JP5306639B2

JP5306639B2 - バッテリーパック

Info

Publication number: JP5306639B2
Application number: JP2007324300A
Authority: JP
Inventors: 穂積野田; 信幸保見; 一世沖
Original assignee: Daikyo Nishikawa Corp
Current assignee: Daikyo Nishikawa Corp
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2027-12-17
Also published as: JP2009146795A

Description

この発明は、複数個の電池セルを正極タブと負極タブとが交互に重なるように積層して直列に繋げた電池モジュールを、複数個電気的に接続して収容ケース内に収容したバッテリーパックの改良に関し、特に組付け対策に関するものである。

特許文献１には、偏平な矩形板状の電池セル本体の一端から正極タブが、他端から負極タブがそれぞれ外側方に突出してなる電池セルを複数個上下に積層して互いに電気的に接続するとともに、複数個の絶縁プレートにスリーブを串刺し状に貫挿してこれら絶縁プレートを上下に隣り合う電極タブ間に介在させ、これらをアッパーケースとロアケースとからなるケース内に収容して上記スリーブにケースの外からボルトを螺合することにより組み付けられた電池モジュールが開示されている。

このように構成された電池モジュールは、複数個電気的に接続されて収容ケース内に収容されてバッテリーパックを構成し、例えば、ハイブリッド自動車や燃料電池車等に搭載されて使用される。
特開２００６−２１０３１２号公報（段落００１３欄〜段落００１６欄、図２、図４）

しかし、上記の特許文献１では、複数個の絶縁プレートをスリーブの貫挿により位置決めしているため、部品点数が増加してコストアップを招来するとともに、組付工程が煩雑化する。また、組付け時、絶縁プレートはスリーブの貫挿により位置決めされるものの、電池セルは単に上下に積層しているだけであるため、位置ずれするおそれがあり、組付作業性が低下する。

この発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、安価でしかも簡単かつ迅速に組み付けることができる電池モジュールを備えたバッテリーパックを提供することである。

上記の目的を達成するため、この発明は、電池セルと絶縁プレートとを共通の位置決め手段で位置決めしたことを特徴とし、具体的には、次のような解決手段を講じた。

すなわち、請求項１に記載の発明は、発電要素が外装材で封止された偏平な矩形板状の電池セル本体を備え、該電池セル本体の一端から＋電極の正極タブが外側方に突出するとともに、他端から−電極の負極タブが外側方に突出してなる複数個の電池セルを、上記正極タブと負極タブとが交互に重なるように積層し、かつ積層方向に隣り合う電池セルの各々の一端側の正極タブと負極タブとが電気的に順次接続するように直列に繋げ、一端に絶縁プレートを有する保持枠部材を、非接続側の正極タブと負極タブとの間に上記絶縁プレートが正極タブ及び負極タブと少なくとも重なる範囲で位置するように積層方向に隣り合う電池セルの各々の他端側の正極タブと負極タブとの間に介在させ、上記各電池セルが保持枠部材により位置ずれしないように整列保持された電池モジュールを構成し、該電池モジュールをベース部材とカバー部材とからなる収容ケースの上記ベース部材に上記各電池セルの積層方向が上下に向いた状態で複数個載置して互いに電気的に接続するとともに、これら電池モジュールの最上部にシート状のクッション材を載せ、かつ該クッション材の上に加圧プレートを載せた状態で、ボルトを上記加圧プレート、保持枠部材及びベース部材に挿通して上記各電池モジュールを上記ベース部材にそれぞれ締付け固定し、上記ボルトの締付力を上記加圧プレート及びクッション材を介して各電池セルのセル面全体に均等に作用させていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、電池セル本体は、発電要素を封止する封止部と、該封止部の外側方に張り出す張出部とからなり、保持枠部材は、上記電池セル本体の封止部を嵌合して位置決めする開口部を有し、上記張出部を保持する枠状保持部と、電池セルの非タブ側に対応するように上記枠状保持部の外側方に延出する延出部とをさらに有し、電池セルを積層方向両側から挟む保持枠部材の各々の延出部は、上記電池セル本体の張出部の外側で互いに重合していることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、保持枠部材には、電池セルの電圧を検出するための検電用ハーネスを保持するハーネス保持部が設けられていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、ベース部材には、正極タブ及び負極タブを対向させて隣り合う電池モジュール間に立ちはだかるように遮断壁が立設されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、積層方向に隣り合う電池セルの一方の正極タブと他方の負極タブとの間に絶縁プレートが位置し、かつ該絶縁プレートを有する保持枠部材が上記両電池セルの間に介在して、該両電池セルが上記保持枠部材により整列保持されて位置ずれしない。

