JP6670272B2 - バッテリモジュール - Google Patents

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Description

本発明は、電動車両などに搭載されるバッテリモジュールに関する。
従来より電動車両などにはバッテリモジュールが搭載されている。例えば、特許文献１、２には、前後方向に複数のセルを積層して構成され、前面、後面、左面、右面、上面、及び下面を有するセル積層体と、該セル積層体の前面及び後面に配置される一対のエンドプレートと、該一対のエンドプレートを連結する締結フレームと、を備えるバッテリモジュールが開示されている。
この種のバッテリモジュールでは、温度変化や経年劣化によるセルの膨張に起因してバッテリモジュールのセル積層方向の荷重（以下、適宜セル厚拘束反力という。）が発生する。近年、セルの高容量化や高エネルギー密度化に伴い、セル内により多くの活物質を詰め込む方向にあるため、上記のセル厚拘束反力が増加傾向となっている。
特許第５４０５１０２号公報 特開２０１２−２５６４６６号公報
特許文献１に記載されるバッテリモジュールは、セル積層体の右面及び左面に配置されるサイドフレーム（金属バンド）を備え、該サイドフレームが、それぞれサイドフレーム本体と、サイドフレーム本体からセル積層体（エンドプレート）の前面及び後面に回り込む前回込部及び後回込部と、を有する。このような構造では、セルの膨張に起因するセル積層方向の荷重が、サイドフレームの前回込部及び後回込部に集中的に作用するため、前回込部及び後回込部が開き方向に変形し、エンドプレートの移動やバッテリモジュールの寸法変動が発生する虞がある。
また、特許文献２に記載されるバッテリモジュールは、セル積層体の右面及び左面に配置されるサイドフレームを備え、該サイドフレームの前後端部をエンドプレートの左右側面にボルト締結する。このような構造では、セルの膨張に起因するセル積層方向の荷重が、ボルト締結部に集中的に作用するため、ボルト締結部に滑りが生じたり、ボルトが変形する虞がある。
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、応力の集中を緩和しつつ、セルの膨張に起因するセル積層方向の荷重を受け止めることができるバッテリモジュールを提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
前後方向に複数のセル（例えば、後述の実施形態のセル２１）を積層して構成され、前面、後面、左面、右面、上面、及び下面を有するセル積層体（例えば、後述の実施形態のセル積層体２）と、
該セル積層体を収容するケース（例えば、後述の実施形態のケース３）と、を備えるバッテリモジュール（例えば、後述の実施形態のバッテリモジュール１）であって、
前記ケースは、
前記セル積層体の前記前面及び前記後面に当接する一対のエンド部（例えば、後述の実施形態のエンド部３１）と、
前記セル積層体の前記左面及び前記右面に沿って延びる一対のサイド部（例えば、後述の実施形態のサイド部３２）と、を有し、
前記エンド部の前後方向の幅（例えば、後述の実施形態の幅Ｗ１）は、前記サイド部の左右方向の幅（例えば、後述の実施形態の幅Ｗ２）よりも大きく、
前記一対のサイド部には、隣接する前記セルの間を上下方向に延びる突起部（例えば、後述の実施形態の突起部３２ａ）が設けられている。
請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載のバッテリモジュールであって、
前記一対のサイド部は、左右方向及び上下方向に延設された橋渡し部（例えば、後述の実施形態の橋渡し部３３）により互いに連結されている。
請求項３に記載の発明は、
請求項２に記載のバッテリモジュールであって、
前記橋渡し部の前後方向の幅（例えば、後述の実施形態の幅Ｗ５）は、前記サイド部の左右方向の幅（例えば、後述の実施形態の幅Ｗ２）よりも小さい。
