JP6292377B2 - バッテリセル固定装置 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリセルをバッテリパックのトレイに固定するバッテリセル固定装置に関する。

電気自動車やハイブリッド車などの車両の多くは、車体の下部にバッテリパックを取り付けて、バッテリパック内に収めたバッテリセルの電力を走行用モータなどへ供給している。
こうしたバッテリパックに内蔵されるバッテリセルは、モジュールケースや保持カバーやバスバーなどを用いて、複数個、並列に束にしてモジュール化している。そして、このモジュール化されたバッテリセルを、別途、固定構造を用いて、バッテリパックを構成するトレイに固定し、バッテリパック内に収める構造としている（特許文献１〜３などを参照）。

特開２０１２−１０１６６３号公報 特開２０１０−１６０９３１号公報 特開２０１０− ８０３５５号公報

ところで、車載のバッテリパックは、小形、軽量であることが望まれる。
しかし、バッテリセルは、トレイに固定するための固定構造以外に、モジュールケース、保持カバーやバスバーなどモジュール化を行うための各種部材が組み付くので、複雑となり、かなり重量もかさむ。このため、バッテリパックは複雑化、さらには重量の増加を招いている。

そこで、本発明の目的は、簡単な構造で、複数のバッテリセルがバッテリパックのトレイに取り付けられるバッテリセル固定装置を提供する。

請求項１に記載の発明のバッテリセル固定装置は、バッテリパックを形成するトレイと、トレイの内部に当該トレイとは反対側に端子を向けて載置される複数のバッテリセルと、複数のバッテリセルの端子間を連接するバスバーと、バッテリセルを前記トレイに固定するステー部材とを具備し、ステー部材は、一端部が端子にバスバーと共に固定され、他端部がトレイに固定されるものとした。

請求項２に記載の発明のバッテリセル固定装置は、バスバーとステー部材を端子に固定する固定部材を更に具備し、バスバーは、第１の孔部が形成され、ステー部材は、一端部に第２の孔部が形成され、固定部材は、バスバーの第１の孔部とステー部材の第２の孔部とに端子を挿通させて固定するものとした。
請求項３に記載の発明のバッテリセル固定装置は、トレイは、バッテリセルが載置されるトレイの内部空間を仕切る仕切り部を有し、ステー部材の他端部は、仕切り部に固定されるものとした。

請求項４に記載の発明のバッテリセル固定装置は、ステー部材は絶縁性を有し、ステー部材の一端部には、バスバーの露出部を覆うカバー部が形成され、固定部材は、絶縁性を有すると共に端子を覆うように固定されるものとした。
請求項５に記載の発明のバッテリセル固定装置は、ステー部材は、一端部と他端部との間にバッテリセルの側方を通る延伸部を有し、延伸部は湾曲しているものとした。

請求項６に記載の発明のバッテリセル固定装置は、ステー部材を通じてバッテリセルと熱交換可能とした熱交換部を有しているものとした。
請求項７に記載の発明のバッテリセル固定装置は、熱交換部は、トレイの外面にヒートシンクを設けて構成されるものとした。
請求項８に記載の発明のバッテリセル固定装置は、熱交換部は、トレイの仕切り部に、熱媒が流通する熱媒流路を設けて構成されるものとした。

請求項１の発明によれば、複数のバッテリセルは、バスバーと共に端子に固定されるステー部材によって、バッテリパックのトレイに固定される。つまり、ステー部材は、端子を利用して、バッテリセルをトレイに固定するので、バッテリセルの固定は簡素な構造ですむ。
請求項２の発明によれば、ステー部材の一端部の固定は、バスバー、ステー部材の端部に端子が挿通する孔部を形成し、固定部材で、各孔部を挿通した端子にバスバー、ステー部材を固定するという、簡単な共締め構造ですむ。

