JP5956798B2 - バッテリモジュール - Google Patents

Description

本発明は、複数のバッテリセルを、放熱性を有するセパレータを介して積層したバッテリモジュールに関する

従来、モータジェネレータを駆動源とするハイブリッド車両や電気自動車等の開発が進んでいる。これらの車両は高電圧バッテリを搭載し、高電圧バッテリからモータジェネレータに駆動電流を供給することでモータジェネレータを高出力で回転駆動（力行駆動）し、これにより車両を走行させるようにしている。

高電圧バッテリは、多数のバッテリセルを直列に接続して高電圧を確保している。例えば、特許文献１（特開２０１２−３３４１９号公報）には、箱形に形成された複数のバッテリセルを、放熱性を有するセパレータを介して積層することでバッテリモジュールを形成し、このバッテリモジュールの両側をバインドバーで挟持固定する技術が開示されている。

この文献に開示されている技術では、バッテリセル同士の電気的な配線は、各バッテリセルを一体化した後、バスバーを行うようにしている。

特開２０１２−３３４１９号公報

上述した文献に開示されている技術では、積層された各バッテリセルに設けられている一対の電極端子を、１つずつバスバー等を用いて直列接続するようにしているため、手間がかかり、作業性が悪いという問題がある。

又、積層されたバッテリセル間を、バスバーを用いて電気的に接続する作業は、不慣れな作業者が行う場合もあり、単純な配線ミスや配線忘れが生じ易い。

本発明は、上記事情に鑑み、バッテリセルを、セパレータを挟んで積層した後の配線を、配線ミスや配線忘れを生じることなく正確で、しかも効率よく行うことのできるバッテリモジュールを提供することを目的とする。

本発明は、一側面の左右対称な位置に一対の電極端子が設けられている複数の扁平箱形のバッテリセルと、該各バッテリセル間に介装する放熱性を有するセパレータとを備えるバッテリモジュールにおいて、前記セパレータを一体に有すると共に前記バッテリセルを保持する絶縁性の保持部を有する第１セル保持枠と、前記セパレータを一体に有すると共に前記バッテリセルを前記一側面視で左右反転した状態で保持する絶縁性の前記保持部を有する第２セル保持枠とを有し、前記第１セル保持枠と前記第２セル保持枠とが該各セル保持枠に設けられている前記保持部に支持されて交互に積層されると共に、前記第１セル保持枠の前記保持部に設けられて該第１セル保持枠に保持されている前記バッテリセルの電極端子と前記第２セル保持枠に保持されている前記バッテリセルの電極端子とを直列接続する第１バスバーと、前記第２セル保持枠の前記保持部に設けられて該第２セル保持枠に保持されている前記バッテリセルの電極端子と前記第１セル保持枠に保持されている前記バッテリセルの電極端子とを直列接続する第２バスバーとを備えている。

本発明によれば、セパレータを一体形成するセル保持枠に設けたバッテリセルを保持する保持部を絶縁性とし、この保持部に積層されるバッテリセルに設けた電極端子を直列接続するバスバーを設けたので、交互に積層された第１セル保持枠と第２セル保持枠とに保持されているバッテリセル間の配線を行うに際し、配線ミスや配線忘れを生じることなく正確で、しかも効率よく行うことができる。

第１実施形態によるバッテリモジュールの正面図 同、バッテリモジュールの要部分解斜視図 同、セル保持枠の要部拡大斜視図 同、セル保持枠に設けたセパレータの要部拡大図であり、（ａ）はその一部断面平面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図、（ｃ）は（ａ）のC-C断面図 同、セル保持枠の要部拡大図であり、（ａ）はその一部断面平面図、（ｂ）は（ａ）のB-B断面図 第２実施例によるセル保持枠を示し、（ａ）はその要部平面図、（ｂ）は正面図

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。

［第１実施形態］
図１〜図５に本発明の第１実施形態を示す。図１に示すバッテリモジュール１は、モータジェネレータを駆動源とするハイブリッド車両や電気自動車に搭載されている。

図１、図２に示すように、このバッテリモジュール１は、複数（図においては５個）のバッテリセル２と、このバッテリセル２を設置する第１、第２セル保持枠３．４とを有した積層構造を成している。尚、この両セル保持枠３，４の基本構造は同一であるが、バスバー７，８の取付け位置が相違している。

この各セル保持枠３，４は、アルミニウム板等、高い放熱性を有するセパレータ５と、その四隅に設けた保持部としてのコーナ保持部材６とを有している。このコーナ保持部材６は、樹脂製の射出成形品であり、絶縁性を有している。尚、隣接する各コーナ保持部材６は対称形状で、構成は共通しているため、便宜的に同一符号を付して説明を簡略化する。

