JP4492002B2

JP4492002B2 - 電池モジュール

Info

Publication number: JP4492002B2
Application number: JP2001230752A
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: Resonac Corp
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2021-07-31
Also published as: JP2003045504A

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、複数個の円柱状単電池が直列接続された組電池を複数個並置した電池モジュールであって、組電池を冷却するための冷却空気を略水平方向に送風可能な電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車用電池モジュールには、リチウム酸化物等を主要構成材料とした高性能、高容量のバッテリセルが複数個用いられている。このようなバッテリセルは、一般に、電極が正極、負極共に活物質が金属箔に塗着された帯状であり、正極、負極が直接接触しないようにセパレータを挟んで断面が渦巻状に捲回された捲回式の柱状構造が採られている。電気自動車用のバッテリセルは、充放電時の発熱量が比較的大きく、かつ、バッテリ性能の温度依存性もあるため、バッテリセルの所定性能を確保するために冷却性能を高める必要がある。
【０００３】
バッテリセルの冷却性能を高めるために、例えば特開平第７−４７８９２号公報には、バッテリセルを円柱状に形成し、このバッテリセル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風路を形成した技術が開示されている。この技術によれば、バッテリの中空部とプレートとの間の通風路に空気が流通し得るので、バッテリセル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風路を形成しているので、通風路が狭いことから熱がこもり易く、また、前後にバッテリセルを配置した場合にはそれぞれのバッテリセルに冷却ムラを生じてしまう、という問題がある。
【０００５】
また、バッテリセルが上下２枚のプレート間で軸方向にずれ易く、これを防止するために緩衝材（防振材）を介して挟んでいるので、通風路が更に狭くなり、冷却性が悪化してしまう、という問題がある。更に、緩衝材を挟み込み固定しているので、組立作業性が悪く、取り扱いが困難であった。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑み、冷却性に優れ、組立作業性を向上させることができる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、複数個の円柱状単電池が直列接続された組電池を複数個並置した電池モジュールであって、前記組電池を冷却するための冷却空気を略水平方向に送風可能な電池モジュールにおいて、前記組電池を横置き状態で収容する下蓋と、前記下蓋を覆う上蓋とを有する外装ケースを備え、該外装ケースは、前記上蓋と下蓋とが密閉されていると共に、前記冷却空気を導入、排出する一対の導入ダクト及び排出ダクトを有しており、前記導入ダクト及び排出ダクトは、いずれか一方が前記外装ケースの長側面に形成されており、いずれか他方が前記長側面に対向する長側面に形成されていると共に、前記各長側面の長手方向に沿って離間するように対角位置に配置されている。
【０００８】
本発明では、下蓋に複数個の円柱状単電池が直列接続された組電池を複数個横置き状態で収容し電気的接続作業を行った後その上方から上蓋を配置して密閉するため、上方からの作業だけで電池モジュールの組立を行うことができるので、組立作業性を向上させることができると共に、外装ケースを構成する上蓋と下蓋とが密閉されており、導入ダクト及び排出ダクトが外装ケースの各長側面の長手方向に沿って離間するように対角位置に配されているので、組電池を冷却するための冷却空気を略水平方向に送風可能な電池モジュールにおいて下蓋に収容された組電池を効率よく冷却することができる。
【０００９】
この場合において、導入ダクト及び排出ダクトの少なくとも一方を外装ケースの長側面端部に有するようにすれば、長側面端部に冷却空気の通路を形成することができ、組電池を長側面端部近傍にも配置することができるので、電池モジュールのコンパクト化を図ることができる。また、下蓋に組電池を複数列に配置し、導入ダクト及び排出ダクトを組電池の列に対して垂直方向に形成し、導入ダクトの近傍に冷却空気を組電池の列の夫々に分配する冷却空気分配部材を配設すれば、導入ダクトから組電池の列に対して垂直方向に導入された冷却空気は、導入ダクトの近傍に配設された冷却空気分配部材により組電池の列の夫々に分配された後、組電池の列に並置された複数個の組電池を冷却しつつ略水平方向に送風されるので、導入ダクト近傍の組電池の列のみへの急激な冷却空気の流れ込みを防止することができ、組電池の複数列間の温度バラツキを抑えることができる。更に、組電池の列の最後端部近傍に冷却空気分配部材で分配された冷却空気を集約し排出ダクトに案内する冷却空気集約部材を配設すれば、冷却空気分配部材で分配され略水平方向に送風されて組電池の列に並置された複数個の組電池を冷却した冷却空気を、組電池の列の最後端部近傍に配設された冷却空気集約部材により集約し排出ダクトに案内して外装ケース外に排出することができる。
