JP2020053198A - バッテリモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】セルの交換やメンテナンスを容易に行うと共に、交換にかかる工数や費用を削減する。【解決手段】バッテリモジュール１０は、正負の電極６０を備える複数のセル６２を積層し、複数のセル６２の各電極６０を接続して構成されるセル集合体６４を有する。セル集合体６４では、積層方向に隣接する２つのセル６２間で、正負の電極６０が互い違いとなるように、複数のセル６２が積層方向に積層されている。また、セル集合体６４は、複数のスペーサ６８を備える。この場合、隣接する２つのセル６２のうち、一方のセル６２の正電極６０ｐと、他方のセル６２の負電極６０ｍとを複数のスペーサ６８で挟み込んで接続することで、複数のセル６２を直列接続させる。【選択図】図８

Description

本発明は、正負の電極を備える複数のセルを積層し、複数のセルの各電極を接続して構成されるセル集合体を有するバッテリモジュールと、その収納構造とに関する。

例えば、特許文献１には、溶接又はボルト締結により、バッテリモジュールの隣接するセルの２つの電極を接続することが開示されている。

特開２０１５−２０７４３７号公報

しかしながら、セルに不具合が生じた場合や、バッテリモジュールのメンテナンスが必要な場合、セルの交換やメンテナンスを容易に行うことができない。この結果、セル単体ではなく、バッテリモジュール全体を交換する必要がある。これにより、交換にかかる工数や費用が嵩んでしまう。

また、二輪車等の車両にバッテリモジュールを搭載する場合、従来は、単純に、複数のバッテリモジュールをバッテリケースに収納するのみであった。そのため、車両に最適なバッテリモジュールの収納構造について、あまり考慮されていなかった。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、セルの交換やメンテナンスを容易に行うことができると共に、交換にかかる工数や費用を削減することができるバッテリモジュールを提供することを目的とする。また、本発明は、車両に最適なバッテリモジュールの収納構造を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、正負の電極を備える複数のセルを積層し、複数の前記セルの各電極を接続して構成されるセル集合体を有するバッテリモジュールであって、積層方向に隣接する２つの前記セルの間で、正負の前記電極が互い違いとなるように、複数の前記セルが前記積層方向に積層され、前記セル集合体は、複数のスペーサを備え、隣接する２つの前記セルのうち、一方のセルの正電極と、他方のセルの負電極とを複数の前記スペーサで挟み込んで接続することで、複数の前記セルを直列接続させる。

本発明の第２の態様は、バッテリモジュールの収納構造であって、前記バッテリモジュールは、正負の電極を備える複数のセルを積層し、複数の前記セルの各電極を接続して構成されるセル集合体を有し、複数の前記バッテリモジュールが水平方向に配列され、且つ、上下方向に多段積みにされた状態でバッテリケースに収納される。

本発明の第１の態様によれば、隣接する２つのセルの正負の電極を複数のスペーサで挟み込んで接続するという単純な接続構造であるため、セルの交換やメンテナンスを容易に行うことができると共に、交換にかかる工数や費用を削減することができる。

本発明の第２の態様によれば、複数のバッテリモジュールを水平方向に配列すると共に、上下方向に多段積みにされた状態でバッテリケースに収納されるので、二輪車等の車両に最適なバッテリモジュールの収納構造を実現することができる。

本実施形態に係るバッテリモジュール及びその収納構造が適用される電動車両の左側面図である。 バッテリケースの斜視図である。 バッテリケースの分解斜視図である。 バッテリモジュールの斜視図である。 バッテリモジュールの他の構成例の斜視図である。 バッテリモジュールの他の構成例の斜視図である。 バッテリモジュールの他の構成例の斜視図である。 バッテリモジュールのセル間の接続関係を模式的に図示した概念図である。 図９Ａは、セルの斜視図であり、図９Ｂは、折曲加工後のセルの斜視図である。 図１０Ａ及び図１０Ｂは、折曲加工後のセルの斜視図である。 図１１Ａ及び図１１Ｂは、折曲加工後のセルの斜視図である。 図１２Ａは、第１スペーサの分解斜視図であり、図１２Ｂは、第１スペーサの斜視図である。 図１３Ａは、第２スペーサの分解斜視図であり、図１３Ｂは、第２スペーサの斜視図である。 図１４Ａは、第３スペーサの分解斜視図であり、図１４Ｂは、第３スペーサの斜視図である。 第４スペーサの分解斜視図である。 図１６Ａ及び図１６Ｂは、第４スペーサの斜視図である。 複数のセルを積層する状態を図示した斜視図である。 隣接するセル間の電極の接続状態を図示した説明図である。 セル集合体の一端側にスペーサ及び出力ターミナルを取り付ける状態を図示した斜視図である。 セル集合体の他端側にスペーサ及び出力ターミナルを取り付ける状態を図示した斜視図である。 図２０での電極と出力ターミナルとの接続状態を図示した説明図である。 複数のスペーサをボルト及びナットで締結する状態を図示した斜視図である。 複数のスペーサが積層方向に締結された状態を図示した斜視図である。 セル集合体にＢＭＳ基板を取り付ける状態を図示した斜視図である。 セル集合体をケースに収納する状態を図示した斜視図である。 下側ケースに複数のバッテリモジュールを収納する状態を図示した斜視図である。 中間ケースに複数のバッテリモジュールを収納する状態を図示した斜視図である。 中間ケースに複数のバッテリモジュールを収納する状態を図示した斜視図である。 上側ケースに複数のバッテリモジュールを収納する状態を図示した斜視図である。

以下、本発明に係るバッテリモジュール及びその収納構造について好適な実施形態を例示し、添付の図面を参照しながら説明する。

［１．電動車両１４の概略構成］
図１は、本実施形態に係るバッテリモジュール１０及びその収納構造が適用される電動車両１４の左側面図である。以下の説明では、電動車両１４のシート１６に着座した運転者から見て前後、左右及び上下の方向を説明する。

電動車両１４は、鞍乗型の電動二輪車であって、車体フレーム１８を備える。車体フレーム１８の前端部には、ヘッドパイプ２０が設けられている。ヘッドパイプ２０は、ハンドル２２を操向可能に支持する。運転者は、ハンドル２２を操作することにより、フロントフォーク２４を介して前輪２６を操舵する。

