JP2015230827A - 電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】電池システムに搭載されるガスダクトを気密性が高く、かつ低コストで作成する。【解決手段】電池ブロックは、それぞれの電池セルのガス排出弁が同一面に配置されるように、複数の電池セルが配列されて形成される。ボトムプレート４０は、電池ブロックのガス排出弁が配置される第１面の反対面から電池ブロックを支持する。トップカバー３０は、電池ブロックの第１面の方向から電池ブロックを覆う。トップカバー３０の天面の内側から、電池ブロックの第１面に当接してガスダクトを形成するためのリブ３１が延び出している。【選択図】図５

Description

本発明は、複数の電池セルが積層された電池システムに関する。

近年、ハイブリットカー、電気自動車が普及してきている。それらの車両には走行用モータが搭載されるとともに、走行用モータに電力を供給し、走行用モータから回生される電力を蓄えるバッテリが搭載される。車載用バッテリにはリチウムイオン電池、ニッケル水素電池が用いられることが一般的である。通常、リチウムイオン電池やニッケル水素電池には、外部衝撃などに起因する内圧上昇時にガスを外部に放出するガス排出弁が設けられる。複数の電池セルが積層された電池システムには、電池セルから排出されたガスを外部に放出するガスダクトが搭載されているものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１７０２５８号公報

本発明者らは従来のガスダクトより気密性が高く、かつ低コストで作成できる手法を開発した。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、電池システムに搭載されるガスダクトを従来より気密性が高く、かつ低コストで作成する技術を提供することにある。

本発明のある態様の電池システムは、それぞれの電池セルのガス排出弁が同一面に配置されるように、複数の電池セルが配列された電池ブロックと、前記複数の電池セルのガス排出弁が配置される第１面の反対面から前記電池ブロックを支持するプレートと、前記電池ブロックの第１面の方向から前記電池ブロックを覆うカバーと、を備える。前記カバーの天面の内側から、前記電池ブロックの第１面に当接してガスダクトを形成するためのリブが延び出している。

本発明によれば、電池システムに搭載されるガスダクトを気密性が高く、かつ低コストで作成できる。

比較例に係る電池システムの構成を示す斜視図である。 比較例に係る電池システムのガスダクト部の構成を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ’面の断面図である。 本発明の実施例に係る電池システムの構成を示す斜視図である。 図４のＢ−Ｂ’面の断面図である。 本発明の実施例に係るトップカバーの裏側の構造を示す斜視図である。 本発明の実施例に係る電池セルとセパレータの構成を示す分解斜視図である。

図１は、比較例に係る電池システム１００の構成を示す斜視図である。図２は、比較例に係る電池システム１００のガスダクト部２０の構成を示す斜視図である。図３は、図１のＡ−Ａ’面の断面図である。当該電池システム１００では、各電池セル１から延び出している電極端子１３（図１不図示、図３参照）が同一面に配置されるように、複数の電池セル１が配列されて電池ブロック１０を形成している。各電池セル１からは正極端子と負極端子の２本の電極端子１３が延び出している。複数の電池セル１の片方の複数の電極端子１３と、もう片方の複数の電極端子１３は、それぞれ長尺の電極カバー１４で覆われている。

以下本明細書では電池セル１として、代表電圧３．６〜３．７Ｖの角形のリチウムイオン電池セルを想定する。当該リチウムイオン電池セルが１２個または１３個直列接続されて４８Ｖの組電池を構成している。図１では１３個の角形リチウムイオン電池セルが積層された構成を描いている。

複数の電池セル１の積層方向の両端面に、複数の電池セル１を挟むように２枚のエンドプレート２が設けられる。電池ブロック１０の長手方向の両側面に、両端のエンドプレート２を連結するバインドバー３が設けられる。図１では電池ブロック１０の長手方向の４つの角にそれぞれバインドバー３が設けられている。４本のバインドバー３は両端のエンドプレート２にネジ止めされ、積層された複数の電池セル１を両側から拘束している。電池セル１は温度変化などにより膨らむことがあり、電池ブロック１０の形状を維持するためエンドプレート２及びバインドバー３で複数の電池セル１を拘束している。

