JP5516006B2 - 組電池 - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池を備える組電池に関する。

従来より、走行用モータの駆動力によって走行する電気自動車として、走行用モータに電力を供給する組電池を備えたものが知られている。

このような組電池として、特許文献１には、複数の電池を列状に配列してフレーム（一対のエンドプレート）によって挟持しているものが開示されている。かかる構成では、複数の電池とフレームとで構成される電池モジュールは、両持ち構造でベースプレートに支持されている。

特開２００７−２３４３６９号公報

しかしながら、上記両持ち構造の電池モジュールは、車両の振動等によってその中央部が振動して、異音を発生するおそれがある。

そこで、本発明は、組電池において、両端部が支持される電池モジュールの中央部の撓み量を小さくすることを目的とする。

本発明の組電池は、複数の電池を列状に保持した電池モジュールを備え、前記電池モジュールは、列方向の両端部が支持され、前記電池モジュールの列方向の中央部の曲げ剛性が、この中央部以外の他の部位の曲げ剛性よりも高いことを特徴とする。

本発明によれば、両端部が支持される電池モジュールの列方向での中央部の曲げ剛性が、他の部位の曲げ剛性よりも高いので、電池モジュールの中央部の撓み量を小さくすることができる。

本発明の第１の実施形態にかかる組電池を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態にかかる電池モジュールを示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態にかかる電池モジュールを示す正面図である。 本発明の第１の実施形態にかかる電池モジュールを示す平面図である。 本発明の第１の実施形態にかかる電池モジュールを示す側面図である。 本発明の第１の実施形態にかかる電池モジュールを示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態にかかる電池と第１及び第２の支持部材とを示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態にかかる電池とスペーサとを示す分解斜視図である。 本発明の第２の実施形態にかかる組電池の通しボルトを示す側面図である。 本発明のフレームによる曲げ剛性および支持剛性の向上を説明する概略図であり、（ａ）は電池モジュールの平面図、（ｂ）は通しボルトの変形を示す概略図である。 本発明のフレームによる曲げ剛性および支持剛性の向上を説明する概略図であり、（ａ）は電池モジュールの平面図、（ｂ）は通しボルトと支持部材の変形を示す概略図である。 本発明のフレームによる曲げ剛性および支持剛性の向上を説明する概略図であり、（ａ）は電池モジュールの平面図、（ｂ）は通しボルトと支持部材の変形を示す概略図である。

本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態は、自動車の一例として電気自動車が適用されている。図中のＦＲは、車両前後方向前方を示し、ＵＰは、車両上下方向上方を示している。

本実施形態の組電池２は、電気自動車に搭載されて、電気自動車の走行用モータに電気を供給する。

図１に示すように、電気自動車（図示せず）に搭載された状態における組電池２は、上下方向に積重された複数の電池モジュール３と制御装置（図示しない）とを有して構成されている。

電池モジュール３は、本実施形態では３個であり、これら電池モジュール３同士は、図示しない接続部材によって例えば直列に接続されている。図２ないし図６に示すように、電池モジュール３は、複数の電池４と、これらの複数の電池４を列状に保持しているフレーム５とを有している。電池４は、図示しない接続部材によって直列接続されている。

電池４は、図７及び図８に示すように、矩形板状に形成されており、その四つの角部のそれぞれに挿通孔４ａが板厚方向に沿って貫通形成されている。電池４は、二次電池であって、例えばリチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドニウム二次電池等である。これらの複数の電池４は、列状に（即ち、電池４の板厚方向に）沿って積層されている。電池４間には、連結部材としての第１の連結部材７、連結部材としての第２の連結部材８、スペーサ９が介在している。

第１の連結部材７及び第２の連結部材８は、隣り合う電池４間に共に配設されている。即ち、複数の第１の連結部材７が、電池４の列方向に沿って相互に間隔をあけて配置されているとともに、複数の第２の連結部材８も電池４の列方向に沿って相互に間隔をあけて配置されている。

