JP6233242B2

JP6233242B2 - 電池モジュール

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Publication number: JP6233242B2
Application number: JP2014171761A
Authority: JP
Inventors: 直人守作; 浩生植田; 加藤　崇行; 崇行加藤
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2034-08-26
Also published as: WO2016031558A1; DE112015003897T5; JP2016046207A; DE112015003897B4

Description

本発明は、電池セルを保持した第１電池ホルダと第２電池ホルダとが交互に並設された電池モジュールに関する。

複数の電池セルを並設した電池モジュールは、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の電池モジュールは、電池ホルダに保持された電池セルを複数並設している。電池ホルダには、ボルトが挿通される挿通孔が設けられている。電池ホルダの挿通孔には、ボルトが挿通され、このボルトにナットが螺合されることで、複数の電池ホルダが拘束されている。

特開２００４−２８１０９９号公報

ところで、ボルトを挿通孔に挿通するときには、電池ホルダに電池セルを保持させた状態で並設し、ボルトを挿通する。このとき、公差などの原因によって隣り合う電池ホルダ同士の挿通孔にずれが生じていると、ボルトを挿通しにくい。

本発明の目的は、電池ホルダにボルトを挿通しやすい電池モジュールを提供することにある。

上記課題を解決する電池モジュールは、複数の電池セルと、前記複数の電池セルの各々を個別に保持する第１電池ホルダ及び第２電池ホルダと、前記第１電池ホルダ及び前記第２電池ホルダに挿通され、前記第１電池ホルダ及び前記第２電池ホルダを拘束するボルトと、を備え、前記第１電池ホルダと前記第２電池ホルダとが交互に並設された電池モジュールであって、前記第１電池ホルダは、並設方向の両側に突出する凸部と、両凸部を前記並設方向に貫通するとともに前記ボルトが挿通される第１挿通孔とを有し、前記第２電池ホルダは、前記並設方向に貫通するとともに前記ボルトが挿通される第２挿通孔と、前記第２挿通孔の前記並設方向の両側に前記凸部が嵌合される嵌合部とを有する。

これによれば、第１電池ホルダの凸部が、第２電池ホルダの嵌合部に嵌合されることで、第１挿通孔と第２挿通孔との位置決めがされる。このため、第１挿通孔と第２挿通孔の位置ずれが抑止され、各電池ホルダにボルトを挿通しやすい。

上記電池モジュールについて、前記第２挿通孔は、前記ボルトと接触する接触部を有することが好ましい。これによれば、第１挿通孔の内面と第２挿通孔の内面の両方をボルトに接触させることができる。第１電池ホルダと第２電池ホルダとは、ともにボルトに接触していることが好ましく、接触部を設けることで第１電池ホルダと第２電池ホルダをともにボルトに接触させることができる。

上記電池モジュールについて、前記第１電池ホルダと前記第２電池ホルダとを前記並設方向の両側から挟む第１エンドプレートと第２エンドプレートとを備え、各エンドプレートには、前記第２電池ホルダが隣り合うことが好ましい。これによれば、凸部と各エンドプレートが当接しない。このため、凸部と各エンドプレートが当接することを防止するために、各エンドプレートを加工しなくてもよい。

上記電池モジュールについて、前記第１エンドプレートと前記第１エンドプレートに隣り合う前記第２電池ホルダとの間には絶縁性の絶縁プレートが設けられ、前記第２エンドプレートに隣り合う前記第２電池ホルダは、前記ボルトから前記電池セルまでの絶縁距離を長くする絶縁壁を有することが好ましい。これによれば、絶縁プレートと絶縁壁によって、ボルトと電池セルとの絶縁性を確保することができる。

本発明によれば、電池ホルダにボルトを挿通しやすい。

実施形態の電池モジュールを示す斜視図。実施形態の電池モジュールを示す断面図。（ａ）及び（ｂ）は第１電池ホルダの斜視図、（ｃ）は第１電池ホルダの第１挿通部の断面図。（ａ）及び（ｂ）は第２電池ホルダの斜視図、（ｃ）は第２電池ホルダの第２挿通部の断面図。実施形態の電池モジュールを示す断面図。変形例の第２挿通孔を拡大して示す断面図。

以下、電池モジュールの一実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、電池モジュール１０は、複数の電池セル１１を有している。各電池セル１１は、個別の電池ホルダ２０，４０に保持されている。第１電池ホルダ２０と第２電池ホルダ４０とは、交互に並設されている。各電池ホルダ２０，４０の並設方向の両端には、ともに第２電池ホルダ４０が位置している。また、各電池ホルダ２０，４０は、電池セル１１と交互に並設された伝熱プレート１２を保持している。伝熱プレート１２は、金属板をＬ字に屈曲させて形成されており、本体１３と、本体１３から直角に屈曲する屈曲部１４とを有している。

