JP2020024801A

JP2020024801A - 電池パック

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Publication number: JP2020024801A
Application number: JP2018147686A
Authority: JP
Inventors: 泰正小熊; Yasumasa Oguma; 吉宏岩野; Yoshihiro Iwano; 健一郎中嶋; Kenichiro Nakajima
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-08-06
Filing date: 2018-08-06
Publication date: 2020-02-13
Anticipated expiration: 2038-08-06
Also published as: JP6988733B2

Abstract

【課題】電池モジュールの外部に電池モジュール間の接続部材を設けることに伴う体積エネルギ密度の低下を抑制する。【解決手段】積層された複数の平板状電池２１をそれぞれ含む複数の電池モジュール１０が配置された電池パック１であって、複数の電池モジュールは平板状電池の積層方向に直交する方向に並んで配列され、複数の電池モジュールの各々は平板状電池の積層方向において平板状電池と並列に配置された板状の本体を有する第１及び第２の接続部材２３及び２４を備える。第１の接続部材は、当該電池モジュールの平板状電池と、隣接する電池モジュールの平板状電池とに接続され、並んで配列された複数の電池モジュールのうち一方の端に配置された電池モジュールの第２の接続部材は当該電池モジュールの平板状電池と接続されており、隣り合う電池モジュールの第２の接続部材同士は互いに接続されている。【選択図】図２

Description

本発明は、電池パックに関する。

従来から、複数の平板状電池を電気的に接続してモジュール化して電池モジュールとし、複数の電池モジュールをケース内に収容して電池パックとしたものが公知である（例えば、特許文献１参照）。また、斯かる電池パックにおいて、電池モジュール同士の接続を電池モジュールの外部に設けられたワイヤーハーネスによって行うことが検討されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２８７５１６号公報

ところで、特許文献１に記載の電池パックでは、隣り合う電池モジュールの端子同士が、電池モジュール上を横切るように延びるワイヤーハーネスによって接続されている。このようなワイヤーハーネスには、例えば、電池パックを自動車のモーター駆動用に用いるような場合には急速充電等に伴って大きな電流が流れることになるため、ワイヤーハーネスを太くすることが必要になる。このため、電池モジュールの外部に太さのあるワイヤーハーネスを設置することが必要になり、よって電池パックの体積エネルギ密度の低下を招く。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池モジュールの外部に電池モジュール間の接続部材を設けることに伴う体積エネルギ密度の低下を抑制することにある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨とするところは、積層された複数の平板状電池をそれぞれ含む複数の電池モジュールが配置された電池パックであって、前記複数の電池モジュールは、同一平面上において前記複数の平板状電池の積層方向に直交する方向に並んで配列され、前記複数の電池モジュールの各々は、前記平板状電池の積層方向において前記平板状電池と並列に配置された板状の本体を有する第１の接続部材と、前記平板状電池の積層方向において前記平板状電池及び前記第１の接続部材と並列に配置された板状の本体を有する第２の接続部材と、を備え、前記電池モジュールにおける前記第１の接続部材は、当該電池モジュールの前記平板状電池と、隣接する前記電池モジュールの前記平板状電池とに接続され、並んで配列された前記複数の電池モジュールのうち一方の端に配置された電池モジュールの前記第２の接続部材は、当該電池モジュールの前記平板状電池と接続されており、隣り合う前記電池モジュールの前記第２の接続部材同士は、互いに接続されている、電池パックである。

本発明によれば、電池モジュールの外部に電池モジュール間の接続部材を設けることに伴う体積エネルギ密度の低下を抑制することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る電池パック１を概略的に示す斜視図である。図２は、電池パックカバー３を取り外した状態における、本発明の第１の実施形態に係る電池パック１を概略的に示す平面図である。図３は、電池モジュールの一部を概略的に示す分解斜視図である。図４は、各電池素子の概略的な断面図である。図５は、接続部材を概略的に示す斜視図である。図６は、電池パックカバー３を取り外した状態における、本発明の第１の実施形態に係る電池パック１の電流経路を示す平面図である。図７は、本発明の第２の実施形態に係る電池パック１０１を概略的に示す斜視図である。図８は、電池パックカバー１０３を取り外した状態における、本発明の第２の実施形態に係る電池パック１０１を概略的に示す平面図である。図９は、電池パックカバー１０３を取り外した状態における、本発明の第２の実施形態に係る電池パック１０１の電流経路を示す平面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜第１の実施形態＞
≪電池パックの構成要素≫
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電池パック１を概略的に示す斜視図である。電池パック１は、例えば、電気自動車（ＥＶ）又はハイブリッド自動車（ＨＶ）における車室のフロアパネルの下側に配置される。電池パック１は、後述する電子機器９及び電池モジュール１０を収容する電池パックケース２と、電池パックケース２の開口部を閉鎖する電池パックカバー３と、を有する。電池パックカバー３には、２つの開口部が形成される。電池パックカバー３の２つの開口部を通って電池パック１内の複数の電池モジュール１０の充放電を行うための第１及び第２の電池端子４及び５が電池パック１の外部に延びる。第１の電池端子４は第２の電池端子５とは極性が異なる。なお、図示した実施形態では、第１及び第２の電池端子４及び５は、電池パックカバー３を通って電池パック１の内部から外部に延びるように形成されているが、電池パックケース２を通って電池パック１の内部から外部に延びるように形成されてもよい。また、第１及び第２の電池端子４及び５は、電池パックケース２や電池パックカバー３に直接取り付けられてもよい。

