JP2015018643A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】拘束された複数の単電池を収容する電池パックについて体格の小型化を図る。【解決手段】電池積層体３を構成する各電池セルは、隣り合う電池セルと対向する主たる側面であって拘束バンド３７によって与えられる圧縮力を受ける圧縮力作用面３１０，３２０，３２１，３３０を有する。当該圧縮力作用面は、鉛直方向に対して傾く姿勢で設けられる。さらに、電池積層体３を構成する複数個の電池セルは、当該圧縮力作用面に直交する上端面３１２，３２２，３３２が、隣の一方側の単電池よりも突出し、一方の端の電池セル３１から他方の端の電池セル３３にわたって階段状に突出するように設けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、複数個の単電池をケースに収容する電池パックに関する。

特許文献１には、円柱形の単電池の集合体である電池スタックを備えた電池パックが開示されている。この電池パックは、円柱形状の単電池を横倒しにした姿勢で複数個束ね、ゴム製の弾性部材で拘束するものである。

特開２００９−２５２４６０号公報

特許文献１の電池パックは、単電池を横倒し姿勢にすることで高さ寸法を抑えることはできる。しかしながら、複数個の単電池は軸方向の端部を揃える姿勢で設置されるため、電池パックの横幅の長さは単電池の軸方向寸法よりも長くなる。したがって、特許文献１の電池パックは、横幅の長さについては小型化が図れない。

また、特許文献１の電池パックにおいて、円柱状の単電池の代わりに直方体状の単電池を用いる場合には、電池パックの寸法が単電池の長手方向に大きくなってしまうという問題がある。また、電池パックを車両等に搭載する場合には、シート下、車室の床下空間等の狭いスペースに設置することが要求される。このことは、電池パックを他の装置に搭載する場合にも、要求されうる。さらに、電池が所定の機能を発揮するためには、複数個の単電池に対して適正な拘束力を与えて一体に保持する必要がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、拘束された複数の単電池を収容する電池パックについて体格の小型化を図ることを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、開示する電池パックに係る発明のひとつは、電気的に接続される直方体状の単電池（３１，３２，３３）を複数個積層して構成される少なくともひとつの電池積層体（３）と、電池積層体を構成する複数個の単電池に対して積層方向に圧縮力を与えて拘束する拘束手段（３７）と、電池積層体及び拘束手段を収容するケース（２）と、を備え、
単電池のそれぞれは、隣り合う単電池と対向する主たる側面であって拘束手段によって与えられる圧縮力を受ける圧縮力作用面（３１０，３２０，３２１，３３０）を有し、圧縮力作用面が鉛直方向に対して傾く姿勢で設けられ、
さらに、電池積層体を構成する複数個の単電池は、圧縮力作用面に直交する端面（３１２，３２２，３３２）が、隣の一方側の単電池よりも突出し、一方の端の単電池（３１）から他方の端の単電池（３３）にわたって階段状に突出するように設けられることを特徴とする。

この発明によれば、鉛直方向に対して傾く圧縮力作用面を有する複数個の単電池を適正に拘束できる。さらに、鉛直方向に傾斜する姿勢の複数個の単電池を、圧縮力作用面に直交する端面が、隣の一方側の単電池よりも突出し、一方の端の単電池から他方の端の単電池にわたって階段状に突出するように設けるという特徴を有する。これにより、少なくともひとつの電池積層体について、鉛直方向の寸法を小さく設定することができる。

したがって、電池積層体がケース内において占有するスペースを鉛直方向に抑えることができるので、高さ寸法を抑制できるケースを提供できる。以上より、この発明によれば、複数個の単電池を拘束する電池積層体を有し、体格の小型化が図れる電池パックを提供できる。

なお、特許請求の範囲および上記各手段に記載の括弧内の符号ないし説明は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を分かり易く示す一例であり、発明の内容を限定するものではない。

本発明の一例である電池パックについて、構成と電池冷却のための空気の流れとを説明するための概要図である。 電池パックについて、電池積層体、拘束手段に係る構成を説明するための拡大図である。 電池パックについて、電池セル間に設けた流体通路を示す拡大図である。

（実施形態）
本発明の一例である電池パック１について図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、電池パック１における電池冷却のための空気流れを示し、ケース２の内部の構成を示す概要図である。電池パック１は、例えば内燃機関と電池に充電された電力によって駆動されるモータとを組み合わせて走行駆動源とするハイブリッド自動車、モータを走行駆動源とする電気自動車等に用いられる。電池パック１に含まれる複数個の電池セルは、例えばニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、有機ラジカル電池である。

電池パック１は、少なくともひとつの電池積層体３と、拘束手段と、電池積層体３及び拘束手段を収容するケース２とを備える。図１に図示するように、複数個の電池積層体３は、積層設置される。各電池積層体３は、電池セルの上部側、流体流れの上流側に位置するバスバー３５によって電気的に直列接続され、かつ積層設置された複数個の電池セルを含んで構成される。ケース２は、少なくとも一つの電池積層体３を収容する。

