７６６５号公報 特開２００３−１０９６４８号公報

しかしながら、いずれの技術も、押圧力の確保、振動対策、コスト面等から不十分であり、車両への搭載が困難である。例えば、電池セルがリチウムイオン電池である場合、電池内に電解液が入っており、リチウムがリチウムプラスイオンと電子に分離する反応、また、その逆反応をする。セルを充電するとリチウムイオンが発生し、電子が増大する。セルを放電させると、リチウムイオンが電子を取り込んでリチウムに戻る。電池充電率が８０％くらいになると、電解液からガスが発生する。ガスが発生すると前記化学反応を阻害する。電池充電率が８０％より低くなってくれば、ガスは吸収される。したがって、高い圧力でセルを加圧する必要がある。高い圧力で加圧したとしても、発熱する。セルが発熱すると熱膨張する。これらを防止するには電池モジュールの重量が重くなるという問題があり、車載には適用が困難である。

特許文献１及び２記載の発明では、空気圧又は油圧を用いて、圧力を加えているので、スペーサ機能がなくセルの発熱対策、振動対策、コスト低減対策、小型軽量化対策が困難である。さらに、ばねのストロークが大きく装置が大型で構造が複雑であり、組み立てが面倒となるので、効率的な生産が困難である。特に、軽量、耐振動性、耐熱性が必要なハイブリッド用自動車等の電池モジュールの量産には適用が困難である。

特許文献３及び４に記載の発明では、バネが外箱の外側に装着されており、装置が大型化するとともに、組み立てが面倒である等が未だ不十分である。

特許文献５及び６に記載の発明では、積層されたセルの寸法誤差によらず装置寸法及び加圧荷重が一定であり、かつ小型でエネルギー充填率を高くすることが可能なセル積層構造の加圧構造を提供することはできるが、皿ばねでセル同士を密着させ加圧するため、セルの局部に圧力が集中し、全体として耐圧性を高くすることができない。また、セルの発熱対策、振動対策、コスト低減対策、小型軽量化対策が未だ不十分である。

特許文献７ないし９に記載の発明では、連続波板又は平板のバネと凹凸形のスペーサを利用しているので、ばねのヒステリシス特性に問題があり、また、高い弾性特性を満たすことが困難であるという問題がある。

そこで、本発明は、車両への搭載を可能とし、耐圧力の調整を容易とし、好適な弾性体のヒステリシスを確保し、冷却性能、耐振性を高め、コスト低減、小型軽量化を図る電池モジュールの量産を目的とするものである。

上記した課題は、請求項１の発明は、厚さ方向に積層される複数の板状の電池セルと、該電池セルを収容する外箱と、該外箱内に間隙を形成するとともに前記板状電池セルを加圧する可撓性のスペーサと、を含み構成され、前記スペーサは、その長さ方向の断面が曲成された第１部分と、前記第１部分と左右対称に長さ方向の断面が曲成された第２部分と、を備え、前記スペーサの一部が、前記電池セルに直接に又は加圧板を介して取り付けられ、前記スペーサが、厚み方向の１端部に１つの第１受圧部と、他端部に隙間を設けた２つの第２受圧部とを備え、前記スペーサは他のスペーサとは面方向に間隔をおいた状態で複数個配置され、前記スペーサが前記電池セル又は前記加圧板から加圧され弾性変形する際に発生する個々の弾性力が前記電池セルに個々に加えられ、該個々の弾性力が集合することで、前記電池セルに押圧力を加えること、を特徴とする電池モジュールとすることで、前記課題を解決する。

スペーサは、相互に独立して電池セルを加圧すればよく、分離独立していても、相互に連結していてもよい。左右対称とは完全な対称を意味するものではなく、発明の効果を奏することができれば、例えば、右側部分が左側部分より長いもの、或いは、形状を多少変更したものを含む。

前記スペーサの長さ方向の断面がΩ字形状であることが好ましい。前記第１部分が長さ方向の断面がＳ字ないし逆Ｚ字形状に曲成され、前記第２部分が長さ方向に前記第１部分と向き合わされた逆Ｓ字ないしＺ字形状の形状をなしており、前記第１部分及び第２部分は、それぞれ、曲率が相違する第１曲部と第２曲部とを有し、前記第１曲部が第１受圧部と接続し、前記第２曲部が第２受圧部と接続することが好ましい。前記スペーサの長さ方向の断面形状がＣ字形状又はＯ字形状にスリットを形成した形状であることが好ましい。

前記加圧板に形成された溝に前記スペーサの前記第１受圧部及び／又は第２受圧部を嵌合させ、該スペーサの長さ方向への移動を規制することが好ましい。レール又はカバーに溝を形成し、該溝に前記第１受圧部及び／又は第２受圧部を嵌合させ、当該レール又はカバーを前記加圧板に固定するか又は形成し、該スペーサの長さ方向への移動を止めることが好ましい。

