JP2017195088A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】配列方向の全長を抑えることが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、配列体２の一方の配列端に配置された第１のブラケット３と、配列体２の他方の配列端に配置された第２のブラケット４とを備えている。第１のブラケット３における固定用片１２Ａの固定ボルト挿通孔１４Ａは、丸孔であり、第２のブラケット４における固定用片１２Ｂの固定ボルト挿通孔１４Ｂは、配列方向に延びる長孔である。第１のブラケット３の連結ボルト挿通孔１３から第２のブラケット４の連結ボルト挿通孔１３に向かって連結ボルト５が挿通され、第２のブラケット４のエンドプレート１１から突出する連結ボルト５の先端部分にナット６が締結されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池モジュールに関する。

従来、リチウムイオン二次電池などの電池セルの配列体を備えた電池モジュールが知られている。かかる電池モジュールを外部の支持体に固定するにあたっては、ブラケットが用いられる場合がある。例えば特許文献１に記載のバッテリ固定装置では、バッテリ電槽をレール状の固定部材に固定するために、バッテリ電槽において相対する一対の側面に補強用ブラケットがそれぞれ嵌め込まれている。補強用ブラケットの固定用片と固定部材の支持面とには、いずれもボルト通し孔が設けられており、これらのボルト通し孔に締結ボルトを通すことでバッテリ電槽と固定部材との固定がなされている。

特開平８−１６９２４２号公報

電池モジュールでは、電池セルの配列体に対し、配列方向に所定の拘束荷重が付加される。上述した特許文献１のバッテリ電槽においても、補強用ブラケット間に連結ボルトを通し、連結ボルトの先端にナットを締結することでバッテリ電槽に拘束荷重を付加している（特許文献１の図４参照）。

このような構成を有する電池モジュールの配列方向の全長は、ブラケットから突出する連結ボルトの突出量、及びブラケットの固定用片の長さ（配列方向の長さ）に影響される。連結ボルトの長さは、配列体に含まれる電池セルなどの寸法公差を吸収する吸収しろを考慮して設定する必要がある。また、ブラケットの固定用片の寸法は、固定用片に形成するボルト孔の寸法に依存する。外部の支持体に電池モジュールを固定する際の位置調整を可能とするためにボルト孔を長孔とする場合、ボルト孔が丸孔である場合に比べて固定用片の長さが長くなる。したがって、電池モジュールの配列方向の全長を抑えるためには、ブラケットや連結ボルトの構成を工夫していく必要がある。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、配列方向の全長を抑えることができる電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明の一側面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、配列体の一方の配列端に配置された第１のブラケットと、配列体の他方の配列端に配置された第２のブラケットと、第１のブラケットと第２のブラケットとを連結する連結ボルト及びナットと、を備え、第１のブラケット及び第２のブラケットは、配列体の配列端面に宛がわれると共に、連結ボルトを挿通させる連結ボルト挿通孔が設けられたエンドプレートと、エンドプレートから配列方向に張り出すと共に、外部の支持体との固定に用いられる固定ボルトを挿通させる固定ボルト挿通孔が設けられた固定用片と、を有し、第１のブラケットにおける固定用片の固定ボルト挿通孔は、丸孔であり、第２のブラケットにおける固定用片の固定ボルト挿通孔は、配列方向に延びる長孔であり、連結ボルトは、第１のブラケットの連結ボルト挿通孔から第２のブラケットの連結ボルト挿通孔に向かって挿通され、第２のブラケットのエンドプレートから突出する連結ボルトの先端部分にナットが締結されている。

この電池モジュールでは、配列体の配列方向の片側の第１のブラケットの固定用片には丸孔が設けられ、もう片側の第２のブラケットの固定用片には長孔が設けられている。エンドプレートから張り出す固定用片の張出量は、長孔が設けられた第２のブラケットの固定用片の方が、丸孔が設けられた第１のブラケットの固定用片に比べて大きくなる。固定用片の張出量が大きい第２のブラケット側に連結ボルトの先端部分を突出させることで、電池モジュールの配列方向の全長を抑えることが可能となる。