したがって、保持枠部材を積層方向に隣り合う電池セル間に介在させるだけで、複数個の電池セルを簡単かつ迅速に位置ずれしないように積層して組み付けることができる。また、電池セルを位置決めする保持枠部材と絶縁プレートとが一体であるため、その分だけ部品点数が低減して電池モジュール、ひいてはバッテリーパックを安価に提供することができる。

さらに、電池モジュールをベース部材に締付け固定した状態で、ボルトの締付力が加圧プレート及びクッション材を介して各電池セル全面に均等に作用し、封止部内で発生したガスを均等に分散するとともに、電池セルを押圧して膨張しないようにすることができる。

請求項２に係る発明によれば、電池セル本体の封止部を積層方向に隣り合う保持枠部材の開口部に嵌合させた状態で、上記電池セル本体の張出部を上記両保持枠部材の枠状保持部で挟んで保持し、かつ上記両保持枠部材の延出部は上記張出部の外側で互いに重合しているため、電池セルを保持枠部材で位置決めした状態で安定して保持することができる。

請求項３に係る発明によれば、検電用ハーネスを保持するハーネス保持部が保持枠部材に設けられているため、別途にハーネス保持部を設ける場合に比べて部品点数を低減することができる。

請求項４に係る発明によれば、隣り合う電池モジュールを互いに接近させて配置しても、両者間に遮断壁があるため、各々の電極タブが接触せず、衝撃の作用による短絡を防止することができるとともに、バッテリーパックを小型化できる。

以下、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

図１及び図２はこの発明の実施形態に係るバッテリーパックＰを示す。該バッテリーパックＰは、例えば、ハイブリッド自動車や燃料電池車等の座席下方の床下に搭載されて使用されるが、これに限らず、他の乗物に搭載されるものであってもよく、乗物用でなくても適用することができる。

上記バッテリーパックＰは、矩形箱状の樹脂製収容ケース１と、該収容ケース１内に収容された６個の電池モジュールＭとを備えている。

上記収容ケース１は、矩形板状のベース部材３と、該ベース部材３を上方から覆って内部に上記各電池モジュールＭを収容する矩形浅皿状のカバー部材５とからなる。

上記ベース部材３は、図５に示すように、６個の矩形載置部３ａが僅かに（後述する電池セル本体２３（封止部２５）の厚みの半分）突出するように上記各電池モジュールＭの設置箇所に対応して前後２列に３個ずつ形成されている。また、上記ベース部材３には、２枚の遮断壁７が前後２列の電池モジュールＭ列に跨って隣り合う電池モジュールＭ間に立ちはだかるように立設されているとともに、一端側には仕切壁９がスイッチボックス１１（図２参照）とその隣の電池モジュールＭとの間に立ちはだかるように立設されている。さらに、上記ベース部材３の外周縁及び上記各載置部３ａ周りには、上記各電池モジュールＭ及びカバー部材５を固定するためのボルト挿通孔３ｂが複数個形成されている。

上記カバー部材５は、碁盤目状に配列されたリブ１３ａを有する天板１３と、該天板１３の外周縁に一体に形成された４面の側板１５とで構成され、一方の長辺側の側板１５には、収容ケース１の内部に温調風を導入する導入窓１７が電池モジュールＭ列の隣り合う電池モジュールＭ間、上記仕切壁９近傍及び一方の短辺側近傍に対応する６箇所に形成されている。また、上記側板１５には、ボルト挿通孔１５ａが上記ベース部材３のボルト挿通孔３ｂに対応して複数個形成されている。なお、図示しないが、収容ケース１の内部は、図外のブロワが配管により接続されていて、該ブロワの作動により収容ケース１の内部から温調風を導出するようにしている。

