JPWO2019021779A1 - バッテリシステム及びこのバッテリシステムを備える車両 - Google Patents
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Abstract
簡単な構造で気体の漏れを効果的に阻止して、冷却気体を効率よく送風して電池セルを冷却するために、バッテリシステムは、複数の電池セルとセパレータとを積層して冷却隙間(8)に連通される開口部(20)を両側面に設けた電池積層体(10)と、電池積層体(10)の両端面に配置されるエンドプレートと、電池積層体(10)の開口部(20)に対向する送風開口(40)を有する一対のバインドバー(4)と、バインドバー(4)の送風開口(40)を覆い、冷却気体を案内する送風ダクト(6)とを備え、送風ダクト(6)に強制送風して電池セルを冷却する。送風ダクト(6)は、送風開口(40)に沿って形成された流入開口(60)を有し、流入開口(60)の開口端と送風開口(40)の開口端とを互いに接近させている。セパレータ(2)は、開口部(20)に沿って両側方向に突出する閉塞部(28)が形成されており、この閉塞部(28)が流入開口(60)の開口端と送風開口(40)の開口端とを被覆している。
Description
本発明は、複数の電池セルを積層して電池積層体とし、この電池積層体を構成する電池セルの間に冷却隙間を設けて、この冷却隙間に空気などの冷却気体を強制的に送風して電池セルを冷却するバッテリシステムとこのバッテリシステムを備える車両に関する。
バッテリシステムは、多数の電池セルを直列に接続して出力電圧を高く、また並列に接続して充放電電流を大きくできる。したがって、ハイブリッドカーや電気自動車などに使用される大電流、大出力用のバッテリシステムは、複数の電池セルを直列に接続して出力電圧を高くしている。この種の用途に使用されるバッテリシステムは、大きな電流で充放電されて発熱するので、電池セルを強制的に冷却する必要がある。このことを実現するために、複数の電池セルを積層して電池積層体とし、電池セルの間に冷却隙間を設けているバッテリシステムが開発されている。(特許文献1参照)
このバッテリシステムは、複数の電池セルを、冷却隙間ができるようにセパレータを挟着して積層して電池積層体としている。冷却隙間には、空気などの冷却気体が送風され、電池セルが表面から冷却される。したがって、このバッテリシステムは、積層している多数の電池セルを、冷却隙間に送風される空気などの冷却気体で冷却することができる。このバッテリシステムは、電池積層体の両側にバインドバーが配置されるので、冷却隙間には、一方のバインドバーを通過して冷却気体が供給され、他方のバインドバーを通過して外部に排出される。
以上のように、バインドバーに冷却気体を通過させて冷却隙間に送風するバッテリシステムは、例えば、図14に示すように、バインドバー104に、これを貫通するように送風開口140を設けている。さらに、図14のバッテリシステムは、バインドバー104の送風開口140を通過させて冷却気体を送風するために、バインドバー104の外側に送風ダクト106を配置している。送風ダクト106は、バインドバー104の送風開口140を覆う状態で配置されており、内部空間に冷却気体が強制送風されて、冷却隙間108に送風する構造としている。
以上のバッテリシステムは、送風機(図示せず)を介して送風ダクト106に強制送風される冷却気体が、バインドバーに設けられている送風開口を通過して、電池積層体110の各冷却隙間108に流入すると共に、各冷却隙間108を通過した冷却気体が、反対側の送風開口140から送風ダクト106に流入して排出される(図14の矢印A参照)ようになっている。しかしながら、このバッテリシステムは、バインドバー104と電池積層体110との間やバインドバー104と送風ダクト106との間に隙間が形成される問題がある。多数の電池セル101を積層し、さらに電池セル101の間にはセパレータ102を挟着して、多数の電池セル101とセパレータ102とを積層している電池積層体110は、電池セル101やセパレータ102の製造公差のため、バインドバー104と電池積層体110とを気密に密着することはできない。また、バインドバー104と送風ダクト106との境界においても、これらを気密に密着することはできない。とくに、車両に搭載されるバッテリシステムにおいては、走行中の振動等により、これらの隙間の状態が微妙に変化するため、空気漏れがないように密着状態に保持するのがさらに難しくなる。
このようなバインドバーと電池積層体の間やバインドバーと送風ダクトとの間に形成される隙間は空気漏れの原因となり、この隙間によって、強制送風される冷却気体による電池セルの効果的な冷却が阻害される。とくに、排気側にファンを配置する場合、流入側の送風ダクトから供給される冷却のための意図した吸気に対して、バインドバーと電池積層体との間やバインドバーと送風ダクトとの間に隙間から流入する空気は意図しない吸気(図14の矢印B参照)であって、このように、冷却のための空気とは異なる空気を吸い込むことで効率よく冷却できなくなる。例えば、冷却用の気体としてキャビン内の空気を吸気するバッテリシステムにおいては、キャビン内の適温に調整された空気を冷却用の気体として吸気するが、バインドバーと電池積層体との間やバインドバーと送風ダクトとの間に隙間から流入する気体は、バッテリシステムが設置される空間内の空気であって、必ずしも適温に調整されているとは限らない。このため、バッテリシステムが設置される場所によっては、空間内の空気の温度が冷却に適さない温度まで上昇している場合があり、このような空気を吸気することで冷却効率が著しく低下する虞れがある。また、意図しない吸気により送風量が増加するため、送風機のファンの負荷が大きくなり、ファンの消費電力が増加する問題点もある。
本発明は、以上の欠点を解消することを目的に開発されたもので、本発明の目的の一は、簡単な構造で、バインドバーと電池積層体との間、及びバインドバーと送風ダクトとの間における気体の漏れを効果的に阻止して、冷却気体を効率よく電池セル間の冷却隙間に送風して、冷却気体でもって効率よく電池セルを冷却できるバッテリシステムとこのバッテリシステムを備える車両を提供することにある。
本発明の第1の形態に係るバッテリシステムによれば、厚さ方向に積層される複数の角型の電池セル1と、隣接する電池セル1の間に介在されて電池セル1との間に冷却隙間8を形成する絶縁性のセパレータ2とを積層して、複数の冷却隙間8に連通される開口部20を両側面に設けてなる電池積層体10と、電池積層体10の両端面にそれぞれ配置される一対のエンドプレート3と、電池積層体10の両側面に配置されて、その両端が一対のエンドプレート3に固定されると共に、複数の冷却隙間8に冷却気体を流入可能となるように、開口部20に対向して開口された送風開口40を有する一対のバインドバー4と、電池積層体10の両側に配置されて、バインドバー4の送風開口40を覆い、電池セル1を冷却する冷却気体を案内するための送風ダクト6とを備え、送風ダクト6に強制的に冷却気体を送風して電池セル1を冷却する。送風ダクト6は、バインドバー4に開口された送風開口40に沿って形成された流入開口60を有すると共に、流入開口60の開口端と送風開口40の開口端とを互いに接近させている。セパレータ2は、開口部20に沿って、電池積層体10の両側方向に突出する閉塞部28が形成されており、この閉塞部28が流入開口60に挿入されて、流入開口60の開口端と送風開口40の開口端とを被覆している。
本明細書において、電池積層体の両側とは、厚さ方向に積層される複数の電池セルの積層方向と交差する方向であって、互いに積層される電池セルの幅方向の両側を意味するものとする。
上記構成により、送風ダクトの流入開口とバインドバーの送風開口の対向する開口端をセパレータの閉塞部で覆うことにより、送風ダクトとバインドバーとの間、及びセパレータとバインドバーとの間の隙間からの空気漏れによって冷却能力が低下する事態を抑制して、高効率な冷却能力を発揮できる。また、強制送風時における空気漏れを有効に防止することで、意図しない吸気による送風量の増加を低減して送風機の消費電力が大きくなるのを防止できる。
本発明の第2の形態に係るバッテリシステムによれば、電池積層体10の側面において、電池積層体10とバインドバー4との間に介在される絶縁シート5を備え、この絶縁シート5が、バインドバー4の送風開口40に沿って開口された貫通穴50を有すると共に、貫通穴50の開口端と送風開口40の開口端とを互いに接近させて、セパレータ2の閉塞部28が、貫通穴50の開口端を被覆することができる。
上記構成により、電池積層体とバインドバーとの間の空気漏れを絶縁シートで有効に防止しながら、絶縁シートに設けた貫通穴の開口端を閉塞部で被覆することで、電池積層体と絶縁シートの間、及びバインドバーと絶縁シートの間からの空気漏れによって冷却能力が低下する事態を確実に抑制できる。
