電池の結合構造、組電池、および電動車両

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【発明の名称】	電池の結合構造、組電池、および電動車両
【発明者】	【氏名】江藤豊彦
【要約】	【課題】電池あるいは該電池が組み付けられる組付部材が、それらの結合部付近で破損し難くする。【解決手段】電池を組付部材に組み付けるに際して、結合部において該電池と該組付部材とが互いに相対変位可能に取り付けておく。こうすれば、電池に荷重が加わると、該電池が該組付部材に対して相対変位して結合部にかかる荷重が吸収され、該電池あるいは該組付部材の結合部付近に大きな荷重が生じることがない。前記電池あるいは前記組付部材の少なくとも一方に、該電池と該組付部材との間の相対変位を可能とする変形部を、結合部の近傍に設けておいても良い。また、電動車両に搭載される電池には、車両の走行による振動や温度変化等に起因する種々の荷重が加わるので、かかる結合構造を用いて電池を組付部材に組み付けて車両に搭載すれば、車両の信頼性向上につながる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】電池を組付部材に組み付けるための結合構造において、前記電池あるいは前記組付部材の少なくとも一方には、該電池と該組付部材との結合部近傍に、該電池と該組付部材との間の相対変位を可能とする変形部が設けられていることを特徴とする結合構造。
【請求項２】前記電池は二次電池である請求項１記載の電池の結合構造。
【請求項３】請求項１記載の電池の結合構造であって、前記変形部は、可塑性材料あるいは弾性材料を用いて形成されている電池の結合構造。
【請求項４】請求項１記載の電池の結合構造であって、前記変形部は、前記電池あるいは前記組付部材とは別体に形成されている電池の結合構造。
【請求項５】請求項１記載の電池の結合構造であって、前記電池は長手形状をした電池であり、前記変形部は、該電池の短手方向の荷重を受けて変形し、該電池と前記組付部材との間の相対変位を可能とする変形部である結合構造。
【請求項６】請求項５記載の電池の結合構造であって、前記変形部は、前記電池の結合部と該電池の本体部とを長手方向につなぐ弾性変形可能な橋梁部である結合構造。
【請求項７】請求項５記載の電池の結合構造であって、前記電池の結合部は、樹脂製の電池容器に金属製のネジ部材を埋設して形成された結合部である結合構造。
【請求項８】請求項１記載の電池の結合構造であって、前記電池は長手形状の二次電池であり、複数の前記二次電池を短手方向に並べながら、前記組付部材に結合するとともに、前記変形部は、前記一の二次電池が変形して隣接する二次電池に及ぼす荷重によって変形して、該荷重を受けた二次電池と前記組付部材との間の相対変位を可能とする変形部である結合構造。
【請求項９】電池を組付部材に組み付けるための結合構造であって、前記電池と前記組付部材とは、該電池を該組付部材に組み付けるための結合部において、互いに相対変位し得るように組み付けられていることを特徴とする結合構造。
【請求項１０】組付部材に組み付けた複数の電池を電気的に接続して成る組電池において、前記各電池あるいは前記組付部材の少なくとも一方には、該各電池を該組付部材に組み付けるための各結合部の近傍に、該電池と該組付部材との間の相対変位を可能とする変形部が設けられていることを特徴とする組電池。
【請求項１１】組付部材に組み付けた複数の電池を電気的に接続して成る組電池を搭載し、該組電池の電力を用いて走行する電動車両において、前記組電池を構成する前記各電池あるいは前記組付部材の少なくとも一方には、該各電池を該組付部材に組み付けるための各結合部の近傍に、該各電池と該組付部材との間の相対変位を可能とする変形部が設けられていることを特徴とする電動車両。
【請求項１２】前記電池は二次電池である請求項１１記載の電動車両。
【請求項１３】請求項１１記載の電動車両であって、前記電池は長手形状の二次電池であり、複数の前記二次電池を短手方向に並べながら、前記組付部材に結合するとともに、前記変形部は、前記一の二次電池が変形して隣接する二次電池に及ぼす荷重によって変形して、該荷重を受けた二次電池と前記組付部材との間の相対変位を可能とする変形部である電動車両。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電池を組付部材に組み付ける結合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】いわゆる乾電池などの一次電池は、放電しなくなってきたら交換することが前提となっているので、通常、容易に着脱できるように電気機器に組み付けられている。これに対して二次電池は、充電して何度でも使用することが可能なため、電池を装着したまま充電できるように設計される場合がある。このような場合には、ネジ止め，接着，あるいはハンダ付けなどの方法を用いて電池を固定しておくことが望ましい。本明細書では、電池が固定される部材を組付部材と呼ぶ。
【０００３】また一次電池であっても、電力消費量の少ない電気機器に使用する場合や、停電時の非常電源として使用する場合など、電池の交換を前提としない使われ方をする場合には、組付部材に電池を固定しておくことが望ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、電池を組付部材にしっかりと固定している場合、何らかの原因で電池に大きな力が加わると、組付部分に大きな荷重がかかるおそれがあった。
