(57)【要約】【課題】複数の電池モジュールを積層し、架台を用いることなく構造強度を確保可能な電源システムを提供する。【解決手段】電源システムは、電池モジュール１間にスペーサ６を介在させて積み重ねて配置されている。スペーサ６を下位の電池モジュール１の側面に当接させ荷重方向に配置することで、上位の電池モジュール１はスペーサ６を介して取り付け部に固定される。また、スペーサ６は上位の電池モジュール１の荷重方向に対して平行に折り曲げ加工された金属部材であり、ねじり方向、曲げ方向の構造強度を増加させることができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池モジュールを積み重ねて固定された電源システムであって、下位の電池モジュールの側面に当接し上位の電池モジュールの荷重方向に挿入されたスペーサを備え、前記スペーサは、前記荷重方向に対して平行に折り曲げ加工された金属部材であることを特徴とする電源システム。
【請求項２】
前記金属部材は、矩形波板状であることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記金属部材の前記下位の電池モジュールの側面との当接面に突起物を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源システム。
【請求項４】
前記電池モジュールの前記スペーサ配置箇所側面部に、前記スペーサを支持するためのガイドが予め配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源システムに係り、特に、複数の電池モジュールを積み重ねて固定された電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数個の単電池を接続・収容した電池モジュールのように、ある程度の重量物を積層して電源システムを構成する際は、一段目の電池モジュールを固定した後に、構造強度を確保するための架台を上部に取り付け、その上に二段目の電池モジュールを配置・固定するなどの方法がとられている。このような電源システムは、例えば、車両等の移動体にも搭載される。その架台は、一段目の電池モジュールを固定しているベースと同程度の強度を有しており、二段目の電池モジュールを配置・固定するという機能のわりには、重量が大きく、大きさもかさばるものとなっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の電源システムでは、架台を固定する際、電池モジュールの固定点との重なりをなくすために、電池モジュールの外寸よりも大きくなり、本来電池モジュールの固定だけで済んだ空間以上のものが必要となっていた。さらに、重量が増加することで、車両からみた見かけ上の重量出力密度が減少する。電源システムの主要機能は電気の充放電であるため、架台の機能である配置・固定は副機能にすぎない。従って、複数のモジュールを積み重ねて固定する際に（電源システムを構成する場合に）架台を設けることは、架台が総重量における割合が高く、ムダな部分を構成することとなる。
【０００４】
上記事案に鑑み本発明は、複数の電池モジュールを積層し、架台を用いることなく構造強度を確保可能な電源システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は、複数の電池モジュールを積み重ねて固定された電源システムであって、下位の電池モジュールの側面に当接し上位の電池モジュールの荷重方向に挿入されたスペーサを備え、前記スペーサは、前記荷重方向に対して平行に折り曲げ加工された金属部材であることを特徴とする。
【０００６】
本発明では、電池モジュール間にスペーサを介在させて電池モジュールを積み重ねて固定しているわけであるが、このスペーサを上位の電池モジュールの側面に当接させて荷重方向に配置することで、上位の電池モジュールの固定はスペーサを介して下位の電池モジュールに固定されることになる。このため、架台を用いることなくスペーサの取り付け空間を小さくすることができる。さらに、このスペーサは金属部材を上位の電池モジュールの荷重方向に対して平行に折り曲げ加工することで、電池モジュールの固定に必要な接触面積を確保し、構造強度を増加させることができる。
【０００７】
本発明において、金属部材は矩形波板状であることが好ましい。また、金属部材の下位の電池モジュールの側面との当接面に突起物を有することがより好ましい。さらに、電池モジュールのスペーサ配置箇所側面部に、スペーサを支持するためのガイドが予め配置されているようにしてもよい。これらの作用効果については後述する実施の形態で詳述する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、スペーサを上位の電池モジュールの側面に当接させて荷重方向に配置することで、上位の電池モジュールの固定はスペーサを介して下位の電池モジュールに固定されるため、複数の電池モジュールを積層する際に、架台を用いることなくスペーサの取り付け空間を小さくすることができるとともに、スペーサは金属部材を上位の電池モジュールの荷重方向に対して平行に折り曲げ加工されているので、電池モジュールの固定に必要な接触面積を確保し、構造強度を増加させることができる、という効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（構成）
以下、図面を参照して、本発明が適用可能な電源システムの実施の形態について説明する。
【００１０】
