JP5945435B2 - バッテリモジュール - Google Patents

Description

本発明は、バッテリモジュールに係り、特に、バッテリの電力でモータを駆動して走行する電動車両に適用されるバッテリモジュールに関する。

従来から、電動車両のモータに電力を供給するためのバッテリとして、複数のバッテリセルを集合させた組電池、いわゆるバッテリモジュールを用いることが知られている。

特許文献１には、厚みを有する平板状のバッテリセルを複数積層してなるバッテリモジュールにおいて、バッテリセル群の両端面を一対の板状部材（拘束プレート）で挟み込み、この板状部材間をネジ付きの連結ロッドで締め付けて圧力をかけることで、経年変化による各バッテリセルの膨らみや、この膨らみに伴うバッテリセル間の結束のズレを防止するようにしたバッテリモジュールが開示されている。

特開２００１−２３６９３７号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、４本の連結ロッドがバッテリセル群の外壁面に沿って配設されると共に、拘束プレートの外縁部に連結ロッドを締め付ける締結ナットの座面を形成する必要があるため、バッテリモジュール全体が大型化しやすいという課題あった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、バッテリセルの膨らみを防ぐ構造を適用しながらも、バッテリモジュール全体のコンパクト化を可能とするバッテリモジュールを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、角型のバッテリセル（９０，１６３）を複数積層してなる略直方体のバッテリモジュール（６１，１２０）において、前記バッテリモジュール（６１，１２０）を四方から覆う少なくとも４枚のプレート（６５，７１，７２）と、前記バッテリモジュール（６１，１２０）の角部に位置すると共に、前記プレート同士を揺動可能に支持する少なくとも２つのヒンジ機構（７５）とを具備し、前記バッテリモジュール（６１）の壁面のうちの前記バッテリセル（９０）の積層方向で対向する２壁面に沿って配置される一対のサイドプレート（７１，７１）と、前記一対のサイドプレート（７１，７１）の一端部をヒンジ機構（７５）によってそれぞれ揺動可能に支持すると共に、前記バッテリモジュール（６１）の一壁面に沿って配置されるロアプレート（７２）と、前記バッテリモジュール（６１）の壁面に沿って前記ロアプレート（７２）に対向配置されると共に、前記一対のサイドプレート（７１）の他端部同士を連結するアッパープレート（６５）とを具備し、前記サイドプレート（７１，７１）と前記アッパープレート（６５）とを締結部材（６６）を用いて前記バッテリセル（９０）の積層方向に圧力をかけた状態で締結固定することにより前記バッテリモジュール（６１）を固定する点に第１の特徴がある。

また、前記バッテリモジュール（６１）は、前記バッテリセル（９０）と、前記バッテリセル（９０）同士の間に所定の隙間を確保するためのセパレータ（９１）とを交互に重ね合わせた構成とされる点に第２の特徴がある。

また、前記アッパープレート（６５）および前記ロアプレート（７２）には、前記バッテリセル（９０）間を通る冷却風を通すための貫通スリット（６８，７３）がそれぞれ設けられている点に第３の特徴がある。

また、前記セパレータ（９１）には、前記アッパープレート（６５）およびロアプレート（７２）のそれぞれの貫通スリット（６８，７３）に対応する位置に配設される冷却風のスリット（１０１，１０５）と、前記アッパープレート（６５）およびロアプレート（７２）のそれぞれに形成された位置決め用の貫通孔（７４）に係合する位置決め突起（１０６）とが設けられている点に第４の特徴がある。

また、前記アッパープレート（６５）の表面に、前記バッテリセル（９０）の電圧を監視する電圧監視基板（６２）が配設されている点に第５の特徴がある。

また、前記アッパープレート（６５）の表面に、前記バッテリモジュール（６１）の出力端子としての電極板（８０，８０ａ）を支持する台座（６９，７０）が配設されている点に第６の特徴がある。

また、前記締結部材（６６）は、前記アッパープレート（６５）を貫通して前記サイドプレート（７１）の前記他端部に螺合する締結ネジである点に第７の特徴がある。

また、前記サイドプレート（７１）と前記バッテリモジュール（６１）との間に絶縁シート（９６）が配設されている点に第８の特徴がある。

また、２つの前記バッテリセル（１６３）を収納して前記バッテリモジュール（１２０）の外枠として機能するバッテリホルダ（１６１，１６２）を備え、前記バッテリモジュール（１２０）は、前記バッテリセル（１６３）を収納した前記バッテリホルダ（１６１，１６２）を複数並べて構成されており、前記バッテリホルダ（１６１，１６２）には、これと隣接する同一のバッテリホルダ（１６１，１６２）との間に所定の隙間が形成されるように構成されると共に、前記バッテリセル（１６３）に設けられた防爆窓（１９０）を外方に露出するための連通窓（１７５，１８３）が形成されている点に第９の特徴がある。

さらに、前記バッテリホルダは、左側バッテリホルダ（１６１）と右側バッテリホルダ（１６２）を接合することで２つの前記バッテリセル（１６３）を収納する構成とされ、左側バッテリホルダ（１６１）と右側バッテリホルダ（１６２）を接合する際に、前記左側バッテリホルダ（１６１）に形成された半円柱爪（１７９）と右側バッテリホルダ（１６２）に形成された半円柱爪（１７２）とが接合して、前記バッテリホルダの位置決め突起としての円柱突起（１８０）が形成される点に第１０の特徴がある。

