JP7568416B2 - 電池モジュールシステム、電池モジュール及び電池モジュールの長さ調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、電池モジュールシステム、電池モジュール及び電池モジュールの長さ調整方法、に関する。

従来から、例えば電気自動車やハイブリッド自動車には、駆動用電源として電池モジュールが搭載されている（特許文献１、２）。電池モジュールは、複数の単電池を積層した電池集合体から構成され、収容ケースに収容されている。

特開２０１１－１５４８９号公報 特開２０１９－９１５７０号公報

しかしながら、上述した単電池は、積層方向の長さにばらつきがある。このため、製品毎に電池モジュールの積層方向の長さが変動してしまい、収容ケース内にうまく収容することができない、という問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池モジュールの長さのばらつきを抑制できる電池モジュールシステム、電池モジュール及び電池モジュールの長さ調整方法を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る電池モジュールシステム、電池モジュール及び電池モジュールの長さ調整方法は、下記［１］～［５］を特徴としている。
［１］
複数の単電池が積層された電池集合体に取り付けられるバスバモジュールと、
前記バスバモジュールを介して複数の前記単電池各々に接続され、複数の前記単電池を監視する電池監視部と、
前記積層方向の長さが異なる複数種類の筐体と、を備え、
前記筐体は、前記単電池の前記積層方向と直交する側面と同等の側面を有し、
前記電池監視部が、前記筐体に取り付けられており、
前記複数種類の筐体のうち一の前記筐体が、前記単電池の積層方向に沿って前記電池集合体に隣接して配置され、前記複数種類の筐体のうち前記一の前記筐体以外の前記筐体は、前記電池集合体に隣接して配置されない、
電池モジュールシステムであること。
［２］
［１］に記載の電池モジュールシステムであって、
前記筐体内に前記筐体の前記積層方向に対する剛性を補強する補強部が設けられた、
電池モジュールシステムであること。
［３］
［１］又は［２］に記載の電池モジュールシステムであって、
前記電池監視部は、前記筐体内部に収容されている、
電池モジュールシステムであること。
［４］
複数の単電池が積層された電池集合体と、
前記電池集合体に取り付けられるバスバモジュールと、
前記バスバモジュールを介して複数の前記単電池各々に接続され、複数の前記単電池を監視する電池監視部と、
前記電池監視部が取り付けられると共に前記積層方向の長さが異なる複数種類の筐体と、
互いに積層された前記電池集合体と前記複数種類の筐体のうち一の前記筐体との積層方向の長さを規制する規制部材と、
を備え、
前記複数種類の筐体のうち前記一の前記筐体以外の前記筐体は、前記電池集合体に隣接して配置されない、
電池モジュールであること。
［５］
電池モジュールの積層方向の長さを調整する電池モジュールの長さ調整方法であって、
前記電池モジュールは、
複数の単電池が積層された電池集合体と、
前記電池集合体に取り付けられるバスバモジュールと、
前記バスバモジュールを介して複数の前記単電池各々に接続され、複数の前記単電池を監視する電池監視部と、
前記電池監視部が取り付けられている筐体と、
互いに積層された前記電池集合体と前記筐体との積層方向の長さを規制する規制部材と、
を備え、
前記積層方向の長さが異なる複数種類の前記筐体を用意し、
前記複数種類の筐体のうち前記電池集合体の積層方向の長さに応じたものを選択して、
前記電池集合体に積層する、
電池モジュールの長さ調整方法であること。

上記［１］及び［４］の構成の電池モジュールシステム及び電池モジュールによれば、電池監視部が、単電池の積層方向と直交する側面と同等の側面を有する筐体に取り付けられている。これにより、筐体を複数の単電池と一緒に規制部材により規制することができる。よって、積層方向の長さが異なる複数種類の筐体を用意し、これら複数種類の筐体のうち電池集合体の積層方向の長さに応じたものを選択して、電池集合体に取り付けることができ、電池モジュールの長さのばらつきを抑制することができる。

上記［２］の構成の電池モジュールシステムによれば、筐体内に補強部が設けられている。これにより、筐体及び電池集合体を規制部材で規制しても、筐体がつぶれるのを抑制できる。

上記［３］の構成の電池モジュールシステムによれば、電池監視部は、筐体内に収容されている。これにより、電池監視部を筐体外に取り付ける場合に比べて省スペース化を図ることができる。

上記［５］の構成の電池モジュールの長さ調整方法によれば、積層方向の長さが異なる複数種類の筐体を用意し、これら複数種類の筐体のうち電池集合体の積層方向の長さに応じたものを選択して、電池集合体に取り付けることができ、電池モジュールの長さのばらつきを抑制することができる。

