JP2009134937A - バッテリシステム - Google Patents

Abstract

【課題】１列に積層する角形電池の個数を少なくしながら、角形電池の全体の個数を多くする。１枚のセパレータを介して、隣接する電池ユニットの角形電池を定位置に配置しながら、簡単な冷却構造でもって、隣接する電池ユニットに均一に冷却気体を送風する。
【解決手段】バッテリシステムは、複数の角形電池１を、冷却ダクト６を有するセパレータ３を介して積層してなる電池ユニット２を複数列に配列している。隣接する電池ユニット２の角形電池１は、互いに平行な姿勢であって、同一面に配設している。さらに、隣接する電池ユニット２のセパレータ３は、一体的に連結された形状で、１枚のセパレータ３を、複数列の電池ユニット２の角形電池１間に配設している。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の角形電池を積層状態で連結してなるバッテリシステムに関し、とくにハイブリッドカー等の車両用の電源に最適なバッテリシステムに関する。

複数の角形電池を積層するバッテリシステムは開発されている。（特許文献１及び２参照）
特許文献１のバッテリシステムは、多数の角形電池を冷却隙間ができるようにセパレータを挟着して積層して電池ブロックとしている。セパレータで設けられる冷却隙間には、空気などの冷却媒体を送風している。このバッテリシステムは、冷却隙間に送風される空気などの冷却媒体で、積層している多数の角形電池を冷却する。また、特許文献２のバッテリシステムは、角形電池の間に放熱板を挟着して電池ブロックとしている。このバッテリシステムは、放熱板を介して、積層している多数の角形電池を冷却する。
特開２００１−２３７０２号公報 特開平８−３２１２９号公報

特許文献１及び２に記載されるバッテリシステムは、角形電池をセパレータを挟着して１列に積層している。この構造のバッテリシステムは、多数の角形電池を積層すると細長くなって設置場所に制約を受ける。とくに、車両用のバッテリシステムは、出力電圧を数百Ｖと高くすることから、多数の角形電池を直列に接続するので、すべての角形電池を１列に積層すると極めて長くなってしまう。多数の角形電池を備えるバッテリシステムは、複数の角形電池を積層して電池ユニットとし、これを平行に配列して複数列に配置して、１列の電池ユニットに積層する角形電池の個数を少なくできる。この配列は、１列に積層する角形電池の数と、複数列に配列する列数を調整して設置場所に最適な外形にできる。しかしながら、複数列に電池ユニットを配置するバッテリシステムは、角形電池全体を定位置に配置して一体構造に固定するのが難しくなる。また、複数列に配列される電池ユニットの冷却隙間に強制送風される冷却空気の冷却流路が、電池ユニット間で屈曲して流動抵抗が大きくなるので、各列の電池ユニットに冷却気体を均一に送風する構造も複雑になる。

本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、１列に積層する角形電池の個数を少なくしながら角形電池の全体の個数を多くできるバッテリシステムを提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、１枚のセパレータを介して、隣接する電池ユニットの角形電池を定位置に配置しながら、簡単な冷却構造でもって、隣接する電池ユニットに均一に冷却気体を送風できるバッテリシステムを提供することにある。

本発明のバッテリシステムは、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
バッテリシステムは、複数の角形電池１を、冷却ダクト６を有するセパレータ３、２３、３３を介して積層してなる電池ユニット２を複数列に配列している。隣接する電池ユニット２の角形電池１は、互いに平行な姿勢であって、同一面に配設している。さらに、隣接する電池ユニット２のセパレータ３、２３、３３は、一体的に連結された形状で、１枚のセパレータ３、２３、３３を、複数列の電池ユニット２の角形電池１間に配設している。