第１の特徴によれば、バッテリモジュールを四方から覆う少なくとも４枚のプレートと、バッテリモジュールの角部に位置すると共に、プレート同士を揺動可能に支持する少なくとも２つのヒンジ機構とを具備し、バッテリモジュールの壁面のうちのバッテリセルの積層方向で対向する２壁面に沿って配置される一対のサイドプレートと、一対のサイドプレートの一端部をヒンジ機構によってそれぞれ揺動可能に支持すると共に、バッテリモジュールの一壁面に沿って配置されるロアプレートと、バッテリモジュールの壁面に沿ってロアプレートに対向配置されると共に、一対のサイドプレートの他端部同士を連結するアッパープレートとを具備し、サイドプレートとアッパープレートとを締結部材を用いてバッテリセルの積層方向に圧力をかけた状態で締結固定することによりバッテリモジュールを固定するので、バッテリモジュールの締め付け構造にヒンジ機構を用いることにより、締め付けに必要な部品がバッテリモジュールの外方に突出する量を低減し、これにより、バッテリユニットのコンパクト化を図ることができる。

また、簡単な構成によってバッテリモジュールの膨張を防ぐ構造を得ることができる。また、サイドプレートとロアプレートとがヒンジ機構で連結されることで、例えば、バッテリモジュールの両端面を一対の板状部材で挟み込み、この板状部材間をネジ付きの連結ロッドで締め付けるようにした構造に比して、締め付け構造に係る部品がバッテリモジュールの外周方向に突出する量を低減することができる。これにより、バッテリモジュールの締め付け構造を適用しつつも、バッテリユニットのコンパクト化を図ることが可能となる。

第２の特徴によれば、バッテリモジュールは、バッテリセルと、バッテリセル同士の間に所定の隙間を確保するためのセパレータとを交互に重ね合わせた構成とされるので、バッテリセル間に所定の隙間が設けられることで、バッテリセル同士の接触を防ぎ、かつバッテリセルの位置決めが容易となる。また、所定の隙間が設けられることでバッテリセルを冷却する風の通り道を確保することが可能となる。

第３の特徴によれば、アッパープレートおよびロアプレートには、バッテリセル間を通る冷却風を通すための貫通スリットがそれぞれ設けられているので、バッテリセル間を通る冷却風の流れがアッパープレートおよびロアプレートで阻害されてしまうことがなく、バッテリモジュールの締め付け構造を適用しつつバッテリモジュールの良好な冷却が可能となる。

第４の特徴によれば、セパレータには、アッパープレートおよびロアプレートのそれぞれの貫通スリットに対応する位置に配設される冷却風のスリットと、アッパープレートおよびロアプレートのそれぞれに形成された位置決め用の貫通孔に係合する位置決め突起とが設けられているので、セパレータに冷却通路を構成する機能とバッテリセルの位置決めを行う機能とを兼用させることが可能となる。

第５の特徴によれば、アッパープレートの表面に、バッテリセルの電圧を監視する電圧監視基板が配設されているので、電圧監視基板をバッテリモジュールと離間して配設する構成に比して、スペースの有効活用および部品の集中配置によるバッテリユニットのコンパクト化を図ることができる。

第６の特徴によれば、アッパープレートの表面に、バッテリモジュールの出力端子としての電極板を支持する台座が配設されているので、アッパープレート上のスペースを有効活用すると共に、部品の集中配置によるバッテリユニットのコンパクト化を図ることができる。

第７の特徴によれば、締結部材は、アッパープレートを貫通してサイドプレートの他端部に螺合する締結ネジであるので、バッテリモジュールに膨張が生じた場合でも、締結ネジの軸方向と直交する方向に力が加わることとなるので、アッパープレートとサイドプレートとの締結状態を強固に保持することができる。

第８の特徴によれば、サイドプレートとバッテリモジュールとの間に絶縁シートが配設されているので、寸法を増すことなく簡単な構成でバッテリモジュールとサイドプレートとを絶縁することができる。

第９の特徴によれば、２つのバッテリセルを収納してバッテリモジュールの外枠として機能するバッテリホルダを備え、バッテリモジュールは、バッテリセルを収納したバッテリホルダを複数並べて構成されており、バッテリホルダには、これと隣接する同一のバッテリホルダとの間に所定の隙間が形成されるように構成されると共に、バッテリセルに設けられた防爆窓を外方に露出するための連通窓が形成されているので、バッテリホルダによってバッテリセルの位置決めを容易に行うことができる。また、バッテリホルダにバッテリセルを収納した状態でも防爆窓の機能を阻害することがない。

第１０の発明によれば、バッテリホルダは、左側バッテリホルダと右側バッテリホルダを接合することで２つのバッテリセルを収納する構成とされ、左側バッテリホルダと右側バッテリホルダを接合する際に、左側バッテリホルダに形成された半円柱爪と右側バッテリホルダに形成された半円柱爪とが接合して、バッテリホルダの位置決め突起としての円柱突起が形成されるので、２つのバッテリセルを収納してケースに対して所定の位置に収納可能なバッテリホルダを得ることができる。

電動二輪車の透視側面図である。 車体フレームの側面図である。 車体フレームの斜視図である。 バッテリユニットの左側面図である。 バッテリユニットを車体下方側から見た斜視図である。 バッテリケースの蓋部材を取り外した状態を示す斜視図である。 バッテリケース内への収容物全体を示す斜視図である。 バッテリモジュールの斜視図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 バッテリモジュールの構造を示す斜視図である。 バッテリモジュールとアッパープレートおよびロアプレートとの係合構造を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るバッテリモジュールの斜視図である。 バッテリモジュールの締め付け構造体のみを示す斜視図である。 バッテリモジュールの分解斜視図である。 バッテリモジュールの斜視図である。 マウントベースの構造を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係るバッテリモジュールの斜視図である。 本発明の第３実施形態に係るバッテリモジュールの分解斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電動二輪車１の左側面図である。また、図２は車体フレーム１７の左側面図であり、図３は車体フレーム１７の斜視図である。

