JP5326771B2 - バッテリパック - Google Patents

Description

この発明は、一般的には、バッテリパックに関し、より特定的には、走行用の電源として車両に搭載されるバッテリパックに関する。

従来のバッテリパックに関して、たとえば、特開２００８−５３０１９号公報には、小型化もしくは軽量化を図ることを目的とした蓄電モジュールが開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された蓄電モジュールとしての電池モジュールは、複数の電池セル（リチウムイオン電池）が積層されてなる積層体と、積層体の両端に配置されるエンドプレートと、エンドプレート同士を締結する拘束バンドとを有する。

また、特開２００５−２８５３７８号公報には、剛性の低い外装体を備える場合にも、効果的に充放電時の極板の膨化が抑制され、サイクル寿命特性の低下を招き難く、長期にわたって高品質を維持することを目的としたアルカリ２次電池が開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示されたアルカリ２次電池においては、電極体の外周における一部領域に、拘束バンドが外嵌されている。電極体と、冷間圧延鋼板から形成された拘束バンドとの間には、絶縁部材が介挿されている。

特開２００８−５３０１９号公報 特開２００５−２８５３７８号公報

上述の特許文献１に開示される電池モジュールには、バスバーが接続される電極が設けられている。しかしながら、この電極は、積層体の表面のうち、拘束バンドが配置される端面から突出するように設けられるため、電極と拘束バンドとの間の絶縁（沿面）距離を確保する必要が生じる。この際、拘束バンドを覆うように絶縁カバーが設けられる場合であっても、絶縁カバーの組み付け方法に誤りがあれば、確保すべき絶縁距離が得られず、予期しない短絡を引き起こすおそれがある。この場合、電池モジュールの信頼性が損なわれる。

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、高い信頼性を備えるバッテリパック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は、端子部を有し、積層される複数のバッテリセルと、金属製の拘束部材と、拘束部材を覆う絶縁カバーとを備える。拘束部材は、端子部と隙間を設けて配置され、バッテリセルの積層方向に沿って延びる。拘束部材は、複数のバッテリセルにその積層方向の拘束力を作用させる。絶縁カバーには、拘束部材が挿入される開口部が形成される。絶縁カバーは、拘束部材から端子部とは反対側に突出し、その先端に開口部が配置される突出部を有する。突出部の、拘束部材からの突出長さは、拘束部材と端子部との間の隙間長さよりも大きい。

このように構成されたバッテリパックによれば、突出部の突出長さが拘束部材と端子部との間の隙間長さよりも大きいため、絶縁カバーが誤って、突出部が端子部の側に配置されるように組み付けられると、突出部と端子部とが干渉する。これにより、絶縁カバーの誤組み付けを防ぎ、拘束部材および端子部の間の絶縁距離を確実に確保することができる。結果、バッテリパックの信頼性を向上させることができる。

以上に説明したように、この発明に従えば、高い信頼性を備えるバッテリパックを提供することができる。

この発明の実施の形態におけるバッテリパックを模式的に表わす斜視図である。 図１中の拘束バンドを部分的に示す斜視図である。 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中の絶縁カバーの誤組み付け時の状態を示す側面図である。

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を模式的に表わす斜視図である。

図１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自動車に搭載されている。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、複数のバッテリセル２１を有する。各バッテリセル２１は、リチウムイオン電池からなる。

複数のバッテリセル２１は、矢印１０１に示す一方向（以下、バッテリセル２１の積層方向という）に積層されている。バッテリセル２１は、略直方体形状の薄板形状を有する。バッテリセル２１は、拘束面２１ａを有する。拘束面２１ａは、バッテリセル２１の外観をなす複数の側面のうちで最も大きい面積を有する。拘束面２１ａは、平面形状を有する。複数のバッテリセル２１は、積層方向に隣り合うバッテリセル２１間で拘束面２１ａ同士が向い合わせとなるように積層されている。

積層された複数のバッテリセル２１によって、バッテリモジュール２０が構成されている。バッテリモジュール２０の外観は、略直方体形状を有し、平面的に見た場合に、バッテリモジュール２０の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。

バッテリセル２１は、正極端子２３ｐおよび負極端子２３ｑ（以下、特に区別しない場合は端子部２３という）を有する。複数のバッテリセル２１は、積層方向に隣り合うバッテリセル２１間で正極端子２３ｐと負極端子２３ｑ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２３ｐと負極端子２３ｑとが、図示しないバスバーにより接続されている。このような構成により、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、積層方向に隣り合うバッテリセル２１間に冷却風を流通させるための隙間を設けるため、樹脂製のバッテリホルダ２６によって覆われている。

バッテリパック１０は、エンドプレート３０ｍおよびエンドプレート３０ｎ（以下、特に区別しない場合には、エンドプレート３０という）と、拘束バンド４１とをさらに有する。

エンドプレート３０ｍおよびエンドプレート３０ｎは、それぞれ、積層された複数のバッテリセル２１の両端、言い換えれば、バッテリセル２１の積層方向におけるバッテリモジュール２０の両端に配置されている。複数のバッテリセル２１は、エンドプレート３０ｍとエンドプレート３０ｎとの間に挟持されている。

