JP2014103075A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】単位セルが複数積層された電池モジュール３、４が隣接して配置され、電池モジュール３、４に印加される衝撃に対する剛性を向上させた電池パック１を得る。
【解決手段】電池パック１は、複数の電池モジュール３、４を取り付けるバッテリフレーム７を有する。このバッテリフレーム７内に形成された複数の取り付け開口部１０、１１に夫々電池モジュール３、４が取り付けられている。複数の取り付け開口部１０、１１相互間にはバッテリフレーム７の一端側から他端側に向かって延在する橋絡部７ｂを有している。電池モジュール３、４は、バッテリフレーム７に締結部材１４によって締結される。電池モジュール３、４から締結部材１４を取り付ける脚部８、９が複数突出している。対向する脚部８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３同士が互いに橋絡部７ｂ上において櫛歯状に交互に噛み合うように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の単位セルを集合して形成された電池モジュールを複数有する電池パックに関する。特に、走行エネルギの少なくとも一部を電池から得る自動車用の電池パックに関する。

従来、特許文献１に記載の電池パックが知られている。この特許文献１では、電池モジュールのたわみ現象を改善するために、互いに積層された複数個の二次電池と、この二次電池を収容するハウジングアセンブリを、それぞれ有する複数個の電池モジュールと、この複数個の電池モジュールのうち少なくとも１つの電池モジュールのハウジングアセンブリの周囲に延びる少なくとも１つの補強プレートとを具備している。

特開２０１１−１４２０７７号公報

上記特許文献１の技術では、電池パックが車両の衝突等により強い衝撃を受けた場合に電池パック内の電池モジュールに印加される強い衝撃についてはそれほど考慮されていない。従って、強い衝撃が印加された場合に、複数の電池モジュールの一部が他の電池モジュールから離脱して電池パック外部に飛び出す虞がないとはいえない。従って、電池パックに強い衝撃が印加された場合においても、複数の電池モジュール同士が強固に結びつき、電池モジュールが外部へ飛び出すことのない電池パックが望まれる。

本発明は、単位セルを積層した複数の電池モジュールを隣接して配置した電池パックにおいて、衝撃に対する剛性を向上させた電池パックを得ることを目的とする。

従来技術として列挙された特許文献の記載内容は、この明細書に記載された技術的要素の説明として、参照によって導入ないし援用することができる。

本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、本発明では、複数の単位セル（２）を集合して構成される電池モジュール（３、４）と、複数の電池モジュール（３、４）を夫々収容する複数の取り付け開口部（１０、１１）が形成され、複数の電池モジュール（３、４）を取り付けるバッテリフレーム（７）と、電池モジュール（３、４）の夫々をバッテリフレーム（７）に取り付けるための複数の脚部（８、９）とを備え、バッテリフレーム（７）は、隣り合う取り付け開口部（１０、１１）の間に一端から他端にかけて延在する橋絡部（７ｂ）を有し、複数の脚部（８、９）のうち、互いに対向する脚部（８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３）同士が橋絡部（７ｂ）上において櫛歯状に交互に噛み合うように配置されていることを特徴としている。

この発明によれば、橋絡部の両側の取り付け開口部に挿入されて取り付けられる複数の電池モジュールの脚部同士が互いに橋絡部上において櫛歯状に交互に噛み合うように配置されているから、衝撃が印加された場合に、櫛歯状に交互に噛み合うように配置された脚部が一体化して衝撃を受け止めることができる。従って、単一の電池モジュールだけが電池パックから飛び出すことがない。

なお、特許請求の範囲および上記各手段に記載の括弧内の符号ないし説明は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を分かり易く示す一例であり、発明の内容を限定するものではない。

本発明の一実施形態における電池パックにおいて、カバーを取外した内部形状を示す平面図である。 上記図１の橋絡部および対向する脚部の一部拡大図である。 上記図１の矢印Ｙ１方向から見た電池パックの正面図である。