前記電池セルが加圧板に接し、対向する２枚の加圧板の間に前記複数個のスペーサが介装されて取り付けられることが好ましい。

電池セルの間にスペーサを介装させてもよい。全ての電池セルの間に介装させてもよいし、少なくとも１箇所設ければよく、電池セルを直接相互に接触させる構造でもよい。また、他の構造のスペーサ、例えば剛体であって可撓性のないものを併用してもよい。全部に入れて、適当に抜いてくのもいいし、他の構造のスペーサを入れてもいい。また一方、通風性を重視しない電池セル（例えば、電気二重層キャパシタ等）の場合、前記スペーサが前記電池セルの間に介装されることがなく前記外箱内に設けられてもよい。

前記外箱が、前記ユニットの厚さ方向の両端部に配置される剛性の面板と、前記面板を拘止する剛性の側板と、を備え、前記面板及び側板が、前記電池セル及びスペーサを前記厚さ方向から圧縮力を負荷した状態で拘束し、前記スペーサの弾発力によって前記電池セルを加圧することが好ましい。

請求項のスペーサは、積層したセルの間に配置された加圧板にスペーサを取り付け、ケーシングによりセルと弾性体が圧縮され、弾性体の反発力でセルを加圧することで、セルの厚さ方向の膨張を抑えることができる。電池セルが膨張或いは縮小すると、各々のスペーサに圧縮力又は伸長力が働くことで変形して弾発力が発現し、個々のスペーサの少ない弾発力を集合させることで、電池セルへの加圧力をいかんなく発揮させる働きをし、電池セルの性能を安全に保持する働きを持つ。即ち、１つのスペーサについてエネルギー吸収量（変形応力）は小さくてもよく、どのスペーサでも変形エネルギーを吸収するようになっていることから、スペーサの数が多くなればなるほど変形応力が現れる箇所が多くなり、それぞれのスペーサにより発現した少しの力が集合し、また、スペーサが相互に独立して電池セルに加圧力を作用させるので、お互いに力を影響し合わず、力が均等になり、電池セルを一定圧で抑え効率がよい。これらにより、車両へ搭載したときの現実性能を発揮するのに十分な特質を持つものになる。

請求項１乃至９の発明によれば、スペーサの耐力が低くても、スペーサが集合して作用することで、弾性ヒステリシスを低減し、セルに対する所望の加圧力が得られる。また、スペーサの個数、或いは、スペーサの形状・構造等を変更することで、セルへの加圧力の調整が容易である。セルの加圧につき、低圧力から高圧力まで所望の圧力で対応でき、リチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ等、種類に応じて対応できる。さらに、弾性体を兼ねるスペーサの伸長・圧縮のストロークが小さいので、電池モジュールがコンパクトになり、振動にも強い。通風空間が広くとれ、空気の流れも間隙を縦横に流れることから、セルの冷却効率が高くなる。弾性ヒステリシスの現象を解消できる。以上のように加圧性能、通風性能、耐振性能、軽量化、小型化等によって自動車等の車両に電池モジュールを搭載することで、車両の総合性能を高める。

請求項２の発明によれば、前記スペーサの長さ方向の断面がΩ字形状であるので、弾性ヒステリシスが改善され耐圧性が高くなる。

請求項３の発明によれば、前記第１部分が長さ方向の断面がＳ字ないし逆Ｚ字形状に曲成され、前記第２部分が長さ方向に前記第１部分と向き合わされた逆Ｓ字ないしＺ字形状の形状をなしているので、弾性ヒステリシスが改善され、耐圧性、密着性が高くなる。

請求項４の発明によれば、前記スペーサの長さ方向の断面形状がＣ字形状又はＯ字形状にスリットを形成した形状である請求項１の電池モジュール。

請求項５の発明によれば、前記加圧板に形成された溝に前記スペーサの前記第１受圧部及び／又は第２受圧部を嵌合させ、該スペーサの長さ方向への移動を規制するので、位置が安定する。

請求項６の発明によれば、レール又はカバーに溝を形成し、該溝に前記第１受圧部及び／又は第２受圧部を嵌合させ、当該レール又はカバーを前記加圧板に固定するか又は形成し、該スペーサの長さ方向への移動を止めるので、レール又はカバーを加圧板に固定するだけでよいので、組み立てが容易である。

請求項７の発明によれば、前記電池セルが加圧板に接し、対向する２枚の加圧板の間に前記複数個のスペーサが介装されて取り付けられ、組み立てが容易である。

請求項８の発明によれば、前記スペーサが前記電池セルの間に介装されることがなく前記外箱内に設けられるので、発熱性を考慮しなくてもよい電池セルに好適である。

請求項９の発明によれば、前記外箱が、前記ユニットの厚さ方向の両端部に配置される剛性の面板と、前記面板を拘止する剛性の側板と、を備え、前記面板及び側板が、前記電池セル及びスペーサを前記厚さ方向から圧縮力を負荷した状態で拘束し、前記スペーサの弾発力によって前記電池セルを加圧するので、軽量・小型化、製造コスト削減に貢献する。

