JP2021140889A - リチウムイオンバッテリ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】バッテリーセルどうしの電気的な接続をより早期に解除可能なリチウムイオンバッテリ搭載車両を提供する。【解決手段】バッテリ装置1のハウジング10の蓋部12に固定される本体部51と、当該本体部51からセル側端子22に向かって突出する一対のバスバー側端子52とをそれぞれ有して、異なる2つのバッテリーセル20のセル側端子22どうしを電気的に接続する複数のバスバー50と、セル側端子22とバスバー側端子52とが挿入される挿入部44を有してこれら端子どうしを電気的に接続する複数の導電性の連結部材40とを設けるとともに、蓋部12に、車両前方からハウジング10に付与された荷重をセル収容部11よりも先に蓋部12に伝達するための荷重伝達部材70を設ける。【選択図】図4

Description

本発明は、車両の動力室に搭載されたリチウムイオンバッテリ装置に関する。
リチウムイオンバッテリは、正極と負極の間でリチウムイオンを移動させることで充放電を行う二次電池であり、エネルギー密度が高く、しかも充放電効率が良好である等の特徴がある。このようなリチウムイオンバッテリは、車両、特に電気自動車やハイブリッド自動車用の電源装置として広く使用されている。
ただし、リチウムイオンバッテリは、電解質として可燃性の有機溶剤が用いられるため、安全性を高めるための対策が必要となる。特に、車両に搭載されるリチウムイオンバッテリにおいては、衝突事故の際にも容易にはバッテリが破損しないように、十分な対策を採ることが求められる。この点、現在の車両では、強固な構造のハウジングを採用する等の対策が進められており、高い安全性が確保されている。
また、複数のバッテリーセルを備えるリチウムイオンバッテリでは、バッテリーセルどうしの電気的な接続を解除することで、バッテリから放出される電気エネルギーを小さくして火花の発生や感電等を抑制することができる。これに対応して、例えば、下記特許文献1には、複数のバッテリーセルを備えるバッテリにおいて、バッテリに荷重が付与されたときにバッテリーセルどうしの電気的な連結を解除するための構造が提案されている。具体的には、特許文献1のバッテリ装置は、一対の端子をそれぞれ備える複数バッテリーセル(同文献ではセル)と、隣接するバッテリーセルの端子どうしを接続するバスバーと、バッテリーセルどうしの間に介在するスペーサとを備えている。スペーサは、バッテリーセルの2つの端子の並び方向について一方側寄りに設けられている。このバッテリ装置では、バッテリーセルに荷重が付与されると、バッテリーセルがスペーサを支点として回動して、バスバーと端子との連結が解除され、これによりバスバーを介したバッテリーセルどうしの電気的な接続が解除されるようになっている。
特開2015−008097号公報
特許文献1の構成では、バッテリーセルに荷重が付与されてはじめてバッテリーセルどうしの電気的な接続が解除される。そのため、この構成では、バッテリーセルどうしの電気的な接続が解除されるよりも前に、バッテリーセルが荷重を受けて損傷するおそれがあり、可燃性の有機溶剤が漏洩した状態でバッテリから高い電気エネルギーが放出されるおそれがある。
本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、バッテリーセルどうしの電気的な接続をより早期に解除可能なリチウムイオンバッテリ搭載車両を提供することを目的とする。
前記課題を解決するためのものとして、本願の第1の発明は、車両の動力室に搭載されたリチウムイオンバッテリ装置であって、開口部を有するセル収容部と、前記開口部を封止する蓋部とを有するとともに、前記蓋部と前記セル収容部とが車両上下方向または車幅方向に並ぶ姿勢で前記動力室内に配設されたハウジングと、電極体を内側に収容するセルケースと当該セルケースから前記蓋部に向かって突出する一対のセル側端子とをそれぞれ有して、前記セル収容部の内側に収容された複数のバッテリーセルと、前記蓋部に固定される本体部と、当該本体部から前記セル側端子に向かって突出する一対のバスバー側端子とをそれぞれ有して、異なる2つの前記バッテリーセルの前記セル側端子どうしを電気的に接続する複数のバスバーと、前記蓋部と前記複数のセルケースとの間に位置し、前記セル側端子と前記バスバー側端子とが挿入される挿入部を有してこれら端子どうしを電気的に接続する複数の導電性の連結部材とを備え、前記蓋部には、車両前方から前記ハウジングに付与された荷重を前記セル収容部よりも先に前記蓋部に伝達するための荷重伝達部材が設けられていることを特徴とするものである(請求項1)。
この構成では、導電性の連結部材にセル側端子とバスバー側端子とが挿入されている。そのため、連結部材を介してセル側端子とバスバー側端子とが電気的に接続されるとともに、バスバーの本体部を介してセル側端子どうしつまりバッテリーセルどうしが電気的に接続される。
しかも、この構成によれば、バスバーの本体部が蓋部に固定されて、バスバー側端子がこの本体部からセル側端子に向かって突出して、蓋部と複数のセルケースとの間に配設された連結部材内に挿入されるように構成されているとともに、前記のように構成された荷重伝達部材が蓋部に設けられている。そのため、車両の前突時等においてハウジングに荷重が付与された時に、バスバーを介したバッテリーセルどうしの電気的な連結を早期に解除できる。具体的には、この構成では、ハウジングに前方から荷重が付与されると、荷重伝達部材によってセル収容部よりも先に蓋部に後ろ向きの荷重が加えられる。この荷重を受けて蓋部はセル収容部に対して相対的に後方に移動し、バスバーのうち蓋部に固定された本体部が、蓋部と複数のセルケースとの間に配設された連結部材およびこの連結部材に挿入されたバスバー側端子に対して相対的に後方に移動することになる。これに伴い、バスバーは破断し、本体部とバスバー側端子との連結が解除される。バスバーの本体部とバスバー側端子との連結が解除されれば、本体部を介したバスバー側端子どうしの電気的な接続ひいてはバッテリーセルどうしの電気的な接続が解除される。
このように、この構成によれば、ハウジングに荷重が付与された直後であってバッテリーセル自体に荷重が付与されるよりも前の早い時期に、バッテリーセルどうしの電気的な接続を解除することができ、安全性を確実に高めることができる。
