(57)【要約】【課題】冷却性に優れると共にバッテリセルを確実に固定することができ、組立作業性を向上させることができる電池モジュールを提供する。【解決手段】電池モジュールは、組電池室と制御室とに区分けされており、外装ケース上蓋２と外装ケース下蓋とに通風口２０が夫々形成されている。通風口２０の開口面積は端部側より中央部側の方が大きい。外装ケースの背面両端部に内気導排出用の電動ファン２８が配置されている。各単電池の電圧をセルコントローラに伝えるリード類を組電池室内で集約して束状で制御室まで配線でき、左右からの均等な冷却風の導排出が可能となり、中央部の蓄熱された単電池と他の単電池とを均等に冷却できる。【選択図】　図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
組電池を収容する組電池室とセルコントローラを収容する制御室とに区分けされた外装ケースを備えた電池モジュールであって、前記外装ケースは、背面の両端部に電動ファンが配設されており、上下面に通風口が形成されていることを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
前記通風口は、前記外装ケースの中央部の開口面積が両端部の開口面積より大きいことを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記電動ファンは、両方とも前記外装ケースの内気を排出する内気排出用ファンであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記組電池室の側面内側に、前記電動ファンによって排出される内気の通風経路が形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記背面の中央部に、前記セルコントローラが配置されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記組電池室は、前面に単電池間の接続ブスバが位置するように複数の単電池が配列されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【請求項７】
前記組電池室は、上面及び底面のみに通気口が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池モジュールに係り、特に、組電池を収容する組電池室とセルコントローラを収容する制御室とに区分けされた外装ケースを備えた電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車用電池モジュールには、リチウム酸化物等を主要構成材料とした高性能、高容量のバッテリセルが複数個用いられている。このようなバッテリセルは、一般に、電極が正極、負極共に活物質が金属箔に塗着された帯状であり、正極、負極が直接接触しないようにセパレータを挟んで断面が渦巻状に捲回された捲回式の柱状構造が採られている。電気自動車用のバッテリセルは、充放電時の発熱量が比較的大きく、かつ、バッテリ性能の温度依存性もあるため、バッテリセルの所定性能を確保するために冷却性能を高める必要がある。
【０００３】
バッテリセルの冷却性能を高めるために、例えば特開平第７−４７８９２号公報には、バッテリセルを円柱状に形成し、このバッテリセルを熱伝導率の高い材料からなる２枚のプレートで上下方向から挟み込み、該プレートを介して車体に固定することによって上下プレート間に通風路を形成した技術が開示されている。この技術によれば、バッテリの中空部とプレートとの間の通風路に空気が流通し得るので、バッテリセルの冷却を行うことができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平第７−４７８９２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報の技術では、上下２枚のプレート間に通風路を形成しているので、通風路が狭いことから熱がこもり易く、また、前後にバッテリセルを配置した場合にはそれぞれのバッテリセルに冷却ムラを生じてしまう、という問題がある。
【０００６】
また、バッテリセルが上下２枚のプレート間で軸方向にずれ易く、これを防止するために緩衝材（防振材）を介して挟んでいるので、通風路が更に狭くなり、冷却性が悪化してしまう、という問題がある。更に、緩衝材を挟み込み固定しているので、組立作業性が悪く、取り扱いが困難であった。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑み、冷却性に優れると共にバッテリセルを確実に固定することができ、組立作業性を向上させることができる電池モジュールを提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、組電池を収容する組電池室とセルコントローラを収容する制御室とに区分けされた外装ケースを備えた電池モジュールであって、前記外装ケースは、背面の両端部に電動ファンが配設されており、上下面に通風口が形成されている。本発明では、外装ケースが組電池室と制御室とに区分けされているので、組電池を構成する各単電池の電圧をセルコントローラに導出するリード類を組電池室内で束状に集約することで、組電池室内での煩雑な配線作業やセルコントローラ上での短絡がなくなり作業性、安全性が向上し、外装ケースの背面の両端部に電動ファンが配設されているので、左右方向で均等な内気（外装ケース内部の空気）の導排出が可能となり、制御室でのセルコントローラ以外の余剰空間の利用により体積効率が向上すると共に、外装ケース上下面に通風口が形成されているので、上下方向から冷却風を導排出して各単電池を冷却することができる。
