JP4062932B2

JP4062932B2 - Battery module

Info

Publication number: JP4062932B2
Application number: JP2002041174A
Authority: JP
Inventors: 健介後藤; 恒美相羽; 利明小貫; 幸太郎池田
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2022-02-19
Also published as: JP2003243049A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池モジュールに係り、特に、車両等に搭載される電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気自動車用の電池には、リチウム酸化物等を主要構成材料とした高性能電池が用いられているが、この種の電池は、充放電時（使用時）に個々の電池電圧を常に検出する必要があり組立・接続（配線）作業が煩雑であると共に、充放電時の発熱量が比較的大きく、電池性能の温度依存性もあるため、電池の冷却性能を高める必要がある。
【０００３】
電池の冷却性能を高めるために、例えば特開平７−４７８９２号公報には、単電池を円柱状に形成し、この単電池を熱伝導率の高い材料からなる２枚のプレートで上下方向から挟み込み、該プレートを介して車体に固定することによって上下プレート間に通気経路を形成した電気自動車用電池の技術が開示されている。この技術によれば、単電池の中空部とプレート間の通気経路に冷却空気が流通し得るので、単電池の冷却を行うことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報の技術では、上下２枚のプレート間に通気経路を形成しているので、通気経路が狭く熱がこもり易く、また、前後に単電池を配設した場合にはそれぞれの単電池に冷却ムラを生じてしまう。また、単電池が上下２枚のプレート間で軸方向にずれ易く、これを防止するのに緩衝材（防振材）を介して挟んでいるので、通気経路が更に狭くなり、冷却性が悪化してしまう。更に、緩衝材を挟み込み固定しているので、作業性を向上させにくかった。
【０００５】
また、多数個の電池を直列に接続して電池モジュールを作製する場合に、例えば、電気自動車用の電池モジュールでは高電圧となるので、作業の安全性を確保する必要があると共に、組立・接続作業の作業性（組立性）を向上させる必要がある。更に、電池モジュールの作製過程での安全性のみならず、電池モジュールが水に浸かった場合のように充放電時の安全性にも考慮した構造が必要である。
【０００６】
本発明は上記事案に鑑み、冷却性に優れると共に、安全性及び組立性を向上させた電池モジュールを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、冷却空気の吸気口及び排気口を有する外装ケース内に、前記吸気口側に配置され複数個の単電池を収容する第１電池室と、前記排気口側に配置され複数個の単電池を収容する第２電池室と、前記第１及び第２電池室内に前記冷却空気を流通させるブロアを収容するブロア室と、制御ユニットを収容する制御室とを有し、該制御室は前記第１及び第２電池室と仕切りあるいは隔壁により分離し隔離されており、前記第１電池室と前記第２電池室とを結ぶ通気経路の間に前記ブロア室を配置したことを特徴とする。
【０００８】
本発明では、外装ケース内、かつ、吸気口側に配置された第１電池室と排気口側に配置された第２電池室との間に、第１及び第２電池室内に冷却空気を流通させるブロアを収容するブロア室を配置したので、第１及び第２電池室内に収容された単電池はブロアに近接して配置され冷却空気で効率よく冷却されるため、単電池の冷却性を高めることができると共に、第１、第２電池室と制御室とが仕切りあるいは隔壁により分離されているため、制御室を蓋等の覆いで隔離することで、制御室への異物の侵入を防ぐことができるので、制御室内の電子部品や回路での短絡を回避でき安全性を向上させることができる。
【０００９】
本発明において、第１及び第２電池室に夫々同数の単電池を収容し、ブロア室を吸気口からの通気経路と排気口への通気経路との中間位置に配置すれば、吸気口側及び排気口側の通風経路の中間点にブロアが位置しブロアから吸気口側及び排気口側の距離が等しくなり、かつ、第１及び第２電池室には夫々同数の単電池が収容されているので、両通気経路での圧力損失が同等となり、ブロアヘの負荷を低減させることができる。
【００１０】
また、制御室を、吸気口側及び排気口側の夫々に単電池を監視乃至制御するためのセルコントローラを収容するセルコントローラ室と、これらのセルコントローラ室の間に電池モジュールを作動乃至制御するためのモジュールコントローラユニットを収容するモジュールコントローラ室とを配設して構成すれば、作動時に発熱を生ずるセルコントローラを収容するセルコントローラ室が冷却空気の吸気口側と排気口側の２個所に分散されるので、一個所にまとめて配置する場合に比べ蓄熱を低減させることができると共に、セルコントローラ室は冷却空気の吸気口側及び排出口側に配設されるので、冷却空気による冷却効果も期待できるため動作が安定化する。なお、セルコントローラは、単電池の電圧を監視するだけのものでもよく、単電池の電圧監視機能に加え、例えば、１の単電池が予め定められた上限電圧を越える場合に、当該１の単電池のみを使用しないように制御するものであってもよい。また、モジュールコントローラユニットは、電池モジュールを作動（充放電）させるものであればよく、例えば、電流量を測定して所定量以上の電流が流れるとき（例えば、外部短絡時）に、電力の供給を停止させる制御を行ったり、このような制御機能に加え、上位機器との通信を行うものであってもよい。更に、上述したような単電池の制御は、モジュールコントローラユニットやモジュールコントローラユニットを制御する上位機器で行うようにしてもよい。
【００１１】
このとき、モジュールコントローラユニットが少なくともＣＰＵ及びリレーを有して構成されており、モジュールコントローラ室を電磁シールド性の仕切り板で覆うようにすれば、電磁シールド性の仕切り板で覆われたモジュールコントローラ室内のモジュールコントローラユニットを構成するＣＰＵ及びリレー、特に、第１、第２電池室からの電磁波や第１、第２電池室に接続された出力線からの電磁波による影響を受けやすいＣＰＵの誤作動を防止することができると共に、モジュールコントローラ室は仕切り板で覆われモジュールコントローラ室への異物の侵入を防ぐことができるので、モジュールコントローラユニットでの短絡を回避でき安全性を向上させることができる。この仕切り板に、第１及び第２電池室側にモジュールコントローラ室と第１及び第２電池室との間に離間スペースを形成する一段低い延出面を形成すれば、この一段低い延出面でモジュールコントローラ室と第１及び第２電池室との間に形成された離間スペースによって、冷却空気の通気経路及び各種出力線類の配線空間が確保され、更に、仕切り板に配線用の切り欠きを形成することで、出力線接続箇所を設けること無くモジュールコントローラ室から出力線類を直接引き出すことができるので、部品数を抑えることができると共に、モジュールコントローラユニットを外装ケース外で予め組み付けしてユニット化しておく場合でも、最終的に出力を取り出す出力端子をユニットの段階で接続することができるため作業効率を向上させることができる。
【００１２】
更に、第１及び第２電池室に、複数の単電池を直列かつ直線的に接続した組電池を複数個並置した組電池ユニットを収容し、該組電池ユニットが、各組電池を電気的に接続する導電性ブスバを配したサイドカバーを両側面に有すれば、複数の単電池を直列かつ直線的に接続した組電池を複数個並置して組電池ユニットとし、各組電池を電気的に接続する導電性ブスバをサイドカバーに予め配設しておき、後工程で一括して接続することによって、各組電池を配設して組電池ユニットを作製する作業に電気的接続が含まれず、組電池ユニットを安全に組み立てて、第１及び第２電池室に収容することができる。このとき、サイドカバーに、単電池の電圧を検出する電圧検出線を予め導電性ブスバに接続して配設しておけば、煩雑な配線作業を前段階で済ませることができるので、作業効率が向上し電圧検出線接続時の危険性を減少させることができると共に、導電性ブスバと単電池の端子との溶接箇所に開口を両側面で共用可能に形成すれば、サイドカバーには導電性ブスバと単電池との溶接箇所が開口しているので、サイドカバーを組電池ユニットに接続した後に溶接することで組立ての最終段階になるまで電気的接続がなされず安全性を向上させることができ、開口は両側面で共用可能に形成されているので、サイドカバーの開口を組電池ユニットの左右で使用可能な位置にすることによって、同一部品の使用が可能となり部品種を減らすことができる。また、サイドカバーをサイドカバーの形状に沿った電気絶縁性の樹脂製板で両側面側から覆うことで、組電池ユニットは電気的接続箇所が電気絶縁体で完全に被覆された状態となり組立作業の安全性が向上する。更に、第１及び第２電池室に、組電池ユニットの長手方向に沿って組電池ユニットの位置決め用のレール状突起を形成すれば、組電池ユニットはレール状突起に配設されるため、組立て時における位置決めが容易となる。
【００１３】
また、外装ケースは上蓋で密閉されており、外部露出された出力端子の基部位置が上蓋の上面より上方に位置するようにすれば、電池モジュールが水に接触したときに、出力端子が水に浸るまでの距離があるため、上蓋の上面に露出させている状態よりも使用時の安全性が向上する。この場合に、上蓋は上面より上方に台座を有し、該台座に出力端子の基部を固定すれば、出力端子を一個所に集中させることができ、外部へ出力を取り出す場合の接続操作の効率を向上させることができる。
【００１４】
そして、外装ケースは上蓋と下蓋とを嵌合したものであり、前記嵌合箇所が外装ケースの上面近傍に形成されており、上蓋及び下蓋が、外装ケースの上面側からのねじ止めと該上面側ねじ間の中点における側面側からのねじ止めで締結固定されていれば、上蓋と下蓋との嵌合箇所を外装ケースの上面近傍の高い位置に位置させることで、電池モジュールが水に浸ったときにその延面距離があるので、電池モジュール内部へ水が浸入する危険性を軽減することができると共に、上蓋及び下蓋は、外装ケースの上面側からのねじ止めと側面側からのねじ止めで締結固定され、一方向からだけの固定ではないため、嵌合箇所に緩みが発生しにくくなる。この場合に、側面側からのねじ止め位置を上側面からのねじ止め位置間の中点とすることで、嵌合箇所に緩みが発生しなくなり、嵌合箇所にシール材を配することで、外装ケースの密閉性を保持することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を電気自動車搭載用の電池モジュールに適用した実施の形態について説明する。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態の電池モジュール１は、電気絶縁性で箱状の樹脂製下蓋２２と、上面の長手方向一側に円筒状の吸気口５７及び排気口５８を離間して一体形成した電気絶縁性で板状の樹脂製上蓋２３とで構成され、電池モジュール１の筐体となる外装ケースを備えている。吸気口５７には、電池モジュール１の外部から図示しないチューブを介して冷却空気（冷却風）が供給され、排気口５８からは、電池モジュール１内を循環した冷却空気が図示しないチューブを介して排出される。
【００１７】
図３に示すように、下蓋２２内には、２個の単電池を直列接続した組電池２が収容されている。単電池には、円柱状リチウム二次電池が用いられている。このリチウム二次電池は、正極活物質のマンガン酸リチウムをアルミニウム箔に塗着した帯状の正極と、負極活物質の非晶質炭素を圧延銅箔に塗着した帯状の負極とを、これら両極が直接接触しないようにセパレータを挟んで円筒状軸芯の回りに断面渦巻状に捲回された電極捲回群が形成され、円筒状の電池容器缶内に収容され、電解液注液後、封口し、初充電することで二次電池としての機能が付与されている。
【００１８】
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、組電池２は、２個の単電池３を、直列かつ直線的に、また、電気的かつ機械的に接続することにより構成されている。これら２個の単電池３の間には、ポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂製で低電位側（図２（Ａ）下側）の単電池３のプラス端子が挿通可能なように中央に円形穴が形成された十字状のタンデム絶縁板４と、高電位側（図２（Ａ）上側）の単電池３のマイナス端子に装着される導電性のタンデムブスバ５とが介在しており、低電位側の単電池３のプラス端子はタンデムブスバ５にスポット溶接されている。
【００１９】
タンデムブスバ５には、中央に十字穴が形成された十字状の平板金属部材が用いられており、この十字穴周部と低電位側の単電池３のプラス端子とがスポット溶接される。タンデムブスバ５の十字状金属部材の先端部は高電位側の単電池３に装着可能なように上部方向にほぼ直角に折れ曲がっており、その一箇所からは上下に配設された２個の単電池３間の電圧を外部から検出するために、単電池３より長い導電性の電圧検出突起６が突出している。高電位側の単電池３はタンデムブスバ５に装着された後、タンデムブスバ５との間でスポット溶接されている。
【００２０】
組電池２は、プラス端子側に円盤状で電圧検出突起６との接触短絡を防ぐ樹脂製の正極絶縁板８が配置され、電気絶縁性及び熱シュリンク性を有する樹脂製の外装チューブ７によってその外周面が被覆されている。このため、電圧検出突起６は、単電池３の側面と外装チューブ７によって保護されている。外装チューブ７からは、組電池２のプラス端子、マイナス端子及び電圧検出突起６の先端部のみが露出している（図２（Ｂ）参照）。
【００２１】
図３及び図１３に示すように、電池モジュール１には、組電池２を基本ユニットとして、４８本の組電池２（９６本の単電池３）が使用されている。これらの組電池２は、取り扱いの観点から、１２本の組電池２（２４本の単電池３）を電気絶縁性の樹脂製ケースで保持した組電池ユニット９として下蓋２２内に４個並設・収容され、電気的には直列接続されている。
【００２２】
電池モジュール１は、基本的構成として、４個の組電池ユニット９の他に、各単電池２の電池電圧を監視し制御するセルコントローラ１０、モジュール全体における電気の入出力や電気量を制御するモジュールコントローラユニット１１、及び、各単電池３を冷却する冷却空気を送風する冷却ブロア（送風機）１２で構成されている。
【００２３】
図４に示すように、組電池ユニット９は、１２本の組電池２を上下６本ずつ保持し他の部材との電気的接触を防止するために、電気絶縁性の樹脂製セルホルダＡ１３、セルホルダＢ１４、金属ブスバ１５と電圧検出線１６（図５参照）とを予め配設したサイドカバー１７、及び、電気絶縁性の樹脂製シート２０を有している。
【００２４】
組電池ユニット９の作製時には、セルホルダＡ１３に形成された４本の円弧状リブに接着剤を塗布し６本の組電池２を配設した後、上下両側にそれぞれ形成された４本の円弧状リブに接着剤を塗布したセルホルダＢ１４を被せ、更に６本の組電池２を配設し、その上から４本の円弧状リブに接着剤を塗布した別のセルホルダＡ１３を反転させて被せ（すなわち、セルホルダＡ１３は２個使用される。）、治具により所定寸法の高さにとなるように固定し、接着剤の乾燥後に、サイドカバー１７を両サイドに固定する。
【００２５】
サイドカバー１７の組電池２側の面（裏面）には、隣接する２本の組電池２を直列接続するために、両端部が円形でその中心に十字状の貫通穴が形成された金属ブスバ１５が固定されている。金属ブスバ１５は、インサート成形によりサイドカバー１７と一体に形成されている。図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、サイドカバー１７の反対側の面（表面）には、コネクタ１８を末端に取り付けた電圧検出線１６が金属ブスバ１５に接続された状態で固定されている。また、サイドカバー１７には、金属ブスバ１５の円形両端部の位置に略同径の開口部１９が形成されており、サイドカバー１７の表面側から金属ブスバ１５の十字状貫通穴を介して、金属ブスバ１５と組電池２とのスポット溶接が可能である。
【００２６】
このため、組電池ユニット９の作製時には、サイドカバー１７を本体部分に固定した後に、組電池２の電圧検出突起６と電圧検出線１６の未接続部をスポット溶接により接続し、サイドカバー１７の開口部１９を介してスポット溶接により各金属ブスバ１５の円形両端部と各組電池２とを電気的に接続する。図４に示すように、サイドカバー１７はこの状態ままでは溶接部や接続部が露出しているため、サイドカバー１７の外周形状に沿って切断された電気絶縁性の樹脂製シート２０を両側に配設し、超音波溶着により固定する。従って、組電池ユニット９で電気的に露出しているのは、コネクタ１８及び最高電位側、最低電位側の金属ブスバ１５から引き出された２本の組電池ユニット出力線６１だけとなる。この組電池ユニット出力線６１は、電池モジュール１の組立段階で、他の組電池ユニット９から導出された組電池ユニット出力線６１間で直列に接続され、電池モジュール１全体として最高電位側、最低電位側の組電池ユニット出力線６１に接続された出力線が後述する電力出力線２１となる。
【００２７】
図６に示すように、下蓋２２は、機能別に見れば、冷却ブロア１２を収容するブロア室２４、４個の組電池ユニット９を収容するセル室、制御ユニットを収容する制御室の３区画に分かれているが、詳述すれば、ブロア室２４、吸気口５７側に配置され２個の組電池ユニット９を収容するための第１電池室２８、排気口５８側に配置され２個の組電池ユニット９を収容するための第２電池室２７、第１電池室２８内の各単電池３の電池電圧を監視・制御するセルコントローラを収容するための第１セルコントローラ室３０、第２電池室２７内の各単電池３の電圧を監視するセルコントローラを収容するための第２セルコントローラ室２９、電池モジュール１全体を制御するモジュールコントローラユニットを収容するためのモジュールコントローラ室３１の６区画に分けられており、夫々が隔壁で仕切られている。
【００２８】
セル室は、中間位置から内部補強リブを兼ねた隔壁３２によって左右に仕切られ、第１電池室２８及び第２電池室２７が形成されている。第１電池室２８及び第２電池室は、ブロア室２４を介して繋がっており、制御室（第１セルコントローラ室３０、第２セルコントローラ室２９及びモジュールコントローラ室３１）とは基本的に高さの低い隔壁３３によって区画されることで下蓋２２高さの半分程度から上側が繋がっている。つまり、ブロア室２４は吸気口５７、排気口５８から等距離の位置に位置しており、第１セルコントローラ室３０側から吸引された冷却空気は、第１電池室２８を通り抜けてブロア室２４に入り、冷却ブロア１２で集められて第２電池室２７に送り出され、各単電池３との熱交換をしつつ第２セルコントローラ室２９に至り排出される。
【００２９】
下蓋２２の内部を区画する各隔壁には、収容された組電池ユニット９間に相当する箇所に上蓋２３と先端部が接触する円柱状ナット３５が固定されており、下蓋２２の各要所において上蓋２３を支える構造とされている。また、セル室の内底面には、組電池ユニット９の長手方向に沿って（図３も参照）、組電池ユニット９の位置決め・固定用のレール状突起３６が突出形成されている。更に、制御室及びブロア室２４の内底面には、セルコントローラ１０、モジュールコントローラユニット１１、冷却ブロア１２を固定するための固定ナット３７が配設されている。また、下蓋２２は、上蓋２３との嵌合個所の側面部に溶接ナット３８が配設されており、周上面部にはパッキン保持用のフランジ３９が形成されている。
【００３０】