【００１０】
また、上蓋及び下蓋の少なくとも一方に、組電池の列の後方部に収容された組電池に向けて突出し冷却空気の流速を増加する流速増加リブを形成するようにすれば、水平方向に送風される冷却空気の温度は熱交換により組電池の列の後方部に行くほど上昇するため、冷却空気の流速を増大させるとその平方根に比例して冷却効果が増大するという原理を利用して、流速増加リブにより冷却空気の流速を増加させることで組電池の列の後方部に配置された組電池の熱交換効率を高めることができるので、組電池間の温度のバラツキ、換言すれば、単電池間の温度のバラツキ、をほぼ一定とすることができると共に、流速増加リブは上蓋及び下蓋の少なくとも一方と一体に形成されているので、作業工数と部品数とを削減することができ、更に、上蓋及び下蓋の少なくとも一方を強度的に補強することができる。更に、外装ケースを、冷却空気集約部材により、組電池が収容される電池室と制御用部品が収容される制御室とに区画すれば、冷却空気の流通が必要な電池室と埃等の帯電物質の混入の可能性から冷却空気の流通が不必要な制御室とを区画することができると共に、冷却空気集約部材を共通して区画用に使用するので、電池室と制御室とを区画する別部品が不要となり電池モジュールの省スペース化及び軽量化を図ることができる。
【００１１】
更に、上記電池モジュールに用いられる組電池が単電池の上面と下面の夫々に嵌合される電気絶縁樹脂製のホルダケースを備え、該ホルダケースが、単電池間を電気的に接続する金属部材が固定された第１のホルダケースと、金属部材に加えて外部出力端子と単電池の電圧を検出するための電圧検出用金属部材とが固定された第２のホルダケースとを有するようにすれば、複数個の単電池の上面と下面とはホルダケースに嵌合されて配設され、第１及び第２のホルダケース間で固持されるので、単電池をホルダケース内に整然と、しかも遊動することなく配設することができ、単電池の支持安定性を良好に維持することができると共に、第１のホルダケースには単電池を電気的に接続する金属部材が固定されており、第２のホルダケースには金属部材に加えて外部出力端子と単電池の電圧を検出用の電圧検出用金属部材とが固定されているので、単電池同士は金属部材で電気的に直列に接続され、各単電池の電池電圧は電圧検出用金属部材によって検出可能に引き出され、かつ、外部出力端子によって組電池の出力をホルダーケース外部へ引き出すことができる。このとき、金属部材、外部出力端子、電圧検出用金属部材の少なくとも１つをホルダケースにインサート成形により埋設すれば、後工程による取り付け作業が少なくなり組立作業性を向上させることができる。更に、組電池の上面と下面で、単電池の極性を対角上で同種とすれば、外部出力端子を第２のホルダケースの同一面に配置することが可能となるので、下蓋への組み付け時の作業が容易になると共に、ホルダケース内の単電池は規則的配置を呈し、目視による確認が可能で誤挿入を防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明をハイブリッド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。
【００１３】
＜構成＞
図１に示すように、本実施形態の電池モジュール１００は、箱状に成形され外装ケースの一部を構成する電気絶縁樹脂製の下蓋３７と、外装ケースの一部を構成し下蓋３７のうち後述する組電池を収容する電池室を覆う電気絶縁樹脂製の電池室上蓋５５と、外装ケースの一部を構成し下蓋３７のうち制御回路等を収容する制御室を覆う電気絶縁樹脂製の制御室上蓋５６と、を備えている。
【００１４】
外装ケースの長手方向一側端部には、冷却空気を電池モジュール１００内に導入するための導入口３１が形成されており、導入口３１と対向する長手方向他側端部近傍には、冷却空気を電池モジュール１００内から排出するための排出口３２が形成されている。排出口３２の開口は、後述するように排出側の冷却空気の流速が大きくなることから、導入口３１の開口より大きい形状とされている。電池モジュール１００の長手方向で導入口３１と反対側の端部近傍には、制御室上蓋５６から上方に突出する外部出力端子４８が立設されている。また、制御室上蓋５６の電池室上蓋５５寄り略中央部からは、複数個の電池モジュール１００を制御する図示しない上位制御システムとの通信を行うための外部接続コネクタ８０が導出されている。下蓋３７内の電池室上蓋５５に対応する位置（電池室）には、複数個の組電池１が直列に接続され横置き状態で収容されている（図８も参照）。
【００１５】
