JP2018156825A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリモジュールの自重によるバッテリケースのたわみを抑制する等が可能な電池パックを提供すること。
【解決手段】電池パック１は、複数個のセルを積層したバッテリモジュール３が、複数個のセルの積層方向に直交するモジュール配置方向（矢印Ｘ方向）に沿って複数個配置されている。複数個のバッテリモジュール３のうちモジュール配置方向に隣り合うバッテリモジュール３同士が板状の連結部材５を介して連結されている。連結部材５は、モジュール配置方向に平行な平面部５１を有し、この平面部５１がモジュール配置方向に隣り合う各バッテリモジュール３にそれぞれ係止されることにより、これらのバッテリモジュール３同士が連結されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車などに搭載して用いられる電池パック（バッテリパック）に関する。

従来、この種の電池パックとしては、バッテリケースに複数のバッテリモジュールを水平方向（縦横）に並べて収容したものが普及しつつある（例えば、特許文献１、２参照）。

特許第５２７１３３４号公報 特開２０１３−５５０５６号公報

近年、電池パックの高出力・大容量化に伴って、バッテリモジュールの重量が増大する傾向にある。そのため、次のような不都合が発生しやくなっている。

第１に、バッテリモジュールの自重により、バッテリケースがたわんで、その中央部が垂れ下がってしまう。

第２に、複数のバッテリモジュールがバッテリケースに固定されているため、走行中の車両の振動により、低周波の共振が起こり、乗り心地に悪影響を与える。

第３に、何らかの原因でバッテリケースが燃焼した場合に、個々のバッテリモジュールがバッテリケースから脱落してしまう。

なお、特許文献１、２に開示された電池パックでは、バッテリモジュールの両端面に取り付けられた一対のエンドプレートにフランジ部が垂直に折り曲げられて形成され、このフランジ部にボルトが直角に挿通されて締結されていると解される。ところが、これでは、エンドプレートのフランジ部がモジュール配置方向（ボルトの軸方向）に直交しているため、バッテリモジュールの自重がバッテリケースにかかると、このフランジ部が曲がってバッテリモジュール間の距離が変化しやすくなる。その結果、上述した不都合を根本的に解消することはできない。

本発明は、このような事情に鑑み、バッテリモジュールの自重によるバッテリケースのたわみを抑制するとともに、車両の振動に伴う乗り心地の低下を回避し、さらに、バッテリケースの燃焼時における個々のバッテリモジュールの脱落を防ぐことが可能な電池パックを提供することを目的とする。

本発明に係る電池パック（例えば、後述の電池パック１）は、複数個のセルを積層したバッテリモジュール（例えば、後述のバッテリモジュール３）が、前記複数個のセルの積層方向に直交するモジュール配置方向に沿って複数個配置され、これら複数個のバッテリモジュールのうち前記モジュール配置方向に隣り合うバッテリモジュール同士が板状の連結部材（例えば、後述の連結部材５）を介して連結されている電池パックであって、前記連結部材は、前記モジュール配置方向に平行な平面部（例えば、後述の平面部５１）を有し、この平面部が前記複数個のバッテリモジュールのうち前記モジュール配置方向に隣り合う各バッテリモジュールにそれぞれ係止されることにより、これらのバッテリモジュール同士が連結されている。

前記連結部材の平面部は、少なくとも２個の第１挿通孔（例えば、後述の第１挿通孔５２）を有するとともに、前記複数個のバッテリモジュールのうち前記モジュール配置方向に隣り合う各バッテリモジュールは、それぞれ少なくとも１個の第２挿通孔（例えば、後述の第２挿通孔３５）を有し、前記各第１挿通孔と前記第２挿通孔とにそれぞれ棒状の締結部材（例えば、後述のボルト６）が挿通されて前記連結部材の平面部がこれらのバッテリモジュールに固定されることにより、これらのバッテリモジュール同士が連結されていてもよい。

