JP5592341B2 - バッテリモジュールユニット - Google Patents

Description

本発明は、複数のバッテリセルを積層して第１エンドプレートおよび第２エンドプレート間に挟持し、前記第１エンドプレートおよび前記第２エンドプレートを連結部材で連結してバッテリモジュールを構成し、一対の前記バッテリモジュールを並列に配置して一体化したバッテリモジュールユニットに関する。

複数個のバッテリセルを積層した両端部に一対のエンドプレートを当接し、それら一対のエンドプレートを拘束バンド（連結部材）の両端部にボルトで締結することで、複数個のバッテリセルを積層状態で一体化したバッテリモジュールを構成するものが、下記特許文献１により公知である。

特開２００９−４８９７３号公報

２個のバッテリモジュールの長手方向の側面どうしを対向させて一体化することでバッテリモジュールユニットを構成すれば、バッテリモジュールの個数を半分に減らして運搬時や着脱時の取扱性を高めることができ、更に２個のバッテリモジュールに対してエンドプレートおよび連結部材を共有すれば、部品点数を削減することができる。

ところで、バッテリモジュールは複数のバッテリセルを積層して構成されるため、各バッテリセルの厚さの公差が累積してバッテリモジュールの長さにバラツキが発生する問題がある。従って、一対のエンドプレートを２個のバッテリモジュールに対して共有した場合には、長い側のバッテリモジュールに合わせて連結部材を締結すると、短い側のバッテリモジュールを充分に締めつけることができず、複数のバッテリセルを強固に一体化することができなくなる問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、一対のバッテリモジュールを並列に配置して一体化したバッテリモジュールユニットにおいて、エンドプレートの数を削減しながらバッテリモジュールの長さの差を吸収できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、複数のバッテリセルを積層して第１エンドプレートおよび第２エンドプレート間に挟持し、前記第１エンドプレートおよび前記第２エンドプレートを連結部材で連結してバッテリモジュールを構成し、一対の前記バッテリモジュールを並列に配置して一体化したバッテリモジュールユニットであって、前記一対のバッテリモジュールの前記第１エンドプレートを１つの部品として構成するとともに、前記一対のバッテリモジュールの２個の前記第２エンドプレートを互いに別の部品として構成したことを特徴とするバッテリモジュールユニットが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記一対のバッテリモジュールの前記第１エンドプレートに接する２個の前記バッテリセルの端子どうしをバスバーで接続したことを特徴とするバッテリモジュールユニットが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記第１エンドプレートに一端を固定した前記連結部材の他端に設けた長孔と、前記第２エンドプレートに設けたナットとをボルトで締結することを特徴とするバッテリモジュールユニットが提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記複数のバッテリセルの積層方向に直交する方向でバッテリモジュールユニットの両側に位置する一対の前記連結部材を前記第２エンドプレートに締結する前記ボルトを、前記積層方向に直交する方向でバッテリモジュールユニットの外側からバッテリモジュールユニットの内側に向けて配置したことを特徴とするバッテリモジュールユニットが提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、前記バッテリセルはホルダを挟んで積層され、前記ホルダおよび前記連結部材は相互に凹凸係合することを特徴とするバッテリモジュールユニットが提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、請求項５の構成に加えて、前記ホルダに設けた突起は前記連結部材の上縁および下縁に係合することを特徴とするバッテリモジュールユニットが提案される。

尚、実施の形態のプラス端子１６ａおよびマイナス端子１６ｂは本発明の端子に対応し、実施の形態の第１ホルダ３３は本発明のホルダに対応し、実施の形態の第１〜第３連結部材４０，４１，４２は本発明の連結部材に対応し、実施の形態のウエルドナット４３〜４６は本発明のナットに対応する。

請求項１の構成によれば、複数のバッテリセルを積層して第１エンドプレートおよび第２エンドプレート間に挟持し、第１エンドプレートおよび第２エンドプレートを連結部材で連結してバッテリモジュールを構成し、一対のバッテリモジュールを並列に配置して一体化したので、一対のバッテリモジュールを一体として取り扱うことが可能になって取扱性が向上するだけでなく、個々のバッテリモジュールを単体で車体に搭載する場合に比べて、バッテリモジュール間の隙間を減少させてスペースの削減に寄与することができる。また一対のバッテリモジュールの一端側に当接する第１エンドプレートを一部材、即ち１つの部品として構成し、一対のバッテリモジュールの他端側に当接する２個の第２エンドプレートを別部材、即ち互いに別の部品として構成したので、各バッテリモジュール毎に一対のエンドプレートを設ける場合に比べてエンドプレートの数を１枚削減することができ、しかもバッテリセルの厚さの公差の累積によって２個のバッテリモジュールの積層方向の長さに差が発生しても、その差を２個の第２エンドプレートの位置を異ならせて吸収することができる。