一方、上記各電池モジュールＭは、図３、図４及び図６に示すように、上下に積層された複数個の電池セル１９と、積層方向に隣り合う電池セル１９間に介在された樹脂製保持枠部材２１とを備えている。

上記各電池セル１９は、例えば充放電可能なリチウムイオン二次電池等であり、発電要素（図示せず）が外装材で封止された偏平な矩形板状の電池セル本体２３を備え、該電池セル本体２３は、上記発電要素を封止する封止部２５と、該封止部２５の外側方に全周に亘って張り出す張出部２７とからなる。上記電池セル本体２３の封止部２５の一端には、＋電極の正極タブ２９ａが外側方に突出するように一体に形成されているとともに、他端には、−電極の負極タブ２９ｂが外側方に突出するように一体に形成されている。以下、説明の都合上、これら正極タブ２９ａ及び負極タブ２９ｂを「電極タブ」と言うことがある。上記複数個の電池セル１９は、上記正極タブ２９ａと負極タブ２９ｂとが交互に重なるように上下に積層され、かつ積層方向に隣り合う電池セル１９の各々の一端側の正極タブ２９ａと負極タブ２９ｂとが電気的に順次接続するように超音波溶着治具を用いて溶着されて直列に繋げられている。

一方、上記保持枠部材２１は、上記電池セル１９の張出部２７を保持する矩形環状の枠状保持部３１を備え、該枠状保持部３１の内側には、上記電池セル本体２３の封止部２５を嵌合して位置決めする矩形状の開口部３１ａが形成されている。また、上記保持枠部材２１の一端には、絶縁プレート３３が一体に形成されている。さらに、上記保持枠部材２１には、上記電池セル１９の非タブ側に対応するように上記枠状保持部３１の外側方に延出する２条の延出部３５が一体に形成されている。該各延出部３５には、３個のボルト挿通孔３５ａが上記ベース部材３の載置部３ａ周りのボルト挿通孔３ｂに対応するように間隔をあけて形成されているとともに、係合突起３５ｂと係合孔３５ｃとがそれぞれ対角位置に形成されている。また、上記各延出部３５の両端には、電池セル１９の電圧を検出するために電極タブに接続された検電用ハーネス３７を保持するハーネス保持部３９がそれぞれ矩形に開設され、該ハーネス保持部３９には、ハーネス３７を挿入するためのスリット３９ａが形成されている。

そして、複数個の電池セル１９は、上下に積層されて直列に繋げられるとともに、積層方向に隣り合う電池セル１９間に保持枠部材２１が、上記両電池セル１９の各々の他端側の正極タブ２９ａと負極タブ２９ｂとの間に介在されている。この状態で、非接続側の正極タブ２９ａと負極タブ２９ｂとの間に上記絶縁プレート３３が、正極タブ２９ａ及び負極タブ２９ｂと少なくとも重なる範囲で位置している。つまり、絶縁プレート３３は交互に逆方向に向きを変えた状態で配置される。本例では、絶縁プレート３３は電極タブよりも外側方に延出している。また、積層方向に隣り合う保持枠部材２１（延出部３５）の係合突起３５ｂと係合孔３５ｃとが互いに係合しているとともに、保持枠部材２１の各々の延出部３５が電池セル本体２３の張出部２７の外側で互いに重合し、上記各電池セル１９が保持枠部材２１により位置ずれしないように整列保持される。これにより、電池モジュールＭが構成される。また、ハーネス３７が電池セル１９の電極タブに接続されてハーネス保持部３９に挿入保持される。

