JP2010257650A - バッテリパック - Google Patents
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Abstract
【課題】高い信頼性を備えるバッテリパック、を提供する。
【解決手段】バッテリパックは、リチウムイオン電池からなる複数のバッテリセル21と、一対のエンドプレート30とを有する。各バッテリセル21は、拘束面21aを有し、複数のバッテリセル21が、隣り合う位置で拘束面21a同士が向い合うように積層されている。一対のエンドプレート30は、積層された複数のバッテリセル21の両端に配置され、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ている。エンドプレート30は、押圧面111を有する。押圧面111は、拘束面21aと向い合って配置され、バッテリセル21を押圧する。バッテリセル21に締め付け力を作用させていない状態において、押圧面111は拘束面21aに対して反り返った形状を有する。
【選択図】図6
【解決手段】バッテリパックは、リチウムイオン電池からなる複数のバッテリセル21と、一対のエンドプレート30とを有する。各バッテリセル21は、拘束面21aを有し、複数のバッテリセル21が、隣り合う位置で拘束面21a同士が向い合うように積層されている。一対のエンドプレート30は、積層された複数のバッテリセル21の両端に配置され、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ている。エンドプレート30は、押圧面111を有する。押圧面111は、拘束面21aと向い合って配置され、バッテリセル21を押圧する。バッテリセル21に締め付け力を作用させていない状態において、押圧面111は拘束面21aに対して反り返った形状を有する。
【選択図】図6
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2004−288539号公報には、燃料電池スタックの出力特性および燃料電池スタックの搭載性を向上させることを目的とした燃料電池スタックが開示されている(特許文献2)。特許文献2に開示された燃料電池スタックは、複数の単セルを積層することによって形成されたモジュールユニットと、モジュールユニットを挟んで配設された第1、第2の保持部材とを有する。第1、第2の保持部材は、モジュールユニットを締め付ける前の状態で、各単セルの積層方向において、モジュールユニットと接触する面から反った湾曲形状に形成されている。
上述の特許文献1に開示された電池モジュールにおいては、電池セルの積層体をその両側からエンドプレートにより挟み込むことによって、各電池セルの拘束面に一定の面圧を作用させている。しかしながら、エンドプレートが備える剛性によっては、エンドプレートの中央部が撓んでしまう場合があり、この場合、電池セルに対して局所的な荷重抜けが生じ、電池セルの拘束面に作用させる面圧が不均一となる。この結果、リチウム(Li)析出によって容量低下が起きるなど、電池モジュールの信頼性が低下するおそれが生じる。
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、リチウムイオン電池からなる複数のバッテリセルと、一対のエンドプレートとを備える。各バッテリセルは、拘束面を有し、複数のバッテリセルが、隣り合う位置で拘束面同士が向い合うように積層される。一対のエンドプレートは、積層された複数のバッテリセルの両端に配置され、バッテリセルにその積層方向の締め付け力を作用させる。エンドプレートは、押圧面を有する。押圧面は、拘束面と向い合って配置され、バッテリセルを押圧する。バッテリセルに締め付け力を作用させていない状態において、押圧面は拘束面に対して反り返った形状を有する。
このように構成されたバッテリパックによれば、予めエンドプレートの変形量を考慮して、押圧面がバッテリセルの拘束面に対して反り返った形状となるようにエンドプレートを形成する。これにより、エンドプレートから拘束面に作用する面圧を均一化することが可能となり、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、上側拘束バンド41sおよび下側拘束バンド41t(以下、特に区別しない場合は、拘束バンド41という)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。
上側拘束バンド41sおよび下側拘束バンド41t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。上側拘束バンド41sおよび下側拘束バンド41t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、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、バッテリセル21の積層方向に延び、その両端が、それぞれ、リベット46を用いて、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、エンドプレート30mおよびエンドプレート30n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を一体に拘束している。
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中のエンドプレートを示す斜視図である。図1および図2を参照して、エンドプレート30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30は、一定以上の荷重が加えられた場合に弾性変形する。
エンドプレート30のより具体的な形状について説明すると、エンドプレート30は、壁部32および枠部31を有する。壁部32は、バッテリセル21の積層方向に略直交する平面上に延在するように形成されている。壁部32は、バッテリセル21と向い合う側に配置される表面32aを有する。すなわち、エンドプレート30mの表面32aとエンドプレート30nの表面32aとが、バッテリモジュール20を介在させて互いに対向する。
