JP2016178069A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】コストアップやサイズアップを防止しつつ、複数の円筒電池をより効率的に加温できる電池パックを提供する。
【解決手段】１以上の電池モジュール２０を有した電池パックにおいて、各電池モジュール２０は、複数の円筒電池２１と、伝熱性材料からなり、複数の円筒電池を保持する電池ホルダ２２であって、隣接部材との間に少なくとも一部が外部に開口した間隙４０を形成する電池ホルダ２２と、を有し、電池パック１０は、さらに、間隙４０に配置され、電池ホルダ２２を介して複数の円筒電池２１を加温するヒータ４２と、ヒータ４２を、電池ホルダ２２に押し付けるとともに、間隙４０の開口を閉鎖して、外部から閉鎖された第一間隙を形成する弾性体４８と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、複数の円筒電池を含む電池モジュールを１以上有した電池パックに関する。

多数の電池を直列または並列に接続した電池パックが、電動車両等に利用されている。かかる電池パックは、温度が低くなると、その出力の低下や、充電可能容量の低下等の問題を招く。そこで、従来から、電池パックにヒータを設け、低温時には、当該ヒータで、各電池を加温することが提案されている。

例えば、特許文献１には、複数の円筒電池と、複数の円筒電池を各々収納可能な電池収容空間が個別に区画された電池ホルダと、を備えた電体パックにおいて、電池収容空間の内面と円筒電池の外面との間に配されるシート状のヒータで円筒電池を加温する技術が開示されている。

また、特許文献２には、複数の角型電池と、複数の角型電池を収容するとともに角型電池と離間した離間部を有するケースと、離間部の外表面上に設けられるヒータとを有しており、離間部と電池部との間に介在する空気を介して角型電池を加温する技術が開示されている。

さらに、特許文献３には、複数の円筒電池と、複数の円筒電池それぞれを保持する金属製の電池ホルダと、を備えた電体パックにおいて、電池ホルダの側面に固着されたヒータで、円筒電池を加温する技術が開示されている。

特開２０１２−２４３５３５号公報 特開２００８−０５３１４９号公報 特許５３９２４０７号公報

しかし、特許文献１のように、各電池に接触するような発熱体を設けた場合、部品コストが大幅に増加する。特許文献２は、部品コストを抑えられるが、離間部を設けた場合、ケース、ひいては、電池パックの大型化を招く恐れがあった。また、特許文献２では、ヒータの熱を、空気を介して電池に伝えているため、加温に時間がかかるという問題もあった。

特許文献３では、金属製の電池ホルダにヒータを固着し、この金属製の電池ホルダを介して加温している。そのため、電池ホルダやケースに離間部を設ける必要がなく、ケースのサイズアップを防止できる。また、金属製の電池ホルダを介して電池を加温しているため、迅速に電池加温できる。

しかしながら、特許文献３では、ヒータの一面は、電池ホルダに接触しているものの、他面は、外部空間に露出している。そのため、ヒータから出力される熱の一部は、電池ホルダや円筒電池に伝わる前に外部空間に放出されてしまい、加温効率が低くなるという問題があった。

そこで、本発明では、コストアップやサイズアップを防止しつつ、複数の円筒電池をより効率的に加温できる電池パックを提供することを目的とする。

本発明の電池パックは、１以上の電池モジュールを有した電池パックであって、各電池モジュールは、複数の円筒電池と、伝熱性材料からなり、前記複数の円筒電池を保持する電池ホルダであって、隣接部材との間に少なくとも一部が外部に開口した間隙を形成する電池ホルダと、を有し、前記電池パックは、さらに、前記間隙に配置され、前記電池ホルダを介して前記複数の円筒電池を加温するヒータと、前記ヒータを、前記電池ホルダに押し付けるとともに、前記間隙の開口を閉鎖して、外部から閉鎖された第一間隙を形成する弾性体と、を備えることを特徴とする。

