特開 2023-48648 電池モジュール支持体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023048648

(43)【公開日】2023-04-07

(54)【発明の名称】電池モジュール支持体

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/262 20210101AFI20230331BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20230331BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20230331BHJP

   H01M 10/6563 20140101ALI20230331BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALI20230331BHJP

   H01M 50/264 20210101ALI20230331BHJP

【ＦＩ】

H01M50/262 S

H01M10/613

H01M10/625

H01M10/6563

H01M10/6556

H01M50/264

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021158080

(22)【出願日】2021-09-28

(71)【出願人】

【識別番号】000142115

【氏名又は名称】株式会社協豊製作所

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中島 吉道

(72)【発明者】

【氏名】磯谷 幸宏

(72)【発明者】

【氏名】清水 紀雄

【テーマコード（参考）】

5H031

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H031AA09

5H031KK08

5H040AA14

5H040AA28

5H040AS07

5H040AT02

5H040AY04

5H040CC13

5H040CC20

5H040CC34

5H040CC38

5H040CC59

5H040NN03

(57)【要約】

【課題】冷却風が流れる機能を有するとともに剛性が高められた一対の支持部材によって、電池モジュールを強固に支持することができる電池モジュール支持体を提供する。
【解決手段】電池モジュール支持体１は、電池モジュール２と、一対の支持部材４及び一対の拘束部材５によるモジュールブラケット３とを備える。一対の支持部材４には、支持部材４と電池モジュール２との間に冷却風Ｃを流すための、対面部４１よりも外側に膨らむビード部４２，４３とが形成されている。一対の拘束部材５は、拘束本体部５１の両端部において拘束本体部５１から屈曲して形成され、支持部材４にネジ６１によって連結される一対の連結部５２を有する。一対の連結部５２は、ビード部４２，４３の内側に形成された凹部に配置されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電池セルが積層された電池モジュールと、前記電池モジュールを支持して設置対象に設置するためのモジュールブラケットとを備える電池モジュール支持体であって、
前記モジュールブラケットは、前記電池モジュールにおける、前記電池セルの積層方向の両端に位置する一対の支持側面に配置された一対の支持部材と、一対の前記支持部材に架け渡され、ネジの締め付けを受けて一対の前記支持部材の間隔を狭くするよう構成された一対の拘束部材とを有しており、
一対の前記支持部材には、前記支持側面に対面する対面部と、前記支持部材と前記電池モジュールとの間に冷却風を流すための、前記対面部よりも外側に膨らむビード部とが形成されており、
一対の前記拘束部材は、一対の前記支持側面に直交する一対の直交側面に対向して配置された拘束本体部と、前記拘束本体部の両端部において前記拘束本体部から屈曲して形成され、前記支持部材に前記ネジによって連結される一対の連結部とを有しており、
一対の前記連結部は、前記ビード部の内側に形成された凹部に配置されている、電池モジュール支持体。

【請求項2】

前記ビード部は、一対の前記支持部材における、一対の前記拘束部材が繋がる一対の側端の間に連続して形成された連続ビード部と、一対の前記支持部材における、前記連続ビード部の形成方向の複数箇所において、前記連続ビード部に交差する状態で形成された複数の交差ビード部とによって形成されており、
一対の前記連結部は、前記連続ビード部の両端部の内側に形成された凹部に配置されている、請求項１に記載の電池モジュール支持体。

【請求項3】

一対の前記直交側面が並ぶ方向を幅方向、前記積層方向及び前記幅方向の両方に直交する方向を高さ方向としたとき、
前記連続ビード部は、前記幅方向に平行に形成されており、前記交差ビード部は、前記高さ方向に平行に形成されており、
複数の前記交差ビード部は、前記高さ方向において、前記支持部材の下端位置から、前記連続ビード部と上端位置との間の位置まで形成されており、
複数の前記交差ビード部における上端部には、前記交差ビード部の下端位置から前記交差ビード部の内側に流入する前記冷却風を前記交差ビード部の外側へ排出するための通気孔が形成されている、請求項２に記載の電池モジュール支持体。

【請求項4】

前記ネジは、一対の前記拘束部材の一対の前記連結部において、外側に向けて突出する状態で設けられるとともに、前記支持部材に形成された貫通穴に挿通されており、
一対の前記連結部と前記電池モジュールとの間には、隙間が形成されており、
前記支持部材の外側から前記ネジにナットを締め付けることにより、前記支持部材の前記対面部を前記電池モジュールに密着させるよう構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の電池モジュール支持体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池モジュール及びモジュールブラケットを備える電池モジュール支持体に関する。