各電池セルは、電気絶縁性を有する樹脂または金属の外装ケースによって密閉の内部空間を形成し、扁平状の直方体をなす外形を呈する単電池である。各電池セルには、正極端子及び負極端子からなる二つの電極端子が外装ケースの一面から突出している。電極端子の突出方向は、電池セルの厚み方向や電池セルの積層方向に対して直交する方向である。電極端子は、扁平状の直方体の主たる側面に直交する端面から突出する。この主たる側面は、隣り合う電池セルと対向する面であって、拘束手段による圧縮力が作用する圧縮力作用面でもある。この主たる側面は、扁平状の直方体において最も表面積の大きい面である。

電池セルの外装ケースは、例えば、絶縁性を有するあらゆる樹脂または金属で形成される。樹脂の場合は、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、塩化ビニル、フッ素系樹脂、ＰＢＴ、ポリアミド、ポリアミドイミド、ＡＢＳ樹脂、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルファイド、フェノール、エポキシ、アクリル等の樹脂を用いることができる。

拘束手段は、電池積層体３を構成する複数個の電池セルに対して積層方向に圧縮力を与えて拘束する。拘束手段は、電池積層体３において積層方向の両端部を挟むようにして積層方向に圧縮力を与える装置、電池積層体３の外周に巻きついて圧縮力を与える装置等、種々の装置によって構成することができる。

各電池積層体３は、主たる側面が鉛直方向に対して傾くような姿勢で設けられている。電池積層体を構成する電池セルのそれぞれは、隣り合う電池セルと対向する主たる側面に拘束手段による圧縮力を受ける。当該側面は、圧縮力作用面である。各電池セルは圧縮力作用面が鉛直方向に対して傾く姿勢で設けられる。電池セル３１は、電池セル３２と対向する圧縮力作用面３１０を有する。電池セル３２は、圧縮力作用面３１０と対向する圧縮力作用面３２０と、電池セル３３と対向する圧縮力作用面３２１とを有する。電池セル３３は、圧縮力作用面３２１と対向する圧縮力作用面３３０を有する。

一方の端の電池セル３１は、その下端面３１２Ａが、電池積層体３を構成する電池セルの中で、積層方向に直交し、かつ斜め下方に向かう方向（図２の突出方向とは反対方向）へ、最も突出するように設けられる。他方の端の電池セル３３は、その上端面３３２が、３個の電池セルの中で、図２の突出方向へ、最も突出するように設置されている。

各電池セルにおいて、上端面３１２，３２２，３３２（第１の端面）は、隣の一方側の電池セルよりも積層方向に直交する斜め上方へ突出する。これにより、電池積層体３は、一方の端の電池セル３１から他方の端の電池セル３３にわたって階段状に斜め上方へ突出するように設けられる。

各電池セルにおいて、下端面３１２Ａ，３２２Ａ，３３２Ａ（第２の端面）は、隣の他方側の電池セルよりも積層方向に直交する斜め下方へ突出する。これにより、電池積層体３は、他方の端の電池セル３３から一方の端の電池セル３１にわたって階段状に斜め下方へ突出するように設けられる。

図１に示すように、電池パック１に含まれる複数個の電池積層体３は、鉛直方向について同じ高さに位置するように設けられる。さらに電池積層体３を構成する複数個の電池セルは、電池セルの上端面の位置が鉛直方向について揃うように設けられている。これにより、鉛直方向に対して傾いた姿勢で設置されている複数個の電池セルは、その集合体が占有する鉛直方向の長さ寸法を短くするように設置される。

図１及び図２に示すように、電池パック１は、拘束手段として、各電池積層体３に対して、セルの積層方向の圧縮力を提供する拘束バンド３７を備える。電池パック１は複数個の電池積層体３を有し、電池積層体３には、３個の電池セル３１，３２，３３から構成されるものと、２個の電池セル３１，３２から構成されるものとがある。したがって、電池パック１は、３個の電池セル３１，３２，３３の積層体を一体に拘束する拘束バンド３７と、２個の電池セル３１，３２の積層体を一体に拘束する拘束バンド３７と、を備える。

電池セル３１、電池セル３２、及び電池セル３３は、同程度の傾きで拘束手段である拘束バンド３７によって一体に保持されている。拘束バンド３７は、電池積層体３における一方の端に位置する電池セル３１と他方の端に位置する電池セル３３とに巻きつくように設けられて、電池積層体３に圧縮力を与える。

