JP6670348B2

JP6670348B2 - バッテリモジュール

Info

Publication number: JP6670348B2
Application number: JP2018119102A
Authority: JP
Inventors: 和久因; 弘毅板谷; 篤中野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2018-06-22
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2020-03-18
Anticipated expiration: 2038-06-22
Also published as: CN110635179A; CN110635179B; US20190393470A1; US11050123B2; JP2019220436A

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には、複数のセルを積層することで構成されるセル積層体と、各セルの電圧を検出するセンサ装置と、を備えるバッテリモジュールが開示されている。

特開２０１６−０７２１８１号公報

しかしながら、特許文献１のように、セル積層体の上面にセンサ装置を配置したバッテリモジュールでは、高さ寸法が大幅に増加する虞があった。特に、セルの膨張に伴って作用する応力を緩和するためにセル積層方向の中間部に上方に突出する屈曲部を有するバスバーが適用されたバッテリモジュールでは、高さ寸法が大幅に増加する虞があるだけでなく、センサ装置に接続するコネクタの挿抜がバスバーの屈曲部によって阻害される虞があった。

本発明は、セル積層体の上面にセンサ装置が配置されるものでありながら、コネクタの挿抜空間を確保しつつ、高さ寸法を抑制できるバッテリモジュールを提供する。

本発明は、
複数のセルを積層することで構成されるセル積層体と、隣接するセルの端子同士を接続する複数のバスバーと、各セルの電圧を検出するセンサ装置と、を備えるバッテリモジュールであって、
前記センサ装置は、積層方向及び上下方向に直交する幅方向から見て、前記セル積層体の上面に配置された前記複数のバスバーの上方に配置され、且つ、前記幅方向に接続部を有するコネクタを備え、
各バスバーは、接続するセル間に上方に突出する屈曲部を有し、
前記コネクタは、前記積層方向において隣接する前記バスバーの屈曲部間に配置され、且つ、前記上下方向において前記コネクタの下面が前記屈曲部の上部よりも低い位置に設けられる。

本発明によれば、センサ装置のコネクタは、積層方向において隣接するバスバーの屈曲部間に配置され、且つ、上下方向においてコネクタの下面が屈曲部の上部よりも低い位置に設けられるので、セル積層体の上面にセンサ装置が配置されるバッテリモジュールでありながら、コネクタの挿抜空間を確保しつつ、高さ寸法を抑制できる。

本発明の一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。図１のバッテリモジュールの分解斜視図である。図１のバッテリモジュールの平面図である。図１のバッテリモジュールのセンサ装置を斜め下方から見た斜視図である。図４のＢ−Ｂ断面図である。図３のＡ−Ａ断面図である。２つのバッテリモジュールを隣接して配置する場合の配線例を示す平面図である。

以下、本発明のバッテリモジュールの一実施形態を、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。

［バッテリモジュール］
図１〜図３に示すように、本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の前面及び後面に配置される一対のエンドプレート３と、セル積層体２の左面及び右面に配置され、一対のエンドプレート３を連結する一対のサイドフレーム４と、セル積層体２の下面に配置されるロアプレート５と、セル積層体２の上面に配置され、各セル２１の電圧を検出するセンサ装置７と、セル積層体２の上面のうち、センサ装置７が搭載されない領域を覆うトップカバー６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（幅方向）及び上下方向（高さ方向）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）
図２に示すように、セル積層体２は、複数のセル２１と複数の絶縁プレート２２を前後方向に交互に積層して構成される。セル積層体２の上面には、セル２１の端子２１１に電気的に接続される複数のバスバー２３が配置される。複数のバスバー２３は、複数のセル２１が電気的に直列に接続されるように隣接するセル２１の端子２１１同士を接続している。具体的に説明すると、複数のセル２１は、プラス側の端子２１１とマイナス側の端子２１１とが順次左右反転するように積層されており、複数のバスバー２３は、セル積層方向の上手側に隣接するセル２１のプラス側（又はマイナス側）の端子２１１と、セル積層方向の下手側に隣接するセル２１のマイナス側（又はプラス側）の端子２１１とを順次接続することで、複数のセル２１を電気的に直列に接続している。

セル積層体２の上面には、複数のバスバー２３を保持するバスバープレート２４が設けられている。バスバープレート２４は、複数のバスバー保持部２４１を備え、各バスバー保持部２４１に複数のバスバー２３を保持させた後、バスバープレート２４をセル積層体２の上面に載置すると、複数のバスバー２３が対応する端子２１１と接続可能な所定の位置に位置決めされる。なお、本実施形態のバスバープレート２４は、バスバー２３を端子２１１に接続した後に取り外される治具ではなく、バスバー２３を端子２１１に接続した後も取付状態を維持するバッテリモジュール１の構成要素である。

