JP2017107660A - 電池モジュール一体構造 - Google Patents

Abstract

【課題】上側電池モジュール及び下側電池モジュールと排気ダクトとを備える電池モジュール一体構造において、振動を抑制することである。【解決手段】電池モジュール一体構造は、上下方向に分かれて固定された上側、下側電池モジュールと、各電池モジュールの積層方向一側面において、上側電池モジュールの上部に形成された上側排気チャンバに上側開口が接続され、下側電池モジュールの上部に形成された下側排気チャンバに下側開口が接続された排気ダクトと、排気ダクトを各電池モジュールの側に押圧して固定する端部カバーと、排気ダクトの上側開口及び下側開口の周辺部と排気チャンバの開口端周辺部との間に配置された面シール部材と、排気ダクト及び端部カバーの間に配置された発泡樹脂部材とを含む。【選択図】図３

Description

本発明は、上側電池モジュール及び下側電池モジュールと排気ダクトとを備える電池モジュール一体構造であって、特に、振動の抑制に関する。

電気自動車またはハイブリッド車両のように車両の駆動用の電動モータが搭載される車両では、電動モータに電力を供給するための電池モジュールも搭載される。

特許文献１には、上下方向に重ね合された一対の蓄電パックを備える電池モジュール一体構造が記載されている。各蓄電パックは、上下方向に対し直交する前後方向に分かれた２つの電池モジュールを含む。各電池モジュールは、２つのプレートで複数の電池セルを挟んだ構造を、電池セルの積層方向に並べて配置することで形成される。各電池モジュールは、複数のプレートに跨って締結された上部拘束部材によって拘束される。

特開２０１４−３５９７１号公報

特許文献１に記載された構成では、蓄電ユニットの上側及び下側のそれぞれの蓄電パックにおいて、複数の電池モジュールが拘束されている。しかしながら、上下方向に分かれた一対の蓄電パックは、それぞれの固有振動数によって横揺れが生じる可能性がある。これにより、周囲の部品との共振が大きくなることにより、電池モジュール一体構造の振動が大きくなるおそれがある。

さらに、複数の電池モジュールが一体化された構造において、それぞれの電池モジュールの上部から排出されるガスを排気するための排気ダクトを設ける構成が考えられる。

本発明の目的は、上側電池モジュール及び下側電池モジュールと排気ダクトとを備える電池モジュール一体構造において、振動を抑制することである。

本発明に係る電池モジュール一体構造は、上下方向に分かれて固定された上側電池モジュール及び下側電池モジュールであって、それぞれの前記電池モジュールにおいて複数の電池セルがそれぞれ積層されている上側電池モジュール及び下側電池モジュールと、前記上側電池モジュール及び前記下側電池モジュールのそれぞれの前記積層方向一側面において、前記上側電池モジュールの上部に形成された上側排気チャンバに上側開口が接続されており、前記下側電池モジュールの上部に形成された下側排気チャンバに下側開口が接続されており、中間部に形成された中間開口が外部に通じる排気ダクトと、前記排気ダクトを前記上側電池モジュール及び前記下側電池モジュールの側に押圧して固定する端部カバーと、前記排気ダクトの前記上側開口の周辺部及び前記下側開口の周辺部と前記排気チャンバの開口端周辺部との間にそれぞれ配置された面シール部材と、前記排気ダクト及び前記端部カバーの間に配置された発泡樹脂部材とを備える。

本発明に係る電池モジュール一体構造によれば、排気ダクトを備える構成において、各電池モジュールの積層方向一端部と端部カバーとで、排気ダクト、面シール部材、及び発泡樹脂部材が挟まれる。これによって、電池モジュール一体構造の振動を抑制できる。

本発明に係る実施形態の電池モジュール一体構造の正面図である。 図１の左側から右側に見た図である。 電池モジュール一体構造において、端部カバーと排気ダクトとを分離して示す斜視図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 排気ダクトの分解斜視図である。 排気ダクトを図３の右側から左側に見た斜視図である。