前記構成において、好ましくは、前記荷重伝達部材は、車両前後方向において、前記蓋部の前面に設けられており、前記荷重伝達部材の前端位置は、前記セル収容部の前端位置よりも前方に位置している(請求項2)。
この構成によれば、簡単な構成で、荷重伝達部材によりセル収容部よりも先に蓋部に荷重を伝達することができる。
また、本願の第2の発明は、車両の動力室に搭載されたリチウムイオンバッテリ装置であって、開口部を有するセル収容部と、前記開口部を封止する蓋部とを有するとともに、前記蓋部と前記セル収容部とが車両上下方向または車幅方向に並ぶ姿勢で前記動力室内に配設されたハウジングと、電極体を内側に収容するセルケースと当該セルケースから前記蓋部に向かって突出する一対のセル側端子とをそれぞれ有して、前記セル収容部の内側に収容された複数のバッテリーセルと、前記蓋部に固定される本体部と、当該本体部から前記セル側端子に向かって突出する一対のバスバー側端子とをそれぞれ有して、異なる2つの前記バッテリーセルの前記セル側端子どうしを電気的に接続する複数のバスバーと、前記蓋部と前記複数のセルケースとの間に位置し、前記セル側端子と前記バスバー側端子とが挿入される挿入部を有してこれら端子どうしを電気的に接続する複数の導電性の連結部材と、前記ハウジングを収容するカバー部材とを備え、前記カバー部材には、当該カバー部材に車両前方から荷重が付与されたときに前記蓋部と前記セル収容部とが前後方向において相対移動するように前記ハウジングに荷重を伝達する荷重伝達部材が設けられている、ことを特徴とする(請求項3)。
この構成によっても、ハウジングを収容するカバー部材に車両前方から荷重が付与された直後に、蓋部とセル収容部とを前後方向について相対移動させて、バスバーのうち蓋部に固定された本体部を、蓋部と複数のセルケースとの間に配設された連結部材およびこの連結部材に挿入されたバスバー側端子に対して相対的に前後方向に移動させることができる。そのため、カバー部材に荷重が付与された直後であってバッテリーセル自体に荷重が付与されるよりも前の早い時期に、バッテリーセルどうしの電気的な接続を解除することができ、安全性を確実に高めることができる。
前記構成において、好ましくは、前記カバー部材は、車両前後方向において、前記ハウジングの前面よりも前方に位置して当該前面と対向する対向面を備え、前記荷重伝達部材は、車両前後方向において、前記対向面の後面のうち前記蓋部と対向する部分から後方に突出している(請求項4)。
この構成によれば、簡単な構成で、荷重伝達部材によりセル収容部よりも先に蓋部に荷重を伝達することができる。
前記構成において、好ましくは、前記バスバー側端子は、その突出方向の一部の領域に、当該領域を除く領域よりも脆弱な脆弱部を備える(請求項5)。
この構成によれば、脆弱部においてバスバー側端子を容易に破断させることができ、バスバーの本体部とバスバー側端子との連結、ひいては、バッテリーセルどうしの電気的な接続をより確実に解除できる。
前記構成において、好ましくは、前記脆弱部は、前記連結部材のうち前記蓋部側の端部よりも前記セル収容部側の端部に近い位置と対向している(請求項6)。
この構成によれば、脆弱部の破断時に破断部間で放電が生じたとしても、当該放電を連結部材およびセル収容部の内側で生じさせることができる。そのため、セル収容部の外側に電気エネルギーが放出されるのを防止でき、安全性をより一層高めることができる。
以上説明したように、本発明のリチウムイオンバッテリ装置によれば、バッテリーセルどうしの電気的なつながりを早期に解除できる。
本発明の実施形態にかかるリチウムイオンバッテリ装置が搭載された車両の概略構成を示す図である。 リチウムイオンバッテリ装置の周辺構造を示す概略正面図である。 リチウムイオンバッテリ装置の周辺構造を示す概略側面図である。 図3の一部を分解して示した概略斜視図である。 図4のV−V線を通る面におけるリチウムイオンバッテリ装置の概略断面図である。 図5のVI−VI線を通る面におけるバッテリ本体の概略断面図である。 セル収容部の内部を分解して示した概略斜視図である。 蓋部を下方から見た状態の概略斜視図である。 セル側端子を拡大して示した概略斜視図である。 バスバーの概略斜視図である。 バッテリーセルとバスバーとの配置を模式的に示した概略平面図である。 本発明の作用を説明するための図である。 本発明の作用を説明するための図6に対応する図である。 本発明の変形例を説明するための図である。 本発明の第2実施形態を説明するための図12相当図である。 第2実施形態の変形例を説明するための図12相当図である。 第1実施形態の他の変形例を示す概略上面図である。
(1)第1実施形態
(車両の概略構成)
図1は、本発明の第1実施形態にかかるリチウムイオンバッテリ装置300が搭載された車両100の概略構成を示す図である。以下では、リチウムイオンバッテリ装置300を、単にバッテリ装置300という。本図に示すように、本実施形態の車両100は、四輪自動車であり、車体2と、車体2を支持する複数(4つ)の車輪3と、車輪3を回転駆動するためのパワートレインユニット200とを備えている。なお、本明細書において、パワートレインユニット200は、車輪3を回転駆動する(換言すれば車両を走行させる)動力源である4サイクルのエンジン4と、エンジン4の回転を変速しつつ車輪3に伝達する変速機5と、これらを連結する部材とからなるユニットを指す。図1の例では、エンジン4と変速機5とは車幅方向に並列されている。
車体2の前部には、エンジンルームRが形成されている。パワートレインユニット200(エンジン4および変速機5)およびバッテリ装置300はエンジンルームRに収容されている。エンジンルームRは、車両の動力源であるエンジン4が収容される空間であり、請求項の「動力室」に相当する。
なお、本明細書では、方向を表す用語として「前」「後」を用いるが、これは以下のことを前提とする。すなわち、本明細書では、車両が前進する場合の進行方向の前側(図1の例では車体2の中心からエンジンルームRに向かう側)つまり車両前側のことを「前」といい、車両が後退する場合の進行方向の前側(図1の例ではエンジンルームRから車体2の中心に向かう側)つまり車両後側のことを「後」という。
