JP2008192551A - バッテリパック構造 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の増加を抑えつつ、バッテリをケース体に対して固定するバッテリパック構造、を提供する。
【解決手段】バッテリパック構造は、積層された複数のバッテリセル２１を含むバッテリ２０と、バッテリ２０を収容するバッテリケース３１と、バッテリセル２１の積層方向に締め付け力を発生させ、複数のバッテリセル２１を一体に保持する拘束バンド５０とを備える。拘束バンド５０がバッテリケース３１に固定される。
【選択図】図３

Description

この発明は、一般的には、バッテリパック構造に関し、より特定的には、動力源として車両に搭載され、リチウムイオン電池からなるバッテリパック構造に関する。

従来のバッテリパック構造に関して、たとえば、特開平９−１２０８０８号公報には、軽量で高生産性を有するとともに、結束強度を安定強化し、使用中の単電池の変形を防止して性能低下の抑制を図ることを目的とした積層密閉形アルカリ蓄電池が開示されている（特許文献１）。特許文献１では、積層された単電池の両端にそれぞれ、エンドプレートが配設されている。各エンドプレートの垂直側壁面が、帯形状を有する複数の結束バンドによって締着固定されている。結束バンドはステンレス鋼板製である。

また、特開２００６−２４４４５号公報には、長寿命でかつ安全性を高めることを目的とした組電池が開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示された組電池は、複数の電池電槽と、複数の電池電槽の両端に配置される拘束プレートと、拘束プレート間の距離が広がらないように複数の電池電槽を拘束する拘束ロッドとを含む。拘束プレートが、組電池を収容するロアケースにねじ止めされる。

また、特開２００２−３４３３２４号公報には、バッテリを拘束する際の作業を容易にすることを目的としたバッテリ拘束構造が開示されている（特許文献３）。特許文献３では、複数のバッテリが一体的に拘束されて車両搭載用のバッテリパックが構成されている。バッテリは、たとえばニッケル水素電池などである。
特開平９−１２０８０８号公報 特開２００６−２４４４５号公報 特開２００２−３４３３２４号公報

上述の特許文献１に開示されるバッテリパック構造では、単電池の積層方向に締め付け力を発生させる結束バンドによって複数の単電池を一体に保持し、モジュール蓄電池を構成する。このモジュール蓄電池をケース体に収容し、バッテリパックとする場合、蓄電池をケース体に対して強固に固定することが求められる。このための方策として、たとえばブラケット等の別部品を用いて蓄電池とケース体とを連結することが考えられる。しかしながら、この場合、バッテリパックの部品点数が増えるという問題がある。

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、部品点数の増加を抑えつつ、バッテリをケース体に対して固定するバッテリパック構造を提供することである。

この発明に従ったバッテリパック構造は、積層された複数のバッテリセルを含むバッテリと、バッテリを収容するケース体と、バッテリセルの積層方向に締め付け力を発生させ、複数のバッテリセルを一体に保持する拘束部材とを備える。拘束部材がケース体に固定される。

このように構成されたバッテリパック構造によれば、複数のバッテリセルを一体に保持する拘束部材を、バッテリをケース体に固定する部材として利用する。これにより、部品点数の増加を抑えつつ、バッテリをケース体に固定することができる。

また好ましくは、拘束部材は、金属から形成されている。このように構成されたバッテリパック構造によれば、バッテリをより強固にケース体に固定することができる。

また好ましくは、ケース体および拘束部材は、導電体から形成されている。ケース体は、電気的に接地されている。このように構成されたバッテリパック構造によれば、バッテリから電解液が漏洩するなどして、拘束部材とバッテリとが短絡する場合が想定される。このような場合であっても、拘束部材は、電気的に接地されたケース体に固定されているため、感電を防ぐことができる。

また好ましくは、ケース体は、バッテリが載置されるロアケースと、バッテリを覆うようにロアケースと組み合わされるアッパケースとを含む。拘束部材がロアケースに固定されている。このように構成されたバッテリパック構造によれば、バッテリの組み付け工程時、バッテリをロアケースに載置した状態で拘束部材とロアケースとを固定することができる。このため、バッテリの組み付け時の作業性を向上させることができる。

また好ましくは、バッテリは、リチウムイオン電池から構成されている。このように構成されたバッテリパック構造によれば、リチウムイオン電池を内蔵するバッテリパックにおいて、上記のいずれかに記載の効果を奏することができる。

以上説明したように、この発明に従えば、部品点数の増加を抑えつつ、バッテリをケース体に対して固定するバッテリ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。