バッテリ２８は、車体フレーム１８に支持されるバッテリケース３０に収納されている。後述するように、バッテリケース３０には、本実施形態に係るバッテリモジュール１０の収納構造が適用される。車体フレーム１８の後方には、シート１６が支持されている。車体フレーム１８の後部、且つ、シート１６の下方には、回転電機３１が車体フレーム１８に支持されている。また、車体フレーム１８の下方には、インバータ３２が支持されている。さらに、車体フレーム１８の後部には、スイングアーム３４がピボット軸３６を中心に上下に揺動可能に支持されている。スイングアーム３４の後端には後輪３８が支持されている。

回転電機３１は、バッテリ２８から供給される直流電力をインバータ３２が交流電力に変換した際に、変換後の交流電力によって駆動する駆動用電動機である。電動車両１４は、回転電機３１の出力を後輪３８に伝達させることで走行する。一方、回転電機３１の回生時には、回転電機３１で発電された交流電力がインバータ３２で直流電力に変換され、バッテリ２８に充電される。

なお、電動車両１４は、ウィンドスクリーン５２や、カウル等のカバー部材５４によって覆われている。

［２．バッテリ２８及びバッテリケース３０の構成］
図１〜図３に示すように、バッテリケース３０には、複数のバッテリモジュール１０が前後方向又は左右方向（水平方向）に配列され、且つ、上下方向に多段積みにされた状態で収納されている。これらのバッテリモジュール１０を電気的に直列に接続することでバッテリ２８が構成される。

バッテリモジュール１０は、図４〜図９Ｂに示すように、正負の２つの電極６０（正電極６０ｐ、負電極６０ｍ）を備える薄型の複数のセル６２を一方向（積層方向）に積層した状態で、複数のセル６２の各電極６０を接続したセル集合体６４を有する。セル６２は、ラミネート型のバッテリセルであって、薄型のセル本体６６から正負の電極６０が一方向に延びる形状を有する。このようなラミネート型のバッテリセルとしては、リチウムイオンバッテリのバッテリセルが好適である。また、正負の電極６０は、可撓性を有する導電性部材、例えば、折曲加工が可能なフレキシブルな金属電極（電極タブ）からなる。

なお、本実施形態では、セル６２を一方向に積層してバッテリモジュール１０を構成できるのであれば、どのような種類のバッテリセル（例えば、前述のリチウムイオンバッテリ又は鉛バッテリのセル）であってもよい。また、本実施形態では、図示の簡略化のため、１つのバッテリモジュール１０について、積層方向の両端のセル６２のみ図示し、中間の複数のセル６２の図示を省略する場合がある。

ここで、セル本体６６の厚み方向を積層方向として複数のセル６２を積層する場合、図８で概念的に示すように、積層方向に隣接する２つのセル６２の間で、正負の電極６０が互い違い（交互）となるように、複数のセル６２が積層方向に積層される。なお、以下の説明では、複数のセル６２の正負の電極６０のうち、正極性の電極６０を正電極６０ｐ、負極性の電極６０を負電極６０ｍと呼称する場合がある。また、以下の説明では、１つのセル６２に備わる２つの電極６０（正電極６０ｐ及び負電極６０ｍ）や、積層方向に隣接する２つのセル６２について、一方のセル６２の正電極６０ｐと他方のセル６２の負電極６０ｍとを「正負の電極６０」と呼称する場合がある。

セル集合体６４では、積層方向に隣接する２つのセル６２のうち、一方のセル６２の正電極６０ｐと他方のセル６２の負電極６０ｍとを、２つのスペーサ６８で積層方向に挟み込むことで、正電極６０ｐと負電極６０ｍとを接続させる。これにより、セル集合体６４では、複数のスペーサ６８によって複数のセル６２が直列接続される。複数のスペーサ６８は、積層方向に挿通するボルト及びナット（後述するボルト１２２及びナット１２４）を螺合させることで、積層方向に締結される。スペーサ６８の具体的構成は後述する。

複数のセル本体６６は、正負の電極６０が外部に露出するように、金属製のケース７０（収納体）に収納されている。また、セル集合体６４の積層方向の一端部に配置されているセル６２の正電極６０ｐには、正極性の出力ターミナル７２ｐが設けられている。また、セル集合体６４の積層方向の他端部に配置されているセル６２の負電極６０ｍには、負極性の出力ターミナル７２ｍが設けられている。なお、図４〜図７に示すように、各出力ターミナル７２ｍ、７２ｐは、種々の形状を採用することができる。各出力ターミナル７２ｍ、７２ｐについても後述する。

上述した一方のセル６２の正電極６０ｐと他方のセル６２の負電極６０ｍとの接続箇所と、セル集合体６４の積層方向の一端部のセル６２の正電極６０ｐ（正極性の出力ターミナル７２ｐ）と、セル集合体６４の積層方向の他端部のセル６２の負電極６０ｍ（負極性の出力ターミナル７２ｍ）とには、複数のセル６２の電圧を検出するためのセル電圧検出用基板７４（以下、ＢＭＳ基板７４ともいう。）が接続されている。ＢＭＳ基板７４は、バッテリモジュール１０を監視するバッテリ・マネジメント・システム（ＢＭＳ）の一部であり、複数のスペーサ６８を上方から覆うように、バッテリモジュール１０の上部に配設されている。なお、図４〜図７には、２つのＢＭＳ基板７４がバッテリモジュール１０に配設される場合を図示している。

このように構成される複数のバッテリモジュール１０がバッテリケース３０に収納される。バッテリケース３０は、図１〜図３に示すように、電動車両１４の形状に合わせて鞍形状、台形状又は凸形状に形成されたケースである。バッテリケース３０は、該バッテリケース３０の底部である下側ケース７８と、下側ケース７８の上方に配置される中間ケース８０と、中間ケース８０の上方に配置される上側ケース８２とから構成される。

下側ケース７８は、底板部７８ａから上方に立設する壁部７８ｂに上側フランジ７８ｃが設けられたケースである。下側ケース７８において、壁部７８ｂの内側には、複数のバッテリモジュール１０が左右方向に横倒しにされた状態（ＢＭＳ基板７４が左方向又は右方向に向いた状態）で前後方向に配列されている。