第１セルコントローラ室３０、第２コントローラ室２９とモジュールコントローラ室３１とを仕切る隔壁４０には、通信線と出力端子接続コネクタを通すための切り欠き部４１と、後述する仕切り板５２の延出面５３（図９参照）の支持位置に矩形状に切り欠かれた落とし込み部４２が形成されている。
【００３１】
図３及び図７に示すように、セルコントローラ１０は、セルコントローラ基板４３を上下２個からなる金属ケースＡ４４、Ｂ４５内に収容して構成されている。セルコントローラ基板４３は金属ケースＡ４４、Ｂ４５に夫々ねじ締結で固定されており、金属ケースＡ４４、Ｂ４５は上下合わせて側面からねじ締結で固定されている。金属ケースＡ４４にはコネクタ固定用のブラケット４６が配設されており、図３に示すように、このブラケット４６に各セルコントローラ１０から導出された電圧検出用コネクタ及び通信用コネクタが固定されている。また、金属ケースＡ４４には下蓋２２への取り付けフランジ４７が１個所、金属ケースＢ４５には下蓋２２への取り付けフランジ４７が４個所形成されており、セルコントローラ１０自体は側面の各面に２個所づつ、すなわち、８個所ねじ締結され、下蓋２２（固定ナット３７）に５個所のフランジ４７がねじ締結で固定されている。
【００３２】
図３及び８に示すように、モジュールコントローラユニット１１は、電気絶縁性の樹脂製べース板４８の上に各種部品が配設されている。モジュールコントローラユニット１１は、放電電流を規制し外部短絡を防止するための出力リレー、充電電流を規制し過充電を防止するための充電リレー、充電電流を電圧値に変換するためのシャント抵抗、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等で構成されこれらリレーのオン・オフの制御や車輌側の上位機器と通信を行うためのマイクロコンピュータ、高電位側に直列に挿入されるヒューズ、高電位及び低電位側の外部出力端子５０、外部出力端子５０間に配置されメンテナンス時に電池出力を停止させるためのサービススイッチ５１等を主要部品として構成されている。
【００３３】
ベース板４８は、４隅に形成されたフランジ部４９をねじ締結することで下蓋２２（固定ナット３７）に固定されている。モジュールコントローラユニット１１は、予め外装ケース外でべース板４８上に上述した各種部品が配設固定され部品間が配線接続された後に、下蓋２２に固定される。このとき、電池モジュール１外部へ露出する外部出力端子５０やサービススイッチ５１も予めこの段階で接続されている。図１２に示すように、ベース板４８に固定された各種部品は、外部出力端子５０及びサービススイッチ５１を除き、金属製の仕切り板５２で覆われている。
【００３４】
図９に示すように、仕切り板５２は、長手方向一側が略垂直下側に折れ曲がった板状部分と、この板状部分の長手方向他側で冷却空気の経路空間及び配線空間を確保するために略垂直下側に階段状に折れ曲がりセル室側に延出された延出面５３とを有して形成されている。仕切り板５２の中央には、セル室側から電力出力線２１を貫通させるために、板状部分及び延出面５３を切り欠くことで、仕切り板５２を平面視したときにＵ字形状となるＵ字切り欠き５５が形成されている（図１０も参照）。
【００３５】
また、仕切り板５２の第２電池室２７側には、コネクタ１８を接続するために、板状部分及び延出面５３までの段差部を切り欠くことで、仕切り板５２を平面視したときに馬蹄形状となる部分切り欠き５４が形成されている。更に、板状部分のＵ字切り欠き５５が形成された両側には、仕切り板５２から上側に突出しサービススイッチ５１を固定するためのナット付き台座５６が固定されている。また、Ｕ字切り欠き５５の延長線上の板状部分の長手方向一側には、略Ｌ字状に突出した突起が形成されており、延出面５３には仕切り板５２を第１電池室２８、第２電池室２７との間の隔壁にねじ止めするための２個のねじ穴が形成されている。図１０に示すように、この仕切り板５２には、通信線及びコネクタ類が予め取り付けられている。
【００３６】
図１１に示すように、電池モジュール１を組み付けるには、まず、セルコントローラ１０、モジュールコントローラユニット１１、冷却ブロア１２を夫々の個所に固定しておき、仕切り板５２のＵ字切り欠き５５を介して、外部出力端子５０及びサービススイッチ５１への出力線を通した後、上述しように仕切り板５２に予め取り付けられた通信線及びコネクタ類をモジュールコントローラユニット１１上の各部品のコネクタと接続する。
【００３７】
次に、図１２に示すように、仕切り板５２を、落とし込み部４２を含む隔壁４０の上面で下側から支持させることで（図６も参照）、モジュールコントローラ室３１を覆い（蓋をした形とし）、延出面５３に形成されたねじ穴を介して第１電池室２８、第２電池室２７との間の隔壁に固定された円柱状ナットにねじ止めする。そして、Ｕ字切り欠き５５を介して電池モジュール１の最低電位側から予め引き出されている出力線を板状部分の一側に形成された突起に接続する。これにより、仕切り板５２には磁気シールド性が付与される。
【００３８】
その後、図１３に示すように、セル室に４個の組電池ユニット９をレール状突起３６により位置決めして固定する。次いで、各組電池ユニット９からの電圧検出線１６のコネクタ１８をセルコントローラ１０上に配設されたコネクタに接続し、各種出力線を接続する。
【００３９】
上蓋２３には、上述したように、吸気口５７及び排気口５８が形成されており、これらの直下に、それぞれ第１セルコントローラ室３０、第２セルコントローラ室２９が位置している。また、上蓋２３の一側中央部には、外部出力端子５０とサービススイッチ５１とを集中的に配置するためのボックス状の台座５９が上蓋２３の上面よりも高い位置に配置されている。図１に示すように、外部出力端子５０は、台座５９の上面に配設されている。このため、外部出力端子５０の基部は、上蓋２３の上面より上方に位置している。台座５９は、上蓋２３に形成された図示しないシーリング溝にシール材を流し込んでから台座５９の底部に形成されたフランジ部をタッピングねじでねじ止めすることで上蓋２３に固定されている。
【００４０】
更に、上蓋２３の上面には、下蓋２２の円柱状ナット３５に対応して貫通穴６０が形成されており、上蓋２３の側面には、下蓋２２側面の溶接ナット３８に対応して貫通穴６０が形成されている。従って、上蓋２３と下蓋２２とを固定するには、下蓋２２のフランジ３９と側面にシール材と塗布し、上蓋２３と下蓋２２とを嵌合させ、上蓋２３の上面から１８個所、側面から１８個所、シーリングワッシャ付きのボルトによりねじ締結で固定する。
【００４１】
図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、上面側からのねじ部と側面側からのねじ部におけるシール状態は異なっている。図１４（Ａ）に示すように、上面側からのねじ部では、円柱状ナット３５の上端面に上蓋２３の内壁が接するように固定され、上蓋２３と下蓋２２との間にシール材が介在している。一方、側面側からのねじ部では、図１４（Ｂ）に示すように、ねじによって上蓋２３の壁が僅かに変形することでシール材がくさび効果で固定される。図１及び図１３に示すように、上面側のねじ止め位置の中間に側面側のねじ止め位置が形成されている。
【００４２】
なお、図３に示すように、下蓋２２には、電池モジュール１を電気自動車に固定するための６本の脚が長手方向に延出されている。
【００４３】
次に、本実施形態の電池モジュール１の作用等について説明する。
【００４４】
本実施形態の電池モジュール１では、同数の単電池３を収容した第１電池室２８と第２電池室２７との中間部に外装ケース内を冷却するための冷却ブロア１２を配したブロア室２４を設置することによって、吸気側と排気側の通風経路の中間点に冷却ブロア１２が配設されるため、冷却ブロア１２から吸気側と排気側の距離が等しくなり両者での圧力損失が同等となるので、冷却ブロア１２ヘの負荷を低減することができる。更に、電池モジュール１では、セル室（第１電池室２８、第２電池室２７）と制御室（第１セルコントローラ室３０、第２セルコントローラ室２９、モジュールコントローラ室３１）とが隔壁３３によって分離され、更に、セルコントローラ基板４３を覆う金属ケースＡ４４、Ｂ４５やモジュールコントローラユニットを覆う仕切り板５２等により夫々の制御室内の制御ユニットを隔離したので、制御ユニットへのゴミ等の異物の侵入を防ぎ短絡を抑えることができ、電池モジュール１の安全性を向上させることができる。
【００４５】
また、電池モジュール１では、制御室が、セルコントローラ１０を収容する第１セルコントローラ室３０、第２セルコントローラ室２９、モジュールコントローラユニット１１を収納するモジュールコントローラ室３１に分かれており、セルコントローラ室２９、３０は冷却空気の吸気側と排気側に分割されて（２個所）配設されている。セルコントローラ１０は使用時に発熱するため、セルコントローラ室２９、３０を分割配置したことによって、一個所にまとめて配置した場合に比べるとその蓄熱を抑えることができる。また、セルコントローラ室３０、２９をそれぞれ冷却空気の吸気口５７、排出口５８の直下に配設することによって、冷却空気による冷却効果も期待できるため動作を安定させることができる。
【００４６】
更に、電池モジュール１では、モジュールコントローラユニット１１が収容されているモジュールコントローラ室３１には、出力リレー、充電リレー、シャント抵抗、マイクロコンピュータ等が収容されている。一般に、マイクロコンピュータは出力線からの電磁波による影響を受けやすく誤動作の主原因となる。本実施形態では、モジュールコントローラ室３１を覆うように磁気シールド性を有する仕切り板５２を配置したので、セル室や出力線からの電磁波を遮断し内部への影響を極力抑えることができる。
【００４７】
また、電池モジュール１では、セル室と制御室との間に離間スペースを形成するために、仕切り板５２の延出面５３がセル室側の面が一段低く設定されている。この離間スペースによって、冷却空気のセル室から吸入・排気口までの空間経路が確保され、各種出力線類の配線空間も確保される。更に、中央にＵ字切り欠き５５を形成することによって、接続箇所を設けること無く、モジュールコントローラ室３１から出力線を直接引き出すことができるため、部品数を抑えることができる。また、仕切り板５２には、通信線及びコネクタ類が予め取り付けられているので、組立性を著しく向上させることができる。また更に、モジュールコントローラ室３１内の部品を外装ケース外で予め組み付けしてユニット化しておく場合においても、最終的に電気を取り出す外部出力端子５０をユニットの段階で接続することができるため作業効率が向上する。
【００４８】
更に、電池モジュール１では、２本の単電池３を電気的かつ機械的に直列接続して組電池２とし、セルホルダＡ１３、Ｂ１４で組電池２を保持して組電池ユニット９が作製されるが、各組電池２を電気的に接続するための金属ブスバ１５をサイドカバー１７に予め配置し、後工程で一括して接続するようにしたので、各組電池２を配設する作業に電気的接続が含まれず作業に伴う危険性を減少させることができる。また、サイドカバー１７に、金属ブスバ１５と接続された電圧検出線１６も配設しておくことによって煩雑な配線作業を前段階で済ませることができ作業効率が向上し電気配線時の安全性が確保される。また、サイドカバー１７は金属ブスバ１５と単電池３とを溶接する箇所が開口しているためサイドカバー１７を組電池ユニット９に接続した後に溶接することで、組立ての最終段階になるまで電気的接続がなされず安全性が向上している。更に、サイドカバー１７の開口部１９を組電池ユニット９の左右で使用可能に（併用）することによって、同一部品が使用可能となり部品種を減らすことができる。また、サイドカバー１７を更に覆う形で電気絶縁性の樹脂製シート２０を配置することで、電気的接続箇所を絶縁体で完全に被覆した状態となり安全性が向上する。
【００４９】
更にまた、電池モジュール１では、セル室の底面に組電池ユニット９の左右の長手方向に沿ってレール状突起３６を配設しており、組電池ユニット９が突起間の間に挟まる形で配置されるため、組立て時における位置決めが容易になっている。
【００５０】
また、電池モジュール１では、外部出力端子５０の基部を上蓋２３の上面よりも上方に配置することで電池モジュール１が浸水したときに、外部出力端子５０まで水に覆われるまでの距離があるため上蓋２３の上面に露出させている状態よりも安全性が向上している。また、上蓋２３上に一段高いボックス状の台座５９を配置したので、外部出力端子５０を一個所に集中させることができ、車両への取り付け時に必要な作業窓が一つですむため作業効率を高めることができる。
【００５１】
また更に、電池モジュール１では、上蓋２３と下蓋２２との嵌合部を電池モジュール１の上面に近い位置（最も高い位置）にすることで、水に浸った場合その延面距離があるため、電池モジュール１内部へ水が浸入する危険性を軽減することができる。
【００５２】
また、電池モジュール１では、上蓋２３と下蓋２２とは上蓋２３上面から要所をねじで固定し、そのねじ間の中点に側面からねじを横方向に固定することで、一方向からだけの固定ではないため緩みが発生しにくくなっている。更に、横方向からねじ締めの際、上蓋２３の側面が僅かに変形することでシール材を上蓋２３と下蓋２２との間もしくは内側に保持することができるので、下蓋２２の側面側に位置するシール材の脱落を防ぎ、且つ、気密を保持することが可能である。
【００５３】
なお、本実施形態では、第１電池室２８と第２電池室２７とに同数の単電池３を収容する例を示したが、異なる単電池数となるときは、ブロア室２４の位置を移動させることにより、冷却ブロア１２による第１電池室２８の負荷と第２電池室２７の負荷とを同等とすることができる。また、吸気口５７と排気口５８との位置が、例えば、電池モジュール１の配置位置の関係で冷却ブロア１２から同等距離とならない場合にも、ブロア室２４の位置を移動させることで負荷を同等とすることができる。また、本実施形態では、仕切り板５２自体に電磁シールド性を持たせた例を示したが、仕切り板５２とは別の、例えば、金属箔に電磁シールド性を持たせ、金属箔に切り欠きを形成して仕切り板の上に接着するようにしてもよい。更に、本実施形態では、金属ブスバ１５をサイドカバー１７に一体成形した例を示したが、金属ブスバ１５がサイドカバー１７に固定されていれば、組立性を高めることができることは論を待たない。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、外装ケース内、かつ、吸気口側に配置された第１電池室と排気口側に配置された第２電池室との間に、第１及び第２電池室内に冷却空気を流通させるブロアを収容するブロア室を配置したので、第１及び第２電池室内に収容された単電池はブロアに近接して配置され冷却空気で効率よく冷却されるため、単電池の冷却性を高めることができると共に、第１、第２電池室と制御室とが仕切りあるいは隔壁により分離されているため、制御室を蓋等の覆いで隔離することで、制御室への異物の侵入を防ぐことができるので、制御室内の電子部品や回路での短絡を回避でき安全性を向上させることができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の電池モジュールの外観斜視図である。
【図２】実施形態の電池モジュールに使用される組電池を示し、（Ａ）は外装チューブを除いた状態の分解斜視図、（Ｂ）は外観斜視図である。
【図３】電池モジュールの下蓋に構成部品を部分的に配置、固定したときの外観斜視図である。
【図４】電池モジュールに使用される組電池ユニットの分解斜視図である。
【図５】組電池ユニットのサイドカバーの平面図であり、（Ａ）は右側（又は左側）、（Ｂ）は左側（又は右側）に配置されるサイドカバーを示す。
【図６】電池モジュールの下蓋の外観斜視図である。
【図７】セルコントローラ室に収容されるセルコントローラの外観斜視図である。
【図８】モジュールコントローラユニットの外観斜視図である。
【図９】仕切り板の外観斜視図である。
【図１０】予め通信線、コネクタ類が取り付けられた状態の仕切り板の平面図である。
【図１１】制御ユニットを挿入した状態の下蓋の外観斜視図である。
【図１２】組電池ユニット挿入前の下蓋の外観斜視図である。
【図１３】上蓋装着前の電池モジュールの外観斜視図である。
【図１４】上蓋と下蓋との嵌合部の部分断面図であり、（Ａ）は上面側からねじ止めされた嵌合部を示し、（Ｂ）は側面側からねじ止めされた嵌合部を示す。
【符号の説明】
１電池モジュール
３単電池
９組電池ユニット
１０セルコントローラ（制御ユニットの一部）
１１モジュールコントローラユニット（制御ユニットの一部）
１５金属ブスバ（導電性ブスバ）
１６電圧検出線
１７サイドカバー
１９開口部（開口）
２０樹脂製シート（樹脂製板）
２４ブロア室
２７第２電池室
２８第１電池室
２９第２セルコントローラ室（制御室の一部、コントローラ室の一部）
３０第１セルコントローラ室（制御室の一部、コントローラ室の一部）
３１モジュールコントローラ室（制御室の一部）
３６レール状突起
５０外部出力端子（出力端子）
５２仕切り板
５３延出面
５４部分切り欠き（切り欠きの一部）
５５Ｕ字切り欠き（切り欠きの一部）
５７吸気口
５８排気口
５９台座[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery module, and more particularly to a battery module mounted on a vehicle or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, high-performance batteries mainly made of lithium oxide or the like have been used for batteries for electric vehicles, but this type of battery always keeps the individual battery voltage during charge / discharge (during use). Since it is necessary to detect and the assembly / connection (wiring) work is complicated, the amount of heat generated at the time of charging / discharging is relatively large, and the battery performance is also temperature-dependent, so it is necessary to improve the cooling performance of the battery.
[0003]
