JP5573032B2

JP5573032B2 - 組電池およびその製造方法

Info

Publication number: JP5573032B2
Application number: JP2009168452A
Authority: JP
Inventors: 健太郎八田; 裕貴子木下
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2029-07-17
Also published as: CN201898159U; JP2011023257A

Description

本発明は、組電池およびその製造方法に関するものである。

複数の円筒状二次電池を起立させて配列した組電池において、上下一対の平板状絶縁プレートで二次電池群を挟み、これら２枚の平板状絶縁プレートを連結具で固定したものが知られている（特許文献１）。

特開２００６−１９０６１１号公報

しかしながら、上記従来の組電池では平板状絶縁プレートを二次電池群の上下の全面に配置する構成であるため、耐ねじれ性や耐振動性には優れているものの、重量が増加するといった問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、外力に対する耐ねじれ性や耐振動性を確保しつつ軽量化を実現できる組電池およびその製造方法を提供することである。

本発明は、複数の電池モジュール群の一方の主面に複数の電池モジュール群の配列方向に延在する第１ブラケットを設ける一方、他方の主面に複数の電池モジュール群の配列方向に垂直な方向に延在する第２ブラケットを設け、これらを連結具で連結した組電池において、複数の電池モジュールのそれぞれに形成された貫通孔に連結具を貫通させることで、電池モジュール群を、第１ブラケットおよび第２ブラケットで挟持した状態で、第１ブラケットおよび第２ブラケットに固定することによって上記課題を解決する。

本発明によれば、複数の電池モジュール群の配列方向に延在する第１ブラケットとこれに垂直方向に延在する第２ブラケットにより電池モジュール群を挟む構成であり、電池モジュール群の両面全面を覆う構成ではないので、軽量化を実現することができる。

また、第１ブラケットと第２ブラケットを複数の電池モジュール群の直交する二方向それぞれに設けることで耐ねじれ性が確保できる一方で、第１ブラケットと第２ブラケットを複数の電池モジュール群の両主面に設けることで電池モジュールを強固に固定でき、耐振動性を確保することができる。

本発明の一実施の形態を適用した組電池のブラケット構造のみを示す斜視図である。図１のブラケット構造により電池モジュール群を固定した組電池を示す平面図である。図２の組電池を示す底面図である。図２のIV-IV線に沿う断面図である。図４の要部拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施の形態を適用した組電池のブラケット構造体１０のみを示す斜視図であり、これを用いて複数の電池モジュール１を固定してなる組電池２の例を説明する。以下、４つの電池モジュール１を４段に積み重ねたものを電池モジュール群１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄと称し、この電池モジュール群１Ａ〜１Ｄを長辺が隣接するように４列に並べ、図１に示すブラケット構造体１０で固定したものを組電池２と称する。なお、実際の組電池２は各電池モジュール１の入出力端子を接続するハーネスや各電池モジュール１の電圧を検出するハーネスなどの各種ハーネスも組み付けられているが、本例ではこれらの図示を省略する。

図２は図１のブラケット構造体１０により電池モジュール群１Ａ〜１Ｄを固定した組電池２を示す平面図、図３は同じく底面図、図４は図２のIV-IV線に沿う断面図、図５は図４の要部拡大断面図である。

図４及び図５に示すように、一つの電池モジュール１は、ステンレス、アルミニウム又はプラスチックスなどの適宜材料により構成されたアッパケース１ａとロアケース１ｂとを有し、これらを接合することで形成される内部空間に単電池の積層体３が収容されている。

ロアケース１ｂは矩形状の底面と当該底面の各辺から立ち上がる４つの壁面とを有する有底筒状に形成され、アッパケース１ａはロアケース１ｂの上面開口を閉塞する平板状に形成されている。そして、ロアケース１ｂに単電池積層体３を収容したのち、アッパケース１ａの外周縁とロアケース１ｂの上面開口とをたとえば巻き締め加工１ｃにより接合することで、内部に単電池積層体３が収容された電池モジュール１が製造される。

図１に示すブラケット構造体１０は、上述した電池モジュール１を４段に積み重ね、さらに４段に積み重ねてなる電池モジュール群を４セット用意し、これら４つの電池モジュール群１Ａ〜１Ｄ（１６個の電池モジュール１）を１列に配列してなる組電池２を互いに固定するとともに、車両の所望位置に搭載して固定するものである。

本例のブラケット構造体１０は、図１に示すように、縦骨材を構成する２本の第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂと、これら２本の第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂの延在方向（Ｘ軸方向）に対し垂直方向にほぼ等間隔で架設された４本の連結部材１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄと、第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂの延在方向に対し垂直方向に延在するほぼ平板状の第２ブラケット１２Ａ，１２Ｂと、第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂと第２ブラケット１２Ａ，１２Ｂとを連結する、合計１６個のボルト１４及びナット１５と、を備える。縦骨材を構成する第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂに対し、第２ブラケット１２Ａ，１２Ｂは横骨材を構成する。