【０００９】
本発明において、外装ケースの中央部の開口面積が両端部の開口面積より大きくなるように通風口を形成すれば、中心部の熱が蓄積される単電池と他のそれとをほぼ均等に冷却することができる。また、電動ファンを、両方とも内気排出用ファンとすれば、動力源のモータを小出力のものとすることができ、外装ケース内に蓄積した熱気を効率よく放出することができる。また、組電池室の側面内側に、電動ファンによって排出される内気の通風経路を形成すれば、冷却風の流路を収束させてから電動ファンまで直進させ圧力損失を少なくすることができると共に、通風経路となる側面部を別部品化することで、電池の組込み後での作業とすることができ作業性が向上する。更に、背面の中央部にセルコントローラを配置すれば、各単電池から電圧を検出するためのリードを中心から両側面方向に分配させてセルコントローラに接続することができ、外装ケースの空間を有効に利用できると共に、組電池室とは別に配置されるため、電池組込み後の作業が可能で、電池の組込み時における短絡や感電などの危険性が減少して安全性が向上する。また、組電池室の前面に単電池間の接続ブスバが位置するように複数の単電池を配列すれば、各単電池を電気的に接続する接続ブスバの接続面を正面に揃えて単電池を配列することで、各単電池を電気的に接続する作業が単電池を配置、固定した後で行えるため安全性を向上させることができる。そして、組電池室は、上面及び底面のみに通気口が形成されているようにすれば、発熱している内気だけを排出することができ効率がよく、単電池同士が接続されている前面部や、セルコントローラが配置されている背面部にはチリやゴミの流入を防ぐことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明を電気自動車搭載用の電池モジュールに適用した実施の形態について説明する。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態の電池モジュール１は、ケーシングとなる外装ケースを備えている。外装ケースは、上面及び背面を覆う外装ケース上蓋２、底面を覆う外装ケース下蓋３、側面を覆うサイドルーバ１１及び前面を覆うエンドプレート９で構成されている。外装ケース上蓋２、外装ケース下蓋３及びサイドルーバ１１には金属加工品が用いられており、エンドプレート９には樹脂加工品が用いられている。
【００１２】
図４及び図５に示すように、外装ケース内には、単電池４を直列接続した組電池３０が収容されている。単電池４には、リチウム二次電池が用いられており、発熱膨張時の耐圧性を高めるために円柱状の形状とされている。リチウム二次電池は、一般に、マンガン酸リチウム等の正極活物質をアルミニウム箔に塗着した帯状の正極と、非晶質炭素等の負極活物質を銅箔に塗着した帯状の負極とを、これら両極が直接接触しないようにセパレータを挟んで軸芯の回りに断面渦巻状に捲回した捲回群を有しており、熱伝導性の良い円筒状の電池容器内に収容され、電解液注液後封口され、初充電することで二次電池としての機能が付与されている。
【００１３】
図２に示すように、組電池３０は、２個又は３個の単電池４を直列かつ直線的に接続することにより構成されている。すなわち、各単電池４の両側端部にはネジ穴が形成された端子１５が突設されており、このネジ穴にネジ山が刻設された電池間ネジ１３で圧着丸端子１４を介して螺着することで単電池４が電気的、機械的に接続されている。圧着丸端子１４の先端部には単電池４の電圧を検出するための電圧検出リードが接続されており、電圧検出リードの他端は後述するコネクタまで導出されている。また、組電池３０の外周面は、電気的絶縁性及び熱シュリンク性を有する図示を省略した樹脂製の外装チューブで被覆されている。なお、外装チューブには、上述した電圧検出リードを導出可能なように開口が形成されている。
【００１４】
図３に示すように、外装ケース下蓋３は、上方に組電池３０を収容するための組電池室底板部１７と、上方にセルコントローラを収容するための制御室底板部１８とが略垂直方向に立ち上がる段差部１９によって区分されている。組電池室底板部１７には、冷却風を導入するための通風口２０が形成されている。通風口２０は、組電池室底板部１７の中心部から側端部方向への距離に応じて徐々に開口面積が小さくなるように形成されている。なお、制御板底板部１８には、このような通風口は形成されていない。
【００１５】
また、外装ケース下蓋３の両側端には、外装ケース下蓋３の構造強度を増加させるために、上方に立ち上がったフランジング２１が形成されている。このフランジング２１の部分に図示しないパッキンが取り付けられ、後述するように、サイドルーバ１１で覆うことで内気の流通経路が確保されている（図６参照）。更に、組電池室底板部１７と制御室底板部１８とを隔てる段差部１９にはその段差形状に沿って板材２２の溶接で補強されており、後述するホルダを配置する箇所には両側面までビーディング２３による補強がなされている。また、外装ケース下蓋３の前面には、ホルダのネジ止め個所に対応する部分をネジで固定するための突起２４が突設されている。
