JP6400823B2 - 電池モジュール及び車両 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、車両等の移動体に搭載される電池モジュール及び車両に関する。

電気エネルギを用いる移動体、特に自動車などの車両において複数のセルを備えた電池モジュールを用いる構成が知られている。例えば、自動車に電池モジュールを搭載する場合、客室の前方に設けられ、エンジンが収容されるフロント部に電池モジュールが配置される。

日本国特開平１０−１４９８０５号公報

本発明が解決しようとする課題は、電池モジュールのセルが破壊されることを抑制することが可能な電池モジュール及び車両を提供することである。

図１は、第１の実施形態に係る車両の構成の例を示す斜視図である。 図２は、車両に配置される電池モジュールの構成の例を示す斜視図である。 図３は、電池モジュールの構成を示す断面図である。 図４は、第２の実施形態に係る車両の電池モジュールの構成の例を示す斜視図である。

実施形態によれば、電池モジュールは、第１のセル群と、第２のセル群と、ケースと、を備える。第１のセル群は、端子が配置された上面と底面と一対の長側面と前記長側面より短い短側面とを備え且つ前記長側面同士が対向して配列された複数のセルを備える。第２のセル群は、前記長側面同士が対向して配列され、且つ前記第１のセル群と並列な位置に配置された複数の前記セルを備える。前記ケースは、車両の客室の前方に設けられたフロント部に配置され、前記第１のセル群及び前記第２のセル群の少なくとも一方の前記長側面が前記車両の前後方向に沿って配列された前記第１のセル群及び前記第２のセル群を収容する。

（第１の実施形態）
以下図１乃至図３を用いて第１の実施形態に係る車両１について説明する。図１は、第１の実施形態に係る車両１の構成の例を示す斜視図である。図２は、車両１に配置される電池モジュール５の構成の例を示す斜視図である。図３は、電池モジュール５の構成を一部断面として示す断面図である。

車両１は、例えば自動車である。図１に示すように、車両１は、客室３が設けられた車体２と、エンジンと、電池モジュール５とを備えている。車体２は、客室３の前方に設けられたフロント部４を備えている。フロント部４は、所謂エンジンルームを有する。フロント部４は、電池モジュール５、及びエンジンなどを収容する。

図２に示すように、電池モジュール５は、第１のセル群１２と、第２のセル群１１と、接続部材１３と、ケース１４と、ＣＭＵ（Ｃｅｌｌ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２５と、を備える。

第１のセル群１２は、それぞれが直方体状に形成された複数のセル２１を備える。

セル２１は、例えば非水二次電池である。セル２１の上面には、一対の端子２２が設けられている。セル２１の側面は、一対の長側面２３と、長側面２３より短い一対の短側面２４と、により構成されている。

第１のセル群１２の複数のセル２１は、長側面２３が対向するように配列される。第１のセル群１２は、奇数個または偶数個のセル２１が配列されて構成される。例えば、第１のセル群１２は、奇数個のセル２１で構成されている。具体的には、第１のセル群１２は、５つのセル２１により構成されている。

第２のセル群１１は、複数のセル２１を備える。第２のセル群１１は、ケース１４内で第１のセル群１２の上方に配置される。

ケース１４内上方には、第２のセル群１１の複数のセル２１の長側面２３同士が対向するように配列されて構成される。例えば、第２のセル群１１の複数のセル２１は、第１のセル群１２と並列な位置に配置される。そして、第２のセル群１１の複数のセル２１は、第１のセル群１２の複数のセル２１の配列方向に対して平行な方向に配列される。また、第２のセル群１１の複数のセル２１は、第１のセル群１２の複数のセル２１の上方に配列される。

第２のセル群１１は、奇数個または偶数個のセル２１が配列されて構成される。第２のセル群１１は、第１のセル群１２に対して少ないセル２１の数で構成されている。例えば、第２のセル群１１は、偶数個のセル２１で構成されている。具体的には、第２のセル群１１は、４つのセル２１により構成されている。