第１の連結部材７は、図７に示すように、隣り合う電池４に挟み込まれる板部７ａと、この板部７ａを貫通している一対の円筒部７ｂと、板部７ａから折り曲げ形成された一対の取付部７ｃと、この取付部７ｃに固定されたボルト部７ｄと、を有している。この第１の連結部材７は、電池４の前側の挿通孔４ａに円筒部７ｂの端部が嵌合されるとともに、隣り合う電池４に板部７ａが挟み込まれて電池４間に配設される。一方、第２の連結部材８は、隣り合う電池４に挟み込まれる板部８ａと、この板部８ａを貫通している一対の円筒部８ｂと、板部８ａから折り曲げ形成された取付部８ｃと、この取付部８ｃに固定されたボルト部８ｄと、を有している。この第２の連結部材８は、電池４の後側の挿通孔４ａに円筒部８ｂの端部が嵌合されるとともに、隣り合う電池４に板部８ａが挟み込まれて電池４間に配設される。このようにして隣り合う電池４間に配設された第１の連結部材７及び第２の連結部材８は、隣り合う電池４同士の位置決めを行うとともに、隣り合う電池４間に隙間を形成する。

スペーサ９は、第１の連結部材７と第２の連結部材８とが配設されていない電池４間に配設されている。スペーサ９は、円筒部９ａとこの円筒部９ａの周面に設けられたフランジ部９ｂとから構成されている。スペーサ９は、隣り合う電池４間に電池４の挿通孔４ａに対応させて４つ配設されている。スペーサ９は、電池４の挿通孔４ａに円筒部９ａの端部が嵌合されるとともに、隣り合う電池４にフランジ部９ｂが挟み込まれて電池４間に配設される。このように配設されるスペーサ９は隣り合う電池４同士の位置決めを行うとともに、隣り合う電池４間に隙間を形成する。また、電池４とエンドプレート１１との間には、別のスペーサ１０が介在している。

フレーム５は、図２ないし図６に示すように、積層状態の複数の電池４を挟み込む一対のエンドプレート１１と、電池４の列方向にエンドプレート１１及び複数の電池４に挿通された複数の通しボルト１２と、電池４の外側に位置し電池４の列方向に延在する第１の支持部材１３及び第２の支持部材１４と、を有している。

通しボルト１２は、電池４の挿通孔４ａに対応させて４本設けられている。前側の２本の通しボルト１２は、第１の連結部材７の円筒部７ｂ及びスペーサ９の円筒部９ａにも挿通されている一方、後側の２本の通しボルト１２は、第２の連結部材８の円筒部８ｂ及びスペーサ９の円筒部９ａにも挿通されている。そして、通しボルト１２はナット１５と螺合しており、これにより、通しボルト１２が複数の電池４を支持するとともに、一対のエンドプレート１１が複数の電池４を挟持する。この状態では、前側の２本の通しボルト１２と第１の連結部材７が連結されるとともに、後側の２本の通しボルト１２と第２の連結部材８とが連結されている。

第１の支持部材１３は、図３及び図４に示すように、帯板状に形成されて、電池４の前側に２個設けられている。第１の支持部材１３の両端部のそれぞれには、取付部１３ａが形成されている。また、第１の支持部材１３には、第１の連結部材７に対応させて複数の第１の挿通孔（図示せず）が形成されている。そして、これらの第１の挿通孔に第１の連結部材７のボルト部７ｄが挿通されて、ボルト部７ｄとナット１６とが螺合することで、第１の連結部材７が第１の支持部材１３に固定されている。つまり、第１の連結部材７は、第１の支持部材１３と前側の通しボルト１２とを連結している。なお、図３の中心線ＣＬは、電池モジュール３の列方向（長手方向）の中央位置を示す。

第２の支持部材１４は、図４及び図５に示すように、帯板状に形成されて、電池４の後側に設けられている。第２の支持部材１４の両端部のそれぞれには、取付部１４ａが折り曲げ形成されている。また、第２の支持部材１４には、第２の連結部材８に対応させて複数の第２の挿通孔（図示せず）が形成されている。そして、これらの第２の挿通孔に第２の連結部材８のボルト部８ｄが挿通されて、ボルト部８ｄとナット１７とが螺合することで、第２の連結部材８が第２の支持部材１４に固定されている。つまり、第２の連結部材８は、第２の支持部材１４と後側の通しボルト１２とを連結している。

エンドプレート１１には、図２及び図５に示すように、補強プレート１８が固定されており、この補強プレート１８には、複数の取付部１８ａが設けられている。

そして、複数の電池４とフレーム５とによって構成された電池モジュール３では、電池４の列方向で隣り合う連結部材同士（第１の連結部材７同士、第２の連結部材８同士）の間隔が、電池モジュール３の列方向で端から中央に向かうほど狭くなっている。別の言い方をすると、電池４の列方向で隣り合うボルト部同士（ボルト部７ｄ同士、ボルト部８ｄ同士）の間隔が、電池モジュール３の列方向で端から中央に向かうほど狭くなっている。これにより、電池モジュール３の列方向での中央部３ａの曲げ剛性および支持剛性は、電池モジュール３の中央部３ａ以外の他の部位（例えば、両端部３ｂ）の曲げ剛性および支持剛性よりも高くなっている。ここで、本実施形態では、電池モジュール３を電池４の列方向で略３等分して、その真中の領域が中央部３ａの領域となっている。

