JP2009158281A - バッテリパック - Google Patents

Abstract

【課題】冷却風により各電池モジュールの温度を冷却できるバッテリパックを提供する。
【解決手段】バッテリパックは、電池モジュール３を備え、その電池モジュール３が、電池セル本体３２を間に挟むようにして正極端子２６ａと負極端子２６ｂとを設けた電池セル１６を複数備え、その複数の電池セル１６が、積層されていると共端子２６ａ、２６ｂ同士を順次、接続することにより直列接続されている。２６ａ、２６ｂを接続した状態で保持するコネクタ４２Ａを設け、そのコネクタ４２Ａを、複数の電池セル１６が形成する電池セル本体層２８に対して離間させて、電池セル本体層２８とコネクタ４２Ａとの間に、空気を通過させるための空気通路５０を形成する。これにより、空気通路５０に位置されることになる各電池セル１６の端子２６ａ、２６ｂを空気により直接且つ積極的に冷却し、電池セル１６内部を効果的に冷却する。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の電池モジュールが収納されたバッテリパックに関する。

近時、バッテリパックとして、高電圧の出力を確保すべく、複数の電池モジュールを利用したものが注目されている。例えば、特許文献１には、密閉式のケース内に複数の電池セルを収納して電池モジュールを形成し、そのような複数の電池モジュールを、隣り合う電池モジュール（ケース）同士間に隙間をあけつつ直列に接続したものが提案されている。このものによれば、高電圧を出力できるだけでなく、ケース間の隙間を冷却風通路として利用できることになり、各電池モジュールが発熱しても、その冷却風通路を通る冷却風により各電池モジュールを冷却できる。このため、各電池モジュールの温度を下げて、充電効率等の特性が低下することを抑制できる。
特開２００７−５９０８８号公報

しかし、電池モジュールの発熱は、その電池モジュールを構成する各電池セル本体内での反応、拡散等に基づく発熱現象であり、上記の如くケース外から冷却しても、ケース、ケース内空間、電池セル本体の外装フィルム（ラミネートシート）が熱抵抗となり、十分に冷却することができない。このため、複数の電池セルをケース内に収納して電池モジュールを構成したものは、冷却性能が高くなく、充電効率等が低下する傾向にある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、複数の電池セルを用いて構成された電池モジュールを備えるバッテリパックにおいて、電池モジュールに対する冷却性能を高めることにある。

前記技術的課題を達成するために本発明（請求項１に係る発明）においては、
電池モジュールが備えられ、
前記電池モジュールが、電池セル本体を間に挟むようにして正極端子と負極端子とを設けた電池セルを複数備えており、
前記複数の電池セルが、その端子特性が互い違いになるように順次、積層されていると共にその互い違いの端子同士を順次、接続することにより直列接続されているバッテリパックにおいて、
前記互い違いの端子を接続した状態で保持するコネクタが備えられ、
前記コネクタが、前記複数の電池セルが形成する電池セル本体層に対して離間されて、該電池セル本体層と該コネクタとの間に、冷媒を通過させるための冷媒通過通路が形成されている構成としてある。この請求項１の好ましい態様としては、請求項２以下の記載の通りとなる。

請求項１に係る発明によれば、冷媒通過通路に各電池セルの端子（正極端子又は負極端子）が位置されることになり、各電池セルの端子は、冷媒通過通路を通過する冷媒により直接且つ積極的に冷却され、外部から冷却しにくい発熱部位である電極（電池セル内部）を熱伝導により効果的に冷却できる。このため、各電池セルに対する効果的な冷却に基づき、電池モジュールに対する冷却性能を高めることができる。
その一方、各電池セルの端子（正極端子又は負極端子）がコネクタに保持されていることから、冷媒通過通路を冷媒が通過するとしても、その冷媒により各電池セルの端子が変形し或いはそれに起因する問題が生じることはない。
また、各電池セルの端子だけを冷却することから、冷却個所を少なくすることができ、冷却系の小型化を図ることができる。