（一実施形態）
以下、本発明の一実施形態について図１ないし図３を用いて詳細に説明する。図１は、電池パック１のカバーを取外した平面形状を示している。リチウム電池等の二次電池から成る単位セル２を複数個直列に接続して所望の出力電圧を得ている。単位セル２の集合体は電池モジュール３、４の合成樹脂からなるケース５、６内に収納されている。電池モジュール３、４のケース５、６内には、単位セル２の他に、単位セル２同士を接続する図示しない金属バーから成る接続片が設けられている。

単位セル２自体からの放熱および接続片に流れる電流による発熱により、ケース５、６内の温度が上昇する。ケース５、６は合成樹脂の成形品から製作されている。ケース５、６は長方形の箱から成り、周囲の４辺からは、ケース５、６を車両側のバッテリフレーム７に取り付けるための脚部８、９が突出している。つまり、ケース５、６は、セル収納部とセル収納部の周辺から伸びた締結部を成す脚部８、９からなる。脚部８、９は、一つのケース５、６に付き合計９個設けられている。

図１は、車両の天井方向から車両の床方向を見た状態を図示している。バッテリフレーム７は、底に二つの孔１０、１１が設けられたトレイから成り、鉄板のプレス成形品である。図１中Ｙ１方向が車両の後退方向、Ｙ２方向が車両の前進方向である。また、ケース５、６の後ろ側の辺には、後ろ側脚部８ｒ、９ｒが設けられている。

更に、ケース５、６の前側の辺には、夫々二つの前側脚部８ｆ１、８ｆ２、９ｆ１、９ｆ２が設けられている。前側脚部８ｆ１、８ｆ２および前側脚部９ｆ１、９ｆ２の夫々の間には、出力電圧が得られる出力ターミナル１２、１３が配設されている。この出力ターミナル１２、１３に配線部分が接続され車両内に配電される。出力ターミナル１２、１３がケース５、６の前側の辺に設けられるのは、衝突時の変形でショートなどの二次的な故障を極力防止するためである。

図１と、拡大して示す図２とによって判明するように、バッテリフレーム７の図中左側のケース５の左右の側方の辺には、夫々３つの脚部８ｓ１〜８ｓ６が突出して設けられている。図中左側の脚部８ｓ１〜８ｓ３は、バッテリフレーム７の凹部の底７ａにボルトとナットからから成る締結部材１４により結合されている。一方、図中右側の脚部８ｓ４〜８ｓ６は、バッテリフレーム７の橋絡部７ｂにボルトとナットからから成る締結部材１４により結合されている。

バッテリフレーム７の橋絡部７ｂは、トレイ状のバッテリフレーム７の底部分に設けられた２つの取り付け開口部１０、１１間に位置し、車両の前進および後退方向に平行に延在している。バッテリフレーム７の前側の辺と後ろ側の辺とは、橋絡部７ｂによって結ばれている。これによって、バッテリフレーム７は、２つの取り付け開口部１０、１１を持つ眼鏡上の平面形状を有する。

バッテリフレーム７の図中右側に配置されたケース６の左右の側方の辺には、夫々３つの脚部９ｓ１〜９ｓ６が突出して設けられている。図中右側の脚部９ｓ４〜９ｓ６は、バッテリフレーム７の凹部の底７ｃにボルトとナットからから成る締結部材１４により結合されている。一方、図中左側の脚部９ｓ１〜９ｓ３は、バッテリフレーム７の橋絡部７ｂにボルトとナットからから成る締結部材１４により結合されている。

図２は、一部拡大して互い違いに橋絡部７ｂに取り付けられている対向する脚部８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３を示している。この橋絡部７ｂに取り付けられる脚部８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３は、図２のように互い違いに取り付けられている。