【０００５】また、電力によって走行するいわゆる電動車両においては、複数の電池を接続した組電池が搭載されている。車両に搭載された組電池は、車両の走行に伴う振動や環境温度の変化などにさらされる。このため、組電池を構成する個々の電池電池と、これら電池が組み付けられている組付部材との結合部付近に大きな荷重が加わるおそれがあった。
【０００６】この発明は、従来技術における上述のような問題を解決するためになされたものであり、何らかの原因で電池に大きな力が加わった場合でも、電池の結合部付近で電池あるいは組付部材が大きな荷重を受けることを回避可能な技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の電池の結合構造は次の構成を採用した。すなわち、電池を組付部材に組み付けるための結合構造において、前記電池あるいは前記組付部材の少なくとも一方には、該電池と該組付部材との結合部近傍に、該電池と該組付部材との間の相対変位を可能とする変形部が設けられていることを特徴とする。
【０００８】かかる電池の結合構造においては、電池あるいは組付部材の少なくともどちらかが、該電池と該組付部材との結合部付近で変形可能となっており、該電池と該組付部材とが互いに相対変位可能に結合されている。
【０００９】こうすれば、何らかの理由によって電池に大きな荷重が作用した場合に、前記変形部の変形によって、該電池は該組付部材に対して該荷重から逃げる方向に相対変位する。その結果、このような相対変位によって荷重が吸収され、電池と組付部材との結合部付近に大きな荷重が加わることを回避することができるので好ましい。
【００１０】かかる電池の結合構造を、組付部材に二次電池を組み付けるために適用してもよい。二次電池は、充放電の条件に応じて内圧が上昇して電池が変形することがあり、二次電池の結合部付近に大きな荷重が作用する場合がある。このような場合でも、二次電池が本発明の構造によって組み付けられていれば、内圧上昇に起因して加わる荷重を結合部付近の変形が吸収するので、二次電池あるいは組付部材に大きな荷重が生じることがなくなるので好ましい。
【００１１】かかる電池の結合構造においては、電池あるいは組付部材に設けられた変形部を、可塑性材料あるいは弾性材料を用いて形成しても良い。
【００１２】こうすれば、何らかの理由によって電池に大きな荷重が作用した場合に、可塑性材料あるいは弾性材料で形成された該変形部が変形して荷重を吸収することができるので好ましい。
【００１３】かかる電池の結合構造においては、電池と組付部材とを、該電池あるいは該組付部材とは別体に形成された変形部を介して結合してもよい。かかる構造においても、何らかの理由で電池の大きな荷重が作用した場合に、該変形部の変形によって該電池が該組付部材に対して相対変位する。その結果、このような相対変位によって荷重が吸収され、電池と組付部材との結合部付近に大きな荷重が加わることがなくなる。
【００１４】長手形状をした電池の結合構造においては、電池と組付部材との結合部近傍に、短手方向の荷重を受けて変形し、電池を組付部材に対して相対変位させるような変形部を設けてもよい。
【００１５】こうすれば、電池に短手方向の荷重が加わった場合でも、前記変形部の変形によって該電池が組付部材に対して相対変位して荷重を吸収する。長手形状の電池が短手方向の荷重を受ける場合には、荷重方向に対するスパンを充分に取れないため、電池と組付部材との結合部付近に大きな荷重が生じやすくなるが、かかる変形部を設けておけば、該変形部が変形して荷重を吸収するので、電池と組付部材との結合部付近に大きな荷重が生じることを回避することが可能となる。
【００１６】かかる電池の結合構造においては、前記変形部を、前記電池の結合部と該電池の本体部とを長手方向につなぐ弾性変形可能な橋梁部としてもよい。
【００１７】こうすれば、短手方向の荷重に対して、前記橋梁部が弾性変形するので、前記電池は前記組付部材に対して相対変位する。その結果、該電池あるいは該組付部材の結合部付近に大きな荷重が生じることを回避することができる。また、前記橋梁部は前記電池の結合部と該電池の本体部とを長手方向につないでおり、長手方向の荷重に対しては変形することがない。このため、長手方向の荷重に対しては電池を組付部材にしっかりと結合することができる。
【００１８】更に、かかる電池の結合構造においては、電池の結合部を、樹脂製の電池容器に金属製のネジ部材を埋設して形成した結合部としてもよい。かかる結合部を有する電池を上述した結合構造を適用して組み付ける。
【００１９】こうすれば、電池が荷重を受けたときに変形部が変形することで電池が組付部材に対して相対変位して荷重を吸収するので、樹脂製の電池容器と金属製のネジ部材との境界部付近に大きな荷重が生じることがない。
【００２０】長手形状の二次電池を電池の短手方向に複数並べて組付部材に組み付ける場合には、該電池あるいは該組付部材の少なくとも一方には、該電池と該組付部材との結合部近傍に次のような変形部を設けてもよい。すなわち、前記複数の二次電池の中の一の電池が変形して隣接する二次電池に荷重を及ぼしたときに、該荷重によって変形して、荷重を受けた二次電池を前記組付部材に対して相対変位可能とする変形部を、該電池側あるいは該組付部材側の少なくとも一方に設けてもよい。
