JP2010097723A - 電池パック - Google Patents

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健也 黒川
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Abstract

【課題】ひとつ以上の電池モジュールを組み込んだ電池パックにおいて、簡素な構成で電池モジュールを組み込むことが可能な電池パックを提供すること。
【解決手段】互いに電気的に接続されて単一の複合電池を構成する複数のバッテリセルと、該複数のバッテリセルをまとめて囲う第1のケースと、上記単一の複合電池の正極および負極の端子部材とを有する電池モジュールと、電池モジュールを収容する第2のケースと、を具備し、電池モジュールの端子部材が、構造的に、第2のケース内に該電池モジュールを取り付けるための取り付け部材になっており、第2のケースが、該第2のケースの内壁面に取り付け部材に対応する取り付け部材固定部を有する。
【選択図】図4

Description

本発明は、ひとつ以上の電池モジュールを組み込んだ電池パックに係り、特に、組み立て性向上に資する電池パックに関する。
HEV(hybrid electric vehicle)、EV(electric vehicle)などの車両で使われるバッテリ装置は、比較的高出力でかつ頻繁な出力変化に対応する必要がある。このようなバッテリ装置は、一般的に、必要な出力や容量に応じて、バッテリセルを複数個電気的に接続しかつ機械的にも一体化した電池モジュールを組み込んで構成されることが多い。この装置は、さらに、電池モジュールを複数用い、加えて監視などの機能を担う回路も含む装置(電池パック、組電池などとも呼ばれている)として構成される場合もある。
電池パックでは、組み立てや保守の作業性を向上するため、電池モジュールを簡素な構成で組み込めるようにすることが望まれる。そのためのひとつとして、組み込みにかかわる部品の点数を抑制することが必要である。さらに、電池モジュールが複数組み込まれることに対応して、それら間の電気的な接続の構成を簡素化することもポイントになる。もとより構成の簡素化とともに、電気的、機械的な信頼性の確保を考慮しなければならない。
なお、上記用途の電池パック(組電池)の例として、下記特許文献1に開示のものがある。この開示では、電池モジュールの端子部材がケースへの取り付けの構造的な部材としても機能するような態様は、特に言及されていない。
特開2006−236826号公報
本発明は、上記の事情を考慮してなされたもので、ひとつ以上の電池モジュールを組み込んだ電池パックにおいて、簡素な構成で電池モジュールを組み込むことが可能な電池パックを提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明の一態様である電池パックは、互いに電気的に接続されて単一の複合電池を構成する複数のバッテリセルと、該複数のバッテリセルをまとめて囲う第1のケースと、前記単一の複合電池の正極および負極の端子部材とを有する電池モジュールと、前記電池モジュールを収容する第2のケースと、を具備し、前記電池モジュールの前記端子部材が、構造的に、前記第2のケース内に該電池モジュールを取り付けるための取り付け部材になっており、前記第2のケースが、該第2のケースの内壁面に前記取り付け部材に対応する取り付け部材固定部を有することを特徴とする。
すなわち、この電池パックでは、電池モジュールがその必然として備える正極および負極の端子部材を、この電池モジュールを第2のケース内に取り付けるための取り付け部材としても機能させるようにしている。したがって、複数のバッテリセルをまとめて囲う第1のケースに、電池モジュールを第2のケース内に取り付け固定するための取り付け部をすべて別個に設けるには及ばず、またはその個数を減らすことが可能になり簡素な構成になる。
本発明によれば、ひとつ以上の電池モジュールを組み込んだ電池パックにおいて、簡素な構成で電池モジュールを組み込むことができる。
