JP5930186B2

JP5930186B2 - バッテリモジュール

Info

Publication number: JP5930186B2
Application number: JP2012107761A
Authority: JP
Inventors: 政夫川田; 雄太山本
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2032-05-09
Also published as: JP2013235728A

Description

本発明は、積層される複数のバッテリセルと、前記バッテリセル間に挟持されて突き合わせ部で相互に突き合わされる絶縁性材料よりなる複数のホルダと、前記バッテリセルおよび前記ホルダの積層方向両端に重ね合わされる一対のエンドプレートと、前記ホルダの突き合わせ部に形成した貫通孔を貫通して前記エンドプレートに締結される導電性の拘束シャフトとを備えるバッテリモジュールに関する。

複数の電池と非導電性材料で構成した複数の電池ホルダとを交互に積層して積層方向両端に一対のエンドプレートを重ね合わせ、電池ホルダに形成した貫通孔を貫通する導電性の拘束ボルトの両端を一対のエンドプレートに締結することで、電池、電池ホルダおよびエンドプレートを一体化して組電池を構成するものが、下記特許文献１により公知である。

特開２００２−０４２７５３号公報

ところで、かかるバッテリモジュールを構成するバッテリセルは充放電を行うと発熱して温度上昇し、充放電を停止すると温度低下するため、温度低下したときに空気中の水分がバッテリセルの表面に凝縮して結露水が発生する場合がある。また、バッテリセルを低温環境下で放置した場合にも結露水が発生する場合がある。この結露水がバッテリセルの表面からバッテリモジュールの金属部分に流れると、バッテリセルの端子がバッテリモジュールの金属部分を介して車体フレーム等に短絡する現象（液絡）が発生する場合がある。

上記従来のものは、導電性の拘束ボルトが非導電性の電池ホルダの貫通孔の内部を貫通しているが、バッテリセルに発生した結露水が隣接する電池ホルダの突き合わせ面間の隙間に浸入すると、バッテリセルの端子が拘束ボルトおよびエンドプレートを介して車体フレームに液絡する可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、バッテリモジュールの拘束シャフトを介して液絡が発生するのを未然に防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、積層される複数のバッテリセルと、前記バッテリセル間に挟持されて突き合わせ部で相互に突き合わされる絶縁性材料よりなる複数のホルダと、前記バッテリセルおよび前記ホルダの積層方向両端に重ね合わされる一対のエンドプレートと、前記ホルダの突き合わせ部に形成した貫通孔を貫通して該エンドプレートに締結される導電性の拘束シャフトとを備えるバッテリモジュールにおいて、前記拘束シャフトを防水する防水構造部は、一方の前記ホルダの前記突き合わせ部の突き合わせ面から突出して前記拘束シャフトの外周面を覆う覆い部を備え、前記覆い部は他方の前記ホルダの前記突き合わせ部の突き合わせ面に開口する前記貫通孔の内部に嵌合し、前記覆い部は先端側に向かって先細りにテーパーすることを特徴とするバッテリモジュールが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記覆い部は絶縁性材料よりなる弾性体で構成されており、前記覆い部の基端部の直径は該基端部が嵌合する前記貫通孔の直径よりも大きく、前記基端部が径方向外側に膨出して生じる膨出部が相互に対向する二つの前記突き合わせ面間に挟まれることを特徴とするバッテリモジュールが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記膨出部の径方向外端は前記突き合わせ面の外縁から外側に突出することを特徴とするバッテリモジュールが提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記覆い部は前記ホルダの積層方向一方の面に設けられており、前記拘束シャフトは頭部および軸部を有するボルトからなり、前記軸部は前記ホルダの積層方向他方の面から挿入されることを特徴とするバッテリモジュールが提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、前記突き合わせ面の積層方向位置は該突き合わせ面に対向する前記バッテリセルの側面に臨むことを特徴とするバッテリモジュールが提案される。

尚、実施の形態の第１貫通孔１２ｅおよび第２貫通孔１２ｆは本発明の貫通孔に対応し、実施の形態のボルト１４は本発明の拘束シャフトに対応する。

請求項１の構成によれば、複数のバッテリセルおよび絶縁性材料よりなる複数のホルダを交互に積層したものの両端に一対のエンドプレートを重ね合わせ、エンドプレートおよびホルダの突き合わせ部に形成した貫通孔を貫通する導電性の拘束シャフトをエンドプレートに締結することで、バッテリモジュールが組み立てられる。拘束シャフトを防水する防水構造部は、一方のホルダの突き合わせ部の突き合わせ面から突出して拘束シャフトの外周面を覆う覆い部を備え、覆い部は他方のホルダの突き合わせ部の突き合わせ面に開口する貫通孔の内部に嵌合し、覆い部は先端側に向かって先細りにテーパーするので、覆い部および貫通孔でラビリンスを構成して結露水が流入し難くすることで、拘束シャフトの防水性を確保することができるだけでなく、覆い部が貫通孔に容易に嵌合可能になってバッテリモジュールの組立性が向上する。