【００２１】こうすれば、充放電条件に起因した内圧上昇によって変形するといった原因により、複数の二次電池の中の一の電池が隣接した二次電池に荷重を及ぼしたとしても、荷重を受けた二次電池は組付部材に対して相対変位して荷重を吸収するため、該二次電池あるいは組付部材の結合部付近に大きな荷重が生じることがない。
【００２２】かかる電池の結合構造においては、前記電池を前記組付部材に組み付けるための結合部で、該電池と該組付部材とが互いに相対変位可能なように組み付けておいても良い。
【００２３】このように組み付けておけば、何らかの理由によって電池に大きな荷重が作用した場合に、電池は組付部材に対して該荷重から逃げる方向に相対変位する。その結果、このような相対変位によって荷重が吸収されて、電池と組付部材との結合部に大きな荷重が加わることがなくなるので好適である。
【００２４】組付部材に複数の電池を組み付けて成る組電池においては、上述した構造を適用して電池を組付部材に組み付けてもよい。こうすれば、電池に何らかの原因で荷重が加わっても、組電池を構成する電池あるいは組付部材の結合部付近に大きな荷重が加わることがない。その結果、複数の電池を組み付けて成る組電池の信頼性を向上させることができる。
【００２５】また、組付部材に組み付けた複数の電池を電気的に接続して組電池を構成し、該組電池の電力を用いて走行する電動車両においては、上述した構造を適用して電池を組付部材に組み付けてもよい。
【００２６】電動車両の走行に伴って、車両の搭載された組電池には、走行に伴う振動や温度環境の変化等にさらされ、組電池を構成する個々の電池にも、これら要因に起因する荷重が加わる場合がある。上述した構造を適用して各電池を組付部材に組み付けておけば、荷重を受けた電池が取付部材に対して相対変位して荷重を吸収するので、電池と組付部材との結合部付近に大きな荷重が生じるおそれがない。その結果、組電池の信頼性を向上させ、延いては電動車両の信頼性を向上させることが可能となる。
【００２７】かかる電動車両においては、複数の二次電池で構成された組電池を搭載することとして、該各二次電池を上述した構造を適用して組付部材に組み付けてもよい。
【００２８】電動車両に搭載された二次電池は、車両の走行条件に応じて充放電条件が変化する。一般に二次電池は、充放電条件によっては電池内圧が上昇して電池が変形することがあるので、車両の走行条件によっては電池が変形して、二次電池と組付部材との結合部付近に大きな荷重が加わる場合がある。このような場合でも、上述した構造を適用して二次電池を組み付けていれば、電池内圧の上昇に起因して加わる荷重を結合部付近の変形が吸収するので、二次電池あるいは組付部材に大きな荷重が加わるおそれがない。従って、組電池の信頼性向上を通じて電動車両の信頼性を向上させることが可能となる。
【００２９】かかる電動車両においては、長手形状をした複数の二次電池を短手方向に並べて組付部材に組み付けた組電池を搭載することとして、該各二次電池あるいは該組付部材の少なくとも一方には、次のような変形部を設けることとしてもよい。すなわち、複数の二次電池の中の一の二次電池が変形して隣接する二次電池に荷重を及ぼしたときに、該荷重によって変形して荷重を受けた二次電池を前記組付部材に対して相対変位させるような変形部を、該各二次電池を該組付部材に組み付けるための結合部近傍に設けるようにしてもよい。
【００３０】このように、長手形状の二次電池を短手方向に複数並べて組み付けて構成した組電池は、コンパクトな組電池とすることができるので、電動車両に好適に搭載することができる。かかる組電池において、各二次電池と組付部材とを上述した構造を適用して組み付ければ、複数の二次電池の中の一の電池が変形して隣接する二次電池の荷重を及ぼした場合でも、荷重を受けた二次電池が組付部材に対して相対変位して該荷重を吸収するので、二次電池あるいは組付部材に大きな荷重が加わるおそれがない。このため、電動車両の信頼性を向上させることが可能となる。
【００３１】尚、本発明の結合構造は、ネジ止め，溶接，接着，かしめ等の種々の結合方法に対しても適用可能であることは言うまでもない。
【００３２】
【発明の実施の形態】本発明の作用・効果をより明確に説明するために、本発明の実施の形態を、次のような順序に従って説明する。
Ａ．装置構成：Ｂ．電池モジュールの結合構造：Ｂ－１．バッテリユニットおよび電池モジュールアセンブリの構造：Ｂ－２．電池モジュールの結合構造：Ｃ．変形例：【００３３】Ａ．装置構成：図１は、本実施例の方法で組み付けられた電池を搭載するハイブリッド車両の構成を示す説明図である。ハイブリッド車両とは、エンジンと電動機とを動力源とする車両のことである。図示するように、かかるハイブリッド車両は、エンジン１０と、モータ２０と、トルクコンバータ３０と、駆動回路４０と、バッテリユニット５０と、制御ユニット８０と、変速機９０などから構成されている。本実施例の結合構造を有する電池は、バッテリユニット５０の構成要素として使用されている。以下、ハイブリッド車両を構成する各要素について簡単に説明する。
【００３４】エンジン１０は、通常のガソリンエンジンである。エンジン１０の出力軸１２は、モータ２０のロータ２２に結合されている。モータ２０は、外周面に複数の永久磁石が設けられたロータ２２と、内周面に三相コイルを備えたステータ２４とから構成された同期モータである。ステータ２４の三相コイルに交流電流を流すと、交流電流の電流値および周波数に応じて、所定の駆動力および回転速度でロータ２２が回転する。また、ロータ２２が外力によって回転させられる場合には、三相コイルの両端に起電力が生じ、モータ２０は発電機として機能する。