ＣＭＵ２５は、電装部品である。ＣＭＵ２５は、例えば各セル２１の電圧、電流、及び温度を監視する。ＣＭＵ２５は、外形状がセル２１と略同一形状に直方体状に形成されている。即ち、ＣＭＵ２５の側面は、長側面２３とほぼ同形状の一対の長側面２７と、短側面２４とほぼ同形状であり長側面２７より短い一対の短側面２８と、により構成されている。ＣＭＵ２５は、第２のセル群１１の複数のセル２１のうちの一方の端部に配置されたセル２１の長側面２３にＣＭＵ２５の長側面２７が対向するように配置される。

図３は、図２のＡＡ線で第２のセル群１１を切断した断面を示す。第２のセル群１１の両端部にそれぞれ配置されたセル２１及びＣＭＵ２５は、車両１の前後方向と直交する一方の面に所定の深さで形成された溝部２９をそれぞれ備える。溝部２９は、例えば、セル２１及びＣＭＵ２５の上面から底面にわたって一方の短側面２４、２８に接続部材１３の厚さの寸法以上の深さで形成される
第１のセル群１２及び第２のセル群１１は、ケース１４内に一体に配置される。

接続部材１３は、セル２１同士を電気的に接続する複数の第１のバスバー３１と、第１のセル群１２と第２のセル群１１とを電気的に接続する第２のバスバー３２と、第１のセル群１２と第２のセル群１１とを電気的に接続する電気的に接続する第３のバスバー３３と、を備える。複数の第１のバスバー３１は、隣接した２つのセル２１の一対の端子２２の一方同士を電気的に接続する。

第２のバスバー３２は、両端部を除いて絶縁体３４により被覆されている。絶縁体３４により被覆された第２のバスバー３２は、厚さの寸法がセル２１の溝部２９の深さと同一またはセル２１の溝部２９の深さより薄く形成されている。第２のバスバー３２は、一端が第２のセル群１１の端部に配置されたセル２１の端子２２に接続されている。第２のバスバー３２は、他端が第１のセル群１２の端部に配置されたセル２１の端子２２に接続されている。第２のバスバー３２は、セル２１の溝部２９に配置される。

第３のバスバー３３は、両端部を除いて絶縁体３４により被覆されている。絶縁体３４により被覆された第３のバスバー３３は、厚さの寸法がＣＭＵ２５の溝部２９の深さ及びセル２１の溝部２９の深さと同一または薄く形成されている。第３のバスバー３３は、一端が第１のセル群１２の端部に配置されたセル２１の端子２２に接続されている。第３のバスバー３３は、他端が第２のセル群１１の端部に配置されたＣＭＵ２５の上面に配置されている。第３のバスバー３３は、ＣＭＵ２５の溝部２９に配置される。

ケース１４は、直方体状で形成された樹脂製のケースである。ケース１４は、接続部材１３で接続されて上下に重ねられた状態の第１のセル群１２、及び第２のセル群１１を収容可能である。ケース１４は、収容した第１のセル群１２及び第２のセル群１１を外部と絶縁する。

ケース１４は、第１のセル群１２の底面から第２のセル群１１の上面までの寸法が、第１のセル群１２及び第２のセル群１１の幅方向及び奥行方向の寸法より長い状態で接続された第１のセル群１２、第２のセル群１１、及び接続部材１３を収容する。ケース１４は、第１のセル群１２のセル２１及び第２のセル群１１の短側面２８を面一状に配置した状態で収容する。

ケース１４は、第１のセル群１２及び第２のセル群１１それぞれを構成するセル２１の長側面２３が、車両１の前後方向即ち車体２の前後方向に沿い且つ車両１の車幅方向に並ぶように、車両１のフロント部４に固定する。

このように構成された電池モジュール５によれば、車両１の前後方向に沿った方向で対象物が車両１の正面に衝突する前突によってフロント部４が変形した場合、変形したフロント部４の一部または対象物が電池モジュール５のケース１４に当接してケース１４に応力が印加される。この為、ケース１４によってケース１４内に収容された第１のセル群１２及び第２のセル群１１に対して応力が印加される。