図１に示すように、本実施形態の電源システム１０は、上下二段に電池モジュール１を積み重ねて固定したものであり、例えば、ハイブリッド車（ＨＥＶ）の電源として用いられるものであるが、本発明はこの用途に限られるものではない。
【００１１】
図２に示すように、電池モジュール１は、側面にフランジを有する上蓋と同じく側面にフランジを有する下蓋とからなり金属製で略直方体状の外装ケースを有している。すなわち、外装ケースは、下蓋のフランジに上蓋のフランジを載置し、これらのフランジ同士をネジ締結することで、フランジ部３を有する密閉状の筺体を構成している。なお、下蓋のフランジは、端部側に上方に屈曲した屈曲部を有している。
【００１２】
電池モジュール１の側面には、後述するスペーサ６を支持するクランク状板片のガイド２が予め配置（溶接）されている（図１も参照）。
【００１３】
電池モジュール１（下蓋）の一側（図２の左側）には正極、負極出力端子が配置されている。上蓋の他側（図２の右側）には、上位に配置される電池モジュール１との位置決めのための２つの窪み５が形成されている。また、下蓋には、上蓋の窪み５が形成された位置に対応して、窪み５に嵌合する２つの円錐状の突起（不図示）が形成されている。このため、電源システム１０の組み立ての際の位置決めを容易に行うことができ、電池モジュール１を積層する際に出力端子の導出位置を同一側に合わせることができる。
【００１４】
外装ケース内には、複数（本例では１２個）の組電池が収容固定されている。各組電池は、複数（本例では４個）の単電池を直列接続して構成されている。従って、本実施形態の電池モジュール１は４８個の単電池を有している。このような単電池には、例えば、マンガン酸リチウム等を主要材料としたリチウムイオン二次電池を用いることができる。
【００１５】
また、外装ケース内には、電圧や温度を検出するための配線が多数存在しているが、外装ケースを車両のシャーシと同電位とすることで、これらが電気的な外部からのノイズから保護されている。なお、単電池は外装ケースで保護されており、仮に交通事故が発生したとしても電源システムの安全性が維持される。
【００１６】
＜スペーサ＞
ここで、本発明の特徴の一つであるスペーサ６について詳述する。図１に示すように、本実施形態の電源システム１０では、下位の電池モジュール１の側面に当接し上位の電池モジュール１の荷重方向に挿入された６個のスペーサ６を有している。上位の電池モジュール１の荷重を支えるために、さらに車載を考慮すると、このようなスペーサは合理的な構造強度を有する必要がある。
【００１７】
図３（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施形態の電源システム１０に使用するために検討したスペーサの斜視図である。本実施形態で検討したスペーサは、一個の突起を有する形状のもの（図３（Ａ））、２個の突起を有する形状（矩形波形状）のもの（図３（Ｂ））、横断面形状が略コ字状の形状のもの（図３（Ｃ））、単なる円筒状の形状のもの（図３（Ｄ））の４種である。
【００１８】
図３（Ａ）〜（Ｄ）のスペーサの底面部を固定点とし、その反対面となる上端部を加圧面としてＣＡＥを行った結果を下表１に示す。なお、このときの設定値として、荷重は８７８４Ｎ（強度区分４．６のＭ８ネジの耐力に相当）とし、判定基準は最大主応力が使用部材の引っ張り強度の２５％未満とした（引っ張り強度の２５％となるように板厚を変化させた）。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
表１に示すように、各スペーサに荷重を印加し、そのときに発生する最大主応力が引っ張り強度の２５％未満になる板厚は、図３（Ａ）に示すスペーサが１．４２２ｍｍ、図３（Ｂ）に示すスペーサが０．８８５ｍｍ、図３（Ｃ）に示すスペーサが２．７２５ｍｍ、図３（Ｄ）に示すスペーサが１．７５ｍｍであった。市販されている標準寸法の板厚に当てはめると、図３（Ａ）に示すスペーサが１．６ｍｍ、図３（Ｂ）に示すスペーサが０．９ｍｍ、図３（Ｃ）に示すスペーサが２．８ｍｍ、図３（Ｄ）に示すスペーサが２．０ｍｍとなる。この重量から最軽量であるものは図３（Ｂ）に示すスペーサである。このため、本実施形態では金属平板を二段目の電池モジュール１の荷重方向に対して平行に折り曲げ加工された図３（Ｂ）に示すスペーサをスペーサ６として使用した。
【００２１】
スペーサ６は、長手方向に（下位の電池モジュール１の側面に当接する位置に）半円弧状の形状を有した突起物（不図示）を備えている。スペーサ６は下位の電池モジュール１の側面との当接面にこの突起物が接触するわけであるが、該突起物が円錐台形状であれば、平面部同士の平行度の精度、突起高さの精度等の電源システムの組み立て時の精度が要求される。しかしながら、本実施形態では突起物の形状を半円弧状にすることで、突起高さに関しては同程度の精度が要求されるが、平行度の要求がなくなり、点接触とすることができる。また、この突起物は、下位の電池モジュール１の受け側にある屈曲部の曲げ代（Ｒ部）を回避させる意味もあり、このことでスペーサ６の端部が屈曲部の曲げ代に乗り上げることなく固定のための固縛力をしっかりとした面で受けることができる。
【００２２】
なお、ガイド２は、対として二段目の電池モジュール１の荷重方向にスペーサ６を挿入することができるように、電池モジュール１の側面と略平行となるスリットを形成するように予め電池モジュール１の側面に取り付けられている。ガイド２によりスペーサ６は電池モジュール１からの離間最大間隔が規定され、上述した突起物により電池モジュール１からの離間最小距離が規定されている。
【００２３】
（組み立て手順）
次に、本実施形態の電源システム１０の組み立て手順について説明する。