また請求項２の構成によれば、一対のバッテリモジュールの共通の第１エンドプレートに接する２個のバッテリセルの端子は、共通の第１エンドプレートによって相対位置が一定に規制されるため、それらの端子の距離が一定なってバスバーによる接続作業を容易に行うことができる。

また請求項３の構成によれば、第１エンドプレートに一端を固定した連結部材の他端に設けた長孔と、第２エンドプレートに設けたナットとをボルトで締結するので、ボルトに対する長孔の位置を調整することでバッテリセルの厚さの公差の累積を吸収することができる。

また請求項４の構成によれば、バッテリセルの積層方向に直交する方向でバッテリモジュールユニットの両側に位置する一対の連結部材を第２エンドプレートに締結するボルトを、前記積層方向に直交する方向でバッテリモジュールユニットの外側からバッテリモジュールユニットの内側に向けて配置したので、ボルトを操作する工具がバッテリモジュールと干渉しないようにして作業性を高めることができる。

また請求項５の構成によれば、バッテリセルをホルダを挟んで積層し、ホルダおよび連結部材を相互に凹凸係合したので、バッテリモジュールの組み立て時に連結部材をホルダに係止して連結部材および第２エンドプレートの締結作業の作業性を高めることができるだけでなく、振動によるバッテリセルやホルダの位置ずれを防止することができる。

また請求項６の構成によれば、ホルダに設けた突起が連結部材の上縁および下縁に係合するので、特にバッテリセルやホルダの上下方向の位置ずれを確実に防止することができる。

バッテリパックの斜視図。 ２個のバッテリモジュールユニットの斜視図。 １個のバッテリモジュールユニットの分解斜視図。 図２の４方向矢視図。 図４の５方向矢視図。

以下、図１〜図５に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１に示すように、電気自動車のバッテリパック１１は、金属製のバッテリトレー１２の上面に合成樹脂製のバッテリカバー１３を結合してボルト１４…で締結したバッテリケース１５を備えており、バッテリトレー１２の上面に複数のバッテリモジュール１６…が搭載される。

バッテリパック１１の後部に設けられた冷却装置１７は、車幅方向中央部に配置された吸入ダクト１８と、吸入ダクト１８の車幅方向両側に配置された左右一対の排出ダクト１９，１９とを備える。吸入ダクト１８の上部前面には、その内部にバッテリパック１１の外部の空気を冷却空気として吸入するための冷却空気吸入口１８ａが前向きに開口する。また排出ダクト１９，１９の内部にはそれぞれ電動の冷却ファン２０，２０が収納されており、熱交換後の冷却空気を排出するための冷却空気排出口１９ａ，１９ａが、各冷却ファン２０，２０の外周に臨むように後向きに形成される。

従って、冷却ファン２０，２０を駆動すると、吸入ダクト１８の冷却空気吸入口１８ａから吸入された冷却空気はバッテリトレー１２の内部に供給され、バッテリトレー１２の内部の冷却通路を流れる間にバッテリモジュー１６…との間で熱交換を行った後、排出ダクト１９，１９の冷却ファン２０，２０を通過して冷却空気排出口１９ａ，１９ａから排出される。

バッテリパック１１の前部には手動スイッチを収納したメインスイッチ２１が設けられ、バッテリパック１１の後部にはコンタクタやヒューズを収納したジャンクションボード２２が設けられる。バッテリモジュール１６…から延びる高圧ケーブル２３はメインスイッチ２１およびジャンクションボード２２を経由してバッテリパック１１の左前部に設けられた高圧コネクタ２４に接続される。またバッテリパック１１の右前部に設けられた低圧コネクタ２５から制御信号を伝送するための低圧ケーブル２６が延びており、この低圧ケーブル２６はジャンクションボード２２やバッテリモジュール１６…のサーミスタ等に接続される。

