JP2019117688A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】省スペース化を図りつつ、かつ、電池パックに備えられた電気部品を保護可能な電池パックを提供する。【解決手段】電池パックは、電池を含む電池モジュールを収容する電池ケースと、電気部品を収容する電気部品ケースとを備える。電気部品ケースは、電池ケースの側壁に設けられる。電気部品ケースは、電気部品を支持する支持部材を含む。支持部材は、電気部品を固定する固定部と、電池ケースの側壁と固定部との間に設けられる脆弱部とを有する。脆弱部の剛性は、固定部の剛性よりも低く構成される。【選択図】図１

Description

本開示は、二次電池を含む電池パックに関する。

特開２０１５−８１０４２号公報（特許文献１）には、外部からの衝撃を吸収する構造を備えた電池パックが開示されている。この電池パックは、電気自動車等の電動車両（以下、単に「車両」ともいう）に搭載され、屈曲部を有する取付部材によって、電池パックの取り付け位置周辺の車両の部品（以下「周辺部品」ともいう）に所定の距離を隔てて取り付けられる。そのため、電池パックと周辺部品との間には所定の空間が設けられる。外部から周辺部品に衝撃が加えられた場合、周辺部品から伝わる衝撃を屈曲部が屈曲することにより吸収する。そして、周辺部品が電池パックと周辺部品との間に設けられた所定の空間に留まることにより、周辺部品と電池パックとの衝突が防がれる。

特開２０１５−８１０４２号公報 特開２０１３−１９３６３４号公報

近年では、ドライバビリティ向上の観点から、車載の電池モジュールの容量を増加させることが望まれている。その方法の１つとして、電池モジュールに含まれる電池の数を増加させることが考えられる。

しかしながら、特許文献１に開示された電池パックにおいて電池の数を増加させようとすると、電池パックが大型化してしまうため、電池パックと周辺部品との間に上述のような所定の空間を設けることが難くなる。所定の空間を設けられないと、外部から周辺部品に衝撃が加わえられた場合に、電池パックと周辺部品との衝突が起こる可能性が高くなり、電池パックに大きな衝撃が加わえられることが想定される。特に、電池モジュールを収容した電池ケースの外周面に電池モジュールと接続される電気部品（ジャンクションボックス等）を収容した電気部品ケースが設けられる電池パックにおいては、電気部品ケースに大きな衝撃が加わえられると、電気部品が破損することが懸念される。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、省スペース化を図りつつ、かつ、電池パックに備えられた電気部品を保護可能な電池パックを提供することである。

本開示に係る電池パックは、電池を収容する電池ケースと、電池ケースの外周面に設けられた、電池に接続される電気部品を収容する電気部品ケースとを備える。電気部品ケースは、電気部品を支持する支持部材を含む。支持部材は、電気部品が固定される固定部と、電池ケースと固定部との間に設けられ、固定部よりも剛性が低い脆弱部とを有する。

上記構成によれば、電池ケースの外周面に設けられた電気部品ケースに含まれる支持部材は、電気部品を固定する固定部と、固定部と電池ケースとの間に設けられている脆弱部とを有する。脆弱部の剛性は、固定部の剛性よりも低いため、電気部品ケースに衝撃が加わえられた場合、剛性の低い脆弱部が変形（破損）する。脆弱部が変形することにより衝撃が吸収されるため、固定部に固定された電気部品に加わる衝撃が低減される。また、衝撃を吸収できる構成（脆弱部）を電気部品ケースに設けたことによって、省スペース化を図ることができる。上記の構造を電気部品ケースに備えることによって、省スペース化を図りつつ、電池パックに備えられた電気部品を保護することが可能となる。

本開示によれば、省スペース化を図りつつ、かつ、電池パックに備えられた電気部品を保護可能な電池パックを提供することができる。

本実施の形態に係る電池パックの構成を概略的に示す図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。 外部から周辺部品に衝撃が加わえられた場合における比較例と本実施の形態との比較図である。 変形例１に係る電池パックの構成を概略的に示す図である。

以下、本実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

以下に示す実施の形態においては、電池パック１が、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両に搭載された例について説明する。

＜電池パック１の構成＞
図１は、本実施の形態に係る電池パック１の構成を概略的に示す図である。電池パック１は、電池モジュール１２を収容した電池ケース１０と、電池モジュール１２と接続されるジャンクションボックス等の電気部品４０を収容した電気部品ケース２０とを備える。

電池ケース１０は、複数個の二次電池（以下、単に「電池」ともいう）１１を所定方向に積層した電池モジュール１２を収容する。本実施の形態においては、電池１１は、車両左右方向に積層される。

