JP2006260905A - 電池パック構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 液絡の発生を確実に防止する電池パック構造を提供する。
【解決手段】 電池パック構造は、複数の電池セル２６から構成され、所定の方向に積層されて互いに電気的に接続された複数の電池モジュール２１と、底面３１ａを有し、底面３１ａから鉛直上方向に離間した位置で複数の電池モジュール２１を収容する電池ケース３１と、複数の電池モジュール２１が互いに隣り合う位置２０の直下で、所定の方向の直交方向に延びるリブ状部４３を有し、底面３１ａと複数の電池モジュール２１との間に設けられた樹脂トレイ４１と、リブ状部４３から複数の電池モジュール２１に向かって延び、複数の電池モジュール２１を支持する支持部５２とを備える。
【選択図】 図３

Description

この発明は、一般的には、電池パック構造に関し、より特定的には、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等からなる複数の電池モジュールが積層された電池パック構造に関する。

従来の電池パック構造に関して、たとえば、特開平７−２３２５６４号公報には、バッテリの取り付け性を改善するとともに、バッテリの冷却効果を向上させることを目的とした電気自動車のバッテリ取り付け構造が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示されたバッテリ取り付け構造は、底板上にバッテリ固定フレームが接合されたバッテリフレームを備える。バッテリ固定フレームによって、複数個のバッテリが、底板から離間した位置に並んで配設されている。

また、特開平７−３２０７９４号公報には、バッテリセルをより均等に冷却するとともに、電解液の漏れを良好に防止することを目的とした電動車両用バッテリが開示されている（特許文献２）。特許文献２では、複数のバッテリモジュールがバッテリボックスに収納されている。冷却用空気を流す空間を設けるため、各バッテリモジュールは、固定板によって、バッテリボックスの底面から離れた位置に支持されている。

また、特開平７−６９２３７号公報には、剛性の向上が図られるとともに、バッテリの固定機能を兼ね備えた電気自動車のバッテリケース構造が開示されている（特許文献３）。特許文献３に開示されたバッテリケース構造では、バッテリフレームに、格子状に延びる縦フレームと横フレームとが設けられている。これらのフレームに囲まれた位置に、バッテリを収納する空間が区画形成されている。

また、特開２００２−８３５７９号公報には、漏出した電解液によって端子間で短絡が発生することを防止するための蓄電素子が開示されている（特許文献４）。特許文献４では、電池ケースにより覆われて形成された蓄電素子が複数個、外部ケースに収納されている。外部ケースには、電池ケース内に連通する電解液排出口が、蓄電素子ごとに形成されている。

また、特開平８−１０６８９２号公報には、電極間の漏電事故の発生を防止することを目的とした自動車用バッテリが開示されている（特許文献５）。また、特開２００３−２４９２０２号公報には、冷却効率の低下を抑制することを目的とした集合電池が開示されている（特許文献６）。
特開平７−２３２５６４号公報 特開平７−３２０７９４号公報 特開平７−６９２３７号公報 特開２００２−８３５７９号公報 特開平８−１０６８９２号公報 特開２００３−２４９２０２号公報

特許文献１に開示されたバッテリ取り付け構造では、複数個のバッテリが、バッテリフレームの底面との間に空間が確保されるように位置決めされている。しかしながら、バッテリから電解液が漏出した場合、漏出した電解液がバッテリフレームの底面上で繋がって、隣り合うバッテリ間で液絡が発生するおそれがある。また、特許文献２に開示された電動車両用バッテリでも、このような液絡の発生のおそれが存在する。

また、特許文献３に開示されたバッテリケース構造では、各バッテリがフレームで囲まれた位置に収納されるため、バッテリフレームの体格が大きくなってしまう。また、特許文献４に開示された蓄電素子では、蓄電素子ごとに電解液排出口を形成する必要があるため、外部ケースに収納する蓄電素子の数が増えた場合には、製造コストが増大するおそれがある。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、液絡の発生を確実に防止する電池パック構造を提供することである。

