JP6477366B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、電動車両に搭載される電池パックに関する。

従来から、ハイブリッド車両や電気自動車等の電動車両に搭載される電池パックが知られている。電池パックは、１以上の電池スタックをバッテリケース内に収容してパック化したものである。また、電池スタックは、二次電池である電池セルと、樹脂枠と、を交互に複数積層して構成される。

特開２０１４−２３８９８７号公報

近年、こうした電池パックを、車室内、例えば、座席シートの下部に設置することが提案されている。かかる構成とすることで、車両のスペースを有効活用できる一方で、車室内にこぼれた水分や、車室内の異物が、バッテリケース内に侵入し、電池セルに接触する恐れがあった。このように水分や、異物がバッテリケース内の電池セルに接触すると、電池セルの破損等を招く恐れがあった。もちろん、こうした問題は、バッテリケースの隙間を極力小さくすることで解決できる。しかし、通常、バッテリケースは、一部材ではなく、複数部材で構成されている。そのため、部材と部材との繋ぎ目周辺等は、どうしても、隙間が生じやすかった。

なお、特許文献１には、バスバーケース内への異物侵入を防止する技術が開示されている。すなわち、電池スタックを構成する複数の電池セルは、複数のバスバーにより電気的に直列接続されている。そして、複数のバスバーは、バスバー用のケース（バスバーケース）に収容され、さらに、バスバー用のカバーで覆われる。特許文献１には、このバスバーケース内への異物侵入を防止するために、バスバーケースの先端に、バスバーの収容空間の方向に折れ曲がった係止爪を設け、カバーに当該係止爪が係止する係止孔を設けることが開示されている。かかる技術によれば、バスバーケース内への異物侵入が効果的に防止される。しかし、この特許文献１の技術は、あくまで、バスバーケースに関する技術であり、バッテリケースへの適用は困難であった。

そこで、本発明では、バッテリケース内の電池セルへの異物や水の接触をより確実に防止できる電池パックを提供することを目的とする。

本発明の電池パックは、電動車両に搭載される電池パックであって、複数の電池セルおよび樹脂枠を交互に積層した１以上の電池スタックと、前記１以上の電池スタックを収容するバッテリケースと、を備え、前記バッテリケースは、前記１以上の電池スタックが載置される下側ケースと、前記下側ケースに取り付けられ、前記１以上の電池スタックの上方および前方を覆う上側カバーと、前記上側カバーの前端面と前記下側ケースの前端面との間隙と、前記複数の電池セルと、を結ぶ経路を横断し、前記間隙からの異物侵入を阻害するブラケットと、を備えており、前記下側ケースの前端面は、補強部材が配されていない非補強部分と、補強部材が厚み方向に重なっている補強部分と、が左右方向に並んでおり、前記ブラケットは、前記非補強部分と前記補強部分との繋ぎ目と重畳する箇所に設けられている、ことを特徴とする。

本発明によれば、上側カバーの前端面と下側ケースの前端面との間隙と、前記複数の電池セルと、を結ぶ経路を横断するブラケットを備えることにより、前記間隙からの異物侵入が阻害される。結果として、バッテリケース内の電池セルへの異物や水の接触をより確実に防止できる。

本発明の電池パックの構成を示す概略分解斜視図である。 電池セルと樹脂枠とを積層した状態を示す斜視図である。 左右方向略中央位置における電池パックの概略断面図である。 遷移部分における電池パックの概略断面図である。 接近度検査用プローブを用いた検査の様子を示す図である。 他の電池パックの一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である電池パック１０の概略的な構成を示す分解斜視図である。この電池パック１０は、ハイブリッド車両や電気自動車等の電動車両に搭載され、車両の駆動等に必要な電力を出力する。こうした電池パック１０は、車両内であれば、どこに設置されてもよいが、本実施形態の電池パック１０は、車室内、例えば、座席シートの下部等に設置するのに特に適した構成となっている。以下では、電池セルの積層方向が車両左右方向、二つの電池スタック３０の配設方向が車両前後方向となるように設置された電池パック１０を例に挙げて説明する。