各電池ホルダ２０，４０に保持された電池セル１１は、電池ホルダ２０，４０の並設方向の両側に設けられた第１エンドプレート１５と、第２エンドプレート１６とによって挟持されている。第２エンドプレート１６には、第１エンドプレート１５に向けてボルトＢが挿通されており、第１エンドプレート１５を挿通したボルトＢにナットＮを螺合することで第１エンドプレート１５と第２エンドプレート１６とによって各電池ホルダ２０，４０が挟持されている。各エンドプレート１５，１６は、矩形状の基部１７の４箇所にボルトＢが挿通されるボルト挿通部１８が設けられている。

第１エンドプレート１５と第１エンドプレート１５に隣り合う第２電池ホルダ４０との間には、樹脂製の絶縁プレート１９が設けられている。以下の説明において、第１エンドプレート１５に隣り合う第２電池ホルダ４０に保持された電池セル１１を第１電池セル１１Ａ、第２エンドプレート１６に隣り合う第２電池ホルダ４０に保持された電池セル１１を第２電池セル１１Ｂとして説明を行う。

次に、第１電池ホルダ２０と第２電池ホルダ４０について説明する。まず、第１電池ホルダ２０と第２電池ホルダ４０の共通部分について説明する。
図３及び図４に示すように、各電池ホルダ２０，４０は、矩形平板状の第１被覆壁２１を有している。第１被覆壁２１の長手方向両端には、第１被覆壁２１の厚み方向に延びる矩形平板状の第２被覆壁２２及び第３被覆壁２３が設けられている。第１被覆壁２１、第２被覆壁２２、第３被覆壁２３に囲まれる領域は、電池セル１１が収容される収容部Ｓとなる。第１被覆壁２１には、第２被覆壁２２及び第３被覆壁２３のそれぞれの短手方向第１端部２２ａ，２３ａの間で延びる矩形平板状の壁部２４が設けられている。

第２被覆壁２２の長手方向第１端部２２ｂ（第１被覆壁２１が設けられる端部とは反対側の端部）と、第３被覆壁２３の長手方向第１端部２３ｂ（第１被覆壁２１が設けられる端部とは反対側の端部）には、各被覆壁２２，２３の短手方向第１端部２２ａ，２３ａの間で延びる矩形平板状の第４被覆壁２５が設けられている。第４被覆壁２５は、厚み方向が各被覆壁２２，２３の短手方向と一致し、長手方向が第２被覆壁２２と第３被覆壁２３の対向方向に一致する。そして、第４被覆壁２５の厚み方向及び長手方向に直交する方向が、第４被覆壁２５の短手方向となる。

また、第４被覆壁２５の長手方向両端における第４被覆壁２５の短手方向の一端面上には、Ｕ字状をなすとともに、第４被覆壁２５の厚み方向に開口する端子収容部２６がそれぞれ設けられている。各端子収容部２６は、第２被覆壁２２及び第３被覆壁２３に連設されている。

第２被覆壁２２及び第３被覆壁２３の長手方向第１端部２２ｂ，２３ｂには、各被覆壁２２，２３と連設され、各被覆壁２２，２３の長手方向に延びる矩形平板状の突出壁２８が設けられている。

次に、第１電池ホルダ２０について説明する。
図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、第１電池ホルダ２０は、第４被覆壁２５の短手方向の一端面上に設けられ、端子収容部２６と隣り合う柱状の第１挿通部２７を有している。また、第１電池ホルダ２０の第２被覆壁２２及び第３被覆壁２３の長手方向第２端部２２ｃ，２３ｃには、柱状の第１挿通部２９が設けられている。各第１挿通部２７，２９の軸は、各被覆壁２２，２３の短手方向に延びている。

第１電池ホルダ２０は、各第１挿通部２７，２９の軸方向の両端面から突出する円筒状の凸部３１を有している。各第１挿通部２７，２９及び各第１挿通部２７，２９の軸方向の両端面に設けられた凸部３１には、ボルトＢが挿通される円形状の第１挿通孔３２が軸方向に貫通して設けられている。第１挿通孔３２の直径は、全体に亘って均一となっている。

また、第２被覆壁２２の厚み方向の面のうち収容部Ｓ側の面とは反対側の面には、短手方向第２端部２２ｄから短手方向第１端部２２ａに向けて延びる凹部３３が設けられている。凹部３３は、矩形状をなしている。