図２は、電池パックカバー３を取り外した状態における、本発明の第１の実施形態に係る電池パック１を概略的に示す平面図である。なお、本明細書では、便宜上、図２において電子機器９が設けられている側を前、前と反対側を後、平板状電池２１に対して後述する第２の接続部材２４が設けられている側を右、右と反対側を左として説明する。しかしながら、これは電池パック１が車両に対して取り付けられる向きを規定するものではなく、電池パック１は車両に対してどのような向きに配置されてもよい。

図２に示したように、電池パックケース２内には、電子機器９と、複数の電池モジュール１０と、第１及び第２の電池端子４及び５と、が配置される。図２に示した例では、電子機器９は、電池パックケース２の前側の領域に配置され、複数の電池モジュール１０は、全て電子機器９よりも後側に配置される。なお、電子機器９は、複数の電池モジュール１０の間等、如何なる位置に設けられてもよい。また、図２に示した例では、第１の電池端子４を正極とし、第２の電池端子５を負極としたが、第１の電池端子４を負極とし、第２の電池端子５を正極としてもよい。

電子機器９は、例えば、電池パック１内の電池モジュール１０や電池モジュール１０を構成する平板状電池２１の状態を検出したり、又はこれらを制御したりする機器を含む。したがって、電子機器９は、例えば、ワイヤーハーネスにより各電池モジュール１０に接続されて、各電池モジュール１０の両端子間の電圧等を検出する。

≪電池モジュールの構成≫
図２に示したように、電池モジュール１０は、積層された複数の平板状電池２１と、平板状電池２１の積層方向において複数の平板状電池２１の両側に配置された外側固定部材２２と、平板状電池２１の積層方向において平板状電池２１と並列に配置された板状の第１の接続部材２３と、平板状電池２１の積層方向において平板状電池２１及び第１の接続部材２３と並列に配置された板状の第２の接続部材２４と、を備える。

図３は、１つの電池モジュール１０の一部を概略的に示す分解斜視図である。図３では、平板状電池２１、外側固定部材２２、第１の接続部材２３及び第２の接続部材２４が互いに離間された状態で示されている。しかし、実際には、平板状電池２１と第１の接続部材２３とは、後述する絶縁性部材３５を介して互いに面接触するように配置され、第１及び第２の接続部材２３及び２４と外側固定部材２２とは、それぞれ絶縁性部材３５を介して互いに面接触するように配置される。

各平板状電池２１は、正極端子２１ａと負極端子２１ｂとを備える。本実施形態では、各平板状電池２１は、正極端子２１ａ及び負極端子２１ｂを同一側面上に備えるように構成される。特に、本実施形態では、図２に示したように、各平板状電池２１は、正極端子２１ａ及び負極端子２１ｂが共に各平板状電池２１の本体の後側に配置されるように構成される。しかしながら、各平板状電池２１は、正極端子２１ａ及び負極端子２１ｂが同一側面上に配置されれば、電池パックケース２内においていかなる向きに配置されてもよい。

また、正極端子２１ａ及び負極端子２１ｂは、平板状電池２１の本体から鉛直方向ではなく、水平方向に配置されることが好ましい。このように、各平板状電池２１の正極端子２１ａ及び負極端子２１ｂが鉛直方向に延びないように配置することにより、電池パック１内に正極端子２１ａ及び負極端子２１ｂ用のスペースを鉛直方向に設ける必要がなくなり、よって電池パック１の全高を低く抑えることができる。

各平板状電池２１は、１つ又は複数の電池素子５０を備える。図４は、各電池素子５０の概略的な断面図である。図４に示したように、各電池素子５０は、正極集電体層５１、正極活物質層５２、固体電解質層５３、負極活物質層５４及び負極集電体層５５がこの順に積層されて形成される。本実施形態では、正極集電体層５１、正極活物質層５２、固体電解質層５３、負極活物質層５４、及び負極集電体層５５は、それぞれ固体材料で形成される。

正極集電体層５１は、正極集電体を有し、正極活物質層５２からの集電を行う機能を有する。正極集電体の材料としては、例えば、アルミニウム、ＳＵＳ、ニッケル、鉄、チタン等を用いることができる。正極集電体層５１は、電池素子５０から突出して電池素子５０の正極として機能する正電極５１ａを備える。

正極活物質層５２は、正極活物質を含む。電池素子５０がリチウムイオン電池である場合には、正極活物質としては、例えば、コバルト酸リチウムやマンガン酸リチウム等の公知の正極活物質を適宜用いることができる。また、正極活物質層５２は、正極活物質に加えて、更に固体電解質、導電剤、バインダを含有していても良い。

正極活物質層５２に用いることができる固体電解質としては、後述する固体電解質層５３に用いる材料と同様の材料や、酸化物系非晶質固体電解質、結晶質酸化物等を用いることができる。

