JP2013171794A - 電池モジュールおよびそのケース - Google Patents

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Abstract

【課題】電池モジュールのケースを改良する。
【解決手段】電池モジュール1は、複数の電池ユニット2と、ケース3とを備える。複数の電池ユニット2は、配列方向Xに沿って配列されている。ケース3は、フレーム4と、カバー5とを備える。フレーム4は、配列方向Xに関して複数の電池ユニット2を締め付けることによって保持する。さらに、フレーム4は、ケース3の外壁として露出しており、複数の電池ユニット2の少なくとも一部を覆う。フレーム4は、配列方向Xに関する両端に配置されたエンドフレーム41a、41bを備える。フレーム4は、複数の電池ユニット2の周囲において互いに離れて配置された複数のサイドフレーム42a、42b、42c、42dを備える。さらに、ケース3は、複数のサイドフレーム42a、42b、42c、42dの間に設けられ、複数の電池ユニット2を覆うカバー5、52bを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、複数の電池を配列し、保持する電池モジュールに関する。
特許文献1は、複数の電池を配列し、保持する電池モジュールを開示している。この電池モジュールは、複数の電池を配列する。複数の電池の両端にはエンドプレートが配置されている。両端に設けられたエンドプレートの間には、複数の拘束バンド、または拘束ロッドが配置される。この構成では、拘束バンドまたは拘束ロッドによって複数の電池が配列方向に締め付けられている。
特開2008−53019号公報
従来技術の構成では、十分な剛性を得ることが困難であった。例えば、拘束バンドまたは拘束ロッドは、曲がりやすいという問題点がある。
また、拘束バンドまたは拘束ロッドでは、複数の電池を覆う効果はほとんどない。複数の電池を覆うためには、箱型のカバーを設ける必要がある。
さらに、従来技術では、複数の電池を配列することで生じる寸法の誤差を吸収することができないという問題点があった。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の電池ユニットを保持するための部材を、複数の電池ユニットを覆うために利用することができる合理的な電池モジュールおよびそのケースを提供することである。
本発明の他の目的は、複数の電池ユニットを保持する部材が同時に複数の電池の少なくとも一部を覆うことができ、しかも複数の電池ユニットの組付け作業が容易な電池モジュールおよびそのケースを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、部品点数を抑制しながら、高い剛性をもつ電池モジュールおよびそのケースを提供することである。
本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
請求項1に記載の発明は、配列方向(X)に沿って配列された複数の電池ユニット(2)を備える電池モジュールのケース(3)において、配列方向(X)に沿って延び、配列方向に関して複数の電池ユニットを締め付けることによって複数の電池ユニットを保持するとともに、ケースの外壁として露出して複数の電池ユニットの少なくとも一部を覆う部材(4、5)を備えることを特徴とする。
この構成によると、配列方向に沿って延びる部材によって、複数の電池ユニットが保持される。しかも、その同じ部材によって、複数の電池ユニットの少なくとも一部が覆われる。このため、複数の電池ユニットを拘束し保持するための専用部材と、複数の電池ユニットを覆うための専用部材との両方を別々に設ける必要がない。このように、複数の電池ユニットを保持するための部材を、複数の電池ユニットを覆うために利用することができる。
なお、特許請求の範囲および上記手段の項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