本発明の第3の形態に係るバッテリシステムによれば、セパレータ2は、電池セル1の間に介在される挟着プレート部21と、挟着プレート部21の外周に沿って設けられて、電池セル1の積層方向に突出する周壁部22とを備えて、周壁部22が、電池セル1の両側面の外側に位置する側面カバー部24を上下に離して備えると共に、対向する上下の側面カバー部24の間に、冷却隙間8の両端開口を電池積層体10の外部に連通させる開口部20を設けて、側面カバー部24が断面視において折曲された突出片を設けて閉塞部28とすることができる。
上記構成によると、セパレータに設けた周壁部により、電池セルを位置決めしながらセパレータに連結できると共に、周壁部の側面カバー部に、断面視において折曲された突出片を設けて閉塞部とすることで、簡単かつ容易に外側方向に突出する閉塞部を形成することができる。
本発明の第4の形態に係るバッテリシステムによれば、厚さ方向に積層される複数の角型の電池セル1と、隣接する電池セル1の間に介在されて電池セル1との間に冷却隙間8を形成する絶縁性のセパレータ2とを積層して、複数の冷却隙間8に連通される開口部20を両側面に設けてなる電池積層体10と、電池積層体10の両端面にそれぞれ配置される一対のエンドプレート3と、電池積層体10の両側面に配置されて、その両端が一対のエンドプレート3に固定されると共に、複数の冷却隙間8に冷却気体を流入可能となるように開口部20に対向して開口された送風開口40を有する一対のバインドバー4と、電池積層体10の側面において、電池積層体10とバインドバー4との間に介在されると共に、バインドバー4の送風開口40に沿って開口された貫通穴50を有する絶縁シート5と、電池積層体10の両側に配置されて、バインドバー4の送風開口40を覆い、電池セル1を冷却する冷却気体を案内するための送風ダクト6とを備え、送風ダクト6に強制的に冷却気体を送風して電池セル1を冷却する。送風ダクト6は、バインドバー4に開口された送風開口40に沿って形成された流入開口60を有すると共に、流入開口60の開口端と送風開口40の開口端とを互いに接近させている。絶縁シート5は、貫通穴50の開口端において、開口部20の開口端と送風開口40の開口端と流入開口60の開口端とを被覆するように断面視において折曲された閉塞部58が形成されている。
上記構成により、送風ダクトの流入開口とバインドバーの送風開口の対向する開口端を絶縁シートの閉塞部で覆うことにより、送風ダクトとバインドバーとの間、及び絶縁シートとバインドバーとの間の隙間からの空気漏れによって冷却能力が低下する事態を抑制して、高効率な冷却能力を発揮できる。また、強制送風時における空気漏れを有効に防止することで、意図しない吸気による送風量の増加を低減して送風機の消費電力が大きくなるのを防止できる。
本発明の第5の形態に係るバッテリシステムによれば、閉塞部58は、断面視をT字状に分岐しており、T字状の一方の分岐部58Aを流入開口60に挿入して送風開口40の開口端と流入開口60の開口端を被覆し、T字状の他方の分岐部58Bを開口部20に挿入して開口部20の開口端を被覆することができる。
上記構成により、セパレータとバインドバーとの間に介在された絶縁シートでもって、セパレータ、バインドバー、及び送風ダクトの開口端を効率良く閉塞して空気漏れによる冷却能力の低下を抑制することが可能となる。また、絶縁シートに開口された貫通穴の開口端を断面視T字状に折曲して被覆部を形成するので、被覆部の形状を安定させて、開口部、送風開口、及び流入開口の開口端を確実に被覆できる。
本発明の第6の形態に係るバッテリシステムによれば、送風ダクト6は、溝形に形成された本体部61の対向壁61Aの開口部側を内側に折曲して折曲部62とすると共に、対向する折曲部62の間に形成される開口部分を流入開口60とし、この流入開口60は、対向する折曲部62の先端面の間隔(K)をバインドバー4の送風開口40の開口幅(D)と略等しくして、本体部61の溝幅(W)よりも狭くすることができる。
上記構成により、送風ダクトの内部空間を広くしながら、流入開口の開口端を送風開口の開口端に接近させることで、送風ダクトとバインドバーの間からの空気漏れを有効に防止できる。
本発明の第7の形態に係るバッテリシステムによれば、さらに、送風ダクト6に冷却気体を強制送風する送風機7を備えており、電池積層体10の両側に配置される送風ダクト6のうち、一方を流入側ダクト6Aとし、他方を排気側ダクト6Bとすると共に、排気側ダクト6Bに送風機7を連結することができる。
さらに、本発明の第8の形態に係るバッテリシステムを備える車両によれば、上記の何れかの構成を備えるバッテリシステム100、200と、該バッテリシステム100、200から電力供給される走行用のモータ93と、前記バッテリシステム100、200及び前記モータ93を搭載してなる車両本体91と、前記モータ93で駆動されて前記車両本体91を走行させる車輪97とを備えることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一若しくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
(実施形態1)
本発明の実施形態1にかかるバッテリシステムを図1ないし図4に示す。これらの図に示すバッテリシステム100は、厚さ方向に積層される複数の角型の電池セル1と、隣接する電池セル1の間に介在されて電池セル1との間に冷却隙間8を形成する絶縁性のセパレータ2とを積層して、複数の冷却隙間8に連通される開口部20を両側面に設けてなる電池積層体10と、電池積層体10の両端面にそれぞれ配置される一対のエンドプレート3と、電池積層体10の両側面に配置されて、その両端が一対のエンドプレート3に固定されると共に、複数の冷却隙間8に冷却気体を流入可能となるように開口部20に対向して開口された送風開口40を有する一対のバインドバー4と、電池積層体10の側面において、電池積層体10とバインドバー4との間に介在されると共に、バインドバー4の送風開口40に沿って開口された貫通穴50を有する絶縁シート5と、電池積層体10の両側に配置されて、バインドバー4の送風開口40を覆い、電池セル1を冷却する冷却気体を案内するための送風ダクト6とを備えている。さらに、バッテリシステム100は、電池積層体10の冷却隙間8に冷却気体を強制送風する送風機7を備えており、この送風機7で送風ダクト6に強制的に冷却気体を送風して電池セル1を冷却する構造としている。
本発明の実施形態1にかかるバッテリシステムを図1ないし図4に示す。これらの図に示すバッテリシステム100は、厚さ方向に積層される複数の角型の電池セル1と、隣接する電池セル1の間に介在されて電池セル1との間に冷却隙間8を形成する絶縁性のセパレータ2とを積層して、複数の冷却隙間8に連通される開口部20を両側面に設けてなる電池積層体10と、電池積層体10の両端面にそれぞれ配置される一対のエンドプレート3と、電池積層体10の両側面に配置されて、その両端が一対のエンドプレート3に固定されると共に、複数の冷却隙間8に冷却気体を流入可能となるように開口部20に対向して開口された送風開口40を有する一対のバインドバー4と、電池積層体10の側面において、電池積層体10とバインドバー4との間に介在されると共に、バインドバー4の送風開口40に沿って開口された貫通穴50を有する絶縁シート5と、電池積層体10の両側に配置されて、バインドバー4の送風開口40を覆い、電池セル1を冷却する冷却気体を案内するための送風ダクト6とを備えている。さらに、バッテリシステム100は、電池積層体10の冷却隙間8に冷却気体を強制送風する送風機7を備えており、この送風機7で送風ダクト6に強制的に冷却気体を送風して電池セル1を冷却する構造としている。
(電池セル1)
電池セル1は、厚さに比べて幅が広い、対向する主面1Aを四角形とする角型の二次電池で、厚さ方向に積層されて電池積層体10を構成している。電池セル1は、図示しないが、電池ケースを金属ケースとする非水系電解液電池である。非水系電解液電池である電池セル1は、リチウムイオン二次電池である。ただし、電池セルは、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の他の全ての二次電池とすることもできる。
電池セル1は、厚さに比べて幅が広い、対向する主面1Aを四角形とする角型の二次電池で、厚さ方向に積層されて電池積層体10を構成している。電池セル1は、図示しないが、電池ケースを金属ケースとする非水系電解液電池である。非水系電解液電池である電池セル1は、リチウムイオン二次電池である。ただし、電池セルは、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の他の全ての二次電池とすることもできる。
電池セル1は、対向する主面1Aの外形を四角形とする金属製の電池ケースに、電極体を収納して電解液を充填している。金属ケースからなる電池ケースは、アルミニウムやアルミニウム合金で製造することができる。電池ケースは、底を閉塞する筒状に金属板をプレス加工している外装缶と、この外装缶の開口部を気密に閉塞している封口板とを備えている。電池セル1は、封口板の両端部に正負の電極端子11を固定しており、封口板を端子面1Cとして、端子面1Cの反対側の面、図3と図4において電池セル1の下面を底面1Dとしている。電池積層体10は、複数の電池セル1を、端子面1Cを同一平面に位置する姿勢で積層している。