好適な態様では、前記隣接部材は、他の電池モジュールであり、前記弾性体は、前記ヒータを、互いに隣接する二つの電池モジュールそれぞれの電池ホルダに押し付ける。他の好適な態様では、前記弾性体は、その内部に第二間隙が形成された中空の筒形状である。

他の好適な態様では、前記弾性体は、その外面から外側に突出するリップを有し、前記弾性体は、前記リップを、前記電池モジュールに形成された窪みに引っ掛けた状態で前記間隙に配置される。他の好適な態様では、前記ヒータは、シート状部材に、線状発熱体を固着して構成されるシート状ヒータであり、前記弾性体は、その外面の一部を前記シート状ヒータで覆った状態で、前記間隙に配置される。

本発明によれば、電池ホルダと隣接部材との間に形成される間隙にヒータおよび弾性体を設置しているため、ヒータ等のために専用のスペースを設ける必要がなく、サイズアップやコストアップを防止できる。また、ヒータを、電池ホルダに押し付けるとともに、外部から閉鎖された第一間隙を形成することで、ヒータの熱を迅速に電池ホルダに伝達でき、かつ、ヒータの熱が外部に逃げることを抑制できる。結果として、複数の円筒電池をより効率的に加温できる。

本発明の実施形態である電池パックの構成を示す概略縦断面図である。 電池パックの概略横断面図である。 電池モジュールの分解斜視図である。 電池モジュールの斜視図である。 ヒータ組み付け前の電池モジュールの断面図である。 ヒータ組み付け部周辺の拡大図である。 他の電池モジュールの断面図である。 他の電池モジュールのヒータ組み付け部周辺の拡大図である。 他の電池モジュールのヒータ組み付け部周辺の拡大図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である電池パック１０の構成を示す概略縦断面図であり、図２は、電池パック１０の概略横断面図である。また、図３は、電池モジュール２０の分解斜視図であり、図４は、電池モジュール２０の斜視図である。また、図５は、ヒータ組み付け前の電池モジュールの断面図であり、図６は、ヒータ組み付け部周辺の拡大図である。なお、以下で説明する通り、各電池モジュール２０は、略直方体であるが、以下では、方向関係を明確にするために、電池モジュール２０の長手方向を「前後方向」、各円筒電池２１の軸方向を「上下方向」または「高さ方向」、前後方向および上下方向に直交する方向を「左右方向」または「幅方向」と呼ぶ。

電池パック１０は、複数の電池モジュール２０とこれを収容するケーシング１１で構成されている。電池モジュール２０は、複数の円筒電池を含むものである。ケーシング１１の上面は、その中央がくぼんだ凹凸形状としている。ただし、このケーシング１１の形状やサイズは、電池パック１０が配される空間や、収容される電池モジュール２０の個数に応じて、適宜、変更されてよい。

図５に示すように、一つの電池モジュール２０は、幅及び高さが略同一の正方形断面の略直方体である。図１、図２に示すように、ケーシング１１の中には、電池モジュール２０が、前後方向に３列、左右の幅方向に６列に並べて搭載されている。また、図１に示すように、前後方向１列目および３列目では、電池モジュール２０は、上下二段に重ねられている。したがって、本実施形態の電池パック１０の下段には、前後方向３列×幅方向６列＝１８個、上段には、前後方向２列×幅方向６列＝１２個、合計３０個の電池モジュール２０が搭載されている。ただし、当然ながら、こうした電池モジュール２０の個数や配置は、適宜、変更されてもよい。

図２に示すように、ケーシング１１内に整列して搭載された電池モジュール２０と電池モジュール２０との間には、電池パック１０の内部に導入された冷却空気を各電池モジュール２０に分配するダクト６０が配置されている。このダクト６０は、適宜、分岐して、後述する冷却空気流路２６に連結される。

電池モジュール２０は、幅方向に２つずつ組になっており、組になった２つの電池モジュール２０の中間には、冷却空気流路２６が形成されている。従って、電池モジュール２０の冷却空気流路２６は、幅方向（左右方向）に３か所ずつ配置されており、ダクト６０は、上方から下方に延びた後、水平方向にフォーク状に三又に分岐している。

