JP5504724B2 - 組電池およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、組電池およびその製造方法に関するものである。

電池を収容する樹脂フレームを複数積層するとともに両端に押え板を設け、樹脂フレームおよび押え板に設けられた貫通孔にボルトを挿通してナットで締めることにより、電池モジュールを固定する組電池が知られている（特許文献１）。

特開平１０−１１２２９５号公報

ところで、上記従来の組電池を車載するにあたっては、組電池の両端それぞれに設けられた押え板を車体フレームに固定することが行われる。しかしながら、上記従来の固定構造では、電池モジュールに作用した振動や衝撃などの外力（荷重）は、樹脂フレームを介して全てボルトの軸力で受ける構造とされている。

すなわち、樹脂フレームに加わった荷重は各樹脂フレームを介して両端それぞれの押え板へ伝わる構造であるため、押え板に大きな荷重が作用し、衝撃吸収性が悪いという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、衝撃吸収性が良好な組電池およびその製造方法を提供することである。

本発明は、複数の電池モジュールからなる電池積層体を貫通して固定する固定部材に、前記電池積層体の周辺部品に対して締結可能なスペーサを設けることによって、上記課題を解決する。

本発明によれば、複数の電池モジュールからなる電池積層体を貫通する固定部材の少なくとも一部に、電池積層体の周辺部品に対して締結可能なスペーサを設けているので、電池積層体に入力された荷重はスペーサを介して周辺部品に分散され、これにより、衝撃吸収性を高めることができる。

本発明の一実施の形態を適用した組電池の組立途中の状態を示す分解斜視図である。 図１の組電池の組立完了の状態を示す斜視図である。 図１の組電池に用いられる一方のスペーサを示す斜視図である。 図１の組電池に用いられる他方のスペーサを示す斜視図である。 図２の組電池の一つのボルト貫通部を示す拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施の形態を適用した組電池の組立途中の状態を示す分解斜視図であり、本例の組電池２を構成する１４個の電池モジュール１のうち２つの電池モジュール１，１と、エンドプレート１１Ａ，１１Ｂと、１５対のスペーサのうち３対のスペーサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと、１４対のカラーのうち１対のカラー１２と、４本のボルト１３と、４個のナット１４とを示す。

これに対し図２は、組電池２の完成状態を示す斜視図であり、１４個の電池モジュール１のうち両端部に積層された合計５つの電池モジュール１のみを示し中間部分の９個の電池モジュール１の図示は省略する。図２では電池モジュール１の周辺部品である２つのメンバ１５Ａ，１５Ｂも示す。なお、実際の組電池２は各電池モジュール１の入出力端子を接続するハーネスや各電池モジュール１の電圧を検出するハーネスなどの各種ハーネスも組み付けられているが、本例ではこれらの図示を省略する。

図１及び図２に示すように、一つの電池モジュール１は、ステンレス、アルミニウム又はプラスチックスなどの適宜材料により構成されたアッパケース１ａとロアケース１ｂとを有し、これらを接合することで形成される内部空間に単電池の積層体３（図５参照）が収容されている。

ロアケース１ｂは矩形状の底面と当該底面の各辺から立ち上がる４つの壁面とを有する有底筒状に形成され、アッパケース１ａはロアケース１ｂの上面開口を閉塞する平板状に形成されている。そして、ロアケース１ｂに単電池積層体３を収容したのち、アッパケース１ａの外周縁とロアケース１ｂの上面開口とをたとえば巻き締め加工１ｃにより接合することで、内部に単電池積層体３が収容された電池モジュール１が製造される。この電池モジュール１のケース１ａ，１ｂの四隅には後述するボルト１３の貫通孔１ｄ（図５参照）が形成されている。

本例の組電池２は、１４個の電池モジュール１を図２に示すように主面を対向させて積み重ねることで構成されている。この複数の電池モジュール１の積層体を電池積層体１Ａともいう。電池積層体１Ａの両端のそれぞれにはエンドプレート１１Ａ，１１Ｂが積層されて、そのため各エンドプレート１１Ａ，１１Ｂの四隅には、ボルト１３を貫通するための貫通孔１１１（図５参照）が形成されている。

一対のエンドプレート１１Ａ，１１Ｂは、同一構造とすることもできるが、本例では、一方のエンドプレート１１Ａを他方のエンドプレート１１Ｂより板厚を薄く構成し、強度を相違させている。