In order to improve the cooling performance of a battery, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-47892, a unit cell is formed in a cylindrical shape, and the unit cell is sandwiched from above and below by two plates made of a material having high thermal conductivity. An electric vehicle battery technology is disclosed in which a ventilation path is formed between upper and lower plates by being fixed to a vehicle body via the plate. According to this technique, since the cooling air can flow in the ventilation path between the hollow portion of the unit cell and the plate, the unit cell can be cooled.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the technique of the above publication, since the ventilation path is formed between the upper and lower two plates, the ventilation path is narrow and heat is easily trapped. Cause uneven cooling. In addition, the unit cell is easily displaced in the axial direction between the two upper and lower plates, and is sandwiched with a cushioning material (vibration-proof material) to prevent this. Resulting in. Furthermore, since the cushioning material is sandwiched and fixed, it is difficult to improve workability.
[0005]
In addition, when a battery module is manufactured by connecting a large number of batteries in series, for example, a battery module for an electric vehicle has a high voltage, so it is necessary to ensure the safety of the work, as well as assembly and connection. It is necessary to improve workability (assembly) of work. Furthermore, the structure which considered not only the safety | security in the manufacturing process of a battery module but the safety | security at the time of charging / discharging is also required like the case where a battery module is immersed in water.
[0006]
An object of the present invention is to provide a battery module that is excellent in cooling performance and improved in safety and assemblability in view of the above case.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a first battery chamber that is disposed on the intake port side and accommodates a plurality of single cells in an exterior case having an intake port and an exhaust port for cooling air; A second battery chamber arranged on the mouth side and containing a plurality of single cells; a blower chamber containing a blower for circulating the cooling air in the first and second battery chambers; and a control chamber containing a control unit And the control chamber includes the first and second battery chambers. By partition or partition The blower chamber is arranged between the first battery chamber and the second battery chamber, which are separated and isolated from each other and are connected to each other.
[0008]
In the present invention, cooling air is circulated in the first and second battery chambers in the outer case and between the first battery chamber disposed on the intake port side and the second battery chamber disposed on the exhaust port side. Since the blower chamber for accommodating the blower to be disposed is disposed, the single cells accommodated in the first and second battery chambers are disposed close to the blower and efficiently cooled with cooling air, so that the cooling performance of the single cells is improved. And the first and second battery chambers and the control chamber By partition or partition Because it is separated, the control room can be isolated by covering it with a cover, etc., so that foreign matter can be prevented from entering the control room, so it is possible to avoid short circuits in electronic components and circuits in the control room and improve safety. Can be made.
[0009]
Book invention If the same number of single cells are accommodated in the first and second battery chambers and the blower chamber is disposed at an intermediate position between the ventilation path from the intake port and the ventilation path to the exhaust port, the intake port side and the exhaust port Since the blower is located at the middle point of the ventilation path on the side, the distances from the blower to the intake port side and the exhaust port side are equal, and the same number of cells are accommodated in the first and second battery chambers, respectively. The pressure loss in both ventilation paths becomes equal, and the load on the blower can be reduced.
[0010]
In addition, the control room is operated or controlled between a cell controller room containing a cell controller for monitoring or controlling a single cell on each of the inlet side and the outlet side, and between these cell controller rooms. If the module controller chamber for housing the module controller unit is disposed, the cell controller chamber for housing the cell controller that generates heat during operation is distributed at two locations on the intake side and the exhaust side of the cooling air. Therefore, the heat storage can be reduced compared to the case where the cells are arranged together in one place, and the cell controller chamber is arranged on the inlet side and the outlet side of the cooling air. Since it can be expected, the operation is stabilized. The cell controller may be a device that only monitors the voltage of the unit cell. In addition to the voltage monitoring function of the unit cell, for example, when one unit cell exceeds a predetermined upper limit voltage, You may control not to use only a battery. The module controller unit only needs to operate (charge / discharge) the battery module. For example, when the current amount is measured and a current of a predetermined amount or more flows (for example, when an external short circuit occurs), power is supplied. In addition to such a control function, communication with a host device may be performed. Further, the control of the unit cell as described above may be performed by a module controller unit or a host device that controls the module controller unit.
[0011]
At this time, if the module controller unit includes at least a CPU and a relay, and the module controller room is covered with an electromagnetic shielding partition plate, the module controller room covered with the electromagnetic shielding partition plate is provided. The malfunction of the CPU and relays constituting the module controller unit, in particular, the CPU easily affected by electromagnetic waves from the first and second battery chambers and electromagnetic waves from the output lines connected to the first and second battery chambers. Since the module controller chamber is covered with a partition plate and foreign matter can be prevented from entering the module controller chamber, a short circuit in the module controller unit can be avoided and safety can be improved. If this partition plate is formed with a lower extension surface that forms a space between the module controller chamber and the first and second battery chambers on the first and second battery chamber sides, the module is formed with this lower extension surface. The space formed between the controller chamber and the first and second battery chambers secures a cooling air ventilation path and wiring space for various output lines, and further forms wiring notches in the partition plate. As a result, the output lines can be drawn directly from the module controller room without providing output line connection locations, so that the number of parts can be reduced and the module controller unit is assembled in advance outside the outer case to form a unit. Even if the output terminal is connected, the output terminal for finally extracting the output can be connected at the unit stage, so that the work efficiency can be improved. Can.
[0012]
Furthermore, the assembled battery unit in which a plurality of assembled batteries in which a plurality of unit cells are connected in series and in a straight line is accommodated in the first and second battery chambers, and the assembled battery unit electrically connects each assembled battery. If there is a side cover with conductive bus bars to be connected on both sides, a plurality of assembled batteries in which a plurality of unit cells are connected in series and linearly are arranged side by side to form an assembled battery unit. Conductive bus bars to be connected are pre-arranged on the side cover, and by connecting them together in a later process, the electrical connection is not included in the work of arranging each assembled battery and producing the assembled battery unit, The assembled battery unit can be safely assembled and accommodated in the first and second battery chambers. At this time, if the voltage detection line for detecting the voltage of the cell is connected to the conductive bus bar in advance on the side cover, complicated wiring work can be completed in the previous stage, so that the work efficiency is improved. In addition to being able to improve and reduce the danger when connecting the voltage detection line, if the openings are made sharable on both sides of the welded portion between the conductive bus bar and the cell terminal, the side cover will have a conductive bus bar. Since the welded part between the battery and the cell is open, it is possible to improve the safety without electrical connection until the final stage of assembly by welding after connecting the side cover to the assembled battery unit, Since the opening is formed so that it can be shared on both sides, the same part can be used and the number of parts can be reduced by setting the side cover opening to a position where it can be used on the left and right sides of the assembled battery unit. Kill. In addition, by covering the side cover from both sides with an electrically insulating resin plate that conforms to the shape of the side cover, the assembled battery unit is in a state where the electrical connection location is completely covered with the electrical insulator. Safety is improved. Further, if a rail-shaped protrusion for positioning the assembled battery unit is formed in the first and second battery chambers along the longitudinal direction of the assembled battery unit, the assembled battery unit is disposed on the rail-shaped protrusion. Positioning at the time becomes easy.