【背景技術】

【0002】

電池モジュールは、組電池とも呼ばれ、例えば、充放電可能な複数の電池セルが重ねられて電気接続されることによって構成される。そして、電池モジュールは、モジュールブラケットによって支持され、電池モジュール支持体として、自動車等のボディ等の設置箇所にボルト等によって固定される。

【0003】

モジュールブラケットには、種々の構造のものが用いられる。例えば、特許文献１の電池パックにおいては、電池セルの配列方向の外側に一対の拘束板が配置され、一対の拘束板を架橋するように締付け用ビーム材が取り付けられることが記載されている。そして、締付け用ビーム材の両端部をビスによって各拘束板に締め付けることにより、電池セルの配列方向に所定の拘束荷重が加わるようにして、複数の電池セルを拘束している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６－１８４４７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電池パックは、複数の電池セルの発熱によって加熱されるため、冷却風等によって冷却される。特許文献１の電池パックにおいては、電池セルと、冷媒通路としての溝が形成されたスペーサとが交互に複数積層されており、溝に冷媒が流れることによって電池セルが冷却される。

【0006】

しかし、特許文献１の電池パックにおいては、締付け用ビーム材の両端部が一対の拘束板の外側に配置されており、締付け用ビーム材の両端部をビスによって一対の拘束板に締め付けるときに、ビスによる締め付け力が一対の拘束板に作用しにくい。また、特許文献１の電池パックにおいては、一対の拘束板と電池セルとの間に冷媒を流通させる工夫はなされておらず、一対の拘束板の剛性を高める工夫もなされていない。

【0007】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、冷却風が流れる機能を有するとともに剛性が高められた一対の支持部材（拘束板）によって、電池モジュールを強固に支持することができる電池モジュール支持体を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様は、
複数の電池セルが積層された電池モジュールと、前記電池モジュールを支持して設置対象に設置するためのモジュールブラケットとを備える電池モジュール支持体であって、
前記モジュールブラケットは、前記電池モジュールにおける、前記電池セルの積層方向の両端に位置する一対の支持側面に配置された一対の支持部材と、一対の前記支持部材に架け渡され、ネジの締め付けを受けて一対の前記支持部材の間隔を狭くするよう構成された一対の拘束部材とを有しており、
一対の前記支持部材には、前記支持側面に対面する対面部と、前記支持部材と前記電池モジュールとの間に冷却風を流すための、前記対面部よりも外側に膨らむビード部とが形成されており、
一対の前記拘束部材は、一対の前記支持側面に直交する一対の直交側面に対向して配置された拘束本体部と、前記拘束本体部の両端部において前記拘束本体部から屈曲して形成され、前記支持部材に前記ネジによって連結される一対の連結部とを有しており、
一対の前記連結部は、前記ビード部の内側に形成された凹部に配置されている、電池モジュール支持体にある。

【発明の効果】

【0009】

前記一態様の電池モジュール支持体においては、モジュールブラケットを構成する一対の支持部材及び一対の拘束部材の構造に工夫をしている。具体的には、一対の支持部材には、電池モジュールの支持側面に対面する対面部と、対面部よりも外側に膨らむビード部とを形成している。そして、ビード部の形成によって、各支持部材と電池モジュールとの間に冷却風を流して、電池モジュールを冷却することができ、かつ各支持部材の剛性を高めることができる。

【0010】

また、各拘束部材は、各拘束本体部の両端部に、各支持部材にネジによって連結される一対の連結部を有しており、各連結部は、各支持部材のビード部の内側に形成された凹部に配置されている。各拘束部材の連結部が各ビード部の内側の凹部に配置されていることによって、ネジによる締め付けが行われるときには、各支持部材が各連結部に引き寄せられるようにして電池モジュールに接近する。そして、各支持部材の対面部が電池モジュールの各支持側面に押し当てられ、ネジによる締め付け力を受けて、一対の支持部材の間に複数の電池セルが強固に拘束される。これにより、一対の支持部材及び一対の拘束部材によって電池モジュールを強固に支持することができる。

【0011】

それ故、前記一態様の電池モジュール支持体によれば、冷却風が流れる機能を有するとともに剛性が高められた一対の支持部材によって、電池モジュールを強固に支持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、実施形態にかかる、電池モジュール支持体を示す斜視図である。

