JP5428489B2 - 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、特開平９−１２０８０８号公報には、軽量で高生産性を有するとともに、結束強度を安定強化し、使用中の単電池の変形を防止して、性能低下の抑制を図ることを目的とした積層密閉形のアルカリ蓄電池が開示されている（特許文献２）。

特開２００８−５３０１９号公報 特開平９−１２０８０８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、複数の電池セルを一体に拘束するための拘束バンドが、リベットやボルト等によりエンドプレートの側壁に固定されている。しかしながら、拘束バンドが何らかの理由でエンドプレートから外れた場合、エンドプレートによる電池拘束面の圧力分布が変化し、局部的な荷重抜けが生じる。この場合、電池内部で、リチウム（Ｌｉ）析出や、内部短絡、ガス発生などの、意図しない劣化が起こり、電池モジュールの信頼性が低下するおそれがある。

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、積層される複数のバッテリセルと、一対のエンドプレートと、拘束バンドと、バンド保持部材とを備える。一対のエンドプレートは、複数のバッテリセルの両端に配置される。拘束バンドは、一対のエンドプレートを挟持することによって、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。拘束バンドは、エンドプレートに固定される。バンド保持部材は、拘束バンドを、一対のエンドプレートを挟持した状態に保持するように設けられる。

このように構成されたバッテリパックによれば、仮にエンドプレートと拘束バンドとの固定が解かれることがあっても、バンド保持部材によって、拘束バンドを一対のエンドプレートを挟持した状態に保持する。これにより、バッテリセルに締め付け力を作用させた状態を維持し、各バッテリセルの拘束面に負荷する圧力分布の変化を防ぐことができる。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。

また好ましくは、拘束バンドは、一対のエンドプレートを挟持した状態において、バッテリセルの積層方向に延伸する延伸部と、延伸部の両端から一方向に折れ曲がり、延伸部に引っ張り力が作用するように一対のエンドプレートにそれぞれ係止される第１折れ曲がり部および第２折れ曲がり部とを有する。バンド保持部材は、延伸部の周囲を取り囲むように設けられる。

このように構成されたバッテリパックによれば、バンド保持部材を、拘束バンドの位置ずれを所定の範囲内に収めるガイド部材として機能させる。これにより、第１折れ曲がり部および第２折れ曲がり部をそれぞれ一対のエンドプレートに係止された状態に保持することができる。

また好ましくは、拘束バンドは、一対のエンドプレートを挟持した状態において、バッテリセルの積層方向に延伸する延伸部と、延伸部の両端から一方向に折れ曲がり、延伸部に引っ張り力が作用するように一対のエンドプレートにそれぞれ係止される第１折れ曲がり部および第２折れ曲がり部とを有する。バンド保持部材は、延伸部を、第１折れ曲がり部および第２折れ曲がり部の折れ曲がり方向に押圧するように設けられる。

このように構成されたバッテリパックによれば、バンド保持部材を、拘束バンドの位置ずれを防ぐストッパとして機能させる。これにより、第１折れ曲がり部および第２折れ曲がり部をそれぞれ一対のエンドプレートに係止された状態に保持することができる。

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２点鎖線ＩＩで囲まれた範囲のバッテリパックの構造を示す側面図である。 図１中の２点鎖線ＩＩＩで囲まれた範囲のバッテリパックの構造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）をさらに有する。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。

エンドプレート３０は、頂面３１および側面３２を有する。頂面３１は、バッテリモジュール２０を平面的に見た場合に上側に面する。側面３２は、バッテリセル２１の積層方向に面する。側面３２は、頂面３１に対して、頂面３１から直角に折れ曲がった位置に連設されている。

バッテリパック１０は、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）をさらに有する。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、複数のバッテリセル２１にその積層方向の締め付け力を作用させるようにエンドプレート３０ｍおよびエンドプレート３０ｎを挟持している。拘束バンド４１の両端は、それぞれ、エンドプレート３０ｍおよびエンドプレート３０ｎに係止されており、その状態で、複数のバッテリセル２１をその積層方向において一体に拘束している。拘束バンド４１によるバッテリセル２１の拘束状態により、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の両端は、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。

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と、第１折れ曲がり部としての折れ曲がり部４３ｍおよび第２折れ曲がり部としての折れ曲がり部４３ｎ（以下、特に区別しない場合は、折れ曲がり部４３という）とを有する。

延伸部４２は、バッテリセル２１の積層方向に延伸する。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３２上に配置されている。折れ曲がり部４３ｍがエンドプレート３０ｍの側面３２に係止され、折れ曲がり部４３ｎがエンドプレート３０ｎの側面３２に係止されている。この状態で、延伸部４２にはバッテリセル２１の積層方向に沿った引っ張り力が作用する。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の固定に、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２点鎖線ＩＩで囲まれた範囲のバッテリパックの構造を示す側面図である。図２を参照して、本実施の形態におけるバッテリパック１０は、上側拘束バンド４１ｓを、エンドプレート３０ｍおよびエンドプレート３０ｎを挟持した状態に保持するためのガイド部材５１をさらに有する。

ガイド部材５１は、延伸部４２の周囲を取り囲むように頂面３１上に設けられている。ガイド部材５１は、エンドプレート３０に固定されている。ガイド部材５１は、エンドプレート３０を挟持する上側拘束バンド４１ｓの抜け方向（図２中の矢印１０６および矢印１０７に示す方向）の移動を制限するように設けられている。矢印１０６に示す方向においてガイド部材５１と上側拘束バンド４１ｓとの引っ掛かり代を確保するため、ガイド部材５１と上側拘束バンド４１ｓ（延伸部４２）との間の隙間の長さＡよりも、ガイド部材５１と上側拘束バンド４１ｓとの引っ掛かり長さＢの方が大きく設定されている（Ａ＜Ｂ）。