枠部31は、壁部32の枠体となるように、壁部32の周縁に沿って形成されている。枠部31は、壁部32に対して、壁部32の周縁から直角に折れ曲がった位置に連設されている。拘束バンド41の両端は、枠部31上から一方向に折れ曲がり、壁部32の周縁に係止されている。拘束バンド41の両端は、壁部32の周縁に固定されている。
エンドプレート30は、複数の梁部51をさらに有する。梁部51は、表面32aから突出し、直線状に延びて形成されている。複数の梁部51は、互いに間隔を隔てて平行に延びている。複数の梁部51は、エンドプレート30を形成する樹脂材料により壁部32と一体に成形されている。拘束面21aをバッテリセル21の積層方向に投影した場合に、複数の梁部51は、拘束面21aの投影面に重なる範囲に形成されている。
図3は、図2中のIII−III線上に沿ったエンドプレートの断面図である。図4は、図2中のIV−IV線上に沿ったエンドプレートの断面図である。
図2から図4を参照して、エンドプレート30は、バッテリセル21を押圧する押圧面111を有する。エンドプレート30がバッテリパック10に装着されていない状態において、押圧面111は、バッテリセル21の拘束面21aに対して反り返った形状を有する。押圧面111は、球面形状を有する。
押圧面111の形状についてさらに詳細に説明すると、押圧面111は、拘束面21aからの反り量が壁部32の中央部から遠ざかるほど(壁部32の周縁に近づくほど)大きくなる湾曲面から形成されている。言い換えれば、表面32aを基準とした場合に、押圧面111の突出長さは、壁部32の中央部で最も大きくなり、壁部32の周縁に近づくほど小さくなる。
本実施の形態におけるバッテリパック10においては、押圧面111が、複数の梁部51の頂面により形成されている。このため、表面32aを基準とした場合に、複数の梁部51の高さHは、壁部32の中央部に配置される梁部51ほど高く、壁部32の周縁に近づいて配置される梁部51ほど低くなる(図3を参照のこと)。また、表面32aを基準とした場合に、各梁部51の高さHは、壁部32の中央部で最も高くなり、壁部32の周縁に近づくほど低くなる(図4を参照のこと)。
すなわち、本実施の形態におけるバッテリパック10においては、梁部51を有するエンドプレート30を用い、その梁部51の高さを変化させることによって、押圧面111を拘束面21aに対して反り返った形状に形成している。
図5は、比較のためのエンドプレートを用いた場合の、エンドプレートの変形を模式的に表わす断面図である。図5を参照して、本比較例では、本実施の形態におけるエンドプレート30に替えて、押圧面211を有するエンドプレート210が用いられている。押圧面211は、平面状に延在するように形成されている。
エンドプレート210は、バッテリセル21に締め付け力が作用させるその反力として、バッテリセル21の積層方向に沿った引っ張り力を拘束バンド41から受ける。このとき、エンドプレート210は、拘束バンド41が固定される壁部32の周縁付近がバッテリモジュール20に近接する方向に変位し、壁部32の中央部がバッテリモジュール20から遠ざかる方向に変位するように変形する。この結果、拘束面21aの中央部で荷重抜けが発生する。
図6は、図1中のエンドプレートの変形を模式的に表わした断面図である。図6を参照して、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、予め、エンドプレート30の変形を想定して、押圧面111を拘束面21aに対して反り返った形状に形成している。このような構成により、エンドプレート30の変形後において、押圧面111は平面状に形成される。これにより、押圧面111の全面をより均等に拘束面21aに接触させ、拘束面21aに均一な面圧を作用させることができる。
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、リチウムイオン電池からなる複数のバッテリセル21と、一対のエンドプレート30(30m,30n)とを有する。各バッテリセル21は、拘束面21aを有し、複数のバッテリセル21が、隣り合う位置で拘束面21a同士が向い合うように積層されている。一対のエンドプレート30(30m,30n)は、積層された複数のバッテリセル21の両端に配置され、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ている。エンドプレート30(30m,30n)は、押圧面111を有する。押圧面111は、拘束面21aと向い合って配置され、バッテリセル21を押圧する。バッテリセル21に締め付け力を作用させていない状態において、押圧面111は拘束面21aに対して反り返った形状を有する。
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10によれば、拘束面21aに作用する面圧を均一化することにより、バッテリセル21内部において電流密度の偏りが生じることを防止できる。これにより、リチウムの析出量を抑え、バッテリモジュール20の容量低下を抑制することができる。
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、20 バッテリモジュール、21 バッテリセル、21a 拘束面、30,30m,30n エンドプレート、51 梁部、111 押圧面。
Claims (1)
- 拘束面を有し、隣り合う位置で前記拘束面同士が向い合うように積層され、リチウムイオン電池からなる複数のバッテリセルと、
積層された複数の前記バッテリセルの両端に配置され、前記バッテリセルにその積層方向の締め付け力を作用させる一対のエンドプレートとを備え、
前記エンドプレートは、前記拘束面と向い合って配置され、前記バッテリセルを押圧する押圧面を有し、
前記バッテリセルに締め付け力を作用させていない状態において、前記押圧面は前記拘束面に対して反り返った形状を有する、バッテリパック。
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