JP2014154504A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】積層された電池モジュールの間に設けられる支持部材の変形を抑制すること。
【解決手段】第２の電池モジュール２０Ｂの第２の電池ホルダ３０Ｂの各脚部３５，３６は、第１の電池モジュール２０Ａの第１の電池ホルダ３０Ａの第１の突出部４１と第２の突出部４２との間に嵌め合わされている。そして、第２の電池ホルダ３０Ｂの各脚部３５，３６は、第１の電池ホルダ３０Ａの突出部４１，４２に設けられた突起部４３によって支持されている。突起部４３の下面には、カバー部材５０が接している。
【選択図】図４

Description

本発明は、電池モジュールを積層した電池パックに関する。

複数の電池セルを有する電池モジュールとしては、例えば、特許文献１に記載の組電池が知られている。特許文献１に記載の組電池は、複数の角型電池セルをセパレータを挟んで積層してなる電池積層体と、電池積層体の端面に配置されたエンドプレートとを有している。セパレータは、角型電池セルよりも鉛直方向上方に突出する部分を有している。

特開２０１２−１４９６２号公報

ところで、電池モジュールを鉛直方向に積層する場合には、鉛直方向下方に設けられる電池モジュールほど鉛直方向上方の電池モジュールの荷重が累積される。特許文献１に記載の電池モジュールを積層する場合には、セパレータに荷重が集中し、セパレータが変形するおそれがある。そして、セパレータが変形すると、電池モジュールの積層状態を維持できなくなるおそれがある。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、積層された電池モジュールの間に設けられる支持部材の変形を抑制することができる電池パックを提供することにある。

上記課題を解決する電池パックは、複数の第１の電池セルからなる第１の電池モジュールと、複数の第２の電池セルからなる第２の電池モジュールと、前記第１の電池モジュールと前記第２の電池モジュールとの間に設けられる支持部材と、を備え、前記第２の電池モジュールが前記支持部材を介して前記第１の電池モジュールに積層された電池パックであって、前記支持部材から鉛直方向に交わる方向に突出する突起部を有し、前記支持部材及び前記突起部は、前記第２の電池モジュールを鉛直方向下方から支持し、前記第１の電池モジュールと前記突起部との間には、カバー部材が設けられることを要旨とする。

これによれば、第２の電池モジュールの荷重は、支持部材に加わるが、支持部材に加わる荷重は、突起部にも分散される。このため、支持部材に荷重が集中しにくく、支持部材が変形することが抑制されている。また、突起部によってカバー部材が鉛直方向上方へ移動することを規制することができる。

上記電池パックについて、前記カバー部材は、前記突起部と当接されることが好ましい。
これによれば、突起部に加わる荷重は、カバー部材にも分散される。このため、支持部材に荷重が集中することが更に抑制され、支持部材が変形することを好適に抑制することができる。

上記電池パックについて、前記第１の電池セルを保持する第１の電池ホルダと、前記第２の電池セルを保持する第２の電池ホルダと、を備え、前記第１の電池ホルダは、前記支持部材としての一対の突出部を有し、前記突起部は、前記一対の突出部の少なくとも一方に設けられ、前記第２の電池ホルダは、一対の設置部を有し、前記一対の設置部は、前記一対の突出部及び前記突起部によって鉛直方向下方から支持されることが好ましい。

これによれば、第１の電池セルを保持する第１の電池ホルダの突出部を支持部材として利用することができる。このため、第１の電池ホルダと支持部材を別途設ける場合に比べて、部品点数の増加が抑制されている。

上記電池パックについて、前記突起部の鉛直方向上部には、前記突起部の鉛直方向上部から鉛直方向下部に向けて下り傾斜する第１の傾斜面が設けられ、前記設置部には、前記第１の傾斜面と面接触する第２の傾斜面が設けられることが好ましい。

これによれば、カバー部材を一対の突出部の間に設ける場合に、カバー部材が突起部に係止しにくく、カバー部材を設けやすい。また、設置部に第１の傾斜面と面接触する第２の傾斜面を設けることで、突出部に荷重が集中することが抑制される。

