特許第6878809号(P6878809)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(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】6878809
(24)【登録日】2021年5月7日
(45)【発行日】2021年6月2日
(54)【発明の名称】電池モジュールユニット
(51)【国際特許分類】
   H01M 50/20 20210101AFI20210524BHJP
   H01M 50/50 20210101ALI20210524BHJP
【FI】
   H01M2/10 M
   H01M2/20 A
【請求項の数】4
【全頁数】12
(21)【出願番号】特願2016-191700(P2016-191700)
(22)【出願日】2016年9月29日
(65)【公開番号】特開2018-55989(P2018-55989A)
(43)【公開日】2018年4月5日
【審査請求日】2019年6月11日
(73)【特許権者】
【識別番号】000003218
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100124062
【弁理士】
【氏名又は名称】三上 敬史
(74)【代理人】
【識別番号】100148013
【弁理士】
【氏名又は名称】中山 浩光
(72)【発明者】
【氏名】神谷 友規
(72)【発明者】
【氏名】木村 真也
【審査官】 藤原 敬士
(56)【参考文献】
【文献】 特開2016−062800(JP,A)
【文献】 特開2013−073915(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 50/20 − 50/298
H01M 50/50
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
上端面に一対の端子が設けられた電池セルと、前記一対の端子が露出するように該電池セルを保持するホルダとを有する電池ユニットが複数並設された電池モジュールと、
前記電池セルの前記端子に接続されるコネクタを有するワイヤハーネスと、
前記電池ユニットの前記ホルダの上部に設けられ、対面する一対の壁部を有する被係合部と、
前記ワイヤハーネスの一部を保持するとともに、前記被係合部と係合する係合部材と
を備え
前記係合部材が平坦な上端面を有する、電池モジュールユニット。
【請求項2】
上端面に一対の端子が設けられた電池セルと、前記一対の端子が露出するように該電池セルを保持するホルダとを有する電池ユニットが複数並設された電池モジュールと、
前記電池セルの前記端子に接続されるコネクタを有するワイヤハーネスと、
前記電池ユニットの前記ホルダの上部に設けられ、対面する一対の壁部を有する被係合部と、
前記ワイヤハーネスの一部を保持するとともに、前記被係合部と係合する係合部材と
を備え
前記被係合部は、前記電池モジュールの複数の前記電池ユニットを貫くボルトが挿通され、かつ、前記一対の壁部の間において該壁部に対して平行に延びる円管状のガイド部をさらに有し、
前記係合部材は、前記ガイド部を両側から把持する一対のアーム部を有する、電池モジュールユニット。
【請求項3】
前記被係合部は、前記電池モジュールの複数の前記電池ユニットを貫くボルトが挿通され、かつ、前記一対の壁部の間において該壁部に対して平行に延びる円管状のガイド部をさらに有し、
前記係合部材は、前記ガイド部を両側から把持する一対のアーム部を有する、請求項1に記載の電池モジュールユニット。
【請求項4】
前記ワイヤハーネスが前記係合部材に挿通された状態で固定されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電池モジュールユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電池モジュールユニットに関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、電気自動車又はフォークリフトなど、車両のバッテリとして使用される電池パックが知られている。このような電池パックは、電池セルの配列体を含む電池モジュールを筐体内に収容しており、電池モジュールには、各電池セルの充放電状態を検出したり制御したりするためのECUユニットがワイヤハーネスを介して接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2013−168344号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ワイヤハーネスは、通常、ある程度の柔軟性を有しているため、その姿勢が定まりにくい。そのため、ワイヤハーネスを電池モジュールに取り付ける作業の際、作業者が意図しない箇所にワイヤハーネスが位置したり、作業者が意図しない向きにワイヤハーネスが向いたりして、作業性の低下を招くことがあり得る。
【0005】