背景技術の欄で触れた従来の組電池では、電池積層体に加わる衝撃をエンドプレートのみで受ける必要があるため、エンドプレートの強度を大きく、すなわち板厚を厚くする必要がある。しかしながら、本例の組電池２は、電池積層体１Ａに加わる衝撃を後述するスペーサ１０Ａ，１０Ｂを介して周辺部品であるメンバ１５Ａ，１５Ｂでも受けるので、そのぶんエンドプレート１１Ａ，１１Ｂに要求される強度を小さく、すなわち薄板にすることができる。

このように、組電池２としての強度が確保されているので、２つのエンドプレート１１Ａ，１１Ｂの強度バランスを車載されるレイアウトに応じて適宜設定することができる。たとえば、図２に示す一方のエンドプレート１１Ａ側の車載スペースが狭く、他方のエンドプレート１１Ｂの車載スペースが広い場合は、同図に示すように一方のエンドプレート１１Ａを薄板にし、他方のエンドプレート１１Ｂを厚板にすることで、車両スペースに適合させることができる。

なお、図２に示す固定ボルト１６Ａ，１６Ｂを用いてエンドプレート１１Ａ，１１Ｂと車体フレームとを固定することで組電池２が車両に搭載される。

さて、上述した１４個の電池モジュール１と一対のエンドプレート１１Ａ，１１Ｂは、電池モジュール１に形成された貫通孔１ｄとエンドプレート１１Ａ，１１Ｂに形成された貫通孔１１１にボルト１３を貫通させ、ナット１４で締めることにより、積層方向に締め付けられながら互いに固定される。

この際に、ボルト１３の締め付け力が各電池モジュール１に効果的に伝わるように、各電池モジュール１の内部にカラー１２が設けられている。カラー１２は、ステンレス、アルミニウム又は高強度プラスチックスなどの適宜材料で構成された筒状部材であり、図５に拡大して示すようにボルト１３が挿通されるとともに、拡径された両端がケース１ａ，１ｂの内面に当接する長さとされている。

これにより、ボルト１３の軸方向に作用する締め付け力をカラー１２の両端拡径部分で受けることになるので、ケース１ａ，１ｂが変形して締め付け力が充分に伝わらないことを防止できる。なお、ケース１ａ，１ｂを変形しない程度に強固に形成すればカラー１２を省略してもよい。

特に本例では、隣接する電池モジュール１間に適宜のスペーサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃをボルト１３に挿通して設けている。本例では３種類のスペーサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが用いられる。

スペーサ１０Ａは、ステンレス、アルミニウム又はプラスチックスなどの適宜材料で構成され、図３に示すように、短冊状の本体１０１Ａの両端にボルト１３が貫通するスリーブ部１０２Ａが溶接等により接合されている。

スリーブ部１０２Ａは、図５に断面図で示すように、一端が電池モジュール１のアッパケース１ａの貫通孔１ｄに挿入されるとともに、当該アッパケース１ａの外面に当接する膨出部１０４Ａが形成されている。また、他端は拡径されて隣接する電池モジュール１のロアケース１ｂの外面に当接する。このスリーブ部１０２Ａにより隣接する２つの電池モジュール１，１間に所定の隙間Ｓを形成することができ、図示しない冷却装置から送られる冷風を隙間Ｓに導入することで電池モジュール１を効率的に冷却することができる。

スペーサ１０Ａの本体１０１Ａの両端には、図２に示すメンバ１５Ｂ（図２では下側のメンバ１５Ｂのみを示す。）に締結するための締結部１０３Ａが形成され、本例では上側の締結部１０３Ａは締結用孔で構成され、下側の締結部１０３Ａはスタッドボルトで構成されている。なお、締結部１０３Ａの具体的構成は締結用孔やスタッドボルトにのみ限定されず、周辺部品であるメンバ１５Ｂに締結できる構成であればよい。

図４に示すスペーサ１０Ｂも、上述したスペーサ１０Ａと基本的には同じ構造であるが、図２に示すメンバ１５Ａの取り付け位置がスペーサ１０Ｂの中央に設定されていることから、締結部１０３Ｂが本体１０１Ｂの中央に形成されている点が相違する。