本発明によれば、電池モジュールの長さのばらつきを抑制することができる電池モジュールシステム、電池モジュール及び電池モジュールの長さ調整方法を提供することができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、第１実施形態における本発明の電池モジュールの斜視図である。 図２は、図１から拘束部材を取り外した状態の電池モジュールの斜視図である。 図３は、図１に示す電池モジュールの上面図である。 図４は、図１に示す電池モジュールの側面図である。 図５は、図３のＡ－Ａ線断面図である。 図６は、図５のＢ－Ｂ線断面図である。 図７は、第２実施形態における図３のＡ－Ａ線断面図である。 図８は、図７のＣ－Ｃ線断面図である。

（第１実施形態）
本発明に関する具体的な第１実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。

本実施形態にかかる電池モジュール１は、複数の単電池２１が積層された電池集合体２と、電池集合体２に取り付けられる電池モジュールシステム３と、拘束部材４（規制部材）と、を備えている。

電池集合体２は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車などに搭載され、複数の単電池２１を直列に接続して構成される。複数の単電池２１は、それぞれ直方体状に形成される電池本体２１ａの上面に、正極２１ｂ及び負極２１ｃが突出して設けられている。この正極２１ｂと負極２１ｃは、電池本体２１ａの上面において互いに離れて配置され、それぞれ上面からほぼ垂直に円柱状に突出して設けられている。

電池集合体２は、隣り合う単電池２１の正極２１ｂと負極２１ｃとが交互になるように単電池２１を所定方向（積層方向）に積層するように配列する。この電池集合体２は、例えば、直列に接続された単電池２１の両端部に相当する単電池２１のうち、一方の単電池２１の正極２１ｂが総正極、他方の単電池２１の負極２１ｃが総負極となる。

次に、本実施形態の電池モジュールシステム３について説明する。電池モジュールシステム３は、図２などに示すように、電池集合体２に取り付けられるバスバモジュール５と、複数の単電池２１を監視する電池監視部としてのＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）６と、ＢＭＳ６が取り付けられる筐体７と、を備えている。

上記バスバモジュール５は、複数のバスバ５１と、接続部材５２と、を備えている。複数のバスバ５１は各々、金属板から構成され、隣り合う単電池２１の正極２１ｂ及び負極２１ｃを接続する。これにより、複数の単電池２１が直列接続される。接続部材５２は、複数のバスバ５１及び上述した総正極、総負極と、ＢＭＳ６と、の間を接続する。接続部材５２は、例えば、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｌｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）から構成される。接続部材５２は、複数のバスバ５１、総正極、総負極にそれぞれ接続された複数の帯状の導電部材５２ａと、これら複数の導電部材５２ａを高さ方向両側から互いの間に挟んで保持する一対の絶縁シート（図示せず）と、を有している。この接続部材５２のバスバ５１から離れた側の端部には、ＢＭＳ６と接続するコネクタ５２ｃ（図３、図４参照）が設けられている。

ＢＭＳ６は、検出回路やＣＰＵなどが搭載された基板から構成され、バスバモジュール５を介して単電池２１の両端にそれぞれ接続されている。ＢＭＳ６は、例えば、複数の単電池２１の両端電圧を検出するなど電池集合体２の監視を行っている。

筐体７は、電池本体２１ａと同様に立方体状に設けられ、図２に示すように、単電池２１の積層方向と直交する側面Ｓ１と同じ大きさ、同じ形状の側面Ｓ２を有している。今、１つの単電池２１の正極２１ｂ及び負極２１ｃの並び方向を幅方向、積層方向及び幅方向の双方に直交する方向を高さ方向とする。本実施形態では、図３に示すように、単電池２１の側面Ｓ１の幅方向の長さ（以下、「幅」）と、筐体７の側面Ｓ２の幅と、が同じに設けられている。また、図４に示すように、単電池２１の側面Ｓ１において高さ方向の長さ（以下、「高さ」）と筐体７の側面の高さと、が同じに設けられている。本実施形態では、筐体７は、直列に接続された単電池２１の両端部に相当する単電池２１の一方に積層されている。本実施形態では、ＢＭＳ６は、筐体７の上面に搭載されている。