発明者らは、ワイヤハーネスを電池モジュールの所定位置に固定することで、ワイヤハーネスの位置決めをおこない、それによりワイヤハーネス取り付け作業時における作業性の向上を図る技術を新たに見出した。
【0006】
本発明は、ワイヤハーネス取り付け作業時における作業性の向上が図られた電池モジュールユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一形態に係る電池モジュールユニットは、上端面に一対の端子が設けられた電池セルと、一対の端子が露出するように該電池セルを保持するホルダとを有する電池ユニットが複数並設された電池モジュールと、電池セルの端子に接続されるコネクタを有するワイヤハーネスと、電池ユニットのホルダの上部に設けられ、対面する一対の壁部を有する被係合部と、ワイヤハーネスの一部を保持するとともに、被係合部と係合する係合部材とを備える。
【0008】
上記電池モジュールユニットは、ワイヤハーネスの一部を保持する係合部材を備えている。係合部材が、電池ユニットのホルダの上部に設けられた被係合部に係合することで、電池ユニット上においてワイヤハーネスが位置決めされる。したがって、上記電池モジュールユニットによれば、ワイヤハーネスを電池モジュールに取り付ける作業において、作業性の向上が図られる。
【0009】
他の形態に係る電池モジュールユニットでは、被係合部は、電池モジュールの複数の電池ユニットを貫くボルトが挿通され、かつ、一対の壁部の間において該壁部に対して平行に延びる円管状のガイド部をさらに有し、係合部材は、ガイド部を両側から把持する一対のアーム部を有する。この場合、係合部材の一対のアーム部が、一対の壁部の間においてガイド部を把持することで、係合部材が被係合部に係合される。
【0010】
他の形態に係る電池モジュールユニットでは、係合部材が平坦な上端面を有する。この場合、ロボットアーム等が係合部材を容易に吸着することができるため、ワイヤハーネス取り付け作業時の自動化が促進される。
【0011】
他の形態に係る電池モジュールユニットでは、ワイヤハーネスが係合部材に挿通された状態で固定されている。この場合、ワイヤハーネスが係合部材に対して相対移動しないため、ワイヤハーネスの位置決めをより正確におこなうことができる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、ワイヤハーネス取り付け作業時における作業性の向上が図られた電池モジュールユニットが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1図1は、実施の一態様に係る電池モジュールユニットを示した概略斜視図である。
図2図2は、図1に示した電池モジュールユニットの平面図である。
図3図3は、図1に示した電池モジュールユニットの分解斜視図である。
図4図4は、図1に示した係合部材と被係合部との係合状態を示した断面図である。
図5図5は、取り付け作業前のワイヤハーネスの状態を示した図である。
図6図6は、取り付け作業時に係合部材を吸着する様子を示した図である。
図7図7は、図4とは異なる態様の係合部材と被係合部との係合状態を示した断面図である。
図8図8は、図4とは異なる態様の係合部材と被係合部との係合状態を示した断面図である。
図9図9は、図4とは異なる態様の係合部材と被係合部との係合状態を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。
【0015】
まず、図1図2および図3を参照しつつ、電池モジュールユニット1について説明する。
【0016】
図1に示すように、電池モジュールユニット1は、電池モジュール10を備えている。この電池モジュール10は、並設された複数(図では7つ)の電池ユニット14により構成されている。
【0017】
電源装置の電池モジュールユニット1は、さらに、電池モジュール10の電池ユニット14の並設方向両端に一対のエンドプレート16を備えており、一対のエンドプレート16により複数の電池ユニット14が拘束されている。一対のエンドプレート16は、たとえば、一方のエンドプレート16に挿通されて他方のエンドプレート16の向きに延びる4本のボルト19A〜19Dが、各電池ユニット14および他方のエンドプレート16を挿通して、他方のエンドプレート16側でナットに螺合されることで固定される。各エンドプレート16には、固定部材18が固定されている。各エンドプレート16は、高い剛性が求められるため、鉄で構成されている。
【0018】
電池モジュール10は、図2に示すように、鉛直方向に延びる壁Wに固定部材18を介して片持ち支持されるように固定される。
【0019】
電池セル20は、ケース21と、ケース21内に収容された図示しない電極組立体と、ケース21に設けられた電極組立体に接合される一対の端子24とを備えている。ケース21は、導電材料(たとえば、アルミニウム)で構成されており、有底角筒状のケース本体部22とケース本体部22の開口を覆う蓋板23とを有する。ケース本体部22は、矩形平板状の底板22aと、底板22aの4つの辺から立設する4つの側面22b〜22eとからなる。以下、説明の便宜上、4つの側面22b〜22eのうち、電池ユニット14の並設方向と交わる2つの側面を第1側面22b、第2側面22cと称し、他の2つの側面を第3側面22d、第4側面22eと称する。
