JP5338125B2

JP5338125B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP5338125B2
Application number: JP2008115476A
Authority: JP
Inventors: 悦夫大上
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2028-04-25
Also published as: JP2009266653A

Description

本発明は、電池パックに関する。

近年、電動機を駆動源として用いる電気自動車や、駆動源としての電動機とその他の駆動源（例えばガソリンエンジン）とを組み合わせたいわゆるハイブリッド電気自動車が実用化されてきている。このような車両においては、電動機にエネルギーである電気を供給するための電池が搭載されている。この電池としては、例えば繰り返し充放電ができる蓄電池（二次電池）が用いられる。

この種の蓄電池は、高出力であることを要求されるため、単電池を複数組み合わせた組電池が用いられ、当該組電池を電池ケース内に収容した電池パックとして、車両の固定されるようになっている。

例えば、特許文献１に開示される電池パックは、一以上の単電池をモジュールケースに収容した電池モジュールをさらに複数組み合わせた組電池と、組電池を内部に収容するとともに車両に固定される電池ケースと、を備えて構成されている。
特開２００６−２３６８２６号公報

しかしながら、前記従来の電池パックにあっては、強い衝撃に対しても組電池が電池ケース内に確実に保持されるように、組電池を構成する電池モジュールごとに電池ケースにボルト締めする構造を採用している。

このような構造では、電池モジュールごとに電池ケースをボルト締めするため、ボルト本数が多く、質量が増大してしまうとともに、組立工数が多いことで組立コストが増加してしまう問題点があった。

本発明はこのような従来技術を基に為されたものであって、製造コストを低減できる電池パックの提供を図ることを目的とする。

本発明は、複数の電池モジュールを積層して当該積層方向に貫通する締結ロッドで締結するとともに、前記複数の電池モジュールを電気的に接続した組電池と当該組電池を収容する電池ケースを備える電池パックであって、前記締結ロッドは長さを変更可能に構成され、前記組電池を前記ケース内部に収納した状態で、前記締結ロッドの長さを長くすることにより、前記電池ケースの対向する内側面に、前記組電池の締結ロッドの両端部を直接または間接的に圧接させて、前記締結ロッドを前記電池ケース内側面に突っ張った状態で固定することを特徴とするものである。

本発明によれば、組電池は当該組電池の締結ロッドによって長手方向に突っ張るように電池ケース内に支持される。つまり、組電池が当該組電池の締結ロッドによっても電池ケース内に強固に支持されるため、組電池を電池ケースに締結するためのボルトを減らすまたは無くすことができる。結果、電池パックの軽量化を図ることができるとともに、組立工数の低減により組立コストの低減を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面をもとに説明する。

（第１実施形態）
図１〜図５は本発明の第１実施形態を示すものである。第１実施形態の車両１は、図１に示すような組電池１０の車載構造を備えている。つまり、本実施形態の組電池１０の車載構造は、蓄電池としての組電池１０を電池ケース２０内に収容して電池パック９とし、当該電池パック９を車体３のフロアパネル３ａの下面に固定した構造となっている。

電池ケース
まず組電池１０を収容する電池ケース２０について説明する。

電池ケース２０は、図１に示すように、車体３のフロアパネル３ａの下面に図示せぬボルトにより取付固定される。電池ケース２０は、容器状の上側ケース部材２１と、同じく容器状の下側ケース部材２２と、を備えて構成され、これらケース部材２１、２２をそれぞれの開口部周縁に設けられたフランジ部２１ｆ、２２ｆ同士をネジ止めすることで、略箱状に形成される。

電池ケース２０の側壁には（この実施形態では上側ケース部材２１の側壁には）、図示せぬ配線取出口が形成されており、この配線取出口から電池ケース２０外に配線２９が引き出されるようになっている。