電池積層体10は、図3と図4に示すように、隣接する電池セル1の正負の電極端子11に金属板のバスバー13を固定して、バスバー13で電池セル1を互いに直列に接続している。ただし、電池積層体は、電池セルを直列及び/又は並列に接続することもできる。隣接する電池セルを互いに直列に接続するバッテリシステム100は、出力電圧を高くして出力を大きくでき、隣接する電池セルを並列に接続して、充放電の電流を大きくできる。図2に示す電池積層体10は、18個の電池セル1を備え、これらの電池セル1を直列に接続している。ただ、本発明は、電池積層体10を構成する電池セル1の個数とその接続状態を特定しない。
(セパレータ2)
図2〜図4に示す電池積層体10は、隣接する電池セル1の間にセパレータ2を挟んで積層している。セパレータ2は、絶縁材のプラスチックを成形して製作されて、互いに隣接する電池セル1同士を絶縁する。このように、セパレータ2で絶縁して積層される電池セル1は、外装缶をアルミニウムなどの金属製にできる。図3〜図5に示すセパレータ2は、隣接する電池セル1の主面1Aに接触するように配置されて、電池セル1の間に挟まれる挟着プレート部21と、この挟着プレート部21の外周に沿って設けられて、電池セル1の積層方向に突出する周壁部22とをプラスチックで一体的に成形している。このセパレータ2は、周壁部22の内側に電池セル1を配置して定位置に配置する形状として、電池セル1を位置ずれしないように積層できる。
図2〜図4に示す電池積層体10は、隣接する電池セル1の間にセパレータ2を挟んで積層している。セパレータ2は、絶縁材のプラスチックを成形して製作されて、互いに隣接する電池セル1同士を絶縁する。このように、セパレータ2で絶縁して積層される電池セル1は、外装缶をアルミニウムなどの金属製にできる。図3〜図5に示すセパレータ2は、隣接する電池セル1の主面1Aに接触するように配置されて、電池セル1の間に挟まれる挟着プレート部21と、この挟着プレート部21の外周に沿って設けられて、電池セル1の積層方向に突出する周壁部22とをプラスチックで一体的に成形している。このセパレータ2は、周壁部22の内側に電池セル1を配置して定位置に配置する形状として、電池セル1を位置ずれしないように積層できる。
さらに、セパレータ2は、電池セル1を効果的に冷却するために、電池セル1との間に挟着される挟着プレート部21に、空気などの冷却気体を通過させる冷却隙間8を設けている。図4と図5に示すセパレータ2の挟着プレート部21は、断面視がジグザグ状に成形されて、対向する電池セル1の表面である主面1Aとの間に、互いに平行な冷却隙間8を複数列に設けている。冷却隙間8は、電池積層体10の両側面に開口されて、片側から供給される冷却気体を反対側に排出して電池セル1を冷却する。
このセパレータ2は、複数列の溝23を設けて、電池セル1との間に冷却隙間8を設けている。図のセパレータ2は、複数の溝23を、互いに平行に所定の間隔で設けている。
図の挟着プレート部21は、両面に溝23を設けており、互いに隣接する電池セル1とセパレータ2との間に複数列の冷却隙間8を設けている。この構造は、挟着プレート部21の両面に形成される冷却隙間8に送風される冷却気体で、両面に積層される電池セル1を効果的に冷却できる。ただ、セパレータは、片面にのみ溝を設けて、電池セルとセパレータとの間に冷却隙間を設けることもできる。
図の挟着プレート部21は、両面に溝23を設けており、互いに隣接する電池セル1とセパレータ2との間に複数列の冷却隙間8を設けている。この構造は、挟着プレート部21の両面に形成される冷却隙間8に送風される冷却気体で、両面に積層される電池セル1を効果的に冷却できる。ただ、セパレータは、片面にのみ溝を設けて、電池セルとセパレータとの間に冷却隙間を設けることもできる。
さらに、図3〜図5に示すセパレータ2は、挟着プレート部21の両側部であって、電池積層体10の両側面に開口された開口部20と対向する領域を部分的に切除して、切り欠き凹部27を設けている。このセパレータ2は、電池積層体10の一方の開口部20から流入される冷却気体を、切り欠き凹部27から挟着プレート部21の両面に設けた複数の冷却隙間8に分流して通過させ、電池セル1の表面に接触させて冷却し、挟着プレート部21の両面の冷却隙間8を通過した冷却気体を、反対側の切り欠き凹部27で合流させて、電池積層体10の他方の開口部20から排出する。さらに、このセパレータ2は、挟着プレート部21の両側部に切り欠き凹部27を設けることで、電池セル1の外装缶の両側部がセパレータ2で強く押圧されるのを防止できる。
さらに、図3と図5のセパレータ2は、周壁部22の内形を電池セル1の外形にほぼ等しくして、周壁部22の内側に電池セル1を入れて、電池セル1に対して定位置に配置している。周壁部22は、電池セル1の両側面1Bの外側に位置して電池セル1の側面1Bを部分的にカバーする側面カバー部24と、電池セル1の底面1Dの外側に位置して電池セル1の底面1Dの全体をカバーする底面カバー部25と、電池セル1の上面の上側に位置して電池セル1の端子面1Cを部分的にカバーする上面カバー部26とを備えている。
側面カバー部24、底面カバー部25、及び上面カバー部26は、図4と図5に示すように、セパレータ2の両面であって、電池セル1の積層方向に突出して設けられている。このセパレータ2は、両側の側面カバー部24と底面カバー部25と上面カバー部26の間に電池セル1が配置されて、電池セル1を定位置に保持する。
側面カバー部24、底面カバー部25、及び上面カバー部26は、図4と図5に示すように、セパレータ2の両面であって、電池セル1の積層方向に突出して設けられている。このセパレータ2は、両側の側面カバー部24と底面カバー部25と上面カバー部26の間に電池セル1が配置されて、電池セル1を定位置に保持する。
側面カバー部24は、電池セル1の両側面1Bの外側において、上下に離して設けられている。図3と図5に示す側面カバー部24は、電池セル1の側面1Bの上端部をカバーする上側カバー部24Aと、電池セル1の側面1Bの下端部をカバーする下側カバー部24Bとを備えている。上側カバー部24Aの上端は、電池セル1の上面をカバーする上面カバー部26に連結されており、上面カバー部26と上側カバー部24Aとで正面視を逆L字状として、電池セル1の左右の上端コーナー部を被覆している。下側カバー部24Bの下端は、電池セル1の底面1Dをカバーする底面カバー部25の両端に連結されており、底面カバー部25と両側の下側カバー部24Bで正面視を上方開口のコ字状として、電池セル1の底部を被覆している。
さらに、側面カバー部24は、対向する上側カバー部24Aと下側カバー部24Bとの間に、冷却隙間8の両端開口を電池積層体10の両側面から外部に連通させる開口部20を設けている。図3と図5に示すセパレータ2は、離間して設けた上側カバー部24Aと下側カバー部24Bとの間を開口部20として、この開口部20から電池セル1の側面1Bを部分的に表出させる構造としている。このセパレータ2は、複数の電池セル1の間に介在されて積層される状態で、図2に示すように、互いに隣接するセパレータ2の側面カバー部24同士が対向縁で連結されて外側面が同一平面状に配置されると共に、隣接するセパレータ2の開口部20同士が連結されて、複数の冷却隙間8に連通される開口部20が電池積層体10の両側面に形成される。
(閉塞部28)
さらに、図3、図5、及び図6に示すセパレータ2は、側面カバー部24の開口部20に沿って、電池積層体10の両側方向に突出する閉塞部28を形成している。図に示すセパレータ2は、各側面カバー部24の開口部20側の端縁から外側方向に突出する水平姿勢の閉塞部28を設けている。図の側面カバー部24は、断面視においてL字状に折曲された突出片を一体成形して閉塞部28としている。側面カバー部24から外側に突出する閉塞部28は、図3と図6に示すように、電池積層体10の両側面に配置されるバインドバー4の送風開口40に挿入されると共に、バインドバー4の外側に配置される送風ダクト5の内部に侵入する状態で配置される。
さらに、図3、図5、及び図6に示すセパレータ2は、側面カバー部24の開口部20に沿って、電池積層体10の両側方向に突出する閉塞部28を形成している。図に示すセパレータ2は、各側面カバー部24の開口部20側の端縁から外側方向に突出する水平姿勢の閉塞部28を設けている。図の側面カバー部24は、断面視においてL字状に折曲された突出片を一体成形して閉塞部28としている。側面カバー部24から外側に突出する閉塞部28は、図3と図6に示すように、電池積層体10の両側面に配置されるバインドバー4の送風開口40に挿入されると共に、バインドバー4の外側に配置される送風ダクト5の内部に侵入する状態で配置される。
