JP5758502B2 - バッテリモジュール - Google Patents

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Description

本発明は、複数のホルダと、前記複数のホルダを１個ずつ間に挟むように積層された複数のバッテリセルと、前記複数のバッテリセルの端子どうしを電気的に接続する複数のバスバーを有するバスバープレートとを備え、前記複数のホルダおよび前記バスバープレートの一方に前記積層方向に離間して設けられた複数の凸部と、前記複数のホルダおよび前記バスバープレートの他方に前記積層方向に離間して設けられた複数の凹部との係合により、前記複数のホルダと前記バスバープレートとを結合するバッテリモジュールに関する。
複数の電池および複数の電池間プレートを交互に重ね合わせた電池集合体の各電池の正極および負極間を電気的に接続すべく、複数のバスバーを有するバスバープレートに形成した位置決め孔を電池間プレートに設けた位置決めボスに嵌合することで、電池間プレートに対してバスバープレートを位置決めするものにおいて、位置決め孔の径を位置決めボスの径よりも大きくすることで、バスバープレートの電池間プレートに対する組付作業性を高めるものが、下記特許文献１により公知である。
日本特開２００９−８７６４６号公報
ところで上記従来のものは、バスバープレートの長手方向の一端側の２カ所で位置決め孔および位置決めボスを嵌合しているが、バスバープレートの電池間プレートに対する位置決め精度を高めるためには、更に多くの位置決め孔および位置決めボスを設ける必要がある。しかしながら、個々の電池の厚さや個々の電池間プレートの厚さには誤差が存在するため、複数の電池および複数の電池間プレートを積層すると前記誤差が集積してしまい、位置決め孔および位置決めボスの嵌合が困難になる可能性がある。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、複数の凸部および複数の凹部の係合によってホルダとバスバープレートとを結合する際に、組付作業性および組付精度を両立させることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、複数のホルダと、前記複数のホルダを１個ずつ間に挟むように積層された複数のバッテリセルと、前記複数のバッテリセルの端子どうしを電気的に接続する複数のバスバーを有するバスバープレートとを備え、前記複数のホルダおよび前記バスバープレートの一方に前記積層方向に離間して設けられた複数の凸部と、前記複数のホルダおよび前記バスバープレートの他方に前記積層方向に離間して設けられた複数の凹部との係合により、前記複数のホルダと前記バスバープレートとを結合するバッテリモジュールであって、前記複数の凸部の前記積層方向の長さは同一であり、前記複数の凹部は、一つの第１凹部と該第１凹部よりも前記積層方向の長さが長い複数の第２凹部とから構成され、前記一つの第１凹部の前記積層方向の長さは前記複数の凸部の前記積層方向の長さに等しいことを第１の特徴とするバッテリモジュールが提案される。
また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記一つの第１凹部は前記積層方向の中央部側に位置し、前記複数の第２凹部は前記積層方向の両端部側に位置することを第２の特徴とするバッテリモジュールが提案される。
また本発明によれば、前記第２の特徴に加えて、前記複数の第２凹部は、前記一つの第１凹部から遠いものほど前記積層方向の長さが長いことを第３の特徴とするバッテリモジュールが提案される。
