JP2016103397A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ハーネス束の折返部分の長さを均一化でき、電池セルに膨張が生じた場合であってもハーネスにかかる負荷を抑制できる電池モジュールを提供する。【解決手段】電池モジュール１は、複数の電池セル１１を配列してなる配列体２と、所定の電池セル１１に接続された複数のハーネス４２からなるハーネス束４１と、配列体２に対して取り付けられ、ハーネス４２の接続元となるコネクタ６が配置されたカバー部材５と、を備え、ハーネス束４１の基端側は、電池セル１１の配列方向の一端側から引き出されると共にカバー部材５側に折り返されてコネクタ６に接続され、カバー部材５には、ハーネス束４１の折返部分４１Ａが撓んだ状態となるようにハーネス束４１の基端側を固定する固定部４５が設けられ、ハーネス束４１の基端側には、固定部４５に対する固定位置Ｐを示す指標部４６が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、電池モジュールに関する。

従来、例えばリチウムイオン二次電池等の電池セルを複数配列してなる電池モジュールが知られている。かかる電池モジュールでは、電池セルの配列体を金属プレート等の拘束具で挟み込んで一定の荷重で拘束することで、電池セルにおいて内部抵抗等の特性が変動することを抑制している。例えば特許文献１に記載の組電池では、両端に屈曲部を有する金属バンドをエンドプレートに固定し、このエンドプレートによって電池ブロックを積層方向に拘束している。このような電池モジュールでは、電池セルの膨張による拘束部材の破損を防止する目的で、配列体と拘束部材のエンドプレートとの間にゴムなどの弾性体を介在させる場合がある。

また、電池モジュールには、各電池セルの電圧検出などに用いるハーネスが組み付けられることがある。例えば特許文献２に記載の組電池では、電圧検出端子を備えたコネクタを保持部材で保持し、保持部材を電池群に対して取り付けることにより、電池セルの電極端子に一括してコネクタを電気的に接続している。

特開２０１３−０５５０６９号公報 特開２００８−２４３４１２号公報

電池モジュールに対してハーネスを組み付けるにあたっては、ハーネスの配線の煩雑化を避ける必要がある。そのため、複数本のハーネスの基端側を結束部材で結束し、ハーネス束の状態で電池モジュールに組み付けることが好適である。ハーネスの接続元となるコネクタ等の接続部は、例えば電池セルの配列体に取り付けられるカバー部材に配置される。この場合、ハーネス束の基端側は、例えば電池セルの配列体における配列方向の一端側から引き出されて折り返された状態で接続部に接続される。

一方、過充電等の異常によってケース内部にガスが発生した場合や経年劣化などによって電池セルが膨張する場合がある。電池セルに膨張が生じると、カバー部材が電池セルの膨張方向に動くことが考えられる。このとき、ハーネス束の折返部分の長さが不足すると、カバー部材の端部がハーネス束の折返部分に突き当たり、ハーネスに負荷がかかってしまうおそれがある。したがって、ハーネス束を組み付ける際には、ハーネス束の折返部分に十分な長さを持たせることが必要であるが、組み付けを行う作業者によってハーネス束の折返部分の長さにばらつきが生じているという課題があった。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、ハーネス束の折返部分の長さを均一化でき、電池セルに膨張が生じた場合であってもハーネスにかかる負荷を抑制できる電池モジュールを提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明に係る電池モジュールは、複数の電池セルを配列してなる配列体と、所定の電池セルに接続された複数のハーネスからなるハーネス束と、配列体に対して取り付けられ、ハーネスの接続元となる接続部が配置されたカバー部材と、を備え、ハーネス束の基端側は、電池セルの配列方向の一端側から引き出されると共にカバー部材側に折り返されて接続部に接続され、カバー部材には、ハーネス束の折返部分が撓んだ状態となるようにハーネス束の基端側を固定する固定部が設けられ、ハーネス束の基端側には、固定部に対する固定位置を示す指標部が設けられている。