本発明の好適な複数の実施形態について図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
実施形態１の電池モジュール１は、図１〜図６に示す通り、厚み方向Ｙ（積層方向）に積層される、正電極２ａと負電極２ｂとを夫々備える複数のセル３と、間隙４による冷却機能と弾性機能を備えた板状のスペーサ５と、複数のセル３の間に配置されセル３に当接し間隙４を設けた加圧板６、間隙４を調整するためのシム板６１と、を有するユニットＵを備える。また、電池モジュール１は、ユニットＵを収容するケーシングＣを備える。このケーシングＣは、厚さ方向Ｙと直交する長さ方向Ｘに対して主面が平行に配置される一対の剛性の面板７と、厚み方向Ｙに対して主面が平行に配置される、面板７を拘止する拘束部８を備える剛性の側板９と、一対の側板９を連結する底板１０と、を備えている。ケーシングＣがユニットＵに対して厚さ方向に圧縮力を負荷し拘束し、圧縮力に対しスペーサ５が圧縮した状態で、側板９が面板７を拘止する構成である。本実施形態では１つの電池モジュール１が１つのユニットＵで構成されている。１つの電池モジュール１が複数のユニットＵで構成されていてもよく、この場合には複数のユニット同士を並列及び／又は直列に接続する。複数のユニットＵを三次元状に配置し高密度実装にしてもよい。

スペーサ５は、図５に示す通り、その長さ方向の断面が曲成された第１部分５０と、長さ方向に第１部分５０と向き合わされた第２部分５１とを備えた形状をなしている。スペーサ５の一部が、セル３に直接に又は加圧板６を介して取り付けられ、厚み方向の１端部に１つの第１受圧部５２と、他端部に長さ方向に分離され間隙５３を形成した２つの第２受圧部５４及び５５とを備えている。スペーサ５が他のスペーサ５とは面方向に間隔をおいた状態で複数個、分離独立して配置され、スペーサ５が加圧板６から加圧され弾性変形する際に発生する個々の弾性力がセル３に個々に加えられ、それらの個々の弾性力が集合することで、セル３に押圧力を加えることを特徴とする。以下、各構成要素を説明する。

複数のセル３の正電極２ａと負電極２ｂとを結線（図示せず）し、セル３を直列接続する。この実施形態では、各セル３はリチウムイオン電池セルを採用し、その詳細な説明は一般的技術に従うので、ここでは省略する。セル３と、制御回路とを接続するリード等が設けられるが、ここでは図示を省略する。各セル３は方形の板状、円盤状など、その平面形状は任意である。ここで、リチウムイオン電池セルで問題になるのは電池充電率を高める問題であり、それに伴ってセルを加圧し、発熱する場合には冷却する必要が生じる。セルに好適な範囲の加圧力が加えられた場合、電池充電率は３０％から６０％の範囲で設定される。さらに、セルへの加圧力が所望の高圧力に上昇すると電池充電率は２０％から８０％まで幅が拡大する。これにより、特に、自動車に適用する場合、電池の運転時間が長くなり、パワーが上がり、自動車の加速性がよくなり、燃費がよくなり、電池の寿命が長くなる。

図３及び図４に示す通り、一対の加圧板６は、２枚のセル３に挟まれ、セル３を加圧するべくその片面がセル３に接触するとともに、厚さ方向Ｙに一定の間隙４をおいて平行に配置されるように所定厚みに形成されたものである。これら一対の加圧板６の間隙４にスペーサ５が複数個、面方向に配置されている。これらのスペーサ５は、冷却効率及び強度の点から可撓性の金属材料（例えば、ＳＵＳ３０１−ＣＳＰ、ＳＵＳ３０４−ＣＳＰ、アルミニウム等）が好ましい。隙間４を空気が縦横に流れることでセル３を冷却する。

図５に示す通り、スペーサ５は厚さ方向Ｙの中心軸に関して左右対称形であり、スペーサ５は、その長さ方向Ｘの断面が曲成された第１部分５０と、長さ方向Ｘに第１部分５０と向き合わされた第２部分５１とを備えた形状をなし、厚み方向の１端部に１つの第１受圧部５２と、他端部に長さ方向Ｘに隙間５３を介して分離された２つの第２受圧部５４，５５とを備えている。スペーサ５の長さ方向Ｘの断面がＳ字形状に曲成された第１部分５０と、長さ方向Ｘに第１部分５０と向き合わされた逆Ｓ字の第２部分５１とを備えた形状をなしている。第１部分５０及び第２部分５１は、それぞれ、曲がり率が小さなＵ字形状の第１曲部５０ａ，５１ａと、曲がり率が大きなＵ字形状の第２曲部５０ｂ，５１ｂとを有している。第１曲部５０ａ，５１ａは、第２曲部５０ｂ，５１ｂより長く大きく形成されている。第１の曲部５０ａ，５１ａが第１受圧部５２と接続し、第２の曲部５０ｂ，５１ｂがそれぞれ第２受圧部５４，５５と第１の曲部５０ａ，５１ａとに接続する。また、スペーサ５の内部に隙間５３と連通する空間５６が形成されている。第２受圧部５４，５５は第１曲部５０ａ，５１ａの端部と同様な長さに設定されている。なお、図６に示す通り、第２受圧部５４，５５は第１曲部５０ａ，５１ａを超えないような長さに設定されてもよいし、逆に、超えるような長さに設定してもよい。

