JP7079232B2 - バッテリユニット - Google Patents

Description

本発明は、バッテリユニットに関する。

バッテリモジュールを重ね合わせた構造を有する車両用バッテリユニットが知られている（例えば特許文献１）。

特許文献１には、複数のバッテリセルを水平方向に積層した第１バッテリモジュールおよび第２バッテリモジュールを備えたバッテリユニットが記載されている。第１バッテリモジュールは、複数のバッテリセルの積層方向中間部に配置される第１支柱プレートと、複数のバッテリセルの積層方向両端部にそれぞれ配置される第１エンドプレートとを備えている。第２バッテリモジュールは、複数のバッテリセルの積層方向中間部に配置される第２支柱プレートと、複数のバッテリセルの積層方向両端部にそれぞれ配置される第２エンドプレートとを備えている。第２支柱プレートは、第１支柱プレートの上部に載置され、ボルトにより連結されている。第２エンドプレートは、第１エンドプレートの上部に載置され、ボルトにより連結されている。

国際公開第２０１２／０６６８７５号

ところで、従来技術は、複数のバッテリモジュールを連結するために、支柱プレートを必要としている。この場合、バッテリモジュールは、支柱プレートにより、バッテリセルの積層方向に大型化する。したがって、バッテリモジュールの小型化という点で改善の余地がある。

本発明は、バッテリモジュールを小型化できるバッテリユニットを提供する。

上記の課題を解決するために、本発明に係るバッテリユニットは、以下の構成を採用した。
（１）本発明に係るバッテリユニット（例えば、実施形態でのバッテリユニット１）は、第１方向に積層される複数のバッテリセル（例えば、実施形態でのバッテリセル２５）を有する複数のバッテリモジュール（例えば、実施形態でのバッテリモジュール２０）を備え、前記バッテリモジュールは、前記第１方向両端に配置される一対のエンドプレート（例えば、実施形態でのエンドプレート２８）と、前記複数のバッテリセルを挟んで前記第１方向に直交する第２方向両側に配置され、前記一対のエンドプレートを連結する一対のバインドバー（例えば、実施形態でのバインドバー２９）と、前記バインドバーの前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向に配置され、前記バインドバーに沿って前記第１方向に延びる第１プレート（例えば、実施形態での取付けプレート２２）と、を有し、前記複数のバッテリモジュールは、それぞれの前記バインドバーが前記第１プレート（例えば、実施形態での取付けプレート２２）を介して連結された状態で、前記第３方向に重ねて配置され、前記複数のバッテリモジュールのうち、前記第３方向で隣り合う前記バッテリモジュールにおける前記バインドバー同士は、ボルト（例えば、実施形態でのボルト５０）により締結固定され、前記第１プレートは、前記ボルトが挿通される第１挿通孔（例えば、実施形態での第１挿通孔４２）と、前記第１挿通孔に対応した位置に設けられ、前記ボルトが締結されるカラー（例えば、実施形態でのカラー３３）と、を有し、前記バッテリモジュールは、前記複数のバッテリセルを挟んで前記第１プレートと対向して配置され、前記ボルトが挿通される第２挿通孔（ 実施形態での第２挿通孔４３）を有する第２プレート（例えば、実施形態でのロアプレート２４）を有し、前記カラーは、前記第１プレートに対して着脱自在である。

（２）上記（１）に記載のバッテリユニットでは、前記複数のバッテリモジュールのうち、前記第３方向で隣り合う前記バッテリモジュールにおけるそれぞれの前記エンドプレート同士は、連結されていてもよい。