また、第２のブラケットのエンドプレートから突出する連結ボルトの先端部分の突出量は、第２のブラケットにおける固定用片のエンドプレートからの張出量以下となっていてもよい。この場合、電池モジュールの配列方向の全長を更に抑えることができる。

また、配列体は、他方の配列端に弾性部材を有し、第２のブラケットには、エンドプレートと固定用片とを繋ぐリブが設けられ、第２のブラケットのエンドプレートは、弾性部材に当接していてもよい。

この場合、配列体に弾性部材を配置することにより、電池セル膨張時のブラケットの破損等を抑制できる。電池セルに直接エンドプレートが当接している場合、電池セル膨張時の荷重は、エンドプレートに対して局所的にかかる傾向がある。一方、弾性部材にエンドプレートが当接している場合、電池セル膨張時の荷重は、エンドプレートに対して全体的にかかる傾向があり、エンドプレートの変形が生じ易い。これに対し、第２のブラケットのエンドプレートを弾性部材に当接させる場合、第２のブラケットでは固定用片の張出量が大きい分、エンドプレートと固定用片とを繋ぐリブの高さを十分に確保できる。したがって、電池セル膨張時のエンドプレートの変形を抑制できる。

また、第２のブラケットには、リブが所定の間隔をもって複数設けられ、リブ間には、電池モジュールに接続されるケーブルを把持する把持部材が設けられていてもよい。この場合、第２のブラケットの固定用片とリブ間とで囲まれる空間をケーブルの把持領域として有効利用できる。

また、本発明の一側面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、配列体の一方の配列端に配置された第１のブラケットと、配列体の他方の配列端に配置された第２のブラケットと、第１のブラケットと第２のブラケットとを連結する連結ボルト及びナットと、を備え、第１のブラケット及び第２のブラケットは、配列体の配列端面に宛がわれると共に、連結ボルトを挿通させる連結ボルト挿通孔が設けられたエンドプレートと、エンドプレートから配列方向に張り出すと共に、外部の支持体との固定に用いられる固定ボルトを挿通させる固定ボルト挿通孔が設けられた固定用片と、を有し、第１のブラケットにおける固定用片の固定ボルト挿通孔は、丸孔であり、第２のブラケットにおける固定用片の固定ボルト挿通孔は、配列方向に延びる長孔であり、連結ボルトは、頭部と、軸部と、軸部の先端に形成されたネジ部とを有し、頭部は、第１のブラケットにおけるエンドプレート側に位置すると共に、第２のブラケットにおけるエンドプレートから突出するネジ部の少なくとも一部にナットが締結されている。

この電池モジュールでは、配列体の配列方向の片側の第１のブラケットの固定用片には丸孔が設けられ、もう片側の第２のブラケットの固定用片には長孔が設けられている。エンドプレートから張り出す固定用片の張出量は、長孔が設けられた第２のブラケットの固定用片の方が、丸孔が設けられた第１のブラケットの固定用片に比べて大きくなる。固定用片の張出量が大きい第２のブラケット側に連結ボルトの先端部分を突出させることで、電池モジュールの配列方向の全長を抑えることが可能となる。

本発明に係る電池モジュールによれば、配列方向の全長を抑えることができる。

電池モジュールの一実施形態を示す斜視図である。 図１に示した電池モジュールの要部を示す概略図である。 比較例に係る電池モジュールの要部を示す概略図である。 第２のブラケットに対する把持部材の取付例を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一側面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。
［電池モジュールの全体構成］

図１は、電池モジュールの一実施形態を示す斜視図である。同図に示すように、電池モジュール１は、複数の電池セル７が配列されてなる配列体２と、配列体２の一方の配列端に配置された第１のブラケット３と、配列体２の他方の配列端に配置された第２のブラケット４と、第１のブラケット３と第２のブラケット４とを連結する連結ボルト５及びナット６（図２参照）と、を含んで構成されている。

配列体２を構成する電池セル７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。本実施形態では、７体の電池セル７と弾性部材Ｐとを配列することによって配列体２が構成されている。また、配列体２において、電池セル７に隣接して伝熱プレートが配列されていてもよい。