中間ケース８０は、矩形状の底板部８０ａから上方に枠体８０ｂが立設したケースである。中間ケース８０において、枠体８０ｂの内側には、複数のバッテリモジュール１０が上下方向に立てられた状態（ＢＭＳ基板７４が上方向に向いた状態）で水平方向に配列されている。

上側ケース８２は、矩形状の底板部８２ａから上方に枠体８２ｂが立設したケースである。上側ケース８２において、枠体８２ｂの内側には、複数のバッテリモジュール１０が上下方向に立てられた状態で水平方向に配列されている。

この場合、下段側の中間ケース８０に収納されるバッテリモジュール１０の個数が、上段側の上側ケース８２に収納されるバッテリモジュール１０の個数よりも多くなるように、複数のバッテリモジュール１０がバッテリケース３０内に配列される。

なお、図３に示すように、下側ケース７８、中間ケース８０及び上側ケース８２は、上下方向に挿通するボルト８４をネジ孔８６に螺合させることにより、上下方向に一体に構成される。

［３．バッテリ２８（バッテリモジュール１０）の収納方法］
＜３．１ セル６２の準備＞
次に、本実施形態に係るバッテリモジュール１０のバッテリケース３０への収納方法について、図９Ａ〜図２９を参照しながら説明する。なお、この説明では、必要に応じて、図１〜図８を参照しながら説明する。

先ず、バッテリモジュール１０を構成する複数のセル６２を用意する。図９Ａに示すように、正負の電極６０（正電極６０ｐ、負電極６０ｍ）は、セル本体６６から一方向に延びている。そこで、公知の折曲加工の手法を用いて、正負の電極６０に対して、折曲加工を行う。図９Ｂ〜図１１Ｂには、折曲加工後のセル６２が図示されている。

図９Ｂにおいて、正電極６０ｐ及び負電極６０ｍは、略Ｕ字状の形状に折曲加工されている。

図１０Ａにおいて、セル６２の正電極６０ｐ及び負電極６０ｍは、略Ｌ字状に折曲加工されている。この場合、正電極６０ｐ及び負電極６０ｍは、それぞれ、先端部分が折り返された状態で略Ｌ字状に折曲加工されている。

図１０Ｂでは、正電極６０ｐは、先端部分が折り返された状態で一方向に延びている。一方、負電極６０ｍは、先端部分が折り返された状態で略Ｌ字状に折曲加工されている。

図１１Ａにおいて、正電極６０ｐ及び負電極６０ｍは、それぞれ、先端部分が折り返された状態で略Ｌ字状に折曲加工されている。

図１１Ｂでは、正電極６０ｐは、先端部分が折り返された状態で略Ｌ字状に折曲加工されている。一方、負電極６０ｍは、先端部分が折り返された状態で一方向に延びている。

なお、正電極６０ｐ及び負電極６０ｍの形状は、図９Ｂ〜図１１Ｂの例に限定されることはなく、後述するスペーサ６８の構成に合わせて、適宜変更してもよいことは勿論である。

＜３．２ セル６２の積層＞
このように正電極６０ｐ及び負電極６０ｍが折曲加工された後、複数のセル６２を積層方向に積層する。この場合、セル本体６６の厚み方向を積層方向とし、積層方向に隣接する２つのセル６２について、正電極６０ｐ及び負電極６０ｍが互い違いとなるように、すなわち、一方のセル６２の正電極６０ｐと、他方のセル６２の負電極６０ｍとが向かい合うように、複数のセル６２を積層方向に積層する。これにより、図８の概念図のように、積層方向に見ると、複数のセル６２の正電極６０ｐ及び負電極６０ｍが交互に配置されることになる。

＜３．３ 正電極６０ｐ及び負電極６０ｍの挟み込み＞
次に、積層方向に隣接する２つのセル６２について、一方のセル６２の正電極６０ｐと、他方のセル６２の負電極６０ｍとを２つのスペーサ６８で挟み込んで接触（接続）させる。図８に示すように、一方のセル６２の正電極６０ｐと、他方のセル６２の負電極６０ｍとが向かい合っている状態で、一方のセル６２の正電極６０ｐの背後（負電極６０ｍから離間する方向）に一方のスペーサ６８を配置し、他方のセル６２の負電極６０ｍの背後（正電極６０ｐから離間する方向）に他方のスペーサ６８を配置する。これにより、一方のセル６２の正電極６０ｐと他方のセル６２の負電極６０ｍとが積層方向に互いに接近して挟み込まれ、接触圧が発生している状態で接続される。

ここで、正電極６０ｐと負電極６０ｍとの挟み込みに用いられるスペーサ６８の具体的構造について、図１２Ａ〜図１６Ｂを参照しながら説明する。本実施形態では、図１２Ａ〜図１６Ｂに示す４種類のスペーサ６８（第１〜第４スペーサ１００〜１０６）を採用可能である。

（３．３．１ 第１スペーサ１００）
図１２Ａ及び図１２Ｂに示す第１スペーサ１００は、積層方向に交差する方向を長手方向とし、且つ、第１スペーサ１００の中心に対して略点対称の形状を有する。すなわち、第１スペーサ１００は、図１２Ａ及び図１２Ｂに示す状態で、１８０°反転させても同じ形状を有する。第１スペーサ１００は、バッテリモジュール１０を構成する複数のセル６２のうち、積層方向の一端部のセル６２と他端部のセル６２との間に積層される複数のセル６２について、隣接する２つのセル６２間の正電極６０ｐと負電極６０ｍとの挟み込みに用いられる。

具体的に、第１スペーサ１００は、長手方向に延びる矩形状のスペーサ本体１００ａを有する。スペーサ本体１００ａの長手方向の両端部及び中央部には、積層方向に貫通するボルト孔１００ｂが形成されている。また、スペーサ本体１００ａにおいて、両端部のボルト孔１００ｂよりも中央寄りの箇所には、セル６２の正電極６０ｐ及び負電極６０ｍに対応する大きさの凹部１００ｃが形成されている。