また請求項２の構成によれば、覆い部は絶縁性材料よりなる弾性体で構成されており、覆い部の基端部の直径は該基端部が嵌合する貫通孔の直径よりも大きいため、貫通孔に覆い部が嵌合したときに、覆い部の基端部が径方向外側に膨出して膨出部が形成され、膨出部が相互に対向する二つの突き合わせ面間に挟まれてシール効果を発揮することで、拘束シャフトの防水性が更に高められる。

また請求項３の構成によれば、覆い部の膨出部の径方向外端は突き合わせ面の外縁から外側に突出するので、膨出部によるシール効果を更に高めることができる。

また請求項４の構成によれば、突き合わせ部の覆い部はホルダの積層方向一方の面に設けられており、頭部および軸部を有するボルトよりなる拘束シャフトの軸部はホルダの積層方向他方の面から挿入されるので、ボルトの軸部の先端が先細りにテーパーした覆い部の先端に当たって傷つけるのを防止することができる。

また請求項５の構成によれば、ホルダの突き合わせ部の突き合わせ面の積層方向位置は、突き合わせ面に対向するバッテリセルの側面に臨むので、結露水が大量に発生し易いバッテリセルの主面から突き合わせ面をできるだけ遠ざけることで、拘束シャフトの防水性を更に高めることができる。

バッテリモジュールの斜視図。（第１の実施の形態）バッテリモジュールの分解斜視図。（第１の実施の形態）図２の３部拡大図。（第１の実施の形態）図１の４−４線断面図。（第１の実施の形態）ホルダの突き合わせ部の拡大図。（第２の実施の形態）図３に対応する図。（第３の実施の形態）

第１の実施の形態

以下、図１〜図４に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。

図１および図２に示すように、電気自動車やハイブリッド自動車の電源装置として使用されるバッテリモジュールＭは、積層方向に積層された所定個数（実施の形態では１２個）のバッテリセル１１…を備える。各バッテリセル１１は直方体状に形成され、相互に対向する一対の主面１１ａ，１１ａと、主面１１ａ，１１ａに対して直交して相互に対向する一対の側面１１ｂ，１１ｂと、主面１１ａ，１１ａおよび側面１１ｂ，１１ｂに対して直交して相互に対向する頂面１１ｃおよび底面１１ｄとを備えており、頂面１１ｃには正負の電極１１ｅ，１１ｅが設けられる。

１２個のバッテリセル１１…の主面１１ａ…と、絶縁性を有する合成樹脂で構成された１３個の四角い板状のホルダ１２…とが交互に重ね合わされ、積層方向両端の２個のホルダ１２，１２の外面に導電性を有する金属で構成された一対のエンドプレート１３，１３が重ね合わされる。この状態で、一対のエンドプレート１３，１３の四隅のボルト孔１３ａ…と、各ホルダ１２の四隅に突設された突き合わせ部１２ａ…とを、導電性を有する金属で構成された４本のボルト１４…が積層方向に貫通する。そして各ボルト１４の頭部１４ａが一方のエンドプレート１３の外面に当接した状態で、軸部１４ｂの先端の雌ねじに螺合するナット１５が他方のエンドプレート１３の外面に当接することで、エンドプレート１３，１３、バッテリセル１１…およびホルダ１２…が積層方向に締めつけられる。

図３および図４から明らかなように、１２個のホルダ１２…のうち、積層方向両端に位置する２個のホルダ１２，１２の突き合わせ部１２ａの形状は積層方向内側の１０個のホルダ１２…の突き合わせ部１２ａ…の形状と若干異なるため、後者のホルダ１２…の突き合わせ部１２ａ…の構造を代表として説明する。

各突き合わせ部１２ａは、隣接する突き合わせ部１２ａに接触する一対の突き合わせ面１２ｂ，１２ｃを備えており、一方の突き合わせ面１２ｂから先細にテーパーする裁頭円錐状の覆い部１２ｄが突出する。突き合わせ部１２ａはボルト１４が貫通する第１貫通孔１２ｅおよび第２貫通孔１２ｆを備えており、覆い部１２ｄの内部へと延びる第１貫通孔１２ｅはボルト１４の軸部１４ｂの直径に略等しい一定直径を有するが、第２貫通孔１２ｆはボルト１４の軸部１４ｂの直径よりも大径であり、かつ他方の突き合わせ面１２ｃから内側に向かって先細にテーパーしている。覆い部１２ｄの外周面と第２貫通孔１２ｆの内周面とは相互に密着するように同一形状となっている。

