JP2018137191A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】従来のパック構造は電池群を固定するサイドプレートと、ファンを有し、サイドプレートは、エンドプレートと共にケースに固定されている。さらに、電池間には冷媒が移動するための流路が形成されている。しかし、電池間に冷媒が移動するための流路を設けるとその分電池パックが大きくなるという問題点があった。【解決手段】電池群と、電池群と接触して固定する一対のサイドプレートと、ファンと、前記電池群、ファン及び一対のサイドプレートと、を収納するケースと、を備えた電池パックにおいて、前記サイドプレートは前記ケースに接触して固定され、前記サイドプレートと前記ケースとの間にはファンの流路が配置されることを特徴とする電池パック。【選択図】 図１１

Description

本発明は車載用途等に使用される電池パックに関する。

従来、再充電可能な二次電池の分野では、鉛電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池等の水溶液系電池が主流であった。しかしながら、電気機器の小型化、軽量化が進むにつれ、高エネルギー密度を有するリチウム二次電池が着目され、その研究、開発及び商品化が急速に進められた。

一方、地球温暖化や枯渇燃料の問題から電気自動車（ＥＶ）や駆動の一部を電気モーターで補助するハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）が各自動車メーカーで開発され、その電源として高容量で高出力な二次電池が求められるようになってきた。このような要求に合致する電源として、高電圧を有する非水溶液系のリチウム二次電池が注目されている。特に角形リチウム二次電池はパック化した際の体積効率が優れているため、ＨＥＶ用あるいはＥＶ用として角形リチウム二次電池の開発への期待が高まっている。

角形リチウム二次電池は充放電を行うと発熱するので冷却する必要がある。ＨＥＶ用あるいはＥＶ用などの用途では、角形リチウム二次電池を複数個直列にした状態でパック化した状態で使用する。そのため電池間に冷却用の流路を設けて、ファンにより冷媒をこの流路に通すことにより電池を冷却する構造が示されている（特許文献１）。

特開第２０１３−８４５５８号

特許文献１で開示されているパック構造は電池群を固定するサイドプレートと、ファンを有し、サイドプレートは、エンドプレートと共にケースに固定されている。さらに、電池間には冷媒が移動するための流路が形成されている。しかし、電池間に冷媒が移動するための流路を設けるとその分電池パックが大きくなるという問題点があった。そこで、本発明の目的は電池間を冷媒が移動するための流路を削減することによる小型な電池パックを提供することである。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、電池群と、電池群と接触して固定する一対のサイドプレートと、ファンと、前記電池群、ファン及び一対のサイドプレートと、を収納するケースと、を備えた電池パックにおいて、前記サイドプレートは前記ケースに接触して固定され、前記サイドプレートと前記ケースとの間にはファンの流路が配置されることを特徴とする電池パック。

本発明によれば、電池間に形成された冷媒が移動するための流路を削減することにより、小型な電池パックを提供することができる。

電池パックの外観斜視図。 電池パックの分解斜視図。 図２の反対方向から見た電池パックの分解斜視図。 サイドプレートの斜視図。 端子台の構成を示す斜視図。 図５の反対方向から見た斜視図。 図５の裏側から見た斜視図。 コンタクタボックスの構成を示す斜視図。 図８の裏側から見た斜視図。 サイドプレートとケース本体で形成される流路を示した図。 ファンにより循環する冷媒の循環経路を示した図。 第２の実施形態におけるコンタクタボックスを示す斜視図。 図１２の裏側方向から見たコンタクタボックスを示す斜視図。 第２の実施形態におけるファンにより循環する冷媒の循環経路を示した図。

以下、実施形態を図面を用いて説明する。

≪第１の実施形態≫
以下、本発明による電池パックの実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は電池パックの一実施の形態としての外観斜視図である。電池パック１はケース本体２と上カバー３で構成されるケースを備えている。電池パック１の上面の長手方向両端にはＨＶ端子２１，８１がそれぞれ設けられている。ＨＶ端子２１，８１は外部端子であり、電池パック１はＨＶ端子２１と８１にＨＶケーブルを接続することにより、電気自動車やハイブリッド電気自動車あるいは電気機器に電力が供給される。なお、本実施形態ではＨＶ端子２１が（−）側、ＨＶ端子８１が（＋）側である。