この場合、スペーサ本体１００ａの積層方向に直交する一面には、一端部側のボルト孔１００ｂの近傍に一方の凹部１００ｃが形成されている。一方の凹部１００ｃには、熱伝導性の良好なグラファイト等からなるシート１００ｄが嵌め込まれている。凹部１００ｃに嵌め込まれたシート１００ｄの露出面は、電気絶縁性能と耐熱性能とを兼ね備えるテープ１００ｅで覆われている。なお、テープ１００ｅで覆われる部分は、正電極６０ｐ又は負電極６０ｍに向かい合う部分である。また、シート１００ｄは、接着剤を用いて、凹部１００ｃに接着することにより、該凹部１００ｃに嵌め込まれる。

また、スペーサ本体１００ａの積層方向の一面において、他端部側のボルト孔１００ｂの近傍には、肉抜きの凹部１００ｆが設けられている。さらに、スペーサ本体１００ａの積層方向の一面の中央部分には、積層方向に突出する２つのピン１００ｇと、２つのピン１００ｇに対応する大きさ及び深さの２つの穴部１００ｈとが設けられている。

スペーサ本体１００ａの積層方向に直交する他面にも、一面に対して点対称の箇所に、露出面がテープ１００ｅで覆われているシート１００ｄが嵌め込まれた他方の凹部１００ｃと、肉抜きの凹部１００ｆと、２つのピン１００ｇと、２つの穴部１００ｈとがそれぞれ設けられている。

（３．３．２ 第２スペーサ１０２）
図１３Ａ及び図１３Ｂに示す第２スペーサ１０２は、バッテリモジュール１０を構成する複数のセル６２のうち、積層方向の一端部のセル６２と該セル６２に積層される他のセル６２との間での正負の電極６０の挟み込み、又は、積層方向の他端部のセル６２と該セル６２に積層される他のセル６２との間での正負の電極６０の挟み込み等に用いられる。

図４〜図８に示すように、積層方向の一端部のセル６２の正電極６０ｐには、正極性の一方の出力ターミナル７２ｐが設けられ、積層方向の他端部のセル６２の負電極６０ｍには、負極性の他方の出力ターミナル７２ｍが設けられる。そのため、図１３Ａ及び図１３Ｂの第２スペーサ１０２は、図１２Ａ及び図１２Ｂの第１スペーサ１００とは異なり、出力ターミナル７２ｐを正電極６０ｐに接続するか、又は、出力ターミナル７２ｍを負電極６０ｍに接続するための構成も兼ね備えている。

具体的に、第２スペーサ１０２は、積層方向に交差する方向を長手方向とするスペーサ本体１０２ａを有する。スペーサ本体１０２ａの長手方向の両端部及び中央部には、積層方向に貫通するボルト孔１０２ｂが形成されている。また、スペーサ本体１０２ａの積層方向に直交する一面において、一端部側のボルト孔１０２ｂの近傍には、第１スペーサ１００の凹部１００ｃと同様の大きさの凹部１０２ｃが形成されている。凹部１０２ｃには、露出面がテープ１０２ｅで覆われたシート１０２ｄが嵌め込まれる。なお、シート１０２ｄ及びテープ１０２ｅは、それぞれ、シート１００ｄ及びテープ１００ｅと同じ材質及び形状を有する。

また、スペーサ本体１０２ａの他端部側は、積層方向の外側に膨出している。これにより、スペーサ本体１０２ａの他端部側のボルト孔１０２ｂの近傍には、他の凹部１０２ｆが設けられる。他の凹部１０２ｆの箇所には、貫通孔１０２ｉが積層方向に形成されている。

他の凹部１０２ｆには出力ターミナル７２ｍ、７２ｐが配設される。この場合、出力ターミナル７２ｍ、７２ｐは、他の凹部１０２ｆに嵌め込まれる板状部１１０と、板状部１１０から貫通孔１０２ｉを挿通して積層方向の外側に露出する端子部１１２とから構成される。

また、他の凹部１０２ｆに出力ターミナル７２ｍ、７２ｐが配置されている状態で、該凹部１０２ｆには、露出面がテープ１０２ｅで覆われたシート１０２ｄがさらに嵌め込まれる。このシート１０２ｄは、出力ターミナル７２ｍ、７２ｐの凹部１０２ｆへの保持と、セル６２の正電極６０ｐ又は負電極６０ｍの保持とを行うために該凹部１０２ｆに配設される。

なお、スペーサ本体１０２ａの積層方向の一面の中央部分には、積層方向に突出する２つのピン１０２ｇと、２つのピン１０２ｇに対応する大きさ及び深さの２つの穴部１０２ｈとが設けられている。

（３．３．３ 第３スペーサ１０４）
図１４Ａ及び図１４Ｂに示す第３スペーサ１０４は、図１３Ａ及び図１３Ｂの第２スペーサ１０２と同様に、バッテリモジュール１０を構成する複数のセル６２のうち、積層方向の一端部のセル６２と該セル６２に積層される他のセル６２との間での正負の電極６０の挟み込み、又は、積層方向の他端部のセル６２と該セル６２に積層される他のセル６２との間での正負の電極６０の挟み込み等に用いられる。また、第３スペーサ１０４は、出力ターミナル７２ｐを正電極６０ｐに接続し、又は、出力ターミナル７２ｍを負電極６０ｍに接続するための構成も兼ね備えている。

具体的に、第３スペーサ１０４は、積層方向に交差する方向を長手方向とするスペーサ本体１０４ａを有する。スペーサ本体１０４ａの長手方向の両端部及び中央部には、積層方向に貫通するボルト孔１０４ｂが形成されている。また、スペーサ本体１０４ａの積層方向に直交する一面において、両端部のボルト孔１０４ｂの近傍には、第１スペーサ１００の凹部１００ｃと同様の大きさの凹部１０４ｃがそれぞれ形成されている。２つの凹部１０４ｃのうち、一方の凹部１０４ｃには、露出面がテープ１０４ｅで覆われたシート１０４ｄが嵌め込まれる。なお、シート１０４ｄ及びテープ１０４ｅは、それぞれ、シート１００ｄ及びテープ１００ｅと同じ材質及び形状を有する。