図２及び図３に示すように、組電池１は、熱伝導性の高いケーシングで被覆された高性能の４個の単電池２と、単電池２の下側に配置され単電池当接部が円形窪み状に成形された電気絶縁樹脂製の下部ホルダ３と、単電池２の上側に配置され単電池当接部が円形窪み状に成形された電気絶縁樹脂製の上部ホルダ４と、を有している。これらの下部ホルダ３及び上部ホルダ４は、単電池２を挟み込む中間部が内側に大きく湾曲した曲面部２６を有している。組電池１は、下部ホルダ３と上部ホルダ４とで４個の単電池２を隣接する単電池２間で上下逆方向に挟み込むことで縦２列横２列の正方直交状に構成されており、これら４個の単電池２は組電池１内で電気的に直列に接続されている。
【００１６】
図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、単電池２は、円筒状で負極側となる有底電池缶１０内にマンガン酸リチウム等を主要構成材料とした正極と炭素材を主要構成材料とした負極とをセパレータを介して捲回した捲回群を内蔵しており、円柱状の外形形状を有している。また、電池缶１０の上部開口端と、安全弁等が配設され中央に正極端子１１が突設された封口電池蓋とは、絶縁部材を介してカシメ部１２の位置でカシメられており、このカシメによって電池缶１０の上部開口端は正極端子１１側に折り曲げられ平面部１６が形成されている。また、絶縁部材の介在により、平面部１６と封口電池蓋との間には段差が形成され、単電池２の正極側には、この段差、平面部１６及び正極端子１１で画定される円環状溝が形成されている。
【００１７】
図３に示すように、上部ホルダ４には、単電池２間を直列に接続するための単電池間接続ブスバ６、正負外部出力端子となる出力ブスバ７、及び、各単電池２の端子間電圧を検出するための電圧検出ブスバ９及び電圧検出金属片１５がインサート成形によって埋設固定されている。また、上部ホルダ４には、単電池２が挿入される中心部にスポット溶接用の開口部として溶接用貫通穴１４が形成されている。この溶接用貫通穴１４が形成された位置には、単電池間接続ブスバ６の溶接用端部が露出している。また、上部ホルダ４には、単電池２の平面部１６に相当する位置にのみ電圧検出ブスバ９が埋設されており、電圧検出ブスバ９の端部は上部ホルダ４の表面に露出している。更に、単電池間接続ブスバ６の中央部には、上部方向へ導出され単電池２の電圧を検出するための電圧検出金属片１５が上部ホルダ４の表面に露出している。
【００１８】
上部ホルダ４に形成された残りの溶接用貫通穴１４には、出力端子を構成する断面略Ｌ字状の出力ブスバ７の他端部が露出している。出力ブスバ７は上部ホルダ４の上面から単電池２の長手方向と同一方向に２本平行に突出しており、出力ブスバ７の中央にはボルト、ナット締結を可能とするためのボルト締結穴１７が形成されている。
【００１９】
図２及び図３に示すように、上部ホルダ４の上には、各単電池２の端子間検出電圧を集結するための配線シート５が配置されている。この配線シート５は、上部ホルダ４の中央部に形成された穴状のネジ止め部１８を避けるように形成されたパターン状の金属シートであり、配線シート５の露出端部であるシート端部２５を除き樹脂シートで被覆・絶縁化されている。シート端部２５は、上部ホルダ４の表面に露出した電圧検出ブスバ９及び電圧検出金属片１５にスポット溶接で固定されており、配線シート５の他端部には電圧検出コネクタ１９が接続されている。
【００２０】
一方、図３に示すように、下部ホルダ３には、上部ホルダ４と同様に、単電池２が挿入される中心部にスポット溶接用の開口部として溶接用貫通穴１４が形成されており、溶接用貫通穴１４が形成された位置に単電池間接続ブスバ６の溶接部である端部が露出するようにインサート成形によって２本平行にケース内に埋設固定されている。
【００２１】
下部ホルダ３の基本形状は、上述した上部ホルダ４と大差はないが、大きな違いは下部ホルダ３と上部ホルダ４とを固定するための支柱２０が下部ホルダ３の中央部から上部ホルダ４の中央部に向けて垂直方向に立設されていることである。この支柱２０の頂部にはタッピングネジ穴２１が形成されており、支柱２０の左右には回り止め防止及び誤挿入防止用のキー形状をしたキーリブ２２が形成されている。キーリブ２２には、キーリブ２２を補強すると共に、冷却空気を整流するための補強リブ２３が形成されている。また、支柱２０には補強リブ２３と直交する方向に、支柱２０を補強すると共に、補強リブ２３より導出長さが長く冷却空気を整流するための水平リブが形成されている。この水平リブは、組電池１を横置き状態としたときに水平方向に位置するリブである。なお、上部ホルダ４には、支柱２０及びキーリブ２２に嵌合する図示しないキー溝が形成されている。
【００２２】
４個の単電池２はそれらの極性が上下方向で交互になるように下部ホルダ３、上部ホルダ４内に正方直交状に配設され、対角線上の単電池２同士が同一極性になるように固定される。また、下部ホルダ３の単電池２の正極端子１１側が挿入される箇所には、溶接用貫通穴１４の周りに円形リブ１３が単電池２側に突設されている。この円形リブ１３の先端が、上述した単電池２正極側の円環状溝内に挿入されている。
【００２３】
