JP2019220437A

JP2019220437A - バッテリモジュール

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Publication number: JP2019220437A
Application number: JP2018119104A
Authority: JP
Inventors: 和久因; Kazuhisa In; 弘毅板谷; Hiroki Itaya; 篤中野; Atsushi Nakano
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2018-06-22
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2019-12-26
Anticipated expiration: 2038-06-22
Also published as: JP6770997B2; CN110635076B; CN110635076A; US20190391208A1

Abstract

【課題】セル積層体の上面にセンサ装置が配置されるものでありながら、センサ装置のがたつきを抑制できるバッテリモジュールを提供する。【解決手段】バッテリモジュール１は、複数のセル２１を積層することで構成されるセル積層体２と、各セル２１の電圧を検出するセンサ装置７と、を備える。センサ装置７は、セル積層体２の上面に配置され、隣接するセル２１間には、絶縁プレート２２が設けられている。センサ装置７は、積層方向に離間した少なくとも２つの絶縁プレート２２に上下方向に固定されている。【選択図】図７

Description

本発明は、電動車両などに搭載されるバッテリモジュールに関する。

従来より電動車両などにはバッテリモジュールが搭載されている。例えば、特許文献１には、複数のセルを積層することで構成されるセル積層体と、各セルの電圧を検出するセンサ装置と、を備えるバッテリモジュールが開示されている。

特開２０１６−０７２１８１号公報

近年、この種のバッテリモジュールでは、バッテリの高容量化が進み、温度変化や経年劣化によるセルの膨張に起因する寸法拡大が無視できなくなっている。そのため、セル積層体の上面にセンサ装置を２点以上で強固に固定することが困難であり、車両走行時の振動でセンサ装置ががたつく虞があった。

本発明は、セル積層体の上面にセンサ装置が配置されるものでありながら、センサ装置のがたつきを抑制できるバッテリモジュールを提供する。

本発明は、
複数のセルを積層することで構成されるセル積層体と、各セルの電圧を検出するセンサ装置と、を備えるバッテリモジュールであって、
前記センサ装置は、前記セル積層体の上面に配置され、
隣接するセル間には、絶縁プレートが設けられ、
前記センサ装置は、積層方向に離間した少なくとも２つの前記絶縁プレートに上下方向に固定されている。

本発明によれば、センサ装置は、積層方向に離間した少なくとも２つの絶縁プレートに上下方向に固定されているので、セル積層体の上面にセンサ装置が配置されるバッテリモジュールでありながら、センサ装置のがたつきを抑制できる。

本発明の一実施形態に係るバッテリモジュールを斜め上方から見た斜視図である。図１のバッテリモジュールの分解斜視図である。図１のバッテリモジュールの平面図である。図１のバッテリモジュールのセンサ装置を斜め下方から見た斜視図である。図４のＡ−Ａ断面図である。図１のバッテリモジュールの要部を斜め上方から見た拡大斜視図である。図６のＢ−Ｂ断面図である。

以下、本発明のバッテリモジュールの各実施形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

［バッテリモジュール］
図１〜図３に示すように、本実施形態に係るバッテリモジュール１は、前後方向に複数のセル２１を積層して構成され、前面、後面、左面、右面、上面、及び下面を有するセル積層体２と、セル積層体２の前面及び後面に配置される一対のエンドプレート３と、セル積層体２の左面及び右面に配置され、一対のエンドプレート３を連結する一対のサイドフレーム４と、セル積層体２の下面に配置されるロアプレート５と、セル積層体２の上面に配置され、各セル２１の電圧を検出するセンサ装置７と、セル積層体２の上面のうち、センサ装置７が搭載されない領域を覆うトップカバー６と、を備える。

なお、本明細書等では説明を簡単且つ明確にするためにセル２１の積層方向を前後方向と定義し、セル２１の積層方向に直交する方向を左右方向（幅方向）及び上下方向（高さ方向）と定義したものであり、バッテリモジュール１が搭載される製品の前後方向等とは無関係である。即ち、バッテリモジュール１が車両に搭載される場合、セル２１の積層方向は、車両の前後方向に一致してもよく、車両の上下方向、左右方向であってもよく、これらの方向から傾斜した方向であってもよい。図面には、バッテリモジュール１の前方をＦｒ、後方をＲｒ、左側をＬ、右側をＲ、上方をＵ、下方をＤ、として示す。