電動二輪車１は、低床フロア２１を有するスクータ型の鞍乗型電動車両であり、スイングアーム３３に内蔵された電動モータＭが発揮する回転動力によって、車軸３４で軸支された後輪ＷＲを回転駆動する構成を有する。

電動二輪車１の車体フレーム１７は、前輪ＷＦを軸支するフロントフォーク２および該フロントフォーク２の上部に連結された棒状の操向ハンドル９を操向可能に支承して後上がりに傾斜したヘッドパイプ１５と、該ヘッドパイプ１５から後下がりに延びるメインフレーム１６と、該メインフレーム１６の下部に湾曲部２３を介して連結されて後方に延びる左右一対のアンダフレーム２７と、それらのアンダフレーム２７の後端に一体に連なって後上がりに延びる左右一対のリヤフレーム４０とを備える。

ヘッドパイプ１５は、ステアリングステム１４を回動自在に軸支しており、このステアリングステム１４の上端に操向ハンドル９が固定されている。一方、ステアリングステム１４の下端部には、フロントフォーク２の上端部を支持するアンダブラケット１２が固定されている。

車体フレーム１７の両リヤフレーム４０に設けられたピボットプレート３１には、スイングアーム３３の前部がピボット軸３０を介して揺動可能に支承されている。左側のリヤフレーム４０の後部とスイングアーム３３の後部との間にはリヤクッションユニット４３が設けられている。スイングアーム３３は、車幅方向左側のアームのみで後輪ＷＲを軸支する片持ち式とされており、片持ちアームの前方でピボット軸３０の直後の位置には、電動モータＭの出力を制御するＰＤＵ（パワー・ドライブ・ユニット）３２が配設されている。

電動二輪車１は、ヘッドパイプ１５を前方から覆うフロントカバー７と、シート３７に座った乗員の脚部を前方から覆うようにヘッドパイプ１５の後方からフロントカバー７に連なるレッグシールド１０と、シート３７に座った乗員の足を載せるようにレッグシールド１０の下部に連なると共にバッテリケース１９を上方から覆う低床フロア２１とを備えている。バッテリケース１９の周囲およびリヤフレーム４０の周囲は、樹脂等からなるカウリングで覆われている。

フロントカバー７の前端には、ヘッドパイプ１５に固定されたフロントステー１１によってヘッドライト４が支持されており、一方、リヤフレーム４０の後端部にはテールライト４２が取り付けられている。ヘッドライト４の後部にはホーン１３が配設され、その下方には、フロントフォーク２に支持されたフロントフェンダ３が配設されている。

操向ハンドル９の車幅方向中央はハンドルカバー８で覆われており、フロントカバー７の前方は、フロントステー１１によってフロントキャリア６が支持されている。フロントキャリア６には、荷物を収納するバスケット６ａ等を取り付けることができる。また、リヤフレーム４０の上方には、リヤキャリア４１が取り付けられている。

左右のアンダフレーム２７の間には、電動モータＭに電力を供給する高電圧（例えば、６９Ｖ）のバッテリモジュール６１を収納するバッテリケース１９が配設されている。バッテリケース１９にバッテリモジュール６１が収納されることでバッテリユニット６０が構成される。左右のアンダフレーム２７間には、低床フロア２１に加わる荷重がバッテリケース１９に影響を及ぼさないように、バッテリケース１９を車幅方向に跨ぐガードプレート２０が設けられている。

両アンダフレーム２７の前部には、メインフレーム１６の下端に連結されてバッテリケース１９の前側下部を保護する前部保護部材２５が設けられている。また、両アンダフレーム２７の後部には、バッテリケース１９の後部下部を保護する後部保護部材２９が設けられており、さらに、車体前後方向に延びてバッテリケース１９を下方から保護する複数の下部保護部材２８が、前部保護部材２５と後部保護部材２９との間に設けられている。

バッテリケース１９の前部には、左右一対の冷却空気導入ダクト１８の下流端部が接続管２４を介して接続されている。冷却空気導入ダクト１８は、レッグシールド１０内でメインフレーム１６を両側から挟むように該メインフレーム１６に沿って延設されている。冷却空気導入ダクト１８の上端側は、レッグシールド１０に形成された空気吸入口に接続される。

バッテリケース１９の後部上面には、バッテリケース１９内の空気を吸い出すための冷却ファン２２が取り付けられている。この冷却ファン２２の作動により、冷却空気導入ダクト１８から空気が積極的に導入されて、バッテリケース１９内のバッテリモジュール６１が冷却されることとなる。

また、左右のリヤフレーム４０の間には、シート３９の下方かつスイングアーム３３の上方に配置される合成樹脂製の収納ボックス３５が、両リヤフレーム４０で支持されるようにして配置されている。収納ボックス３５は、開閉可能なシート３７で上方から覆われている。収納ボックス３５の後側下部には、ヘッドライト４やテールライト４２等の補機類に電力を供給する低電圧バッテリ（例えば、１２Ｖ）３８を収納する収納凹部３９が、下方に突出して一体に形成されている。低電圧バッテリ３８の前方には、ヒューズボックス３６が配設されている。

