JP2013038054A - 高電圧バッテリーパック用バッテリーモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリーセルの組立ての間違いを防止すると共に、パッケージサイズの自由度の面で有利な高電圧バッテリーパック用バッテリーモジュールを提供する。
【解決手段】上下方向に積層され、相互に一定の間隔を維持するように組立てられる複数枚のホルダープレート１０と、ホルダープレート１０の間に一枚ずつ挿入され、ホルダープレート１０によって支持される複数のバッテリーセル２０と、複数のホルダープレート１０を一体結合させる固定部材３０と、を含み、
ホルダープレート１０は、バッテリーセル２０が装着され、バッテリーセル２０を支持し、バッテリーセル２０を冷却する機能を有する金属板部材１１と、金属板部材１１の縁部を形成するように金属板部材１１と一体形成され、バッテリーセル０の側部を支持するケース部材１２と、を含んでなることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は高電圧バッテリーパックを用いるバッテリーモジュールに係り、より詳しくは複数枚のバッテリーセルを積層してモジュール化した高電圧バッテリーパック用バッテリーモジュールに関する。

一般に、ハイブリッド車、燃料電池自動車、及び電気自動車は、いずれも電気モーターを用いて駆動される車両であるため、電気モーターに駆動電力を提供するための高電圧バッテリーパックが装着される。高電圧バッテリーパックは、車両の運行中に充電と放電を繰り返しながら車両に所要電力を供給する。

通常、高電圧バッテリーパックは、バッテリーケースと、バッテリーケース内に装着された多数のバッテリーモジュールと、バッテリーモジュールを構成する単位電池の電圧、電流、及び温度などを検知してバッテリーパックの作動を制御するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）と、を備える（例えば特許文献１を参照）。

図１は、従来のバッテリーモジュールの斜視図である。図１に示すように、従来のバッテリーモジュールは複数のバッテリーセル１、及びバッテリーセル１の上下を支持する上部プレート２と下部プレート３とを有する。
バッテリーセル１は直立状態となるように下部プレート３に挿入され、バッテリーセル１の上部が上部プレート２に挿入されて組立てられる。上部プレート２及び下部プレート３それぞれには、バッテリーセル１を挿着するための挿着溝２ａ及び３ａがそれぞれに複数個形成される。

ところが、従来のバッテリーモジュールは、バッテリーセル１の上端及び下端それぞれを上部プレート２及び下部プレート３それぞれの挿着溝２ａ及び３ａに挿着する過程で、組立ての間違いが起こりやすく、不良発生率が高いという問題点があった。また、挿着溝２ａ及び３ａの溝の個数のバッテリーセル１しかモジュール化できないため、パッケージするバッテリーセル１の数を変更できないという問題点があった。

特開２００４−３０６７２６号公報

本発明は前記のような問題点を解消するためになされたものであって、バッテリーセルの組立ての際、組立ての間違いによる不良の発生を防止すると共に、所要個数のバッテリーセルを積層式で組立ててモジュール化することができ、パッケージするバッテリーセルの数が変更可能な高電圧バッテリーパック用バッテリーモジュールを提供することを目的とする。

前記のような目的を達成するための本発明は、上下方向に積層され相互に一定の間隔を維持するように組立てられる複数枚のホルダープレートと、ホルダープレートの間に一枚ずつ挿入されホルダープレートによって支持される複数のバッテリーセルと、複数のホルダープレートを一体結合させる固定部材と、を含むことを特徴とする。

また本発明のホルダープレートは、バッテリーセルが装着され、バッテリーセルを保持し、バッテリーセルを冷却する機能を有する金属板部材と、金属板部材の縁部を形成するように金属板部材と一体形成され、バッテリーセルの側部を支持するケース部材と、を含んでなる。

また本発明は、バッテリーセルそれぞれに電極が設けられ、電極はバッテリーセルの端部から突出するように設けられ、バッテリーセルがホルダープレートに積層された状態で最下端に位置する電極と最上端に位置する電極とが連結された構造となるように、電極はジグザグ状に連結される。

また本発明は、ケース部材の両端に、バッテリーセルに電極を挿着するように電極挿着開口部が形成される。
また本発明の金属板部材には、金属板部材下側に位置するバッテリーセルと接触してバッテリーセルを支持する複数の突部が一体形成される。

