特許 6378009 電池固定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6378009

(24)【登録日】2018年8月3日

(45)【発行日】2018年8月22日

(54)【発明の名称】電池固定装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 2/10 20060101AFI20180813BHJP

   H01M 10/613 20140101ALN20180813BHJP

   H01M 10/625 20140101ALN20180813BHJP

   H01M 10/647 20140101ALN20180813BHJP

   H01M 10/6555 20140101ALN20180813BHJP

   H01M 10/6563 20140101ALN20180813BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/10 S

   !H01M10/613

   !H01M10/625

   !H01M10/647

   !H01M10/6555

   !H01M10/6563

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-178169(P2014-178169)

(22)【出願日】2014年9月2日

(65)【公開番号】特開2016-51685(P2016-51685A)

(43)【公開日】2016年4月11日

【審査請求日】2017年6月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】100147913

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 義敬

(74)【代理人】

【識別番号】100165423

【弁理士】

【氏名又は名称】大竹 雅久

(74)【代理人】

【識別番号】100091605

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 敬

(74)【代理人】

【識別番号】100197284

【弁理士】

【氏名又は名称】下茂 力

(72)【発明者】

【氏名】成毛 俊昭

(72)【発明者】

【氏名】稲越 賢司

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 亘樹

(72)【発明者】

【氏名】本吉 拓弥

【審査官】 瀧 恭子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１０９９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０２２１３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ２／１０、１０／５２−１０／６６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に内蔵され、厚み方向に配列される複数のバッテリーセルを固定する電池固定装置であり、
前記バッテリーセル同士の間に配置されたセパレータと、
前記バッテリーセルが配列される方向に沿って延在し、前記セパレータと接触する接触部を有するガイドと、を具備し、
前記セパレータが前記バッテリーセル同士の間で左右方向の両端部付近に夫々配置され、
前記セパレータと前記ガイドとが接触する部分の少なくとも一方が傾斜面を有し、
前記車両に衝撃が作用した際に、前記ガイドが前記厚み方向に沿って移動し、前記接触部が前記セパレータに接触することで、前記セパレータが前記バッテリーセル同士の間から外側に移動することを特徴とする電池固定装置。

【請求項2】

前記ガイドに設けられた傾斜面と、前記セパレータに設けられた傾斜面とが対面することを特徴とする請求項１に記載の電池固定装置。

【請求項3】

前記セパレータは、前記バッテリーセルの表面に接触して回転するローラーを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池固定装置。

【請求項4】

前記ガイドは前記バッテリーセルの上方および下方に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の電池固定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動車等の車両の内部で複数のバッテリーセルの位置を固定する電池固定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車やハイブリッド自動車では、モータに電力を駆動するための二次電池が搭載される。

【0003】

この二次電池では、複数のバッテリーセルを厚み方向に整列させている。これにより、スペース的な制約を考慮しつつ、所定の電気容量や出力電圧を得ることが出来る。このようにバッテリーセルを配列させる場合、使用状況下での振動などで各バッテリーセルが移動しないように、これらの位置を固定する必要がある。車両の内部にてバッテリーセルの位置を固定する発明が以下の特許文献１および特許文献２に記載されている。

【0004】

特許文献１の図５およびその説明箇所を参照すると、電池の取り出し易さが考慮された電池の拘束装置が開示されている。具体的には、バッテリーセル同士の間に配置されるスペーサ２０にはテーパ部２３が形成され、上下両治具にもこれらに対応したテーパ部５１等が形成されている。これにより、テーパ部２３、５１同士が接触することにより、電池Ｗの位置決めが行われている。

【0005】

特許文献２の図１およびその説明箇所を参照すると、複数の電池セルの積層方向に於ける積層体１２の両側に保持部材１８等を配置し、保持部材同士の間にピアノ線２３を架設し、このピアノ線の張力を張力調節機構３５で調節している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１３−２１８９６８号公報

【特許文献2】特開２０１３−１０９９５６号公報

【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、上記した各文献に記載された発明では、車両の衝突時に於ける二次電池の安全性が必ずしも十分に確保されていなかった。