スペーサ本体１０４ａの積層方向の一面の中央部分には、積層方向に突出する２つのピン１０４ｇと、２つのピン１０４ｇに対応する大きさ及び深さの２つの穴部１０４ｈとが設けられている。一方、スペーサ本体１０４ａの積層方向に直交する他面には、出力ターミナル７２ｍ、７２ｐ（図４〜図８参照）を配設するための他の凹部１０４ｆが設けられている。

（３．３．４ 第４スペーサ１０６）
図１５〜図１６Ｂに示す第４スペーサ１０６は、図１２Ａ及び図１２Ｂの第１スペーサ１００と同様に、積層方向の一端部のセル６２と他端部のセル６２との間で積層される複数のセル６２について、隣接する２つのセル６２間の正負の電極６０の挟み込みに用いられる。

具体的に、第４スペーサ１０６は、積層方向に交差する方向を長手方向とするスペーサ本体１０６ａを有する。スペーサ本体１０６ａの長手方向の両端部及び中央部には、積層方向に貫通するボルト孔１０６ｂが形成されている。また、スペーサ本体１０６ａの積層方向の一面において、両端部のボルト孔１０６ｂ側の箇所には、セル６２の正電極６０ｐ又は負電極６０ｍに対応する大きさの凹部１０６ｃがそれぞれ形成されている。さらに、一面の中央部分には、積層方向に突出する２つのピン１０６ｇと、２つのピン１０６ｇに対応する大きさ及び深さの２つの穴部１０６ｈとが設けられている。

スペーサ本体１０６ａの積層方向に直交する他面において、一端部のボルト孔１０６ｂ側の箇所には、セル６２の正電極６０ｐ又は負電極６０ｍに対応する大きさの凹部１０６ｃが形成されている。また、他面の中央部分には、一面の中央部分に対して点対称の位置に、積層方向に突出する２つのピン１０６ｇと、２つのピン１０６ｇに対応する大きさ及び深さの２つの穴部１０６ｈとが形成されている。

そして、第４スペーサ１０６において、各凹部１０６ｃには、シート１０６ｄがそれぞれ嵌め込まれている。各シート１０６ｄの露出面は、テープ１０６ｅで覆われている。なお、スペーサ本体１０６ａにおいて、一端部のボルト孔１０６ｂ側の箇所には、２つのシート１０６ｄが２つの凹部１０６ｃにそれぞれ配置されている。そのため、２つのシート１０６ｄは、露出面が１枚のテープ１０６ｅで覆われている。シート１０６ｄは、シート１００ｄと同じ材質及び形状を有する。また、テープ１０６ｅは、テープ１００ｅと同じ材質を有する。

（３．３．５ 電極６０の挟み込みの具体例）
スペーサ６８を用いた正負の電極６０の挟み込みは、図８の概念図に示した通りであるが、実際には、以下に説明するように、第１〜第４スペーサ１００〜１０６を用いて、積層方向に積層された複数のセル６２の正電極６０ｐ及び負電極６０ｍを挟み込む。

先ず、図１０Ｂ及び図１１Ｂの各セル６２を用いて、図１７に示すように、隣接する一方のセル６２の正電極６０ｐと、他方のセル６２の負電極６０ｍとが互い違いとなるように、複数のセル６２を積層方向に積層する。これにより、図１８のように、２つのセル６２の正電極６０ｐと負電極６０ｍとが積層方向に接触する（重なり合う）。

次に、一方の第１スペーサ１００のシート１００ｄによって、一方のセル６２の正電極６０ｐを他方のセル６２の負電極６０ｍ側に押し付けると共に、他方の第１スペーサ１００のシート１００ｄによって、他方のセル６２の負電極６０ｍを一方のセル６２の正電極６０ｐ側に押し付ける。これにより、一方のセル６２の正電極６０ｐと他方のセル６２の負電極６０ｍとが任意の接触圧で積層方向に挟み込まれる。なお、テープ１００ｅの厚みの変更等によって、接触圧を調整することが可能である。

この場合、一方の第１スペーサ１００の２つのピン１００ｇが、他方の第１スペーサ１００の２つの穴部１００ｈに嵌合すると共に、一方の第１スペーサ１００の２つの穴部１００ｈに、他方の第１スペーサ１００の２つのピン１００ｇが嵌合する。これにより、一方の第１スペーサ１００の一面と、他方の第１スペーサ１００の他面とが面接触する。この結果、正電極６０ｐ及び負電極６０ｍの狭持状態を保持することができる。また、電気的な接続状態を確保して、接触抵抗値を低減させることができる。

なお、正電極６０ｐ及び負電極６０ｍは、折曲加工によって所望の形状に折り曲げられている。そのため、例えば、一方の電極６０に他方の電極６０を被せた状態（重ね合わせた状態）で、一方のセル６２の正電極６０ｐと他方のセル６２の負電極６０ｍとを積層方向に挟み込むことが望ましい。

このように隣接する２つのセル６２間で正負の電極６０が挟み込まれることで、複数のセル６２は、電気的に直列に接続され、セル集合体６４が構成される。

次に、図１９及び図２０に示すように、セル集合体６４の積層方向の一端部に配置されたセル６２と、積層方向の他端部に配置されたセル６２とに、第２スペーサ１０２又は第３スペーサ１０４を配置することで、一端部のセル６２の正電極６０ｐに出力ターミナル７２ｐを接続すると共に、他端部のセル６２の負電極６０ｍに出力ターミナル７２ｍを接続する。

先ず、図１９に示すように、積層方向の一端部のセル６２に第２スペーサ１０２を配置し、出力ターミナル７２ｐと一端部のセル６２の正電極６０ｐとを接続させる。この場合、正電極６０ｐに挿通孔１１６を予め形成すればよい。これにより、正電極６０ｐをＵ字状に予め折り曲げ、出力ターミナル７２ｐの端子部１１２を挿通孔１１６に挿通させると、出力ターミナル７２ｐと正電極６０ｐとが接続される。なお、一端部のセル６２の負電極６０ｍは、第１スペーサ１００のシート１００ｄと第２スペーサ１０２のシート１０２ｄとによって、積層方向に隣接する他のセル６２の正電極６０ｐと共に挟み込まれる。