本発明によれば、積層された電池モジュールの間に設けられる支持部材の変形を抑制することができる。

実施形態の電池パックを示す斜視図。 実施形態の電池モジュールを示す斜視図。 実施形態の角型電池及び電池ホルダを示す斜視図。 （ａ）は実施形態の電池パックを示す断面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す拡大図。

以下、電池パックの一実施形態について説明する。
図１に示すように、電池パック１０は、ケース１１に収容されている。電池パック１０は、複数の電池モジュール２０を有している。本実施形態の電池モジュール２０は、鉛直方向に積層配置されている。なお、各電池モジュール２０は全て同一の電池モジュールである。以下の説明において、「上」及び「下」は、鉛直方向の「上」及び「下」を示す。

図２及び図３に示すように、電池モジュール２０は、電池セル（例えば、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素蓄電池などの二次電池）としての角型電池２１が並設されている。角型電池２１は、電池ホルダ３０に保持されている。電池モジュール２０の上方には、電池ホルダ３０に保持されるカバー部材５０が設けられている。本実施形態のカバー部材５０は、角型電池２１を被覆し、角型電池２１に異物が付着することを抑止している。

カバー部材５０上には、角型電池２１の放電と、放電の遮断を制御するリレー６１が設けられている。リレー６１は、有底矩形筒状のリレー用カバー６２によって覆われている。また、カバー部材５０上には、角型電池２１の制御を行う電池ＥＣＵ６３が設けられている。電池ＥＣＵ６３は、有底矩形筒状のＥＣＵ用カバー６４によって覆われている。

角型電池２１の並設方向の両端には、板状のエンドプレート２２が設けられている。エンドプレート２２には、ボルトＢが挿通されている。ボルトＢは全ての電池ホルダ３０に挿通され、これにより電池ホルダ３０が組み付けられている。エンドプレート２２には、ケース１１に電池モジュール２０を固定するためのブラケット２４が設けられている。

図３に示すように、電池ホルダ３０は、矩形平板状の第１の被覆部３１を有している。第１の被覆部３１の長手方向両端には、第１の被覆部３１の厚み方向に延びる矩形平板状の第２の被覆部３２及び第３の被覆部３３が設けられている。第２の被覆部３２の長手方向第１端部３２ａ（第１の被覆部３１が設けられる端部とは反対側の端部）と、第３の被覆部３３の長手方向第１端部３３ａ（第１の被覆部３１が設けられる端部とは反対側の端部）には、各被覆部３２，３３の短手方向第１端部３２ｂ、３３ｂの間で延びる矩形平板状の第４の被覆部３４が設けられている。第４の被覆部３４は、厚み方向が被覆部３２，３３の短手方向と一致し、長手方向が第２の被覆部３２と第３の被覆部３３の対向方向に一致する。そして、第４の被覆部３４の厚み方向及び長手方向に直交する方向が、第４の被覆部３４の短手方向となる。そして、第１の被覆部３１、第２の被覆部３２及び第３の被覆部３３に囲まれる領域が、角型電池２１が収容される収容部Ｓとなる。

また、第４の被覆部３４の長手方向両端における、第４の被覆部３４の短手方向の一端面上には、Ｕ字状をなすとともに、第４の被覆部３４の厚み方向に開口する端子収容部４５が設けられており、各端子収容部４５は、被覆部３２，３３と連設されている。各端子収容部４５において、第４の被覆部３４と接合される面と反対側の面からは、壁部材４６が突設されている。

第４の被覆部３４の短手方向の一端面上には、端子収容部４５と隣り合って四角柱状の柱部材４７が柱部材４７の軸が被覆部３２，３３の短手方向に延びるように設けられている。柱部材４７には、ボルトＢが挿通される挿通孔４７ａが柱部材４７の軸方向に貫通して設けられている。

第２の被覆部３２の長手方向第２端部３２ｃには、四角柱状の第１の脚部３５が脚部３５の軸が第２の被覆部３２の短手方向に延びるように設けられている。また、第３の被覆部３３の長手方向第２端部３３ｃには、四角柱状の第２の脚部３６が脚部３６の軸が第３の被覆部３３の短手方向に延びるように設けられている。第１の脚部３５及び第２の脚部３６は、第１の被覆部３１の厚み方向の面のうち、収容部Ｓ側の面とは反対側の面に設けられている。