【0008】

具体的には、特許文献１に記載された発明では、上記した図５等を参照して、使用状況下においてスペーサ２０は常に二次電池Ｗ同士の間に存在している。よって、車両衝突事故が発生した場合であっても、このスペーサ２０が存在している。従って、衝突事故時に於ける二次電池Ｗの状態が必ずしも安全でない恐れがあった。

【0009】

また、特許文献２に記載した発明であっても、図１を参照すると、電池セル１１同士の間にはスペーサ部材１３が存在している。よって、衝突事故発生に於いてスペーサ１３が存在していることにより、電池セル１１が破損してしまう恐れがあった。

【0010】

本願発明は、上記した課題を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、衝突事故発生時に於いてバッテリーセルの損傷を抑止する電池固定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、車両に内蔵され、厚み方向に配列される複数のバッテリーセルを固定する電池固定装置であり、 前記バッテリーセル同士の間に配置されたセパレータと、 前記バッテリーセルが配列される方向に沿って延在し、前記セパレータと接触する接触部を有するガイドと、を具備し、前記セパレータが前記バッテリーセル同士の間で左右方向の両端部付近に夫々配置され、前記セパレータと前記ガイドとが接触する部分の少なくとも一方が傾斜面を有し、 前記車両に衝撃が作用した際に、前記ガイドが前記厚み方向に沿って移動し、前記接触部が前記セパレータに接触することで、前記セパレータが前記バッテリーセル同士の間から外側に移動することを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、衝突事故等が発生した際に、バッテリーセルに沿って配置したガイドがその配列方向に沿って移動し、ガイドの接触部がセパレータに接触することで、セパレータが外側に退避する。よって、バッテリーセル同士がその厚み方向に詰まることにより、バッテリーセルの破損が抑止されている。

【0013】

更に、衝撃を吸収するためのストロークが十分に確保され、十分に衝突エネルギーを吸収することが可能となる。更には、これにより大容量のバッテリーを搭載することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の電池固定装置を示す図であり、（Ａ）は電池固定装置を備えた車両を示す斜視図であり、（Ｂ）はバッテリーモジュールを示す斜視図である。

【図2】本発明の電池固定装置を示す図であり、（Ａ）はバッテリーモジュールを部分的に示す上面図であり、（Ｂ）は断面図であり、（Ｃ）は斜視図であり、（Ｄ）はセパレータを拡大して示す上面図である。

【図3】本発明の電池固定装置を示す図であり、バッテリーアレイを示す側面図である。

【図4】本発明の電池固定装置を示す図であり、（Ａ）は衝突前の車両の後部を示す側面図であり、（Ｂ）は衝突後の車両の後部を示す側面図である。

【図5】本発明の電池固定装置を示す図であり、（Ａ）および（Ｂ）は衝突時にセパレータが移動する状況を逐次的に示す上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に本形態の電池固定構造を説明する。以下の説明において、左方および右方は車両１０の進行方向を向いた場合を示す。

【0016】

図１（Ａ）を参照して、本形態の電池固定装置が採用されるバッテリーモジュール１４は、車両１０に採用される。車両１０は例えば電気自動車またはハイブリッド自動車である。車両１０が電気自動車の場合は、バッテリーモジュール１４から供給される電力で回転するモータを駆動源として車両１０が走行する。車両１０がハイブリッド自動車の場合は、上記したモータまたはエンジンの一方または両方を駆動源として車両１０が走行する。

【0017】

バッテリーモジュール１４は、車両１０の後端付近に配置される。この図を参照すると、複数のバッテリーセル２２が行列状にケース１６に収納され、このケース１６がフレーム１２により支持されている。

【0018】

図１（Ｂ）を参照して、本形態のバッテリーモジュール１４では、ケース１６の内部に複数のバッテリーアレイ２０Ａ、２０Ｂが収納されている。バッテリーアレイ２０Ａ、２０Ｂは、その厚み方向に積層された複数のバッテリーセル２２から構成されている。本形態では、バッテリーセル２２の厚み方向と車両１０の前後方向とは一致しているので、前後方向に積層された多数のバッテリーセル２２によりバッテリーアレイ２０Ａ、２０Ｂが構成される。