固体電解質層５３は、イオン導電性を示す固体物質である固体電解質を含む。電池素子５０がリチウムイオン電池である場合には、固体電解質としては、例えばＬｉ₂Ｓ−Ｐ₂Ｓ₅やＬｉ₇Ｐ₃Ｓ₁₁等の硫化物系固体電解質や、ＬｉＩやＬｉ₂Ｏ−Ｂ₂Ｏ₃−Ｐ₂Ｏ₅等の酸化物系固体電解質等の公知の固体電解質を適宜用いることができる。

負極活物質層５４は、負極活物質を含む。電池素子５０がリチウムイオン電池である場合には、負極活物質としては、例えばグラファイトなどの公知の負極活物質を適宜用いることができる。負極活物質層５４も、負極活物質に加えて、上述したような固体電解質、導電剤、バインダを含有していても良い。

負極集電体層５５は、負極集電体を有し、負極活物質層５４からの集電を行う機能を有する。負極集電体の材料としては、正極集電体の材料に加え、銅を用いることができる。負極集電体層５５は、電池素子５０から突出して電池素子５０の負極として機能する負電極５５ａを備える。

なお、本実施形態では、電池素子５０は、固体電解質層５３を有するように構成されている。しかしながら、電池素子５０は、正極集電体層、正極活物質層、セパレーター、負極活物質層、及び負極集電体層が電解液に含浸されている液系電池等、全固体電池以外の電池であってもよい。

各平板状電池２１は、１つの電池素子５０であってもよい。この場合、電池素子５０の正電極５１ａは平板状電池２１の正極端子２１ａとして機能し、負電極５５ａは平板状電池２１の負極端子２１ｂとして機能する。

或いは、各平板状電池２１は、外装体と外装体に収容された１つ又は複数の電池素子５０とを備えた電池であってもよい。外装体は、金属層とシーラント材層とを有するラミネート外装体であってもよく、この場合、各平板状電池２１は、ラミネート電池として形成される。或いは、外装体は、箱状に形成された箱状部材であってもよく、この場合、各平板状電池２１は、角形電池として形成される。

各平板状電池２１が外装体内に１つの電池素子５０を備える場合には、電池素子５０の正電極５１ａは平板状電池２１の正極端子２１ａに接続され、負電極５５ａは平板状電池２１の負極端子２１ｂに接続される。各平板状電池２１が外装体内に複数の電池素子５０を備える場合には、これら電池素子５０同士は直列又は並列に接続され、これら電池素子５０のうちの少なくとも一部の電池素子５０の正電極５１ａは平板状電池２１の正極端子２１ａに接続され、これら電池素子５０のうちの少なくとも一部の電池素子５０の負電極５５ａは平板状電池２１の負極端子２１ｂに接続される。

上述したように、各電池モジュール１０は、積層された複数の平板状電池２１を備える。図２からわかるように、複数の平板状電池２１は、平板状電池２１の広い側面同士が向き合うように、水平方向に配置される。また、本実施形態では、各電池モジュール１０は、その電池モジュール１０を構成する全ての平板状電池２１の正極端子２１ａ及び負極端子２１ｂが電池モジュール１０の同一側面上に配置されるように構成される。

各電池モジュール１０を構成する平板状電池２１同士は、直列又は並列に接続される（図示せず）。隣り合う平板状電池２１同士が直列に接続される場合には、隣り合う平板状電池２１の正極端子２１ａ及び負極端子２１ｂが接続されることになる。一方、隣り合う平板状電池２１同士が並列に接続される場合には、隣り合う平板状電池２１の正極端子２１ａ同士又は負極端子２１ｂ同士が接続されることになる。

外側固定部材２２は、上述したように、平板状電池２１の積層方向において複数の平板状電池２１の両側に配置される。したがって、本実施形態では、各電池モジュール１０を構成する全ての平板状電池２１の右側に１つの外側固定部材２２が配置され、左側に１つの外側固定部材２２が配置される。各電池モジュール１０を構成する２つの外側固定部材２２のうち少なくとも一方は、ボルト等によって電池パックケース２に固定される。

また、本実施形態では、各電池モジュール１０を構成する外側固定部材２２同士は、例えば両外側固定部材２２間で延びるシャフト等（図示せず）によって互いに連結される。特に、本実施形態では、外側固定部材２２同士は、これら外側固定部材２２間に配置された平板状電池２１の積層方向において、これら複数の平板状電池２１に大きい荷重を加えるように連結される。これにより、全固定電池である平板状電池２１の各電池素子５０の積層方向に拘束力を加えることができる。

≪接続部材の構成≫
図５は、第１の接続部材２３を概略的に示す斜視図である。図５に示したように、第１の接続部材２３は、平板状の接続部材本体３１と、接続部材本体３１の相対する側面に設けられた第１及び第２の接続端子３２及び３３と、を備える。本実施形態では、接続部材本体３１、第１及び第２の接続端子３２及び３３は、金属等の導電性の材料で一体的に形成される。ここで、第２の接続部材２４も、第１の接続部材２３と同様の構成を有しており、板状の接続部材本体３１と、接続部材本体３１の相対する側面に設けられた第１及び第２の接続端子３２及び３３と、を備える。