上記（１）によれば、複数のバッテリモジュールは、それぞれのバインドバーが連結された状態で重ねて配置されている。したがって、本発明は、複数のバッテリセルの間に支柱プレートが配置される従来技術と比較して、バッテリモジュールを第１方向に小型化できる。
また、本発明は、複数のバッテリモジュールの連結に支柱プレートを用いる必要がないため、従来技術と比較してバッテリモジュールを軽量化できる。
一対のバインドバーは、一対のエンドプレートを連結するため、一対のエンドプレートと、一対のバインドバーとで複数のバッテリセルを囲う枠体を形成できる。これにより、例えば複数のバッテリモジュールが鉛直上下方向に重ねて配置される場合において、下部の一対のエンドプレートと一対のバインドバーとは、枠体として上部のバッテリモジュールを支持することができる。したがって、バッテリモジュールを小型化および軽量化しつつ、バッテリモジュールの剛性および強度を確保できる。
複数のバッテリモジュールのそれぞれのバインドバーは、第１プレートを介して連結されている。これにより、複数のバッテリモジュールは、一のバッテリモジュールの第１プレートに対して、他のバッテリモジュールを固定することで容易に連結される。よって、複数のバッテリモジュール同士の組付性を向上できる。

上記（２）の場合、複数のバッテリモジュールは、ボルトにより締結固定される。これにより、複数のバッテリモジュールを確実に連結できる。

上記（３）の場合、第１プレートは、ボルトが締結されるカラーを有している。カラーは、第１プレートに対して着脱自在である。
これにより、一のバッテリモジュールの第１プレートにカラーを取り付けた後、ボルトを用いて、一のバッテリモジュールに他のバッテリモジュールを容易に締結固定できる。したがって、複数のバッテリモジュール同士を容易に連結できる。
バッテリモジュールは、複数のバッテリセルを挟んで第１プレートと対向して配置される第２プレートを有している。
これにより、バッテリモジュールは、第２プレートに支持される。したがって、それぞれのバッテリモジュールを組み立てた後に、複数のバッテリモジュール同士を容易に連結できる。したがって、複数のバッテリモジュールの組付け性を向上できる。

上記（４）の場合、複数のバッテリモジュールにおけるそれぞれのエンドプレートは、連結されている。これにより、複数のバインドバーと複数のエンドプレートとは、全体として複数のバッテリモジュールを囲う、強固な枠体を形成できる。したがって、バッテリモジュールの剛性および強度をより確実に確保できる。

実施形態に係るバッテリユニットを搭載する車両の側面図である。 実施形態に係るバッテリユニットの斜視図。 実施形態に係るバッテリパックの斜視図。 実施形態に係るバッテリモジュールの分解斜視図。 図４のＶ－Ｖ線に沿う断面図。

以下、本発明に係るバッテリユニット１の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、実施形態に係るバッテリユニット１を搭載する車両２の側面図である。図１は、車両２の一部の構成を模式的に示す図であって、左右方向の左側から見た図である。
図１に示すように、本実施形態のバッテリユニット１は、例えば車両２に搭載されている。車両２は、例えば、電気自動車やハイブリッド車両等の電動車両である。
以下の説明において、前後上下左右方向は、特に記載がなければ車両２における前後上下左右方向と一致する。また、左右方向は、請求項における第１方向に相当する。前後方向は、請求項における第２方向に相当する。上下方向は、請求項における第３方向に相当する。

車両２は、乗員席の後方に配置されるバッテリユニット１と、バッテリユニット１の上部に配置されるジャンクションボックス３と、を備えている。
ジャンクションボックス３は、いわゆる高電圧の供給、遮断および分配を集中的に行うためのリレーやヒューズ等を有している。

（バッテリユニット）
図２は、実施形態に係るバッテリユニット１の斜視図である。
図２に示すように、バッテリユニット１は、４個のバッテリパック１０を備えている。
（バッテリパック）
図３は、実施形態に係るバッテリパック１０の斜視図である。
図３に示すように、４個のバッテリパック１０は、全て同一形状に形成されている。したがって、以下の説明では一のバッテリパック１０について説明する。バッテリパック１０は、ケース１１と、ケース１１内に収容された４個のバッテリモジュール２０と、を備えている。