また本発明の金属板部材は、バッテリーセルの冷却性能を向上させるためにアルミニウムで形成され、ケース部材は、プラスチックで形成される。
また本発明の固定部材は、ホルダープレートの角部を貫通する複数の長ボルトと、長ボルトにそれぞれ締結されるナットと、を含んでなる。
また本発明は、積層式で組立てられたホルダープレートと、バッテリーセルと、の間に冷却空気が通過するように空気通路が設けられる。

また本発明は、ホルダープレートが積層されるとき、複数のホルダープレート相互間の組立位置を規定するためのプレート突起及びプレート溝がホルダープレートに設けられる。
また本発明は、プレート突起とプレート溝とは一直線上に位置するようにホルダープレートを構成するケース部材の上面との下面にそれぞれ形成される。

本発明によるバッテリーモジュールは、複数枚のバッテリーセルが上下方向に積層された構造となるので、組立ての間違いによる不良発生がない利点がある。
また、本発明によるバッテリーモジュールは、所望個数のバッテリーセルを積層してモジュール化することができるので、パッケージするバッテリーセルの数が変更可能であるという利点がある。

また本発明によるバッテリーモジュールは、アルミニウムで製作された金属板部材の突部がバッテリーセルと接触した状態に組立てられることにより、熱伝導性の高いアルミニウムの特性によってバッテリーセルの冷却性能が一層向上する。
また本発明によるバッテリーモジュールは、積層されたバッテリーセルの上下部に冷却空気が通過することができる空気通路が形成されることにより、バッテリーセルの冷却性能が一層向上する。

また本発明によるバッテリーモジュールは、複数枚のホルダープレートを積層するときに、プレート突起がプレート溝に挿着される構造となるので、ホルダープレートの組立ての間違いを防止するとともに、組立位置を規定することができるという利点がある。
また、本発明によるバッテリーモジュールは、ホルダープレートのケース部材がプラスチックで形成されているので、軽量化、耐久性の向上、外部から熱浸透の防止、及び電気絶縁性向上効果がある。

従来のバッテリーモジュールの斜視図である。 本発明によるバッテリーモジュールの組立状態を示す斜視図である。 本発明によるバッテリーモジュールの組立過程を示す分解斜視図である。 図２のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。 図２のIII−III線に沿った断面図である。 図２のII−II線に沿った断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の高電圧バッテリーパック用バッテリーモジュールについて詳細に説明する。
図２は、本発明によるバッテリーモジュールの組立状態を示す斜視図であり、図３は、本発明によるバッテリーモジュールの組立過程を示す分解斜視図である。
図２及び図３に示すように、本発明の高電圧バッテリーパック用バッテリーモジュールは、上下方向に積層式で各層間に一定の間隔を維持するように組立てられる複数枚のホルダープレート１０と、ホルダープレート１０の間に１枚ずつ挿入され、ホルダープレート１０によって支持される複数のバッテリーセル２０と、複数のホルダープレート１０を一体的に結合させる固定部材３０と、を有する。

ホルダープレート１０は、バッテリーセル２０が装着され、バッテリーセル２０を保持し、バッテリーセル２０を冷却する機能を有する金属板部材１１と、金属板部材１１の縁部を形成するように金属板部材１１と一体形成され、バッテリーセル２０の側部を支持するケース部材１２と、を含んでなる。

図４は、図２のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。図４に示すように、バッテリーセル２０それぞれに電極２１が設けられる。電極２１はバッテリーセル２０の端部から突出して設けられる。バッテリーセル２０は、ホルダープレート１０に積層式で組立てられた状態で、最下端に位置する電極２１から最上端に位置する電極２１までが連結された構造となるように、ジグザグ状に連結される。

また、ケース部材１２の両端には、バッテリーセル２０に電極２１を挿着するように電極挿着開口部１３が形成される。
金属板部材１１には、金属板部材１１の下側に位置するバッテリーセル２０の上面と接触して、バッテリーセル２０を支持して遊動を抑制する複数の突部１４が形成される。

ホルダープレート１０は、金属板部材１１がバッテリーセル２０の冷却性能を向上させるようにアルミニウム（Ａｌ）で形成され、ケース部材１２がプラスチックで形成された構造である。
アルミニウムで形成された金属板部材１１は、熱伝導性に優れたアルミニウムの特性によってバッテリーセル２０の冷却性能を向上させ、プラスチックで形成されたケース部材１２は、軽量化、耐久性の向上、及び電気絶縁性などの機能を有する。