請求項２に係る発明によれば、複数の電池セルが形成する電池セル本体層に対して、該複数の電池セルの積層方向内方に向けた保持力（圧縮方向の力）を付与する保持プレートが備えられていることから、保持プレートにより、冷媒通過通路の確保に支障を与えることなく電池セル本体の膨張を抑えることができる。

請求項３に係る発明によれば、保持プレートが、一対の保持プレートからなり、その一対の保持プレートが、複数の電池セルの積層方向両側において、電池セル本体層を挟持していることから、一対の保持プレートによる挟持力により電池セル本体の膨張を抑えることができると共に、電池セル本体層に対して一対の保持プレートを複数の電池セルの積層方向外方側に位置させて、コネクタと電池セル本体層との間の冷媒通過通路の確保について支障は与えない。このため、前記請求項２に係る作用効果を具体的な構成をもって得ることができる。

請求項４に係る発明によれば、コネクタに、互い違いの端子の保持域において電圧を検出するための電圧検出プレートが設けられ、保持プレートが、保持力をコネクタに対しても作用させるように設定されていることから、コネクタにも、圧縮する方向の力を作用させて、互い違いの端子と電圧検出プレートとの接触を確実なものにできる。このため、各電池セルの電圧検出を確実に行うことができる。

請求項５に係る発明によれば、一対の保持プレートがコネクタも挟持していることから、一対の保持プレートによる挟持力により、互い違いの端子と電圧検出プレートとの接触を確実なものにできる。このため、前記請求項４に係る作用効果を具体的な構成をもって得ることができる。

請求項６に係る発明によれば、保持プレート及びコネクタに対して、複数の電池セルの積層方向においてボルトが貫通され、ボルトの締結力に基づき、保持プレートが電池セル本体層及び前記コネクタに対して保持力を作用させるように設定されていることから、ボルトの締結力を利用して、保持プレートによる保持力を具体的に発生させることができるだけでなく、その保持力をコネクタに特に及ぼすことができる。このため、互い違いの端子と電圧検出プレートとの接触をより確実なものにできる。

請求項７に係る発明によれば、一対の保持プレート及びコネクタに対して、複数の電池セルの積層方向においてボルトが貫通され、ボルトの締結力に基づき、一対の保持プレートが、電池セル本体層及び前記コネクタに対して、複数の電池セルの積層方向内方に向けた挟持力を作用させるように設定されていることから、ボルトの締結力を利用して、一対の保持プレートによる挟持力を具体的に発生させることができるだけでなく、その挟持力をコネクタに特に及ぼして、互い違いの端子と電圧検出プレートとの接触をより確実なものにできる。このため、前記請求項６に係る作用効果を具体的な構成をもって得ることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
図１、図２において、符号１は、自動車に搭載される実施形態に係るバッテリパックを示す。このバッテリパック１は、収納容器としての収納ケース２内に複数の電池モジュール３を収納することにより構成されており、その出力部４は、高電圧を出力できることになっている。このバッテリパック１は、車室内のシート(好ましくは、最も温度が低くなる２列目ないしは３列目のシート）の下側配置されて、駆動電源として用いられる。尚、充放電等を制御するバッテリコントローラについては、図示を略す。

前記収納ケース２は、図２に示すように、平面視長方形状とされた長尺なものとされている。この収納ケース２の内部には、その長手方向(図１，図２中、左右方向）一端側（図２中、右端側）において、前記出力部４を収納するジャンクボックス部３０が形成されており、そのジャンクボックス部３０よりも収納ケース２の長手方向他端側（図２中、左端側）には長尺な収納空間３１が形成されている。この収納ケース２には、その幅方向一方側の側壁２ａにおいて複数の吸気口１０（１０ａ〜１０ｆ）が形成されており、その収納ケース２の幅方向他方側の側壁２ｂに排気口１１が形成されている。複数の吸気口１０ａ〜１０ｆは、いずれも収納空間３１と外部とを連通させており、吸気口１０ａと１０ｂ、吸気口１０ｃと１０ｄ、吸気口１０ｅと１０ｆは、収納ケース２の長手方向に所定間隔をあけた組をなしている。この吸気口１０ａと１０ｂ、吸気口１０ｃと１０ｄ、吸気口１０ｅと１０ｆは、収納ケースの長手方向他端側から長手方向一端側に向けて順次、配置されており、このとき、吸気口１０ｂと１０ｃ、吸気口１０ｄと１０ｅは、それぞれ比較的近い距離をもって隣り合うことになっている。排気口１１は、収納空間３１と外部とを連通させており、その排気口１１には、強制排気を行うべく、ファン１２が取付けられている。尚、図１，図２中、符号２ｃは収納ケース２の底壁、２ｄは収納ケース２の上部開口を閉塞する上蓋（上壁）、２ｆは収納ケース２の長手方向側の側壁である。

