以下、本発明の実施形態である電池モジュール10について図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態である電池モジュール10の分解斜視図である。また、図2は、電池モジュール10のYZ平面での断面図、図3は、電池モジュール10のXZ平面での断面図である。なお、以下の説明では、電池モジュール10の長手方向を「X方向」、単電池12の軸方向を「Z方向」、X方向およびZ方向に直交する方向を「Y方向」と呼ぶ。また、図2では、見易さのために、保護ケース16等、一部部材の図示を省略している。
電池モジュール10は、円柱型の単電池12を複数備えている。単電池12は、充放電可能な二次電池であり、例えば、円柱型のケースに収められたニッケル水素電池、リチウムイオン電池等である。単電池12の軸方向両端には、単電池12の電極である負極および正極が設けられている。後に説明する通り、本実施形態において、単電池12は、負極が下方になる姿勢で保持されており、この負極側端部が、本願請求項1における「軸方向一端」に該当する。
図1に図示する電池モジュール10は、60個の単電池12を有しており、この60個の単電池12は、4行15列の配列で並べられている。図4は、60個の単電池12の配列を示す図である。4行15列で並ぶ60個の単電池12は、長手方向(列方向、X方向)において、3箇所で区切られ、4つの電池グループ11に分割される。図4における二点鎖線は、電池グループ11の境界ラインを示している。一つの電池グループ11は、15個の単電池12から成り、同一の電池グループ11に属する15個の単電池12は、後述する正極バスバ23および負極バスバ25により並列接続される。また、15個の単電池12を並列接続した電池グループ11は、後述するグループ間バスバ26により、他の電池グループ11または外部出力端子に直列接続される。
単電池12の負極側の端面には、単電池12内で生じたガスの放出を許容する排出弁(図示せず)が設けられている。この排出弁は、単電池12の内圧が上昇したときに開放できるのであれば、その構成は特に限定されない。排出弁は、例えば、単電池12の外装ケースを局所的に薄肉にして構成できる。過充電や過放電、短絡等に起因して単電池12の内部でガスが発生し、当該単電池12の内圧が上昇すると、当該排出弁(薄肉部)が破断して、ガスが単電池12の外部へ放出される。
図1、図2に示すように、各単電池12は、正極および負極の向きを揃えた状態で起立保持される。本実施形態では、単電池12は、負極がある端面を下(排煙カバー20側)に向けた起立姿勢で保持される。各単電池12は、その下端部が電池ホルダ14に設けられた収容孔15に収容されて、電池ホルダ14に保持される。電池ホルダ14は略板形状であり、板平面に収容孔15が二次元的に配置されている。この実施形態では、収容孔15は、4行15列の配列で並べられており、隣の列の収容孔15同士は、半ピッチずれて配置されている。
各収容孔15は、単電池12の円柱形状と嵌まり合う丸孔形状となっている。単電池12は、この丸孔内に挿入され、接着剤52により、固定される(図2参照)。収容孔15のZ方向の長さは、保持した単電池12がぐらつかないよう十分な長さとなっている。収容孔15は、電池ホルダ14を、その板厚方向において貫通しており、単電池12の下端ひいては、負極は下方に露出している。電池ホルダ14は、発生した熱を均等に分散して単電池12間での温度のバラツキを低減するために、アルミニウム等の高伝熱材料からなる。
電池ホルダ14で保持された複数の単電池12の周囲は、保護ケース16により覆われている。保護ケース16は、絶縁性を有した樹脂からなり、底部が完全開口した略箱型である。保護ケース16の下端は、電池ホルダ14の周縁に固定されている。この固定態様は、電池モジュール10が振動等を受けた際に、保護ケース16が電池ホルダ14とともに動ける締結態様であれば、特に限定されない。したがって、保護ケース16は、例えば、嵌合や螺合、溶接等により電池ホルダ14に固定される。なお、後述するように、正極バスバ23は、保護ケース16と一体化されている。したがって、正極バスバ23は、保護ケース16を介して、電池ホルダ14に固定されていると言える。
保護ケース16は、その上端近傍に設けられ、単電池12の正極側の端面を負極側に向かって押さえる天井板30(図2参照)を有する。天井板30には、配列された各単電池12の外径よりも小径の保持開口32が設けられている。この保持開口32を介して単電池12の正極が外部に露出する一方で、保持開口32の周縁で単電池12の端面が負極側に押さえられる。天井板30の上面には、正極バスバ23が固着されている。さらに、保護ケース16の上方には、各種配線(例えば電圧検出用配線や、温度検出用配線)が配されるが、これらの配線は、絶縁カバー18で覆われる。