以下に、本発明に係る実施形態について詳細に説明する。以下で説明する形状、数量、材質などは説明のための例示であって、電池モジュール一体構造の仕様により変更が可能である。以下では同様の構成には同一の符号を付して説明する。

図１は、実施形態の電池モジュール一体構造１０の正面図である。図２は、図１の左側から右側に見た図である。図３は、電池モジュール一体構造１０において、端部カバー３０と排気ダクト４０とを分離して示す斜視図である。図４は、図２のＡ−Ａ断面図である。

電池モジュール一体構造１０は、ケース１２と、上側電池モジュール２０及び下側電池モジュール２４と、端部カバー３０と、排気ダクト４０と、面シール部材５０ａ、５０ｂと、発泡樹脂部材６０とを備える。上側電池モジュール２０及び下側電池モジュール２４は、ケース１２の内側において上下方向Ｚに分かれて固定される。

ケース１２は、横方向Ｘに長い長尺の筒状であり、内側において、上側で横方向Ｘに伸びるように形成された上側配置空間１３と、下側で横方向に伸びるように形成された下側配置空間１４とを有する。図１から図４では各電池モジュール２０，２４を形成する電池セル２２、２５（図３）の積層方向である横方向をＸで示し、縦方向をＹで示し、Ｘ及びＹに対し直交する上下方向をＺで示している。

ケース１２は、鉄等の金属により形成される。ケース１２の内側において、上側配置空間１３と下側配置空間１４とは、平板状の仕切り部１５によって仕切られる。仕切り部１５は、横方向Ｘに対し直交する縦方向Ｙに伸びる複数の柱部によって形成されてもよい。ケース１２において、各配置空間１３，１４の横方向Ｘ両端部は開口する。ケース１２の横方向一端部（図１、図３の左端部）は、後述する端部カバー３０によって塞がれる。ケース１２の横方向他端部（図１の右端部）には、別の端部カバー３８（図１）がボルトを含む締結手段３９によって固定されて、ケース１２の横方向他端部を塞ぐ。

ケース１２は、複数の構成要素をボルト及びナットからなる締結手段によって一体的に結合することによって形成されてもよい。例えば、ケース１２の上端部において上側配置空間１３の上部を塞ぐ天板部１２ｆと、仕切り部１５とが、それぞれケース１２の他の部分を構成する部材とは別の部材により形成されてもよい。

図３に示すように、ケース１２の上端部において、上側配置空間１３の横方向Ｘ一端開口部の上側周辺部には、上下方向Ｚに対し傾斜した傾斜面１６が形成される。傾斜面１６には貫通孔１６ａが形成される。傾斜面１６の内面側において、貫通孔１６ａの開口周縁部にはナット（図示せず）が固定される。傾斜面１６には、後述の端部カバー３０の上端部が面してボルト及びナットを含む締結手段７０で結合される。

ケース１２の下側部分において、縦方向Ｙの一端部（図３の右端部）には、下側配置空間１４よりも縦方向Ｙの外側に配置される段付き状の外側壁部１７が形成される。そして、外側壁部１７の下側部分において、上下方向Ｚに伸びる部分の横方向Ｘ一端部には、貫通孔１７ａが形成される。外側壁部１７の内面側において、貫通孔１７ａの開口端周縁部にはナット（図示せず）が固定される。外側壁部１７には、後述の端部カバー３０の下端部に形成された折り曲げ片３０ａが重ね合されて、ボルト及びナットを含む締結手段７１によって結合される。

上側電池モジュール２０は、上側配置空間１３において、仕切り部１５の上側に、例えば縦方向Ｙの両端部でボルト（図示せず）によって固定される。上側電池モジュール２０は、複数の電池セル２２が横方向Ｘに積層されて結合されている。これにより、電池セル２２の積層方向は、横方向Ｘと一致する。