各電池セル１の電極端子１３が設けられる面の、２本の電極端子１３の間にガス排出弁１２（図７参照、図１、３不図示）が設けられる。ガス排出弁１２は上述した内圧上昇時に電池セル１内からガスを排出するための弁である。電池ブロック１０は、電極端子１３及びガス排出弁１２が配置される面を天面、その反対面を底面として設置場所に設置される。

ボトムプレート４０（図３参照、図１不図示）は、電池ブロック１０の底面に配置され、電池ブロック１０を支持固定する。トップカバー３０は、電池ブロック１０の天面の方向から電池ブロック１０を覆うカバーである。ボトムプレート４０の長手方向の両側のツバに、トップカバー３０の長手方向の両側のツバが重ね合わされ、それらがネジ止めされる。これによりボトムプレート４０とトップカバー３０が固定される。トップカバー３０の短手方向の両側面は、図示しない蓋部材がそれぞれ装着されネジ止めされる。比較例ではボトムプレート４０及びトップカバー３０は、ともに板金で成形される。

複数の電池セル１の各電池セル１間には、それぞれセパレータ（スペーサともいう）１５が挿入される（図７参照、図１、３不図示）。セパレータ１５は、隣接する２つの電池セル１間を絶縁するとともに各電池セル１の姿勢を規制する。セパレータ１５は電池セル１との対向面に、両側縁まで延びる複数の溝１５Ａを設けて、電池セル１との間に冷却隙間を設けている。

電池ブロック１０の長手方向の側面と、トップカバー３０の長手方向の内側側面との間に風路が設けられる。風路は電池ブロック１０の長手方向の両側に設けられ、一方が供給路となり他方が排出路となる。その供給路から空気冷媒が上記の冷却隙間に供給され、上記の排出路から排出される。これにより各電池セル１が冷却される。

図３では、電池ブロック１０の一方の風路（例えば、排出路）の外側に、回路基板５０を配置している。回路基板５０は、複数の電池セル１を管理するための回路素子が搭載された基板である。例えば、各電池セル１の電圧を検出するための電圧検出回路などが搭載される。回路基板５０は基板ケース５１に収納されている。図３では、この基板ケース５１も含めてトップカバー３０で覆っている。基板ケース５１が配置される側の風路には、樹脂製の風路ケース５を設けて、電池ブロック１０と基板ケース５１の間を隔離している。図３では、反対側の風路（例えば、供給路）には風路ケース５を設けずに、電池ブロック１０の天面側の角に設けられたバインドバー３とトップカバー３０の天面との位置関係を規制するブランケット４を設けている。なお図１に示すように、こちら側の風路にも風路ケース５を設けてもよい。

電池ブロック１０の天面の複数のガス排出弁１２の上にガスダクト部２０が配置される。図２に示すようにガスダクト部２０は、下側が開口しているガスダクト２０ａ、複数のガス排出弁１２に対応した複数の孔（図２では１３個）を有する弾性部材２０ｃと、弾性部材２０ｃの表面に被せられるカバー２０ｂで構成される。ガスダクト２０ａは板金で成形している。弾性部材２０ｃは電池ブロック１０とガスダクト２０ａを連結する固定具であり、例えばパッキンが使用される。カバー２０ｂにも、弾性部材２０ｃに設けられる複数の孔に対応した複数の孔が設けられる。ガスダクト２０ａは、カバー２０ｂが被せられた弾性部材２０ｃの上に開口面を下にして載せられ、電池ブロック１０の天面にネジ止めされる。ガスダクト２０ａの先端には排出ノズル２１が連結され、電池セル１から排出されたガスは、ガスダクト２０ａ及び排出ノズル２１を介して、電池システム１００の外部に放出される。

以上に説明した比較例に係る構成では、電池ブロック１０の天面にガスダクト２０ａをネジ止めしているため部品点数が多くなり、工数もかかっていた。従ってガスダクト２０ａの設置がコスト上昇の要因となっていた。また板金で成形されている細長いガスダクト２０ａは撓みやすく、気密性を保てない状態になることがあった。以下に説明する本実施例に係る電池システム１００では、これらガスダクト部２０に関する課題を改善する。