換言すれば、一対の電池モジュール３、４のケース５、６同士の隣り合う側壁から延びる脚部８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３は櫛歯状であり、互いに噛み合うように配置されている。つまり、一対のケース５、６から延びる脚部８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３は、互いに入れ子になるように配置されている。そして、対向する脚部同士９ｓ１と８ｓ４、８ｓ４と９ｓ２、９ｓ２と８ｓ５、８ｓ５と９ｓ３、９ｓ３と８ｓ６の間には隙間１５ａ〜１５ｅが設けられている。

図２のように、一方のケース５の脚部８ｓ４〜８ｓ６と他方のケース６の脚部９ｓ１〜９ｓ３とは、橋絡部７ｂの延在方向、つまり矢印Ｙ１、Ｙ２方向に交差する傾斜部１５ａ１、１５ａ２〜１５ｅ１、１５ｅ２を持っている。この傾斜部１５ａ１、１５ａ２〜１５ｅ１、１５ｅ２相互間に隙間１５ａ〜１５ｅが存在する。

強い衝撃が加わるとボルトが変形したり切断されたりして、隙間１５ａがなくなり、一方のケース５の脚部８ｓ４の傾斜部１５ａ１と他方のケース６の脚部９ｓ１の傾斜部１５ａ２同士が当接する。この当接によって、脚部８ｓ４、９ｓ１が図中左右方向、つまり矢印Ｙ３、Ｙ４方向に押される分力が発生する。

換言すれば、強い衝撃が加わるとボルト変形したり切断されたりして、隙間１５ｂ〜１５ｅがなくなり、一方のケース５の脚部８ｓ４〜８ｓ６の傾斜部１５ｂ１、１５ｃ１、１５ｄ１、１５ｅ１と他方のケース６の脚部９ｓ１〜９ｓ３の傾斜部１５ｂ２、１５ｃ２、１５ｄ２、１５ｅ２同士とが当接して滑って移動する。この当接に伴う移動によって、脚部８ｓ５、８ｓ６、９ｓ２、９ｓ３が、図中左右方向、つまり矢印Ｙ３、Ｙ４方向に分離するように押される分力が発生する。

更に、橋絡部７ｂを挟んで、一対の同形状の電池モジュール３、４が、バッテリフレーム７に取り付けられている。これによれば、一対の同形状の電池モジュール３、４を製作して同じ要領でバッテリフレーム７に取り付ければよい。

図３は、バッテリフレーム７に取り付けられた電池モジュール３、４を図１の矢印Ｙ１方向から見た側面形状を示している。バッテリフレーム７の孔１０、１１の中に挿入され、バッテリフレーム７に吊り下げられるように電池モジュール３、４が取り付けられている。そして、バッテリフレーム７には、電池モジュール３、４を包み込む図示しない上部カバーと下部カバーとが取り付けられて、電池パック１が完成する。

（一実施形態の作用効果）
上記実施形態において、複数の単位セル２をそれぞれ集合した電池モジュール３、４を複数有する電池パック１は次の構成を有する。複数の電池モジュール３、４を並置して取り付けるバッテリフレーム７と、該バッテリフレーム７に形成された複数の取り付け開口部１０、１１に夫々取り付けられる電池モジュール３、４とを有する。また、複数の取り付け開口部１０、１１相互間には、バッテリフレーム７の一端側から他端側に向かって延在する橋絡部７ｂを有する。

そして、電池モジュール３、４は、バッテリフレーム７に締結部材１４によって締結され、電池モジュール３、４から締結部材１４を取り付ける脚部８、９が複数突出している。橋絡部７ｂにおいて、該橋絡部７ｂの両側の取り付け開口部１０、１１に挿入されて取り付けられる複数の電池モジュール３、４の互いに隣接する脚部８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３同士が互いに対向している。そして、対向した脚部８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３同士が、橋絡部７ｂ上において、櫛歯状に交互に噛み合うように配置されている。