前記２個の第１挿通孔のうち少なくとも一方は、前記モジュール配置方向に延伸する長孔であってもよい。

前記各バッテリモジュールはそれぞれ、モジュール本体（例えば、後述のモジュール本体３１）と、このモジュール本体の両端面に取り付けられた一対のエンドプレート（例えば、後述のエンドプレート３２）とを有し、前記第２挿通孔は、前記エンドプレートに形成されていてもよい。

前記複数個のバッテリモジュールは、バッテリケース（例えば、後述のバッテリケース２）に収容されて固定され、前記第２挿通孔は、前記エンドプレートを前記バッテリケースに固定するための孔（例えば、後述の孔３２ｂ）であってもよい。

前記連結部材は、前記バッテリケースに固定されていてもよい。

前記バッテリケースは、補強部材（例えば、後述のクロスメンバ２１、２２）を有し、前記連結部材は、前記補強部材に固定されていてもよい。

前記各バッテリモジュールはそれぞれ、このバッテリモジュールのモジュール本体をその両側面から挟んだ状態で、このバッテリモジュールのエンドプレートに回り込んで固定される一対のサイドプレート（例えば、後述のサイドプレート３３）を有し、前記第２挿通孔は、前記サイドプレートを前記エンドプレートに固定するための孔（例えば、後述の孔３２ａ）であってもよい。

前記エンドプレートにブラケット（例えば、後述のブラケット８）が取り付けられ、前記複数個のバッテリモジュールのうち前記モジュール配置方向に隣り合う各バッテリモジュールは、これらのバッテリモジュールの前記ブラケット同士が前記連結部材で連結されることにより、互いに連結されていてもよい。

前記各バッテリモジュールはそれぞれ、このバッテリモジュールのモジュール本体の中央付近にセンタープレートを有し、前記第２挿通孔は、前記センタープレートに形成されていてもよい。

前記連結部材は、前記平面部に交差するフランジ部（例えば、後述のフランジ部５３）を有していてもよい。

前記フランジ部は、前記バッテリモジュールの外形に沿っていてもよい。

本発明によれば、バッテリモジュールの自重によるバッテリケースのたわみを抑制するとともに、車両の振動に伴う乗り心地の低下を回避し、さらに、バッテリケースの燃焼時における個々のバッテリモジュールの脱落を防ぐことが可能な電池パックを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る電池パックを示す斜視図である。 図１に示す電池パックからバッテリモジュールのモジュール本体を取り除いた状態を示す斜視図である。 図２に示す電池パックのＡ−Ａ線による断面図である。 図２に示す電池パックのＢ−Ｂ線による断面図である。 図１に示す電池パックにおいて、バッテリモジュール同士の連結状態を模式的に示す正面図である。 本発明の第１実施形態の変形例１に係る電池パックにおいて、バッテリモジュール同士の連結状態を模式的に示す正面図である。 本発明の第１実施形態の変形例２に係る電池パックにおいて、バッテリモジュール同士の連結状態を模式的に示す正面図である。 本発明の第１実施形態の変形例３に係る電池パックにおいて、バッテリモジュール同士の連結状態を模式的に示す正面図である。 本発明の第１実施形態の変形例４に係る電池パックにおいて、バッテリモジュール同士の連結状態を模式的に示す正面図である。 本発明の別の実施形態に係る電池パックからバッテリモジュールのモジュール本体を取り除いた状態を示す斜視図である。 図１０に示す電池パックの要部を示す拡大斜視図である。 図１０に示す電池パックのブラケットの使用状態を示す斜視図である。

以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る電池パックを示す斜視図である。図２は、図１に示す電池パックからバッテリモジュールのモジュール本体を取り除いた状態を示す斜視図である。図３は、図２に示す電池パックのＡ−Ａ線による断面図である。図４は、図２に示す電池パックのＢ−Ｂ線による断面図である。図５は、図１に示す電池パックにおいて、バッテリモジュール同士の連結状態を模式的に示す正面図である。

