(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルが積層される積層方向に長い電池スタックと、
前記電池スタックの上面に配置され、その両端部が前記電池スタックの両端部にそれぞれ取り付けられ、その上部に機器が固定される機器搭載プレートと、
前記電池スタック及び前記機器搭載プレートを収容し、前記電池スタックの両端部が取り付けられるケーシングと、
を備える電池パックであって、
前記ケーシングは、前記電池スタックの長手方向の中央に対応する位置において、前記機器搭載プレートの上面に近接して配置された支持部材を備え、
前記支持部材と前記機器搭載プレートとの間に配置され、前記電池スタック及び前記機器搭載プレートを前記電池スタックの上から下に向かって押圧する弾性部材と、
を備えることを特徴とする電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車に用いられる電池パック、特に、電池スタックをケーシングに収容固定する構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド自動車を駆動するモータの電源として、電池パックが用いられている。電池パックは、多数の電池セルを積層して構成された電池スタックと、この電池スタックの上部に配置された回路基板とを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
電池スタックは、多数の電池セルが積層された積層方向に長い略直方体形状である。このような電池スタックは、その長手方向の両端部で電池パックのベースプレートに支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１７１７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、電池スタックの出力向上や大容量化が望まれており、電池セルの積層数が増加して電池スタックの長さが長くなる傾向にあり、固有振動数が低下するために電池セルの積層方向に長くなると車両振動と共振しやすい。車両振動と電池スタックとが共振すると、電池スタックが大きく振動して電池スタックに負荷が加わり、電池スタック及び電池スタックに取り付けられている回路基板等が破損する可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明では、車両振動に対する共振を抑制する電池パックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電池パックは、複数の電池セルが積層される積層方向に長い電池スタックと、  前記電池スタックの上面に配置され、その両端部が前記電池スタックの両端部にそれぞれ取り付けられ、その上部に機器が固定される機器搭載プレートと、前記電池スタック及び前記機器搭載プレートを収容し、前記電池スタックの両端部が取り付けられるケーシングと、を備える電池パックであって、前記ケーシングは、前記電池スタックの長手方向の中央に対応する位置において、前記機器搭載プレートの上面に近接して配置された支持部材を備え、前記支持部材と前記機器搭載プレートとの間に配置され、前記電池スタック及び前記機器搭載プレートを前記電池スタックの上から下に向かって押圧する弾性部材とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、車両振動に対する共振を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電池パックの一部破断の正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】電池モジュールの分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施形態では、ハイブリッド自動車に搭載されるモータの電源として用いられる電池パックについて説明する。図１に示すように、電池パック１０は、車両上下方向に配置された電池モジュール２０，３０と、電池モジュール２０，３０を収容するケーシング５０とを備えている。
【００１１】
まず、電池モジュール２０について説明する。図１、３に示すように、電池モジュール２０は、複数の電池セル６１が積層された電池スタック６０と、電池スタック６０に接続される機器７０が固定される機器搭載プレート８０とを備えている。
【００１２】
電池スタック６０は、電池セル本体６１ａと、上下に突出して長孔６１ｃを有する樹脂ケース６１ｂとを含む電池セル６１を積層し、この積層した両端面に端面ブラケット６２を取り付け、樹脂ケース６１ｂの長孔６１ｃに拘束バンド６３を通して、拘束バンド６３の両端を端面ブラケット６２に固定して、複数の電池セル６１を積層方向に一体化したものである。
【００１３】
拘束バンド６３は、電池セル６１の積層方向における電池スタック６０の長さよりも長い長尺状の金属板である。
【００１４】
積層された電池セル６１の両端には、拘束バンド６３の端部を固定する金属製の端面ブラケット６２が固定されている。端面ブラケット６２は、電池セル６１の樹脂ケース６１ｂに対応する位置まで車両上下方向に延びる一対の固定片６２ａを備えている。固定片６２ａの上下両端には、拘束バンド６３の端部が固定される固定部６２ｂが設けられている。拘束バンド６３の両端が固定部６２ｂに固定された後は、電池スタック６０は一体化されて構造物として必要な剛性を備えることになる。
