(57)【要約】      （修正有）【課題】モジュールケースと他部材との締結部の配置を最適化することによって小型化された蓄電モジュールの提供。【解決手段】単電池を複数個一列に並べた素子配列体１０３と、素子配列体１０３を収納したモジュールケース１１１と、を有し、モジュールケース１１１が素子配列体１０３をモジュールケース１１１に投影した面内に、モジュールケース１１１と蓄電装置の筐体である蓄電装置を構成するロアケース１１とを締結する締結部であるインサートナット３１を有する蓄電モジュール。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単電池を複数個一列に並べた素子配列体と、
前記素子配列体を収納したモジュールケースと、を有する電池モジュールにおいて、
前記モジュールケースは、前記素子配列体を前記モジュールケースに投影した面内に他部材との締結部を有することを特徴とする蓄電モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電モジュールにおいて、
前記締結部は、前記モジュールケースの素子配列体が配置された側に設けられることを特徴とする蓄電モジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の蓄電モジュールにおいて、
前記単電池は円筒形電池であり、
前記締結部の高さは、前記円筒形電池の半径よりも小さいことを特徴とする蓄電モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載の蓄電モジュールにおいて、
前記締結部は前記円筒形電池の間に配置されることを特徴とする蓄電モジュール。
【請求項５】
請求項４に記載の蓄電モジュールにおいて、
前記モジュールケースは樹脂で形成されており、
前記締結部は前記モジュールケースにインサート成型されたナットであることを特徴とする蓄電モジュール。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の蓄電モジュールを蓄電ケースに複数個収納した蓄電装置において、
前記蓄電ケースは前記締結部に対応した凹部を有することを特徴とする蓄電装置。
【請求項７】
請求項６に記載の蓄電装置において、
前記部材はボルトであることを特徴とする蓄電装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の蓄電装置において、
前記素子配列体は最上段の素子配列体と、最下段の素子配列体とで構成され、
前記蓄電ケースは前記最上段側の電池群と対向するアッパーケースと、前記最下段側の素子配列体と対向するロアケースとからなり、
前記アッパーケース側に前記締結部に対応した凹部を有することを特徴とする蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載用途等に使用される蓄電モジュール及び蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両には、動力源として蓄電装置が搭載される。蓄電装置には、円筒形リチウムイオン二次電池等の蓄電素子を複数備えた蓄電モジュールが収容されている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、電池ブロック（蓄電モジュール）の四隅に形成された貫通する円柱状の固定ボス部にて電池ブロックを固定する構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２３５８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、蓄電装置を車載用途等で使用する場合、周囲部品との関係により蓄電装置の小型化が必要となる。一方で高容量化、安全性の向上も必要とされるため、安易な蓄電モジュールの小型化は困難である。
特許文献１に記載の電池モジュールでは、電池モジュールの四隅に固定ボスがあり、複数個の電池モジュールをケースに収納した蓄電装置を作成する場合、周辺部品と干渉して蓄電装置として小型化しようとした場合、小型化の妨げになる恐れがある。
また、電池モジュールとして見た場合も、四隅に配置された固定ボスの分だけ大型化したモジュールになってしまう。
本願は上記の事情にかんがみ、小型な蓄電モジュールや蓄電装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に記載の蓄電モジュールは、単電池を複数個一列に並べた素子配列体と、素子配列体を収納したモジュールケースと、を有し、モジュールケースが素子配列体をモジュールケースに投影した面内に他部材との締結部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、収納された単電池群の投影面よりも締結部が外周側に配置されることがないため、小型な蓄電モジュール、小型な蓄電装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る蓄電装置１００の一実施の形態の外観斜視図。