拘束バンド３７は、電池セル３１、通路用スペーサ６、電池セル３２、通路用スペーサ６、電池セル３３を積層して構成される電池積層体３の周囲に巻きついて、電池積層体３の外周を締め上げるように拘束する。拘束バンド３７は、電池積層体３を安定した力で押圧して一体化できるように、金属、硬質の樹脂等の強度に優れた材料でできた帯状の部材である。

一方の端の電池セル３１は、電池積層体３を構成する電池セルの中で、最も上方となる位置で拘束バンド３７によって拘束されている。他方の端の電池セル３３は、電池積層体３を構成する電池セルの中で、最も下方となる位置で拘束バンド３７によって拘束されている。真ん中の電池セル３２は、ほぼ中央の位置で拘束バンド３７によって拘束されている。

このように、一方の電池セル３１と他方の電池セル３３における図２の突出方向のオフセット長さは、積層方向の両端に位置する電池セル３１と電池セル３３の両方に拘束バンド３７を巻きつけることができる範囲に設定される。すなわち、当該オフセット長さは、前述の範囲内であれば、図２に図示する長さよりも長く設定することもできるし、短く設定することもできる。当該オフセット長さが前述の範囲内であれば、３個の電池セル３１，３２，３３を一体の積層体として拘束できるのである。

送風機４は、ケース２に収容された複数個の電池セルを冷却する流体を、ケース２の内部に構成した循環通路５に循環させる流体駆動手段の一例である。電池冷却のための流体としては、例えば、空気、各種のガス、水、冷媒を用いることができる。送風機４は、循環通路５に空気を強制的に循環させる流体駆動手段である。

送風機４は、モータ４１と、モータ４１により回転されるシロッコファン４０と、シロッコファン４０を内蔵するケーシング４２とを備える。また、ケーシング４２は、循環通路５の一部である流入通路５４を形成する。送風機４は、制御装置によって制御される。各電池セルは、電流が取り出される出力時及び充電される入力時に自己発熱する。電池監視ユニットは電池セルの温度を常時モニターし、送風機４の運転はモニターされる電池セルの温度に応じて制御される。

積層設置される電池積層体３のそれぞれは、図２及び図３に図示するように、隣の電池積層体３との間に所定の間隔をあけて設置されている。この間隔には、電池セルを冷却するための流体が流通する流体通路としての電池間通路５２が設けられている。また、各電池積層体３に含まれる隣り合う電池セル間には、流体通路としての電池間通路５２が設けられている。これらの電池間通路５２は、循環通路５の一部であり、例えば、通路用スペーサ６によって形成されている。

また、上述したように、各電池積層体３に含まれる隣り合う電池セル間は、バスバー３５によって電気的に接続される。隣り合う電池積層体間は、バスバー３５によって電気的に接続される。このため、電池パック１に含まれるすべての電池セルは、電気的に直列接続される。

バスバー３５には、電池セルの放熱手段として、放熱面積を拡大するフィン３６が設けられている。バスバー３５は、導電性の金属板からなる放熱用バスバーである。この放熱用バスバーを構成するためには、バスバー３５を構成する銅部材を鍛造したり切り起こしたりしてフィン３６を形成することができる。また、バスバー３５に別体のフィン３６を接合、例えば溶接するようにしてもよい。

通路用スペーサ６は、図３に図示するように、隣り合う電池セルに挟まれて、電池セル間を複数個に分割する電池間通路５２を形成する。通路用スペーサ６は、その横断面形状が全体としてＳ字の連続体を呈し、この横断面形状が電池セルの上記主たる側面の全体にわたって存在する部材である。当該Ｓ字構造は、第１の橋絡部６１、第１の基台部６２、第２の橋絡部６３、第２の基台部６４、及び第３の橋絡部６５が連結することで形成される。

第１の橋絡部６１は、第１の基台部６２と一体に結合し、積層方向に平行な板状部をなす。第１の橋絡部６１は、電池間通路５２を積層方向に横断し、対向する主たる側面間を橋渡す形状の部分である。第１の橋絡部６１は、第１の基台部６２との結合部分の反対側に位置する先端部分が主たる側面（例えば圧縮力作用面３３０）に対して直角に接触する。

第１の基台部６２は、第１の橋絡部６１と第２の橋絡部６３とを連絡する部分であり、主たる側面（例えば圧縮力作用面３２１）に沿った板状部をなす。第１の基台部６２は、その表面全体が圧縮力作用面３２１に密着する。

第２の橋絡部６３は、第１の基台部６２と一体に結合し、積層方向に平行な板状部をなす。第２の橋絡部６３は、電池間通路５２を積層方向に横断し、対向する主たる側面間を橋渡す形状の部分である。第２の橋絡部６３は、第１の基台部６２との結合部分の反対側に位置する部分が主たる側面（例えば圧縮力作用面３３０）に対して直角に接触する。