ここで、バインドバー4は、図3に示すように、電池積層体10の開口部20に対向する送風開口40が開口されている。さらに、バインドバー4の外側に配置されて、この送風開口40を覆う送風ダクト6は、バインドバー4に開口された送風開口40に沿って形成された流入開口60を設けている。さらに、送風ダクト6は、流入開口60の開口端と送風開口40の開口端とを互いに接近させる状態で配置されている。セパレータ2から突出する閉塞部28は、図3と図6に示すように、バインドバー4の送風開口40を通過して送風ダクト6の流入開口60に挿入されて、送風開口40の開口端と流入開口60の開口端とを被覆する構造としている。図に示す閉塞部28は、送風開口40の開口端と流入開口60の開口端に対向する面を平面状としている。したがって、図に示すバインドバー4と送風ダクト6は、閉塞部28と対向する送風開口40の内面と流入開口60の内面とが同一平面状となるように接近する状態で配置されており、送風開口40と流入開口60の内面に閉塞部28の対向面が密着する状態として閉塞している。このように、送風ダクト6の流入開口60とバインドバー4の送風開口40の内面を閉塞部28で覆うことにより、送風ダクト6とバインドバー4との間、及びセパレータ2とバインドバー4との間の隙間を閉塞して、この部分からの空気漏れをより効果的に抑制できる。
閉塞部28は、好ましくは、送風開口40と流入開口60とを通過して、送風ダクト6の内部まで挿入される突出長さとなるようにする。この構造は、流入開口60に挿入される閉塞部28で、送風ダクト6とバインドバー4との間の隙間を確実に閉塞できる。ただ、閉塞部28は、必ずしも送風ダクト6の内部まで挿入される必要はなく、少なくとも流入開口60の開口端を閉塞する長さとすることができる。さらに、閉塞部28は、好ましくは、送風開口40と流入開口60の内面に密着する状態で配置される。とくに、閉塞部28を流入開口60の内面に密着状態で配置する構造は、送風ダクト6とバインドバー4との間、及びセパレータ2とバインドバー4との間の隙間から漏れる空気の流れを効果的に抑制できる。また、閉塞部28を送風開口40の内面に密着状態で配置する構造は、セパレータ2とバインドバー4との間の隙間から漏れる空気の流れを効果的に抑制できる。ただ、閉塞部28は、送風開口40と流入開口60の内面との間に多少の隙間があってもよい。それは、図13に示す従来のバッテリシステムでは、バインドバーの内側と外側とで複数箇所の空気漏れがあったのに対し、図6に示すバッテリシステム100では、バインドバー4の内側と外側の隙間を閉塞部28で閉塞することで、空気漏れの箇所を1箇所に低減できるからである。このため、仮に閉塞部28と流入開口60の内面との間に多少の隙間があって、この部分からわずかに空気が漏れることがあっても、セパレータ4と送風ダクト6との間における空気漏れを限定することで空気の通過量を抑制できる。
図3と図5に示すセパレータ2は、上下に離間して形成された側面カバー部24の両方に閉塞部28を設けている。すなわち、図のセパレータ2は、上側カバー部24Aの下端と下側カバー部24Bの上端とをそれぞれ外側に突出させて閉塞部28を設けている。上側カバー部24Aから突出する閉塞部28は、図6の拡大断面図に示すように、送風開口40の上側開口端と流入開口60の上側開口端とを被覆して、送風開口40と流入開口60の上側からの空気漏れを抑制する。また、下側カバー部24Bから突出する閉塞部28は、送風開口40の下側開口端と流入開口60の下側開口端とを被覆して、送風開口40と流入開口60の下側からの空気漏れを抑制する。このように、上下の側面カバー部24の両方に閉塞部28を設ける構造は、送風開口40と流入開口60の上下方向からの空気漏れを有効に防止できる特徴がある。
ただ、バッテリシステムは、図示しないが、上下に離間して形成された側面カバー部のうち、上側カバー部にのみ閉塞部を設けることもできる。積層される電池セルの端子面を上面とする電池積層体は、端子面となる封口板の両端部に電極端子を配置しており、この部分をバスバーで連結する必要があるため、上面側を開放する構造としている。これに対して、バッテリシステムの底面側は、バッテリシステムを載置するベースプレート等で閉塞される。このため、バッテリシステムは、底面側よりも上面側の方が気密に閉塞するのが難しく、上面側において空気漏れが生じやすくなる。したがって、バッテリシステムは、少なくとも上側カバー部に閉塞部を設けて上面側からの空気漏れを抑制することで、簡単な構造としながら効果的に空気の漏れを防止できる。
底面カバー部25は、挟着プレート部21の下端に連結されており、電池セル1の積層方向、すなわち水平方向に突出するように設けられている。底面カバー部25は、電池セル1とセパレータ2とを積層する状態で、対向する電池セル1の底面1Dの全体を被覆する。図4のセパレータ2は、挟着プレート部21の両面に電池セル1を積層するので、挟着プレート部21の下端縁から両面側に突出する底面カバー部25を一体成形して設けている。図4に示すセパレータ2は、挟着プレート部21の第1面側に突出する底面カバー部25と挟着プレート部21の第2面側に突出する底面カバー部25とを備えており、電池セル1の底面側において、向かい合う底面カバー部25同士の先端面を互い接近させて閉塞している。ただ、セパレータは、電池セルの底面側において、向かい合う底面カバー部同士を互いに積層させることもできる。この構造は、電池積層体の底面側における気密性をさらに向上させることができる。
(エンドプレート3)
エンドプレート3は、電池積層体10の両端に配置されている。エンドプレート3は、バインドバー4に連結されて、電池積層体10を両端面から加圧し、電池積層体10の各電池セル1を所定の締め付け圧で加圧状態に固定する。エンドプレート3の外形は、電池セル1の外形にほぼ等しく、あるいはこれよりもわずかに大きく、両側部にバインドバー4を連結して、電池積層体10を加圧状態に固定して変形しない四角形の板状である。このエンドプレート3は、両側部にバインドバー4を連結して、電池セル1の表面に面接触状態に密着し、電池セル1を均一な圧力で加圧状態に固定する。バッテリシステムは、電池積層体10の両端部にエンドプレート3を配置し、両端のエンドプレート3をプレス機(図示せず)で加圧して、電池セル1を積層方向に加圧する状態に保持し、この状態でエンドプレート3にバインドバー4を固定して、電池積層体10を所定の締め付け圧に保持して固定する。エンドプレート3がバインドバー4に連結された後、プレス機の加圧状態は解除される。
エンドプレート3は、電池積層体10の両端に配置されている。エンドプレート3は、バインドバー4に連結されて、電池積層体10を両端面から加圧し、電池積層体10の各電池セル1を所定の締め付け圧で加圧状態に固定する。エンドプレート3の外形は、電池セル1の外形にほぼ等しく、あるいはこれよりもわずかに大きく、両側部にバインドバー4を連結して、電池積層体10を加圧状態に固定して変形しない四角形の板状である。このエンドプレート3は、両側部にバインドバー4を連結して、電池セル1の表面に面接触状態に密着し、電池セル1を均一な圧力で加圧状態に固定する。バッテリシステムは、電池積層体10の両端部にエンドプレート3を配置し、両端のエンドプレート3をプレス機(図示せず)で加圧して、電池セル1を積層方向に加圧する状態に保持し、この状態でエンドプレート3にバインドバー4を固定して、電池積層体10を所定の締め付け圧に保持して固定する。エンドプレート3がバインドバー4に連結された後、プレス機の加圧状態は解除される。
(バインドバー4)
バインドバー4は、図1〜図3に示すように、電池積層体10の両側面に配置されて、電池積層体10の両端のエンドプレート3を連結して、複数の電池セル1を積層方向に加圧状態で固定する。バインドバー4は、金属板をプレス加工して製作される。このバインドバー4は、電池積層体10の側面に配置される側面プレート部41と、この側面プレート部41の両端部にあってエンドプレート3の外側端面に配置される固定部42とを備えており、固定部42が止ネジ18を介してエンドプレート3の両側部に固定されている。
バインドバー4は、図1〜図3に示すように、電池積層体10の両側面に配置されて、電池積層体10の両端のエンドプレート3を連結して、複数の電池セル1を積層方向に加圧状態で固定する。バインドバー4は、金属板をプレス加工して製作される。このバインドバー4は、電池積層体10の側面に配置される側面プレート部41と、この側面プレート部41の両端部にあってエンドプレート3の外側端面に配置される固定部42とを備えており、固定部42が止ネジ18を介してエンドプレート3の両側部に固定されている。
さらに、バインドバー4は、側面プレート部41の外周縁部を除く内側に送風開口40を設けて、電池積層体10の内部に冷却気体を送風できる構造としている。図の送風開口40は、電池積層体10の両側に開口された開口部20に対向して開口されている。図のバインドバー4は、側面プレート部41の外周縁部に四角形の周縁プレート部41Aを設けて、周縁プレート部41Aの内側を送風開口40としている。図1と図2に示す側面プレート部41は、四角形の周縁プレート部41Aを連結バー41Bで縦横に連結しており、周縁プレート部41Aを連結バー41Bで補強しながら、周縁プレート部41Aの内側に複数に区画された送風開口40を設けている。図のバインドバー4は、縦横に区画された複数の送風開口40の最も外周に位置する開口端を結ぶラインが、電池積層体10の側面に開口された開口部20の開口端に沿う形状となるように送風開口40を設けている。すなわち、送風開口40は、電池積層体10の側面に配置された開口部20の開口端に沿って開口されており、とくに、送風開口40の最外周に位置する開口端のうちの上側開口端と下側開口端が、開口部20の上下の開口端に接近するように配置されている。この送風開口40の上側開口端と下側開口端は、セパレータ2の側面プレート部24から突出する閉塞部28で被覆されている。