突き合わせ面１２ｂ，１２ｃの積層方向位置は、バッテリセル１１の側面１２ｂの積層方向中央位置Ｃ（図４（Ａ）参照）に概ね対応している。つまり、突き合わせ面１２ｂ，１２ｃの位置はバッテリセル１１の主面１１ａ，１１ａから最も遠い位置に設定されている。

尚、両端に位置する２個のホルダ１２，１２のうち、ナット１５側のホルダ１２の各突き合わせ部１２ａは第２貫通孔１２ｆを備えておらず、ボルト１４の頭部１４ａ側のホルダ１２の各突き合わせ部１２ａ（詳細は不図示）は覆い部１２ｄを備えていない点で、他の突き合わせ部１２ａ…と形状が若干異なっている。

次に、上記構成を備えた本発明の第１の実施の形態の作用を説明する。

図４に示すように、エンドプレート１３，１３、バッテリセル１１…およびホルダ１２…を積層するとき、隣接する２個のホルダ１２，１２の突き合わせ部１２ａ，１２のうち、一方の突き合わせ部１２ａの覆い部１２ｄが他方の突き合わせ部１２ａの第２貫通孔１２ｆに嵌合することで、隣接する２個のホルダ１２，１２どうしが相互に位置決めされる。その結果、１２個のホルダ１２…の第１貫通孔１２ｅ…が直列に接続され、その内部を４本のボルト１４…が貫通することが可能となる。この状態で、隣接する２個の突き合わせ部１２ａ，１２ａの突き合わせ面１２ｂ，１２ｃどうしが密着するとともに、その突き合わせ面１２ｂ，１２ｃの外縁とボルト１４の軸部１４ｂの外周面との間に、覆い部１２ｄの外周面および第２貫通孔１２ｆの内周面の接触面で構成された距離の長いラビリンスが形成される。

バッテリセル１１…の表面に空気中の水分が凝結して結露水が発生し、その結露水が流れて突き合わせ面１２ｂ，１２ｃの外縁に達しても、その結露水は前記ラビリンスに阻止されてボルト１４の軸部１４ｂの外周面に達することができず、バッテリセル１１…の電極１１ｅ…が結露水、ボルト１４…およびエンドプレート１３，１３を介して車体フレーム等に液絡するのを未然に防止することができる。

また突き合わせ部１２ａの覆い部１２ｄは先端に向かって先細にテーパーしているため、その先端を第２貫通孔１２ｆに挿入する作業が容易になり、バッテリモジュールＭの組立性が向上する。また突き合わせ部１２ａ，１２ａの突き合わせ面１２ｂ，１２ｃの積層方向位置は、バッテリセル１１の側面１１ｂの積層方向中央位置Ｃ（図４（Ａ）参照）に概ね対応しているので、結露水が大量に発生し易い大面積のバッテリセル１１の主面１１ａ，１１ａから突き合わせ面１２ｂ，１２ｃをできるだけ遠ざけることで、ボルト１４の防水性を更に高めることができる。

第２の実施の形態

次に、図５に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第２の実施の形態は、ホルダ１２の突き合わせ部１２ａの覆い部１２ｄをゴム等の弾性体で構成し、突き合わせ部１２ａの突き合わせ面１２ｂに接着等で結合したものである。覆い部１２ｄの基端の直径Ｄ１は、それが嵌合する第２貫通孔１２ｆの突き合わせ面１２ｃへの開口端の直径Ｄ２よりも若干大きく設定されている。

その結果、覆い部１２ｄを第２貫通孔１２ｆに嵌合させてボルト１４で締結すると、覆い部１２ｄの基端部は第２貫通孔１２ｆに完全に嵌合することができず、弾性変形により環状の膨出部１２ｇとなって径方向外側にはみ出し、隣接する２突き合わせ部１２ａ，１２ａの突き合わせ面１２ｂ，１２ｃ間に挟まれる。弾性を有するゴムよりなる環状の膨出部１２ｇはＯリングのようなシール部材として機能するため、突き合わせ面１２ｂ，１２ｃ間の隙間を効果的にシールして結露水がボルト１４の軸部１４ｂの表面に達するのを一層確実に防止することができる。このとき、図５（Ａ）の円内に拡大して示すように、膨出部１２ｇの先端の少なくとも一部を突き合わせ面１２ｂ，１２ｃの外縁よりも外側に突出させることで、シール効果が向上する。