次に、図２〜図５に基づいてバッテリモジュールユニット３１の構造を説明する。

バッテリモジュールユニット３１は、２個のバッテリモジュール１６，１６を、それらの長手方向の側面どうしが対向するように一体化したものである。バッテリモジュール１６は、例えば１２個のバッテリセル３２…を積層したもので、それらの間には水平断面がＨ字状の１１個の第１ホルダ３３…が挟持されるとともに、両端の２個のバッテリセル３２，３２の外側には水平断面がコ字状の２個の第２ホルダ３４，３４が当接する。そしてバッテリセル３２…、第１ホルダ３３…および第２ホルダ３４，３４の上面を覆うカバー３５が、２個の第２ホルダ３４，３４にボルト３６，３６で固定される。

長手方向の側面どうしが対向するよう配置された２個のバッテリモジュール１６，１６は、第１エンドプレート３７と、一対の第２エンドプレート３８，３９と、第１〜第３連結部材４０，４１，４２とによって一体に結合される。第１エンドプレート３７は概ね平坦な板状部材であり、一対のバッテリモジュール１６，１６の端面が当接可能である。帯状に形成された中央の第１連結部材４０の一端部は、第１エンドプレート３７の中央部に垂直に交差するように固定され、同じく帯状に形成された第２、第３連結部材４１，４２の一端部は、第１エンドプレート３７の両端部に垂直に交差するように固定される。よって、第１エンドプレート３７および第１〜第３連結部材４０，４１，４２は、平面視でＥ字状に形成される。

第１エンドプレート３７の下端部には、それをバッテリトレー１２の上面に固定するための４個の取付ブラケット３７ａ…が設けられ、また第１エンドプレート３７の中央部および両端部には、バッテリモジュール１６，１６の側面に当接する３個の押さえ突起３７ｂ…が設けられる。第１連結部材４０の上端には、バッテリモジュール１６，１６の上面に当接する４個の押さえ突起４０ａ…が設けられる。また第１連結部材４０の他端には、バッテリセル３２…の積層方向に細長く形成された上下一対の長孔４０ｃ，４０ｄが設けられる。

バッテリセル３２…の積層方向と直交する方向でバッテリモジュールユニット３１の両側に位置する第２、第３連結部材４１，４２の上端には、それぞれバッテリモジュール１６，１６の上面に当接する各２個の押さえ突起４１ａ，４１ａ；４２ａ，４２ａが設けられる。また第２、第３連結部材４１，４２の他端には、バッテリセル３２…の積層方向に細長く形成された上下一対の長孔４１ｃ，４２ｃが設けられる。

バッテリモジュール１６…間に挟まれる第１ホルダ３３…の外側面には、外向きに突出する突起３３ａ…が上下２列に形成される。第１〜第３連結部材４０，４１，４２の上縁および下縁は、第１ホルダ３３…の外側面の上下２列の突起３３ａ…にそれぞれ係合する。

一対の第２エンドプレート３８，３９は概ね平坦な板状部材であり、各々が第１エンドプレート３７を２分割したような形状を有している。第２エンドプレート３８，３９の下端部には、それをバッテリトレー１２の上面に固定するための各２個の取付ブラケット３８ａ，３８ａ；３９ａ，３９ａが設けられ、また第２エンドプレート３８，３９両端部には、バッテリモジュール１６，１６の側面に当接する各２個の押さえ突起３８ｂ，３８ｂ；３９ｂ，３９ｂが設けられる。また一方の第２エンドプレート３８の両端部には一対の固定ブラケット３８ｃ，３８ｄが設けられ、その一方の固定ブラケット３８ｃはウエルドナット４３が設けられ、その他方の固定ブラケット３８ｄにはウエルドナット４４が設けられる。同様に、他方の第２エンドプレート３９の両端部には一対の固定ブラケット３９ｃ，３９ｄが設けられ、その一方の固定ブラケット３９ｃはウエルドナット４５が設けられ、その他方の固定ブラケット３８ｄにはウエルドナット４６が設けられる。

第２連結部材４１の長孔４１ｃを貫通するボルト４７は、一方の第２エンドプレート３８のウエルドナット４３に締結され、第１連結部材４０の長孔４０ｃを貫通するボルト４８は一方の第２エンドプレート３８のウエルドナット４４に締結される。また第３連結部材４２の長孔４２ｃを貫通するボルト４９は、他方の第２エンドプレート３９のウエルドナット４５に締結され、第１連結部材４０の長孔４０ｄを貫通するボルト５０は他方の第２エンドプレート３９のウエルドナット４６に締結される。