図４は、本発明の実施例に係る電池システム１００の構成を示す斜視図である。図５は、図４のＢ−Ｂ’面の断面図である。図６は、本発明の実施例に係るトップカバー３０の裏側の構造を示す斜視図である。以下、比較例との相違点を説明し、比較例と同じ構成の説明は適宜省略する。

本実施例では、トップカバー３０は板金ではなく樹脂で成形されたものを使用する。ボトムプレート４０は比較例と同様に、板金で成形された金属プレートを使用する。本実施例に係るトップカバー３０は短手方向の両側面も一体成形される。その一方の側面から排出ノズル２１が延び出しており、排出ノズル２１も含めて一体成形される。また本実施例では、比較例で使用された板金で成形された独立部材のガスダクト２０ａは使用しない。また比較例で使用された風路ケース５及びブランケット４も使用しない。

図６に示すようにトップカバー３０の天面の内側から、電池ブロック１０の天面に当接してガスダクトを形成するためのリブ３１が延び出している。トップカバー３０の天面の、ガスダクトのトップカバー３０側の面を形成している領域３２が内側に凹んでいる。リブ３１と、リブ３１が延び出ている天面部分の断面形状がＨ形状になる。この構造により、トップカバー３０の天面が撓みにくくなる。また図７に示すようにリブ３１を、平行する２つの板形部材で形成するのではなく１つの枠形部材で形成することにより、トップカバー３０の天面を、より撓みにくくできる。

図６に示すようにトップカバー３０の天面の内側から、電池ブロック１０の両側面の上部を挟み込むように２つの板状ガイド部材３３が垂直に延び出している。電池ブロック１０の長手方向の天面側の２つ角に設けられた２つのバインドバー３の側面に当接するように、２つの板状ガイド部材３３がそれぞれ延び出している。バインドバー３は、電池ブロック１０の角で折り曲げられており、電池ブロック１０の側面の一部と天面の一部に当接している。

トップカバー３０の天面は、電池ブロック１０の長手方向の天面側の角より、若干内側で段差が設けられ、その段差から外側が一段下がっている。板状ガイド部材３３は、その一段下がった天面から垂直に延び出している。この構造により、電池ブロック１０とトップカバー３０が固定され、位置ずれしにくくなる。

本実施例でも、電池ブロック１０の一方の風路（例えば、排出路）の外側に、回路基板５０を配置している。本実施例では比較例と異なり基板ケース５１を設けずに、トップカバー３０で回路基板５０の収納スペース５２を一体成形している。具体的にはトップカバー３０の天面の内側から、電池ブロック１０と回路基板５０を隔離するための壁部材３４が延び出している。この壁部材３４は、リブ３１及び板状ガイド部材３３より厚く成形している。

リブ３１を受ける弾性部材２０ｃは、電池セル１の外装ケースのガス排出弁１２が設けられた領域に設置する例を想定したが、電池セル１ではなくセパレータ１５に弾性部材２０ｃを設置してもよい。

図７は、本発明の実施例に係る電池セル１とセパレータ１５の構成を示す分解斜視図である。セパレータ１５は、電池セル１のガス排出弁１２が配置される面より、トップカバー３０の方向に突出している受け面１６を有する。受け面１６は、トップカバー３０の内側から延び出ているリブ３１を受けるための面である。図７に示す受け面１６の形状は一例であり、受け面１６の面積がより大きくてもよい。また電池セル１の外装ケースの天面と、受け面１６との高低差がより大きくてもよい。

以上説明したように本実施例によれば、トップカバー３０とガスダクトを一体化することにより、ガスダクトに関する部品点数を削減でき、取り付け工数も削減できる。またトータルの金型コストも削減できる。従って比較例に係る電池システムと比較してコストダウンできる。トップカバー３０を樹脂で成形することにより、ガスダクトとの一体成形が容易である。またリブ３１がトップカバー３０に固定されているため、リブ３１の先端を、必ずしも電池ブロック１０の天面にネジ止めする必要がない。例えば、リブ３１の先端を弾性部材２０ｃに嵌合または係止させて固定することが可能である。この場合、ネジの数を削減できる。