電池セル２２は、それぞれリチウムイオン二次電池、またはニッケル水素二次電池などの角型二次電池である。

図３、図４に示すように、上側電池モジュール２０の上端部には、断面Ｕ字形で横方向Ｘに伸びる上側排気チャンバ２３が固定される。上側排気チャンバ２３は、金属板を曲げ加工して形成される。上側排気チャンバ２３の内側には横方向に伸びる流路２３ａが形成され、その流路２３ａの横方向Ｘ一端（図３、図４の左端）が開口する。また、上側排気チャンバ２３の横方向Ｘ一端の開口端周縁部にはフランジ２３ｂが形成される。そして、フランジ２３ｂの上端部の縦方向Ｙ中間部には係止溝２３ｃが形成される。係止溝２３ｃには、後述する排気ダクト４０の上端部に形成された係止突部４２の先端部が係止される。上側排気チャンバ２３の流路２３ａの横方向Ｘ他端（図３、図４の右側端）は塞がれる。

上側排気チャンバ２３には、電池セル２２の異常によって内圧が過度に上昇し、電池セル２２の上端部が破断した場合に、電池セル２２内のガスが送られる。そして、上側排気チャンバ２３に接続された後述の排気ダクト４０を通じて外部にガスを排出することにより、電池セル２２を保護する。

下側電池モジュール２４は、下側配置空間１４において、ケース１２を形成する底板部１２ｂの上側に、例えば縦方向Ｙの両端部でボルト（図示せず）によって固定される。下側電池モジュール２４も、上側電池モジュール２０と同様の複数の電池セル２５が横方向Ｘに積層されて結合される。各電池モジュール２０，２４において、複数の電池セルの両端にエンドプレートが配置されてもよい。図４では、上側電池モジュール２０及び下側電池モジュール２４のそれぞれにおいて、複数の電池セル２２、２５の詳細な図示を省略する。

下側電池モジュール２４の上端部にも、上側排気チャンバ２３と同様の下側排気チャンバ２６が固定される。下側排気チャンバ２６の内部には、横方向Ｘ一端（図３、図４の左端）が開口する流路２６ａが形成される。下側排気チャンバ２６の横方向Ｘ一端の開口周縁部には、フランジ２６ｂが形成される。フランジ２６ｂの上端部には、排気ダクト４０係止用の係止溝は形成されていない。

下側配置空間１４に下側電池モジュール２４が配置されてケース１２に固定された状態で、ケース１２の横方向Ｘ一端部の下端部には、下側配置空間１４の開口端の下側を塞ぐ内側カバー１２ｃが固定される。内側カバー１２ｃの上部で縦方向Ｙ中間部には貫通孔１２ｄが形成される。そして、内側カバー１２ｃの内側面において、貫通孔１２ｄの開口周縁部にはナット７３ｂ（図４）が固定される。内側カバー１２ｃには、後述の端部カバー３０の下端部が重ね合されて、後述のボルト７３ａ及びナット７３ｂからなる締結手段７３によって結合される。

端部カバー３０は、本体板部３１と、本体板部３１の上端に連結されてケース１２の傾斜面１６に面する傾斜板部３２とを含む。端部カバー３０は、金属板を曲げ加工することによって形成される。本体板部３１の上下方向Ｚ及び縦方向Ｙの中間部には、ダクト孔３１ａが形成される。ダクト孔３１ａには、後述する排気ダクト４０の中間ダクト部４３が挿通する。

本体板部３１の下端部には、ケース１２の内側カバー１２ｃの貫通孔１２ｄに対応する貫通孔３１ｂ（図４）が形成される。本体板部３１及び内側カバー１２ｃの貫通孔３１ｂ、１２ｄには締結手段７３のボルト７３ａが挿通されて、内側カバー１２ｃの裏側のナット７３ｂに結合される。

傾斜板部３２には、ケース１２の傾斜面１６の貫通孔１６ａに対応する貫通孔３２ａが形成される。傾斜板部３２及び傾斜面１６の貫通孔３２ａ、１６ａには締結手段７０のボルトが挿通されて、傾斜面１６の裏側のナットに結合される。傾斜板部３２の先端には、ケース１２を形成する天板部１２ｆの上側に配置されて横方向Ｘに伸びる鍔部３３が形成される。