電池パック１の側面には信号用コネクタ４が配置されている。信号用コネクタ４は電池パック１のコントローラの信号用コネクタであり、車両側のコントローラと接続されて、情報のやり取りや電源の供給を受ける。

図２は図１に示す電池パック１の分解斜視図である。なお、以降で上下左右前後という言葉を使う場合には、図の左下に記載の方向に従う。ケース本体２は底部２ａを有し、上方が開口されたボックス状の部材である。ケース本体２内には複数の角形二次電池５と隣接する角形二次電池５間に介装された仕切り部材６を積層方向両端から加圧するエンドプレート７とが収容された領域の一端部側（後ろ側）にコンタクタボックス８が収容されている。コンタクタボックス８の角形二次電池５の積層方向の反対側端部（前側）には端子台９が配置されている。角形二次電池群の短側面両側（左右方向）にはサイドプレート１０が配置されている。さらに、角形二次電池群の上部上カバー３側にはバスバーケース１１が配置されている。

角形二次電池は例えば、リチウムイオン二次電池である。角形二次電池５は電池缶５２と電池蓋５１とを接合して構成された電池容器内に不図示の発電要素が収容され、非水電解液が注入されている。電池蓋５１の幅方向（前後方向）の一端側付近には正極外部端子５３が、他端側付近には負極外部端子５４が設けられている。正・負極外部端子５３、５４は、それぞれ、発電要素の正・負極の電極に接続されている。正・負極外部端子５３、５４は、電池蓋５１の平坦な上面から上方に突出している。

角形二次電池５は、電池蓋５１と反対側の底面、左右方向に対向する大面積の表裏面および前後方向に対向する小面積の一対の側面を有する。角形二次電池５は、表裏面を対向して、正極外部端子５３、負極外部端子５４が交互に反対側に配置されるように直線状に配列されている。

角形二次電池５の間には仕切り部材６が配設されている。この仕切り部材６は、一端部側（後ろ側）の角形二次電池５の左側および右端側の角形二次電池５の右側（配列方向の前後端）にも配設されている。仕切り部材６は板形状で、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の樹脂により形成される。

角形二次電池５は複数個が一方向に整列して配置されて電池群１Ｒを構成している。このとき、角形二次電池５は互いに離れて配置されている一対のエンドプレート７の間に、角形二次電池５の幅広面が互いに向かい合うように配置されている。一対のエンドプレート７は最も外側に位置する仕切り板６とそれぞれ面接触するように配置され、複数の角形二次電池５を内側に加圧している。このとき複数の角形二次電池５を加圧した状態に保つために、一対のエンドプレート７にはサイドプレート１０が締結される。このときサイドプレート１０の本体部は角形二次電池の短側面と接触した状態になっている。

図３は図２の反対方向から見た電池パック１の分解斜視図である。本図に示すように、端子台９には、コネクタ１２ａが配置されている面を向けてコントローラ１２（制御基板１２）が収納され、端子台９と一体化されている。このような構造にすることによってコントローラ１２に配置されたコネクタ分の厚みを抑えることができ、電池パック１の前後方向への大型化を防ぐことができる。また、後述するが、この端子台９はファン２２を内蔵する構造となっているため、ファン２２分の厚みを抑えることができ、さらに電池パック１の前後方向への大型化を防ぐことが可能となる。

続いてサイドプレート４について説明する。図４はサイドプレートの斜視図である。サイドプレート１０はＬ字型形状をしていて、角形二次電池５の短側面と接触している本体部１０ａと本体部から曲がっていてケースに固定される固定部１０ｂ及び本体部から曲がっていてエンドプレート７に締結される締結部１０ｃからなっている。サイドプレート１０の締結部１０ｃにはボルト挿入用の穴１０ｄが設けられていて、エンドプレート７の締結部とボルトにより締結される。また、サイドプレート１０の固定部１０ｂにはボルト挿入用の穴１０ｅが設けられていて、ケース本体２にボルト１３により締結されて、電池群１Ｒはケース本体２に固定される。つまり、金属で設けられたサイドプレート１０が直接電池群１Ｒの側面に接触していること、およびサイドプレート１０がケース本体２に直接接触していることから、角形二次電池５の熱をケース本体２に流す経路が増えることになる。したがって、このような構造にすることによって、電池モジュール１０Ｒの冷却がより促進される。