図３は、図１中の２点鎖線ＩＩＩで囲まれた範囲のバッテリパックの構造を示す側面図である。図３を参照して、本実施の形態におけるバッテリパック１０は、下側拘束バンド４１ｔを、エンドプレート３０ｍおよびエンドプレート３０ｎを挟持した状態に保持するためのストッパ部材５２をさらに有する。

ストッパ部材５２は、下側拘束バンド４１ｔの延伸部４２を、折れ曲がり部４３の折れ曲がり方向（図３中の矢印１０８に示す方向）、すなわちエンドプレート３０に向けて押圧するように設けられている。言い換えれば、ストッパ部材５２は、延伸部４２がストッパ部材５２とエンドプレート３０との間に挟持されるように設けられている。

図２および図３を参照して、拘束バンド４１をエンドプレート３０に固定するためのリベット４６が破損したり、エンドプレート３０から脱落したりする場合を想定する。このような場合であっても、本実施の形態におけるバッテリパック１０においては、上側拘束バンド４１ｓの位置ずれがガイド部材５１によって制限されるため、上側拘束バンド４１ｓを、エンドプレート３０ｍおよびエンドプレート３０ｎを挟持した状態に保持することができる。また、ストッパ部材５２によって、下側拘束バンド４１ｔの位置ずれを防ぐことができるため、下側拘束バンド４１ｔを、エンドプレート３０ｍおよびエンドプレート３０ｎを挟持した状態に保持することができる。

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、積層され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、拘束バンド４１（上側拘束バンド４１ｓ，下側拘束バンド４１ｔ）と、バンド保持部材としてのガイド部材５１およびストッパ部材５２とを有する。一対のエンドプレート３０（３０ｍ，３０ｎ）は、複数のバッテリセル２１の両端に配置される。拘束バンド４１（上側拘束バンド４１ｓ，下側拘束バンド４１ｔ）は、一対のエンドプレート３０（３０ｍ，３０ｎ）を挟持することによって、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る。拘束バンド４１（上側拘束バンド４１ｓ，下側拘束バンド４１ｔ）は、エンドプレート３０（３０ｍ，３０ｎ）に固定される。ガイド部材５１およびストッパ部材５２は、拘束バンド４１（上側拘束バンド４１ｓ，下側拘束バンド４１ｔ）を、一対のエンドプレート３０（３０ｍ，３０ｎ）を挟持した状態に保持するように設けられる。

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、万が一、リベット４６が破損したり、エンドプレート３０から脱落したりすることがあっても、拘束バンド４１によるバッテリモジュール２０の締め付け状態を維持することができる。これにより、バッテリセル２１の拘束面２１ａに作用させる圧力分布の変化を抑制し、バッテリパック１０の劣化を防ぐことができる。

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、３０，３０ｍ，３０ｎ エンドプレート、４１ 拘束バンド、４１ｓ 上側拘束バンド、４１ｔ 下側拘束バンド、４２ 延伸部、４３，４３ｍ，４３ｎ 折れ曲がり部、５１ ガイド部材、５２ ストッパ部材。

Claims (2)

1. 積層される複数のバッテリセルから構成され、隣接する前記バッテリセル間に冷却風が水平方向に流通されるバッテリモジュールと、
   複数の前記バッテリセルの両端に配置される一対のエンドプレートと、
   一対の前記エンドプレートを挟持することによって、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、前記エンドプレートに固定される拘束バンドと、
   前記拘束バンドを、一対の前記エンドプレートを挟持した状態に保持するバンド保持部材とを備え、
   前記バッテリモジュールは、正極端子および負極端子が延出する上側面と、前記上側面の反対側に配置される下側面とを有する略直方体形状を有し、
   前記拘束バンドとして、前記上側面上に設けられる上側拘束バンドと、前記下側面上に設けられる下側拘束バンドとが設けられ、
   前記上側拘束バンドは、一対の前記エンドプレートを挟持した状態において、前記バッテリセルの積層方向に延伸し、前記エンドプレートの頂面上を通る延伸部と、前記延伸部の両端から一方向に折れ曲がり、前記延伸部に引っ張り力が作用するように前記一対のエンドプレートにそれぞれ係止される第１折れ曲がり部および第２折れ曲がり部とを有し、
   前記バンド保持部材は、前記延伸部の周囲に隙間を設けて前記エンドプレートの頂面に固定され、
   鉛直方向における前記バンド保持部材と、前記バンド保持部材と対向する前記延伸部の頂面との間の隙間の長さよりも、鉛直方向における前記延伸部の頂面と前記エンドプレートの頂面との間の距離の方が大きい、バッテリパック。
2. 前記下側拘束バンドは、一対の前記エンドプレートを挟持した状態において、前記バッテリセルの積層方向に延伸する延伸部と、前記延伸部の両端から一方向に折れ曲がり、前記延伸部に引っ張り力が作用するように前記一対のエンドプレートにそれぞれ係止される第１折れ曲がり部および第２折れ曲がり部とを有し、
   前記バンド保持部材は、前記延伸部を、前記第１折れ曲がり部および前記第２折れ曲がり部の折れ曲がり方向に押圧するように設けられる、請求項１に記載のバッテリパック。

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