また、以下において「車幅方向」とは、車両前後方向に平面視で直交する方向のことである。また、以下において、「車幅方向」を基本的に「左右方向」という。なお、この場合において、「左右方向」は、車両前方を向いた状態での左右方向のことである。さらに、「上下方向」とは、車両を基準とする上下方向つまり車両上下方向であって車幅方向および前後方向の双方に直交する方向のことであり、車輪3の接地面から天に向かう側が「上」、その反対が「下」である。
バッテリ装置300は、充放電が可能な二次電池である。すなわち、バッテリ装置300は、車両に備わる種々の電装品に対してこれらを作動させるための電力を供給する電源としての機能と、エンジン4に付属されたオルタネータ等の発電機により発電された電力を充電する充電器としての機能とを兼ね備えている。
図2は、エンジンルームR内の構造であってバッテリ装置300の周辺構造を示す概略正面図である。図3は、バッテリ装置300の周辺構造を示す概略側面図である。図4は、図3の一部を分解して示した概略分解斜視図である。図5は、図4のV−V線を通る面におけるバッテリ装置300の後述するバッテリ本体1の概略断面図である。図6は、図5のVI−VI線を通る面におけるバッテリ装置300の概略断面図である。なお、図6では、バッテリ装置300に加えて後述するトレイ82も合わせて示している。図7は、バッテリ装置300の後述するセル収容部11の内部を分解して示した概略斜視図である。図8は、バッテリ装置300の後述する蓋部12を下方から見た状態の概略斜視図である。
(バッテリ装置の支持構造)
エンジンルームRには、前後方向に延びて左右方向(車幅方向)に並ぶ一対のフロントサイドフレーム101が配設されている。フロントサイドフレーム101は、車体2の骨格を構成する部材つまり車体骨格部材である。2つのフロントサイドフレーム101は、左右方向について、エンジンルームRのうちパワートレインユニット200よりも外側となる位置にそれぞれ配設されている。
バッテリ装置300は、略直方体の外形を有するバッテリ本体1と、バッテリ本体1が収容されるカバー部材301とを有し、エンジンルームRのうち変速機5の後部上方に位置するように一方のフロントサイドフレーム101に支持されている。
車両100には、バッテリ装置300を支持するための部品として、ブラケット81と、トレイ82と、クランプ84とが設けられている。バッテリ装置300は、トレイ82上に載置されており、バッテリ装置300を上方から覆うクランプ84とトレイ82とが締結されることでトレイ82上に保持されている。そして、トレイ82がブラケット81を介してフロントサイドフレーム101に支持されることで、バッテリ装置300は、フロントサイドフレーム101に支持されている。
ブラケット81は、略L字状を有し、上下方向に延びるブラケット縦壁部81aと、ブラケット縦壁部81aの上端から右側に延びるブラケット横壁部81bとを有する。ブラケット縦壁部81aがフロントサイドフレーム101の右側面にボルト等により固定されることで、ブラケット81はフロントサイドフレーム101に支持されている。
トレイ82は、略水平に延びるトレイ底壁部82aと、トレイ底壁部82aの上面から上方に延びる4つの側壁部82b〜82eとを有する。具体的には、トレイ82は、側壁部として、前後方向に延びるトレイ右壁部82bと、トレイ右壁部82bの左方に位置してこれと対向するトレイ左壁部82cと、トレイ右壁部82bとトレイ左壁部82cの各後縁どうしにわたって左右方向に延びるトレイ後壁部82dと、トレイ右壁部82bとトレイ左壁部82cの各前縁どうしにわたって左右方向に延びるトレイ前壁部82eとを有する。トレイ右壁部82bおよびトレイ左壁部82cの上端にはそれぞれ左右方向の外側に突出するクランプ固定部82f、82fが設けられている。
トレイ82は、トレイ底壁部82aがブラケット横壁部81bにボルト等で固定されることでブラケット81の上面に支持されている。
カバー部材301は、上方に開口する箱状を有する。カバー部材301は、略直方体状を呈しており、略水平に且つ前後方向に延びる略長方形状のカバー底壁部301aと、カバー底壁部301aの4つの辺からそれぞれ上方に延びる4つの側壁部301b〜301eとを有する。具体的には、カバー部材301は、側壁部として、前後方向に延びるカバー右壁部301bと、カバー右壁部301bの左方に位置してこれと対向するカバー左壁部301cと、カバー右壁部301bとカバー左壁部301cの各後縁どうしにわたって左右方向に延びるカバー後壁部301dと、カバー右壁部301bとカバー左壁部301cの各前縁どうしにわたって左右方向に延びるカバー前壁部301eとを有する。
カバー部材301は、トレイ82の4つの側壁部82b〜82eで囲まれた空間に収容されている。カバー部材301は、トレイ82の4つの側壁部82b〜82eとの間にほぼ隙間がない状態でトレイ82内に収容されている。
クランプ84は、左右方向に延びるクランプ横壁部84aと、クランプ横壁部84aの左右方向の両縁からそれぞれ下方に延びる一対の延設部84b、84bを備える。各延設部84bの下縁には左右方向の外側に延びるクランプ被固定部84cがそれぞれ設けられている。
クランプ横壁部84aは、バッテリ本体1(後述する蓋部12)の上面の前後方向の中央部分に沿って左右方向に延びており、この部分を上方から覆っている。クランプ84の各延設部84bは、バッテリ本体1の左右方向の両側面に沿ってそれぞれ上下方向に延びている。各クランプ被固定部84cはトレイ82の各クランプ固定部82fとボルト等で締結されており、これにより、クランプ84はトレイ82に固定されている。そして、クランプ84とトレイ82との固定により、カバー部材301およびバッテリ本体1、つまり、バッテリ装置300は、トレイ82とクランプ84とで囲まれた空間に保持されている。
(バッテリ本体の詳細構造)
バッテリ本体1は、ハウジング10と、複数のバッテリーセル20と、保持プレート30と、複数の連結部材40と、一対の外部端子60と、複数のバスバー50とを備える。本実施形態では、バッテリ本体1は、4つのバッテリーセル20を有する。
ハウジング10は、セル収容部11と、蓋部12とを有する。ハウジング10(セル収容部11および蓋部12)は、比較的高い剛性を有するように、高強度の金属材料もしくは繊維強化樹脂等によって形成されている。
セル収容部11は、開口部11aを有する箱状の部材である。蓋部12は、セル収容部11の開口部11aを封止する部材である。