本発明の実施態様として、前記電池モジュールが、ほぼ直方体の形状を有し、該直方体の形状の最も短い稜辺の近傍に並んで前記正極および負極の端子部材が位置し、該正極および負極の端子部材から前記直方体の形状の最も長い稜辺を挟んだ位置に該電池モジュールを前記第2のケース内に取り付けるための部位をさらに有し、前記第2のケースが、該第2のケースの前記内壁面に前記部位に対応する固定部をさらに有する、とすることができる。この態様は、電池モジュールを第2のケース内に固定するのに、正極および負極の端子部材と、これらと電池モジュールの最も長い稜辺を挟んだ位置に設けられた、取り付けるための部位とを用いて、安定的にこれを行うものである。第2のケース内に固定するのに端子部材を利用している分だけ簡素な構成になる。
また、実施態様として、前記電池モジュールが、ほぼ直方体の形状を有し、該直方体の形状の最も長い稜辺を挟むように前記正極および負極の端子部材が位置する、とすることができる。この態様は、電池モジュールを第2のケース内に固定するのに、電池モジュールの最も長い稜辺を挟むように位置する正極および負極の端子部材を用いて安定的に固定するものである。端子部材のみで第2のケース内に安定的に固定でき得るのでさらに簡素な構成になる。
また、実施態様として、前記第2のケースに前記電池モジュールが少なくとも2つ収容され、前記第2のケースの前記取り付け部材固定部が、導電性の部位を含み、前記2つの電池モジュールが、前記取り付け部材固定部の前記導電性の部位により互いに電気的に接続されている、とすることができる。これによれば、電池モジュールどうしを電気的に接続するための別個の部材を用意するには及ばず、電池モジュールを第2のケース内に取り付けるのみでその接続ができる。部品点数がさらに削減され、組み立て性がさらに向上する。
また、実施態様として、前記第2のケースに前記電池モジュールが少なくとも2つ収容され、前記2つの電池モジュールのうちの一方の電池モジュールの前記取り付け部材が、該2つの電池モジュールのうちの他方の電池モジュールの前記取り付け部材に電気的に接続するように延長された部位を有する、とすることができる。この場合も、電池モジュールどうしを電気的に接続するための別個の部材を用意するには及ばず、部品点数がさらに削減され、組み立て性がさらに向上する。
また、実施態様として、前記第1のケースが、その一部として配線基板を有し、前記電池モジュールの前記正極および負極の端子部材が、前記配線基板上に形成された導電部により構成されており、前記電池モジュールが、前記バッテリセルどうしを電気的に接続するために、前記配線基板上に形成された第2の導電部を用いている、とすることができる。この態様では、電池モジュールにおいて、バッテリセルどうしを電気的に接続するために、配線基板上に形成された導電部が用いられ、電池モジュールの正極および負極の端子部材としても、配線基板上に形成された導電部が用いられている。したがって、バッテリセルどうしの電気的接続部材を含めて部品点数を削減することができ、組み立て性がさらに向上する。
ここで、前記配線基板が、前記電池モジュールの電圧検知回路を少なくとも有しているとすることができる。配線基板として、電池モジュールの電圧検知を行う機能を備えさせたものである。電圧検知により、例えば、電池モジュールの残容量の推定、その推定を踏まえた充電指示信号の生成などの機能を持たせることもできる。
以上を踏まえ、以下では本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る電池パックに使用できる電池モジュールの構成を模式的に示す斜視図である。まず、この図1を参照して、電池パックの外装であるケースの中に収容すべき電池モジュールについてその構成を説明する。
図1に示すように、この電池モジュールは、上方板11、下方板12、前方板13、後方板14、側方板15、16(側方板16は図2を参照)を有する電池モジュールケース10(第1のケース)によって複数のバッテリセル(バッテリセルについては図2を参照)の六方を囲う構成を備えている。ケース10のうち上方板11には、この電池モジュールとしての端子である電池モジュール端子部材21、27と、バッテリセル間を電気的に接続するセル端子間接続部材22、23、24、25、26とが付属している。これらの導電部分を除いて、上方板11、下方板12、前方板13、後方板14、側方板15、16は、それぞれ、例えばポリカーボネートのような絶縁樹脂でできている。前方板13および後方板14には、この電池モジュール内の放熱のため通風スリットを設けている。