また、図２０に示すように、積層方向の他端部のセル６２に第３スペーサ１０４を配置し、出力ターミナル７２ｍと、他端部のセル６２の負電極６０ｍとを接続させる。この場合、図２０及び図２１に示すように、他端部のセル６２の負電極６０ｍと出力ターミナル７２ｍとを重ね合わせた状態で、第３スペーサ１０４のシート１０４ｄと第１スペーサ１００のシート１００ｄとで、負電極６０ｍと出力ターミナル７２ｍとを積層方向に挟み込む。

図１９〜図２１の場合でも、第２スペーサ１０２又は第３スペーサ１０４の２つのピン１０２ｇ、１０４ｇが第１スペーサ１００の２つの穴部１００ｈに嵌合すると共に、第２スペーサ１０２又は第３スペーサ１０４の２つの穴部１０２ｈ、１０４ｈに第１スペーサ１００の２つのピン１００ｇが嵌合する。これにより、第２スペーサ１０２又は第３スペーサ１０４の第１スペーサ１００に対向する面と、第１スペーサ１００の第２スペーサ１０２又は第３スペーサ１０４に対向する面とが、面接触する。この結果、出力ターミナル７２ｐと正電極６０ｐとの狭持状態、及び、出力ターミナル７２ｍと負電極６０ｍとの狭持状態を、確実に保持することができる。この場合でも、出力ターミナル７２ｍ及び負電極６０ｍのうち、一方を他方に被せた状態（重ね合わせた状態）で積層方向に挟み込むことが望ましい。

上記の説明において、第１スペーサ１００に代替して第４スペーサ１０６を用いてもよいし、又は、第１スペーサ１００と第４スペーサ１０６とを併用してもよい。いずれの場合でも、積層方向に積層された複数のセル６２の正負の電極６０を狭持することができる。

＜３．４ ボルト１２２及びナット１２４によるスペーサ６８の仮止め＞
このようにして複数のセル６２の正負の電極６０が複数のスペーサ６８（第１〜第４スペーサ１００〜１０６）によって積層方向に狭持された状態で、図２２に示すように、各スペーサ６８のボルト孔１００ｂ〜１０６ｂにボルト１２２を挿通させ、ナット１２４に螺合させる。これにより、図２３に示すように、各スペーサ６８は、積層方向に仮止めされる。

＜３．５ ＢＭＳ基板７４の取り付け＞
次に、図２４に示すように、正負の電極６０が狭持されている箇所（正電極６０ｐと負電極６０ｍとの接続箇所）と、積層方向の一端部のセル６２の正電極６０ｐ（出力ターミナル７２ｐ）と、積層方向の他端部のセル６２の負電極６０ｍ（出力ターミナル７２ｍ）とに対して、ＢＭＳ基板７４を接続する。ＢＭＳ基板７４は、一枚の基板７４ａの底面に板状の複数の接続電極７４ｂが設けられた構成を有する。

この場合、複数の接続電極７４ｂを各スペーサ６８に向けた状態で、ＢＭＳ基板７４で各スペーサ６８を覆う。これにより、各接続電極７４ｂと、正電極６０ｐと負電極６０ｍとの接続箇所、一端部のセル６２の正電極６０ｐ、及び、他端部のセル６２の負電極６０ｍとが接続される。この状態で、仮止めされているボルト１２２とナット１２４とをさらに螺合させ、各スペーサ６８を積層方向に締め付ける。これにより、正負の電極６０（正電極６０ｐ、負電極６０ｍ）と接続電極７４ｂとは、強固に狭持される。

＜３．６ セル集合体６４のケース７０への配置＞
次に、図２５に示すように、セル集合体６４をケース７０に入れ、各スペーサ６８、各出力ターミナル７２ｍ、７２ｐ及びＢＭＳ基板７４を外部に露出させる。ケース７０は、二方向に開口しているため、電気絶縁性能と耐熱性能とを備えたテープ１２６でセル集合体６４をケース７０に固定する。これにより、図４〜図７に示すバッテリモジュール１０が完成する。

なお、図１７〜図２５では、一例として、図４のバッテリモジュール１０を製造する場合について説明したが、図５〜図７のバッテリモジュール１０についても、出力ターミナル７２ｍ、７２ｐや、該出力ターミナル７２ｍ、７２ｐを狭持するスペーサ６８を変更することで、上記の製造手順に従って製造することができる。

＜３．７ バッテリモジュール１０のバッテリケース３０への積み込み＞
以上のように製造されたバッテリモジュール１０は、図２６〜図２９に示すように、図２６の下側ケース７８と、図２７及び図２８の中間ケース８０と、図２９の上側ケース８２とにそれぞれ積み込まれる。

図２６の下側ケース７８の場合、バッテリモジュール１０のＢＭＳ基板７４を水平方向に向けた状態（横倒しにした状態）で、下側ケース７８の壁部７８ｂの内側において、下側ケース７８の長手方向（図１〜図３の前後方向）に配置する。この場合、隣接する２つのバッテリモジュール１０の間で、出力ターミナル７２ｍ、７２ｐに形成された貫通孔１３０にボルト１３２を挿通させ、ナット１３４と螺合させることにより、複数のバッテリモジュール１０を電気的に直列に接続することができる。

図２７及び図２８の中間ケース８０の場合、バッテリモジュール１０のＢＭＳ基板７４を上方向に向けた状態（立てた状態）で、中間ケース８０の枠体８０ｂの内側において、中間ケース８０の水平方向（図１〜図３の前後方向及び左右方向）に配置する。この場合、隣接する２つのバッテリモジュール１０の間で、正負の出力ターミナル７２ｍ、７２ｐの貫通孔１３０にボルト１３２を挿通させ、ナット１３４と螺合させることにより、複数のバッテリモジュール１０を電気的に直列に接続することができる。また、複数のバッテリモジュール１０が配列された状態で、前方の枠体８０ｂと後方の枠体８０ｂとを、複数のボルト８４を用いて、複数のフレーム１３６で連結することにより、複数のバッテリモジュール１０を中間ケース８０に保持することができる。

図２９の上側ケース８２の場合、バッテリモジュール１０のＢＭＳ基板７４を上方向に向けた状態（立てた状態）で、上側ケース８２の枠体８２ｂの内側において、上側ケース８２の水平方向（図１〜図３の前後方向及び左右方向）に配置する。この場合、隣接する２つのバッテリモジュール１０の間で、正負の出力ターミナル７２ｍ、７２ｐの貫通孔１３０にボルト１３２を挿通させ、ナット１３４と螺合させることにより、複数のバッテリモジュール１０を電気的に直列に接続することができる。