第２の基台部６４は、第２の橋絡部６３と第３の橋絡部６５とを連絡する部分であり、主たる側面（例えば圧縮力作用面３３０）に沿った板状部をなす。第２の基台部６４は、その表面全体が圧縮力作用面３３０に密着する。

第３の橋絡部６５は、第２の基台部６４と一体に結合し、積層方向に平行な板状部をなす。第３の橋絡部６５は、電池間通路５２を積層方向に横断し、対向する主たる側面間を橋渡す形状の部分である。第３の橋絡部６５は、第２の基台部６４との結合部分の反対側に位置する部分が圧縮力作用面３２１に対して直角に接触する。

通路用スペーサ６は、このような横断面がＳ字構造またはコの字構造をなす複数の部分が繰り返されることにより、構成される。そして、一つの電池間通路５２は、対向する２つの橋絡部、一つの基台部、及び主たる側面とで囲まれて区画される通路である。このように、隣り合う電池セル間に通路用スペーサ６を備える場合、各基台部が電池セルを直接押圧して、圧縮力を作用させる。各橋絡部は、電池セルが各基台部を押し返す反作用力を受け、基台部を支える。

さらに、通路用スペーサ６は、例えば、電池積層体３において、一方の端の電池セル３１と隣の電池セル３２との間と、他方の端の電池セル３３と隣の電池セル３２との間と、にそれぞれ設けられる。したがって、複数の電池間通路５２は、隣り合う電池セル間のそれぞれにおいて、電池セルの主たる側面に沿って筋状に延びるように設けられる。

図２に示すように、電池セル３１，３２，３３の積層体は、下部、すなわち、流体流れの下流端部が下部支持部材３４によって支えられている。下部支持部材３４は、第２の端面である下端面３１２Ａ，３２２Ａ，３３２Ａに接触して、電池セル３１，３２，３３を下方から支持する部材である。一方の端の電池セル３１は、その主たる側面３１１が側面支持部３４０に接触して支持される。他方の端の電池セル３１は、その主たる側面３３１が側面支持部３４１に接触して支持される。側面支持部３４０は、下部支持部材３４における一方端、すなわち、支持台部３４２の端部から立設する壁部である。側面支持部３４１は、下部支持部材３４における他方端、すなわち、支持台部３４４の端部から立設する壁部である。

下部支持部材３４には、隣り合う電池セルの間に位置する貫通穴３４６，３４７が設けられている。貫通穴３４６は、電池セル３１の下端面３１２Ａの全体に接触する支持台部３４２と、電池セル３２の下端面３２２Ａの全体に接触する支持台部３４３との間に位置する部分を貫通する穴部である。貫通穴３４６は、電池セル３１と電池セル３２の間に並ぶ複数個の穴部であってもよいし、一つの細長い矩形状の穴部であってもよい。

支持台部３４２、支持台部３４３、支持台部３４４は、段々と斜め下方へ突出する位置に設けられる。電池セル３１，３２，３３は、それぞれ支持台部３４２，３４３，３４４に載置されるので、下端面３１２Ａ，３２２Ａ，３３２Ａも段々と斜め下方に突出する階段状をなす。

貫通穴３４７は、支持台部３４３と、電池セル３３の下端面３３２Ａの全体に接触する支持台部３４４との間に位置する部分を貫通する穴部である。貫通穴３４７は、電池セル３２と電池セル３３の間に並ぶ複数個の穴部であってもよいし、一つの細長い矩形状の穴部であってもよい。貫通穴３４６、貫通穴３４７は、それぞれ、流体流れの上流側が電池間通路５２に連通し、流体流れの下流側が集合通路５３に連通する。集合通路５３と流入通路５４とは、集合ダクト５３０とケーシング４２とを接続するダクト部４２０によって、連通する。

下部支持部材３４は、ケース２の底板２２側に位置する集合ダクト５３０に接続されている。これにより、循環通路５の一部である、複数個の電池間通路５２は、天板２０側でそれぞれ独立した空気の入口部を備え、底板２２側で一つの集合通路５３に集まる空気の出口部を備える。集合通路５３は、所定の間隔をあけて並ぶすべての電池セルの下方部からケーシング４２の吸込み口までにわたって底板２２に沿って延び、流入通路５４に繋がっている。流入通路５４は、循環通路５の一部であり、ケース２の内部に設けられ、各電池セルと熱交換した後の空気が吸い込まれる通路である。

したがって、送風機４に送風されて天板側通路５１に達した空気は、上部の入口部から各電池間通路５２に流入する。天板側通路５１は、天板２０と複数個の電池セルとの間に形成される通路である。循環流を形成する空気は、天板側通路５１を流れながら、バスバー３５及びフィン３６に接触して熱交換し、各電池セルを冷却する。