【図２】図１に図示された蓄電装置１００の配置ブロック図。
【図３】アッパーケース１２を除いた蓄電装置１００の上面図。
【図４】蓄電モジュール３の斜視図。
【図５】蓄電モジュール３の分解斜視図。
【図６】図４の蓄電モジュール３のＡ‐Ａ断面図。
【図７】第二の実施形態の蓄電モジュールのＡ−Ａ断面図。
【図８】第三の実施形態の蓄電モジュールのＡ−Ａ断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
≪第一の実施形態≫
図面を参照して、本発明による蓄電装置の一実施の形態を説明する。本実施の形態に係る蓄電装置は、電動車両（たとえば電気自動車）の電動機駆動システムにおける車載電源装置に適用されるものである。なお、電気自動車の概念には、内燃機関であるエンジンと電動機とを車両の駆動源として備えたハイブリッド電気自動車、および電動機を車両の唯一の駆動源とする純正電気自動車が含まれる。
【００１０】
図１は、本発明に係る蓄電装置１００の一実施の形態の外観斜視図であり、図２は、図１に図示された蓄電装置１００の配置ブロック図である。
【００１１】
蓄電装置１００は、たとえば、リチウムイオンバッテリ装置であり、蓄電装置１００の筐体である蓄電ケース２内に、蓄電素子としてリチウムイオン電池等の複数の二次電池１０１（図５参照）を備えた蓄電モジュールが複数収容されている。蓄電ケース２は、大きな直方体の上側に小さな直方体が連結された形状を有している。
【００１２】
蓄電ケース２は、図1に示すように、ロアケース１１、アッパーケース１２により構成されている。ロアケース１１、アッパーケース１２は、たとえば、それぞれ、金属製の薄板をプレス加工することによって形成される。
【００１３】
ロアケース１１、アッパーケース１２は、ボルト９等の締結部材により固定され、内部に電子部品を収容するための空間を形成する。
【００１４】
図２は、蓄電装置１００の内部構成部品を模式的に示した図である。蓄電ケース２内には蓄電モジュール３、ジャンクションボックス（Ｊ／Ｂ）４、リチウムイオンバッテリコントローラ（ＬＢＣ）５、サービスディスコネクトスイッチ（ＳＤＳＷ）６、ＤＣＤＣコンバータ７、冷却ダクト８などの主要部品が収容されている。具体的な搭載方法例としては例えば、図３の蓄電モジュール３の上部等に、ジャンクションボックス４、リチウムイオンバッテリコントローラ５、サービスディスコネクトスイッチ６、ＤＣＤＣコンバータ７、冷却ダクト８が配置される構造や、図２に記載のブロック図のように、蓄電モジュール３群に隣接してジャンクションボックス４、リチウムイオンバッテリコントローラ５、サービスディスコネクトスイッチ６、ＤＣＤＣコンバータ７が配置され、蓄電モジュール３の間に冷却ダクト８が配置される構造となる。
【００１５】
図３に示すように、蓄電ケース２（ロアケース１１）内には、蓄電モジュール３が収容されている。
【００１６】
蓄電モジュール３は、複数個（本実施形態では１２個）が配置されてロアケースに収納されている。各蓄電モジュール３は、ハーネスにより直列に接続されている。
【００１７】
各蓄電モジュール３は、直方体のブロック形状を呈しており、蓄電モジュールの短手方向がロアケース１１の長手方向に一致するように複数個配置され、互いに隣接して並列に配置されてロアケース１１に収容されている。なお、各蓄電モジュール３は、ロアケース１１に固定される。ロアケース１１内部には蓄電モジュール３群が二列配置される構造となっているが、蓄電モジュール３群の数についてはこれに限られるものではない。また、蓄電モジュール３群の個数についても一列に６個二列とした例を挙げているが、これに限られるものではない。
【００１８】
サービスディスコネクトスイッチ６は、蓄電装置１００の保守、点検の時の安全性を確保するために設けられた安全装置であり、スイッチとヒューズとを電気的に直列に接続した電気回路から構成され、サービスマンによって保守、点検時に操作される。本実施の形態では、サービスディスコネクトスイッチ６は、各々の蓄電モジュール３の負極端子および正極端子にそれぞれに接続され、蓄電モジュール３間を電気的に接続または遮断する。
【００１９】
ジャンクションボックス４（図３には不図示）は、充放電電流の測定や信号出力、車両起動時に、インバータ内コンデンサへの突入電流を抑制するプリチャージ機能を有する制御回路である。ジャンクションボックス４の正極側端子と蓄電モジュール３の正極端子、ならびに、ジャンクションボックス４の負極側端子と蓄電モジュール３の負極端子は、それぞれハーネスで接続されている。
【００２０】