保護ケース16の周面には、入口開口34(図2参照)および出口開口36(図2参照)が形成されている。入口開口34は、単電池12を冷却する冷却風を、電池モジュール10の内部に流入させるための開口である。また、出口開口36は、電池モジュール10の内部に流れ込んだ冷却風を外部に放出するための開口である。出口開口36は、複数の単電池12を挟んで、入口開口34と反対側の側壁に設けられている。入口開口34および出口開口36は、いずれも、保護ケース16の側壁に設けられた複数のスリット孔である。このスリット孔は、高さ方向(Z方向)に長尺であり、長手方向(X方向)に間隔を開けて複数設けられている。
単電池12の軸方向両側には、単電池12の正極同士または負極同士を電気的に接続する負極バスバ25および正極バスバ23が設けられている。本実施形態では、負極バスバ25が電池ホルダ14の下方に配されており、この負極バスバ25が、本願請求項1における「一端側バスバ」に該当する。ただし、正極バスバ23と負極バスバ25の構成は、ほぼ同じである。そのため、以下では、主に、負極バスバ25の構成を、図5を参照して説明する。図5は、負極バスバ25の導電板24の平面図である。
負極バスバ25は、電池グループ11と同数(本実施形態では四つ)の導電板24を、樹脂材料43で一体化して構成される。四つの導電板24は、互いに間隔を開けて絶縁を保った状態のまま、樹脂43(図2参照)で一体化されている。この負極バスバ25は、その周縁が、排煙カバー20と電池ホルダ14との間に挟み込まれ、保持される。
各導電板24は、一つの電池グループ11を構成する15個の単電池12の負極を互いに電気的に接続する。この導電板24は、導電性材料、例えば、銅等からなる平板状部材である。導電板24には、配列された各単電池12に対応する貫通開口40が設けられている。貫通開口40は個々の単電池12に対して1個ずつが設けられ、対応する単電池12の下端の面が排煙空間28に対して露出するようにしている。貫通開口40は、単電池12の外径よりも僅かに小径となっている。この貫通開口40を介して、単電池12に設けられた排出弁が排煙空間28に露出する。単電池12から放出されたガスは、この貫通開口40を通過して排煙空間28に至る。
また、単電池12の負極側の端面は、貫通開口40の周縁(より正確には、周縁を被覆する樹脂43)で支持される。換言すれば、各単電池12は、保護ケース16の天井板30と、負極バスバ25と、で軸方向に挟持されている。ただし、単電池12の寸法には、微小な公差が存在する。この公差を吸収し、天井板30および負極バスバ25で単電池12を確実に挟持するために、本実施形態では、単電池12の負極側の端面と、負極バスバ25との間に弾性部材68を配している。弾性部材68は、適度な弾性を有しており、単電池12の軸方向高さのバラツキを吸収するべく、適宜、変形する。なお、本実施形態では、負極側に弾性部材68を配しているが、正極側、すなわち、単電池12の正極側の端面と天井板30との間に弾性部材68を配してもよい。また、単電池12の軸方向の公差が小さい場合には、当該弾性部材68は、省略されてもよい。
貫通開口40内には、導電板24の一部である接続片42が位置している。この接続片42は、適度な弾性を有した板バネ状になっており、先端に近づくほど、単電池12の負極に近づくように傾斜している。そして、全ての接続片42の先端は、対応する単電池12の負極に接触し、15個の単電池12の負極同士を電気的に接続する。
単電池12の上方には、導電板24と同様の形状の導電板を有した正極バスバ23が配されている。負極バスバ25は、それ自体で一つの部品を構成しているが、正極バスバ23は、保護ケース16に組み込まれて、保護ケース16と一体化されている。正極バスバ23の導電板も、一つの電池グループ11を構成する15個の単電池12の正極同士を電気的に接続する。そして、この負極バスバ25および正極バスバ23により、一つの電池グループ11を構成する15個の単電池12が並列に接続される。
四つの電池グループ11は、グループ間バスバ26により、直列に接続される。具体的には、グループ間バスバ26は、一つの電池グループ11に接続された正極バスバ23の導電板と、隣接する他の電池グループ11に接続された負極バスバ25の導電板24と、を電気的に接続する。グループ間バスバ26は、銅等の導電性材料からなる略平板状部材であり、図1、図2に示すように、保護ケース16の外側に配されている。グループ間バスバ26は、その上端が、一つの電池グループ11の正極バスバ23の導電板に、その下端が、隣接する電池グループ11の負極バスバ25の導電板24に接続されるように、Z方向に進むにつれX方向にも進むような略平行四辺形状となっている。
電池ホルダ14の下方には排煙カバー20が配置される。図6は、排煙カバー20の斜視図である。排煙カバー20は、アルミニウム等の金属からなり、プレス加工等で成型される。排煙カバー20のうち、少なくとも、負極バスバ25との対向面には、絶縁処理が施されている。絶縁処理の形態は、特に限定されないが、例えば、絶縁性塗料をカチオン塗装する等の処理方法を採用することができる。
