JP6295943B2 - 蓄電モジュールの車載構造 - Google Patents

Description

本発明は、電気的に接続された複数の蓄電素子を有する蓄電モジュールの車載構造に関する。

特許文献１には、円筒型電池をホルダに複数埋め込んで、円筒型電池間をバスバーで接続した電池モジュールが開示されている。

国際公開第２０１４／０８３６００号

電池モジュールに外力が加わると、ホルダが変形するおそれがある。特許文献１のように円筒型電池がホルダに固定されていると、ホルダの変形に伴って円筒型電池が変形するおそれがあるため、例えば、外力に対してホルダを破断させ、円筒型電池を保護するように構成することができる。

例えば、電池モジュールの長手方向両端側に支点となる一対の脚部を設けるとともに、長手方向の沿うホルダ側面に、凹部などの脆弱部を設ける。一対の脚部は、ホルダ側面から外側に突出しており、一対の脚部間には、脆弱部を基点としたホルダの破断に対してホルダ（電池モジュール）が変形することを許容するための変形スペースが設けられる。このように構成することで、長手方向に直交する方向から外力が作用した際、円筒型電池の変形を抑制することができる。

一方、車両に複数の電池モジュールを搭載する場合、車載スペースの効率化の観点から電池モジュール間を隣接して配置することができる。このとき、隣り合う電池モジュールそれぞれに、電池モジュール（ホルダ）の変形スペースを設ける必要があるため、脚部を含む電池モジュールの体格が大きくなり、車載スペースの効率化が図り難い。

また、複数の各電池モジュールに対して独立した冷却経路がそれぞれ設けられる冷却構造である場合、隣り合う電池モジュール同士の間隔を狭めることができず、車載スペースの効率化を図ることが難しい。

そこで、本発明の目的は、複数の蓄電素子がホルダによって保持された蓄電モジュールを複数配置した車載構造において、ホルダを介した外力による蓄電素子の変形等を抑制しつつ、車載スペースの効率化を図ることができる車載構造を提供することにある。

本発明の車載構造は、所定方向に延び、所定方向と直交する平面内で並んで配置された複数の蓄電素子と、複数の蓄電素子それぞれが挿入される複数の開口部を有し、各蓄電素子を保持するホルダと、を備えた蓄電モジュールの車載構造である。本車載構造では、第１方向に並んで配置される少なくとも２つの蓄電モジュール間に、上記平面において第１方向に直交する第２方向に沿って延び、２つの蓄電モジュールで共有される冷却空気の吸気スペースが設けられており、蓄電モジュールは、第２方向に沿うホルダの側面に設けられ、第１方向からの外力に対してホルダを破断させるための脆弱部と、脆弱部に対して外力による応力を作用させるための支点となる一対の脚部と、を備えている。そして、２つの蓄電モジュールの一対の脚部それぞれは、吸気スペースに面するホルダの側面において、第１方向に対向する蓄電モジュールに向かって突出し、かつ第２方向両端側に離間して設けられるとともに、一方の蓄電モジュールの一対の脚部間に、他方の蓄電モジュールの一対の脚部の少なくとも一つの脚部が入り込むように、２つの蓄電モジュールが配置されている。

本発明によれば、隣り合う蓄電モジュール間に、共有の吸気スペース（吸気経路）が形成され、各蓄電モジュールに対して独立した吸気スペースがそれぞれ設けられる冷却構造よりも、少なくとも２つの隣り合う蓄電モジュールで構成される車載用電源ユニット全体のサイズを小さくすることができるとともに、この吸気スペースに面してホルダを破断させるための支点となる脚部が設けられている。ホルダを破断させるためには、破断に伴うホルダの変形スペースが必要になるが、共有される冷却空気の吸気スペースによって変形スペースが確保されるとともに、吸気スペースにおいて一方の蓄電モジュールの一対の脚部間に、他方の蓄電モジュールの一対の脚部の少なくとも一つの脚部が入り込むように、２つの蓄電モジュールが配置されるので、隣り合う蓄電モジュール間の距離を短くすることができる。