配線２９は、電池ケース２０内部に収容された組電池１０と、車両１の駆動源としての図示せぬ電動モータ（車載機器）と、を接続するものであり、例えば組電池１０から電動モータへ駆動電力を供給したり逆に電動モータ（この場合発電機として機能する）から組電池１０へ充電する電力を供給する電力線や、電動モータを制御する制御回路（車載機器）に組電池１０の情報（例えば組電池の電圧や組電池の温度）を伝送する信号線、などが含まれる。なお、電池パック９の電池ケース２０の配線取出口には、配線保護管３０密閉性を保って接続されており、この配線保護管３０により、電池ケース２０内から車載機器（この例では電動モータおよび制御回路）とを接続する配線２９が保護される。

組電池
次に組電池について説明する。

本実施形態の組電池１０は、図３、４に示すように、偏平型の電池モジュール１１を複数個（この例では１２個）組み合わせたものであり、より具体的には、複数多段に積層した電池モジュール１１を当該積層方向に貫通する４本の締結ロッド１６で締結するとともに、各電池モジュール１１を図示せぬバスバーで接続したものである。

この組電池１０を構成する各電池モジュール１１は、図５〜７に示すように、複数の扁平型の単電池１００を積層して電気接続した単電池集合体１２を、２つのケース部材１３Ａ、１３Ｂを組み合わせてなるモジュールケース１３内に収容して構成されている。

この単電池集合体は、図６、７に示すように、複数の単電池１００と、単電池１００の両電極タブ（正極タブ１００ｐ、負極タブ１００ｍ）を積層方向から挟みこむとともに積層方向に隣合う単電池１００の電極タブ１００ｐ、１００ｍ同士の間に介在する絶縁性のスペーサ１２０と、所定の単電池１００の電極タブ１００ｐ、１００ｍに接続された電池モジュール正極端子１４および電池モジュール負極端子１５と、を備えて構成されている。

各スペーサ１２０は、単電池１００の電極タブ１００ｐ、１００ｍを位置決めとともに積層方向に隣合うスペーサ１２０同士が互いに位置決めされるにより、積層方向に隣合う単電池１００同士が位置決めする（図６、７参照）。

なお、電池モジュール正極端子１４は、図６中の一番下の単電池１００に電気接続されるものであり、当該単電池１００の正極タブ１００ｐに重ね合わされる銅板からなるバスバー１４１と、バスバー１４１端部に設けられた端子を覆う樹脂カバー１４２と、を含んでいる。また、電池モジュール負極端子１５は、図６中の一番上の単電池１００に電気接続されるものであり、当該単電池１００の負極タブ１００ｍに重ね合わされる銅板からなるバスバー１５１と、バスバー１５１端部に設けられた端子を覆う樹脂カバー１５２と、を含んでいる。

このような電池モジュール１１には、その四隅において電池モジュール１１を積層方向に向けて貫通する貫通孔１１ｈが設けられている。具体的には、貫通孔１１ｈはスペーサ１２０およびモジュールケース１３を貫通している。

そして、このように構成された電池モジュール１１を複数多段に積層して、電池モジュール１１の貫通孔１１ｈに締結ロッド１６を貫通させて締結することにより、複数多段の電池モジュール１１をひとまとめにしている。

単電池
次に、単電池の構成について図７、８を参照しつつ説明する。

本実施形態の単電池１００は、上述のように偏平型のリチウムイオン電池であって、発電要素としての扁平形状の積層電極を、一対の外装フィルムとしてのラミネートフィルムの中央部に配置し、これらラミネートフィルムよって積層電極の両面を挟むようにして覆い、ラミネートフィルムの周縁部を熱溶着により接合することにより、これらラミネートフィルム間に積層電極とともに電解液を密閉したものである。これにより、電池の外観形状は、電池中央部の積層電極を収容した部位が厚肉部となり、電池周縁部の接合部分１００ａが薄肉部となる。

積層電極は、複数枚の正極板および負極板をそれぞれセパレータを介在させつつ順次積層したものであり、各正極板は、正極リードを介して帯状の正極タブ１００ｐ（電極タブ）に接続されるとともに、各負極板は、負極リードを介して帯状の負極タブ１００ｍ（電極タブ）に接続され、これら正極タブ１００ｐおよび負極タブ１００ｍがラミネートフィルムの接合部分から外部に引き出されている。