図１は、この発明の実施の形態におけるバッテリパック構造が適用されたバッテリパックの分解組み立て図である。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿ったバッテリパックの断面図である。

図１および図２を参照して、バッテリパック１０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、充放電可能なバッテリ（２次電池）とを動力源とするハイブリッド車両に搭載されている。バッテリパック１０は、車両上の適当な場所に搭載され、たとえば車両室内（シート下やコンソールボックス内など）やラゲージルームに搭載される。

バッテリパック１０は、バッテリ２０を含む。バッテリ２０は、リチウムイオン電池から構成されている。バッテリ２０は、充放電可能な２次電池であれば特に限定されず、たとえばニッケル水素電池であっても良い。

バッテリ２０は、複数のバッテリセル２１を含む。複数のバッテリセル２１は、図１中の矢印１０１に示す方向（以下、バッテリセル２１の積層方向と呼ぶ）に積層されている。本実施の形態では、並列に並べられたバッテリセル２１ｍおよび２１ｎの組が、矢印１０１に示す方向に積層されている。バッテリ２０は、角型電池である。バッテリ２０は、たとえば１０ｋｇ以上の重量を有する。バッテリ２０は、略直方体形状を有する。平面的に見た場合に、バッテリ２０は長辺と短辺とを有する。長辺が延びる方向とバッテリセル２１の積層方向とが、一致する。

バッテリセル２１は、正極端子２６および負極端子２７を含む。複数のバッテリセル２１は、互いに隣り合うバッテリセル２１間で正極端子２６と負極端子２７とが並ぶように積層されている。互いに隣り合うバッテリセル２１間で正極端子２６と負極端子２７とが、バスバーにより接続されている。複数のバッテリセル２１は、互いに電気的に直列に接続されている。

各バッテリセル２１は、バッテリホルダ３４によって挟持されている。バッテリホルダ３４は、ポリプロピレン（polypropylene）やポリプロピレンの重合体等の樹脂材料から形成されている。バッテリホルダ３４によって、積層方向に隣り合うバッテリセル２１間に冷却風通路２３が形成されている。充放電により発熱したバッテリ２０は、冷却風通路２３に流通する冷却風によって冷却される。バッテリホルダ３４によって、バッテリセル２１内で発生したガスを外部に排出する排ガス通路３９が形成されている。

図３は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿ったバッテリパックの断面図である。図１から図３を参照して、積層されたバッテリセル２１の両側には、エンドプレート４０および４１が配置されている。複数のバッテリセル２１は、エンドプレート４０とエンドプレート４１との間に挟持されている。エンドプレート４０および４１は、ポリプロピレンやポリプロピレンの重合体等の樹脂材料から形成されている。

バッテリパック１０は、拘束部材としての拘束バンド５０を含む。拘束バンド５０は、複数設けられている。拘束バンド５０は、金属から形成されている。拘束バンド５０は、導電体から形成されている。拘束バンド５０は、たとえば鋼板から形成されている。拘束バンド５０は、バッテリホルダ３４およびエンドプレート４０，４１よりも大きい強度を有する。拘束バンド５０は、帯形状を有する。拘束バンド５０は、略矩形の断面形状を有する。拘束バンド５０の断面形状は、これに限らず、たとえば円形や矩形以外の多角形であってもよい。

拘束バンド５０は、バッテリセル２１の積層方向に締め付け力を発生させる。拘束バンド５０は、バッテリセル２１の積層方向に沿って、バッテリ２０の周りを周回するように設けられている。エンドプレート４０および４１は、エンドプレート４０とエンドプレート４１との間の距離が近接するように拘束バンド５０によって押圧されている。このような構成により、積層された複数のバッテリセル２１が、拘束バンド５０によって一体に保持されている。

拘束バンド５０は、第１拘束バンドとしての上側拘束バンド５１と、第２拘束バンドとしての下側拘束バンド５６とを含む。上側拘束バンド５１は、バッテリ２０の頂面から側面まで延びる。下側拘束バンド５６は、バッテリ２０の底面から側面まで延びる。上側拘束バンド５１と下側拘束バンド５６とは、バッテリ２０の側面上で部分的に重なる。上側拘束バンド５１と下側拘束バンド５６とは、バッテリ２０の側面上でピン部材５８によって結合されている。

なお、拘束バンド５０は、このような形態に限られず、たとえば上側拘束バンド５１のみから構成されてもよい。この場合、上側拘束バンド５１をエンドプレート４０および４１に結合することによって、バッテリセル２１の積層方向に締め付け力を発生させることができる。