【００３５】駆動回路４０は、半導体素子を用いて構成されたインバータである。駆動回路４０は、ステータ２４に巻回された三組のコイルの各端子と、後述するバッテリユニット５０の直流電源とを接続するスイッチとしての機能を有している。制御ユニット８０の制御の下、駆動回路４０はバッテリユニット５０の直流電流を適切な電流値および周波数の交流電流に変換して、ステータ２４の三相コイルに流している。また、モータ２０が発電機として機能している場合には、発電された交流電流を直流電流に変換してバッテリユニット５０に蓄えることができる。バッテリユニット５０については後述する。
【００３６】制御ユニット８０は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭなどを備える周知のワンチップ・マイクロコンピュータであり、エンジン１０あるいは駆動回路４０などの制御を行う。トルクコンバータ３０は、液体を利用した周知の動力伝達機構であり、モータ２０からの動力は入力軸１３を介してトルクコンバータ３０に入力され、出力軸１４から変速機９０に出力される。変速機９０は、遊星ギヤ機構と、複数のクラッチなどから構成された周知の自動変速機であり、制御ユニット８０の制御の下、入力軸と出力軸１５との間の変速比を制御している。変速機の出力軸１５は、ディファレンシャルギヤ１６を介して車軸１７に結合されている。
【００３７】以上のような構成のハイブリッド車両は、エンジン１０あるいはモータ２０から出力される駆動力を、トルクコンバータ３０を介して変速機９０に伝達し、変速機９０で増速あるいは減速して車軸１７に伝達して車両を駆動する。車両の運転条件に応じて、エンジン１０およびモータ２０の２つの動力源を使い分けることによって、車両全体としてのエネルギ効率を向上させることができる。
【００３８】Ｂ．電池モジュールの結合構造：Ｂ－１．バッテリユニットおよび電池モジュールアセンブリの構造：上述のハイブリッド車両のバッテリユニット５０は多くの電池モジュールによって構成されており、該電池モジュールを組み付けるために、本実施例の電池の結合構造が使用されている。そこで、電池モジュールの結合構造を説明する準備として、バッテリユニット５０および電池モジュールアセンブリ５２の構造について簡単に説明する。
【００３９】図２は、バッテリユニット５０の構造を概念的に示した説明図である。図示するようにバッテリユニット５０は、４つの電池モジュールアセンブリ５２を並列に接続した構造となっている。もちろん、必要な電流量あるいは電圧に応じて、より多数の電池モジュールアセンブリ５２を並列あるいは直列に接続しても構わない。電池モジュールアセンブリ５２は多数の二次電池モジュール１００を直列に接続して構成されている。
【００４０】図２に示すように、電池モジュールアセンブリ５２内には３８個の電池モジュール１００が、鉄や銅などの導電性材料を用いて形成された端子接続板５８で直列に接続されて収納されている。複数の電池モジュールを直列に接続した正極側の最終端は、電池モジュールアセンブリ５２の正極側出力端子５５に接続され、負極側の最終端は電池モジュールアセンブリ５２の負極側出力端子５７に接続されている。この結果、電池モジュールアセンブリ５２の正極側出力端子５５と負極側出力端子５７との間には、１つの電池モジュール１００が発生する電圧の３８倍の電圧が得られることになる。
【００４１】４つの電池モジュールアセンブリ５２の正極側の各出力端子５５は、バッテリユニット５０の正極側出力端子５４に接続されている。同様に、４つの電池モジュールアセンブリ５２の負極側の各出力端子５７は、バッテリユニット５０の負極側出力端子５６に接続されている。このように複数個の電池モジュールを組み合わせて、直列あるいは並列に適切に接続することによって、所望の電圧値で所望の電流量を供給し得るバッテリユニット５０を構成することができる。
【００４２】図３は、電池モジュール１００の外観形状を示した説明図である。本実施例の電池モジュール１００は、薄い箱型形状をした密閉容器（以下では、モジュール容器１０２と呼ぶ）に正極端子１０４および負極端子１０６の２つの端子が突設された形状となっている。モジュール容器１０２は、ナイロンなどの絶縁性樹脂材料を用いて形成されている。図示するように、モジュール容器１０２の両端には結合部１１０が設けられており、後述するように結合部１１０で、電池モジュールアセンブリ５２のロアケース６０と呼ばれる部品にネジ止めされる。結合部１１０の形状については、後ほど詳しく説明する。また、モジュール容器１０２の外側の側面には、図示するように、両端に小さな突出部１０１が設けられていて、両側の突出部１０１の間に形成された少し窪んだ部分には、小さな突起１０３が多数設けられている。突出部１０１および突起１０３の役割については後述する。
【００４３】電池モジュール１００の内部は、セルと呼ばれる６つの小部屋に分割されていて、各セルには単電池が１つずつ格納されている。バッテリユニット５０では単電池として、いわゆるニッケル－水素二次電池が使用されている。すなわち、ニッケル合金製の正極板と水素吸蔵合金製の負極板とを、樹脂製の不織布（セパレータと呼ばれる）を挟んで複数組積層し、強アルカリ性の電解液とともにセルに格納されている。各単電池は電池モジュール内部で直列に接続され、直列に接続された単電池のソース側（高電圧側）が正極端子１０４に、シンク側（低電圧側）が負極端子１０６に接続されている。各単電池は約１．２Ｖの起電力を発生させており、電池モジュール内では６つの単電池が直列に接続されているので、１つの電池モジュールで７．２Ｖの電圧を得ることができる。