（ケース）
ケース１１は、上下方向に面する底壁１２と、底壁１２から上方に向かって起立する側壁１３と、を有している。ケース１１は、例えばプレスやダイキャスト等により成形されている。
底壁１２は、上下方向から見て左右対称に形成されている。底壁１２は、左右方向に延びる前方底壁１２ａと、前方底壁１２ａの後方に配置され、左右方向に延びる後方底壁１２ｂとを有している。前方底壁１２ａと後方底壁１２ｂとは、接続されている。前方底壁１２ａの左右方向の長さは、後方底壁１２ｂの左右方向の長さよりも長い。
側壁１３は、底壁１２の縁部から立設している。側壁１３は、底壁１２の縁部の全周にわたって設けられている。ケース１１は、全体としてバスタブ状に形成されている。ケース１１における側壁１３の内側は、バッテリモジュール２０の収容部１１ａとなっている。

（バッテリモジュール）
４個のバッテリモジュール２０は、左右方向に延びる直方体状に形成されている。４個のバッテリモジュール２０は、ケース１１の収容部１１ａ内に配置されている。４個のバッテリモジュール２０は、２個の第１バッテリモジュール２０ａと、２個の第２バッテリモジュール２０ｂとから構成されている。第１バッテリモジュール２０ａは、第２バッテリモジュール２０ｂよりも、後述するバッテリセル２５の積層枚数が多い。このため、第１バッテリモジュール２０ａの左右方向の長さは、第２バッテリモジュール２０ｂの左右方向の長さよりも長くなっている。
第２バッテリモジュール２０ｂの構成は、バッテリセル２５の積層枚数以外、第１バッテリモジュール２０ａの構成と同様である。したがって、以下の説明では、第１バッテリモジュール２０ａについて説明する。以下、第１バッテリモジュール２０ａは、単にバッテリモジュール２０と記載される。

図４は、実施形態に係るバッテリモジュール２０の分解斜視図である。
図４に示すように、バッテリモジュール２０は、バッテリモジュール本体２１と、取付けプレート２２（請求項の第１プレートに相当）と、ロアプレート２４（請求項の第２プレートに相当）と、を有している。
バッテリモジュール本体２１は、バッテリセル２５と、セパレータ２６と、エンドセパレータ２７と、エンドプレート２８と、バインドバー２９と、インシュレータ３０と、バスバープレート３１と、トップカバー３２と、を有している。

図５は、図４のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。図５は、複数のバッテリモジュール２０が上下方向に重ねて連結された状態を模式的に示している。図５において、ケース１１の図示を省略している。

バッテリセル２５は、矩形板状に形成されている。複数のバッテリセル２５は、左右方向に面した状態で積層されている。複数のバッテリセル２５は、互いに対向している。
セパレータ２６は、例えば樹脂材料等の絶縁部材により形成された矩形板状の部材である。セパレータ２６は、バッテリセル２５の間に配置されている。
エンドセパレータ２７は、例えば樹脂材料等の絶縁部材により形成された矩形板状の部材である。エンドセパレータ２７は、左右方向両端の２個のバッテリセル２５の左右方向外側に一対配置されている。
エンドプレート２８は、例えばアルミニウム等の金属材料により形成された矩形板状の部材である。エンドプレート２８は、左右方向両端の２個のエンドセパレータ２７の左右方向外側に一対配置されている。

バインドバー２９は、矩形板状の部材である。バインドバー２９は、下端に張り出し部２９ａを有している。張り出し部２９ａは、バッテリモジュール２０の内側に向かって前後方向に張り出している。バインドバー２９は、左右方向から見て断面Ｌ字状に形成されている。バインドバー２９は、積層されたバッテリセル２５、セパレータ２６、エンドセパレータ２７を挟んで前後方向両側に一対配置されている。
バインドバー２９は、一対のエンドプレート２８を例えばボルト（不図示）により連結する。これにより、バインドバー２９は、バッテリセル２５、セパレータ２６、エンドセパレータ２７およびエンドプレート２８を固定する。バインドバー２９は、上下方向に貫通する第３挿通孔４４を複数有している。複数の第３挿通孔４４は、左右方向に等間隔に設けられている。第３挿通孔４４には、上下方向に重ねて配置される２個のバッテリモジュール２０同士を連結するためのボルト５０が挿通される（図５参照）。