この発明に従った電池パック構造は、複数の電池セルから構成され、所定の方向に積層されて互いに電気的に接続された複数の電池モジュールと、底面を有し、その底面から鉛直上方向に離間した位置で複数の電池モジュールを収容するケース体と、複数の電池モジュールが互いに隣り合う位置の直下で、所定の方向の直交方向に延びる第１のリブ状部を有し、底面と複数の電池モジュールとの間に設けられた絶縁トレイと、第１のリブ状部から複数の電池モジュールに向かって延び、複数の電池モジュールを支持する支持部とを備える。

このように構成された電池パック構造によれば、電池セルから電解液が漏出し、その電解液が、支持部を伝って底面に向かっても、電解液は、第１のリブ状部によって、隣り合う電池モジュール間で隔離される。このため、電池モジュール間で液絡が発生することを確実に防止できる。また、絶縁トレイによって電解液と底面との接触が妨げられるため、漏電が発生することを防止できる。

また好ましくは、ケース体は、第１のリブ状部に隣接する位置で底面が突出して形成されている。このように構成された電池パック構造によれば、絶縁トレイをケース体の突出する形状に倣わせることによって、絶縁トレイに第１のリブ状部を形成する。これにより、電池モジュール間で液絡が発生することを防止するとともに、ケース体の剛性を向上させることができる。

また、複数の電池セルは、複数の電池モジュールの各々において所定の方向の直交方向に積層されている。好ましくは、絶縁トレイは、複数の電池セルが互いに隣り合う位置の直下で、所定の方向に延びる第２のリブ状部をさらに有する。このように構成された電池パック構造によれば、電池セルから漏出した電解液は、第２のリブ状部によって隣り合う電池セル間でも隔離される。このため、電池セル間で液絡が発生することをさらに防止できる。

以上説明したように、この発明に従えば、液絡の発生を確実に防止する電池パック構造を提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における電池パック構造を示す斜視図である。図中に示す電池パックは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な２次電池とを動力源とするハイブリッド自動車に搭載されている。

図１を参照して、電池パック１０は、組電池１５と、組電池１５を収容する空間３４を形成する電池ケース３１とを備える。組電池１５は、複数の電池モジュール２１が、矢印１０１に示す一方向に積層されて構成されている。本実施の形態では、１２個の電池モジュール２１が積層されている。電池モジュール２１は、略直方体形状を有し、その外形をなす側面のうち最も広い面積を有する側面が、隣り合う電池モジュール２１間で向い合うように積層されている。電池モジュール２１は、たとえば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の２次電池から形成されている。

電池モジュール２１は、積層された状態で外側に露出する一対の側面２１ｂを有する。電池モジュール２１には、一対の側面２１ｂのそれぞれから突出する正極端子２２および負極端子２３が設けられている。複数の電池モジュール２１は、その積層方向に沿って、正極端子２２と負極端子２３とが交互に並ぶように配置されている。その積層方向に隣り合う正極端子２２と負極端子２３とは、図示しないバスバーにより、一対の側面２１ｂのそれぞれで交互に接続されている。これにより、複数の電池モジュール２１が、互いに電気的に直列に接続されている。

積層された複数の電池モジュール２１の両側には、拘束プレート１２および１３が設けられている。電池モジュール２１の上下に配置された拘束ロッド１４によって、これらのプレート間が接続されている。このような構成により、複数の電池モジュール２１が一体に固定されて、組電池１５が構成されている。

電池ケース３１は、ロアケース３３およびアッパケース３２から構成されている。ロアケース３３は、鉛直上方向に面して空間３４を規定する底面３１ａを有する。ロアケース３３は、底面３１ａから鉛直上方向に離間した位置で、組電池１５を支持している。アッパケース３２は、組電池１５を覆うようにロアケース３３に取り付けられている。電池ケース３１は、強度を確保するために、亜鉛メッキ処理された鋼板等の金属から形成されている。