組電池１を製造するには、上部ホルダ４を、４個の単電池２を上下方向交互に挿入した下部ホルダ３の上に配置し、上部ホルダ４のネジ止め部１８にタッピングネジを挿入して下部ホルダ３の支柱２０の頂部に形成されたタッピングネジ穴２１に螺着した後、単電池間接続ブスバ６及び出力ブスバ７の他端部と単電池２とをスポット溶接で機械的、電気的に接続する。次に、配線シート５を上部ホルダ４の上面に載置し、電圧検出ブスバ９、電圧検出金属片１５とシート端部２５とをスポット溶接し、機械的、電気的に接続する。これにより、各単電池２の端子間検出電圧は電圧検出コネクタ１９の一箇所に集結される。
【００２４】
図５に示すように、スポット溶接により電気的、機械的に接続された組電池１内の４個の単電池２は、３本の単電池間接続ブスバ６によって直列に接続されており、最高電位側及び最低電位側がそれぞれ出力ブスバ７に接続されている。また、各単電池２の端子間電圧は電圧検出ブスバ９、電圧検出金属片１５等により配線シート５を介して電圧検出コネクタ１９に集結されている。なお、組電池１の配線用部材は、下部ホルダ３に埋設された２本の単電池間接続ブスバ６を除き、全て上部ホルダ４側に埋設されている。
【００２５】
図６及び図８に示すように、下蓋３７には、組電池１を横置き状態で収容する電池室４１と上述したように制御回路等を収容する制御室４６とを区画する隔壁６１が一体成形されている。隔壁６１の断面は直線及び略Ｊ字が連接された形状を有しており、隔壁６１にはインサートナットが挿入されたボス固定部７０が形成されている。図６〜図８に示すように、電池室４１は、組電池１の出力ブスバ７同士を直列接続するための支持部となり上部方向へ断面略コ字状に突出した台状部分４２により長手方向に２分割され、断面形状が略Ｗ字状とされている。電池室４１の底面には、下蓋３７と一体に、組電池１の下部ホルダ３及び上部ホルダ４の側面を支持する４本のレール状突起２９が形成されている。各レール状突起２９には、組電池１の曲面部２６に嵌合し組電池１の位置決めを容易にする５個の曲面突起２７が上方に突出形成されている。
【００２６】
図８に示すように、電池室４１には、組電池１の出力ブスバ７が台状部分４２を挟んで台状部分４２に向き合うように、２並列、各５個ずつ合計１０個の組電池１（単電池２としては４０個）が横置きに収容されている。図７に示すように、下蓋３７（電池室４１）の底面と組電池１（単電池２）との間には隙間２８が形成されている。また、電池室上蓋５５にも、下蓋３７と同様に、５個の曲面状突起が下方に突出形成された図示しないレール状突起が形成されており、電池室上蓋５５の背面と組電池１（単電池２）との間にも隙間２８が形成されている。これら下蓋３７と組電池１との間、電池室上蓋５５と組電池１との間に形成された隙間２８により、各単電池２を冷却する冷却空気を電池室４１内を長手方向に沿って略水平方向に流通させるバイパス経路が形成されている。更に、図７に示すように、組電池１を構成する単電池２の間（隙間２８の間）にも中央通風路３０が形成されており、この中央通風路３０を介しても単電池２を冷却し電池室４１内を長手方向に流通させる冷却空気のバイパス経路が形成されている。
【００２７】
図６に示すように、台状部分４２の上面には、出力ブスバ７の位置に対応する夫々の位置に、四角形のナットを収容・保持するナット状窪み４３が形成されている。また、図６及び図８に示すように、組電池１間を直列に接続する組電池間接続ブスバ８を収容・保持するブスバ溝４４がナット状窪み４３間を連通するように形成されている。台状部分４２の上面のナット状窪み４３間には、組電池１の電圧検出コネクタ１９のピン側を上向きに支持固定するための長方形台座４５が形成されている。このため、組電池１の接続作業手順としては、台状部分４２に形成されたナット状窪み４３にナットを配置し、ブスバ溝４４に組電池間接続ブスバ８を配置した後、組電池１を曲面突起２７に対応するように配置することで出力ブスバ７をナット状窪み４３の位置に配設し、その上方からボルトで締結すればよい。組電池１の直列接続により、組電池間接続ブスバ８は向かい合うように配置され、台状部分４２の上面には組電池間接続ブスバ８で構成される２列の強電端子が直線状にまとまった構造とされている。なお、対向する長方形台座４５の間には、台状部分４２と電池室上蓋５５とタッピングネジで固定するためのネジ孔７５が形成されている。
【００２８】
図６及び図８に示すように、下蓋３７の導入口３１近傍には、配置された２列の組電池１の１列目（導入口３１側の列）への急激な冷却空気の流れ込みを防止する整流リブ３３が配置されている。整流リブ３３は、下蓋３７の長手方向での冷却空気導入経路断面の半分近くを占有しており、かつ、導入側の勾配が緩やかな不等辺三角柱状の形状を有している。また、図６に示すように、下蓋３７の底面には、組電池１の列の後方部（隔壁６１側）の組電池１間に、図７に示した隙間２８の間隔を狭め下蓋３７（電池室４１）の長手方向に流通する冷却空気の流速を増加させる整流ルーバーＡ３６、Ｂ３５、Ｃ３４が、下蓋３７の長手方向と直交する方向に下蓋３７と一体平行に形成されている。導入口３１に近い位置にある整流ルーバーＡ３６は、組電池１の曲面部２６に沿った断面形状を有している。導入口３１から離れた整流ルーバーＢ３５は、台形状の中央にリブを突出させ整流ルーバーＡ３６より高い形状を有している（隙間２８が狭められている）。隔壁６１側に最も近い整流ルーバーＣ３６は、リブ高さが更に高く台形というよりも山形状に近い断面形状を呈している（隙間２８が更に狭められている）。更に、図８に示すように、導入口３１に配される２個の（１列目の）組電池１は、２個目の単電池２の中央部（頂部）まで電気絶縁性薄膜からなる整流膜３９により被覆されている。整流膜３９には、縦方向２個の単電池２間に直方形の貫通穴３８が形成されている。