[0013]
Also, The outer case is Sealed with a top lid And The base position of the externally exposed output terminal Is on Located above the top of the lid If you do When the battery module comes into contact with water, there is a distance until the output terminal is immersed in water, so that the safety during use is improved as compared with the state where the battery module is exposed on the upper surface of the upper lid. In this case The upper lid has a pedestal above the upper surface, and if the base of the output terminal is fixed to the pedestal, the output terminal can be concentrated in one place, improving the efficiency of the connection operation when taking out the output to the outside be able to.
[0014]
And The outer case is The upper and lower lids were fitted Is a thing , The fitting part Outside It is formed near the upper surface of the packaging case ,Up The lid and lower lid , Outside It is fastened and fixed by screwing from the upper surface side of the mounting case and screwing from the side surface at the midpoint between the upper surface side screws. If By positioning the fitting part between the upper lid and the lower lid at a high position near the upper surface of the outer case, the battery module has a surface distance when it is immersed in water, so that water enters the battery module. It is possible to reduce the danger, and the upper and lower lids are fastened and fixed by screwing from the upper surface side and screwing from the side surface of the outer case, and are not fixed from only one direction. Is less likely to loosen. In this case By setting the screwing position from the side to the midpoint between the screwing positions from the upper side, loosening does not occur at the mating location, and a sealant is placed at the mating location, Sealability can be maintained.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments in which the present invention is applied to a battery module for mounting on an electric vehicle will be described below with reference to the drawings.
[0016]
As shown in FIG. 1, the battery module 1 of this embodiment includes an electrically insulating and box-shaped resin lower lid 22 and a cylindrical intake port 57 and an exhaust port 58 spaced apart from each other on the longitudinal direction side of the upper surface. And an electrically insulating and plate-shaped resin upper lid 23, and an exterior case serving as a casing of the battery module 1. Cooling air (cooling air) is supplied from the outside of the battery module 1 to the intake port 57 via a tube (not shown), and the cooling air circulated in the battery module 1 is supplied from the exhaust port 58 via a tube (not shown). Discharged.
[0017]
As shown in FIG. 3, an assembled battery 2 in which two unit cells are connected in series is accommodated in the lower lid 22. A cylindrical lithium secondary battery is used as the unit cell. This lithium secondary battery includes a strip-like positive electrode in which lithium manganate as a positive electrode active material is applied to an aluminum foil, and a strip-like negative electrode in which amorphous carbon as a negative electrode active material is applied to a rolled copper foil. The electrode winding group wound in a spiral shape around the cylindrical axis around the separator so as not to come into direct contact is formed, accommodated in a cylindrical battery container can, and after electrolyte injection, A function as a secondary battery is given by sealing and initial charging.
[0018]
As shown in FIGS. 2A and 2B, the assembled battery 2 is configured by connecting two unit cells 3 in series and in a straight line, and in an electrical and mechanical manner. Between these two unit cells 3, a circular hole is formed in the center so that the plus terminal of the unit cell 3 made of resin such as polypropylene (PP) or the like on the low potential side (the lower side in FIG. 2A) can be inserted. And a conductive tandem bus bar 5 attached to the negative terminal of the unit cell 3 on the high potential side (the upper side in FIG. 2A) are interposed between the low potential side The positive terminal of the cell 3 is spot welded to the tandem bus bar 5.
[0019]
The tandem bus bar 5 uses a cross-shaped flat metal member having a cross hole formed at the center, and the periphery of the cross hole and the plus terminal of the low-potential side cell 3 are spot-welded. The tip of the cross-shaped metal member of the tandem bus bar 5 is bent substantially perpendicularly to the upper direction so that it can be attached to the high-potential unit cell 3. In order to detect the voltage between 3 from the outside, a conductive voltage detection projection 6 longer than the unit cell 3 protrudes. The single cell 3 on the high potential side is mounted on the tandem bus bar 5 and then spot-welded with the tandem bus bar 5.
[0020]
The assembled battery 2 has a disc-like positive electrode insulating plate 8 on the positive terminal side that prevents a contact short circuit with the voltage detection projection 6, and is arranged by a resin outer tube 7 having electrical insulation and thermal shrinkage. The outer peripheral surface is covered. For this reason, the voltage detection protrusion 6 is protected by the side surface of the unit cell 3 and the outer tube 7. From the outer tube 7, only the plus terminal and the minus terminal of the assembled battery 2 and the tip of the voltage detection projection 6 are exposed (see FIG. 2B).
[0021]
As shown in FIGS. 3 and 13, 48 assembled batteries 2 (96 single cells 3) are used in the battery module 1 with the assembled battery 2 as a basic unit. From the viewpoint of handling, these assembled batteries 2 are arranged in the lower lid 22 as four assembled battery units 9 each holding 12 assembled batteries 2 (24 unit cells 3) in an electrically insulating resin case. It is installed and accommodated and is electrically connected in series.
[0022]
The battery module 1 has, as a basic configuration, a cell controller 10 that monitors and controls the battery voltage of each unit cell 2 in addition to the four assembled battery units 9, and controls the input / output of electricity and the amount of electricity in the entire module. A module controller unit 11 and a cooling blower (blower) 12 for blowing cooling air for cooling each single cell 3 are configured.
[0023]
As shown in FIG. 4, the assembled battery unit 9 includes an electrically insulating resin cell holder A <b> 13, a cell holder for holding 12 assembled batteries 2 at the top and bottom and preventing electrical contact with other members. B14, a side cover 17 in which a metal bus bar 15 and a voltage detection line 16 (see FIG. 5) are disposed in advance, and an electrically insulating resin sheet 20 are provided.
[0024]
At the time of manufacturing the assembled battery unit 9, four arc-shaped ribs formed on the upper and lower sides are respectively formed after applying the adhesive to the four arc-shaped ribs formed on the cell holder A 13 and disposing the six assembled batteries 2. A cell holder B14 coated with an adhesive is placed on the rib, and six assembled batteries 2 are further disposed, and another cell holder A13 coated with an adhesive on the four arc-shaped ribs is reversed and covered (ie, Two cell holders A13 are used.) The cell holder A13 is fixed to a predetermined height with a jig, and the side cover 17 is fixed to both sides after the adhesive is dried.
[0025]