図２，３を参照して、硬質の合成樹脂等からなるバッテリケース１９は、有底箱形のケース本体５１と、ケース本体５１の上部開口を覆う蓋部材５０とで構成されている。ケース本体５１と蓋部材５０との接合面の周囲には、車幅方向に張り出したフランジ部４６が形成されている。両アンダフレーム２７の上面には、サイドブラケット４７が溶接固定されており、ガードプレート２０およびバッテリケース１９のフランジ部４６は、このサイドブラケット４７に固定される。ガードプレート２０を避ける形状とされるフランジ部４６は、サイドブラケット４７の上面にボルト４５によって固定される。

両サイドブラケット４７の前端部および後端部の上面には、低床フロア２１を４点支持するための円柱状のポスト４８が取り付けられている。また、左右のリヤフレーム４０は、バッテリケース１９の後方上方の位置で、車幅方向に指向する連結パイプ４９によって連結されている。バッテリケース１９には、リヤフレーム４０の形状に沿って車体後方側に盛り上がる部分が形成されており、この盛り上がり部分に冷却ファン２２が取り付けられる。冷却ファン２２の近傍には、バッテリケース１９から外部へ延びる高圧ハーネスおよび信号ハーネスの取り出し用孔５２，５３が形成されている。

図４は、バッテリユニット６０の左側面図である。また、図５は、バッテリユニット６０を車体下方側から見た斜視図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。前記したように、バッテリケース１９のケース本体５１の車体前方側端面には、左右一対の接続管２４が取り付けられている。また、本体ケース５１の車体後方側には、コンタクタユニット６４が収まる膨出部５７が設けられている。

バッテリケース１９には、３組のバッテリモジュール６１が収納されている。バッテリユニット６０は、バッテリケース１９、複数のバッテリセルを積層してなるバッテリモジュール６１およびその周辺部品から構成される。車体後方寄りのバッテリモジュール６１とコンタクタユニット６４との間には、電圧管理基板（ＢＭＵ：Battery Management Unit）６３が配設されており、各バッテリモジュール６１の上部には、電圧監視基板（ＶＴＭ：Voltage/Thermal Monitoring）６２が配設されている。電圧管理基板６３は、電圧監視基板６２が収集したバッテリの電圧や温度等の情報を、ＰＤＵ３２（図１参照）にＣＡＮ通信等を用いて伝達する。

バッテリモジュール６１を構成するバッテリセルは互いに直列接続されており、３つのバッテリモジュール６１は互いに並列接続されている。バッテリモジュール６１および該バッテリモジュール６１を四方から囲む板状部材および電圧監視基板６２は、それぞれ同じ向きでバッテリケース１９内に隣接配置されている。本体ケース５１の前方下部には、塞栓が取り付けられる水抜き孔５５が配設されている。

図５を参照して、本体ケース５１の下面は、車体前後方向に指向する山部Ｈおよび谷部Ｌを、車幅方向に交互に配設した凹凸形状を有する。それぞれの山部Ｈの車体後方側には、本体ケース５１の底面から立設する補強リブ５９が形成されている。なお、この図では、車幅方向外側に位置する谷部Ｌの部分に、車体フレームの下部保護部材２８（図１参照）の上面貼り付けられてバッテリケース１９との干渉防止するラバー部材５８を示している。

図６は、バッテリケース１９の蓋部材５０を取り外した状態の斜視図である。また、図７はバッテリケース１９内への収容物全体を示す斜視図であり、図８はバッテリモジュール６１の斜視図である。蓋部材５０は、本体ケース５１に対して複数の締結ネジ（不図示）によって固定される。本体ケース５１と蓋部材５０との接合部分には、密閉機能を発揮するためのリブ５１ａが、蓋部材５０の外縁形状に合わせて形成されている。

前記したように、３つのバッテリモジュール６１は車体前後方向に近接配置されており、各バッテリモジュール６１間にはスポンジ部材９９が配設されている。このスポンジ部材９９は、各バッテリモジュール６１間の振動伝達を防ぐと共に、冷却空気導入ダクト１８（図１，２参照）から導入された外気が、バッテリモジュール６１間を通らないようにする機能を有する。

図８を参照して、バッテリモジュール６１は、バッテリセル９０およびセパレータ９１を交互に積層した構成とされ、本実施形態では、１０個のバッテリセル９０および９個のセパレータ９１を車幅方向（図示左右方向）に積層することでバッテリモジュール６１が構成されている。

バッテリモジュール６１の車幅方向で対向する２面および車体上下方向で対向する１２面は、経年変化による各バッテリセル９０の膨らみ等を防ぐための板状部材で囲まれている。この板状部材は、バッテリモジュール６１の下面に接するロアプレート７２と、ロアプレート７２の車幅方向両端部に連結される左右一対のサイドプレート７１と、両サイドプレート７１の上端部間を連結固定するアッパープレート６５とからなる。ロアプレート７２とサイドプレート７１の一端部とは、回動軸８６を有するヒンジ機構７５を介して揺動可能に連結されており、サイドプレート７１の他端部とアッパープレート６５とは、締結部材としての締結ボルト６６を用いて固定される。

この構成によれば、両サイドプレート７１の上端部間の距離設定に応じて、バッテリモジュール６１を車幅方向から締め付けた状態、換言すれば、バッテリセル９０の積層方向に圧力をかけた状態でバッテリモジュール６１を保持することができる。これにより、各バッテリセル９０に膨らみが生じる状態となった場合でも、バッテリモジュール６１の車幅方向寸法が大きくなったり、バッテリセル９０間に位置ずれが生じることを防ぐことが可能となる。