この第１実施形態に係る電池パック１は、電気自動車のフロアパネルの下側に配設されるものである。この電池パック１は、図１および図２に示すように、略平板皿状のバッテリケース２を有している。バッテリケース２は、車両進行方向（図２の矢印Ｘ方向）に配置された複数本の補強部材としてのクロスメンバ２１を有しているとともに、車両幅方向（図２の矢印Ｙ方向）に配置された複数本の補強部材としてのクロスメンバ２２を有している。

バッテリケース２には、図１に示すように、１０個のバッテリモジュール３が、車両進行方向（図１の矢印Ｘ方向）に５個ずつ配置されるとともに、車両幅方向（図１の矢印Ｙ方向）に２個ずつ配置されたマトリックス状に収容されて固定されている。各バッテリモジュール３は、図１および図２に示すように、それぞれ、複数個の平板状のセルが車両幅方向に積層されたモジュール本体３１と、このモジュール本体３１の両端面に取り付けられた一対のエンドプレート３２と、モジュール本体３をその両側面から挟んだ状態でエンドプレート３２に回り込んで固定される一対のサイドプレート３３と、モジュール本体３１をその上から覆うバッテリカバ３４と、から構成されている。

ここで、エンドプレート３２には、図３および図５に示すように、その両端部に複数個の孔３２ａがそれぞれ形成されているとともに、サイドプレート３３には、その両端部の直角に折り曲げられた部位に複数個の孔３３ａが形成されている。そして、エンドプレート３２の孔３２ａおよびサイドプレート３３の孔３３ａにボルト（図示せず）を挿通して締結することにより、一対のサイドプレート３３が一対のエンドプレート３２に固定されて、全体として長方形枠状に組み立てられている。さらに、その中にモジュール本体３１が載置されている。

また、エンドプレート３２には、図３に示すように、その下面に複数個の孔３２ｂが形成されている。そして、これらの孔３２ｂに、バッテリケース２の底面に立設されたアンカーボルト７を挿通して締結することにより、エンドプレート３２がバッテリケース２に固定されている。

複数個のバッテリモジュール３のうち、セルの積層方向（図１の矢印Ｙ方向）に直交するモジュール配置方向（図１の矢印Ｘ方向）に隣り合うバッテリモジュール３同士は、エンドプレート３２の上面に載置された板状の連結部材（ステイ）５を介して連結されている。すなわち、連結部材５は、図１および図５に示すように、このモジュール配置方向（図５の矢印Ｘ方向）に平行な平面部５１を有している。平面部５１には、２個の第１挿通孔５２が形成されている。一方、バッテリモジュール３のエンドプレート３２には、その両端部に第２挿通孔３５がそれぞれ形成されている。そして、これらの第１挿通孔５２および第２挿通孔３５に棒状の締結部材としてのボルト６が挿通されて、連結部材５の平面部５１がこれらのバッテリモジュール３に固定されることにより、これらのバッテリモジュール３同士が連結されている。

また、連結部材５は、図１、図３および図４に示すように、平面部５１に直交するフランジ部５３を有している。このフランジ部５３は、バッテリモジュール３の外形に沿うように形成されている。さらに、連結部材５は、図３に示すように、バッテリケース２のクロスメンバ２２に固定されている。

このように、電池パック１においては、複数個のセルを積層したバッテリモジュール３が、複数個のセルの積層方向に直交するモジュール配置方向（図１の矢印Ｘ方向）に沿って複数個配置され、これら複数個のバッテリモジュール３のうちモジュール配置方向に隣り合うバッテリモジュール３同士が板状の連結部材５を介して連結されている。そして、連結部材５は、モジュール配置方向に平行な平面部５１を有し、この平面部５１がモジュール配置方向に隣り合う各バッテリモジュール３にそれぞれ係止されることにより、これらのバッテリモジュール３同士が連結されている。