On the surface (back surface) of the side cover 17 on the assembled battery 2 side, in order to connect two adjacent assembled batteries 2 in series, both ends are circular and a metal bus bar having a cross-shaped through hole formed at the center thereof. 15 is fixed. The metal bus bar 15 is formed integrally with the side cover 17 by insert molding. As shown in FIGS. 5A and 5B, the voltage detection line 16 with the connector 18 attached to the end is fixed to the opposite surface (front surface) of the side cover 17 in a state of being connected to the metal bus bar 15. Has been. Further, the side cover 17 is formed with openings 19 having substantially the same diameter at the positions of the circular ends of the metal bus bar 15, and from the surface side of the side cover 17 through the cross-shaped through hole of the metal bus bar 15. Spot welding of the metal bus bar 15 and the assembled battery 2 is possible.
[0026]
For this reason, when the assembled battery unit 9 is manufactured, after fixing the side cover 17 to the main body portion, the voltage detection protrusion 6 of the assembled battery 2 and the unconnected portion of the voltage detection line 16 are connected by spot welding, and the side cover 17 The circular both ends of each metal bus bar 15 and each assembled battery 2 are electrically connected by spot welding through the opening 19. As shown in FIG. 4, since the welded portion and the connecting portion are exposed in this state in the side cover 17, the electrically insulating resin sheet 20 cut along the outer peripheral shape of the side cover 17 is provided on both sides. Install and fix by ultrasonic welding. Accordingly, only the two battery module unit output lines 61 drawn from the connector 18 and the metal bus bar 15 on the highest potential side and the lowest potential side are electrically exposed in the battery assembly unit 9. The assembled battery unit output line 61 is connected in series between the assembled battery unit output lines 61 derived from the other assembled battery units 9 at the assembly stage of the battery module 1, and the battery module 1 as a whole has the highest potential side and the lowest potential. An output line connected to the assembled battery unit output line 61 on the potential side becomes a power output line 21 described later.
[0027]
As shown in FIG. 6, the lower lid 22 is divided into three sections: a blower chamber 24 that houses the cooling blower 12, a cell chamber that houses four assembled battery units 9, and a control chamber that houses a control unit. More specifically, the blower chamber 24 and the intake port 57 are arranged on the side of the blower chamber 24, the first battery chamber 28 for accommodating the two assembled battery units 9, and the exhaust port 58 is arranged on the side of the two A second cell chamber 27 for accommodating the assembled battery unit 9; a first cell controller chamber 30 for accommodating a cell controller for monitoring and controlling the battery voltage of each unit cell 3 in the first battery chamber 28; A second cell controller chamber 29 for accommodating a cell controller for monitoring the voltage of each unit cell 3 in the battery chamber 27, and a module controller for accommodating a module controller unit for controlling the entire battery module 1. It is divided into 6 sections of over La chamber 31, is respectively are partitioned by a partition wall.
[0028]
The cell chamber is divided into left and right by a partition wall 32 that also serves as an internal reinforcing rib from an intermediate position, and a first battery chamber 28 and a second battery chamber 27 are formed. The first battery chamber 28 and the second battery chamber are connected via the blower chamber 24 and are basically higher than the control chamber (the first cell controller chamber 30, the second cell controller chamber 29, and the module controller chamber 31). The upper side is connected from about half of the height of the lower lid 22 by being partitioned by the low partition 33. That is, the blower chamber 24 is located at a position equidistant from the intake port 57 and the exhaust port 58, and the cooling air sucked from the first cell controller chamber 30 passes through the first battery chamber 28 and passes through the blower chamber 24. Then, it is collected by the cooling blower 12, sent to the second battery chamber 27, and is discharged to the second cell controller chamber 29 while exchanging heat with each unit cell 3.
[0029]
A cylindrical nut 35 is fixed to each partition partitioning the inside of the lower lid 22 at a position corresponding to the space between the assembled battery units 9 accommodated. It is structured to support the upper lid 23 at a place. A rail-shaped protrusion 36 for positioning and fixing the assembled battery unit 9 is formed on the inner bottom surface of the cell chamber along the longitudinal direction of the assembled battery unit 9 (see also FIG. 3). Furthermore, a fixing nut 37 for fixing the cell controller 10, the module controller unit 11, and the cooling blower 12 is disposed on the inner bottom surface of the control chamber and blower chamber 24. The lower lid 22 is provided with a welding nut 38 on the side surface portion where the upper lid 23 is fitted, and a gasket holding flange 39 is formed on the circumferential upper surface portion.
[0030]
A partition wall 40 that partitions the first cell controller chamber 30, the second controller chamber 29, and the module controller chamber 31 includes a cutout portion 41 for passing a communication line and an output terminal connector, and an extension surface of a partition plate 52 to be described later A dropping portion 42 that is cut out in a rectangular shape is formed at a support position 53 (see FIG. 9).
[0031]
As shown in FIGS. 3 and 7, the cell controller 10 is configured by accommodating the cell controller substrate 43 in two upper and lower metal cases A44 and B45. The cell controller board 43 is fixed to the metal cases A44 and B45 by screw fastening, and the metal cases A44 and B45 are fixed to each other by screw fastening from the side. The metal case A44 is provided with a connector fixing bracket 46. As shown in FIG. 3, the voltage detection connector and the communication connector derived from each cell controller 10 are fixed to the bracket 46. . Further, the metal case A44 has one mounting flange 47 to the lower lid 22, and the metal case B45 has four mounting flanges 47 to the lower lid 22. The cell controller 10 itself is provided on each side surface. Two places, that is, eight places are screwed, and five flanges 47 are fixed to the lower lid 22 (fixing nut 37) by screw fastening.
[0032]
As shown in FIGS. 3 and 8, the module controller unit 11 is provided with various components on an electrically insulating resin base plate 48. The module controller unit 11 includes an output relay for regulating the discharge current and preventing an external short circuit, a charging relay for regulating the charging current and preventing overcharging, a shunt resistor for converting the charging current into a voltage value, a CPU A microcomputer composed of RAM, ROM, etc., for controlling ON / OFF of these relays and communicating with the host device on the vehicle side, a fuse inserted in series on the high potential side, an external on the high potential and low potential side A service switch 51 and the like disposed between the output terminal 50 and the external output terminal 50 for stopping battery output during maintenance are configured as main components.
[0033]
The base plate 48 is fixed to the lower lid 22 (fixing nut 37) by screwing flange portions 49 formed at four corners. The module controller unit 11 is fixed to the lower lid 22 after the various components described above are disposed and fixed on the base plate 48 in advance outside the outer case and the components are connected by wiring. At this time, the external output terminal 50 and the service switch 51 exposed to the outside of the battery module 1 are also connected in advance at this stage. As shown in FIG. 12, various parts fixed to the base plate 48 are covered with a metal partition plate 52 except for the external output terminal 50 and the service switch 51.
[0034]
As shown in FIG. 9, the partition plate 52 has a plate-like portion whose one longitudinal side is bent substantially vertically downward, and a cooling air path space and wiring space on the other longitudinal side of the plate-like portion. It is formed to have a projecting surface 53 that is bent in a step shape substantially vertically downward and extends to the cell chamber side. In the center of the partition plate 52, the plate-like portion and the extending surface 53 are notched in order to allow the power output line 21 to penetrate from the cell chamber side. A notch 55 is formed (see also FIG. 10).
[0035]
