(57)【要約】  本願明細書には、充電および放電が可能な複数の二次電池あるいは二次電池を含む複数のユニットモジュールにより構築されて、上側モジュールケースと下側モジュールケースの間に取り付けられた充電および放電スタックを備える電池モジュールであって、前記下側モジュールケースには、上方および下方への両方の連結を可能とする連結部（上側および下側の連結部）を有した連結構造が設けられ、前記上側モジュールケースには、前記連結構造の上側連結部と連通する連結孔が設けられた電池モジュールが開示されている。本発明の電池モジュールは、電池モジュールの重量およびサイズ最小化しつつ電池の低い機械強度を補強する効果を有する。また、本発明の電池モジュールは、機械的な連結のための複数の部材を用いない簡単な連結構造によって、車両の内側フレームあるいは車両に固定された追加のフレームに取り付けられ、それによって電池モジュールの製造費用が全般的に減少する。さらにまた、本発明の電池モジュールは、車両を運転する間に車両に振動が発生したときにも安全に保護される。加えて、ユニット体の電池モジュールを用いることにより、所望の出力および容量の中型あるいは大型の電池システムを容易に製造することができる。
2010507214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電および放電スタックを備える電池モジュールであって、
充電および放電が可能な複数の二次電池、又は二次電池を含む複数のユニットモジュールにより構築されてなり、上側モジュールケースと下側モジュールケースの間に取り付けられてなり、
前記下側モジュールケースには、上方連結および下方連結の両方を可能とする連結部（上側および下側の連結部）を有した連結構造が設けられてなり、
前記上側モジュールケースには、前記連結構造の上側連結部と連通する連結孔が設けられてなる、電池モジュール。
【請求項２】
前記上側および下側の連結部が雌ねじ構造に構築されてなり、かつ
前記上側および下側のモジュールケースが、前記上側モジュールケースの前記連結孔を介して前記連結構造の上側連結部に雄ねじタイプの連結部材を螺合させることによって互いに連結されてなる、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記連結構造が、前記上側および下側の連結部が雌ねじ構造に構築されるように形成されたインサートナットである、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記インサートナットが、前記下側モジュールケースをモールド成形するときに同時に成形され、又は
前記下側モジュールケースに取付用貫通孔が設けられ、かつ、
前記インサートナットがこの取付用貫通孔に挿入されてなる、請求項３に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記インサートナットが、前記インサートナットの各上端が相対的に大きい直径を具備した構造に構築されてなる、請求項３に記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記インサートナットが、その上端が前記下側モジュールケースの上面より低くなる構造に構築されていることを特徴とする請求項５に記載の電池モジュール。
【請求項７】
前記上側モジュールケースが、前記下側モジュールケースの凹部構造に合致した領域を有してなり、
前記上側モジュールケースの各領域が、突出構造に構築されてなる、請求項６に記載の電池モジュール。
【請求項８】
前記インサートナットが、金属材料、高強度樹脂又は樹脂複合材から製造されてなる、請求項３に記載の電池モジュール。
【請求項９】
前記連結構造が、前記下側モジュールケースの角部に隣接して設けられてなる、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項１０】
前記上側モジュールケースと前記下側モジュールケースの接触部が、段差形状に構築され、前記上側モジュールケースと前記下側モジュールケースが互いに係合してなる、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載された少なくとも一つの電池モジュールが、所定の部材（「取付部材」）上に取り付けられた構造において構築されてなる、中型又は大型の電池システム。
【請求項１２】
前記取付部材が、前記電池モジュールの連結構造の下側連結部に対応する部位に取付用の貫通孔が設けられてなり、それによって、前記電池モジュールの前記取付部材への連結が、前記貫通孔を介した連結部材の下方からの挿入によって達成されてなる、請求項１１に記載の電池システム。
