JP5050390B2 - 組電池 - Google Patents

Description

本発明は、電池モジュールを積層した電池モジュール積層体を平面的に配列し保持するためのロアケースを備えた組電池に関するものである。

複数の薄型電池を積層、若しくは複数の薄型電池を積層して形成された電池モジュールを複数積層した電池モジュール積層体を一枚のプレート（以下ロアプレート）上に複数平面配列し、各薄型電池若しくは電池モジュールの電極端子を電気的に接続して成る組電池が知られている（例えば下記特許文献１参照）。

このような組電池において、ロアプレートが金属製である場合にはロアプレートを介して電池モジュール積層体同士の意図しない導通（外部短絡）が発生する恐れがある。そこで、ロアプレートと電池モジュール積層体との間に絶縁物を介在させたり、電池モジュール積層体の最下段の電池モジュールとロアプレートとの間に十分な隙間を空けたりする必要が有り、組電池のコスト増大及び大型化が問題となる。

これを解決する為に、ロアプレートを絶縁性の樹脂で形成することが考えられるが、自動車用組電池の場合、大面積を必要とするため、樹脂製のロアプレートでは、金属製のロアプレートに比べて剛性が低く、十分な剛性を確保できない場合がある。所望の剛性を得ようとすると、ロアプレートの板厚が増大する為、組電池の重量の増加及び大型化が問題となる。
特開２００５−１１６４４０号公報

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、組電池の内外の絶縁性を確実にしつつ十分な剛性を確保したロアケースを備えた組電池を提供することにある。

かかる目的を達成するために、本発明の組電池は、電池モジュールを積層した電池モジュール積層体を平面的に配列した電池モジュール群を保持するための板状のロアケースを備えた組電池であって、前記電池モジュール積層体が並列に並べられて載置される樹脂製の前記ロアケースの本体部内に、前記電池モジュール積層体が載置される個々の載置面毎に、インサートモールドされた金属フレームを有し、前記金属フレームが前記電池モジュール積層体の配列方向に互いに電気的に絶縁された状態で配置されていることを特徴とする。

本発明の組電池では、前記電池モジュール積層体が並列に並べられて載置される樹脂製の前記本体部内に、前記電池モジュール積層体が載置される個々の載置面毎に、インサートモールドされた金属フレームを有し、前記金属フレームが前記電池モジュール積層体の配列方向に互いに電気的に絶縁された状態で配置されているので、電池モジュール積層体相互間がロアケースを通して導通してしまう短絡（外部短絡）が確実に防止される。そして、本発明のロアプレートは、単純な樹脂製のロアプレートに比べ剛性に優れ、また、単なる金属部品で構成されている場合のように、絶縁のための特別の絶縁部材や大きな空間の確保などを行う必要が無いため、低コスト且つ小型に構成することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。

図１は本実施形態に係るロアケースを用いた組電池の全体を示す斜視図、図２は本実施形態に係るロアケースを示す平面図、図３は図２のIII−III線に沿う断面図である。

図１に示す組電池１は、板状のロアケース２に、複数の電池モジュール３が積層されている。電池モジュール３は、内部に複数の単電池を有する単位ユニットであり、内部の複数の単電池は、それぞれが電気的に直列および／または並列に接続されて、電池モジュール３の出力端子４から所定の電流または電圧を出力する。組電池１は、この電池モジュール３を複数直列または並列に接続することにより、所望の電流、電圧または容量を得ることができる。

ロアケース２には、電池モジュール３を上下方向（垂直方向）に３個積層して成る電池モジュール積層体５が、平面内で縦方向に１列に且つ横方向に４列に配列されている。

ロアケース２は、図２に示すように、ロアケース本体である絶縁樹脂（以下、単に樹脂と記載する）製の本体部６と、この本体部６にインサートされたフレーム状の金属部品である金属フレーム２０とを有している。

本体部６は、図３から良く判るように、その平面内に立てられた多数のリブ７により軽量に構成された外周領域Ａと、その内側の内側領域Ｂとから成り、内側領域Ｂには、電池モジュール積層体５が載置される４つの載置面８が横並びに存在している。また本体部６の下面には、車輌のフロア下の車体３０に対する取付面９が形成されている。上記の４つの載置面８は、それぞれの両端側に本体部６の隆起部１０を有し、この隆起部１０の頂部１０ａで電池モジュール積層体５を保持する構成となっている。