したがって、バッテリモジュール３の自重がバッテリケース２にかかっても、バッテリモジュール３同士を連結する連結部材５には、せん断力しか作用せず、バッテリモジュール３間の距離Ｌ１はほとんど変わらない。そのため、複数個のバッテリモジュール３が連結部材５で連結されたモジュール群は、全体として剛性および耐久性に優れたものとなる。

その結果、電池パック１において、その高出力・大容量化に伴ってバッテリモジュール３の重量が増大しても、バッテリモジュール３の自重によるバッテリケース２のたわみを抑制することができる。また、電気自動車の車両の振動に伴う乗り心地の低下を回避することができる。さらに、バッテリケース２の燃焼時における個々のバッテリモジュール３の脱落を防ぐことが可能となる。

しかも、電池パック１を組み立てる際には、バッテリモジュール３間に連結部材５を取り付けるときに、この連結部材５をバッテリケース２の上方から取り付けられるので、連結部材５をバッテリケース２の側方や下方から取り付ける場合に比べて、連結部材５の取付作業性を高めることができる。

また、連結部材５は、平面部５１に直交するフランジ部５３を有しているので、連結部材５の剛性を向上させ、ひいては電池パック１全体の剛性を向上させることができる。これに加えて、このフランジ部５３は、バッテリモジュール３の外形に沿っているので、電池パック１を組み立てる際に、連結部材５がバッテリモジュール３の一部にフィットし、連結部材５を容易に位置決めすることが可能となる。

さらに、電池パック１は、図３に示すように、連結部材５がバッテリケース２のクロスメンバ２２に固定されているので、バッテリケース２に対して連結部材５が相対的に移動することがなく、電池パック１の剛性をますます向上させることができる。

［第１実施形態の変形例１］
図６は、本発明の第１実施形態の変形例１に係る電池パックにおいて、バッテリモジュール同士の連結状態を模式的に示す正面図である。

上述した第１実施形態では、図５に示すように、連結部材５がエンドプレート３２の上面に載置されているのに対して、この変形例１に係る電池パック１では、図６に示すように、連結部材５がエンドプレート３２の側面上部に取り付けられている。そのため、サイドプレート３３をエンドプレート３２に固定するための複数個の孔３２ａの一部が、連結部材５をエンドプレート３２に固定するための第２挿通孔３５として兼用されている。また、連結部材５の２個の第１挿通孔５２は、いずれもモジュール配置方向（図６の矢印Ｘ方向）に延伸する長孔である。その他の構成については、上述した第１実施形態と基本的に同様である。

したがって、この変形例１では、上述した第１実施形態と同じ作用効果を奏する。これに加えて、エンドプレート３２の孔３２ａが第２挿通孔３５を兼ねているので、電池パック１の構造を簡素化することができる。また、連結部材５の第１挿通孔５２がモジュール配置方向に延伸する長孔であるため、電池パック１を組み立てる際に、たとえバッテリモジュール３間のモジュール配置方向の距離Ｌ１に寸法誤差があっても、バッテリモジュール３の公差を吸収し、連結部材５をバッテリモジュール３間に取り付けることができる。そのため、電池パック１の生産性を高めることが可能となる。

［第１実施形態の変形例２］
図７は、本発明の第１実施形態の変形例２に係る電池パックにおいて、バッテリモジュール同士の連結状態を模式的に示す正面図である。

上述した第１実施形態の変形例１では、図６に示すように、連結部材５がエンドプレート３２の側面上部に取り付けられているのに対して、この変形例２に係る電池パック１では、図７に示すように、連結部材５がエンドプレート３２の側面中央部に取り付けられている。なお、連結部材５の２個の第１挿通孔５２は、いずれも丸孔である。その他の構成については、上述した第１実施形態の変形例１と基本的に同様である。