曲成された弾性の板体であるスペーサ５は、加圧板６の間に複数個が別個独立して介装され、適宜間隔又は所定間隔の配置で島状に独立に分布している（図３（ｂ）参照）。スペーサ５は、電池セル３が膨張すると、図４（ａ）から図４（ｂ）に示す通り、厚み方向Ｙに撓んで変形し、電池セル３への加圧力を調整する。

加圧板６は、図４（ａ）乃至図４（ｃ）に示す通り、その片面がセル３の積層面を加圧する加圧面６２、他の片面がスペーサ５を加圧する加圧面６３である。一対の加圧面６３によりスペーサ５を厚さ方向Ｙから挟持する。また、一方の加圧面６３には、適宜間隔又は所定間隔で幅方向Ｚに形成された複数の溝６４と、それらの溝６４に隣接して形成されスペーサ５を保持することにより長さ方向Ｘ及び幅方向Ｚへのスペーサ５の移動を防ぐ保持部６５と、が形成されている。ここでは溝６４の両端部にはアリ溝６６が形成されている。溝６４の底面は、第２受圧部５４及び５５が着座する受面６７である。スペーサ５の第１受圧部５２は、図４上側の加圧面６３に接触し、第２受圧部５４及び５５の下面は図４下側の加圧面６３と接触する。保持部６５は、スペーサ５の変形時、加圧板６内におけるスペーサ５の面内移動を制御する。保持部６５の端部が第２受圧部５４及び５５の上部に位置する。この保持部６５は所定厚みで長さ方向Ｘに突出するとともに、幅方向Ｚにも延在する板状の部材である。なお、図４（ｄ）に示す通り、溝６６をアリ溝ではなく直交溝６６´としてもよい。番号には図４（ｃ）にダッシュを付して説明は援用する。加圧板６の溝の形状等は図示に限定されるものではない。

ケーシングＣは一定の寸法に成形された剛性の外箱であり、スペーサ５を圧縮した状態で、一定状態で保持するので、図４（ｂ）に示す通り、セル３の積層面から、加圧面６２，６３に対し厚さ方向Ｙから図中矢印で示す通りの圧縮力が加わる。スペーサ５が圧縮された状態となっており、第１受圧部５２及び第２受圧部５４及び５５が加圧され、自由状態の図４（ａ）と対比して、主として、第１部分５０及び第２部分５１が弾性変形する。そのため、第１部分５０及び第２部分５１が、その形状を復元しようとして、スペーサ５から加圧板６に対し弾発力が加えられ、各セル３の積層面に対して加圧力が加わる。スペーサ５の第１受圧部５２、並びに第２受圧部５４及び５５は、無論、加圧板６の加圧面６３の面積より少なく設定される。第２受圧部５４及び５５が横に広がろうとするが、保持部６５により横方向への拡開が規制されるので、弾発力が好適に保持できる。スペーサ５の横方向への変形を自由にすると、セル３への加圧力が変動するおそれがあるからである。さらに、スペーサ５が分離独立して島状に配置されることから、空気が縦横に流れるので、冷却能力が高くなる。

ケーシングＣの材質は、セル３の電池充電率が高率（例えば８０％程度）になってくると、放熱効率を良くしないと作動効率が落ちるので、樹脂材料（プラスチック等）、金属材料、特に、熱伝導率から鉄又はアルミニウム等が好適である。図１及び図２に示す通り、面板７は断面コ字形状であり、主面がセル３の積層面を加圧する。主面の両端から延び出す屈曲部を拘束部８が掛け止めし、ユニットＵが厚み方向Ｙに膨張しないように拘止する。側板９及び底板１０にはねじ孔が形成され、ボルト等の固定具で連結される。

