JP6224321B2 - 組電池の拘束具、組電池の拘束部材、バッテリ - Google Patents

Description

本発明は、組電池の拘束具、この拘束具を用いた組電池の拘束部材、及び、この拘束部材で拘束された組電池を備えるバッテリに関する。

ハイブリット車や電気自動車などで用いられるバッテリ１００は、図６（ａ）に示すように、電池セル３０と流路部材３２とを交互に重ね、これらを拘束部材で拘束した組電池３を備えており、この組電池３はバッテリケース１０内に収納されている。

この組電池３がバッテリケース内に収納されると、バッテリケース１０内には冷媒（冷却風）を流す２つの流路７０，７１が形成される。
第１流路７０は、外部から取り込んだ冷却風を電池セル３０の配列方向に沿って流す流路である。

第２流路７１は、第１流路７０から各流路部材３２を通じて電池セル３０の間を通過した冷却風を組電池３の配列方向に沿って流して外部に排出する流路である（例えば、特許文献１参照）。

また、外部から第１流路７０に冷却風を流し入れる入口９０ａは、電池セル３０が配列される配列方向に沿った一方の端部側（以下「入口側」という）に設けられ、第２流路７１から外部に冷却風を流し出す出口９１ａは、その配列方向に沿った他方の端部側（以下「出口側」という）に設けられている。

特表２０１１−５１５７９８号公報

ところで、上記のように構成されたバッテリ１００によれば、図７（ａ）に示すように、冷却風が第１流路７０を流れる方向と、冷却風が流路部材３２を介して電池セル３０間を流れる方向とは、直交している。また、第１流路７０の入口側の冷却風は直進性が高い。

そのため、入口側の電池セル３０間には、出口側の電池セル３０間に比べて冷却風が流れにくく、冷却風の流量及び流速に差が発生し、入口側と出口側とで冷却効果に差が生じる可能性がある。

そこで、本発明は、電池セルの配列方向の両端で冷却効果に差が生じることを抑制することが可能な組電池の拘束具、この拘束具を用いた組電池の拘束部材、及び、この拘束部材で拘束された組電池を備えるバッテリを提供する。

第１の構成例である組電池の拘束具は、電池セルと、該電池セル間の冷媒の流路を形成する流路部材とを交互に重ねた組電池の拘束具であって、本体部（５１ａ）と、分流部（５１ｂ）とを備えるものである。

本体部（５１ａ）は、電池セルが配列される配列方向に沿った、組電池の一方の端部側に配置されるものである。
分流部（５１ｂ）は、配列方向に沿った組電池の側面に隣接する分流空間であって、本体部が設置された側の複数の電池セルに隣接する分流空間を形成するため、組電池の側面から離れた位置で、配列方向に沿って本体部から組電池の他方の端部側に向かって延設されている。
また、分流部（５１ｂ）は、分流空間に冷媒を取り入れる開口（５９）が本体部との接続部分に形成されている。

第２の構成例である組電池の拘束部材は、第１エンドプレート（５１）、第２エンドプレート（５２）、及び、拘束バンド（５３ａ〜５３ｄ）を備えるものである。
第１エンドプレート（５１）は、第１の構成例の拘束具であって、本体部及び分流部を備えるものであり、第２エンドプレート（５２）は、配列方向の他方側の端部に配置されるものである。

拘束バンド（５３ａ〜５３ｄ）は、第１エンドプレート及び第２エンドプレートに取り付けられ、第１エンドプレート及び第２エンドプレートの間に組電池を挟んで拘束するものである。

第３の構成例であるバッテリは、第２の構成例である拘束部材を用いて拘束された組電池を備えるバッテリであって、組電池を収納するバッテリケース（１０）を備えている。
そして、組電池は、配列方向の両端に取り付けられたブラケット（６０）を介してバッテリケース内に固定されている。

第４の構成例であるバッテリは、第３の構成例であるバッテリであって、組電池の配列方向に沿った二つの流路がバッテリケース内に形成されたものである。
二つの流路のうち第１流路（７０）は、外部からバッテリケース内に冷媒を導入する流路であって、組電池の一の側面に面する位置に形成されたものである。