しかし、第１のセル群１２及び第２のセル群１１及びＣＭＵ２５は、車両１の前後方向に沿い且つ車両１の車幅方向に並ぶように配置された複数のセル２１の長側面２３、ＣＭＵ２５の長側面２７を備えることによって、前突による座屈応力が印加される面積を増やすことができる。これにより、前突による応力に対する第１のセル群１２及び第２のセル群１１の座屈強度を向上させることが可能になる。この結果、電池モジュール５は、ケース１４内に収容された第１のセル群１２及び第２のセル群１１を構成するセル２１及び第２のセル群１１と共に配置されているＣＭＵ２５が破壊されることを抑制することができる。

また、上記のように構成された電池モジュール５は、上段に配置された第２のセル群１１は、下段に配置された第１のセル群１２に対してセル２１の数が少ない。また、セル２１に対して重量が軽いＣＭＵ２５が第２のセル群１１と共に上段に配置されている為、電池モジュール５は、上段に配置される第２のセル群１１が第１のセル群１２に対して軽くなるように構成されている。これにより、電池モジュール５は、重心を低くし、モジュール構成を安定されることが可能になる。この結果、ケース１４の構成を簡易にすることができる。

また、第１のセル群１２の端部に配置されたセル２１の端子が、ＣＭＵ２５のセル２１の端子２２が設けられている面と同じ側の面に配置されている。即ち、第３のバスバー３３は、第１のセル群１２の端部に配置されたセル２１の端子を第２のセル群１１と共に配置されたＣＭＵ２５の上面に配置する。これにより、第３のバスバー３３は、電池モジュール５のセル２１の端子２２をＣＭＵ２５の近傍且つ、ケース１４の内面と対向する面に集中して配置することが可能になる。この結果、第３のバスバー３３は、電装部品とセル２１との配線の取り回しを向上させることができる。

また、前突時にケース１４が破断せずにケース１４の内面が第１のセル群１２及び第２のセル群１１に対して当接した場合、ケース１４の内面から第１のセル群１２及び第２のセル群１１に対して応力が印加される。この場合、車両１の前後方向に直交し且つ面一状に配置された複数の短側面２４、２８に対して同時にケース１４の内面から応力が印加される。このように構成された電池モジュールは、ケース１４の内面から印加される応力を複数の短側面２４、２８に分散させることによって１つの短側面２４または２８に印加される応力を減らすことが可能になる。この結果、電池モジュール５は、ケース１４内に収容された第１のセル群１２及び第２のセル群１１を構成するセル２１及びＣＭＵ２５が破壊されることを抑制することができる。

また、絶縁体３４により被覆された第２のバスバー３２及び第３のバスバー３３の厚さの寸法が溝部２９の深さと同一または溝部２９より薄く形成されている為、第２のバスバー３２及び第３のバスバー３３がセル２１及びＣＭＵ２５の短側面と面一状または内側にそれぞれ位置する。この構成により、第２のバスバー３２及び第３のバスバー３３は、複数の短側面２４、２８に対して同時にケース１４の内面から応力が印加された場合に、短絡面２４、２８より先にケース１４の内面に当接することを防ぐことが可能になる。この結果、第２のバスバー３２または第３のバスバー３３によってセル２１及びＣＭＵ２５に対して応力が印加されることを抑制することができる。

上記のように、第１の実施形態に係る電池モジュール５によると、車両１の前後方向に沿い且つ車両１の車幅方向に並ぶように配置された複数の長側面２３、２７を備えることによって、前突の応力に対する座屈強度を向上させることにより、第１のセル群１２及び第２のセル群１１を構成するセル２１及びＣＭＵ２５が破壊されることを抑制することが可能になる。

（第２の実施形態）
以下、図４を用いて第２の実施形態に係る車両１に用いられる電池モジュール５Ａについて説明する。図４は、第２の実施形態に係る車両の電池モジュールの構成の例を示す斜視図である。

なお、上記の第１の実施形態と同様の構成には同一の参照符号を付しその詳細な説明を省略する。

第２の実施形態の電池モジュール５Ａは、第１のセル群１２と、第２のセル群１１と、接続部材１３と、ケース１４と、を備える。電池モジュール５Ａは、第１のセル群１２の長側面２３と第２のセル群１１の長側面２３とが直交するように第１のセル群１２と第２のセル群１１とを二段に配置する。

