JP2005332829A

JP2005332829A - 電池アセンブリ

Info

Publication number: JP2005332829A
Application number: JP2005201070A
Authority: JP
Inventors: Toyohiko Eto; 豊彦江藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-03-11
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2005-12-02
Anticipated expiration: 2017-03-11
Also published as: JP4254756B2; KR20000010837A; WO1998040918A1; EP0918358B1; JPH10255745A; DE69823962D1; US6130003A; JP3724103B2; EP0918358A1; CN1227002A; KR100275025B1; CN1169242C; DE69823962T2; EP0918358A4

Abstract

【課題】より少ない部品点数かつ組立工数で効率的な電池冷却／暖機を可能にする。
【解決手段】固定バルクヘッド１４及び中間バルクヘッド２０を有する電池ケース１０に、電池保持孔１８及び電池挿通孔２２を介してこれらを串刺しにするよう、電池モジュール１６を組み込む。電池モジュール１６を構成する電池１２同士の接続連結部位を固定バルクヘッド１４の電池保持孔１８にて保持及び支持する。下側から上側に吹き抜ける冷却／暖機媒体の流れをチューニング突起３８にて阻害し又は流路断面積を調整し、これにより位置の上下によらず電池１２を効率的に冷却／暖機する。中間バルクヘッド２０を別体形成することにより、製造及び組立を容易化する。また、接続連結部位にて電気的に接続される電池１２同士の異電位部位間を電気的に絶縁しかつ所定の弾性を以て電池保持孔内壁面に当接する電気絶縁性弾性部材を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車等の電動車両への搭載に適する電池アセンブリに関する。

電動車両に搭載される電池例えばNiMH電池に関しては、その温度をある温度範囲内に維持できればその寿命の確保延長を達成でき、また効率のよい充放電を実現できることが、原理的、試験的乃至経験的に知られている。このような温度管理を実現するには電池の冷却／暖機が必要であり、更には電池の冷却／暖機に適する電池収納・積載構造が必要である。例えば、特許文献１に記載されている電池モジュールには、直方体形状の複数個の電池セルが収納されている。このような形状の電池セルを用いる場合、その内圧が上昇したときに生じる変形を抑える必要上、電池セル同士を密着させるか、さもなくば十分な剛性を有する直方体形状のスペーサを電池セル間に介在させるか、いずれかが必要である。上記文献では、各電池セルの冷却を図るべく、電池セル間に直方体形状の有孔スペーサを配し、当該スペーサの孔を介して冷却媒体を流通させている。

特開平５―３４３１０５号公報

しかしながら、上述の構成は、有孔スペーサを多数配置しなければならないため、構造が複雑でその部品コストや組立工数が大であるという問題点を有している。また、直方体形状でない電池又は電池セルには直ちには適用できない。本発明の目的の一つは、電池の形状や相互接続構造の改変及び支持構造の改変により、有孔スペーサ又はこれに類する付加的な部材を用いることなく、電池の効率的な冷却／暖機を実行可能な構造を実現し、以て構造の簡素化、部品コスト低減及び組立工数削減に資することにある。

かかる目的を達成すべく、本発明に係る電池アセンブリにおいては、筒状の電池を複数個縦列配置し電気的に接続及び機械的に連結した長尺筒状ユニットである複数個の電池モジュールを備える電池アセンブリであって、電池間の接続連結部位に配置され、所定の弾性を有し、電池の異電位部位間を絶縁する電気絶縁性弾性部材を含み、電気絶縁弾性部材を支持することにより、電池間の接続連結部位の電気絶縁と耐振とを備えることを特徴とする。

また、電池間の接続連結部位は、接続連結用部材を一方の電池の正極側部材と、他方の電池の負極側部材とにスポット溶接して接続連結されることが好ましい。

更に、電気絶縁弾性部材は、電池の外側にはみ出すように配置されることが好ましい。

なお、本願では、本発明を「電池アセンブリ」の発明であると述べているが、本発明は、「電池アセンブリの組立方法」「電池アセンブリ用バルクヘッド」「筒状電池を用いた電池モジュールの構造」「電池アセンブリを搭載する電動車両」等として表現することも可能である。この種の表現変更は、本願の開示を参照した当業者であれば、容易になしうるものである。また、本発明をより具体的に説明するため、次に本発明の実施形態を記載するが、これは実施形態の一つにすぎない。即ち、本発明は、その要旨を変更しない範囲での各種の変形を包含するものとする。