電池パック１０は、電池スタック３０等の部品を、バッテリケース１２に収容してパック化したものである。バッテリケース１２に収容される部品としては、複数の電池スタック３０の他、複数の電池セルを電気的に接続するためのバスバーモジュールや、バッテリケース１２の内外に連通するダクト、多数の配線をまとめて保持する配線プロテクタ、電池スタック３０をバッテリケース１２に締結したりバッテリケース１２を車体に締結したりするための締結具等がある。図１では、発明の理解を容易にするために、バッテリケース１２に収容する部品として電池スタック３０のみを図示している。

本実施形態では、二つの電池スタック３０を平行に並べて配置している。図１において、二つの電池スタック３０の配設方向が車体の前後方向（図１における左下方向が前方）であり、電池スタック３０の長尺方向が車体の左右方向（図１における左上方向が右方）である。各電池スタック３０は、複数の電池セルと樹脂枠とを交互に積層して構成される。図２は、この電池セル３２と樹脂枠４０とを積層した状態を示す斜視図である。

電池セル３２は、充放電可能な二次電池であり、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等である。電池セル３２は、略直方体状の電池ケース３４を有しており、電池ケース３４の上端面からは一対のセル端子３６が突出している。各セル端子３６には、金属板であるバスバー（図示せず）が接続されており、このバスバーを介して、複数の電池セル３２が電気的に直列に接続される。また、電池ケース３４の上端面のうち一対のセル端子３６の間には、電池ケース３４内で発生したガスを放出するためのガス放出口３８も形成されている。このガス放出口３８は、例えば、電池ケース３４の上端面に形成された開口を、金属薄膜で塞ぐことで構成される。

樹脂枠４０は、絶縁性を有した樹脂からなる部材である。この樹脂枠４０は、電池セル３２間に配される枠本体４２と、当該枠本体４２の幅方向両端に接続された側壁４４と、枠本体４２の上端面および下端面から突出する連結部４６と、を備えている。枠本体４２の表面には、複数の溝（図示せず）が形成されており、この溝が冷却風流路となる。この冷却風流路の一端は、枠本体４２の下端に、他端は枠本体４２の幅方向端部に接続されており、枠本体４２の下端から流れ込んだ冷却風は、当該冷却風流路に沿って流れた後、枠本体４２の幅方向両端からスタック外部に流出する。冷却風は、冷却風流路に沿って流れる過程で、電池セル３２から熱を奪う。

連結部４６は、枠本体４２の上端面および下端面に、一対ずつ、合計二対設けられている。一対の連結部４６は、幅方向に間隔を開けて並んでいる。各連結部４６は、樹脂枠４０の厚み方向に張り出しており、図２に示すように、隣接する樹脂枠４０の連結部４６に接して連なるような厚みに設定されている。この連結部４６には、厚み方向に貫通する貫通孔が形成されており、当該貫通孔には、複数の電池セル３２および樹脂枠４０を拘束する拘束バンドが挿通される。

また、連結部４６の高さは、バッテリケース１２の天面または底面に接触できる高さとなっている。そのため、電池スタック３０をバッテリケース１２内に収容したときには、電池スタック３０の上側には、一対の連結部４６、バッテリケース１２の天面、電池ケース３４の天面で囲まれ、積層方向に延びる通路が形成されることになる。この通路は、電池ケース３４から放出されたガス（排煙）が通る排煙通路となる。同様に、電池スタック３０の下側には、一対の連結部４６、バッテリケース１２の底面、電池ケース３４の底面で囲まれ、積層方向に延びる通路が形成されることになる。この通路は、電池セル３２を冷却するための冷却風が通る冷却風通路となる。

次に、再び図１を参照して、バッテリケース１２の構成について説明する。バッテリケース１２は、左右両端が開口された箱状部材で、左右両端の開口部分には、バッテリケース１２の内外に連通するダクトや、配線通路等が配される。こうしたバッテリケース１２は、下側ケース１４と、当該下側ケース１４に着脱自在に取り付けられる上側カバー１６と、で構成される。

下側ケース１４は、さらに、ケース本体１８と、当該ケース本体１８に取り付けられた複数の補強部材２０と、を備えている。ケース本体１８は、金属板等を折り曲げて形成された板金部材である。このケース本体１８は、複数の電池スタック３０等が載置される本体底板１８ｂと、本体底板１８ｂの後端から立脚する本体後壁１８ｒと、本体底板１８ｂの前端から立脚する本体前壁１８ｆと、を備えている。本体後壁１８ｒは、電池スタック３０とほぼ同じ高さを有しており、その先端には、上側カバー１６と締結される締結部が設けられている。