【００２９】
図８及び図９に示すように、台状部分４２の上面に組電池間接続ブスバ８により接続された直線状２列の強電端子のうち導入口３１側一端部は、ヒューズ５２、強電ケーブル、強電スイッチ４０を介して、導入口３１側他端部に接続されている。従って、導入口３１側の強電端子は、強電スイッチ４０により、例えば、メンテナンス等の作業時に安全性を確保するために電池モジュール１００全体の電気接続を切断できる構造とされている。強電スイッチ４０の端子部は制御室４６から最も離れた電池室４１の外壁部に形成されたスイッチボックス５１内に挿入されており、強電スイッチ４０はスイッチボックス５１の側壁にネジ固定されている（図６も参照）。なお、上述した強電ケーブルは、電池室上蓋５５に形成された切り欠き部５７を介して強電スイッチ４０の端子部に接続されている。
【００３０】
図６に示すように、外部出力端子４８は、外部出力端子４８を支持する端子台４９と一体に成形されており、端子台４９は制御室４６内の隅部に下蓋３７と一体成形されている。また、制御室４６内には組電池１の配設前の状態で予め電源制御のためのリレー４７が固定されている。図８に示すように、リレー４７と外部出力端子４８とは強電ブスバ５０により接続されており、リレー４７は台状部分４２の上面の２列の直線状の強電端子のうち一方の端部（高電位側）に接続されている。なお、他方の端部（低電位側）も図示しない強電ブスバにより外部出力端子４８に直接接続されている。
【００３１】
また、図７に示すように、電池モジュール１００は、電池室４１内をパッキン５３で気密状態に保つ気密構造が採用されている。このため、図６に示すように、下蓋３７のうち電池室４１の外囲（フランジ部）及び隔壁６１の上端中央部には、パッキン５３を収容固定するためのパッキン固定溝６７が形成されており、更に、下蓋３７の外周側面には、電池室上蓋５５及び制御室上蓋５６との固定用にインサートナットが挿入されたネジ固定部６４が形成されている。また、電池室４１の外周側面には、各単電池２の長手中心方向に対応する位置に（図８も参照）、電池室４１に加わる組電池１の重量や外力を全周囲に分散させると共に、下蓋３７自体の剛性を向上させ、電池室４１の変形を防止する下蓋変形防止リブ６５が一体形成されている。
【００３２】
一方、図１０及び図１１に示すように、電池室上蓋５５には、パッキン５３を上側から加圧するためのフランジ部５４が形成されている。フランジ部５４には、下蓋３７のネジ固定部６４に対応する位置にネジ穴７１が形成されており、下蓋変形防止リブ６５に対応する位置に、電池モジュール１００に加わる外力を全周囲に分散させると共に、電池室上蓋５５自体の剛性を向上させ、電池室上蓋５５の変形を防止する上蓋変形防止リブ７３が一体形成されている。また、電池室上蓋５５には、下蓋３７に形成された導入口３１と対応して形成された導入口３１の上蓋部、切り欠き部５７を有しスイッチボックス５１の上部開口を覆うスイッチボックス蓋５８が形成されている。更に、電池室上蓋５５のスイッチボックス蓋５８が形成された側の長手方向反対側には、下蓋３７に形成された隔壁６１に接続可能なようにスカート状に延出された冷却空気集約経路カバー部６６が形成されている。従って、下蓋３７の電池室４１を電池室上蓋５５で覆うと、冷却空気集約経路の一部（隔壁６１の断面Ｊ字部）を残して冷却空気の流通経路の気密化が可能となる（図９も参照）。
【００３３】
図８及び図１２に示すように、制御室４６の上側には隔壁６１の断面Ｊ字部の上端面に支持され、上述した冷却空気集約経路の一部覆い熱伝導性の高い回路保護ケース６３が固定されている。この回路保護ケース６３内に制御部品が実装された回路基板６２が固定されている。従って、排出口３２近傍では、回路基板６２が回路保護ケース６３に収容された状態で制御室４６と制御室上蓋５６との間で固定されており、冷却空気集約経路は回路保護ケース６３に天井を覆われて冷却空気が排出口３２まで案内される。このため、冷却空気の流通経路は、電池室４１と制御室４６とに完全に区画されている。
【００３４】
図１１に示すように、電池室上蓋５５の略中央部には、長方形台座４５に上向きに固定された電圧検出コネクタ１９の位置に対応して矩形状の貫通穴５９が形成されている。図１０に示すように、電池室上蓋５５の略中央部には、電池室４１内の全単電池２の電池電圧を集約するための電圧検出ケーブル６０が電池室上蓋５５の上面を這うように固定されている。電圧検出ケーブル６０の各端部には、電圧検出コネクタ１９に嵌合可能な図示しない雌電圧検出コネクタが接続されており、図示しない雌電圧検出コネクタは貫通穴５９を介して上側方向から各電圧検出コネクタ１９に接続されている。電圧検出ケーブル６０の他端部は２個のピンコネクタ７４に接続されている。また、電池室上蓋５５には、下蓋３７のボス固定部７０に対応する位置、台状部分４２に形成されたネジ孔７５に対応する位置、及び、ネジ固定部６４に対応する位置に、それぞれ、固定ボス６８、タッピングネジ穴７２及びネジ穴７１が形成されている。