したがって、蓄電モジュールが隣り合って配置される車載構造において、冷却空気の吸気スペースが共有され、かつ隣り合う蓄電モジュールの各一対の脚部が共有の吸気スペースに面して設けられ、外力による蓄電素子の変形等を抑制する際の蓄電モジュールの変形を許容するスペースとして共有の吸気スペースを活用される。このため、車載スペースの効率化を図りつつ、外力による蓄電素子の変形等を抑制することができる。

実施例１における、電池モジュールの車載構造を示す概略平面図である。 実施例１における、電池モジュールの側面図である。 実施例１における、電池モジュールの車載構造を示す概略正面図である。 実施例１における、ホルダの破断構造を説明するための説明図である。 実施例１における、変形例を示す図であり、電池モジュールの車載構造を示す概略正面図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
本発明の実施例１である電池モジュールの車載構造について説明する。本実施例の電池モジュールは、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両に搭載され、走行用モータに電力を供給する電源装置として使用される。

本実施例の電池モジュール１は、例えば、後部座席の後方に位置するラゲッジスペースに搭載することができ、車両のフロアパネルに固定することができる。ラゲッジスペース以外にも、乗員が乗車するスペースである車室内において、運転席や助手席などのシート下や後部座席のシート下などに電池モジュール１を配置することもできる。

図１は、本実施例の車載用電源ユニットの側面図である。図２は、本実施例の電池モジュール１の側面図である。車載用電源ユニットは、複数の電池モジュール１（蓄電モジュールに相当する）を含んで構成される。本実施例では、２つの電池モジュール１Ａ，１Ｂが直列又は並列に接続された車載用電源ユニットを一例に説明する。なお、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する軸である。本実施例では、垂直方向に相当する軸をＺ軸としている。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の関係は、他の図面においても同様である。

電池モジュール１は、複数の単電池（蓄電素子に相当する）１０を有する。各単電池１０は、Ｚ方向に延びている。複数の単電池１０は、Ｘ−Ｙ平面内において並んでいる。例えば、Ｘ方向を第１の配列方向として複数の単電池１０を並べ、かつＹ方向を第２の配列方向として、第１の配列方向に並べられた複数の単電池１０を複数段並べて、電池モジュール１を形成することができる。

なお、本実施例では、Ｙ方向に配列される各単電池１０は、Ｘ方向にずれている。これは、Ｙ方向に多くの単電池１０が配置されるように、又はＹ方向の電池モジュール１の長さを短くするためである。一方で、各単電池１０をＸ方向にずらさないで、Ｙ方向において一致するように配列することもできる。

単電池１０は、いわゆる円筒型電池であり、円筒状に形成された電池ケースの内部に発電要素が収容されている。単電池１０としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることができる。

図２に示すように、単電池１０の長手方向（Ｚ方向）における両端には、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂが設けられている。単電池１０の外装である電池ケースは、ケース本体および蓋体によって構成することができ、円筒状に形成されたケース本体に発電要素を収容し、蓋体によって塞ぐことで単電池１０を構成することができる。

蓋およびケース本体の間には、絶縁材で形成されたガスケットが配置されている。蓋は、発電要素の正極板が電気的に接続されており、単電池１０の正極端子１１ａとして用いられる。ケース本体は、発電要素の負極板が電気的に接続されており、単電池１０の負極端子１１ｂとして用いられる。本実施例では、Ｚ方向において蓋（正極端子１１ａ）と対向するケース本体の端面（底部）を、負極端子１１ｂとして用い、Ｚ方向両端において正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂが位置している。

電池モジュール１（１Ａ，１Ｂ）を構成するすべての単電池１０は、図２に示すように、正極端子１１ａが上方に位置するように配置されている。すべての単電池１０の正極端子１１ａは、同一平面内（Ｘ−Ｙ平面内）において並んで配置されている。負極端子１１ｂについても同様である。

各単電池１０は、保持部材であるホルダ１２によって保持される。ホルダ１２は、各単電池１０が挿入される複数の開口部１２ａを有しており、Ｘ方向に長尺状で矩形に形成されている。開口部１２ａは、単電池１０の外周面に沿った形状（具体的には、円形状）に形成されており、単電池１０の数だけ設けられている。ホルダ１２は、例えば、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属材や熱伝導性に優れた樹脂材で形成することができる。なお、ホルダ１２の開口部１２ａおよび単電池１０の間には、樹脂などの絶縁材によって形成された絶縁体を配置することができる。