図４（ａ）、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、第２電池ホルダ４０は、第４被覆壁２５の短手方向の一端面上に設けられ、端子収容部２６と隣り合う柱状の第２挿通部４７を有している。また、第２電池ホルダ４０の第２被覆壁２２及び第３被覆壁２３の長手方向第２端部２２ｃ，２３ｃには、柱状の第２挿通部４９が設けられている。各第２挿通部４７，４９の軸は、各被覆壁２２，２３の短手方向に延びている。第２電池ホルダ４０は、各第２挿通部４７，４９の軸方向の両側に柱状の嵌合部４５を有している。嵌合部４５は、各第２挿通部４７，４９と連設されている。第２電池ホルダ４０の各第２挿通部４７，４９の軸方向の寸法は、第１電池ホルダ２０の各第１挿通部２７，２９の軸方向の寸法に比べて短い。

各第２挿通部４７，４９には、軸方向に貫通する円形状の第２挿通孔４１が形成されている。各嵌合部４５には、第２挿通孔４１と同心円状の嵌合孔４２が形成されている。各嵌合部４５に設けられた嵌合孔４２は、第２挿通孔４１に連通している。

第２挿通孔４１の直径は、全体に亘って均一となっている。嵌合孔４２の直径は、全体に亘って均一となっている。第２挿通孔４１の直径は、嵌合孔４２の直径よりも小さい。嵌合孔４２の直径は、第１電池ホルダ２０の凸部３１の外径よりも僅かに大きい。第２挿通孔４１の直径は、第１電池ホルダ２０の第１挿通孔３２の直径と同一である。第２挿通孔４１は、ボルトＢの第２挿通孔４１への挿通時に、ボルトＢが接触する接触部４３を有する。

また、第２電池ホルダ４０の第２被覆壁２２には、短手方向第１端部２２ａから突出する突出部４４が設けられている。突出部４４は、第２被覆壁２２から第２被覆壁２２の短手方向に向けて突出している。突出部４４は、矩形平板状をなしている。突出部４４の長手方向の寸法は、第１電池ホルダ２０の凹部３３の長手方向の寸法よりも若干小さい。突出部４４の短手方向の寸法は、第１電池ホルダ２０の凹部３３の短手方向の寸法よりも若干小さい。

図５に示すように、第１電池ホルダ２０と第２電池ホルダ４０を交互に並設した状態において、第１電池ホルダ２０の凸部３１は、嵌合孔４２に挿入されることで第２電池ホルダ４０の嵌合部４５に嵌合されている。これにより、第１挿通孔３２と第２挿通孔４１とが連通している。また、第１電池ホルダ２０の凹部３３には、第２電池ホルダ４０の突出部４４が挿入されている。

第１電池ホルダ２０と第２電池ホルダ４０とは、各第１挿通部２７，２９及び各第２挿通部４７，４９の軸方向と各電池ホルダ２０，４０の並設方向とが同一方向になるように並設されている。したがって、第１電池ホルダ２０は、各電池ホルダ２０，４０の並設方向の両側に突出した凸部３１を有し、第２電池ホルダ４０は、第２挿通孔４１における各電池ホルダ２０，４０の並設方向の両側に嵌合部４５を有していることになる。

第１挿通孔３２と第２挿通孔４１には、ボルトＢが挿通されている。ボルトＢの軸部の形状は、円形状である。ボルトＢの軸部は、第１挿通孔３２の内面及び第２挿通孔４１の接触部４３の内面に一部接している。

次に、本実施形態の電池モジュール１０の作用について説明する。
第１電池ホルダ２０と第２電池ホルダ４０とを交互に並設すると、第２挿通孔４１の嵌合部４５に凸部３１が嵌合される。凸部３１が嵌合部４５に嵌合されることで、第１挿通孔３２と第２挿通孔４１との位置が定まる。第１電池ホルダ２０の複数の第１挿通部２７，２９のうち、一部の第１挿通部２７，２９のみに凸部３１を設けたり、第２電池ホルダ４０の複数の第２挿通部４７，４９のうち、一部の第２挿通部４７，４９のみに嵌合部４５を設けたりする場合、凸部３１及び嵌合部４５が設けられていない各第１挿通部２７，２９及び各第２挿通部４７，４９の第１挿通孔３２及び第２挿通孔４１の位置が定まりにくく、ボルトＢを挿通しにくい。本実施形態では、全ての第１挿通孔３２及び第２挿通孔４１のそれぞれが、凸部３１が嵌合部４５に嵌合されて位置決めされることで、全ての第１挿通孔３２及び全ての第２挿通孔４１にボルトＢを挿通しやすい。