【請求項１３】
前記取付部材が、車両のインナフレーム又は車両のインナフレームに固定された追加のフレームである、請求項１２に記載の電池システム。
【請求項１４】
請求項１１に記載の電池システムを備えてなる、電気車両あるいはハイブリッド電気車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電池モジュールに関し、より詳しくは、充電および放電が可能な複数の二次電池あるいは二次電池を含む複数のユニットモジュールにより構築されて上側モジュールケースと下側モジュールケースの間に取り付けられた充電および放電スタックを備える電池モジュールであって、下側モジュールケースには、上方および下方の連結の両方を可能とする連結部（上側および下側の連結部）を有した連結構造が設けられ、上側モジュールケースには、連結構造の上側連結部と連通する連結孔が設けられている電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、充電および放電が可能な二次電池は、無線モバイル機器のエネルギー源として広く用いられている。また、二次電池は、例えば化石燃料を用いる既存のガソリン車およびディーゼル車によって生じる大気汚染のような問題を解決するために開発された電気車両（ＥＶ）やハイブリッド電気車両（ＨＥＶ）の電力源として、かなりの注目を集めている。
【０００３】
小型のモバイル機器は、一つあるいはいくつかの電池をそれぞれ用いる。他方、車両のような中型あるいは大型の装置は、高出力かつ大容量を必要とするため、複数の電池が互いに電気的に接続された中型または大型の電池モジュールを用いる。
【０００４】
好ましくは、中型あるいは大型の電池モジュールは、可能であるならば小型かつ軽量に製造される。このため、高い集積度で積層することができるとともに容積重量比が小さいプリズム形電池あるいはパウチ形電池が、中型あるいは大型の電池モジュールの電池として用いられている。特に、被覆部材としてアルミニウム積層シートを用いるパウチ形電池が大きな関心を生じさせている。このパウチ形電池は重量が小さく、かつその製造コストが低いからである。
【０００５】
しかしながら、複数の電池若しくは所定の数の電池を含む複数のユニットモジュールを用いて中型あるいは大型の電池モジュールを構成するときには、中型あるいは大型の電池モジュールケースの内部に電池またはユニットモジュールを取り付けるともに、これらの中型あるいは大型の電池モジュールケースを車両のボデーフレームのような取付部材に機械的に連結するために、一般的に複数の部材を必要とする。その結果、これらの部材を組み立てる工程は極めて煩雑なものとなる。さらにまた、これらの部材を連結するためのスペースが必要となり、装置の全体寸法が増加する。上述した状況においては、装置の寸法増加は好ましくない。したがって、よりコンパクトで構造的に安定している連結構造を備えた、中型あるいは大型の電池モジュールについての高いニーズがある。この点については、その内部にユニットモジュールが取り付けられている中型あるいは大型の電池モジュールを車両の所定領域に取り付けるための、中型あるいは大型の電池モジュール用取付フレームの連結構造に関して、いくつかの技術が開示されている。
【０００６】
例えば、日本特許第３，３２４，１８２号に開示されている電池取付フレームの連結構造においては、車両のフロアパネルの底部から挿入されるボルトがガイドチューブおよびナットプレートに連結されて、 複数の電池を受ける格子状に形付けられた電池フレームを車両のフロアパネルの底部に取り付けるようになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した技術には、電池フレームの一方の側にのみ連結構造が形成されているため、電池と電池フレームとの間に隙間が空いており、したがって、振動のような衝撃が車両から連結構造に負荷されると、この連結構造は構造的に安定しないという問題がある。また、上述した技術は、その連結構造が複数の連結部材を有しており、したがって製造費用が増すばかりでなく、電池フレームを車両のフロアパネルに取り付ける組立工程を容易に実行することができないという問題を有している。
【０００８】
すなわち、本発明は、上述した問題およびまだ解決していない他の技術的な課題を解決すべくなされたものである。
【０００９】