第１の被覆部３１の長手方向の縁部のうち、第２の被覆部３２が設けられる側の縁部を第１の縁部３１ａ、第３の被覆部３３が設けられる側の縁部を第２の縁部３１ｂとする。第１の脚部３５と第２の脚部３６は、第１の被覆部３１の長手方向両端に設けられている。第１の脚部３５は、第１の縁部３１ａから僅かに第２の縁部３１ｂ側に離間して設けられている。第２の脚部３６は、第２の縁部３１ｂから僅かに第１の縁部３１ａ側に離間して設けられている。第１の脚部３５の二つの角部のうち、第１の縁部３１ａ側の角部には、傾斜面３７が設けられている。第２の脚部３６の二つの角部のうち、第２の縁部３１ｂ側の角部には、傾斜面３８が設けられている。第１の脚部３５の外面（第１の縁部３１ａ側の面）から第２の脚部３６の外面（第２の縁部３１ｂ側の面）までの寸法は、第２の被覆部３２の外面（収容部Ｓ側の面とは反対側の面）から第３の被覆部３３の外面（収容部Ｓ側の面とは反対側の面）までの寸法と比較して短い。各脚部３５，３６には、ボルトＢが挿通される挿通孔３５ａ，３６ａが設けられている。

第２の被覆部３２の長手方向第１端部３２ａには、第２の被覆部３２と連設され、第２の被覆部３２の長手方向に延びる矩形平板状の第１の突出部４１が設けられている。第３の被覆部３３の長手方向第１端部３３ａには、第３の被覆部３３と連設され、第３の被覆部３３の長手方向に延びる第２の突出部４２が設けられている。第１の突出部４１の第２の突出部４２との対向面と、第２の突出部４２の第１の突出部４１との対向面との離間距離は、第１の脚部３５の外面から第２の脚部３６の外面までの寸法よりも長く、かつ、第２の被覆部３２の外面から第３の被覆部３３の外面までの寸法よりも短い。各突出部４１，４２は、収容部Ｓよりも上方に突出し、これにより、角型電池２１よりも上方に突出する。

第１の突出部４１の第２の突出部４２との対向面及び第２の突出部４２の第１の突出部４１との対向面には、各突出部４１，４２の厚み方向（鉛直方向及び各突出部４１，４２の短手方向と直交する方向）に突出する突起部４３が設けられている。突起部４３の上面は傾斜面４４となっており、上部から下部に向けて下り傾斜している。

図２に示すように、カバー部材５０は、矩形平板状をなす基部５１を有している。基部５１の短手方向両端には、基部５１の厚み方向に延びる矩形平板状の延設部５２が設けられている。基部５１の長手方向及び延設部５２の長手方向は同一方向であり、この方向は、角型電池２１の並設方向と一致する。したがって、カバー部材５０は、角型電池２１の並設方向に延びている。カバー部材５０は、柱部材４７及び壁部材４６に支持されて、第１の突出部４１と第２の突出部４２の間に設けられる。カバー部材５０の延設部５２は、各突出部４１，４２に沿うように設けられている。延設部５２の先端（上面）は、突起部４３の下面に当接している。したがって、カバー部材５０は、電池モジュール２０と突起部４３との間に設けられている。

図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、積層された電池モジュール２０のうち、鉛直方向下方の電池モジュール２０を第１の電池モジュール２０Ａとし、第１の電池モジュール２０Ａに積層される電池モジュール２０を第２の電池モジュール２０Ｂとする。そして、第１の電池モジュール２０Ａの電池ホルダ３０、角型電池２１をそれぞれ、第１の電池ホルダ３０Ａ、第１の角型電池２１Ａとし、第２の電池モジュール２０Ｂの電池ホルダ３０、角型電池２１をそれぞれ第２の電池ホルダ３０Ｂ、第２の角型電池２１Ｂとする。