インシュレータ３０は、例えば樹脂材料等の絶縁部材により形成された矩形板状の部材である。インシュレータ３０は、下端に張り出し部３０ａを有している。張り出し部３０ａは、バッテリモジュール２０の内側に向かって前後方向に張り出している。インシュレータ３０は、左右方向から見て断面Ｌ字状に形成されている。インシュレータ３０は、バッテリセル２５とバインドバー２９との間に配置されている。インシュレータ３０の張り出し部３０ａは、バインドバー２９の張り出し部２９ａ上に配置される。張り出し部３０ａ上には、バッテリセル２５が配置される。

バスバープレート３１は、矩形板状の部材である。バスバープレート３１は、積層された複数のバッテリセル２５の上方に装着されている。バスバープレート３１は、複数のバッテリセル２５の電極を電気的に接続する。
トップカバー３２は、矩形板状の部材である。トップカバー３２は、バスバープレート３１を上方から覆っている。

取付けプレート２２は、矩形板状の部材である。取付けプレート２２は、バッテリモジュール本体２１の上方に配置されている。取付けプレート２２は、左右方向に延びている。取付けプレート２２は、一対のバインドバー２９に沿って、前後方向に一対配置されている。取付けプレート２２は、上下方向に面している。取付けプレート２２は、バインドバー２９にボルト締結されている。取付けプレート２２は、上下方向に貫通する第１挿通孔４２を複数有している。
複数の第１挿通孔４２は、左右方向に等間隔に設けられている。第１挿通孔４２は、バインドバー２９の第３挿通孔４４に対応した位置に設けられている。第１挿通孔４２には、上下方向に重ねて配置される２個のバッテリモジュール２０同士を連結するためのボルト５０が挿通される（図５参照）。取付けプレート２２は、第１挿通孔４２に対応した位置に設けられたカラー３３を有している。

図５に示すように、カラー３３は、上下方向に延びる筒部３４と、筒部３４の下端から左右方向両側に延びる一対の連結部３５と、を有している。筒部３４の内周面には、雌ネジ部（不図示）が形成されている。雌ネジ部には、上下方向に重ねて配置される２個のバッテリモジュール２０を連結するためのボルト５０が締結される。一対の連結部３５は、取付けプレート２２にそれぞれボルト締結されている。カラー３３は、連結部３５によって、取付けプレート２２に対して着脱自在となっている。

図４に示すように、ロアプレート２４は、矩形板状の部材である。ロアプレート２４は、上下方向にバッテリモジュール本体２１を挟んで、取付けプレート２２と対向して配置されている。具体的には、ロアプレート２４は、バッテリモジュール本体２１の下方に装着されている。ロアプレート２４は、一枚の板状の部材である。ロアプレート２４は、ケース１１の底壁１２の上面に配置されている。ロアプレート２４は、上下方向に貫通する複数の第２挿通孔４３を有している。

第２挿通孔４３は、ロアプレート２４の前後方向両側に、前後方向に沿って一対ずつ設けられている。一対の第２挿通孔４３は、左右方向に間隔を空けて設けられている。第２挿通孔４３は、バインドバー２９の第３挿通孔４４に対応した位置に設けられている。第２挿通孔４３には、上下方向に重ねて配置される２個のバッテリモジュール２０を締結するためのボルト５０が挿通される（図５参照）。

図５に示すように、ロアプレート２４には、窪み部３９が形成されている。窪み部３９は、第２挿通孔４３に対応した位置に設けられている。窪み部３９は、上方に凹んでいる。

図５に示すように、バッテリモジュール２０が組み立てられた状態において、カラー３３と、取付けプレート２２の第１挿通孔４２と、バインドバー２９の第３挿通孔４４と、ロアプレート２４の第２挿通孔４３と、は同軸上に配置されている。一のバッテリモジュール２０内において、同軸上に配置される第１挿通孔４２と、第３挿通孔４４と、第２挿通孔４３とは、連結孔４０を構成している。