また本発明によれば、複数のホルダと、前記複数のホルダを１個ずつ間に挟むように積層された複数のバッテリセルと、前記複数のバッテリセルの端子どうしを電気的に接続する複数のバスバーを有するバスバープレートとを備え、前記複数のホルダおよび前記バスバープレートの一方に前記積層方向に離間して設けられた複数の凸部と、前記複数のホルダおよび前記バスバープレートの他方に前記積層方向に離間して設けられた複数の凹部との係合により、前記複数のホルダと前記バスバープレートとを結合するバッテリモジュールであって、前記複数の凹部の前記積層方向の長さは同一であり、前記複数の凸部は、一つの第１凸部と該第１凸部よりも前記積層方向の長さが短い複数の第２凸部とから構成され、前記一つの第１凸部の前記積層方向の長さは前記複数の凹部の前記積層方向の長さに等しいことを第４の特徴とするバッテリモジュールが提案される。
また本発明によれば、前記第４の特徴に加えて、前記一つの第１凸部は前記積層方向の中央部側に位置し、前記複数の第２凸部は前記積層方向の両端部側に位置することを第５の特徴とするバッテリモジュールが提案される。
また本発明によれば、前記第５の特徴に加えて、前記複数の第２凸部は、前記一つの第１凸部から遠いものほど前記積層方向の長さが短いことを第６の特徴とするバッテリモジュールが提案される。
尚、実施の形態のプラス端子１２ａおよびマイナス端子１２ｂは本発明の端子に対応し、実施の形態の第１ホルダ１３は本発明のホルダに対応し、実施の形態の第１バスバー１６および第２バスバー１７は本発明のバスバーに対応する。
本発明の第１の特徴によれば、複数のホルダを挟んで積層した複数のバッテリセルの端子どうしを複数のバスバーで電気的に接続すべく、バスバーが設けられたバスバープレートをホルダに結合する。その際に、複数のホルダおよびバスバープレートの一方に積層方向に離間して設けた複数の凸部と、複数のホルダおよびバスバープレートの他方に積層方向に離間して設けた複数の凹部とを係合させるが、複数の凸部の積層方向の長さは同一であり、複数の凹部は、一つの第１凹部と該第１凹部よりも積層方向の長さが長い複数の第２凹部とから構成され、一つの第１凹部の積層方向の長さは複数の凸部の積層方向の長さに等しいので、一つの凸部および一つの第１凹部の係合によりバスバープレートの位置決め精度を確保しながら、バッテリセルおよびホルダの厚さのバラツキによって凸部あるいは第１、第２凹部の間隔が不均一になっても、その誤差を凸部と第２凹部との寸法誤差で吸収することで、バスバープレートをホルダに簡単かつ高い精度で組み付けることができる。
また本発明の第２の特徴によれば、一つの第１凹部は積層方向の中央部側に位置し、複数の第２凹部は積層方向の両端部側に位置するので、バッテリセルおよびホルダの厚さのバラツキの集積量を二つの方向に分散させて複数の第２凹部の長さを小さくすることができる。
また本発明の第３の特徴によれば、複数の第２凹部は一つの第１凹部から遠いものほど積層方向の長さが長いので、バッテリセルおよびホルダの厚さのバラツキの集積量の増加に応じて複数の第２凹部の長さを長くすることで、複数の第２凹部の長さを必要最小限に抑えることができる。
また本発明の第４の特徴によれば、複数のホルダを挟んで積層した複数のバッテリセルの端子どうしを複数のバスバーで電気的に接続すべく、バスバーが設けられたバスバープレートをホルダに結合する。その際に、複数のホルダおよびバスバープレートの一方に積層方向に離間して設けた複数の凸部と、複数のホルダおよびバスバープレートの他方に積層方向に離間して設けた複数の凹部とを係合させるが、複数の凹部の積層方向の長さは同一であり、複数の凸部は、一つの第１凸部と該第１凸部よりも積層方向の長さが短い複数の第２凸部とから構成され、一つの第１凸部の積層方向の長さは複数の凹部の積層方向の長さに等しいので、一つの凹部および一つの第１凸部の係合によりバスバープレートの位置決め精度を確保しながら、バッテリセルおよびホルダの厚さのバラツキによって第１、第２凸部あるいは凹部の間隔が不均一になっても、その誤差を凹部と第２凸部との寸法差で吸収することで、バスバープレートをホルダに簡単かつ高い精度で組み付けることができる。