図３、図４に示すように、セパレータ５は内部に、一方の端面から対向する他方の端面に貫通する複数の通気孔５ａが平行に穿設されている。又、セパレータ５の四隅には、後述するコーナ保持部材６を射出成形する際に鋳込まれるフランジ片５ｂが形成されており、このフランジ片５ｂに射出成形時の樹脂が流れ込んで一体的に保持する保持孔５ｃが穿設されている。

又、図２に示すように、コーナ保持部材６は本体部６ａと、この本体部６ａからセパレータ５の側辺に沿って延出する舌片部６ｂとを有し、この舌片部６ｂの内面と本体部６ａの内面部とでコーナ受部６ｃが形成されている。そして、各コーナ受部６ｃによって、バッテリセル２の四隅が保持される。

バッテリセル２は扁平箱形の直方体に形成されており、外周を覆う外装体２ａが絶縁性を有する樹脂製であり、又、一側面である前面に一対の電極端子としての正極ターミナル２ｂと負極ターミナル２ｃとが配設されている。この両ターミナル２ｂ，２ｃは、バッテリセル２の高さＨ方向の中央で、且つ左右対称な位置に設けられている。更に、このバッテリセル２の高さＨが、セパレータ５の上面からコーナ保持部材６の上面までの高さＨ’と同じか、やや低く形成されている。

第１セル保持枠３と第２セル保持枠４とに設置されるバッテリセル２は同一のものであるが、第１セル保持枠３に保持されているバッテリセル２に対し、第２セル保持枠４に保持されるバッテリセル２は正面視で左右が反転されている。従って、例えば、図１、図２に示すように、１段目の第１セル保持枠３にバッテリセル２が、その正極ターミナル２ｂを正面視左側に設置した場合、２段目に設置する第２セル保持枠４に保持されているバッテリセル２’は、正面視左側が負極ターミナル２ｃとなる。尚、以下においては、便宜的に、第２セル保持枠４に設置されるバッテリセル２をバッテリセル２’として説明する。

又、第１セル保持枠３に第１バスバー７が設けられ、第２セル保持枠４に第２バスバー８が設けられている。このバスバー７，８は、第１セル保持枠３に保持されたバッテリセル２の正極ターミナル２ｂと、第２セル保持枠４に保持されたバッテリセル２’に設けられている負極ターミナル２ｃとを電気的に接続するものであり、アルミニウム板や銅板等の導電性を有する平板をプレス加工することで形成されている。この両バスバー７，８は対称形状を成しており、第１バスバー７を反転させて第２バスバー８としている。

各バスバー７，８は、バスバー本体７ａ，８ａと、このバスバー本体７ａ，８ａの基部一側に突出するフランジ部７ｂ，８ｂとを有している。更に、第１バスバー７のバスバー本体７ａに、第１セル保持枠３に設置されたバッテリセル２の正極ターミナル２ｂと、その上段の第２セル保持枠４に設置されているバッテリセル２’の負極ターミナル２ｃとを連結するターミナル締結孔７ｃが穿設されている。一方、第２バスバー８のバスバー本体８ａに、第２セル保持枠４に設置されたバッテリセル２’の正極ターミナル２ｂと、その上段の第１セル保持枠３に設置されているバッテリセル２の負極ターミナル２ｃとを連結するターミナル締結孔８ｃが穿設されている。又、両バスバー７，８に形成されているフランジ部７ｂ，８ｂが、コーナ保持部材６の本体部６ａに鋳込み成形されて一体化されている。

この各バスバー本体７ａ，８ａにて、積層された各バッテリセル２の正極ターミナル２ｂと負極ターミナル２ｃとを交互に接続することで、各バッテリセル２が直列接続される。尚、最下段のバッテリセル２に設けられている負極ターミナル２ｃと最上段のバッテリセル２に設けられている正極ターミナル２ｂとが、図示しないインバータを介して発電機及びモータに接続される。

更に、各コーナ保持部材６の本体部６ａに、上下に貫通するボルト挿通孔１１が穿設されている。又、このコーナ保持部材６には、バスバー７，８に接続する配線と、この配線に接続するバッテリ電圧端子９とが鋳込み成形されている。このバッテリ電圧端子９に電圧計（電圧センサ）を接続することで、バッテリ電圧を簡単に検出することができる。尚、このコーナ保持部材６は絶縁性を有する射出成形品であるため、バッテリ温度センサ等の各種センサ類を取付ける取付部を予め形成しておくことも可能である。

図１、図２に示すように、本実施形態では、バッテリセル２を５段に積層した態様が示されており、最上部のバッテリセル２の上面に固定板１２が載置されている。この固定板１２は、鉄板、アルミニウム板等、高い放熱性を有する板材であり、両セル保持枠３，４の四隅に固設されているコーナ保持部材６の上面を覆う形状に形成されている。この固定板１２の四隅の、各コーナ保持部材６に穿設されているボルト挿通孔１１と同一の位置にボルト挿通孔１３が穿設されている。