本実施形態では、バッテリ本体1は、セル収容部11が上方に開口して、蓋部12とセル収容部11とが上下方向に並び、且つ、蓋部12がセル収容部11の上方に位置する姿勢で、カバー部材301内に収容されて、トレイ82、クランプ84およびブラケット81を介してフロントサイドフレーム101に支持されている。以下のバッテリ本体1の説明では、各方向として、バッテリ本体1の姿勢がこの支持姿勢つまりセル収容部11が上方に開口して蓋部12がセル収容部11の上方に位置する姿勢であるときの方向を用いる。
セル収容部11は、略直方体状を呈し、略水平に延び且つ上面視で左右方向に延びる略長方形状の底壁11bと、底壁11bの上面から上方に延びる4つの側壁部11c〜11fとを有する。具体的には、セル収容部11は、側壁部として、前後方向に延びる右壁部11cと、右壁部11cの左方に位置してこれと対向する左壁部11dと、右壁部11cと左壁部11dの各後縁どうしにわたって左右方向に延びる後壁部11eと、右壁部11cと左壁部11dの各前縁どうしにわたって左右方向に延びる前壁部11fとを有する。セル収容部11の右壁部11cと左壁部11dの上端部の前後方向の中央付近には、それぞれ左右外側に突出する係止突起11gが設けられている。
蓋部12は、前後方向および左右方向に延びる略長方形の板状の外形を有し、蓋部12の上面12aおよび下面12bは、それぞれ、上面視で長方形状を呈する。蓋部12には、一対の被係止部12gが設けられている。2つの被係止部12gは、それぞれ、蓋部12の右側の側面である右側面12cおよび左側の側面である左側面12dの前後方向の中央付近に設けられている。被係止部12gは、中央に貫通穴が形成された略方形の板状を有している。被係止部12gは、セル収容部11の係止突起11gと嵌合可能な部材であり、これらの嵌合により、蓋部12はセル収容部11に固定される。この状態において、蓋部12の下面12bはセル収容部11の各側壁部11c〜11fの上端に当接し、セル収容部11は密閉される。
蓋部12の前後方向および左右方向の寸法は、セル収容部11の前後方向および左右方向の寸法とほぼ同じであり、蓋部12がセル収容部11を封止した状態で、蓋部12とセル収容部11の前、後、右、左側の各外側面どうしはほぼ面一となる。
蓋部12には、バッテリ装置300に前方から付与された荷重をセル収容部11よりも先に蓋部12に伝達するための荷重伝達部材70が設けられている。本実施形態では、荷重伝達部材70は、蓋部12の前側面12fから前方に突出するようにこの前側面12fに設けられている。荷重伝達部材70は、蓋部12の前側面12fの左右方向のほぼ全体にわたって延びる略直方体形状を有している。荷重伝達部材70は、上下方向について蓋部12の下端と上端との間に位置しており、蓋部12がセル収容部11を封止した状態で、セル収容部11よりも上方に配置されている。前記のように、蓋部12の前側面12fとセル収容部11の前側面11z(前壁部11fの前側の側面11z)とはほぼ面一であり、これらの前後方向の位置はほぼ同じである。これより、荷重伝達部材70は、前後方向について、セル収容部11の前端よりも前方に位置している。つまり、荷重伝達部材70の前端位置は、セル収容部11の前端位置よりも前側となっている。
バッテリーセル20は、正極シート、負極シートおよびセパレータ(いずれも不図示)が積層されることで構成された電極体21zが収容されたセルケース21と、正極シートおよび負極シートとそれぞれ接続された一対のセル側端子22、22とを有する。バッテリーセル20はいわゆる角型のバッテリーセルであり、セルケース21は扁平な直方体を呈している。2つのセル側端子22はセルケース21の一側面から外側に突出するように設けられている。
バッテリーセル20は、セル側端子22がセルケース21の上面21aから上方に突出して各セル側端子22が蓋部12と対向する姿勢でセル収容部11内に収容されている。また、4つのバッテリーセル20は、バッテリーセル20が前後方向に並び、1のバッテリーセル20の2つのセル側端子22が左右方向に並ぶように、セル収容部11内に配設されている。
図9は、セル側端子22を拡大して示した概略斜視図である。なお、一方のセル側端子22と他方のセル側端子22の構造は互いに同じである。セル側端子22は、略円錐台状を呈するセル側基部22aと、セル側基部22aから上方に延びるセル側連結部22bとからなる。セル側連結部22bは、セル側基部22aよりも傾斜が緩やかな略円錐台状を呈している。セル側連結部22bには、その周方向の一部に、径方向の内側(セル側連結部22bを構成する円錐台の中心軸側)に凹む切り欠き22eが形成されている。切り欠き22eは、セル側連結部22bの上下方向の全体にわたって形成されている。このように切り欠き22eが設けられていることで、セル側連結部22bは縮径可能となっている。
図10は、バスバー50を拡大して示した概略斜視図である。バスバー50は、異なる2つのバッテリーセルの一方のセル側端子22どうしを電気的に接続するための部材である。バスバー50は、略長方形の板状を呈するバスバープレート51と、バスバープレート51の表面(下面)からこれと直交する方向に突出する一対のバスバー側端子52とを有する。2つのバスバー側端子52は、バスバープレート51の長手方向に沿って並設されている。前記のバスバープレート51は、請求項の「バスバーの本体部」に相当する。
バスバー側端子52が蓋部12の下面12bから下方すなわちセル側端子22に向かって突出する状態で、バスバープレート51は、蓋部12の内側に収容されて蓋部12に固定されている。本実施形態では、蓋部12の下面12bに切り込みが形成されており、この切り込みからバスバープレート51が蓋部12の内側に挿入されることで、バスバープレート51は蓋部12の内側に収容される。