電池１１は、たとえば、モータジェネレータを駆動するための電力を蓄え、パワーコントロールユニットを通じてモータジェネレータへ電力を供給する（いずれも図示せず）。電池１１としては、たとえば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などの二次電池が用いられる。なお、電池モジュール１２は、１個の電池１１で構成されてもよい。

電気部品ケース２０は、電池モジュール１２（電池１１）と接続される電気部品４０を収容する。電気部品ケース２０は、電気部品４０を支持するための支持部材３０と、壁部２３とを含む。電気部品ケース２０は、電池ケース１０の外周面に設けられる。本実施の形態においては、電気部品ケース２０は、電池ケース１０の車両左方側壁（以下、単に「電池ケース１０の側壁」ともいう）に電池ケース１０と一体的に形成されている。なお、本実施の形態に係る電池パック１においては、電気部品ケース２０は、電池ケース１０と一体的に形成される例について説明するが、電池パック１は、電気部品ケース２０と電池ケース１０とが一体的に形成されることに限定されるものではない。電気部品ケース２０が電池ケース１０に固定されればよく、たとえば、電気部品ケース２０は、電池ケース１０にボルト等によって締結されてもよい。

電気部品４０は、リレーによって電池モジュール１２への電力の供給および遮断、電池モジュール１２からパワー駆動ユニット（図示せず）への配電等を行なうジャンクションボックスと、電池モジュール１２の管理を行なう図示しない電池ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とジャンクションボックスとを接続するハーネスを繋ぐためのコネクタ等を含んでいる。

壁部２３は、本体部２１と脆弱部２２とを有する。脆弱部２２の剛性は、本体部２１および電池ケース１０の側壁の剛性よりも低く構成されている。本体部２１は、電気部品４０を収容する。脆弱部２２は、本体部２１と電池ケース１０の側壁との間の空間に設けられる。脆弱部２２の一端は本体部２１に接続され、脆弱部２２の他端は電池ケース１０の側壁に接続される。図１に示されるように、脆弱部２２の他端は、脆弱部２２の一端に対して、車両前後方向に広がるように形成されて電池ケース１０の側壁に接続される。

上記のように、脆弱部２２が形成されることから、脆弱部２２の一端と本体部２１とが接続される点においては、たとえば、電気部品ケース２０に車両左方から衝撃が加えられた場合において、他の箇所と比べて大きな負荷が加えられる。そのため、脆弱部２２は、本体部２１よりも変形（破損）し易くなっている。換言すると、脆弱部２２の剛性は、本体部２１の剛性よりも低いものとなっている。

本実施の形態においては、壁部２３の脆弱部２２は、本体部２１と電池ケース１０の側壁との間の、車両左右方向における距離ｄ（＜ｂ）を有する空間に設けられる。

支持部材３０は、電気部品４０が固定される固定部３１と、電池ケース１０と固定部３１との間に設けられる脆弱部３２とを有する。脆弱部３２の剛性は、固定部３１および電池ケース１０の側壁の剛性よりも低く構成されている。

本実施の形態においては、図１に示されるように、支持部材３０はＹ字の形状を成している。支持部材３０の固定部３１は、車両左右方向に平行な辺を長辺とする長方形を成し、その一端が壁部２３の本体部２１に接続されている。脆弱部３２はＶ字の形状を成しており、一端が固定部３１の他端に接続され、２つの他端が電池ケース１０の側壁の２か所に接続されている。図１に示されるように、脆弱部３２の幅は、固定部３１の幅よりも小さく形成されている。これによって、脆弱部３２の剛性は、固定部３１の剛性よりも低いものとなっている。また、脆弱部３２の幅は、電池ケース１０の側壁の厚みよりも小さく形成されている。これによって、脆弱部３２の剛性は、電池ケース１０の側壁の剛性よりも低いものとなっている。

また、本実施の形態においては、図１に示されるように、２個の支持部材３０によって電気部品４０が固定される。なお、支持部材３０の数は２個に限定されるものではない。電気部品４０を固定できればよく、たとえば、支持部材３０は１個でもよいし、３個以上であってもよい。

なお、電池ケース１０および電気部品ケース２０の材質は、たとえば、樹脂や金属などを用いることができ、特に材質が限定されるものではない。電池ケース１０および電気部品ケース２０の材質に樹脂を用いる場合は、電磁波を減衰させるための電磁シールドを設ける観点から、電池ケース１０および電気部品ケース２０の外周を金属ケース等で覆うことが望ましい。