上記本体部６内には、電池モジュール積層体５が載置される個々の載置面８毎に、該載置面８を補強するように金属フレーム２０がインサートされる。この金属フレーム２０は、図４に示すように、各電池モジュール積層体５の横幅に対応して離間された二本の縦架材２１と、この縦架材２１間に架け渡した複数本の横架材２２から構成されている。この金属フレーム２０の縦架材２１は、強度を上げるため下向きに折り曲げられ、横架材２２はその折り曲げられた最下端を連結するように設けられている。また、金属フレーム２０の縦架材２１には、横架材２２が結合する部分において、組み立て時の通しボルト２５（図６）が通る通し孔２３が設けられている。

図５に細かい点を省略して図１の一部を再度示す。また図６に、この図５のＶＩ−ＶＩ断面を示す。図５に示すように、上記した金属フレーム２０は、本体部６内に、電池モジュール積層体５の配列方向に間隔Ｄを置いて計４つ（図５には３つのみ示す）インサートされる。このとき金属フレーム２０は、図６に示すように、本体部６の隆起部１０内に、金属フレーム２０の縦架材２１が位置するように配置される。

本体部６の各隆起部１０において、相隣る金属フレーム２０の縦架材２１は互いに上記間隔Ｄだけ離れており、その間隔内には本体部６の樹脂部６ａが存在している。従って、ロアケース２を通した導通を確実に遮断し、外部短絡をなくす構造となっている。

また金属フレーム２０は、その縦架材２１の部位において、電池モジュール３に対向する面（上面側）及びこれと反対側の面（下面側）が、本体部６の樹脂部６ｂおよび樹脂部６ｃで覆われており、これにより金属フレーム２０が組電池１の外側へ露出することを防止して、金属フレーム２０と電池モジュール３の間の確実な絶縁（上面側絶縁）と、車体３０との絶縁（下面側絶縁）を確実にしている。なお、この樹脂部６ｂの頂面（隆起部１０の頂部１０ａ）により上記の載置面８の高さが設定される。

しかし、各載置面８のうち、上記の隆起部１０との隆起部１０の間の中間領域には樹脂部が設けられておらず、金属フレーム２０は、その横架材２２の部分においては上面が、また横架材２２以外の部分においては上下の面を含む全体が露出している。これは、後述するように、金属部品である金属フレーム２０を組電池１内部の冷却流路１５（図７）に露出させ、組電池１の冷却効率を向上させるためである。

上記本体部６の隆起部１０には、通しボルト２５の先端が差し込まれる有底穴１１が設けられ、該有底穴１１は、上記樹脂部２及び縦架材２１を貫通して、ただし下端に樹脂部６ｃが残るように、上方から設けられている。また、この隆起部１０の有底穴１１の下部には、金属フレーム２０の縦架材２１の内側、すなわち下方に、上記通しボルト２５の下端部を締結させるナット１２が埋め込まれている。従って、通しボルト２５を電池モジュール積層体５の貫通孔１３（３段に積層された各電池モジュールの同一の位置に設けられた貫通孔）に通し、その下端部を上記有底穴１１に差し込み、その通しボルト２５の下端部外周に設けたネジ溝２５ａを上記ナット１２に螺合させることにより、ロアケース２に通しボルト２５を立てることができる。

電池モジュール積層体５はロアケース２に立てた通しボルト２５により、４つ全てがロアケース２上に設置された後、図１に示すように、全ての電池モジュール積層体５を覆う拘束板２６を設け、その上部から通しボルト２５の上端部のネジ溝２５ｂ（図６）にナット２４を嵌め込み、全ての電池モジュール積層体５がロアケース２に固定される。

上記のようにロアケース２により組電池１の電池モジュール積層体５を保持した後、これを図示してない車輌のフロア下の空間に置き、図７のように車体３０に搭載する。この図７のロアケース２は、図６と同様に、金属フレーム２０の横架材２２を通る位置の断面で示してある。

ここで電池モジュール積層体５の底面とロアケース２との間に冷却風が流れる冷却流路を形成し、金属フレーム２０の横架材２２の部分が、この冷却流路１５に露出している。すなわち、電池モジュール積層体５の下部に冷却流路１５を有し、上記金属フレーム２０の横架材２２の部分が、この冷却流路１５に露出している。このため電池モジュール積層体底面のみならず、金属フレーム２０を冷却することで通しボルト２５を介して電池モジュール積層体２５全体を冷却することができ、組電池１の冷却効率を向上させるロアケース構造となっている。