【００４４】図４は、３８個の電池モジュール１００を組み付けて、電池モジュールアセンブリ５２を組み立てる様子を示す説明図である。図示するように、ロアケース６０には送風口６８からの冷却風が通る冷却風通路６０ａが設けられていて、冷却風通路６０ａの両側にはボルト６１で電池モジュール１００を固定するための組み付け穴６０ｂが空けられている。冷却風通路６０ａをまたぐように電池モジュール１００を置いて、電池モジュール１００の両端をロアケース６０の下側からボルト６１で固定する。電池モジュール１００の底面には、電池モジュール１００をボルトで固定するためのネジ穴が両端に設けられている。ロアケース６０の組み付け穴６０ｂは、電池モジュール１００を組み付けたときにモジュールの間隔が等間隔となるよう、穴ピッチｐで等間隔に空けられている。
【００４５】電池モジュール１００の厚さＴは、穴ピッチｐとほぼ等しくなっている。このため、ロアケース６０の上に電池モジュール１００を組み付ける際には、先に組み付けた電池モジュール１００に次の電池モジュール１００を軽く押し当てるようにすれば、電池モジュール１００の底面に設けられたネジ穴位置とロアケース６０の組み付け穴６０ｂ位置とを容易に一致させることができる。３８個の電池モジュール１００をこうして１つずつロアケース６０にボルト６１で固定していく。尚、本実施例の組電池としての電池モジュールアセンブリ５２では、電池モジュール１００は、図２に示したように直列に接続されるので、電池モジュール１００の極性が交互に逆になるように、注意して組み付けておく。
【００４６】こうしてすべての電池モジュール１００を組み付けたら、図４に示すように、３８個の電池モジュールを両側から挟み込むようにして、２枚の拘束プレート７０を拘束ロッド７２とナット７１で組み付ける。拘束プレート７０および拘束ロッド７２は鉄などの金属材料で形成されている。拘束プレート７０の機能については後述する。
【００４７】拘束プレート７０を組み付けたら、隣接する電池モジュール１００の正極端子１０４と負極端子１０６とを端子接続板５８で接続して、３８個の電池モジュールを直列に接続する。端子接続板５８は、銅，鉄などの導電性のある金属材料で形成されている。尚、図２を用いて前述したように、隣接する正極端子と負極端子とは端子接続板５８を用いてそれぞれ接続されているが、図示の煩雑化を避けるために、図４では、一部の端子接続板５８のみを表示し、他の端子接続板５８は図示を省略している。端子接続板５８を用いて各電池モジュールを直列に接続したら、電池モジュール列の正極側を正極側出力端子５５に、負極側を負極側出力端子５７にそれぞれ結線する。図４では、図の煩雑化を避けるために電気配線の表示も省略している。こうして端子間を接続した後、アッパケース６２を上から被せて、ボルト６３でロアケース６０に締結すると電池モジュールアセンブリ５２が完成する。このような電池モジュールアセンブリ５２を４つ並列に接続して、バッテリユニット５０が構成されている。
【００４８】電池モジュール１００は、放電時あるいは充電時に内部抵抗によってジュール熱を発生する。一般に二次電池は電池温度が高くなると充電効率、すなわち充電電力量に対する放電可能な電力量の比率が低下する傾向があるので、電池モジュールの温度が高くなり過ぎないように冷却しながら使用される。また、上述したように、電池モジュールアセンブリ５２は複数の電池モジュール１００を用いて構成されているので、各電池モジュール間で電池温度にばらつきが生じないように冷却することが望ましい。電池モジュール間の温度のばらつきが小さければ、各電池モジュールの寿命のばらつきが少なくなるといった効果が得られる。このような効果を得るために、電池モジュール１００の側面には突出部１０１および突起１０３が設けられている（図３参照）。以下、電池モジュール１００の側面に設けられた突出部１０１および突起１０３の機能について説明する。
【００４９】図５は、ロアケース６０上に電池モジュール１００が組み付けられている状態を、３つの電池モジュール１００のみを取り出して示す上面図である。電池モジュール側面の両側には突出部１０１が設けられているので（図３参照）、図５に示すように、電池モジュール同士の突出部位置を合わせて複数の電池モジュール１００を並べると、各電池モジュールの間に、矩形断面の冷却通路１０９が形成される。冷却通路１０９の短手方向の幅は、どの通路も突出部１０１の高さの２倍に等しい。すなわち、図４に示したように電池モジュールアセンブリ５２を組み立てると、３８個の電池モジュール１００の各モジュール間には、等しい大きさの冷却通路１０９が形成されることになる。従って、ロアケース６０に設けた送風口６８から、送風ファンを用いて冷却風を供給すると、冷却風は、電池モジュール１００間の各冷却通路１０９を抜けて、アッパケース６２に設けた排気口６９から電池モジュールアセンブリ５２外に排出される（図４参照）。冷却通路１０９の大きさは、いずれの電池モジュール間も等しいので、通路を通過する冷却風の風量はほぼ等しく、すべての電池モジュールが同じように冷却される。このように、電池モジュール１００の突出部１０１は、同じ大きさの冷却通路１０９をモジュール間に形成し、各電池モジュール１００を等しく冷却する機能を有している。