前記複数の電池モジュール３は、図２に示すように、前記収納空間３１において、収納ケース２の幅方向(図２中、上下方向）に２列の電池モジュール列群１５（１５Ａ，１５Ｂ）を構成している。各電池モジュール列群１５は、収納ケース２の長手方向に３個の電池モジュール３を直列にそれぞれ配設しており、その両電池モジュール列群１５の各電池モジュール３は対向した状態で隣り合っている。この場合、電池モジュール列群１５Ａと収納ケース２の幅方向他方側の側壁２ｂとの間には、隙間５１が形成されている。この２列の電池モジュール列群１５Ａ，１５Ｂの６つの電池モジュール３は、直列に接続されており、その直列状態の６つの電池モジュール３は、出力部４の端子４ａと４ｂとを接続している。

前記各電池モジュール列群１５の各電池モジュール３は、図３に示すように、上下方向（積層方向）に積層された複数の電池セル（ラミネート電池（例えばリチウムイオン電池））１６と、その複数の電池セル１６の積層状態を保持する一対の保持プレート４１Ａ，４１Ｂと、その一対の保持プレート４１Ａ，４１Ｂにより挟持される一対のコネクタ４２Ａ，４２Ｂとにより構成されている。各電池セル１６は、図５，図６に示すように、平面視長方形状の扁平な電池セル本体３２と、その電池セル本体３２を基準として長手方向両側外方に延出される正極端子２６ａ及び負極端子２６ｂとを備えている。電池セル本体３２は、セルケース１７と、そのセルケース１７内に収納保持される本体部１８とを有している（図５参照）。セルケース１７は、外形が平面視長方形状とされた枠状に形成されており、そのセルケース１７を順次、積み上げることにより、平坦な積層壁（側面）が形成される。本体部１８は、内部に密閉空間を形成する外装フィルム（ラミネートシート）を有しており、その外装フィルムの密閉空間内には、所定の起電力（例えば３．６Ｖ）を出力する薄型の電気デバイス要素が電解液と共に収納されている。正極端子２６ａ及び負極端子２６ｂは、本体部１８内部において電極であったものが、本体部１８の外装フィルムの両側から引き出されたものである。これら端子２６ａ，２６ｂは、セルケース１７の長手方向両側から外方に延出されており、その正極端子２６ａと負極端子２６ｂとの間の長さは、前記吸気口１０ａと１０ｂとの間の所定間隔に等しくされている。この正極端子２６ａ及び負極端子２６ｂには、電子セル本体３２の厚みに比して十分薄い金属製の薄板（例えば正極端子についてはアルミニウム板、負極端子については銅板）が用いられており、その各端子２６ａ，２６ｂは、その板面が電池セル本体３２の板面の向く方向同様、上下方向に向けられている。このような電池セル１６を上下方向に複数積層したものにおいては、電池セル本体層２８と端子層２９とを形成しており、電池セル本体層２８は、その周囲に平坦な積層壁を形成し、端子層２９は、複数の端子２６ａ（２６ｂ）がその隣り合う端子２６ａ（２６ｂ）間に隙間をあけつつ上下方向に重なった状態を形成する。この場合、積層された電池セル１６を直列接続するために、各電池セル１６は、正極端子２６ａと負極端子２６ｂとの配置が互い違いとなるように積層される。