拘束バンド４１は、エンドプレート３０ｍとエンドプレート３０ｎとの間を連結している。拘束バンド４１は、バッテリモジュール２０の対向する側面（上側面、下側面）上にそれぞれ設けられている。拘束バンド４１は、バッテリモジュール２０の上側面上において正極端子２３ｐおよび負極端子２３ｑに隣り合う位置にそれぞれ配置されている。

拘束バンド４１は、金属から形成されており、たとえば鋼板から形成されている。拘束バンド４１は、導電性の材料から形成されている。

拘束バンド４１は、バッテリセル２１の積層方向に延び、その両端が、それぞれ、エンドプレート３０ｍおよびエンドプレート３０ｎに固定されている。このような構成により、拘束バンド４１は、バッテリセル２１にその積層方向の締め付け力を作用させ、複数のバッテリセル２１をエンドプレート３０ｍおよびエンドプレート３０ｎ間で一体に拘束している。拘束バンド４１による拘束により、バッテリセル２１の拘束面２１ａには、均一な面圧が作用している。

拘束バンド４１のより具体的な形状について説明すると、拘束バンド４１は、延伸部４２および折れ曲がり部４３を有して構成されている。

延伸部４２は、略矩形の断面形状を有し、バッテリセル２１の積層方向に延伸して形成されている。延伸部４２は、バッテリモジュール２０の側面上で直線状に延伸して形成されている。折れ曲がり部４３は、延伸部４２から直角に折れ曲がり、エンドプレート３０の側面上に配置されている。本実施の形態では、固定部材としてのリベット４６を用いて、折れ曲がり部４３がエンドプレート３０に固定されている。

なお、エンドプレート３０に対する拘束バンド４１の固定手段として、リベット４６に替えてボルトが用いられてもよい。

図２は、図１中の拘束バンドを部分的に示す斜視図である。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、まず、端子部２３の構造について説明すると、バッテリセル２１は、電解質に浸された電極を封入する本体ケース２２を有する。端子部２３は、本体ケース２２からその外部に延出するように設けられている。端子部２３は、バッテリセル２１を、本体ケース２２の外部に配置されたバスバーに接続するための部品である。

端子部２３は、金属端子６２、リベット６１およびボルト６３から構成されている。
金属端子６２は、本体ケース２２の外部に配置されている。金属端子６２は、側面視略Ｚ字型に形成されている。金属端子６２は、金属板を折曲することにより形成されている。より詳細には、金属端子６２は、本体ケース２２に固定される固定片６２ｓと、固定片６２ｓから折れ曲がり、本体ケース２２から離れる方向に延びる接続片６２ｔと、接続片６２ｔから連なり、固定片６２ｓと平行に延びる端子片６２ｕとを有して構成されている。

リベット６１は、固定片６２ｓおよび本体ケース２２を貫通する形態により、金属端子６２と本体ケース２２とを結合している。

固定片６２ｓと本体ケース２２との間には、絶縁体６６が設けられている。絶縁体６６は、金属端子６２と本体ケース２２との間を電気的に絶縁するとともに、金属端子６２に形成された貫通孔を密閉するガスケットとして機能する。絶縁体６６は、絶縁性材料であれば特に限定されないが、たとえば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂やナイロン合成樹脂などの樹脂材料から形成されている。

ボルト６３は、図示しないバスバーを金属端子６２に接続するために設けられている。ボルト６３は、絶縁体６６に支持されている。ボルト６３は、金属端子６２を貫通し、本体ケース２２から離れる方向に延出するように設けられている。

続いて、端子部２３と金属製の拘束バンド４１との間の絶縁構造について説明する。バッテリパック１０は、絶縁カバー５１をさらに有する。

絶縁カバー５１は、拘束バンド４１を覆うように設けられている。より具体的には、絶縁カバー５１は、拘束バンド４１の延伸部４２を覆うように設けられている。絶縁カバー５１は、絶縁性材料から形成されており、たとえば、ポリフェニレンサルファイド樹脂やナイロン合成樹脂などの樹脂材料から形成されている。絶縁カバー５１は、バッテリモジュール２０の側面上において、端子部２３と拘束バンド４１との間の絶縁距離を確保するために設けられている。

絶縁カバー５１は、Ｕ字の断面形状を有し、拘束バンド４１（延伸部４２）を覆う状態でバッテリセル２１の積層方向に沿って延びている。絶縁カバー５１には、収容部５２および開口部５３が形成されている。開口部５３は、拘束バンド４１を収容する収容部５２から一方向に開口して形成されている。拘束バンド４１は、開口部５３を通じて絶縁カバー５１に挿入され、収容部５２に収容される。絶縁カバー５１は、収容部５２に収容された拘束バンド４１を位置決めするための係止部５６を有する。係止部５６は、収容部５２を規定する絶縁カバー５１の内壁から内方に突出して形成されている。