バッテリパック１０は、バッテリケース３１を含む。バッテリ２０は、バッテリケース３１に収容されている。バッテリケース３１は、バッテリパック１０の外殻をなす。バッテリケース３１は、金属から形成されている。バッテリケース３１は、導電体から形成されている。バッテリケース３１は、強度を確保するために、たとえば亜鉛メッキ処理された鋼板から形成されている。バッテリケース３１は、車両本体に固定されている。バッテリケース３１は、電気的に接地されている。

バッテリケース３１は、アッパケース３２とロアケース３３とを含む。ロアケース３３は、載置面３３ｃを含む。バッテリ２０は、載置面３３ｃに載置されている。言い換えれば、ロアケース３３はバッテリ２０の重量を受ける。載置面３３ｃには、スタッドボルト３５および３６が突設されている。アッパケース３２は、バッテリ２０を覆うようにロアケース３３と組み合わされる。バッテリ２０に対して、ロアケース３３は鉛直下側に配置され、アッパケース３２は鉛直上側に配置されている。

拘束バンド５０は、バッテリケース３１に固定されている。より詳細には、上側拘束バンド５１がロアケース３３に固定されている。上側拘束バンド５１は、鍔部５２を含む。鍔部５２は、載置面３３ｃと対向して平行に延びる。上側拘束バンド５１の端部がＬ字に折り曲げられることによって、鍔部５２が形成されている。鍔部５２には、孔５１ｈが形成されている。孔５１ｈにスタッドボルト３６が挿通されている。スタッドボルト３６にナット５４が螺合されることによって、バッテリ２０がバッテリケース３１に固定されている。上側拘束バンド５１の終端部が、バッテリケース３１に固定されている。

本実施の形態ではさらに、バッテリホルダ３４がバッテリケース３１に固定されている。より詳細には、バッテリホルダ３４は、ロアケース３３に固定されている。バッテリホルダ３４は、鍔部３７を含む。鍔部３７は、載置面３３ｃと対向して平行に延びる。鍔部３７には、孔３７ｈが形成されている。孔３７ｈにスタッドボルト３５が挿通されている。スタッドボルト３５にナット５３が螺合されることによって、バッテリ２０がバッテリケース３１に固定されている。

拘束バンド５０およびバッテリホルダ３４によって、平面的に見た場合のバッテリ２０の４辺がバッテリケース３１に固定されている。拘束バンド５０によって、平面的に見た場合のバッテリ２０の短辺がバッテリケース３１に固定されている。バッテリホルダ３４によって、平面的に見た場合のバッテリ２０の長辺がバッテリケース３１に固定されている。拘束バンド５０によって、バッテリセル２１の積層方向におけるバッテリ２０の両端が、バッテリケース３１に固定されている。バッテリホルダ３４によって、バッテリセル２１の積層方向の直交方向におけるバッテリ２０の両端が、バッテリケース３１に固定されている。

拘束バンド５０は、高圧部位の近傍に配置された導電体として存在する。この場合、バッテリ２０から電解液が漏洩し、その電解液が拘束バンド５０に伝うなどして、バッテリ２０と拘束バンド５０とが短絡するおそれがある。これに対して本実施の形態では、拘束バンド５０が、電気的に接地されたバッテリケース３１に固定されている。また、バッテリケース３１には、バッテリ２０とともにバッテリ監視ユニット７１が収容されている。バッテリ監視ユニット７１は、バッテリケース３１の漏電を検出する機能を含む。したがって、本実施の形態におけるバッテリパック１０によれば、拘束バンド５０を通じて感電が発生することを防ぐと同時に、バッテリ２０と拘束バンド５０との短絡を早期に検出することができる。

この発明の実施の形態におけるバッテリパック構造は、積層された複数のバッテリセル２１を含むバッテリ２０と、バッテリ２０を収容するケース体としてのバッテリケース３１と、バッテリセル２１の積層方向に締め付け力を発生させ、複数のバッテリセル２１を一体に保持する拘束部材としての拘束バンド５０とを備える。拘束バンド５０がバッテリケース３１に固定される。

バッテリ２０は、車両としてのハイブリッド車両に搭載されている。バッテリ２０は、ハイブリッド車両の動力源として搭載されている。

このように構成された、この発明の実施の形態におけるバッテリパック構造によれば、バッテリ２０をバッテリケース３１に固定する手段として拘束バンド５０を利用することにより、ブラケット等の別部材を設ける必要がなくなり、部品点数の増加を回避できる。

