JP5108618B2 - 電池ホルダ - Google Patents

Description

本発明は、電池を保持する電池ホルダに関する。

電池セルと電池ホルダとが交互に配列された状態で拘束される構造を有し、電池セルの表面に冷媒を流通させる通路が確保される組電池が知られている（例えば、特許文献１〜３を参照）。

特許文献１には、電池セルを挟むように一対の電池ホルダが配置される電池パックにおいて、冷媒通路から電池ホルダ間のつなぎ目を通じて冷媒が流出することを抑制するための技術が記載されている。当該技術では、電池ホルダ間のつなぎ目を形成する一対の合わせ面が、当該一対の合わせ面の間の隙間を通って外側に向かう流体流れの圧損が大きくなるように構成されている。

特開２００７−２８０８５８号公報 特開２００２−４２７５３号公報 特開２００６−２６０９６７号公報

上記特許文献１に記載の構造では、電池ホルダ間の隙間から冷媒が外部に漏洩することにより、電池の冷却効率が低下する。

そこで、本発明は、電池と電池ホルダとの間に形成される冷媒通路からの冷媒の漏洩を防止または軽減することが可能な電池ホルダを提供する。

本発明に係る電池ホルダは、複数の電池セルを積層して構成される電池パックにおいて前記電池セル間にそれぞれ配置されて前記電池セルを保持する電池ホルダであって、前記電池セルに対向し、前記電池セルとの間に冷媒を流通させる冷媒通路を形成するベース部と、前記冷媒通路をシールするためのシール部材であって、前記電池セル間に位置する前記ベース部から前記電池セル側に突出して設けられ、前記電池セルに押し当てられて撓んで接触するシール部材と、を有することを特徴とする。

本発明の一態様では、前記シール部材は、前記ベース部の表面に一体成形される。

また、本発明の一態様では、前記シール部材は、前記冷媒通路を挟んだ両側に設けられる。

本発明によれば、電池セルと電池ホルダのベース部との間に形成される冷媒通路からの冷媒の漏洩を防止または軽減することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。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、本実施の形態に係る電池ホルダを含む電池パックを示す斜視図である。図中では、電池パックの外装をなすケース体が透視して描かれている。

図１に示される電池パック１０は、例えば、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２次電池とを動力源とするハイブリッド車両に搭載される。電池パック１０は、電池セル３３と、電池セル３３を挟持するように互いに組み合わされる複数の電池ホルダ１５とを備える。電池セル３３は、一対の電池ホルダ１５で挟んで保持される。

複数の電池セル３３は、電池セル３３ｍおよび３３ｎを含む。並列に並べられた電池セル３３ｍおよび３３ｎの組が、所定の方向（以降、電池セル３３の積層方向と呼ぶ）に積層されている。複数の電池セル３３は、図示しないバスバーにより、互いに電気的に直列に接続されている。電池セル３３は、リチウムイオン電池から形成されている。なお、電池セル３３は、充放電可能な２次電池であれば特に限定されず、たとえばニッケル水素電池であっても良い。

電池セル３３の積層方向に隣り合う電池セル３３ｍおよび３３ｎの組の間には、それぞれ、電池ホルダ１５が配置されている。複数の電池ホルダ１５が、電池セル３３を挟み込んだ状態で、電池セル３３の積層方向に並べられている。その複数並べられた電池ホルダ１５の両側には、エンドプレート４０および４１が配置されている。エンドプレート４０とエンドプレート４１とは、拘束部材としての拘束バンド４２により互いに結合されている。拘束バンド４２は、電池セル３３の積層方向に沿った拘束力を電池ホルダ１５に作用させている。

このような構成により、複数の電池ホルダ１５が、拘束バンド４２によって一体に保持されている。電池セル３３は、その電池セル３３の両側に配置された２つの電池ホルダ１５によって、電池セル３３の積層方向に挟持されている。

なお、複数の電池ホルダ１５を一体に保持する拘束部材は、拘束バンド４２に限定されず、たとえば、電池セル３３の積層方向に軸力を発生させるボルトであっても良い。また、拘束部材は、電池セル３３の積層方向に締め付け力を発生させるゴムや紐、テープ等であっても良い。

電池セル３３は、互いに反対側に面する一対の側面３３ａを有する。側面３３ａは、電池セル３３が有する複数の表面のうち最も大きい面積を有する表面である。複数の電池セル３３は、電池セル３３の積層方向に隣り合う位置で側面３３ａが互いに向い合うように配置されている。