第２の角型電池２１Ｂを保持する第２の電池ホルダ３０Ｂの各脚部３５，３６は、第１の角型電池２１Ａを保持する第１の電池ホルダ３０Ａの第１の突出部４１と第２の突出部４２との間に嵌め合わされている。第２の電池ホルダ３０Ｂの各脚部３５，３６の傾斜面３７，３８は、第１の電池ホルダ３０Ａの各突起部４３の傾斜面４４と面接触している。これにより、第２の電池ホルダ３０Ｂの各脚部３５，３６が突出部４１，４２及び各突起部４３と係止しあい、第２の電池ホルダ３０Ｂ（第２の電池モジュール２０Ｂ）が突出部４１，４２及び突起部４３に支持されている。したがって、本実施形態において、第１の脚部３５及び第２の脚部３６が一対の突出部（第１の突出部４１及び第２の突出部４２）に支持される一対の設置部となる。また、第１の突出部４１及び第２の突出部４２が支持部材となる。なお、第１の電池ホルダ３０Ａの突起部４３の傾斜面４４が第１の傾斜面となり、この傾斜面と面接触する第２の電池ホルダ３０Ｂの各脚部３５，３６の傾斜面３７，３８が第２の傾斜面となる。

第１の電池ホルダ３０Ａの第１の突出部４１の先端面（上面）は、第２の電池ホルダ３０Ｂの第２の被覆部３２に当接している。第１の電池ホルダ３０Ａの第２の突出部４２の先端面（上面）は、第２の電池ホルダ３０Ｂの第３の被覆部３３に当接している。

第１の電池ホルダ３０Ａの第１の突出部４１と第２の突出部４２との間には、収容スペースＡが区画され、この収容スペースＡにリレー６１や電池ＥＣＵ６３が収容されている。

次に、本実施形態の電池パック１０の作用について説明する。
第２の電池モジュール２０Ｂを第１の電池モジュール２０Ａに積層するときには、第２の電池ホルダ３０Ｂの各脚部３５，３６を第１の電池ホルダ３０Ａの各突出部４１，４２の間に嵌め合わせる。これにより、第２の電池モジュール２０Ｂの位置決めが行われ、更に、第２の電池モジュール２０Ｂの鉛直方向及び角型電池２１の幅方向への位置ずれが抑制される。

このとき、第２の電池モジュール２０Ｂは、第１の電池ホルダ３０Ａの突出部４１，４２及び突起部４３によって支持される。第２の電池モジュール２０Ｂの荷重が突出部４１，４２に集中すると、突出部４１，４２の変形や破損を招くおそれがある。突出部４１，４２に加え、突起部４３でも第２の電池モジュール２０Ｂを支持することで、第２の電池モジュール２０Ｂの荷重は、突出部４１，４２と突起部４３に分散される。本実施形態において、突起部４３の下面には、カバー部材５０の延設部５２の上面が当接している。このため、突起部４３に加わる荷重は、カバー部材５０にも分散される。そして、カバー部材５０は第１の電池ホルダ３０Ａの壁部材４６及び柱部材４７に支持されているため、カバー部材５０に加わる荷重は、壁部材４６及び柱部材４７にも分散される。

カバー部材５０を電池ホルダ３０の第１の突出部４１と第２の突出部４２との間に設ける際には、第１の突出部４１及び第２の突出部４２の延設方向からカバー部材５０を第１の突出部４１と第２の突出部４２の間に挿入する。このとき、突起部４３の上面を傾斜面４４とすることで、カバー部材５０と突起部４３が係止しにくく、カバー部材５０を容易に取り付けることができる。また、突起部４３に支持される各脚部３５，３６に突起部４３の傾斜面４４と面接触する傾斜面３７，３８を設けることで、第１の突出部４１と第２の突出部４２に荷重が集中することを抑制している。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）積層配置される電池モジュール２０のうち、鉛直方向上方に配置される電池モジュール２０は、鉛直方向下方に配置される電池モジュール２０の電池ホルダ３０の第１の突出部４１、第２の突出部４２及び各突出部４１，４２に設けられた突起部４３によって鉛直方向下方から支持されている。このため、鉛直方向上方に配置される電池モジュール２０の荷重は、第１の突出部４１及び第２の突出部４２に加え、突起部４３にも分散されるため、突出部４１，４２が変形したり破損したりすることが抑制されている。したがって、電池モジュール２０の積層状態が維持されやすい。また、突起部４３によって、カバー部材５０が鉛直方向上方に移動することを規制することができる。