（セル積層体）
図２に示すように、セル積層体２は、複数のセル２１と複数の絶縁プレート２２を前後方向に交互に積層して構成される。セル積層体２の上面には、セル２１の端子２１１に電気的に接続される複数のバスバー２３が配置される。複数のバスバー２３は、複数のセル２１が電気的に直列に接続されるように隣接するセル２１の端子２１１同士を接続している。具体的に説明すると、複数のセル２１は、プラス側の端子２１１とマイナス側の端子２１１とが順次左右反転するように積層されており、複数のバスバー２３は、セル積層方向の上手側に隣接するセル２１のプラス側（又はマイナス側）の端子２１１と、セル積層方向の下手側に隣接するセル２１のマイナス側（又はプラス側）の端子２１１とを順次接続することで、複数のセル２１を電気的に直列に接続している。

セル積層体２の上面には、複数のバスバー２３を保持するバスバープレート２４が設けられている。バスバープレート２４は、複数のバスバー保持部２４１を備え、各バスバー保持部２４１に複数のバスバー２３を保持させた後、バスバープレート２４をセル積層体２の上面に載置すると、複数のバスバー２３が対応する端子２１１と接続可能な所定の位置に位置決めされる。なお、本実施形態のバスバープレート２４は、バスバー２３を端子２１１に接続した後に取り外される治具ではなく、バスバー２３を端子２１１に接続した後も取付状態を維持するバッテリモジュール１の構成要素である。

セル２１は、温度変化や経年劣化によって膨張することが知られている。セル２１は、前後方向の長さよりも上下方向の長さが長く、上下方向の長さよりも左右方向の長さが長い直方体形状を有する。そのため、セル２１は前面及び後面の面積が、左面、右面、上面及び下面の面積よりもはるかに大きく、セル２１の前面及び後面で、その左右方向中央部及び上下方向中央部が膨張しやすい。セル２１が前後方向に膨張すると、セル２１の端子２１１同士を連結するバスバー２３に応力が作用する。本実施形態のバスバー２３は、セル２１の膨張に伴って作用する応力を緩和するために、前後方向の中間部に上方に突出する屈曲部２３１を有する。

（エンドプレート）
図１〜図３に示すように、一対のエンドプレート３は、セル積層体２の前面及び後面に配置され、セル２１の膨張に起因するセル積層体２のセル積層方向の荷重を受け止める。本実施形態のエンドプレート３は、アルミ押出材を用いて形成されており、セル積層体２と対向しない外側の面の左右両端部には、サイドフレーム４とボルトＢ１を介して締結される複数の締結部３１が設けられる。また、一対のエンドプレート３の上面には、バッテリモジュール１と外部の電気機器との間で電力を授受するための外部接続用端子台３２が設けられ、さらに、いずれか一方のエンドプレート３の上面には、ボルトＢ２を介してセンサ装置７が固定されるセンサ固定部３３が設けられている。

（サイドフレーム）
図１〜図３に示すように、サイドフレーム４は、金属板材をプレス加工して形成されており、セル積層体２の左面又は右面に沿うサイドフレーム本体４１と、サイドフレーム本体４１の前端から前側のエンドプレート３の前面に沿って互いに近づく方向に延びる前フランジ部４２と、サイドフレーム本体４１の後端から後側のエンドプレート３の後面に沿って互いに近づく方向に延びる後フランジ部４３と、サイドフレーム本体４１の上端からセル積層体２の上面に沿って互いに近づく方向に延びる上フランジ部４４と、サイドフレーム本体４１の下端からセル積層体２（ロアプレート５）の下面に沿って互いに近づく方向に延びる下フランジ部４５と、を備える。