本発明の請求項２のバッテリシステムは、１枚のセパレータ３、２３、３３を、２〜６列の電池ユニット２の角形電池１の間に挟着している。

本発明の請求項３のバッテリシステムは、セパレータ３の冷却ダクト６の断面積を、送風方向に向かって小さくしている。

本発明の請求項４のバッテリシステムは、セパレータ３の冷却ダクト６を水平方向に伸びて設けると共に、上下方向に開口部１４を設けている。

本発明の請求項５のバッテリシステムは、複数列の電池ユニット２の角形電池１間に配設される長さのセパレータ３、２３、３３をプラスチックで一体的に成形している。

本発明のバッテリシステムは、１列に積層する角形電池の個数を少なくしながら角形電池の全体の個数を多くできる。それは、複数の角形電池を積層してなる電池ユニットとして、これを複数列に配列するからである。また、本発明のバッテリシステムは、１枚のセパレータを介して、隣接する電池ユニットの角形電池を定位置に配置しながら、簡単な冷却構造でもって、隣接する電池ユニットに均一に冷却気体を送風して冷却できる特徴がある。それは、本発明のバッテリシステムが、各列の電池ユニットの角形電池を互いに平行な姿勢であって、同一面に配設して、隣接する電池ユニットのセパレータを一体的に連結する形状として、１枚のセパレータを複数列の電池ユニットの角形電池の間に配置するからである。このように、複数列の電池ユニットの角形電池の間に１枚のセパレータを配置する構造は、電池ユニット間における冷却空気の流路をセパレータで区画するので、複数列の電池ユニットに強制送風される冷却空気をセパレータに沿ってスムーズに通過させて、冷却流路の流動抵抗を小さくできる。このため、複数列に配列してなる電池ユニットの一端から流入される冷却気体をスムーズに他端に排気して、電池ユニットを均一に冷却できる。

さらに、本発明の請求項３のバッテリシステムは、セパレータの冷却ダクトの断面積を、送風方向に向かって小さくしているので、各列の電池ユニットの角形電池を均一に冷却できる。

さらに、本発明の請求項４のバッテリシステムは、セパレータの冷却ダクトを水平方向に伸びて設けると共に、上下方向に開口部を設けているので、冷却ダクトに強制送風しない状態で、冷却ダクトの空気を開口部から排気して、冷却ダクト内に加熱された空気が溜まるのを防止できる。したがって、このバッテリシステムは、強制送風を停止する状態においても角形電池を冷却できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのバッテリシステムを例示するものであって、本発明はバッテリシステムを以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１のバッテリシステムは、主として、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーや、モータのみで走行する電気自動車などの電動車両の電源に最適である。ただし、ハイブリッドカーや電気自動車以外の車両に使用され、また電動車両以外の大出力が要求される用途にも使用できる。

図のバッテリシステムは、複数列の電池ユニット２を並列に配列している。電池ユニット２は複数の角形電池１を積層している。角形電池１は、リチウムイオン二次電池である。ただし、角形電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の二次電池とすることもできる。図の角形電池１は、両面を四角形とする角形電池であって、両面の四角形は、幅と高さを厚さよりも大きくしている。さらに、角形電池１は、上面の両端部には正負の電極端子５を突出して設けており、上面に中央部には安全弁の開口部１Ａを設けている。図の角形電池１は、正負の電極端子５を互いに逆方向に折曲すると共に、隣接する角形電池同士では、正負の電極端子５を互いに対向する方向に折曲している。図のバッテリシステムは、隣接する角形電池１の正負の電極端子５を積層状態で連結して、互いに直列に接続している。積層状態で連結される電極端子は、図示しないが、ボルトとナット等の連結具で連結される。ただ、角形電池は、正負の電極端子をバスバーで連結して互いに直列に接続することもできる。隣接する角形電池を互いに直列に接続するバッテリシステムは、出力電圧を高くして出力を大きくできる。ただし、バッテリシステムは、隣接する角形電池を並列に接続することもできる。

角形電池１は、外装缶を金属製として、プラスチック等の絶縁材からなるセパレータ３で絶縁して積層している。角形電池は、外装缶をプラスチック等の絶縁材で製作することができる。この角形電池は、隣接する角形電池をショートしないように積層できるので、角形電池の間に配設するセパレータを金属製とすることもできる。

図１のバッテリシステムは、４列の電池ユニット２を平行に配列して、電池ホルダー４で固定している。このバッテリシステムは、４列に電池ユニット２を配列するが、本発明のバッテリシステムは、２〜６列に電池ユニットを配列し、さらに多数の電池ユニットを平行に配列することもできる。

隣接する電池ユニット２の角形電池１は、互いに平行な姿勢であって、同一面に配設される。電池ユニット２の角形電池１を同一面に配置するバッテリシステムは、複数の電池ユニット２の角形電池１間に配設されるセパレータ３を板状として、隣接する電池ユニット２の同一面に配置できる。図のバッテリシステムは、隣接する電池ユニット２のセパレータ３を、図２と図３に示すように、一体的に連結する形状として、１枚のセパレータ３を複数列の電池ユニット２の角形電池１の間に配設している。隣接する電池ユニット２の角形電池１を同一面に配置するバッテリシステムは、セパレータ３を板状に成形して、１枚のセパレータ３を隣接する電池ユニット２の角形電池１の間に配置できる。図のバッテリシステムは、１枚のセパレータ３の横幅を角形電池１の横幅の４倍として、４列の電池ユニット２の角形電池１間に配置している。