電池セル７は、例えば略直方体形状をなす中空のケース内に電極組立体及び電解液を収容してなる。ケースの頂面には、一対の電極端子が互いに離間して設けられている。電極端子の一方は、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７，７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で接続することにより、電気的に直列に接続されている。

各電池セル７は、例えば樹脂製のセルホルダ８によって保持されている。セルホルダ８は、電池セル７のケースの底面及び側面に嵌合する枠体を有している。枠体の壁部のうち、ケースの側面に宛がわれる壁部は、ケースの頂面よりも突出し、後述するカバー９及び制御装置１０の配置空間を画成している。

弾性部材Ｐは、電池セル７に膨張が生じた場合に、拘束荷重による電池セル７、第１のブラケット３、及び第２のブラケット４等の破損を防止する目的で用いられる部材である。弾性部材Ｐは、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。本実施形態では、弾性部材Ｐは、配列体２の他方の配列端として配置されている。弾性部材Ｐの他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、シリコンゴム等が挙げられる。また、弾性部材Ｐは、ゴムに限られず、バネ材などであってもよい。

セルホルダ８によって電池セル７のケースの頂面側に画成された配置空間には、配列体２の配列方向の長さと略同じ長さの樹脂製のカバー９が配置されている。カバー９は、複数の電池モジュール１が積層される場合に電池モジュール１，１間を電気的に絶縁する機能と、異常時に電池セル７から放出されるガスの噴出を防止する機能とを有している。カバー９には、電池モジュール１に関する各種制御を行う制御装置Ｅが載置されている。制御装置Ｅには、外部の機器との通信に用いられるケーブルが接続されるが、図示は省略する。
［配列体に対するブラケットの結合構成］

次に、第１のブラケット３、第２のブラケット４、連結ボルト５、及びナット６について説明する。第１のブラケット３及び第２のブラケット４は、配列体２に対して電池セル７の配列方向に拘束荷重を付加する拘束部材としての機能と、電池モジュール１を外部の支持体（筐体の壁部など）に固定する固定部材としての機能とを有している。

第１のブラケット３及び第２のブラケット４は、金属などの剛性材料によって形成されている。第１のブラケット３及び第２のブラケット４のそれぞれは、図２に示すように、電池セル７のケースにおける配列方向の側面に対応した寸法で矩形状をなすエンドプレート１１と、エンドプレート１１の縁部から略直角に張り出す矩形状の固定用片１２とを有し、全体としてＬ字状となっている。

第１のブラケット３は、エンドプレート１１が配列体２の一方の配列端を構成する電池セル７に宛がわれ、かつ固定用片１２が配列体２の一側面と平行になるように配列体２の一方の配列端に配置されている。また、第２のブラケット４は、エンドプレート１１が配列体２の他方の配列端を構成する弾性部材Ｐに宛がわれ、かつ固定用片１２が配列体２の一側面と平行になるように配列体２の他方の配列端に配置されている。

エンドプレート１１には、連結ボルト５を挿通させる連結ボルト挿通孔１３が設けられている。本実施形態では、エンドプレート１１の上縁側に２箇所、下縁側に２箇所、計４箇所に断面円形の連結ボルト挿通孔１３が設けられている（図１参照）。また、固定用片１２には、外部の支持体との固定に用いられる固定ボルト（不図示）を挿通させる固定ボルト挿通孔１４が設けられている。本実施形態では、４つの固定ボルト挿通孔１４が等間隔に設けられている。

第１のブラケット３に設けられた固定ボルト挿通孔１４Ａは、いずれも丸孔となっている。一方、第２のブラケット４に設けられた固定ボルト挿通孔１４Ｂは、いずれも長孔となっている。第２のブラケット４の固定ボルト挿通孔１４Ｂの断面形状は、固定用片１２Ｂの張出方向に沿って延びている。第２のブラケット４の固定用片１２Ｂのエンドプレート１１からの張出量Ｗ２は、固定ボルト挿通孔１４Ｂが長孔である分、第１のブラケット３の固定用片１２Ａのエンドプレート１１からの張出量Ｗ１よりも大きくなっている。このような第１のブラケット３及び第２のブラケット４を用いることで、電池モジュール１を外部の支持体に固定する際、丸孔の位置を基準として、長孔の長さの範囲で固定ボルトの挿通位置を調整できるので、配列体２の寸法公差を吸収しながら電池モジュール１を外部の支持体に固定することが可能となる。