続いて本発明の特徴の一つとなる端子台９について説明する。端子台９の斜視図を図５から図７に示す。図５及び図６は端子台をコントローラ１２が配置されていない面側から見たもの、図７は端子台９をコントローラ１２が配置されている側から見た図である。端子台９には（−）側のＨＶ端子２１とファン２２及びコントローラ１２が備えられている。ファン２２は端子台９の下部中央に設けられた空間に収納されている。一方、コントローラ１２は端子台の電池群１Ｒと反対側の面にボルトにより取り付けられている。このコントローラ１２は、角形二次電池５を接続するセル間バスバに電気的に接続され、各角形二次電池５の電圧を測定、監視している。セル間バスバは、角形二次電池の積層方向に隣接する一方の角形二次電池５の正極外部端子５３と、他方の角形二次電池５の負極外部端子５４とに溶接等により接合され、電池群１Ｒを構成する角形二次電池５のすべてを直列に接続する。コントローラ１２には電池パック１全体の監視や制御を行うための回路が実装されている。

端子台９には仕切り板２４と突出部２５が設けられている。詳細は図１１で説明するが、この仕切り板２４はケース本体２との間のすきまをふさぎ、突出部２５は電池群１Ｒとの間のすきまをふさぐために設けられている。また、端子台９には開口部２６が設けられている。ファン２２で吸い込まれた冷媒はこの開口部２６を通ってサイドプレート固定部１０ｂとケース本体２とで形成される流路側に移動し、ケース本体２内を循環することとなる。

図７は上述した通り、端子台９を背面から見た図である。端子台９にはコントローラ１２のコネクタ１２ａを収納するための凹部９ａを有している。この空間にコネクタ１２ａを向けてコントローラ１２を配置することによって、コネクタ１２ａ分の厚みを端子台９で吸収することができ、電池パック１の前後方向への大型化を防ぐことができる。なお、本図では弱電系のコネクタと強電系のコネクタの２つがあり、互いに対向するように配置される。

続いてコンタクタボックス８の斜視図を図８と図９に示す。図８はコンタクタボックス８を前面から、図９はコンタクタボックス８を後面から見た図である。コンタクタボックス８には（＋）側のＨＶ端子８１とフューズ８２およびリレー８３が備えられている。このように、フューズ８２とリレー８３をコンタクタボックス８に収納することによって、一括でケース本体２に取り付けることが可能となり、作業性が向上する。なお、図９に示すように、コンタクタボックス８は肉抜きしており、軽量化がされている。

続いて本発明の流路について説明する。サイドプレート１０とケース本体で形成される流路を図１０に示す。角形二次電池５の短側面がサイドプレート１０に接触した状態で固定部１０ｂがケース本体２にボルト１３で固定されている。サイドプレート１０の本体部１０ａと固定部１０ｂおよびケースの側面で冷媒を流す左側流路１４ａと右側流路１４ｂを形成することができる。この左側流路１４ａは、図面の奥行き方向が端子台９の仕切り板２４で塞がれることになる。そのため、ファン２２に空気が漏れなく流れるため、電池群１Ｒの冷却効率が向上する。