電池モジュール３は、電池４の列方向での両端部３ｂが支持される。具体的には、図１に示すように、第１の支持部材１３の取付部７ｃと第２の支持部材１４の取付部１４ａと補強プレート１８の取付部１８ａとが、組電池２の左右一対の本体フレーム１９にボルト・ナット等の締結手段２０によって固定されている。かかる構造では、第１の支持部材１３、第２の支持部材１４、通しボルト１２が両持ち支持されている。本体フレーム１９は、複数の部材によって構成されており、この本体フレーム１９が車体に固定される。このとき、上下で隣り合う電池モジュール３の間には空間が形成されているとともに、最下段の電池モジュール３の下方にも空間が形成されている。これらの空間を流れる空気によって、電池４を冷却できるようになっている。

以上説明したように、本実施形態では、電池モジュール３における電池４の列方向での中央部３ａの曲げ剛性が、電池モジュール３の中央部３ａ以外の他の部位（例えば、両端部３ｂ）の曲げ剛性よりも高い。特に、前記電池モジュール３は、前記複数の電池４を支持するフレーム５を有し、該フレーム５による電池モジュール３の支持剛性について、電池モジュール３の列方向における中央部の支持剛性を他の部位の支持剛性よりも高くしている。従って、電池モジュール３の曲げ剛性や支持剛性がどの部位でも一定の場合に比べて、電池モジュール３の中央部３ａの撓み量が少なくなるので、車両の振動等により電池モジュール３の中央部３ａが振動して異音が発生するということを抑制することができる。また、このように電池モジュール３の中央部３ａの撓み量が少なくなるので、電池モジュール３の下方に空冷用の空間が狭くなることを抑制することができ、電池４の冷却を効率に行うことができる。

また、本実施形態では、フレーム５は、電池４の列方向に沿って複数の電池４に挿通されて複数の電池４を支持する通しボルト１２と、電池４の外側に位置し電池４の列方向に延在する支持部材である第１及び第２の支持部材１３，１４と、電池４の列方向に沿って相互に間隔をあけて配置され、第１及び第２の支持部材１３，１４と通しボルト１２とを連結した複数の連結部材である第１及び第２の連結部材７，８と、を有する。したがって、支持部材が無い場合に比べて、フレーム５が高剛性となっている。そして、電池４の列方向で隣り合う連結部材同士（第１の連結部材７同士、第２の連結部材８同士）の間隔を、電池モジュール３の列方向で端から中央に向かうほど狭くしている。これにより、電池モジュール３の列方向での電池モジュール３の中央部３ａの曲げ剛性を、電池モジュール３の中央部３ａ以外の他の部位（例えば、両端部３ｂ）の曲げ剛性よりも高くしているので、第１及び第２の支持部材１３，１４を、フレーム５の高剛性化と電池モジュール３の中央部３ａの高剛性化との両方に寄与させることができる。

次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同じ部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。

本実施形態は、図９に示すように、通しボルト１２Ａの軸部１２ａが、電池４の列方向でその端からその中央に向かって径が太くなる点が第１の実施形態と異なる。なお、図面では通しボルト１２Ａの太さを誇張して示してある。このように、通しボルト１２Ａの軸部１２ａの径が、電池４の列方向でその端部からその中央に向かって太くなっていることにより、電池モジュール３の電池４の列方向での中央部３ａの曲げ剛性が、電池モジュール３の中央部３ａ以外の他の部位（例えば、列方向の両端部）の曲げ剛性よりも高くなっている。本実施形態では、第１の実施形態で説明した第１の連結部材７及び第２の連結部材８は設けられていない。また、その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

以上説明したように、本実施形態では、通しボルト１２の軸部１２ａの径を、電池４の列方向でその端からその中央に向かって太くするという比較的簡素な構成で、電池モジュール３の電池４の列方向での中央部３ａの曲げ剛性を、電池モジュール３の中央部３ａ以外の他の部位（例えば、列方向の両端部）の曲げ剛性よりも高くしている。したがって、電池モジュール３の電池４の列方向での中央部３ａの曲げ剛性を高くするにあたって、組電池２の構成が複雑化するのを抑制することができる。