また本発明の第５の特徴によれば、一つの第１凸部は積層方向の中央部側に位置し、複数の第２凸部は積層方向の両端部側に位置するので、バッテリセルおよびホルダの厚さのバラツキの集積量を二つの方向に分散させて複数の凹部の長さを小さくすることができる。
また本発明の第６の特徴によれば、複数の第２凸部は一つの第１凸部から遠いものほど積層方向の長さが短いので、バッテリセルおよびホルダの厚さのバラツキの集積量の増加に応じて第２凸部の長さを短くすることで、複数の凹部の長さを必要最小限に抑えることができる。
図１はバッテリモジュールの分解斜視図である。（第１の実施の形態） 図２は図１の２方向矢視図である。（第１の実施の形態） 図３は図２の３−３線断面図である。（第１の実施の形態） 図４は図２に対応する図である。（第２の実施の形態）
１２ バッテリセル
１２ａ プラス端子（端子）
１２ｂ マイナス端子（端子）
１３ 第１ホルダ（ホルダ）
１３ｃ 凹部
１３ｃ（ａ） 第１凹部
１３ｃ（ｂ） 第２凹部
１６ 第１バスバー（バスバー）
１７ 第２バスバー（バスバー）
１５ バスバープレート
１５ｅ 凸部
１５ｅ（ａ） 第１凸部
１３ｅ（ｂ） 第２凸部
以下、図１〜図３に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。
第１の実施の形態
図１に示すように、電気自動車に使用されるバッテリモジュール１１は、直方体状の複数（実施の形態では１２個）のバッテリセル１２…を合成樹脂製の断面Ｈ字状の第１ホルダ１３…を間に挟んで積層するとともに、積層方向両端に位置する２個のバッテリセル１２，１２の積層方向外側に合成樹脂製の断面コ字状の２個の第２ホルダ１４，１４を積層し、図示せぬ締結手段で積層方向に締結して構成される。各バッテリセル１２は、その両側に位置する第１ホルダ１３あるいは第２ホルダ１４に挟まれて位置決めされ、かつ第１ホルダ１３…および第２ホルダ１４，１４が一定の位置関係を有するように相互に噛み合うことで、バッテリモジュール１１の形状が維持される。
各バッテリセル１２の上面にはプラス端子１２ａおよびマイナス端子１２ｂが設けられており、１２個のバッテリセル１２…のプラス端子１２ａ…およびマイナス端子１２ｂ…がバスバープレート１５によって電気的に直列に接続される。即ち、バスバープレート１５は合成樹脂で平坦な枠状に形成された部材であって、金属板よりなる１１個の第１バスバー１６…と、金属板よりなる２個の第２バスバー１７，１７とが設けられている。１２個のバッテリセル１２…は、プラス端子１２ａ…およびマイナス端子１２ｂ…が交互に逆方向を向くように積層されており、各第１バスバー１６は、隣接する２個のバッテリセル１２，１２の積層方向に隣接するプラス端子１２ａおよびマイナス端子１２ｂを相互に接続し、２個の第２バスバー１７，１７は、積層方向一端に位置するバッテリセル１２のプラス端子１２ａと、積層方向他端に位置するバッテリセル１２のマイナス端子１２ｂとに接続される。
バスバープレート１５の長手方向両端部には一対のボス部１５ａ，１５ａが設けられており、これらのボス部１５ａ，１５ａを貫通する２本のボルト１８，１８を一対の第２ホルダ１４，１４に設けたボス部１４ａ，１４ａに螺合することで、バスバープレート１５がバッテリモジュール１１に組み付けられる。