したがって、この変形例２では、第１挿通孔５２を長孔にしたことによる作用効果を除き、上述した第１実施形態の変形例１と同じ作用効果を奏する。

［第１実施形態の変形例３］
図８は、本発明の第１実施形態の変形例３に係る電池パックにおいて、バッテリモジュール同士の連結状態を模式的に示す正面図である。

上述した第１実施形態の変形例２では、図７に示すように、連結部材５がエンドプレート３２の側面中央部に取り付けられているのに対して、この変形例３に係る電池パック１では、図８に示すように、連結部材５がエンドプレート３２の側面中央部から側面下部にかけて取り付けられている。その他の構成については、上述した第１実施形態の変形例２と基本的に同様である。

したがって、この変形例３では、上述した第１実施形態の変形例２と同じ作用効果を奏する。

［第１実施形態の変形例４］
図９は、本発明の第１実施形態の変形例４に係る電池パックにおいて、バッテリモジュール同士の連結状態を模式的に示す正面図である。

上述した第１実施形態の変形例２では、図７に示すように、連結部材５がエンドプレート３２の側面中央部に取り付けられているのに対して、この変形例４に係る電池パック１では、図９に示すように、連結部材５がエンドプレート３２の側面下部に取り付けられている。その他の構成については、上述した第１実施形態の変形例２と基本的に同様である。

したがって、この変形例４では、上述した第１実施形態の変形例２と同じ作用効果を奏する。

［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

例えば、上述した第１実施形態の変形例１では、サイドプレート３３をエンドプレート３２に固定するための複数個の孔３２ａの一部が、連結部材５をエンドプレート３２に固定するための第２挿通孔３５として兼用されている場合について説明した。しかし、エンドプレート３２をバッテリケース２のクロスメンバ２１に固定するための孔３２ｂの全部または一部を第２挿通孔３５として兼用してもよい。この場合、エンドプレート３２の孔３２ａが第２挿通孔３５を兼ねるので、電池パック１の構造を簡素化することができる。

また、上述した第１実施形態およびその変形例１〜４では、連結部材５が直接エンドプレート３２に固定されている場合について説明した。しかし、図１０〜図１２に示すように、モジュール配置方向に隣り合うバッテリモジュール３において、各バッテリモジュール３のエンドプレート３２にそれぞれブラケット８を取り付け、これらのブラケット８同士を連結部材５で連結することにより、連結部材５を間接的にエンドプレート３２に固定することも可能である。すなわち、各エンドプレート３２の上部にそれぞれ、図１２に示すように、ボルト締結によって２個のＬ字形のブラケット８を取り付け、図１０および図１１に示すように、互いにモジュール配置方向（図１０の矢印Ｘ方向）に隣り合うエンドプレート３２同士を跨ぐように、各エンドプレート３２のブラケット８に連結部材５をボルト締結によって取り付けることにより、連結部材５を間接的にエンドプレート３２に固定することができる。この場合、エンドプレート３２に連結部材５用の第２挿通孔３５を設ける必要がなくなり、エンドプレート３２の設計の自由度が向上する。

また、上述した第１実施形態およびその変形例１〜４では、バッテリモジュール３が、モジュール本体３１、エンドプレート３２、サイドプレート３３およびバッテリカバ３４からなる場合について説明した。しかし、例えば、セルの個数が多くてモジュール本体３１がたわみやすい場合には、モジュール本体３１の中央付近にセンタープレート（図示せず）を取り付け、このセンタープレートの上面に、連結部材５をエンドプレート３２に固定するための第２挿通孔３５を設けるようにしても構わない。

また、上述した第１実施形態の変形例１では、連結部材５の第１挿通孔５２が長孔である場合について説明した。同様に、第１実施形態や、その変形例２〜４において、連結部材５の第１挿通孔５２を長孔にしても勿論よい。