また、第１のブラケット３及び第２のブラケット４のいずれにおいても、固定ボルト挿通孔１４，１４間には、エンドプレート１１と固定用片１２とを繋ぐリブ１５が設けられている。本実施形態では、リブ１５は、平面視で直角三角形状をなしており、エンドプレート１１に結合した面と、固定用片１２に結合した面と、これらの面を結ぶ斜面とを有している。第２のブラケット４に設けられたリブ１５Ｂの高さ（エンドプレート１１からの突出高さ）Ｈ２は、第１のブラケット３に設けられたリブ１５Ａの高さ（エンドプレート１１からの突出高さ）Ｈ１よりも高くなっている。

第１のブラケット３と第２のブラケット４とは、連結ボルト５及びナット６によって互いに連結されている。連結ボルト５は、頭部５ａと、長尺の軸部５ｂと、軸部５ｂの先端に形成されたネジ部５ｃとを備えている。連結ボルト５は、第１のブラケット３の連結ボルト挿通孔１３から第２のブラケット４の連結ボルト挿通孔１３に向かって挿通されている。すなわち、連結ボルト５の頭部５ａは、第１のブラケット３のエンドプレート１１側に位置している。また、連結ボルト５のネジ部５ｃは、第２のブラケット４のエンドプレート１１から突出し、当該突出部分の少なくとも一部にナット６が締結されている。これにより、配列体２を構成する電池セル７及び弾性部材Ｐが挟持されてユニット化されると共に、配列体２に対して電池セル７の配列方向に拘束荷重が付加されている。

第２のブラケット４のエンドプレート１１から突出するネジ部５ｃの突出量Ｋは、配列体２に含まれる各電池セル７の寸法公差を吸収可能な長さに設定する必要がある。また、電池モジュール１は、例えば配列体２に第１のブラケット３及び第２のブラケット４を宛がった後、連結ボルト５を第１のブラケット３の連結ボルト挿通孔１３から第２のブラケット４の連結ボルト挿通孔１３に向かって挿通し、ネジ部５ｃにナット６を締結して弾性部材Ｐを厚さ方向に圧縮することで組み立てられる。このとき、弾性部材Ｐは初期厚さに対して２０％程度圧縮されるため、ネジ部５ｃの突出量Ｋは、弾性部材Ｐの圧縮しろも加味して十分な長さに設定する必要がある。
［作用効果］

続いて、上述した電池モジュール１の作用効果について説明する。

図３は、比較例に係る電池モジュールの要部を示す概略図である。同図に示すように、比較例に係る電池モジュール１００は、第１のブラケット３及び第２のブラケット４の配置関係が、本実施形態に係る電池モジュール１と異なっている。

より具体的には、電池モジュール１００では、第１のブラケット３は、エンドプレート１１が配列体２の他方の配列端を構成する弾性部材Ｐに宛がわれ、かつ固定用片１２が配列体２の一側面と平行になるように配列体２の他方の配列端に配置されている。また、第２のブラケット４は、エンドプレート１１が配列体２の一方の配列端を構成する電池セル７に宛がわれ、かつ固定用片１２が配列体２の一側面と平行になるように配列体２の他方の配列端に配置されている。

そして、連結ボルト５は、第２のブラケット４の連結ボルト挿通孔１３から第１のブラケット３の連結ボルト挿通孔１３に向かって挿通され、第１のブラケット３のエンドプレート１１から突出するネジ部５ｃにナット６が締結されている。