Further, in order to connect the connector 18 to the second battery chamber 27 side of the partition plate 52, a plate-like portion and a stepped portion to the extending surface 53 are notched so that when the partition plate 52 is viewed in plan view, the horseshoe A partial cutout 54 having a shape is formed. Further, on both sides of the plate-like portion where the U-shaped cutout 55 is formed, a base 56 with a nut that protrudes upward from the partition plate 52 and fixes the service switch 51 is fixed. Further, a protrusion protruding in a substantially L shape is formed on one side in the longitudinal direction of the plate-like portion on the extension line of the U-shaped notch 55, and a partition plate 52 is provided on the extended surface 53 with the first battery chamber 28. Two screw holes for screwing to the partition wall between the second battery chamber 27 and the second battery chamber 27 are formed. As shown in FIG. 10, communication lines and connectors are attached to the partition plate 52 in advance.
[0036]
As shown in FIG. 11, in order to assemble the battery module 1, first, the cell controller 10, the module controller unit 11, and the cooling blower 12 are fixed to the respective parts, and the U-shaped notch 55 of the partition plate 52 is interposed. Then, after passing through the output lines to the external output terminal 50 and the service switch 51, the communication lines and connectors previously attached to the partition plate 52 as described above are connected to the connectors of the respective components on the module controller unit 11.
[0037]
Next, as shown in FIG. 12, the partition plate 52 is supported from the lower side on the upper surface of the partition wall 40 including the drop-in portion 42 (see also FIG. 6), thereby covering the module controller chamber 31 (with a lid). And screwed to a cylindrical nut fixed to a partition wall between the first battery chamber 28 and the second battery chamber 27 through a screw hole formed in the extending surface 53. Then, an output line drawn in advance from the lowest potential side of the battery module 1 is connected to a protrusion formed on one side of the plate-like portion via the U-shaped notch 55. Thereby, the partition plate 52 is provided with a magnetic shielding property.
[0038]
Thereafter, as shown in FIG. 13, the four assembled battery units 9 are positioned and fixed by the rail-shaped protrusions 36 in the cell chamber. Next, the connector 18 of the voltage detection line 16 from each assembled battery unit 9 is connected to the connector arranged on the cell controller 10, and various output lines are connected.
[0039]
As described above, the upper lid 23 is formed with the intake port 57 and the exhaust port 58, and the first cell controller chamber 30 and the second cell controller chamber 29 are located directly below them, respectively. A box-like pedestal 59 for centrally arranging the external output terminals 50 and the service switches 51 is disposed at a position higher than the upper surface of the upper lid 23 at the center of one side of the upper lid 23. As shown in FIG. 1, the external output terminal 50 is disposed on the upper surface of the pedestal 59. For this reason, the base of the external output terminal 50 is located above the upper surface of the upper lid 23. The pedestal 59 is fixed to the upper lid 23 by pouring a sealing material into a sealing groove (not shown) formed in the upper lid 23 and then screwing a flange portion formed at the bottom of the pedestal 59 with a tapping screw.
[0040]
Further, a through hole 60 is formed on the upper surface of the upper lid 23 corresponding to the cylindrical nut 35 of the lower lid 22, and a side surface of the upper lid 23 is penetrated corresponding to the welding nut 38 on the side surface of the lower lid 22. A hole 60 is formed. Therefore, in order to fix the upper lid 23 and the lower lid 22, a sealing material is applied to the flange 39 and the side surface of the lower lid 22, the upper lid 23 and the lower lid 22 are fitted, and 18 points from the upper surface of the upper lid 23, It is fixed by screw fastening with 18 bolts with sealing washer from the side.
[0041]
As shown in FIGS. 14A and 14B, the sealing state is different between the screw portion from the upper surface side and the screw portion from the side surface side. As shown in FIG. 14A, the threaded portion from the upper surface side is fixed so that the inner wall of the upper lid 23 is in contact with the upper end surface of the cylindrical nut 35, and a sealing material is provided between the upper lid 23 and the lower lid 22. Intervene. On the other hand, in the threaded portion from the side surface side, as shown in FIG. 14B, the sealing material is fixed by the wedge effect by slightly deforming the wall of the upper lid 23 by the screw. As shown in FIGS. 1 and 13, the screwing position on the side surface side is formed in the middle of the screwing position on the upper surface side.
[0042]
As shown in FIG. 3, six legs for fixing the battery module 1 to the electric vehicle extend in the longitudinal direction on the lower lid 22.
[0043]
Next, the operation and the like of the battery module 1 of the present embodiment will be described.
[0044]
In the battery module 1 of the present embodiment, a blower chamber 24 in which a cooling blower 12 for cooling the inside of the exterior case is arranged at an intermediate portion between the first battery chamber 28 and the second battery chamber 27 that accommodate the same number of single cells 3. Since the cooling blower 12 is disposed at the midpoint between the intake-side and exhaust-side ventilation paths, the distance from the cooling blower 12 to the intake-side and the exhaust-side is equal, and the pressure loss in both is equal. Therefore, the load on the cooling blower 12 can be reduced. Furthermore, in the battery module 1, the cell chamber (first battery chamber 28, second battery chamber 27) and the control chamber (first cell controller chamber 30, second cell controller chamber 29, module controller chamber 31) are separated by a partition wall 33. In addition, the control units in each control room are isolated by the metal cases A44 and B45 covering the cell controller board 43 and the partition plate 52 covering the module controller unit, so that foreign matter such as dust can enter the control unit. The short circuit can be prevented and the safety of the battery module 1 can be improved.
[0045]
In the battery module 1, the control room is divided into a first cell controller room 30 that houses the cell controller 10, a second cell controller room 29, and a module controller room 31 that houses the module controller unit 11. 29 and 30 are divided (two places) into the intake side and the exhaust side of the cooling air. Since the cell controller 10 generates heat when in use, the cell controller chambers 29 and 30 are divided so that the heat storage can be suppressed as compared with the case where the cell controllers 10 are arranged in one place. In addition, by disposing the cell controller chambers 30 and 29 immediately below the cooling air intake port 57 and the discharge port 58, respectively, the cooling effect by the cooling air can be expected, so that the operation can be stabilized.
[0046]
Further, in the battery module 1, an output relay, a charging relay, a shunt resistor, a microcomputer, and the like are accommodated in the module controller chamber 31 in which the module controller unit 11 is accommodated. In general, a microcomputer is easily affected by electromagnetic waves from an output line and becomes a main cause of malfunction. In the present embodiment, since the partition plate 52 having magnetic shielding properties is disposed so as to cover the module controller chamber 31, electromagnetic waves from the cell chamber and the output line can be blocked and the influence on the inside can be suppressed as much as possible.
[0047]
Moreover, in the battery module 1, in order to form a separation space between the cell chamber and the control chamber, the extending surface 53 of the partition plate 52 is set so that the surface on the cell chamber side is one step lower. This separation space secures a space path from the cooling air cell chamber to the intake / exhaust port, and also secures a wiring space for various output lines. Furthermore, by forming the U-shaped notch 55 in the center, the output line can be directly drawn out from the module controller chamber 31 without providing a connection portion, so that the number of parts can be reduced. Further, since communication lines and connectors are attached to the partition plate 52 in advance, the assemblability can be remarkably improved. Furthermore, even when the components in the module controller chamber 31 are assembled in advance as a unit outside the outer case, the external output terminal 50 for finally extracting electricity can be connected at the unit stage, so that the work efficiency is improved. Will improve.