また、第１電池ホルダ２０に凸部３１が設けられず、第２電池ホルダ４０に嵌合部４５が設けられていない場合、第１電池ホルダ２０と第２電池ホルダ４０の継ぎ目からボルトＢが露出し、ボルトＢから電池セル１１までの絶縁距離が短くなるおそれがある。本実施形態のように、凸部３１が嵌合孔４２に挿入されることで、凸部３１と嵌合部４５とが重なり合い、第１電池ホルダ２０と第２電池ホルダ４０との継ぎ目からボルトＢが露出しにくい。

一方で、本実施形態では、第２電池ホルダ４０が両端に設けられているため、嵌合孔４２の一方には、凸部３１が挿入されず、ボルトＢが露出する。ボルトＢが露出すると、電池セル１１までの絶縁距離が短くなる。そこで、本実施形態では、第１エンドプレート１５と第１エンドプレート１５に隣り合う第２電池ホルダ４０との間に絶縁プレート１９を設けることで、ボルトＢと第１電池セル１１Ａとの絶縁性を確保している。また、第４被覆壁２５によって第２挿通部４７に挿通されたボルトＢから第２電池セル１１Ｂまでの絶縁距離を長くしている。同様に、壁部２４によって第２挿通部４９に挿通されたボルトＢから第２電池セル１１Ｂまでの絶縁距離を長くしている。したがって、第４被覆壁２５及び壁部２４が絶縁壁として機能している。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）第１電池ホルダ２０は、各第１挿通部２７，２９の軸方向両側に凸部３１を有しており、第２電池ホルダ４０は各第２挿通部４７，４９の軸方向両側に嵌合部４５を有している。第１電池ホルダ２０と第２電池ホルダ４０を並設すると、第１電池ホルダ２０の凸部３１が第２電池ホルダ４０の嵌合部４５に嵌合して、第１挿通孔３２と第２挿通孔４１の位置決めがされる。このため、第１電池ホルダ２０と第２電池ホルダ４０にボルトＢを挿通しやすく、電池モジュール１０を製造しやすい。

（２）また、全ての第１挿通孔３２と第２挿通孔４１が位置決めされるため、一部の第１挿通孔３２と第２挿通孔４１が位置決めされない状態でボルトＢを挿通する場合に比べて、ボルトＢを挿通しやすい。

（３）接触部４３は、ボルトＢに接触している。耐荷重性や耐振動性などの観点上、第１電池ホルダ２０と第２電池ホルダ４０は、ともにボルトＢに接触していることが好ましい。接触部４３をボルトＢに接触させることで、第２電池ホルダ４０をボルトＢに接触させることができるため、第１電池ホルダ２０と第２電池ホルダ４０をともにボルトＢに接触させることができる。

（４）各電池ホルダ２０，４０の並設方向の両端、すなわち、各エンドプレート１５，１６の隣には、第２電池ホルダ４０が位置している。第１電池ホルダ２０には、凸部３１が設けられているため、各エンドプレート１５，１６と隣り合って第１電池ホルダ２０を設けると凸部３１がエンドプレートと当接する。凸部３１が各エンドプレート１５，１６と当接しないように各エンドプレート１５，１６に凸部３１に合わせた孔を設ける場合、各エンドプレート１５，１６を加工する必要がある。各エンドプレート１５，１６と隣り合う電池ホルダとして、第２電池ホルダ４０を用いることで、凸部３１が各エンドプレート１５，１６に当接せず、各エンドプレート１５，１６の加工が容易となる。

（５）第１エンドプレート１５と第１エンドプレート１５に隣り合う第２電池ホルダ４０との間に絶縁プレート１９を設けることで、各第２挿通部４７，４９に挿通されたボルトＢと第１電池セル１１Ａとの絶縁性を確保している。同様に、第２エンドプレート１６に隣り合う第２電池ホルダ４０に設けられた第４被覆壁２５及び壁部２４によって各第２挿通部４７，４９に挿通されたボルトＢから第２電池セル１１Ｂまでの絶縁距離を長くしている。このため、各エンドプレート１５，１６に隣り合うように第２電池ホルダ４０を設けても、ボルトＢと電池セル１１との絶縁性を確保することができる。

（６）凸部３１と嵌合部４５とが重なり合うことで、ボルトＢが第１電池ホルダ２０と第２電池ホルダ４０との継ぎ目から露出することが抑制されている。このため、ボルトＢと電池セル１１との絶縁距離を確保することができ、絶縁性を確保することができる。