図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿った電池パックの断面図である。図３は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿った電池パックの断面図である。図２および図３を参照して、電池モジュール２１は、ロアケース３３の底面３１ａと距離を隔てて向い合う下面２１ｃを有する。電池モジュール２１は、電池モジュール２１の積層方向に直交する矢印１０２に示す方向に積層された複数の電池セル２６から構成されている。

本実施の形態では、１つの電池モジュール２１が、８個の電池セル２６から構成されている。つまり、組電池１５は、９６個の電池セル２６から構成されている。１つの電池セル２６は、１．２Ｖ程度の起電力を有する。この場合、隣り合う電池モジュール２１間の電圧差が、１０Ｖ程度になる。

電池セル２６は、セパレータを介して積層された正極シートおよび負極シートと、これらシートの積層体を覆うように設けられたラミネート外装体とから構成されている。正極シートおよび負極シートの表面には、それぞれ、正極活物質および負極活物質を含むペーストが塗布されている。正極シートおよび負極シートには、電解質が含浸させられている。積層された複数の電池セル２６は、互いに電気的に直列に接続されている。積層方向の両端に配置された電池セル２６には、それぞれ正極端子２２および負極端子２３が接続されている。

電池パック１０は、さらに、電池ケース３１に設けられた樹脂トレイ４１と、積層方向に隣り合う電池モジュール２１間に配置されたスペーサ５１とを備える。スペーサ５１には、電池モジュール２１の重量を受ける支持部５２が一体に形成されている。

図４は、図３中の樹脂トレイを示す斜視図である。図２から図４を参照して、樹脂トレイ４１は、底面３１ａを覆うようにロアケース３３に貼り合わされている。樹脂トレイ４１は、底面３１ａ上で一定の厚みで延在する絶縁部４２と、積層された複数の電池モジュール２１の間隔ごとに設けられたリブ状部４３とから構成されている。樹脂トレイ４１は、たとえば、ポリプロピレン（polypropylene）等の樹脂材料から形成されている。

リブ状部４３は、絶縁部４２から電池モジュール２１の下面２１ｃに向かって突出している。リブ状部４３は、電池モジュール２１が隣り合う位置２０の鉛直下方向に位置して、電池セル２６の積層方向、つまり電池モジュール２１の積層方向に直交する方向に延びている。リブ状部４３は、底面３１ａの一方端から他方端に渡って延びている。リブ状部４３は、電池モジュール２１の下面２１ｃとロアケース３３の底面３１ａとの間で、これらの面の双方に平行に延在する頂面４３ａを有する。各電池モジュール２１の鉛直下方向には、隣り合うリブ状部４３間で底面３１ａを覆う絶縁部４２が位置している。

図５は、図３中のスペーサを示す斜視図である。図５を参照して、スペーサ５１は、支持部５２と、略矩形形状の側面を有する板状に形成されたベース部５３とから構成されている。ベース部５３の両側面には、複数の凸部５４がドット状に配置されて形成されている。ベース部５３は、凸部５４が電池モジュール２１の側面に接触するように、隣り合う電池モジュール２１間に位置決めされている。このような構成により、隣り合う電池モジュール２１間に、冷却風が流れる空間が形成されている。

支持部５２は、ロアケース３３の底面３１ａに向い合うベース部５３の端辺から突出するように設けられている。支持部５２は、ベース部５３から底面３１ａに向かって延びており、その延びる先端で、リブ状部４３の頂面４３ａに接触している。支持部５２は、下面２１ｃの下方で延びる拘束ロッド１４を避ける位置に設けられている。スペーサ５１は、たとえば、ポリプロピレン等の樹脂材料から形成されており、頂面４３ａに接触する支持部５２の部分のみがゴム部材によって形成されている。