[0048]
Furthermore, in the battery module 1, the two unit cells 3 are electrically and mechanically connected in series to form the assembled battery 2, and the assembled battery 2 is held by the cell holders A 13 and B 14 to produce the assembled battery unit 9. Since the metal bus bar 15 for electrically connecting each assembled battery 2 is arranged in the side cover 17 in advance and is connected in a lump in the subsequent process, it is electrically connected to the work of arranging each assembled battery 2. Since no connection is included, the danger associated with the work can be reduced. Further, by arranging the voltage detection line 16 connected to the metal bus bar 15 on the side cover 17, complicated wiring work can be completed in the previous stage, and work efficiency is improved and safety at the time of electric wiring is improved. Secured. Further, since the side cover 17 is opened at a position where the metal bus bar 15 and the unit cell 3 are welded, the side cover 17 is welded after being connected to the assembled battery unit 9, so that the side cover 17 is electrically connected until the final stage of assembly. Connection is not made and safety is improved. Furthermore, by making the opening 19 of the side cover 17 usable on the left and right sides of the assembled battery unit 9 (in combination), the same component can be used and the types of components can be reduced. Further, by disposing the electrically insulating resin sheet 20 so as to further cover the side cover 17, the electrical connection portion is completely covered with the insulator, and the safety is improved.
[0049]
Furthermore, in the battery module 1, rail-like protrusions 36 are arranged on the bottom surface of the cell chamber along the left and right longitudinal directions of the assembled battery unit 9, and the assembled battery unit 9 is sandwiched between the protrusions. Therefore, positioning during assembly is facilitated.
[0050]
In the battery module 1, since the base of the external output terminal 50 is disposed above the upper surface of the upper lid 23, there is a distance until the external output terminal 50 is covered with water when the battery module 1 is submerged. The safety is improved as compared with the state exposed on the upper surface of the upper lid 23. In addition, since the box-shaped pedestal 59 is arranged on the upper lid 23, the external output terminals 50 can be concentrated in one place, and only one work window is required for mounting on the vehicle. Can be increased.
[0051]
Furthermore, in the battery module 1, since the fitting portion between the upper lid 23 and the lower lid 22 is positioned close to the upper surface of the battery module 1 (the highest position), there is an extended surface distance when immersed in water. The risk of water entering the battery module 1 can be reduced.
[0052]
Further, in the battery module 1, the upper lid 23 and the lower lid 22 are fixed from the upper surface of the upper lid 23 with screws, and the screws are laterally fixed from the side to the midpoint between the screws, so that only from one direction. Since it is not fixed, loosening is less likely to occur. Further, when the screw is tightened from the lateral direction, the side surface of the upper lid 23 is slightly deformed so that the sealing material can be held between or inside the upper lid 23 and the lower lid 22. It is possible to prevent the sealing material located from falling off and to maintain airtightness.
[0053]
In the present embodiment, the example in which the same number of single cells 3 are accommodated in the first battery chamber 28 and the second battery chamber 27 is shown. However, when the number of single cells is different, the position of the blower chamber 24 is moved. By doing so, the load of the first battery chamber 28 and the load of the second battery chamber 27 by the cooling blower 12 can be made equal. Further, even when the positions of the intake port 57 and the exhaust port 58 are not the same distance from the cooling blower 12 due to the arrangement position of the battery module 1, for example, the load is equalized by moving the position of the blower chamber 24. It can be. Further, in this embodiment, an example in which the partition plate 52 itself has an electromagnetic shielding property has been described. However, for example, a metal foil other than the partition plate 52 has an electromagnetic shielding property, and the metal foil is notched. May be formed and bonded onto the partition plate. Furthermore, in this embodiment, although the example which integrally molded the metal bus bar 15 to the side cover 17 was shown, if the metal bus bar 15 is being fixed to the side cover 17, it cannot wait that assembly property can be improved. .
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the first and second battery compartments are provided in the outer case and between the first battery chamber disposed on the intake port side and the second battery chamber disposed on the exhaust port side. 2 Since the blower chamber for accommodating the blower for circulating the cooling air is arranged in the battery chamber, the single cells accommodated in the first and second battery chambers are arranged close to the blower and efficiently cooled by the cooling air. In addition to improving the cooling performance of the unit cell, the first and second battery chambers and the control chamber By partition or partition Because it is separated, the control room can be isolated by covering it with a cover, etc., so that foreign matter can be prevented from entering the control room, so it is possible to avoid short circuits in electronic components and circuits in the control room and improve safety. The effect that it can be made can be acquired.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external perspective view of a battery module according to an embodiment to which the present invention is applicable.
2A and 2B show an assembled battery used in the battery module of the embodiment, in which FIG. 2A is an exploded perspective view in a state where an exterior tube is removed, and FIG. 2B is an external perspective view.
FIG. 3 is an external perspective view when components are partially arranged and fixed on the lower lid of the battery module.
FIG. 4 is an exploded perspective view of an assembled battery unit used in a battery module.
FIGS. 5A and 5B are plan views of a side cover of the assembled battery unit, in which FIG. 5A shows a side cover arranged on the right side (or left side), and FIG. 5B shows a side cover arranged on the left side (or right side).
FIG. 6 is an external perspective view of a lower lid of a battery module.
FIG. 7 is an external perspective view of a cell controller housed in a cell controller room.
FIG. 8 is an external perspective view of a module controller unit.
FIG. 9 is an external perspective view of a partition plate.
FIG. 10 is a plan view of the partition plate with communication lines and connectors attached in advance.
FIG. 11 is an external perspective view of the lower lid with the control unit inserted.
FIG. 12 is an external perspective view of the lower lid before inserting the assembled battery unit.
FIG. 13 is an external perspective view of the battery module before the upper lid is mounted.
14A and 14B are partial cross-sectional views of a fitting portion between an upper lid and a lower lid, where FIG. 14A shows a fitting portion screwed from the upper surface side, and FIG. 14B shows a fitting screwed from the side surface side. Indicates the part.
[Explanation of symbols]
1 Battery module
3 cells
9 battery pack unit
10 Cell controller (part of control unit)
11 Module controller unit (part of control unit)
15 Metal bus bar (conductive bus bar)
16 Voltage detection line
17 Side cover
19 Opening (Opening)
20 Resin sheet (resin plate)
24 Blower room
27 Second battery compartment
28 First battery compartment
29 Second cell controller room (part of control room, part of controller room)
30 First cell controller room (part of control room, part of controller room)
31 Module controller room (part of control room)
36 Rail-like projection
50 External output terminal (output terminal)
52 Partition
53 Extension surface
54 Partial cutout (part of cutout)
55 U-shaped cutout (part of cutout)
57 Air intake
58 Exhaust vent
59 pedestal