請求項４に記載の発明は、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のバッテリモジュールであって、
前記ケースは一体的に構成された一体成型品である。
請求項５に記載の発明は、
前後方向に複数のセル（例えば、後述の実施形態のセル２１）を積層して構成され、前面、後面、左面、右面、上面、及び下面を有するセル積層体（例えば、後述の実施形態のセル積層体２）と、
該セル積層体を収容するケース（例えば、後述の実施形態のケース３）と、を備えるバッテリモジュール（例えば、後述の実施形態のバッテリモジュール１）であって、
前記ケースは、
前記セル積層体の前記前面及び前記後面に当接する一対のエンド部（例えば、後述の実施形態のエンド部３１）と、
前記セル積層体の前記左面及び前記右面に沿って延びる一対のサイド部（例えば、後述の実施形態のサイド部３２）と、を有し、
前記エンド部の前後方向の幅（例えば、後述の実施形態の幅Ｗ１）は、前記サイド部の左右方向の幅（例えば、後述の実施形態の幅Ｗ２）よりも大きく、
前記ケースはアルミニウム製であって、押出成形により形成されたものである。
請求項６に記載の発明は、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のバッテリモジュールであって、
前記セル積層体は、外部接続用端子（例えば、後述の実施形態の外部接続用端子２３）を備え、
該外部接続用端子は、前記エンド部に固定される。
請求項７に記載の発明は、
請求項１〜６のいずれか１項に記載のバッテリモジュールであって、
前記セル積層体の前記前面及び前記後面は、絶縁部材（例えば、後述の実施形態の絶縁部材２２）を介して前記一対のエンド部に当接する、バッテリモジュール。
請求項８に記載の発明は、
前後方向に複数のセル（例えば、後述の実施形態のセル２１）を積層して構成され、前面、後面、左面、右面、上面、及び下面を有するセル積層体（例えば、後述の実施形態のセル積層体２）と、
該セル積層体を収容するケース（例えば、後述の実施形態のケース３）と、を備え、
前記ケースは、一体的に構成されたアルミニウム製の一体成型品であって
前記セル積層体の前記前面及び前記後面に当接する一対のエンド部（例えば、後述の実施形態のエンド部３１）と、
前記セル積層体の前記左面及び前記右面に沿って延びる一対のサイド部（例えば、後述の実施形態のサイド部３２）と、を有する、バッテリモジュール（例えば、後述の実施形態のバッテリモジュール１）の製造方法であって、
前記ケースを押出成形により形成し、
前記押出成形において、前記エンド部の前後方向の幅（例えば、後述の実施形態の幅Ｗ１）は、前記サイド部の左右方向の幅（例えば、後述の実施形態の幅Ｗ２）よりも大きくなるように形成される。
請求項９に記載の発明は、
請求項８に記載のバッテリモジュールの製造方法であって、
前記一対のサイド部は、左右方向及び上下方向に延設された橋渡し部（例えば、後述の実施形態の橋渡し部３３）により互いに連結され、
前記押出成形において、前記橋渡し部も形成される。
請求項１０に記載の発明は、
請求項９に記載のバッテリモジュールの製造方法であって、
前記押出成形において、前記橋渡し部の前後方向の幅（例えば、後述の実施形態の幅Ｗ５）は、前記サイド部の左右方向の幅（例えば、後述の実施形態の幅Ｗ２）よりも小さくなるように形成される。
請求項１１に記載の発明は、
請求項８〜１０のいずれか１項に記載のバッテリモジュールの製造方法であって、
前記一対のサイド部には、隣接する前記セルの間を上下方向に延びる突起部（例えば、後述の実施形態の突起部３２ａ）が設けられ、
前記押出成形において、前記突起部も形成される。
請求項１の発明によれば、セル積層体の周りを囲むケースによって、セルの膨張に起因するセル積層方向の荷重を受け止めるので、応力の集中を緩和できる。
また、エンド部の前後方向の幅、即ちエンド部の厚さが、サイド部の左右方向の幅、即ちサイド部の厚さよりも大きいので、セル積層方向の荷重が増加しても、この荷重をエンド部で受け止めることができる。
また、サイド部の厚さを、エンド部の厚さよりも薄くすることで、バッテリモジュールを小型化、軽量化できる。
