JP2013122820A - バッテリモジュールユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 一対のバッテリモジュールを直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、バッテリモジュールの長さの差を吸収する公差吸収手段を設けたことによる全長の増加を最小限に抑える。
【解決手段】 一対のバッテリモジュール１６間に挟持される第１エンドプレート３７を共通の一部材で構成したので、バッテリモジュールユニット３１の剛性を高めて耐振性を高めることができる。また２個の第２エンドプレート３８に一端を固定した連結部材３９の他端を第１エンドプレート３７に公差吸収手段４１を介して連結したので、バッテリセル３２の厚さの公差の累積によって発生するバッテリモジュール１６の積層方向の長さの誤差を吸収することができる。しかも公差吸収手段４１を２個のバッテリモジュール１６の間に配置したので、バッテリモジュールユニット３１の両端に公差吸収手段４１が突出するのを防止して該バッテリモジュールユニット３１の小型化を図ることができる。
【選択図】 図２

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直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端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間に挟まれるエンドプレートを共有すれば、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り、このバッテリモジュールの長さのバラツキを吸収する公差吸収手段を設けることが必要になる。しかしながら、２個のバッテリモジュールの長手方向の端面どうしを対向させて一体化した場合、その両端部にそれぞれ公差吸収手段を設けると、バッテリモジュールユニットの全長が更に大きくなって取扱性が低下する懸念がある。

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直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、バッテリモジュールの長さの差を吸収する公差吸収手段を設けたことによる全長の増加を最小限に抑え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直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、前記連結部材の一端を前記第２エンドプレートに固定するとともに、他端を前記第１エンドプレートに公差吸収手段を介して連結し、前記一対のバッテリモジュールの前記第１エンドプレートを共通の一部材で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、前記公差吸収手段は、一方の前記バッテリモジュールの前記第２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形成した長孔と、その長孔を貫通して前記第１エンドプレートに螺合する第１ボルトとで構成され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、前記公差吸収手段は、前記一体化した一対のバッテリモジュールの一方および他方にそれぞれ設けられ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２または請求項３の構成に加えて、前記第１エンドプレートは引き抜き材または押し出し材で構成され、前記第１エンドプレートの共通のボス部に、前記一対のバッテリモジュールを保持する保持部材を締結する第２ボルトと、前記第１ボルトとを螺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、実施の形態の第２ボス部３７ｄは本発明のボス部に対応する。

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、２個のバッテリモジュールを直列に配置して一体化したので、２個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。また第１、第２バッテリモジュールの第１エンドプレートを共通の一部材で構成したので、バッテリモジュールユニットの剛性を高めて耐振性を高めることができ、しかも第２エンドプレートに一端を固定した連結部材の他端を第１エンドプレートに公差吸収手段を介して連結したので、バッテリセルの厚さの公差の累積によって各々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。更に、バッテリモジュールの公差吸収手段を中央の第１エンドプレートに設けたので、バッテリモジュールユニットの両端に公差吸収手段が突出するのを防止して該バッテリモジュールユニットの小型化を図ることができる。

また請求項２の構成によれば、公差吸収手段を、バッテリモジュールの連結部材に形成した長孔と、その長孔を貫通して第１エンドプレートに螺合する第１ボルトとで構成したので、第１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３の構成によれば、公差吸収手段を、一体化した一対のバッテリモジュールの一方および他方にそれぞれ設けたので、２個のバッテリモジュールのバッテリセルの厚さの公差の累積を共に吸収することができる。

また請求項４の構成によれば、第１エンドプレートは引き抜き材または押し出し材で構成され、第１エンドプレートの共通のボス部に、一対のバッテリモジュールを保持する保持部材を締結する第２ボルトと、連結部材を締結する第１ボルトとを螺合するので、第１エンドプレートのボス部の数を最小限に抑えて軽量化を図ることができる。

バッテリパックの斜視図。 図１の２方向矢視図。 図２に対応する分解斜視図。 図２の４方向矢視図。 図４の５−５線断面図。 図５の６−６線断面図。

以下、図１〜図６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。

バッテリトレー１２上に載置されるバッテリモジュール１６…は、２個ずつが並列に一体化されてバッテリモジュールユニット３１…を構成する。但し、バッテリトレー１２の後部に左右一対の支持脚２７，２７を介して架設された板状の支持部材２８の上面に載置された１個の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の長手方向の端面どうしが対向するように直列に一体化されている。