このように構成された電池モジュールＭは、図３に示すように、ベース部材３の載置部３ａに上記各電池セル１９の積層方向が上下に向いた状態で載置されて最上部にシート状のクッション材４１が載せられ、さらにその上にボルト挿通孔４３ａを有する加圧プレート４３が載せられ、該加圧プレート４３、保持枠部材２１及びベース部材３のボルト挿通孔４３ａ，３５ａ，３ｂにスリーブ４５を介してボルト４７がベース部材３下方から挿通され、該ボルト４７の軸部にナット４９が螺合している。これにより、電池モジュールＭがベース部材３に締付け固定され、この固定状態でボルト４７の締付力が上記加圧プレート４３及びクッション材４１を介して各電池セル１９のセル面全体に均等に作用し、封止部２５内で発生したガスを均等に分散するとともに、電池セル１９を押圧して膨張しないようにしている。したがって、クッション材４１、加圧プレート４３、スリーブ４５、ボルト４７及びナット４９により、結束具５１が構成されている。

このようにしてベース部材３に取り付けられた６個の電池モジュールＭは、正極タブ２９ａ及び負極タブ２９ｂが互いに対向するように電気的に直列又は並列に、あるいは直列と並列とが混在するように接続され、ＣＰＵ基板５３（図２参照）が電池モジュールＭの上部に載置されて電気的に接続される。

そして、カバー部材５が上方からベース部材３に被せられ、ボルト４７がカバー部材５及びベース部材３のボルト挿通孔１５ａ，３ｂに挿通されてナット（図示せず）に螺合し、６個の電池モジュールＭが収容ケース１に収容されたバッテリーパックＰが構成される。この状態で、カバー部材５の導入窓１７が隣り合う電池モジュールＭの電極タブに対応し、導入された温調風で電極タブを冷却するようにしている。

このように、この実施形態では、一端に絶縁プレート３３を有する保持枠部材２１を上下に隣り合う電池セル１９間に介在させて、該両電池セル１９を上記保持枠部材２１で位置ずれしないように整列保持するとともに、両電池セル１９の一方の正極タブ２９ａと他方の負極タブ２９ｂとの間に絶縁プレート３３を配置した。

したがって、保持枠部材２１を上下に隣り合う電池セル１９間に介在させるだけで、複数個の電池セル１９を簡単かつ迅速に位置ずれしないように上下に積層して組み付けることができる。また、電池セル１９を位置決めする保持枠部材２１と絶縁プレート３３とが一体であるため、その分だけ部品点数が低減して電池モジュールＭ、ひいてはバッテリーパックＰを安価に提供することができる。

また、この実施形態では、電池モジュールＭを収容ケース１のベース部材３に各電池セル１９の積層方向が上下に向いた状態で複数個載置するとともに、これら電池モジュールＭの最上部にシート状のクッション材４１及び加圧プレート４３を載せた状態で、ボルト４７を加圧プレート４３、保持枠部材２１及びベース部材３に挿通して各電池モジュールＭをベース部材３にそれぞれ締付け固定し、ボルト４７の締付力を加圧プレート４３及びクッション材４１を介して各電池セル１９のセル面全体に均等に作用させているため、封止部２５内で発生したガスを均等に分散するとともに、電池セル１９を押圧して膨張しないようにすることができる。

さらに、この実施形態では、電池セル本体２３の封止部２５を上下に隣り合う保持枠部材２１の開口部３１ａに嵌合させた状態で、上記電池セル本体２３の張出部２７を上記両保持枠部材２１の枠状保持部３１で挟んで保持し、かつ上記両保持枠部材２１の延出部３５は上記張出部２７の外側で互いに重合しているため、電池セル１９を保持枠部材２１で位置決めした状態で安定して保持することができる。

また、この実施形態では、検電用ハーネス３７を保持するハーネス保持部３９が保持枠部材２１に設けられているため、別途にハーネス保持部を設ける場合に比べて部品点数を低減することができる。

さらにまた、この実施形態では、隣り合う電池モジュールＭを互いに接近させて配置しても、両者間に遮断壁７があるため、各々の電極タブが接触せず、衝撃の作用による短絡を防止することができるとともに、バッテリーパックＰを小型化できる。

この発明は、複数個の電池セルを正極タブと負極タブとが交互に重なるように積層して直列に繋げた電池モジュールを、複数個電気的に接続して収容ケース内に収容したバッテリーパックに有用である。