このように構成された電池モジュール５Ａは、対象物が車両１の側面に衝突する側突、及び前突による応力に対する座屈強度を第１のセル群１２及び第２のセル群１１のそれぞれで向上させることが可能になる。この結果、電池モジュール５Ａは、ケース１４内に収容された第１のセル群１２及び第２のセル群１１を構成するセル２１及びＣＭＵ２５が破壊されることを抑制することができる。

なお、第１のセル群１２及び第２のセル群１１が備えるセル２１の数は、上記の第１の実施形態及び第２の実施形態の例に限定されない。第１のセル群１２及び第２のセル群１１が備えるセル２１の数は、応力が印加された場合に座屈応力が印加される面積が長側面２３に対して応力が印加された場合に座屈応力が印加される面積よりも広くなる構成であれば、如何なる数であってもよい。

なお、上記の例では、ケース１４内の上方に配置された第２のセル群１１は、複数のセル２１に隣接してＣＭＵ２５を備える構成であると説明したが、第２のセル群１１は、セル２１のみで構成されていてもよい。

なお、上記の溝部２９には、第２のバスバー３２及び第３のバスバー３３が溝部２９から突出しない厚さで前記車両１の前後方向の第２のバスバー３２及び第３のバスバー３３と溝部２９との間に緩衝材が設けられていてもよい。緩衝材は、例えば第２のバスバー３２及び第３のバスバー３３に対して硬度が低い弾性体であり、圧力に応じて変形するとともに弾性応力を発生させる。このような構成によると、緩衝材の変形に応じて第２のバスバー３２及び第３のバスバー３３がセル２１及びＣＭＵ２５側に移動することにより、第２のバスバー３２及び第３のバスバー３３に印加された応力を低減させることが可能になる。また、緩衝材の硬度が第２のバスバー３２及び第３のバスバー３３に対して低く構成されている為、第２のバスバー３２及び第３のバスバー３３からセル２１及びＣＭＵ２５に伝達する応力を低減させることが可能になる。

なお、上記の第２の実施形態では、電池モジュール５Ａは、第１のセル群１２の長側面２３と、第２のセル群１１の長側面１２とが直交するように第１のセル群１２と第２のセル群１１とを二段に配置するとして説明したが、この構成に限定されない。電池モジュール５Ａは、第１のセル群１２及び第２のセル群１１の長側面２３に対して角度を成す長側面を備え、第１のセル群１２及び第２のセル群１１と並列に配置された第３のセル群を備える構成であってもよい。このように電池モジュール５が第３のセル群を備える場合、斜め方向からの応力に対する座屈強度を向上させることが可能になる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下、本出願の出願当初の特許請求の範囲に記載された事項を付記する。
（付記項１）
端子が配置された上面と底面と一対の長側面と前記長側面より短い短側面とを備え且つ前記長側面同士が対向して配列された複数のセルを備える第１のセル群と、
前記長側面同士が対向して配列され且つ前記第１のセル群と並列な位置に配置された複数の前記セルを備える第２のセル群と、
車両の客室の前方に設けられたフロント部に配置され、前記第１のセル群及び前記第２のセル群の少なくとも一方の前記長側面が前記車両の前後方向に沿って配列された前記第１のセル群及び前記第２のセル群を収容するケースと、
を具備することを特徴とする電池モジュール。
（付記項２）
前記ケースは、前記第１のセル群及び前記第２のセル群の両方の前記長側面を前記車両の前後方向に沿って配置し、且つ前記第１のセル群及び前記第２のセル群の両方の複数の前記短側面を前記車両の前後方向に直交且つ面一状に配置することを特徴とする付記項１に記載の電池モジュール。
（付記項３）
前記ケースは、前記第１のセル群の前記長側面と前記第２のセル群の前記短側面とを直交して配置し、且つ前記第１のセル群及び前記第２のセル群の前記長側面と前記短側面とを面一状に配置することを特徴とする付記項１に記載の電池モジュール。
（付記項４）
前記ケースは、前記第１のセル群の前記セルの前記端子と前記第２のセル群の前記セルの前記端子とを電気的に接続する接続部材を収容し、
前記第１のセル群または前記第２のセル群の一方の端部に配置された前記セルは、前記車両の前後方向と直交する面に前記接続部材の厚さの寸法以上の深さで形成され且つ前記接続部材が配置される溝部を備えることを特徴とする付記項１に記載の電池モジュール。
（付記項５）
前記第２のセル群は、外形状が直方体状に形成され、１つの面が前記第２のセル群の一方の端部に配置された前記セルの長側面と対向して配置された電装部品を備え、
前記接続部材は、前記第１のセル群の前記セルの前記端子を前記電装部品の前記セルの前記上面と同じ側の面に配置することを特徴とする付記項４に記載の電池モジュール。
（付記項６）
客室の前方に設けられたフロント部を備える車体と、
端子が配置された上面と底面と一対の長側面と前記長側面より短い短側面とを備え且つ前記長側面同士が対向して配列された複数のセルを備える第１のセル群と、
前記長側面同士が対向して配列され、且つ前記第１のセル群と並列な位置に配置された複数の前記セルを備える第２のセル群と、
前記フロント部に配置され、前記第１のセル群及び前記第２のセル群の少なくとも一方の前記長側面が前記車体の前後方向に沿って配列された前記第１のセル群及び前記第２のセル群を収容するケースと、
を具備することを特徴とする車両。