このように複数のバッテリモジュール１０が配列された下側ケース７８、中間ケース８０及び上側ケース８２を、図３に示すように、ボルト８４を用いて、上下方向に固定する。この結果、図２に示すように、複数のバッテリモジュール１０から構成されるバッテリ２８がバッテリケース３０に収納されることになる。このようなバッテリケース３０が電動車両１４に積み込まれる。

なお、図２６〜図２９に示すバッテリモジュール１０の配列や積み込み方法は一例であり、本実施形態では、下側ケース７８、中間ケース８０及び上側ケース８２に対して、他の配列や積み込み方法を採用してもよいことは勿論である。

［４．本実施形態の効果］
以上のように、本実施形態に係るバッテリモジュール１０は、正負の電極６０（正電極６０ｐ、負電極６０ｍ）を備える複数のセル６２を積層し、複数のセル６２の各電極６０を接続して構成されるセル集合体６４を有する。この場合、積層方向に隣接する２つのセル６２の間で、正負の電極６０が互い違いとなるように、複数のセル６２が積層方向に積層される。また、セル集合体６４は、複数のスペーサ６８（第１〜第４スペーサ１００〜１０６）を備える。この場合、隣接する２つのセル６２のうち、一方のセル６２の正電極６０ｐと、他方のセル６２の負電極６０ｍとを複数のスペーサ６８で挟み込んで接続することで、複数のセル６２を直列接続させる。

このように、積層方向に隣接する２つのセル６２の正負の電極６０を複数のスペーサ６８で挟み込んで接続するという単純な接続構造であるため、セル６２の交換やメンテナンスを容易に行うことができると共に、交換にかかる工数や費用を削減することができる。

この場合、複数のスペーサ６８の積層方向に交差する長手方向の両端部には、ボルト１２２が挿通するボルト孔１００ｂ〜１０６ｂが積層方向に形成されている。これにより、ボルト孔１００ｂ〜１０６ｂを挿通するボルト１２２とナット１２４とが螺合することで、正負の電極６０の狭持状態を確実に保持することができる。また、ボルト１２２とナット１２４との締結状態を解除すれば、正負の電極６０は、狭持状態から解放されるので、セル６２の交換（脱着）が容易となる。この結果、交換対象のセル６２のみ交換することも可能となる。

また、セル集合体６４の積層方向の一端部には、一端部に配置されたセル６２の正電極６０ｐに接続される一方（正極性）の出力ターミナル７２ｐが設けられている。また、セル集合体６４の積層方向の他端部には、他端部に配置されたセル６２の負電極６０ｍに接続される他方（負極性）の出力ターミナル７２ｍが設けられている。これにより、複数のバッテリモジュール１０の出力ターミナル７２ｍ、７２ｐを電気的に直列に接続して、バッテリ２８を容易に構成することができる。

さらに、複数のセル６２の各電極６０は、可撓性を有する導電性部材からなることが望ましい。これにより、隣接する２つのセル６２の正電極６０ｐと負電極６０ｍとを容易に重ね合わせた状態で狭持することができる。また、正電極６０ｐと負電極６０ｍとの接触面積を増やして圧接しやすくすることができる。この結果、正電極６０ｐと負電極６０ｍとの接触抵抗値を低減することも可能となる。

この場合、複数のスペーサ６８は、一方のセル６２の正電極６０ｐと他方のセル６２の負電極６０ｍとが折り曲げられた状態、又は、重なり合った状態で、正電極６０ｐと負電極６０ｍとを挟み込んで接続すればよい。これにより、スポット溶接等の溶接、加締め、接着が不要となるので、バッテリモジュール１０を容易に組み立てることが可能となる。特に、一方の電極６０の先端部分を折り返して、他方の電極６０を囲むように折曲加工を行えば、上記の効果が容易に得られる。

また、バッテリモジュール１０は、一方のセル６２の正電極６０ｐと他方のセル６２の負電極６０ｍとの接続箇所と、セル集合体６４の積層方向の一端部に配置されたセル６２の正電極６０ｐと、セル集合体６４の積層方向の他端部に配置されたセル６２の負電極６０ｍとに接続され、複数のセル６２の電圧を検出するためのＢＭＳ基板７４（セル電圧検出用基板）をさらに有し、ＢＭＳ基板７４は、複数のスペーサ６８の上部に複数配置されてもよい。これにより、各セル６２の電圧を容易に検出することができるので、各セル６２のメンテナンスが容易になる。

また、バッテリモジュール１０は、セル集合体６４を収納するケース７０（収納体）をさらに有してもよい。これにより、バッテリモジュール１０の持ち運び等の取り扱いが容易になる。

この場合、複数のバッテリモジュール１０が水平方向に配列され、且つ、上下方向に多段積みにされた状態でバッテリケース３０に収納されていればよい。これにより、電動車両１４の車体フレーム１８の形状に適合したデザイン性に優れたバッテリモジュール１０の収納構造を実現することができる。

また、バッテリケース３０に収納されるバッテリモジュール１０の個数は、バッテリケース３０の下段側に収納されるバッテリモジュール１０の個数が、バッテリケース３０の上段側に収納されるバッテリモジュール１０の個数よりも多ければよい。これにより、二輪車等の電動車両１４の低重心化を図りつつ、電動車両１４におけるバッテリ２８の収納場所の形状に適合した収納構造とすることができる。

さらに、複数のセル６２が一方向に延びる正電極６０ｐ及び負電極６０ｍをそれぞれ備えることで、複数のセル６２を積層した際に、隣接する２つのセル６２間で正負の電極６０を狭持しやすくなる。

この場合、複数のセル６２は、ラミネート型のバッテリセルであることが望ましい。これにより、薄型のリチウムイオンバッテリ又は鉛バッテリのセル６２を用いてバッテリモジュール１０を容易に構成することができる。