【図2】図２は、実施形態にかかる、電池モジュール支持体を幅方向から見た状態で示す説明図である。

【図3】図３は、実施形態にかかる、電池モジュール支持体を積層方向から見た状態で示す説明図である。

【図4】図４は、実施形態にかかる、図３におけるIV－IV断面の一部を示す説明図である。

【図5】図５は、実施形態にかかる、図３におけるV－V断面の一部を示す説明図である。

【図6】図６は、実施形態にかかる、図３におけるVI－VI断面の一部を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

前述した電池モジュール支持体にかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
＜実施形態＞
本形態の電池モジュール支持体１は、図１～図３に示すように、複数の電池セル２１が積層された電池モジュール２と、電池モジュール２を支持して設置対象に設置するためのモジュールブラケット３とを備える。モジュールブラケット３は、電池モジュール２における、電池セル２１の積層方向Ｄの両端に位置する一対の支持側面２０１に配置された一対の支持部材４と、一対の支持部材４に架け渡され、ネジ６１の締め付けを受けて一対の支持部材４の間隔を狭くするよう構成された一対の拘束部材５とを有する。

【0014】

図４～図６に示すように、一対の支持部材４には、支持側面２０１に対面する対面部４１と、支持部材４と電池モジュール２との間に冷却風Ｃを流すための、対面部４１よりも外側に膨らむビード部４２，４３とが形成されている。一対の拘束部材５は、一対の支持側面２０１に直交する一対の直交側面２０２に対向して配置された拘束本体部５１と、拘束本体部５１の両端部において拘束本体部５１から屈曲して形成され、支持部材４にネジ６１によって連結される一対の連結部５２とを有する。一対の連結部５２は、ビード部４２，４３の内側に形成された凹部４４に配置されている。

【0015】

以下に、本形態の電池モジュール支持体１について詳説する。
図１に示すように、本形態の電池モジュール支持体１が設置される設置対象は車両のボディである。電池モジュール支持体１のモジュールブラケット３は、車両のボディに設けられたフレーム７に設置される。フレーム７は、ボディの床部に設けられたものとしてもよい。

【0016】

電池モジュール支持体１には、車両のボディ等の設置対象に設けられた冷却ファンによって冷却風Ｃが送られる。冷却風Ｃは、電池モジュール支持体１の下方から電池モジュール支持体１へ吹き付けられる。冷却風Ｃは、電池モジュール２の下面２０３を冷却するとともに、電池モジュール２と支持部材４との隙間に流れて、電池モジュール２の支持側面２０１を冷却する。

【0017】

（電池モジュール２）
図１～図３に示すように、電池モジュール２は、複数の電池セル２１が積層されたものである。複数の電池セル２１は、直列接続又は並列接続されており、電池モジュール２として電源の供給が可能である。電池モジュール２は、充放電可能な二次電池として形成される。電池モジュール２は、複数の電池セル２１によって直方体形状に形成されている。一対の支持側面２０１は、複数の電池セル２１のうちの両側の最も外側に位置する電池セル２１の表面によって構成され、一対の直交側面２０２は、複数の電池セル２１の端面によって構成される。図２においては、複数の電池セル２１のうちのいくつかを破線によって示す。

【0018】

（積層方向Ｄ，幅方向Ｗ，高さ方向Ｈ）
図１～図６に示すように、本形態の電池モジュール支持体１においては、複数の電池セル２１及び一対の支持側面２０１が並ぶ方向を積層方向Ｄという。また、積層方向Ｄに直交して一対の直交側面２０２が並ぶ方向を幅方向Ｗといい、積層方向Ｄ及び幅方向Ｗの両方に直交する方向を高さ方向Ｈという。

【0019】

（支持部材４）
図１に示すように、支持部材４は、板金のプレス加工が行われることによって、対面部４１に対して外側へ膨らむ状態でビード部４２，４３が形成されたものである。ビード部４２，４３は、支持部材４における、幅方向Ｗ及び高さ方向Ｈに交差する状態で形成されている。ビード部４２，４３は、幅方向Ｗに平行な状態で支持部材４の積層方向Ｄの全長にわたって形成された連続ビード部４２と、高さ方向Ｈに平行な状態で支持部材４の高さ方向Ｈの下端から上方に向けて形成された交差ビード部４３とによって構成されている。