電池パック１０は、吸気チャンバ３４および排気チャンバ３５をさらに備える。吸気チャンバ３４および排気チャンバ３５は、電池セル３３の積層方向の直交方向において電池ホルダ１５に隣接して設けられている。吸気チャンバ３４および排気チャンバ３５は、電池セル３３の積層方向に延びている。吸気チャンバ３４および排気チャンバ３５は、電池ホルダ１５を挟んで水平方向に並んでいる。電池パック１０では、高さを低く抑えるため、冷媒である冷却風を水平方向に流通させる横流し方式が採られている。

複数の電池ホルダ１５は、吸気チャンバ３４と排気チャンバ３５との間で、冷媒である冷却風を流通させる冷媒通路（以降、冷却風通路と呼ぶ）１２０を形成している。冷却風通路１２０は、積層方向に隣り合う電池セル３３の間にそれぞれ形成されている。電池ホルダ１５は、冷却風通路１２０と吸気チャンバ３４とを連通させる開口部１６を有し、冷却風通路１２０と排気チャンバ３５とを連通させる開口部１７を有する。

車両室内から電池パック１０に導入された冷却風は、吸気チャンバ３４から開口部１６を通って冷却風通路１２０に流れ込む。冷却風通路１２０に流れ込んだ冷却風は、電池セル３３の側面３３ａに沿って流れ、この間、まず電池セル３３ｍを冷却し、その後、電池セル３３ｎを冷却する。電池セル３３との熱交換によって温度上昇した冷却風は、冷却風通路１２０から開口部１７を通って排気チャンバ３５に排出される。なお、図１中では、吸気チャンバ３４および排気チャンバ３５に互いに同一方向に冷却風が流れる場合が示されているが、互いに反対方向に冷却風が流れても良い。

電池ホルダ１５は、電池セル３３から排出されたガスを流通させる排ガス通路１３０をさらに形成している。排ガス通路１３０は、電池セル３３の積層方向に沿って延びている。排ガス通路１３０は、電池セル３３ｍおよび３３ｎの直上にそれぞれ形成されている。

図２は、図１中の電池ホルダを示す斜視図である。図中には、電池セル３３の積層方向に隣り合う電池ホルダ１５ｐおよび電池ホルダ１５ｑと、電池ホルダ１５ｐと電池ホルダ１５ｑとの間に配置された電池セル３３とが示されている。なお、図２には、本発明の前提となる構成が示されており、本発明に係るシール部材は示されていない。

図１および図２を参照して、電池ホルダ１５は、絶縁性材料から形成されている。電池ホルダ１５は、例えば、ポリプロピレン（polypropylene）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。電池ホルダ１５は、例えば、樹脂枠である。電池ホルダ１５は、表面に樹脂がコーティングされた金属から形成されても良い。電池ホルダ１５は、積層方向に隣り合う電池セル３３間を電気的に絶縁している。

電池ホルダ１５は、積層方向に隣り合う電池セル３３間に介在するベース部２１と、ベース部２１の周縁に形成された側部２２、２３、２４および２５とを含んで構成されている。ベース部２１は、略矩形の平板形状を有する。側部２２、２３、２４および２５は、そのベース部２１の四辺にそれぞれ形成されている。側部２４および２５には、それぞれ開口部１６および１７が形成されている。

ベース部２１は、互いに反対側に面する表面２１ａおよび裏面２１ｂを有する。表面２１ａは、電池セル３３に対向し、電池セル３３との間に冷却風を流通させる冷却風通路１２０を形成する。ベース部２１には、表面２１ａから突出し、吸気チャンバ３４から排気チャンバ３５に向かって延びるリブ２６が形成されている。リブ２６は、互いに間隔を隔てて複数、形成されている。互いに隣り合う複数のリブ２６の間に、電池セル３３の側面３３ａに沿って冷却風を流通させる空間が確保されている。なお、リブ２６に替えて、表面２１ａ上にドット状に配置されるボスを設けても良いし、リブ２６とボスとを組み合わせて設けても良い。

電池セル３３を挟み込んだ状態で、電池ホルダ１５ｐと電池ホルダ１５ｑとが組み合わされる。このとき、電池セル３３は、電池ホルダ１５ｑのリブ２６と、電池ホルダ１５ｐの裏面２１ｂとに押圧されることによって、電池セル３３の積層方向に挟持される。電池ホルダ１５ｐおよび１５ｑの側部２２、２３、２４および２５に囲まれた内部空間には、冷却風通路１２０が形成される。