より詳しくは、本発明の目的は、電池モジュールの連結構造が外側に露出しないように車両の所定位置に容易にかつ安定的に取り付けることができ、それによって車両への連結を容易にかつ安定的に達成することができる電池モジュールを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、機械的な連結のために複数の部材を用いることなく簡単な組立工程によって製造し、それによって電池モジュールの製造費用を低減し、かつ電池モジュールの製造あるいは作動の間における損傷を効率的に防止できる電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一つの態様によると、上記した目的および他の目的は、充電および放電が可能な複数の二次電池るいは二次電池を含む複数のユニットモジュールにより構築されて上側モジュールケースと下側モジュールケースの間に取り付けられた充電および放電スタックを備える電池モジュールであって、下側モジュールケースには上方および下方の連結の両方を可能とする連結部（上側および下側の連結部）を有した連結構造が設けられ、かつ上側モジュールケースには連結構造の上側連結部と連通する連結孔が設けられている電池モジュールを提供することによって達成することができる。
【００１２】
この電池モジュールは、電池若しくはユニットモジュールが下側モジュールケース上に取り付けられるとともに、電池若しくはユニットモジュールが上側モジュールケースによって覆われるように上側モジュールケースが下側モジュールケースに連結される構造に構築されている。その結果、上側モジュールケースと下側モジュールケースの連結、および所定領域への電池モジュールの連結は、同一の連結構造において同時に実施される。その結果、電池モジュールケースから突出している従来の連結構造に比較すると、電池モジュールの全体寸法は減少し、一つの電池モジュールは他の電池モジュールに隣接して容易に配置され、それによってこの電池モジュールはよりコンパクトで安定した構造を備える。
【００１３】
本発明の電池モジュールにおいては、上側および下側の連結部を様々な構造に構成することができる。例えば、上下の連結部は雌ねじ構造に構成することができ、雄ねじタイプの連結部材を、上側モジュールケースの連結孔を介して連結構造の上側連結部に螺合させることにより、上下のモジュールケースを互いに連結することができる。これらの連結構造は、上側モジュールケースと下側モジュールケースのより堅固な連結を保証する。
【００１４】
具体的な実施形態として、連結構造は、上下の連結部が雌ねじ構造を構成するように形成されたインサートナットとすることができる。雄ねじタイプの連結部材は、上側モジュールケースの連結孔を介して上方からインサートナットの上側連結部に螺合させることができ、それによって上側モジュールケースと下側モジュールケースの連結が達成される。また、雄ねじタイプの連結部材は、所定の領域（例えば取付部材）を貫通してインサートナットの下側連結部に螺合させることができ、それによって電池モジュールの取付部材への連結が達成される。
【００１５】
インサートナットは、様々な方法で所定の領域に取り付けることができる。例えば、インサートナットは、下側モジュールケースをモールド成形するときに同時にモールド成形することができる。あるいは、下側モジュールケースに取付用の貫通孔を設けるとともに、インサートナットをこの取付用の貫通孔に挿入することができる。
【００１６】
好ましい実施形態において、各インサートナットは、その上端部が相対的に大きな直径を具備する構造に構築される。したがって、車両に発生する振動のような外力が電池モジュールに対し横方向に負荷されたときでも、下側モジュールからのインサートナットの分離を防止できる。
【００１７】
状況によっては、各インサートナットは、その上端部を下側モジュールケースの上面から押し下げた構造に構成することができる。好ましくは、上側モジュールケースは下側モジュールケースの凹部構造に合致した領域を有し、上側モジュールケースの各領域は突出構造に構築される。この構造は、上側モジュールケースと下側モジュールケースの間の連結力を高めるとともに、電池モジュールに対し横方向に負荷される外力に対する連結の安定性を高める。また、凹部−突出構造は、組立工程の間における上側モジュールケースと下側モジュールケースの連結の容易な位置決めを助ける。
【００１８】
インサートナットが予め定められた強度を有する材料で製作されている限り、インサートナットは特に限定されない。例えば、インサートナットは、金属材料、高強度の樹脂、あるいは複合樹脂材料から製作することができる。上記の材料から製作されたインサートナットの強度は高いものとなり、したがって、電池モジュールに外部衝撃が負荷されたときのインサートナットの破壊あるいは破損を防止できる。