以下に、本発明のフレームによる電池モジュールの曲げ剛性および支持剛性の向上について説明する。

図１０、１１は比較例に係る説明図である。

図１０（ａ）に示すように、電池モジュール１０３の長手方向両端には、一対のエンドプレート１１１，１１１が離間されて配置されており、これらのエンドプレート１１１，１１１の間に複数の電池１０４が厚さ方向に列状に配置されている。そして、複数の電池１０４は、電池１０４を貫通する通しボルト１１２，１１２によって支持されており、エンドプレート１１１，１１１同士は一対の支持部材１１３，１１３によって連結されている。ただし、支持部材１１３は、電池１０４を支持しておらず、ボルト１２０を介してエンドプレート１１１に固定されている。

従って、図１０（ｂ）の一点鎖線に示すように、通しボルト１１２は長手方向の両端が支持されて中央部が下方に湾曲する。

また、図１１（ａ）に示すように、支持部材１１３の長手方向中央部をボルト１２０を介して電池１０４に固定した電池モジュール２０３においては、図１１（ｂ）の一点鎖線に示すように、通しボルト１１２と支持部材１１３との双方が長手方向中央部が下方に湾曲する。しかし、図１０（ｂ）に比較して、下方への変形量が約１／２になる。これは、通しボルト１１２と支持部材１１３とで電池１０４の荷重を分担するためである。

さらに、本発明に係る電池モジュール３０３は、図１２（ａ）に示すように、支持部材１１３の長手方向中央部に３箇所のボルト締結部を設けている。この場合、図１２（ｂ）に示すように、通しボルト１１２の変形量は図１１（ｂ）と同等であるが、支持部材１１３の変形量が図１１（ｂ）と比較すると、中央部の変形量が小さくなる。即ち、図１２（ｂ）において、一点鎖線は図１１（ｂ）の変形量を示し、破線は図１２（ａ）のように支持部材１１３の中央部に３箇所のボルト締結部を設けた場合の変形量を示す。破線で示すように、支持部材１１３の長手方向中央部は、ほぼ水平状になっており、ほとんど変形しない。従って、本発明によれば、電池モジュール３０３の支持剛性を向上させることができることが判る。

なお、本発明は、上記の実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。例えば、組電池２は、電気自動車に限らず、モータとエンジンとを備えるハイブリッド車などの他の車両に搭載してもよい。また、第１の実施形態に、第２の実施形態の通しボルト１２Ａを適用しても良い。

２…組電池
３…電池モジュール
３ａ…中央部
３ｂ…両端部（他の部位）
４…電池
５…フレーム
７…第１の連結部材（連結部材）
８…第２の連結部材（連結部材）
１２，１２Ａ…通しボルト
１２ａ…軸部
１３…第１の支持部材（支持部材）
１４…第２の支持部材（支持部材）

Claims (2)

1. 複数の電池を列状に配置して組み付けることによって電池モジュールを構成し、該電池モジュールの列方向の両端部を支持した状態で配設される組電池であって、
   前記電池モジュールについて、列方向における中央部の曲げ剛性を他の部位の曲げ剛性よりも高くし、
   前記電池モジュールは、前記複数の電池を支持するフレームを有し、該フレームによる電池モジュールの支持剛性について、電池モジュールの列方向における中央部の支持剛性を他の部位の支持剛性よりも高くし、
   前記フレームは、
   前記複数の電池に列方向に沿って挿通されて、前記複数の電池を支持する通しボルトと、
   前記電池の外側に位置し、前記電池の列方向に延在する支持部材と、
   前記電池の列方向に沿って相互に間隔をあけて配置され、前記支持部材と前記通しボルトとを連結した複数の連結部材と、を有し、
   前記電池の列方向で隣り合う前記連結部材同士の間隔が、前記電池モジュールの列方向で端部から中央部に向かうほど狭くなることを特徴とする組電池。
2. 複数の電池を列状に配置して組み付けることによって電池モジュールを構成し、該電池モジュールの列方向の両端部を支持した状態で配設される組電池であって、
   前記電池モジュールについて、列方向における中央部の曲げ剛性を他の部位の曲げ剛性よりも高くし、
   前記電池モジュールは、前記複数の電池を支持するフレームを有し、該フレームによる電池モジュールの支持剛性について、電池モジュールの列方向における中央部の支持剛性を他の部位の支持剛性よりも高くし、
   前記フレームは、前記複数の電池に列方向に沿って挿通されて前記複数の電池を支持する通しボルトを有し、
   前記通しボルトの軸部は、前記電池モジュールの列方向でその端から中央に向かって径が太くなることを特徴とする組電池。

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