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２１が前後方向に膨張すると、セル２１の端子２１１同士を連結するバスバー２３に応力が作用する。本実施形態のバスバー２３は、セル２１の膨張に伴って作用する応力を緩和するために、前後方向の中間部に上方に突出する屈曲部２３１を有する。

（エンドプレート）
図１〜図３に示すように、一対のエンドプレート３は、セル積層体２の前面及び後面に配置され、セル２１の膨張に起因するセル積層体２のセル積層方向の荷重を受け止める。本実施形態のエンドプレート３は、アルミ押出材を用いて形成されており、セル積層体２と対向しない外側の面の左右両端部には、サイドフレーム４とボルトＢ１を介して締結される複数の締結部３１が設けられる。また、一対のエンドプレート３の上面には、バッテリモジュール１と外部の電気機器との間で電力を授受するための外部接続用端子台３２が設けられ、さらに、いずれか一方のエンドプレート３の上面には、ボルトＢ２を介してセンサ装置７が固定されるセンサ固定部３３が設けられている。

（サイドフレーム）
図１〜図３に示すように、サイドフレーム４は、金属板材をプレス加工して形成されており、セル積層体２の左面又は右面に沿うサイドフレーム本体４１と、サイドフレーム本体４１の前端から前側のエンドプレート３の前面に沿って互いに近づく方向に延びる前フランジ部４２と、サイドフレーム本体４１の後端から後側のエンドプレート３の後面に沿って互いに近づく方向に延びる後フランジ部４３と、サイドフレーム本体４１の上端からセル積層体２の上面に沿って互いに近づく方向に延びる上フランジ部４４と、サイドフレーム本体４１の下端からセル積層体２（ロアプレート５）の下面に沿って互いに近づく方向に延びる下フランジ部４５と、を備える。

前フランジ部４２及び後フランジ部４３は、前側のエンドプレート３又は後側のエンドプレート３にボルトＢ１を介して締結される。これにより、一対のエンドプレート３は、一対のサイドフレーム４を介して連結される。一対のサイドフレーム４は、セル積層体２のセル積層方向の荷重が増加した場合、エンドプレート３同士の前後方向の相対変位を許容する。例えば、サイドフレーム本体４１の前後方向の変形、サイドフレーム本体４１と前フランジ部４２又は後フランジ部４３との角度変化等によってエンドプレート３同士の前後方向の相対変位が許容される。

上フランジ部４４及び下フランジ部４５は、セル積層体２の左端部及び右端部においてセル積層体２及びロアプレート５を上下方向から挟持している。これにより、セル積層体２、サイドフレーム４及びロアプレート５の上下方向の相対位置変動が抑制されるとともに、セル積層体２を構成する複数のセル２１を整列させることができる。

本実施形態の上フランジ部４４は、前後方向に並ぶ複数の弾性片４４ａにより構成されており、弾性片４４ａの個数及び位置は、前後方向に積層されるセル２１の個数及び位置に対応している。これにより、上フランジ部４４は、適度な弾性を有しつつ、複数のセル２１を個別に弾性保持できる。なお、下フランジ部４５は、被留部（図示せず）を介してロアプレート５に固定又は係合されている。

（ロアプレート）
図１及び図２に示すように、ロアプレート５は、アルミ押出材を用いて形成されており、セル積層体２及びエンドプレート３の下面に沿って延びるロアプレート本体５１と、バッテリモジュール１を支持するモジュール支持構造体（図示せず）に固定される複数の固定部５２と、サイドフレーム４の下フランジ部４５が留められる留部（図示せず）と、を備える。

（センサ装置）
図４及び図５に示すように、センサ装置７は、基板７１と、該基板７１に搭載される電子部品７２と、該基板７１及び該電子部品７２を収容するケース７３と、該ケース７３の側面に配置される電圧検出用コネクタ７４Ａ、７４Ｂと、該ケース７３の側面に配置され、複数の検出信号出力線１０（図７参照）を介して車両の充放電制御部（図示せず）に接続される検出信号出力用コネクタ７５と、を備える。なお、本実施形態のセンサ装置７は、後述するように、２つのバッテリモジュール１、１Ａの電圧検出を可能とするために、２つの電圧検出用コネクタ７４Ａ、７４Ｂを備えるが、電圧検出用コネクタの個数は、１つでもよいし、３つ以上であってもよい。

本実施形態の基板７１は、前後方向に長い平面視長方形のプリント基板であり、上面に配線がプリントされ、下面に電子部品７２、電圧検出用コネクタ７４Ａ、７４Ｂ及び検出信号出力用コネクタ７５が実装される。