Claims

A first battery chamber that is disposed on the inlet side and accommodates a plurality of single cells, and a plurality of single cells that are disposed on the exhaust port side are accommodated in an exterior case having a cooling air intake port and an exhaust port. A second battery chamber, a blower chamber that houses a blower that circulates the cooling air into the first and second battery chambers, and a control chamber that houses a control unit. A battery module characterized in that the blower chamber is disposed between a ventilation path connecting the first battery chamber and the second battery chamber, separated from and separated from the second battery chamber by a partition or a partition .

The first and second battery chambers each contain the same number of cells, and the blower chamber is disposed at an intermediate position between the ventilation path from the intake port and the ventilation path to the exhaust port. The battery module according to claim 1.

The control room operates a cell controller room that houses a cell controller for monitoring or controlling the unit cell on each of the intake port side and the exhaust port side, and operates the battery module between these cell controller rooms. The battery module according to claim 1, further comprising a module controller chamber that houses a module controller unit for control.

The battery module according to claim 3, wherein the module controller unit includes at least a CPU and a relay, and the module controller chamber is covered with an electromagnetic shielding partition plate.

The partition plate has, on the first and second battery chamber sides, a one-step lower extending surface that forms a space between the module controller chamber and the first and second battery chambers. The battery module according to claim 4, wherein a notch is formed.

In the first and second battery chambers, a battery pack unit in which a plurality of battery packs in which a plurality of single cells are connected in series and in a straight line is accommodated is accommodated. The battery module according to any one of claims 1 to 5, further comprising a side cover provided with a conductive bus bar for electrical connection on both side surfaces.

In the side cover, a voltage detection line for detecting the voltage of the unit cell is arranged in advance connected to the conductive bus bar, and an opening is formed at a welding portion between the conductive bus bar and the terminal of the unit cell. The battery module according to claim 6, wherein the battery module is formed so as to be shared on both side surfaces.

The battery module according to claim 6 or 7, wherein the assembled battery unit is covered on both side surfaces with an electrically insulating resin plate along the shape of the side cover.

The said 1st and 2nd battery chamber has the rail-shaped protrusion for positioning of the said assembled battery unit along the longitudinal direction of the said assembled battery unit, Any of Claim 6 thru | or 8 characterized by the above-mentioned. The battery module according to claim 1.

2. The battery module according to claim 1, wherein the outer case is hermetically sealed with an upper lid, and a base position of the externally exposed output terminal is located above the upper surface of the upper lid.

The battery module according to claim 10, wherein the upper lid has a pedestal above the upper surface, and a base of the output terminal is fixed to the pedestal.

The outer case is formed by fitting an upper lid and a lower lid, the fitting portion is formed in the vicinity of the upper surface of the outer case, and the upper lid and the lower lid are screws from the upper surface side of the outer case. The battery module according to claim 1, wherein the battery module is fastened and fixed by fastening and screwing from the side.

The battery module according to claim 12, wherein the screwing position from the side surface side is a midpoint between the screwing positions from the upper side surface, and a sealing material is disposed at the fitting portion. .