本発明を適用した第1実施形態に係る電池モジュールを示す斜視図である。 第1実施形態の電池モジュールの断面図である。 第1実施形態の電池モジュールの斜視図である。 第1実施形態のフレームの一端面を示す平面図である。 第1実施形態のフレームの上面を示す平面図である。 第1実施形態のフレームの側面を示す平面図である。 第1実施形態の電池モジュールの製造方法を示す流れ図である。
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
(第1実施形態)
図1は、一部の部材を取り除いた電池モジュール1を示す。電池モジュール1は、やや細長い箱型の形状を有する。電池モジュール1は、比較的小規模の需要家において設置され、需要家における構内電力網に接続されている。電池モジュール1は、インバータ回路などの電力変換装置を介して構内電力網に接続されている。電池モジュール1は、構内電力網に電力を供給し、構内電力網から充電される。電池モジュール1は、一般的な住宅、または事業所における構内電力網に適合した電力容量を有している。
図示されるように、電池モジュール1は、ケース3と、ケース3内に収容された複数の電池ユニット2とを備える。ケース3は、内部に複数の電池ユニット2を収容する。ケース3は、複数の電池ユニット2を保持する。
図2は、電池モジュール1のII−II線における縦断面を示す。図示されるように、電池モジュール1は、配列方向Xに沿って配列された複数の電池ユニット2を備える。複数の電池ユニット2は細長い箱型を形作るように配列されている。複数の電池ユニット2は、互いに積層され、積層体を構成している。複数の電池ユニット2は、電気的に直列または並列に接続されている。複数の電池ユニット2は、図示されない電力ケーブルを介して電池モジュール1の外部の回路と接続可能に構成されている。
ひとつの電池ユニット2は、ひとつまたは複数の電池セルを収容することができる。ひとつの電池ユニット2は、扁平な直方体の形状を有する。ひとつの電池ユニット2の両側面には、他の電池ユニット2と積層されたときに互いに噛合う凹凸面が形成されている。
ケース3は、複数の電池ユニット2に対して配列方向Xに荷重を与える。ケース3によって与えられる荷重によって、複数の電池ユニット2が配列方向Xに関して確実に保持される。また、この荷重によって隣接する電池ユニット2の凹凸面が噛み合う。この結果、配列方向Xと直交する方向YおよびZに関しても複数の電池ユニット2は拘束され、保持される。
図3は、第1実施形態に係る電池モジュール1の完成状態を示す。ケース3は、細長い直方体の形状を有する。ケース3は、複数の電池ユニット2を覆う。ケース3を形成する部材は、フレーム4と、カバー5とを含む。これらの部材は、配列方向Xに沿って延びる。部材は、配列方向Xに関して複数の電池ユニット2を締め付けることによって複数の電池ユニット2を保持する。さらに、部材は、ケース3の外壁として露出して複数の電池ユニット2の少なくとも一部を覆う。
図2に戻り、フレーム4は、配列方向Xに関する両端に配置された2つのエンドフレーム41a、41bを備える。2つのエンドフレーム41a、41bは、複数の電池ユニット2の両端に、それらの両端面と接触して配置されている。複数の電池ユニット2からなる積層体の一端にはエンドフレーム41aが位置付けられ、他端にはエンドフレーム41bが位置付けられている。
一方のエンドフレーム41aは、金属製のブロック材である。エンドフレーム41aは、所定の剛性を与えるためのリブ部分を残すように切削加工されている。エンドフレーム41aには、ハンドル43が設けられている。
他方のエンドフレーム41bは、ブラケット型の断面を有する複数のビーム部材41cと、板部材41dとを有する。ビーム部材41cと電池ユニット2との間に板部材41dが配置されている。板部材41dは、ビーム部材41cと接合されている。ビーム部材41cと板部材41dとは、金属製の板を曲げて形成されている。
フレーム4は、エンドフレーム41a、41bの間において配列方向Xに沿って延びる複数のサイドフレーム42a、42b、42c、42dを備える。この実施形態では、フレーム4は、4つのサイドフレーム42a、42b、42c、42dを備える。以下の説明において、複数のサイドフレーム42a、42b、42c、42dのそれぞれまたは全部は、サイドフレーム42とも呼ばれる。複数のサイドフレーム42は、複数の電池ユニット2の周囲において互いに離れて配置されている。