次に、図３から図５を参照して各電池モジュール２０の構造について説明する。図３に示す様に、電池モジュール２０は、複数の円筒電池２１と、複数の円筒電池２１を保持する電池ホルダ２２と、樹脂製のカバー２３とを含んでいる。円筒電池２１は、充放電可能な二次電池であり、例えば、円筒型のケースに収められたニッケル水素電池、リチウムイオン電池等である。

電池ホルダ２２は、複数の円筒電池２１それぞれを起立保持する部材である。電池ホルダ２２は、伝熱性に優れた材料、例えば、アルミニウム等の金属からなる板状部材であり、当該電池ホルダ２２には、円筒電池２１の下部が差し込まれる多数の貫通孔２２ａが形成されている。電池ホルダ２２への円筒電池２１の組み付けは、円筒電池２１を貫通孔２２ａに差し込み、貫通孔２２ａの内面（円筒面）と円筒電池２１の外面（円筒面）との隙間に接着材を充填して貫通孔２２ａに円筒電池２１を固定することによって行う。これにより、電池ホルダ２２は、複数の円筒電池２１の全てに、接触、または、近接することができる。そして、このように、円筒電池２１を電池ホルダ２２の貫通孔２２ａに組み付けることによって、温度の高い一部の円筒電池２１の熱を熱伝導で電池ホルダ２２に移動させることで、当該温度の高い一部の円筒電池２１の温度を低下させるとともに、熱伝導により電池ホルダ２２の熱を温度の低い一部の円筒電池２１に移動させて温度の低い円筒電池２１の温度を上昇させることができる。つまり、各円筒電池２１は、各円筒電池２１と電池ホルダ２２との間で熱移動可能なように各貫通孔２２ａによって保持され、電池ホルダ２２によって各円筒電池２１の温度のバラツキが抑制される。このため、電池ホルダ２２は、各円筒電池２１の間の熱移動を効率よく行えるように熱伝導率の高いアルミニウム等の金属材料で構成されている。また、電池ホルダ２２の厚さは、貫通孔２２ａの円筒面によって円筒電池２１を保持することができ、熱伝導により効果的に熱移動が行える程度の厚さ、例えば、１０〜２０ｍｍ程度、あるいは、円筒電池２１の長さの１／４程度の厚さである。

樹脂製のカバー２３は、上面に各円筒電池２１の各電極が突出する穴が設けられた天井板２３ａと電池ホルダ２２に組み付けられた複数の円筒電池２１の外周を覆う四角筒２３ｂとから構成されている。四角筒２３ｂの幅方向両面には、複数のスリット２７が開いている。また、四角筒２３ｂの幅方向片面のうち、スリット２７の上側と下側には、それぞれ断面略Ｌ字型のフランジ２４，２５が形成されている。このフランジ２４，２５は、四角筒２３ｂの幅方向片面にのみ形成される。例えば、図３、図４の図示例では、左側側面にフランジ２４，２５が形成され、図示されていない右側側面にはフランジ２４，２５は形成されない。上側のフランジ２４は、水平方向に延びた後、垂直上方向に向かって延び、下側のフランジ２５は、水平方向に延びた後、垂直下方向に向かって延びる。このカバー２３を電池ホルダ２２の上に取り付けると図４に示すように、カバー２３の天井板２３ａの穴からは各円筒電池２１の電極が突出する。

図５に示すように、カバー２３の穴の上側には各円筒電池２１の上側の電極（正極）を接続する正極バスバー２９が取り付けられ、その上に樹脂製の蓋３１が取り付けられる。また、電池ホルダ２２の下側には、円筒電池２１の下側の電極（負極）を接続するための負極バスバーモジュール３４が配されている。負極バスバーモジュール３４は、各円筒電池２１の負極に接触する金属バスバー３６と、当該金属バスバー３６を保持する樹脂板３８と、からなる。樹脂板３８のうち、各円筒電池に対応する位置には、貫通孔が形成されており、円筒電池２１の負極が下方に露出できるようになっている。