【0019】

バッテリーアレイ２０Ａを構成するバッテリーセル２２は、風路１８Ａを経由して導入される空気により冷却される。具体的には、バッテリーアレイ２０Ａを構成するバッテリーセル２２同士は後述するセパレータにより所定間隔で離間されている。そして、風路１８Ａを経由して車両１０の前方から取り入れられた外気がバッテリーアレイ２０Ａを構成するバッテリーセル２２同士の間に進入する。また、この風路１８Ａは、バッテリーアレイ２０Ｂにも連通しており、風路１８Ａを経由した空気がバッテリーアレイ２０Ｂにも供給される。バッテリーアレイ２０Ａを冷却した空気は風路１８Ｂを経由して系外に放出される。同様に、バッテリーアレイ２０Ｂを冷却した空気も風路１８Ｃを経由して系外に放出される。

【0020】

バッテリーセル２２の過熱を防止するために、バッテリーセル２２同士はセパレータで離間されている。本形態では、車両１０が衝突した際に、このセパレータを外部に退避させることで、バッテリーセル２２同士の間隙を潰れ代として用いて、バッテリーセル２２の破損を抑止している。係る事項は図５等を参照して後述する。

【0021】

図２を参照して、上記したバッテリーセル２２の位置を固定する電池固定装置１１の構成を説明する。図２（Ａ）は１つバッテリーアレイを上方から見た平面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ線での断面図であり、図２（Ｃ）はガイド３０とセパレータ２６との関連構成を示す斜視図であり、図２（Ｄ）はガイド３０とセパレータ２６とを上方から見た平面図である。

【0022】

図２（Ａ）を参照して、電池固定装置１１は、バッテリーセル２２同士の間に配置されるセパレータ２６と、衝突時にこのセパレータ２６を外側に退避させるガイド３０とを具備している。

【0023】

セパレータ２６は、バッテリーセル２２同士の間に複数が配置されている。図２（Ａ）に示すように、セパレータ２６はバッテリーセル２２同士の間で左右方向の両端部付近に夫々配置されている。また、図２（Ｂ）に示すように、バッテリーセル２２同士の間で上端部および下端部にセパレータ２６が配置されている。即ち本形態では、バッテリーセル２２同士の間に合計で４個のセパレータ２６が配置されている。セパレータ２６の概略的形状は、図２（Ｃ）に示すような板形状を呈しており、衝突時にセパレータ２６自身を側方に移動するための傾斜面３６がその上面に形成されている。セパレータ２６同士は上下方向に離間されており、これにより前述した冷却のための空気が流通する間隙が確保されている。

【0024】

図２（Ａ）を参照して、ガイド３０は、前後方向に直軸を有する板状の部材であり、後述するように、各セパレータ２６に対応して傾斜面を有している。換言すると、ガイド３０には各セパレータ２６に対応して切欠きが設けられており、この切欠きにセパレータ２６の上方部分が収納されている。また、図２（Ａ）に示すように、ガイド３０はバッテリーセル２２の左右端部付近で前後方向に伸びるように配置されている。

【0025】

また、図２（Ｂ）に示すようにガイド３０は、バッテリーセル２２の上方および下方の両方で前後方向に伸びるように配置されている。よって、１つのバッテリーアレイに対して４つのガイド３０が設けられている。ガイド３０がバッテリーセル２２の上方および下方に配置されることで、ガイドがバッテリーセル２２の側方に突出しないので、バッテリーアレイの平面視での大きさをコンパクト化することが出来る。
また、図２（Ａ）に示すように、各ガイド３０はバッテリーセルの後方にて連結されても良い。これにより、衝突時に各ガイド３０を前後方向に同時に移動させ、これによりセパレータ２６を同時に外側に退避させることが出来る。