第１バッテリモジュール２０ａおよび第２バッテリモジュール２０ｂは、長手方向を左右方向に沿わせた状態で、収容部１１ａに前後方向に並んで収容されている。具体的には、前方から後方に向かって、２個の第１バッテリモジュール２０ａ、２個の第２バッテリモジュール２０ｂの順に配置されている。

（バッテリモジュールの組付け工程）
続いて、複数のバッテリモジュール２０を上下方向に組付ける工程について説明する。
図５に示すように、一のバッテリモジュール２０（下部バッテリモジュール２０ｄとする。）の上に他のバッテリモジュール２０（上部バッテリモジュール２０ｃとする。）を重ねて配置する。このとき、下部バッテリモジュール２０ｄの連結孔４０（下部連結孔４０ｂとする。）と、上部バッテリモジュール２０ｃの連結孔４０（上部連結孔４０ａとする。）とは、同軸上に配置されている。
下部バッテリモジュール２０ｄのカラー３３は、上部バッテリモジュール２０ｃのロアプレート２４の窪み部３９内に配置されている。下部バッテリモジュール２０ｄのカラー３３は、上部バッテリモジュール２０ｃのロアプレート２４の窪み部３９に当接している。

ボルト５０を、上部連結孔４０ａに挿入する。ボルト５０の先端は、下部バッテリモジュール２０ｄのカラー３３に締結される。これにより、上部バッテリモジュール２０ｃのバインドバー２９は、ボルト５０により、下部バッテリモジュール２０ｄのバインドバー２９に締結固定される。よって、上部バッテリモジュール２０ｃのバインドバー２９と、下部バッテリモジュール２０ｄのバインドバー２９とは、連結される。
さらに、上部バッテリモジュール２０ｃのエンドプレート２８と、下部バッテリモジュール２０ｄのエンドプレート２８とは、例えばボルト（不図示）により締結固定される。よって、上部バッテリモジュール２０ｃのエンドプレート２８と、下部バッテリモジュール２０ｄのエンドプレート２８とは、連結される。
上部バッテリモジュール２０ｃと下部バッテリモジュール２０ｄとは、バインドバー２９同士の連結と、エンドプレート２８同士の連結とにより連結される。
上記取付け工程により、上下方向に重ねて配置された複数のバッテリモジュール２０は、連結される。

上述の本実施形態によれば、以下の作用及び効果が得られる。
複数のバッテリモジュール２０は、それぞれのバインドバー２９が連結された状態で重ねて配置されている。したがって、本発明は、複数のバッテリセルの間に支柱プレートが配置される従来技術と比較して、バッテリモジュール２０を左右方向に小型化できる。
また、本発明は、複数のバッテリモジュールの連結に支柱プレートを用いる必要がないため、従来技術と比較してバッテリモジュール２０を軽量化できる。
一対のバインドバー２９は、一対のエンドプレート２８を連結するため、一対のエンドプレート２８と、一対のバインドバー２９とで複数のバッテリセル２５を囲う枠体を形成できる。これにより、下部の一対のエンドプレート２８と一対のバインドバー２９とは、枠体として上部バッテリモジュール２０ｃを支持することができる。したがって、バッテリモジュール２０を小型化および軽量化しつつ、バッテリモジュール２０の剛性および強度を確保できる。
複数のバッテリモジュール２０のそれぞれのバインドバー２９は、取付けプレート２２を介して連結されている。これにより、複数のバッテリモジュール２０は、一のバッテリモジュール２０の取付けプレート２２に対して、他のバッテリモジュール２０を固定することで、容易に連結される。よって、複数のバッテリモジュール２０同士の組付性を向上できる。