さらに、上述した第１実施形態およびその変形例１〜４では、バッテリモジュール３同士を連結するための棒状の締結部材としてボルト６が用いられている場合について説明したが、ボルト６以外の締結部材（例えば、スタッド、ねじ等）を代用または併用することもできる。

１……電池パック
２……バッテリケース
３……バッテリモジュール
５……連結部材
６……ボルト（締結部材）
８……ブラケット
２１、２２……クロスメンバ（補強部材）
３１……モジュール本体
３２……エンドプレート
３２ａ……孔
３２ｂ……孔
３３……サイドプレート
３３ａ……孔
３５……第２挿通孔
５１……平面部
５２……第１挿通孔
５３……フランジ部

Claims (12)

1. 複数個のセルを積層したバッテリモジュールが、前記複数個のセルの積層方向に直交するモジュール配置方向に沿って複数個配置され、これら複数個のバッテリモジュールのうち前記モジュール配置方向に隣り合うバッテリモジュール同士が板状の連結部材を介して連結されている電池パックであって、
   前記連結部材は、前記モジュール配置方向に平行な平面部を有し、この平面部が前記複数個のバッテリモジュールのうち前記モジュール配置方向に隣り合う各バッテリモジュールにそれぞれ係止されることにより、これらのバッテリモジュール同士が連結されている電池パック。
2. 前記連結部材の平面部は、少なくとも２個の第１挿通孔を有するとともに、前記複数個のバッテリモジュールのうち前記モジュール配置方向に隣り合う各バッテリモジュールは、それぞれ少なくとも１個の第２挿通孔を有し、前記各第１挿通孔と前記第２挿通孔とにそれぞれ棒状の締結部材が挿通されて前記連結部材の平面部がこれらのバッテリモジュールに固定されることにより、これらのバッテリモジュール同士が連結されている請求項１に記載の電池パック。
3. 前記２個の第１挿通孔のうち少なくとも一方は、前記モジュール配置方向に延伸する長孔である請求項２に記載の電池パック。
4. 前記各バッテリモジュールはそれぞれ、モジュール本体と、このモジュール本体の両端面に取り付けられた一対のエンドプレートとを有し、前記第２挿通孔は、前記エンドプレートに形成されている請求項２または３に記載の電池パック。
5. 前記複数個のバッテリモジュールは、バッテリケースに収容されて固定され、前記第２挿通孔は、前記エンドプレートを前記バッテリケースに固定するための孔である請求項４に記載の電池パック。
6. 前記連結部材は、前記バッテリケースに固定されている請求項５に記載の電池パック。
7. 前記バッテリケースは、補強部材を有し、前記連結部材は、前記補強部材に固定されている請求項５または６に記載の電池パック。
8. 前記各バッテリモジュールはそれぞれ、このバッテリモジュールのモジュール本体をその両側面から挟んだ状態で、このバッテリモジュールのエンドプレートに回り込んで固定される一対のサイドプレートを有し、前記第２挿通孔は、前記サイドプレートを前記エンドプレートに固定するための孔である請求項４から７までのいずれかに記載の電池パック。
9. 前記エンドプレートにブラケットが取り付けられ、前記複数個のバッテリモジュールのうち前記モジュール配置方向に隣り合う各バッテリモジュールは、これらのバッテリモジュールの前記ブラケット同士が前記連結部材で連結されることにより、互いに連結されている請求項４から８までのいずれかに記載の電池パック。
10. 前記各バッテリモジュールはそれぞれ、このバッテリモジュールのモジュール本体の中央付近にセンタープレートを有し、前記第２挿通孔は、前記センタープレートに形成されている請求項２から９までのいずれかに記載の電池パック。
11. 前記連結部材は、前記平面部に交差するフランジ部を有している請求項１から１０までのいずれかに記載の電池パック。
12. 前記フランジ部は、前記バッテリモジュールの外形に沿っている請求項１１に記載の電池パック。

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