バスバープレート１５は、その中央部を長手方向（積層方向）に延びる本体部１５ｂと、本体部１５ｂの左右両側を平行に延びる２本の縦フレーム１５ｃ，１５ｃと、本体部１５ｂおよび縦フレーム１５ｃ，１５ｃを連結する合計１６本の横フレーム１５ｄ…とを備え、本体部１５ｂ、縦フレーム１５ｃ，１５ｃおよび横フレーム１５ｄ…に囲まれた空間に前記第１バスバー１６…および前記第２バスバー１７，１７が固定される。各々の縦フレーム１５ｃの外面に、積層方向に一定の距離で離間する１１個の凸部１５ｅ…が突設される。一方、各第１ホルダ１３は、隣接するバッテリセル１２，１２間に挟まれる本体部１３ａと、本体部１３ａの両端から積層方向に張り出す一対のフランジ部１３ｂ，１３ｂとを備えており、各フランジ部１３ｂの上部に凹部１３ｃが形成される。
図２に示すように、バスバープレート１５の片側の縦フレーム１５ｃに一定の間隔で設けられた１１個の凸部１５ｅの形状はすべて同一であり、何れも積層方向の長さａを有する矩形状とされる。一方、１１個の第１ホルダ１３…のフランジ部１３ｂ…に設けられた片側１１個の凹部１３ｃ…は何れも積層方向に長い矩形状であるが、その積層方向の長さｂは異なっている。即ち、１１個の凹部１３ｃ…のうち、積層方向の中央に位置する１個の凹部１３ｃ（以下、第１凹部１３ｃ（ａ）という）の長さｂは最も短く、凸部１５ｅが隙間なく嵌合する長さ（つまり長さａ）である。そして第１凹部１３ｃ（ａ）の積層方向両側に位置する各５個の凹部１３ｃ…（以下、第２凹部１３ｃ（ｂ）という）の長さｂは、第１凹部１３ｃ（ａ）から遠いものほど長くされる。
次に、上記構成を備えた本発明の第１の実施の形態の作用を説明する。
１２個のバッテリセル１２…と１１個の第１ホルダ１３…と２個の第２ホルダ１４，１４とを積層したバッテリモジュール１１の上面にバスバープレート１５を組み付けることで、バスバープレート１５に設けた第１バスバー１６…および第２バスバー１７，１７によってバッテリセル１２…のプラス端子１２ａ…およびマイナス端子１２ｂ…を一度に接続することができる。
バスバープレート１５をバッテリモジュール１１に組み付けるには、バスバープレート１５の一対の縦フレーム１５ｃ，１５ｃに突設した左右各々１１個の凸部１５ｅ…を、１１個の第１ホルダ１３…の一対のフランジ部１３ｂ，１３ｂに形成した左右各々１１個の凹部１３ｃ…に係合し、バスバープレート１５の本体部１５ｂの両端に設けたボス部１５ａ，１５ａを貫通する２本のボルト１８，１８を、２個の第２ホルダ１４，１４に設けたボス部１４ａ，１４ａに螺合すれば良い。
ところで、バッテリセル１２…および第１ホルダ１３…の積層方向の厚さには製造上の誤差が発生することが避けられず、またバッテリセル１２…は温度変化により膨張して厚さに誤差が発生する場合がある。これらの個々の誤差は小さなものであっても、複数個のバッテリセル１２…および複数個の第１ホルダ１３…を積層して前記誤差が集積すると、バスバープレート１５の凸部１５ｅ…および第１ホルダ１３…の凹部１３ｃ…の位置が相互にずれてしまい、バスバープレート１５の組み付けがスムーズに行えなくなる可能性がある。これを回避するには、凸部１５ｅ…の長さに対して凹部１３ｃ…の長さを大きくすれば良いが、このようにすると全ての凸部１５ｅ…と全ての凹部１３ｃ…との間にガタが発生し、バスバープレート１５をバッテリモジュール１１に対して精度良く位置決めできなくなる可能性がある。
しかしながら本実施の形態によれば、積層方向の中央に位置する第１ホルダ１３の第１凹部１３ｃ（ａ），１３ｃ（ａ）の幅ａが、積層方向の中央に位置するバスバープレート１５の凸部１５ｅ，１５ｅの幅ａに一致しているので、それらの係合によってバスバープレート１５をバッテリモジュール１１に対して積層方向に精度良く位置決めすることができる。
また積層方向の中央に位置する第１ホルダ１３を除く両端側の第１ホルダ１３…の位置は、前記寸法誤差によって積層方向にバラツクことになり、そのバラツキ量は中央の第１ホルダ１３から遠いものほど大きくなる。しかしながら本実施の形態によれば、積層方向の中央から遠い第１ホルダ１３…の第２凹部１３ｃ（ｂ）…ほど、その積層方向の幅ｂを大きくしたので、第２凹部１３ｃ（ｂ）…の寸法を必要最小限に抑えながら、凸部１５ｅ…と第２凹部１３ｃ（ｂ）…とが係合不能になる事態を回避することができる。
