JP2010257650A - バッテリパック - Google Patents

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

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。

特開２００８−５３０１９号公報 特開２００４−２８８５３９号公報

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中のエンドプレートを示す斜視図である。 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。 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。

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)

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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