次に電池モジュール１の製造方法は、まず、図７に示す通り、各セル３とスペーサ５とを互い違いに厚み方位Ｙに積層し端部にシム板６１を配置し、ユニットＵに積層し、ユニットＵの厚み方向Ｙの両端部に一対の面板７を当てる積層ステップを備える。初期状態はスペーサ５の加圧力はゼロである。次に、面板７の厚さ方向の外側から加圧装置（図示略）で圧力を負荷し、ユニットＵを厚み方向Ｙに対して設定された厚み（例えば３ｍｍ）で圧縮し、スペーサ５を弾性変形した状態で保持する保持ステップを備える。加圧機で３ｍｍ圧縮すると加圧力が所定の圧力になる。次に、前記保持された面板７に側板９を外側から遊嵌する遊嵌ステップを備える。次に、保持ステップで加圧装置（図示略）から負荷された圧力を解放することで、スペーサ５の弾性により、ユニットＵが厚み方向Ｙに拡がり、スペーサ５の付勢力に抗して側板９が面板７を両側から押さえつけているので、拘束部８が面板７を加締め、側板９が面板７を拘束する拘束ステップを備える。さらに底板１０で側板９を連結するステップを備える。これにより、図１、図２に示す電池セル１が組み立てられる。この組み立て状態では、スペーサ５の弾性力が常に積層されたセル１に加えられる。組み立てロボットを利用してラインで自動的に組み立てできる。コスト低減と軽量化に寄与する。また、加圧装置（図示略）の加圧力を測定し、適正値か否かを検査する。検査のときにセル３の１つの問題が発見されると、通常、元から組み付けなければいけないが、本実施形態によれば、その場で対応できる。

＜実施形態２＞
実施形態２の電池モジュールについて図８を参照して説明する。この実施形態２は、スペーサ５の形状を変更したスペーサ１０５としたものであり、番号は１００番台とし、他の構成は実施形態１と同様であるので、図示及び説明は実施形態１を援用し、相違点を説明する。このスペーサ１０５は、切欠１５７を備えたものであり、加圧板６へ係止部を設けて、これに係止をするものである。切欠１５７に代えて、第１受圧部１５２に（例えば、長さ方向Ｘ又は幅方向Ｚ等）に凹みを設けてもよい。

＜実施形態３＞
実施形態３の電池モジュールについて図９及び図１０を参照して説明する。この実施形態３は、スペーサ５の形状を変更したスペーサ２０５としたものであり、番号は２００番台とし、他の構成は実施形態１と同様であるので、図示及び説明は実施形態１を援用し、相違点を説明する。このスペーサ２０５は、第１受圧部２５２の長さ方向Ｘの断面を茸形状としたものである。加圧板６への接触面積が小さいことにより、受圧面積が小さく、変形をより大きくすることで、弾性力を一層活用することができる。厚み方向Ｙへの変形量がスペーサ５よりも大きい。スペーサ２０５は、第１受圧部２５２の接触面積が第２受圧部２５４及び２５５よりも少なく、局部に限定されている。第１曲部、第２曲部の曲率は実施形態１よりも少ない。図１０（ｂ）に示す通り、厚み方向Ｙから圧縮されると、自由状態の図１０（ａ）と対比して曲部の傾斜部の傾きが長さ方向Ｘに関して小さくなる。また、曲部が横方向に拡開し、厚み方向Ｙへの圧縮量が大きくなる。個々のスペーサ２０５は保持部２６５に弾性的に係止されている。個々の保持部２６５は、スペーサ２０５に対応し、独立して形成されている。保持部２６５を連続させ、レール形状としてもよい。

＜実施形態４＞
実施形態４の電池モジュールについて図１１を参照して説明する。この実施形態４は、スペーサ２０５の形状を変更したスペーサ３０５としたものであり、番号は３００番台とし、他の構成は実施形態３と同様であるので、図示及び説明は実施形態３を援用し、相違点を説明する。このスペーサ３０５は、第１受圧部３５２に貫通孔３５７を形成したものであり、弾性力を調整できるようになっている。

＜実施形態５＞
実施形態５の電池モジュールについて図１２を参照して説明する。この実施形態５は、スペーサ３０５の形状を変更したスペーサ４０５としたものであり、番号は４００番台とし、他の構成は実施形態４と同様であるので、図示及び説明は実施形態４を援用し、相違点を説明する。このスペーサ４０５は、切欠４５８を備えたものであり、加圧板６へ係止部を設けて、これに係止をするものである。

＜実施形態６＞
実施形態６の電池モジュールについて図１３を参照して説明する。この実施形態６は、スペーサ５の形状を変更したスペーサ５０５としたものであり、番号は５００番台とし、他の構成は実施形態１と同様であるので、図示及び説明は実施形態１を援用し、相違点を説明する。このスペーサ５０５は、長さ方向Ｘの断面形状がＣ字形状、又は、Ｏ字形状にスリットを形成した形状であり、ガイドレール形状で両端がフック形状（例えば、図示のようなＴ字型）の保持部５６５に係止をされるものである。Ｃ型スペーサ５０５は開口部を挟むように対峙する端部が保持部５６５の基部に掛止するものである。該基部を加圧板６に溶接又は接着してもよい。Ｃ型スペーサ５０５の長さ、径、材質、又は、個数等を変更することで、加圧力の調整が容易になる。Ｃ型スペーサ５０５をビスで固定してもよい。また、保持部５６５を機械又は工具で変形させることで、Ｃ型ストッパ５０５の端部を押し付けて固定してもよい。そして、保持部５６５に溝を設けて、Ｃ型スペーサ５０５の自己のばね力で、保持部５６５に自己保持させてもよい。