この比較例に係る電池モジュール１００では、本実施形態に係る電池モジュール１とは異なり、第１のブラケット３が連結ボルト５の先端側（ネジ部５ｃ側）に配置され、第２のブラケット４が連結ボルト５の基端側（頭部５ａ側）に配置されている。固定ボルト挿通孔１４Ａが丸孔である第１のブラケット３の固定用片１２Ａの張出量Ｗ１は、固定ボルト挿通孔１４Ｂが長孔である第２のブラケット４の固定用片１２Ｂの張出量Ｗ２よりも小さくなっている。このため、連結ボルト５のネジ部５ｃは、固定用片１２Ａよりも大きく第１のブラケット３のエンドプレート１１から突出する。

これに対し、本実施形態に係る電池モジュール１では、図２に示したように、固定用片１２の張出量が大きい第２のブラケット４側に連結ボルト５のネジ部５ｃを突出させている。このため、本実施形態では、第２のブラケット４のエンドプレート１１から突出するネジ部５ｃの突出量Ｋを、第２のブラケット４におけるエンドプレート１１からの固定用片１２Ｂの張出量Ｗ２よりも小さくすることが可能となる。したがって、連結ボルト５のネジ部５ｃが第２のブラケット４の固定用片１２Ｂよりも大きく突出することを回避でき、比較例に係る電池モジュール１００に比べて電池モジュール１の全長（電池セル７の配列方向の全長）Ｌが抑えられる。なお、突出量Ｋは、張出量Ｗ２と等しくてもよく、電池モジュール１の全長Ｌが比較例に係る電池モジュール１の全長Ｌを超えない範囲で、張出量Ｗ２よりも僅かに大きくなっていてもよい。

電池モジュール１では、配列体２の他方の配列端として弾性部材Ｐが配置されている。配列体２に弾性部材Ｐを配置することにより、電池セル７が膨張した場合の第１のブラケット３、第２のブラケット４、及び連結ボルト５等の破損を抑制できる。また、第１のブラケット３及び第２のブラケット４には、エンドプレート１１と固定用片１２とを繋ぐ複数のリブ１５が設けられている。そして、第１のブラケット３のエンドプレート１１は、電池セル７に当接し、第２のブラケット４のエンドプレート１１は、弾性部材Ｐに当接している。

電池セル７に直接エンドプレート１１が当接している場合、電池セル７が膨張したときの荷重は、エンドプレート１１に対して局所的にかかる傾向がある。一方、弾性部材Ｐにエンドプレート１１が当接している場合、電池セル７が膨張したときの荷重は、エンドプレート１１に対して全体的にかかる傾向があり、固定用片１２との連結部分を支点としてエンドプレート１１の変形（倒れ込み）が生じ易い。

これに対し、電池モジュール１では、第２のブラケット４の固定用片１２Ｂの張出量Ｗ２が第１のブラケット３の固定用片１２Ａの張出量Ｗ１に比べて大きくなっている分、エンドプレート１１と固定用片１２とを繋ぐリブ１５Ｂの高さＨ２を十分に確保できる。したがって、リブ１５Ｂによって第２のブラケット４側のエンドプレート１１が十分に補強され、電池セル７が膨張したときのエンドプレート１１の変形を好適に抑制できる。また、第２のブラケット４のエンドプレート１１から突出する連結ボルト５のネジ部５ｃは、ネジ溝のない軸部５ｂに比べて強度が劣るが、第２のブラケット４側のエンドプレート１１の変形が抑制されることで、連結ボルト５のネジ部５ｃの折れ・欠けも抑制される。
［変形例］

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば配列体２における電池セル７の配列数、第１のブラケット３及び第２のブラケット４におけるエンドプレート１１の形状、リブ１５の形状などは、電池モジュール１の仕様に応じて適宜設計変更可能である。

また、図４に示すように、第２のブラケット４において、電池モジュール１に接続されるケーブルＣを把持する把持部材１６をリブ１５Ｂ，１５Ｂ間に配置してもよい。ケーブルＣは、例えば制御装置１０と外部の機器とを接続するケーブルである。把持部材１６は、例えば結束バンドなどである。把持部材１６は、例えば接着テープなどを用いてリブ１５Ｂ，１５Ｂ間でエンドプレート１１に固定されている。このような構成によれば、第２のブラケット４の固定用片１２Ｂとリブ１５Ｂ，１５Ｂ間とで囲まれる空間をケーブルＣの把持領域として有効利用できる。