上記の電池アセンブリによれば、筒状の電池を複数個縦列配置し電気的に接続及び機械的に連結した長尺筒状ユニットである複数個の電池モジュールを備える電池アセンブリであって、電池間の接続連結部位に配置され、所定の弾性を有し、電池の異電位部位間を絶縁する電気絶縁性弾性部材を含み、電気絶縁弾性部材を支持することにより、電池間の接続連結部位の電気絶縁と耐振とを備えるようにしたため、電池同士の異電位部位間を電気絶縁するという電気絶縁機能と、電池同士の接続連結部位に加わる振動をダンピングしがたつきによる損傷を防止するという耐振機能とを、同一の部材にて実現でき、部品点数の低減ひいては電池アセンブリの安価化を実現できる。

図１に、本発明の好適な実施形態に係る電池アセンブリの構造及び組立方法を示す。この実施形態では、略直方体の電池ケース１０内に、電池１２の長さの２倍（一般には自然数倍）の間隔で４個（一般には複数個）の固定バルクヘッド１４を設けており、支持用バルクヘッドたる固定バルクヘッド１４は、挿通される電池モジュール１６を支持及び保持する孔即ち電池保持孔１８を有している。電池保持孔１８は、電池１２を保持する必要上、電池モジュール１６の挿通方向に沿って若干突出した縁壁を有している。また、電池ケース１０及びこれと一体に成形されている固定バルクヘッド１４とは別体に、３個（一般には自然数個）の中間バルクヘッド２０が成形等により準備されており、チューニング用バルクヘッドたる中間バルクヘッド２０は電池モジュール１６が挿通される孔即ち電池挿通孔２２を有している。電池挿通孔２２に関しては、電池１２の保持機能を付与する必要がないため、電池保持孔１８の如き縁壁は不要である。

組み立てるに際しては、まず、防振ゴムシート２４を、各固定バルクヘッド１４に添えつける。防振ゴムシート２４は電池保持孔１８に対応した部位に孔２６を有しており、更にこの孔２６の縁辺には防振ゴムの筒状突起２８が設けられている。防振ゴムシート２４を対応する固定バルクヘッド１４に添えつけるときには、この筒状突起２８が対応する電池保持孔１８内にはめ込まれるよう、防振ゴムシート２４を固定バルクヘッド１４に対して位置決めする。このようにして防振ゴムシート２４が組み込まれた後に、中間バルクヘッド２０を電池ケース１０内に組み込む。例えば、電池ケース１０の上部に、ちょうど固定バルクヘッド１４同士の中間の位置となるよう、係合切欠３０を設けておき、中間バルクヘッド２０の上部に予め設けておいた係合突起３２をこれに係合させる、という手段で、中間バルクヘッド２０を概ね電池１２同士の接続連結部位近傍に組み込む。その上で、円筒状の電池１２を６個（一般には複数個）電気的に接続及び機械的に連結した長尺筒状の電池モジュール１６を、電池保持孔１８及び電池挿通孔２２を介し、固定バルクヘッド１４及び中間バルクヘッド２０を串刺しにするよう、通す。電池モジュール１６は、図には１個しか示していないが、実際には多数用いる。全ての電池モジュール１６を電池ケース１０に組み込み終えると、この図の電池アセンブリは、電池ケース１０の下部に設けられている固定脚３４等を用いて例えば電気自動車のフロア下やラゲージに固定することが可能な状態となる。なお、図１上では、本質的でない各種の部材は図示を省略している。

このように、筒状の電池１２の長尺連結体である電池モジュール１６を、固定バルクヘッド１４及び中間バルクヘッド２０が一体形成乃至組込されている電池ケース１０内に収納するようにしたため、固定バルクヘッド１４と中間バルクヘッド２０の間に空間ができ、この空間を介し、固定バルクヘッド１４と中間バルクヘッド２０の間の電池１２に冷却／暖機用の媒体例えば空気を供給可能になる。そのために必要とする部材の点数は少ないため、部品コストは低く組立工数は少ない。更に、図２に示すように、固定バルクヘッド１４の下部に空隙３６を設けることが可能であり、これによって、電池ケース１０の下部での媒体の流路も確保でき、更に効率的な冷却／暖機が可能になる。但し、図２は固定バルクヘッド１４の下部を例にしているが、同様の形状設定は固定バルクヘッド１４の上部についても可能であり、また中間バルクヘッド２０の上部及び下部についても可能である。