本体前壁１８ｆは、電池スタック３０よりも十分に低い壁である。本体前壁１８ｆを低くしているのは、電池スタック３０等の組み付け作業時の作業性を確保するためである。すなわち、電池スタック３０等を組み付けする際、作業者は、バッテリケース１２の前方側からバッテリケース１２内にアクセスする。このとき、本体前壁１８ｆが過度に高いと、視線が遮られたり、手腕の動きの邪魔になったりする。そのため、本実施形態では、本体前壁１８ｆを低くし、前方側からケース内部へのアクセスを容易にしている。ただし、後述するように、バッテリケース１２内への異物や水の侵入を防止するためには、本体前壁１８ｆは、後述するカバー前壁１６ｆと、高さ方向に重複しなければならない。そのため、本体前壁１８ｆは、カバー前壁１６ｆと高さ方向に重複できる程度の高さは、有しているが、これについては、後に詳説する。

補強部材２０は、ケース本体１８の外側に取り付けられ、ケース本体１８を部分的に補強する部材である。本実施形態では、ケース本体１８の左右両端付近に補強部材２０を設けている。かかる左右両端付近には、電池スタック３０をバッテリケース１２に取り付ける締結部や、バッテリケース１２を車体に取り付ける締結部等が位置する。そして、締結部は、他の箇所に比べて大きな荷重がかかることが多いため、本実施形態では、補強部材２０を配し、ケース本体１８を補強している。

補強部材２０は、ケース本体１８よりも肉厚な金属板を折り曲げて形成される板金部材である。前方側に配される補強部材２０は、本体底板１８ｂと重ねて配される補強底板２０ｂと、当該補強底板２０ｂの前端から立脚する補強前壁２０ｆと、を備えた断面略Ｌ字形となっている。この補強前壁２０ｆは、図１に示すように、本体前壁１８ｆより前方側に位置する。つまり、補強部材２０が配される箇所においては、補強前壁２０ｆの前面が、下側ケース１４の前端面となり、その他の箇所では、本体前壁１８ｆの前面が下側ケース１４の前端面となる。別の見方をすれば、下側ケース１４の前端面は、左右両端近傍において前方に飛びだしていると言える。

補強前壁２０ｆは、基本的に本体前壁１８ｆと同程度の高さを有しているが、左右方向内側端部（図１における部分２１）においては、本体前壁１８ｆよりも十分に低くなっている。かかる構成とするのは、上側カバー１６との干渉を避けるためであるが、これについては、後に詳説する。

上側カバー１６も、金属板を折り曲げて形成された板金部材であり、電池スタック３０の上側を覆う天板１６ｔと、当該天板１６ｔの前端から垂れ下がるカバー前壁１６ｆと、とを備えた断面略Ｌ字形状となっている。電池スタック３０等の組み付け作業は、この上側カバー１６を取り外した状態で行われる。そして、上側カバー１６は、組み付け作業完了後に、下側ケース１４に取り付けられる。

カバー前壁１６ｆは、本体前壁１８ｆや補強前壁２０ｆと協働して、バッテリケース１２の前面を覆い、異物や水のケース内への侵入を防止する壁である。特に、導電性部材が、電池セル３２に接触すると、電池パック１０の電気的・機械的な損傷を招く恐れがある。そのため、カバー前壁１６ｆは、本体前壁１８ｆや補強前壁２０ｆと協働して、導電性の異物が電池セル３２に接触すること防止する。カバー前壁１６ｆは、バッテリケース１２の下端近傍まで垂れ下がっている。そして、上側カバー１６を下側ケース１４に取り付けた際、カバー前壁１６ｆは、原則として、本体前壁１８ｆまたは補強前壁２０ｆと高さ方向に重複するようになっている。

このカバー前壁１６ｆは、異物の侵入を許容する隙間が、下側ケース１４の前端面との間にできないように、下側ケース１４の前端面に近接して配置されている。ここで、既述した通り、下側ケース１４の前端面は、左右両端近傍、具体的には、補強部材２０の配置箇所において前側に飛びだしている。そのため、カバー前壁１６ｆも、この下側ケース１４の前端面にあわせて、左右両端近傍において、前側に膨らんで飛びだしている。このようにカバー前壁１６ｆを、下側ケース１４の前端面に合わせて前方に膨らませることで、カバー前壁１６ｆと補強前壁２０ｆとの干渉を防ぎつつも、異物の侵入を防止できる。