上方板11に付属する電池モジュール端子部材21、27は、このほぼ直方体の電池モジュールの最も短い稜辺の近傍に並んで設けられている。そして、それぞれ、その一部に貫通穴が設けられ、この貫通穴はこれに連続するように設けられた上方板11の貫通穴に連なっている。また、電池モジュール端子部材21、27から電池モジュールの最も長い稜辺を挟んだ対向する上方板11の位置には、この電池モジュールの取り付け部位としての取り付け穴11aが設けられている。
このような構成の電池モジュールは、電池パックの外装であるケース(第2のケース)の中にこれを収容してねじ(ボルトまたはビス)で固定する場合に、電池モジュール端子部材21、27の上記貫通穴、および上方板11の上記取り付け穴11aを利用することができる。したがって、第2のケース内に収容、固定するために第1のケース10にさらに別の取り付け穴を設けるには及ばず、電池モジュールとして簡素な構成になる。
図2は、図1に示した電池モジュールにおいて、そのケース10のうちの上板11を除いて示した斜視図である。図2において、図1中に示した構成要素と同一のものには同一符号を付してある。図2に示すように、下方板12等で構成されるケース10の中には、バッテリセル1、2、3、4、5、6が収容されている。すなわち、バッテリセル1等のセル端子部材が存在する面に上方板11が対向し、上方板11に付属するセル端子間接続部材22、23、24、25、26がバッテリセル1〜6を電気的に直列接続して、単一の複合電池を構成するようになっている。また、バッテリセル1等は、前方板13、後方板14の通風スリット間を結ぶ方向に空間が生じるように多少離間して配置されている。
なお、バッテリセル1等は例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの2次電池である。バッテリセル1等と各板11〜14とは例えば接着剤で固着されている。また、各板11〜16どうしの相互の接続も例えば接着剤(不図示)による固着とすることができる。各板11〜16どうしの相互の接続については、接着剤以外では例えばねじ(不図示)止めとすることもできる。
図3は、図1に示した電池モジュールを使用した電池パックの構成を模式的に示す分解側面図である。図4は、図3に側面図で示した電池パックを分解斜視で示す図である。図3、図4において、すでに説明した図中に登場の構成要素と同一のものには同一符号を付してある。図3、図4においては、上記説明の電池モジュールを、電池パックの外装たる電池パックケース30(第2のケース)の中に収容、固定する態様について説明する。
図3、図4に示すように、電池パックケース30の内壁面には、電池モジュール端子部材21、27の貫通穴、および上方板11の取り付け穴11aに対応するように、取り付け部材固定部(ないしは固定部)31、32が設けられている。これらの固定部31、32は、例えば電池パックケース30がポリカーボネートのような樹脂性である場合、成形加工によりその内壁面から突起するように一体的に設けることができる。
固定部31、32の構成をより具体的に説明すると、これらには、電池モジュール端子部材21、27の貫通穴、および上方板11の取り付け穴11aを貫通するボルト41、42、43を螺合するためのめねじが設けられている。なお、このめねじ部分の強度を増すため、めねじを有する金属製の部材を埋め込むように固定部31、32を構成してもよい。
電池モジュール端子部材21、27上には、導電性の電池モジュール間接続部材51、52を設けることができ、これらの接続部材51、52は、これに設けられた貫通穴を通るボルト41、43により、電池モジュールのケース30内への取り付けと同時に取り付け、固定することができる。電池モジュール間接続部材51、52は、ケース30に収容され得る別の電池モジュール(不図示)との電気的な接続のための部材である。なお、この別の電池モジュールをケース30内に取り付けるための取り付け部材固定部(ないしは固定部)は、説明の簡単化のため図示省略されている。
図3、図4を見て分かるように、この電池パックでは、電池モジュールがその必然として備える正極および負極の端子部材21、27を、この電池モジュールをケース30内に取り付けるための取り付け部材としても機能させるようにしている。したがって、複数のバッテリセル1〜6を囲うケース10に、電池モジュールをケース30内に取り付け固定するための取り付け部をすべて別個に設けるには及ばず、その個数を減らし簡素な構成になる。電池モジュール間接続部材51、52の取り付けも、ボルト41、43の締め付けにより同時に行うことができ、ボルト数を減らし、組み立てや保守の容易性も向上している。この結果信頼性の向上にもなっている。