また、この実施形態では、中間バルクヘッド２０に種々形状のチューニング突起３８を設けている。チューニング突起３８は、媒体流の上流にある電池１２に関しては媒体との熱交換を阻害し、下流にある電池１２については流路断面積の縮小（従って流速の増大）による効率的な熱交換を実現することを目的としている（チューニング）。従って、媒体の流れる方向が例えば下から上への方向であるときには、図１に示したように、下寄りの電池挿通孔２２の下側を覆う壁や、上寄りの電池挿通孔２２同士の間に立つ柱等の位置・形態とする。なお、これ以外にも、様々な位置及び形状が掲げられるが、ここでは記載簡明化のため省略する。このようなチューニング突起を設けることにより、本実施形態では、更に効率的な冷却／暖機を可能にしている。

更に、本実施形態では、電池モジュール１６の支持という機能は固定バルクヘッド１４が担い、チューニング機能は中間バルクヘッド２０が担うこととしている。このような機能分担を設定し、中間バルクヘッド２０を別体形成することによって、部品の製造が容易になる。即ち、チューニング突起３８を有する比較的複雑な形状の部分を中間バルクヘッド２０として別体に形成することにより、成形等による部品製造が簡単になる。加えて、全てのバルクヘッドを固定バルクヘッド１４とした構成に比べ、電池モジュール１６の挿入抵抗が小さく挿入が容易である。なお、図１の例では固定バルクヘッド１４及び中間バルクヘッド２０を交互に且つ電池１２間の接続連結部位毎に配しているが、本発明は規則的な交互配置や電池１２の接続連結部位毎の配置に限定されるものではない。

また、防振ゴムシート２４を固定バルクヘッド１４に組み込み、電池保持孔１８にて電池１２同士の接続連結部位を保持及び支持しているため、この部位にがたつきが生じにくく、機械振動による損傷が生じにくい。なお、図１では、電池モジュール１６の端部に対応する固定バルクヘッド１４については防振ゴムシート２４を省略しているが、省略しないようにしてもよい。更に、電池モジュール１６において隣接電池１２間の異電位部位の電気絶縁に用いられている節ゴム４０を利用し、防振ゴムシート２４を全廃することもできる。

例えば、電池１２の接続連結部位が、図３に示す如き構造であるとする。図中、図示の簡略化のため厚みを省略しているが、実際には各部材には厚みがある。また、電池１２の正極又はこれと同じ電位の部分を符号１２＋で、負極又はこれと同じ電位の部分を符号１２−で、それぞれ示している。更に、同じ電池１２の正極側部材１２＋と負極側部材１２−の間は図示しない絶縁部材により電気絶縁されているものとする。２個の電池１２を電気接続且つ機械連結する際には、まず、図中左側の電池１２の負極側部材１２−の右端部を覆うよう、節ゴム４０を配置する。これと前後して、接続連結用部材４２を、左側の電池１２の正極側部材１２＋にかぶせスポット溶接する。図中の×印はスポット溶接箇所である。更に、図中右側の電池１２を接続連結用部材４２にはめ込み、この電池１２の負極側部材１２−に接続連結用部材４２をスポット溶接する。かかる構造においては、節ゴム４０は、左側の電池１２の負極側部材１２−と右側の電池１２のそれとの間、即ち電池１２の１個分の電位差を有する部材同士の間の電気絶縁という機能を果たしている。上述した防振ゴムシート２４の廃止は、節ゴム４０の寸法を大きくし電池１２から見て外側にはみ出すようにすることにより、実現できる。即ち、隣接電池１２間の異電位部位間電気絶縁のため必要となる節ゴム４０の形状や寸法を工夫することにより、防振ゴムシート２４に代わって節ゴム４０で振動のダンピング・がたつきの防止という機能を実現でき、より少ない部品点数及び組立工数で同等の機能を実現できる。

また、節ゴム４０の寸法や形状を更に工夫することにより、製造の容易さを高めることができる。例えば、図４に示すように、挿通方向前方よりの節ゴム４０は小さな、後方よりの節ゴム４０は大きな径を有することとなるよう、節ゴム４０間に外径テーパを付すことにより、電池モジュール１６を電池ケース１０に組み込むときの引っかかり、即ち電池保持孔１８等での挿入抵抗を低減できる。かかる形状とする場合、電池保持孔１８による電池モジュール１６の保持性能を維持するには、電池保持孔１８の内径についても同様の差を持たせた方がよい。更に、図５（ａ）に示すように電池保持孔１８内壁面に例えば６０゜毎に係合突起４４を設け、これに対応して、図５（ｂ）に示すように、節ゴム４０を例えば６０゜間隔で切り欠いて設けるようにしてもよい。このようにしたときには、節ゴム４０と突起４４とが引っかかりあわないような姿勢乃至角度で電池モジュール１６を電池保持孔１８に通し、電池モジュール１６を通し終えた段階で電池モジュール１６を６０゜回転させれば、節ゴム４０と突起４４が係合し電池モジュール１６は固定される。電池モジュール１６を通す際には、節ゴム４０による挿入抵抗は生じない。