バッテリセル２を所定に保持する第１、第２セル保持枠３，４を交互に載置し、最上部に固定板１２を載置した状態で、各ボルト挿通孔１１，１３にボルト１４を挿通し、反対側に突出したねじ部をナット１５で締結することで、各セル保持枠３，４が固定される。

又、図１に一点鎖線で示すように、左右のバスバー７，８を、絶縁性を有するバスバーカバー１６で覆うようにしても良い。この場合、各バスバー７，８が鋳込まれているコーナ保持部材６の前面に、バスバーカバー１６を、ねじ（図示せず）を介して固定するねじ孔６ｄを穿設する。

次に、このような構成による本実施形態の作用について説明する。先ず、第１セル保持枠３にバッテリセル２を設置し、又、第２セル保持枠４にバッテリセル２を反転させた状態で設置する。すると、バッテリセル２，２’の四隅が、各セル保持枠３，４の四隅に形成されているコーナ保持部材６のコーナ受部６ｃに係合して平面方向が位置決めされ、又、各バッテリセル２，２’の正極ターミナル２ｂと負極ターミナル２ｃとが逆配列となる。

そして、各バッテリセル２，２’の正面に設けられている正極ターミナル２ｂを第１、第２バスバー７，８の下段側のターミナル締結孔７ｃ，８ｃに挿通しナット締めする。その結果、各バッテリセル２，２’がセル保持枠３，４にそれぞれ仮固定される。

次いで、第１セル保持枠３と第２セル保持枠４とを交互に積み上げる。図１には、最下段に第１セル保持枠３を配設した５段構造のバッテリモジュール１が示されている。

同図の積層順に従えば、最下段の第１セル保持枠３上に第２セル保持枠４を載置し、最上段が第１セル保持枠３を載置する。そして、第１セル保持枠３から上方へ延出する第１バスバー７の上段側のターミナル締結孔７ｃに、第２セル保持枠４に設置されているバッテリセル２’の負極ターミナル２ｃを挿通し、ナットで仮止めする。又、第２セル保持枠４から上方へ延出する第２バスバー８の上段側のターミナル締結孔８ｃに、第１セル保持枠３に設置されているバッテリセル２の負極ターミナル２ｃ挿通し、ナットで仮止めする。

その後、最上段の第１セル保持枠３上に固定板１２を載置し、この固定板１２の四隅に穿設されているボルト挿通孔１３と各セル保持枠３，４の四隅に設けたコーナ保持部材６に穿設されているボルト挿通孔１１とを同軸上に位置合わせし、ボルト１４を挿通する。そして、最下段の第１セル保持枠３の底部から突出したボルト１４の先端をナット１５で締付けて、各セル保持枠３を固定する。その際、各バッテリセル２，２’の高さＨが、各セル保持枠３，４に設けられているセパレータ５の上面からコーナ保持部材６の上面までの高さＨ’と同じか、やや低く形成されているため、各バッテリセル２，２’の上下方向の移動が規制されて位置決めされる。その後、各ターミナル２ｂ，２ｃを仮止めしているナットを締結して、バスバー本体７ａ，８ａと各ターミナル２ｂ，２ｃとを固定する。

又、図１に一点鎖線で示すように、左右に配設されている第１バスバー７と第２バスバー８を必要に応じてバスバーカバー１６で覆うようにしても良い。この場合、バスバーカバー１６はコーナ保持部材６の本体部６ａに穿設されているねじ孔６ｄに対してタッピンネジ等を用いて固定する。

このように、本実施形態では、セル保持枠３（４）にバッテリセル２（２’）を個別に設置した状態で、このセル保持枠３（４）に設けられているバスバー７（８）に挿通したターミナル２ｂ（２ｃ）を、ナットを用いてバスバー７（８）に締結して仮固定しておくことができるので、バッテリモジュール１の組立てに際しては、第１セル保持枠３と第２セル保持枠４とを交互に積み上げるだけで良く、従来のように、バッテリセルの間にセパレータを挟んで積層する必要がなくなり、作業性が良い。

又、バッテリセル２，２’は直列接続の場合、反転して配列する必要があるが、第１セル保持枠３に設置されているバッテリセル２に対し、第２セル保持枠４に設置されているバッテリセル２’は予め反転された状態で仮固定されているため、バッテリモジュール１を組立てる際に、バッテリセル２，２’の組み間違いが発生せず、作業ミスの発生を低減することができる。