モジュールケース１３は、Ｘ−Ｙ平面内において、ホルダ１２によって保持される複数の単電池１０を囲む形状に形成されており、モジュールケース１３の内側に複数の単電池１０が収容される。モジュールケース１３は、樹脂などの絶縁材で形成することができ、単電池１０の正極端子１１ａ側に位置する上面には、複数の開口部１３ａが形成されている。開口部１３ａは、単電池１０の正極端子１１ａ側の端部が挿入される。

なお、モジュールケース１３のＸ方向に沿う両側面には、通風口としてスリット１３ｂが複数設けられている。スリット１３ｂは、所定の間隔を空けてモジュールケース１３の側面それぞれに形成することができる。冷却風は、一側面側のスリット１３ｂから流入し、電池モジュール１内をＹ方向に流れ、他側面のスリット１３ｂから電池モジュール１外に流出させて単電池１０を冷却することができる。

なお、スリット１３ｂの大きさや位置、数は、任意であり、適宜設定することができる。また、図２に示すように、スリット１３ｂは、例えば、Ｘ方向に並ぶ単電池１０間の領域に面するように、モジュールケース１３に形成することができる。

本実施例の電池モジュール１は、図１及び図２に示すように、ホルダ１２をベースに、単電池１０の負極端子１１ｂ側の端部が各開口部１２ａに挿入され、各単電池１０がホルダ１２から上方に直立した状態で設けられる。そして、ホルダ１２の開口部１２ａから露出した単電池１０の各負極端子１１ｂ側には、バスバー１４が設けられ、負極端子１１ｂが接続部１４ａと接続される。また、モジュールケース１３の開口部１３ａから上方に露出した単電池１０の正極端子１１ａには、バスバー１５が設けられ、正極端子１１ａが接続部１５ａと接続される。負極端子１１ｂおよび接続部１４ａは、溶接などによって接続することができる。正極端子１１ａおよび接続部１５ａについても同様である。

本実施例の電池モジュール１は、１５本の各単電池１０をバスバー１４，１５で並列に接続して１つの電池ブロックを構成し、各電池ブロックが直列に接続されて構成されている。Ｘ方向に並んで配置される一方の電池ブロックのバスバー１４のリード部（不図示）が、隣り合う他方の電池ブロックのバスバー１５のリード部（不図示）と接続されることで、各電池ブロックを直列に接続することができる。なお、すべての単電池１０が並列に接続された電池ブロックで電池モジュールを構成することもできる。

電池モジュール１の上面には、バスバー１５を上方から覆うカバー部材１６が設けられている。カバー部材１６は、Ｘ−Ｙ平面に延び、単電池１０の正極端子１１ａが露出するモジュールケース１３の上面全体を覆う形状に形成されている。カバー部材１６は、例えば、モジュールケース１３に固定することができ、モジュールケース１３と同様に、樹脂等で形成することができる。

一方、電池モジュール１の下面には、バスバー１４を覆うカバー部材１７が設けられている。カバー部材１７も、Ｘ−Ｙ平面に延び、単電池１０の負極端子１１ｂが露出するホルダ１２の下面全体を覆う形状に形成されている。カバー部材１７は、Ｘ−Ｙ平面内に並ぶ単電池１０の負極端子１１ｂ側を覆い、単電池１０の内部で発生したガスの排出経路Ｓ２を形成するための金属製の部材である。

本実施例の単電池１０は、単電池１０内部で発生するガスを外部に排出するための排出弁（不図示）を備えることができる。排出弁は、負極端子１１ｂを構成するケース本体の底部に設けることができる。排出弁は、例えば、破断弁である。単電池１０内部から排出されたガスは、ホルダ１２とカバー部材１７の間の排出経路Ｓ２に流れ、Ｚ方向において蓋部１７ｂの内側に接触しながら、Ｘ方向に延びる排出経路Ｓ２の端部に設けられた排出口１２ｂに導かれる。