＜実施形態７＞
実施形態７の電池モジュールについて図１４を参照して説明する。この実施形態７は、スペーサ５の形状を変更したスペーサ６０５としたものであり、番号は６００番台とし、他の構成は実施形態６と同様であるので、図示及び説明は実施形態６を援用し、相違点を説明する。スペーサ６０５は、断面Ｃ型で連続管である構成を変更するとともに、保持部５６５をクリップ形状の保持部６６５に変更したものである。保持部６６５をヒンジ構成とすれば、保持部６６５をワンタッチに操作することで、Ｃ型スペーサ６０５を加圧板６に押し付けて、固定することができる。保持部６６５を両端部に設け２ヶ所で固定すれば、保持部６６５の構成が極めて簡素になる。なお、図１４では保持部は１端部に１個設けているが、保持部６６５を上下に一対設けても良い。なお、実施形態１〜６のスペーサを連続管としてもよく、これを並列させて使用すればよい。この場合、長さ方向Ｘに切り欠いて間隙を設けてもよい（図１５参照）。

＜実施形態８＞
実施形態８の電池モジュールについて図１５を参照して説明する。この実施形態８は、スペーサ５を複数個連結した形状に変更したスペーサ７０５としたものであり、番号は７００番台とし、他の構成は実施形態３と同様であるので、図示及び説明は実施形態３を援用し、相違点を説明する。スペーサ７０５は、連結板７６９にて幅方向Ｚに整列された連結された構造である。これにより保持部７６５への取り付けが簡単になる。保持部７６５は加圧板６へ固定される。

＜実施形態９＞
実施形態９の電池モジュール８０１について図１６を参照し説明する。この実施形態９は、面板８０７の横断面をコ字形状とし、幅Ｘ方向から厚さ方向Ｙに直角状に延び出し、ユニットＵの側面中央部まで伸長している。半ボックス形状の面板８０７の両側の拘束端部部には、それぞれ、フックが設けてあり、側板８０９の拘束部８０８に拘止される。底板８１０は一対の部材に分割されている。側板８０９は、組み立てる場合には、保持ステップにおいて、ユニットＵを半分ずつ、面板８０７の凹みに収容すればよいので、作業が容易である。遊嵌ステップにおいて、上下方向から面板８０７に差し込むようになっている。これにより保持ステップにおいて、バラバラになるおそれを防止し、作業効率の向上が期待される。底板８１０は予め面板８０７に組みつけておくことが好ましい。

他の実施形態について図示を略して説明する。２枚のセル３の間に介装されることがなくケーシング内で介装されて隙間を形成し、セル３から押圧力を受け弾性変形するものでもよい。保持部６５の設けていない加圧板６にも保持部６５を設け、挟持させてもよい。

セル３を実施形態１のリチウム電池セルから電気二重層キャパシタに変更してもよい。発熱を考慮しなくてよい場合、スペーサ５はセル３間に挿入する必要がない場合があり、その場合、セル３の間に介装はされず、セル以外の場所に配置される（特許文献１のように端部に配置する）。また、ケーシングＣも一般的に実施形態１よりも小型でよい。セル３は電気二重層キャパシタであり、分極性電極と電解液との界面に形成される電気二重層容量を利用したものであり、誘電体を介在させて電極を配置したキャパシタに比べて静電容量が大きなことを特徴とする。その構成及び電子制御回路（図示略）の詳細については、株式会社パワーシステムの蓄電システムＥＣａＳＳ（登録商標）を参照されたい（http://www.powersystems.co.jp/techno/index.html：http://www.ecass-forum.org/jpn/）。このシステムの特徴は、サイクル寿命が長い、急速充放電が可能、充放電効率（９０％〜９５％）が高い、低温環境でも動作可能、優れた安全性、メンテナンスフリー、正確な電池充電率の測定、地球環境への負荷を低減する（電極材料は炭素とアルミ箔と紙）という特徴を持つ。活性炭型のキャパシタのほか、同社のナノゲート・キャパシタでもよい。このナノゲート・キャパシタの場合、電解液イオンでカーボンの細孔を設けている。無駄のない細孔を作成できるので、細孔の静電容量を確保できる。なお、電子制御回路の改良例としては、個々のセル３について電圧を測定し、測定値の低いセルを検出する。個々の能力や特性にはばらつきがあるので、能力の高いセル３を選択して一定の電圧を作成する。それを並列モニタで監視しながらバランスを取る。この監視回路でセルの電圧を監視し、電圧レベルに応じてオンオフ制御をする。参考文献として、特開平３−８０５２０号公報、特開２００１−１８５４５５、特開２００４−１２８１４５、特開２００５−２９４８５０号等がある。