また、支持部材３０の材質は、たとえば、アルミニウム、鉄およびマグネシウムの鋳物や樹脂等を用いることができ、特に材質が限定されるものではない。

図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。図１および図２に示されるように、電気部品４０は、電気部品ケース２０の側壁から距離ａだけ隔てて固定部３１に固定される。また、電気部品４０は、電池ケース１０の側壁から距離ｂだけ隔てて固定部３１に固定される。

電気部品４０を電気部品ケース２０の側壁から距離ａだけ隔てるのは、図１および図２に矢印で示されたように、電気部品ケース２０に車両左方から衝撃が加えられた場合に、電気部品４０に衝撃を伝えないようにするためである。また、電気部品４０を電気部品ケース２０の側壁から距離ａだけ隔てるのは、電気部品４０の配線や組み付けを行なうためのスペースとするためである。

電気部品４０を電池ケース１０の側壁から距離ｂだけ隔てるのは、電気部品４０の配線や組み付けを行なうためのスペースとするためである。

本実施の形態においては、支持部材３０の脆弱部３２は、固定部３１と電池ケース１０の側壁との間の、車両左右方向における距離ｃ（＜ｂ）を有する空間に設けられる。

＜比較例と本実施の形態との対比＞
近年では、電気自動車等の電動車両の航続距離を伸ばすために様々な検討がなされている。その１つとして、電池モジュールに含まれる電池の数を増加させる方法がある。しかしながら、電池モジュールに含まれる電池の数を増加させると、電池パックが大型化してしまう。電池パックが大型化すると、電池パックと周辺部品との距離が近くなることから、外部から周辺部品に衝撃が加わえられた場合に、電池パックと周辺部品との衝突が起こる可能性が高くなる。それゆえに、外部から周辺部品に衝撃が加わえられた場合に、電池パックに大きな衝撃が加わえられることが想定される。特に、電池パックに収容された電気部品ケースに大きな衝撃が加わえられると、電気部品が破損することが懸念される。

そこで、本実施の形態においては、上述のように、支持部材３０および電気部品ケース２０の壁部２３のそれぞれに脆弱部３２，２２を設けた。電池パック１に衝撃が加えられた場合に、脆弱部３２，２２が変形して衝撃を吸収することにより、電気部品４０を保護する。また、電気部品４０を保護する構造（脆弱部３２，２２）を電気部品ケース２０に設けたことによって、電池パック１の外部に電気部品４０を保護する構造を設ける必要がなく、省スペース化を図ることができる。以下、比較例を交えつつ、本実施の形態について説明する。

図３は、外部から周辺部品に衝撃が加わえられた場合における比較例と本実施の形態との比較図である。図３においては、比較例および本実施の形態のそれぞれについて、衝撃が加わる前後の図（衝撃前，衝撃後）が示されている。本実施の形態においては、図１および図２における車両左方から衝撃が加えられた例について説明する。

比較例においては、電池モジュール１２Ａにはｎ個の電池１１Ａが積層されている。周辺部品と電気部品ケース２０Ａの側壁とは車両左右方向に距離Ｘ１を隔てて配置されている。距離Ｘ１は、車両左方から規定の衝撃が加えられた場合に、その衝撃によって周辺部品が移動されるであろう距離を考慮して決定される。

以下の図３の説明においては、車両左方から規定の衝撃が加えられた場合を想定する。この場合、周辺部品は、衝撃前の周辺部品位置である位置Ｐ１から衝撃後の周辺部品位置である位置Ｐ２に移動するものとする。

比較例における支持部材３０Ａには、脆弱部は設けられていない。また同様に、比較例における電気部品ケース２０Ａにも脆弱部は設けられていない。

比較例において、車両左方から衝撃が加えられると、周辺部品は、図３に示される位置Ｐ１から車両右方に移動される。ここで、電気部品ケース２０Ａの側壁と周辺部品との間に上記の距離Ｘ１を隔てていることによって、周辺部品は、大きな衝撃をもって電気部品ケース２０Ａの側壁と衝突することなく、位置Ｐ２に留まる。これによって、周辺部品が電気部品ケース２０Ａに大きな衝撃を与えることが防止され、電気部品４０Ａが保護される。

比較例においては、電気部品４０Ａの保護を図るためには、周辺部品と電気部品４０Ａの側壁との間に距離Ｘ１を確保しなければならない。そのため、電池パック１の車両左右方向の長さは制約される。ゆえに、電池モジュール１２Ａの容量を増加させるために、電池モジュール１２Ａに積層される電池１１Ａの数を増やすということができない。