本実施形態では、アッパープレート７１の上端部に、ネジ孔が形成された２本の円柱状ボス７７が形成されており、両サイドプレート７１の外側から圧力をかけた状態で、アッパープレート６５に形成された貫通孔（不図示）を通した締結ボルト６６を円柱状ボス７７に締め付けることによって、バッテリモジュール６１の締め付け固定が完了する。締め付け固定後にバッテリモジュール６１にかかる圧力は、バッテリモジュール６１の寸法、左右のヒンジ構造７５間の寸法、アッパープレート６５の車幅方向の貫通孔間の寸法、各プレートの剛性等に影響されることとなる。本実施形態では、ロアプレート７２およびサイドプレート７１が硬質樹脂で形成されると共に、アッパープレート６５が金属製の薄板で構成されている。

上記したようなバッテリモジュール６１の締め付け構造によれば、例えば、バッテリモジュールの両端面を一対の板状部材で挟み込み、この板状部材間をネジ付きの連結ロッドで締め付けるようにした締め付け構造に比して、締め付け構造を構成する部品がバッテリモジュールの外周方向に突出する量を低減することができる。これにより、バッテリユニット６０のコンパクト化を図ることが可能となる。

電圧監視基板６２は、バッテリモジュール６１の車幅方向中央でアッパープレート６５の上部に取り付けられており、これにより、アッパープレート６５の両端部に形成された段差の間のスペースを有効利用して電圧監視基板６２を取り付けることができる。なお、各プレートの形状や構造は各種変更が可能であり、例えば、サイドプレート７１に形成された円筒部７７の高さを低減して、アッパープレート６５の両端部に設けられる段差を低くする、または、段差をなくすように構成してもよい。

各バッテリセル９０の電極はバスバー８２，８３によって連結されており、バッテリモジュール６１の両端に位置するバッテリセル９０からプラス極およびマイナス極がそれぞれ取り出される。両電極を取り出す出力端子としての金属製の電極板は、アッパープレート６５の上面に固定された樹脂等からなる台座６９，７０の上面にネジで固定されている。図８では、マイナス極を取り出すための電極板８０が台座７０の上面にネジ８１で固定された状態を示している。

バスバー８２，８３の間の位置には、各バッテリセル９０の電圧情報を収集するための電圧検出基板８４，８５が設けられている。電圧検出基板８４，８５によって収集された電圧情報は、ハーネス７９を介して電圧監視基板６２に入力される。また、各バッテリセル９０の温度情報は、温度センサ（不図示）に連結された配線７８を介して電圧監視基板６２に入力される。

アッパープレート６５には、車体前後方向に指向する複数の上側貫通スリット６８が形成されている（図６参照）。また、ロアプレート７２には、車体前後方向に指向する複数の下側貫通スリット７３が形成されている（図７参照）。この上側貫通スリット６８および下側貫通スリット７３は、バッテリケース１９内に吸入された空気を、各バッテリセル９０間を通して下方から上方へ導くためのものである。なお、ロアプレート７２において、下側貫通スリット７３に隣接して形成される貫通孔７４は、セパレータ９１の位置決め孔として機能する。その詳細は後述する。

図９は、図４のＡ−Ａ線断面図である。前記したように、各バッテリセル９０の間にはセパレータ９１が配置され、このセパレータ９１によってバッテリセル９０間に所定の隙間が確保されている。バッテリケース１９内に吸入された空気は、ロアプレート７２のスリット７３から導入されてバッテリセル９０間の隙間を通って上方へ導かれ、排気口８９から冷却ファン２２（図３参照）を介して外部へ排出される。

電圧監視基板６２および電極板８０，８０ａを支持する台座６９，７０は、アッパープレート６５の上面に取り付けられ、これにより、スペースの有効活用および部品の集中配置によるバッテリケース１９のコンパクト化が図られている。蓋部材５０と本体ケース５１との接合部９２は、本体ケース５１側に設けられたリブ５１ａ（図６参照）が蓋部材５０側に設けられた溝に係合する密閉構造とされている。フランジ部５６の上面には、各種配線を通すリング部材８８が取り付けられている。プラス電極の台座６９にはネジ８０ａが取り付けられ、マイナス電極の台座７０にはネジ８１が取り付けられる。

本実施形態に係るバッテリモジュール６１においては、締め付け構造を適用したことによる車幅方向の寸法の増加は、両サイドプレート７１の厚さ分のみとなる。一方、上下方向寸法は、ロアプレート７２の厚さおよび締結ボルト６６の取付部分の高さが加わるが、アッパープレート６５の上面部に電圧監視基板６２および電極台座６９，７０が確保されることで、スペースの有効活用が図られている。

なお、サイドプレート７１を揺動可能とするヒンジ機構７５は、ロアプレート７２の底面から下方に突出している。ケース本体５１の底部には、このヒンジ機構７５の突出部分が収まる凸部９８が設けられている。積層方向の端部に位置するバッテリセル９０とサイドプレート７１との間には、薄いゴム等からなる絶縁シート９６が配設されている。

図１０は、バッテリモジュール６１の構造を示す斜視図である。また、図１１は、バッテリモジュール６１とアッパープレート６５およびロアプレート７２との係合構造を示す斜視図である。角型のバッテリセル９０は、板状のバッテリ素子を樹脂等のパッケージで覆い、マイナス電極９３およびプラス電極９５を設けた厚みを有する板状部材である。バッテリモジュール６１を構成する際は、バスバー８２，８３による直列接続を行うため、隣接するバッテリセル９０の天地方向は互いに逆向きとされる。また、バッテリセル９０の車体前方側の一面の上下方向中央には、内部圧力が所定値を超えると開放する防爆窓９４が形成されている。