また、バッテリ２０をバッテリケース３１に収容する場合、バッテリ２０がバッテリケース３１に対して強固に固定されることが要求される。特にバッテリ２０がリチウムイオン電池から構成される場合、輸送法規上、所定の振動試験や衝撃試験で課される条件を満たす必要がある。また、動力源として車両に搭載されるバッテリ２０は重量が大きくなるため、上記条件を満たすことが難しい。

これに対して本実施の形態では、金属から形成された拘束バンド５０がバッテリケース３１に固定されている。このため、樹脂材料から形成されたバッテリホルダ３４のみがバッテリケース３１に固定される場合と比較して、バッテリ２０をより強固にバッテリケース３１に固定することができる。

続いて、図１中のバッテリパック１０の組み立て方法について説明すると、まず複数のバッテリセル２１を積層し、その両側にエンドプレート４０および４１を配置する。積層された複数のバッテリセル２１をその積層方向に加圧する。加圧状態を維持したままバッテリ２０に拘束バンド５０を設けることにより、複数のバッテリセル２１を一体化する。加圧状態を解除し、バッテリ２０のスタックアッシーを完成させる。バッテリ２０をロアケース３３の載置面３３ｃに載置する。ナット５３および５４を用いて拘束バンド５０をロアケース３３に締結する。アッパケース３２をロアケース３３に組み付ける。以上の工程により、図１中のバッテリパック１０が完成する。

本実施の形態におけるバッテリパック１０では、拘束バンド５０をロアケース３３に固定する構造としたため、バッテリ２０をロアケース３３に載置した状態で締結作業を行なうことができる。このため、バッテリ２０をバッテリケース３１に組み付ける際の作業性を向上させることができる。

図４は、図１中のバッテリパック構造の変形例を示す断面図である。図中には、拘束バンド５０をバッテリケース３１に固定する部位が拡大して示されている。

図４を参照して、本変形例では、下側拘束バンド５６が鍔部５７を含む。鍔部５７は、鍔部５２と重ね合わされている。鍔部５７には、孔５１ｈと連通する孔５６ｈが形成されている。ピン部材５８によって、鍔部５２と鍔部５７とが結合されている。孔５１ｈと孔５６ｈとにスタッドボルト３６が挿通されている。スタッドボルト３６にナット５４が螺合されることによって、バッテリ２０がバッテリケース３１に固定されている。

このような構成によれば、鍔部５２と鍔部５７とが重なり合った部分をバッテリケース３１に固定するため、バッテリ２０をより強固にバッテリケース３１に固定することができる。

なお、本実施の形態では、拘束バンド５０およびバッテリホルダ３４の両方を利用して、バッテリ２０をバッテリケース３１に固定する構造としたが、拘束バンド５０のみを利用する構造としてもよい。また、バッテリセル２１を積層する形態は、図１中に示す形態に限られず、たとえば１列に積層したバッテリセル２１によってバッテリ２０を構成してもよい。

また、本発明を、燃料電池とバッテリとを駆動源とする燃料電池ハイブリッド車両（ＦＣＨＶ：Fuel Cell Hybrid Vehicle）または電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）に適用することもできる。本実施の形態におけるハイブリッド車両では、燃費最適動作点で内燃機関を駆動するのに対して、燃料電池ハイブリッド車両では、発電効率最適動作点で燃料電池を駆動する。また、バッテリの使用に関しては、両方のハイブリッド車両で基本的に変わらない。

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におけるバッテリパック構造が適用されたバッテリパックの分解組み立て図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿ったバッテリパックの断面図である。 図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿ったバッテリパックの断面図である。 図１中のバッテリパック構造の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１０ バッテリパック、２０ バッテリ、２１ バッテリセル、３１ バッテリケース、３２ アッパケース、３３ ロアケース、５０ 拘束バンド。

Claims (5)

1. 積層された複数のバッテリセルを含むバッテリと、
   前記バッテリを収容するケース体と、
   前記バッテリセルの積層方向に締め付け力を発生させ、複数の前記バッテリセルを一体に保持する拘束部材とを備え、
   前記拘束部材が前記ケース体に固定される、バッテリパック構造。
2. 前記拘束部材は、金属から形成されている、請求項１に記載のバッテリパック構造。
3. 前記ケース体および前記拘束部材は、導電体から形成され、
   前記ケース体は、電気的に接地されている、請求項１または２に記載のバッテリパック構造。
4. 前記ケース体は、前記バッテリが載置されるロアケースと、前記バッテリを覆うように前記ロアケースと組み合わされるアッパケースとを含み、
   前記拘束部材が前記ロアケースに固定されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のバッテリパック構造。
5. 前記バッテリは、リチウムイオン電池から構成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載のバッテリパック構造。

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