JP2025035190A - バッテリパック - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電池セルが収容されるバッテリパックに関して、高い空間利用率と安全性の高い拘束力とを実現する。【解決手段】バッテリパック１００は、複数の電池セル２０と、複数の電池セル２０が並べて載置されるロワーケース１０と、ロワーケース１０のフレームを横架する複数のクロス部材４１と、を備える。複数のクロス部材４１は、複数の電池セル２０を両側面から締着するように配置される。複数の電池セル２０の各々は、複数のクロス部材４１のうちの両側面に位置するクロス部材４１ａ、４１ｂに接着剤５１ａ、５１ｂを介して接着される。【選択図】図３

Description

本開示は、複数の電池セルが収容されるバッテリパックに関する。特に車両に搭載されるバッテリパックに関する。

車両に搭載されるバッテリパックでは、車両の走行中の衝撃や路面干渉により、少なくない外力の入力が想定される。このため、バッテリパックの安全性を確保するためには、バッテリパックに収容された複数の電池セルをバッテリパック内で十分に拘束しておくことが求められる。特許文献１には、複数の電池セルを拘束するための１つの従来技術が開示されている。この従来技術では、複数の電池セルからなる電池積層体を、積層方向の両端部に配置される一対のエンドプレートと、一対のエンドプレートを固定するバインドバーと、により拘束することが開示されている。

その他、本技術分野の技術レベルを示す文献として以下の特許文献２又は３がある。

特開２０２１－０２６８７５号公報 特開２０２２－０７９０１６号公報 特開２０２３－０４６９４５号公報

特許文献１で開示される技術では、複数の電池セルの拘束にバインドバーが用いられる。バインドバーは、機械的強度を確保するために、十分な厚みが必要となる。このため、特許文献１で開示される技術を用いる場合、バインドバーの厚みの分だけバッテリパック内のスペースが圧迫されることとなる。このことは、バッテリパックの空間利用率を低下させる要因となる。延いては、バッテリパックのエネルギー密度が低下する。

本開示の１つの目的は、上記の課題を鑑みたものであり、バッテリパックに関して、高い空間利用率と安全性の高い拘束力とを実現可能な技術を提供することにある。

本開示に係るバッテリパックは、複数の電池セルと、複数の電池セルが並べて載置されるロワーケースと、ロワーケースのフレームを横架する複数のクロス部材と、を備える。複数のクロス部材は、複数の電池セルを両側面から締着するように配置される。複数の電池セルの各々は、複数のクロス部材のうちの両側面に位置するクロス部材に接着剤を介して接着される。

複数のクロス部材は、ケースを補強する補強部材として機能する。本開示によれば、各電池セルが複数のクロス部材により拘束される。つまり、複数のクロス部材は、複数の電池セルの拘束構造としても用いられる。また各電池セルは、その両側面に位置するクロス部材に接着剤を介して接着している。このように本開示によれば、高い空間利用率と安全性の高い拘束力とを備えたバッテリパックを実現することを可能とする。

実施形態に係るバッテリパックの全体構成を示す図である。 実施形態に係るバッテリパックのロワーケースに関連する部分を示す図である。 実施形態に係るバッテリパックの左右方向から見た部分的な断面図を示す図である。 実施形態の変形例に係るバッテリパックの左右方向から見た部分的な断面図を示す図である。

以下、図面を参照して、本開示の実施形態について説明する。

１ バッテリパック
図１は、本実施形態に係るバッテリパック１００の全体構成を示す図である。本実施形態に係るバッテリパック１００は、典型的には、車両に搭載される。例えば、バッテリパック１００は、ＢＥＶ（Battery Electric Vehicle）、ＰＨＥＶ（Plug in Hybrid Electric Vehicle）、及びＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）を含む電動車の動力源として用いられる。

バッテリパック１００は、所望の出力を実現するための複数の電池セル２０を収容する。複数の電池セル２０は、適宜にバスバ―で接続されている。複数の電池セル２０の各々は、典型的には、充放電可能な二次電池である。例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム蓄電池、等である。本実施形態において、複数の電池セル２０の各々は、角型である。ただし、以下で説明される内容を適用可能な範囲で、複数の電池セル２０の各々の形態は、好適に選択されてよい。

複数の電池セル２０は、ロワーケース１０とアッパーケース３０で構成されるバッテリケースの中に収容される。ロワーケース１０及びアッパーケース３０は、例えば、軽金属又は樹脂製、あるいは鋼板製である。