また、筐体７は、図５に示すように、中空状に形成され、内部に筐体７の積層方向を補強する補強部８が設けられている。補強部８は、例えば、筐体７の積層方向に対向する内側面上にそれぞれ重ねられる一対の基台８１と、一対の基台８１間を連結する積層方向に延在する複数の柱部８２と、を備えている。本実施形態において、柱部８２は、図６に示すように、２列×３行の計６つが設けられている。本実施形態では、筐体７は、補強部８を挿入できるようにするため、積層方向に２分割できるようになっている。また、補強部８も、柱部８２の中央部分において積層方向に２分割できるようになっている。なお、本実施形態では、筐体７と補強部８とは別体に設けられているものを一例として説明するが、これに限ったものではない。例えば、筐体７に積層方向に突出するリブ状の補強部８などを設けて、筐体７と補強部８とを一体に設けてもよい。

次に、拘束部材４について説明する。拘束部材４は、図１に示すように、電池集合体２と筐体７とを積層し、電池集合体２と筐体７との積層方向の長さを規制（拘束）する。本実施形態では、拘束部材４は、積層方向に並べられ、互いの間に電池集合体２及び筐体７を挟んで拘束する一対の拘束板４１と、ねじなどから構成され、一対の拘束板４１を互いに近づける方向に圧力をかけた状態で連結する連結部４２と、備えている。

上記電池モジュール１は、図示しない収容ケースに複数収容された状態で、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載されている。背景技術でも説明したように、単電池２１は、積層方向の長さにばらつきがある。このため、これら単電池２１を複数積層した電池集合体２の積層方向の長さは、大きくばらついてしまい、収容ケース内にうまく収容することができない。

本実施形態では、ＢＭＳ７が、単電池２１の積層方向と直交する側面Ｓ１と同等の側面Ｓ２を有する筐体７に取り付けられている。これにより、筐体７を単電池２１と一緒に拘束部材４により拘束することができる。そして、積層方向の長さが異なる複数種類の筐体７を用意し、これら複数種類の筐体７のうち電池集合体２の積層方向の長さに応じたものを選択して、電池集合体２と一緒に拘束することができ、電池モジュール１の長さのばらつきを抑制することができる。例えば、電池集合体２の積層方向の長さが長い場合、複数種類の筐体７のうち積層方向の長さが短いものを選択して、電池集合体２と一緒に拘束して、収容ケースに収容する。一方、電池集合体２の積層方向の長さが短い場合、複数種類の筐体７のうち積層方向の長さが長いものを選択して、電池集合体２と一緒に拘束して、収容ケースに収容する。これにより、電池モジュール１の長さのばらつきを抑制して、収容ケースにうまく収容することができる。

また、上述した実施形態によれば、筐体７内に補強部８が設けられている。これにより、筐体７及び電池集合体２を拘束部材４で拘束しても、筐体７がつぶれるのを抑制できる。

また、上述した筐体７は中空状であったがこれに限ったものではない。ＢＭＳ７を上面に取り付ける場合は、筐体７を中空状にせずに内部に空間がなくてもよい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。上述した第１実施形態では、ＢＭＳ６は、筐体７の上面に搭載されていたが、これに限ったものではない。ＢＭＳ６は、図７及び図８に示すように筐体７内に収容するようにしてもよい。第２実施形態の筐体７が第１実施形態と異なる点は、筐体７の上面に接続部材５２を挿入するための開口（図示せず）が設けられている点である。補強部８については、上述した第１実施形態とほぼ同等のため詳細な説明を省略する。

ＢＭＳ６は、基板が積層方向と直交するように筐体７内に収容され、図８に示すように、柱部８２を避けた形状に設けられている。筐体７及び補強部８を分割した状態で、分割した一方にＢＭＳ６を取り付ける。次に、接続部材５２のコネクタ５２ｃをＢＭＳ６の基板に接続し、筐体７及び補強部８を組み立てれば、筐体７内にＢＭＳ６を収容することができる。

上述した実施形態によれば、ＢＭＳ６は、筐体７内に収容されている。これにより、ＢＭＳ６を筐体７外に取り付ける場合に比べて省スペース化を図ることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

上述した実施形態によれば、筐体７と単電池２１の高さと幅とを同じに設けていたが、これに限ったものではない。筐体７の側面Ｓ２は、複数の単電池２１と一緒に拘束できる程度に、単電池２１の側面Ｓ１と同等に設ければよい。