（２）突起部４３の下面には、カバー部材５０の延設部５２の上面が当接している。このため、突起部４３に加わる荷重は、カバー部材５０にも分散されている。したがって、突出部４１，４２が変形したり破損したりすることが更に抑制されている。

（３）支持部材として、電池ホルダ３０に設けられる突出部４１，４２を用いている。このため、角型電池２１を保持する電池ホルダ３０と、支持部材を別途設ける場合に比べて、部品点数の増加が抑制されている。

（４）電池ホルダ３０の突起部４３の上面は、傾斜面４４となっているため、カバー部材５０が突起部４３の上面と係止しにくく、カバー部材５０を突起部４３と電池ホルダ３０との間に取り付けやすい。また、電池ホルダ３０の脚部３５，３６には、突起部４３の傾斜面４４と面接触する傾斜面３７，３８が設けられているため、突出部４１，４２に荷重が集中することが抑制されている。したがって、突出部４１，４２が変形することが好適に抑制される。

（５）積層される電池モジュール２０の荷重によって突起部４３が変形しないように、突起部４３そのものの大きさを大きくして、突起部４３の変形を抑制することも考えられる。本実施形態では、突起部４３がカバー部材５０によって下方から支持される構成であるため、突起部４３にかかる荷重をカバー部材５０によって分散させることができる。したがって、突起部４３そのものを大型化する必要がない。

（６）鉛直方向下方に配置される電池ホルダ３０は、第１の突出部４１及び第２の突出部４２に設けられる突起部４３によって鉛直方向上方に配置される電池モジュール２０を支持している。このため、第１の突出部４１と第２の突出部４２の間に、リレー６１や電池ＥＣＵ６３を収容するための収容スペースＡを確保することができる。このため、電池パック１０の小型化が図られる。

（７）カバー部材５０を電池ホルダ３０に保持させる突起部４３を、電池モジュール２０を支持する部材として兼用している。このため、カバー部材５０を電池ホルダ３０に保持させる部材と、電池モジュール２０を支持する部材を別々に設ける必要がない。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、カバー部材として角型電池２１を被覆するカバー部材５０を用いたが、これに限られない。例えば、リレー６１（電子部品）を覆うリレー用カバー６２や、電池ＥＣＵ６３（電子部品）を覆うＥＣＵ用カバー６４であってもよい。この場合、リレー用カバー６２や、ＥＣＵ用カバー６４が突起部４３の下面に当接するようにする。

○ 実施形態において、突起部４３は、第１の突出部４１又は第２の突出部４２のいずれかにのみ設けられていてもよい。
○ 実施形態において、カバー部材５０は、突起部４３と当接していなくてもよい。すなわち、カバー部材５０と突起部４３が離間して設けられていてもよい。この場合、カバー部材５０が鉛直方向上方に移動したときに、突起部４３にカバー部材５０が
○ 実施形態において、支持部材は、電池ホルダ３０と別体でもよい。

○ 実施形態において、角型電池２１は、電池ホルダ３０に保持されていなくてもよい（電池ホルダ３０が設けられていなくてもよい）。この場合、積層配置される電池モジュール２０の各角型電池２１同士の間には、支持部材が設けられる。

○ 実施形態において、支持部材の形状は、柱状など、電池モジュール２０を支持できる形状であれば、どのような形状であってもよい。
○ 実施形態において、一対の支持部材（第１の突出部４１及び第２の突出部４２）を用いたが、第１の突出部４１又は第２の突出部４２のいずれかのみが設けられていてもよい。この場合、第１の突出部４１（ケース１１側の突出部）を設けず、第２の突出部４２のみを設けることが好ましい。電池モジュール２０において、第１の突出部４１が設けられる側は、ブラケット２４によってケース１１に固定されるため、第２の突出部４２に比べて電池モジュール２０の荷重がかかりにくい。このため、荷重のかかりやすい第２の突出部４２を設けることで、電池モジュール２０を適切に支持することができる。