前フランジ部４２及び後フランジ部４３は、前側のエンドプレート３又は後側のエンドプレート３にボルトＢ１を介して締結される。これにより、一対のエンドプレート３は、一対のサイドフレーム４を介して連結される。一対のサイドフレーム４は、セル積層体２のセル積層方向の荷重が増加した場合、エンドプレート３同士の前後方向の相対変位を許容する。例えば、サイドフレーム本体４１の前後方向の変形、サイドフレーム本体４１と前フランジ部４２又は後フランジ部４３との角度変化等によってエンドプレート３同士の前後方向の相対変位が許容される。

上フランジ部４４及び下フランジ部４５は、セル積層体２の左端部及び右端部においてセル積層体２及びロアプレート５を上下方向から挟持している。これにより、セル積層体２、サイドフレーム４及びロアプレート５の上下方向の相対位置変動が抑制されるとともに、セル積層体２を構成する複数のセル２１を整列させることができる。

本実施形態の上フランジ部４４は、前後方向に並ぶ複数の弾性片４４ａにより構成されており、弾性片４４ａの個数及び位置は、前後方向に積層されるセル２１の個数及び位置に対応している。これにより、上フランジ部４４は、適度な弾性を有しつつ、複数のセル２１を個別に弾性保持できる。なお、下フランジ部４５は、被留部（図示せず）を介してロアプレート５に固定又は係合されている。

（ロアプレート）
図１及び図２に示すように、ロアプレート５は、アルミ押出材を用いて形成されており、セル積層体２及びエンドプレート３の下面に沿って延びるロアプレート本体５１と、バッテリモジュール１を支持するモジュール支持構造体（図示せず）に固定される複数の固定部５２と、サイドフレーム４の下フランジ部４５が留められる留部（図示せず）と、を備える。

（センサ装置）
図４及び図５に示すように、センサ装置７は、基板７１と、該基板７１に搭載される電子部品７２と、該基板７１及び該電子部品７２を収容するケース７３と、該ケース７３の側面に配置される電圧検出用コネクタ７４及び検出信号出力用コネクタ７５と、を備える。なお、本実施形態のセンサ装置７は、２つのバッテリモジュール１の電圧検出を可能とするために、２つの電圧検出用コネクタ７４を備えるが、電圧検出用コネクタ７４の個数は、１つでもよいし、３つ以上であってもよい。

本実施形態の基板７１は、前後方向に長い平面視長方形のプリント基板であり、上面に配線がプリントされ、下面に電子部品７２、電圧検出用コネクタ７４及び検出信号出力用コネクタ７５が実装される。

ケース７３は、基板７１の下面側を覆うケース本体７３１と、基板７１の上面側を覆う蓋ケース７３２と、を備える。ケース本体７３１は、複数の第１固定部７３１１と１つの第２固定部７３１２とを備え、これらの固定部７３１１、７３１２を介してセル積層体２の上面に固定される。なお、セル積層体２の上面に対する第１固定部７３１１及び第２固定部７３１２の具体的な固定構造は後述する。

電圧検出用コネクタ７４は、複数の電圧検出線９を介して各バスバー２３に接続される。複数の電圧検出線９の一端側は、ケーブル側コネクタを介してセンサ装置７の電圧検出用コネクタ７４に接続される。また、複数の電圧検出線９の他端側は、セル積層体２の上面とセンサ装置７の下面との間に確保される空間を介して各バスバー２３に接続される。

検出信号出力用コネクタ７５には、検出信号出力線（図示せず）の一端側が接続される。検出信号出力線の他端側は、車両の充放電制御部（図示せず）に接続され、センサ装置７から出力される各セル２１の電圧検出信号が検出信号出力線を介して車両の充放電制御部に入力される。

（センサ装置の固定構造）
つぎに、セル積層体２に対するセンサ装置７の具体的な固定構造について説明する。

図１〜図４に示すように、前述した第１固定部７３１１は、ケース本体７３１の左側部及び右側部に、それぞれ前後方向に所定の間隔をあけて複数突設されており、前後方向に離間した複数の絶縁プレート２２に対し、上下方向に移動不能で、且つ前後方向に移動可能に固定されている。具体的に説明すると、絶縁プレート２２は、図６及び図７に示すように、上方に突出する円筒形状の突設部２２１を有し、第１固定部７３１１は、突設部２２１を下方から挿通する状態で収容する孔７３１１ａを有する。この孔７３１１ａは、前後方向に長い長孔であり、セル２１の膨張に伴う絶縁プレート２２とセンサ装置７との前後方向の相対移動を許容することができる。

