JP6706648B2

JP6706648B2 - バッテリモジュール

Info

Publication number: JP6706648B2
Application number: JP2018119107A
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: 2020-06-10
Anticipated expiration: 2038-06-22
Also published as: CN110635190A; US11038217B2; JP2019220438A; US20190393565A1; CN110635190B

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のバッテリモジュールでは、セル積層体の上面にセンサ装置が配置されているので、バッテリモジュールの高さ寸法が大幅に増加する虞があった。

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、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、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、前記セル積層体の上面に配置され、
前記センサ装置には、下方に膨出するセンサ膨出部が設けられ、
前記セル積層体の前記上面には、前記センサ膨出部を収容する背低部が設けられ、
前記背低部は、前記セル積層体の前記上面に搭載されるバスバープレートによって構成され、
前記バスバープレートは、バスバーに接続する電圧検出線の端子部からなる背高部と、前記端子部間に設けられる前記背低部と、を備える。

本発明によれば、センサ装置には、下方に膨出するセンサ膨出部が設けられ、セル積層体の上面には、センサ膨出部を収容する背低部が設けられているので、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、入れ子構造によりバッテリモジュールの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Ａ−Ａ断面図である。

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及び上下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も参照して、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、複数の電圧検出線９を介して各バスバー２３に接続される電圧検出用コネクタ７４と、該ケース７３の側面に配置され、複数の検出信号出力線（図示せず）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、２つのバッテリモジュール１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７４を備えるが、電圧検出用コネクタ７４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７４及び検出信号出力用コネクタ７５が実装される。

電子部品７２には、比較的高さ寸法が大きいトランス７２１や電解コンデンサ７２２が含まれている。また、電子部品７２は、放熱量等に応じてケース７３との間に確保する隙間ＣＬ１〜ＣＬ３に差がある。例えば、放熱量が小さい電圧検出用コネクタ７４の場合は、ケース７３との間に僅かな隙間ＣＬ３を確保すればよいが、放熱量が大きいトランス７２１や電解コンデンサ７２２の場合は、隙間ＣＬ３に比べて大きな隙間ＣＬ１、ＣＬ２を確保する必要がある。

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。蓋ケース７３２の上面は、略平坦に形成される一方、ケース本体７３１の下面には、下方に膨出するセンサ膨出部７３１ａが形成される。本実施形態のセンサ膨出部７３１ａは、ケース７３の内部に、比較的高さ寸法が大きく、且つ、ケース７３との間に大きな隙間ＣＬ１、ＣＬ２を必要とするトランス７２１や電解コンデンサ７２２を収容する電子部品収容部７３４を構成しており、下面視で長方形に形成される３つのセンサ膨出部７３１ａが前後方向に所定の間隔を介して設けられている。

また、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７４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を介してセンサ装置７の電圧検出用コネクタ７４に接続される。また、複数の電圧検出線９の他端側には、図３に示すように、各バスバー２３に接続するための端子部９２がそれぞれ設けられ、該端子部９２を介してバスバー２３に接続される。具体的に説明すると、端子部９２は、端子本体９２１と、カシメにより電圧検出線９の他端部に接続されるカシメ部９２２と、を有し、端子本体９２１が、バスバー２３側に設けられる端子部２３２に溶接等で接続される。

電圧検出線９側の端子部９２とバスバー２３側の端子部２３２は、バスバープレート２４の上面に配置される。端子部９２の端子本体９２１やバスバー２３側の端子部２３２は、薄板金属部材であるため、高さ寸法が低いが、端子部９２のカシメ部９２２は、電圧検出線９にカシメられるため、端子部９２の端子本体９２１よりも高さ寸法が大きくなる。即ち、バスバープレート２４の上面において、端子部９２のカシメ部９２２が配置される部分は背高部２４２となり、該背高部２４２と前後方向に隣接する背高部２４２との間が背低部２４３となる。また、複数の電圧検出線９は、一端側が結束され、他端側のみが各バスバー２３に向けて配索されるが、複数の電圧検出線９の結束部９３は、バスバープレート２４の上面において、背高部２４２を避けた領域に確保される電圧検出線収容部２４４に収容される。

（センサ装置とセル積層体の入れ子構造）
つぎに、センサ装置７とセル積層体２の入れ子構造について説明する。

上記のように構成されるバッテリモジュール１では、セル積層体２の上面にセンサ装置７が配置されるので、バッテリモジュール１の高さ寸法が大幅に増加する可能性がある。そこで、本発明の実施形態に係るバッテリモジュール１では、センサ装置７の下面から下方に膨出するセンサ膨出部７３１ａを、セル積層体２（バスバープレート２４）の上面に設けられる背低部２４３に収容する。このようにすると、セル積層体２の上面にセンサ装置７が配置されるバッテリモジュール１でありながら、センサ装置７とセル積層体２との入れ子構造により高さ寸法を小さくできる。

また、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、を備え、センサ膨出部７３１ａは、ケース７３の下面に設けられているので、基板７１及び電子部品７２がケース７３に収容されることでケース７３により基板７１等を保護しつつ、入れ子構造により高さ寸法を小さくできる。