なお、単電池１００は、リチウムイオン単電池以外のその他の単電池であってもよい。

組電池の支持構造
本実施形態では、組電池１０の電池ケース２０への支持構造に特徴があり、以下、図３、９、１０を主に参照しつつ説明する。

組電池１０は、電池ケース２０にボルトによっては締結されておらず、組電池１０の締結ロッド１６によって電池ケース２０に固定されている。つまり、組電池１０の締結ロッド１６の両端部１６ｅが電池ケース２０の対向する内側面に圧接しており、これにより、組電池１０の締結ロッド１６が電池ケース２０内で突っ張った状態で固定され、組電池１０が電池ケース２０内に固定される。なお、この例では、締結ロッド１６の長手方向（締結ロッド１６による突っ張り方向）は、車幅方向に延在している。

本実施形態の締結ロッド１６は、複数の部材を組み合わせてなり、具体的には、ロッド本体１６ａと、締結ナット１６ｄと、アジャスターナット１６ｅ、１６ｅと、ロック用ナット１６ｆ、１６ｆと、を備えて構成されている。つまり、締結ロッド１６は、積層した電池モジュール１１を完全に貫通し両端部にネジ部１６ｂ、１６ｂを有するとともに一端側にフランジ部１６ｃが膨出形成されたロッド本体１６ａと、ロッド本体１６ａの他端部に取り付けられ、複数多段に積層した電池モジュール１１をロッド本体１６ａのフランジ部１６ｃとの間で挟みこむように締結する締結ナット１６ｄと、ロッド本体の両端部においてフランジ部１６ｃおよび締結ナット１６ｄよりも長手方向外側に移動可能に取り付けられたアジャスターナット１６ｅ、１６ｅと、アジャスターナット１６ｅ、１６ｅによりも長手方向内側に取り付けられアジャスターナット１６ｅ、１６ｅの長手方向内側への移動を阻止するロック用ナット１６ｆ、１６ｆと、を備えて構成されている。

そのため、本実施形態の締結ロッド１６は、アジャスターナット１６ｅを締結ロッド１６の長手方向に移動させることにより、締結ロッド１６の長さを変更できるようになっている。

電池パックの組立方法
次に電池パック９の組立方法について説明する。

まず、組電池１０を組み立てた後、組電池１０を電池ケース２０の下側ケース部材２２に収容する。このとき、アジャスターナット１６ｅを長手方向内側に移動させて組電池１０の締結ロッド１６を短くしておくことで、組電池１０の電池ケース２０への収容が容易となる。

次に、組電池１０を電池ケース２０の下側ケース部材２２に対して固定する。具体的には、アジャスターナット１６ｅを長手方向外側に移動させて組電池１０の締結ロッド１６を伸ばして、当該締結ロッド１６の両端部を下側ケース部材２２の対向する内側面に突っ張らせた後、ロック用ナット１６ｆをアジャスターナット１６ｅの方向へ締めこんでアジャスターナット１６eを固定する。これにより、組電池１０が下側ケース部材２２に固定される。

次に、下側ケース部材２２に上側ケース部材２１を被せて、当該ケース部材２１、２２のフランジ部２１ｆ、２２ｆ同士を図示せぬネジにより固定し、求める電池パック９の組立を終了する。

このような電池パック９にあっては、組電池１０の締結ロッド１６の両端部を電池ケース２０の対向する内側面に当接させて突っ張らせているため、組電池１０が締結ロッド１６よって電池ケース２０に固定されることとなる。そのため、従来、組電池１０を電池ケース２０に締結固定するために使用していたボルトを少なくできるか、または、この例のように無くすことができる。

効果
次に本第１実施形態の効果をまとめる。

（１）本実施形態にあっては、複数の電池モジュール１１を積層して当該積層方向に貫通する締結ロッド１６で締結するとともに電気的に接続した組電池１０と、組電池１０を内部に収容する電池ケース２０と、を備えた電池パック９であって、電池ケース２０の対向する内側面に、組電池１０の締結ロッド１６の両端部が直接または間接的に当接しているものである。