【0020】
一対の端子24は、電池セル20の電極組立体の電力を外部に取り出す端子であり、電池セル20の上端面を構成する蓋板23に設けられている。本実施の形態では、複数の電池セル20は、図2に示すように、直列に接続されるよう隣り合う極性の異なる端子24同士がバスバー25を介して接続されている。
【0021】
図3に示すように、樹脂ホルダ28は、樹脂によって一体成型された枠体であって、蓋板23上に配置される配線部28aと、ケース本体部22の底板22aと対向する底面部28bと、ケース本体部22の第3側面22d、第4側面22eと各々対向する一対の立設部28cとを備える。
【0022】
配線部28aは、電池セル20の上端面の一対の端子24を露出させる構成を有し、電池ユニット14の並設方向において隣り合う端子24同士を隔てる隔壁29aと、一対の立設部28cから鉛直方向上方に延びる一対の外壁29bと、各端子24近傍において電池ユニット14の並設方向に延在する一対の壁部29c、29dと、一対の壁部29c、29dそれぞれの間に設けられるとともに上述したボルト19A、19Bを案内する第1ボルトガイド部29eとを有する。
【0023】
図3、4に示すように、一対の壁部29c、29dそれぞれは、略長方形板状であり、その長辺方向が電池ユニット14の並設方向に沿っている。また、一対の壁部29c、29dは上方に延びるように立設されており、略同じ高さを有している。さらに、一対の壁部29c、29dは互いに平行に配置されており、所定距離だけ離間された状態で対面している。
【0024】
第1ボルトガイド部29eは、上述したボルト19A、19Bを案内するガイド孔27A、27Bを有する円管状のガイド部であり、壁部29c、29dに対して平行な方向(すなわち、電池ユニット14の並設方向)に延びている。第1ボルトガイド部29eは、図4に示すように、一対の壁部29c、29dの中間に配置されており、第1ボルトガイド部29eの外周面と壁部29c、29dの内側面とは等距離だけ離間している。本実施形態では、一対の壁部29c、29dと第1ボルトガイド部29eとによって被係合部が構成されている。
【0025】
図3に戻って、樹脂ホルダ28には、さらに、上述したボルト19C、19Dを案内するガイド孔27C、27Dを有する一対の第2ボルトガイド部28dが、底面部28bと一対の立設部28c各々とで画成される角部に設けられている。
【0026】
伝熱プレート30は、ケース本体部22の第1側面22bおよび第3側面22dを覆うように配置された、L字状の金属プレートであり、たとえばアルミニウムで構成されている。この伝熱プレート30は、第1側面22bを覆う部分において電池セル20の熱を受け入れて、第3側面22dを覆う部分から壁Wに放熱することができる。
【0027】
上述した樹脂ホルダ28は、ケース本体部22の第1側面22bおよび第2側面22cを覆う部分を有していないため、伝熱プレート30は、樹脂ホルダ28に保持された電池セル20の第1側面22bと接する。
【0028】
なお、電池セル20の第1側面22bおよび第2側面22cには、必要に応じて、その外縁領域を除く全面に、両面接着テープが貼付されていてもよい。
【0029】
電池モジュールユニット1は、図1に示すように、上述した電池モジュール10に取り付けられるワイヤハーネス15を備えている。ワイヤハーネス15の一端は、図示しないECUユニットと接続するための接続端子17となっている。ワイヤハーネス15の他端は、適宜分岐されて複数の(図1では8つの)コネクタ15aが設けられている。ワイヤハーネス15の各コネクタ15aを、電池モジュール10の所定の端子24に接続することで、ECUユニットが、たとえば各電池セル20の充放電状態を検出したり制御したりする。
【0030】
ワイヤハーネス15には、複数の(図1では6つの)クランプ部材31(係合部材)が取り付けられており、電池モジュールユニット1ではワイヤハーネス15の取り付けにクランプ部材31が用いられる。
【0031】
以下、ワイヤハーネス15を電池モジュール10に取り付ける態様について、図4を参照しつつ説明する。
【0032】
図4に示すように、クランプ部材31は、最下部に位置する把持部32と、把持部32の上に位置するワイヤハーネス保持部34と、ワイヤハーネス保持部34の上であって最上部に位置する吸着部36とを備えて構成されている。クランプ部材31は、ある程度の弾性を備える材料で構成されており、たとえば樹脂で構成されている。
【0033】
把持部32は、一対のアーム部33A、33Bを有しており、一対のアーム部33A、33Bが第1ボルトガイド部29eの外周面を両側から(図4の左右から)把持する。より具体的には、一対のアーム部33A、33Bのそれぞれの先端部33aが、第1ボルトガイド部29eの中心軸Oよりも下側まで挿し入れられており、第1ボルトガイド部29eのくびれた部分において第1ボルトガイド部29eを両側から把持している。