その他、ステンレス、アルミニウム又はプラスチックスなどの適宜材料で構成されている点、ボルト１３が貫通するスリーブ部１０２Ｂが両端に接合されている点、スリーブ部１０２Ｂの一端が電池モジュール１のアッパケース１ａの貫通孔１ｄに挿入される点、当該アッパケース１ａの外面に当接する膨出部１０４Ａが形成されている点、スリーブ部１０２Ｂの他端が拡径されて隣接する電池モジュール１のロアケース１ｂの外面に当接する点については上述したスペーサ１０Ａと同じ構成である。

そして、このスリーブ部１０２Ｂによっても隣接する２つの電池モジュール１，１間に所定の隙間Ｓを形成することができ、図示しない冷却装置から送られる冷風を隙間Ｓに導入することで電池モジュール１を効率的に冷却することができる。

これに対し、スペーサ１０Ｃは、スペーサ１０Ａ，１０Ｂのスリーブ部１０２Ａ，１０２Ｂと同じ構造とされている。すなわち、スペーサ１０Ｃは、スペーサ１０Ａ、１０Ｂから本体１０１と締結部１０３Ａ，１０３Ｂを除いたものであり、隣接する２つの電池モジュール１，１間またはエンドプレート１１Ａ，１１Ｂと電池モジュール１との間に所定の隙間Ｓを形成し、上述した電池モジュール１の冷却効果を高める機能を有する。

スペーサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの配置は、締結部１０３Ａ，１０３Ｂに締結されるメンバ１５Ａ，１５Ｂの構造やレイアウトに応じて適宜設定することができる。本例では、図２および図５に示すように、左端に位置するエンドプレート１１Ａとこれに隣接する電池モジュール１との間、および右端に位置するエンドプレート１１Ｂとこれに隣接する電池モジュール１との間については、エンドプレート１１Ａ，１１Ｂが近いこともありメンバ１５Ａ，１５Ｂへ荷重を分散する効果も相対的に小さいのでスペーサ１０Ｃが適用されている。

それ以外の電池モジュール１，１間については、メンバ１５Ａ，１５Ｂとの締結間隔に応じて、スペーサ１０Ａ，１０Ｂとスペーサ１０Ｃが使い分けられている。特にエンドプレート１１Ａ，１１Ｂからの距離がある中央部分に、等間隔でスペーサ１０Ａ，１０Ｂを配置し、メンバ１５Ａ，１５Ｂと締結すると、組電池２全体としての衝撃吸収性および振動抑制効果が向上する。

以上のように構成された組電池２は、以下の手順で組み立てられる。
まず、エンドプレート１１Ａの貫通孔１１１のそれぞれに４本のボルト１３を挿通し、この４本のボルト１３に対し、複数の電池モジュール１と、スペーサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃとを所定の順序で挿通し、最後にエンドプレート１１Ｂを挿通させたのち、ナット１４を締め付ける。

上記工程により一対のエンドプレート１１Ａ，１１Ｂと電池積層体１Ａとスペーサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃとがボルト１３およびナット１４により固定されるので、このスペーサ１０Ａ，１０Ｂの締結部１０３Ａ，１０３Ｂに対し、図２に示すようにメンバ１５Ａ，１５Ｂを締結する。

以上のように、本例の組電池２は電池モジュール１，１間のボルト１３にスペーサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを貫通させ、スペーサ１０Ａ，１０Ｂに周辺部品であるメンバ１５Ａ，１５Ｂを締結しているので、電池モジュール１に入力された衝撃等による荷重は、ボルト１３を介してエンドプレート１１Ａ，１１Ｂに伝わると同時に、スペーサ１０Ａ，１０Ｂを介して周辺部品であるメンバ１５Ａ，１５Ｂに伝わることになる。

これにより、入力荷重をエンドプレート１１Ａ，１１Ｂだけでなく周辺部品であるメンバ１５Ａ，１５Ｂに分散することができ、衝撃吸収性および振動抑制能を高めることができる。その結果、エンドプレート１１Ａ，１１Ｂの板厚を薄くすることができ、軽量化を図ることができるとともに、上述したとおりレイアウト効率を高めることができる。

また、本例の組電池２は電池モジュール１，１間のボルト１３にスペーサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを貫通させ、スペーサ１０Ａ，１０Ｂに周辺部品であるメンバ１５Ａ，１５Ｂを締結し、組電池２の４つ面で電池積層体１Ａを固定しているので、エンドプレート１１Ａ，１１Ｂのみで電池積層体１Ａを固定した組電池に比べて、耐捩れ性が高く、しかも車載時の振動抑制効果も大きい。