図11は、バッテリーセル20とバスバー50との関係を模式的に示した図である。バスバー50は、バスバープレート51が2つのバッテリーセル20間にわたって前後方向に延びるように配設されている。バスバー50は、一対のバスバー側端子52と、異なる2つのバッテリーセル20の一方のセル側端子22とが互いに電気的に接続されることで、異なる2つのバッテリーセル20のセル側端子22どうしつまりバッテリーセル20どうしを電気的に接続している。具体的には、最前列のバッテリーセル20と前から2列目のバッテリーセル20の各左側のセル側端子22どうしにわたってバスバープレート51が延びるように1つのバスバー50が配設されている。そして、このバスバー50の1対のバスバー側端子52が各セル側端子22に電気的に接続されることで、最前列のセル側端子22と前から2列目のセル側端子22が電気的に接続されている。同様に、前から2列目のバッテリーセル20と前から3列目のバッテリーセル20の右側のセル側端子22どうしが1つのバスバー50で電気的に接続され、前から3列目のバッテリーセル20と前から4列目のバッテリーセル20の左側のセル側端子22どうしが1つのバスバー50で電気的に接続されている。バスバー50によって他のセル側端子22と接続されないセル側端子22、具体的には、最前列のバッテリーセル20の右側のセル側端子22および前から4列目のバッテリーセル20の右側のセル側端子22は、連結部材40を介して外部端子60にそれぞれ連結されている。
バスバー側端子52は、その上部(バスバー側端子52の突出方向についてバスバープレート51側の部分)を構成するバスバー側基部52aと、その下部(バスバー側端子52の突出方向について反バスバープレート51側の部分)を構成するバスバー側連結部52bとからなる。
バスバー側基部52aは、下方に向けて外径が小さくなる略円錐台状の部材に、円錐台の中心軸と直交する方向に延びる貫通孔52cが形成された形状を呈する。貫通孔52cは、側面視で略台形の孔である。貫通孔52cは、上下方向について、バスバー側基部52aの上端よりも下方の位置とバスバー側連結部52bの上端位置とにわたって形成されている。バスバー側基部52aの上下方向の中央付近の外周面には、バスバー側基部52aの径方向の内側(バスバー側基部52aを構成する円錐台の中心軸側)に凹む切り欠き52dが形成されている。切り欠き52dは、バスバー側基部52aの全周にわたって形成されている。切り欠き52dは、上下方向について、貫通孔52cが形成された領域と重複するように設けられている。これより、バスバー側基部52aのうち上下方向(つまりバスバー側端子52の突出方向)の中央付近の部分は、バスバー側基部52aの残余の部分よりも肉厚が小さくされて剛性が低くなっている。すなわち、バスバー側基部52aのうちの上下方向の中央付近の部分には、バスバー側基部52aの残余の部分よりも剛性の低い脆弱部52eが形成されている。
バスバー側連結部52bは、下方に向かって外径が小さくなる略円錐台状を呈する。ただし、バスバー側連結部52bの傾斜は、バスバー側基部52aの傾斜よりも緩やかである。セル側連結部22bと同様に、バスバー側連結部52bにも、その周方向の一部に、径方向の内側(バスバー側連結部52bを構成する円錐台の中心軸側)に凹む切り欠き52gが形成されている。切り欠き52gは、バスバー側連結部52bの上下方向の全体にわたって形成されている。このように切り欠き52gが設けられていることで、セル側連結部22bと同様に、バスバー側連結部52bも縮径可能となっている。
連結部材40は、セル側端子22とバスバー側端子52およびセル側端子22と外部端子60とを電気的に接続するための部材であり、導電性を有する。例えば、連結部材40は、金属で形成されている。本実施形態では、8つのセル側端子22に対応して、バッテリ本体1は8つの連結部材40を有する。連結部材40は、後述するように保持プレート30に保持された状態で、蓋部12とセルケース21との間(蓋部12とセルケース21の上面21aとの間)に配設されている。
連結部材40は、略円筒状を呈し、内側にはその中心軸に沿って上下方向に延びる貫通孔41が形成されている。この貫通孔41の上下方向の中央部分の径は上下方向で略一定であり、連結部材40の上下方向の中央には、内径が上下方向でほぼ一定の端子連結部42が設けられている。端子連結部42の孔径は、セル側連結部22bの外径の最大値およびバスバー側連結部52bの外径の最大値よりもわずかに小さい寸法に設定されている。一方、貫通孔41のうち端子連結部42よりも上側の部分と下側の部分の孔径は、端子連結部42から離れるほど大きくなっている。すなわち、連結部材40のうち端子連結部42よりも上側には、上方ほど内径が大きくなるバスバー側挿入部43が設けられており、連結部材40のうち端子連結部42よりも下側には、下方ほど内径が大きくなるセル側挿入部44が設けられている。前記の連結部材40に形成された貫通孔41は、請求項の「挿入部」に相当する。
端子連結部42には、セル側連結部22bとバスバー側連結部52bが挿入されており、端子連結部42とこれらセル側連結部22bおよびバスバー側連結部52bとは嵌合している。つまり、端子連結部42の内周面とセル側連結部22bの外周面およびバスバー側連結部52bの外周面とが接触した状態で、端子連結部42内に各連結部22b、55bが挿入されている。そして、これにより、セル側端子22とバスバー側端子52とが、端子連結部42および連結部材40を介して電気的に接続されている。
端子連結部42と、セル側連結部22bおよびバスバー側連結部52bとの嵌合手順は、次の通りである。セル側端子22を、セル側挿入部44側から連結部材40の貫通孔41内に挿入する。このとき、セル側連結部22bを縮径させながら端子連結部42まで挿入する。このようにして端子連結部42までセル側連結部22bを挿入すれば、端子連結部42内においてセル側連結部22bは拡径し、セル側連結部22bと端子連結部42とが嵌合する。また、バスバー側端子52を、連結部材40のバスバー側挿入部43側から連結部材40の貫通孔41内に挿入する。このとき、バスバー側連結部52bを縮径させながら連結部材40の端子連結部42まで挿入する。このようにして端子連結部42までバスバー側連結部52bを挿入すれば、端子連結部42内においてバスバー側連結部52bは拡径し、バスバー側連結部52bと端子連結部42とが嵌合する。ここで、図8に示すように、外部端子60の下部も、バスバー側端子52と同様の構造を有しており、外部端子60も連結部材40の端子連結部42まで挿入されてこれと嵌合し、端子連結部42および連結部材80を介してセル側端子22と電気的に接続される。
保持プレート30は、連結部材40を保持するための部材である。保持プレート30は、略水平に延びる板状を有している。保持プレート30には、これを上下方向に貫通して連結部材40がそれぞれ挿入される挿入孔31が形成されている。8つの連結部材40に対応して、保持プレート30には8つの挿入孔31が形成されている。各挿入孔31は、互いに離間しており、各挿入孔31に挿入された連結部材40は、連結部材40どうしの間に保持プレート30が介在する状態でこれに保持される。