ロワーケース１０には、ロワーケース１０のフレームを横架する複数のクロス部材４１が組付けられる。複数のクロス部材４１は、バッテリケースを補強する補強部材である。特に複数のクロス部材４１は、左右方向からの衝撃に対するバッテリケースの耐久性を大きく向上させる効果がある。

ロワーケース１０は、複数のクロス部材４１によって区画されている。複数の電池セル２０は、複数のクロス部材４１によって区画された空間ごとに一定数が並べて載置される。そして、複数の電池セル２０を覆うアッパーケース３０がロワーケース１０に組付けられる。このようにして、複数の電池セル２０を収容するバッテリケースが構成される。

特に本実施形態において、複数の電池セル２０は、モジュール化されずに直接ロワーケース１０に載置された状態でバッテリケースに収容される。つまり、本実施形態に係るバッテリパック１００は、いわゆるＣＴＰ（Cell To Pack）構造を採用する。ＣＴＰ構造は、モジュール化に伴う構造を必要としないため、バッテリパック１００の空間利用率とエネルギー密度を効果的に向上させることができる。

バッテリパック１００は、さらに、ロワーケース１０の下側に取り付けられる冷却装置６１（以下、「第１冷却装置６１」と呼ぶ）と、アッパーケース３０の上側に取り付けられる冷却装置６２（以下、「第２冷却装置６２」と呼ぶ）と、第１冷却装置６１の下側に取り付けられるシェアパネル７０と、を備えている。

第１冷却装置６１及び第２冷却装置６２は、複数の電池セル２０と熱交換を行うことにより、複数の電池セル２０の温度を調節する。

第１冷却装置６１は、ロワーケース１０を挟んで複数の電池セル２０の下面から熱交換を行う。つまり、第１冷却装置６１は、複数の電池セル２０の下面冷却を実施する。例えば、第１冷却装置６１は、ロワーケース１０を挟んで複数の電池セル２０の下面を通過するように配置された冷却回路を有する。第１冷却装置６１は、冷却回路を流れる冷媒を介して、複数の電池セル２０と熱交換を行う。ロワーケース１０は、下側に第１冷却装置６１の冷却回路を通すための空間を有するように形成されていてよい。

第２冷却装置６２は、アッパーケース３０を挟んで複数の電池セル２０の上面から熱交換を行う。つまり、第２冷却装置６２は、複数の電池セル２０の上面冷却を実施する。例えば、第２冷却装置６２は、アッパーケース３０を挟んで複数の電池セル２０の上面を通過するように配置された冷却回路を有する。第２冷却装置６２は、冷却回路を流れる冷媒を介して、複数の電池セル２０と熱交換を行う。アッパーケース３０は、上側に第２冷却装置６２の冷却回路を通すための空間を有するように形成されていてよい。

シェアパネル７０は、路面干渉等により下側から入力される外力に対して、バッテリパック１００を保護する。シェアパネル７０は、ロワーケース１０や第１冷却装置６１と隙間を空けて設けられる。シェアパネル７０は、例えば、軽金属又は樹脂製、あるいは鋼板製である。

バッテリパック１００は、図示しないその他の構成を含んでいてもよい。例えば、バッテリパック１００は、バッテリマネジメントシステムのための各種のセンサや配線部品を備えていてもよい。

２ 電池セルの拘束構造
車両に搭載されたバッテリパック１００は、車両の走行中の衝撃や路面干渉により、少なくない外力の入力が想定される。バッテリパック１００に入力された外力によってバッテリパック１００内で複数の電池セル２０が揺り動かされることは、バッテリパック１００の安全性の観点から問題となる。このため、複数の電池セル２０の各々をバッテリパック１００内で十分に拘束しておくことが求められる。

電池セルは、劣化の状態やＳＯＣ（State Of Charge）に応じて膨張収縮する。電池セルが生ずる荷重は、電池セルの膨張収縮によって変化する。従って、電池セルを安全に拘束しておくためには、電池セルの膨張収縮を考慮する必要がある。つまり、電池セルの拘束は、拘束に必要な最小荷重の付加を維持しつつ、電池セルが生ずる荷重が最大荷重となる条件においても拘束が解けないように行われることが必要となる。