プラスチック等の樹脂からなるセパレータ９１は、天板１００および底板１０４を一対の側板１０３で連結して枠部分を形成し、その中央に仕切棒１０２を設けた構成とされる。天板１００には、仕切棒１０２を避けて２つの天側貫通スリット１０１が形成され、底板１０４には、仕切棒１０２を避けて２つの底側貫通スリット１０５が形成されている。

この構成により、バッテリセル９０およびセパレータ９１を係合させると、バッテリセル９０は、その側面がセパレータ９１の仕切棒１０２に当接するまで枠部分に挿入され、仕切棒１０２の厚さ分だけバッテリセル９０同士の間に隙間を確保した状態で所定位置に収まることとなる。さらに、仕切棒１０２の下方で底板１０４の下面には、位置決め突起１０６が設けられており、この位置決め突起１０６がロアプレート７２の貫通孔７４に係合することで、各セパレータ９１の位置が定まる。

これにより、ロアプレート７２の下側貫通スリット７３とセパレータ９１の底側貫通スリット１０５との位置合わせがなされると共に、アッパープレート６５の上側貫通スリット９７とセパレータ９１の天側貫通スリット１０１との位置合わせがなされ、冷却風の通り道が形成される。そして、この通り道は、仕切棒１０２によってバッテリセル９０間の隙間が規定されるため、バッテリモジュール６１が両サイドプレート７１によって締め付けられたり、各バッテリセル９０に多少の膨らみが生じた場合でも塞がれてしまうことがなく、良好な冷却を継続することができる。

なお、位置決め突起１０６と貫通孔７４との係合関係は、サイドプレート７２に圧力をかける際の、セパレータ９１の車幅方向へのわずかな位置ずれを許容できるように設定することができる。

図１２は、本発明の第２実施形態に係るバッテリモジュール１２０の斜視図である。また、図１３は、バッテリモジュール１２０の締め付け構造体１３０のみを示す斜視図である。さらに、図１４はバッテリモジュール１２０の分解斜視図であり、図１５はバッテリモジュール１２０の斜視図である。

本実施形態に係るバッテリモジュール１２０は、バッテリセル１６３の積層方向にバッテリモジュール１２０を締め付けるため、回転軸１５４を有するヒンジ構造１５３を４箇所として、バッテリモジュール１２０の上下２箇所に締結部分を設けた点に特徴がある。

図１３を参照して、締め付け構造体１３０は、左右一対のアッパープレート１５１ａと、左右一対のサイドプレート１５２と、左右一対のロアプレート１５１ｂとを有する。本実施形態では、アッパープレート１５１ａとロアプレート１５１ｂとは同一部品とされるため、締め付け構造体１３０は、２枚の上下方向プレートおよび４枚の左右方向プレートで構成されることとなる。アッパープレート１５１ａおよびロアプレート１５１ｂには、それぞれ４つの貫通スリット１５５が形成されている。

締め付け構造体１３０は、サイドプレート１５２の上端部にヒンジ機構１５３を介してアッパープレート１５１ａを揺動可能に軸支すると共に、サイドプレート１５２の下端部にヒンジ機構１５３を介してロアプレート１５１ｂを揺動可能に軸支し、これと同様の構造体と向かい合わせにしてバッテリモジュール１２０を車幅方向から挟み込み、対向する締め付けボス１５６間を締結部材で締結することでバッテリモジュール１２０を締め付け固定する。

図１４，１５を参照して、バッテリモジュール１２０は、薄いゴム等からなる絶縁シート１８４を挟んで２つのバッテリセル１６３を近接配置し、この２つバッテリセル１６３を左側バッテリホルダ１６１および右側バッテリホルダ１６２で覆うことで構成されている。本実施形態では、左右のバッテリホルダ１６１，１６２をそれぞれ５つずつ用いて、計１０個のバッテリセル１６３を収めた５つのバッテリモジュール１２０が構成される。

バッテリセル１６３は、板状のバッテリ素子を樹脂パッケージで覆い、マイナス電極１６４およびプラス電極１６５を設けた構成を有する。バッテリセル１６３の一面の上下方向中央部分には、バッテリ内圧力が所定値を超えると開放される防爆窓１９０が形成されている。隣接するバッテリセル１６３は、バスバー１６８，１６９による直列接続を行うため天地方向を互い違いにして配置される。

一方、左側バッテリホルダ１６１には、電極窓１７４，１７６および連通窓１７５が形成されている。バッテリセル１６３が係合されると、電極窓１７４，１７６からマイナス電極１６４およびプラス電極１６５が外方に露出すると共に、連通窓１７５から防爆窓１９０が外方に露出するように構成されている。右側バッテリホルダ１６２の電極窓１７０，１７２および連通窓１８３も、左側バッテリホルダ１６１と同様の構造を有する。

右側バッテリホルダ１６２には、左側バッテリホルダ１６１と対向する位置に上下一対の係合爪１７３が形成されており、この係合爪１７３が右側バッテリホルダ１６１に形成された上下一対の係合孔１７８に係合することにより両バッテリホルダ１６１，１６２が互いに固定されることとなる。このとき、右側バッテリホルダ１６２に形成された２つの半円柱爪１７２と左側バッテリホルダ１６１に形成された２つの半円柱爪１７９とがそれぞれ接合して、２つの円柱突起１８０が形成される。