図３は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿った電池パックの断面図である。図２および図３を参照して、側部２５を挟んで電池ホルダ１５の内側には、内部空間１４０が形成され、電池ホルダ１５の外側には、外部空間１１０が形成されている。側部２５は、内部空間１４０に面する内面２５ｓと、内面２５ｓの裏側で外部空間１１０に面する外面２５ｔとを有する。内面２５ｓと外面２５ｔとは、互いに平行に延在している。

側部２５には、互いに隣り合う電池ホルダ１５間のつなぎ目を形成する一対の合わせ面５１および５２が形成されている。電池ホルダ１５ｐは、一対の合わせ面の一方としての合わせ面５２を有し、電池ホルダ１５ｐと組み合わされる電池ホルダ１５ｑは、一対の合わせ面の他方としての合わせ面５１を有する。一対の合わせ面５１および５２は、内面２５ｓと外面２５ｔとの間で延在している。

一対の合わせ面５１および５２は、互いに隙間を設けて対向する。図３中では、電池ホルダ１５ｐの合わせ面５２と電池ホルダ１５ｑの合わせ面５１とが、隙間５５を設けて対向している。隙間５５を通じて、内部空間１４０と外部空間１１０との間が連通している。一対の合わせ面５１および５２は、互いに対向する位置で平行に延在している。一対の合わせ面５１および５２は、内部空間１４０の周囲を取り囲む方向に延在している。

隙間５５は、電池セル３３の厚みや電池ホルダ１５の形状のばらつき、電池セル３３の体積変化等を考慮して形成されている。このような構成により、電池セル３３が電池ホルダ１５ｐおよび１５ｑによって挟持されない状態で、合わせ面５１と合わせ面５２とが接触することを防止できる。なお、隙間５５が形成されず、一対の合わせ面５１および５２が互いに密着する状態で、電池ホルダ１５ｐと電池ホルダ１５ｑとが組み合わされても良い。この場合であっても、電池セル３３の膨張によって、一対の合わせ面５１および５２間に隙間が形成されることがある。

一対の合わせ面５１および５２は、内面２５ｓと外面２５ｔとを最短距離で結ぶ方向（矢印１０１に示す方向）に対して交差する平面内で延在する部分６２を有する。内面２５ｓと外面２５ｔとを最短距離で結ぶ方向は、内部空間１４０から外部空間１１０に向かう方向に一致する。内面２５ｓと外面２５ｔとを最短距離で結ぶ方向は、電池セル３３の積層方向、つまり電池セル３３が複数の電池ホルダ１５によって挟持される方向（矢印１０２に示す方向）に直交する。本実施の形態では、部分６２は、内面２５ｓと外面２５ｔとを最短距離で結ぶ方向に対して直交する平面内で延在している。

一対の合わせ面５１および５２は、第２の部分として、内面２５ｓと外面２５ｔとを最短距離で結ぶ方向の平面内で延在する複数の部分６１をさらに有する。複数の部分６１は、内部空間１４０および外部空間１１０にそれぞれ隣接して設けられている。部分６２は、複数の部分６１の間に設けられている。部分６２における一対の合わせ面５１および５２間の距離Ｃは、部分６１における一対の合わせ面５１および５２間の距離Ｂよりも小さい。

なお、図３中では、側部２５に形成された一対の合わせ面５１および５２を示したが、側部２２、２３および２４にも同様に、部分６１および６２を有する一対の合わせ面５１および５２が形成されている。すなわち、一対の合わせ面５１および５２は、冷却風を吸排気する開口部１６および１７を除いて、内部空間１４０の周囲を取り囲むように形成されている。

図４は、図１中のＩＶ−ＩＶ線上に沿った電池パックの断面図である。図４を参照して、排ガス通路１３０は、電池セル３３と側部２２との間に形成されている。側部２２を挟んで電池ホルダ１５の内側には、排ガス通路１３０が形成され、電池ホルダ１５の外側には、外部空間１１０が形成されている。側部２２は、排ガス通路１３０に面する内面２２ｓと、内面２２ｓの裏側で外部空間１１０に面する外面２２ｔとを有する。内面２２ｓと外面２２ｔとは、互いに平行に延在している。側部２２には、一対の合わせ面７１および７２がさらに形成されている。一対の合わせ面７１および７２は、内面２２ｓと外面２２ｔとの間で延在している。合わせ面７１と合わせ面７２との間に形成された隙間５５を通じて、排ガス通路１３０と外部空間１１０との間が連通している。