尚、図２では誇張して描かれているが、中央の第１凹部１３ｃ（ａ）の長さａと、最も長い外側の第２凹部１３ｃ（ｂ）の長さｂとの差は、１．５ｍｍ程度である。
上述した第１の実施の形態では、第１凹部１３ｃ（ａ）をバスバープレート１５の長手方向の中央に配置しているが、第１凹部１３ｃ（ａ）をバスバープレート１５の長手方向の端部を含む任意の位置に配置しても良い。この場合でも、バッテリモジュール１１に対するバスバープレート１５の位置決め精度を確保しながら、バッテリセル１２…や第１ホルダ１３…の寸法誤差を吸収することができる。
但し、第１ホルダ１３の第１凹部１３（ａ）をバスバープレート１５の一端側に設けた場合には、バスバープレート１５の他端側における凸部１５ｅとの間の位置誤差は第１の実施の形態の２倍になるため、その分だけ第２凹部１３ｃ（ｂ）の長さｂを大きくする必要がある。具体的には、一端側の第１凹部１３ｃ（ａ）の長さａと、他端側の最も長い第２凹部１３ｃ（ｂ）の長さｂとの差は、第１の実施の形態の２倍の３．０ｍｍになる。一方、第１の実施の形態によれば、第１ホルダ１３の第１凹部１３（ａ）をバスバープレート１５の中央に設けたことで、誤差の累積を二つの方向に分散させることができるため、第２凹部１３ｃ（ｂ）の長さｂを最小限に抑えることができる。
次に、図４に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。
第２の実施の形態
第１の実施の形態では、バスバープレート１５側の凸部１５ｅ…の長さを一定にし、第１ホルダ１３…側の凹部１３ｃ…の長さを異ならせているが、第２の実施の形態では、第１ホルダ１３…側の凹部１３ｃ…の長さを一定にし、バスバープレート１５側の凸部１５ｅ…の長さを異ならせている。
即ち、第１ホルダ１３…の凹部１３ｃ…の長さｂは全て同一であり、バスバープレート１５の中央の第１凸部１５ｅ（ａ）の長さａは凹部１３ｃ…の長さｂと同じｂであるが、バスバープレート１５の両端側の第２凸部１５ｅ（ｂ）…の長さａは、中央の第１凸部１５ｅ（ａ）から遠いものほど小さくなっている。
この第２の実施の形態によっても、中央の第１凸部１５ｅ（ａ）と凹部１３ｃとの係合によってバスバープレート１５を長手方向に位置決めしながら、外側の第２凸部１５ｅ（ｂ）…と凹部１３ｃ…との寸法差によってバッテリセル１２…や第１ホルダ１３…の寸法誤差を吸収することができる。しかも第１凸部１５ｅ（ａ）をバスバープレート１５の長手方向中央に配置したので、中央側の最も長い第１凸部１５ｅ（ａ）の長さａを短くしても、端部側の最も短い第２凸部１５ｅ（ｂ）の長さａを充分に確保し、これにより凹部１３ｃ…の長さｂを小さく抑えることができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、実施の形態ではバスバープレート１５側に凸部１５ｅ…を設け、第１ホルダ１３…側に凹部１３ｃ…を設けているが、逆にバスバープレート１５側に凹部を設け、第１ホルダ１３…側に凸部を設けても良い。
また実施の形態の凹部１３ｃ…は第１ホルダ１３…のフランジ部１３ｂ…を貫通する孔で構成されているが、その凹部１３ｃ…を窪みで構成することも可能である。
また第１の実施の形態ではバスバープレート１５の片側に奇数個（１１個）の凸部１５ｅ…が設けられているため、端部から６個目の凸部１５ｅが中央の凸部１５ｅとなり、その凸部１５ｅに係合する凹部１３ｃが第１凹部１３ｃ（ａ）となる。しかしながら、バスバープレート１５の片側に偶数個の凸部１５ｅ…が設けられている場合には、中央の凸部１５ｅ，１５ｅは２個存在することになるため、その２個の凸部１５ｅ，１５ｅに係合する２個の凹部１３ｃ，１３ｃを第１凹部１３ｃ（ａ），１３ｃ（ａ）とすれば良い。第２の実施の形態についても、凸部１５ｅおよび凹部１３ｃの関係が入れ代わるだけで、同じことが言える。