排出口１２ｂは、ホルダ１２の下面とカバー部材１７との間に形成される排出経路Ｓ２のＸ方向端部、言い換えれば、複数の単電池１０が並ぶ方向の電池モジュール１のＸ方向端部に設けられる。ホルダ１２のＸ方向端部には、上方に凹んだ凹部が形成されており、凹部の下方がカバー部材１７で覆われる。排出口１２ｂが、電池モジュール１のＸ方向端部においてＹ−Ｚ平面内で開口し、排出経路Ｓ２と連通している。排出口１２ｂには、車外と連通する排出ホースなどが接続される。

本実施例の電源ユニットは、図１に示すように、Ｘ方向に長尺状に形成された電池モジュール１を、Ｙ方向に少なくとも２つの配置し、Ｙ方向に並ぶ２つの電池モジュール１Ａ，１Ｂ間に、Ｘ方向に沿って延び、２つの電池モジュール１Ａ，１Ｂで共有される冷却空気の吸気経路（吸気スペース）Ｓ１が設けられている。

吸気経路Ｓ１のＸ方向一端側には、不図示のブロア等の送風機から送り込まれる冷却吸気の吸気ダクト（不図示）が接続され、Ｙ方向に並ぶ２つの電池モジュール１Ａ，１Ｂ間のスペースに、電池モジュール１Ａ，１Ｂそれぞれに供給される空気が送り込まれる。

図３は、電池モジュール１Ａ，１Ｂの車載構造を示す概略正面図である。図３に示すように、吸気経路Ｓ１の上側及び下側には、チャンバ（ガイド部材）Ｃ１，Ｃ２をそれぞれ設けることができる。チャンバＣ１，Ｃ２は、例えば、Ｚ方向において、スリット１３ｂの高さに応じて離間して配置され、吸気経路Ｓ１の上側及び下側を覆っている。モジュールケース１３のＸ方向側面（スリット１３ｂ）は、吸気経路Ｓ１に直接面しており、吸気経路Ｓ１をＸ方向に流れる空気は、スリット１３ｂを介して電池モジュール１Ａ，１Ｂ内に導かれる（図１参照）。

ここで、本実施例では、電池モジュール１Ａ，１Ｂに加わる外力によって、ホルダが変形し、ホルダの変形に伴って単電池１０が変形することを抑制するために、外力に対してホルダを破断させるように構成されている。

図１に示すように、電池モジュール１Ａのホルダ１２には、Ｘ方向に沿うホルダ１２の側面に、Ｙ方向からの外力に対してホルダ１２を破断させるための脆弱部１２ｃと、脆弱部１２ｃに対して外力による応力を作用させるための支点となる一対の脚部２０Ａ，２１Ａと、が設けられている。電池モジュール１Ａの一対の脚部２０Ａ，２１Ａそれぞれは、吸気経路Ｓ１に面するホルダの側面において、Ｙ方向に対向する電池モジュール１Ｂに向かって突出し、かつＸ方向両端側に離間して設けられている。

脆弱部１２ｃは、ホルダ１２のＸ方向側面の一部をＹ方向に凹ませた切り欠き部（凹部）であり、Ｘ方向に長尺状に形成されたホルダ１２を、Ｙ方向に沿って破断させるために設けられる。例えば、図２で示した電池ブロック毎にホルダ１２が破断するように、電池ブロック間に、脆弱部１２ｃを設けることができる。また、脆弱部１２ｃは、吸気経路Ｓ１に面するＸ方向一側面又は／及び吸気経路Ｓ１とＹ方向において対向する逆側のＸ方向他側面に設けることができる。

また、電池モジュール１Ｂのホルダ１２も同様に、Ｘ方向に沿うホルダ１２の側面に、Ｙ方向からの外力に対してホルダ１２を破断させるための脆弱部１２ｃと、脆弱部１２ｃに対して外力による応力を作用させるための支点となる一対の脚部２０Ｂ，２１Ｂと、が設けられている。脆弱部１２ｃの構成は、電池モジュール１Ａと同様である。