（７）第１電池ホルダ２０に凸部３１を設けて、第２電池ホルダ４０に突出部４４を設けている。電池モジュール１０を製造するときには、電池セル１１を保持した第１電池ホルダ２０と第２電池ホルダ４０とを交互に並設していく。このとき、第１電池ホルダ２０同士が隣り合っている場合、互いに凸部３１が当接し合い、誤って第１電池ホルダ２０同士が隣り合うことが抑止されている。また、第２電池ホルダ４０同士が隣り合うときには、突出部４４が第２被覆壁２２に当接することで、誤って第２電池ホルダ４０同士が隣り合うことが抑止されている。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○図６に示すように第２電池ホルダ４０の嵌合孔４２の直径は、第２挿通孔４１の直径と同一であってもよい。この場合、第２挿通孔４１内にボルトＢが接触する接触部４３が形成されない。

○第１挿通孔３２及び第２挿通孔４１の形状は、六角形状などの角形状であってもよい。この場合、ボルトＢの軸部のうちネジ部を除く部分の形状及び凸部３１の形状も第１挿通孔３２及び第２挿通孔４１の形状に合わせて変更される。

○ボルトＢと電池セル１１との絶縁性を確保することができる場合には、絶縁プレート１９が設けられていなくてもよい。同様に、絶縁壁は設けられていなくてもよい。
○絶縁プレート１９は、電池セル１１の面のうち第１エンドプレート１５と対向する面を覆っていればどのような形状でもよい。

○絶縁壁は、第２エンドプレート１６に隣り合う第２電池ホルダ４０にのみ設けられていてもよい。
○第１電池ホルダ２０に凹部３３が設けられていなくてもよい。また、第２電池ホルダ４０に突出部４４が設けられていなくてもよい。

○電池ホルダ２０，４０の並設方向の両端に、第１電池ホルダ２０が位置していてもよい。この場合、第１電池ホルダ２０の凸部３１が各エンドプレート１５，１６に当接しないように各エンドプレート１５，１６の凸部３１に対向する部分の凸部３１の外径よりも大きい孔を設ける。

○絶縁プレート１９は、絶縁性の材料であれば樹脂製以外でもよい。
○第１挿通孔３２の直径は、全体に亘って均一でなくてもよい。例えば、第１挿通孔３２の直径は、第１挿通孔３２が貫通する方向に沿って徐々に大きくなってもよい。同様に、嵌合孔４２及び第２挿通孔４１の直径も全体に亘って均一でなくてもよい。

Ｂ…ボルト、１０…電池モジュール、１１…電池セル、１５…第１エンドプレート、１６…第２エンドプレート、１９…絶縁プレート、２０…第１電池ホルダ、２４…壁部、２５…第４被覆壁、３１…凸部、３２…第１挿通孔、４０…第２電池ホルダ、４１…第２挿通孔、４３…接触部、４５…嵌合部。

Claims

複数の電池セルと、
前記複数の電池セルの各々を個別に保持する第１電池ホルダ及び第２電池ホルダと、
前記第１電池ホルダ及び前記第２電池ホルダに挿通され、前記第１電池ホルダ及び前記第２電池ホルダを拘束するボルトと、を備え、
前記第１電池ホルダと前記第２電池ホルダとが交互に並設された電池モジュールであって、
前記第１電池ホルダは、並設方向の両側に突出する凸部と、両凸部を前記並設方向に貫通するとともに前記ボルトが挿通される第１挿通孔とを有し、
前記第２電池ホルダは、前記並設方向に貫通するとともに前記ボルトが挿通される第２挿通孔と、前記第２挿通孔の前記並設方向の両側に前記凸部が嵌合される嵌合部とを有する電池モジュール。
前記第２挿通孔は、前記ボルトと接触する接触部を有する請求項１に記載の電池モジュール。
前記第１電池ホルダと前記第２電池ホルダとを前記並設方向の両側から挟む第１エンドプレートと第２エンドプレートとを備え、
各エンドプレートには、前記第２電池ホルダが隣り合う請求項１又は請求項２に記載の電池モジュール。
前記第１エンドプレートと前記第１エンドプレートに隣り合う前記第２電池ホルダとの間には絶縁性の絶縁プレートが設けられ、
前記第２エンドプレートに隣り合う前記第２電池ホルダは、前記ボルトから前記電池セルまでの絶縁距離を長くする絶縁壁を有する請求項３に記載の電池モジュール。