JP5096038B2 - バッテリパック構造 - Google Patents

Description

この発明は、一般的には、バッテリパック構造に関し、より特定的には、積層された複数のバッテリセルが拘束部材により一体に保持されるバッテリパック構造に関する。

従来のバッテリパック構造に関して、たとえば、特開２００３−２４９２０２号公報には、冷却効率の低下を抑制することを目的とした集合電池が開示されている（特許文献１）。特許文献１では、外装部材の内部に、箱型の電池モジュールを複数個積層して構成されるモジュール集合体が配置されている。モジュール集合体の両端部には、積層された電池モジュールを固定するための拘束プレートがそれぞれ配置されている。両方の拘束プレートは、拘束パイプによって互いに接続されている。

また、特開２００２−１４１０３６号公報には、積層電池を載置する載置部材の軽量化を図るとともに、断熱性の向上を図ることを目的とした集合電池が開示されている（特許文献２）。特許文献２では、複数の単電池を積層してなる積層電池が、一対のレール部材を介してロアケースに載置されている。

また、特開２００６−２６０９０５号公報には、液絡の発生を確実に防止することを目的とした電池パック構造が開示されている（特許文献３）。特許文献３では、電池モジュールと、電池モジュールを収容する電池ケースの底面との間に、樹脂トレイが配置されている。
特開２００３−２４９２０２号公報 特開２００２−１４１０３６号公報 特開２００６−２６０９０５号公報

上述の特許文献１に開示されたバッテリパック構造では、積層された複数の電池モジュールを一体に保持するために拘束パイプが用いられている。しかしながら、結露によって水分が生じたり、電池モジュールから電解液が漏洩するなどして、バッテリパックの内部に液体が存在する可能性がある。この場合に、液体が拘束パイプに伝わると、複数の電池モジュール間で液絡が発生するおそれが生じる。一方、このような問題を解決する方法として、拘束パイプに絶縁処理を施すことが考えられるが、この場合、部品コストが増大する。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、部品コストの増大を抑えつつ、液絡の発生を防ぐバッテリパック構造を提供することである。

この発明に従ったバッテリパック構造は、積層された複数のバッテリセルを含むバッテリと、絶縁性材料から形成され、バッテリの鉛直下側に配置されるトレイと、バッテリセルの積層方向に締め付け力を発生させ、複数のバッテリセルを一体に保持する拘束部材とを備える。拘束部材は、拘束部材とバッテリとの間にトレイが介在するように設けられる。

このように構成されたバッテリパック構造によれば、拘束部材とバッテリとの間に、絶縁性材料から形成されたトレイが介在する。このため、結露により生じた水分やバッテリから漏洩した電解液等の液体が、拘束部材に伝うことを防止し、拘束部材に施す絶縁処理を不要とできる。これにより、部品コストの増大を抑えつつ、液絡の発生を防ぐことができる。

また好ましくは、拘束部材は、金属から形成される。このように構成されたバッテリパック構造によれば、金属から形成された拘束部材に施す絶縁処理を不要とできる。

また好ましくは、バッテリパック構造は、バッテリを収容し、金属から形成されるケース体をさらに備える。このように構成されたバッテリパック構造によれば、液体を貯留するトレイを設けることによって、金属から形成されるケース体とバッテリとの間で液絡が発生することを防止できる。

また好ましくは、トレイは、バッテリと向い合う第１表面と、第１表面から凹み、液体を溜める溝部とを含む。このように構成されたバッテリパック構造によれば、大量の液体が生じた場合にも、トレイに溝部を設けることによって液体がトレイから溢れることを防止できる。これにより、液絡の発生をより確実に防ぐことができる。

また好ましくは、トレイは、拘束部材と向い合い、第１表面の裏面である第２表面と、溝部と重なる位置で第２表面から突出する突出部とをさらに含む。突出部が拘束部材に当接することにより、トレイがバッテリに対して位置決めされる。このように構成されたバッテリパック構造によれば、第１表面および第２表面にそれぞれ表裏対応して形成される溝部および突出部によって、液体を溜める機能と、トレイをバッテリに対して位置決めする機能とを発揮させることができる。これにより、部品コストの増大を抑えつつ、液絡の発生をより確実に防ぐことができる。

以上説明したように、この発明に従えば、部品コストの増大を抑えつつ、液絡の発生を防ぐバッテリパック構造を提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、この発明の実施の形態におけるバッテリパック構造が適用されたバッテリパックを示す斜視図である。図２は、図１中のバッテリパックの分解組み立て図である。図３は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿ったバッテリパックの断面図である。

図１から図３を参照して、バッテリパック１０は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能なバッテリ（２次電池）から電力供給されるモータとを動力源とするハイブリッド車両に搭載されている。バッテリパック１０は、車両上の適当な場所に設置され、たとえば車両室内（シート下やコンソールボックス内など）やラゲージルームに設置されている。