請求項３の発明によれば、ステー部材の他端部は、トレイの内部空間を仕切る仕切り部に固定されるので、ステー部材を固定するスペースを、別途トレイに確保せずにすむ。
請求項４の発明によれば、ステー部材が絶縁性を有するだけでなく、バスバーや端子の外部に露出した各部分が、外部に晒されないので、バッテリセルの組付時、取外し時やメンテナンス時などの際、作業者が電流の流れる部分に触れずに作業ができる。

請求項５の発明によれば、ステー部材の、バッテリセル側方を通る延伸部の湾曲がもたらす弾性力により、バッテリセルがずれないようバッテリセルを左右方向から押し付けたり、バッテリセルを上方からトレイに押え付けたりすることができる。これにより、常にバッテリセルは、安定した姿勢に保たれる。
請求項６の発明によれば、ステー部材を活用して、バッテリセルの冷却や加温ができる。

請求項７の発明によれば、特にバッテリセルの冷却は、トレイの外面を流通する走行風を用いて冷却できる（空冷）。しかも、トレイにヒートシンクを設けるという簡単な構造ですむ。
請求項８の発明によれば、バッテリセルの冷却や加温は、熱媒流路を流通する熱媒により行われる。熱媒を用いるため、バッテリセルを効率よく、冷却したり加温したりすることができる。しかも、トレイの仕切り部に熱媒流路を形成することにより、別途、熱媒流路を形成するためのスペースをトレイ上に確保せずにすみ、バッテリセルの周囲に影響を与えずにすむ。

本発明の第１の実施形態に係るバッテリパックを搭載した車両を示す斜視図。 同バッテリパックを、同パック内に収めたバッテリセルと共に示す一部分解した斜視図。 図２中のＡ−Ａ線に沿う断面図。 バッテリセルをトレイに固定する構造を示す分解斜視図。 本発明の第２の実施形態の要部となるステー部材を示す斜視図。 本発明の第３の実施形態の要部となるステー部材を示す斜視図。 本発明の第４の実施形態の要部となる空冷式の熱交換部の構造を示す斜視図。 本発明の第５の実施形態の要部となる熱媒式の熱交換部の構造を示す斜視図。 図８中のＢ−Ｂ線に沿う断面図。

以下、本発明を図１から図４に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。
図１は、電気自動車やハイブリッド車など、バッテリパックを搭載した自動車（車両）の一部を示し、図２は同バッテリパック内のバッテリセルを示し、図３および図４は、同バッテリセルを固定する固定構造を示している。
図１中１は、自動車の車体、３は、例えば車体１のフロア（図示しない）の下部中央に据付けられたバッテリパックをそれぞれ示している。

バッテリパック３は、車両前後方向に延びるトレイ５ａと、同トレイ５ａの上側を水密に覆うカバー５ｂとで構成される細長のケーシング５内に、多数のバッテリセル、例えば多数の箱形のバッテリセル１１を収めて構成される。
すなわち、バッテリセル１１は、例えば図２〜図４に示されるように外形が直方体形をなす本体１２を備え、本体１２の上面両端側には正極端子１２ａと負極端子１２ｂ（いずれも本願の端子に相当）を有した箱形をなしている。このバッテリセル１１が、図２および図４に示されるように示されるようにモジュール単位、例えば同セル１１が４個、隣接して並んだ束の状態を１モジュールとして、トレイ５ａの内面に載置されている。ここではバッテリセル１１は、正極端子１２ａ，負極端子１２ｂがトレイ５ａとは反対側に向く姿勢で、モジュール単位で車両前後方向に二列に載置されている。そのため、トレイ５ａの内面には、車幅方向に並ぶ各バッテリセル１１の両側を位置決めるための一対の段部７（本願の仕切り部に相当）が、左右（車幅）方向に沿って形成され、バッテリセル１１が載置されるトレイ５の内部空間を仕切っている。

この仕切られた段部７、７間に、モジュール単位でバッテリセル１１が、ステー部材１５を用いて、直接、トレイ５ａの内面に固定されている（図２〜４）。ここでは、バッテリセル１１（モジュール単位）は、左右一対のステー部材１５を用いたバッテリセル固定装置１７（以下、単に固定装置１７と称す）にて、直接、トレイ５ａの内面に固定されている。図２〜図４には、この固定装置１７の各部の構造が示されている。