また、電子部品７２は、基板７１の下面に搭載され、センサ膨出部７３１ａは、電子部品７２を収容する電子部品収容部７３４となっているので、高さが必要な電子部品収容部７３４の外壁のみを膨出させてセンサ膨出部７３１ａとすることにより、センサ装置７を小型化できる。

また、背低部２４３は、セル積層体２の上面に搭載されるバスバープレート２４によって構成されるので、バスバープレート２４の凹凸を利用してセンサ膨出部７３１ａの高さを吸収できる。

また、バスバープレート２４の背高部２４２は、バスバー２３に接続する電圧検出線９の端子部９２に設けられるカシメ部９２２であり、背低部２４３は、カシメ部９２２間に設けられるので、電圧検出線９と端子部９２とをカシメにより接続するカシメ部９２２は高さが高くなるものの、端子部９２のカシメ部９２２を避けた背低部２４３を利用することで、センサ膨出部７３１ａの高さを吸収できる。

また、複数の電圧検出線９は、他端側がバスバー２３と接続されるとともに、一端側が結束されてセンサ装置７の下面とバスバープレート２４の上面との間の空間を通り、該空間から引き出されてセンサ装置７の電圧検出用コネクタ７４に接続されるが、バスバープレート２４には、背高部２４２と重ならない位置に電圧検出線収容部２４４が設けられ、該電圧検出線収容部２４４に複数の電圧検出線９の結束部９３が収容されるので、電圧検出線収容部２４４の上方への張り出しを回避し、バッテリモジュール１の高さを小さくできる。

なお、前述した実施形態は、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、前述した実施形態では、センサ装置７のケース７３にセンサ膨出部７３１ａを設けているが、基板７１に搭載される電子部品７２自体をセンサ膨出部としてもよい。また、前述した実施形態では、背高部２４２及び背低部２４３がバスバープレート２４によって構成されているが、セル積層体２の構成要素であれば、バスバープレート２４以外の部材で背高部及び背低部を構成してもよい。

［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、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、前記セル積層体の上面に配置され、
前記センサ装置には、下方に膨出するセンサ膨出部（センサ膨出部７３１ａ）が設けられ、
前記セル積層体の前記上面には、前記センサ膨出部を収容する背低部（背低部２４３）が設けられている、バッテリモジュール。

（１）によれば、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、セル積層体とセンサ装置との入れ子構造によりバッテリモジュールの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、
前記センサ膨出部は、前記ケースの下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、入れ子構造により高さ寸法を小さくできる。

（３）（２）に記載のバッテリモジュールであって、
前記電子部品は、前記基板の下面に搭載され、
前記センサ膨出部は、前記電子部品を収容する電子部品収容部（電子部品収容部７３４）である、バッテリモジュール。

（３）によれば、高さが必要な電子部品収容部の外壁のみを膨出させてセンサ膨出部とすることで、センサ装置を小型化できる。

（４）（１）〜（３）のいずれか１項に記載のバッテリモジュールであって、
前記背低部は、前記セル積層体の前記上面に搭載されるバスバープレート（バスバープレート２４）によって構成される、バッテリモジュール。

（４）によれば、バスバープレートの凹凸を利用してセンサ膨出部の高さを吸収できる。

（５）（４）に記載のバッテリモジュールであって、
前記バスバープレートは、バスバー（バスバー２３）に接続する電圧検出線（電圧検出線９）の端子部（端子部９２）からなる背高部（背高部２４２）と、前記端子部間に設けられる前記背低部と、を備える、バッテリモジュール。

（５）によれば、電圧検出線の端子部は配線に端子がかしめられているため高さが高くなるものの、電圧検出線の端子部を避けた背低部を利用することで、センサ膨出部の高さを吸収できる。

（６）（５）に記載のバッテリモジュールであって、
前記バスバープレートには、前記背高部と重ならない位置に複数の前記電圧検出線を収容する電圧検出線収容部（電圧検出線収容部２４４）が設けられている、バッテリモジュール。

（６）によれば、電圧検出線収容部の上方への張り出しを防ぐことができる。

１バッテリモジュール
２セル積層体
２１セル
２３バスバー
２４バスバープレート
２４２背高部
２４３背低部
２４４電圧検出線収容部
７センサ装置
７１基板
７２電子部品
７３ケース
７３１ａセンサ膨出部
７３４電子部品収容部
９電圧検出線
９２端子部

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、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、前記セル積層体の上面に配置され、
前記センサ装置には、下方に膨出するセンサ膨出部が設けられ、
前記セル積層体の前記上面には、前記センサ膨出部を収容する背低部が設けられ、
前記背低部は、前記セル積層体の前記上面に搭載されるバスバープレートによって構成され、
前記バスバープレートは、バスバーに接続する電圧検出線の端子部からなる背高部と、前記端子部間に設けられる前記背低部と、を備える、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、
前記センサ膨出部は、前記ケースの下面に設けられている、バッテリモジュール。
請求項２に記載のバッテリモジュールであって、
前記電子部品は、前記基板の下面に搭載され、
前記センサ膨出部は、前記電子部品を収容する電子部品収容部である、バッテリモジュール。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のバッテリモジュールであって、
前記バスバープレートには、前記背高部と重ならない位置に複数の前記電圧検出線を収容する電圧検出線収容部が設けられている、バッテリモジュール。