前記一対の保持プレート４１Ａ，４１Ｂは、図３，図４に示すように、積層された複数の電池セル１６を上下から挟持している。各保持プレート４１Ａ，４１Ｂは、電池セル１６に対して幅方向（図４中、上下方向）においても、長手方向（図４中、左右方向）においても長くされた平面視長方形状の板体として形成されており、保持プレート４１Ａ，４１Ｂには、その各隅部（四隅）においてボルト４３が上下方向に延びるようにねじ込まれている。この４本のボルト４３のねじ込みにより保持プレート４１Ａ，４１Ｂ間の間隔が狭まり、その保持プレート４１Ａ，４１Ｂは、その長手方向内方側において、積層された電池セル１６の電池セル本体層２８を挟持する。この場合、上側の保持プレート４１Ａ，４１Ｂと電池セル本体層２８との間には、衝撃を緩和すべく、衝撃吸収材４４が介在されている。

前記一対のコネクタ４２Ａ，４２Ｂは、図３，図４に示すように、保持プレート４１Ａ（４１Ｂ）の長手方向両端部において、その保持プレート４１Ａ，４１Ｂにより挟持されている。各コネクタ４２Ａ（４２Ｂ）は、一対の保持プレート４１Ａ，４１Ｂにより、積層された複数の電池セル本体層２８及び衝撃吸収材４４と同時に挟持できる上下高さを有していると共に、一定幅をもってその保持プレート４１Ａ（４１Ｂ）の幅方向にその幅全体に亘って延びている。本実施形態においては、各コネクタ４２Ａ（４２Ｂ）として、図７〜図９に示すように、上下方向に重ねられた複数の分割部品４２ａ〜４２ｅが用いられており、その複数の分割部品４２ａ〜４２ｅには保持プレート４１Ａ（４１Ｂ）の長手方向端部の２本のボルト４３が上下方向に貫通されて、そのボルト４３を保持プレート４１Ａ（４１Ｂ）にねじ込むことにより複数の分割部品４２ａ〜４２eが一体化されることになっている。この複数の分割部品４２ａ〜４２eは、その一体化の際、端子層２９側において、上下に隣り合う分割部品同士が協働して、複数の保持孔４５を形成しており、その各保持孔４５は、上下に隣り合う電池セル１６の正極端子２６ａと負極端子２６ｂとを接触させた状態で保持している。また、各分割部品４２ｂ〜４２ｄには、図７に示すように、電圧検出プレート４６がそれぞれ設けられており、その各電圧検出プレート４６は、複数の分割部品４２ａ〜４２eが一体化したとき、保持孔４５内に臨んでその保持孔４５で保持される正極端子２６ａ、負極端子２６ｂのいずれかに密着することになっている。この密着性は、分割部品４２ａ〜４２ｅに対してボルト４３を貫通させることにより高められている。各電圧検出プレート４６は、内部配線４７を介してコネクタピン４８にそれぞれ接続されており、その各コネクタピン４８は、コネクタ４２Ａ（４２Ｂ）外面から外部に露出されている。これらコネクタピン４８に対して、電圧センサ（図示略）に連なる接続具４９が嵌合接続されており、個々の電池セル１６の電圧が常に検出されることになっている。このように、各電池モジュール３において、上下に隣り合う電池セル１６の正極端子２６ａと負極端子２６ｂとが接触した状態で保持されることになり、各電池モジュール３における複数の電池セル１６が直列に接続されると共に、その各電池セル１６の電圧が常にチェックされることになる。尚、図７〜図９の符号２６ｂｔは、電池モジュール３としての一方の出力端子（図７〜図９では負極端子）を示しており、電池モジュール３を直列に接続すべく、この出力端子２６ｂｔに対して隣り合う電池モジュール３の出力端子（正極端子）が結線（図示略）を介して接続されることになる。図示は略すが、電池モジュール３の他方の出力端子についても同様の処理がなされる。