ところで、上述したように、本実施形態に係るバッテリパック１００は、複数の電池セル２０がロワーケース１０に直接載置されるＣＴＰ構造を有する。ＣＴＰ構造は、空間利用率とエネルギー密度を向上させることができる一方で、電池セルの拘束をどのように保障するかが課題となる。追加の部材を用いて電池セルの拘束を実現することは、バッテリパック１００の空間利用率を低下させ、ＣＴＰ構造の趣旨に反する。一方で、接着剤を用いた接着力による拘束のみでは、最大荷重となる条件での接着剥離が懸念される。このことは、膨張量の大きな電池セルを採用することを難しくし、電池セルの選択の幅を狭めることとなる。

本実施形態に係るバッテリパック１００は、ＣＴＰ構造による高い空間利用率を達成しつつ、安全性の高い拘束力を実現可能な複数の電池セル２０の拘束構造を有する。以下、図２及び図３を参照して、本実施形態に係る複数の電池セル２０の拘束構造について説明する。図２は、バッテリパック１００のうちロワーケース１０に関連する部分の上面図を示している。図２は、さらに、より詳細な構成を示す図を含んでいる。図３は、左右方向から見たバッテリパック１００の部分的な断面図を示している。

本実施形態に係るバッテリパック１００は、補強部材としてロワーケース１０に組付けられる複数のクロス部材４１を複数の電池セル２０の拘束構造としても用いる。

上述したように、複数の電池セル２０は、複数のクロス部材４１によって区画された空間ごとに一定数が並んで載置される。ここで、複数のクロス部材４１は、複数の電池セル２０を両側面から締着するように配置される（図２参照）。このようにして、複数のクロス部材４１は、各電池セル２０を両側面から機械的に拘束する。

さらに、各電池セル２０は、その両側面に位置するクロス部材４１ａ、４１ｂに接着剤５１ａ、５１ｂを介して接着される（図３参照）。機械的な拘束と接着剤による接着とが組み合わされることにより、各電池セル２０をより強固に拘束することができる。特に接着剥離が生じたとしても、機械的な拘束による荷重の付加が維持されるので、安全性の高い拘束を可能とする。接着剤５１ａ、５１ｂの種類や規格は、特に限定されない。接着剤５１ａ、５１ｂの接着力は、必要な拘束力に応じて決定されてよい。

本実施形態に係る複数の電池セル２０の拘束構造は、さらに、複数の電池セル２０を、その下面と上面で拘束する。

各電池セル２０の下面は、ロワーケース１０に熱伝導性接着剤５２ａを介して接着される（図３参照）。熱伝導性接着剤５２ａの接着力により、各電池セル２０は、下面で拘束される。また各電池セル２０の下面は、ロワーケース１０を挟んで第１冷却装置６１による冷却が行われる。熱伝導性接着剤５２ａの熱伝導性により、各電池セル２０の下面における放熱が促進される。従って、熱伝導性接着剤５２ａを用いることで、第１冷却装置６１による下面冷却の冷却性能を高めることができる。熱伝導性接着剤５２ａの種類や規格は、特に限定されない。熱伝導性接着剤５２ａの接着力や熱伝導性能は、必要な拘束力や冷却性能に応じて決定されてよい。

複数の電池セル２０は、複数のバンド部材４２によって一定数ごとに上面から締着される（図２参照）。図２では、各バンド部材４２は、複数のクロス部材４１によって区画された空間ごとに一定数の電池セル２０を上面から締着している。各バンド部材４２は、例えば、鋼鉄や炭素繊維で形成される。各バンド部材４１は、絶縁性の確保のため、カチオン塗装等による絶縁塗装が行われていてもよい。複数のバンド部材４２は、各電池セル２０を上面から機械的に拘束する。また各電池セル２０の上面は、バンド部材４２に接着剤５１ｃを介して接着される（図３参照）。このように、複数のバンド部材４２による機械的な拘束と接着剤５１ｃによる接着力とにより、各電池セル２０は、上面で拘束される。接着剤５１の種類や規格は、特に限定されない。

各電池セル２０上面は、さらに、アッパーケース３０に熱伝導性接着剤５２ｂを介して接着される（図３参照）。熱伝導性接着剤５２ｂの接着力により、各電池セル２０は、上面で拘束される。また各電池セル２０の上面は、アッパーケース３０を挟んで第２冷却装置６２による冷却が行われる。熱伝導性接着剤５２ｂの熱伝導性により、各電池セル２０の上面における放熱が促進される。従って、熱伝導性接着剤５２ｂを用いることで、第２冷却装置６２による上面冷却の冷却性能を高めることができる。熱伝導性接着剤５２ｂの種類や規格は、特に限定されない。