バッテリパック１０は、バッテリ２０を含む。バッテリ２０は、リチウムイオン電池から構成されている。バッテリ２０は、充放電可能な２次電池であれば特に限定されず、たとえばニッケル水素電池であってもよい。

バッテリ２０は、複数のバッテリセル２１を含む。複数のバッテリセル２１は、図１中の矢印１０１に示す方向（以下、バッテリセル２１の積層方向と呼ぶ）に積層されている。本実施の形態では、並列に並べられたバッテリセル２１ｍおよび２１ｎの組が、矢印１０１に示す方向に積層されている。バッテリセル２１は、角型電池である。バッテリ２０は、略直方体形状を有する。平面的に見た場合に、バッテリ２０は長辺と短辺とを有する。長辺が延びる方向とバッテリセル２１の積層方向とが、一致する。複数のバッテリセル２１は、バッテリセル２１が有する複数の側面のうち最も広い面積を有する側面が向い合わせとなるように積層されている。

なお、バッテリセル２１を積層する形態は、図中に示す形態に限られず、たとえば１列に積層したバッテリセル２１によってバッテリ２０を構成してもよい。

バッテリセル２１は、正極端子２６および負極端子２７を含む。複数のバッテリセル２１は、互いに隣り合うバッテリセル２１間で正極端子２６と負極端子２７とが並ぶように積層されている。互いに隣り合うバッテリセル２１間で正極端子２６と負極端子２７とが、図示しないバスバーにより接続されている。複数のバッテリセル２１は、互いに電気的に直列に接続されている。

各バッテリセル２１は、バッテリホルダ３４によって挟持されている。バッテリホルダ３４は、ポリプロピレン（polypropylene）やポリプロピレンの重合体等の樹脂材料から形成されている。バッテリホルダ３４によって、積層方向に隣り合うバッテリセル２１間に冷却風通路２３が形成されている。充放電により発熱したバッテリ２０は、冷却風通路２３に流通する冷却風によって冷却される。本実施の形態におけるバッテリパック１０は、冷却風がバッテリパック内で略水平方向に流れる横流し方式を採用する。バッテリホルダ３４によって、バッテリセル２１内で発生したガスを外部に排出する排ガス通路３９が形成されている。

図４は、図１中のＩＶ−ＩＶ線上に沿ったバッテリパックの断面図である。図１から図４を参照して、積層されたバッテリセル２１の両側には、エンドプレート４０および４１が配置されている。複数のバッテリセル２１は、エンドプレート４０とエンドプレート４１との間に挟持されている。エンドプレート４０および４１は、ポリプロピレンやポリプロピレンの重合体等の樹脂材料から形成されている。エンドプレート４０および４１は、金属から形成されてもよい。

バッテリパック１０は、拘束部材としての拘束バンド５１を含む。拘束バンド５１は、バッテリセル２１の積層方向に締め付け力を発生させ、複数のバッテリセル２１を一体に保持する。拘束バンド５１は、複数設けられている。拘束バンド５１は、帯形状を有する。拘束バンド５１は、略矩形の断面形状を有する。拘束バンド５１は、金属から形成されている。拘束バンド５１は、導電体から形成されている。拘束バンド５１は、たとえば鋼板から形成されている。拘束バンド５１の表面には、絶縁処理が施されていない。

バッテリパック１０は、拘束バンド５６を含む。拘束バンド５６は、絶縁被膜５７を含む。絶縁被膜５７は、たとえば、拘束バンド５６に電着塗装を施したり、拘束バンド５６の表面に熱収縮チューブを設けることによって形成されている。拘束バンド５６は、絶縁被膜５７を含む点を除いて、拘束バンド５１とほぼ同様の形状を有する。

拘束バンド５１は、バッテリ２０の鉛直下側に配置されている。拘束バンド５６は、バッテリ２０の鉛直上側に配置されている。拘束バンド５６は、正極端子２６および負極端子２７に近接して配置されている。拘束バンド５１および拘束バンド５６は、結合部材としてのピン５８によって互いに結合されている。拘束バンド５１および５６は、バッテリセル２１の積層方向に沿って、バッテリ２０の周りを周回するように設けられている。エンドプレート４０および４１は、エンドプレート４０とエンドプレート４１との間の距離が近接するように拘束バンド５１および５６によって押圧されている。

拘束バンド５６は、高圧部位である正極端子２６および負極端子２７の近傍に配置された導電体として存在する。拘束バンド５６に絶縁被膜５７を形成することにより、バッテリパック１０に外部から衝撃が加わった場合に、正極端子２６または負極端子２７と拘束バンド５６とが短絡することを防止できる。なお、拘束バンド５６と正極端子２６および負極端子２７との間の距離が十分に確保される場合、絶縁被膜５７は省略されてもよい。