排煙カバー20は、その周縁が上方にせり上がった、略舟形となっている。この排煙カバー20の周縁は、後述する負極バスバ25の周縁に気密にシールされており、電池ホルダ14との間に気密にシールされた排煙空間28を形成する。この密閉空間は、後述する負極バスバ25の設置空間として機能するとともに、単電池12から放出されたガスが流れる空間としても機能する。単電池12から排煙空間28に放出されたガスは、負極バスバ25の長手方向両端近傍に形成された排気孔54、および、電池ホルダ14の長手方向両端近傍に形成された排気通路56(図1、図3参照)を介して、電池モジュール10の外部に排出され、ダクト等によって、適切な位置に導かれる。なお、本実施形態では、排煙カバー20の周縁を、負極バスバ25の周縁に直接密着させているが、所望のシール性能を得るために、負極バスバ25の周縁と排煙カバー20の周縁との間に、ゴム等からなるシール部材を介在させてもよい。
排煙カバー20も、保護ケース16と同様に、電池ホルダ14に固定されている。この固定態様も、電池モジュール10が振動等を受けた際に、排煙カバー20が電池ホルダ14とともに動ける固定態様であれば、特に限定されない。本実施形態において、排煙カバー20は、当該排煙カバー20の周縁に設けられた締結孔20aを介して、排煙カバー20を電池ホルダ14に螺合締結している。ただし、排煙カバー20は、螺合に替えて、他の固定手段、例えば、嵌合や溶接等で電池ホルダ14に固定されてもよい。なお、負極バスバ25の周縁は、排煙カバー20と電池ホルダ14とで挟み込まれているため、負極バスバ25は、排煙カバー20を介して電池ホルダ14に固定されているといえる。
さらに、図2、図3、図6等から明らかな通り、排煙カバー20の底面には、複数種類の凹凸58,60,62が設けられている。図7は、この排煙カバー20の凹凸と、負極バスバ25の導電板24との位置関係を示す図である。排煙カバー20のY方向中央には、支持用凸部58が設けられている。支持用凸部58は、負極バスバ25に向かって突出して、当該負極バスバ25を支持する凸部である。支持用凸部58は、長手方向に線状に延びており、その上端は、負極バスバ25の底面に接触する。なお、図7における墨ハッチング箇所は、支持用凸部58と負極バスバ25との接触箇所を示している。
図7等から明らかな通り、一つの支持用凸部58は、一つの導電板24とほぼ同じ長さを有しており、導電板24と導電板24との間には、支持用凸部58は、存在しない。換言すれば、長手方向に隣接する二つの支持用凸部58には、若干の間隙が生じている。本実施形態では、この間隙部分に、下方(負極バスバ25と反対側)に突出する凹部60を設けている。この凹部60は、上面視で略円形である。ここで、複数の支持用凸部58それぞれは、複数の電池グループ11それぞれに対応する位置にあるため、凹部60は、長手方向に隣接する電池グループ11の間に位置している。この凹部60は、排煙カバー20の強度向上のために設けられているが、これについては、後に詳説する。
さらに、支持用凸部58の幅方向両側には、補強用凸部62が設けられている。各補強用凸部62は、長手方向に切れ目なく延びる線状の凸部である。ただし、この補強用凸部62の高さは、支持用凸部58よりも低く、補強用凸部62は、負極バスバ25に接触しない。
以上の通り、本実施形態では、排煙カバー20に複数の凹凸58,60,62を設けているが、かかる凹凸58,60,62を設ける理由について説明する。排煙カバー20に支持用凸部58を設けない場合、単電池12を支持する負極バスバ25は、その周縁のみが、排煙カバー20の周縁により支えられることになる。単電池12を電池ホルダ14の収容孔15に固着する接着剤52が適切に機能している場合には、かかる構成でも問題はない。しかし、単電池12を固着する接着剤52が、車両の走行に伴う振動により機械的に劣化したり、経年により化学的に劣化したりすると、単電池12が収容孔15から剥離するおそれがある。そして、単電池12が収容孔15から剥離すると、単電池12の荷重が、負極バスバ25にかかることになる。この場合、負極バスバ25が単電池12の荷重により撓んだり、破損したりする恐れがある。そして、負極バスバ25が撓んだり、破損したりすると、単電池12が、排煙空間28内に脱落してしまい、正極バスバ23との電気的接続が失われる。つまり、支持用凸部58を設けない場合、単電池12を収容孔15に固着する接着剤52という一部材が破損するだけで、単電池12が正常に機能しなくなるおそれがあった。