この電池モジュールでは、ハーネス束の折返部分が撓んだ状態となるように、固定部によってハーネス束の基端側が固定部に固定されている。これにより、電池セルに膨張が生じ、接続部が配置されたカバー部材が初期位置から動いた場合であっても、カバー部材の端部がハーネス束の折返部分に突き当たることを防止できる。したがって、ハーネスに負荷がかかることを抑制できる。また、この電池モジュールでは、固定部に対する固定位置を示す指標部がハーネス束の基端側に設けられている。これにより、組み付けを行う作業者によってハーネス束の折返部分の長さにばらつきが生じることを抑制でき、折返部分の撓みを過不足なく形成できる。

また、配列体では、配列方向に対する電池セルの膨張が許容されており、ハーネスの先端側は、電池セルの配列方向に沿って延在していてもよい。この場合、ハーネスの先端側は、電池セルの膨張に従って配列方向に動くが、ハーネス束の折返部分が撓んだ状態となっていることで、カバー部材の端部がハーネス束の折返部分に突き当たることを防止できる。

配列体における前記電池セルの一方の配列端に配置された弾性体と、弾性体を介して配列体を配列方向に拘束する拘束部材と、を更に備え、ハーネス束は、弾性体が配置された一方の配列端側から引き出されてカバー部材側に折り返されていてもよい。この場合、電池セルは弾性体側に膨張するが、弾性体が配置された一方の配列端側にハーネス束の折返部分が位置することにより、カバー部材の端部がハーネス束の折返部分に突き当たることを防止できる。

また、指標部は、ハーネス束の基端側を大径化した一対の大径部によって構成され、固定部は、一対の大径部の間でハーネス束の基端側を把持していてもよい。この構成によれば、固定部に対するハーネス束の固定位置を容易に把握できる。また、固定後にハーネス束が固定位置からずれてしまうことも防止できる。

また、指標部は、ハーネス束の基端側を大径化した大径部によって構成され、固定部は、大径部を把持していてもよい。この構成によれば、固定部に対するハーネス束の固定位置を容易に把握できる。また、大径部を把持することによってハーネスをしっかりと把持できる。さらに、大径部の径を変更することにより、ハーネス束の太さが変わる場合でも固定部の形状を変えずにハーネス束を固定することが可能となる。

本発明によれば、ハーネス束の折返部分の長さを均一化でき、電池セルに膨張が生じた場合であってもハーネスにかかる負荷を抑制できる。

本発明に係る電池モジュールの一実施形態を示す平面図である。 図１における電池モジュールをカバー部材を外した状態で示す平面図である。 固定部によるハーネス束の固定状態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 図１に示した電池モジュールの作用効果を示す要部拡大側面図であり、（ａ）は初期状態、（ｂ）は電池セル膨張時である。 固定部によるハーネス束の固定状態の変形例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る電池モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。

本発明に係る電池モジュールの一実施形態を示す平面図である。また、図２は、図１における電池モジュールをカバー部材を外した状態で示す平面図である。図１及び図２に示すように、電池モジュール１は、複数の電池セル１１を配列してなる配列体２と、配列体２に対して電池セル１１の配列方向に拘束荷重を付加する拘束部材３と、配列体２と拘束部材３との間に介在する弾性体４とを備えている。

配列体２は、図２に示すように、複数（本実施形態では７体）の電池セル１１によって構成されている。電池セル１１，１１間には、不図示の伝熱プレートが介在している。電池セル１１は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。電池セル１１は、例えば略直方体形状をなす中空のケース１２内に電極組立体を収容してなる。

ケース１２の頂面１２ａには、一対の電極端子１３，１３が互いに離間して設けられている。図２に示すように、電極端子１３の一方は、電極組立体の正極に接続された正極端子であり、電極端子１３の他方は、電極組立体の負極に接続された負極端子である。隣接する電池セル１１，１１は、正極端子と負極端子とが互いに隣り合うように配列され、隣り合う正極端子と負極端子とをバスバー部材１４で接続することにより、電気的に直列に接続されている。