複数のバッテリセル２１を一体に保持する拘束部材の形態は、上記形態に限られず、適宜変更される。たとえば、拘束バンド５１の両端がエンドプレート４０および４１にそれぞれ固定されてもよい。拘束部材は、拘束バンド５１と拘束バンド５６とが一体になった形状を有してもよい。拘束部材は、バッテリセル２１の積層方向に延びるパイプ形状を有してもよい。

バッテリパック１０は、ケース体としてのバッテリケース３１を含む。バッテリ２０は、バッテリケース３１に収容されている。バッテリケース３１は、バッテリパック１０の外殻をなす。バッテリケース３１は、金属から形成されている。バッテリケース３１は、導電体から形成されている。バッテリケース３１は、強度を確保するために、たとえば亜鉛メッキ処理された鋼板から形成されている。バッテリケース３１は、アッパケース３２とロアケース３３とを含む。バッテリ２０は、ロアケース３３に載置されている。アッパケース３２は、バッテリ２０を覆うようにロアケース３３と組み合わされる。

図５は、図２中の２点鎖線Ｖで囲まれた範囲を拡大して示す斜視図である。図２から図５を参照して、バッテリパック１０は、トレイ６０を含む。

トレイ６０は、絶縁性材料から形成されている。トレイ６０は、たとえば、ポリプロピレン等の樹脂材料から形成されている。トレイ６０は、バッテリ２０の鉛直下側に配置されている。トレイ６０は、バッテリ２０とバッテリケース３１との間に配置されている。トレイ６０は、バッテリ２０とロアケース３３との間に配置されている。トレイ６０は、バッテリ２０の鉛直方向投影面の全体がトレイ６０に重なるように設けられている。

トレイ６０は、受け皿形状を有する。トレイ６０は、第１表面としての表面６０ａを含む。表面６０ａは、バッテリ２０と向い合う。トレイ６０は、リブ６８を含む。リブ６８は、表面６０ａから突出する。リブ６８は、バッテリセル２１の積層方向に直交する方向に延びる。リブ６８は、隣接するバッテリセル２１の境界に沿って延びる。トレイ６０は、溝部６６を含む。溝部６６は、表面６０ａから凹むように形成されている。溝部６６は、バッテリセル２１の積層方向に沿って延びる。

トレイ６０は、結露により生じる水分やバッテリ２０から漏洩した電解液等の液体を貯留する。これにより、液体がバッテリケース３１に伝い、バッテリ２０およびバッテリケース３１間で液絡が発生することを防止する。また、トレイ６０にリブ６８を設けることによって、隣接するバッテリセル２１からそれぞれ滴下する液体を、トレイ６０上で離間させることができる。これにより、隣接するバッテリセル２１間で液絡が発生することを防止できる。また、トレイ６０に溝部６６を設けることによって、大量の液体が生じた場合にも、液体を溝部６６に溜め、トレイ６０から溢れることを防止できる。

図２から図４を参照して、拘束バンド５１は、拘束バンド５１とバッテリ２０との間にトレイ６０が介在するように設けられている。すなわち、拘束バンド５１は、トレイ６０ごと複数のバッテリセル２１を一体に保持する。拘束バンド５１は、トレイ６０の鉛直下側に配置されている。拘束バンド５１は、バッテリ２０と非接触の状態で設けられている。拘束バンド５１は、トレイ６０と接触する状態で設けられている。

このような構成により、拘束バンド５１とバッテリ２０との介在するトレイ６０によって、結露により生じる水分やバッテリ２０から漏洩した電解液等の液体が拘束バンド５１に伝うことを防止できる。これにより、液絡の発生を防ぐために必要となる拘束バンド５１の絶縁処理を省略することができる。

図５を参照して、トレイ６０は、第２表面としての表面６０ｂを含む。表面６０ｂは、表面６０ａの裏側の面である。表面６０ｂは、拘束バンド５１と向い合う。拘束バンド５１は、表面６０ｂと接触する状態で設けられている。

トレイ６０は、突出部６７を含む。突出部６７は、表面６０ｂから突出するように形成されている。突出部６７は、溝部６６と重なる位置に形成されている。溝部６６および突出部６７は、表面６０ａおよび表面６０ｂの表裏対応する位置に形成されている。突出部６７は、バッテリセル２１の積層方向に沿って延びる。突出部６７は、拘束バンド５１が延びる方向に沿って延びる。トレイ６０は、係止部６９を含む。係止部６９は、表面６０ａから鉛直上側に向けて延出する。係止部６９は、表面６０ａの周縁に沿って形成されている。係止部６９は、バッテリセル２１の積層方向に直交する方向に沿って延びる。