保持プレート30は、非導電性の部材で形成されている。例えば、保持プレート30は、樹脂でよって形成されている。
連結部材40は、挿入孔31内に挿入された状態で保持プレート30に固定されている。例えば、連結部材40は、接着剤等によって挿入孔31内に固定されている。連結部材40の上下方向の寸法と、保持プレート30の上下方向の寸法とはほぼ同じであり、連結部材40の全体が、保持プレート30の内側に収容されている。
保持プレート30は、ボルト等によってセル収容部11に固定されている。具体的には、セル収容部11の内側面には、セルケース21の上面21aとほぼ同じ高さ位置に段部11hが形成されている。この段部11hには複数のボルト孔が形成されている。保持プレート30は、この段部11hおよびセルケース21の上面21aに載置された状態で、上方から差し込まれたボルト91が前記のボルト孔に締結されることで、セル収容部11の内側であって蓋部12とセルケース21の上面21aとの間に保持されている。保持プレート30および連結部材40の上下方向の寸法は、セルケース21の上面21aと蓋部12の下面12bとの上下方向の離間距離よりもわずかに短く設定されている。これより、蓋部12がセル収容部11を封止した状態で、蓋部12の下面12bと保持プレート30の上面および連結部材40の上面との間にはわずかに隙間が形成される。
以上のように構成されたバッテリ本体1は、前記のように、カバー部材301内に収容されている。ここで、図6に示すように、カバー前壁部301eの上端位置は、バッテリ本体1の上端位置とほぼ同じであり、カバー前壁部301eはバッテリ本体1のほぼ全体を前方から覆っている。また、カバー前壁部301eは、バッテリ本体1の前端よりも前方に位置しており、カバー前壁部301eとバッテリ本体1との間には前後方向に隙間が形成されている。ここで、前記のように、蓋部12の前側面12fとセル収容部11の前側面11zの前後方向の位置は互いにほぼ同じである。これより、蓋部12の前側面12fに設けられた荷重伝達部材70とカバー前壁部301eとの前後方向の離間距離d1は、セル収容部11の前側面11zとカバー前壁部301eとの前後方向の離間距離d2よりも短くなっている。
カバー前壁部301eおよびカバー部材301の前方には、トレイ前壁部82eが配置されている。ただし、トレイ前壁部82eの上下方向の寸法は、カバー前壁部301eの上下方向の寸法よりも十分に短く、カバー部材83はそのほとんどが前方に露出している。一方、カバー部材301およびカバー後壁部301dの後方に配置されたトレイ後壁部82dは、トレイ前壁部82eよりも高い位置まで延びている。ただし、このトレイ後壁部82dの上端位置も、蓋部12の下端位置よりも下方であり、カバー後壁部301dの上部は後方に露出している。
(作用等)
図12は、本実施形態に係る作用効果を説明するための図であって、ハウジング10に前方から荷重が付与されたときの様子を模式的に示した図である。図12では、上から順に時間が経過している。また、図13も、本実施形態に係る作用効果を説明するための図であって、図6に対応する図である。
図12の最上部の図に示すように、車両の前突時等において、バッテリ装置300に対して前方から荷重Fが付与されると、図12の上から2つ目の図に示すように、バッテリ本体1のうち、荷重伝達部材70に最初に荷重が加えられる。この荷重を受けて、図12の上から3つ目の図に示すように、荷重伝達部材70およびこれが設けられた蓋部12はセル収容部11に対して相対的に後方に移動する。ここで、前記のように、バスバープレート51は蓋部12に固定されている。一方、バスバー側端子52は、セル収容部11内に収容された連結部材40に挿入されている。これより、蓋部12がセル収容部11に対して相対的に後方に移動すると、図13に示すように、バスバー側端子52が破断して、バスバー50のうちバスバープレート51側の部分のみが後方に移動する。本実施形態では、バスバー側端子52に形成された脆弱部52eにおいてバスバー側端子52が破断し、脆弱部52eから上側の部分が、脆弱部52eから下側の部分に対して相対的に後方に移動する。このバスバー側端子52の破断により、バスバープレート51とバスバー側端子52との接続は解除され、バスバー側端子52およびバスバープレート51を介したセル側端子22どうしの電気的な接続、つまり、バッテリーセル20どうしの電気的な接続が解除される。なお、蓋部12は、被係止部12gの破断を伴いつつセル収容部11に対して相対的に後方に移動する。
以上のように、本実施形態では、バスバー50のバスバープレート51が蓋部12に固定されて、バスバー側端子52がバスバープレート51から下方つまりセル収容部11側に突出するように構成されている。そして、セル収容部11の内側に配設された導電性を有する連結部材40の端子連結部42にセル側端子22とバスバー側端子52とが挿入されることでこれらが電気的に接続されるとともに、ハウジング10に前方から付与された荷重をセル収容部11よりも先に蓋部12に伝達する荷重伝達部材70が蓋部12に設けられている。
これより、本実施形態では、前記のように、バッテリ装置300およびバッテリ本体1(荷重伝達部材70)に荷重が付与された直後の早いタイミングで、バッテリーセル20どうしの電気的な接続を解除することができる。従って、前突時等において、バッテリ本体1から高電流あるいは高電圧の電気エネルギーが外部に放出される機会をより確実に少なく抑えることができる。特に、バッテリーセル20自身に荷重が付与されるよりも先にバッテリーセル20どうしの電気的な接続が解除されるので、バッテリーセル20が損傷した状態で通電されるのを防止でき、火災等の発生をより確実に防止できる。
また、本実施形態では、荷重伝達部材70が、蓋部12の前側面12f(前面)に設けられて、荷重伝達部材70の前端位置がセル収容部11の前端位置よりも前方に位置するように構成されている。そのため、比較的簡単な構成で、セル収容部11よりも先に荷重伝達部材70および蓋部12に前方からの荷重を付与することができる。
また、本実施形態では、トレイ後壁部82dの上端位置が蓋部12の下端位置よりも下方とされて、トレイ後壁部82dがハウジング10のうちのセル収容部11の後方にのみ設けられている。そのため、トレイ後壁部82dによってセル収容部11の後方への移動を規制でき、蓋部12をより確実にセル収容部11に対して相対的に後方に移動させることができる。