モジュール単位で並んだバッテリセル１１について説明を加えると、バッテリセル１１は、正極端子１２ａ，負極端子１２ｂを互い違いに配置しながら、並行に隣接して配置されている。隣り合う正極端子１２ａと負極端子１２ｂ間は、それぞれ帯板状のバスバー９にて連接される（図４）。具体的には、バスバー９の各端部には、正・負極端子１２ａ，１２ｂと挿通可能な通孔９ａ（本願の第１の孔部に相当）が形成されていて、隣合う一方のバッテリセル１１の正極端子１２ａに片側の通孔９ａを挿通し、隣合う他方のバッテリセル１１の負極端子１２ｂに反対側の通孔９ａを挿通させることにより連接が行われる。
このバスバー９によるバッテリセル１１の連接により、バッテリセル１１、１１間を直列につなげている。ちなみに正極端子１２ａ、負極端子１２ｂは、いずれも外周面にめねじ部１３を有する円柱形の端子部材で形成されている。

固定装置１７の説明に戻ると、例えば一対のステー部材１５は、いずれも図３および図４に示されるようにバッテリセル１１の両側に組み合わさる部品で、セラミックスなどの絶縁部材から形成され、絶縁性を有する。双方共、同じ構造なので、片側のステー部材１５について説明すると、図中１９は、モジュール単位のバッテリセル１１のうち、例えば前後の二個所（例えば最前部と最後部）に配置される複数の支柱部１９（本願の延伸部に相当）を有している。この支柱部１９は、バスバー９の上面から段部７の上面へ至るまで合わせて延ばした帯形の延伸部分を有して形成され、バッテリセル１１の側方を通る。各支柱部１９の下端部には、側方（バッテリセル１１から離れる方向）へＬ形に張り出る固定座２０（本願のステー部材の他端部に相当）が設けられている。各支柱部１９の上端部には、両支柱部１９間に渡り、固定座２０とは反対の向き（バッテリセル１１と接近する方向）へ逆Ｌ形に張り出る固定座２２（本願のステー部材の一端部に相当）が設けられている。固定座２０には、固定用の通孔２０ａが形成される。固定座２２は、バッテリセル列に沿って延びる帯形をなしていて、座面には、バスバー９を貫通した各端子１２ａ，１２ｂが通る通孔２２ａが形成されている。

これにより、バッテリセル１１は、例えば図４に示されるようにモジュール単位で複数個、ここでは４個、並行に配置し、隣り合う各正極端子１２ａと負極端子１２ｂ間をバスバー９にて連接してから、バッテリセル列の両側に、一対のステー部材１５を組み付け、複数のバッテリセル１１を束にする。その後、バッテリセル１１を、トレイ５ａの段部７間に配置し、各固定座２０を各段部７の上面に固定すると、バッテリセル１１が、モジュール単位で、トレイ５ａに直接、固定される。

すなわち、モジュール単位でバッテリセル１１をトレイ５ａに取り付けるときは、並行に配置された各バッテリセル１１の隣合う正極端子１２ａと負極端子１２ｂに、各バスバー９の各通孔９ａを挿通して、各バスバー９でそれぞれ端子１２ａ，１２ｂ間を連接する。この後、例えばそれぞれステー部材１５の支柱部１９を、バッテリセル１１の外面に沿わせ、ステー部材１５の各固定座２２を、バッテリセル１１の各端子１２ａ，１２ｂを覆うように配置する。この際、バスバー９を貫通した各端子１２ａ，１２ｂの端部は、固定座２２の各通孔２２ａに挿通する。これにより、固定座２２は、バスバー９と重なり合いながらバッテリセル１１の上部に載る。その後、固定座２２の各通孔２２ａを貫通した正極端子１２ａおよび負極端子１２ｂの端部に、固定部材、例えば袋ナット２５をねじ込む。すると、袋ナット２５で、固定座２２がバスバー９と共に各端子１２ａ，１２ｂに固定される（共締め）。これにより、図２中に示されるように、一対のステー部材１５が各バッテリセル１１に組み付き、複数のバッテリセル１１は束、すなわちモジュール単位になる。