ホルダープレート１０は、例えば金属板部材１１とケース部材１２とのインサート射出によって一体成型されることが好ましい。
図３に示すように、固定部材３０は、積層式で組立てられたホルダープレート１０の角部を貫通する複数の長ボルト３１と、長ボルト３１それぞれに締結される複数のナット３２と、から構成される。

図５は、図２のIII−III線沿った断面図である。図５に示すように、ホルダープレート１０が積層式で組立てられるとき、複数のホルダープレート１０相互間の組立位置を規定するためのプレート突起１５及びプレート溝１６がホルダープレート１０にそれぞれ一体成型される。プレート突起１５とプレート溝１６とはケース部材１２に形成される。
また、プレート突起１５とプレート溝１６とは一直線上に位置するようにケース部材１２の上面と下面とにそれぞれ形成される。

図６は、図２のII−II線に沿った断面図である。図６に示すように、積層式で組立てられたホルダープレート１０とバッテリーセル２０の間には、冷却空気が通過するように空気通路１７が設けられる。

以下、本発明によるバッテリーモジュールの組立手順について説明する。
図３に示すように、金属板部材１１とケース部材１２とからなる一枚のホルダープレート１０を底面に置き、ホルダープレート１０上に一枚のバッテリーセル２０を載置する。
バッテリーセル２０は、複数枚が一列に直列で連結され、複数枚のバッテリーセル２０の電極２１が連結された形態で準備する。

ホルダープレート１０上に一番目のバッテリーセル２０を載置すると、バッテリーセル２０は金属板部材１１上に装着され、バッテリーセル２０の縁部はケース部材１２に装着され、電極２１はケース部材１２の両端に形成された電極挿着開口部１３に挿入される。

一枚のホルダープレート１０上に一枚のバッテリーセル２０を装着した後、バッテリーセル２０上に一枚の新しいホルダープレート１０を装着し、次いで二番目のバッテリーセル２０を、一番目のバッテリーセルと切り離し、図３の矢印Ｒ１のように１８０℃回転させて載置する。その上に更に一枚の新しいホルダープレート１０を装着し、その上に三枚目のバッテリーセル２０を、二番目のバッテリーセルと切り離し、図３の矢印Ｒ２のように１８０度回転させて（元の向きに戻して）装着する。このような操作を繰り返して必要な枚数のホルダープレート１０とバッテリーセル２０とを組立てる。

図４に示すように、複数枚のホルダープレート１０と複数枚のバッテリーセル２０は上下方向に積層された構造となり、各バッテリーセル２０を電極２１で連結すると複数枚のバッテリーセル２０は電極２１を介してジグザグ状に互いに連結された構造となる。

図３、４に示すように、積層された複数枚のホルダープレート１０と、複数枚のバッテリーセル２０と、を長ボルト３１及びナット３２でなる固定部材３０によって互いに固定すると、バッテリーセル２０は金属板部材１１に形成された突部１４によって遊動しないように支持された構造となる。

また、図５に示すように、複数枚のホルダープレート１０と複数枚のバッテリーセル２０が上下方向に積層されると、ホルダープレート１０とバッテリーセル２０の間には冷却空気が通過することができる空気通路１７が形成される。

したがって、本発明によるバッテリーモジュールは、複数枚のバッテリーセル２０が上下方向に積層式で組立てられた構造となるので、組立ての間違いによる不良発生がない利点がある。
また、本発明によるバッテリーモジュールは、所望個数のバッテリーセル２０を積層してモジュール化することができる構造なので、パッケージするバッテリーセルの数が変更可能であるという利点がある。

また、アルミニウムで製作された金属板部材１１の突部１４がバッテリーセル２０と接触した状態に組立てられることにより、熱伝導性の高いアルミニウムの特性によってバッテリーセル２０の冷却性能が一層向上する。
また、積層されたバッテリーセル２０の上下部に冷却空気が通過することができる空気通路１７が形成されることにより、バッテリーセル２０の冷却性能を一層向上させることができる。