また、左側バッテリホルダ１６１に設けられるストッパ板１７７と、右側バッテリホルダ１６２に設けられるストッパ板１７１とは前後方向にオフセット配置されており、これにより、バッテリモジュール１２０同士を隣接配置した際に、バッテリセル１６３同士の間にストッパ板１７１，１７７の厚み分だけの隙間が形成されることとなる。

左右バッテリホルダ１６１，１６２の半円柱爪１７２，１７９によって形成された円柱突起１８０は、アッパープレート１５１ａおよびロアプレート１５１ｂに形成された貫通孔１５９に係合し、これによりバッテリモジュール１２０の位置決めが行われる。このとき、アッパープレート１５１ａおよびロアプレート１５１ｂに形成された貫通スリット１５５は、ストッパ板１７１，１７７によって形成された隙間との位置合わせがなされ、バッテリケース１９に導入された外気の通り道が確保される。

再び図１２を参照して、バッテリモジュール１２０の締め付け処理は、ボス１５６に円筒カラー１５７を挿入し、この円筒カラー１５７に挿通した締結ボルト１５８のネジ部に締結ナット１５９を締め付けることにより完了する。バッテリモジュール１２０の締め付け力は、円筒カラー１５の長さを変更することで任意に調整することができる。

バスバー１６８，１６９の間の位置には、各バッテリセル１６３の電圧情報を収集するための電圧検出基板１６６，１６７が設けられている。電圧検出基板１６６，１６７に収集された電圧情報は、ハーネス１６０を介して電圧監視基板（不図示）に入力される。電圧検出基板１６６，１６７は、複数の筒状連通窓１８５が形成されたマウントベース１９５に取り付けられている。マウントベース１９５は、３本のネジ１８１によってバッテリモジュール１２０に固定され、このとき、マウントベース１９５の筒状連通窓１８５からバッテリセル１６３の防爆窓１９０が外方に露出するように構成されている。

図１６は、マウントベース１９５の構造を示す斜視図である。電圧検出基板１６６，１６７を支持するマウントベース１９５の裏面側には、筒状連通窓１８５の形状に沿った立設部材１８２が形成されている。バッテリモジュール１２０にマウントベース１９５を取り付ける際には、この立設部材１８２が、左右バッテリホルダ１６１，１６２に形成された連通窓１７５，１８３に差し込まれて、各バッテリホルダの位置決めを行うほか、防爆窓１９０が開放された際の電解液のガイドとして機能することとなる。

上記した第２実施形態に係るバッテリモジュールによれば、前記バッテリモジュール（１２０）の壁面のうちの前記バッテリセル（１６３）の積層方向で対向する２壁面に沿って配置される一対のサイドプレート（１５２，１５２）と、前記一対のサイドプレート（１５２，１５２）の一端部にヒンジ機構（１５３）によって揺動可能に支持される一対のアッパープレート（１５１ａ）と、前記一対のサイドプレート（１５２，１５２）の他端部にヒンジ機構（１５３）によって揺動可能に支持される一対のロアプレート（１５１ｂ）とを具備し、前記一対のアッパープレート（１５１ａ）同士を締結部材（１５８，１５９）で締結すると共に、前記一対のロアプレート（１５１ｂ）同士を締結部材（１５８，１５９）で締結することで、前記バッテリセル（１６３）の積層方向に圧力をかけた状態で前記バッテリモジュール（１２０）を固定できるように構成されているので、二分割された上下のプレートの中央をネジ等の締結部材で固定するため、バッテリセルの締め付け度合を調整することが容易になり、経年劣化による膨張時の調整が可能となる。

また、前記バッテリモジュール（１２０）に取り付けられて、前記バッテリセル（１６３）の電圧を検出する電圧検出基板（１６６，１６７）を支持するマウントベース（１９５）を備え、前記マウントベース（１９５）に形成された筒状連通窓（１８５）を構成する立設部材（１８２）が前記連通窓（１７５，１８３）に係合するように構成されているので、バッテリセルの防爆窓を外方に露出させつつ、マウントベースの位置決めをも容易に行うことが可能となる。

図１７は、本発明の第３実施形態に係るバッテリモジュールの斜視図である。また、図１８は、同分解斜視図である。この第３実施形態では、第２実施形態で示したバッテリモジュール１２０を第１実施形態で示した形式のプレートで固定したものを示す。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。第１実施形態で示したプレートとは、図８に示したように、一体式のロアプレート７２の両端部にヒンジ機構７５を介してそれぞれサイドプレート７１が取り付けられ、両サイドプレート７１の上端部に、締結ボルト６６によってアッパープレート６５（図１７では省略）が取り付けられるものである。また、第２実施形態に示したバッテリモジュール１２０においては、図１４に示した絶縁シート１８４に代えて第１実施形態で示したセパレータ９０を挟んで２つのバッテリセル１６３を近接配置し、この２つバッテリセル１６３を左側バッテリホルダ１６１および右側バッテリホルダ１６２で覆うように構成することができる。

なお、バッテリセルおよびバッテリモジュールの形状や構造、バッテリモジュールを締め付ける各プレートおよび締結部材の形状や構造等は、上記実施形態に限られず、種々の変更が可能である。例えば、第２実施形態で示した左右バッテリホルダからなるバッテリモジュールと、第１実施形態で示したヒンジ構造が２箇所の締め付け構造体とを組み合わせて使用することもできる。本発明に係るバッテリモジュールは、電動二輪車に限られず、鞍乗型の三／四輪車等の各種電動車両に適用することが可能である。