【００５０】また、電池モジュール１００の側面に設けられた突起１０３は次のような機能を有している。突起１０３は、突出部１０１とほぼ同じ高さに形成されている。また、図５に示すように突出部１０１の位置を合わせて電池モジュール１００を並べると、電池モジュール側面の突起１０３が隣接する電池モジュールの突起１０３と向かい合う関係となるような位置に、突起１０３は設けられている（図５参照）。このため、電池モジュール１００の充放電条件の影響で電池モジュールの内圧が上昇し、モジュール容器の側面が膨らむように変形する電池モジュールがあったとしても、この電池モジュールと隣接する電池モジュールとの間の冷却通路１０９は幅は変化することなく確保される。従って、このような場合にも、各冷却通路１０９を通過する冷却風量は等しくなって、すべての電池モジュールを同じように冷却することができる。すなわち、電池モジュール１００の側面に設けられた突起１０３は、モジュール間の冷却通路１０９の幅を常に保って、電池モジュール１００を等しく冷却する機能を有している。
【００５１】Ｂ－２．電池モジュールの結合構造：図６は、電池モジュール１００の両端に設けられた結合部１１０の形状を示す斜視図である。また、図７は電池モジュール１００の結合部１１０を上方から見た拡大図であり、図８は、図７にＡ－Ａと示した位置での断面図である。図６に示すように、結合部１１０は略円筒形状をしていて、図７および図８に示すように結合部１１０の内部にはネジ部材１１４が埋め込まれている。ネジ部材１１４の内面には雌ねじが切られていて、電池モジュール１００はこのネジによってロアケース６０に固定される。
【００５２】モジュール容器１０２は、雌型の中に高温の樹脂を射出後、樹脂を硬化させて所望の形状を得るという、いわゆるインジェクション成型と呼ばれる方法で作られている。本実施例では、樹脂射出前に雌型の所定位置にネジ部材１１４をセットしておき、モジュール容器１０２を成型すると同時にネジ部材１１４を埋め込む方法を用いている。こうすれば、モジュール容器１０２の成型と同時にネジ部材１１４が埋め込まれるので、簡便にモジュール容器１０２を製造することができる。もちろん、予め成型しておいたモジュール容器１０２に、圧入または接着などの方法によってネジ部材１１４を設けても構わない。
【００５３】図６ないし図８に示すように、結合部１１０とモジュール容器１０２とは橋梁部１１２によって、モジュール容器の長手方向につながっている。橋梁部１１２は、電池モジュールの長手方向の荷重を受けた場合、あるいは上下方向の荷重を受けた場合には変形しないが、短手方向の荷重を受けた場合には変形し得る。このため、結合部１１０をボルト６１でロアケース６０に組み付けると、電池モジュール１００は長手方向あるいは上下方向に対してはロアケース６０にしっかりと固定され、その一方で短手方向に対しては橋梁部１１２が変形する分だけロアケース６０に対して相対変位することが可能となっている。
【００５４】一般に二次電池は、充放電条件によっては電極からガスが発生して電池内圧が上昇する場合があり、本実施例の電池モジュール１００もこのような内圧上昇によって変形する場合がある。本実施例の電池モジュールアセンブリ５２は、図４に示すようにロアケース６０上に複数の電池モジュール１００を並べて構成されているので、複数の電池モジュールの中のある電池モジュールで変形が生じると、隣接する電池モジュールが短手方向の荷重を受けることになる。
【００５５】図９は、ロアケース６０上に組み付けられた一の電池モジュール１００が内圧上昇によって変形し、隣接する電池モジュール１００が短手方向に荷重を受けている様子を示す説明図である。図９では、内圧上昇によって変形している電池モジュールと隣接する両側の電池モジュール、すなわち３つの電池モジュールを上方から見た様子を示している。尚、図の煩雑化をさせるために、ロアケース６０等の表示は省略している。また、説明の都合上から、以下では３つの電池モジュールに上から「Ｍ１」，「Ｍ２」，「Ｍ３」と符合して各電池モジュールを区別する。図示した例では、電池モジュールＭ２が、内圧上昇によって変形しているものとする。
【００５６】図５を用いて説明したように、電池モジュール１００の側面には、冷却通路１０９を確保して電池モジュールを均等に冷却するための突起１０３が設けられている。このため、図９に示すように、電池モジュールＭ２の側面が膨らむように変形すると、隣接する電池モジュールＭ１あるいはＭ３の側面が突起１０３によって押されて、電池モジュールＭ１あるいはＭ３が弓状に変形する（図９参照）。このとき、電池モジュールＭ１あるいはＭ３とロアケース６０との結合部には大きな捻りトルクが作用する。図６ないし図８を用いて説明したように、本実施例の電池モジュールは橋梁部１１２を介してロアケース６０に組み付けられているので、結合部に捻りトルクが作用した場合に橋梁部１１２が変形してトルクを吸収する。このため、例えば樹脂製のモジュール容器１０２と金属製のネジ部材１１４とが接合する部分に大きなトルクがかかって、モジュール容器１０２とネジ部材１１４とが離れてしまうことがない。すなわち、本実施例の電池モジュールの結合構造によれば、内圧上昇などによって電池モジュール１００が変形しても、モジュール容器１０２はネジ部材１１４を介してロアケース６０にしっかりと固定しておくことができる。