また、上述した実施形態によれば、接続部材５２をＦＰＣで構成していたが、これに限ったものではない。電線から接続部材５２を構成するようにしてもよい。

ここで、上述した本発明に係る電池モジュールシステム、電池モジュール及び電池モジュールの長さ調整方法の実施形態の特徴をそれぞれ以下［１］～［５］に簡潔に纏めて列記する。
［１］
複数の単電池（２１）が積層された電池集合体（２）に取り付けられるバスバモジュール（５）と、
前記バスバモジュール（５）を介して複数の前記単電池（２１）各々に接続され、複数の前記単電池（２１）を監視する電池監視部（６）と、
前記単電池（２１）の積層方向に沿って前記電池集合体（２）に隣接して配置される筐体（７）と、を備え、
前記筐体（７）は、前記積層方向と直交する側面（Ｓ１）と同等の側面（Ｓ２）を有し、
前記電池監視部（６）が、前記筐体（７）に取り付けられている、
電池モジュールシステム（３）。
［２］
［１］に記載の電池モジュールシステム（３）であって、
前記筐体（７）内に前記筐体（７）の前記積層方向に対する剛性を補強する補強部（８）が設けられた、
電池モジュールシステム（３）。
［３］
［１］又は［２］に記載の電池モジュールシステム（３）であって、
前記電池監視部（６）は、前記筐体（７）内部に収容されている、
電池モジュールシステム（３）。
［４］
複数の単電池（２１）が積層された電池集合体（２）と、
前記電池集合体（２）に取り付けられるバスバモジュール（５）と、
前記バスバモジュール（５）を介して複数の前記単電池（２１）各々に接続され、複数の前記単電池（２１）を監視する電池監視部（６）と、
前記電池監視部（６）が取り付けられている筐体（７）と、
互いに積層された前記電池集合体（２）と前記筐体（７）との積層方向の長さを規制する規制部材（４）と、
を備えた電池モジュール（１）。
［５］
［４］に記載の電池モジュール（１）の積層方向の長さを調整する電池モジュール（１）の長さ調整方法であって、
前記積層方向の長さが異なる複数種類の前記筐体（７）を用意し、
前記複数種類の筐体（７）のうち前記電池集合体（２）の積層方向の長さに応じたものを選択して、前記電池集合体（２）に積層する、
電池モジュール（１）の長さ調整方法。

１ 電池モジュール
２ 電池集合体
３ 電池モジュールシステム
５ バスバモジュール
４ 拘束部材（規制部材）
６ ＢＭＳ（電池監視部）
７ 筐体
８ 補強部
２１ 単電池
Ｓ１ 側面
Ｓ２ 側面

Claims (5)

1. 複数の単電池が積層された電池集合体に取り付けられるバスバモジュールと、
   前記バスバモジュールを介して複数の前記単電池各々に接続され、複数の前記単電池を監視する電池監視部と、
   前記積層方向の長さが異なる複数種類の筐体と、を備え、
   前記筐体は、前記単電池の前記積層方向と直交する側面と同等の側面を有し、
   前記電池監視部が、前記筐体に取り付けられており、
   前記複数種類の筐体のうち一の前記筐体が、前記単電池の積層方向に沿って前記電池集合体に隣接して配置され、前記複数種類の筐体のうち前記一の前記筐体以外の前記筐体は、前記電池集合体に隣接して配置されない、
   電池モジュールシステム。
2. 請求項１に記載の電池モジュールシステムであって、
   前記筐体内に前記筐体の前記積層方向に対する剛性を補強する補強部が設けられた、
   電池モジュールシステム。
3. 請求項１又は２に記載の電池モジュールシステムであって、
   前記電池監視部は、前記筐体内部に収容されている、
   電池モジュールシステム。
4. 複数の単電池が積層された電池集合体と、
   前記電池集合体に取り付けられるバスバモジュールと、
   前記バスバモジュールを介して複数の前記単電池各々に接続され、複数の前記単電池を監視する電池監視部と、
   前記電池監視部が取り付けられると共に前記積層方向の長さが異なる複数種類の筐体と、
   互いに積層された前記電池集合体と前記複数種類の筐体のうち一の前記筐体との積層方向の長さを規制する規制部材と、
   を備え、
   前記複数種類の筐体のうち前記一の前記筐体以外の前記筐体は、前記電池集合体に隣接して配置されない、
   電池モジュール。
5. 電池モジュールの積層方向の長さを調整する電池モジュールの長さ調整方法であって、
   前記電池モジュールは、
   複数の単電池が積層された電池集合体と、
   前記電池集合体に取り付けられるバスバモジュールと、
   前記バスバモジュールを介して複数の前記単電池各々に接続され、複数の前記単電池を監視する電池監視部と、
   前記電池監視部が取り付けられている筐体と、
   互いに積層された前記電池集合体と前記筐体との積層方向の長さを規制する規制部材と、
   を備え、
   前記積層方向の長さが異なる複数種類の前記筐体を用意し、
   前記複数種類の筐体のうち前記電池集合体の積層方向の長さに応じたものを選択して、
   前記電池集合体に積層する、
   電池モジュールの長さ調整方法。

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