さらに、一対のサイド部には、隣接するセルの間を上下方向に延びる突起部が設けられているので、セルの前後方向の振動を抑制できる。
請求項２の発明によれば、一対のサイド部は、左右方向及び上下方向に延設された橋渡し部により互いに連結されているので、サイド部やケース全体の剛性が高められる。
請求項３の発明によれば、橋渡し部の前後方向の幅は、サイド部の左右方向の幅よりも小さいので、作用する荷重に応じて各部の厚さを最適化し、ケースの小型化、軽量化及びコスト削減が図れる。
請求項４の発明によれば、ケースは一体的に構成された一体成型品なので、ケースの組み立て工程が不要になるだけでなく、ケースにおける応力の集中を緩和できる。
請求項５の発明によれば、セル積層体の周りを囲むケースによって、セルの膨張に起因するセル積層方向の荷重を受け止めるので、応力の集中を緩和できる。
また、エンド部の前後方向の幅、即ちエンド部の厚さが、サイド部の左右方向の幅、即ちサイド部の厚さよりも大きいので、セル積層方向の荷重が増加しても、この荷重をエンド部で受け止めることができる。
また、サイド部の厚さを、エンド部の厚さよりも薄くすることで、バッテリモジュールを小型化、軽量化できる。
さらに、ケースはアルミニウム製であって、押出成形により形成されるので、ケースの製造が容易になるだけでなく、ケースの軽量化が図れる。
請求項６の発明によれば、セル積層体の外部接続用端子は、セル積層体との相対的な移動が規制されるエンド部に固定されるので、セル積層体と外部接続用端子との間の距離変動も規制できる。
請求項８の発明によれば、ケースは、押出成形により形成されるので、ケースの製造が容易になる。
また、セル積層体の周りを囲むケースによって、セルの膨張に起因するセル積層方向の荷重を受け止めるので、応力の集中を緩和できる。
また、エンド部の前後方向の幅、即ちエンド部の厚さが、サイド部の左右方向の幅、即ちサイド部の厚さよりも大きいので、セル積層方向の荷重が増加しても、この荷重をエンド部で受け止めることができる。
また、サイド部の厚さを、エンド部の厚さよりも薄くすることで、バッテリモジュールを小型化、軽量化できる。
請求項９の発明によれば、一対のサイド部は、左右方向及び上下方向に延設された橋渡し部により互いに連結され、押出成形において、橋渡し部も形成されるので、製造工程を増やすことなく、サイド部やケース全体の剛性が高められる。
請求項１０の発明によれば、押出成形において、橋渡し部の前後方向の幅は、サイド部の左右方向の幅よりも小さくなるように形成されるので、製造工程を増やすことなく、作用する荷重に応じて各部の厚さを最適化し、ケースの小型化、軽量化及びコスト削減が図れる。
請求項１１の発明によれば、一対のサイド部には、隣接するセルの間を上下方向に延びる突起部が設けられ、押出成形において、突起部も形成されるので、製造工程を増やすことなく、セルの前後方向の振動を抑制できる。
本発明の第１実施形態に係るバッテリモジュールを斜め上方から見た斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るバッテリモジュールを斜め上方から見た分解斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るバッテリモジュールのケースを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るバッテリモジュールの要部平面図である。 本発明の第２実施形態に係るバッテリモジュールのケース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要部平面図である。
以下、本発明のバッテリモジュールの各実施形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
［第１実施形態］
図１〜図４に示すように、本発明の第１実施形態に係るバッテリモジュール１は、前後方向に複数のセル２１を積層して構成され、前面、後面、左面、右面、上面、及び下面を有するセル積層体２と、セル積層体２を収容するケース３と、を備える。