図４は図２のIV-IV線に沿う断面図、図５は図４の要部拡大断面図である。
第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂは、図５に拡大して示すように断面略矩形状となるように２枚の鋼板１１１，１１２を溶接等により接合されてなり、ナット１５を締め付ける箇所には作業用孔１１３（又は作業用切欠でもよい）が形成され、またボルト１４が貫通する貫通孔１１４が形成されている。

また４本の連結部材１３Ａ〜１３Ｄは、断面がハット（帽子）状に加工され、２本の第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂに対して溶接等により接合されている。そして、２本の第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂと４本の連結部材１３Ａ〜１３Ｄとを接合してなる構造体は、４列に配列された電池モジュール群１Ａ〜１Ｄの底面側（下面側）に位置し、車載される際の台座となり、いずれも鋼板を断面係数が大きくなるように折り曲げ加工されているので、図１に示すＸ軸方向及びＹ軸方向に対する耐屈曲力だけでなく、重力方向の耐圧縮力も高剛性となる。

なお、２本の第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂは、基本的な断面構造は共通するが、車両の取り付け位置によって適宜その細部構造が決定されるので、本例のように全く同じものでなくてもよい。

一方、第２ブラケット１２Ａ，１２Ｂは、図５に示すようにボルト１４が貫通する貫通孔１２１が両端に形成され、図１及び図２に示すように、４列に配列された電池モジュール群１Ａ〜１Ｄ頂面側（上面側）に位置し、図２のように電池モジュール群１Ａと１Ｂとの間及び電池モジュール群１Ｃと１Ｄとの間をそれぞれ跨ぐように配置されている。第２ブラケット１２Ａ，１２Ｂを隣接する２つの電池モジュール群の間を跨ぐように配置することで、これら２つの電池モジュール群１Ａと１Ｂ及び１Ｃと１Ｄが、第２ブラケット１１Ａ，１１Ｂにより互いに拘束されるので、相対移動が抑制され、その結果、組電池２全体としての拘束力がより高くなる。

なお、必要に応じて電池モジュール群１Ｂと１Ｃとの間を跨ぐように配置することもできるし、３箇所のうちいずれか１又は２以上の箇所であってもよい。さらに、必ずしも隣接する２つの電池モジュール群の間を跨ぐように配置する必要はなく、一つずつ独立して電池モジュール群に配置してもよい。

２本の第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂと４本の連結部材１３Ａ〜１３Ｄとを接合してなる構造体と、第２ブラケット１２Ａ，１２Ｂとは、ボルト１４及びナット１５（本発明に係る連結具に相当する。）により連結される。このとき、図５に拡大して示すように、電池モジュール群１Ａ（他の電池モジュール群１Ｂ〜１Ｄについても同じ）を構成する４つの電池モジュール１のアッパケース１ａ及びロアケース１ｂのそれぞれに形成された貫通孔１ｄにもボルト１４が貫通し、これら電池モジュール群１Ａを挟持した状態で第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂと第２ブラケット１２Ａ，１２Ｂとが固定されることになる。

このように構成された組電池２は、以下の手順で組み立てられる。
まず、２本の第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂと４本の連結部材１３Ａ〜１３Ｄとを溶接などにより接合して図１に示す構造体を予め製造し、電池モジュール１を４段に積層した電池モジュール群１Ａ〜１Ｄをこの構造体の上面に、長手方向に沿って配置する。

そして、電池モジュール群１Ａと１Ｂの間、および電池モジュール群１Ｃと１Ｄの間にそれぞれ第２ブラケット１２Ａ，１２Ｂを配置したのち、１６個のボルト１４を第２ブラケット１２Ａ，１２Ｂの貫通孔１２１と、電池モジュール１の貫通孔１ｄと、第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂの貫通孔１１４に貫通させ、それぞれナット１５で締め付ける。ただし、図１に示すように、第２ブラケット１２Ａ，１２Ｂに対しては１６本のボルト１４のうち８本のボルト１４のみを貫通させる。

なお、各電池モジュール群１Ａ〜１Ｄは、４つの電池モジュール１を予め重ね合わせて電池モジュール群としてのサブアッセンブリを製造しておき、これを第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂに配置してもよいし、第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂに対して４つの電池モジュール１を順次積み重ねてもよい。

以上のように、本例のブラケット構造体１０は、電池モジュール群１Ａ〜１Ｄの配列方向（Ｘ軸方向）に延在する２本の第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂと４本の連結部材１３Ａ〜１３Ｄとを接合した構造体で電池モジュール群の下面側に設け、これに垂直方向（Ｙ軸方向）に延在する２本の第２ブラケット１２Ａ，１２Ｂを電池モジュール群の上面側に設け、これらにより電池モジュール群を挟む構成としたので、複数の電池モジュール群１Ａ〜１Ｄの上面及び下面それぞれの全面を覆う従来のものに比べて軽量化を図ることができる。

また、第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂと第２ブラケット１２Ａ，１２Ｂを、電池モジュール群１Ａ〜１Ｄの直行する二方向それぞれに設けているので、耐ねじれ性が確保できる。一方、第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂと第２ブラケット１２Ａ，１２Ｂを電池モジュール群１Ａ〜１Ｄの両主面それぞれに設けているので、電池モジュール１を強固に固定でき、耐振動性を確保することができる。