【００１５】
端面ブラケット６２の下両端には、電池スタック６０の外側に向かって断面Ｌ字状に屈曲する一対の取付片６２ｃが設けられている。取付片６２ｃには取付孔６２ｄが設けられている。また、端面ブラケット６２の上端中央部には、電池スタック６０の内側に向かって断面Ｌ字状に屈曲する取付片６２ｅが設けられている。取付片６２ｅには、車両上方に向かって突出するスタッドボルト６２ｆが設けられている。
【００１６】
機器搭載プレート８０は、電池スタック６０の上面に配置されている。機器搭載プレート８０は、電池スタック６０の上面形状と略同じ形状の平板状の金属製プレートである。機器搭載プレート８０の長手方向の両端には、端面ブラケット６２のスタッドボルト６２ｆに対応する取付孔８０ａがそれぞれ設けられている。
【００１７】
機器搭載プレート８０の長手方向の中央位置、すなわち、電池スタック６０の長手方向の中央に対応する位置には、電池スタック６０側に向かって突出して、電池スタック６０と当接する一対の当接部８０ｃが設けられている。一対の当接部８０ｃは、電池セル６１の一対の樹脂ケース６１ｂと同じ間隔で配置されている。
【００１８】
図２に示すように、一対の当接部８０ｃは有底形状の凹部である。この凹部には、弾性部材としてのゴム９０が配置されている。ゴム９０の車両上下方向の厚さは、凹部の深さよりも大きく、ゴム９０の上面は機器搭載プレート８０の上面より突出している。なお、本実施形態では、弾性部材としてゴム９０を使用しているが、ゴム９０の代わりにコイルバネ、板バネ、ウレタンフォーム、樹脂プレート等の弾性部材を使用してもよい。
【００１９】
機器搭載プレート８０における取付孔８０ａと当接部８０ｃとの間の上面には、機器搭載プレート８０の上面に設けられたスタッドボルト８０ｂを介して機器７０が固定されている。機器７０としては、電池スタック６０の電圧を検出する電圧センサ、電池スタック６０の電流を検出する電流センサ、電池スタック６０の温度を検出する温度センサ、これらセンサからの情報に基づき電池スタック６０の状態を監視する制御装置等がある。
【００２０】
図１、２に示すように、機器搭載プレート８０は、その両端が端面ブラケット６２に固定されており、その略中央位置が一対の当接部８０ｃによって支持されている。なお、機器搭載プレート８０は、その両端及び当接部８０ｃ以外では、電池スタック６０とは離間している。
【００２１】
図１において、機器搭載プレート８０とゴム９０との関係を説明するために、機器搭載プレート８０及びゴム９０を断面として示している。また、電池モジュール３０は、電池モジュール２０と同じ構成であるので電池モジュール３０についての説明は省略する。
【００２２】
次に、電池モジュール２０，３０を収容するケーシング５０について説明する。図１、２に示すように、ケーシング５０は、上板５１と、底板５２と、電池モジュール２０，３０の長手方向に対応する一対の側壁５４と、電池モジュール２０，３０の短手方向に対応する一対の側壁５５とを備える収容箱である。
【００２３】
ケーシング５０の長手方向の両端には、一対の側壁５４を互いに連結する端部フレーム４１がそれぞれ配置され、ケーシング５０の長手方向の中央上部には、一対の側壁５４を互いに連結する支持部材としての中央上部フレーム４３が配置されている。中央上部フレーム４３の配置位置は、ケーシング５０に電池モジュール２０が取り付けられたときに、電池スタック６０の長手方向の中央に対応する上位置に対応する。また、端部フレーム４１及び中央上部フレーム４３の両端は、一対の側壁５４にそれぞれ固定されている。このように、端部フレーム４１及び中央上部フレーム４３はケーシング５０の一部を構成しており、ケーシング５０に含まれるものである。
【００２４】
端部フレーム４１及び中央上部フレーム４３の両端が、一対の側壁５４間に固定されることによって、ケーシング５０として剛性を有する構造となっている。また、ケーシング５０の下空間においても、端部フレーム４１及び中央上部フレーム４３が同様に配置、固定されている。
【００２５】
側壁５４、端部フレーム４１及び中央上部フレーム４３は、断面中空形状のアルミニウム製の成型品であり、軽量化及び剛性を有する形状となっている。上板５１、底板５２、側壁５５は金属製の板材から形成されている。なお、側壁５４、端部フレーム４１及び中央上部フレーム４３を金属製の材料から構成してもよいし、上板５１、底板５２、側壁５５も側壁５４と同様に中空形状のアルミニウム製の成型品としてもよい。
【００２６】
端部フレーム４１は、端部フレーム４１の上面によって構成される支持面４１ａを備えている。端部フレーム４１には、車両上方に向かって突出するスタッドボルト４１ｃが設けられている。また、図２に示すように、中央上部フレーム４３は上板５１及び側壁５４に固定されて一体化されている。
【００２７】
次に、電池モジュール２０，３０のケーシング５０への取り付けについて説明する。電池モジュール３０は、ケーシング５０の下空間に収容され、電池モジュール２０が、ケーシング５０の上空間に収容される。以下、電池モジュール２０をケーシング５０に取り付ける場合について説明する。