また、図５に示したように、接続部材本体３１において第１及び第２の接続端子３２及び３３が設けられていない広い側面上には、絶縁性部材３５が設けられる。逆に言うと、接続部材本体３１の絶縁性部材３５が設けられていない２つの相対する側面に第１及び第２の接続端子３２及び３３が設けられる。絶縁性部材３５は、絶縁性を有していれば、例えば樹脂等いかなる材料で形成されてもよく、例えば、接続部材本体３１の側面上に設けられた樹脂ラミネートとして形成される。

図５に示したように、本実施形態では、絶縁性部材３５は、接続部材本体３１の広い側面の全面に亘って配置される。しかしながら、絶縁性部材３５は、必ずしも接続部材本体３１の広い側面の全面を覆うように配置されていなくてもよく、その一部を覆うように配置されてもよい。ただし、この場合には、絶縁性部材３５は、接続部材本体３１と隣接して配置される平板状電池２１と接続部材本体３１とが直接接触することの無いように、且つ接続部材本体３１と隣接して配置される外側固定部材２２と接続部材本体３１とが直接接触することの無いように、接続部材本体３１の側面上に配置される。

図２に示したように、第１及び第２の接続部材２３及び２４は、平板状電池２１と並列に配置される。したがって、第１及び第２の接続部材２３及び２４の広い側面が平板状電池２１の側面と対向するようにそれぞれ配置される。

各電池モジュール１０における第１の接続部材２３は、平板状電池２１と外側固定部材２２との間に配置される。本実施形態では、第１及び第３の電池モジュール１０ａ及び１０ｃにおける第１の接続部材２３は平板状電池２１と右側の外側固定部材２２との間に配置され、第２及び第４の電池モジュール１０ｂ及び１０ｄにおける第１の接続部材２３は平板状電池２１と左側の外側固定部材２２との間に配置されている。また、各電池モジュール１０における第２の接続部材２４は、２つの外側固定部材２２のうち、一方の外側固定部材２２よりも外側にそれぞれ配置される。本実施形態では、第１乃至第４の電池モジュール１０ａ乃至１０ｄの各々における第２の接続部材２４は、右側の外側固定部材２２よりも右側にそれぞれ配置されている。なお、本実施形態における第１及び第２の接続部材２３及び２４の配置はあくまで例示を目的とするものであり、本発明の原理を逸脱しない範囲で第１及び第２の接続部材２３及び２４を如何なる位置に配置してもよい。

≪電池パックの構成≫
次に、図２を再び参照して、電池パック１内における電池モジュール１０等の配置や構成について説明する。上述したように、電池パックケース２内には、同一平面上において複数の平板状電池２１の積層方向に直交する前後方向に並んで配列された複数の電池モジュール１０が収容されている。図２に示した例では、電池パックケース２内には、第１の電池モジュール１０ａから第４の電池モジュール１０ｄまでの４つの電池モジュール１０が収容されている。

電池パックケース２内に収容された電池モジュール１０は、各電池モジュール１０を構成する平板状電池２１の積層方向が同一の方向となるように配置される。図２に示した例では、電池パックケース２内において、平板状電池２１の積層方向が左右方向となるように各電池モジュール１０が配置される。特に、図示した実施形態では、各電池モジュール１０を構成する平板状電池２１の正極端子２１ａ及び負極端子２１ｂは、各電池モジュール１０の後側に配置される。

各電池モジュール１０を構成する第１の接続部材２３は、その第１の接続端子３２が各電池モジュール１０の後側に配置されると共に、第２の接続端子３３が各電池モジュール１０の前側に配置される。この結果、第１の接続端子３２は、電池モジュール１０に対して、平板状電池２１の端子２１ａ、２１ｂが設けられた側面と同じ側に配置される。

第１の接続部材２３の第２の接続端子３３は、電池モジュール１０に対して平板状電池２１の端子２１ａ、２１ｂが設けられた側面とは反対側に配置される。この結果、隣り合う電池モジュール１０のうち一方の電池モジュール１０の第１の接続部材２３の第２の接続端子３３と、他方の電池モジュール１０の平板状電池２１の端子２１ａ、２１ｂとが対向する。

各電池モジュール１０の第１の接続部材２３の第１の接続端子３２は、その電池モジュール１０の平板状電池２１の正極端子２１ａ又は負極端子２１ｂに接続されている。一方、各電池モジュール１０の第１の接続部材２３の第２の接続端子３３は、第１及び第２の電池端子４及び５の最も近い前側の端に配置された最前列の電池モジュール１０を除き、隣接する電池モジュール１０の平板状電池２１の端子２１ａ、２１ｂに導電性の連結部材２６によって接続されている。最前列の電池モジュール１０の第１の接続部材２３の他方の接続端子３３は、第１の電池端子４に接続されている。