図３を参照して、突出部６７が拘束バンド５１に当接することにより、トレイ６０がバッテリ２０に対して位置決めされている。突出部６７が拘束バンド５１に当接することにより、バッテリセル２１の積層方向に直交する方向において、トレイ６０がバッテリ２０に対して位置決めされている。

図６は、図４中の２点鎖線ＶＩで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。図４および図６を参照して、係止部６９は、エンドプレート４０および４１に係止されている。エンドプレート４０および４１には、凹部４２が形成されている。係止部６９は、凹部４２に嵌合されている。このような構成により、バッテリセル２１の積層方向において、トレイ６０がバッテリ２０に対して位置決めされている。

本実施の形態では、トレイ６０にボルトや位置決めピン等の結合部材を設けることなく、バッテリ２０に対するトレイ６０の位置ずれを防ぐことができる。

この発明の実施の形態におけるバッテリパック構造は、積層された複数のバッテリセル２１を含むバッテリ２０と、絶縁性材料から形成され、バッテリ２０の鉛直下側に配置されるトレイ６０と、バッテリセル２１の積層方向に締め付け力を発生させ、複数のバッテリセル２１を一体に保持する拘束部材としての拘束バンド５１とを備える。拘束バンド５１は、拘束バンド５１とバッテリ２０との間にトレイ６０が介在するように設けられる。

このように構成された、この発明の実施の形態におけるバッテリパック構造によれば、拘束バンド５１とバッテリ２０との間にトレイ６０が介在させることによって、部品コストの増大を抑えつつ、液絡の発生を防ぐことができる。

なお、本発明を、燃料電池とバッテリとを駆動源とする燃料電池ハイブリッド車両（ＦＣＨＶ：Fuel Cell Hybrid Vehicle）または電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）に適用することもできる。本実施の形態におけるハイブリッド車両では、燃費最適動作点で内燃機関を駆動するのに対して、燃料電池ハイブリッド車両では、発電効率最適動作点で燃料電池を駆動する。また、バッテリの使用に関しては、両方のハイブリッド車両で基本的に変わらない。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態におけるバッテリパック構造が適用されたバッテリパックを示す斜視図である。 図１中のバッテリパックの分解組み立て図である。 図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿ったバッテリパックの断面図である。 図１中のＩＶ−ＩＶ線上に沿ったバッテリパックの断面図である。 図２中の２点鎖線Ｖで囲まれた範囲を拡大して示す斜視図である。 図４中の２点鎖線ＶＩで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。

符号の説明

２０ バッテリ、２１ バッテリセル、３１ バッテリケース、５１ 拘束バンド、６０ トレイ、６０ａ，６０ｂ 表面、６６ 溝部、６７ 突出部。

Claims (6)

1. 積層された複数のバッテリセルを含むバッテリと、
   絶縁性材料から形成され、前記バッテリの鉛直下側に配置されるトレイと、
   前記バッテリセルの積層方向に締め付け力を発生させ、複数の前記バッテリセルを一体に保持する拘束部材とを備え、
   前記拘束部材は、前記拘束部材と前記バッテリとの間に前記トレイが介在するように設けられ、
   前記拘束部材は、導電体から形成される、バッテリパック構造。
2. 前記拘束部材は、金属から形成される、請求項１に記載のバッテリパック構造。
3. 前記バッテリを収容し、金属から形成されるケース体をさらに備える、請求項１または２に記載のバッテリパック構造。
4. 前記トレイは、前記バッテリと向い合う第１表面と、前記第１表面から凹み、液体を溜める溝部とを含む、請求項１から３のいずれか１項に記載のバッテリパック構造。
5. 前記トレイは、前記拘束部材と向い合い、前記第１表面の裏面である第２表面と、前記溝部と重なる位置で前記第２表面から突出する突出部とをさらに含み、
   前記突出部が前記拘束部材に当接することにより、前記トレイが前記バッテリに対して位置決めされる、請求項４に記載のバッテリパック構造。
6. 積層された複数のバッテリセルを含むバッテリと、
   絶縁性材料から形成され、前記バッテリの鉛直下側に配置されるトレイと、
   前記バッテリセルの積層方向に締め付け力を発生させ、複数の前記バッテリセルを一体に保持する拘束部材とを備え、
   前記拘束部材は、前記拘束部材と前記バッテリとの間に前記トレイが介在するように設けられ、
   前記トレイは、前記バッテリと向い合う第１表面と、前記第１表面から凹み、液体を溜める溝部とを含み、
   前記トレイは、前記拘束部材と向い合い、前記第１表面の裏面である第２表面と、前記溝部と重なる位置で前記第２表面から突出する突出部とをさらに含み、
   前記突出部が前記拘束部材に当接することにより、前記トレイが前記バッテリに対して位置決めされる、バッテリパック構造。

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