端部カバー３０の下端部の縦方向Ｙ一端部には、略直角に曲げられた折り曲げ片３０ａが形成される。折り曲げ片３０ａには、ケース１２の外側壁部１２ａに形成された貫通孔１７ａと一致する貫通孔３０ｂが形成される。貫通孔３０ｂには、締結手段７１（図１、図２）のボルトが挿通されて、外側壁部１７の裏側のナット（図示せず）に結合される。これにより、端部カバー３０は、ケース１２において、横方向Ｘについて上側電池モジュール２０及び下側電池モジュール２４の一端より外側に結合される。なお、端部カバー３０の下端部の縦方向他端部（図３の左端部）にも一端部と同様に折り曲げ片を形成し、この折り曲げ片をケース１２の縦方向他端部に締結手段によって結合してもよい。

図５は、排気ダクト４０の分解斜視図である。図６は、排気ダクト４０を図３の右側から左側に見た斜視図である。図５に示すように、排気ダクト４０は、外側要素４１と内側要素４５とが結合して形成される。排気ダクト４０は、排煙ダクトと呼ばれるものであり、電池セル２２，２５の内圧が上昇し電池セル２２，２５の上端部が破断して排気チャンバ２３，２６に内部のガスが送られた場合に、そのガスを外部に排出する機能を有する。

外側要素４１は、上下方向Ｚに長い箱形状であり、横方向Ｘの他端側（図５の右側）が開口する。そして、外側要素４１の上端部には係止突部４２が形成される。係止突部４２は、外側要素４１の周壁部の上端の外側から横方向Ｘに伸びるように突出形成される。

外側要素４１の底板部において上下方向中間部には、中間ダクト部４３が突出形成される。中間ダクト部４３の先端開口は斜め上方向に向くように、中間ダクト部４３の軸方向に対し傾斜した形状を有し、その先端開口部には十字形の支持部４３ａが形成される。中間ダクト部４３の先端開口部Ｐには、バタフライ弁４３ｂが、上端部の縦方向Ｙの軸線を中心に回動可能に取り付けられ、支持部４３ａ上に配置される。通常時にはバタフライ弁４３ｂは、先端開口部Ｐをバタフライ弁４３ｂ自体の重力によって塞ぐ。この先端開口部Ｐは、中間開口に相当する。中間ダクト部４３の先端部は、端部カバー３０（図３）のダクト孔３１ａ（図３）を通じて外側に突出する。

また、外側要素４１の周壁部において、上下方向Ｚの複数位置の外側には、枠形状の係止枠部４１ａが形成される。

内側要素４５も、外側要素４１と同様に、上下方向に長い箱形状であり、横方向Ｘの一端側（図５の左側）が開口する。内側要素４５の底板部において上下方向Ｚ両端部には、上側開口４６及び下側開口４７が形成される。後述するように、上側開口４６は上側排気チャンバ２３の流路２３ａ（図３）に接続され、下側開口４７は下側排気チャンバ２６の流路２６ａ（図３）に接続される。

内側要素４５の周壁部の外側面において、外側要素４１の係止枠部４１ａと一致する位置には、係止突部４５ａが形成される。そして、外側要素４１の端部が内側要素４５の端部の内側に嵌合された状態で、係止枠部４１ａが係止突部４５ａに係止される。これにより、外側要素４１と内側要素４５とが一体化されて排気ダクト４０が形成される。

このような排気ダクト４０は、各電池モジュール２０，２４の横方向Ｘ一側面において、端部カバー３０と電池モジュール２０，２４とで挟持されるように配置される。上側電池モジュール２０の横方向Ｘ一側面において、上側電池モジュール２０の上部に形成された上側排気チャンバ２３の流路２３ａには、排気ダクト４０の上側開口４６が接続される。下側電池モジュール２４の横方向Ｘ一側面において、下側電池モジュール２４の上部に形成された下側排気チャンバ２６の流路２６ａには、排気ダクト４０の下側開口４７が接続される。そして、排気ダクト４０の上下方向中間部に形成された先端開口部Ｐは、端部カバー３０より外側で外部に通じる。