図２に示す例では、第２の電池モジュール１０ｂの第１の接続部材２３の第１の接続端子３２は第２の電池モジュール１０ｂの平板状電池２１の端子２１ａ、２１ｂに接続され、第２の接続端子３３は第１の電池モジュール１０ａの平板状電池２１の端子２１ａ、２１ｂに接続されている。同様に、第３の電池モジュール１０ｃの第１の接続部材２３の第１の接続端子３２は第３の電池モジュール１０ｃの平板状電池２１の端子２１ａ、２１ｂに接続され、第２の接続端子３３は第２の電池モジュール１０ｂの平板状電池２１の端子２１ａ、２１ｂに接続されている。一方で、最前列の第１の電池モジュール１０ａの第１の接続部材２３の第２の接続端子３３は、第１の電池端子４に接続されている。

各電池モジュール１０を構成する第２の接続部材２４は、その第１の接続端子３２が各電池モジュール１０の後側に配置されると共に、第２の接続端子３３が各電池モジュール１０の前側に配置される。この結果、第２の接続部材２４の第１の接続端子３２は、電池モジュール１０に対して、平板状電池２１の端子２１ａ、２１ｂが設けられた側面と同じ側に配置される。

第２の接続部材２４の第２の接続端子３３は、電池モジュール１０に対して平板状電池２１の端子２１ａ、２１ｂが設けられた側面とは反対側に配置される。この結果、隣り合う電池モジュール１０のうち、一方の電池モジュール１０の第２の接続部材２４の第１の接続端子３２と、他方の電池モジュール１０の第２の接続部材２４の第２の接続端子３３とが対向する。

前後方向に配列された複数の電池モジュール１０のうち、第１及び第２の電池端子４及び５が配置された位置から最も離れた後側の端に配置された最後列の電池モジュール１０の第２の接続部材２４の第１の接続端子３２は、その電池モジュール１０の平板状電池２１の正極端子２１ａ又は負極端子２１ｂに連結部材２６によって接続されている。また、隣り合う電池モジュール１０の第２の接続部材２４同士は、一方の電池モジュール１０の第２の接続部材２４の第１の接続端子３２と、他方の電池モジュール１０の第２の接続部材２４の第２の接続端子３３とが連結部材２６によって互いに接続されている。さらに、最前列の電池モジュール１０の第２の接続部材２４の第２の接続端子３３は、第２の電池端子５に接続されている。

図２に示す例では、最後列の第４の電池モジュール１０ｄの第２の接続部材２４の第１の接続端子３２は、第４の電池モジュール１０ｄの平板状電池２１の正極端子２１ａ又は負極端子２１ｂに連結部材２６によって接続されている。また、第２の電池モジュール１０ｂの第２の接続部材２４の第１の接続端子３２は第３の電池モジュール１０ｃの第２の接続部材２４の第２の接続端子３３に接続され、第３の電池モジュール１０ｃの第２の接続部材２４の第１の接続端子３２は第４の電池モジュール１０ｄの第２の接続部材２４の第２の接続端子３３に接続されている。さらに、最前列の第１の電池モジュール１０ａの第２の接続部材２４の第２の接続端子３３は、第２の電池端子５に接続されている。

図６は、電池パックカバー３を取り外した状態における、本発明の第１の実施形態に係る電池パック１の電流経路を示す平面図である。図６に示すように、本発明の第１の実施形態に係る電池パック１では、正極である第１の電池端子４は第１の電池モジュール１０ａの第１の接続部材２３の第２の接続端子３３に接続され、第１の電池モジュール１０ａの左端の平板状電池２１は第２の電池モジュール１０ｂの第１の接続部材２３の第２の接続端子３３に接続されている。そのため、第１の電池端子４から第１の電池モジュール１０ａの第１の接続部材２３、第１の電池モジュール１０ａの第１の接続部材２３から第１の電池モジュール１０ａの左端の平板状電池２１、第１の電池モジュール１０ａの左端の平板状電池２１から第２の電池モジュール１０ｂの第１の接続部材２３、の経路で電流が流れる。以降、同様にして、第２の電池モジュール１０ｂから第３の電池モジュール１０ｃ、第３の電池モジュール１０ｃから第４の電池モジュール１０ｄへ電流が流れる。

第４の電池モジュール１０ｄでは、第１の接続部材２３から複数の平板状電池２１にわたって電流が流れる。第４の電池モジュール１０ｄでは、右端の平板状電池２１は連結部材２６を介して第２の接続部材２４の第１の接続端子３２に接続されているため、右端の平板状電池２１から連結部材２６を介して第２の接続部材２４へ電流が流れる。

第４の電池モジュール１０ｄの第２の接続部材２４の第２の接続端子３３は連結部材２６を介して第３の電池モジュール１０ｃの第２の接続部材２４の第１の接続端子３２に接続されているため、第４の電池モジュール１０ｄの第２の接続部材２４から第３の電池モジュール１０ｃの第２の接続部材２４へ電流が流れる。以降、同様にして、第３の電池モジュール１０ｃから第２の電池モジュール１０ｂ、第２の電池モジュール１０ｂから第１の電池モジュール１０ａへ電流が流れる。

第１の電池モジュール１０ａの第２の接続部材２４の第２の接続端子３３は、第２の電池端子５に接続されているため、第１の電池モジュール１０ａの第２の接続部材２４から第２の電池端子５へ電流が流れる。