１２個のバッテリセル３２…を電気的に直列に接続したバッテリモジュール１６の長手方向両端部にはプラス端子１６ａおよびマイナス端子１６ｂが設けられる。バッテリモジュールユニット３１を構成する２個のバッテリモジュール１６，１６は、プラス端子１６ａおよびマイナス端子１６ｂが互い違いになるように配置されており、第１エンドプレート３７側に位置する一方のバッテリモジュール１６のプラス端子１６ａと他方のバッテリモジュール１６のマイナス端子１６ｂとが第１バスバー５１で接続される。

前記２個のバッテリモジュール１６，１６はバッテリモジュールユニット３１として一体化されているため、第１バスバー５１はバッテリモジュールユニット３１に予め固定されている。第１バスバー５１が接続される２個のバッテリセル３２，３２は、共通の第１エンドプレート３７によって相互の位置関係が正確に定まるため、プラス端子１６ａおよびマイナス端子１６ｂ間の距離が一定になって第１バスバー５１を取り付ける作業が容易になる。

一方、バッテリモジュールユニット３１の２個のバッテリモジュール１６の第２エンドプレート３８，３９側に位置するプラス端子１６ａおよびマイナス端子１６ｂは、隣接するバッテリモジュールユニット３１の２個のバッテリモジュール１６の第２エンドプレート３８，３９側に位置するマイナス端子１６ｂおよびプラス端子１６ａに、第２バスバー５２を介して接続される。従って、第２バスバー５２は、バッテリモジュールユニット３１が単体の状態にあるときは取り付けられておらず、複数のバッテリモジュールユニット３１…をバッテリトレー１２に搭載した後に、隣接するバッテリモジュールユニット３１，３１間を接続するように取り付けられる。

第１バスバー５１は、その中間部がカバー３５，３５の上面形状に沿うように下向きに凸に湾曲しているが、第２バスバー５２は、その中間部がカバー３５，３５の上面から離れるように上向きに凸に湾曲している。その結果、第２バスバー５２とカバー３５，３５の上面との間に空間が形成されるため、この空間を利用してケーブル等を配置することができる。

以上のように、２個のバッテリモジュール１６，１６を一体化してバッテリモジュールユニット３１を構成したので、２個のバッテリモジュール１６，１６を一体として取り扱うことが可能になって取扱性が向上するだけでなく、個々のバッテリモジュール１６，１６を単体で車体に搭載する場合に比べて、バッテリモジュール１６，１６間の隙間を減少させてスペースの削減に寄与することができる。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

並置した２個のバッテリモジュール１６，１６を一体化すべく、それらの一端部に第１エンドプレート３７を当接させ、第１連結部材４０を２個のバッテリモジュール１６，１６の間に配置し、第２、第３連結部材４１，４２を２個のバッテリモジュール１６，１６の外側に沿うように配置する。

この状態から、第１連結部材４０の他端と第２連結部材４１の他端に一方の第２エンドプレート３８を固定すべく、第２連結部材４１の長孔４１ｃを貫通させたボルト４７を、一方の第２エンドプレート３８のウエルドナット４３に締結し、かつ第１連結部材４０の長孔４０ｃを貫通させたボルト４８を一方の第２エンドプレート３８のウエルドナット４４に締結する。このとき、第１連結部材４０の長孔４０ｃおよび第２連結部材４１の長孔４１ｃに対するボルト４７，４８の位置を調整することで、１２個のバッテリセル３２…の厚さの公差が累積したことによるバッテリモジュール１６の長さのバラツキを吸収し、そのバッテリモジュール１６を強固に固定することができる。

同様に、第１連結部材４０の他端と第３連結部材４２の他端に他方の第２エンドプレート３９を固定すべく、第３連結部材４２の長孔４２ｃを貫通させたボルト４９を、他方の第２エンドプレート３９のウエルドナット４５に締結し、かつ第１連結部材４０の長孔４０ｄを貫通させたボルト５０を他方の第２エンドプレート３９のウエルドナット４６に締結する。このとき、第１連結部材４０の長孔４０ｄおよび第３連結部材４２の長孔４２ｃに対するボルト４９，５０の位置を調整することで、１２個のバッテリセル３２…の厚さの公差が累積したことによるバッテリモジュール１６の長さのバラツキを吸収し、そのバッテリモジュール１６を強固に固定することができる。