リチウムイオンバッテリコントローラ５（図３には不図示）は、蓄電モジュール３および各二次電池（単電池）に関し、電圧・電流・温度・充放電などを測定、監視、制御するための制御回路である。各蓄電モジュール３には電圧検出基板や温度センサ等が設けられている。リチウムイオンバッテリコントローラ５は、各蓄電モジュール３の電圧検出基板と電圧検出線により接続され、温度検出センサと温度センサ線により接続されている。
【００２１】
冷却ダクト８（図３には不図示）は各蓄電モジュール３の２次電池に冷却風を分配させている。センサから引き出された温度センサ線等が集約されている。本実施形態では各蓄電モジュール３の間に配置されている。
【００２２】
蓄電装置１００はその他に、蓄電モジュール３の正極端子から引き出されたハーネスや各蓄電モジュール３の電圧検出基板から引き出された電圧検出線、各蓄電モジュール３の温度センサから引き出された温度センサ線等が集約されている。
【００２３】
図４は蓄電モジュール３の斜視図であり、図５は図４に図示された蓄電モジュール３の分解斜視図である。蓄電モジュール３は、７個の二次電池１０１を有する構成となっている。
【００２４】
図４に示すように、蓄電モジュール３は、略直方体形状であり、複数の二次電池（単電池）１０１がサイドフレームＲ１１１とサイドフレームＬ１１２により保持された構成とされ、本実施の形態では左右のサイドフレームの間に二次電池１０１が配列されている。
【００２５】
蓄電モジュール３の内部には、７個の二次電池１０１が配列されている。各二次電池１０１の正極および負極は、隣接する二次電池１０１の反対極性の負極および正極に導電部材１１３（図５参照）により接続され、７個すべてが直列に接続されている。直列に接続された複数の二次電池１０１のうち、最初の二次電池１０１と最後の二次電池１０１には、それぞれ外部引出し端子１１４が接続されている。
【００２６】
図５に示すように、二次電池１０１は、円柱状のリチウムイオン二次電池であり、電解液が注入された円筒形の電池容器の内部に電池素子および安全弁等の構成部品が収納されて構成されている。正極側のガス排出機構である安全弁は、過充電などの異常によって電池容器の内部の圧力が所定の圧力になったときに開裂する開裂弁である。安全弁は、開裂によって電池蓋と電池素子の正極側との電気的な接続を遮断するヒューズ機構として機能するとともに、電池容器の内部に発生したガス、すなわち電解液を含むミスト状の炭酸系ガスを電池容器の外部に噴出させる減圧機構として機能する。
【００２７】
電池容器の負極側には、負極側のガス排出機構である開裂溝が設けられており、過充電などの異常によって電池容器の内部の圧力が所定の圧力になったときに開裂する。これにより、電池容器の内部に発生したガスを負極端子側からも噴出させることができる。
【００２８】
複数の二次電池１０１は、その中心軸がサイドフレームＲ１１１及びサイドフレームＬ１１２の左右に延在するようにサイドフレームＲ１１１及びサイドフレームＬ１１２内に配置されている。このサイドフレームＲ１１１及びサイドフレームＬ１１２は樹脂で形成されている。また、蓄電モジュール３は、複数の二次電池１０１が一列に並べられた素子配列体１０３（図６参照）がＮ段（本実施の形態では、Ｎ＝２）に積層配置されている構成を有している。本実施の形態では、複数個×Ｎ段（本実施の形態では３個、４個の２段）に配列されている。なお、本実施例のように各素子配列体１０３の二次電池１０１の個数は異なっていていても良い。
【００２９】
以下、本発明の特徴点について説明する。図６は蓄電モジュール３の固定部を断面で表したものである。蓄電モジュール３に設けられたインサートナット３１とロアケース１１をフランジボルト３２にて固定する。このインサートナット３１は、サイドフレームＲ１１１、サイドフレームＬ１１２の少なくともいずれか一方に形成される。さらにインサートナット３１が配置される素子配列体１０３ｂをサイドフレームの底面側（図６の底面側参照）に投影した面内に配置される。このように配置されることによって、素子配列体１０３を投影した面の外側に締結部が配置されることが無くなる。そのため、蓄電モジュール１０３を小型化することが出来る。
【００３０】
言い換えると、蓄電モジュール３の固定部（インサートナット３１）を二次電池１０１が投影された略直方形の内側に収めることで蓄電モジュール３の外形サイズを小さくしている。また、蓄電モジュール３のサイズが小さくなるということは、この蓄電モジュール３を複数個並べて形成した蓄電装置１００の外形サイズも小さくなる。
【００３１】