【0034】
ワイヤハーネス保持部34は、ワイヤハーネス15を保持する部分である。具体的には、ワイヤハーネス15は、第1ボルトガイド部29eに平行な方向(すなわち、電池ユニット14の並設方向)に沿うように保持される。本実施形態では、ワイヤハーネス保持部34はワイヤハーネス15が挿通可能な孔35を有し、孔35にワイヤハーネス15を挿通させた状態で孔35内に接着剤を充填することで、ワイヤハーネス15を固定している。
【0035】
吸着部36は、ロボットアーム等でクランプ部材31を取り扱う際の吸着に利用される部分であり、平坦な上端面36aを有する。クランプ部材31をロボットアーム等で取り扱う場合には、ロボットアームと壁部29c、29dとが接触しないように、吸着部36の幅は壁部29c、29dの離間距離より狭く設計することが好ましい。
【0036】
続いて、ロボットアーム44を用いて、ワイヤハーネス15を電池モジュール10に取り付ける作業について、図5、6を参照しつつ説明する。
【0037】
ワイヤハーネス15を電池モジュール10に取り付ける作業では、ワイヤハーネス15を所定形状に保持するために、図5に示すような治具40が用いられる。治具40には、ワイヤハーネス15の各コネクタ15aを所定位置に配置するための突起42が設けられている。ワイヤハーネス15は、電池モジュール10上に取り付けられたときと同じ姿勢で、治具40上に配置される。また、ワイヤハーネス15の各クランプ部材31は、ロボットアーム44が吸着しやすいように、吸着部36の上端面36aが上側になるように、治具40上に配置される。
【0038】
ロボットアーム44は、治具40に配置されたクランプ部材31に上方から接近して、クランプ部材31の吸着部36の上端面36aを吸着し、クランプ部材31を取り上げる。このとき、全てのクランプ部材31を同時に取り上げてワイヤハーネス15全体を持ち上げるために、クランプ部材31と同数のロボットアーム44を用いてもよい。そして、ロボットアーム44を電池モジュール10の上方まで移動させて、クランプ部材31を第1ボルトガイド部29eに取り付けるとともにワイヤハーネス15のコネクタ15aを所定の端子24に接続する。
【0039】
クランプ部材31を第1ボルトガイド部29eに取り付けるときには、ロボットアーム44を下方に移動させて、第1ボルトガイド部29eの外周面と壁部29c、29dの内側面との間に各アーム部33A、33Bを挿し入れて、さらに、各アーム部33A、33Bの先端部33aが第1ボルトガイド部29eのくびれた部分を把持するまでロボットアーム44を下方に移動させる。それにより、クランプ部材31が一対の壁部29c、29dの間において第1ボルトガイド部29eを把持し、一対の壁部29c、29dからクランプ部材31が容易に抜けないように係合される。なお、第1ボルトガイド部29eの外周面と壁部29c、29dの内側面との距離を狭く設計することで、クランプ部材31が第1ボルトガイド部29eの外周面を滑って中心軸O周りに回動する事態が抑制される。
【0040】
ロボットアームによる吸着に代えて、図6に示すような一対のグリッパ46を用いて、ワイヤハーネス15を電池モジュール10に取り付けることも可能である。この場合には、各グリッパ46A、46Bの下端部に設けた段部46aにおいて、クランプ部材31の吸着部36を図6の左右方向から把持することで、ロボットアームによる吸着同様、クランプ部材31を取り上げることができる。必要に応じて、図6に示したようなロボットアーム44とグリッパ46の両方を用いて、ワイヤハーネス15を電池モジュール10に取り付けてもよい。
【0041】
以上において説明したとおり、電池モジュールユニット1は、上端面に一対の端子24が設けられた電池セル20と、一対の端子24が露出するように該電池セル20を保持する樹脂ホルダ28とを有する電池ユニット14が複数並設された電池モジュール10と、電池セル20の端子24に接続されるコネクタ15aを有するワイヤハーネス15と、電池ユニット14の樹脂ホルダ28の上部に設けられた一対の壁部29c、29dおよび第1ボルトガイド部29eで構成される被係合部と、ワイヤハーネス15の一部を保持するとともに、被係合部と係合するクランプ部材31とを備える。
【0042】
上記電池モジュールユニット1は、ワイヤハーネス15の一部を保持するクランプ部材31を備えている。クランプ部材31が、電池ユニット14の樹脂ホルダ28の上部に設けられた一対の壁部29c、29dおよび第1ボルトガイド部29eに係合することで、電池ユニット14上においてワイヤハーネス15が位置決めされる。そのため、たとえば、電池ユニット14上においてワイヤハーネス15の位置が固定された状態で、ワイヤハーネス15のコネクタ15aを端子24に接続することができ、作業者が意図しない箇所にワイヤハーネス15やそのコネクタ15aが位置したり、作業者が意図しない向きにワイヤハーネス15が向いたりして、作業性が低下する事態が抑制されている。したがって、電池モジュールユニット1によれば、ワイヤハーネス15を電池モジュール10に取り付ける作業において、作業性の向上が図られている。