そして、空気は、各電池間通路５２を流れるときに、各電池セルの外表面から吸熱して各電池セルを冷却する。各電池セルを冷却した空気は、それぞれ、集合ダクト５３０内の集合通路５３に集められ、流入通路５４を通して送風機４に吸入される。送風機４に吸入された空気は、再び吹出し通路５０を介して天板側通路５１に至り、再び電池セルと熱交換する。この場合、電池セルの放熱手段の一つは、セルの外装ケース面、バスバー３５及びフィン３６である。

ケース２は、例えば、メンテナンスのために少なくとも一面を取り外し可能に構成された直方体状の筐体であり、樹脂成型品または金属製の鋼板でできている。金属は、例えばアルミニウム合金、亜鉛合金等である。樹脂は、ケース２としての硬度、強度が確保でき、かつ放熱性が確保できる材料である。例えば、ポリカーボネート、ナイロン、超高分子量ポリエチレン、架橋ポリオレフィン等の耐衝撃性プラスチック、ガラス繊維等を含む繊維強化プラスチック、炭素繊維樹脂等を採用できる。

また、ケース２には、車両側にボルト締め等により固定するための取付部、及び機器収納ボックスを設けるようにしてもよい。当該機器ボックスには、各種センサからの電圧、温度等の検出結果が入力される電池監視ユニットと、当該ユニットと通信可能でＤＣ／ＤＣコンバータの電力授受や流体駆動手段の運転を制御する制御装置と、各機器を接続するワイヤハーネス等と、が収納される。電池監視ユニットは、各電池セルの状態（温度、電圧等）を監視する電池の電子式制御ユニットであり、電池セルと多数の配線によって接続されている。

ケース２の内部には、送風機４によって強制的に流れる空気の循環経路をなす循環通路５が形成されている。循環通路５は、ケース２の内部に形成される空気が循環する通路である。循環通路５は、送風機４により送風された空気が電池セルと熱交換した後、送風機４に吸い込まれる一連の空気の流通経路をなす。図１に図示するように、循環通路５は、流入通路５４、吹出し通路５０、天板側通路５１、電池間通路５２及び集合通路５３を結ぶ一連の通路で構成される。

ケース２は、内部の空間を包囲する複数の壁面からなる箱形を呈し、アルミニウム板または鉄板の成型品で形成されている。ケース２は、例えば少なくとも６面を有する箱体である。ケース２は、複数のケース体を接合して組み立てることにより、内部に箱体状の空間を形成して作製することができる。また、ケース２の複数の壁面のうち、所定の壁面には、放熱面積を大きくするために凸部または凹部を形成するようにしてもよい。

流入通路５４は、ケーシング４２の吸込み口を含み、シロッコファン４０の回転軸方向に延びる通路で、シロッコファン４０によって吸い込まれる空気が通る。シロッコファン４０は、図１に図示するように、ケース２の内部空間の下部であってケース２の側板２１に近接するように設置されている。モータ４１は、側板２１とシロッコファン４０との間に設置されている。シロッコファン４０の回転軸は、ケース２の天板２０に平行となる姿勢で設置される。流入通路５４は、電池セル側に位置する通路であり、集合通路５３に接続される。すなわち、ケーシング４２の吸込み口は、集合通路５３を形成する集合ダクト５３０に接続される。

さらにケーシング４２は、循環通路５の一部である吹出し通路５０を形成する。吹出し通路５０は、シロッコファン４０の回転軸に直交するファンの遠心方向に延びる通路である。吹出し通路５０は、流入通路５４に直交する方向に延びる通路である。したがって、吹出し通路５０は、ケース２の内部空間において上方に延びる。ケーシング４２の吹出し部は、上方に延びる送風ダクト４２１に接続される。送風ダクト４２１は、ケース２の天板２０近くの部位で開口する。この構成により、吹出し通路５０は、ケース２の内部空間において天板２０近くの部位まで連通する。

循環通路５は、送風ダクト４２１、集合ダクト５３０及びケーシング４２によって形成された通路ではケース２の壁面に露出せず、天板側通路５１においてケース２の壁面に対して露出する通路を構成する。循環通路５は、送風機４の運転によってケース２内を循環する循環空気が、ケース２を形成する複数の壁面のうち、少なくとも一つの壁面に接触しながら流れる通路部分を含む。この空気循環の過程で空気が接触する壁面の一つが天板２０であり、天板２０に接触しながら空気が流れる通路部分の一つが天板側通路５１である。送風機４の運転によって吹出し通路５０を通って天板２０近くに至った空気は、電池セルに接触等して熱交換した後、天板側通路５１を流れる空気である。この循環空気は、天板側通路５１を流れ、さらに各電池間通路５２に流入し、再び電池セルと熱交換することになる。