なお、本明細書等では説明を簡単且つ明確にするためにセル２１の積層方向を前後方向と定義し、セル２１の積層方向に直交する方向を左右方向及び上下方向と定義したものであり、バッテリモジュール１が搭載される製品の前後方向等とは無関係である。即ち、バッテリモジュール１が車両に搭載される場合、セル２１の積層方向は、車両の前後方向に一致してもよく、車両の上下方向、左右方向であってもよく、これらの方向から傾斜した方向であってもよい。図面には、バッテリモジュール１の前方をＦｒ、後方をＲｒ、左側をＬ、右側をＲ、上方をＵ、下方をＤ、として示す。
（セル積層体）
セル積層体２は、複数のセル２１と複数の絶縁部材２２を前後方向に交互に積層して構成されるとともに、絶縁状態でケース３に収容される。
セル２１は、温度変化や経年劣化によって膨張することが知られている。セル２１は、前後方向の長さよりも上下方向の長さが長く、上下方向の長さよりも左右方向の長さが長い直方体形状を有する。そのため、セル２１は前面及び後面の面積が、左面、右面、上面及び下面の面積よりもはるかに大きく、セル２１の前面及び後面で、その左右方向中央部及び上下方向中央部が膨張しやすい。
セル積層体２の上面には、セル２１の端子２１ａに電気的に接続される複数のバスバー（図示せず）が配置される。バスバーには、セル２１の端子２１ａ同士を接続するためのものや、セル２１の端子２１ａを外部接続用端子２３に接続するためのものが含まれる。セル２１の端子２１ａと外部接続用端子２３との位置が相対的に変動すると、接続不良が生じる虞がある。従って、外部接続用端子２３は、セル２１の端子２１ａとの位置が相対的に変動しない位置に固定する必要がある。本実施形態では、外部接続用端子２３をケース３に固定し、後述するケース構造に基づいて、ケース３（外部接続用端子２３）とセル積層体２（端子２１ａ）との相対的な位置変動を抑制している。
（ケース）
ケース３は、セル積層体２の前面及び後面に沿って延びる一対のエンド部３１と、セル積層体２の左面及び右面に沿って延びる一対のサイド部３２と、を備える。即ち、ケース３は、セル積層体２の四周を囲みつつ、セル積層体２のセル積層方向の荷重（以下、適宜セル厚拘束反力ともいう。）を受け止めるので、応力の集中が緩和される。
一対のエンド部３１は、それぞれ絶縁部材２２を介してセル積層体２の前面及び後面に当接される。従って、セル積層体２のセル積層方向の荷重は、一対のエンド部３１に直接的に入力され、一対のエンド部３１を連結する一対のサイド部３２に間接的に入力される。
エンド部３１の前後方向の幅Ｗ１、即ちエンド部３１の厚さは、サイド部３２の左右方向の幅Ｗ２、即ちサイド部３２の厚さよりも大きい。これにより、エンド部３１は、サイド部３２よりも高い剛性が付与され、セル積層体２のセル積層方向の荷重を移動を伴うことなく受け止めることが可能になる。したがって、外部接続用端子２３はエンド部３１に固定される。また、エンド部３１に比べて高い剛性を必要としないサイド部３２の厚さを、エンド部３１の厚さよりも薄くすることで、バッテリモジュール１を小型化及び軽量化が可能になる。
また、エンド部３１には、上下方向に延びる複数の中空部３１ａが設けられ、バッテリモジュール１の軽量化が可能になるとともに、セル積層方向の外部からの衝撃を中空部３１ａを有するエンド部３１で吸収することが可能となっている。
一対のサイド部３２は、左右方向及び上下方向に延設された橋渡し部３３により互いに連結されている。本実施形態の橋渡し部３３は、前後方向に所定の間隔Ｗ３をあけて複数（例えば、５つ）設けられる。これにより、サイド部３２及びケース３全体の剛性が高められる。
隣り合う橋渡し部３３の間隔Ｗ３は、セル２１の前後方向の幅Ｗ４よりも大きい。例えば、本実施形態では、隣り合う橋渡し部３３の間隔Ｗ３を幅Ｗ４の２倍よりも大きくし、隣り合う橋渡し部３３の間に２つのセル２１を収容している。これにより、ケース３にセル２１同士のセパレータ機能を付与し、部品点数を削減できる。