一方、電池モジュール１Ｂの一対の脚部２０Ｂ，２１Ｂそれぞれは、吸気経路Ｓ１に面するホルダ１２の側面において、Ｙ方向に対向する電池モジュール１Ａに向かって突出し、かつＸ方向両端側に離間して設けられている。

そして、Ｙ方向に並ぶ２つの電池モジュール１Ａ，１Ｂは、一方の電池モジュール１Ａの一対の脚部２０Ａ，２１Ａ間に、他方の電池モジュール１Ｂの一対の脚部２０Ｂ，２１Ｂの少なくとも一つの脚部が入り込むように配置されている。本実施例では、一方の電池モジュール１Ａの一対の脚部２０Ａ，２１Ａ間に、電池モジュール１Ｂの一対の脚部２０Ｂ，２１Ｂのうち脚部２０Ｂが入り込むように構成されている。

つまり、図３に示すように、Ｙ方向において、一対の脚部２０Ａ，２１Ａと、一対の脚部２０Ｂ，２１Ｂとは、少なくとも一部が互いに重なり合うように、吸気経路Ｓ１の下方に配置されている。電池モジュール１Ａの一対の脚部２０Ａ，２１Ａが、電池モジュール１ＢのＸ方向側面と近接するように配置され、一対の脚部２０Ａ，２１Ａと一対の脚部２０Ｂ，２１Ｂとが、Ｘ方向においてずれている。

なお、電池モジュール１Ａの一対の脚部２０Ａ，２１Ａ間に、電池モジュール１Ｂの一対の脚部２０Ｂ，２１Ｂが共に入り込むように配置されたり、電池モジュール１Ｂの一対の脚部２０Ｂ，２１Ｂ間に、電池モジュール１Ａの一対の脚部２０Ａ，２１Ａの一方又は両方が入り込むように配置されたりするように構成してもよい。

図４は、Ｙ方向に並んで配置される車載用電源ユニットに、外力Ｆが作用した際のホルダ１２の破断構造を説明するための説明図である。図４に示すように、Ｙ方向において、電池モジュール１Ａ側から外力Ｆが作用した場合、電池モジュール１Ａのホルダ１２は、二点鎖線で示すように、吸気経路Ｓ１内の配置された一対の脚部２０Ａ，２１Ａを支点として、一対の脚部２０Ａ，２１Ａ間に挟まれる脆弱部１２ｃから破断する。このとき、破断によって電池モジュール１Ｂに向かってホルダ１２が変形するが、電池モジュール１Ａと電池モジュール１Ｂとの間には、共有の吸気経路Ｓ１が設けられているため、ホルダ１２の変形スペースが、吸気経路Ｓ１によって確保される。

同様に、Ｙ方向において、電池モジュール１Ｂ側から外力Ｆが作用した場合、電池モジュール１Ｂのホルダ１２は、二点鎖線で示すように、吸気経路Ｓ１内の配置された一対の脚部２０Ｂ，２１Ｂを支点として、一対の脚部２０Ｂ，２１Ｂ間に挟まれる脆弱部１２ｃから破断する。このとき、破断によって電池モジュール１Ａに向かってホルダ１２が変形するが、電池モジュール１Ａと電池モジュール１Ｂとの間には、共有の吸気経路Ｓ１が設けられているため、ホルダ１２の変形スペースが、吸気経路Ｓ１によって確保されることになる。

このように本実施例の車載構造は、隣り合う電池モジュール１Ａ，１Ｂ間に、共有の吸気経路Ｓ１が形成されるため、各電池モジュール１Ａ，１Ｂに対して独立した吸気経路（冷却経路）がそれぞれ設けられる冷却構造よりも、少なくとも２つの隣り合う電池モジュール１Ａ，１Ｂで構成される車載用電源ユニット全体のサイズを小さくすることができるとともに、この吸気経路Ｓ１に面してホルダ１２を破断させるための支点となる一対の脚部２０Ａ，２１Ａ（２０Ｂ，２１Ｂ）が設けられている。ホルダ１２を破断させるためには、破断に伴うホルダ１２の変形スペースが必要になるが、共有される冷却空気の吸気経路Ｓ１によって変形スペースが確保される。