そのため、組電池１０の締結ロッド１６が電池ケース２０内面に突っ張るように固定されることで、組電池１０が電池ケース２０内に固定される。結果、組電池１０を電池ケース２０に締結固定するために従来利用していたボルトを少なくまたはこの例のように無くすことができ、これにより、電池パック９の軽量化を図ることができるとともに、組立工数の低減により組立コストの低減を図ることができる。

（２）本実施形態では、締結ロッド１６の延在方向が車幅方向である。そのため、車両側面衝突に起因する入力に対して組電池１０の電池ケース２０内での支持安定性が向上する。

（３）本実施形態では、締結ロッド１６は、多段に積層された電池モジュール１１を貫通するロッド本体１６ａと、ロッド本体１６ａの両端部のうち少なくとも一方に当該ロッド本体１６ａに長手方向に移動可能に取り付けられることで当該締結ロッド１６の長さを変更可能とするアジャスターナット１６ｅと、を備えて構成されている。

そのため、締結ロッド１６の長さを変更できるため、組電池１０を電池ケース２０に入れる際には締結ロッド１６を短くし、その後、組電池１０を電池ケース２０に固定する際には締結ロッド１６を長くして、締結ロッド１６の両端を電池ケース２０の対向する内側面にぴったりと強固に密着させることができる。つまり、本実施形態では、締結ロッド１６の長さを変更できるため、組電池１０の電池ケース２０への組付性を高く維持しつつも、組電池１０の電池ケース２０への固定安定性を高く維持することができる。

以下、第１実施形態と異なるその他の実施形態を説明する。なお、以下の説明において第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付けて第１実施形態と重複する説明は省略する。

（第２実施形態）
次に、図１１、１２を参照しつつ第５実施形態を説明する。

図１１は第２実施形態の電池ケース２０の下側ケース部材２２を概略的に示す斜視図、図１２は電池ケース２０の内側面と、組電池１０の締結ロッド１６の端部と、の関係を概略的に示す断面図である。

この第２実施形態では、締結ロッド１６の両端面にローレット加工などにより粗面部１７が形成されるとともに、電池ケース２０の対向する内側面のうち締結ロッド１６の両端面１７、１７が当接する部位に、ローレット加工などにより粗面部２７が形成されている点で、上述の実施形態と異なっている。

これにより、締結ロッド１６の両端面を、電池ケース２０の対向する内側面に突っ張らせると、締結ロッド１６の両端面に形成された粗面部１７、１７と、電池ケース２０の内側面に形成された粗面部２７、２７とが互いに圧接して噛み合い、これら粗面部１７，２７同士の摩擦抵抗により、締結ロッド１６と直交する方向へ前記締結ロッド１６がズレにくくなっている。

そのため、第２実施形態では、第１実施形態に比べ、締結ロッド１６と直交する方向への衝撃に対しても、組電池１０の支持安定性が向上することとなる。

なお、本実施形態では、粗面部は、締結ロッド１６の両端面および電池ケース２０の対向する内側面のそれぞれに設けられているが、本発明にあっては、粗面部はいずれか一方にのみ設けられていてもよい。

なお、図１６中、粗面部１７、２７は理解容易の為に、凹凸を大きくしてデフォルメ（誇張）してある。

（第３実施形態）
まず、図１３、１４を参照しつつ第２実施形態を説明する。図１３は第３実施形態の電池ケース２０の下側ケース部材２２と組電池１０との関係を概略的に示す斜視図、図１４は第３実施形態の組電池１０の締結ロッド１６の両端部と電池ケース２０の内側面との関係を概略的に示す拡大断面図である。

本実施形態では、図１３、図１４に示すように電池ケース２０の下側ケース部材２２に、組電池１０を収納する際に締結ロッド１６の両端部を案内する案内溝２５が設けられている点で、第１実施形態と異なっている。