橋渡し部３３の前後方向の幅Ｗ５は、サイド部３２の左右方向の幅Ｗ２よりも小さい。これにより、作用する荷重に応じてサイド部３２及び橋渡し部３３の厚さを最適化し、ケース３の小型化、軽量化及びコスト削減が図れる。
上記のように構成されるケース３は、アルミニウム製であって、押出成形により一体成型品として形成される。具体的には、ケース３を構成する一対のエンド部３１、一対のサイド部３２及び複数の橋渡し部３３が、押出成形により同時に一体形成される。また、押出成形においては、エンド部３１の前後方向の幅Ｗ１が、サイド部３２の左右方向の幅Ｗ２よりも大きくなるように形成されるとともに、橋渡し部３３の前後方向の幅Ｗ５が、サイド部３２の左右方向の幅Ｗ２よりも小さくなるように形成される。
以上説明したように、本実施形態のバッテリモジュール１によれば、セル積層体２の周りを囲むケース３によって、セル２１の膨張に起因するセル積層方向の荷重を受け止めるので、応力の集中を緩和できる。
また、エンド部３１の前後方向の幅Ｗ１、即ちエンド部３１の厚さが、サイド部３２の左右方向の幅Ｗ２、即ちサイド部３２の厚さよりも大きいので、セル積層方向の荷重が増加しても、この荷重をエンド部３１で受け止めることができる。
また、サイド部３２の厚さを、エンド部３１の厚さよりも薄くすることで、バッテリモジュール１を小型化、軽量化できる。
また、一対のサイド部３２は、左右方向及び上下方向に延設された橋渡し部３３により互いに連結されているので、サイド部３２やケース３全体の剛性が高められる。
また、橋渡し部３３の前後方向の幅Ｗ５は、サイド部３２の左右方向の幅Ｗ２よりも小さいので、作用する荷重に応じて各部の厚さを最適化し、ケース３の小型化、軽量化及びコスト削減が図れる。
また、ケース３は、一体的に構成された一体成型品なので、ケース３の組み立て工程が不要になるだけでなく、ケース３における応力の集中を緩和できる。
また、ケース３は、アルミニウム製であって、押出成形により形成されるので、ケース３の製造が容易になるだけでなく、ケース３の軽量化が図れる。
また、セル積層体２の外部接続用端子２３は、セル積層体２との相対的な移動が規制されるエンド部３１に固定されるので、セル２１の端子２１ａと外部接続用端子２３との間の距離変動も規制できる。
［第２実施形態］
つぎに、本発明の第２実施形態に係るバッテリモジュールについて、図５及び図６を参照して説明する。ただし、第１実施形態との相違点のみを説明し、第１実施形態と共通の構成については、第１実施形態と同じ符号を用いることにより、第１実施形態の説明を援用する。
図５に示すように、第２実施形態に係るバッテリモジュール１Ｂは、ケース３Ｂにおいて、一対のサイド部３２Ｂ同士を連結する橋渡し部が形成されない点が第１実施形態と相違している。なお、図５では、セル積層体２を省略した。
［第３実施形態］
図６に示すように、第３実施形態に係るバッテリモジュール１Ｃは、ケース３Ｃのサイド部３２Ｃが、隣接するセル２１の間を上下方向に延びる複数の突起部３２ａを備える点が第１実施形態と相違している。例えば、突起部３２ａは、図６に示すように、隣接するセル２１の角部形状に沿う形状を有し、セル２１と前後方向において係合している。このような第３実施形態のバッテリモジュール１Ｃによれば、サイド部３２Ｃに設けられる複数の突起部３２ａにより、セル２１の前後方向の振動を抑制できる。しかも、突起部３２ａは、押出成形において同時に形成できるので、製造工程を増やすことなく、セル２１の前後方向の振動を抑制できる。
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
１、１Ｂ、１Ｃ バッテリモジュール
２ セル積層体
２１ セル
２３ 外部接続用端子
３、３Ｂ、３Ｃ ケース
３１ エンド部
３２、３２Ｂ、３２Ｃ サイド部
３２ａ 突起部
３３ 橋渡し部

Claims (11)

  1. 前後方向に複数のセルを積層して構成され、前面、後面、左面、右面、上面、及び下面を有するセル積層体と、
    該セル積層体を収容するケースと、を備えるバッテリモジュールであって、