しかも、第２連結部材４１を一方の第２エンドプレート３８に締結するボルト４７を、バッテリセル３２…の積層方向と直交する方向でバッテリモジュールユニット３１の外側からバッテリモジュールユニット３１の内側に向けて螺合するので、そのボルト４７の螺合作業をバッテリモジュールユニット３１と干渉せずに容易に行うことができる。同様に、第３連結部材４２を他方の第２エンドプレート３９に締結するボルト４９をバッテリモジュールユニット３１の外側からバッテリモジュールユニット３１の内側に向けて螺合するので、そのボルト４９の螺合作業をバッテリモジュールユニット３１と干渉せずに容易に行うことができる。

またバッテリセル３２…間に挟まれた第１ホルダ３３…に上下２列の突起３３ａ…を設け、この突起３３ａ…に第１〜第３連結部材４０，４１，４２の上縁および下縁を係合させたので、バッテリモジュールユニット３１の組み立て時に第１〜第３連結部材４０，４１，４２を第１ホルダ３３…に係止して第１〜第３連結部材４０，４１，４２および第２エンドプレート３８，３９の締結作業の作業性を高めることができるだけでなく、振動によるバッテリセル３２…や第１ホルダ３３…の上下方向の位置ずれを防止することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、１個のバッテリモジュール１６を構成するバッテリセル３２…の数は１２個に限定されるものではない。

また第１〜第３連結部材４０，４１，４２に長孔４０ｃ，４０ｄ，４１ｃ，４２ｃを形成する代わりに、第２エンドプレート３８，３９側に長孔を形成しても良い。

１６ バッテリモジュール
１６ａ プラス端子（端子）
１６ｂ マイナス端子（端子）
３２ バッテリセル
３３ 第１ホルダ（ホルダ）
３３ａ 突起
３７ 第１エンドプレート
３８ 第２エンドプレート
３９ 第２エンドプレート
４０ 第１連結部材（連結部材）
４０ｃ 長孔
４０ｄ 長孔
４１ 第２連結部材（連結部材）
４１ｃ 長孔
４２ 第３連結部材（連結部材）
４２ｃ 長孔
４３ ウエルドナット（ナット）
４４ ウエルドナット（ナット）
４５ ウエルドナット（ナット）
４６ ウエルドナット（ナット）
４７ ボルト
４８ ボルト
４９ ボルト
５０ ボルト
５１ 第１バスバー（バスバー）

Claims (6)

1. 複数のバッテリセル（３２）を積層して第１エンドプレート（３７）および第２エンドプレート（３８，３９）間に挟持し、前記第１エンドプレート（３７）および前記第２エンドプレート（３８，３９）を連結部材（４０，４１，４２）で連結してバッテリモジュール（１６）を構成し、一対の前記バッテリモジュール（１６）を並列に配置して一体化したバッテリモジュールユニットであって、
   前記一対のバッテリモジュール（１６）の前記第１エンドプレート（３７）を１つの部品として構成するとともに、前記一対のバッテリモジュール（１６）の２個の前記第２エンドプレート（３８，３９）を互いに別の部品として構成したことを特徴とするバッテリモジュールユニット。
2. 前記一対のバッテリモジュール（１６）の前記第１エンドプレート（３７）に接する２個の前記バッテリセル（３２）の端子（１６ａ，１６ｂ）どうしをバスバー（５１）で接続したことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリモジュールユニット。
3. 前記第１エンドプレート（３７）に一端を固定した前記連結部材（４０，４１，４２）の他端に設けた長孔（４０ｃ，４０ｄ，４１ｃ，４２ｃ）と、前記第２エンドプレート（３８，３９）に設けたナット（４３〜４６）とをボルト（４７〜５０）で締結することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のバッテリモジュールユニット。
4. 前記複数のバッテリセル（３２）の積層方向に直交する方向でバッテリモジュールユニットの両側に位置する一対の前記連結部材（４１，４２）を前記第２エンドプレート（３８，３９）に締結する前記ボルト（４７，４９）を、前記積層方向に直交する方向でバッテリモジュールユニットの外側からバッテリモジュールユニットの内側に向けて配置したことを特徴とする、請求項３に記載のバッテリモジュールユニット。
5. 前記バッテリセル（３２）はホルダ（３３）を挟んで積層され、前記ホルダ（３３）および前記連結部材（４１，４２，４３）は相互に凹凸係合することを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のバッテリモジュールユニット。
6. 前記ホルダ（３３）に設けた突起（３３ａ）は前記連結部材（４１，４２，４３）の上縁および下縁に係合することを特徴とする、請求項５に記載のバッテリモジュールユニット。

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