なお、図に示すバインドバー4は、周縁プレート部41Aを縦横に連結する連結バー41Bにより、複数の送風開口40に区画している。このため、これらの連結バー41Bと対向する位置に配置されるセパレータ2においては、側面カバー部24から突出する閉塞部28を設けることなく、側面カバー部24の外側面をフラット面としている。すなわち、セパレータ2は、送風開口40の開口部分に位置して、連結バー41Bと対向しない側面カバー部24にのみ突出片を設けて閉塞部28としている。ただ、バインドバーは、必ずしも連結バーを設ける必要はない。連結バーのないバインドバーは、側面プレート部に開口される送風開口の上下の開口端の全体にわたって閉塞部で被覆することができる。
さらに、バインドバー4は、図3と図6に示すように、電池積層体10の上面に配置される上面側係止部43と、電池積層体10の底面に配置される底面側係止部44とを備えている。図のバインドバー4は、側面プレート部41の上端部を内側に直角に折曲して上面側係止部43を設けている。上面側係止部43は、電池積層体10の上面をカバーする水平部を有しており、この水平部の内面を平面状として、各々の電池セル1の端子面1Cを同一平面に配置する。図3のバッテリシステム100は、図6に示すように、電池セル1の端子面1Cにセパレータ2の上面カバー部26を配置する。したがって、このバッテリシステム100は、端子面1Cと上面側係止部43との間にセパレータ2の上面カバー部26が挟まれるように配置される。電池セル1の端子面1Cは、セパレータ2の上面カバー部26を介して上面側係止部43に押し付けられて同一平面に配置される。
さらに、図のバインドバー4は、側面プレート部41の下端部を内側に直角に折曲して底面側係止部44を設けている。底面側係止部44は、側面プレート部41の下端からの突出長さを長くして電池積層体10の底面を広い面積にわたってカバーすることで、電池積層体10の底面側からバインドバー4の内側への空気の流入を有効に防止できるようにしている。図に示すバインドバー4は、底面側係止部44の突出長さを電池積層体10の幅の約1/3としている。ただ、底面側係止部44の突出長さは、電池積層体10の幅の1/10〜1/2とすることもできる。
(絶縁シート5)
絶縁シート5は、電池積層体10とバインドバー4との間に介在されるシート材で樹脂材料を所定の立体形状に成形したものである。絶縁シート5は、例えば、熱可塑性樹脂を射出成形などの方法で所定の立体形状のシート状に成形して製作することができる。絶縁シート5を製造する熱可塑性樹脂は、耐熱特性の優れたものが適しており、たとえば、ポリプロピレンが使用できる。とくに、ポリプロピレンにタルク等のフィラーを添加することで、安価に製造しながら耐熱性と耐湿性を向上させることができる。ただ、熱可塑性樹脂には、ポリプロピレン以外の樹脂も使用でき、また、樹脂に添加するフィラーにも目的に応じて種々のものが使用できる。
絶縁シート5は、電池積層体10とバインドバー4との間に介在されるシート材で樹脂材料を所定の立体形状に成形したものである。絶縁シート5は、例えば、熱可塑性樹脂を射出成形などの方法で所定の立体形状のシート状に成形して製作することができる。絶縁シート5を製造する熱可塑性樹脂は、耐熱特性の優れたものが適しており、たとえば、ポリプロピレンが使用できる。とくに、ポリプロピレンにタルク等のフィラーを添加することで、安価に製造しながら耐熱性と耐湿性を向上させることができる。ただ、熱可塑性樹脂には、ポリプロピレン以外の樹脂も使用でき、また、樹脂に添加するフィラーにも目的に応じて種々のものが使用できる。
図2と図3に示す絶縁シート5は、バインドバー4と電池積層体10との間に挟着される平面部51を備えており、この平面部51の内側の領域において電池積層体10の開口部20に沿って貫通穴50を開口している。絶縁シート5の平面部51は、周縁プレート部41Aの内面に沿う四角形の枠形状に成形されると共に、側面プレート部41に形成された連結バー41Bの内面に沿う中間連結部52を縦横に設けている。すなわち、図2の絶縁シート5は、複数に区画されたバインドバー4の送風開口40の開口端に沿って貫通穴50を開口している。複数に区画された貫通穴50は、最外周に位置する開口端のうちの上側開口端と下側開口端が、開口部20の上下の開口端に接近するように配置されている。この貫通穴50の上側開口端と下側開口端は、セパレータ2の側面プレート部24から突出する閉塞部28で被覆されている。図2に示す絶縁シート5は、貫通穴50をバインドバー4の送風開口40に沿って複数に区画しているが、絶縁シートは中間連結部を設けることなく貫通穴を開口することもできる。
さらに、図3と図6に示す絶縁シート5は、バインドバー4の上面側係止部43とセパレータ2の上面カバー部26との間に配置される積層部53を上端部に成形して設けている。積層部53は、上面側係止部43の内側面に沿って折曲された形状として、一端を平面部51に連結する形状に成形している。積層部53は、バインドバー4の上面側係止部43と上面カバー部26とを非接触状態に配置できるように、上面側係止部43の先端縁よりも内側まで延長されると共に、上面側係止部43の全体をカバーできる全長に成形されている。この絶縁シート5は、貫通穴50の開口縁をバインドバー4の送風開口40の開口縁に沿って配置する状態で、バインドバー4の内面の定位置に配置される。すなわち、バインドバー4に連結される絶縁シート5は、平面部51がバインドバー4の周縁プレート部41Aの内面に配置され、中間連結部52が連結バー51Bの内面に沿って配置され、さらに積層部53が上面側係止部43の内面に配置されて、バインドバー4の定位置に配置される。
このように、バインドバー4と電池積層体10との間に絶縁シート5を介在させる構造は、金属製のバインドバー4を電池積層体10から絶縁しながら、電池積層体10とバインドバー4との間の空気漏れを有効に防止できる。とくに、セパレータ2の側面カバー部24から絶縁シート5の貫通穴50を越えてバインドバー4の送風開口40の内面まで閉塞部28で被覆することで、電池積層体10と絶縁シート5の間、及びバインドバー4と絶縁シート5の間からの空気漏れを確実に抑制できる。ただ、図示しないが、バッテリシステムは、絶縁シートを省略することもできる。
さらに、図2に示すバッテリシステム100は、絶縁シート5とセパレータ2との間にクッション材19を挟着している。このクッション材19は、例えば、連続気泡を有するプラスチック発泡体を所定の形状にカットしたものである。図に示すクッション材19は、細長い角柱状にカットしたものを、貫通穴50に沿う四角形の枠形状に連結して絶縁シート5の平面部51の内面に配置している。このクッション材19は、絶縁シート5とセパレータ2との間で押圧状態で挟着されて弾性変形し、圧縮された状態となって絶縁シート5とセパレータ2との隙間を閉塞する。このように、クッション材19を絶縁シート5とセパレータ2との間に挟着する構造は、絶縁シート5とセパレータ2との間の隙間を効果的に閉塞して、この部分からの空気漏れを低減できる。ただ、このクッション材は省略することもできる。
さらに、図1〜図4に示すバッテリシステム100は、電池積層体10の上面側をカバーケース17で被覆している。このカバーケース17は、プラスチックで成形されており、電池積層体10の上面側を閉塞している。このように、電池積層体10の上面側をカバーケース17で閉塞することで、電池積層体10の上面側、すなわち、電池セル1の端子面1C側からの空気漏れを抑制できる。また、図3に示すカバーケース17は、バインドバー4の上面側係止部43の先端部であって、セパレータ2との境界部分も被覆している。この構造は、上面側係止部43とセパレータ2との境界部分からの空気の漏れを低減できる。
(送風ダクト6)
送風ダクト6は、電池積層体10の両側に配置されて、内部に強制送風される冷却気体を電池積層体10の開口部20から冷却隙間8に送風させる。送風ダクト6は、バインドバー4の送風開口40を覆う形状であって中空状に形成されている。中空状の送風ダクト6は、電池積層体10に冷却気体を送風するために、冷却隙間8に連通される開口部20及び送風開口40に連結される流入開口60を開口している。図3に示す送風ダクト6は、コ字状に形成された溝形の本体部61の対向壁61Aの開口部側を内側に折曲して横断面視略C字状に形成しており、上下の折曲部62をバインドバー4の外側面に面接触する状態で配置している。この送風ダクト6は、対向する上下の折曲部62の先端面の間にできる開口部分を流入開口60としている。
送風ダクト6は、電池積層体10の両側に配置されて、内部に強制送風される冷却気体を電池積層体10の開口部20から冷却隙間8に送風させる。送風ダクト6は、バインドバー4の送風開口40を覆う形状であって中空状に形成されている。中空状の送風ダクト6は、電池積層体10に冷却気体を送風するために、冷却隙間8に連通される開口部20及び送風開口40に連結される流入開口60を開口している。図3に示す送風ダクト6は、コ字状に形成された溝形の本体部61の対向壁61Aの開口部側を内側に折曲して横断面視略C字状に形成しており、上下の折曲部62をバインドバー4の外側面に面接触する状態で配置している。この送風ダクト6は、対向する上下の折曲部62の先端面の間にできる開口部分を流入開口60としている。