サイドフレーム42bとサイドフレーム42cとの間には、補助フレーム42eが設けられている。サイドフレーム42aとサイドフレーム42dとの間には、補助フレーム42fが設けられている。補助フレーム42e、42fは、複数のサイドフレーム42の一端において、すなわちエンドフレーム41aが設けられる端部において、複数のサイドフレーム42を部分的に連結している。
さらに、フレーム4は、エンドフレーム41aと複数のサイドフレーム42とを配列方向に沿って締め付けることにより締結する締結部材44、45を備える。締結部材は、複数の長ナット44と、複数のボルト45とを備える。複数の長ナット44は、複数のサイドフレーム42のそれぞれに接合されている。複数のボルト45は、エンドフレーム41aを貫通するボルト穴に配置され、長ナット44にねじ込まれている。ボルト45が締め込まれることにより、エンドフレーム41aは複数のサイドフレーム42に向けて配列方向Xに沿って締め付けられる。この結果、複数の電池ユニット2に配列方向Xに沿って荷重が与えられる。フレーム4を構成する部材は、複数の電池ユニット2に望ましい荷重を与え続けるように所定の弾性力を有している。
締結部材44、45は、エンドフレーム41aと、複数のサイドフレーム42との間に、締付量を調節可能とするための隙間46を区画する。隙間46は、エンドフレーム41aと長ナット44との間に形成されている。よって、複数の電池ユニット2の寸法に誤差があっても、締結部材44、45の締付量を調節することによって、複数の電池ユニット2を適切に締め付け、保持することができる。
図1から図3に図示されるように、複数のサイドフレーム42は、複数の電池ユニット2の四隅に配置されている。複数のサイドフレーム42は、複数の電池ユニット2の4つの側面の中央部分を覆うことがないように、四隅にだけ配置されている。複数のサイドフレーム42は、複数の電池ユニット2をバランスよく締め付けることを可能とする。
少なくともひとつのサイドフレームは、複数の電池ユニット2の角部を覆っている。剛性の高いサイドフレームによって電池ユニット2の角部が覆われるから、電池ユニット2を保護することができる。図示の実施形態では2つのサイドフレーム42b、42dが複数の電池ユニット2の角部を覆っている。
カバー5は、金属製または樹脂製の薄い板である。カバー5は、フレーム4の一部の外側に位置し、フレーム4の一部と重複するように配置されている。カバー5は、フレーム4の一部を覆うが、フレーム4のすべてを覆い隠すことはない。特に、ケース3の両端面を除く外周面において、カバー5は、ケース3の外周面の一部分だけを占めている。カバー5は、エンドフレーム41aを装着した後に、すなわちフレーム4に複数の電池ユニット2を装着した後に、フレーム4に固定することができるように形成されている。カバー5は、ケース3の外側から複数の電池ユニット2への直接的な到達を阻止するように、フレーム4が区画する開口部を覆うように配置されている。
カバー5は、2つのエンドカバー51a、52bと、複数のサイドカバー52a、52b、52c、52dとを有する。2つのエンドカバー51a、52bは、ケース3の両端面に配置される。この実施形態では、4つのサイドカバー52a、52b、52c、52dが設けられている。以下の説明において、複数のサイドカバー52a、52b、52c、52dのそれぞれまたは全部は、サイドカバー52とも呼ばれる。複数のサイドカバー52は、ケース3の外周の側面に配置されている。
一方のエンドカバー51aは、エンドフレーム41aの外側に固定されている。他方のエンドカバー51bは、エンドフレーム41bの外側に固定されている。エンドカバー51aは、ハンドル43を露出させるための開口部51cを有する。
複数のサイドカバー52のそれぞれは、複数のサイドフレーム42の間に設けられている。複数のサイドカバー52のそれぞれは、ケース3の外側から複数の電池ユニット2への直接的な到達を阻止するように、複数のサイドフレーム42の間に区画された開口部をふさぐ。複数のサイドカバー52のそれぞれは、複数の電池ユニット2を覆う。複数のサイドカバー52の少なくともひとつは、換気のための開口を有することができる。図示の例では、上部サイドカバー52bは、微細な複数のスリット状の開口部を有している。