一方、本実施形態では、既述した通り、排煙空間28内に、負極バスバ25を下側(排煙カバー側)から支持する支持用凸部58を設けている。かかる支持用凸部58を設けることにより、接着剤52が破損して、単電池12が、収容孔15から剥離しても、単電池12の脱落を防止できる。すなわち、単電池12が、収容孔15から剥離して、その荷重が負極バスバ25にかかっても、当該負極バスバ25は、支持用凸部58により支持されている。そのため、負極バスバ25の撓み等は、効果的に防止される。その結果、単電池12が、負極バスバ25と保護ケース16の天井板30とで挟持する状態を維持し続けることができる。そして、この状態を維持することで、単電池12の正極バスバ23および負極バスバ25との接続状態も維持でき、結果として、電池モジュール10の性能を適切に維持することができる。このように、本実施形態では、一部の部品(接着剤52)が破損しても電池モジュール10の性能を維持できるため、電池モジュール10の信頼性をより向上できる。
ところで、排煙カバー20は、既述した通り、電池ホルダ14に固定されている。また、正極バスバ23が一体化された保護ケース16も、電池ホルダ14に固定されている。そのため、電池モジュール10が振動を受けた際も、負極バスバ25および保護ケース16(正極バスバ23)は、電池ホルダ14とともに動くことができる。結果として、電池モジュール10が振動を受けた際も、負極バスバ25および正極バスバ23が同位相で動く。その結果、振動時における負極バスバ25および正極バスバ23の通電部(接続片42の先端)への負荷も効果的に低減でき、正極・負極バスバ23,25の劣化を効果的に防止できる。
また、本実施形態では、複数(本実施形態では4つ)の支持用凸部58を、長手方向に間隔を開けて設けている。かかる構成とするのは、単電池12から放出されたガスの流れを妨げないためである。すなわち、支持用凸部58を、長手方向に切れ目なく延びる一本の凸部とした場合、排煙空間28は、幅方向に二分割される。この排煙空間28には、単電池12から放出されたガスが流れるが、当該ガスは、非常に高温高圧である。したがって、排煙空間28が二つの空間に二分割されると、比較的、小さい分割された空間に高温高圧のガスが流れることになり、当該分割された空間の圧力が急激に上昇する。その結果、分割された空間を形成する排煙カバー20の変形、ひいては、排煙カバー20の周縁に設けられた気密シールの損傷を招き、ガスの外部漏出を招くおそれがあった。
本実施形態では、複数の支持用凸部58を、長手方向に間隔を開けて設けており、排煙空間28が分断されていない。そのため、排煙空間28にガスが放出されても、当該排煙空間28の急激な圧力上昇を抑えることができる。ただし、この場合、長手方向に、支持用凸部58のない箇所が発生する。この支持用凸部58の無い箇所を、平坦面とした場合、当該箇所の断面係数が低下し、変形しやすくなる。排煙カバー20の変形は、既述した通り、その周縁の気密シールの損傷を招き、ガスの外部漏出を招く。
そこで、本実施形態では、長手方向に隣接する支持用凸部58の間に、下方に突出する凹部60を設けている。かかる凹部60を設けることで、当該箇所を平坦面とする場合に比して、当該箇所の断面係数を向上でき、排煙カバー20の変形、ひいては、気密シールの損傷をより確実に防止できる。
また、本実施形態では、排煙カバー20の変形をより確実に防止するために、支持用凸部58の幅方向両側に、補強用凸部62も設けている。かかる補強用凸部62を設けることで、断面係数をより向上でき、排煙カバー20の変形をより確実に防止できる。また、この補強用凸部62は、既述した通り、負極バスバ25に接触しない構成であるため、ガスの流れが許容される。したがって、補強用凸部62を設けることで、排煙空間28の急激な内圧上昇を抑えつつ、排煙カバー20の変形、ひいては、ガスの外部漏出をより確実に防止できる。
なお、これまで説明した構成は、いずれも、一例であり、排煙カバー20に、バスバを支持するとともに長手方向に間隔を開けて並ぶ複数の支持用凸部58と、隣接する二つの支持用凸部58の間においてバスバと反対側に突出する凹部60と、を設けるのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、単電池12の正極、負極の向きは、変更されてもよく、電池ホルダ14の下方に正極バスバ、排煙カバー20が配され、支持用凸部58は、正極バスバを支持する構成としてもよい。すなわち、本願請求項1における「一端側バスバ」は、負極バスバ25に限らず、正極バスバ23であってもよい。また、支持用凸部58で支持される「一端側バスバ」は、複数の単電池12を電気的に接続するものであればよく、複数の単電池12を直列接続するものでもよい。
いずれにしても、排煙カバー20に設けられた支持用凸部58で、単電池12が載置されるバスバを支持することで、単電池12の脱落を効果的に防止できる。また、隣接する二つの支持用凸部58の間に凹部60を設けることで、排煙カバー20の変形を防止できる。その結果、単電池12の脱落や、ガスの漏出を効果的に防止でき、電池モジュール10の信頼性をより向上できる。