次に、本発明の別の実施形態について図5、図6を参照して説明する。図5は、本発明の別の実施形態に係る電池パックの構成を模式的に示す分解側面図である。図6は、図5に側面図で示した電池パックを分解斜視で示す図である。これらの図においてすでに説明した図中に登場の構成要素と同一のものには同一符号を付してある。その部分の説明は省略する。
この実施形態は、ケース10Aにおける上方板11Aの構成が上記の実施形態と異なる。上方板11Aには、この電池モジュールとしての端子である電池モジュール端子部材21A、27Aと、バッテリセル間を電気的に接続するセル端子間接続部材22A、23A、24A、25A、26Aとが付属している。上方板11Aに付属する電池モジュール端子部材21A、27Aは、このほぼ直方体の電池モジュールの最も長い稜辺を挟む位置に対向して設けられている。そして、それぞれ、その一部に貫通穴が設けられ、この貫通穴はこれに連続するように設けられた上方板11Aの貫通穴に連なっている。
なお、ケース10A内に収容されるバッテリセルについては、図2を参照して、例えば、バッテリセル1、2、3それぞれの正極端子部材と負極端子部材とが、図2に示したものとは反対の位置になるような配置で収容しておく。
図5、図6に示すように、電池パックケース30Aの内壁面には、電池モジュール端子部材21A、27Aの貫通穴に対応するように、取り付け部材固定部31A、32Aが設けられている。これらには、電池モジュール端子部材21A、27Aの貫通穴を貫通するボルト41、42を螺合するためのめねじが設けられている。
電池モジュール端子部材21A、27A上には、導電性の電池モジュール間接続部材51A、52Aを設けることができ、これらの接続部材51A、52Aは、これに設けられた貫通穴を通るボルト41、42により、電池モジュールのケース30A内への取り付けと同時に取り付け、固定することができる。電池モジュール間接続部材51A、52Aは、ケース30Aに収容され得る別の電池モジュール(不図示)との電気的な接続のための部材である。
この実施形態では、電池モジュールがその必然として備える正極および負極の端子部材21A、27Aを、電池モジュールの最も長い稜辺を挟んだ位置に設けているので、電池モジュールをケース30A内へ安定的に取り付け、固定するのに、2箇所のボルト41、42の締め付けで済ませることができる。したがって、図1ないし図4を参照して説明した実施形態よりさらに簡素な構成になる。電池モジュール間接続部材51A、52Aの取り付けを、ボルト41、42の締め付けにより同時に行うことができる点は上記実施形態と同様であるが、ボルト総数をさらに減らした分だけ、組み立てや保守の容易性がさらに向上している。
次に、本発明のさらに別の実施形態について図7、図8を参照して説明する。図7は、本発明のさらに別の実施形態に係る電池パックの構成を模式的に示す分解側面図である。図8は、図7に側面図で示した電池パックの構成を示す分解斜視図である。これらの図においてすでに説明した図中に登場の構成要素と同一のものには同一符号を付してある。その部分の説明は省略する。
この実施形態は、電池パックケース30Aの内壁面に設けられた取り付け部材固定部31A、32Aにさらに導電性部位51B、52Bを設けている点で、図5、図6を参照して説明した実施形態と異なる。導電性部位51B、52Bは、ボルト41、42が螺合する貫通穴を有し、ケース30Aに収容され得る別の電池モジュール(不図示)との電気的な接続のための部位になっている。したがって、電子モジュールが2以上収容される場合に、電池モジュール間接続部材51A、52A(図6参照)のような個別の部品を組み立ての際に使用する必要がなく、組み立てや保守の容易性が一層向上している。
次に、本発明のさらに別の実施形態について図9、図10を参照して説明する。図9は、本発明のさらに別の実施形態に係る電池パックの構成を模式的に示す分解側面図である。図10は、図9に側面図で示した電池パックを分解斜視で示す図である。これらの図においてすでに説明した図中に登場の構成要素と同一のものには同一符号を付してある。その部分の説明は省略する。