１…電池モジュール、２…配列体、３…第１のブラケット、４…第２のブラケット、５…連結ボルト、５ａ…頭部、５ｂ…軸部、５ｃ…ネジ部（先端部分）、６…ナット、７…電池セル、１１…エンドプレート、１２（１２Ａ，１２Ｂ）…固定用片、１３…連結ボルト挿通孔、１４（１４Ａ，１４Ｂ）…固定ボルト挿通孔、１５（１５Ａ，１５Ｂ）…リブ、１６…把持部材、Ｃ…ケーブル、Ｐ…弾性部材。

Claims (5)

1. 複数の電池セルを配列してなる配列体と、
   前記配列体の一方の配列端に配置された第１のブラケットと、
   前記配列体の他方の配列端に配置された第２のブラケットと、
   前記第１のブラケットと前記第２のブラケットとを連結する連結ボルト及びナットと、を備え、
   前記第１のブラケット及び前記第２のブラケットは、
   前記配列体の配列端面に宛がわれると共に、前記連結ボルトを挿通させる連結ボルト挿通孔が設けられたエンドプレートと、
   前記エンドプレートから配列方向に張り出すと共に、外部の支持体との固定に用いられる固定ボルトを挿通させる固定ボルト挿通孔が設けられた固定用片と、を有し、
   前記第１のブラケットにおける前記固定用片の前記固定ボルト挿通孔は、丸孔であり、
   前記第２のブラケットにおける前記固定用片の前記固定ボルト挿通孔は、前記配列方向に延びる長孔であり、
   前記連結ボルトは、前記第１のブラケットの前記連結ボルト挿通孔から前記第２のブラケットの前記連結ボルト挿通孔に向かって挿通され、前記第２のブラケットの前記エンドプレートから突出する前記連結ボルトの先端部分に前記ナットが締結されている電池モジュール。
2. 前記第２のブラケットの前記エンドプレートから突出する前記連結ボルトの先端部分の突出量は、前記第２のブラケットにおける前記固定用片の前記エンドプレートからの張出量以下となっている請求項１記載の電池モジュール。
3. 前記配列体は、前記他方の配列端に弾性部材を有し、
   前記第２のブラケットには、前記エンドプレートと前記固定用片とを繋ぐリブが設けられ、
   前記第２のブラケットの前記エンドプレートは、前記弾性部材に当接している請求項１又は２記載の電池モジュール。
4. 前記第２のブラケットには、前記リブが所定の間隔をもって複数設けられ、
   前記リブ間には、前記電池モジュールに接続されるケーブルを把持する把持部材が設けられている請求項３記載の電池モジュール。
5. 複数の電池セルを配列してなる配列体と、
   前記配列体の一方の配列端に配置された第１のブラケットと、
   前記配列体の他方の配列端に配置された第２のブラケットと、
   前記第１のブラケットと前記第２のブラケットとを連結する連結ボルト及びナットと、を備え、
   前記第１のブラケット及び前記第２のブラケットは、
   前記配列体の配列端面に宛がわれると共に、前記連結ボルトを挿通させる連結ボルト挿通孔が設けられたエンドプレートと、
   前記エンドプレートから配列方向に張り出すと共に、外部の支持体との固定に用いられる固定ボルトを挿通させる固定ボルト挿通孔が設けられた固定用片と、を有し、
   前記第１のブラケットにおける前記固定用片の前記固定ボルト挿通孔は、丸孔であり、
   前記第２のブラケットにおける前記固定用片の前記固定ボルト挿通孔は、前記配列方向に延びる長孔であり、
   前記連結ボルトは、頭部と、軸部と、軸部の先端に形成されたネジ部とを有し、
   前記頭部は、前記第１のブラケットにおける前記エンドプレート側に位置すると共に、前記第２のブラケットにおける前記エンドプレートから突出する前記ネジ部の少なくとも一部に前記ナットが締結されている電池モジュール。

Images