本実施例ではさらに蓄電モジュール３内に配列された各二次電池１０１は円筒形二次電池であるため、列方向に隣り合う二次電池１０１間および段方向に隣り合う二次電池１０１間に隙間が設けられた状態で保持されている。これにより、冷却ダクト８から導入された空気等の冷媒は、各二次電池１０１に接触して冷却しながら二次電池１０１間の隙間を通る冷却構造が構成されている。また、本実施例では一列に配置された二次電池１０１の間にインサートナット３１を配置する構造となっている。このような構造にすることによって、デッドスペースとなっていた円筒形二次電池間のスペースにフランジボルト３２の一部を収納する構造とすることが可能となり、蓄電装置１００の高さ方向の大型化を抑制できる。さらに、フランジボルト３２のねじ部の長さを円筒形の二次電池１０１の半径よりも短くすれば、完全に二次電池１０１間にフランジボルト３２のねじ部を収納することが可能となる。このような構造とすることによって、より蓄電装置１００の高さ方向の大型化を抑制できる。また、フランジボルト３２のねじ部をインサートナット３１より突出させない構造では、インサートナット３１の高さを円筒形の二次電池１０１の半径よりも短くすれば、蓄電装置１００の高さ方向の大型化を抑制できる。
【００３２】
図６は蓄電モジュール３の固定部を断面で表したものである。蓄電モジュール３に設けられた３箇所のインサートナット３１とロアケース１１をフランジボルト３２にて固定する。
【００３３】
蓄電モジュール３の固定部は、略直方体形状の内側に収められ、フランジボルト３２は蓄電モジュール３の組立挿入方向と反対側から固定を行う。このとき、同様にインサートナット３２が設けられたサイドフレームの底面にも凹部を設けておく。また、ロアケース１１にもインサートナット３１が設けられた位置と対応して凹部１１ａが設けている。このような構造にすることによって、フランジボルト３２の頭部を凹部１１ａに収納することが可能となり、蓄電装置１００の高さ方向の大型化を抑制できる。
【００３４】
また、本実施形態では締結部となるインサートナット３１を素子配列体１０３ｂが配置されている側のサイドフレームにインサート成型している。このような構造にすることによって、インサートナット３１が蓄電モジュール３の外部に出ることが無くなり、、蓄電装置１００の高さ方向の大型化を抑制できる。
【００３５】
上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。蓄電モジュール３の固定間ピッチを最小限に留められる。また、これにより、蓄電装置１００の取り付け位置を制限することがなく蓄電装置１００全体の小型化が可能である。なお、上述した実施の形態では、蓄電モジュール３の固定箇所を２ヶ所で行っている例を示したが、本発明はこれに限定されず、固定は複数本でもよい。
【００３６】
また、本実施形態の締結方法はボルトとねじを用いた例を説明したが、互い締結可能な爪部材であってもよく、特に締結方法については限定されるものではない。しかし、本実施形態のように素子配列体１０３側にナットを配置し、蓄電モジュール３の外側からボルトで締結する構造とすることによって、小型でかつ作業性が容易な構造とすることが出来る。なお、作業性が容易となる理由は蓄電モジュール３の内部でのねじ回し等の作業をしなくても良くなるためである。
【００３７】
≪第二の実施形態≫
続いて第二の実施形態について説明する。第一の実施形態では締結部の全てを素子配列体１０３の投影面に配置したが、本実施形態では締結部の一部が素子配列体１０３の投影面内に入るように配置した。
【００３８】
図７に第二の実施形態の図を示す。第一の実施形態では、蓄電モジュール３の締結部（インサートナット３１）を二次電池１０１の間に配置したが、本実施形態では固定部は素子配列体１０３ｂの投影される面積の一部にかかるように配置されていればよく、図７のように二次電池１０１の外側に配置してもよい。
【００３９】
このような構造にしても、素子配列体１０３ｂの投影面の外側に締結部を設けるよりも蓄電モジュール３の大きさを小さくすることが出来る。
【００４０】
≪第三の実施形態≫
続いて第三の実施形態について説明する。第一の実施形態では締結部を底面側に設けたが、本実施形態では二次電池１０１の個数が少ない上面側に締結部の一部を設け、二次電池１０１の個数が多い素子配列体１０３ｂの投影面内に入るよう締結部を配置した。
【００４１】
図８に第三の実施形態の図を示す。第三の実施形態では第一の実施形態と同様２つの素子配列体１０３ａ、１０３ｂを上下二段に並べた構造を有する。上段に配置された素子配列体１０３ａは３個の二次電池１０１、下段に配置された素子配列体１０３ｂは４個の二次電池１０１で構成されている。本実施形態では素子配列体１０３ａ側（上面側）のサイドフレーム１１１に締結部（インサートナット３１）が設けられているが、締結部が設けられている位置は最も大きな素子配列体１０３ｂの投影面内に配置されることとなる。
【００４２】
このような構造にすることによって、第一の実施形態と同様、蓄電モジュール３を小型にすることが可能となる。また、この時アッパーケース１２に締結部（インサートナット３１）に対応して凹部を設けても良い。この場合は第一の実施形態と同様小型化に繋がる。
【００４３】