【００２４】
図４に示すように、下蓋の底面形状に対応した床ベース（取り付け部）に電池モジュール１を載置する（図１の破線部も参照）。この取り付け部は車両側に配置されていても、または、図１に示した上下二段の電池モジュール１をさらに収容するケース内に配置されていてもよい。このとき、電池モジュール１はフランジ部３を有しているので、載置時の位置決めを容易に行うことができる。また、フランジ部３にスタッドボルトもしくは溶接ナットが取り付けられていれば、組み付け作業が簡易になることは言うまでもない。本実施形態ではフランジ部３に溶接ナットが取り付けられており、電池モジュール配置後にネジ締結が行われる。これにより、一段目の電池モジュール１が固定される。
【００２５】
その後、上蓋に予め配置されたガイド２間にスペーサ６が差し込まれ（挿入され）、二段目の電池モジュール１が配置される。このとき、スペーサ６は二段目の電池モジュール１のフランジ部３の背面に接触する。電池モジュール１を上下二段に重ね合わせて配置する際の位置決めは、上述した上蓋の窪み５（一段目の電池モジュール１）と下蓋の図示しない突起（二段目の電池モジュール１）とが担っている。すなわち、二段目の電池モジュール１の下蓋の突起が一段目の電池モジュール１の上蓋の窪み５に嵌合するように、二段目の電池モジュール１が配置される。
【００２６】
次いで、スペーサ６が装着されている丸穴に長めのボルト４が差し込まれ、二段目の電池モジュール１が固定される。なお、本実施形態の電源システム１０は、一段目の電池モジュール１が取り付け部に対して直に４個のボルトで固定され、二段目の電池モジュール１がスペーサ６を介して６個のボルト４で固定される。
【００２７】
（効果等）
次に、本実施形態の電源システム１０の効果等について説明する。
【００２８】
本実施形態の電源システム１０では、電池モジュール１間にスペーサ６を介在させて積み重ねて配置する際に、スペーサ６を下位の電池モジュール１の側面に当接させ荷重方向に配置することで、上位の電池モジュール１はスペーサ６を介して取り付け部（床ベース）に固定される。このため、架台を用いることなくスペーサ６の取り付け空間を小さくすることができる（本実施形態では、電池モジュール１がフランジ部３を有しているので、電池モジュール１の空間内に配置することができる。）。また、スペーサ６は金属部材を二段目の電池モジュール１の荷重方向に対して平行に折り曲げ加工されているので、電池モジュールの固定に必要な接触面積を確保し、構造強度（特に、ねじり方向、曲げ方向の構造強度）を増加させることができる。
【００２９】
さらに、スペーサ６は矩形波板状であることから、曲面が少なく平面部での一段目の電池モジュール１の側面との接触が可能となる。また、二段目の電池モジュール１の固定にボルト４によるネジ締結を採用する際に、ネジの通し穴を避ける構造にもしやすい。さらに、一段目の電池モジュール１の側面に当接する箇所をフラット状にしたので、一段目の電池モジュール１への当接がしやすく、かつ、配置する際の位置決めがしやすくなる。
【００３０】
さらに、スペーサ６は下位の電池モジュール１の側面との当接面に突起物を有している。本実施形態では、突起物の形状を半円弧状にしたため、突起高さに関しては精度が要求されるが、平行度については精度の要求がなくなったことで部品単価が低減し、突起物による下位の電池モジュール１との接触を点接触とすることで被当接物（フランジ３）への傷がつきにくくなる。
【００３１】
また、電池モジュール１の側面にはスペーサ６を支持するためのガイド２が予め配置されているので、スペーサ６を挿入する際の作業が容易となる。本実施形態ではこのスペーサ６に必要最小限の形状であるクランク状板片を用いたので、重量増加分も抑えることができ、ガイド２によって発生する占有空間も抑制することができる。さらに、本実施形態では、電池モジュール１全てにガイド２が配置されているので、一段目、二段目という配置による作り分けの必要がなく、電源システム１０の組み立ての際の作業性を向上させることができる。
【００３２】
なお、本実施形態では、電源システム１０を２つの電池モジュール１を積み重ねて固定する例を示したが、本発明はこれに限らず、３つ以上の電池モジュール１を積み重ねて固定するようにしてもよい。また、このような電源システムは、２つの電池モジュール１を収容するケースをさらに備えていてもよく、そのケース内には、電源システムを構成する各単電池の電圧や温度を監視するコントローラ等を内蔵していてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上説明したように、本発明は、複数の電池モジュールを積層し、架台を用いることなく構造強度を確保可能な電源システムを提供するものであるため、電源システムの製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の電源システムの外観斜視図である。
【図２】実施形態の電源システムを構成する電池モジュールの外観斜視図である。
【図３】実施形態の電源システムに使用するために検討したスペーサの斜視図である。
【図４】実施形態の電源システムの組み立て時の斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  電池モジュール
２  ガイド
３  フランジ部
６  スペーサ
１０  電源システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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