ケース部材２２に組電池１０を収容した後、締結ロッド１６の両端部を伸ばして当該締結ロッド１６をケース部材２２の案内溝２５の底面に当接させると、当該案内溝２５の両側の段部２５ｂ、２５ｂは、締結ロッド１６と直交する方向に締結ロッド１６が移動することを阻止するように機能する。

このような第２実施形態の効果は以下の通りである。

第２実施形態によれば、電池ケース２０の対向する内側面には、締結ロッド１６が締結ロッド１６と直交する方向に移動することを阻止する段部２５ｂ、２５ｂが設けられている。そのため、締結ロッド１６の長手方向と直交する方向に向けて、締結ロッド１６の移動が阻止されるため、さらに組電池１０の支持安定性が向上することとなる。

また第２実施形態によれば、組電池１０を収納する際に締結ロッド１６の両端部を案内する案内溝２５が電池ケース２０に設けられ、前記案内溝２５の両側の段部２５ｂ、２５ｂが前記段部２５ｂ、２５ｂとなっている。そのため、上記効果を得つつも、案内溝２５により組電池１０の電池ケース２０への組み付け性が向上する。

（第４実施形態）
次に、図１５を参照しつつ第４実施形態を説明する。図１６は第４実施形態の電池ケース２０の下側ケース部材２２を概略的に示す斜視図である。

上述の第３実施形態では、下側ケース部材２２において案内溝２５が設けられる部位は、周囲より薄肉に形成されていたが、本実施形態にあっては、案内溝２５が設けられる部位が、ケース部材２２の外側に膨出して周囲と同一の肉厚で形成されている点で、第３実施形態と異なっている。このような第４実施形態によれば、第３実施形態と同様の作用効果が得られるとともに、締結ロッド１６を受ける部位において電池ケース２０の強度を高めることができる。

（第３、４実施形態の変形例）
特に、上述の第３、４実施形態に対して、更に第２実施形態の粗面部１７、２７を追加した構造では、さらに組電池１０の支持安定性が向上する。

（第５実施形態）
次に、図１６を参照しつつ第５実施形態を説明する。

図１６は第５実施形態の電池ケース２０の下側ケース部材２２を概略的に示す斜視図である。

この第５実施形態では、図１６に示すように、下側ケース部材２２に案内溝２５が形成されておらず、下側ケース部材２２のうち組電池１０の締結ロッド１６と当接する部位が、周囲よりも凹設された略円形の凹部２６として構成されている点で、第３、第４実施形態と異なっている。

そして、下側ケース部材２２の対向する内側面に形成された凹部２６の底面に、組電池１０の締結ロッド１６の両端面が付き当てられて、当該組電池１０が電池ケース２０に固定されることとなる。このとき、凹部２６の周面２６ｂが段部として、締結ロッド１６が当該締結ロッド１６と直交する方向に移動することを規制する。

そのため、この第５実施形態では、第３、第４実施形態と同様に作用効果に加え、組電池１０の電池ケース２０内で移動規制方向を、締結ロッド１６と直交する３６０°何れの方向にも規制できるため、さらに組電池１０の支持安定性が向上することとなる。

以上、第１〜第５実施形態を例にあげて説明したように、本発明によれば、組電池の締結ロッドが電池ケース内に突っ張るように固定され持されることで、組電池が電池ケース内に固定される。そのため、本発明によれば、組電池を電池ケースに締結するために従来用いていたボルトを減らすまたは無くすことができ、電池パックの軽量化を図ることができるとともに、組立工数の低減により組立コストの低減を図ることができる。