    前記ケースは、
    前記セル積層体の前記前面及び前記後面に当接する一対のエンド部と、
    前記セル積層体の前記左面及び前記右面に沿って延びる一対のサイド部と、を有し、
    前記エンド部の前後方向の幅は、前記サイド部の左右方向の幅よりも大きく、
    前記一対のサイド部には、隣接する前記セルの間を上下方向に延びる突起部が設けられている、バッテリモジュール。
  2. 請求項１に記載のバッテリモジュールであって、
    前記一対のサイド部は、左右方向及び上下方向に延設された橋渡し部により互いに連結されている、バッテリモジュール。
  3. 請求項２に記載のバッテリモジュールであって、
    前記橋渡し部の前後方向の幅は、前記サイド部の左右方向の幅よりも小さい、バッテリモジュール。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のバッテリモジュールであって、
    前記ケースは一体的に構成された一体成型品である、バッテリモジュール。
  5. 前後方向に複数のセルを積層して構成され、前面、後面、左面、右面、上面、及び下面を有するセル積層体と、
    該セル積層体を収容するケースと、を備えるバッテリモジュールであって、
    前記ケースは、
    前記セル積層体の前記前面及び前記後面に当接する一対のエンド部と、
    前記セル積層体の前記左面及び前記右面に沿って延びる一対のサイド部と、を有し、
    前記エンド部の前後方向の幅は、前記サイド部の左右方向の幅よりも大きく、
    前記ケースは一体的に構成された一体成型品であり、
    前記ケースはアルミニウム製であって、押出成形により形成された、バッテリモジュール。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のバッテリモジュールであって、
    前記セル積層体は、外部接続用端子を備え、
    該外部接続用端子は、前記エンド部に固定される、バッテリモジュール。
  7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のバッテリモジュールであって、
    前記セル積層体の前記前面及び前記後面は、絶縁部材を介して前記一対のエンド部に当接する、バッテリモジュール。
  8. 前後方向に複数のセルを積層して構成され、前面、後面、左面、右面、上面、及び下面を有するセル積層体と、
    該セル積層体を収容するケースと、を備え、
    前記ケースは、一体的に構成されたアルミニウム製の一体成型品であって
    前記セル積層体の前記前面及び前記後面に当接する一対のエンド部と、
    前記セル積層体の前記左面及び前記右面に沿って延びる一対のサイド部と、を有する、バッテリモジュールの製造方法であって、
    前記ケースを押出成形により形成し、
    前記押出成形において、前記エンド部の前後方向の幅は、前記サイド部の左右方向の幅よりも大きくなるように形成される、バッテリモジュールの製造方法。
  9. 請求項８に記載のバッテリモジュールの製造方法であって、
    前記一対のサイド部は、左右方向及び上下方向に延設された橋渡し部により互いに連結され、
    前記押出成形において、前記橋渡し部も形成される、バッテリモジュールの製造方法。
  10. 請求項９に記載のバッテリモジュールの製造方法であって、
    前記押出成形において、前記橋渡し部の前後方向の幅は、前記サイド部の左右方向の幅よりも小さくなるように形成される、バッテリモジュールの製造方法。
  11. 請求項８〜１０のいずれか１項に記載のバッテリモジュールの製造方法であって、
    前記一対のサイド部には、隣接する前記セルの間を上下方向に延びる突起部が設けられ、
    前記押出成形において、前記突起部も形成される、バッテリモジュールの製造方法。
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