【００３５】
従って、電池モジュール１００を組み立てるには、図７〜図９に示すように、組電池１の接続作業が終了した後、パッキン固定溝６７にパッキン５３を収容して電池室上蓋５５を上方から加圧して下蓋３７上に載置し、固定ボス６８をボス固定部７０に、タッピングネジ２４をネジ穴７１を介してネジ固定部６４に、タッピングネジ２４をタッピングネジ穴７２を介して台状部分４２のネジ孔７５にそれぞれ固定して電池室上蓋５５を下蓋３７に取り付ける（図９の状態）。次に、回路基板６２及び回路保護ケース６３を制御室４６に取り付けた後（図１２の状態）、電圧検出ケーブル６０、単電池２の温度を検出する図示しない温度検出ケーブル、外部接続コネクタ８０を回路基板６２上のコネクタと接続し、下蓋３７と制御室上蓋５６とをタッピングネジ２４で固定して、電池モジュール１００の組み立てが終了する（図１の状態）。
【００３６】
＜作用＞
次に、本実施形態の電池モジュール１００及び組電池１の作用について説明する。
【００３７】
一般に、単電池を冷却する冷却空気を略水平方向に送風可能な電池モジュールでは、冷却空気の導入側と排出側とでは熱交換によって冷却空気の温度自体が異なってくるため、単電池間の温度バラツキが大きくなってしまう。本実施形態の電池モジュール１００では、図７に示したように、下蓋３７の底面と組電池１との間及び電池室上蓋５５の背面と組電池１との間に隙間２８を形成し、各単電池２を冷却するための冷却空気が流れ込むバイパス経路としたので、冷却空気の導入口３１側、排出口３２（隔壁６１）側に拘わらず各単電池２を略同一温度の冷却空気で冷却でき、単電池２の温度バラツキを抑えることができる。また、排出口３２側に近づくにつれて空気温度が上昇するので、組電池１間に夫々高さの異なる３種類の整流ルーバーＡ３６、Ｂ３５、Ｃ３４を電池室上蓋５５及び下蓋３７から隙間２８に向けて突出させることにより、冷却空気の流路を絞り流速を増大させて冷却効果を高め、各単電池２への冷却空気の回り込みを可能とし夫々の熱バランスを一定化させた。これは、空気流の流速を増大させると、その平方根に比例して単電池２の冷却効果が増大することによる。
【００３８】
更に、電池モジュール１００では、モジュールの長さが長いため車両積載時の長手方向に対して、導入口３１、排出口３２を形成すればより長くなり車載体積が大きくなって空間効率が悪くなる。そこで、導入口３１及び排出口３２をモジュールの側面の対角位置に設定することで、車載位置の自由度を向上させると共に、導入口３１をモジュールの長手側面端部に配置することで、電池モジュール１００のコンパクト化を図った。また、電池モジュール１００では、導入口３１及び排出口３２を外装ケースと一体に形成したので、組立て時における部品数を減らすことができ、後付けための工数をなくすことができる。
【００３９】
しかしながら、冷却空気の流れからすれば、流れ方向に対して組電池１の配列は２並列で直交しているので、導入口３１に近い組電池１の１列目の配列に偏って冷却空気が流入してしまう。電池モジュール１００では、下蓋３７の冷却空気経路の導入口３１近傍に整流リブ３３を配置することによって、組電池１の１列目への急激な冷却空気の流れ込みを防止し、夫々の列に冷却空気を均等に分配することとした。しかし、２列平行に配列された組電池１に冷却空気を均等に分配させたとしても、最初に接触する単電池２の急激な温度低下、換言すれば、単電池２間の温度のバラツキは避けられない。そこで、図８に示したように、整流膜３９で組電池１の２個目の単電池中央部までを被覆することで冷却空気に最初に接触する単電池２の温度低下を抑えると共に、縦方向の単電池２間の中央に貫通穴３８を形成することで中央通風路３０にも冷却空気が流通する流通経路が形成されるので、全単電池２を効率よく冷却すると共に単電池２間の温度バラツキをなくした。
【００４０】
また、本実施形態の電池モジュール１００は、組電池１を曲面突起２７に嵌合させて配置するだけで台状部分４２の上面に出力ブスバ７の位置決めがなされ、組電池間接続ブスバ８等を用いて電気的に直列に接続することにより強電部分の接続を行うことができるので、組立時における電気的接続作業の工数を著しく削減することができる。更に、台状部分４２は、組電池１の出力ブスバ７がその端面よりも内側に設定されているので、出力ブスバ７と同じ高さに設定され、ネジ締結後も組電池１の端面以上の高さとはならず、電池モジュール１００の高さを抑えコンパクト化することができる。また、電圧検出ケーブル６０等の配線作業はネジ類を使用せずにコネクタ接続のみで行うことができる。しかも、電池モジュール１００は、組立手順で説明したように、上方からの作業だけで行うことができるので、組立作業の工数の低減ばかりでなく作業性の改善が図られている。
【００４１】