この電気二重層キャパシタは、放置しても放電は少ない。また、リチウムイオン電池と同様に低い加圧力では電解液からガスが発生する問題がある。リチウムイオン電池の場合と比較して、相対的に低い加圧力でよいが、それでも、９６０Ｎ（１００Ｋｇｆ）や１９２０Ｎ（２００Ｋｇｆ）程度の加圧力が必要である。

図１７は、電池モジュール１をハイブリッド自動車９００に適用した例を示す。電池モジュール１を後部座席９０１の下部にある固定部９０２に固定する。電池モジュールの構成は、例えば、複数のセルで１つのユニットを構成し、２つのユニットで電池モジュールを構成することで、電圧を２００Ｖ以上とする構成などが一例として挙げられる。電池モジュール１は空気を吸引するファン９０３（図示略）と、室内の空気を取り入れる吸気ホース９０４、車外に排気するための排気ホース９０５と、を備える。吸気ホース９０４を通って後部側の部屋から電池モジュール１の下側に空気を入れ、間隙４を下から上に向かって通過させることで、セル３を冷却し、排気ホース９０５を通って後部側の部屋から外部に空気を排出する。電池モジュール１をトランクルームに配置すると、トランクルームの容積が減るので、後部座席９０１の下に固定する。また、エンジン９０６による車輪９０７の駆動と、電池モジュール１に接続される電動機及び発電機を含む駆動部９０８による車輪９０７の駆動とを組み合わせているが、ハイブリッド自動車の構造について説明は省略する。具体的な構造は、特開２００５−２９７８６０又は特開２００５−１０６８０７等を参照されたい。

スペーサ５のばね構造体としての厚みが０．１ｍｍ、長さが２０ｍｍ、幅が１０ｍｍ、高さ４ｍｍ、材質はＳＵＳ３０１−ＣＳＰであり、曲げ加工したものである。リチウムイオン電池セルの単体の性能が充電時間１０ｍｉｎ〜３ｈｒ、出力密度６００Ｗ／Ｋｇ、重量エネルギー密度１２０Ｗｈ／Ｋｇである。セル３がリチウムイオン電池のときには、４９００Ｎ（５００Ｋｇｆ）或いは９８００Ｎ（１０００Ｋｇｆ）以上で押圧する。

スペーサ５のばねの構造体としての構造は実施例１と同様である。電池セルとして電気二重層キャパシタ・セル（パワーシステム社ＰＳ−Ｌ型ＥＤＬＣキャパシタモジュール）を採用し、２０セル直列接続である。１つのセルの内部抵抗２ΩＦ，エネルギー密度６．５Ｗｈ／Ｋｇ、２０セルでの重量エネルギー密度２６Ｗｈ／Ｋｇである。セル３が電気二重層キャパシタの場合には、９８０Ｎ（１００Ｋｇｆ）や１９６０Ｎ（２００Ｋｇｆ）などの所望の圧力で押圧する。

以上、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、追加、変更、改変等を加えることができるものであり、それらの改変、均等物等も本発明の技術的範囲に含まれることとなる。

本発明は、自動車用の電池モジュール、特にハイブリッド車の電池モジュール、風力発電装置の電池モジュール、太陽光発電装置の電池モジュール、燃料電池装置の電池モジュールなどの用途がある。

本発明実施形態１の電池モジュールの斜視図である。 同電池モジュールの分解斜視図である。 （ａ）は加圧板で挟持されたスペーサの平面図、（ｂ）は同正面図である。 （ａ）はスペーサ５の自由状態を示す平面図、同（ｂ）はスペーサ５の圧縮状態の平面図、（ｃ）は片側の加圧板６の平面図、（ｄ）は加圧板の変更例の平面図である。 （ａ）はスペーサ５の斜視図、（ｂ）は同左側面図、（ｃ）は同平面図、（ｄ）は正面図、（ｅ）は同背面図である。 （ａ）はスペーサ５の変形例の斜視図、（ｂ）は同左側面図、（ｃ）は同平面図、（ｄ）は正面図、（ｅ）は同背面図である。 電池モジュールの製造方法の保持ステップを示す説明図である。 （ａ）は実施形態２のスペーサ１０５の斜視図、（ｂ）は同左側面図、（ｃ）は同平面図、（ｄ）は正面図、（ｅ）は同背面図である。 （ａ）は実施形態３のスペーサ２０５の斜視図、（ｂ）は同左側面図、（ｃ）は同平面図、（ｄ）は正面図、（ｅ）は同背面図である。 （ａ）は加圧板で挟持されたスペーサ２０５の自由状態を示す平面図、同（ｂ）は同スペーサ２０５の圧縮状態の平面図、（ｃ）はスペーサ２０５の取り付け状態を示す斜視図である。 （ａ）は実施形態４のスペーサ３０５の斜視図、（ｂ）は同左側面図、（ｃ）は同平面図、（ｄ）は正面図、（ｅ）は同背面図である。 （ａ）は実施形態５のスペーサ４０５の斜視図、（ｂ）は同左側面図、（ｃ）は同平面図、（ｄ）は正面図、（ｅ）は同背面図である。 （ａ）は実施形態６のＣ字型スペーサ５０５の部分拡大平面図、（ｂ）は加圧状態の同Ｃ字型スペーサ５０５の部分拡大平面図、（ｃ）は同Ｃ字型スペーサ５０５の内部構造を示す斜視図である。 （ａ）は、実施形態７のＣ型スペーサ６０５の部分拡大平面図、（ｂ）は加圧状態の同Ｃ字型スペーサ６０５の部分拡大平面図、（ｃ）は同Ｃ字型スペーサ６０５の内部構造を示す斜視図である。 （ａ）は実施形態８の連結型のスペーサ７０５と保持部７６５の斜視図、（ｂ）はスペーサ７０５が保持部７６５に嵌合固定された斜視図、（ｃ）は保持部７６５の斜視図である。 第９実施形態の電池モジュール８０１の斜視図である。 実施形態の電池モジュールのハイブリッド自動車への適用例を示す模式図である。