循環空気は天板側通路５１を流れる際に、電池セルとの熱交換時に吸熱した熱を天板２０を通してケース２の外部に放熱する。天板２０を通して放出された熱は、自然対流によってケース２の外部に放熱される。したがって、天板２０の全体が、ケース２内に収容された電池セルの熱を外部に放出する際の放熱面として機能することになる。また、循環通路５を循環する空気が天板側通路５１を流れる際に接触する天板２０は、ケース２を形成する複数の壁面のうち、最も大きい表面積を有する壁面であることが好ましい。放熱面である天板２０がケース２の壁面において表面積の最も大きい壁面であることにより、外部への放熱効果を大きくでき、電池の効果的な冷却を実施できるからである。例えば、ケース２が直方体である場合など、最も大きい表面積を有する壁面が複数ある場合には、その一つが天板２０に相当する。

電池パック１は、ケース２内で循環する空気の一部がケース２の外部に漏れ出る排出通路７０を有する。排出通路７０は、ケース２の内部と外部とを連通する通路である。排出通路７０は、循環する空気が天板側通路５１を流れる際に接触する天板２０を除く他の壁面に開口する通路である。排出通路７０は、集合ダクト５３０の下方に位置する底板２２を貫通してケース２の内部と外部とを連通する。排出通路７０は、ケース２を貫通する小径の穴によって形成され、さらにこの穴の周囲には、他の部分よりも薄肉の円環部が形成されている。この小径の穴は、外部の空気がケース２の内部に取り込まれず、ケース２の内部空気が循環通路５を循環し続ける通常の状況では、排出通路７０を通して空気が外部に排出されない大きさに設定されている。

排出通路７０には、圧力弁７の作動状態に応じて空気が流通する。排出通路７０は、ケース２の内部圧力が何らかの現象によって高圧になったり、ガスの噴出が発生したりすると、圧力弁７が作動し、循環通路５からあふれた空気が外部に排出される通路である。当該状況になることにより、底板２２付近の空気が押し出されて、排出通路７０を通してケース２の外部に漏れ出る。

排出通路７０は、循環通路５のうち、送風機４から送風された空気が電池セルと熱交換するときに通る電池間通路５２よりも下流であって、かつ流入通路５４よりも上流に位置する箇所に設けられる。したがって、排出通路７０は、循環通路５を循環する空気が電池セルと熱交換した後に、その一部が循環通路５からあふれて漏れ出る通路である。したがって、ケース２の内部空間は、排出通路７０を除き、密閉された空間を形成する。

また、電池パック１は、複数個の電池セルの充電及び放電または温度調節の制御に関わる電子部品（図示せず）を備えるものであってもよい。当該電子部品は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ、インバータによって制御される電子部品、各種の電子式制御装置等である。当該電子部品は、ケース２の内部に収容するようにしてもよい。また、当該電子部品は、ケース２の内部において循環通路５に設置されることにより、空気の循環によって電池セルとともに冷却することができる。

また、ケース２の内部には、電池セルの少なくとも電圧と温度とを監視するセル監視ユニット、ジャンクションボックス、サービスプラグ等を内蔵するようにしてもよい。

第１実施形態の電池パック１によれば、電池積層体３を構成する各電池セルは、隣り合う電池セルと対向する主たる側面であって拘束バンド３７によって与えられる圧縮力を受ける圧縮力作用面３１０，３２０，３２１，３３０を有する。当該圧縮力作用面は、鉛直方向に対して傾く姿勢で設けられる。さらに、電池積層体３を構成する複数個の電池セルは、当該圧縮力作用面に直交する上端面３１２，３２２，３３２が、隣の一方側の電池セルよりも突出し、一方の端の電池セル３１から他方の端の電池セル３３にわたって階段状に突出するように設けられる。

この構成によれば、鉛直方向に対して傾くそれぞれの圧縮力作用面３１０，３２０，３２１，３３０を有する複数個の電池セル３１，３２，３３を適正に拘束することができる。さらに、鉛直方向に傾斜する姿勢の複数個の電池セル３１，３２，３３を、上端面３１２，３２２，３３２が隣の一方側の電池よりも突出し一方の端の電池から他方の端の電池にわたって階段状に突出するように設けるという特徴的構成が得られる。これにより、電池パック１が有する少なくともひとつの電池積層体３について、鉛直方向の寸法を小さく設定することができる。したがって、電池積層体３がケース２内において占有するスペースを鉛直方向に抑えることができるので、高さ寸法を抑制できるケースを提供でき、体格の小型化が図れる電池パック１を提供できる。

また、電池パック１は、複数個の電池積層体３を備える。複数個の電池積層体３は、鉛直方向について同じ高さに位置するように設けられる。この構成によれば、複数個の電池積層体３について鉛直方向の位置を揃えるため、電池パック１に含まれるすべての電池が占める体格をコンパクトの形成することができる。したがって、電池パック１の小型化が図れるので、電池パック１の搭載性を向上することができる。