この実施形態は、図4における電池モジュール端子部材21が、電池モジュール間接続部材となる延長部位を備えた電池モジュール端子部材21Bになっている点で、図1ないし図4を参照して説明した実施形態と異なる。すなわち、電池モジュール間接続部材付きの電池モジュール端子部材21Bを用いることで、電池モジュール間接続部材52を使う必要がなくなる。なお、電池モジュール端子部材27の側については、この電池モジュールの隣に収容されるべき別の電池モジュールが備える、電池モジュール間接続部材付きの電池モジュール端子部材によって電気的な接続がなされる。したがって、電池モジュール間接続部材51も必要なくなる。
この実施形態の場合、電池モジュールどうしを電気的に接続するために電池モジュール間接続部材51、52のような別個の部材を用意するには及ばず、部品点数が削減され、組み立て性がより向上する。
次に、本発明のさらに別の実施形態について図11を参照して説明する。図11は、本発明のさらに別の実施形態に係る電池パックに使用できる電池モジュールの構成を模式的に示す一部分解部分を含む斜視図である。この電池モジュールを収める電池パックのケースについては、図1ないし図4を参照して説明した実施形態におけるケース30と同様である。
この実施形態の電池モジュールでは、そのケースの上方板として配線基板110を用いるようにしている。配線基板110には、その表面上に形成された導電パターンによりセル端子間接続部材(第2の導電部)220、230、240、250、260、および電池モジュール端子部材(導電部)210、270が設けられている。配線基板110に備えられた取り付け穴110aについては、図4における取り付け穴11aと機能として同様である。
セル端子間接続部材220、230、240、250、260、および電池モジュール端子部材210、270と、バッテリセル1〜6のセル端子部材との電気的接続には、例えばはんだ付けを採用することができる。配線基板110の表面上に形成される導電パターンは一般に、薄い金属箔を由来とするパターンであるため、図示するように、これらのパターンに重ねて金属板を例えばはんだにより積層、固定するようにすると、このような大電流が流れ得る電池モジュールとして好ましい形態になる。
この実施形態は、配線基板110上の端子部材210、270を、この電池モジュールをケース30内に取り付けるための取り付け部材としても機能させるようにしている点では、図1ないし図4を参照して説明した実施形態と同じである。したがって、ボルト数を減らし、組み立てや保守の容易性を向上している。この結果信頼性の向上にもなっている。
次に、本発明のさらに別の実施形態について図12を参照して説明する。図12は、本発明のさらに別の実施形態に係る電池パックに使用できる電池モジュールの構成を模式的に示す一部分解部分を含む斜視図である。この電池モジュールを収める電池パックのケースについては、図1ないし図4を参照して説明した実施形態におけるケース30と同様である。
この実施形態の電池モジュールは、その構成として、図11を参照して説明した実施形態とほぼ同様であるが、さらに配線基板110に部品ユニット300を実装している点で異なる。部品ユニット300に対しては、配線基板110上に設けられた配線パターン(不図示)が接続され、この配線パターンは、さらに、セル端子間接続部材220、230、240、250、260、または電池モジュール端子部材210、270に導通されるように形成されている。
部品ユニット300は、具体的に、例えば、複数のバッテリセル1〜6それぞれの電圧検知回路を含むユニットとすることができる。配線基板110には、部品ユニット300のほかに、各種の電気/電子部品(不図示)を実装できるようにパターンが形成されていてもよい。バッテリセル1〜6それぞれの電圧検知により、例えば、バッテリセル1〜6それぞれの残容量の推定、その推定を踏まえた充電指示信号の生成などの機能を備えた回路を持たせることもできる。これらの信号の取り出しのためには、例えば配線基板100上にコネクタ(不図示)を実装させておくなどの構成を採ることができる。
この実施形態では、このような部品ユニット300を含めた電池モジュールとして組み立て性が非常によくなっている。また部品ユニット300を具備することで電池モジュールとして付加価値が増加している一方、コンパクトなまとまりになっている。