二つの流路のうち第２流路（７１）は、第１流路から流路部材を介して流れてきた冷媒を外部に排出する流路であって、組電池の側面のうち、第１流路が面する側面とは反対側の組電池の他の側面に面する位置に形成されたものである。

そして、この第４の構成例であるバッテリでは、拘束部材に拘束された組電池は、分流部の開口（５９）が、第１流路に対し冷媒を導入する入口（９０ａ）に対向する位置に配置されるように、バッテリケース内に配置されている。

因みに、上記各手段等の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記各手段等の括弧内の符号に示された具体的手段等に限定されるものではない。

バッテリ及びバッテリに冷却風を送風する送風設備の全体を表した斜視図である。ただし、バッテリケースについては、バッテリケース内に収納されている組電池の収納状態を示すため、切断図で示している。 電池スタックの分解斜視図である。 電池スタックに、ブラケットを取り付けたものの斜視図であり、（ａ）は斜め上方から見た斜視図、（ｂ）は斜め下方から見た斜視図である。 第１エンドプレート５１の斜視図である。 電池スタックにブラケットを取り付けたものの正面図で、（ａ）は全体図、（ｂ）は第１エンドプレート５１が取り付けられた部分の拡大図である。 バッテリ内の構造を示す模式図であって、（ａ）は従来のバッテリの模式図、（ｂ）は本実施形態のバッテリの模式図である。 バッテリ内の構造を示す模式図であって、冷却風がバッテリ内に流れ込む部分において冷却風が流入する様子を示すもので、（ａ）は従来のバッテリの模式図、（ｂ）は本実施形態のバッテリの模式図である。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。尚、符号については、従来技術と同様の構成については、同一の符号を付して説明する。
本実施形態のバッテリ１は、ハイブリッド車や電気自動車などで用いられるものである。

本実施形態のバッテリ１は、図１に示すように、バッテリケース１０内に２つの組電池３を備えている。
組電池３は、電池セル３０と、この電池セル３０間の冷媒の流路を形成する流路部材３２とを交互に重ねたものである。

この組電池３は、後述する拘束部材で拘束されている。
以後、この拘束部材で拘束された組電池３を電池スタック５として説明する。
尚、図１〜３、及び、図５〜７では、作図の都合（引出線が多くなりすぎる）で、複数ある電池セル３０及び流路部材３２のうち一部に符合を付しているが、符合を付した構成と同様の他の構成も、それぞれ電池セル３０及び流路部材３２を示している。

このバッテリ１を備える車両には、冷却風（冷媒）を供給するファン９と、吸気ダクト９０と、排気ダクト９１が備えられている。
吸気ダクト９０は、ファン９から供給される冷却風をバッテリケース１０内に送り、排気ダクト９１は、バッテリケース１０内から排出される冷却風を、図示しない外部への排出場所に送るものである。

次に、電池スタック５について、図２を用いて説明する。
この電池スタック５は、組電池３を拘束部材５０で拘束したものである。
この拘束部材５０は、拘束具として、第１エンドプレート５１、第２エンドプレート５２、拘束バンド５３ａ〜５３ｄを備えている。

第１エンドプレート５１は、電池セル３０が配列される配列方向に沿った一方の端部側（以下「入口側」という）に配置され、第２エンドプレート５２は、配列方向に沿った他方の端部側（以下「出口側」という）に配置される。

そして、拘束バンド５３ａ〜５３ｄはそれぞれ長尺状に形成され、図３に示すように、各拘束バンド５３ａ〜５３ｄの端部を第１エンドプレート５１及び第２エンドプレート５２に固定すると、組電池３が第１エンドプレート５１及び第２エンドプレート５２の間に拘束される。

尚、本実施形態の電池スタック５を、電池セル３０の配列方向と水平面とが平行になるように配置した場合、配列方向に垂直で水平面と平行な方向を左右方向、配列方向にも水平面にも垂直な方向を上下方向として説明する。