負極バスバーモジュール３４の下方には、排気室カバー３２が配されている。排気室カバー３２は、下方に向かって凹んだ略皿形となっている。排気室カバー３２の周縁近傍は、樹脂板３８に固着されており、電池ホルダ２２との間には、閉鎖空間である排気室３３が形成される。樹脂板３８には、この排気室３３と外部空間とを連通する開口（図示せず）が形成されている。円筒電池２１の異常反応によりガスが生じた場合、当該ガスは、この排気室３３に放出され、その後、この排気室３３から開口を通って外部に放出されるようになっている。

図５に示すように、右側の電池モジュール２０は、カバー２３の左側側面にフランジ２４，２５が形成されている。一方、左側の電池モジュール２０は、カバー右側側面にフランジ２４，２５が形成されている。左右２つの電池モジュール２０は、各フランジ２４，２５の垂直面を合わせるように組みつけられる。各フランジ２４，２５の各垂直面間には、ゴムやスポンジ等の弾性シール部材２８が挟み込まれている。このように、２つの電池モジュール２０を各フランジ２４，２５の垂直面を合わせるように組みつけると、各フランジ２４，２５と各カバー２３の左側面と右側面とは、四角い冷却空気流路２６を形成する。

なお、この冷却空気流路２６は、電池モジュール２０の高さ方向略中央に形成されており、冷却空気流路２６の上方、および、下方には、二つの電池モジュール２０で囲まれた間隙が形成されることになる。このうち、冷却空気流路２６の下方に形成される下側間隙４０は、図５に示す通り、電池ホルダ２２の外表面と、フランジ２４の外表面と、で囲まれ、下方に開口している。電池モジュール２０の前後端には、樹脂等からなるブラケット（図示せず）が配されており、当該下側間隙４０の前後端は、当該ブラケットにより閉鎖されている。したがって、この下側間隙４０は、下方のみが開口した空間である。

ところで、こうした電池パック１０は、屋外で使用されることも多く、環境温度によっては、低温になることがある。電池パック１０、ひいては、当該電池パック１０に設けられた円筒電池２１は、過度に温度が低くなると、その出力の低下や、充電可能容量の低下等の問題を招く。そこで、本実施形態では、円筒電池２１を加温するためのヒータを設けている。これについて、図５，図６を参照して説明する。

本実施形態では、円筒電池２１を加温するヒータ４２を、互いに隣接する電池ホルダ２２の間に形成される下側間隙４０に配している。より具体的には、本実施形態では、電熱線のような線状の発熱体４４を、耐熱布等のシート状部材４６に固着して、シート状ヒータ４２を構成している。かかる構成のシート状ヒータは、弾性体４８により、電池ホルダ２２の外表面に密着させられる。

弾性体４８は、断熱性と弾性とを備えた樹脂等からなる。この弾性体４８は、シート状ヒータ４２を電池ホルダ２２に密着でき、かつ、下側間隙４０の開口を閉鎖できるのであれば、その形態は限定されない。本実施形態では、弾性体４８として、内部が中空の略筒状の押出部材を用いている。より具体的に説明すると、この弾性体４８は、Ｃ字状に湾曲したＣ状部５０と、当該Ｃ状部５０の両端近傍を接続する接続部５２と、で構成されており、Ｃ状部５０の両端は、接続部５２より外側に突出したリップ５０ａとなる。なお、無負荷状態における弾性体４８の外径は、下側間隙４０の幅より大きくなっている。