図６及び図７に示すように、ケース本体７３１の第１固定部７３１１は、絶縁プレート２２の突設部２２１に上方から挿通された後、該突設部２２１に上方から圧入することで装着されるプッシュナット７６によって上下方向に固定される。プッシュナット７６は、中央部に形成される孔７６１の周縁部に上方に傾斜した複数の爪部７６２を有し、突設部２２１に上方から圧入すると、複数の爪部７６２が突設部２２１の外周部に食い込むことで上方への抜けが規制される。これにより、ケース本体７３１の第１固定部７３１１は、プッシュナット７６を介して絶縁プレート２２の突設部２２１に上下方向に固定されるとともに、長孔からなる孔７３１１ａによって絶縁プレート２２の突設部２２１に対する前後方向の移動が許容される。

本実施形態のバッテリモジュール１では、絶縁プレート２２の突設部２２１及びプッシュナット７６がバスバープレート２４の固定部及び固定具に兼用されている。具体的に説明すると、バスバープレート２４は、絶縁プレート２２の突設部２２１に挿通される複数の孔２４２を有するとともに、絶縁プレート２２の突設部２２１に挿通されるケース本体７３１の第１固定部７３１１とセル２１の上面との間に挟まれ、さらに、第１固定部７３１１及びプッシュナット７６を介して絶縁プレート２２の突設部２２１に上下方向に固定される。

前述した第２固定部７３１２は、ケース本体７３１の前後方向一端部（本実施形態では、前端部）に突設されており、前後いずれか一方のエンドプレート３に設けられるセンサ固定部３３に対し、ボルトＢ２を介して前後方向及び上下方向に移動不能に固定される。これにより、センサ装置７は、複数の第１固定部７３１１及び１つの第２固定部７３１２によって上下方向に固定されるので、車両走行時の振動で上下方向にがたつくことが抑制される。また、センサ装置７は、１つの第２固定部７３１２によって前後方向に固定されるので、車両走行時の振動で前後方向にがたつくことが抑制されるだけでなく、セル２１の膨張によってセンサ装置７に応力が発生することを防止できる。

なお、前述した実施形態は、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、前述した実施形態のセンサ装置７は、基板７１を収容するケース７３に第１固定部７３１１及び第２固定部７３１２を設け、これらの固定部７３１１、７３１２をセル積層体２に固定しているが、ケースを備えず、基板自体を露出状態でセル積層体に固定するバッテリモジュールでは、前記実施形態の第１固定部及び第２固定部に相当する孔を基板自体に設け、これらの孔を前記実施形態の第１固定部及び第２固定部と同様の固定構造でセル積層体２に固定することができる。

［総括］
本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。

（１）複数のセル（セル２１）を積層することで構成されるセル積層体（セル積層体２）と、各セルの電圧を検出するセンサ装置（センサ装置７）と、を備えるバッテリモジュール（バッテリモジュール１）であって、
前記センサ装置は、前記セル積層体の上面に配置され、
隣接するセル間には、絶縁プレート（絶縁プレート２２）が設けられ、
前記センサ装置は、積層方向に離間した少なくとも２つの前記絶縁プレートに上下方向に固定されている、バッテリモジュール。

（１）によれば、センサ装置は、積層方向に離間した少なくとも２つの絶縁プレートに上下方向に固定されているので、セル積層体の上面にセンサ装置が配置されるバッテリモジュールでありながら、センサ装置のがたつきを抑制できる。

（２）（１）に記載のバッテリモジュールであって、
前記センサ装置は、基板（基板７１）と、該基板に搭載される電子部品（電子部品７２）と、該基板及び該電子部品を収容するケース（ケース７３）と、を備え、
前記ケースは、前記絶縁プレートに固定される固定部（第１固定部７３１１）を有する、バッテリモジュール。