【００５７】内圧が上昇したときの電池モジュールは、必ずしも図９に示したように両側の側面が同じように膨らむとは限らない。例えば、電池モジュールがよじれるように、すなわち、電池モジュールの一端と他端とが逆方向に倒れるように変形する場合もある。
【００５８】図１０は、ロアケース６０上に組み付けられた一の電池モジュール１００が内圧上昇によってよじれるように変形し、隣接する電池モジュール１００が変形している様子を示す説明図である。図１０では、内圧上昇によって変形している電池モジュールと隣接する両側の電池モジュール、すなわち３つの電池モジュールを短手方向から見た様子を示している。説明の都合から、図９と同様に以下では３つの電池モジュールに左側から「Ｍ４」，「Ｍ５」，「Ｍ６」と符合して各電池モジュールを区別する。図示した例では、電池モジュールＭ５が、内圧上昇によって変形しているものとする。
【００５９】図３を用いて説明したように、電池モジュール１００の側面には突出部１０１が設けられており、図５に示したように各電池モジュールは突出部１０１位置を合わせてロアケース６０に組み付けられる。このため、電池モジュールＭ５がよじれるように変形すると、図１０に示すように、隣接する電池モジュールＭ６は突出部１０１に押されて、押された側が倒れるように変形する。このとき、電池モジュールＭ６とロアケース６０との結合部には大きな曲げトルクが作用する。図６ないし図８を用いて説明したように、本実施例の電池モジュールは橋梁部１１２を介してロアケース６０に組み付けられているので、結合部に曲げトルクが作用した場合に橋梁部１１２が変形して曲げを吸収する。このため、例えば樹脂製のモジュール容器１０２と金属製のネジ部材１１４とが接合する部分に大きな曲げトルクがかかって、ネジ部材１１４がこじられるようにしてモジュール容器１０２から抜けてしまうことがない。すなわち、本実施例の電池モジュールの結合構造によれば、内圧上昇などによって電池モジュール１００が変形しても、モジュール容器１０２はネジ部材１１４を介してロアケース６０にしっりと固定しておくことができる。
【００６０】以上では、電池モジュール１００の内圧上昇によってモジュールが変形し、その結果、隣接する電池モジュール１００が短手方向の荷重を受ける場合を２つ例にとって説明した。もっとも、電池モジュールが短手方向の荷重を受けるメカニズムはこのようなものに限られず、例えば、電池モジュール１００が他の部品と干渉して荷重を受けるといった場合にも同様に適用できる。また、上述の説明では、ロアケース６０上に複数の電池モジュール１００を並べて取り付ける場合を例にとって説明しているが、電池モジュールを単独で取り付ける場合や、あるいは複数の電池モジュールをモジュール同士の間隔をおいて取り付ける場合にも適用することができる。
【００６１】また、図４を用いて説明したように、本実施例の電池モジュール１００は、ロアケース６０に組み付けられた後、両側を拘束プレート７０で拘束されている。拘束プレート７０は次のような目的で装着される。すなわち、拘束プレート７０で両側を拘束しておけば、電池モジュールの内圧が上昇してモジュールの両側面が外側に膨らむように変形しても、最大変形量を所定値以下に規制することができる。変形量があまりに大きいと、電池モジュール１００に格納されている単電池の正極板と負極板との間隔が変化して電池性能が変わってしまう場合があるが、拘束プレート７０によって最大変形量を所定値以下に規制しておけば、このようなおそれを回避することができる。また、３８個の電池モジュールをきちんと並べ両側を拘束プレート７０で軽く拘束して一体化しておけば、すべての電池モジュール１００を一度に位置決めすることができるので、ロアケース６０への組み付け作業を簡単にできる場合もある。
【００６２】本実施例の結合構造を採用した電池モジュール１００は、短手方向の荷重に対して変形する橋梁部１１２を有するため、短手方向の荷重を受けるとロアケース６０に対して相対変位する。しかし、電池モジュール１００の両側は拘束プレート７０によって拘束されているので、電池モジュール１００が所定以上に大きく変位してしまうことはない。また、それ以上の大きな荷重が加わった場合には、電池モジュール１００が変位して拘束プレート７０に荷重が加わることになる。すなわち、大きな荷重が橋梁部１１２に集中してかかるおそれがない。
【００６３】Ｃ．変形例：上述した電池モジュールの結合構造には、種々の変形例が存在する。第１の変形例の結合構造は、図１１に示すように、円柱形の結合部２１０とモジュール容器２０２とが、橋梁部２１２で長手方向につながった構造となっている。第１の変形例の電池モジュール２００の場合もモジュール容器２０２は樹脂によって形成され、結合部２１０の内部には金属製のネジ部材２１４が埋設されている。前述した実施例と同様に、電池モジュール２００はネジ部材２１４を用いてロアケース６０にネジ止めされる。
【００６４】かかる第１の変形例の結合構造を有する電池モジュール２００に短手方向の荷重か加わると、前述した結合構造の場合と同様に、橋梁部２１２が変形して荷重を吸収する。このため、結合部２１０に大きな捻りトルクあるいは曲げトルクがかかることがない。
【００６５】また、第１の変形例の結合構造には、結合部２１０の外径を電池モジュールの厚さＴ程度まで大きくすることができるので、大きなネジ部材２１４を埋設することができる。大きなネジ部材２１４を用いれば、太いボルトを用いて、電池モジュール２００とロアケース６０とをしっかりと結合することができるので好適である。