【0026】

図２（Ｃ）及び図２（Ｄ）を参照して、セパレータ２６と接触する部分のガイド３０は傾斜面３４（接触部）を呈している。具体的には、ガイド３０の、セパレータ２６に接触する面は、前方に向かって左方（内側）に傾斜する傾斜面３４である。

【0027】

また、上方に配置されたセパレータ２６の上方部分は、バッテリーセル２２の上端よりも上方に突出している。そして、傾斜面３４に接触する部分のセパレータ２６は、前方に向かって左方（内側）に傾斜する傾斜面３６である。通常の使用状況下では、ガイド３０の傾斜面３４と、セパレータ２６の傾斜面３６とは略並行に対面している。そして、衝突時にはこれらの斜面同士は面的に接触して摺動する。

【0028】

また、バッテリーセル２２の下部に配置されるセパレータ２６とガイド３０との関連構成も上記と同様である。即ち、バッテリーセル２２よりも下方に突出するセパレータ２６の傾斜面３６と、ガイド３０の傾斜面３４とが対面するように配置されている。

【0029】

ガイド３０およびセパレータ２６がこのような傾斜構造を呈していることにより、衝突時にバッテリーセル２２同士の間隙からセパレータ２６を外側に退避させることが可能となる。係る事項は図５を参照して後述する。ここで、傾斜面３６が前後方向から傾斜する角度と、傾斜面３４が前後方向から傾斜する角度とは、同程度であることが好ましい。これにより、衝突時において、傾斜面３４と傾斜面３６とを良好に摺動させることが可能となる。

【0030】

図２（Ｃ）および図２（Ｄ）を参照して、上端に配置されたセパレータ２６と、下端に配置されたセパレータ２６との間にはローラー３８が回転可能に配置されている。具体的には、ローラー３８は上下方向に伸びる回転軸を有する円筒状の部材であり、その上端は上方に配置されたセパレータ２６の下面に接続され、その下端は下方に配置されたセパレータ２６の上面に配置されている。本形態では、セパレータ２６同士の間に２つのローラー３８が配置されており、前方に配置されたローラー３８は前側のバッテリーセル２２に接触し、後方に配置されたローラー３８は後側のバッテリーセル２２に接触している。このようにバッテリーセル２２同士の間にローラー３８を配置させることで、衝突時にローラー３８を回転させつつセパレータ２６を右側（外側）に退避させることができるので、この退避をよりスムーズに行うことが可能となる。更に、本形態ではバッテリーセル２２同士の間に前後方向に２つのローラー３８が配置されるが、このローラー３８同士が離間することで間隙が形成されている。これにより、この間隙を空気が流通してバッテリーセル２２が冷却される効果を大きくすることが出来る。

【0031】

また、図２（Ｄ）に示すように、１つのセパレータ２６の前方部分に２つのローラー３８を配置し、その後方部分に２つのローラー３８を配置してもよい。このようにセパレータ２６の前後方向夫々に複数のローラー３８を配置させることで、上記した退避動作をよりスムーズに行うことが可能となる。

【0032】

図３を参照して、ガイド３０に関して更に説明する。上記した構成のガイド３０は、バッテリーアレイ２０の前端から後端の後方に至るまで連続して形成されている。上記したように、ガイド３０は、前後方向に伸びる複数の板状の部材から成るが、これらのガイド３０はバッテリーモジュール１４の後端で連結されても良い。これにより、上記したセパレータ２６を退避させる動作を、上部のセパレータ２６と、下部のセパレータ２６とで同時に行うことが出来る。

【0033】

衝突発生時には、車両後部から衝突エネルギーが作用すると、バッテリーモジュール１４の他の構成部品よりも、ガイド３０が前方に優先的に移動する。これにより、各セパレータ２６がバッテリーセル２２同士の間から外部に退避する。その後、セパレータ２６が退避した間隙を詰めるように各バッテリーセル２２が前方に移動する。これにより、各バッテリーセル２２の破損が抑制される。

【0034】

図４を参照して、上記した構成のバッテリーモジュール１４を有する車両１０が衝突した場合を説明する。図４（Ａ）は衝突前の車両１０の状態を示し、図４（Ｂ）は衝突後の車両１０の状態を示している。