絶縁カバー５１が拘束バンド４１に装着された状態で、開口部５３は、拘束バンド４１に対して金属端子６２の接続片６２ｔとは反対側に向けて開口している。拘束バンド４１が、金属端子６２の接続片６２ｔに近接して位置決めされる端辺４４ｐと、端辺４４ｐと対向する端辺４４ｑとを有する場合に、拘束バンド４１は、端辺４４ｐ側から開口部５３を通じて絶縁カバー５１に挿入される。絶縁カバー５１は、開口部５３から見て、端辺４４ｐが奥側に配置され、端辺４４ｑが手前側に配置されるように、拘束バンド４１に装着される。

本実施の形態では、拘束バンド４１に折れ曲がり部４３を形成する折り曲げ加工の後に、拘束バンド４１に絶縁カバー５１を装着するため、絶縁カバー５１に開口部５３が形成されている。

絶縁カバー５１は、突出部５４を有する。絶縁カバー５１が拘束バンド４１に装着された状態で、突出部５４は、拘束バンド４１の端辺４４ｑから、拘束バンド４１に対して金属端子６２の接続片６２ｔとは反対方向に突出するように形成されている。突出部５４の先端には、開口部５３が配置されている。突出部５４は、係止部５６と開口部５３との間に形成されている。

このように絶縁カバー５１に突出部５４を設けることによって、拘束バンド４１と端子部２３との間の絶縁距離Ｌを拡大させ、たとえば、ＪＩＳ0664.3.2.3に規定された絶縁距離１１ｍｍ以上を確保することが可能となる。

本実施の形態におけるバッテリパック１０においては、突出部５４の、拘束バンド４１からの突出長さＢ１が、金属端子６２と拘束バンド４１との間の隙間長さＢ２よりも大きく設定されている。より具体的には、拘束バンド４１の端辺４４ｑと、開口部５３の開口端との間の長さＢ１が、拘束バンド４１の端辺４４ｐと、金属端子６２の接続片６２ｔとの間の長さＢ２よりも大きく設定されている。

図４は、図１中の絶縁カバーの誤組み付け時の状態を示す側面図である。図４を参照して、組み付け時の作業ミスにより、拘束バンド４１が、バッテリパック１０に対して、突出部５４が金属端子６２の接続片６２ｔ側に位置決めされるように組み付けられるおそれがある。この場合、開口部５３が端子部２３と近接した位置で開口するため、拘束バンド４１および端子部２３間で所望の絶縁距離を確保することができない。

これに対して、本実施の形態におけるバッテリパック１０においては、突出部５４の、拘束バンド４１からの突出長さＢ１が、金属端子６２と拘束バンド４１との間の隙間長さＢ２よりも大きく設定されている。このような構成により、作業者が、拘束バンド４１を、突出部５４が金属端子６２の接続片６２ｔ側に位置決めされるように組み付けようとすると、突出部５４と金属端子６２とが干渉してしまう。このため、作業者は、組み付け後の検査や、マーキング等を要することなく、拘束バンド４１の誤組み付けに容易に気付きくことができる。

以上に説明した、この発明の実施の形態におけるバッテリパックの構造についてまとめて説明すると、バッテリパック１０は、端子部２３を有し、積層される複数のバッテリセル２１と、金属製の拘束部材としての拘束バンド４１と、拘束バンド４１を覆う絶縁カバー５１とを有する。拘束バンド４１は、端子部２３と隙間を設けて配置され、バッテリセル２１の積層方向に沿って延びる。拘束バンド４１は、複数のバッテリセル２１にその積層方向の拘束力を作用させる。絶縁カバー５１には、拘束バンド４１が挿入される開口部５３が形成される。絶縁カバー５１は、拘束バンド４１から端子部２３とは反対側に突出し、その先端に開口部５３が配置される突出部５４を有する。突出部５４の、拘束バンド４１からの突出長さＢ１は、拘束バンド４１と端子部２３との間の隙間長さＢ２よりも大きい。

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１０によれば、拘束バンド４１の誤組み付けを防ぎ、拘束バンド４１および端子部２３間で所望の絶縁距離を確保することができる。これにより、拘束バンド４１および端子部２３間の短絡をより確実に防止し、バッテリパック１０の信頼性を向上させることができる。

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。

この発明は、主に、バッテリから電力供給されるモータを動力源として備える車両に利用される。

１０ バッテリパック、２１ バッテリセル、２３ 端子部、２３ｐ 正極端子、２３ｑ 負極端子、３０，３０ｍ，３０ｎ エンドプレート、４１ 拘束バンド、５１ 絶縁カバー、５３ 開口部、５４ 突出部、６２ 金属端子、６２ｔ 接続片。

Claims (1)

1. 端子部を有し、積層される複数のバッテリセルと、
   前記端子部と隙間を設けて配置され、前記バッテリセルの積層方向に沿って延び、複数の前記バッテリセルにその積層方向の拘束力を作用させる金属製の拘束部材と、
   前記拘束部材が挿入される開口部が形成され、前記拘束部材を覆う絶縁カバーとを備え、
   前記絶縁カバーは、前記拘束部材から前記端子部とは反対側に突出し、その先端に前記開口部が配置される突出部を有し、
   前記突出部の、前記拘束部材からの突出長さは、前記拘束部材と前記端子部との間の隙間長さよりも大きい、バッテリパック。

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