このような電池モジュール３においては、さらに、発熱源が電池セル本体３２内であることに鑑み、前記積層された複数の電池セル１６の電池セル本体層２８に対して前記各コネクタ４２Ａ（４２Ｂ）が離間されて、その電池セル本体層２８と各コネクタ４２Ａ（４２Ｂ）との間に、図３，図４に示すように、冷媒通過通路である空気通路５０がそれぞれ形成されている。各空気通路５０は、電池セル本体層２８の平坦な積層壁、各コネクタ４２Ａ（４２Ｂ）内面、保持プレート４１Ａ（４１Ｂ）により区画されて、一定幅をもちつつ保持プレート４１Ａ（４１Ｂ）の幅方向に延びており、その各空気通路５０内には端子層２９が位置されている。これは、正極端子２６ａ、負極端子２６ｂの熱伝導率（例えばＣｕ：４０３Ｗ／ｍ・Ｋ Ａｌ：２３６Ｗ／ｍ・Ｋ）が、本体部１８の外装フィルム（ラミネートシート）の熱伝導率（０．２〜０．４Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも格段に大きく、その正極端子２６ａ、負極端子２６ｂが本体部１８内においては電極として延びていることから、その端子２６ａ、２６ｂを空気（図４中、矢印は空気の流れを示す）によって直接且つ積極的に冷却することにより、外部から冷却しにくい発熱部位である電極（電池セル本体３２内部）を熱伝導により効果的に冷却しようとしているのである。この場合、端子層２９には、図３に示すように、隣り合う端子２６ａ、２６ｂ間に十分な隙間が形成されていることから、空気の流れを阻害しない。

このような電池モジュール３は、前記各電池モジュール列群１５Ａ，１５Ｂにおいて、図２に示すように、その保持プレート４１Ａ（４１Ｂ）の長手方向を収納ケース２の長手方向に向けた状態で順次、配置されており、その電池モジュール列群１５Ａの各電池モジュール３と電池モジュール列群１５Ｂの各電池モジュール３とは互いに対向配置されている。このような配置状態は、例えば、各電池モジュール３における前記各ボルト４３を収納ケース２の底壁２ｃにねじ込むことにより固定される。これにより、各対向配置される電池モジュール３毎に、その両電池モジュール３の空気通路５０が連なることになり、収納ケース２内には、その幅方向一方側の側壁２ａからその幅方向他方側の側壁２ｂに至る複数の空気通路５０が形成されることになる。このような各空気通路５０には、前記各吸気口１０ａ〜１０ｆが対応して臨んでおり、吸気口１０ａ〜１０ｆと排気口１１とは、空気通路５０、前記隙間５１を介して連なることになる。

したがって、このようなバッテリパック１においては、ファン１２の駆動により、吸気口１０ａ〜１０ｆから空気が吸い込まれ、その空気は、図２の矢印で示すように、空気通路５０、隙間５１を通って排気口１１から排出される。このため、空気が空気通路５０を通る間に、各電池モジュール３における端子層２９の各端子２６ａ、２６ｂが直接的且つ積極的に冷却されることになり、外部から冷却しにくい発熱部位である各電池セル本体３２内部の電極を熱伝導により効果的に冷却できる。この結果、各電池セル１６に対する効果的な冷却に基づき、電池モジュール３に対する冷却性能を高めることができる。この場合、各電池セル１６の端子２６ａ，２６ｂ（正極端子又は負極端子）が空気の流れの作用を受けるが、その各電池セル１６の端子２６ａ，２６ｂがコネクタ４２Ａ（４２Ｂ）に保持されていることから、その空気の流れにより各電池セル１６の端子２６ａ，２６ｂが変形し或いはそれに起因する問題が生じることはない。
しかも、各電池セル１６の端子２６ａ，２６ｂだけを冷却することから、冷却個所を少なくすることができ、冷却系の小型化を図ることができる。