【００６６】上述した結合構造においては、荷重を受けて変形する橋梁部はいずれも電池モジュール側に設けられているが、ロアケース側に設けてもよい。図１２は、ロアケース６０側に、結合部３１０および橋梁部３１２を設けた結合構造を示した説明図である。図１２に示すように、第２の変形例においては、結合部３１０とロアケースの本体とは橋梁部３１２によってつながっている。橋梁部３１２の方向は、組み付けられる電池モジュールの長手方向に一致している。
【００６７】かかる第２の変形例の結合構造においては、組み付けられている電池モジュールに短手方向の荷重が加わると、ロアケース側に設けられた橋梁部３１２が変形して、電池モジュールにかかった荷重を吸収する。このため、電池モジュールとロアケースとの結合部でに大きな荷重が加わることを回避することができる。
【００６８】また、ロアケース６０に容易に変形可能な突起部を設け、該突起部に電池モジュールをネジ止めした結合構造としてもよい。図１３は、かかる第３の変形例の結合構造を説明するためのロアケース６０の横断面図である。図示されているように、ロアケース６０に設けられた冷却風通路６０ｂの両側に、変形部４１２として、容易に変形可能な突起部を設け、該突起部に電池モジュールの両端をボルト６１でネジ止めする。
【００６９】かかる第３の変形例の結合構造においては、以下に説明するように、熱膨張による電池モジュールの変形を変形部４１２で吸収することによって、電池モジュールとロアケース６０との結合部に大きな荷重が加わることを回避することができる。すなわち、環境温度が変動すると、それに伴って電池モジュール両端に埋め込まれたネジ部材４１４間の距離も増減するが、電池モジュールとロアケースとは、通常、熱膨張係数が異なっているので、電池モジュールとロアケースとの結合部分に熱応力が発生し得る。これに対して、第３の変形例の結合構造においては、ロアケースに設けた変形部４１２が、図中に破線で示すように変形して熱膨張差を吸収するので、結合部に生じる熱応力が緩和され、電池モジュールとロアケースとの結合部に大きな荷重が加わることを回避することができる。
【００７０】上述の例では、電池モジュールをロアケースに組み付ける際に、荷重を受けて変形する部分である変形部を電池モジュールあるいはロアケースのいずれかに設けている。しかし、これに限らず、荷重を受けて変形する部材を介して、電池モジュールをロアケースに組み付けるようにしてもよい。図１４は、変形部を有するスタッドボルト５６１を用いて電池モジュールをロアケースに結合する例を示している。図１４に示した第４の変形例の結合構造においては、電池モジュール５００をロアケース６０と結合するために結合部５１０には、ネジ部材５１４が埋設されていて、ネジ部材５１４に、スタッドボルト５６１の一端をねじ込む。次いで、ねじ込まれたスタッドボルト５６１の他端を、ロアケース６０に設けられた取り付け穴６０ｂに入れて、ナットでロアケース６０に固定する。図１４に示すように、スタッドボルト５６１の中央部分にはゴムなどの弾性材料あるいは可塑性材料でできた変形部５１２が設けられている。電池モジュール５００に短手方向の荷重が加わると、スタッドボルト５６１に設けた変形部５１２が変形して荷重を吸収する。このため、電池モジュールとロアケースとの結合部に大きな荷重が加わることを回避することができる。図１４に示した例では、変形部を有するスタッドボルト５６１を介して電池モジュールとロアケースとを結合したが、これに限らず例えば、図１５に示す第５の変形例のように、ゴムシート等の変形部材６１２を介して電池モジュールとロアケースとを接着しても構わない。
【００７１】更には、次のような単純な構造を用いて電池モジュールを取り付けても良い。すなわち、電池モジュール７００の結合部に取り付け穴７１０を設けておき、図１６に示すように、この取り付け穴７１０にボルト７６１を通して、ワッシャ７６２とロアケース６０とで電池モジュール７７００を挟み込むように締結する。ここで、電池モジュールの取り付け穴７１０の内径を、ボルト７６１との間に所定の隙間が生じるような適切な値にしておく。このような第６の変形例では、何らかの要因で電池モジュール７００に大きな荷重が加わった場合に、取り付け穴７１０とボルト７６１との間に設けた隙間の分だけ電池モジュール７００が移動し得る。また、熱膨張によって電池モジュール７００が変形した場合にも、かかる相対移動によって変形を吸収することもできる。従って、電池モジュールとロアケースとの結合部分に大きな荷重が生じることを回避することが可能となる。
【００７２】以上、各種の実施例について説明してきたが、本発明は上記すべての実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することができる。

【出願人】	【識別番号】０００００３２０７【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【出願日】	平成１２年３月１６日（２０００．３．１６）
【代理人】	【識別番号】１０００９６８１７【弁理士】【氏名又は名称】五十嵐孝雄（外３名）
【公開番号】	特開２００１－２６８７１７（Ｐ２００１－２６８７１７Ａ）
【公開日】	平成１３年９月２８日（２００１．９．２８）
【出願番号】	特願２０００－７４４４３（Ｐ２０００－７４４４３）