本発明のバッテリシステムは、１枚のセパレータ３を隣接する電池ユニット２の角形電池１の間に配置するが、必ずしも全体の電池ユニットの角形電池の間に１枚のセパレータを配置する必要はない。たとえば、８列の電池ユニットのバッテリシステムにおいては、１枚のセパレータを４列の電池ユニットの角形電池間に配置して、４列の電池ユニットを２列に配列して、８列のバッテリシステムにできる。また、図４に示すように、角形電池１の両面に配設されるセパレータ２３、３３を、交互に千鳥状に配列することもできる。この図に示すバッテリシステムは、全体では６列の電池ユニット２を平行に配列しており、各角形電池１の間に配設するセパレータにおいては、３列の電池ユニット２の角形電池１間に配置するセパレータ３３と、２列の電池ユニット２の角形電池１間に配置するセパレータ２３とを交互に配設している。

図３のセパレータ３は、その両面に角形電池１を嵌合構造で連結する。このセパレータ３は、角形電池１を嵌合構造で定位置に配置するために、位置決め凸部１０を表面に突出するように一体的に成形して設けている。位置決め凸部１０は、角形電池１の両側に配設される。このセパレータ３は、位置決め凸部１０の間に角形電池１を配置して、定位置に配置する。さらに、位置決め凸部１０は、角形電池１の上下の両側に配設している。

さらに、図３のセパレータ３は、下縁に沿って両側に突出するように底リブ１１を一体的に成形して設けている。また、上縁に沿って上リブ１２を一体的に成形して設けている。このセパレータ３は、上リブ１２と底リブ１１でもって、角形電池１の上下方向の位置ずれを防止する。したがって、図３のセパレータ３は、位置決め凸部１０と上リブ１２と底リブ１１とで角形電池１の上下左右の位置ずれを阻止して、定位置に配置する。

底リブ１１は、角形電池１の底面をカバーする。このセパレータ３は、プラスチックなどの絶縁材で成形されて、角形電池１の底面を絶縁する。底リブ１１の幅は、角形電池１の厚さの半分としている。このセパレータ３は、底リブ１１で角形電池１の底面の全体をカバーする。セパレータ３の底リブ１１が角形電池１の底面を絶縁する構造は、角形電池１の底面に金属板を設ける構造に適している。それは、角形電池１が金属板でショートされるのをセパレータ３で絶縁して阻止できるからである。角形電池１の底に配設される金属板は、角形電池１を冷却し、あるいは角形電池１を支持する支持プレートである。上リブ１２は、角形電池１の電極端子５と安全弁の開口部１Ａを除く部分に設けられて、角形電池１の上面をカバーする。上リブ１２の幅は、角形電池１の厚さの半分としている。この上リブ１２は、セパレータ３が角形電池１の間に配設されて、角形電池１の電極端子５と安全弁の開口部１Ａを除く上面を隙間なく閉塞する。

さらに、セパレータ３２は、図２に示すように、角形電池１との間に冷却ダクト６を設けている。図３のセパレータ３は、両面に冷却溝１３を設けて、角形電池１との間に冷却ダクト６を設けている。さらに、このセパレータ３は、水平に伸びる冷却溝１３を設けて、冷却ダクト６を水平方向に冷却ダクト６を伸びるように設けている。セパレータ３の冷却ダクト６は、その断面積を、図の矢印で示す冷却気体の送風方向に向かって小さくしている。このセパレータ３は、冷却溝１３の幅を冷却気体の送風方向に狭くして、断面積を小さくしている。この構造のセパレータ３は、冷却ダクト６に強制送風される冷却気体の流速を次第に速くして、角形電池１を均一に冷却できる。それは、冷却ダクト６に送風される冷却気体の温度が高くなるにしたがって、流速を速くして効果的に冷却するからである。角形電池１は、冷却気体の温度を低く、かつ流速を速くして効果的に冷却されるので、温度が高くなるにしたがって、流速を速くすることで、温度が上昇した冷却気体で均一に冷却できる。図のセパレータは、両面に冷却ダクトを設けているが、片面に冷却ダクトを設けることもできる。