（２）によれば、基板及び電子部品がケースに収容されることでケースにより基板等を保護しつつ、ケースに設けられた固定部により絶縁プレートに固定できる。

（３）（１）に記載のバッテリモジュールであって、
前記センサ装置は、基板（基板７１）と、該基板に搭載される電子部品（電子部品７２）と、を備え、
前記基板は、前記絶縁プレートに固定される固定部を有する、バッテリモジュール。

（３）によれば、センサ装置の部品点数を削減しつつ、基板に設けられた固定部により絶縁プレートに固定できる。

（４）（１）〜（３）のいずれか１項に記載のバッテリモジュールであって、
前記絶縁プレートは、上方に突出する突設部（突設部２２１）を有し、
前記センサ装置は、前記突設部を収容する孔（孔７３１１ａ）からなる固定部（第１固定部７３１１）を有する、バッテリモジュール。

（４）によれば、センサ装置は、固定部が絶縁プレートの突設部と係合することで、上下方向に加えて積層方向の移動が制限される。

（５）（４）に記載のバッテリモジュールであって、
前記孔は、積層方向に長い長穴である、バッテリモジュール。

（５）によれば、セルの膨張に伴う絶縁プレートとセンサ装置とのセル積層方向の相対移動を許容できる。

（６）（５）に記載のバッテリモジュールであって、
積層方向において前記セル積層体の両端部には、一対のエンドプレート（エンドプレート３）が設けられ、
前記センサ装置は、前記一対のエンドプレートの一方のエンドプレートに前記積層方向に移動不能に固定されている、バッテリモジュール。

（６）によれば、センサ装置は、一方のエンドプレートに対し積層方向に位置決めされつつ、セル積層体に対する積層方向への相対移動が許容される。

（７）（５）又は（６）に記載のバッテリモジュールであって、
前記センサ装置は、前記固定部に前記絶縁プレートに設けられた前記突設部が挿通した状態でプッシュナット（プッシュナット７６）により固定されている、バッテリモジュール。

（７）によれば、センサ装置は、プッシュナットにより上下方向のがたつきが抑制されつつ、積層方向の移動が許容される。

１バッテリモジュール
２セル積層体
２１セル
２２絶縁プレート
２２１突設部
３エンドプレート
７センサ装置
７１基板
７２電子部品
７３ケース
７３１１第１固定部
７３１１ａ孔
７６プッシュナット

Claims

複数のセルを積層することで構成されるセル積層体と、各セルの電圧を検出するセンサ装置と、を備えるバッテリモジュールであって、
前記センサ装置は、前記セル積層体の上面に配置され、
隣接するセル間には、絶縁プレートが設けられ、
前記センサ装置は、積層方向に離間した少なくとも２つの前記絶縁プレートに上下方向に固定されている、バッテリモジュール。
請求項１に記載のバッテリモジュールであって、
前記センサ装置は、基板と、該基板に搭載される電子部品と、該基板及び該電子部品を収容するケースと、を備え、
前記ケースは、前記絶縁プレートに固定される固定部を有する、バッテリモジュール。
請求項１に記載のバッテリモジュールであって、
前記センサ装置は、基板と、該基板に搭載される電子部品と、を備え、
前記基板は、前記絶縁プレートに固定される固定部を有する、バッテリモジュール。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のバッテリモジュールであって、
前記絶縁プレートは、上方に突出する突設部を有し、
前記センサ装置は、前記突設部を収容する孔からなる固定部を有する、バッテリモジュール。
請求項４に記載のバッテリモジュールであって、
前記孔は、積層方向に長い長穴である、バッテリモジュール。
請求項５に記載のバッテリモジュールであって、
積層方向において前記セル積層体の両端部には、一対のエンドプレートが設けられ、
前記センサ装置は、前記一対のエンドプレートの一方のエンドプレートに前記積層方向に移動不能に固定されている、バッテリモジュール。
請求項５又は６に記載のバッテリモジュールであって、
前記センサ装置は、前記固定部に前記絶縁プレートに設けられた前記突設部が挿通した状態でプッシュナットにより固定されている、バッテリモジュール。