一対の合わせ面７１および７２は、内面２２ｓと外面２２ｔとを最短距離で結ぶ方向（矢印１０３に示す方向）に対して交差する平面内で延在する部分８２を有する。内面２２ｓと外面２２ｔとを最短距離で結ぶ方向は、排ガス通路１３０から外部空間１１０に向かう方向に一致する。本実施の形態では、部分８２は、内面２２ｓと外面２２ｔとを最短距離で結ぶ方向に対して直交する平面内で延在している。内面２２ｓと外面２２ｔとを最短距離で結ぶ方向は、電池セル３３が複数の電池ホルダ１５によって挟持される方向（矢印１０２に示す方向）に直交する。一対の合わせ面７１および７２は、第２の部分として、内面２２ｓと外面２２ｔとを最短距離で結ぶ方向の平面内で延在する複数の部分８１をさらに有する。

上記のような電池の保持構造では、先述したとおり、電池ホルダ１５間の隙間から冷媒が外部に漏洩する。特に、電池の上方向（端子方向）および下方向からの冷媒の漏れが生じる。このため、電池セル３３の冷却効率が低下する。

そこで、本実施の形態では、電池セル３３と電池ホルダ１５との間に形成される冷媒通路からの冷媒の漏洩を防止する観点より、以下のように電池ホルダ１５が構成される。

図５は、本実施の形態に係る電池ホルダを示す正面図である。図６は、図５中のＶ−Ｖ線上に沿った電池ホルダの断面図である。図７は、電池セルが電池ホルダに保持された状態における、図５中のＶ−Ｖ線上に沿った電池ホルダの断面図である。

図５〜図７に示されるように、本実施の形態では、電池ホルダ１５には、冷却風通路１２０をシールするための、すなわち冷却風通路１２０から外部への冷却風の漏洩を抑制するためのシール部材２０１，２０２が設けられる。

シール部材２０１，２０２は、電池ホルダ１５の表面２１ａから電池セル３３側に突出するように設けられ、電池セル３３に押し当てられて撓んで接触する可撓性の部材である。具体的には、シール部材２０１，２０２は、シールリップである。好適には、シール部材２０１，２０２は、表面２１ａを備える部材であるベース部２１に一体成形される。

シール部材２０１，２０２は、冷却風通路１２０を挟んだ両側に設けられている。具体的には、シール部材２０１は、冷却風通路１２０の上側に設けられており、シール部材２０２は、冷却風通路１２０の下側に設けられている。また、シール部材２０１は、電池セル３３の上端面近傍に相当する位置に設けられており、シール部材２０２は、電池セル３３の下端面近傍に相当する位置に設けられている。

シール部材２０１，２０２は、冷却風通路１２０に沿って、具体的には冷却風通路１２０の冷却風の流れ方向に沿って延びている。好適には、シール部材２０１，２０２は、図５に示されるように、冷却風通路１２０の全長に渡って形成される。図５において、シール部材２０１，２０２は、側部２４と側部２５との間に渡って設けられている。

図７において、電池セル３３は、電極体３３１と、当該電極体３３１を収容する電池ケース３３２とを含んで構成されている。電池ケース３３２は、例えば、略直方体形状のアルミケースである。

なお、電池ホルダ１５の構成、特にシール部材の形状、位置、個数などは、図５〜図７に示される態様に限定されない。

図８は、電池ホルダの第１の変形例を示す正面図である。図８では、シール部材２０１，２０２に加えて、シール部材２０３〜２０６が設けられている。シール部材２０３は、最上部のリブ２６の開口部１６側の端部と、開口部１６の上端に隣接する側部２４の端部との間に渡って設けられている。シール部材２０４は、最上部のリブ２６の開口部１７側の端部と、開口部１７の上端に隣接する側部２５の端部との間に渡って設けられている。シール部材２０５は、最下部のリブ２６の開口部１６側の端部と、開口部１６の下端に隣接する側部２４の端部との間に渡って設けられている。シール部材２０６は、最下部のリブ２６の開口部１７側の端部と、開口部１７の下端に隣接する側部２５の端部との間に渡って設けられている。

図９は、電池ホルダの第２の変形例を示す断面図である。図９では、最上部のリブ２６の上側において、ベース部２１は、両側の電池セル３３間の略中央に設けられ、ベース部２１の両側にシール部材２１１，２１２が設けられている。また、最下部のリブ２６の下側において、ベース部２１は、両側の電池セル３３間の略中央に設けられ、ベース部２１の両側にシール部材２１３，２１４が設けられている。シール部材２１１，２１３は、表面２１ａから図中左側の電池セル３３側に突出するように設けられ、当該電池セル３３に押し当てられて撓んで接触する。シール部材２１２，２１４は、裏面２１ｂから図中右側の電池セル３３側に突出するように設けられ、当該電池セル３３に押し当てられて撓んで接触する。