更に、本実施形態の電池モジュール１００は、隔壁６１により電池室４１と制御室４６とが区画されている。このため、電池室４１には冷却空気を流通させることができる一方、制御室４６には余分な埃等の帯電物質や水分が混入する可能性を避けることができる。しかも、隔壁６１に冷却空気を排出口３２に案内する機能と電池室４１及び制御室４６を区画する機能の双方を持たせたので、部品数を削減することができると共に、電池モジュール１００の省スペース化を図ることができる。また、電池モジュール１００では、電池室４１からの電圧検出ケーブル６０、出力用の強電ケーブル、温度検出ケーブルを制御室４６側に接続する必要があるので、電池室４１に隣接させて接続ケーブル長さが最短となる配置としたので、部品重量を抑えることができると共に体積効率を向上させることができる。更に、電池モジュール１００では、熱伝導性の高い回路保護ケース６３を用いたので、回路保護ケース６３内に配置された回路基板６２の冷却がなされ、安定な動作を確保することができる。
【００４２】
一方、本実施形態の組電池１では、単電池２の外径よりも若干大き目に設定された円柱状の窪み部を有した下部ホルダ３に単電池２を配設し、単電池２に対して上部ホルダ４で上下方向から固持するため、所要個数の単電池２をケース内に整然と、しかも遊動することなく配設することができ、単電池２の支持安定性を良好にすることができる。また、図５に示したように、上部ホルダ４には、単電池間接続ブスバ６、出力ブスバ７、電圧検出ブスバ９、電圧検出金属片１５が埋設され、下部ホルダ３には単電池間接続ブスバ６が埋設されているので、スポット溶接により組電池１間の直列接続作業を行うことができると共に、出力ブスバ７、電圧検出ブスバ９及び電圧検出金属片１５にシート端部２５を溶接することで単電池２の電圧を電圧検出コネクタ１９に集結することができる。従って、ネジ類を使用せずに接続作業が可能なので、作業性を著しく向上させることができる。また、本実施形態の組電池１では、下部ホルダ３には２本の単電池間接続ブスバ６を埋設しただけで、上部ホルダ４に単電池間接続ブスバ６、出力ブスバ７、電圧検出ブスバ９、電圧検出金属片１５等を集約して埋設する構造としたので、後工程による取り付け作業がなくなると共に、殆どの接続作業が上部ホルダ４側で行われるので作業性が向上する。
【００４３】
また、本実施形態の組電池１では、上部ホルダ４、下部ホルダ３には曲面部２６を形成したので、組電池１の重量が軽くなるばかりでなく、組電池１を横置き状態としたときに、上述した曲面突起２７との嵌合で位置決めが容易となり、電池モジュール１００に使用するときに作業性の向上を図ることができる。また、単電池２の極性を対角上で同種となるようにしたので、単電池２は規則的配置から誤挿入を目視確認することができると共に、出力ブスバ７を同一面の同一方向に導出することができ電池モジュール１００の省スペース化や組立作業の工数低下を図ることができる。また、下部ホルダ３には円形リブ１３が一体形成されているので、作業工程で仮に誤挿入があったとしても、下部ホルダ３に埋設された単電池間接続ブスバ６と単電池２の電池缶１０とが接触することはないので、誤挿入によるショートの危険はなく、円形リブ１３により単電池２が誤挿入されると上部ホルダ４側で単電池２が不揃いとなるので、作業ミスを防止することができる。
【００４４】
なお、本実施形態の電池モジュール１００では、ナット状窪み４３に収容保持するナットを四角形状のナットとした例を示したが、通常の六角形のナットを使用するようにしてもよい。この場合には、ナットの形状に合わせてナット状窪みの形状等を変更すればよい。
【００４５】
また、本実施形態の電池モジュール１００では、導入口３１に近い組電池１の１列目に偏って冷却空気が流入することを防止するために、不等辺三角形の形状を有する整流リブ３３を冷却空気経路の導入口３１近傍に配置した例を示したが、整流リブ３３は不等辺三角形の形状や個数に限らず、組電池１の列に均等に冷却空気を分配するために、種々の態様を採ることが可能である。
【００４６】
更に、本実施形態の電池モジュール１００では、直線及び略Ｊ字が連接された断面形状の隔壁６１を例示したが、隔壁６１は冷却空気を集約することができればよく、更に好ましくは電池室４１と制御室４６とを区画することができればよいので、隔壁６１の断面形状は例示した形状に限定されるものではない。
【００４７】
そして、本実施形態の組電池１では、図５に示したように、単電池間接続ブスバ６、出力ブスバ７、電圧検出ブスバ９及び電圧検出金属片１５等のすべての導電性部材を下部ホルダ４、上部ホルダ３にインサート成形で埋設した例を示したが、これらの導電性部材のうち少なくとも１つをインサート成形で埋設すれば、その分だけ後付けが不要になるので、作業性を高めることができることは論を待たない。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、下蓋に複数個の円柱状単電池が直列接続された組電池を複数個横置き状態で収容し電気的接続作業を行った後その上方から上蓋を配置して密閉するため、上方からの作業だけで電池モジュールの組立を行うことができるので、組立作業性を向上させることができると共に、外装ケースを構成する上蓋と下蓋とが密閉されており、導入ダクト及び排出ダクトが外装ケースの各長側面の長手方向に沿って離間するように対角位置に配されているので、組電池を冷却するための冷却空気を略水平方向に送風可能な電池モジュールにおいて下蓋に収容された組電池を効率よく冷却することができる、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の外観斜視図である。