また、本実施形態では、バスバー側端子52の上下方向の中央付近に、全周にわたって脆弱部52eが設けられている。つまり、バスバー側端子52のうち、バスバー側端子52の突出方向の一部の領域に、当該領域を除く残余の領域よりも脆弱な脆弱部52eが設けられている。これより、図13に示したように、バスバープレート51の後方への移動に伴って、バスバー側端子52をこの脆弱部52eにおいて容易に破断させることができる。従って、バスバー側端子52とバスバープレート51との電気的な接続、ひいては、バッテリーセル20どうしの電気的な接続を、より確実に解除できる。
しかも、本実施形態では、脆弱部52eは連結部材40および保持プレート30の上端よりも下方に位置している。つまり、脆弱部52eは、連結部材40および保持プレート30の蓋部12側の端部よりもセル収容部11側の端部に近い位置と対向するように設けられている。これより、バスバー側端子52は、連結部材40および保持プレート30の内側(上端と下端の間の領域)で破断する。そのため、脆弱部52eにおいてバスバー側端子52が破断したときに、破断部分のうちバスバープレート51側の部分と、セル側端子22側の部分との間で放電が生じるのを抑制することができる。特に、保持プレート30は非導電性を有しているので、前記の部分間での放電がより確実に防止される。
(変形例)
前記実施形態では、トレイ82のトレイ前壁部82eの上下方向の寸法がハウジング10およびセル収容部11の上下方向の寸法よりも十分に小さい場合を説明したが、トレイ82のトレイ前壁部82eの上下方向の寸法はこれに限らず、ハウジング10の上下方向の寸法と同程度としてもよい。
また、図14に示すように、トレイ82のトレイ前壁部82eを、蓋部12と対向する位置まで延びるように構成するとともに、トレイ前壁部82eを上側ほど(蓋部12とセル収容部11の並び方向において蓋部12側ほど)後方つまり蓋部12に近づくように傾斜させてもよい。このようにすれば、前方からトレイ前壁部82eに荷重が付与された際に、より確実にセル収容部11よりも先に荷重伝達部材70および蓋部12に荷重を伝達することができる。
(2)第2実施形態
前記の第1実施形態では、蓋部12に荷重伝達部材70が設けられていた。これに対して、第2実施形態では、図15の最上部の図に示すように、蓋部12には荷重伝達部材70が設けられておらず、蓋部12をセル収容部11に対して相対的に後方に移動させるための荷重伝達部材170がカバー部材301に設けられている。また、トレイ前壁部82eの構成が第1実施形態と異なっている。これらの構成を除く他の構成は第1実施形態と同様であり、以下において第1実施形態と同様の構成の説明は省略する。なお、図15は、図12に対応する図である。
第2実施形態では、ハウジング10の前側面は、蓋部12の前側面12fとセル収容部11の前側面11zとで構成されており、前後方向と直交する方向についてほぼ平面状となっている。カバー前壁部301eの後面301zであって、蓋部12およびハウジング10の前側面(前面)と対向する面は、蓋部12およびハウジング10の前側面よりも前方に位置している。荷重伝達部材170は、このカバー前壁部301eの後面301zから後方に突出している。荷重伝達部材170は、カバー部材301のカバー前壁部301eの上端付近であって蓋部12と対向する部分に設けられている。荷重伝達部材170は、左右方向に延びる略直方体形状を有している。図示は省略するが、荷重伝達部材170は、カバー前壁部301eの左右方向のほぼ全体にわたって設けられている。そして、蓋部12と荷重伝達部材170との距離であって蓋部12の前方に区画された隙間の前後方向の寸法d11は、セル収容部11とカバー前壁部301eとの距離であってセル収容部11の前方に区画された隙間の前後方向の寸法d12よりも短くなっている。
また、第2実施形態では、トレイ前壁部82eがトレイ底壁部82aから蓋部12の上端付近まで延びており、カバー前壁部301eはその全体がトレイ前壁部82eにより前方から覆われている。なお、前記のように、カバー前壁部301eの後面301zは、蓋部12およびハウジング10の前側面(前面)と対向しており、このカバー前壁部301eの後面が請求項の「対向面」に相当する。
このように構成された第2実施形態では、車両の前突時等において、バッテリ本体1を収容するカバー部材301およびトレイ82に対して前方から荷重Fが付与されると、図15の上から2つ目の図に示すように、カバー前壁部301eがセル収容部11に衝突するよりも前に、荷重伝達部材170が蓋部12に衝突する。これにより、第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、図15の上から3つ目の図に示すように、車両の前突時等において、バッテリ装置300に対して前方から荷重が付与された場合に、蓋部12がセル収容部11に対して相対的に後方に移動する。これより、第1実施形態と同様に、バスバー側端子52が破断して、バスバー50のうちバスバープレート51側の部分のみが後方に移動して、バッテリーセル20どうしの電気的な接続が解除される。
このように、カバー部材301に車両前方から荷重が付与されたときに蓋部12とセル収容部11とが前後方向について相対移動するようにハウジング10に荷重を伝達する荷重伝達部材170が、カバー部材301に設けられていることで、第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、早いタイミングで、バッテリーセル20どうしの電気的な接続を解除でき、バッテリ装置300から高電流あるいは高電圧の電気エネルギーが外部に放出される機会を確実に少なく抑えることができる。特に、バッテリーセル20自身に荷重が付与されるよりも先にバッテリーセル20どうしの電気的な接続を解除して、火災等の発生をより確実に防止できる。
なお、前述した第1実施形態が奏する作用効果のうち、第2実施形態に含まれる構成によって得られるものは第2実施形態においても同様に奏する。
(変形例)
第2実施形態においても、図14に示したようにトレイ前壁部82eを上側ほど(蓋部12とセル収容部11の並び方向において蓋部12側ほど)後方つまり蓋部12に近づくように傾斜させてもよい。