なお、本発明は、上述の実施形態のみに限定解釈されるべきではない。

例えば、上述の実施形態では、締結ロッド１６を電池ケース２０の内壁面に直接当接させているが、ワッシャなどの部材を介在させて間接的に当接させてもよい。

また、その他、本発明の技術的思想の範囲内で様々な変更が可能であることは言うまでもない。

本発明の第１実施形態の電池パックの車載構造を説明するための車両のフロア近傍の概略側面図。第１実施形態の電池パックの斜視図。電池パックの分解斜視図。電池パックの組電池の分解斜視図。組電池を構成する電池モジュールの斜視図。電池モジュールのモジュールケースの内部の分解斜視図。図６の側面図。電池モジュールに用いる単電池を示す斜視図。電池ケースに対する組電池の支持構造を示す電池パックの概略的な断面図。組電池の締結ロッドの端部と、電池ケースの内側面と、の関係を示す拡大断面図。第２実施形態の電池ケースの下側ケース部材の斜視図。第２実施形態の電池パックにおいて、組電池の締結ロッドの端部と、電池ケースの内側面と、の関係を示す拡大断面図。第３実施形態の電池パックの分解斜視図。第３実施形態の電池パックにおいて、組電池の締結ロッドの端部と、電池ケースの内側面と、の関係を示す拡大断面図。第４実施形態の電池ケースの下側ケース部材の斜視図。第５実施形態の電池ケースの下側ケース部材の斜視図。

符号の説明

１…車両
３…車体
３ａ…フロアパネル
９…電池パック
１０…組電池
１１…電池モジュール
１１ｈ…貫通孔
１２…単電池集合体
１３…モジュールケース
１４…電池モジュール正極端子
１５…電池モジュール負極端子
１６…締結ロッド
１６ａ…ロッド本体
１６ｂ…ネジ部
１６ｃ…フランジ部
１６ｄ…締結ナット
１６ｅ…アジャスターナット
１６ｆ…ロック用ナット
１７…粗面部
２０…電池ケース
２１…上側ケース部材
２１ｆ…フランジ部
２２…下側ケース部材
２２ｆ…フランジ部
２５…案内溝
２５ｂ…段部
２６…凹部
２６ｂ…段部
２７…粗面部
２９…配線
３０…配線保護管
１００…単電池
１００ａ…接合部分
１００ｍ…負極タブ
１００ｐ…正極タブ
１２０…スペーサ
１４１…バスバー
１４２…樹脂カバー
１５…電池モジュール負極端子
１５１…バスバー
１５２…樹脂カバー

Claims

複数の電池モジュールを積層して当該積層方向に貫通する締結ロッドで締結するとともに、前記複数の電池モジュールを電気的に接続した組電池と、
前記組電池を内部に収容する電池ケースと、
を備えた電池パックであって、
前記締結ロッドは長さを変更可能に構成され、
前記組電池を前記ケース内部に収納した状態で、前記締結ロッドの長さを長くすることにより、前記電池ケースの対向する内側面に、前記組電池の締結ロッドの両端部を直接または間接的に圧接させて、前記締結ロッドを前記電池ケース内側面に突っ張った状態で固定することを特徴とする電池パック。
請求項１に記載の電池パックであって、
前記締結ロッドは、
前記複数の電池モジュールを連通するロッド本体と、
前記ロッド本体の両端部のうち少なくとも一方に、前記ロッド本体に長手方向に移動可能に取り付けられることで当該締結ロッドの端部を構成するとともに当該締結ロッドの長さを変更可能とするアジャスターナットと、
を備えて構成されていることを特徴とする電池パック。
請求項１または２に記載の電池パックであって、
前記締結ロッドの両端面または前記電池ケースの対向する内側面の少なくとも一方には、前記締結ロッドが当該締結ロッドと直交する方向に移動することを阻止する粗面部が設けられていることを特徴とする電池パック。
請求項１〜３の何れか１項に記載の電池パックであって、
前記電池ケースの対向する内側面には、前記締結ロッドが当該締結ロッドの長手方向と直交する方向に移動することを阻止する段部が設けられていることを特徴とする電池パック。
請求項４に記載の電池パックであって、
前記電池ケースには、当該電池ケースに前記組電池を収納する際に前記締結ロッドの両端部を案内する案内溝が設けられ、
前記案内溝の両側の段部が前記段部となることを特徴とする電池パック。