本実施の形態においては、電池１１を１個追加し、電池モジュール１２にはｎ＋１個の電池１１が積層されている。図３における本実施の形態の衝撃前の図は、電池１１を１個追加したことにより、電池ケース１０が距離ｃだけ大きくなっている。それに伴なって、電池パック１は比較例に比べて、距離ｃだけ大きくなっている。つまり、周辺部品と電気部品ケース２０の側壁（本体部２１）との車両左右方向の距離Ｘ２は距離Ｘ１よりも距離ｃだけ小さいものとなっている（Ｘ２＝Ｘ１−ｃ）。

本実施の形態において、車両左方から衝撃が加えられると、周辺部品が位置Ｐ１から位置Ｐ２まで移動される。本実施の形態においては、周辺部品と電気部品４０の側壁との間には距離Ｘ２（＜Ｘ１）しか隔てられていないため、比較例とは異なり、周辺部品と電気部品ケース２０の側壁とが衝突する。

そこで、本実施の形態においては、支持部材３０のうち、電池ケース１０が大きくなった距離ｃの分を脆弱部３２として設けた。また、本実施の形態においては、壁部２３のうち、距離ｄ（ｃ＜ｄ＜ｂ）の分を脆弱部２２として設けた。

壁部２３の脆弱部２２の剛性は、壁部２３の本体部２１の剛性および電池ケース１０の側壁の剛性よりも低く構成されている。支持部材３０の脆弱部３２の剛性は、支持部材３０の固定部３１の剛性および電池ケース１０の側壁の剛性よりも低く構成されている。

これによって、周辺部品と衝突して衝撃を受けた場合、自らよりも剛性の高いものに挟まれた支持部材３０の脆弱部３２および壁部２３の脆弱部２２は、衝撃によって変形（破損）する（図３における本実施の形態の衝撃後の図を参照）。脆弱部３２，２２が変形することによって、電気部品４０および電気部品ケース２０は、車両右方に移動される。このように、脆弱部３２，２２が衝撃を吸収することによって、電気部品４０に加わる衝撃が低減され、電気部品４０の破損が防止される。

さらに、電気部品４０と電気部品ケース２０の側壁（本体部２１）との間は距離ａだけ隔てられているため、電気部品ケース２０の側壁に加えられた衝撃が電気部品４０に伝えられることが抑制される。

また、本実施の形態においては、電気部品ケース２０の壁部２３にも脆弱部２２が設けられた。これによって、周辺部品と電気部品ケース２０との衝突による衝撃により、脆弱部２２が変形して衝撃が吸収されることで、周辺部品が破損することも防止される。

また、脆弱部３２，２２を電気部品ケース２０に設けたことによって、電池パック１の外部に電気部品４０を保護する構造を設けなくてよい。それゆえに、省スペース化を図ることができる。

以上のように、本実施の形態においては、車両左方から電池パック１に衝撃が加えられた場合に、脆弱部３２，２２が変形して衝撃を吸収することにより、電気部品４０を保護する。また、電気部品４０を保護する構造（脆弱部３２，２２）を電気部品ケース２０に設けたことによって、電池パック１の外部に電気部品４０を保護する構造を設ける必要がなく、省スペース化を図ることができる。

なお、本実施の形態においては、電池１１を１個追加し、電池モジュール１２にはｎ＋１個の電池１１が積層されている例について説明したが、追加する電池１１は１個に限られるものではなく２個以上であってもよい。電池１１の追加により電池ケース１０が大きくなる距離ｃが距離ｂを超えない限りにおいて（ｃ＜ｂ）、電池１１の追加により電池ケース１０が大きくなった距離ｃの分を脆弱部３２として設けることにより、上記の説明と同様に、省スペース化を図りつつ、かつ、電池パック１に備えられた電気部品４０を保護することができる。

＜変形例１＞
実施の形態においては、電気部品ケース２０が電池ケース１０の車両左方側壁に設けられる例について説明したが、電気部品ケース２０が設けられる位置は電池ケース１０の車両左方側壁に限られない。たとえば、電池ケース１０の車両右方側壁であってもよいし、電池ケース１０の車両前方側壁、車両後方側壁であってもよい。変形例１においては、一例として、電気部品ケース２０が電池ケース１０の車両前方側壁に設けられる例について説明する。

図４は、変形例１に係る電池パック１Ｂの構成を概略的に示す図である。電池パック１Ｂの構成は、電気部品ケース２０が設けられている位置（電池ケース１０の車両前方側壁）を除き、実施の形態に係る電池パック１と同様であるため、その説明は繰り返さない。

変形例１においては、車両前方から衝撃が加えられる場合について説明する。変形例１においても、実施の形態と同様に、支持部材３０および電気部品ケース２０の壁部２３には、それぞれ脆弱部３２，２２が設けられている。車両前方から衝撃が加えられると、実施の形態と同様に、支持部材３０の脆弱部３２および壁部２３の脆弱部２２が変形する。脆弱部３２，２２が変形することによって衝撃が吸収され、電気部品４０に加わる衝撃が低減される。ゆえに、電気部品４０が保護される。