その後、束となったバッテリセル１１の下部を、バッテリセル１１が設置されるトレイ５ａ部分、すなわちトレイ５ａの段部７，７間に挿入して、バッテリセル１１をトレイ５ａに載せ、段部７の上面に支柱部１９の固定座２０を配置する。そして、各固定座２０を締結部材、例えば固定ボルト２７を用いて、各段部７の上面にボルト止めすればよい（図２、図３）。

詳しくは、バッテリセル１１を段部７，７間に挿入する際、固定座２０の通孔２２ａを、例えば予め段部７の上面の所定位置に形成されているねじ孔７ａ（図２）と合わせつつ、段部７の上面に位置決める。その後、固定ボルト２７を固定座２０を通してねじ孔７ａへねじ込むと、段部７，７間のバッテリセル１１は、ステー部材１５の固定座２０とトレイ５ａの内面との間で挟み付けられる。これにより、バッテリセル１１は、トレイ５ａに強固に固定、すなわち上下左右にずれないように固定される。

むろん、ステー部材１５は、トレイ５ａに載置する前に、束となるバッテリセル１１に組み付けておくのではなく、先に段部７，７間にバッテリセル１１を配置して、バスバー９の組み付けにより束にしてから、一対のステー部材１５をバッテリセル列の両側に配置して、バッテリセル１１側の固定座２２を、袋ナット２５でバッテリセル１１の各端子１２ａ，１２ｂに固定し、固定座２０を、固定ボルト２７により段部７に固定してもよく、どのような順序でも構わない。

特にステー部材１５の固定座２２には、バスバー９の露出部分が外部に露出しないよう、カバー部３０が形成されている（図２〜図４）。すなわちカバー部３０は、バスバー９全体を覆い隠す外形に設定したり、固定座２２の先端部に、固定座２２とバッテリセル１１の上面との隙間α（図３）を覆うフランジ部２２ｂを設けたりする構造などから形成されている。これにより、外側からバスバー９に触れるおそれのあるバスバー９の露出部分を遮っている。また袋ナット２５は、絶縁性を有した袋ナット（本願の絶縁性を有する固定部材に相当）が用いられ、同袋ナット２５で、正・負極端子１２ａ，１２ｂの端部を覆いながら、バスバー９、固定座２２をバッテリセル１１に共締め固定することで、正・負極端子１２ａ，１２ｂの端部が外部に露出しないようにしてある。ちなみに袋ナット２５は、例えば袋ナット２５自体を絶縁性に優れる合成樹脂製の部材から形成したり、通常の袋ナット２５の表面に合成樹脂製のナットカバーを被せたりすることで、絶縁性を確保している（本願の絶縁性を有する固定部材に相当）。

このように複数のバッテリセル１１は、ステー部材１５を用いた固定装置１７により、モジュール化を進めながら、トレイ５ａに、直接、固定できる。特にバッテリセル１１のトレイ５ａへの設置は、バスバー９と共に端子１２ａ，１２ｂに固定されるステー部材１５を用いるだけでよいから、従来のようにモジュール化のために必要とされていた各種部材を削減できる。

それ故、簡単な構造で、複数のバッテリセル１１をトレイ５ａに取り付けることができる。これにより、トレイ５ａに搭載される重量が低減され、バッテリパック３の軽量化が図れる。
しかも、ステー部材１５の、バスバー９と共にバッテリセル１１の正・負極端子１２ａ，１２ｂを固定するという、正極端子１２ａ、負極端子１２ｂを利用した共締め構造により、バッテリセル１１の固定は、簡素な構造ですむ。特に共締め構造には、バスバー９、固定座２２に、端子挿通用の通孔９ａ，２２ａを形成し、袋ナット２５で、各通孔９ａ，２２を貫通した端子１２ａ，１２ｂに、バスバー９、固定座２２を締結する構造を用いたので、簡単な構造ですむ。