図3と図6に示す送風ダクト6は、本体部61の溝幅(W)をバインドバー4の送風開口40の開口幅(D)よりも広くすると共に、対向する折曲部62の先端面の間隔(K)を本体部61の溝幅(W)よりも狭くしている。さらに、送風ダクト6は、対向する上下の折曲部62の先端面をバインドバー4の送風開口40の開口端まで延長して、流入開口60の開口端と送風開口40の開口端とを互いに接近させている。好ましくは、対向する折曲部62の先端面の間隔(K)は、送風開口40の開口幅(D)と略等しく、あるいはやや狭くしている。とくに、折曲部62の先端面の間隔(K)は、セパレータ2から突出する上下の閉塞部28の外幅(S)と略等しくしている。これにより、送風開口40の開口端と流入開口60の開口端とを閉塞部28で被覆する状態で、流入開口60の開口端面を閉塞部28の対向面で密着状態に閉塞して、この部分から空気が漏れるのを有効に防止できる。送風ダクト6の流入開口60とバインドバー4の送風開口40の内面を閉塞部28で覆うことにより、送風ダクト6とバインドバー4との間、及びセパレータ2とバインドバー4との間の隙間を閉塞して、この部分からの空気漏れをより効果的に抑制できる。
このように、本体部61の溝幅(W)をバインドバー4の送風開口40の開口幅(D)よりも広くしてなる送風ダクト6は、ダクト内の空間を広くできる特徴がある。また、この送風ダクト6は、横断面視略C字状に形成して上下の折曲部62の先端面をバインドバー4の送風開口40に向かって延長することで、閉塞部28との隙間を確実に閉塞できる。このため、折曲部62の外側面をバインドバー4の外側面に面接触状態で当接させて、バインドバー4と送風ダクト6との間の空気漏れを低減できる。
さらに、送風ダクト6の折曲部62を閉塞部28まで延長する構造においては、図7に示すように、セパレータ2の閉塞部28の先端部にフック部29を設けることもできる。このセパレータ2は、突出する閉塞部28を弾性変形させながら送風開口40と流入開口60に挿入すると共に、先端のフック部29を流入開口60の開口端部に係止状態で配置することで、閉塞部28を送風ダクト6の定位置に配置しながら、閉塞部28と流入開口60の間の隙間をフック部29でより確実に閉塞できる。
さらに、送風ダクトは、図8に示す形状とすることもできる。この図に示す送風ダクト16は、コ字状に形成された溝形の本体部61の溝幅(W)をバインドバー4の送風開口40の開口幅(D)とほぼ等しくすると共に、上下の対向壁61Aの先端部を外側に折曲して折曲部62を設けている。上下の折曲部62は、バインドバー4の外側面に面接触状態で配置している。この送風ダクト6は、本体部61の開口部分を流入開口60としており、この流入開口60に挿入される閉塞部28の対向面を流入開口60の内周面に密着する状態で被覆するようにしている。この構造は、流入開口60を被覆する閉塞部28を広い面積で流入開口60の内周面に密着させることでより効果的に隙間を閉塞できる。
図1の斜視図及び図9の概略水平断面図に示すバッテリシステム100は、電池積層体10の両側に一対の送風ダクト6を配置している。これらの送風ダクト6は、流入側ダクト6Aと排出側ダクト6Bからなる。流入側ダクト6Aと排出側ダクト6Bは、互いに反対側に設けられて、流入側ダクト6Aから排出側ダクト6Bに冷却気体を送風して電池セル1を冷却する。流入側ダクト6Aと排出側ダクト6Bは、複数の送風隙間8が並列に連結されている。したがって、流入側ダクト6Aに送風される冷却気体は、複数の送風隙間8に分岐して送風され、流入側ダクト6Aから排出側ダクト6Bに送風される。
(送風機7)
送風ダクト6には、冷却気体を強制送風する送風機7が連結される。図1及び図9に示すバッテリシステム100は、排出側ダクト6Bに送風機7を連結しており、この送風機7が排出側ダクト6Bから空気を強制的に吸入して排気することにより、電池積層体10の冷却隙間8に冷却気体を強制送風している。送風機7は、排出側ダクト6Bから冷却気体を強制的に吸入して排気する。したがって、このバッテリシステム100は、冷却気体を、流入側ダクト6A→送風隙間8→排出側ダクト6B→送風機7の順に送風して電池セル1を冷却する。ただし、送風機は、流入側ダクトに連結することもできる。この送風機は、流入側ダクトに冷却気体を強制的に供給する。したがって、このバッテリシステムは、冷却気体を、送風機→流入側ダクト→送風隙間→排出側ダクトの順に送風して電池セルを冷却する。
送風ダクト6には、冷却気体を強制送風する送風機7が連結される。図1及び図9に示すバッテリシステム100は、排出側ダクト6Bに送風機7を連結しており、この送風機7が排出側ダクト6Bから空気を強制的に吸入して排気することにより、電池積層体10の冷却隙間8に冷却気体を強制送風している。送風機7は、排出側ダクト6Bから冷却気体を強制的に吸入して排気する。したがって、このバッテリシステム100は、冷却気体を、流入側ダクト6A→送風隙間8→排出側ダクト6B→送風機7の順に送風して電池セル1を冷却する。ただし、送風機は、流入側ダクトに連結することもできる。この送風機は、流入側ダクトに冷却気体を強制的に供給する。したがって、このバッテリシステムは、冷却気体を、送風機→流入側ダクト→送風隙間→排出側ダクトの順に送風して電池セルを冷却する。
図1及び図9に示すバッテリシステム100は、排出側ダクト6Bの一端であって、電池セル1の積層方向における一端に開口された排気口63に送風機7を連結している。排出側ダクト6Bは、送風機7が配置されない反対側の一端を閉塞しており、電池積層体10の送風隙間8を通過して排出側ダクト6Bに流入される冷却気体を漏れなく送風機7に送風できるようにしている。また、排出側ダクト6Bと反対側の側面に配置される流入側ダクト6Aは、バッテリシステム100の平面視において、送風機7が連結される排出側ダクト6Bの排気口63と対角に位置する流入側ダクト6Aの一端を開口して冷却気体を流入させる流入口64とすると共に、流入側ダクト6Aの反対側の一端を閉塞している。これにより、流入口64から流入側ダクト6Aの内部に流入する冷却気体を漏れなく電池積層体10の送風隙間8に通過できるようにしている。以上のように、電池積層体10の両側に配置される流入側ダクト6Aの流入口64と排出側ダクト6Bの排気口63とを対角の位置に配置する構造は、図9の矢印で示すように、各々の冷却隙間8に均一に強制送風できる特徴がある。
送風機7は、モータで回転されるファンを備え、モータの運転が制御回路(図示せず)に制御される。制御回路は、温度センサの信号で送風機7のモータの運転を制御する。制御回路は、温度センサが検出する最高温度が設定温度よりも高くなると、送風機7のモータを運転して、送風隙間8に冷却気体を強制送風する。最高温度が設定温度よりも低くなると、モータの運転を停止する。さらに、制御回路は、温度センサの検出温度によって、モータに供給する電力をコントロールして、電池セル1を所定の温度範囲に制御することもできる。たとえば、温度センサの検出温度が高くなるとモータに供給する電力を次第に大きくして、送風機7が送風する風量を多くし、検出温度が低くなるとモータの供給電力を小さくして、設定された温度範囲に制御することもできる。
送風機7には、たとえば、シロッコファン7Aが使用できる。図1及び図9に示すバッテリシステム100は、排出側ダクト6Bの一端に開口された排気口63に送風機7であるシロッコファン7Aの吸気口7aを連結して、排出側ダクト6Bの内部の空気を強制的に排出するようにしている。このバッテリシステム100は、電池積層体10の冷却隙間8を通過した冷却気体を排出側ダクト6Bの排気口63に連結された送風機7を介して外部に強制送風する。
さらに、図1に示す送風機7であるシロッコファン7Aは、回転軸方向の長さを長くし、全体の形状を略円柱状として、排出側ダクト6Bの排気口63に連結している。このバッテリシステム100は、シロッコファン7Aの回転軸を電池積層体10の底面に対して垂直な方向として、言い換えると略円柱状のシロッコファン7Aを鉛直姿勢として配置している。図1に示すバッテリシステム100は、シロッコファン7Aをエンドプレート3の外側に配置して、排出側ダクト6Bの一端に連結している。送風ダクト6に連結される略円柱状のシロッコファン7Aは、軸方向に伸びる吸気口7aを開口して設けると共に、この吸気口7aを排出側ダクト6Bの排気口63に連結している。ただ、送風機には、シロッコファンに代わって軸流ファンも使用できる。