このように複数の電池セル２０を下面と上面で拘束することで、拘束力をより高めることができる。特に本実施形態に係る電池セル２０の拘束構造によれば、冷却性能の促進と拘束力の向上とを両立させることができる。なお複数の電池セル２０の上面における拘束は、必要な拘束力を鑑み、熱伝導性接着剤５２ｂによる接着によってのみ行うことも可能である。これにより、空間利用率をより高めることができる。

３ 効果
以上説明したように、本実施形態に係るバッテリパック１００によれば、各電池セル２０が複数のクロス部材４１により拘束される。これにより、拘束のための追加の部材を必要とすることなく、複数の電池セル２０を拘束することができる。また各電池セル２０は、その両側面に位置するクロス部材４１ａ、４１ｂに接着剤５１ａ、５１ｂを介して接着している。これにより、スペースの無駄が少ない拘束が可能となる。さらに、機械的な拘束と接着剤による接着とを組み合わせて拘束するため、大きな拘束力を実現することができる。特に接着剥離が生じたとしても、機械的な拘束による荷重の付加が維持されるので、安全性の高い拘束が実現可能である。

このように、本実施形態に係るバッテリパック１００は、高い空間利用率と安全性の高い拘束力とを実現する。また、各電池セル２０の下面は、ロワーケース１０に熱伝導性接着剤５２ａを介して接着される。さらに、各電池セル２０の上面は、アッパーケース１０に熱伝導性接着剤５２ｂを介して接着される。これにより、拘束力を向上させつつ、冷却性能の向上を図ることができる。

４ 変形例
本実施形態に係るバッテリパック１００は、以下で説明される複数の電池セル２０の拘束構造を採用してもよい。

図４は、変形例に係るバッテリパック１００の部分的な断面図を示す。変形例に係るバッテリパック１００では、複数のクロス部材４１の各々が、ロワーケース１０に締結部品８０により締結される。締結部品８０は、例えば、ボルトとナットで構成される図４では、クロス部材４１ａ、４１ｂのそれぞれが、締結部品８０ａ、８０ｂによってロワーケース１０に締結されている。締結箇所は、各クロス部材４１の長手方向に複数個所設けられていてもよい。

このような構成を採用することにより、複数のクロス部材４１をバッテリケースに対して上下方向で固定することができる。これにより、複数のクロス部材４１による拘束をより強固に維持することができる。締結箇所の数を増やすことにより、拘束をより強固にすることも可能である。特に接着剤５１ａ、５１ｂ、５１ｃや熱伝導性接着剤５２ａ、５２ｂに接着剥離が生じた場合においても、より安全な拘束を維持することが可能となる。

１０ ロワーケース、２０ 電池セル、３０ アッパーケース、４１ クロス部材
４２ バンド部材、５１ 接着剤、５２ 熱伝導性接着剤、６１ 第１冷却装置、
６２ 第２冷却装置、７０ シェアパネル、８０ 締結部品、１００ バッテリパック

Claims (4)

1. 複数の電池セルと、
   前記複数の電池セルが並べて載置されるロワーケースと、
   前記ロワーケースのフレームを横架する複数のクロス部材と、
   を備え、
   前記複数のクロス部材は、前記複数の電池セルを両側面から締着するように配置されており、
   前記複数の電池セルの各々は、前記複数のクロス部材のうちの両側面に位置するクロス部材に接着剤を介して接着されている
   バッテリパック。
2. 請求項１に記載のバッテリパックであって、
   前記複数のクロス部材の各々は、前記ロワーケースに締結部品により締結されている
   バッテリパック。
3. 請求項１又は２に記載のバッテリパックであって、
   前記ロワーケースの下側に取り付けられ、前記ロワーケースを挟んで前記複数の電池セルを冷却する冷却装置をさらに備え、
   前記複数の電池セルの各々は、その下面が前記ロワーケースに熱伝導性接着剤を介して接着されている
   バッテリパック。
4. 請求項１又は２に記載のバッテリパックであって、
   前記複数の電池セルを覆うアッパーケースと、
   前記アッパーケースの上側に取り付けられ、前記アッパーケースを挟んで前記複数の電池セルを冷却する冷却装置と、
   をさらに備え、
   前記複数の電池セルの各々は、その上面が前記アッパーケースに熱伝導性接着剤を介して接着されている
   バッテリパック。

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