このように、複数の取り付け開口部１０、１１相互間には、バッテリフレーム７の一端側から他端側に向かって延在する橋絡部７ｂを有し、電池モジュール３、４は、バッテリフレーム７に締結部材１４によって締結されている。そして電池モジュール３、４から締結部材１４を取り付ける脚部８、９が複数突出している。橋絡部７ｂの両側の取り付け開口部１０、１１に挿入されて取り付けられる複数の電池モジュール３、４の脚部８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３同士が、互いに橋絡部７ｂ上において櫛歯状に交互に噛み合うように配置されている。

換言すれば、単位セル２の積層方向と直交する方向における電池モジュール３、４のケース５、６に、固定部を成す脚部８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３が形成されている。そして、一方側に形成される脚部８ｓ４〜８ｓ６と、他方側に形成される脚部９ｓ１〜９ｓ３とが千鳥配置に配列されている
これによって、橋絡部７ｂの延在方向に衝撃が印加された場合に、櫛歯状に交互に噛み合うように配置された脚部８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３同士が結合して衝撃を受け止めることができる。すなわち、複数の電池モジュール３、４同士が、脚部８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３で結合されるため、単一の電池モジュール３または４だけが電池パック１から破損して飛び出すことがなく、バッテリフレーム７に締結された電池モジュール３、４全体がスクラムを組んで衝撃を受けとめることができる。よって、電池パック１としての耐衝撃性能が向上する。

また、電池モジュール３、４は、直方体である。この電池モジュール３、４の長手方向に単位セル２が積層されている。そして、この単位セル２の積層方向と橋絡部７ｂの延在方向が一致している。対向する脚部８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３は複数の電池モジュール３、４の夫々の長手方向の一辺から橋絡部７ｂに向けて突出している。かつ、突出した対向する脚部８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３同士が積層方向に沿って櫛歯状に交互に噛み合うように配置されている。

この構成によれば、単位セル２の積層方向に印加される衝撃により単位セル２が一体と成って強い力で移動しようとするが、櫛歯状に交互に噛み合うように配置された脚部８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３同士が一体と成って受け止めることができる。

また、隙間１５ａ〜１５ｅを介して櫛歯状に交互に噛み合うように配置されている。これによれば、通常状態では電池モジュール３、４が単独でバッテリフレーム７に締結されて衝撃を受け止めることができる。そして、きわめて強い衝撃が印加されたときに、隙間１５ａ〜１５ｅが潰れて、脚部８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３同士が結合して衝撃を受け止めることができる。

更に、隙間１５ａ〜１５ｅがあるため、通常状態では、一方の電池モジュール３（または４）のケース温度変化による体積膨張に伴う機械的ストレスが、他方の電池モジュール４（または３）のケース６（または５）に伝わらないようにして、電池モジュール３、４の耐久性を損なわないようにすることができる。特に、ケース５、６は合成樹脂の成形品であり、温度で膨張し易いため、この作用は有効である。

加えて、互いに対向する脚部８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３には、橋絡部７ｂの延在方向に対して斜めに交差する傾斜部１５ａ１〜１５ｅ２（図２）が設けられている。かつ、傾斜部同士（１５ａ１、１５ａ２）〜（１５ｅ１、１５ｅ２）が、橋絡部７ｂの延在方向に相対向している。

これにより、橋絡部７ｂの延在方向に衝撃が印加されて相対向する脚部８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３同士が接触した場合に、橋絡部７ｂの延在方向に直角方向の力（分力）が各電池モジュール３、４に印加される。従って、衝撃が印加された場合に、電池モジュール３、４に、橋絡部７ｂの延在方向へのみ力が作用するのでなく、橋絡部７ｂの延在方向に直角方向にも力が作用する。

よって、力の橋絡部７ｂの延在方向への集中をなくし、電池モジュール３、４の左右方向Ｙ３、Ｙ４の力をバッテリフレーム７の凹部の底７ａ、７ｃによって受け止めることができる。従って、衝撃時の力を分散させて電池モジュール３、４の橋絡部７ｂの延在方向への移動を緩和することができる。