引き抜き材で構成された支持部材２８は内部には平行に延びる多数の冷却空気通路２８ａ…（図２および図５参照）が形成されており、この冷却空気通路２８ａ…は左右の支持脚２７，２７の内部に形成した冷却空気通路２７ａ，２７ａ（図２参照）を介してバッテリトレー１２の内部に形成した冷却空気通路に連通する。

次に、図２〜図６に基づいてバッテリモジュールユニット３１の構造と、その支持構造を説明する。

本実施の形態のバッテリモジュールユニット３１は支持部材２８の上面に載置されるもので、２個のバッテリモジュール１６，１６を、それらの長手方向の端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。

長手方向の端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、それらの間に挟持された第１エンドプレート３７と、２個のバッテリモジュール１６，１６の長手方向両端部に配置された一対の第２エンドプレート３８，３８と、各第２エンドプレート３８に一端を固定されて第１エンドプレート３７に向けて延びる２本の連結部材３９，３９とによって一体化され、バッテリモジュールユニット３１を構成する。２個の第２エンドプレート３８，３８から共通の第１エンドプレート３７に向けて延びる合計４本の連結部材３９…は共通の公差吸収手段４１（図２および図４参照）を介して第１エンドプレート３７に結合される。

第１エンドプレート３７は長辺３７ａ，３７ａおよび短辺３７ｂ，３７ｂを有する矩形状断面のアルミニウム製引き抜き材で構成され、その内部には円形をなす２個の第１ボス部３７ｃ，３７ｃと、三角形および円形を組み合わせた形状をなす２個の第２ボス部３７ｄ，３７ｄと、各ボス部３７ｃ，３７ｃ，３７ｄ，３７ｄから長辺３７ａ，３７ａに向かって延びる各２本のリブ３７ｅ，３７ｅとを備える（図６参照）。

各第２エンドプレート３８は板状の部材であって、その下端には一対の取付ブラケット３８ａ，３８ａが設けられ、その上端には２個の押さえ突起３８ｂ，３８ｂが設けられる。一方の第２エンドプレート３８は取付ブラケット３８ａ，３８ａを貫通する２本のボルト４２，４２によって一方の支持脚２７の上部に設けた固定部２７ｂに固定される。同様に他方の第２エンドプレート３８は取付ブラケット３８ａ，３８ａを貫通する２本のボルト４２，４２によって他方の支持脚２７の上部に設けた固定部２７ｂに固定される。

一方の第２エンドプレート３８に一端を固定された２本の帯状の連結部材３９，３９の他端には、それぞれ長孔３９ａ，３９ａが形成されており、その長孔３９ａ，３９ａを貫通する２本の第１ボルト４３Ａ，４３Ａが、第１エンドプレート３７の二つの第２ボス部３７ｄ，３７ｄにそれぞれ螺合する。同様に、他方の第２エンドプレート３８に一端を固定された２本の帯状の連結部材３９，３９の他端には、それぞれ長孔３９ａ，３９ａが形成されており、その長孔３９ａ，３９ａを貫通する２本の第１ボルト４３Ｂ，４３Ｂが、第１エンドプレート３７の二つの第２ボス部３７ｄ，３７ｄにそれぞれ螺合する。一方の第２エンドプレート３８から延びる２本の連結部材３９，３９の高さと、他方の第２エンドプレート３８から延びる２本の連結部材３９，３９との高さとは、それらが相互に干渉しないように異なっている。

合計４個の長孔３９ａ…および合計４本の第１ボルト４３Ａ，４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｂは前記公差吸収手段４１を構成する。

支持部材２８の上面には２個のブロック状の固定部材４４，４４が溶接により固定される。固定部材４４，４４の上面に第１エンドプレート３７を重ね合わせ、更に第１エンドプレート３７の上面に保持部材４５を重ね合わせた状態で、保持部材４５を貫通する２本のボルト４６，４６が第１エンドプレート３７の２個の第１ボス部３７ｃ，３７ｃに螺合し、保持部材４５および第１エンドプレート３７の２個の第２ボス部３７ｄ，３７ｄを貫通する２本の第２ボルト４７，４７が２個の固定部材４４，４４にそれぞれ螺合する。