図４、図６に示すように、面シール部材５０ａ、５０ｂのうち、上側の面シール部材５０ａは、排気ダクト４０の上側開口４６の周辺部と上側排気チャンバ２３の開口端周辺部のフランジ２３ｂとの間に配置される。下側の面シール部材５０ｂは、排気ダクト４０の下側開口４７の周辺部と下側排気チャンバ２６の開口端周辺部のフランジ２６ｂとの間に配置される。面シール部材５０ａ、５０ｂは、断面矩形の線材を矩形状に曲げて一端部の内周面が他端部の外周面に重なるように形成される。面シール部材５０ａ、５０ｂは、排気ダクト４０の電池モジュール２０，２４側の側面で上下の開口端の周辺部に全周を囲むように貼り付けられる。面シール部材５０ａ、５０ｂは、ゴムまたは弾性を有する樹脂によって形成される。面シール部材５０ａ、５０ｂは、例えばゴムスポンジとしてもよい。これによって、排気ダクト４０の上下両端部の開口４６，４７のそれぞれと排気チャンバ２３，２６の流路２３ａ、２６ａとの接続部でのガス漏れを防止できる。面シール部材５０ａ、５０ｂは、排気ダクト４０及び後述の発泡樹脂部材６０とともに、電池モジュール一体構造１０の振動を抑制する。

発泡樹脂部材６０は、直方体状であり、排気ダクト４０の横方向Ｘ外側面（図４の左側面）と端部カバー３０の内側面との間に配置される。発泡樹脂部材６０は、発泡樹脂材料、例えばウレタンフォームと呼ばれる発泡樹脂ウレタンによって形成される。発泡樹脂部材６０は、例えば排気ダクト４０の横方向Ｘ外側面に粘着テープによって貼り付けられて固定される。

図３、図４に示すように、ケース１２の横方向Ｘ一端部には端部カバー３０がネジ結合される。また、ケース１２に固定された電池モジュール２０，２４と端部カバー３０とで排気ダクト４０が挟まれる。

具体的には、ケース１２の傾斜面１６には端部カバー３０の傾斜板部３２が面して、締結手段７０によって、傾斜板部３２が傾斜面１６に結合される。

また、ケース１２の内側カバー１２ｃには端部カバー３０の本体板部３１が面して、締結手段７３によって本体板部３１が内側カバー１２ｃに結合される。また、端部カバー３０の折り曲げ片３０ａとケース１２とが、締結手段７１によって結合される。

このとき、排気ダクト４０の係止突部４２の先端部が、上側電池モジュール２０の上部に結合された排気チャンバ２３の横方向Ｘ一端部のフランジ２３ｂの係止溝２３ｃに係止されて、ケース１２に対し排気ダクト４０の仮固定が行われる。また、排気ダクト４０の上側に貼り付けられた面シール部材５０ａが、上側電池モジュール２０の横方向Ｘ一方側面と、フランジ２３ｂとに押し付けられる。上側の面シール部材５０ａの下側部分は、上側電池モジュール２０の平坦な外側面に重ねられる。図３では、上側電池モジュール２０及び上側排気チャンバ２３の砂地Ｑ１で示す部分に面シール部材５０ａが押し付けられる。

一方、排気ダクト４０の下側に貼り付けられた面シール部材５０ｂが下側電池モジュール２０の横方向Ｘ一方側面と、フランジ２６ｂとに押し付けられる。下側の面シール部材５０ｂの下側部分は、下側電池モジュール２４の平坦な外側面に重ねられる。図３では、下側電池モジュール２４及び下側排気チャンバ２６の砂地Ｑ２で示す部分に面シール部材５０ｂが押し付けられる。

さらに、端部カバー３０は、排気ダクト４０を各電池モジュール２０，２４の側に押圧して固定する。発泡樹脂部材６０は、排気ダクト４０と端部カバー３０とによって圧縮された状態で配置される。