【0020】

図１～図３に示すように、連続ビード部４２は、一対の支持部材４における、一対の拘束部材５が繋がる幅方向Ｗの一対の側端の間に連続して形成されている。連続ビード部４２は、支持部材４の高さ方向Ｈの中央位置に、幅方向Ｗに平行に１つ形成されている。連続ビード部４２の両端部には、連続ビード部４２の一般部に対して高さ方向Ｈに幅が拡大して、拘束部材５の連結部５２が配置されるビード拡大部４２１が形成されている。連続ビード部４２の積層方向Ｄの内側に形成された凹部４４は、ビード拡大部４２１において、高さ方向Ｈに幅が拡大した拡大凹部４４１として形成されている。連続ビード部４２は、交差ビード部４３よりも積層方向Ｄの外側に突出して形成されている。

【0021】

交差ビード部４３は、一対の支持部材４における、連続ビード部４２の形成方向（幅方向Ｗ）の複数箇所において、連続ビード部４２に交差（直交）する状態で形成されている。複数の交差ビード部４３は、高さ方向Ｈに平行に形成されている。複数の交差ビード部４３は、高さ方向Ｈにおいて、支持部材４の下端位置から、連続ビード部４２と上端位置との間の位置まで形成されている。複数の交差ビード部４３における上端部には、交差ビード部４３の下端位置等から交差ビード部４３の積層方向Ｄの内側に流入する冷却風Ｃを、交差ビード部４３の積層方向Ｄの外側へ排出するための通気孔４３１が形成されている。

【0022】

図４～図６に示すように、連続ビード部４２及び各交差ビード部４３の積層方向Ｄの内側、換言すれば、電池モジュール２の一対の支持側面２０１と、連続ビード部４２及び各交差ビード部４３との間には、冷却風Ｃが流通する冷却流路３０が形成されている。また、各支持部材４における、連続ビード部４２のビード拡大部４２１には、ネジ６１を挿通させるための貫通穴４２２が形成されている。

【0023】

図１、図３及び図４に示すように、一対の支持部材４の対面部４１には、電池モジュール２の支持側面２０１から突出する位置決め用突起２２が配置される位置決め穴４１１が形成されている。これにより、電池モジュール２と一対の支持部材４との、幅方向Ｗ及び高さ方向Ｈの位置決めを行うことができる。

【0024】

図１、図２、図４及び図５に示すように、一対の支持部材４の高さ方向Ｈの下端位置には、支持部材４から積層方向Ｄの外側へ屈曲して形成され、車両のボディのフレーム７にボルトによって取り付けられる取付部４５が形成されている。一対の支持部材４の高さ方向Ｈの上端位置及び下端位置には、支持部材４から積層方向Ｄの内側へ屈曲して形成され、電池モジュール２が高さ方向Ｈに位置ずれすることを阻止する爪部４６が形成されている。爪部４６は、一対の支持部材４の幅方向Ｗの複数箇所に形成されている。

【0025】

（拘束部材５）
図１、図２及び図６に示すように、各拘束部材５は、一対の支持部材４を互いに接近させるための、屈曲する帯板状の部材として形成されている。各拘束部材５の拘束本体部５１の板面（面積が最も大きな表面）が電池モジュール２の直交側面２０２に対向して配置されている。この拘束部材５の構成により、電池モジュール支持体１の体格を小さく維持することができる。

【0026】

図４及び図６に示すように、各拘束部材５において、一対の連結部５２は、拘束本体部５１の両端部から同じ方向に９０°屈曲して形成されている。各拘束部材５の一対の連結部５２には、ネジ６１が積層方向Ｄの外側に向けて突出する状態で設けられている。ネジ６１は、連結部５２の板面に対して垂直な状態で、連結部５２に溶接等を行って設けられている。ネジ６１は、支持部材４の連続ビード部４２のビード拡大部４２１に形成された貫通穴４２２に挿通されている。

【0027】

（電池モジュール２の冷却）
図１、図２及び図５に示すように、冷却ファンから吹き出される冷却風Ｃは、複数の交差ビード部４３の内側の冷却流路３０に下方から流入し、この冷却流路３０を上方へ流れることができる。また、複数の交差ビード部４３の内側の冷却流路３０を流れる冷却風Ｃは、連続ビード部４２の内側の冷却流路３０へ流れることもできる。そして、複数の交差ビード部４３の内側の冷却流路３０を上方へ流れる冷却風Ｃは、通気孔４３１から冷却流路３０の外部に流出する。また、連続ビード部４２の内側の冷却流路３０を流れる冷却風Ｃは、連続ビード部４２の幅方向Ｗの端部から外部に流出されてもよい。