また、電池パック１は、電池セルを冷却するための流体をケース２の内部に流す流体駆動手段と、隣り合う電池セルの間に設けられる電池間通路５２と、を備える。流体駆動手段は、流体をすべての電池間通路５２に流通させ、かつケース２の内部に循環流を形成する。この構成によれば、すべての電池セル間に冷却用流体を流し、循環流を形成する手段を有することにより、ケース２の小型化と電池冷却との両方を実現することができる。

また、電池セルにおいて下端面３１２Ａ，３２２Ａ，３３２Ａをなす第２の端面は、隣の他方側の電池セルよりも突出するように、他方の端の電池セル３３から一方の端の電池セル３１にわたって階段状に突出する。第２の端面を下方から支持する部材であって、下部支持部材３４において、隣り合う電池セルの間に位置するように設けられた貫通穴３４６，３４７は、電池間通路５２に連通する。この構成によれば、電池セルの下端面を支持して位置決めの役割を果たすとともに、冷却用流体を円滑に流す流体通路の一部を構成する部材を提供することができる。

さらに、電池積層体３を構成する複数個の電池セルは、上端面の位置が鉛直方向について揃うように設けられている。この構成によれば、電池セルの上端面の位置を揃えるため、少なくともひとつの電池積層体３が占める体格について、電池セルを傾斜させない姿勢で設ける場合に比べて、高さ寸法を小さくすることができる。したがって、さらにケース２の高さ寸法を抑えることができる。これにより、電池パック１の設置場所について、選択肢が増加し、電池パック１の搭載性の向上が図れる。例えば、高さが低い場所に電池パック１を設置することができる。

また、拘束手段は、圧縮力を与えるように、電池積層体３における一方の端の電池セル３１と他方の端の電池セル３３とに巻きつく拘束バンド３７であることが好ましい。この構成によれば、電池積層体３を束にして拘束するために、占有スペースを小さくして場所を取らない構造を提供できる。

また、ケース２の内部に形成する循環流によって、電池を冷却するため、送風機４等から発生する騒音がケース２の外部へ伝搬することを抑制することができる。さらに、循環流によって、ケース２の内部を十分にかき混ぜることができるため、電池セルに対する吸熱効果を高めることが可能である。

さらに、ケース２の内部に設けられた循環通路５は、ケース２を形成する複数の壁面に囲まれている。このように、循環通路５を取り囲むケース２の複数の壁面を放熱媒質として活用することができるので、外部への放熱面積を大きくでき、ケース２の外部へ放熱を促進することができる。これにより、電池の発熱を効果的にケース２の外部に排熱する熱経路を構築するこができる。すなわち、ケース２の壁面全体を放熱面積として活用する効果的な電池冷却を実現できるのである。

また、循環通路５は、循環する空気が、ケース２を形成する複数の壁面のうち、少なくとも一つの壁面（例えば、天板２０）に接触しながら流れる通路部分（例えば、天板側通路５１）を含んでいる。この構成によれば、例えば、天板側通路５１が循環通路５の一部を構成するため、循環空気が天板側通路５１を流れる際に、天板２０を通じてケース２の外部に放熱させることができる。このようにケース２の少なくとも一つの壁面を放熱媒質として活用することができるので、外部への放熱面積を確保でき、電池の発熱を効果的にケース２の外部に排熱する熱経路を構築するこができる。

また、循環する流体が上記通路部分（例えば、天板側通路５１）を流れる際に接触する壁面（例えば、天板２０）は、ケース２を形成する複数の壁面のうち、最も大きい表面積を有する壁面であることが好ましい。この構成によれば、放熱面を構成する壁面がケース２の壁面において表面積の最も大きい壁面であることにより、外部への放熱効果を大きくでき、電池冷却の効果をさらに大きくできる。このケース２には、最も大きい表面積を有する壁面が複数ある場合も含まれる。

また、循環する流体が上記通路部分（例えば、天板側通路５１）を流れる際に接触する壁面は、ケース２を形成する複数の壁面のうち、ケース２の上部に位置し側板２１に対して直交する面をなす上壁面（例えば、天板２０）であることが好ましい。

発明者の検証によれば、電池の熱がケース２の外部に放出される一つの放熱態様として、循環通路５を流通する流体と当該流体が接触するケース２の壁面とを介した輻射伝熱によるものであることがわかっている。さらに、この輻射伝熱については、ケース２を形成する複数の面のうち、上部に位置する上壁面を介した放熱量が顕著であることがわかっている。そこで、上記構成によれば、循環通路５を循環する空気をケース２の上壁面（例えば、天板２０）に接触させることにより、輻射伝熱を促進して、効果的なケース外部への放熱を実施することができる。