本実施の形態では、電池セル２６は、１つ当たり１８０ｇ程度の重量を有する。このため、組電池１５全体では、２０ｋｇ以上の重量となる。本実施の形態では、ロアケース３３によって、組電池１５の周縁が支持されているほか、支持部５２によって、組電池１５の複数箇所が支持されている。このため、積層された複数の電池モジュール２１の中心付近を撓ませることなく、組電池１５を確実に支持することができる。

図６は、図３中の２点鎖線ＶＩで囲まれた位置を拡大して示す断面図である。図６を参照して、互いに隣り合って配置された電池モジュール２１ｐおよび２１ｑから電解液が漏出した場合を想定する。この場合、漏出した電解液は、支持部５２を伝ってリブ状部４３を流れ落ち、絶縁部４２上に向かう。このとき、電池モジュール２１ｐと電池モジュール２１ｑとの間に設けられたリブ状部４３によって、電池モジュール２１ｐおよび２１ｑのそれぞれから漏出した電解液が互いに隔離される。このため、電池モジュール２１ｐおよび２１ｑ間で液絡が発生することを防止できる。

液絡の発生を防止することにより、電池モジュール２１間でショートサーキットが形成されて、電圧低下を招くという事態を回避できる。また、液絡が発生した場合、一部の電池モジュール２１で負担が増大し、電池寿命が短くなるというおそれが存在するが、本実施の形態では、このようなおそれをなくすことができる。また、ロアケース３３の底面３１ａは、樹脂トレイ４１によって覆われているため、電池モジュール２１から漏出した電解液が、ロアケース３３に達するということがない。これにより、漏電の発生を防止することができる。

本実施の形態では、リブ状部４３が電池モジュール２１の下面２１ｃよりも下方に設けられている。このため、リブ状部４３の設置によって、電池モジュール２１間の隙間が大きくなるということがない。これにより、組電池１５を大型化させることなく、液絡の発生を防止できる。また、リブ状部４３は、樹脂トレイ４１に一体に成形されるため、液絡を防止する機構を簡易な構成で実現できる。これにより、電池パック１０の製造コストが増大することを抑制できる。

この発明の実施の形態１における電池パック構造は、複数の電池セル２６から構成され、所定の方向（矢印１０１に示す方向）に積層されて互いに電気的に接続された複数の電池モジュール２１と、底面３１ａを有し、底面３１ａから鉛直上方向に離間した位置で複数の電池モジュール２１を収容するケース体としての電池ケース３１と、複数の電池モジュール２１が互いに隣り合う位置２０の直下で、所定の方向の直交方向（矢印１０２に示す方向）に延びる第１のリブ状部としてのリブ状部４３を有し、底面３１ａと複数の電池モジュール２１との間に設けられた絶縁トレイとしての樹脂トレイ４１と、リブ状部４３から複数の電池モジュール２１に向かって延び、複数の電池モジュール２１を支持する支持部５２とを備える。

このように構成された、この発明の実施の形態１における電池パック構造によれば、隣り合う電池モジュール２１間の液絡を防止することで、電解液が繋がった位置でアークが発生することを防止できる。これにより、樹脂トレイ４１の表面が炭化して、トラッキングに至る事態を回避することができる。

なお、本実施の形態では、リブ状部４３が、電池モジュール２１が隣り合う位置ごとに設けられているが、これに限定されず、１つおき、もしくは複数箇所おきに設けられていても良い。リブ状部４３を挟んで両側に配置された電池モジュール２１間の最大の電圧差は、低いほど好ましい。また、支持部５２は、必ずしもスペーサ５１に設けられている必要はなく、たとえば、樹脂トレイ４１に一体に形成されていても良い。

（実施の形態２）
図７は、この発明の実施の形態２における電池パック構造を示す断面図である。図中には、図３中のロアケースおよび樹脂トレイを示す断面位置に相当する位置が、拡大して表わされている。本実施の形態における電池パック構造は、実施の形態１における電池パック構造と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については、説明を繰り返さない。