以上説明したように、本発明のより好ましい実施形態によれば、電池同士の異電位部位間を電気的に絶縁しかつ所定の弾性を以て電池保持孔内壁面に当接する電気絶縁性弾性部材を、電池同士の接続連結部位に設けるようにしたため、電池同士の異電位部位間を電気絶縁するという電気絶縁機能と、電池同士の接続連結部位に加わる振動をダンピングしがたつきによる損傷を防止するという耐振機能とを、同一の部材にて実現でき、部品点数の低減ひいては電池アセンブリの安価化を実現できる。

また、本発明の好ましい実施形態によれば、支持用バルクヘッド及び電池モジュールをそれぞれ複数個用い、櫛歯状の支持用バルクヘッド配列をその一端側から他端側に向けて串刺しにするよう電池モジュールを電池保持孔に挿通し、支持用バルクヘッドにより電池間の接続連結部位を保持且つ支持するようにしたため、媒体例えば空気を流すことが可能な空間を支持用バルクヘッド同士の間に確保でき、有孔スペーサ又はこれに類する付加的な部材を用いることなしに、電池を効率的に冷却／暖機できる。更に、電池同士の接続連結部位を支持用バルクヘッドにより保持しているため機械振動による損傷は生じにくく、電池同士の接続連結手法として安価な手法を採用可能になる。

更に、本発明の好ましい実施形態によれば、支持用バルクヘッド同士の間又は支持用バルクヘッドと他のチューニング用バルクヘッドの間にチューニング用バルクヘッドを配置し、チューニング用バルクヘッドに設けたチューニング突起によって電池アセンブリ内部の媒体の流れを制御するようにしたため、媒体の流れる向き等によらず、また媒体流に対する電池の位置関係によらず、いずれの電池も好適に冷却／暖機できる。また、即ち支持用バルクヘッドは支持、チューニング用バルクヘッドはチューニングというように機能分担が実現されているため、構造が簡素になると共に、製造・組立が容易になり、より安価な電池アセンブリを提供できる。

本発明の一実施形態に係る電池アセンブリの構成を示す分解斜視図である。この実施形態におけるバルクヘッド形状の一例を示す部分縦断面図である。この実施形態における電池間接続連結部位構造の変形例を示す概略断面図である。この実施形態における節ゴム寸法の設定例を示す側面図である。この実施形態における節ゴム形状の一例を示す斜視図であり、特に（ａ）は電池保持孔側の突起の形状を、（ｂ）は電池モジュール側の節ゴムの形状を、（ｃ）は電池モジュールを電池保持孔に挿通して６０°回転させた状態を、それぞれ示す図である。

符号の説明

１０電池ケース、１２電池、１４固定バルクヘッド、１６電池モジュール、１８電池保持孔、２０中間バルクヘッド、２２電池挿通孔、２４防振ゴムシート、３８チューニング突起、４０節ゴム。

Claims

所定配列で所定位置に形成された電池保持孔を有する支持用バルクヘッドと、筒状の電池を複数個縦列配置し電気的に接続及び機械的に連結した長尺筒状ユニットである電池モジュールとを、それぞれ複数個備え、支持用バルクヘッドが、電池の長さの自然数倍の間隔で櫛歯状に配列され、電池モジュールが、電池間の接続連結部位が支持用バルクヘッドにて保持且つ支持されるよう、支持用バルクヘッドの配列をその一端側から他端側に向けて串刺しに、電池保持孔に挿通されたことを特徴とする電池アセンブリ。
請求項１記載の電池アセンブリにおいて、所定配列で所定位置に形成された電池挿通孔及び当該電池挿通孔の縁辺又は間隔部位から電池挿通方向に突設されたチューニング突起を有するチューニング用バルクヘッドを備え、チューニング用バルクヘッドが、支持用バルクヘッド同士の間又は支持用バルクヘッドと他のチューニング用バルクヘッドの間に配置され、電池モジュールが、電池挿通孔に挿通されたことを特徴とする電池アセンブリ。
請求項１又は２記載の電池アセンブリにおいて、上記接続連結部位に設けられ、当該部位にて電気的に接続される電池同士の異電位部位間を電気的に絶縁しかつ所定の弾性を以て電池保持孔内壁面に当接する電気絶縁性弾性部材を備えることを特徴とする電池アセンブリ。