以上のように、橋絡部７ｂの延在方向は、電池モジュール３、４が搭載された車両の前進または後退方向（Ｙ１−Ｙ２方向）である。従って、車両が衝突したときの衝撃を対向する脚部８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３同士が結合し、かつ力を分散させて受け止めることができる。

更に、橋絡部７ｂを挟んで、一対の同形状の電池モジュール３、４が、バッテリフレーム７に取り付けられている。これによれば、一対の同形状の電池モジュール３、４を製作して同じ要領でバッテリフレーム７に取り付ければよい。よって、ロボット等による組み付けが容易であり、また、例えば品番が同じとなる生産管理上単一の製品が複数生産されればよいから、製造および設計が容易になる。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、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および範囲内での全ての変更を含むものである。

締結部材１４としてボルトとナットを使用したがリベット等で固定しても良い。また、隙間１５ａ〜１５ｅを設けて対向する脚部８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３同士を互い違いに配置したが、隙間１５ａ〜１５ｅをなくして、脚部８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３同士を接触させて配置しても良い。この場合、脚部同士の当接部に小さな複数の突起部（またはディンプル）を設け、突起部同士（またはディンプルの凹部以外の部分）が当接するようにして、膨張時の機械的ストレス（応力）により突起部（またはディンプルの凹部以外の部分）が変形する（潰れる）ようにしても良い。

２ 単位セル
３，４ 電池モジュール
１ 電池パック
７ バッテリフレーム
１０、１１ 取り付け開口部
７ｂ 橋絡部
１４ 締結部材
８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３ 対向する脚部
１５ａ〜１５ｅ 隙間
１５ａ１、１５ａ２〜１５ｅ１、１５ｅ２ 傾斜部

Claims (6)

1. 複数の単位セル（２）を集合して構成される電池モジュール（３、４）と、
   複数の前記電池モジュール（３、４）を夫々収容する複数の取り付け開口部（１０、１１）が形成され、複数の前記電池モジュール（３、４）を取り付けるバッテリフレーム（７）と、
   前記電池モジュール（３、４）の夫々を前記バッテリフレーム（７）に取り付けるための複数の脚部（８、９）と、を備え、
   前記バッテリフレーム（７）は、隣り合う前記取り付け開口部（１０、１１）の間に一端から他端にかけて延在する橋絡部（７ｂ）を有し、
   複数の前記脚部（８、９）のうち、互いに対向する脚部（８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３）同士が前記橋絡部（７ｂ）上において櫛歯状に交互に噛み合うように配置されていることを特徴とする電池パック。
2. 前記電池モジュール（３、４）の夫々は直方体であり、該電池モジュール（３、４）の長手方向に前記単位セル（２）が積層されており、この積層方向と前記橋絡部（７ｂ）の延在方向が一致し、前記対向する脚部（８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３）は複数の前記電池モジュール（３、４）の夫々の長手方向の一辺側から前記橋絡部（７ｂ）に向けて突出し、この突出した前記対向する脚部（８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３）同士が前記積層方向に沿って櫛歯状に交互に噛み合うように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記対向する脚部（８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３）同士が、隙間（１５ａ〜１５ｅ）を空けて櫛歯状に交互に噛み合うように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電池パック。
4. 前記対向する脚部（８ｓ４〜８ｓ６、９ｓ１〜９ｓ３）の夫々の外縁には前記橋絡部（７ｂ）の延在方向に対して斜めに交差する傾斜部（１５ａ１、１５ａ２〜１５ｅ１、１５ｅ２）が形成されており、前記傾斜部（１５ａ１、１５ａ２〜１５ｅ１、１５ｅ２）同士が、前記橋絡部（７ｂ）の延在方向に相対向していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電池パック。
5. 前記橋絡部（７ｂ）の延在方向は、前記電池モジュール（３、４）が搭載された車両の前進または後退方向であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の電池パック。
6. 一対の同形状の前記電池モジュール（３、４）が前記橋絡部（７ｂ）を挟む位置に設けられて前記バッテリフレーム（７）に取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の電池パック。

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