また、電池セル１１には、図１及び図２に示すように、電池ホルダ２１が取り付けられている。電池ホルダ２１は、例えば樹脂によって一体成型された枠体２２を有している。枠体２２は、電池セル１１のケース１２の側面のうち、電池セル１１の配列方向の側面を除いた各側面に沿うように、ケース１２に嵌め込まれている。

拘束部材３は、図２に示すように、例えば一対のエンドプレート３１と、エンドプレート３１同士を締結する締結部材３２とを備えている。エンドプレート３１は、例えば鉄などの金属によって形成され、電池セル１１を配列方向から見た場合の面積よりも大きい面積を有する略矩形の板状をなしている。エンドプレート３１は、その外縁部分が電池セル１１の外縁部分よりも外側に張り出した状態で、配列体２及び弾性体４の配列方向の両端にそれぞれ配置されている。なお、エンドプレート３１には、ブラケット３５が取り付けられている。電池モジュール１は、ブラケット３５を介し、外部筐体等に対して強固に固定される。

締結部材３２は、例えば長尺のボルト３３と、ボルトに螺合されるナット３４とによって構成されている。ボルト３３は、例えばエンドプレート３１の外縁部分においてエンドプレート３１に挿通されている。各ボルト３３の両端にエンドプレート３１の外側からナット３４が螺合されることで、電池セル１１、弾性体４、及び伝熱プレートが挟持されてユニット化されると共に拘束荷重が付加される。

弾性体４は、拘束荷重による電池セル１１の破損の防止に加え、拘束部品の破損を防ぐ目的で用いられる部材であり、例えばウレタン製のゴムスポンジによって矩形の板状に形成されている。弾性体４は、配列体２における電池セル１１の配列方向の一端に配置されている。弾性体４の形成材料としては、例えばエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム、シリコンゴムなどが挙げられる。また、弾性体４は、ゴムに限られず、バネ材などであってもよい。このような弾性体４の配置により、配列体２では、電池セル１１の膨張が許容されている。電池セル１１に膨張が生じた場合、弾性体４が圧縮変形し、配列体２が弾性体４側に一方向に膨張することとなる。

また、電池モジュール１は、図１に示すように、カバー部材５を有している。カバー部材５は、例えば電池セルの充放電の制御に用いられる電子部品や、電池モジュール１の制御を行う制御部品等の載置に用いられる樹脂製の部材である。カバー部材５は、図１に示すように、例えば配列体２における電池セル１１の配列方向に並設され、電池セル１１の頂面１２ａ（図２参照）と所定の間隔をもって対向するように電池ホルダ２１に組み付けられている。

本実施形態では、電池セル１１の配列方向に２体のカバー部材５，５が設けられている。これらのカバー部材５，５は、電池セル１１の膨張に追従できるように、電池セル１１の配列方向の中央付近で互いに摺動可能に結合されている。また、カバー部材５には、弾性体４側から３体目となる電池セル１１の付近において、一方（図２における下側）の電極端子１３寄りの位置に、電圧検出モジュール（不図示）への接続に用いられるコネクタ（接続部）６が取り付けられている。コネクタ６には、電池セル１１の所定の電極端子１３に接続された複数のハーネス４２（図２参照）からなるハーネス束４１が接続されている。

続いて、ハーネス束４１の構成について更に詳細に説明する。

ハーネス束４１は、図２に示すように、電池セル１１の電圧検出に用いる複数のハーネス４２を束ねることによって形成されている。本実施形態では、ハーネス束４１の先端側は、電池セル１１の一方の電極端子１３の列と電池セル１１の他方の電極端子１３の列とのそれぞれに沿うように、電池セル１１の配列方向に沿って配線されている。