セパレータ３は、プラスチック等の成形材で一体的に成形される。さらに、セパレータ３は、プラスチック等の熱伝導率（望ましくは０．５Ｗ／ｍ以下）の小さい材質で製作して、隣接する角形電池１の熱暴走を効果的に防止できる。図の冷却ダクト６は、バッテリシステムの左右に開口するように水平方向に設けている。冷却ダクト６に強制送風される空気は、角形電池１の外装缶を冷却して排気される。

さらに、図３のセパレータ３は、水平方向に伸びる冷却ダクト６に連通して、上下方向に開口部１４を設けている。図のセパレータ３は、各々の角形電池１の中央部とその両側部に位置して、冷却ダクト６に連通して開口部１４を設けている。このバッテリシステムは、セパレータ３に設けた開口部１４から冷却ダクト６の空気を排気する。したがって、冷却気体の強制送風を停止する状態において、冷却ダクト６内に加熱された冷却気体が停滞せず、冷却気体を排気して角形電池１を冷却できる。このため、この構造のセパレータ３を備えるバッテリシステムは、冷却気体の送風を停止する状態で、角形電池１の温度上昇を少なくできる。

複数列の電池ユニット２は、電池ホルダー４で固定される。電池ホルダー４は、一対の挟着プレート７と、これを連結する連結材８からなる。この電池ホルダー４は、一対の挟着プレート７を連結材８で連結して、電池ユニット２を固定する。挟着プレート７は、複数列の角形電池１のトータルの横幅、図２においては、角形電池１の横幅の４倍として、４列の電池ユニット２を固定している。連結材８は、両端部を内側に折曲して折曲片８Ａを挟着プレート７に止ネジ９で固定している。

挟着プレート７は、外側面には、連結材８の折曲片８Ａを連結する連結孔７Ａを設けている。図２の挟着プレート７は、両側の四隅部に４個の連結孔７Ａを設けている。連結孔７Ａは雌ネジ穴である。この挟着プレート７は、連結材８の折曲片８Ａを貫通する止ネジ９を雌ネジ穴にねじ込んで連結材８を固定することができる。

図１のバッテリシステムは、電池ユニット２を４列に配列して、各々の電池ユニット２を構成する角形電池１の間の冷却ダクト６に冷却気体を強制送風して電池を冷却する。したがって、図１のバッテリシステムは、左右の両端に冷却気体の供給ダクト（図示せず）と排気ダクト（図示せず）を連結する。供給ダクトから供給される冷却気体は、角形電池１の間の冷却ダクト６を通過して角形電池１を冷却して排気ダクトから排気される。

図のバッテリシステムは、複数列の電池ユニット２を隙間なく配列する。このバッテリシステムは、隣接する電池ユニット２の間に隙間がなく、バッテリシステムの一端から流入される冷却気体をスムーズに他端に排気して、複数の角形電池１を冷却できる。

本発明の一実施例にかかるバッテリシステムの斜視図である。 図１に示すバッテリシステムの分解斜視図である。 図２に示すバッテリシステムのセパレータの斜視図である。 本発明の他の実施例にかかるバッテリシステムの概略構成図である。

符号の説明

１…角形電池 １Ａ…開口部
２…電池ユニット
３…セパレータ
４…電池ホルダー
５…電極端子
６…冷却ダクト
７…挟着プレート ７Ａ…連結孔
８…連結材 ８Ａ…折曲片
９…止ネジ
１０…位置決め凸部
１１…底リブ
１２…上リブ
１３…冷却溝
１４…開口部
２３…セパレータ
３３…セパレータ

Claims (5)

1. 複数の角形電池が冷却ダクトを有するセパレータを介して積層してなる電池ユニットを複数列に配列してなるバッテリシステムであって、
   隣接する前記電池ユニットの角形電池は互いに平行な姿勢であって、同一面に配設され、
   さらに隣接する前記電池ユニットのセパレータが一体的に連結された形状で、１枚のセパレータが複数列の電池ユニットの角形電池間に配設されてなることを特徴とするバッテリシステム。
2. １枚のセパレータが、２〜６列の電池ユニットの角形電池の間に挟着されてなる請求項１に記載されるバッテリシステム。
3. 前記セパレータの冷却ダクトが送風方向に向かって断面積を小さくしている請求項１に記載されるバッテリシステム。
4. 前記セパレータの冷却ダクトが水平方向に伸びて設けられると共に、上下方向に開口部を設けている請求項１に記載されるバッテリシステム。
5. 複数列の電池ユニットの角形電池間に配設される長さのセパレータがプラスチックで一体的に成形されてなる請求項１に記載されるバッテリシステム。

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