【0043】
特に、ワイヤハーネス15がクランプ部材31に挿通された状態で接着剤で固定されているため、ワイヤハーネス15がクランプ部材31に対して相対移動しない。そのため、ワイヤハーネス15の位置決めをより正確におこなうことができる。たとえば、電池モジュール10は温度が高くなると電池ユニット14の並設方向に膨張して、電池ユニット14の並設方向に並ぶ端子24の端子間距離が長くなる。そのため、ワイヤハーネス15は所定の余剰長さ(いわゆる、遊び)を確保した状態で、電池モジュール10に取り付けることが好ましい。このような余剰長さを、ワイヤハーネス取り付け時に適切に調整する観点から、ワイヤハーネス15の位置決めは正確におこなわれることが望ましい。ただし、ワイヤハーネス15がクランプ部材31に対して相対移動することが望まれる場合には、上記接着剤を用いることなく、ワイヤハーネス15がクランプ部材31に対して摺動等して移動できるようにしてもよい。
【0044】
また、クランプ部材31が平坦な上端面36aを有することで、ロボットアーム等がクランプ部材31を容易に吸着することができるため、ワイヤハーネス取り付け作業時の自動化が促進される。
【0045】
なお、上述したクランプ部材31は、必ずしもロボットアーム44やグリッパ46等の自動機を用いて取り扱う必要はなく、作業者が指で摘み上げて、所定の被係合部に図4に示した態様となるように嵌め込んでもよい。
【0046】
以上、一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【0047】
たとえば、被係合部および係合部材は、図4に示した態様に限らず、図7〜9に示した態様であってもよい。
【0048】
図7に示した被係合部は、一対の壁部29c、29dで構成されている。一対の壁部29c、29dの上端部には楔部29fがそれぞれ設けられており、楔部29fにおいては下方に向かうに従って外側面の幅が漸次広くなっている。図7に示した係合部材31Aは、一対の壁部29c、29dの外側に位置する一対の下垂部33C、33Dと、下垂部33C、33Dの間に架け渡された吸着部36と、吸着部36の下側に位置するワイヤハーネス保持部34とを備えて構成されている。そして、係合部材31Aの各下垂部33C、33Dには、一対の壁部29c、29dの楔部29fに係合する孔33bが設けられている。図7に示した被係合部および係合部材においても、図4に示した被係合部(壁部29c、29dおよび第1ボルトガイド部29e)および係合部材(クランプ部材31)と同様の作用や効果を奏する。
【0049】
図8に示した被係合部は、一対の壁部29c、29dで構成されており、一対の壁部29c、29dの内側面にはそれぞれ窪み部29gが設けられている。図8に示した係合部材31Bは、最下部に位置するワイヤハーネス保持部34と、最上部に位置する吸着部36と、ワイヤハーネス保持部34と吸着部36とを接続する接続部37とを備えて構成されている。そして、係合部材31Bのワイヤハーネス保持部34の幅は、上方に向かって漸次広くなっており、ワイヤハーネス保持部34の一部分34aが壁部29c、29dの内側面に設けられた窪み部29gに入り込むことで、一対の壁部29c、29dに係合部材31Bが係合される。図8に示した被係合部および係合部材においても、図4に示した被係合部(壁部29c、29dおよび第1ボルトガイド部29e)および係合部材(クランプ部材31)と同様の作用や効果を奏する。
【0050】
図9に示した被係合部は、一対の壁部29c、29dで構成されており、一対の壁部29c、29dの内側面にはそれぞれ窪み部29gが設けられている。図9に示した係合部材31Cは、最下部に位置する係止部38と、最上部に位置する吸着部36と、ワイヤハーネス保持部34と吸着部36との間に位置するワイヤハーネス保持部34とを備えて構成されている。そして、係合部材31Cの係止部38の幅は下端に向かって漸次広くなっており、係止部38の一部分38aが壁部29c、29dの内側面に設けられた窪み部29gに入り込むことで、一対の壁部29c、29dに係合部材31Cが係合される。図9に示した被係合部および係合部材においても、図4に示した被係合部(壁部29c、29dおよび第1ボルトガイド部29e)および係合部材(クランプ部材31)と同様の作用や効果を奏する。
【符号の説明】
【0051】
1…電池モジュールユニット、10…電池モジュール、14…電池ユニット、15…ワイヤハーネス、15a…コネクタ、19A〜19D…ボルト、20…電池セル、29c、29d…壁部、29e…ガイド部、31、31A、31B、31C…係合部材、33A、33B…アーム部。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9