拘束バンド５３ａ及び５３ｂは、電池セル３０の左右方向の一方側（例えば左方側）の側面に沿って配置され、拘束バンド５３ｃ及び５３ｄは、電池セル３０の左右方向の他方側（例えば右方側）の側面に沿って配置される。

そして、電池スタック５の入口側と出口側にはそれぞれブラケット６０、６０が取り付けられる。
次に、第１エンドプレート５１について、図４を用いて説明する。

この第１エンドプレート５１は、本体部５１ａと、分流部５１ｂとを備えている。
本体部５１ａは、板状に形成されており、組電池３に重ねて配置される。
この本体部５１ａの下辺からは、２本の脚部５１ｃが延設されており、各脚部５１ｃの先端は本体部５１ａに対しほぼ垂直に曲げられている。この実施形態では、分流部５１ｂの先端が、先端側に向かうにしたがって電池セル３０に近づくように、各脚部５１ｃの先端が本体部５１ａに対し鋭角に曲げられている。なお、この曲げられる角度は、断面流速、断面積などに応じて適宜決定される。

分流部５１ｂは、これら脚部５１ｃの先端に取り付けられた、本体部５１ａに比べて左右方向の幅が狭い板状物である。
この分流部５１ｂは、図５に示すように、組電池３に取り付けられたとき、出口側が入口側に対して上方に向かって傾斜するように脚部５１ｃに対して取り付けられており、出口側の先端部分は、上方に向かって折り曲げられている。

この第１エンドプレート５１を構成する本体部５１ａと、分流部５１ｂとは、脚部５１ｃを介して一体に形成されており、好ましくは伝熱しやすい金属製である。
この第１エンドプレート５１を用いて組電池３を拘束すると、分流部５１ｂが、本体部５１ａから出口側に向かって延設されるように配置される。

すると、分流部５１ｂは、入口側に配置される一部の組電池との間に分流空間５８を形成する。
そして、脚部５１ｃ間に形成される空間は（図４参照）、この分流空間５８に冷媒を取り入れる開口５９として機能する。

このように構成された電池スタック５は、電池セル３０が配列される配列方向の両端に配置された一組のブラケット６０、６０を用いて、バッテリケース１０内に固定される。
そして、この電池スタック５が固定されたバッテリケース１０内では、図６（ｂ）に示すように、電池セル３０が配列される配列方向に沿った二つの流路７０、７１が形成される。

これら二つの流路のうち第１流路７０は、バッテリケース１０の外部に設置されたファン９から吸気ダクト９０を介してからバッテリケース１０内に冷却風を導入する流路であって、組電池３の下方側の側面に面する位置に形成される。

また、二つの流路のうち第２流路７１は、第１流路７０から流路部材３２を介して流れてきた冷却風をバッテリケース１０の外部に排出する流路であって、組電池３の側面のうち、上方側の側面に面する位置に形成される。

この第２流路７１によってバッテリケース１０の外部に排出される冷却風は、排気ダクト９１がバッテリケース１０内で開口する出口９１ａから、排気ダクト９１を介して、冷却風の図示しない排気場所からバッテリケース１０外に放出される。

また、拘束部材５０に拘束された組電池３である電池スタック５は、開口５９（図４参照）が、第１流路７０に対し冷媒を導入する入口９０ａに対向する位置に配置されるように、バッテリケース１０内に配置される。

バッテリケース１０は、吸気ダクト９０及び排気ダクト９１が接続される部分を除き、密閉される。
以上説明したバッテリ１は、次のような作用効果を奏する。

ファン９を駆動して冷却風をバッテリ１に送ると、図７（ｂ）に示すように、冷却風は、第１流路７０から各電池セル３０間に設置された流路部材３２が形成する流路を介して第２流路７１に流れ込んで、外部に排出される。

このとき、本実施形態のバッテリ１では、第１エンドプレート５１の分流部５１ｂが、第１流路７０に流れ込む冷却風の一部を分流空間５８に取り込み、第１エンドプレート５１側に配置された電池セル３０の間に強制的に冷却風が送り込まれる。