保持部材４５は、一方のバッテリモジュール１６の上面に当接する４個の押さえ突起４５ａ…と、他方のバッテリモジュール１６の上面に当接する４個の押さえ突起４５ａ…とを備える
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。

長手方向の一方の端面どうしが第１エンドプレート３７を挟んで対向するように２個のバッテリモジュール１６，１６を直列に配置し、それら２個のバッテリモジュール１６，１６の長手方向の他方の端面にそれぞれ第２エンドプレート３８，３８を当接させると、各第２エンドプレート３８に一端を固定された２本の連結部材３９，３９が、バッテリモジュール１６の長手方向側面に沿って延びて第１エンドプレート３７の位置に達する。

この状態から、一方のバッテリモジュール１６の２本の連結部材３９，３９の長孔３９ａ，３９ａを貫通する２本の第１ボルト４３Ａ，４３Ａを第１エンドプレート３７の二つの第２ボス部３７ｄ，３７ｄにそれぞれ螺合するとともに、他方のバッテリモジュール１６の２本の連結部材３９，３９の長孔３９ａ，３９ａを貫通する２本の第１ボルト４３Ｂ，４３Ｂを第１エンドプレート３７の二つの第２ボス部３７ｄ，３７ｄにそれぞれ螺合する。このとき、両バッテリモジュール１６，１６の各２本の連結部材３９，３９の高さが異なっているため、それらが第１エンドプレート３７上で干渉することが防止される。

バッテリモジュール１６，１６の長さには、１２個のバッテリセル３２…の厚さの公差が累積することで若干のバラツキが存在するが、連結部材３９…の長孔３９ａ…を貫通させた第１ボルト４３Ａ，４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｂを第１エンドプレート３７の第２ボス部３７ｄ，３７ｄにそれぞれ螺合するときに、第１ボルト４３Ａ，４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｂに対する長孔３９ａ…の位置を調整することで前記長さのバラツキを吸収することができる。

このようにして２個のバッテリモジュール１６，１６を第１エンドプレート３７を挟んで一体化したバッテリモジュールユニット３１は、第１エンドプレート３７が厚みのある引き抜き材で構成されており、しかも公差吸収機構４１によって各バッテリセル３２…が緩みなく締結されることで、その剛性が高められる。

続いて、保持部材４５を貫通する２本のボルト４６，４６を第１エンドプレート３７の２個の第１ボス部３７ｃ，３７ｃに螺合するとともに、保持部材４５および第１エンドプレート３７の２個の第２ボス部３７ｄ，３７ｄを貫通する２本の第２ボルト４７，４７を支持部材２８の上面に溶接した２個の固定部材４４，４４に締結することで、第１エンドプレート３７が支持部材２８に固定される。このとき、保持部材４５の８個の押さえ突起４５ａ…が一対のバッテリモジュール１６，１６の上面にそれぞれ４個ずつ係合することで、バッテリモジュール１６，１６が支持部材２８の上面に強固に固定される。

また各バッテリモジュール１６の第２エンドプレート３８に設けた２個の取付ブラケット３８ａ，３８ａを貫通する２本のボルト４２，４２を、支持部材２８の支持脚２７の固定部２７ｂに締結すると、第２エンドプレート３８の２個の押さえ突起３８ｂ，３８ｂと、連結部材３９，３９の２個の押さえ突起３９ｂ，３９ｂとがバッテリモジュール１６の上面を押し下げることで、バッテリモジュール１６が支持部材２８に更に強固に固定される。

以上のように、本実施の形態によれば、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。

また２個のバッテリモジュール１６，１６の第１エンドプレート３７を共通の一部材で構成したので、バッテリモジュールユニット３１の剛性を高めて耐振性を高めることができ、しかも２個の第２エンドプレート３８，３８に一端を固定した連結部材３９…の他端を第１エンドプレート３７に公差吸収手段４１を介して連結したので、バッテリセル３２…の厚さの公差の累積によって各々のバッテリモジュール１６，１６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３８，３８の位置を異ならせて吸収することができる。

また公差吸収手段４１を２個のバッテリモジュール１６，１６の間に配置したので、バッテリモジュールユニット３１の両端に公差吸収手段４１が突出するのを防止して該バッテリモジュールユニット３１の小型化を図ることができる。