以上、本発明について簡単に纏める。本発明に記載の蓄電モジュール３は、単電池（二次電池１０１）を複数個一列に並べた素子配列体１０３と、素子配列体１０３を収納したモジュールケース（１１１、１１２）と、を有し、モジュールケース（１１１、１１２）は、素子配列体（１０３）をモジュールケース（１１１、１１２）に投影した面内に他部材との締結部（例えばインサートナット３１）を有する。このような構成にすることによって、素子配列体１０３を投影した面の外側に締結部が配置されることが無くなる。そのため、蓄電モジュール１０３を小型化することが出来る。
【００４４】
また、本発明に記載の蓄電モジュール３は、締結部（例えばインサートナット３１）がモジュールケース（１１１、１１２）の素子配列体が配置された側に設けられる。このような構造にすることによって、締結部（例えばインサートナット３１）が蓄電モジュール３の外部に出ることが無くなり、、蓄電装置１００の高さ方向の大型化を抑制できる。
【００４５】
また、本発明に記載の蓄電モジュール３は、単電池（二次電池１０１）が円筒形電池であり、締結部（例えばインサートナット３１やフランジボルト３２のねじ部）の高さは、円筒形電池の半径よりも小さい。このような構造にすることによって、締結部（例えばインサートナット３１やフランジボルト３２のねじ部）を円筒形電池のデッドスペースに収納することが可能となり、蓄電装置１００として組んだ時の高さ方向の大型化を抑制することができる。
【００４６】
また、本発明に記載の蓄電モジュール３は、締結部（例えばインサートナット３１やフランジボルト３２のねじ部）が円筒形電池の間に配置される。このような構造にすることによって、締結部（例えばインサートナット３１やフランジボルト３２のねじ部）を円筒形電池間のデッドスペースに収納することが可能となり、蓄電装置１００として組んだ時の高さ方向の大型化を抑制することができる。
【００４７】
また、本発明に記載の蓄電モジュール３は、モジュールケース（１１１、１１２）が樹脂で形成されており、締結部はモジュールケース（１１１、１１２）にインサート成型されたナットである。このようにナットをケースにインサート成型することによって、ナットが蓄電モジュール３の外部に出ることが無くなり、、蓄電装置１００の高さ方向の大型化を抑制できる。
【００４８】
また、本発明に記載の蓄電モジュール３を蓄電ケース（１１、１２）に複数個収納した蓄電装置１００は、蓄電ケースが締結部（例えばインサートナット３１）に対応した凹部（１１ａ）を有している。。このような構造にすることによって、例えばフランジボルト３２の頭部の一部を凹部１１ａに収納することが可能となり、蓄電装置１００の高さ方向の大型化を抑制できる。
【００４９】
また、本発明に記載の蓄電装置１００は、素子配列体１０３が最上段の素子配列体１０３ａと、最下段の素子配列体１０３ｂとで構成され、蓄電ケース（１１、１２）は最上段側の素子配列体１０３ａと対向するアッパーケース（１２）と、最下段側の素子配列体１０３ｂと対向するロアケース（１１）とからなり、アッパーケース（１２）側に締結部に対応した凹部を有する。このような構造にすることによって、第一の実施形態と同様小型な蓄電装置を提供することが可能となる。
【００５０】
上述した実施の形態では、電気自動車に本発明を適用した例について説明したが、本発明は、これに限定されない。他の電動車両、たとえばハイブリッド電車などの鉄道車両、バスなどの乗合自動車、トラックなどの貨物自動車、バッテリ式フォークリフトトラックなどの産業車両の車両用電源装置を構成する蓄電装置にも本発明を適用できる。
【００５１】
また、本発明では円筒形の二次電池１０１を代表例として説明したが、角形の二次電池１０１にも適用することが可能である。但し、その場合には素子配列体を角形の二次電池と、角形の二次電池間に配置したスペーサ部材を素子配列体とみなし、スペーサ部材が配置されている部分に締結部材を配置する、と言ったような構造とする必要がある。
【００５２】
また、本発明では対象となる電池を二次電池として説明したが、当然単電池であったとしても適用可能である。さらに、本発明ではモジュールケースがサイドフレームＲ１１１、サイドフレームＬ１１２の二部材からなるとしたが、当然一つの部材から構成されていても良い。同様に、本発明では蓄電ケースがロアケース１１とアッパーケース１２の二部材からなるとしたが、当然一つの部材から構成されていても良い。
【００５３】
以上、本発明は上述の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【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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【図７】
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【図８】
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