続いて本発明のポイントとなる流路について説明する。本発明の電池パック１はケース本体２と上カバー３で作られる空間内を空気が循環するシステムになっている。ファン２２により循環する冷媒の循環経路を図１１に示す。図１１に示す通り、本発明の冷却流路はいくつかの流路に分類される。具体的には、サイドプレート１０とケース本体２で形成された流路１４（１４ａ、１４ｂ）、端子台９の仕切り板から端子台９の突出部２５に至るまでの流路であって、端子台９とエンドプレート７との間に設けられた流路１５ａ、端子台９の内部でファン２２につながっている流路１５ｂ、コンタクタボックス８とエンドプレート７で形成される流路１６、コンタクタボックス８とケース本体２との間に形成される流路１７である。これらの流路にファン２２を用いて冷媒を循環させる。角形二次電池５の短側面からサイドプレートに伝わった熱は循環している冷媒に伝わる。本発明の特徴の一つは角形二次電池５の間に冷媒を流すのではなく、サイドプレート１０に冷媒を当ててサイドプレート１０から熱を奪う構造としている。このような構造にすることによって、ケース内の冷媒の温度は均一になるので、サイドプレート１０を効率的に冷却することができる。サイドプレート１０はケース本体２に固定されているので、角形二次電池５の短側面からサイドプレート１０に伝わった熱はケース本体２に伝わる。ケース本体２に熱が伝わることでサイドプレート１０が冷却されるので、角形二次電池を冷却することができる。

また、コンタクタボックス８に配置されているリレー８３に電流が流れると発熱によりリレーの温度が上昇する。ファンにより循環される冷媒はコンタクタボックス８の両面を流れることになるので、リレー８３を冷却することができる。

以上、本実施形態について簡単にまとめる。本発明に記載の電池パックは電池群（１Ｒ）と、電池群（１Ｒ）と接触して固定する一対のサイドプレート（１０）と、ファン（２２）と、電池群（１Ｒ）、ファン（２２）及び一対のサイドプレート（１０）と、を収納するケース（２）と、を備え、サイドプレート（１０）はケース（２）に接触して固定され、サイドプレート（１０）とケース（２）との間にはファンにより冷媒が循環する流路（１４ａ、１４ｂ、１５、１６、１７）が配置される。このような構成をとることによって、サイドプレート１０によってケース本体２に放熱経路を設けつつも、サイドプレート１０の熱循環が行えるため、サイドプレート１０の温度を下げつつもサイドプレート１０内での熱ばらつきを低減することができる。したがって、電池群１Ｒを構成する角形二次電池５のどのセルからも均一に熱をひくことができるため、電池群１Ｒの温度を下げつつも温度のバランスをとることができる。各角形二次電池５の温度ばらつきが低減されるということは、どれか一つの角形二次電池５が大きく劣化する可能性が低くなるので、電池群１Ｒの長寿命化につながる。
また、本実施形態に記載の電池パックは、電池群（１Ｒ）の一端には外部端子が設けられた端子台（９）が配置され、端子台（９）にファン（２２）が内蔵される。このような構造にすることによって、端子固定時に力がかかるためある程度の厚みが必要だった端子台（９）の厚みを、ファン２２を収容する空間として生かすことができるため、ファン２２の厚み分だけ電池パック１を前後方向に小型にすることができる。さらに本実施形態では、端子台９内部にはファン２２と右側流路１４ｂとをつなぐ流路１５ｂが設けられている。このような構成にすることによって、端子台９の前を回ってから右側流路１５ｂにつながるという大回りな循環経路を通らなくてもよくなるため、圧損がすくなくなり、冷却効率が向上する。さらに、端子台９にはコントローラ１２のコネクタ１２ａが流路１５ｂ側を向いて配置される構造となっている。そのため、コネクタ１２ａで発熱があったとしても、小回りな流路で十分冷却することが可能となる。

また、本実施形態に記載の電池パックは、端子台（９）が、ファン（２２）と端子台（９）の右側のサイドプレート１０側端部との間に電池群側に突出する突出部（２５）を有する。このような構造にすることによって冷媒を効率よくファン２２に導くことができ、冷却効率が向上する。なお、冷媒が逆の循環経路になる場合にはこの突出部２５はファン２２と左側サイドプレート１０との間に配置されることはいうまでもない。

また、本実施形態に記載の電池パックは、端子台（９）が、端子台（９）の左側のサイドプレート（１０）側端部からモジュール容器（２）の側面部側に突出した仕切り板（２４）を有する。このような構造にすることによって、あまり発熱のないコントローラ１２側に冷媒をまわすことなく、発熱の大きな部分（電池群１Ｒやコンタクタボックス８）に冷媒をまわすことができるため、より冷却効率が向上する。