【００１９】
上側モジュールケースと下側モジュールケースを互いに連結する連結構造は、モジュールケースの設計構造に応じて様々な場所に形成することができる。しかしながら、連結構造は、下側モジュールケースの外周角部に隣接して設けることが好ましい。下側モジュールケースの角部に隣接させて連結構造を設けると、構造的な安定性が増すからである。電池モジュールを、例えばほぼ矩形の平行六面体の形態に形成したときには、連結構造をモジュールケースの四隅に設ける。その結果、モジュールケース内に取り付けられているユニットモジュールスタックを安定的に保護できるので、電池モジュールと取付部材の間の連結強度はさらに増加する。
【００２０】
状況によっては、上側モジュールケースと下側モジュールケースの接触部を段差形状に構成し、それによって上側モジュールケースと下側モジュールケースを互いに係合させることができる。したがって、電池モジュールに対し横方向に外力が負荷されたときでも、上側モジュールケースと下側モジュールケースが分離する可能性は低下し、上側モジュールケースと下側モジュールケースの間の連結はさらに改善できる。この段差形状の構造は、前述した凹部構造によってもたらされるものと同様の効果をもたらす。
【００２１】
本発明の別の態様によると、複数の電池モジュールが所定の部材（「取付部材」）上に取り付けられる構造に構築された、高出力および容量の中型あるいは大型の電池システムが提供される。
【００２２】
取付部材のうち電池モジュールの連結構造の下側連結部に対応する部位には連結用の貫通孔が設けられ、取付部材に対する電池モジュールの連結は、連結部材の貫通孔を介した下方からの挿入によって達成される。
【００２３】
具体的には、取付部材のうち下側モジュールケースの下側連結部に対応する部位に貫通孔が設けられ、雄ねじのような連結部材がそこを通って螺合して電池モジュールを所定位置に連結する。この連結部材は、雌ねじ構造に構築されているインサートナットの下側連結部の下端に螺合し、それによって電池モジュールと取付部材の連結が安定的に達成される。
【００２４】
この取付部材は、電池モジュールを取り付けるために必要なものである限り、特に限定されない。好ましくは、取付部材は、車両のインナフレーム、あるいは車両のインナフレームに固定された追加のフレームである。
【００２５】
本発明の中型あるいは大型の電池システムは、所望の出力および容量に応じて電池モジュールを組み合わせることによって製造することができる。この中型あるいは大型の電池システムは、その取り付け効率および構造的な安定性により、設置スペースが限られており、かつ頻繁な振動および強い衝撃に曝される電気車両（本明細書では、「車両」は自動車を包含する）、ハイブリッド電気車両、電気オートバイ若しくは電気自転車に用いられる。
【００２６】
本発明の上述した目的や他の目的、特徴および他の利点は、添付の図面に関連してなされる以下の詳細な説明からより明瞭に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の好ましい実施形態の電池モジュールを示す斜視図。
【図２】図１の電池モジュールを示す平面図。
【図３】図１の電池モジュールを示す正面図、
【図４】図１の電池モジュールを示す底面図。そして、
【図５】図１の連結構造を拡大して示す、破断線Ａ―Ａに沿った断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
ここで、本発明の好ましい実施形態について、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明の範囲が例示の実施形態によって限定されないことは留意されるべきである。
【００２９】
図１は、本発明の好適な実施形態の電池モジュールを模式的に示す斜視図であり、かつ図２〜４はそれぞれ電池モジュールを模式的に示す平面図、正面図および底面図である。
【００３０】
これらの図面を参照すると、電池モジュール１００は、複数の電池若しくはユニットモジュール２００、それらの間に電池またはユニットモジュール２００が取り付けられる上側モジュールケース１４０および下側モジュールケース１５０、上側の連結用貫通孔１２０、および下側の連結用貫通孔１２２を備えている。
【００３１】
電極端子１３０は、上側モジュールケース１４０の一方の側から突出している。上側モジュールケース１４０の上部には、上側モジュールケース１４０の内部に取り付けられているユニットモジュール２００の長手方向に延在する、複数のスリット１１０が設けられている。下側モジュールケース１５０の底部にも、上側モジュールケース１４０のそれと同一な複数のスリット１１０が設けられている。電池モジュール２００の充電および放電の間に発生する熱は、スリット１１０を介して上側モジュールケース１４０および下側モジュールケース１５０に導入される冷媒によって適切に取り除かれる。