ケース７３は、基板７１の下面側を覆うケース本体７３１と、基板７１の上面側を覆う蓋ケース７３２と、を備える。ケース本体７３１の前後方向一端部には、エンドプレート３のセンサ固定部３３にボルトＢ２を介して固定される固定部７３１ｂが設けられ、ケース本体７３１の左右側部には、それぞれ、複数の絶縁プレート２２に係合される複数の係合部７３１ｃが設けられている。

電圧検出用コネクタ７４Ａは、複数の電圧検出線９を介して各バスバー２３に接続される。複数の電圧検出線９の一端側は、ケーブル側コネクタ９１に接続され、該ケーブル側コネクタ９１を介してセンサ装置７の電圧検出用コネクタ７４Ａに接続される。また、複数の電圧検出線９の他端側は、セル積層体２の上面とセンサ装置７の下面との間に確保される空間を介して各バスバー２３に接続される。

電圧検出用コネクタ７４Ａの接続部７４１は、ケース７３の左側面に配置され、ケーブル側コネクタ９１が左右方向から挿抜される。本発明の実施形態に係るバッテリモジュール１では、電圧検出用コネクタ７４Ａの接続部７４１に対するケーブル側コネクタ９１の挿抜空間を確保しつつ、センサ装置７を可及的に低い位置に配置することで、セル積層体２とセンサ装置７を合わせたバッテリモジュール１全体の高さ寸法を抑制している。

具体的に説明すると、センサ装置７は、図６に示すように、左右方向から見て、セル積層体２の上面に配置された複数のバスバー２３の上方に配置されるものの、電圧検出用コネクタ７４Ａ（ケーブル側コネクタ９１）は、前後方向において隣接するバスバー２３の屈曲部２３１間に配置され、且つ、上下方向において電圧検出用コネクタ７４Ａ（ケーブル側コネクタ９１）の下面７４２が屈曲部２３１の上部２３１ａよりも低い位置に設けられている。

このようなバッテリモジュール１によれば、セル積層体２の上面にセンサ装置７が配置されるものでありながら、電圧検出用コネクタ７４Ａの接続部７４１に対するケーブル側コネクタ９１の挿抜空間を確保しつつ、高さ寸法を抑制することが可能になる。また、電圧検出用コネクタ７４Ａの接続部７４１は、センサ装置７の側面に配置されているので、電圧検出用コネクタ７４Ａやケーブル側コネクタ９１がセンサ装置７よりも上方に張り出すことを回避できる。なお、図６において、符号６１で示される部分は、電圧検出用コネクタ７４Ａの接続部７４１に対するケーブル側コネクタ９１の挿抜空間を確保するためにトップカバー６に形成された凹部である。

また、本実施形態のセンサ装置７は、２つの電圧検出用コネクタ７４Ａ、７４Ｂを備えるので、図７に示すように、バッテリモジュール１に隣接して他のバッテリモジュール１Ａを配置する場合、バッテリモジュール１の各バスバー２３に接続される電圧検出線９を電圧検出用コネクタ７４Ａに接続するとともに、他のバッテリモジュール１Ａの各バスバー（図示せず）に接続される電圧検出線９を電圧検出用コネクタ７４Ｂに接続する。これにより、１つのセンサ装置７でバッテリモジュール１に加えて他のバッテリモジュール１Ａの各セル（図示せず）の電圧も検出できるので、他のバッテリモジュール１Ａにセンサ装置が不要となる。

また、バッテリモジュール１のセンサ装置７で他のバッテリモジュール１Ａの各セルの電圧を検出する場合、他のバッテリモジュール１Ａは、バッテリモジュール１の左右方向一方（図７では左側）に隣接して配置され、また、他のバッテリモジュール１Ａの電圧検出線９が接続される電圧検出用コネクタ７４Ｂは、接続部７４１がセンサ装置７の該左右方向一方の側面（図７では左側面）に設けられることが好ましい。このようにすると、電圧検出用コネクタ７４Ｂに接続される他のバッテリモジュール１Ａの電圧検出線９を短くできる。なお、図７において、符号１１で示される部材は、平面視でセンサ装置７と略同一形状を有するカバー部材である。

なお、電圧検出用コネクタ７４Ｂ（ケーブル側コネクタ９１）も、前後方向においてバッテリモジュール１の隣接するバスバー２３の屈曲部２３１間に配置され、且つ、上下方向において電圧検出用コネクタ７４Ｂ（ケーブル側コネクタ９１）の下面７４２が屈曲部２３１の上部２３１ａよりも低い位置に設けられている。これにより、電圧検出用コネクタ７４Ｂの接続部７４１に対するケーブル側コネクタ９１の挿抜空間を確保しつつ、高さ寸法を抑制することが可能になる。