またリブ３１と、トップカバー３０のリブ３１が形成される領域を内側に凹ますことにより、リブ３１とその凹んだ天面部分の断面形状がＨ形状になる。これによりトップカバー３０及びガスダクトが撓みにくくなり、ガスダクトの気密性が向上する。また、トップカバー３０の内側から延び出したリブ３１を、電池ブロック１０またはセパレータ１５で受ける構造を用いたことにより、トップカバー３０の上面からの荷重に対してより堅牢になり、電池システム１００全体の強度が向上する。

またトップカバー３０の内側に形成すべきガスダクトを開口させておくことにより、筒状のガスダクトを形成する場合よりトップカバー３０の金型の製作が容易になる。従って金型製作コストを抑えることができる。

本実施例に係る４８Ｖの電池システム１００は、小型モータを搭載したマイルドハイブリッドカーの電源システムに適用できる。マイルドハイブリッドカーは、低コストかつ簡易な構成で燃費を改善することを基本コンセプトとしている。従って電源システムの低コスト化も、大型モータを搭載したフルハイブリッドカーよりシビアに求められる。本実施例に係る４８Ｖの電池システム１００は堅牢性、安全性を確保しつつコストダウンを実現でき、マイルドハイブリッドカーの電源システムに好適である。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。こられ実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば上記の実施例では、トップカバー３０の天面の、ガスダクトの天面を形成している領域３２を内側に凹ます例を説明した。この点、内側に凹まさない構造であってもよい。この場合、リブ３１と、リブ３１が延び出ている天面部分の断面形状はコの字型になる。撓み防止効果は、実施例のＨ字型のほうが勝るが、コの字型はよりコストダウンが可能である。

また上記の実施例では、リブ３１の先端と電池ブロック１０の天面の間に、弾性部材２０ｃを介在させる例を説明したが、リブ３１の先端と電池ブロック１０の天面を直接対峙させる構造を採用してもよい。

１００ 電池システム、 １０ 電池ブロック、 １ 電池セル、 ２ エンドプレート、 ３ バインドバー、 ４ ブランケット、 ５ 風路ケース、 １２ ガス排出弁、 １３ 電極端子、 １４ 電極カバー、 １５ セパレータ、 １５Ａ 溝、 １６ 受け面、 ２０ ガスダクト部、 ２０ａ ガスダクト、 ２０ｂ カバー、 ２０ｃ 弾性部材、 ２１ 排出ノズル、 ３０ トップカバー、 ３１ リブ、 ３３ 板状ガイド部材、 ３４ 壁部材、 ４０ ボトムプレート、 ５０ 回路基板、 ５１ 基板ケース、 ５２ 収納スペース。

Claims (6)

1. それぞれの電池セルのガス排出弁が同一面に配置されるように、複数の電池セルが配列された電池ブロックと、
   前記複数の電池セルのガス排出弁が配置される第１面の反対面から前記電池ブロックを支持するプレートと、
   前記電池ブロックの前記第１面の方向から前記電池ブロックを覆うカバーと、を備え、
   前記カバーの天面の内側に、前記電池ブロックの第１面に当接してガスダクトを形成するためのリブが延び出していることを特徴とする電池システム。
2. 前記カバーの天面の、前記ガスダクトの前記カバー側の面を形成している領域が内側に凹んでいることを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
3. 前記カバーの天面の内側から、前記電池ブロックの両側面の上部を挟み込むように二つのガイド部材が延び出していることを特徴とする請求項１または２に記載の電池システム。
4. 前記カバーは樹脂カバーであり、前記プレートは金属プレートであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電池システム。
5. 前記複数の電池セルは、積層された複数の角形電池セルであり、
   前記電池ブロックは、
   前記複数の角形電池セルの各セル間に設けられる複数のセパレータを有し、
   前記セパレータは、前記角形電池セルの前記ガス排出弁が配置される面より、前記カ バーの方向に突出しており、前記カバーのリブを受ける受け面を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電池システム。
6. 前記電池ブロックは、
   前記複数の角形電池セルの積層方向の両端面に、前記複数の角形電池セルを挟むよう に設けられる二つのエンドプレートと、
   前記二つエンドプレートを連結する少なくも二つのバインドバーと、をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の電池システム。

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