さらに、スペーサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは電池モジュール１を固定するボルト１３に挿通させているので、スペーサを電池モジュール１に締結する部品が増加するのを抑制することができる。

また、ボルト１３は電池モジュール１の四隅を貫通して固定するので、電池モジュール１内に収容された単電池の膨張によって電池モジュール自体が膨張しても、その影響は極めて小さい。

また本例では、スペーサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを電池モジュール１，１間のボルト１３に挿通させることで電池モジュール１，１間に隙間Ｓが形成されるので、ここに冷却装置からの冷却風を導入すれば電池モジュールの冷却効果が大きい。

また、本例の組電池２はスペーサ１０Ａ，１０Ｂを周辺部品であるメンバ１５Ａ，１５Ｂに締結することで組電池全体の強度が確保されるので、一対のエンドプレート１１Ａ，１１Ｂの強度を異ならせることができる。これにより、車載レイアウトに応じてエンドプレート１１Ａ，１１Ｂの構造を適宜設定することができ、設計自由度が向上する。

また、電池モジュール１のケース１ａ，１ｂ内にてカラー１２をボルト１３に挿通し、ケース１ａ，１ｂの対向する主面の内面に当接させているので、ボルト１３の軸力を各電池モジュール１に効果的に伝えることができ、組電池全体の強度がより高くなる。また、カラー１２の両端が拡径されているので、ボルト１３の軸力を面で受けることができ、当接部の変形等を防止することができる。

なお、上記ボルト１３およびナット１４が本発明に係る固定部材に相当し、上記エンドプレート１１Ａ，１１Ｂが本発明に係る保持板に相当する。

１…電池モジュール
１ａ…アッパケース
１ｂ…ロアケース
１ｃ…巻き締め加工
１ｄ…貫通孔
１Ａ…電池積層体
２…組電池
３…単電池積層体
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…スペーサ
１０１Ａ，１０１Ｂ…本体
１０２Ａ，１０２Ｂ…スリーブ部
１０３Ａ，１０３Ｂ…締結部
１０４Ａ，１０４Ｂ…膨出部
１１Ａ，１１Ｂ…エンドプレート
１１１…貫通孔
１２…カラー
１３…ボルト
１４…ナット
１５Ａ，１５Ｂ…メンバ
１６Ａ，１６Ｂ…固定ボルト

Claims (7)

1. 複数の電池モジュールを積層した電池積層体を、当該電池積層体を積層方向に貫通する固定部材で固定してなる組電池であって、
   前記複数の電池モジュール間の少なくとも一部の前記固定部材に設けられ、前記電池積層体の周辺部品に対して締結可能なスペーサを備え、
   前記電池積層体の積層方向において隣接する２つの電池モジュール間に隙間が形成されるように、前記電池積層体の積層方向において隣接する２つの電池モジュール間の隙間領域のうちの一部の領域に前記スペーサが挿入されていることを特徴とする組電池。
2. 請求項１に記載の組電池において、
   前記スペーサは、前記周辺部品に締結される締結部と、前記固定部材に挿通されるスリーブ部とを有する組電池。
3. 請求項２に記載の組電池において、
   前記スペーサの前記スリーブ部は、隣接する２つの電池モジュール間に隙間が形成されるように軸方向に所定長を有する組電池。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の組電池において、
   前記電池積層体の両端に設けられた一対の保持板をさらに備え、
   前記固定部材は、前記電池積層体および前記一対の保持板を前記積層方向に貫通して固定する組電池。
5. 請求項４に記載の組電池において、
   前記一対の保持板における一方の板厚が他方の板厚よりも薄い組電池。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の組電池において、
   前記電池モジュールのケース内にて前記固定部材に挿通され、前記ケースの対向する主面の内面に当接するカラーを備える組電池。
7. 固定部材に対し、複数の電池モジュールを貫通させて積層するとともに、前記複数の電池モジュール間の少なくとも一部に前記電池モジュールの周辺部品に対して締結可能なスペーサを貫通させる工程と、
   前記固定部材により前記複数の電池モジュールと前記スペーサとを固定する工程と、備え、
   前記スペーサを固定する際に、隣接する２つの前記電池モジュール間に隙間が形成されるように、前記隣接する２つの電池モジュール間の隙間領域のうちの一部の領域に、前記スペーサが挿入される組電池の製造方法。
   

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