【００３２】
電池モジュール１００の組立工程は以下のとおりである。最初に ユニットモジュール２００が下側モジュールケース１４０上に取り付けられ、次いで上側モジュールケース１４０が下側モジュールケース１４０に連結される。その後、図５に示したように、上側の連結用貫通孔１２０を介して、雄ねじタイプ連結部材１６０を下側モジュールケース１５０の上側連結部に上方から螺合させる。
【００３３】
電池モジュール１００は、その長さ（Ｌ）、幅（Ｗ）および高さ（Ｈ）の積によって表される体積を有している。図５に示すように、本発明の電池モジュール１００を車両に取り付けたときに、この電池モジュール１００はコンパクトで安定的な構造を呈する。
【００３４】
図５は、本発明の電池モジュールの連結構造を模式的に示す図１中の破断線Ａ―Ａ’に沿った拡大断面図である。
【００３５】
図５を参照すると、インサートナット１７０は、下側モジュールケース１５０の角部に隣接して設けられ、上述した工程によって電池モジュールケース１４０および１５０の間にユニットモジュールが取り付けられ、雌ねじ構造に構築されたインサートナット１７０の上側連結部１７２に雄ねじタイプ連結部材１６０が上側モジュールケースの上方から螺合し、それによって図１に示した電池モジュール１００が製造される。
【００３６】
図１に示した電池モジュール１００を上述した工程によって製造した後、雄ねじタイプ連結部材１６２が、車両のインナフレームのような取付部材１８０を貫通して、雌ねじ構造に構築されたインサートナット１７０の下側連結部１７４に螺合する。したがって、電池モジュール１００の長さ（Ｌ）および幅（Ｗ）によって定義される底部領域を除き、取付部材１８０上に電池モジュール１００を取り付けるための追加のスペースは必要ない。また、電池モジュールに振動若しくは衝撃が負荷されたときにも、電池モジュールの取付状態は安定的に維持される。
【００３７】
構造的に、各インサートナット１７０の上側連結部１７２は、その上端の外径がその下端より大きい構造に構築され、かつ各インサートナット１７０の上側連結部１７２は下側モジュールケース１５０の上面より低くなっている。また、上側モジュールケース１４０は、下側モジュールケース１５０の凹部構造に合致する領域を有している。上側モジュールケース１４０の各領域は、突出構造に構築されている。
【００３８】
加えて、上側モジュールケース１４０と下側モジュールケース１５０の接触部は段差構造１８０に構築され、それによって上側モジュールケース１４０と下側モジュールケース１５０は互いに係合している。
【００３９】
したがって、電池モジュールに横方向の外力が負荷されたときでも、上側モジュールケース１４０と下側モジュールケース１５０の係合解除および分離を防止できる。
【００４０】
本発明の好ましい実施形態について例示を目的として開示してきたが、添付の請求の範囲に開示されている本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、様々な変更、付加および置換が可能であることは当業者が理解するところである。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上の説明から明らかなように、本発明の電池モジュールは、電池モジュールの重量およびサイズを最小化しつつ、電池の機械的な強度の低さを強化する効果を有する。また、本発明の電池モジュールは、機械的な連結のための複数の部材を用いることのない簡単な連結構造により、車両の内側フレームあるいは車両に固定された追加のフレームに取り付けられ、それによってこの電池モジュールの製造費用は全般的に減少する。さらにまた、本発明の電池モジュールは、車両を運転する間に車両に振動が発生したときにも安全に保護される。加えて、ユニット体としての電池モジュールを用いることにより、所望の出力および容量を有した中型あるいは大型の電池システムを容易に製造することができる。
【図１】
2010507214.tif 000003
【図２】
2010507214.tif 000004
【図３】
2010507214.tif 000005
【図４】
2010507214.tif 000006
【図５】
2010507214.tif 000007
【国際調査報告】
2010507214.tif 000008
2010507214.tif 000009