図３および図７を参照して、本実施の形態では、ロアケース３３が突条部７１を有する。突条部７１は、底面３１ａが、積層された複数の電池モジュール２１の間隔ごとに下面２１ｃに向かって突出するように形成されている。突条部７１は、電池モジュール２１が隣り合う位置２０の直下で、電池モジュール２１の積層方向に直交する方向に延びている。底面３１ａ上には、一定の厚みで延在する樹脂トレイ４１が貼り合わされている。このような構成により、樹脂トレイ４１が突条部７１の形状に倣う位置に、リブ状部４３が形成されている。

このように構成された、この発明の実施の形態２における電池パック構造によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。加えて、ロアケース３３に突条部７１を設けることによって、ロアケース３３の剛性を向上させることができる。

（実施の形態３）
図８は、この発明の実施の形態３における電池パック構造を示す斜視図である。図中には、図４に相当する位置が表されている。本実施の形態における電池パック構造は、実施の形態１における電池パック構造と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については、説明を繰り返さない。

図８を参照して、本実施の形態では、樹脂トレイ４１は、絶縁部４２と、リブ状部４３と、積層された複数の電池セル２６の間隔ごとに設けられたリブ状部４４とから構成されている。リブ状部４４は、絶縁部４２から電池モジュール２１の下面２１ｃに向かって突出している。リブ状部４４は、頂面４３ａと同一平面上で延在する頂面４４ａを有する。リブ状部４４は、電池セル２６がその積層方向に隣り合う位置２７の直下で、電池モジュール２１の積層方向（矢印１０１に示す方向）に延びている。リブ状部４３とリブ状部４４とは、格子状に交わるように延びている。

なお、リブ状部４４は、電池セル２６が隣り合う位置ごとに設けられていても良いし、１つおき、もしくは複数箇所おきに設けられていても良い。

このように構成された、この発明の実施の形態３における電池パック構造によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。加えて、本実施の形態では、電池セル２６間で液絡が発生することを防止できる。本実施の形態における電池セル２６の起電力では、電池セル２６間の液絡によってアークが発生するおそれは極めて小さい。しかしながら、本実施の形態によれば、電池パック１０の信頼性をさらに向上させることができる。

なお、以上に説明した実施の形態２および３における電池パック構造を組み合わせて、別の電池パックを構成しても良い。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１における電池パック構造を示す斜視図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿った電池パックの断面図である。 図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿った電池パックの断面図である。 図３中の樹脂トレイを示す斜視図である。 図３中のスペーサを示す斜視図である。 図３中の２点鎖線ＶＩで囲まれた位置を拡大して示す断面図である。 この発明の実施の形態２における電池パック構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態３における電池パック構造を示す斜視図である。

符号の説明

２０ 位置、２１ 電池モジュール、２６ 電池セル、３１ 電池ケース、３１ａ 底面、４１ 樹脂トレイ、４３，４４ リブ状部、５２ 支持部、７１ 突条部。

Claims (3)

1. 複数の電池セルから構成され、所定の方向に積層されて互いに電気的に接続された複数の電池モジュールと、
   底面を有し、前記底面から鉛直上方向に離間した位置で前記複数の電池モジュールを収容するケース体と、
   前記複数の電池モジュールが互いに隣り合う位置の直下で、前記所定の方向の直交方向に延びる第１のリブ状部を有し、前記底面と前記複数の電池モジュールとの間に設けられた絶縁トレイと、
   前記第１のリブ状部から前記複数の電池モジュールに向かって延び、前記複数の電池モジュールを支持する支持部とを備える、電池パック構造。
2. 前記ケース体は、前記第１のリブ状部に隣接する位置で前記底面が突出して形成されている、請求項１に記載の電池パック構造。
3. 前記複数の電池セルは、前記複数の電池モジュールの各々において前記所定の方向の直交方向に積層されており、
   前記絶縁トレイは、前記複数の電池セルが互いに隣り合う位置の直下で、前記所定の方向に延びる第２のリブ状部をさらに有する、請求項１または２に記載の電池パック構造。

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