また、複数枚のホルダープレート１０を積層するときにプレート突起１５がプレート溝１６に挿着される構造となるので、ホルダープレート１０の組立ての間違いを防止するとともに組立位置を規定することができるという利点がある。
また、本発明によるバッテリーモジュールは、ホルダープレート１０のケース部材１２がプラスチックで形成されているので、軽量化、耐久性の向上、外部から熱浸透の防止、及び電気絶縁性向上効果がある。

以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。

本発明は、バッテリーセルの組立ての際、組立ての間違いによる不良の発生をなくし、所要個数のバッテリーセルを積層してモジュール化することができる構造なので、パッケージするバッテリーセルの数が変更可能であり、サイズの自由度が有利であるので、高電圧バッテリーパック用バッテリーモジュールに適用可能である。

１０ ホルダープレート
１１ 金属板部材
１２ ケース部材
１３ 電極装着開口部
１４ 突部
１５ プレート突起
１６ プレート溝
１７ 空気通路
２０ バッテリーセル
２１ 電極
３０ 固定部材
３１ 長ボルト
３２ ナット

Claims (10)

1. 上下方向に積層され、相互に一定の間隔を維持するように組立てられる複数枚のホルダープレート（１０）と、
   前記ホルダープレート（１０）の間に一枚ずつ挿入され、前記ホルダープレート（１０）によって支持される複数のバッテリーセル（２０）と、
   前記複数のホルダープレート（１０）を一体結合させる固定部材（３０）と、
   を含むことを特徴とする高電圧バッテリーパック用バッテリーモジュール。
2. 前記ホルダープレート（１０）は、
   前記バッテリーセル（２０）が装着され、前記バッテリーセル（２０）を保持し、前記バッテリーセル（２０）を冷却する機能を有する金属板部材（１１）と、
   前記金属板部材（１１）の縁部を形成するように前記金属板部材（１１）と一体形成され、前記バッテリーセル（２０）の側部を支持するケース部材（１２）と、
   を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の高電圧バッテリーパック用バッテリーモジュール。
3. 前記バッテリーセル（２０）それぞれに電極（２１）が設けられ、前記電極（２１）は前記バッテリーセル（２０）の端部から突出するように設けられ、
   前記バッテリーセル（２０）が前記ホルダープレート（１０）に積層された状態で最下端に位置する電極（２１）と最上端に位置する電極（２１）とが連結された構造となるように、前記電極（２１）はジグザグ状に連結されることを特徴とする請求項１に記載の高電圧バッテリーパック用バッテリーモジュール。
4. 前記ケース部材（１２）の両端には、前記バッテリーセル（２０）に電極（２１）を挿着するように電極挿着開口部（１３）が形成されることを特徴とする請求項２に記載の高電圧バッテリーパック用バッテリーモジュール。
5. 前記金属板部材（１１）には、金属板部材（１１）の下側に位置するバッテリーセル（２０）と接触して前記バッテリーセル（２０）を支持する複数の突部（１４）が一体形成されることを特徴とする請求項２に記載の高電圧バッテリーパック用バッテリーモジュール。
6. 前記金属板部材（１１）は、前記バッテリーセル（２０）の冷却性能を向上させるためにアルミニウムで形成され、前記ケース部材（１２）は、プラスチックで形成されることを特徴とする請求項２に記載の高電圧バッテリーパック用バッテリーモジュール。
7. 前記固定部材（３０）は、前記ホルダープレート（１０）の角部を貫通する複数の長ボルト（３１）と、前記長ボルト（３１）にそれぞれ締結されるナット（３２）と、を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の高電圧バッテリーパック用バッテリーモジュール。
8. 積層式で組立てられた前記ホルダープレート（１０）と、前記バッテリーセル（２０）と、の間に冷却空気が通過するように空気通路（１７）が設けられることを特徴とする請求項１に記載の高電圧バッテリーパック用バッテリーモジュール。
9. 前記ホルダープレート（１０）が積層されるとき、複数の前記ホルダープレート（１０）相互間の組立位置を規定するためのプレート突起（１５）及びプレート溝（１６）が前記ホルダープレート（１０）に設けられることを特徴とする請求項１に記載の高電圧バッテリーパック用バッテリーモジュール。
10. 前記プレート突起（１５）と前記プレート溝（１６）とは一直線上に位置するように前記ホルダープレート（１０）を構成するケース部材（１２）の上面との下面にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項９に記載の高電圧バッテリーパック用バッテリーモジュール。
    

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