ケース3は、カバー5を複数のサイドフレーム42に締め付けるための複数のスクリュー53を備える。スクリュー53は、小さいボルト、またはタッピングスクリューによって提供される。
ケース3の外表面には、複数のサイドフレーム42とカバー5との両方が露出している。複数のサイドフレーム42とカバー5との両方が複数の電池ユニット2を覆うために貢献する。エンドフレーム41a、41bは、わずかな一部分だけがケース2の外側に露出している。よって、フレーム4は、その一部だけがケース3の外側に露出している。また、フレーム4は、複数の電池ユニット2の一部だけを覆っている。
図4は、エンドフレーム41b側から見たフレーム4の側面を示す。図5は、図4中の矢印Vに沿って見たフレーム4の上面を示す。図6は、図4中の矢印VIに沿って見たフレーム4の正面を示す。
複数のサイドフレーム42は、金属製の板によって形成されている。複数のサイドフレーム42のそれぞれは、細い帯状に形成されている。複数のサイドフレーム42の幅は、それらだけでは複数の電池ユニット2の外周面を覆うことができない程度の幅である。また、ひとつのサイドフレーム42aは、複数の板部材を接合して形成することができる。
図示されるように、複数のサイドフレーム42には、スクリュー53を受け入れる複数のねじ穴47が設けられている。一部のねじ穴47は、補助フレーム42e、42fに設けられている。ねじ穴47は、単なる穴、またはナットによって提供することができる。スクリュー53は、カバー5に形成された貫通穴に貫通して配置され、さらにねじ穴47にねじ込まれる。この結果、カバー5は、少なくとも部分的にフレーム4に固定される。
具体的には、エンドカバー51aは、補助フレーム42e、42fを介して、複数のサイドフレーム42に固定される。エンドフレーム41aは、ボルト45の締付量に応じて移動可能であるから、エンドカバー51aとエンドフレーム41aとの間の隙間は変化可能である。エンドカバー51bは、主としてエンドフレーム41bに固定される。エンドカバー51bは、部分的に、複数のサイドフレーム42に固定されてもよい。
複数のサイドカバー52は、多くの部位において複数のサイドフレーム42に固定される。複数のサイドカバー52は、部分的にエンドフレーム41bに固定されてもよい。この構成によると、複数のサイドフレーム42を利用してカバー5を固定することができる。
複数のサイドフレーム42のそれぞれは、配列方向Xに沿って延びる曲げ部48を有する板材である。曲げ部48は、サイドフレーム42の長手方向の全長に渡って連続して形成されている。ひとつのサイドフレーム42には、複数の曲げ部48が形成されている。ひとつのサイドフレーム42には、少なくともひとつの直角の曲げ部48が形成されている。曲げ部48は、板材の剛性を高める。よって、複数のサイドフレーム42の変形が抑制される。板材によって複数のサイドフレーム42を提供できる。
図示されるように、ビーム部材41cには、軽量化のための丸い貫通穴が開設されている。4つのビーム部材41cは、井桁状または#字状と呼びうる形状に配置され、互いに溶接によって接合されている。
エンドフレーム41bと、複数のサイドフレーム42とは、溶接によって接合されている。よって、フレーム4は、エンドフレーム41bと、複数のサイドフレーム42とを接合する複数の溶接部49を備える。複数の溶接部49は、ビーム部材41cと複数のサイドフレーム42との接触部分に設けられている。ひとつのサイドフレーム42に関して2つの溶接部49が設けられている。複数の溶接部49は、配列方向Xに沿って、すなわちサイドフレーム42の長手方向に沿って長細く形成されている。複数の溶接部49は、レーザ溶接によって形成することができる。これにより、エンドフレーム41bと複数のサイドフレーム42とが、簡単な構造で強固に接合される。