図1及び図9に示すバッテリシステム100は、排出側ダクト6Bの一端に送風機7を連結している。ただ、送風機は、必ずしも送風ダクトの一端に連結する必要はなく、図9の鎖線で示すように、送風ダクト6の内部に配置することも、あるいは、送風ダクト6の外部であって、本体部61の側面に配置することもできる。この送風機7Xは、回転軸方向の長さを短くし、全体の形状を円盤状として、排出側ダクト6Bの内部または外部に配置することができる。この送風機7Xは、ファンの回転軸を電池積層体の側面に対して垂直な方向として、言い換えると円盤状の送風機を電池積層体の側面と平行な姿勢として配置することができる。送風ダクトの内部に送風機を配置する構造は、バッテリシステムの外形を大きくすることなく、省スペースに送風機を配置できる特徴がある。図9に鎖線で示す円盤状の送風機7Xは、電池積層体10の片側であって、排出側ダクト6Bの中央部に配置している。この構造は、排出側ダクト6Bの中央部から外部に向かって排気できるので、流入側ダクトにおいては、両端に流入口を開口して冷却気体を流入し、あるいは流入側ダクトの本体部の側面に流入口を開口して冷却気体を流入することができる。
さらに、送風機は、必ずしも送風ダクトに直接に連結する必要はなく、送風ダクトに連結された流路に配置することもできる。例えば、送風機は排出側ダクトに連結される排出路や流入側ダクトに連結される流入路に配置することもできる。このバッテリシステムは、送風ダクトの近傍に送風機を配置しないので、バッテリシステムの外形や配置に要求される制約を低減できる。
(実施形態2)
さらに、本発明の実施形態2にかかるバッテリシステムを図10と図11に示す。これらの図に示すバッテリシステム200は、前述のバッテリシステム100と同様に、バインドバー4と電池積層体10との間、及びバインドバー4と送風ダクト6との間の隙間を閉塞部で閉塞するが、この閉塞部をセパレータ2に設けるのではなく、絶縁シート5に設ける点で相異している。したがって、このバッテリシステム200において、セパレータ12と絶縁シート15以外の部材については、前述の実施形態と同じ構成要素を採用でき、図10と図11においては同符号を付してその詳細な説明は省略する。
さらに、本発明の実施形態2にかかるバッテリシステムを図10と図11に示す。これらの図に示すバッテリシステム200は、前述のバッテリシステム100と同様に、バインドバー4と電池積層体10との間、及びバインドバー4と送風ダクト6との間の隙間を閉塞部で閉塞するが、この閉塞部をセパレータ2に設けるのではなく、絶縁シート5に設ける点で相異している。したがって、このバッテリシステム200において、セパレータ12と絶縁シート15以外の部材については、前述の実施形態と同じ構成要素を採用でき、図10と図11においては同符号を付してその詳細な説明は省略する。
図10と図11に示すセパレータ12は、前述のセパレータ2と同様に、離間して設けた上側カバー部24Aと下側カバー部24Bとの間を開口部20として、この開口部20から電池セル1の側面1Bを部分的に表出させる構造としているが、側面カバー部24の先端から電池積層体10の両側方向に突出する突出片を設けることなく、側面カバー部24の外側面をバインドバー4の内面に沿う平面状としている。このセパレータ12は、対向する上側カバー部24Aと下側カバー部24Bとの間に形成された開口部20の開口端を、絶縁シート15の貫通穴50の開口端に設けた閉塞部58で被覆している。
図11に示す絶縁シート15は、バインドバー4の送風開口40に沿って開口された貫通穴50を有しており、この貫通穴50の開口端に、断面視において折曲された閉塞部58を形成している。絶縁シート15は、樹脂材料を使用して所定の立体形状に成形される。この樹脂材料には、前述と同様にポリプロピレンにタルクを添加したものが使用できる。また、立体形状に成形される絶縁シートの樹脂材料には、タルクに代わって、あるいはタルクに加えて、炭素繊維、ガラス繊維、石膏繊維、アラミド繊維等の繊維材を添加して補強することもできる。図の絶縁シート15は、所定の厚さを有する平面部51に対して、絶縁シート15の厚さ方向に突出する短い筒状の突出部を設けて閉塞部58としている。図11の閉塞部58は、断面視をT字状に分岐しており、T字状の一方の分岐部58Aで送風開口40の開口端と流入開口60の開口端を被覆し、T字状の他方の分岐部58Bで開口部20の開口端を被覆している。図に示す閉塞部58は、バインドバー4に設けた送風開口40の内周面に沿う筒状であって、絶縁シート15の平面部51から所定の高さだけ突出する立体形状とすることで所定の形状に保持されている。
この絶縁シート15は、貫通穴50の開口端から外側方向に突出する一方の分岐部58Aである突出部を、バインドバー4の送風開口40に嵌合状態で挿入すると共に、送風開口40を貫通する閉塞部58の先端部を送風ダクト6の内面まで延長して、この閉塞部58で送風開口40の開口端と、流入開口60の開口端とを被覆している。また、この絶縁シート15は、貫通穴50の開口端から内側方向に突出する他方の分岐部58Bである突出部を、セパレータ12の開口部20に嵌合状態で挿入しており、筒状の閉塞部58の上面側で上側カバー部24Aの下端面を被覆すると共に、筒状の閉塞部58の下面側で下側カバー部24Bの上端面を被覆している。
この絶縁シート15は、バインドバー4の周縁プレート部41Aに沿って形成された平面部51に対して、断面視T字状となるように、交差する両方向に突出する分岐部58A、58Bからなる閉塞部58を備えることで、この閉塞部58を所定の形状に保持して、セパレータ12の開口部20やバインドバー4の送風開口40、さらには、送風ダクト6の流入開口60に沿って嵌合されて各々の開口端を被覆する。これにより、セパレータ12、バインドバー4、及び送風ダクト6の開口端に密着状態で接触して、絶縁シート15とセパレータ12との間、絶縁シート15とバインドバー4との間、及び送風ダクト6とバインドバー4との間の隙間からの空気漏れを抑制して、冷却能力の低下を防止できる。
以上のバッテリシステムは、電動車両を走行させるモータに電力を供給するバッテリシステムに最適である。バッテリシステムを搭載する電動車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、あるいはモータのみで走行する電気自動車等が利用でき、これらの車両の電源として使用される。なお、車両を駆動する電力を得るために、上述したバッテリシステムを直列や並列に多数接続して、さらに必要な制御回路を付加した大容量、高出力のバッテリシステムを構築して搭載することもできる。
(ハイブリッド車用バッテリシステム)
図12は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車にバッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両HVは、車両本体91と、この車両本体91を走行させるエンジン96及び走行用のモータ93と、これらのエンジン96及び走行用のモータ93で駆動される車輪97と、モータ93に電力を供給するバッテリシステム100と、バッテリシステム100の電池を充電する発電機94とを備えている。バッテリシステム100は、DC/ACインバータ95を介してモータ93と発電機94に接続している。車両HVは、バッテリシステム100の電池を充放電しながらモータ93とエンジン96の両方で走行する。モータ93は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ93は、バッテリシステム100から電力が供給されて駆動する。発電機94は、エンジン96で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、バッテリシステム100の電池を充電する。
図12は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車にバッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両HVは、車両本体91と、この車両本体91を走行させるエンジン96及び走行用のモータ93と、これらのエンジン96及び走行用のモータ93で駆動される車輪97と、モータ93に電力を供給するバッテリシステム100と、バッテリシステム100の電池を充電する発電機94とを備えている。バッテリシステム100は、DC/ACインバータ95を介してモータ93と発電機94に接続している。車両HVは、バッテリシステム100の電池を充放電しながらモータ93とエンジン96の両方で走行する。モータ93は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ93は、バッテリシステム100から電力が供給されて駆動する。発電機94は、エンジン96で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、バッテリシステム100の電池を充電する。
(電気自動車用バッテリシステム)
また、図13は、モータのみで走行する電気自動車にバッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両EVは、車両本体91と、この車両本体91を走行させる走行用のモータ93と、このモータ93で駆動される車輪97と、このモータ93に電力を供給するバッテリシステム100と、このバッテリシステム100の電池を充電する発電機94とを備えている。バッテリシステム100は、DC/ACインバータ95を介してモータ93と発電機94に接続している。モータ93は、バッテリシステム100から電力が供給されて駆動する。発電機94は、車両EVを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、バッテリシステム100の電池を充電する。