１…電動二輪車、１７…車体フレーム、１９…バッテリケース、５０…蓋部材、５１…本体ケース、６０…バッテリユニット、６１…バッテリモジュール、６５…アッパープレート、６６…締結ボルト（締結部材）、６８…上側貫通スリット、７１…サイドプレート、７２…ロアプレート、７３…下側貫通スリット、７５…ヒンジ機構、８６…回動軸、９０…バッテリセル、９１…セパレータ、９３…マイナス電極、９４…防爆窓、９５…プラス電極、９６…絶縁シート、１０１…天側貫通スリット、１０２…仕切棒、１０５…底側貫通スリット、１２０…バッテリモジュール、１５１ａ…アッパープレート、１５１ｂ…ロアプレート、１５２…サイドプレート、１６１，１６２…バッテリホルダ、１６３…バッテリセル

Claims (7)

1. 角型のバッテリセル（９０，１６３）を複数積層してなる略直方体のバッテリモジュール（６１，１２０）において、
   前記バッテリモジュール（６１，１２０）を四方から覆う少なくとも４枚のプレート（６５，７１，７２）と、
   前記バッテリモジュール（６１，１２０）の角部に位置すると共に、前記プレート同士を揺動可能に支持する少なくとも２つのヒンジ機構（７５）とを具備し、
   前記バッテリモジュール（６１）の壁面のうちの前記バッテリセル（９０）の積層方向で対向する２壁面に沿って配置される一対のサイドプレート（７１，７１）と、
   前記一対のサイドプレート（７１，７１）の一端部をヒンジ機構（７５）によってそれぞれ揺動可能に支持すると共に、前記バッテリモジュール（６１）の一壁面に沿って配置されるロアプレート（７２）と、
   前記バッテリモジュール（６１）の壁面に沿って前記ロアプレート（７２）に対向配置されると共に、前記一対のサイドプレート（７１）の他端部同士を連結するアッパープレート（６５）とを具備し、
   前記サイドプレート（７１，７１）と前記アッパープレート（６５）とを締結部材（６６）を用いて前記バッテリセル（９０）の積層方向に圧力をかけた状態で締結固定することにより前記バッテリモジュール（６１）を固定し、
   前記バッテリモジュール（６１）は、前記バッテリセル（９０）と、前記バッテリセル（９０）同士の間に所定の隙間を確保するためのセパレータ（９１）とを交互に重ね合わせた構成とされ、
   前記アッパープレート（６５）および前記ロアプレート（７２）には、前記バッテリセル（９０）間を通る冷却風を通すための貫通スリット（６８，７３）がそれぞれ設けられており、
   前記セパレータ（９１）には、前記アッパープレート（６５）およびロアプレート（７２）のそれぞれの貫通スリット（６８，７３）に対応する位置に配設される冷却風のスリット（１０１，１０５）と、前記アッパープレート（６５）およびロアプレート（７２）のそれぞれに形成された位置決め用の貫通孔（７４）に係合する位置決め突起（１０６）とが設けられており、
   前記セパレータ（９１）は、天板（１００）および底板（１０４）を一対の側板（１０３）で連結して枠部分を形成し、その中央に仕切棒（１０２）を設けた構成とされ、
   前記スリット（１０１，１０５）は、前記仕切棒（１０２）を避けて天板（１００）に形成された２つの天側貫通スリット（１０１）と、前記仕切棒（１０２）を避けて底板（１０４に形成された２つの底側貫通スリット（１０５）であることを特徴とするバッテリモジュール。
2. 前記アッパープレート（６５）の表面に、前記バッテリセル（９０）の電圧を監視する電圧監視基板（６２）が配設されてい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. 前記アッパープレート（６５）の表面に、前記バッテリモジュール（６１）の出力端子としての電極板（８０，８０ａ）を支持する台座（６９，７０）が配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリモジュール。
4. 前記締結部材（６６）は、前記アッパープレート（６５）を貫通して前記サイドプレート（７１）の前記他端部に螺合する締結ネジであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のバッテリモジュール。
5. 前記サイドプレート（７１）と前記バッテリモジュール（６１）との間に絶縁シート（９６）が配設されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のバッテリモジュール。
6. ２つの前記バッテリセル（１６３）を収納して前記バッテリモジュール（１２０）の外枠として機能するバッテリホルダ（１６１，１６２）を備え、
   前記バッテリモジュール（１２０）は、前記バッテリセル（１６３）を収納した前記バッテリホルダ（１６１，１６２）を複数並べて構成されており、
   前記バッテリホルダ（１６１，１６２）には、これと隣接する同一のバッテリホルダ（１６１，１６２）との間に所定の隙間が形成されるように構成されると共に、前記バッテリセル（１６３）に設けられた防爆窓（１９０）を外方に露出するための連通窓（１７５，１８３）が形成されてい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。
7. 前記バッテリホルダは、左側バッテリホルダ（１６１）と右側バッテリホルダ（１６２）を接合することで２つの前記バッテリセル（１６３）を収納する構成とされ、
   左側バッテリホルダ（１６１）と右側バッテリホルダ（１６２）を接合する際に、前記左側バッテリホルダ（１６１）に形成された半円柱爪（１７９）と右側バッテリホルダ（１６２）に形成された半円柱爪（１７２）とが接合して、前記バッテリホルダの位置決め突起としての円柱突起（１８０）が形成されることを特徴とする請求項６に記載のバッテリモジュール。