図１０は、電池ホルダの第３の変形例を示す断面図である。図１０では、ベース部２１の両側にリブが形成されている。すなわち、ベース部２１には、表面２１ａから突出するリブ２６１と、裏面２１ｂから突出するリブ２６２とが形成されている。これにより、ベース部２１の両側に冷却風通路１２０が形成されている。また、図９と同様に、最上部のリブ２６１，２６２の上側において、ベース部２１の両側にシール部材２２１，２２２が設けられ、最下部のリブ２６１，２６２の下側において、ベース部２１の両側にシール部材２２３，２２４が設けられている。

以上説明した本実施の形態によれば、下記（１）〜（４）の効果が得られ得る。

（１）本実施の形態に係る電池ホルダは、電池に対向し、当該電池との間に冷媒を流通させる冷媒通路を形成する面と、上記冷媒通路をシールするためのシール部材であって、上記面から電池側に突出するように設けられ、電池に押し当てられて撓んで接触するシール部材とを有する。このため、本実施の形態によれば、電池と電池ホルダとの間に形成される冷媒通路からの冷媒の漏洩を防止または軽減することが可能となる。これにより、電池の冷却性能を向上させることが可能となる。

（２）シール部材は、電池に押し当てられて撓んで接触するように構成される。このため、電池の膨張等により電池の寸法が変化しても、シール部材が追従するので、シール性が保たれる。

（３）シール部材が上記面を備える部材に一体成形される態様によれば、低コストでシール部材を形成することが可能となる。

（４）シール部材が冷媒通路を挟んだ両側に設けられる態様によれば、冷媒通路の両側について、冷媒の漏洩を防止または軽減することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更することができる。

例えば、電池パックの構造は、図１中に示す形態に限定されない。図１中に示す電池パック１０では、冷却風が水平方向に流通する横流し方式が採られているが、冷却風が上下方向に流通する縦流し方式が採られても良い。また、複数の電池セル３３を積層する形態は、図１中に示す形態に限定されない。図１中に示す電池パック１０では、冷却風の流れ方向に２つの電池セルが存在するが、１つの電池セルのみが存在しても良いし、冷却風の流れ方向に３以上の電池セルが並べられても良い。

また、本発明は、燃料電池と２次電池とを駆動源とする燃料電池ハイブリッド車両（ＦＣＨＶ：Fuel Cell Hybrid Vehicle）または電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）に適用されてもよい。本実施の形態におけるハイブリッド車両では、燃費最適動作点で内燃機関を駆動するのに対して、燃料電池ハイブリッド車両では、発電効率最適動作点で燃料電池を駆動する。また、２次電池の使用に関しては、両方のハイブリッド車両で基本的に変わらない。さらに、本発明は、車両に搭載される電池パック以外のものに適用されてもよい。

実施の形態に係る電池ホルダを含む電池パックを示す斜視図である。 図１中の電池ホルダを示す斜視図である。 図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿った電池パックの断面図である。 図１中のＩＶ−ＩＶ線上に沿った電池パックの断面図である。 実施の形態に係る電池ホルダを示す正面図である。 図５中のＶ−Ｖ線上に沿った電池ホルダの断面図である。 電池セルが電池ホルダに保持された状態における、図５中のＶ−Ｖ線上に沿った電池ホルダの断面図である。 電池ホルダの第１の変形例を示す正面図である。 電池ホルダの第２の変形例を示す断面図である。 電池ホルダの第３の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１５，１５ｐ，１５ｑ 電池ホルダ、２１ａ 表面、２１ｂ 裏面、３３ 電池セル、１２０ 冷媒通路（冷却風通路）、２０１〜２０６，２１１〜２１４，２２１〜２２４ シール部材。

Claims (3)

1. 複数の電池セルを積層して構成される電池パックにおいて前記電池セル間にそれぞれ配置されて前記電池セルを保持する電池ホルダであって、
   前記電池セルに対向し、前記電池セルとの間に冷媒を流通させる冷媒通路を形成するベース部と、
   前記冷媒通路をシールするためのシール部材であって、前記電池セル間に位置する前記ベース部から前記電池セル側に突出して設けられ、前記電池セルに押し当てられて撓んで接触するシール部材と、
   を有することを特徴とする電池ホルダ。
2. 請求項１に記載の電池ホルダであって、
   前記シール部材は、前記ベース部の表面に一体成形されることを特徴とする電池ホルダ。
3. 請求項１または２に記載の電池ホルダであって、
   前記シール部材は、前記冷媒通路を挟んだ両側に設けられることを特徴とする電池ホルダ。

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