また、本実施形態に係るバッテリモジュール１０の収納構造では、バッテリモジュール１０は、正負の電極６０を備える複数のセル６２を積層し、複数のセル６２の各電極６０を接続して構成されるセル集合体６４を有する。この場合、複数のバッテリモジュール１０が水平方向に配列され、且つ、上下方向に多段積みにされた状態でバッテリケース３０に収納される。

これにより、上述した水平方向の配列、及び、上下方向への多段積みによる効果が容易に得られる。

この場合でも、バッテリケース３０の下段側に収納されるバッテリモジュール１０の個数を、バッテリケース３０の上段側に収納されるバッテリモジュール１０の個数よりも多くすれば、上述した上段側と下段側との間での配置個数の違いによる効果が容易に得られる。

さらに、バッテリケース３０が鞍形状、台形状又は凸形状のケースであれば、電動二輪車の車体フレーム１８の形状に合わせた最適な構造のバッテリケース３０を実現することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることは勿論である。

１０…バッテリモジュール ２８…バッテリ
３０…バッテリケース ６０…電極
６０ｍ…負電極 ６０ｐ…正電極
６２…セル ６４…セル集合体
６８…スペーサ １００…第１スペーサ
１０２…第２スペーサ １０４…第３スペーサ
１０６…第４スペーサ

本発明は、正負の電極を備える複数のセルを積層し、複数のセルの各電極を接続して構成されるセル集合体を有するバッテリモジュールに関する。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、セルの交換やメンテナンスを容易に行うことができると共に、交換にかかる工数や費用を削減することができるバッテリモジュールを提供することを目的とする。

本発明の態様は、正負の電極を備える複数のセルを積層し、複数の前記セルの各電極を接続して構成されるセル集合体を有するバッテリモジュールであって、積層方向に隣接する２つの前記セルの間で、正負の前記電極が互い違いとなるように、複数の前記セルが前記積層方向に積層され、前記セル集合体は、複数のスペーサを備え、隣接する２つの前記セルのうち、一方のセルの正電極と、他方のセルの負電極とを複数の前記スペーサで挟み込んで接続することで、複数の前記セルを直列接続させる。

本発明の態様によれば、隣接する２つのセルの正負の電極を複数のスペーサで挟み込んで接続するという単純な接続構造であるため、セルの交換やメンテナンスを容易に行うことができると共に、交換にかかる工数や費用を削減することができる。

以下、本発明に係るバッテリモジュールについて好適な実施形態を例示し、添付の図面を参照しながら説明する。

Claims (14)

1. 正負の電極を備える複数のセルを積層し、複数の前記セルの各電極を接続して構成されるセル集合体を有するバッテリモジュールであって、
   積層方向に隣接する２つの前記セルの間で、正負の前記電極が互い違いとなるように、複数の前記セルが前記積層方向に積層され、
   前記セル集合体は、複数のスペーサを備え、
   隣接する２つの前記セルのうち、一方のセルの正電極と、他方のセルの負電極とを複数の前記スペーサで挟み込んで接続することで、複数の前記セルを直列接続させる、バッテリモジュール。
2. 請求項１記載のバッテリモジュールにおいて、
   複数の前記スペーサの前記積層方向に交差する長手方向の両端部には、ボルトが挿通するボルト孔が前記積層方向に形成されている、バッテリモジュール。
3. 請求項１又は２記載のバッテリモジュールにおいて、
   前記セル集合体の前記積層方向の一端部には、前記一端部に配置されたセルの正電極に接続される一方の出力ターミナルが設けられ、
   前記セル集合体の前記積層方向の他端部には、前記他端部に配置されたセルの負電極に接続される他方の出力ターミナルが設けられている、バッテリモジュール。
4. 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において、
   複数の前記セルの各電極は、可撓性を有する導電性部材からなる、バッテリモジュール。
5. 請求項４記載のバッテリモジュールにおいて、
   複数の前記スペーサは、前記一方のセルの正電極と前記他方のセルの負電極とが折り曲げられた状態、又は、重なり合った状態で、前記正電極と前記負電極とを挟み込んで接続する、バッテリモジュール。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のバッテリモジュールにおいて、
   前記一方のセルの正電極と前記他方のセルの負電極との接続箇所と、前記セル集合体の前記積層方向の一端部に配置されたセルの正電極と、前記セル集合体の前記積層方向の他端部に配置されたセルの負電極とに接続され、複数の前記セルの電圧を検出するためのセル電圧検出用基板をさらに有し、
   前記セル電圧検出用基板は、複数の前記スペーサの上部に複数配置される、バッテリモジュール。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のバッテリモジュールにおいて、
   前記セル集合体を収納する収納体をさらに有する、バッテリモジュール。
8. 請求項７記載のバッテリモジュールにおいて、
   複数の前記バッテリモジュールが水平方向に配列され、且つ、上下方向に多段積みにされた状態でバッテリケースに収納される、バッテリモジュール。
9. 請求項８記載のバッテリモジュールにおいて、
   前記バッテリケースに収納される前記バッテリモジュールの個数は、前記バッテリケースの下段側に収納されるバッテリモジュールの個数が、前記バッテリケースの上段側に収納されるバッテリモジュールの個数よりも多い、バッテリモジュール。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のバッテリモジュールにおいて、
    複数の前記セルは、一方向に延びる正電極及び負電極をそれぞれ備える、バッテリモジュール。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のバッテリモジュールにおいて、
    複数の前記セルは、ラミネート型のバッテリセルである、バッテリモジュール。
12. バッテリモジュールの収納構造であって、
    前記バッテリモジュールは、正負の電極を備える複数のセルを積層し、複数の前記セルの各電極を接続して構成されるセル集合体を有し、
    複数の前記バッテリモジュールが水平方向に配列され、且つ、上下方向に多段積みにされた状態でバッテリケースに収納される、バッテリモジュールの収納構造。
13. 請求項１２記載のバッテリモジュールの収納構造において、
    前記バッテリケースに収納される前記バッテリモジュールの個数は、前記バッテリケースの下段側に収納されるバッテリモジュールの個数が、前記バッテリケースの上段側に収納されるバッテリモジュールの個数よりも多い、バッテリモジュールの収納構造。
14. 請求項１２又は１３記載のバッテリモジュールの収納構造において、
    前記バッテリケースは、鞍形状、台形状又は凸形状のケースである、バッテリモジュールの収納構造。

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