また第１の実施の形態では第２凹部１３ｃ（ｂ）…の長さｂを、バスバープレート１５の中央から遠いものほど大きくしているが、第２凹部１３ｃ（ｂ）…の長さｂは、第１凹部１３ｃ（ａ）の長さａよりも大きければ、全て同一であっても良い。第２の実施の形態についても、凸部１５ｅおよび凹部１３ｃの関係が入れ代わるだけで、同じことが言える。

Claims (6)

  1. 複数のホルダ（１３）と、前記複数のホルダ（１３）を１個ずつ間に挟むように積層された複数のバッテリセル（１２）と、前記複数のバッテリセル（１２）の端子（１２ａ，１２ｂ）どうしを電気的に接続する複数のバスバー（１６，１７）を有するバスバープレート（１５）とを備え、前記複数のホルダ（１３）および前記バスバープレート（１５）の一方に前記積層方向に離間して設けられた複数の凸部（１５ｅ）と、前記複数のホルダ（１３）および前記バスバープレート（１５）の他方に前記積層方向に離間して設けられた複数の凹部（１３ｃ）との係合により、前記複数のホルダ（１３）と前記バスバープレート（１５）とを結合するバッテリモジュールであって、
    前記複数の凸部（１５ｅ）の前記積層方向の長さは同一であり、前記複数の凹部（１３ｃ）は、一つの第１凹部（１３ｃ（ａ））と該第１凹部（１３ｃ（ａ））よりも前記積層方向の長さが長い複数の第２凹部（１３ｃ（ｂ））とから構成され、前記一つの第１凹部（１３ｃ（ａ））の前記積層方向の長さは前記複数の凸部（１５ｅ）の前記積層方向の長さに等しいことを特徴とするバッテリモジュール。
  2. 前記一つの第１凹部（１３ｃ（ａ））は前記積層方向の中央部側に位置し、前記複数の第２凹部（１３ｃ（ｂ））は前記積層方向の両端部側に位置することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリモジュール。
  3. 前記複数の第２凹部（１３ｃ（ｂ））は、前記一つの第１凹部（１３ｃ（ａ））から遠いものほど前記積層方向の長さが長いことを特徴とする、請求項２に記載のバッテリモジュール。
  4. 複数のホルダ（１３）と、前記複数のホルダ（１３）を１個ずつ間に挟むように積層された複数のバッテリセル（１２）と、前記複数のバッテリセル（１２）の端子（１２ａ，１２ｂ）どうしを電気的に接続する複数のバスバー（１６，１７）を有するバスバープレート（１５）とを備え、前記複数のホルダ（１３）および前記バスバープレート（１５）の一方に前記積層方向に離間して設けられた複数の凸部（１５ｅ）と、前記複数のホルダ（１３）および前記バスバープレート（１５）の他方に前記積層方向に離間して設けられた複数の凹部（１３ｃ）との係合により、前記複数のホルダ（１３）と前記バスバープレート（１５）とを結合するバッテリモジュールであって、
    前記複数の凹部（１３ｃ）の前記積層方向の長さは同一であり、前記複数の凸部（１５ｅ）は、一つの第１凸部（１５ｅ（ａ））と該第１凸部（１５ｅ（ａ））よりも前記積層方向の長さが短い複数の第２凸部（１５ｅ（ｂ））とから構成され、前記一つの第１凸部（１５ｅ（ａ））の前記積層方向の長さは前記複数の凹部（１３ｃ）の前記積層方向の長さに等しいことを特徴とするバッテリモジュール。
  5. 前記一つの第１凸部（１５ｅ（ａ））は前記積層方向の中央部側に位置し、前記複数の第２凸部（１５ｅ（ｂ））は前記積層方向の両端部側に位置することを特徴とする、請求項４に記載のバッテリモジュール。
  6. 前記複数の第２凸部（１５ｅ（ｂ））は、前記一つの第１凸部（１５ｅ（ａ））から遠いものほど前記積層方向の長さが短いことを特徴とする、請求項５に記載のバッテリモジュール。
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