ハーネス束４１から分岐するハーネス４２の先端には、接続端子４２ａがそれぞれ設けられており、接続端子４２ａが所定の電池セル１１の電極端子１３に接続されることで、ハーネス４２と電池セル１１との電気的な接続がなされている。なお、ハーネス束４１の先端側において、ハーネス４２の各分岐元の部分を樹脂テープ或いは樹脂チューブなどによる結束部材４３で結束してもよい。

ハーネス束４１の基端側は、樹脂テープ或いは樹脂チューブなどの被覆部材４４で被覆された状態となっている。ハーネス束４１の基端側は、配列体２における弾性体４側の配列端からエンドプレート３１側に引き出され、弾性体４の上方で電池セル１１の幅方向の中央側に湾曲しながらカバー部材５の上面側に向かって折り返されている。この折返部分４１Ａは、撓んだ状態となっており、ハーネス束４１にかかる張力が弱められている。ハーネス束４１の基端側は、図１に示すように、カバー部材５の上方で合流している。合流部分４１Ｂは、カバー部材５の上面側で電池セル１１の幅方向に延びた後、折り返されてコネクタ６に接続されている。

カバー部材５に対するハーネス束４１の組み付けには、図１に示すように、固定部４５が用いられている。固定部４５は、例えば弾性体４に隣接する電池セル１１において幅方向の中央付近に位置している。固定部４５での固定にあたり、ハーネス束４１の基端側の合流部分４１Ｂには、図３（ａ）に示すように、固定部４５に対する固定位置Ｐを示す指標部４６が設けられている。

指標部４６は、例えば樹脂テープ或いは樹脂チューブによってハーネス束４１の基端側の合流部分４１Ｂの一部を大径化した大径部４７によって構成されている。図３（ａ）に示す例では、一対の大径部４７が、固定部４５による固定長さよりも僅かに長い間隔をもって配置され、大径部４７，４７の間に固定位置Ｐが規定されている。

固定部４５は、図３（ｂ）に示すように、カバー部材５の上面から突出する壁部４５ａと、壁部４５ａの上端の一方側に設けられた下向きの爪部４５ｂとによって構成されている。ハーネス束４１の基端側の合流部分４１Ｂは、大径部４７，４７の間の固定位置Ｐにおいて、爪部４５ｂによって把持されている。大径部４７，４７で規定される固定位置Ｐでハーネス４２の基端側の合流部分４１Ｂを固定することにより、ハーネス束４１の折返部分４１Ａが撓んだ状態で、ハーネス束４１の基端側がカバー部材５に組み付けられている（図１参照）。

以上のように、電池モジュール１では、図４（ａ）にも示すように、配列体２において弾性体４が配置された一方の配列端側からハーネス束４１が引き出されてカバー部材５側に折り返され、ハーネス束４１の折返部分４１Ａが撓んだ状態となるように、固定部４５によってハーネス束４１の基端側がカバー部材５に組み付けられている。この電池モジュール１では、電池セル１１に膨張が生じた場合、図４（ｂ）に示すように、弾性体４が圧縮変形し、配列体２が弾性体４側に向かって一方向に膨張する。このとき、電池セル１１の膨張に伴って、電池ホルダ２１（図１参照）に組み付けられているカバー部材５も初期位置から弾性体４側に向かって動くこととなる。

このカバー部材５の動きに対し、電池モジュール１では、ハーネス束４１の折返部分４１Ａが撓んだ状態となっていることにより、ハーネス束４１の折返部分４１Ａが、カバー部材５から遠ざかるようにエンドプレート３１側或いは配列体２の上方側に変形可能となっている。したがって、カバー部材５の端部５ａがハーネス束４１の折返部分４１Ａに突き当たることを防止でき、ハーネス４２に負荷がかかることを抑制できる。ハーネス４２への負荷を抑制することで、断線等の不具合の発生を抑えられる。