ただし、カバー前壁１６ｆのうち、本体前壁１８ｆに近接する部分と、補強前壁２０ｆに近接する部分との繋ぎ目部分（図１における部分１７、以下「遷移部分１７」という）においては、異物侵入を防止しつつ補強前壁２０ｆとの干渉を防ぐのは困難であった。そこで、この遷移部分１７においては、補強前壁２０ｆの高さを低減し、補強前壁２０ｆと本体前壁１８ｆとが高さ方向において重複しないようにしている。この場合、補強前壁２０ｆと本体前壁１８ｆとの干渉は、防止できるものの、異物の侵入が防止できないおそれがあった。

そこで、本実施形態では、本体前壁１８ｆの内面のうち、この遷移部分１７に異物の侵入を防止するブラケット２２を設けた。以下、これについて、図３、図４を参照して説明する。図３は、左右方向略中央位置、すなわち本体前壁１８ｆが下側ケース１４の前端面となる箇所における電池パック１０の概略断面図である。また、図４は、遷移部分１７における電池パック１０の概略断面図である。なお、図３、図４において符号２８は、連結部４６とバッテリケース１２とを気密にシールするシール部材である。

図３に示す通り、この場合、カバー前壁１６ｆは、本体前壁１８ｆのすぐ前側に位置しており、カバー前壁１６ｆと本体前壁１８ｆとの間には、極小さな隙間しか開いていない。また、カバー前壁１６ｆは、本体前壁１８ｆの上端より下側まで延びている。換言すれば、カバー前壁１６ｆと、下側ケース１４の前端面とは、高さ方向に重複した状態となっている。このように、カバー前壁１６ｆと本体前壁１８ｆとの隙間が小さいため、殆どの異物は、ケース内に侵入できない。

もちろん、針金のように、ごく細長いものであれば、カバー前壁１６ｆと本体前壁１８ｆとの間の隙間に差し入れることができるかもしれない。しかし、針金状物１００を、下方から、当該隙間に差し入れたとしても、その進行方向は、ほぼ真上に限定されるため、当該針金状物が電池セル３２に当接する恐れは殆どない。

一方、遷移部分１７では、既述した通り、カバー前壁１６ｆの前後方向位置が、本体前壁１８ｆに近接する位置と補強前壁２０ｆに近接する位置との間で変化している。かかる遷移部分１７において、カバー前壁１６ｆと補強前壁２０ｆとを高さ方向に重複させると両者が干渉するおそれがある。そこで、本実施形態では、図４に示す通り、遷移部分１７（下側ケース１４の部分２１）では、補強前壁２０ｆを、その上端が、カバー前壁１６ｆの下端より低くなるような高さにし、補強前壁２０ｆとカバー前壁１６ｆとが高さ方向に重複しないようにしている。かかる構成とした場合、補強前壁２０ｆとカバー前壁１６ｆとの干渉が防止できる一方で、カバー前壁１６ｆと、本体前壁１８ｆおよび補強前壁２０ｆと、の隙間から異物が侵入し、電池セル３２に接触する恐れがあった。

図５は、接近度検査用プローブ１０２を用いた検査の様子を示す図である。接近度検査用プローブ１０２は、指や手が電源の一次側の部品、例えば、電池セル３２等に触れるか否かを検査するためのもので、柔軟に屈曲する針金状の接触子１０４を有している。図５に示すように、遷移部分１７においては、本体前壁１８ｆと補強前壁２０ｆとの間に上下方向の隙間が生じるため、この隙間から接触子１０４を差し入れることができる。そして、後述するブラケット２２が無ければ、角度によっては、接触子１０４を屈曲させなくても、接触子１０４が、電池セル３２に接触できることが分かる。また、カバー前壁１６ｆの端部を支点として接触子１０４を屈曲させれば、電池セル３２の上端近傍、すなわち、セル端子３６や各種配線が位置する箇所にも接触子１０４が到達できることが分かる。