以上のように、第２の実施の形態によれば、覆い部１２ｄの膨出部１２ｇと、覆い部１２ｄの外周面および第２貫通孔１２ｆの内周面間に形成されるラビリンスとの相乗効果で、液絡の発生を更に確実に防止することができる。

第３の実施の形態

次に、図６に基づいて本発明の第３の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態では、ボルト１４の軸部１４ｂが各ホルダ１２を第１貫通孔１２ｅ側から第２貫通孔１２ｆ側に貫通しているが、第３の実施の形態は、ボルト１４の挿入方向を逆にし、第２貫通孔１２ｆ側から第１貫通孔１２ｅ側に挿入するものである。

第１の実施の形態では、ボルト１４の軸部１４ｂの先端を第１貫通孔１２ｅに挿入するとき、その先端が覆い部１２ｄの先端の薄肉部分に衝突して傷つける可能性があるが、第３の実施の形態によれば、そのような懸念がないためにボルト１４の挿入作業が容易になって組付性が向上する。また、薄肉部分が傷つけられる虞が小さいため、覆い部１２ｄの防水性が低下することを防止できる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、防水構造部の構造は実施の形態に限定されず、拘束シャフト自体を合成樹脂等の絶縁性被膜で覆って電気的に絶縁するものであっても良い。

また本発明の拘束シャフトは実施の形態のボルト１４に限定されず、両端に雌ねじを形成した棒状部材等であっても良い。

１１バッテリセル
１１ｂ側面
１２ホルダ
１２ａ突き合わせ部
１２ｂ突き合わせ面
１２ｃ突き合わせ面
１２ｄ覆い部
１２ｅ第１貫通孔（貫通孔）
１２ｆ第２貫通孔（貫通孔）
１２ｇ膨出部
１３エンドプレート
１４ボルト（拘束シャフト）
１４ａ頭部
１４ｂ軸部
Ｄ１覆い部の基端部の直径
Ｄ２貫通孔の直径

Claims

積層される複数のバッテリセル（１１）と、前記バッテリセル（１１）間に挟持されて突き合わせ部（１２ａ）で相互に突き合わされる絶縁性材料よりなる複数のホルダ（１２）と、前記バッテリセル（１１）および前記ホルダ（１２）の積層方向両端に重ね合わされる一対のエンドプレート（１３）と、前記ホルダ（１２）の突き合わせ部（１２ａ）に形成した貫通孔（１２ｅ，１２ｆ）を貫通して前記エンドプレート（１３）に締結される導電性の拘束シャフト（１４）とを備えるバッテリモジュールにおいて、
前記拘束シャフト（１４）を防水する防水構造部は、一方の前記ホルダ（１２）の前記突き合わせ部（１２ａ）の突き合わせ面（１２ｂ）から突出して前記拘束シャフト（１４）の外周面を覆う覆い部（１２ｄ）を備え、前記覆い部（１２ｄ）は他方の前記ホルダ（１２）の前記突き合わせ部（１２ａ）の突き合わせ面（１２ｃ）に開口する前記貫通孔（１２ｆ）の内部に嵌合し、前記覆い部（１２ｄ）は先端側に向かって先細りにテーパーすることを特徴とするバッテリモジュール。
前記覆い部（１２ｄ）は絶縁性材料よりなる弾性体で構成されており、前記覆い部（１２ｄ）の基端部の直径（Ｄ１）は該基端部が嵌合する前記貫通孔（１２ｆ）の直径（Ｄ２）よりも大きく、前記基端部が径方向外側に膨出して生じる膨出部（１２ｇ）が相互に対向する二つの前記突き合わせ面（１２ｂ，１２ｃ）間に挟まれることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリモジュール。
前記膨出部（１２ｇ）の径方向外端は前記突き合わせ面（１２ｂ，１２ｃ）の外縁から外側に突出することを特徴とする、請求項２に記載のバッテリモジュール。
前記覆い部（１２ｄ）は前記ホルダ（１２）の積層方向一方の面に設けられており、前記拘束シャフト（１４）は頭部（１４ａ）および軸部（１４ｂ）を有するボルト（１４）からなり、前記軸部（１４ｂ）は前記ホルダ（１２）の積層方向他方の面から挿入されることを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のバッテリモジュール。
前記突き合わせ面（１２ｂ，１２ｃ）の積層方向位置は該突き合わせ面（１２ｂ，１２ｃ）に対向する前記バッテリセル（１１）の側面（１１ｂ）に臨むことを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のバッテリモジュール。