また、図13は、モータのみで走行する電気自動車にバッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両EVは、車両本体91と、この車両本体91を走行させる走行用のモータ93と、このモータ93で駆動される車輪97と、このモータ93に電力を供給するバッテリシステム100と、このバッテリシステム100の電池を充電する発電機94とを備えている。バッテリシステム100は、DC/ACインバータ95を介してモータ93と発電機94に接続している。モータ93は、バッテリシステム100から電力が供給されて駆動する。発電機94は、車両EVを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、バッテリシステム100の電池を充電する。
図12と図13に示す車両は、後部側バッテリシステム100を搭載している。車両に搭載されるバッテリシステム100は、好ましくは、流入側ダクト6Aの流入側である空気の吸気口を、車両のキャビン側に設けることができる。このバッテリシステムは、キャビン内の空気を吸入するので、適温に調整された室内の空気を冷却気体として電池セル1に送風して冷却することができる。通常、車両のキャビン内は、25度前後の温度に保持されているからである。したがって、キャビン内の空気を吸入して冷却隙間に送風することで、季節や天気に関係なく、冷却気体の温度を常に安定した温度とすることができる。
特に、以上のバッテリシステムは、バインドバーと電池積層体との間、及びバインドバーと送風ダクトとの間からの空気漏れを有効に防止できるので、意図しない吸気に起因する冷却効率の低下を効果的に防止できる。
特に、以上のバッテリシステムは、バインドバーと電池積層体との間、及びバインドバーと送風ダクトとの間からの空気漏れを有効に防止できるので、意図しない吸気に起因する冷却効率の低下を効果的に防止できる。
本発明のバッテリシステムは、大電力が要求される車両のモータに電力を供給する車両用の電源として最適に使用される。
100、200…バッテリシステム、1…電池セル、1A…主面、1B…側面、1C…端子面、1D…底面、2、12…セパレータ、3…エンドプレート、4…バインドバー、5、15…絶縁シート、6、16…送風ダクト、6A…流入側ダクト、6B…排出側ダクト、7、7X…送風機、7A…シロッコファン、7a…吸気口、8…冷却隙間、10…電池積層体、11…電極端子、13…バスバー、17…カバーケース、18…止ネジ、19…クッション材、20…開口部、21…挟着プレート部、22…周壁部、23…溝、24…側面カバー部、24A…上側カバー部、24B…下側カバー部、25…底面カバー部、26…上面カバー部、27…切り欠き凹部、28…閉塞部、29…フック部、40…送風開口、41…側面プレート部、41A…周縁プレート部、41B…連結バー、42…固定部、43…上面側係止部、44…底面側係止部、50…貫通穴、51…平面部、52…中間連結部、53…案内溝、58…閉塞部、58A…分岐部、58B…分岐部、61…本体部、61A…対向壁、62…折曲部、63…排気口、64…流入口、91…車両本体、93…モータ、94…発電機、95…DC/ACインバータ、96…エンジン、97…車輪、101…電池セル、102…セパレータ、104…バインドバー、106…送風ダクト、108…冷却隙間、110…電池積層体、140…送風開口、HV…車両、EV…車両。
Claims (8)
- 厚さ方向に積層される複数の角型の電池セルと、隣接する前記電池セルの間に介在されて、該電池セルとの間に冷却隙間を形成する絶縁性のセパレータとを積層して、複数の前記冷却隙間に連通される開口部を両側面に設けてなる電池積層体と、
前記電池積層体の両端面にそれぞれ配置される一対のエンドプレートと、
前記電池積層体の両側面に配置されて、その両端が一対の前記エンドプレートに固定されると共に、前記複数の冷却隙間に冷却気体を流入可能となるように、前記開口部に対向して開口された送風開口を有する一対のバインドバーと、
前記電池積層体の両側に配置されて、前記バインドバーの送風開口を覆い、前記電池セルを冷却する冷却気体を案内するための送風ダクトとを備え、
前記送風ダクトに強制的に冷却気体を送風して前記電池セルを冷却するバッテリシステムであって、
前記送風ダクトは、前記バインドバーに開口された送風開口に沿って形成された流入開口を有すると共に、前記流入開口の開口端と前記送風開口の開口端とを互いに接近させており、
前記セパレータは、前記開口部に沿って、前記電池積層体の両側方向に突出する閉塞部が形成されており、前記閉塞部が前記流入開口に挿入されて、前記流入開口の開口端と前記送風開口の開口端とを被覆してなることを特徴とするバッテリシステム。 - 請求項1に記載されるバッテリシステムであって、さらに、
前記電池積層体の側面において、該電池積層体と前記バインドバーとの間に介在される絶縁シートを備えており、
前記絶縁シートは、前記バインドバーの送風開口に沿って開口された貫通穴を有すると共に、前記貫通穴の開口端と前記送風開口の開口端とを互いに接近させており、
前記セパレータの閉塞部が、前記貫通穴の開口端を被覆してなるバッテリシステム。 - 請求項1または2に記載されるバッテリシステムであって、
前記セパレータは、前記電池セルの間に介在される挟着プレート部と、前記挟着プレート部の外周に沿って設けられて、前記電池セルの積層方向に突出する周壁部とを備えており、
前記周壁部は、前記電池セルの両側面の外側に位置する側面カバー部を上下に離して備えると共に、対向する上下の前記側面カバー部の間に、前記冷却隙間の両端開口を前記電池積層体の外部に連通させる前記開口部を設けており、
前記側面カバー部が断面視において折曲された突出片を設けて閉塞部としてなるバッテリシステム。 - 厚さ方向に積層される複数の角型の電池セルと、隣接する前記電池セルの間に介在されて、該電池セルとの間に冷却隙間を形成する絶縁性のセパレータとを積層して、複数の前記冷却隙間に連通される開口部を両側面に設けてなる電池積層体と、
前記電池積層体の両端面にそれぞれ配置される一対のエンドプレートと、
前記電池積層体の両側面に配置されて、その両端が一対の前記エンドプレートに固定されると共に、前記複数の冷却隙間に冷却気体を流入可能となるように、前記開口部に対向して開口された送風開口を有する一対のバインドバーと、
前記電池積層体の側面において、該電池積層体と前記バインドバーとの間に介在されると共に、前記バインドバーの送風開口に沿って開口された貫通穴を有する絶縁シートと、
前記電池積層体の両側に配置されて、前記バインドバーの送風開口を覆い、前記電池セルを冷却する冷却気体を案内するための送風ダクトとを備え、
前記送風ダクトに強制的に冷却気体を送風して前記電池セルを冷却するバッテリシステムであって、
前記送風ダクトは、前記バインドバーに開口された送風開口に沿って形成された流入開口を有すると共に、前記流入開口の開口端と前記送風開口の開口端とを互いに接近させており、
前記絶縁シートは、前記貫通穴の開口端において、前記開口部の開口端と前記送風開口の開口端と前記流入開口の開口端とを被覆するように断面視において折曲された閉塞部が形成されてなるバッテリシステム。 - 請求項4に記載されるバッテリシステムであって、
前記閉塞部は、断面視をT字状に分岐しており、T字状の一方の分岐部を前記流入開口に挿入して前記送風開口の開口端と前記流入開口の開口端を被覆し、T字状の他方の分岐部を前記開口部に挿入して前記開口部の開口端を被覆するバッテリシステム。 - 請求項1から5のいずれか一項に記載されるバッテリシステムであって、
前記送風ダクトは、溝形に形成された本体部の対向壁の開口部側を内側に折曲して折曲部とすると共に、対向する前記折曲部の間に形成される開口部分を前記流入開口としており、
前記流入開口は、対向する前記折曲部の先端面の間隔を前記バインドバーの送風開口の開口幅と略等しくして、前記本体部の溝幅よりも狭くしてなるバッテリシステム。 - 請求項1から6のいずれか一項に記載されるバッテリシステムであって、さらに、
前記送風ダクトに冷却気体を強制送風する送風機を備えており、
前記電池積層体の両側に配置される送風ダクトのうち、一方を流入側ダクトとし、他方を排気側ダクトとすると共に、前記排気側ダクトに前記送風機を連結してなるバッテリシステム。 - 請求項1から7のいずれか一に記載のバッテリシステムを備える車両であって、
前記バッテリシステムと、該バッテリシステムから電力供給される走行用のモータと、前記バッテリシステム及び前記モータを搭載してなる車両本体と、前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪とを備える車両。
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