このように、針金状の異物が、電池セル３２や、電池セル３２に接続された配線等に接触すると電池パック１０の電気的、機械的な損傷を招く。特に、本実施形態では、既述した通り、電池スタック３０の上側および下側に排煙通路５０および冷却風通路５２を設けている。そのため、電池スタック３０の前側に、別途、流体通路を設ける必要がない。この場合、電池パック１０の前後幅を低減できるというメリットがある一方で、前方側から侵入した針金状物が、電池セル３２に到達しやすいというデメリットがあった。

そこで、本実施形態では、こうした針金状物の電池セル３２への接触を防止するために、遷移部分１７に、上側カバー１６と下側ケース１４との隙間と、電池セル３２とを結ぶ経路を横断して異物の侵入を阻害するブラケット２２を設けている。このブラケット２２は、カバー前壁１６ｆの内面に固着されるベース板２２ｂと、当該ベース板２２ｂの下端から後方（電池スタック３０側）に突出する突出板２２ｐと、を有する略Ｌ字状部材である。本実施形態では、このブラケット２２を、補強前壁２０ｆの上端と電池セル３２の下端とを結ぶ直線Ｌ１（図４参照）と、カバー前壁１６ｆの下端と電池セル３２の上端とを結ぶ直線Ｌ２と、で囲まれる領域を横断する大きさとしている。

かかるブラケット２２を設けた場合、上側カバー１６と下側ケース１４との隙間から侵入した針金状異物は、図５に示す通り、電池セル３２に到達する前に当該ブラケット２２に当接し、更なる侵入が阻害される。結果として、針金状異物の電池セル３２への接触が確実に防止される。

なお、本実施形態では、カバー前壁１６ｆにＬ字状ブラケット２２を設けているが、上側カバー１６と下側ケース１４との隙間と、電池セル３２とを結ぶ経路を横断できるのであれば、他の箇所に他の形状のブラケット２２を設けてもよい。例えば、図６に示すように、本体前壁１８ｆに、上方に延びる平板状ブラケット２２を取り付けるようにしてもよい。ただし、上方に突出した平板状ブラケット２２があると、電池スタック３０等の組み付け作業の邪魔になることが予想される。そのため、平板状ブラケット２２を利用する場合には、当該平板状ブラケット２２は、全ての組み付け作業が終わってから本体ケースに取り付けられる後付け構成とすることが望ましい。また、異物侵入を阻害するブラケット２２を設けるのであれば、電池ケース３４全体を覆う絶縁性樹脂フィルムは、省略されてもよい。これにより、電池パック１０の更なるコスト削減が可能となる。

１０ 電池パック、１２ バッテリケース、１４ 下側ケース、１６ 上側カバー、１６ｆ カバー前壁、１６ｔ 天板、１７ 遷移部分、１８ ケース本体、１８ｂ 本体底板、１８ｆ 本体前壁、１８ｒ 本体後壁、２０ 補強部材、２０ｂ 補強底板、２２ ブラケット、３０ 電池スタック、３２ 電池セル、３４ 電池ケース、３６ セル端子、３８ ガス放出口、４０ 樹脂枠、４２ 枠本体、４４ 側壁、４６ 連結部、５０ 排煙通路、５２ 冷却風通路、１００ 針金状物、１０２ 接近度検査用プローブ、１０４ 接触子。

Claims (1)

1. 電動車両に搭載される電池パックであって、
   複数の電池セルおよび樹脂枠を交互に積層した１以上の電池スタックと、
   前記１以上の電池スタックを収容するバッテリケースと、
   を備え、
   前記バッテリケースは、
   前記１以上の電池スタックが載置される下側ケースと、
   前記下側ケースに取り付けられ、前記１以上の電池スタックの上方および前方を覆う上側カバーと、
   前記上側カバーの前端面と前記下側ケースの前端面との間隙と、前記複数の電池セルと、を結ぶ経路を横断し、前記間隙からの異物侵入を阻害するブラケットと、
   を備えており、
   前記下側ケースの前端面は、補強部材が配されていない非補強部分と、補強部材が厚み方向に重なっている補強部分と、が左右方向に並んでおり、
   前記ブラケットは、前記非補強部分と前記補強部分との繋ぎ目と重畳する箇所に設けられている、
   ことを特徴とする電池パック。

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