本発明の一実施形態に係る電池パックに使用できる電池モジュールの構成を模式的に示す斜視図。 図1に示した電池モジュールにおいて、そのケースのうちの上板を除いて示した斜視図。 図1に示した電池モジュールを使用した電池パックの構成を模式的に示す分解側面図。 図3に側面図で示した電池パックを分解斜視で示す図。 本発明の別の実施形態に係る電池パックの構成を模式的に示す分解側面図。 図5に側面図で示した電池パックを分解斜視で示す図。 本発明のさらに別の実施形態に係る電池パックの構成を模式的に示す分解側面図。 図7に側面図で示した電池パックを分解斜視で示す図。 本発明のさらに別の(第4の)実施形態に係る電池パックの構成を模式的に示す分解側面図。 図9に側面図で示した電池パックを分解斜視で示す図。 本発明のさらに別の(第5の)実施形態に係る電池パックに使用できる電池モジュールの構成を模式的に示す一部分解部分を含む斜視図。 本発明のさらに別の(第6の)実施形態に係る電池パックに使用できる電池モジュールの構成を模式的に示す一部分解部分を含む斜視図。
符号の説明
1,2,3,4,5,6…バッテリセル、10,10A…電池モジュールケース(第1のケース)、11,11A…上方板、11a…取り付け穴(取り付け部位)、12…下方板、13…前方板、14…後方板、15,16…側方板、21,21A,27,27A…電池モジュール端子部材、22,22A,23,23A,24,24A,25,25A,26,26A…セル端子間接続部材、21B…電池モジュール間接続部材付き電池モジュール端子部材、30,30A…電池パックケース(第2のケース)、31,31A、32,32A…取り付け部材固定部(または固定部)、41,42,43…ボルト、51,51A,52,52A…電池モジュール間接続部材、51B,52B…導電性部位、110…配線基板、110a…取り付け穴(取り付け部位)、210,270…配線基板による電池モジュール端子部材(導電部)、220,230,240,250,260…配線基板によるセル端子間接続部材(第2の導電部)、300…部品ユニット。

Claims (7)

  1. 互いに電気的に接続されて単一の複合電池を構成する複数のバッテリセルと、該複数のバッテリセルをまとめて囲う第1のケースと、前記単一の複合電池の正極および負極の端子部材とを有する電池モジュールと、
    前記電池モジュールを収容する第2のケースと、を具備し、
    前記電池モジュールの前記端子部材が、構造的に、前記第2のケース内に該電池モジュールを取り付けるための取り付け部材になっており、
    前記第2のケースが、該第2のケースの内壁面に前記取り付け部材に対応する取り付け部材固定部を有すること
    を特徴とする電池パック。
  2. 前記電池モジュールが、ほぼ直方体の形状を有し、該直方体の形状の最も短い稜辺の近傍に並んで前記正極および負極の端子部材が位置し、該正極および負極の端子部材から前記直方体の形状の最も長い稜辺を挟んだ位置に該電池モジュールを前記第2のケース内に取り付けるための部位をさらに有し、
    前記第2のケースが、該第2のケースの前記内壁面に前記部位に対応する固定部をさらに有すること
    を特徴とする請求項1記載の電池パック。
  3. 前記電池モジュールが、ほぼ直方体の形状を有し、該直方体の形状の最も長い稜辺を挟むように前記正極および負極の端子部材が位置することを特徴とする請求項1記載の電池パック。
  4. 前記第2のケースに前記電池モジュールが少なくとも2つ収容され、
    前記第2のケースの前記取り付け部材固定部が、導電性の部位を含み、
    前記2つの電池モジュールが、前記取り付け部材固定部の前記導電性の部位により互いに電気的に接続されていること
    を特徴とする請求項1記載の電池パック。
  5. 前記第2のケースに前記電池モジュールが少なくとも2つ収容され、
    前記2つの電池モジュールのうちの一方の電池モジュールの前記取り付け部材が、該2つの電池モジュールのうちの他方の電池モジュールの前記取り付け部材に電気的に接続するように延長された部位を有すること
    を特徴とする請求項1記載の電池パック。
  6. 前記第1のケースが、その一部として配線基板を有し、
    前記電池モジュールの前記正極および負極の端子部材が、前記配線基板上に形成された導電部により構成されており、
    前記電池モジュールが、前記バッテリセルどうしを電気的に接続するために、前記配線基板上に形成された第2の導電部を用いていること
    を特徴とする請求項1記載の電池パック。
  7. 前記配線基板が、前記電池モジュールの電圧検知回路を少なくとも有していることを特徴とする請求項6記載の電池パック。
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