実施形態においてカバー部材を取り付ける前のバッテリーパックを示す斜視図である。実施形態においてベース部材に電池モジュール、ＣＰＵ基板及びスイッチボックスが取り付けられた状態の正面図である。電池モジュールの略半分の領域を示す図２のIII −III 線に相当する断面図である。実施形態において電池モジュールの電極タブ側を示す正面図である。実施形態におけるベース部材の斜視図である。実施形態において電池セルと保持枠部材とを交互に配置した組付け前の斜視図である。

１収容ケース
３ベース部材
５カバー部材
７遮断壁
１９電池セル
２１保持枠部材
２３電池セル本体
２５封止部
２７張出部
２９ａ正極タブ
２９ｂ負極タブ
３１枠状保持部
３１ａ開口部
３３絶縁プレート
３５延出部
３７ハーネス
３９ハーネス保持部
４１クッション材
４３加圧プレート
４７ボルト
５１結束具
Ｍ電池モジュール
Ｐバッテリーパック

Claims

発電要素が外装材で封止された偏平な矩形板状の電池セル本体(23)を備え、該電池セル本体(23)の一端から＋電極の正極タブ(29a)が外側方に突出するとともに、他端から−電極の負極タブ(29b)が外側方に突出してなる複数個の電池セル(19)を、上記正極タブ(29a)と負極タブ(29b)とが交互に重なるように積層し、かつ積層方向に隣り合う電池セル(19)の各々の一端側の正極タブ(29a)と負極タブ(29b)とが電気的に順次接続するように直列に繋げ、一端に絶縁プレート(33)を有する保持枠部材(21)を、非接続側の正極タブ(29a)と負極タブ(29b)との間に上記絶縁プレート(33)が正極タブ(29a)及び負極タブ(29b)と少なくとも重なる範囲で位置するように積層方向に隣り合う電池セル(19)の各々の他端側の正極タブ(29a)と負極タブ(29b)との間に介在させ、上記各電池セル(19)が保持枠部材(21)により位置ずれしないように整列保持された電池モジュール(M)を構成し、
該電池モジュール(M)をベース部材(3)とカバー部材(5)とからなる収容ケース(1)の上記ベース部材(3)に上記各電池セル(19)の積層方向が上下に向いた状態で複数個載置して互いに電気的に接続するとともに、これら電池モジュール(M)の最上部にシート状のクッション材(41)を載せ、かつ該クッション材(41)の上に加圧プレート(43)を載せた状態で、ボルト(47)を上記加圧プレート(43)、保持枠部材(21)及びベース部材(3)に挿通して上記各電池モジュール(M)を上記ベース部材(3)にそれぞれ締付け固定し、上記ボルト(47)の締付力を上記加圧プレート(43)及びクッション材(41)を介して各電池セル(19)のセル面全体に均等に作用させていることを特徴とするバッテリーパック。
請求項１に記載のバッテリーパックにおいて、
電池セル本体(23)は、発電要素を封止する封止部(25)と、該封止部(25)の外側方に張り出す張出部(27)とからなり、
保持枠部材(21)は、上記電池セル本体(23)の封止部(25)を嵌合して位置決めする開口部(31a)を有し、上記張出部(27)を保持する枠状保持部(31)と、電池セル(19)の非タブ側に対応するように上記枠状保持部(31)の外側方に延出する延出部(35)とをさらに有し、
電池セル(19)を積層方向両側から挟む保持枠部材(21)の各々の延出部(35)は、上記電池セル本体(23)の張出部(27)の外側で互いに重合していることを特徴とするバッテリーパック。
請求項１又は２に記載のバッテリーパックにおいて、
保持枠部材(21)には、電池セル(19)の電圧を検出するための検電用ハーネス(37)を保持するハーネス保持部(39)が設けられていることを特徴とするバッテリーパック。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のバッテリーパックにおいて、
ベース部材(3)には、正極タブ(29a)及び負極タブ(29b)を対向させて隣り合う電池モジュール(M)間に立ちはだかるように遮断壁(7)が立設されていることを特徴とするバッテリーパック。