そのうえ、ステー部材１５は、トレイ５ａの内部空間を仕切る段部７（仕切り部）に固定したので、ステー部材１５を固定するスペースは、別途、トレイ５ａに確保せずにすむ。
またステー部材１５は、絶縁性を有するだけでなく、ステー部材１５の固定座２２には、バスバー９の露出した部分、すなわち露出部の外部への露出を防ぐカバー部３０が設けられ、固定座２２の固定には、正・負極端子１２ａ，１２ｂの露出を防ぐ絶縁性の袋ナット２５が用いられるので、電流の通るバスバー９や正・負極端子１２ａ，１２ｂの端部が、外部に晒されないですむ。これにより、バッテリセル１１の組付時、取外し時やメンテナンス時などの際、作業者が電流の流れる部分に触れずに作業ができる。

図５は、本発明の第２の実施形態を示す。
ステー部材１５のバッテリセル１１の側方を通る支柱部２９（延伸部）に湾曲部、ここではバッテリセル１１側が凸となる円弧形の湾曲部２９ａを形成したものである。
このように湾曲した支柱部２９を用いると、図３のようにステー部材１５でバッテリセル１１をトレイ５ａの内面に固定する際、湾曲部２９ａのもたらす弾性力を利用して、バッテリセル１１がずれないよう、バッテリセル１１を左右方向から押え付けたり、バッテリセル１１を上方からトレイ５ａへ押え付けたりすることができる。このため、常に安定した姿勢にバッテリセル１１を保つことができる。

図６は、本発明の第３の実施形態を示す。
本実施形態は、カバー部３０を増加させるために、一対のステー部材１５の固定座２２の両端部を中継部３１を介して一体に連結したものである。このようにすると、一層、バッテリセル１１の姿勢は安定する、むろん、第２の実施形態のようにステー部材１５を湾曲させてもよい。

図７は、本発明の第４の実施形態を示す。
本実施形態は、トレイ５ａに、バッテリセル１１とステー部材１５を通じて、熱交換を可能にした熱交換部３５を設けたものである。
具体的には、熱交換部３５は、トレイ５ａの外気に臨むに下面（外面）に、例えば車両前後方向に延びるフィン形のヒートシンク３６を多数設けて、バッテリセル１１で生じた熱が、正・負極端子１２ａ，１２ｂ、ステー部材１５、固定ボルト２７、段部７を通じ、ヒートシンク３６から外気へ放熱されるようにしたものである（空冷）。

こうした構造を用いると、ステー部材１５を活用して、バッテリセル１１の冷却ができる。しかも、トレイ５ａの下面（外面）にヒートシンク３６を設けるだけの簡単な構造で、トレイ５ａの外面を流通する走行風を活用して、バッテリセル１１を効果的に冷却することができる。特にステー部材１５や段部７やトレイ５ａを、熱伝導性の優れた部材から形成すると、さらに効果的にバッテリセル１１が冷却できる。

図８および図９は、本発明の第５の実施形態を示す。
本実施形態は、空気でなく、熱媒を用いた熱交換部４５を用いて、効率よくバッテリセル１１の冷却が行えるようにしたものである。
具体的には、熱交換部４５には、図８および図９に示されるようにトレイ５ａ、特にバッテリセル１１を位置決める段部７の内部に流路４６（本願の熱媒流路に相当）を設け、この流路４６に、例えば車両用空調装置のエバポレータ（図示しない）で冷却された冷水（本願の熱媒に相当）を導入させるための入口部４７や再びエバポレータへ戻すための出口部４８を設けて、バッテリセル１１の熱を、流路４６を流れる冷水へ放熱するようにしたものである。