複数のバッテリモジュール２０は、ボルト５０により締結固定される。これにより、複数のバッテリモジュール２０を確実に連結できる。

取付けプレート２２は、ボルト５０が締結されるカラー３３を有している。カラー３３は、取付けプレート２２に対して着脱自在である。
これにより、下部バッテリモジュール２０ｄの取付けプレート２２にカラー３３を取り付けた後、ボルト５０を用いて、下部バッテリモジュール２０ｄに上部バッテリモジュール２０ｃを容易に締結固定できる。したがって、複数のバッテリモジュール２０同士を容易に連結できる。
バッテリモジュール２０は、複数のバッテリセル２５を挟んで取付けプレート２２と対向して配置されるロアプレート２４を有している。
これにより、バッテリモジュール２０は、ロアプレート２４に支持される。したがって、それぞれのバッテリモジュール２０を組み立てた後に、複数のバッテリモジュール２０同士を容易に連結できる。したがって、複数のバッテリモジュール２０の組付け性を向上できる。

上下方向に重ねて配置された複数のバッテリモジュール２０におけるそれぞれのエンドプレート２８は、連結されている。これにより、複数のバインドバー２９と複数のエンドプレート２８とは、全体として複数のバッテリモジュール２０を囲う、強固な枠体を形成できる。したがって、バッテリモジュール２０の剛性および強度をより確実に確保できる。

ロアプレート２４には、窪み部３９が形成されている。窪み部３９は、第２挿通孔４３に対応した位置に設けられている。窪み部３９は、上方に凹んでいる。
これにより、下部バッテリモジュール２０ｄのカラー３３は、上部バッテリモジュール２０ｃのロアプレート２４の窪み部３９内に配置される。これにより、複数のバッテリモジュール２０を組付ける際に、互いの位置が左右方向および前後方向にずれることを抑制できる。したがって、バッテリモジュール２０の組付け性が向上する。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

本実施形態において、バッテリユニット１は、４個のバッテリパック１０を備えているとしたが、バッテリパック１０の個数は適宜選択可能である。バッテリパック１０は、４個のバッテリモジュール２０を備えているとしたが、バッテリモジュール２０の個数は適宜選択可能である。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１ バッテリユニット
２０ バッテリモジュール
２２ 取付けプレート（第１プレート）
２４ ロアプレート（第２プレート）
２５ バッテリセル
２８ エンドプレート
２９ バインドバー
３３ カラー
４２ 第１挿通孔
４３ 第２挿通孔
５０ ボルト

Claims (2)

1. 第１方向に積層される複数のバッテリセルを有する複数のバッテリモジュールを備え、
   前記バッテリモジュールは、
   前記第１方向両端に配置される一対のエンドプレートと、
   前記複数のバッテリセルを挟んで前記第１方向に直交する第２方向両側に配置され、
   前記一対のエンドプレートを連結する一対のバインドバーと、
   前記バインドバーの前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向に配置され、前記バインドバーに沿って前記第１方向に延びる第１プレートと、
   を有し、
   前記複数のバッテリモジュールは、それぞれの前記バインドバーが前記第１プレートを介して連結された状態で、前記第３方向に重ねて配置され、
   前記複数のバッテリモジュールのうち、前記第３方向で隣り合う前記バッテリモジュールにおける前記バインドバー同士は、ボルトにより締結固定され、
   前記第１プレートは、
   前記ボルトが挿通される第１挿通孔と、
   前記第１挿通孔に対応した位置に設けられ、前記ボルトが締結されるカラーと、を有し、
   前記バッテリモジュールは、
   前記複数のバッテリセルを挟んで前記第１プレートと対向して配置され、前記ボルトが挿通される第２挿通孔を有する第２プレートを有し、
   前記カラーは、前記第１プレートに対して着脱自在であることを特徴とするバッテリユニット。
2. 前記複数のバッテリモジュールのうち、前記第３方向で隣り合う前記バッテリモジュールにおけるそれぞれの前記エンドプレート同士は、連結されていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリユニット。

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