さらに、電池モジュール群の台座となる下面側には、２本の第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂと４本の連結部材１３Ａ〜１３Ｄとを接合してなる構造体が設けられ、互いに直交する方向に接合されているので、図１に示すＸ軸方向及びＹ軸方向に対する耐屈曲力だけでなく、重力方向の耐圧縮力も高剛性となる。さらに、この構造体においては、鋼板を断面積が大きくなるように折り曲げ加工されているので、重力方向の耐圧縮力が高剛性となる効果をさらに発揮することが出来る。

また、重量物である電池モジュール群１Ａ〜１Ｄは、主として下面側の２本の第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂと４本の連結部材１３Ａ〜１３Ｄとを接合してなる構造体により固定して受容するので、組電池２としての重心位置を低くすることができ安定性が向上する。また、下面側の第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂ等を強固に構成することで、上面側の第２ブラケット１２Ａ，１２Ｂの構造を簡素又は小さくすることができ、軽量化およびレイアウト効率がさらに向上する。

また、第２ブラケット１２Ａ，１２Ｂは、隣接する２つの電池モジュール群の間を跨ぐように配置されているので、これら２つの電池モジュール群１Ａと１Ｂ及び１Ｃと１Ｄが、第２ブラケット１１Ａ，１１Ｂにより互いに拘束されて、相対移動が抑制され、その結果、組電池２全体としての拘束力がより高くなる。これによっても、耐衝撃性や耐振動性が向上する。

なお、上述した実施形態では、第１ブラケットとして２本の第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂを設けたが、１本又は３本以上の第１ブラケットを設けてもよい。

また、上述した実施形態では、第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂ及び連結部材１３Ａ〜１３Ｄを電池モジュール群の下面側に設け、第２ブラケット１２Ａ，１２Ｂを電池モジュール群の上面側に設けたが、第１ブラケット１１Ａ，１１Ｂ及び連結部材１３Ａ〜１３Ｄを電池モジュール群の上面側に設け、第２ブラケット１２Ａ，１２Ｂを電池モジュール群の下面側に設けてもよい。

１…電池モジュール
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…電池モジュール群
１ａ…アッパケース
１ｂ…ロアケース
１ｃ…巻き締め加工
１ｄ…貫通孔
２…組電池
３…単電池積層体
１０…ブラケット構造体
１１Ａ，１１Ｂ…第１ブラケット
１２Ａ，１２Ｂ…第２ブラケット
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ…連結部材
１４…ボルト
１５…ナット

Claims

複数の電池モジュールを積層してなる電池モジュール群が、積層方向に対して垂直な面内方向に複数配列された組電池であって、
前記複数の電池モジュール群の一方の主面に設けられ、前記複数の電池モジュール群の配列方向に沿って延在する第１ブラケットと、
前記複数の電池モジュール群の他方の主面に設けられ、当該他方の面内において前記複数の電池モジュール群の配列方向に対して垂直な方向に沿って延在する第２ブラケットと、
前記第１ブラケットと前記第２ブラケットとを連結する連結具と、を備え、
前記複数の電池モジュールのそれぞれに形成された貫通孔に前記連結具が貫通していることで、前記電池モジュール群が、前記第１ブラケットおよび前記第２ブラケットに挟持された状態で、前記第１ブラケットおよび前記第２ブラケットに固定されている組電池。
請求項１に記載の組電池において、
前記第２ブラケットは、隣接する二つの電池モジュール群を跨いで設けられている組電池。
請求項１または２に記載の組電池において、
少なくとも２つの前記第１ブラケットと、
前記第１ブラケットの延在方向に対して垂直方向に延在し前記少なくとも２つの第１ブラケットに架設された連結部材と、を有する組電池。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の組電池において、
前記第１ブラケットが前記電池モジュール群の下面に設けられ、前記第２ブラケットが前記電池モジュール群の上面に設けられている組電池。
複数の電池モジュールを積層して電池モジュール群を組み立てる工程と、
複数の前記電池モジュール群を積層方向に対して垂直な面内方向に配列し、前記複数の電池モジュール群の一方の主面に、前記複数の電池モジュール群の配列方向に沿って延在する第１ブラケットを装着する工程と、
前記複数の電池モジュール群の他方の主面に、当該他方の面内において前記複数の電池モジュール群の配列方向に対して垂直な方向に沿って延在する第２ブラケットを装着する工程と、
連結具を用いて前記第１ブラケットと前記第２ブラケットとを連結する工程と、を備え、
前記連結具を用いて前記第１ブラケットと前記第２ブラケットとを連結する際に、前記複数の電池モジュールのそれぞれに形成された貫通孔に前記連結具を貫通させることで、前記電池モジュール群を、前記第１ブラケットおよび前記第２ブラケットで挟持した状態で、前記第１ブラケットおよび前記第２ブラケットに固定する組電池の製造方法。