このようにトレイ５ａに流路４６を設けて、流路４６を流れる冷水で冷却すると、バッテリセル１１を効率よく、冷却することができる。特にバッテリセル１１を位置決めるための段部７内に流路４６を形成すると、別途、流路を形成するためのスペースをトレイ５ａ上に確保せずにすむので、バッテリセル１１の周囲に影響を与えることはない。
特に入口部４７や出口部４８を、コンデンサやヒーター部などの熱源部に接続すると、極寒時などでは、流路４６を流れる温水（本願の熱媒に相当）によって、バッテリセル１１を加温することもできる。

但し、上述した第２〜５の実施形態において、第１の実施形態と同じ部分には、同一符号を付してその説明を省略した。
なお、本発明は、上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。例えば上述した実施形態では、本発明を、端子間を直列に接続するバッテリセルに適用したが、これに限らず、端子間を並列に接続するバッテリセルに適用してもよい。また、例えば上述した実施形態では、ステー部材を、一例として最前部から最後部までの複数のバッテリセルに跨った形状として説明したが、これに限られず、ステー部材を、一つのバッテリセルの幅内に収まる形状としてもよい。そして、このように形成されたステー部材を複数用いて、一端側を複数のバッテリセルのうち全ての端子、もしくは複数のバッテリセルのうちのいくつかの端子にバスバーと共に固定し、他端側をトレイに固定するようにしてもよい。このような構成であっても、端子を利用して、ステー部材でバッテリセルをトレイに固定できるので、バッテリセルの固定は簡素な構造ですむ。

３ バッテリパック
５ａ トレイ
９ バスバー
１１ バッテリセル
１２ａ、１２ｂ 正極端子，負極端子（端子）
１５ ステー部材
２０ 固定座（ステー部材の他端部）
２２ 固定座（ステー部材の一端部）

Claims (8)

1. バッテリパックを形成するトレイと、
   前記トレイの内部に当該トレイとは反対側に端子を向けて載置される複数のバッテリセルと、
   前記複数のバッテリセルの端子間を連接するバスバーと、
   前記バッテリセルを前記トレイに固定するステー部材と、を具備し、
   前記ステー部材は、一端部が前記端子に前記バスバーと共に固定され、他端部が前記トレイに固定される
   バッテリセル固定装置。
2. 前記バスバーと前記ステー部材を前記端子に固定する固定部材を更に具備し、
   前記バスバーは、第１の孔部が形成され、
   前記ステー部材は、前記一端部に第２の孔部が形成され、
   前記固定部材は、前記バスバーの前記第１の孔部と前記ステー部材の前記第２の孔部とに前記端子を挿通させて固定する
   請求項１に記載のバッテリセル固定装置。
3. 前記トレイは、前記バッテリセルが載置される前記トレイの内部空間を仕切る仕切り部を有し、
   前記ステー部材の前記他端部は、前記仕切り部に固定される
   請求項１または２に記載のバッテリセル固定装置。
4. 前記ステー部材は絶縁性を有し、
   前記ステー部材の前記一端部には、前記バスバーの露出部を覆うカバー部が形成され、
   前記固定部材は、絶縁性を有すると共に前記端子を覆うように固定される
   請求項２に記載のバッテリセル固定装置。
5. 前記ステー部材は、前記一端部と前記他端部との間に前記バッテリセルの側方を通る延伸部を有し、
   前記延伸部は、湾曲している
   請求項１から４のいずれか一つに記載のバッテリセル固定装置。
6. 前記トレイは、前記ステー部材を通じて前記バッテリセルと熱交換可能とした熱交換部を有している
   請求項１から５のいずれか一つに記載のバッテリセル固定装置。
7. 前記熱交換部は、前記トレイの外面にヒートシンクを設けて構成される
   請求項６に記載のバッテリセル固定装置。
8. 前記トレイは、前記バッテリセルが載置される前記トレイの内部空間を仕切る仕切り部を有し、
   前記熱交換部は、前記トレイの前記仕切り部に、熱媒が流通する熱媒流路を設けて構成される
   請求項６に記載のバッテリセル固定装置。

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