さらに、吸気経路Ｓ１において一方の電池モジュール１Ａの一対の脚部２０Ａ，２１Ａ間に、他方の電池モジュール１Ｂの一対の脚部２０Ｂ，２１Ｂの少なくとも一つの脚部（例えば、脚部２０Ｂ）が入り込むように、２つの電池モジュール１Ａ，１Ｂが配置されるので、隣り合う電池モジュール１Ａ，１Ｂ間のＹ方向における間隔（距離）を短くすることができる。

したがって、少なくとも２つの電池モジュール１Ａ，１Ｂが隣り合って配置される車載構造において、冷却空気の吸気経路Ｓ１が共有され、かつ隣り合う電池モジュール１Ａ，１Ｂの各一対の脚部２０Ａ，２１Ａ，２０Ｂ，２１Ｂが共有の吸気経路Ｓ１に面して設けられ、外力による単電池１０の変形等を抑制する際の電池モジュール１Ａ，１Ｂ（ホルダ１２）の変形を許容するスペースとして共有の吸気経路Ｓ１を活用される。このため、車載スペースの効率化を図りつつ、外力による単電池１０の変形等を抑制することができる。

図５は、本実施例の変形例を示す図であり、電池モジュールの車載構造を示す概略正面図である。図５に示すように、車載スペースの効率化の観点から、図１等に示した電源ユニットを、Ｚ方向上下に２段積みに構成することができる。なお、上下２段積みの搭載構造は、例えば、ブラケット等の骨格部材などを用いて、上下２段に電池モジュールを積み上げて車両に搭載することができる。

図５の例のように、Ｚ方向に上下２段に電池モジュールを積み上げる構成であっても、Ｙ方向に並ぶ上側の電池モジュール１Ａ，１Ｂの各一対の脚部２０Ａ，２１Ａ，２０Ｂ，２１Ｂそれぞれは、吸気経路Ｓ１に面するホルダ１２の側面において、Ｙ方向に対向する他方の電池モジュールに向かって突出し、かつＸ方向両端側に離間して設けることができる。このため、外力Ｆによってホルダ１２を破断させる構造において、破断に伴うホルダ１２の変形スペースを共有される冷却空気の吸気経路Ｓ１によって確保しつつ、車載スペースの効率化を図ることができる。

１，１Ａ，１Ｂ：電池モジュール（蓄電モジュール）１０：単電池（蓄電素子）、１１ａ：正極端子、１１ｂ：負極端子、１２：ホルダ、１２ａ：開口部、１２ｃ：凹部（脆弱部）、１３：モジュールケース、１３ｂ：スリット、１４，１５：バスバー、１６，１７：カバー部材、２０Ａ，２１Ａ，２０Ｂ，２１Ｂ：脚部、Ｓ１：吸気経路（吸気スペース）

Claims (1)

1. 所定方向に延び、前記所定方向と直交する平面内で並んで配置された複数の蓄電素子と、前記複数の蓄電素子それぞれが挿入される複数の開口部を有し、前記各蓄電素子を保持するホルダと、を備えた蓄電モジュールの車載構造であって、
   第１方向に並んで配置される少なくとも２つの前記蓄電モジュール間に、前記平面において前記第１方向に直交する第２方向に沿って延び、前記２つの蓄電モジュールで共有される冷却空気の吸気スペースが設けられており、
   前記蓄電モジュールは、前記第２方向に沿う前記ホルダの側面に設けられ、前記第１方向からの外力に対して前記ホルダを破断させるための脆弱部と、前記脆弱部に対して前記外力による応力を作用させるための支点となる一対の脚部と、を備えており、
   前記２つの蓄電モジュールの一対の脚部それぞれは、前記吸気スペースに面する前記ホルダの側面において、前記第１方向に対向する前記蓄電モジュールに向かって突出し、かつ前記第２方向両端側に離間して設けられるとともに、一方の前記蓄電モジュールの一対の脚部間に、他方の前記蓄電モジュールの一対の脚部の少なくとも一つの脚部が入り込むように、前記２つの蓄電モジュールが配置されていることを特徴とする蓄電モジュールの車載構造。
   

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