シート状ヒータ４２を下側間隙４０に配置する際には、この弾性体４８のＣ状部５０の外面を、シート状ヒータ４２で覆った状態、かつ、弾性体４８の接続部５２が下方に向くような姿勢で、弾性体４８をシート状ヒータ４２ごと、下側間隙４０に配置する。無負荷状態における弾性体４８の外径は、下側間隙４０の幅より大きいため、下側間隙４０に弾性体４８を配置した場合、弾性体４８は、下側間隙４０の幅に合わせて変形するとともに、弾性復元力により、その外面に配置されたシート状ヒータ４２を、下側間隙４０を構成する電池ホルダ２２の外面に押し付ける。このとき、下側間隙４０が弾性体４８で閉鎖されることにより、外部から隔離された第一間隙５４が形成される。また、弾性体４８の内部にも、外部と隔離された第二間隙５６が形成される。なお、この弾性体４８の内部に形成される第二間隙５６の前後端は、弾性体４８を電池モジュール２０に組み付ける前の段階では、開口しているが、弾性体４８を電池モジュール２０に組み付ければ、当該電池モジュール２０の前後端に配置されるブラケットにより閉鎖される。

弾性体４８から突出する一対のリップ５０ａは、電池モジュール２０に形成された窪みに引っ掛けられる。すなわち、電池モジュール２０の端部には、排気室カバー３２の端部が、負極バスバーモジュール３４を構成する樹脂板３８の端部から僅かに突出することにより、上側に開口した窪みが形成されている。この窪みに、リップ５０ａを引っ掛けておくことで、下側間隙４０からの弾性体４８、ひいては、シート状ヒータ４２の意図しない脱落が防止される。

以上の説明で明らかな通り、本実施形態では、複数の円筒電池２１を加温するために、下側間隙４０に、シート状ヒータ４２を配している。ここで、この下側間隙４０は、二つの電池モジュール２０の間に、冷却空気流路２６を設けた場合、必ず、形成される間隙である。かかる下側間隙４０は、従来、何ら部材が配置されないデッドスペースであった。このデッドスペースである下側間隙４０に、円筒電池２１を加温するヒータ４２を配置することで、ヒータのために新たなスペースを設けることなく、ひいては、電池パック１０をサイズアップすることなく、ヒータを配置することができる。

また、本実施形態では、ヒータ４２を、電池ホルダ２２に密着させているため、ヒータ４２からの熱が、迅速に、電池ホルダ２２に伝わる。電池ホルダ２２は、既述した通り、熱伝導に優れた金属で構成されているため、このヒータ４２からの熱は、この電池ホルダ２２を介して複数の円筒電池２１にも均等に伝わる。換言すれば、ヒータ４２を、電池ホルダ２２に密着させることにより、複数の円筒電池２１を迅速かつ均等に加温することができる。

さらに、本実施形態では、ヒータ４２を電池ホルダ２２に押し付ける弾性体４８で、下側間隙４０の開口を閉鎖し、これにより、外部と隔離された第一間隙５４を形成している。このように第一間隙５４を形成することで、シート状ヒータ４２から出力された熱の外部への放出を効果的に防止できる。すなわち、既述した通り、本実施形態の弾性体４８は、断熱性に優れた樹脂等からなる。かかる弾性体４８で、下側間隙４０を閉鎖することにより、下側間隙４０内に配置されたヒータ４２から生じた熱が、下側間隙４０の外に逃げることが効果的に防止される。その結果、ヒータ４２からの熱が、効率的に、電池ホルダ２２に伝達される。また、本実施形態では、第一間隙５４だけでなく、第二間隙５６も形成している。これにより、ヒータ４２の熱の外部放出をより効果的に防止でき、ひいては、ヒータ４２の熱の利用効率をより向上できる。

なお、これまでの構成は一例であり、電池ホルダ２２に隣接して形成される間隙を閉鎖する弾性体４８で、ヒータ４２を電池ホルダ２２に押し付けるのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、本実施形態では、隣接する二つの電池モジュール２０間に、ヒータ配置のための下側間隙４０を形成する構成としている。しかし、電池パック１０の配置スペースや要求される電池容量によっては、電池モジュール２０が、単一で配置される場合もある。この場合には、カバー２３に形成されるフランジ２４，２５の形状を変更したり、電池モジュール２０に隣接する他部材を配置したりする等して、電池ホルダ２２に隣接する間隙を形成し、この間隙にヒータ４２および弾性体４８を配置することが望ましい。