なお、前述した実施形態は、適宜、変形、改良、等が可能である。

［総括］
本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。

（１）複数のセル（セル２１）を積層することで構成されるセル積層体（セル積層体２）と、隣接するセルの端子（端子２１１）同士を接続する複数のバスバー（バスバー２３）と、各セルの電圧を検出するセンサ装置（センサ装置７）と、を備えるバッテリモジュール（バッテリモジュール１）であって、
前記センサ装置は、積層方向及び上下方向に直交する幅方向から見て、前記セル積層体の上面に配置された前記複数のバスバーの上方に配置され、且つ、前記幅方向に接続部（接続部７４１）を有するコネクタ（電圧検出用コネクタ７４Ａ）を備え、
各バスバーは、接続するセル間に上方に突出する屈曲部（屈曲部２３１）を有し、
前記コネクタは、前記積層方向において隣接する前記バスバーの屈曲部間に配置され、且つ、前記上下方向において前記コネクタの下面（下面７４２）が前記屈曲部の上部（上部２３１ａ）よりも低い位置に設けられる、バッテリモジュール。

（１）によれば、センサ装置のコネクタは、積層方向において隣接するバスバーの屈曲部間に配置され、且つ、上下方向においてコネクタの下面が屈曲部の上部よりも低い位置に設けられるので、セル積層体の上面にセンサ装置が配置されるバッテリモジュールでありながら、コネクタの挿抜空間を確保しつつ、高さ寸法を抑制できる。

（２）（１）に記載のバッテリモジュールであって、
前記センサ装置は、基板（基板７１）と、該基板に搭載される電子部品（電子部品７２）と、該基板及び該電子部品を収容するケース（ケース７３）と、を備え、
前記コネクタは、該ケースの側面に設けられている、バッテリモジュール。

（２）によれば、基板及び電子部品がケースに収容されることでケースにより基板等を保護しつつ、高さ寸法を小さくできる。

（３）（１）又は（２）に記載のバッテリモジュールであって、
前記コネクタには、各バスバーに接続する電圧検出線（電圧検出線９）が接続される、バッテリモジュール。

（３）によれば、各バスバーに接続する電圧検出線をケースの側面に設けられたコネクタに接続することで、バッテリモジュールの高さ寸法を小さくできる。

（４）（１）又は（２）に記載のバッテリモジュールであって、
前記センサ装置は、他のコネクタ（電圧検出用コネクタ７４Ｂ）をさらに備え、
前記他のコネクタは、幅方向一方に隣接して配置された他のバッテリモジュール（他のバッテリモジュール１Ａ）の各バスバーに接続する電圧検出線（電圧検出線９）が接続され、且つ、接続部（接続部７４１）が前記幅方向一方に設けられている、バッテリモジュール。

（４）によれば、バッテリモジュールの他のコネクタに該バッテリモジュールの幅方向に隣接して配置された他のバッテリモジュールの各バスバーに接続する電圧検出線が接続されることで、他のバッテリモジュールにセンサ装置が不要となる。また、他のコネクタの接続部が他のバッテリモジュール側（幅方向一方）に設けられているので、コネクタに接続される電圧検出線を短くできる。

１、１Ａバッテリモジュール
２セル積層体
２１セル
２１１端子
２３バスバー
２３１屈曲部
２３１ａ上部
７センサ装置
７１基板
７２電子部品
７３ケース
７４Ａ電圧検出用コネクタ（コネクタ）
７４Ｂ電圧検出用コネクタ（他のコネクタ）
７４１接続部
７４２下面
９電圧検出線

Claims

複数のセルを積層することで構成されるセル積層体と、隣接するセルの端子同士を接続する複数のバスバーと、各セルの電圧を検出するセンサ装置と、を備えるバッテリモジュールであって、
前記センサ装置は、積層方向及び上下方向に直交する幅方向から見て、前記セル積層体の上面に配置された前記複数のバスバーの上方に配置され、且つ、前記幅方向に接続部を有するコネクタを備え、
各バスバーは、接続するセル間に上方に突出する屈曲部を有し、
前記コネクタは、前記積層方向において隣接する前記バスバーの屈曲部間に配置され、且つ、前記上下方向において前記コネクタの下面が前記屈曲部の上部よりも低い位置に設けられる、バッテリモジュール。
請求項１に記載のバッテリモジュールであって、
前記センサ装置は、基板と、該基板に搭載される電子部品と、該基板及び該電子部品を収容するケースと、を備え、
前記コネクタは、該ケースの側面に設けられている、バッテリモジュール。
請求項１又は２に記載のバッテリモジュールであって、
前記コネクタには、各バスバーに接続する電圧検出線が接続される、バッテリモジュール。
請求項１又は２に記載のバッテリモジュールであって、
前記センサ装置は、他のコネクタをさらに備え、
前記他のコネクタは、幅方向一方に隣接して配置された他のバッテリモジュールの各バスバーに接続する電圧検出線が接続され、且つ、接続部が前記幅方向一方に設けられている、バッテリモジュール。