また公差吸収手段４１を、第２エンドプレート３８，３８に一端を固定した連結部材３９…の他端に形成した長孔３９ａ…と、それらの長孔３９ａ…を貫通して第１エンドプレート３７に螺合する第１ボルト４３Ａ，４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｂとで構成したので、第１ボルト４３Ａ，４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｂに対する長孔３９ａ…の位置を調整することでバッテリセル３２…の厚さの公差の累積を吸収することができるだけでなく、２個の連結部材３９，３９を共通のボルトで第１エンドプレート３７に締結する場合に比べて、ボルトおよびその座面の小型化を図ることができる。

また引き抜き材で構成した第１エンドプレート３７に設けた共通の第２ボス３７ｄ，３７ｄに、連結部材３９…を固定する第１ボルト４３Ａ，４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｂおよび保持部材４５を締結する第２ボルト４７，４７とを螺合するので、第１エンドプレート３７のボス部の数を最小限に抑えて軽量化を図ることができる。

また支持部材２８の内部には冷却空気が流れる冷却空気通路２８ａ…が形成されるため、保持部材４５および第１エンドプレート３７を固定するための第２ボルト４７，４７を支持部材２８に直接螺合すると、その第２ボルト４７，４７が冷却空気通路２８ａ…内に突出して冷却空気の流れを阻害する虞があるが、本実施の形態によれば、支持部材２８に溶接した固定部材４４，４４に第２ボルト４７，４７を螺合したので、冷却空気のスムーズな流通を可能にしてバッテリモジュール１６，１６の冷却効果を確保することができる。

また一対のバッテリモジュール１６，１６を一体に結合するための部材である第１エンドプレート３７を利用してバッテリモジュールユニット３１を支持部材２８に固定するので、バッテリモジュールユニット３１を支持部材２８に固定するための特別の部材が不要になって部品点数が削減されるだけでなく、１個の第１エンドプレート３７で２個のバッテリモジュール１６，１６を固定することが可能になって部品点数を更に削減することができる。

また第１エンドプレート３７を２個の固定部材４４，４４に締結するので、第１エンドプレート３７を支持部材２８に強固に固定してバッテリモジュール１６，１６を安定した姿勢で保持することができる。しかも固定部材４４，４４は支持部材２８および第１固定部材３７間に配置されるので、固定部材４４，４４を設けたことによるバッテリモジュール１６，１６の固定部の大型化を回避することができる。

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、実施の形態では支持部材２８および第１エンドプレート３７を引き抜き材で構成しているが、それらを押し出し材で構成しても良い。

また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。

１６ バッテリモジュール
３２ バッテリセル
３７ 第１エンドプレート
３７ｄ 第２ボス部（ボス部）
３８ 第２エンドプレート
３９ 連結部材
３９ａ 長孔
４１ 公差吸収手段
４３Ａ 第１ボルト
４３Ｂ 第１ボルト
４５ 保持部材
４７ 第２ボルト

Claims (4)

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）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）を連結部材（３９）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）を直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、
   前記連結部材（３９）の一端を前記第２エンドプレート（３８）に固定するとともに、他端を前記第１エンドプレート（３７）に公差吸収手段（４１）を介して連結し、
   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）を共通の一部材で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. 前記公差吸収手段（４１）は、一方の前記バッテリモジュール（１６）の前記第２エンドプレート（３８）に一端を固定した前記連結部材（３９）の他端に形成した長孔（３９ａ）と、その長孔（３９ａ）を貫通して前記第１エンドプレート（３７）に螺合する第１ボルト（４３Ａ，４３Ｂ）とで構成されることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリモジュールユニット。
3. 前記公差吸収手段（４１）は、前記一体化した一対のバッテリモジュール（１６）の一方および他方にそれぞれ設けられ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. 前記第１エンドプレート（３７）は引き抜き材または押し出し材で構成され、前記第１エンドプレート（３７）の共通のボス部（３７ｄ）に、前記一対のバッテリモジュール（１６）を保持する保持部材（４５）を締結する第２ボルト（４７）と、前記第１ボルト（４３Ａ，４３Ｂ）とを螺合することを特徴とする、請求項２または請求項３に記載のバッテリモジュールユニット。

Images