例えば、図７に示すように、カバー２３の側面から突出するフランジ２５の垂直面を、電池ホルダ２２の下端高さまで延ばすことで、電池ホルダ２２に隣接し、下方に開口する間隙４０を形成してもよい。かかる構成の場合でも、当該間隙４０内に配置した弾性体４８で、ヒータ４２を電池ホルダ２２に押し付けることで、ヒータ４２の熱の外部放出を防止でき、複数の円筒電池２１をより効率的に加温できる。

また、本実施形態では、内部が中空の略筒状の弾性体４８を用いている。しかし、弾性体４８は、少なくとも間隙４０の開口を閉鎖できるのであれば、中空ではなくてもよい。例えば、図８に示すように、弾性体４８は、断面略Ｕ字または略Ｃ字状でもよいし、図９に示すように、弾性体４８は、中実の略棒状でもよい。また、弾性体４８の脱落が防止できるのであれば、リップ５０ａは、省略されてもよい。また、本実施形態では、線状発熱体４４をシート状部材４６に固着したシート状ヒータ４２を用いているが、ヒータ４２は、弾性体４８と電池ホルダ２２の間に位置できるのであれば、他の形態でもよい。例えば、ヒータ４２は、シート状部材４６を省略し、線状発熱体４４のみで、構成されてもよい。

１０ 電池パック、１１ ケーシング、２０ 電池モジュール、２１ 円筒電池、２２ 電池ホルダ、２３ カバー、２４，２５ フランジ、２６ 冷却空気流路、２７ スリット、２８ 弾性シール部材、２９ 正極バスバー、３１ 蓋、３２ 排気室カバー、３３ 排気室、３４ 負極バスバーモジュール、３６ 金属バスバー、３８ 樹脂板、４０ 下側間隙、４２ ヒータ、４４ 発熱体、４６ シート状部材、４８ 弾性体、６０ ダクト、５０ Ｃ状部、５０ａ リップ、５２ 接続部、５４ 第一間隙、５６ 第二間隙。

Claims (5)

1. １以上の電池モジュールを有した電池パックであって、
   各電池モジュールは、
   複数の円筒電池と、
   伝熱性材料からなり、前記複数の円筒電池を保持する電池ホルダであって、隣接部材との間に少なくとも一部が外部に開口した間隙を形成する電池ホルダと、
   を有し、前記電池パックは、さらに、
   前記間隙に配置され、前記電池ホルダを介して前記複数の円筒電池を加温するヒータと、
   前記ヒータを、前記電池ホルダに押し付けるとともに、前記間隙の開口を閉鎖して、外部から閉鎖された第一間隙を形成する弾性体と、
   を備えることを特徴とする電池パック。
2. 請求項１に記載の電池パックであって、
   前記隣接部材は、他の電池モジュールであり、
   前記弾性体は、前記ヒータを、互いに隣接する二つの電池モジュールそれぞれの電池ホルダに押し付ける、
   ことを特徴とする電池パック。
3. 請求項１または２に記載の電池パックであって、
   前記弾性体は、その内部に第二間隙が形成された中空の筒形状である、ことを特徴とする電池パック。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の電池パックであって、
   前記弾性体は、その外面から外側に突出するリップを有し、
   前記弾性体は、前記リップを、前記電池モジュールに形成された窪みに引っ掛けた状態で前記間隙に配置される、
   ことを特徴とする電池パック。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の電池パックであって、
   前記ヒータは、シート状部材に、線状発熱体を固着して構成されるシート状ヒータであり、
   前記弾性体は、その外面の一部を前記シート状ヒータで覆った状態で、前記間隙に配置される、
   ことを特徴とする電池パック。

Images