また、脆弱部３２，２２を電気部品ケース２０に設けたことによって、電池パック１の外部に電気部品４０を保護する構造を設けなくてよいため、省スペース化を図ることができる。

＜変形例２＞
実施の形態および変形例１においては、脆弱部３２の形状をＶ字形状とした例について説明したが、脆弱部３２の形状はＶ字形状に限られるものではない。脆弱部３２の形状は、たとえば、長方形であってもよい。この場合においても、たとえば、脆弱部３２の幅を固定部３１の幅よりも小さく形成することにより、脆弱部３２の剛性を固定部３１の剛性よりも低く構成してもよい。

また、脆弱部３２の剛性を固定部３１の剛性よりも低くする方法は、支持部材３０の固定部３１と脆弱部３２とで異なる材質を用いることにより、脆弱部３２の剛性を固定部３１の剛性よりも低く構成する方法であってもよい。また、脆弱部３２に孔を設けることにより、脆弱部３２の剛性を固定部３１の剛性よりも低く構成する方法であってもよい。これらの場合においても、実施の形態および変形例１と同様の効果を奏することが可能である。

＜変形例３＞
実施の形態、変形例１および変形例２においては、電気部品ケース２０の壁部２３にも脆弱部２２を設ける例について説明した。しかしながら、電気部品ケース２０の壁部２３に脆弱部２２を設けなくてもよい。つまり、支持部材３０にのみ脆弱部３２が設けられてもよい。

支持部材３０にのみ脆弱部３２が設けられる場合においても、電気部品ケース２０に衝撃が加えらると、衝撃によって支持部材３０の脆弱部３２が変形する。脆弱部３２が変形することによって衝撃が吸収され、電気部品４０に加わる衝撃が低減される。ゆえに、電気部品４０が保護される。

＜その他の変形例＞
実施の形態および変形例１〜３においては、支持部材３０の脆弱部３２の車両左右方向の距離と、壁部２３の脆弱部２２の車両左右方向の距離とが異なる距離である例について説明した。しかしながら、これらの距離は異なる距離であることに限られるものではない。たとえば、支持部材３０の脆弱部３２の車両左右方向の距離と、電気部品ケース２０の脆弱部２２の車両左右方向の距離とが同じ距離であってもよい（距離ｃ＝距離ｄ）。距離ｃおよび距離ｄは、距離ｂよりも小さい範囲内で任意に設定することができる。この場合においても、実施の形態および変形例１と同様の効果を奏することが可能である。

また、実施の形態および変形例１〜３においては、電池１１の積層方向は、車両左右方向である例を示した（図１）。また、変形例１においては、電池１１の積層方向は、車両前後方向である例を示した（図４）。すなわち、実施の形態および変形例１においては、電池１１の長辺が電気部品ケース２０と向かい合う方向に電池１１が積層された。

上記のような方向に電池１１を積層したのは、複数の電池１１を直列に接続させた電池モジュール１２（電池１１）と電気部品４０との接続を行なう際に、配線の取り回しの利便性が高くなるためである。

しかしながら、電池１１の積層方向は上記のような方向に限られるものではない。たとえば、図１において車両前後方向に電池１１を積層してもよいし、図４において車両左右方向に沿って電池１１を積層させてもよい。

また、実施の形態および変形例１〜３においては、電池モジュール１２の容量を増加させるために、積層する電池１１の数を増加させる例について説明した。しかしながら、電池モジュール１２の容量を増加させる方法は積層する電池１１の数を増加させることに限られるものではない。たとえば、積層される各電池１１を大型化することによって電池モジュール１２の容量を増加させてもよい。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１Ｂ 電池パック、１０ 電池ケース、１１，１１Ａ 電池、１２，１２Ａ 電池モジュール、２０，２０Ａ 電気部品ケース、２１ 本体部、２２，３２ 脆弱部、２３ 壁部、３０ 支持部材、３１ 固定部、４０，４０Ａ 電気部品。

Claims (1)

1. 電池を収容する電池ケースと、
   前記電池ケースの外周面に設けられた、前記電池に接続される電気部品を収容する電気部品ケースとを備え、
   前記電気部品ケースは、前記電気部品を支持する支持部材を含み、
   前記支持部材は、
   前記電気部品が固定される固定部と、
   前記電池ケースと前記固定部との間に設けられ、前記固定部よりも剛性が低い脆弱部とを有する、電池パック。

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