このように、本実施形態によれば、隣り合う電池モジュール１０の端子同士を接続するのに、各電池モジュール１０内に設けられた板状の第１及び第２の接続部材２３及び２４を用いる。このため、電池モジュール１０の外部に電池モジュール１０を横切るように延びるワイヤーハーネス等を設ける必要がない。電池モジュール１０の外部にワイヤーハーネスを設けると、大きな電流の流れるワイヤーハーネスを太くする必要があり、車両の振動等によってワイヤーハーネスに摩耗が発生して短絡等が発生しないようにするためには、電池モジュールの外部にワイヤーハーネスを収容するための十分な空間が必要になる。これに対して、本実施形態によれば、電池モジュール１０の外部に大きな空間を設ける必要がなくなり、よって電池パック１の体積エネルギ密度を高めることができる。

また、電池モジュール１０の外部にワイヤーハーネスを設けると、例えば、車両の衝突等によって電池パック１が変形したときにワイヤーハーネスが本来接触すべきでない箇所に接触してしまい、短絡等が発生する可能性がある。これに対して、本実施形態によれば、第１の接続部材２３は電池パックケース２に固定された外側固定部材２２間に配置されるため、電池パック１が変形するような場合でも短絡等が発生しにくい。したがって、電池パック１の安全性を高めることができる。

さらに、本実施形態によれば、第１及び第２の電池端子４及び５が配置された位置から最も離れた位置に配置された電池モジュール１０の第２の接続部材２４はその電池モジュール１０の平板状電池２１に接続され、隣り合う電池モジュール１０の第２の接続部材２４同士は互いに接続されている。そのため、第１の接続部材２３と第２の接続部材２４とで、それらの接続端子３２は極性が互いに逆になり、それらの接続端子３３は極性が互いに逆になる。これにより、図６で示したように、第１の電池端子４から第４の電池モジュール１０ｄへの方向に向かう電流は、第４の電池モジュール１０ｄにおいて連結部材２６及び第２の接続部材２４によってその方向が折り返されて、第４の電池モジュール１０ｄから第２の電池端子５に向かうようになる。したがって、第１の接続部材２３を流れる電流の方向と第２の接続部材２４を流れる電流の方向とが反対方向になるため、電池パック１の総正極端子及び総負極端子である第１及び第２の電池端子４及び５を同じ側に配置させることが可能となる。

ここで、電池パックに接続されるモーターなどの機器は、前輪側や後輪側に配置される。そのため、仮に、電池パックの総正極端子及び総負極端子が互いに電池パックの反対側に配置されると、例えば後側に配置された電池端子を前輪側に配置されたモーターに接続する際に、その接続のための配線を電池パック内で後側から前側に引き回す分だけ電池モジュールの外部に無駄な配線が必要になる。斯かるモーターに接続するような配線は大電流が流れるため比較的太いことから、電池モジュールの外部に当該配線を収容するための十分な空間が必要になる。これに対して、本実施形態によれば、第１及び第２の電池端子４及び５が同じ側に配置されているため、無駄な配線が必要なく、電池モジュール１０の外部に大きな空間を設ける必要がなくなり、よって電池パック１の体積エネルギ密度を高めることができる。

≪変形例≫
ところで、上述した実施形態では、第１及び第２の接続部材２３及び２４の接続部材本体３１は平板状に形成されている。しかしながら、第１及び第２の接続部材２３及び２４は、板状に形成されていれば、必ずしも平板状に形成されていなくてもよい。したがって、例えば、第１及び第２の接続部材２３及び２４は、波板状に形成されてもよい。例えば、第１の接続部材２３が波板状に形成されている場合、第１の接続部材２３と第１の接続部材２３の隣に配置された平板状電池２１との間には流体の通り道が形成されることになり、平板状電池２１を冷却し易くすることができる。

また、上述した実施形態では、第１及び第２の接続部材２３及び２４は金属等の導電性の材料で形成される。しかしながら、第１及び第２の接続部材２３及び２４は、必ずしもその全体が導電性の材料で形成されていなくてもよい。したがって、第１及び第２の接続部材２３及び２４の一部のみが導電性の材料で形成されると共に、この導電性の材料によって両接続端子３２、３３が互いに接続されるように構成されてもよい。或いは、第１及び第２の接続部材２３及び２４は、正極端子と負極端子とが二つの相対する側面に設けられた平板状電池として構成されてもよい。

加えて、上記実施形態では、各平板状電池２１は、正極端子２１ａと負極端子２１ｂとを同一側面上に備えるように構成されている。しかしながら、各平板状電池２１は、正極端子２１ａと負極端子２１ｂとを異なる側面上に、例えば互いに反対側の側面上に備えるように構成されてもよい。

加えて、上記実施形態では、第１及び第２の接続部材２３及び２４の側面上に絶縁性部材３５が設けられる。しかしながら、第１及び第２の接続部材２３及び２４の側面上に絶縁性の部材が設けられれば、必ずしも第１及び第２の接続部材２３及び２４と外側固定部材２２との間や第１の接続部材２３と平板状電池２１との間に絶縁性部材３５を設ける必要はない。具体的な態様としては、例えば、外側固定部材２２を絶縁性の材料で形成することや、外装体を備える平板状電池２１の外装体を絶縁性の材料で形成することが考えられる。