そのため、この分流部５１ｂを備えていないバッテリ１００では、出口側の電池セル３０間に比べ、入口側の電池セル３０間の方が冷却風が流れにくく、冷却風の流量及び流速に差が発生し、冷却効果に差が生じる可能性があったが、本実施形態のバッテリ１は、冷却効果に差が生じることを防止できる。その結果、バッテリ１の長寿命化及び安定化も図られる。

また、本実施形態の第１エンドプレート５１は、本体部５１ａと分流部５１ｂとが脚部５１ｃを介して一体に形成されたプレートである。
そのため、冷却風が流れる第１流路７０内に分流部５１ｂが配置されることによって分流部５１ｂが冷やされ、その結果本体部５１ａも冷やされるため、本体部５１ａに接する電池セル３０が冷却される。

これによって、冷却効果に差が生じることを一層防止できる。
また、第１エンドプレート５１を伝熱しやすい金属で形成することにより、この冷却効果に差が生じることをより一層防止できる。

（その他の実施形態）
本実施形態では、第１エンドプレート５１の本体部５１ａと分流部５１ｂとを一体に形成したが、別部品で構成してもよい。

本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

１… バッテリ ３… 組電池 ５… 電池スタック ９… ファン
１０… バッテリケース ３０… 電池セル ３２… 流路部材 ５０… 拘束部材
５１… 第１エンドプレート ５１ａ… 本体部 ５１ｂ… 分流部 ５１ｃ… 脚部
５２… 第２エンドプレート ５３ａ〜５３ｄ… 拘束バンド ５８… 分流空間
５９… 開口 ６０… ブラケット ７０… 第１流路 ７１… 第２流路
９０… 吸気ダクト ９０ａ…入口 ９１… 排気ダクト

Claims (4)

1. 電池セルと、該電池セル間の冷媒の流路を形成する流路部材とを交互に重ねた組電池の拘束具であって、
   前記電池セルが配列される配列方向に沿った、前記組電池の一方の端部側に配置される本体部（５１ａ）と、
   前記配列方向に沿った前記組電池の側面に隣接する分流空間であって、前記本体部が設置された側の複数の電池セルに隣接する分流空間を形成するため、前記組電池の側面から離れた位置で、前記配列方向に沿って前記本体部から前記組電池の他方の端部側に向かって延設された分流部（５１ｂ）と
   を備え、
   前記分流部（５１ｂ）は、
   前記分流空間に冷媒を取り入れる開口（５９）が前記本体部との接続部分に形成されていることを特徴とする組電池の拘束具。
2. 請求項１に記載の組電池の拘束具であって、前記本体部及び前記分流部を備える第１エンドプレート（５１）と、
   前記配列方向の他方側の端部に配置される第２エンドプレート（５２）と、
   前記第１エンドプレート及び前記第２エンドプレートに取り付けられ、前記第１エンドプレート及び前記第２エンドプレートの間に前記組電池を挟んで拘束する拘束バンド（５３ａ〜５３ｄ）と、
   を備えることを特徴とする組電池の拘束部材。
3. 請求項２に記載の拘束部材を用いて拘束された前記組電池を備えるバッテリであって、
   前記組電池を収納するバッテリケース（１０）を備え、
   前記組電池は、
   前記配列方向の両端に取り付けられたブラケット（６０）を介して前記バッテリケース内に固定されることを特徴とするバッテリ。
4. 請求項３に記載のバッテリであって、
   前記組電池の前記配列方向に沿った二つの流路が前記バッテリケース内に形成され、
   二つの前記流路のうち第１流路（７０）は、
   外部から前記バッテリケース内に冷媒を導入する流路であって、前記組電池の一の側面に面する位置に形成され、
   二つの前記流路のうち第２流路（７１）は、
   前記第１流路から前記流路部材を介して流れてきた冷媒を外部に排出する流路であって、前記組電池の側面のうち、前記第１流路が面する側面とは反対側の前記組電池の他の側面に面する位置に形成され、
   前記拘束部材に拘束された前記組電池は、
   前記分流部の開口（５９）が、前記第１流路に対し冷媒を導入する入口（９１）に対向する位置に配置されるように、前記バッテリケース内に配置されていることを特徴とするバッテリ。