○ 実施形態において、突起部４３は、鉛直方向と直交する方向に突出させたが、鉛直方向と交わる方向に突出していればよく、電池モジュール２０の荷重を受圧でき、かつ、カバー部材５０の鉛直方向上方への移動を規制できる範囲内で突出方向を変更してもよい。すなわち、突起部４３は、突出部４１，４２におけるカバー部材５０が設けられる側の面に設けられる。

○ 実施形態において、最も鉛直方向上方に配置される電池モジュール２０の電池ホルダ３０には、突起部４３が設けられなくてもよい。
○ 実施形態において、カバー部材５０の延設部５２は、突起部４３から若干離間していてもよい。そして、第２の電池モジュール２０Ｂの荷重によって突起部４３が変形し、この変形によってカバー部材５０の延設部５２に当接してもよい。すなわち、突起部４３は、電池モジュール２０の故障などに影響を与えない範囲内で変形が許容されており、許容された変形量を超えて変形することを抑止できればよく、許容された変形量を超える前の段階で、突起部４３とカバー部材５０が接すればよい。

○ 実施形態において、各脚部３５，３６は、突起部４３と直接接していなくてもよく、各脚部３５，３６と突起部４３との間に緩衝材や両突起部４３間に延びる板材などが設けられていてもよい。

○ 実施形態において、カバー部材５０の延設部５２は、突起部４３と直接接していなくてもよく、延設部５２と突起部４３との間に緩衝材や両突起部４３間に延びる板材などが設けられていてもよい。

○ 実施形態において、電池セルは、円筒型電池や、ラミネート型の電池であってもよい。
○ 実施形態において、突起部４３の上面は平坦面であってもよい。この場合、カバー部材５０を容易に取り付けられるような機構を別途設けることが好ましい。

○ 実施形態において、電池ホルダ３０の各突出部４１，４２及び突起部４３は、一部の電池ホルダ３０にのみ設けられていてもよい。例えば、各突出部４１，４２及び突起部４３を有する電池ホルダ３０と、各突出部４１，４２及び突起部４３を有さない電池ホルダ３０が交互に配置されてもよい。

１０…電池パック、２０，２０Ａ，２０Ｂ…電池モジュール、２１，２１Ａ，２１Ｂ…角型電池、３０，３０Ａ，３０Ｂ…電池ホルダ、３７，３８…傾斜面、４１…第１の突出部、４２…第２の突出部、４３…突起部、４４…傾斜面、５０…カバー部材。

Claims (4)

1. 複数の第１の電池セルからなる第１の電池モジュールと、
   複数の第２の電池セルからなる第２の電池モジュールと、
   前記第１の電池モジュールと前記第２の電池モジュールとの間に設けられる支持部材と、を備え、
   前記第２の電池モジュールが前記支持部材を介して前記第１の電池モジュールに積層された電池パックであって、
   前記支持部材から鉛直方向に交わる方向に突出する突起部を有し、
   前記支持部材及び前記突起部は、前記第２の電池モジュールを鉛直方向下方から支持し、
   前記第１の電池モジュールと前記突起部との間には、カバー部材が設けられることを特徴とする電池パック。
2. 前記カバー部材は、前記突起部と当接されることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記第１の電池セルを保持する第１の電池ホルダと、
   前記第２の電池セルを保持する第２の電池ホルダと、を備え、
   前記第１の電池ホルダは、前記支持部材としての一対の突出部を有し、
   前記突起部は、前記一対の突出部の少なくとも一方に設けられ、
   前記第２の電池ホルダは、一対の設置部を有し、
   前記一対の設置部は、前記一対の突出部及び前記突起部によって鉛直方向下方から支持されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池パック。
4. 前記突起部の鉛直方向上部には、前記突起部の鉛直方向上部から鉛直方向下部に向けて下り傾斜する第１の傾斜面が設けられ、
   前記設置部には、前記第１の傾斜面と面接触する第２の傾斜面が設けられることを特徴とする請求項３に記載の電池パック。