図８に、本実施形態に係るロアケース２電池にモジュール積層体５を取り付けた組電池１を、車両固定ブラケット３１を用いて車両に搭載する形態を示す。

図８において、ロアケース２の本体部６は長方形を有し、従って外周領域Ａは短辺領域Ａ１、Ａ２および長辺領域Ａ３、Ａ４で構成されている。このうち平面内の上下に相当する上側の長辺領域Ａ３と下側の長辺領域Ａ４には、車両に搭載する際に、それぞれ車両固定ブラケット３１が配置される。この車両固定ブラケット３１は、横方向に４列に配列された上記４つの電池モジュール積層体５を共通にカバーする横方向長さを有し、また幅は長辺領域Ａ３、Ａ４と同等かそれより少し大きい程度に形成されている。

上記の車両固定ブラケット３１に対し、金属フレーム２０は、その縦架材２１が上下の長辺領域Ａ３、Ａ４の間を架橋するように延在している。すなわち、金属フレーム２０の縦架材２１は、長辺領域Ａ３、Ａ４に存在する車両固定ブラケット３１間を架橋して、井桁形状を構成する横梁として機能し得る長さに設定されている。

このため、車両固定ブラケット３１を本体部６の長辺領域Ａ３、Ａ４に載置すると、４つの金属フレーム２０の縦架材２１の両端部を、共通に押さえることができる。また、本体部６の長辺領域Ａ３、Ａ４には、金属部品である金属フレーム２０と干渉しない範囲において、車両固定時の固定箇所３２に１個又は複数個の取付孔３３が設けられており、この取付孔３３と車両固定ブラケット３１とを利用して、組電池１全体が車体３０に取り付けられる。

このように組電池１を車両に搭載する際には、金属フレーム２０と車両固定ブラケット３１にて井桁形状を構成するため、車両搭載時の剛性を上げることができる。また車両固定時の固定箇所３２が、金属部品である金属フレーム２０と干渉しない範囲に設定されているので、組電池内外の絶縁が確保される。

本発明は、例えば車両に搭載される組電池に適用することができる。

本実施形態に係るロアケースを用いた組電池の全体を示す斜視図である。 本実施形態に係るロアケースを示す平面図である。 図２のIII−III線に沿う断面図である。 本実施形態に係るロアケースの金属フレームを示した斜視図である。 本実施形態に係るロアケースの一部を模式的に示した平面図である。 図５のVI−VI線に沿う断面図である。 本実施形態に係るロアケースにより組電池を保持して車体に搭載した状態を示す断面図である。 本実施形態に係るロアケースにモジュール積層体を取り付けた組電池を、車両固定ブラケットを用いて車両に搭載する状態を示す平面図である。

符号の説明

１ 組電池、
２ ロアケース、
３ 電池モジュール、
５ 電池モジュール積層体、
６ 本体部、
６ａ、６ｂ、６ｃ 樹脂部、
７ リブ、
８ 載置面、
１０ 隆起部、
１０ａ 頂部、
１１ 有底穴、
１２ ナット、
１４ ヒートシンク、
１５ 冷却空間、
２０ 金属フレーム、
２１ 縦架材、
２２ 横架材、
２３ 通し孔、
２４ ナット、
２５ ボルト、
２６ 拘束板、
３０ 車体、
３１ 車両固定ブラケット、
３２ 固定箇所、
３３ 取付孔。

Claims (5)

1. 電池モジュールを積層した電池モジュール積層体を平面的に配列した電池モジュール群を保持するための板状のロアケースを備えた組電池であって、
   前記電池モジュール積層体が並列に並べられて載置される樹脂製の前記ロアケースの本体部内に、前記電池モジュール積層体が載置される個々の載置面毎に、インサートモールドされた金属フレームを有し、
   前記金属フレームが前記電池モジュール積層体の配列方向に互いに電気的に絶縁された状態で配置されていることを特徴とする組電池。
2. 前記ロアケースの金属フレームが各電池モジュール積層体の横幅に対応して離間された縦架材とこの縦架材間に架け渡した横架材から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
3. 前記ロアケースの本体部の樹脂が、前記金属フレームの縦架材の前記電池モジュールに対向する面及びこれと反対側の面を覆っていることを特徴とする請求項２に記載の組電池。
4. 前記電池モジュール積層体と前記ロアケースとの間には、前記電池モジュールを冷却するための冷却風が流れる冷却流路を有し、前記金属フレームの横架材の少なくとも一部が、この冷却流路に露出していることを特徴とする請求項２または３に記載の組電池。
5. 前記組電池は車両に搭載され、前記ロアケースの本体部を前記車両に固定するための固定箇所が、前記本体部における前記金属フレームより外側の部位に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の組電池。

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