【００１６】
図４に示すように、組電池３０は、組電池室底板部１７の上部空間となる組電池室内で、樹脂加工品で複数の半円状溝が形成されたホルダＡ５、Ｂ６、Ｃ７、Ｄ８、及び、組電池３０の数と同一数の円状の貫通穴が形成され組電池３０の前面側の単電池４を抱持するエンドプレート９により遊動しないように固定されている。すなわち、ホルダＡ５、Ｂ６は、組電池３０を構成する単電池４間に配置されており上下方向から２個の単電池４を挟むように固定しており、ホルダＣ７は背面側が段差部１９に接触するように配置され、ホルダＤ８と共に、上下方向から組電池３０の背面側端部の遊動を防止している。なお、ホルダＣ７、Ｄ８の長手方向と交差する方向の幅は、ホルダＡ５、Ｂ６の幅の１／２より若干小さく形成されている。また、エンドプレート９の貫通穴には、組電池３０の正面側に配置された単電池４の端部が挿入されており、組電池３０の遊動が防止されている（図５参照）。
【００１７】
図５に示すように、組電池３０の端子間は、エンドプレート９の前面側で電池間接続ブスバ２５により接続されている。また、組電池３０の背面側端部でも同様に電池間接続ブスバ２５により接続されており、組電池３０全体が直列に接続されている。制御室底板部１８の上部空間となる制御室には、セルコントローラ２６を収容した薄板状のセルコントローラボックス１２がネジ止めにより立設されている。セルコントローラボックス１２は、外装ケース下蓋３の長手方向中央に固定されている。また、セルコントローラボックス１２は、冷却風に混入されたゴミ等の異物の侵入を防止すると共に組電池室と制御室とを仕切る仕切板と一体化されており、仕切板はセルコントローラボックス１２自体より若干高いサイズとされている。各単電池４の両端から導出されている電圧検出リード２７は組電池室内で集約されてコネクタを介してセルコントローラ２６と接続されている。セルコントローラボックス１２の左右には、制御室への空気の流れを遮る内部ルーバ１０が立設されている。
【００１８】
図６に示すように、外装ケース上蓋２の上面には、組電池室に対応する部分に、冷却風を排出するための通風口２０が形成されている。通風口２０は、外装ケース下蓋３と同様に、中心部から側端部方向への距離に応じて徐々に開口面積が小さくなるように形成されている。外装ケース上蓋２の背面の両端部には、共に組電池室内の内気を電池モジュール１の外部に排出する電動ファン２８が固定されている。電動ファン２８は、内部ルーバ１０に対峙する位置に配置され、背面側に延出された内部ルーバ１０の仕切により制御室内からの内気を排出しない構造とされている。電池モジュール１の両側面にはサイドルーバ１１が固定されている。サイドルーバ１１には略矩形状の絞り加工が施されており、サイドルーバ１１と組電池室との間には内気を排出するための通風経路が形成されている。
【００１９】
次に、本実施形態の電池モジュールの組立手順について説明する。
【００２０】
図４に示すように、外装ケース下蓋３にホルダＡ５、Ｃ７を配置してタッピングネジで固定し、予め３個の単電池４を直列接続しておいた組電池３０を配置し、ホルダＢ６、Ｄ８を被せてまた配置する。その後、ホルダＢ６、Ｄ８を被せ２個の単電池４を直列接続した組電池を配置し、ホルダＡ５を再度配置する。このとき、ホルダＡ５と組電池３０とは接着剤等で接着する。そして、エンドプレート９を正面側の各単電池４の端子１５が突き抜けるように配置し外装ケース下蓋３とネジ締結して固定する。その後、各組電池３０間を電池間接続ブスバ２５で接続する。
【００２１】
図５に示すように、セルコントローラ２６を予め固定したセルコントローラボックス１２を外装ケース下蓋３の制御室底板部１８の中央に配置し、タッピングネジで固定する。セルコントローラボックス１２の左右に内部ルーバ１０を配し制御室底板部１８への内気の流れを遮らせる。各単電池４から導出されている電圧検出リード２７をコネクタに集約し、セルコントローラ２６と接続させる。以上の作業で電気的な接続は終了する。
【００２２】
図６に示すように、電動ファン２８を取り付けた外装ケース上蓋２を被せ、側面と上面からネジ固定し、サイドルーバ１１を両側面に固定して全組立作業が終了する。
【００２３】
次に、本実施形態の電池モジュール１の作用等について説明する。
【００２４】
本実施形態の電池モジュール１では、外装ケースが、組電池３０を収容する組電池室と、セルコントローラ２６を収容する制御室とに区分けされており、外装ケース上蓋２と外装ケース下蓋３とに通風口２０が夫々形成されている。このため、各単電池４の電圧をセルコントローラ２６に伝えるリード類を組電池室内で集約し、束状で制御室まで配線することができる。従って、組電池室内での煩雑な取り付け作業を行うことなく配線作業ができ、かつ、セルコントローラ２６上での短絡がなくなり作業性、安全性が向上する。
【００２５】