また、排出通路７０は、所定の圧力が作用したときに開放する通路で構成されることにより、所定の圧力条件を満たした場合にケース２の内部に対する空気の流入、流出が行われる。これにより、不必要な空気の流入、排出を防止でき、騒音抑制効果を確実に得ることができる。また、この構成は、ケース２の内部の温度を低下させたくない場合には、不要な温度低下を抑制して、電池セルの温度を適温に維持することにも寄与する。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものである。

上記実施形態の拘束バンド３７は、電池積層体３の積層方向の両端部を１組のエンドプレートによって挟むことで、圧縮力を加える拘束手段に書き換えることができる。この場合、１組のエンドプレートは、交互に積層された電池セルと通路用スペーサ６とを含んで構成される電池積層体３の両側に設けられる板状の部材である。この１組のエンドプレートは、両方のエンドプレートを貫通する複数個の拘束用ボルト部材をナット締めすることによって、互いの間隔が狭まる方向に移動して、電池積層体３に対して圧縮力を加える。

拘束用ボルト部材は、一端部にボルト部を有し、他端部に所定長さの雄ねじ部を有する。各拘束用ボルト部材の雄ねじ部に螺合したナットを締め付けていくと、ボルト部とナットの間隔が狭まり、電池積層体３は１組のエンドプレートによって両側から挟み込まれる。このようにして電池積層体３には、複数個の拘束用ボルト部材による圧縮力を作用させることができる。拘束用ボルト部材は、積層された複数個の電池セルを安定した力で押圧して一体化できるように、金属、硬質の樹脂等の強度に優れた材料で形成される。

上記実施形態において、通路用スペーサ６は、その横断面形状が全体としてＳ字形またはコの字形の連続体を呈するものであるが、この形態に限定されない。例えば、通路用スペーサ６は、電池セルの主たる側面との接触面積が小さい波形状の横断面形状を呈するもので構成してもよい。

上記実施形態において、ケース２の内部に設けられる送風機４には、シロッコファンの他、軸流ファン、ターボファン等を用いることができる。

上記実施形態のケース２において、最も表面積の大きい壁面は、ケース２の天面に相当するが、当該壁面は、天面や底面に限定されず、側面やその他の面であってもよい。

１…電池パック
２…ケース
３…電池積層体
３１，３２，３３…電池セル（単電池）
３７…拘束バンド（拘束手段）
３１０，３２０，３２１，３３０…圧縮力作用面
３１２，３２２，３３２…上端面（第１の端面）

Claims (6)

1. 電気的に接続される直方体状の単電池（３１，３２，３３）を複数個積層して構成される少なくともひとつの電池積層体（３）と、
   前記電池積層体を構成する前記複数個の単電池に対して積層方向に圧縮力を与えて拘束する拘束手段（３７）と、
   前記電池積層体及び前記拘束手段を収容するケース（２）と、
   を備え、
   前記単電池のそれぞれは、隣り合う単電池と対向する主たる側面であって前記拘束手段によって与えられる圧縮力を受ける圧縮力作用面（３１０，３２０，３２１，３３０）を有し、前記圧縮力作用面が鉛直方向に対して傾く姿勢で設けられ、
   さらに、前記電池積層体を構成する前記複数個の単電池は、前記圧縮力作用面に直交する端面（３１２，３２２，３３２）が、隣の一方側の単電池よりも突出し、一方の端の単電池（３１）から他方の端の単電池（３３）にわたって階段状に突出するように設けられることを特徴とする電池パック。
2. 前記電池積層体を複数個備え、
   前記複数個の電池積層体は、鉛直方向について同じ高さに位置するように設けられることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記単電池を冷却するための流体を前記ケースの内部に流す流体駆動手段（４）と、前記隣り合う単電池の間に設けられる流体通路（５２）と、を備え、
   前記流体駆動手段は、前記流体をすべての前記流体通路に流通させ、かつ前記ケースの内部に循環流を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池パック。
4. 前記端面は、前記単電池において上端面をなす第１の端面（３１２，３２２，３３２）であり、
   前記単電池において下端面をなす第２の端面（３１２Ａ，３２２Ａ，３３２Ａ）は、隣の他方側の単電池よりも突出するように、他方の端の単電池（３３）から一方の端の単電池（３１）にわたって階段状に突出し、
   前記第２の端面を下方から支持する部材であって、前記隣り合う単電池の間に位置する貫通穴（３４６，３４７）が設けられる下部支持部材（３４）を備え、
   前記貫通穴は、前記流体通路に連通することを特徴とする請求項３に記載の電池パック。
5. 前記電池積層体を構成する前記複数個の単電池は、前記端面の位置が前記鉛直方向について揃うように設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の電池パック。
6. 前記拘束手段は、前記圧縮力を与えるように、前記電池積層体における前記一方の端の単電池（３１）と前記他方の端の単電池（３３）とに巻きつく拘束バンド（３７）であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の電池パック。

Images