符号の説明

１…電池モジュール ２ａ…正電極 ２ｂ…負電極 ３…電池セル ４…間隙
５…スペーサ ６…加圧板 ７…面板 ８…拘束部 ９…側板 １０…底板 Ｃ…ケーシング
５０…第１部分 ５０ａ，５１ａ…第１曲部 ５１…第２部分 ５０ｂ，５１ｂ…第２曲部５２…第１受圧部 ５３…間隙 ５４及び５５…第２受圧部 ６１…シム板
６２，６３…加圧面 ６４…溝 ６５…保持部 ６６…アリ溝 ６７…受面
Ｘ…長さ方向 Ｙ…厚さ方向 Ｚ…幅方向

Claims (9)

1. 厚さ方向に積層される複数の板状の電池セルと、該電池セルを収容する外箱と、該外箱内に間隙を形成するとともに前記板状電池セルを加圧する可撓性のスペーサと、を含み構成され、
   前記スペーサは、その長さ方向の断面が曲成された第１部分と、前記第１部分と左右対称に長さ方向の断面が曲成された第２部分と、を備え、
   前記スペーサの一部が、前記電池セルに直接に又は加圧板を介して取り付けられ、
   前記スペーサが、厚み方向の１端部に１つの第１受圧部と、他端部に隙間を設けた２つの第２受圧部とを備え、
   前記スペーサは他のスペーサとは面方向に間隔をおいた状態で複数個配置され、
   前記スペーサが前記電池セル又は前記加圧板から加圧され弾性変形する際に発生する個々の弾性力が前記電池セルに個々に加えられ、該個々の弾性力が集合することで、前記電池セルに押圧力を加えること、
   を特徴とする電池モジュール。
2. 前記スペーサの長さ方向の断面がΩ字形状である請求項１の電池モジュール。
3. 前記第１部分が長さ方向の断面がＳ字ないし逆Ｚ字形状に曲成され、前記第２部分が長さ方向に前記第１部分と向き合わされた逆Ｓ字ないしＺ字形状の形状をなしており、
   前記第１部分及び第２部分は、それぞれ、曲率が相違する第１曲部と第２曲部とを有し、
   前記第１曲部が第１受圧部と接続し、前記第２曲部が第２受圧部と接続する請求項１の電池モジュール。
4. 前記スペーサの長さ方向の断面形状がＣ字形状又はＯ字形状にスリットを形成した形状である請求項１の電池モジュール。
5. 前記加圧板に形成された溝に前記スペーサの前記第１受圧部及び／又は第２受圧部を嵌合させ、該スペーサの長さ方向への移動を規制する請求項１乃至４いずれかの電池モジュール。
6. レール又はカバーに溝を形成し、該溝に前記第１受圧部及び／又は第２受圧部を嵌合させ、当該レール又はカバーを前記加圧板に固定するか又は形成し、該スペーサの長さ方向への移動を止める請求項１乃至４いずれかの電池モジュール。
7. 前記電池セルが加圧板に接し、対向する２枚の加圧板の間に前記複数個のスペーサが介装されて取り付けられる請求項１乃至６いずれかの電池モジュール。
8. 前記スペーサが前記電池セルの間に介装されることがなく前記外箱内に設けられる請求項１乃至６いずれかの電池モジュール。
9. 前記外箱が、前記ユニットの厚さ方向の両端部に配置される剛性の面板と、前記面板を拘止する剛性の側板と、を備え、
   前記面板及び側板が、前記電池セル及びスペーサを前記厚さ方向から圧縮力を負荷した状態で拘束し、前記スペーサの弾発力によって前記電池セルを加圧する請求項１乃至７いずれかの電池モジュール。

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