【0035】

図４（Ａ）を参照して、先ず、本形態のバッテリーモジュール１４の位置等を説明する。バッテリーモジュール１４は、車両１０の内部において後部座席４２の後方に配置される。また、後部座席４２の後方には床となる仕切り板４０で荷室が区画されており、バッテリーモジュール１４は仕切り板４０の下方に配置されている。バッテリーモジュール１４は、前後方向に積層された複数のバッテリーセル２２を有しており、バッテリーセル２２は上部からカバーで保護されている。また、各バッテリーセル２２同士の間にはセパレータ２６が配置されおり、バッテリーセル２２の側方には上記したガイド３０が配置されている。また、ガイド３０の後端部は、最後部のバッテリーセル２２よりも後方に配置されている。これにより、後方からの衝突時の際に、ガイド３０をバッテリーセル２２よりも先に前方に移動させて、各セパレータ２６を側方に退避させることが出来る。

【0036】

図４（Ｂ）を参照して、事故を再現するための衝突バリア４４が車両後方から車両１０に衝突して衝撃が生じると、車両後端のバンパとバンパビームが衝突変形する。また、この衝突に伴い、バッテリーセル２２に優先してガイド３０が前方に移動して上記したセパレータ２６が側方に移動する。その後、バッテリーセル２２同士が前方に詰まるように移動する。これにより、後方からの衝突によりバッテリーセル２２が破損することが抑制される。また、バッテリーセル２２が前方に寄せられることで、その後方に衝撃を吸収するためのストロークが十分に確保され、十分に衝突エネルギーを吸収することが可能となる。よって、比較的小型の車でも十分な衝撃吸収ストロークを確保することが可能となる。更には、これにより大容量のバッテリーを搭載することが可能となる。

【0037】

図５を参照して、上記した衝突に伴い、セパレータ２６が側方に退避する動作を説明する。図５（Ａ）は衝突する前の状態を示し、図５（Ｂ）は移動後の状態を示している。

【0038】

図５（Ａ）を参照して、衝突前の段階においては、各セパレータ２６は、バッテリーセル２２同士の間に配置されている。そして、ガイド３０の傾斜面３４と、セパレータ２６の傾斜面３６とは対面している。

【0039】

上記したように車両１０が後方から衝突されると、ガイド３０は前方に移動する。ガイド３０が前方に移動することにより、ガイド３０の傾斜面３４が、セパレータ２６の傾斜面３６を押圧しながら摺動する。これにより、セパレータ２６が徐々に外側に移動し、バッテリーセル２２同士の間にはセパレータ２６が存在しないこととなる。

【0040】

図５（Ｂ）を参照して、上記のように、セパレータ２６を退避させることにより、バッテリーセル２２の間に介在していた部分のセパレータ２６は、バッテリーセル２２の側方に移動する。

【0041】

そして、バッテリーセル２２同士の間隙にはセパレータ２６は存在していないので、後方からの衝撃エネルギーにより、バッテリーセル２２は前方に詰まるように移動する。この際、バッテリーセル２２同士は接触するが、主面同士が接触するため、この接触によるバッテリーセル２２の損傷は抑制されている。

【0042】

上記した本形態は、例えば以下のように変更することが出来る。

【0043】

図２（Ｄ）を参照して、セパレータ２６とガイド３０とが接触する部分は、何れも傾斜面を呈しているが、何れか一方のみが傾斜面を呈するようにしてもよい。かかる構成であっても、衝突時にセパレータ２６を側方に退避させることが可能となる。

【符号の説明】

【0044】

１０ 車両
１１ 電池固定装置
１２ フレーム
１４ バッテリーモジュール
１６ ケース
１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ 風路
２０，２０Ａ，２０Ｂ バッテリーアレイ
２２ バッテリーセル
２６ セパレータ
３０ ガイド
３４ 傾斜面
３６ 傾斜面
３８ ローラー
４０ 仕切り板
４２ 後部座席
４４ 衝突バリア

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】