【００２８】
電池スタック６０は、その両端部が端部フレーム４１の支持面４１ａに載置される。また、電池スタック６０の端面ブラケット６２の取付孔６２ｄに、端部フレーム４１のスタッドボルト４１ｃが挿通されて締結されることによって、電池スタック６０は端部フレーム４１に取り付けられる。この取り付けによって電池スタック６０の両端部が端部フレーム４１に固定されて、電池スタック６０は端部フレーム４１の両端に支持される。この端部フレーム４１が電池スタック６０をケーシング５０内で支持する両端支持部を構成している。このように、電池スタック６０は、その両端部が端部フレーム４１にそれぞれ支持されている。また機器搭載プレート８０は、その両端部が電池スタック６０の端面ブラケット６２にそれぞれ支持されている。
【００２９】
電池スタック６０の中央部上面（電池セル６１の上側の樹脂ケース６１ｂ）は、この上面に当接している当接部８０ｃ及びゴム９０を介して中央上部フレーム４３によって支持される。このとき、中央上部フレーム４３は、機器搭載プレート８０の上面に近接した位置、すなわち、中央上部フレーム４３の下面と機器搭載プレート８０との間隔がゴム９０の厚さよりも小さい位置に配置されている。このため、ゴム９０は、中央上部フレーム４３と機器搭載プレート８０の当接部８０ｃとの間に挟み込まれて、押し潰された状態となる。このため、ゴム９０の弾性力によって、機器搭載プレート８０及び電池スタック６０を、電池スタック６０の上から下に向かって押圧される。また、この中央上部フレーム４３が電池スタック６０の上面を支える支持部材を構成している。
【００３０】
一方、ケーシング５０は剛性を有する構造であり、特に、中央上部フレーム４３の両端は一対の側壁５４にそれぞれ固定されているので、この部分は剛性が高くなっている。そして、この剛性の高い部分で、電池スタック６０及び機器搭載プレート８０の長手方向の中央部分は、中央上部フレーム４３によってゴム９０を介して電池スタック６０の上から下に向かって押圧支持されている。
【００３１】
よって、振動によって、電池スタック６０及び機器搭載プレート８０に作用する力は、ゴム９０を介して中央上部フレーム４３及び一対の側壁５４で受け止められる。このため、電池スタック６０及び機器搭載プレート８０の中央部分は振動しにくくなり電池スタック６０及び機器搭載プレート８０の固有振動数が増加することになる。また、車両振動により電池スタック６０及び機器搭載プレート８０が振動しても、その振動はゴム９０によって減衰される。
【００３２】
そして、電池スタック６０及び機器搭載プレート８０の固有振動数を、予め予測される車両の最大振動数よりも大きく設定することによって、車両振動と電池スタック６０及び機器搭載プレート８０の固有振動数とが共振することを回避することができる。これにより、電池スタック６０及び機器搭載プレート８０に固定された機器の破損を防止できる。
【００３３】
例えば、車両振動の最大振動数が既知である場合には、これより大きい固有振動数となるように、電池スタック６０及び機器搭載プレート８０の固有振動数を設定すればよい。この固有振動数の設定は、ゴム９０の材質を適宜選択してゴム９０の硬度を調整すること、ゴム９０の厚さや面積を調整することによって行われる。
【００３４】
また、電池スタック６０及び機器搭載プレート８０を一緒に支持しているので、電池スタック６０及び機器搭載プレート８０を別々に支持する場合に比べ、支持構造を簡略化でき低コストとすることができる。
【００３５】
上述した実施形態における中央上部フレーム４３による支持に加えて、電池スタック６０の下面を支持する中央下部フレームを設けて、電池スタック６０及び機器搭載プレート８０を電池スタック６０の上下方向から挟み込んで押圧支持してもよい。このように上下方向から挟み込んで支持することによって、さらに、電池スタック６０及び機器搭載プレート８０の固有振動数を増加することができる。この際には、電池スタック６０の下面と中央下部フレームとの間にも弾性部材を配置することが好ましい。
【００３６】
また、電池スタック６０及び機器搭載プレート８０を電池スタック６０の中央部分で挟み込む場合には、挟み込む部分を、中央部分に加えて中央部分以外でも挟み込むことによって、電池スタック６０及び機器搭載プレート８０の固有振動数をさらに増加することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０  電池パック、２０，３０  電池モジュール、４１  端部フレーム、４１ａ  支持面、４１ｃ，６２ｆ，８０ｂ  スタッドボルト、４３  中央上部フレーム、５０  ケーシング、５１  上板、５２  底板、５４，５５  側壁、６０  電池スタック、６１  電池セル、６１ａ  電池セル本体、６１ｂ  樹脂ケース、６１ｃ  長孔、６２  端面ブラケット、６２ａ  固定片、６２ｂ  固定部、６２ｃ，６２ｅ  取付片、６２ｄ  取付孔、６３  拘束バンド、７０  機器、８０  機器搭載プレート、８０ａ  取付孔、８０ｃ  当接部、９０  ゴム。
【図１】
0006265113.tif 000002
【図２】
0006265113.tif 000003
【図３】
0006265113.tif 000004