さらに、上記実施形態では、第２の接続部材２４を２つの外側固定部材２２の外側に配置したが、第２の接続部材２４を２つの外側固定部材２２の間に配置してもよい。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態に係る電池パックについて説明する。第２の実施形態に係る電池パックの構成は基本的に第１の実施形態に係る電池パックの構成と同様であるため、以下では、第１の実施形態に係る電池パックの構成と異なる部分を中心に説明する。

図７は、本発明の第２の実施形態に係る電池パック１０１を概略的に示す斜視図である。電池パック１０１は、電池パックケース１０２と、電池パックケース２の開口部を閉鎖する電池パックカバー１０３と、を有する。電池パックカバー１０３には、４つの開口部が形成される。電池パックカバー１０３の４つの開口部を通って電池パック１０１内の複数の電池モジュール１０’の充放電を行うための第１乃至第４の電池端子４乃至７が電池パック１０１の外部に延びる。第１の電池端子４は第２の電池端子５とは極性が異なり、第３の電池端子６は第４の電池端子７とは極性が異なる。なお、図示した実施形態では、第１乃至第４の電池端子４乃至７は、電池パックカバー１０３を通って電池パック１０１の内部から外部に延びるように形成されているが、電池パックケース１０２を通って電池パック１０１の内部から外部に延びるように形成されてもよい。また、第１乃至第４の電池端子４乃至７は、電池パックケース１０２や電池パックカバー１０３に直接取り付けられてもよい。

図８は、電池パックカバー１０３を取り外した状態における、本発明の第２の実施形態に係る電池パック１０１を概略的に示す平面図である。図８に示したように、電池パックケース１０２内には、電子機器９と、複数の電池モジュール１０’と、第１乃至第４の電池端子４乃至７と、が配置される。また、電池モジュール１０’は、平板状電池２１、外側固定部材２２、第１の接続部材２３及び第２の接続部材２４に加え、平板状電池２１の積層方向において平板状電池２１、外側固定部材２２、第１の接続部材２３及び第２の接続部材２４と並列に配置された板状の第３の接続部材２５をさらに備える。

図８に示す例では、第３及び第４の電池端子６及び７は、第１及び第２の電池端子４及び５が設けられている前側とは反対側である後側に設けられている。また、第３の接続部材２５は、第２の接続部材２４において外側固定部材２２が設けられている側面とは反対側の側面上に設けられている。本実施形態では、第１の電池端子４及び第３の電池端子６を正極とし、第２の電池端子５及び第４の電池端子７を負極とした。

第３の接続部材２５も、第１及び第２の接続部材２３及び２４と同様の構成を有しており、板状の接続部材本体３１と、接続部材本体３１の相対する側面に設けられた２つの接続端子３２、３３と、を備える。第３の接続部材２５の接続部材本体３１において接続端子３２、３３が設けられていない広い側面上には、絶縁性部材３５が設けられる。

各電池モジュール１０’を構成する第３の接続部材２５も、第１及び第２の接続部材２３及び２４と同様に、その第１の接続端子３２が各電池モジュール１０’の後側に配置されると共に、第２の接続端子３３が各電池モジュール１０’の前側に配置される。この結果、隣り合う電池モジュール１０’のうち一方の電池モジュール１０’の第３の接続部材２５の第１の接続端子３２と、他方の電池モジュール１０’の第３の接続部材２５の第２の接続端子３３とが対向する。

最後列の電池モジュール１０’の第３の接続部材２５の第１の接続端子３２は正極である第３の電池端子６に接続され、当該電池モジュール１０’の第２の接続部材２４の第１の接続端子３２は、連結部材２６を介して平板状電池２１に接続されるとともに、負極である第４の電池端子７に接続されている。また、最前列の電池モジュール１０’の第３の接続部材２５の第２の接続端子３３は第１の電池端子４を介してその電池モジュール１０’の第１の接続部材２３の第２の接続端子３３に接続されている。斯かる配置及び接続により、第３の接続部材２５と第２の接続部材２４とで、それらの接続端子３２は極性が互いに逆になり、それらの接続端子３３は極性が互いに逆になる。

図８に示す例では、第４の電池モジュール１０’ｄの第３の接続部材２５の接続端子３２は、第３の電池端子６に接続されている。また、第２の電池モジュール１０’ｂの第３の接続部材２５の第１の接続端子３２は第３の電池モジュール１０’ｃの第３の接続部材２５の第２の接続端子３３に接続され、第３の電池モジュール１０’ｃの第３の接続部材２５の第１の接続端子３２は第４の電池モジュール１０’ｄの第３の接続部材２５の第２の接続端子３３に接続されている。さらに、第１の電池モジュール１０ａの第３の接続部材２５の第２の接続端子３３は、第１の電池端子４を介して第１の電池モジュール１０ａの第１の接続部材２３の第２の接続端子３３に接続されている。