エンドフレーム41bと、複数のサイドフレーム42とは、エンドフレーム41bの四隅からサイドフレーム42が延び出した主フレーム部材を提供する。複数のサイドフレーム42の間には、配列方向に沿って長く延びる開口部が区画されている。しかも、開口部は、一端において、すなわちエンドフレーム41aが装着される端部において開放されている。主フレーム部材は、エンドフレーム41bを底部とする筒状とも呼ぶことができる。ただし、筒状の外周面には、エンドフレーム41aが装着されるべき端部から底部に向けて延びるスリット状の開口部が区画されている。この実施形態では、補助フレーム42e、42fが装着された後でも、少なくとも2つの開口部が形成されている。しかも、補助フレーム42e、42fが装着された側面においても、四方を囲まれた開口部が形成されている。
複数の開口部は、複数のサイドフレーム42の間から電池ユニット2を直接的に操作することを可能とする。しかも、一端において開放された開口部は、その一端側から電池ユニット2を把持したまま複数のサイドフレーム42内に電池ユニット2を入れることを可能とする。よって、この形状は、複数の電池ユニット2の組付け作業を容易化するために貢献する。
図7は、電池モジュール1の製造方法170を示す。ステップ171では、ケース3を形成する部品を準備する工程が実行される。特に、フレーム4およびカバー5を提供するための板材が加工される。この工程においては、サイドフレーム42には、その全長に渡って延びる複数の曲げ部48が形成される。ステップ172では、エンドフレーム41bと複数のサイドフレーム42とを溶接する工程が実行される。ここで、溶接部49が形成される。ステップ171およびステップ172により、エンドフレーム41bと複数のサイドフレーム42とからなる主フレーム部材を形成する工程が提供される。
ステップ173では、主フレーム部材に、複数の電池ユニット2を組み付ける工程が実行される。ここでは、複数の電池ユニット2が、エンドフレーム41aが装着されるべき開放端から、複数のサイドフレーム42の間に挿入される。
ステップ174では、複数の電池ユニット2の両端にエンドフレーム41a、41bが位置するように、エンドフレーム41aを配置する工程が実行される。ステップ175では、エンドフレーム41a、41bを介して、複数の電池ユニット2に荷重を付与する工程が実行される。この工程では、複数の電池ユニット2が互いに押し付けられ、配列方向Xに関して締め付けられる。この工程は、加圧器によって実行することができる。ステップ176では、加圧器による荷重を継続しながら、ボルト45が締め込まれる。ボルト45は、2つのエンドフレーム41a、41bと複数の電池ユニット2とが密着するように締め付けられる。ステップ177では、ステップ175で与えられた荷重を除去する工程が実行される。例えば、中間製品が加圧器から取り外される。フレーム4は、複数の電池ユニット2を配列方向Xに沿って締め付けることによって拘束し、保持する。ステップ174からステップ177によりフレーム4を完成させる工程が提供される。
ステップ178では、カバー5を装着する工程が実行される。この実施形態によると、フレーム4によって電池ユニット2を締め付けることによって保持した後に、カバー5が装着される。
この実施形態によると、配列方向Xに沿って延びる部材42によって、複数の電池ユニット2が保持される。しかも、その同じ部材42によって、複数の電池ユニット2の少なくとも一部が覆われる。このため、複数の電池ユニット2を拘束し保持するための専用部材と、複数の電池ユニット2を覆うための専用部材との両方を別々に設ける必要がない。このように、複数の電池ユニット2を保持するための部材42を、複数の電池ユニット2を覆うために利用することができる。
また、配列方向Xに沿って延びる曲げ部48を有するサイドフレーム42が採用されるから、部品点数を抑制しながら、高い剛性をもつ電池モジュールおよびそのケースを提供することができる。
(他の実施形態)
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
上記実施形態では、ケース3をフレーム4とカバー5とで構成し、ケース3の外表面にはフレーム4とカバー5との両方が露出する。この結果、複数の電池ユニット2は、フレーム4とカバー5との両方によって覆われている。これに代えて、フレ−ム4だけによって複数の電池ユニット2の全体を覆うように構成してもよい。