【図３】実施形態の電池モジュールに使用される組電池の分解斜視図である。
【図４】実施形態の電池モジュールに使用される組電池を構成する単電池を示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）は正極端子近傍の部分拡大側面図である。
【図５】実施形態の電池モジュールに使用される組電池の配線を模式的に示す配線図である。
【図６】実施形態の電池モジュールの下蓋の外観斜視図である。
【図７】実施形態の電池モジュールの電池室の断面図である。
【図８】実施形態の電池モジュールの電池室に組電池を収容して直列接続したときの下蓋の外観斜視図である。
【図９】実施形態の電池モジュールの下蓋に電池室上蓋を取り付けたときの外観斜視図である。
【図１０】実施形態の電池モジュールの電池室上蓋に電圧検出ケーブルを配線したときの平面図である。
【図１１】実施形態の電池モジュールの電池室上蓋を後方からみたときの外観斜視図である。
【図１２】実施形態の電池モジュールの制御室に回路基板及び回路保護ケースを取り付けたときの外観斜視図である。
【符号の説明】
１組電池
２単電池
３下部ホルダ（第１のホルダケース）
４上部ホルダ（第２のホルダケース）
６単電池間接続ブスバ（金属部材）
７出力ブスバ（外部出力端子）
９電圧検出ブスバ（電圧検出用金属部材の一部）
１５電圧検出金属片（電圧検出用金属部材の一部）
３１導入口（導入ダクト）
３２排出口（排出ダクト）
３３整流リブ（冷却空気分配部材）
３４整流ルーバーＣ（流速増加リブ）
３５整流ルーバーＢ（流速増加リブ）
３６整流ルーバーＡ（流速増加リブ）
３７下蓋（外装ケースの一部）
４１電池室
４６制御室
５５電池室上蓋（上蓋の一部、外装ケースの一部）
５６制御室上蓋（上蓋の一部、外装ケースの一部）
６１隔壁（冷却空気集約部材）
１００電池モジュール

Claims

複数個の円柱状単電池が直列接続された組電池を複数個並置した電池モジュールであって、前記組電池を冷却するための冷却空気を略水平方向に送風可能な電池モジュールにおいて、
前記組電池を横置き状態で収容する下蓋と、前記下蓋を覆う上蓋とを有する外装ケースを備え、該外装ケースは、前記上蓋と下蓋とが密閉されていると共に、前記冷却空気を導入、排出する一対の導入ダクト及び排出ダクトを有しており、
前記導入ダクト及び排出ダクトは、いずれか一方が前記外装ケースの長側面に形成されており、いずれか他方が前記長側面に対向する長側面に形成されていると共に、前記各長側面の長手方向に沿って離間するように対角位置に配置された
ことを特徴とする電池モジュール。
前記外装ケースは、前記導入ダクト及び排出ダクトの少なくとも一方を長側面端部に有することを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
前記下蓋には前記組電池が複数列に配置され、前記ダクトは前記組電池の列に対して垂直方向に形成されており、前記導入ダクトの近傍に前記冷却空気を前記組電池の列の夫々に分配する冷却空気分配部材が配設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池モジュール。
前記組電池の列の最後端部近傍に前記冷却空気分配部材で分配された冷却空気を集約し前記排出ダクトに案内する冷却空気集約部材が配設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電池モジュール。
前記上蓋及び下蓋の少なくとも一方には、前記組電池の列の後方部に収容された組電池に向けて突出し前記冷却空気の流速を増加する流速増加リブが形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電池モジュール。
前記外装ケースは、前記冷却空気集約部材により、前記組電池が収容される電池室と制御用部品が収容される制御室とに区画されていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の電池モジュール。
前記組電池は、前記単電池の上面と下面の夫々に嵌合される電気絶縁樹脂製のホルダケースを備え、該ホルダケースは前記単電池間を電気的に接続する金属部材が固定された第１のホルダケースと、前記金属部材に加えて外部出力端子と前記単電池の電圧検出するための電圧検出用金属部材とが固定された第２のホルダケースとを有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の電池モジュール。
前記金属部材、外部出力端子、電圧検出用金属部材の少なくとも１つは前記ホルダケースにインサート成形により埋設されていることを特徴とする請求項７に記載の電池モジュール。
前記組電池の上面と下面では、前記単電池の極性が対角上で同種であることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の電池モジュール。