また、本実施形態に記載の電池パックでは、コンタクタボックス（８）を取り囲むように流路（１６、１７）が設けられる。このような構造にすることによって、発熱の大きなコンタクタボックス８を十分に冷却することが可能となる。

≪第２の実施形態≫
続いて第２の実施形態について説明する。本実施形態が第１の実施形態と大きく異なる点は、コンタクタボックス８の後ろ側の冷却流路をなくす構成とした点である。このような構造にすることによって、冷媒の温度上昇を防ぎ、より電池群１Ｒだけを効率よく冷却することが可能となる。

第２の実施形態を図１２から図１４を用いて説明する。図１２がコンタクボックス８を前側から見た図、図１３がコンタクタボックス８を後ろ側から見た図である。本実施形態ではコンタクタボックス８の後ろ側の冷却流路をなくす構成とするために、コンタクタボックス８に２つの仕切り板８４及び８５を設けた。より具体的にはコンタクタボックス８の幅方向両側にケース本体２側に向かって仕切り板８４，８５を設置した。この仕切り板８４及び８５が、第１の実施形態でいう流路１４ａ、１４ｂと流路１７との間の壁になることによって、コンタクタボックス８の後ろ側を冷媒が通らなくなる。したがって、電池群１Ｒの周りだけを冷媒が通ることにより効果的に角形二次電池５を冷却することが可能となる。

図１４は本実施形態にかかる冷却流路を示す図である。本実施形態の流路は基本的には第１の実施形態と変わらないが、コンタクタボックス８に設けられた右側の仕切り板８４と左側の仕切り板８５によって、第１の実施形態に記載された流路１７につながる流路が塞がれることとなる。そのため、ファン２２による冷媒は電池群１Ｒの周り流路１４，１５，１６を循環することになり、より効率的に角形二次電池５を冷却することが可能となる。

以上、本実施形態について簡単にまとめる。本実施形態に記載の電池パックは、電池群（１Ｒ）の他端側にはコンタクタボックス（８）が配置され、コンタクタボックス（８）と電池群（１Ｒ）との間に流路が配置される。さらに、コンタクタボックス８に設けられた右側の仕切り板８４と左側の仕切り板８５によって、第１の実施形態に記載された流路１７につながる流路を塞ぐ構造とした。このような構造にすることによって、冷媒が電池群１Ｒの周りを集中的に循環することになり、より効率的に角形二次電池５を冷却することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 電池パック
２ ケース本体
３ 上カバー
５ 角形二次電池
８ コンタクタボックス
９ 端子台
１０ サイドプレート
１２ コントローラ
１４、１５、１６，１７ 流路
２１ ＨＶ端子（−）側（外部端子）
２２ ファン
２４ 仕切り板
２５ 突出部
８１ ＨＶ端子（＋）側（外部端子）

Claims (6)

1. 電池群と、電池群と接触して固定する一対のサイドプレートと、ファンと、前記電池群、ファン及び一対のサイドプレートと、を収納するケースと、を備えた電池パックにおいて、
   前記サイドプレートは前記ケースに接触して固定され、前記サイドプレートと前記ケースとの間にはファンの流路が配置され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において、
   前記電池群の一端には外部端子が設けられた端子台が配置され、
   前記端子台に前記ファンが内蔵されることを特徴とする電池パック。
3. 請求項２に記載の電池パックにおいて、
   前記端子台は、前記ファンと当該端子台のサイドプレート側端部との間に前記電池群側に突出する突出部を有することを特徴とする電池パック。
4. 請求項２または３に記載の電池パックにおいて、
   前記端子台は、当該端子台の前記サイドプレート側端部からモジュール容器の側面部側に突出した仕切り板を有することを特徴とする電池パック。
5. 請求項２ないし４の何れかに記載の電池パックにおいて、
   前記電池群の他端側にはコンタクタボックスが配置され、
   前記コンタクタボックスと前記電池群側との間に流路が配置されることを特徴とする電池パック。
6. 請求項５に記載の電池パックにおいて、
   前記コンタクタボックスの周辺には流路が設けられたことを特徴とする電池パック。

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