上記の電池モジュール一体構造１０によれば、排気ダクト４０を備える構成において、各電池モジュール２０，２４の横方向Ｘ一端部とケース１２に結合された端部カバー３０とで、排気ダクト４０、面シール部材５０ａ、５０ｂ、及び発泡樹脂部材６０が挟まれる。これによって、各電池モジュール２０，２４の横方向Ｘの揺れを抑制することにより、各電池モジュール２０，２４の固有振動数が増大する。このため、ケース１２を含めて周囲の部品との電池モジュール２０，２４の共振を抑制できるので、電池モジュール一体構造１０の振動を抑制できる。したがって、電池モジュール一体構造１０の強度を向上できる。また、各電池モジュール２０，２４の下端部の縦方向Ｙ両端部のみがケース１２に締結される場合でも、横方向Ｘの共振を抑制できるので、電池モジュール一体構造１０の振動を抑制できる。

また、面シール部材５０ａ、５０ｂによって、電池モジュール２０，２４から排出されたガスの圧損低減と振動抑制との効果を高めることができる。圧損低減によって、電池モジュール２０，２４からの排煙性を向上できる。また、振動抑制効果を高めるために、排気ダクト４０の外側には１つの発泡樹脂部材６０を配置するだけでよく、多くの発泡樹脂部材を設ける必要がない。

一方、比較例として、排気ダクトの端部外周面と排気チャンバの開口端部内周面との間に軸シール部材を設けることも考えられるが、この比較例では、軸シール部材の断面積を大きくすることが困難であり、排出ガスの圧損の低減効果が低い。また、この軸シール部材によっては、電池モジュールの横方向揺れの抑制効果が低いので、電池モジュール一体構造の振動抑制効果も低い。実施形態ではこのような不都合を解消できる。

１０ 電池モジュール一体構造、１２ ケース、１２ａ 側壁部、１２ｂ 底板部、１２ｃ 内側カバー、１２ｄ 貫通孔、１２ｆ 天板部、１３ 上側配置空間、１４ 下側配置空間、１５ 仕切り部、１６ 傾斜面、１６ａ 貫通孔、１７ 外側壁部、１７ａ 貫通孔、２０ 上側電池モジュール、２２ 電池セル、２３ 上側排気チャンバ、２４ 下側電池モジュール、２５ 電池セル、２６ 下側排気チャンバ、２６ａ 流路、２６ｂ フランジ、３０ 端部カバー、３０ａ 折り曲げ片、３０ｂ 貫通孔、３１ 本体板部、３１ａ ダクト孔、３１ｂ 貫通孔、３２ 傾斜板部、３２ａ 貫通孔、３３ 鍔部、３８ 端部カバー、３９ 締結手段、４０ 排気ダクト、４１ 外側要素、４１ａ 係止枠部、４２ 係止突部、４３ 中間ダクト部、４３ａ 支持部、４３ｂ バタフライ弁、４５ 内側要素、４５ａ 係止突部、４６ 上側開口、４７ 下側開口、５０ａ、５０ｂ 面シール部材、６０ 発泡樹脂部材、７０ 締結手段、７１ 締結手段、７３ 締結手段、７３ａ ボルト、７３ｂ ナット。

Claims (1)

1. 上下方向に分かれて固定された上側電池モジュール及び下側電池モジュールであって、それぞれの前記電池モジュールにおいて複数の電池セルがそれぞれ積層されている上側電池モジュール及び下側電池モジュールと、
   前記上側電池モジュール及び前記下側電池モジュールのそれぞれの前記積層方向一側面において、前記上側電池モジュールの上部に形成された上側排気チャンバに上側開口が接続されており、前記下側電池モジュールの上部に形成された下側排気チャンバに下側開口が接続されており、中間部に形成された中間開口が外部に通じる排気ダクトと、
   前記排気ダクトを前記上側電池モジュール及び前記下側電池モジュールの側に押圧して固定する端部カバーと、
   前記排気ダクトの前記上側開口の周辺部及び前記下側開口の周辺部と前記排気チャンバの開口端周辺部との間にそれぞれ配置された面シール部材と、
   前記排気ダクト及び前記端部カバーの間に配置された発泡樹脂部材とを備える、電池モジュール一体構造。

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