更に、積層されたバッテリセル２，２’を電気的に接続するバスバー７，８がセル保持枠３，４に予め一体化されているため、配線ミスや、配線忘れが無くなり、配線の際の接続作業の効率化を実現することができる。

又、例えば、第１セル保持枠３上に、誤って第１セル保持枠３を載置しようとしても、第１セル保持枠３に設けられている第１バスバー７同士が干渉するため、組み付けることができず、セル保持枠３，４を積載する際の組み間違いを未然に防止することができる。

更に、各セル保持枠３，４に固定されるバッテリセル２，２は、その上下面が放熱性の高いセパレータ５（最上面は固定板１２）に接触しているため、高い放熱特性を得ることができる。

［第２実施形態］
図６に本発明の第２実施形態を示す。上述した第１実施形態では、第１セル保持枠３と第２セル保持枠４とを積層した状態で各セル保持枠３，４の四隅に形成されているボルト挿通孔１１にボルト１４を挿通することで、各セル保持枠３，４の位置決めをするようにしているが、本実施形態では、各コーナ保持部材６に穿設されているボルト挿通孔１１の外周に位置決め用凸部としての位置決め用ダボ１７ａとこれを係入する位置決め用凹部としてのダボ穴１７ｂを形成したものである。

すなわち、本実施形態では、コーナ保持部材６に設けられている本体部６ａの上面に位置決め用ダボ１７ａを、ボルト挿通孔１１と同心円状に形成し、底面に位置決め用ダボ１７ａを係入するダボ穴１７ｂを形成する。尚、図示しないが、最上段に載置する固定板１２の四隅の底面には、ダボ穴１７ｂがボルト挿通孔１３と同軸上に形成されている。

そして、図６に示すように、第１セル保持枠３上に第２セル保持枠４を載置すると、第２セル保持枠４の底面に形成されているダボ穴１７ｂが第１セル保持枠３の上面に突設されている位置決め用ダボ１７ａに係入して位置決めされ、各セル保持枠３，４のボルト挿通孔１１が同心上に配列される。従って、ボルト１４の挿通が容易となり、組み立て作業を効率よく行うことができる。

尚、本発明は、上述した各実施形態に限るものではなく、例えば第１セル保持枠３に設けられているコーナ保持部材６と第２セル保持枠４に設けられているコーナ保持部材６とを色分けすることで、各セル保持枠３，４を目視にて峻別できるようにしても良い。

又、セパレータ５、固定板１２は、アルミニウム板等の金属に限らず、放熱性、電気絶縁性に優れる、所謂放熱樹脂製であっても良い。

１…バッテリモジュール、
２，２’…バッテリセル、
２ｂ…正極ターミナル、
２ｃ…負極ターミナル、
３…第１セル保持枠、
４…第２セル保持枠、
５…セパレータ、
６…コーナ保持部材、
６ａ…本体部、
６ｃ…コーナ受部、
７，８…バスバー、
９…バッテリ電圧端子、
１７ａ…位置決め用ダボ、
１７ｂ…ダボ穴

Claims (4)

1. 一側面の左右対称な位置に一対の電極端子が設けられている複数の扁平箱形のバッテリセルと、該各バッテリセル間に介装する放熱性を有するセパレータとを備えるバッテリモジュールにおいて、
   前記セパレータを一体に有すると共に前記バッテリセルを保持する絶縁性の保持部を有する第１セル保持枠と、
   前記セパレータを一体に有すると共に前記バッテリセルを前記一側面視で左右反転した状態で保持する絶縁性の前記保持部を有する第２セル保持枠と
   を有し、
   前記第１セル保持枠と前記第２セル保持枠とが該各セル保持枠に設けられている前記保持部に支持されて交互に積層されると共に、
   前記第１セル保持枠の前記保持部に設けられて該第１セル保持枠に保持されている前記バッテリセルの電極端子と前記第２セル保持枠に保持されている前記バッテリセルの電極端子とを直列接続する第１バスバーと、
   前記第２セル保持枠の前記保持部に設けられて該第２セル保持枠に保持されている前記バッテリセルの電極端子と前記第１セル保持枠に保持されている前記バッテリセルの電極端子とを直列接続する第２バスバーと
   を備えていることを特徴とするバッテリモジュール。
2. 前記各保持部の上下面の一方に位置決め用凸部が設けられ、他方に該位置決め用凸部に嵌合自在な位置決め用凹部が設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載のバッテリモジュール。
3. 前記第１バスバーが設けられている前記保持部と前記第２バスバーが設けられている前記保持部に、該第１バスバーと該第２バスバーに接続するバッテリ電圧端子がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１或いは２記載のバッテリモジュール。
4. 前記各セル保持枠に設けられている前記保持部の少なくとも１つにバッテリ温度センサが設けられている
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のバッテリモジュール。

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