また、本実施形態の電池モジュール１では、外装ケースの背面両端部、すなわち、制御室の両端部に内気導排出用の電動ファン２８を配置することによって、制御室でのセルコントローラ２６以外の余剰空間を利用し体積効率を向上させ、電動ファン２８を夫々の両端に配置することで、左右からの均等な導排出が可能となる。更に、外装ケース上蓋２と外装ケース下蓋３とに通風口２０を形成することによって、各単電池４に対して上下方向から冷却風を導排出し冷却している。中央部と両端部との開口面積を、中央部を大きくすることで中央部の最も熱が溜まる単電池４と他のそれとを均等に冷却することができる。また、電動ファン２８が内気排出用とすることで、外装ケース内に溜まった熱気を外部に効率よく放出することができる。つまり、外気を導入する方式であれば、電動ファン２８と通風口２０との距離が離れているため、外装ケース内部の単電池４の隅々にまで冷却風を流し込むための大出力のモータが必要となり、モータ自体の発熱も考慮しなければならないが、内気排出用ファンで内気を僅かに排出することで、排出された内気量だけ通風口２０から冷却風が導入されるため、排気側となる外装ケース上蓋２の通風口２０の開口面積を調整することで冷却の均一化が可能となる。
【００２６】
更に、本実施形態の電池モジュール１では、外装ケース側面側に通風経路を有することで、冷却風の流路を収束させてから電動ファン２８まで直進させることができ、圧力損失も少なくすることができる。また、通風経路となるべき側面部をサイドルーバ１１として別部品化することで、電池の組込み後での作業とすることができ作業性が向上する。
【００２７】
また、本実施形態の電池モジュール１では、制御室の中央にセルコントローラ２６を配置することによって、各単電池４から電圧を検出するためのリード類を中心から両側面方向に分配させてセルコントローラ２６に接続することができ、組電池室内の空間を有効に利用できる。更に、制御室が組電池室とは別であるため、電池組込み後の作業が可能であり、電池の組込み時における短絡や感電などの危険性が減少して安全性が向上する。また、電池間接続ブスバ２５の接続面を正面に揃えるために単電池を配列させている。このため、各単電池４を電気的に接続する作業が電池を配置、固定した後で行え安全性が向上している。
【００２８】
そして、本実施形態の電池モジュール１では、冷却風の通風口２０を組電池室の上面及び底面のみに配置することによって、発熱している内気だけを排出することができ効率がよく、単電池４同士が接続されたエンドプレート９の前面側や制御室にゴミ等の異物の侵入を防止することができる。
【００２９】
なお、本実施形態では、外装ケースの構成部品に一部金属加工品を用いる例を示したが、全部を樹脂加工品とするようにしてもよい。このようにすれば、電池モジュール１の外装ケースの導電性により、例えばエンジンルームに配置される他の製品の短絡等を未然に防止することができる。また、サイドルーバ１１に絞り加工を施した例を示したが、樹脂成型品を用いることでコストを低減することも可能である。
【００３０】
更に、本実施形態では、通風口２０の数を多くすることで外装ケース上蓋２及び外装ケース下蓋３の開口面積を大きくする例を示したが、通風口２０自体の大きさを大きくするようにしてもよい。しかしながら、本実施形態のように電気自動車搭載用の電池モジュールでは、エンジンルーム等に電池モジュールが搭載される場合等を考慮し、エンジンルーム内の突起等で電池モジュール内が損傷したり短絡することがないような通風口の大きさとすることが好ましい。
【００３１】
そして、本実施形態では、エンドプレート９の接続配線が裸のままの例を示したが、エンドプレート９の前面を覆う化粧カバー等を更に備えるようにしてもよい。このようにすれば、電池モジュール１の電気自動車等への取付時の安全性も確保される。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、外装ケースが組電池室と制御室とに区分けされているので、組電池を構成する各単電池の電圧をセルコントローラに導出するリード類を組電池室内で束状に集約することで、組電池室内での煩雑な配線作業やセルコントローラ上での短絡がなくなり作業性、安全性が向上し、外装ケースの背面の両端部に電動ファンが配設されているので、左右方向で均等な内気の導排出が可能となり、制御室でのセルコントローラ以外の余剰空間の利用により体積効率が向上すると共に、外装ケース上下面に通風口が形成されているので、上下方向から冷却風を導排出して各単電池を冷却することができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の電池モジュールの外観斜視図である。
【図２】実施形態の電池モジュールに収容される組電池の斜視図である。
【図３】電池モジュールの外装ケース下蓋の斜視図である。
【図４】電池モジュールの組電池室への組電池の組込み状態を示す斜視図である。
【図５】電池モジュールの制御室へのセルコントローラーボックスの組込み状態を示す斜視図である。
【図６】電池モジュールの最終組立て状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１　電池モジュール
２　外装ケース上蓋（外装ケースの一部）
３　外装ケース下蓋（外装ケースの一部）
９　エンドプレート（外装ケースの一部）
１１　サイドルーバ（外装ケースの一部）
２０　通風口
２５　電池間接続ブスバ（接続ブスバ）
２６　セルコントローラ
２８　電動ファン
３０　組電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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