また、前記第2実施形態では、カバー前壁部301eに荷重伝達部材170が設けられた場合を説明したが、図16の最上部の図に示すように、カバー後壁部301dに荷重伝達部材270を設けてもよい。なお、図16は、図12に対応する図である。具体的には、カバー後壁部301dのうち蓋部12と対向する部分に、前方つまり蓋部12に向かって突出する荷重伝達部材270を設ける。また、カバー前壁部301eおよびトレイ前壁部82eの上端位置を蓋部12の上端位置よりも低くする。
この構成では、図16の上から2つ目の図に示すように、カバー部材301およびトレイ82を介してバッテリ本体1に前方から荷重Fが付与されたとき、荷重伝達部材270が蓋部12の後方への移動を規制することで、図16の上から3つ目の図に示すように、セル収容部11が蓋部12に対して相対的に後方に移動することになる。つまり、この構成では、蓋部12ではなくセル収容部11が後方に移動することで蓋部12とセル収容部11とが前後方向に相対移動することになる。そして、この構成においても、蓋部12とセル収容部11とが前後方向に相対移動することで、バッテリーセル20どうしの連結が解除されることになり、バッテリ装置300に荷重が付与された直後の早いタイミングでこの連結が解除される。なお、この構成では、図16に示すように、セル収容部11の後方への移動が規制されないように、トレイ後壁部82dは省略するのが好ましい。
また、第1実施形態および第2実施形態において、前記では、蓋部12がセル収容部11の上方に位置する場合を説明したが、これらの配置はこれに限らず、蓋部12とセル収容部11とは、蓋部12がセル収容部11の下方となるように配設されてもよい。また、蓋部12とセル収容部11とは、図17に示すように、蓋部12とセル収容部11とが左右方向に並ぶように配設されてもよい。なお、図17は、第1実施形態において蓋部12とセル収容部11とを左右方向に並ぶように配設したときの一例を示す図であり、バッテリ装置300の周囲を上方からみた概略上面図である。
1 バッテリ本体
10 ハウジング
11 セル収容部
12 蓋部
20 バッテリーセル
22 セル側端子
30 保持プレート
40 連結部材
41 挿入部
50 バスバー
51 バスバープレート(本体部)
52 バスバー側端子
52e 脆弱部
70 荷重伝達部材(第1実施形態)
100 車両
101 サイドフレーム
170 荷重伝達部材(第2実施形態)
300 リチウムイオンバッテリ装置
301 カバー部材
R エンジンルーム(動力室)

Claims (6)

  1. 車両の動力室に搭載されたリチウムイオンバッテリ装置であって、
    開口部を有するセル収容部と、前記開口部を封止する蓋部とを有するとともに、前記蓋部と前記セル収容部とが車両上下方向または車幅方向に並ぶ姿勢で前記動力室内に配設されたハウジングと、
    電極体を内側に収容するセルケースと当該セルケースから前記蓋部に向かって突出する一対のセル側端子とをそれぞれ有して、前記セル収容部の内側に収容された複数のバッテリーセルと、
    前記蓋部に固定される本体部と、当該本体部から前記セル側端子に向かって突出する一対のバスバー側端子とをそれぞれ有して、異なる2つの前記バッテリーセルの前記セル側端子どうしを電気的に接続する複数のバスバーと、
    前記蓋部と前記複数のセルケースとの間に位置し、前記セル側端子と前記バスバー側端子とが挿入される挿入部を有してこれら端子どうしを電気的に接続する複数の導電性の連結部材とを備え、
    前記蓋部には、車両前方から前記ハウジングに付与された荷重を前記セル収容部よりも先に前記蓋部に伝達するための荷重伝達部材が設けられている、ことを特徴とするリチウムイオンバッテリ装置。
  2. 請求項1に記載のリチウムイオンバッテリ装置において、
    前記荷重伝達部材は、車両前後方向において、前記蓋部の前面に設けられており、
    前記荷重伝達部材の前端位置は、前記セル収容部の前端位置よりも前方に位置している、ことを特徴とするリチウムイオンバッテリ装置。
  3. 車両の動力室に搭載されたリチウムイオンバッテリ装置であって、
    開口部を有するセル収容部と、前記開口部を封止する蓋部とを有するとともに、前記蓋部と前記セル収容部とが車両上下方向または車幅方向に並ぶ姿勢で前記動力室内に配設されたハウジングと、
    電極体を内側に収容するセルケースと当該セルケースから前記蓋部に向かって突出する一対のセル側端子とをそれぞれ有して、前記セル収容部の内側に収容された複数のバッテリーセルと、
    前記蓋部に固定される本体部と、当該本体部から前記セル側端子に向かって突出する一対のバスバー側端子とをそれぞれ有して、異なる2つの前記バッテリーセルの前記セル側端子どうしを電気的に接続する複数のバスバーと、
    前記蓋部と前記複数のセルケースとの間に位置し、前記セル側端子と前記バスバー側端子とが挿入される挿入部を有してこれら端子どうしを電気的に接続する複数の導電性の連結部材と、
    前記ハウジングを収容するカバー部材とを備え、
    前記カバー部材には、当該カバー部材に車両前方から荷重が付与されたときに前記蓋部と前記セル収容部とが前後方向において相対移動するように前記ハウジングに荷重を伝達する荷重伝達部材が設けられている、ことを特徴とするリチウムイオンバッテリ装置。
  4. 請求項3に記載のリチウムイオンバッテリ装置において、
    前記カバー部材は、車両前後方向において、前記ハウジングの前面よりも前方に位置して当該前面と対向する対向面を備え、
    前記荷重伝達部材は、車両前後方向において、前記対向面の後面のうち前記蓋部と対向する部分から後方に突出している、ことを特徴とするリチウムイオンバッテリ装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウムイオンバッテリ装置において、
    前記バスバー側端子は、その突出方向の一部の領域に、当該領域を除く領域よりも脆弱な脆弱部を備える、ことを特徴とするリチウムイオンバッテリ装置。
  6. 請求項5に記載のリチウムイオンバッテリ装置において、
    前記脆弱部は、前記連結部材のうち前記蓋部側の端部よりも前記セル収容部側の端部に近い位置と対向している、ことを特徴とするリチウムイオンバッテリ装置。
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