上記実施形態では、対角上に位置する2つのサイドフレーム42b、42dが複数の電池ユニット2の角部を覆うための形状を有している。これに代えて、電池モジュール1の下部、または上部に位置する2つのサイドフレームに、複数の電池ユニット2の角部を覆うための形状を設けてもよい。また、すべてのサイドフレームに、複数の電池ユニット2の角部を覆う形状を設けてもよい。
1 電池モジュール、 2 電池ユニット、
3 ケース、 4 フレーム、 5 カバー、
41a、41b エンドフレーム、
42a、42b、42c、42d サイドフレーム、
43 ハンドル、 44 長ナット、 45 ボルト、 46 隙間、
47 ねじ穴、 48 曲げ部、 49 溶接部、
51a、51b エンドカバー、
52a、52b、52c、52d サイドカバー。

Claims (10)

  1. 配列方向(X)に沿って配列された複数の電池ユニット(2)を備える電池モジュールのケース(3)において、
    前記配列方向(X)に沿って延び、前記配列方向に関して複数の前記電池ユニットを締め付けることによって複数の前記電池ユニットを保持するとともに、前記ケースの外壁として露出して複数の前記電池ユニットの少なくとも一部を覆う部材(4、5)を備えることを特徴とする電池モジュールのケース。
  2. 複数の前記電池ユニットは細長い箱型を形作るように配列されており、
    前記部材(4、5)は、
    前記配列方向に関する両端に配置されたエンドフレーム(41a、41b、41c、41d)と、
    前記エンドフレームの間において前記配列方向(X)に沿って延び、複数の前記電池ユニットの周囲において互いに離れて配置された複数のサイドフレーム(42a、42b、42c、42d)と、
    複数の前記サイドフレームの間に設けられ、複数の前記電池ユニットを覆うカバー(5)とを備えることを特徴とする請求項1に記載の電池モジュールのケース。
  3. 複数の前記サイドフレームは、複数の前記電池ユニットの四隅に配置されており、
    少なくともひとつの前記サイドフレーム(42b、42d)は、複数の前記電池ユニットの角部を覆っていることを特徴とする請求項2に記載の電池モジュールのケース。
  4. さらに、一端の前記エンドフレーム(41a)と複数の前記サイドフレームとを前記配列方向に沿って締め付けることにより締結する締結部材(44、45)を備え、
    前記締結部材は、一端の前記エンドフレームと、複数の前記サイドフレームとの間に、前記締結部材の締付量を調節可能とするための隙間(46)を区画することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の電池モジュールのケース。
  5. さらに、他端の前記エンドフレーム(41b、41c)と、複数の前記サイドフレームとを溶接によって接合する溶接部(49)を備えることを特徴とする請求項4に記載の電池モジュールのケース。
  6. さらに、前記カバーを複数の前記サイドフレームに締め付けるスクリュー(53)を備え、
    複数の前記サイドフレームに前記スクリューを受け入れるねじ穴(47)が設けられていることを特徴とする請求項2から請求項5のいずれかに記載の電池モジュールのケース。
  7. 前記サイドフレームは、前記配列方向に沿って延びる曲げ部(48)を有する板材であることを特徴とする請求項2から請求項6のいずれかに記載の電池モジュールのケース。
  8. 前記ケースの外表面には、前記サイドフレームと前記カバーとが露出していることを特徴とする請求項2から請求項7のいずれかに記載の電池モジュールのケース。
  9. 請求項1から請求項8のいずれかに記載のケース(3)と、
    前記ケース内に収容された複数の電池ユニット(2)とを備えることを特徴とする電池モジュール。
  10. 前記ケースは、複数の前記電池ユニットに対して前記配列方向に荷重を与えることを特徴とする請求項9に記載の電池モジュール。
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