Claims (6)

1. 端子が配置された第１の面、この第１の面に対向する第２の面、さらに前記第１の面と第２の面との間に配置された一対の長側面およびこの長側面より短い短側面とで構成される電池セルを収容する電池モジュールであって、
   前記電池セルを複数有するとともに、これら複数の電池セルが、隣り合う電池セル間で前記長側面が対向するように並べられた第１のセル群と、
   前記電池セルを複数有するとともに、これら複数の電池セルが、隣り合う電池セル間で前記長側面が対向するように並べられた第２のセル群と、
   を具備し、
   前記第１のセル群と前記第２のセル群は、互いの前記電池セルの長側面が直交し、前記第１のセル群は前記第２のセル群の上方に配置された
   電池モジュール。
2. 前記第１のセル群と前記第２のセル群は、対向する面に直交する少なくとも１つの面同士が面一状になるように並べられている請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記第１のセル群または前記第２のセル群の端部に配置された電池セルは、一方の短側面に前記第１のセル群の電池セルの端子と前記第２のセル群の電池セルの端子とを電気的に接続する接続部材を収容する溝部が形成され、さらにこの溝部の深さは前記接続部材の厚さ以上である請求項１又は請求項２に記載の電池モジュール。
4. 車体と、この車体に搭載された電池モジュールとを有する車両であって、
   前記電池モジュールは、
   端子が配置された第１の面、この第１の面に対向する第２の面、さらに前記第１の面と第２の面との間に配置された一対の長側面および前記長側面より短い短側面とで構成される電池セルを複数有し、且つ前記長側面同士が対向して配列された第１のセル群と、
   端子が配置された第１の面、この第１の面に対向する第２の面、さらに前記第１の面と第２の面との間に配置された一対の長側面および前記長側面より短い短側面とで構成される電池セルを複数有し、且つ前記長側面同士が対向して配列された第２のセル群と、
   を具備し、
   前記第１のセル群と前記第２のセル群は、互いの前記電池セルの長側面が直交し、前記第１のセル群は前記第２のセル群の上方に配置された車両。
5. 前記第１のセル群と前記第２のセル群の前記長側面と前記短側面とを面一状に配置することを特徴とする請求項４に記載の車両。
6. 前記第１のセル群または前記第２のセル群の端部に配置された電池セルは、一方の短側面に前記第１のセル群の電池セルの端子と前記第２のセル群の電池セルの端子とを電気的に接続する接続部材を収容する溝部が形成され、さらにこの溝部の深さは前記接続部材の厚さ以上の深さである請求項４又は請求項５に記載の車両。

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