【0028】

（モジュールブラケット３による電池モジュール２の拘束）
モジュールブラケット３は、電池モジュール２の冷却、支持部材４の剛性、複数の電池セル２１の拘束の３つの観点において優れたものである。複数の電池セル２１の拘束を効果的に行うために、次の工夫がなされている。

【0029】

図１、図３及び図４に示すように、各拘束部材５の一対の連結部５２は、各支持部材４の連続ビード部４２の両端部におけるビード拡大部４２１の内側に形成された拡大凹部４４１に配置されている。各支持部材４の対面部４１を電池モジュール２の各支持側面２０１に密着させるために、一対の連結部５２と電池モジュール２の各支持側面２０１との間には、隙間Ｓが形成されている。また、ビード拡大部４２１における拡大凹部４４１の積層方向Ｄの形成深さは、連結部５２の積層方向Ｄの厚みよりも大きい。

【0030】

図４及び図６に示すように、電池モジュール支持体１においては、支持部材４の積層方向Ｄの外側からネジ６１にナット６２を締め付けることにより、支持部材４の対面部４１を電池モジュール２の支持側面２０１に密着させるよう構成されている。より具体的には、各支持部材４の各ビード拡大部４２１の貫通穴４２２には、各拘束部材５の各連結部５２におけるネジ６１が挿通され、ネジ６１には、各ビード拡大部４２１の表面に配置されたナット６２が螺合されている。

【0031】

ネジ６１に対してナット６２が締め付けられるときには、支持部材４が連結部５２に引き寄せられ、支持部材４の対面部４１における積層方向Ｄの内側表面が、連結部５２における積層方向Ｄの内側表面よりも、積層方向Ｄの内側に位置する。これにより、連結部５２と電池モジュール２の各支持側面２０１との間の隙間Ｓの分だけ、支持部材４が電池モジュール２に接近し、支持部材４の対面部４１が電池モジュール２の支持側面２０１に押し当てられる。このような構成により、モジュールブラケット３による複数の電池セル２１の拘束を効果的に行うことができる。

【0032】

（作用効果）
本形態の電池モジュール支持体１においては、モジュールブラケット３を構成する一対の支持部材４及び一対の拘束部材５の構造に工夫をしている。具体的には、一対の支持部材４には、電池モジュール２の支持側面２０１に対面する対面部４１と、対面部４１よりも積層方向Ｄの外側に膨らむ連続ビード部４２及び交差ビード部４３とを形成している。そして、各支持部材４の連続ビード部４２及び複数の交差ビード部４３と電池モジュール２の支持側面２０１との間の冷却流路３０に冷却風Ｃを流して、電池モジュール２を冷却することができる。また、連続ビード部４２及び複数の交差ビード部４３による凹凸形状によって、各支持部材４の剛性を高めることができる。

【0033】

また、各拘束部材５は、拘束本体部５１の両端部に、支持部材４にネジ６１によって連結される一対の連結部５２を有しており、各連結部５２は、各支持部材４の連続ビード部４２のビード拡大部４２１の内側に形成された拡大凹部４４１に配置されている。この構成により、ネジ６１にナット６２が締め付けられるときには、各支持部材４が各連結部５２に引き寄せられるようにして電池モジュール２に接近する。そして、各支持部材４の対面部４１が電池モジュール２の各支持側面２０１に押し当てられ、ネジ６１及びナット６２の締め付け力を受けて、一対の支持部材４の間に複数の電池セル２１が強固に拘束される。これにより、一対の支持部材４及び一対の拘束部材５によって電池モジュール２を強固に支持することができる。

【0034】

それ故、本形態の電池モジュール支持体１によれば、冷却風Ｃが流れる機能を有するとともに剛性が高められた一対の支持部材４によって、電池モジュール２を強固に支持することができる。

【0035】

本発明は、各実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。

【符号の説明】

【0036】

１ 電池モジュール支持体
２ 電池モジュール
２０１ 支持側面
２０２ 直交側面
２１ 電池セル
３ モジュールブラケット
３０ 冷却流路
４ 支持部材
４１ 対面部
４２ 連続ビード部
４２１ ビード拡大部
４２２ 貫通穴
４３ 交差ビード部
４３１ 通気孔
４４ 凹部
４４１ 拡大凹部
４５ 取付部
４６ 爪部
５ 拘束部材
５１ 拘束本体部
５２ 連結部
６１ ネジ
６２ ナット
７ フレーム
Ｃ 冷却風
Ｄ 積層方向
Ｗ 幅方向
Ｈ 高さ方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】