また、電池モジュール１では、固定部４５に対する固定位置Ｐを示す指標部４６がハーネス束４１の基端側に設けられている。これにより、組み付けを行う作業者によってハーネス束４１の折返部分４１Ａの長さにばらつきが生じることを抑制でき、折返部分４１Ａの撓みを過不足なく形成できる。

本実施形態では、指標部４６がハーネス束４１の基端側を大径化した一対の大径部４７，４７によって構成され、大径部４７，４７の間でハーネス束４１の基端側が固定部４５に把持されている。このように、一対の大径部４７，４７の間に固定位置Ｐを規定することにより、大径部４７，４７の位置を目印としてハーネス束４１の固定位置を容易に把握できる。また、ハーネス束４１が固定部４５の両側で大径化していることで、固定後にハーネス束４１が固定位置Ｐからずれてしまうことも防止できる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、指標部４６が大径部４７によって構成され、一対の大径部４７，４７の間でハーネス束４１の基端側が固定部４５に把持されているが、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、一つの大径部４７を固定位置Ｐとして規定し、大径部４７を固定部４５によって把持するようにしてもよい。

このような構成においても、大径部４７，４７の位置を目印としてハーネス束４１の固定位置を容易に把握できる。また、大径部４７を把持することによってハーネス４２をしっかりと把持できる。さらに、この構成では、大径部４７の径を変更することにより、ハーネス束４１の太さが変わる場合でも固定部４５の形状を変えずにハーネス束４１を固定できる。例えば配列体２における電池セル１１の配列数が変更された場合、電池セル１１の電極端子１３に接続されるハーネス４２の本数が変わり、ハーネス束４１の太さが変動するが、このような場合の設計変更が容易なものとなる。

なお、指標部４６は、必ずしも大径部４７によって構成されているものでなくてもよい。この場合、指標部４６は、塗料の塗布や印刷によるものであってもよく、溝や凹部等によるものであってもよい。また、必要に応じてカバー部材５に複数の固定部４５を設けるようにしてもよい。

１…電池モジュール、２…配列体、３…拘束部材、４…弾性体、５…カバー部材、６…コネクタ（接続部）、１１…電池セル、４１…ハーネス束、４１Ａ…折返部分、４２…ハーネス、４５…固定部、４６…指標部、４７…大径部、Ｐ…固定位置。

Claims (5)

1. 複数の電池セルを配列してなる配列体と、
   所定の電池セルに接続された複数のハーネスからなるハーネス束と、
   前記配列体に対して取り付けられ、前記ハーネスの接続元となる接続部が配置されたカバー部材と、を備え、
   前記ハーネス束の基端側は、前記電池セルの配列方向の一端側から引き出されると共に前記カバー部材側に折り返されて前記接続部に接続され、
   前記カバー部材には、前記ハーネス束の折返部分が撓んだ状態となるように前記ハーネス束の基端側を固定する固定部が設けられ、
   前記ハーネス束の基端側には、前記固定部に対する固定位置を示す指標部が設けられている電池モジュール。
2. 前記配列体では、前記配列方向に対する前記電池セルの膨張が許容されており、
   前記ハーネスの先端側は、前記電池セルの配列方向に沿って延在している請求項１記載の電池モジュール。
3. 前記配列体における前記電池セルの一方の配列端に配置された弾性体と、
   前記弾性体を介して前記配列体を前記配列方向に拘束する拘束部材と、を更に備え、
   前記ハーネス束は、前記弾性体が配置された前記一方の配列端側から引き出されて前記カバー部材側に折り返されている請求項１又は２記載の電池モジュール。
4. 前記指標部は、前記ハーネス束の基端側を大径化した一対の大径部によって構成され、
   前記固定部は、前記一対の大径部の間で前記ハーネス束の基端側を把持している請求項１〜３のいずれか一項記載の電池モジュール。
5. 前記指標部は、前記ハーネス束の基端側を大径化した大径部によって構成され、
   前記固定部は、前記大径部を把持している請求項１〜３のいずれか一項記載の電池モジュール。

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