以上実施形態について説明したが本発明にあっては、次のような態様を包含する。
（１）下側保持プレート４１Ｂを省いて、上側保持プレート４１Ａと収納ケース２の底壁とで電池セル本体層２８を挟持すること。
（２）コネクタ４２Ａ（４２Ｂ）における各分割部品４２ａ〜４２ｅとして、弾性のある部材を用い、ボルト４３の締結により初めて、正極端子２６ａ又は負極端子２６ｂを電圧検出プレート４６に密着させること。すなわち、この場合には、各分割部品４２ａ〜４２ｅを互いに当接させることにより各保持孔４５を形成し、その各保持孔４５内に正極端子２６ａ及び負極端子２６ｂを挿入しても僅かな隙間が形成されるようにする。そしてこの後、ボルト４３の締結により保持プレート４１Ａと４１Ｂとによる挟持力が高められたときには、前記隙間を埋め、正極端子２６ａ又は負極端子２６ｂを電圧検出プレート４６に密着するようにする。

実施形態に係るバッテリパックを示す正面図。 図１に係るバッテリパックの上壁を除いた状態を示す平面図。 実施形態に係る電池モジュールを示す正面図。 図１に係る電池モジュールを示す平面図。 電池セルを説明する平面図。 図５に係る電池セルを示す正面図。 図４のＸ７−Ｘ７線断面図。 実施形態に係るコネクタの使用順序を説明する説明図。 図８の続きを説明する説明図。

符号の説明

１ バッテリパック
３ 電池モジュール
１６ 電池セル
２６ａ 正極端子
２６ｂ 負極端子
２８ 電池セル本体層
２９ 端子層
３２ 電池セル本体
４１Ａ 保持プレート
４１Ｂ 保持プレート
４２Ａ コネクタ
４２Ｂ コネクタ
４３ ボルト
４６ 電圧検出プレート
５０ 空気通路（冷媒通過通路）

Claims (7)

1. 電池モジュールが備えられ、
   前記電池モジュールが、電池セル本体を間に挟むようにして正極端子と負極端子とを設けた電池セルを複数備えており、
   前記複数の電池セルが、その端子特性が互い違いになるように順次、積層されていると共にその互い違いの端子同士を順次、接続することにより直列接続されているバッテリパックにおいて、
   前記互い違いの端子を接続した状態で保持するコネクタが備えられ、
   前記コネクタが、前記複数の電池セルが形成する電池セル本体層に対して離間されて、該電池セル本体層と該コネクタとの間に、冷媒を通過させるための冷媒通過通路が形成されている、
   ことを特徴とするバッテリパック。
2. 請求項１において、
   前記複数の電池セルが形成する電池セル本体層に対して、該複数の電池セルの積層方向内方に向けた保持力を付与する保持プレートが備えられている、
   ことを特徴とするバッテリパック。
3. 請求項２において、
   前記保持プレートが、一対の保持プレートからなり、
   前記一対の保持プレートが、前記複数の電池セルの積層方向両側において、前記電池セル本体層を挟持している、
   ことを特徴とするバッテリパック。
4. 請求項２において、
   前記コネクタに、前記互い違いの端子の保持域において電圧を検出するための電圧検出プレートが設けられ、
   前記保持プレートが、前記保持力を前記コネクタに対しても作用させるように設定されている、
   ことを特徴とするバッテリパック。
5. 請求項３において、
   前記一対の保持プレートが、前記コネクタも挟持している、
   ことを特徴とするバッテリパック。
6. 請求項４において、
   前記保持プレート及び前記コネクタに対して、前記複数の電池セルの積層方向においてボルトが貫通され、
   前記ボルトの締結力に基づき、前記保持プレートが前記電池セル本体層及び前記コネクタに対して前記保持力を作用させるように設定されている、
   ことを特徴とするバッテリパック。
7. 請求項５において、
   前記一対の保持プレート及び前記コネクタに対して、前記複数の電池セルの積層方向においてボルトが貫通され、
   前記ボルトの締結力に基づき、前記一対の保持プレートが、前記電池セル本体層及び前記コネクタに対して、前記複数の電池セルの積層方向内方に向けた挟持力を作用させるように設定されている、
   ことを特徴とするバッテリパック。
   
   

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