図９は、電池パックカバー１０３を取り外した状態における、本発明の第２の実施形態に係る電池パック１０１の電流経路を示す平面図である。本発明の第２の実施形態に係る電池パック１０１では、第１及び第２の電池端子４及び５が外部に接続された場合には図６において示した電流経路で第１の電池端子４から第２の電池端子５に電流が流れることに加え、第３及び第４の電池端子６及び７が外部に接続された場合には図９に示す電流経路で第３の電池端子６から第４の電池端子７に電流が流れる。

具体的には、図９に示すように、本発明の第２の実施形態に係る電池パック１０１では、正極である第３の電池端子６は第４の電池モジュール１０’ｄの第３の接続部材２５の第１の接続端子３２に接続されている。第４の電池モジュール１０’ｄの第３の接続部材２５の第２の接続端子３３は第３の電池モジュール１０’ｃの第３の接続部材２５の第１の接続端子３２に接続されている。隣り合う電池モジュール１０’のる第３の接続部材２５同氏は、一方の電池モジュール１０’の第１の接続端子３２と他方の電池モジュール１０’における第３の接続部材２５の第２の接続端子３３とが連結部材２６によって接続されている。そのため、第３の電池端子６から、第４の電池モジュール１０’ｄの第３の接続部材２５、第３の電池モジュール１０’ｃの第３の接続部材２５、第２の電池モジュール１０’ｂの第３の接続部材２５、第１の電池モジュール１０’ａの第３の接続部材２５の経路で電流が流れる。

また、第１の電池モジュール１０’ａの第３の接続部材２５の第２の接続端子３３は、第１の電池端子４を介して第１の電池モジュール１０’ａの第１の接続部材２３の第２の接続端子３３に接続されている。そのため、第１の電池モジュール１０’ａの第３の接続部材２５から第１の電池モジュール１０’ａの第１の接続部材２３へ電流が流れる。

電池モジュール１０’の右端及び左端の平板状電池２１のうちの一方は隣接する電池モジュール１０’の第１の接続部材２３の第２の接続端子３３と接続されている。そのため、第１の電池モジュール１０’ａの第１の接続部材２３から第１の電池モジュール１０’ａの左端の平板状電池２１、第１の電池モジュール１０’ａの左端の平板状電池２１から第２の電池モジュール１０’ｂの第１の接続部材２３、の経路で電流が流れる。以降、同様にして、第２の電池モジュール１０’ｂから第３の電池モジュール１０’ｃ、第３の電池モジュール１０’ｃから第４の電池モジュール１０’ｄへ電流が流れる。

さらに、第４の電池モジュール１０’ｄの第２の接続部材２４の第１の接続端子３２は第４の電池端子７に接続されている。そのため、第４の電池モジュール１０’ｄの第２の接続部材２４から第４の電池端子７へ電流が流れる。

本実施形態によれば、図６で示したような第１の電池端子４から第４の電池モジュール１０ｄへの方向に向かった後に折り返されて第２の電池端子５に向かう電流経路に加え、図９で示したような第３の電池端子６から第１の電池モジュール１０ａへの方向に向かった後に折り返されて第４の電池端子７に向かう電流経路で電流を供給できるようになる。そのため、複数方向の出力が可能となり、前方及び後方にそれぞれ総正極端子及び総負極端子を設けることが可能となる。したがって、例えば前輪駆動用モーター及び後輪駆動用モーターを含む四輪駆動の自動車用に電池パックが用いられる場合など、出力方向が複数存在する場合であっても電池パック１０１内で無駄な配線を引き回す必要がないことから、斯かる用途においても高いエネルギ密度の電池パック１０１を実現することが可能となる。

１、１０１電池パック
２、１０２電池パックケース
３、１０３電池パックカバー
４、５、６、７電池端子
９電子機器
１０、１０’ 電池モジュール
２１平板状電池
２２外側固定部材
２３第１の接続部材
２４第２の接続部材
２５第３の接続部材
２６連結部材
３１接続部材本体
３２、３３接続端子
３５絶縁性部材
５０電池素子
５１正極集電体層
５２正極活物質層
５３固体電解質層
５４負極活物質層
５５負極集電体層

Claims

積層された複数の平板状電池をそれぞれ含む複数の電池モジュールが配置された電池パックであって、前記複数の電池モジュールは、同一平面上において前記複数の平板状電池の積層方向に直交する方向に並んで配列され、前記複数の電池モジュールの各々は、
前記平板状電池の積層方向において前記平板状電池と並列に配置された板状の本体を有する第１の接続部材と、
前記平板状電池の積層方向において前記平板状電池及び前記第１の接続部材と並列に配置された板状の本体を有する第２の接続部材と、
を備え、
前記電池モジュールにおける前記第１の接続部材は、当該電池モジュールの前記平板状電池と、隣接する前記電池モジュールの前記平板状電池とに接続され、
並んで配列された前記複数の電池モジュールのうち一方の端に配置された電池モジュールの前記第２の接続部材は、当該電池モジュールの前記平板状電池と接続されており、
隣り合う前記電池モジュールの前記第２の接続部材同士は、互いに接続されている、電池パック。