JP6135291B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、電池モジュールを壁部に取り付けた電池パックに関する。

電池モジュールを壁部に取り付けた電池パックとしては、例えば、特許文献１に記載の二次電池装置が知られている。
二次電池装置は、矩形箱状の外装ケースを有している。外装ケースは、矩形平板状の底板と、天板と、底板と天板との間で延びる側壁とを有している。外装ケース内には、２組の電池積層アッセンブリが収容されている。電池積層アッセンブリは、積層配置された複数の電池モジュールを有している。複数の電池モジュールは、背面板を介して外装ケースの側壁に取り付けられている。

特開２０１１−５４３５３号公報

ところで、側壁の各縁部は、底板、天板及び他の側壁と固定されている。このため、二次電池装置に振動が加わった場合、側壁の各縁部では、側壁の厚み方向への撓み（側壁の厚み方向への振幅）が小さい。一方、側壁の厚み方向への振幅は、各縁部から離間するにつれて大きくなる。側壁に電池モジュールが固定されている場合には、電池モジュールの荷重が側壁に加わる。側壁に荷重が加わった状態で、振動が加わると、側壁における各縁部から離間している部分（振幅が大きな部分）の破損を招き、電池モジュールの支持状態を維持できなくなるおそれがある。

本発明の目的は、電池モジュールが取り付けられた壁部の破損を抑止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、電池セルを有する電池モジュールと、前記電池モジュールに固定された接合部材と、前記接合部材によって前記電池モジュールが取り付けられた矩形状の壁部と、を備えた電池パックであって、前記壁部の４つの縁部のうち、対向する一対の縁部の被固定部に固定部材がそれぞれ固定されるとともに、前記複数の被固定部から間隔を空けた箇所に前記壁部を補強する補強部が設けられ、前記接合部材は、前記電池モジュールの一方の端部に固定された第１の接合部材と、前記電池モジュールの他方の端部に固定された第２の接合部材とを備え、前記電池モジュールの前記一方の端部は、前記第１の接合部材によって、前記壁部のうちの前記補強部とは異なる場所であって、前記補強部よりも前記被固定部に近い位置に接合されており、前記電池モジュールの前記他方の端部は、前記第２の接合部材によって、前記補強部に接合されており、前記第２の接合部材は、前記電池モジュールの他方の端部を前記補強部に固定するブラケットであることを要旨とする。

上記課題を解決する電池パックは、電池セルを有する複数の電池モジュールと、前記電池モジュールに固定された接合部材と、前記接合部材によって前記電池モジュールが取り付けられた矩形状の壁部と、を備えた電池パックであって、前記壁部の４つの縁部のうち、対向する一対の縁部の被固定部に固定部材がそれぞれ固定されるとともに、前記複数の被固定部から間隔を空けた箇所に前記壁部を補強する補強部が設けられ、前記複数の電池モジュールは、鉛直方向に立設された前記壁部の壁面に沿って設けられた第１の電池モジュールと第２の電池モジュールとを備え、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は、前記補強部を挟んで隣り合って配置されており、前記補強部には、前記第１の電池モジュールの前記接合部材と前記第２の電池モジュールの前記接合部材とが接合されていることを要旨とする。
電池パックに振動が加わると、これに伴い壁部も振動する。壁部の厚み方向への撓み（壁部の振幅）は、被固定部から離間するにつれて大きくなる。また、電池モジュールは、接合部材によって壁部に取り付けられているため、壁部の接合部材と対向する部分に荷重が集中する。このため、壁部においては、被固定部から間隔を空けた箇所に補強部を設け、この補強部に接合部材を接合することで、荷重の集中しやすい箇所を補強することができ、壁部が破損することを抑止することができる。
前記壁部は、鉛直方向に立設されている。
これによれば、壁部には、重力によって電池モジュールの荷重が加わり、壁部が破損しやすい。壁部がこのように構成される場合に補強部を設けることで、適切に壁部の破損を抑止することができる。
複数の電池モジュールは、鉛直方向に立設された前記壁部の壁面に沿って設けられた第１の電池モジュールと第２の電池モジュールとを備え、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は、前記補強部を挟んで隣り合って配置されており、前記補強部には、前記第１の電池モジュールの前記接合部材と前記第２の電池モジュールの前記接合部材とが接合されている。
これによれば、補強部を挟む両側の電池モジュールの接合部材が、補強部に固定される。このため、振動によって電池モジュールが動こうとしたときに、それぞれの電池モジュールが異なる方向に動きにくい。例えば、両電池モジュールがパワー線によって接続されている場合など、それぞれの電池モジュールが異なる方向に動くと、パワー線の断線の原因となる。それぞれの電池モジュールが異なる方向に動くことを抑制することで、パワー線が断線することを抑制することができる。

上記電池パックについて、前記補強部は、前記壁部の厚みを前記補強部とは異なる部位よりも厚くする厚肉部であることが好ましい。
これによれば、側壁の熱容量を増やすことができる。このため、側壁が電池セルの発した熱を吸収しやすく、電池セルの温度が上昇しにくい。

上記電池パックについて、前記壁部は、前記電池モジュールが収容される四角箱状のケースを形成するケース壁のうち、底板と天板との間において鉛直方向に立設された４つの側壁のうちの１つであり、前記固定部材は、前記電池モジュールが取り付けられた前記側壁に交差する２つの前記側壁であることが好ましい。
これによれば、ケース壁部を固定部材として兼用することができる。

上記電池パックについて、前記補強部は、前記対向する一対の縁部に沿う方向における一端から他端にわたって設けられていることが好ましい。

本発明によれば、電池モジュールが取り付けられた壁部の破損を抑止することができる。

実施形態における電池パックを示す斜視図。 実施形態における電池パックを示す断面図。 別例の電池パックを示す断面図。 別例の電池パックを示す断面図。

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、四角箱状のケース１１に複数の電池モジュール３１，３２が収容されている。

図１及び図２に示すように、ケース１１は、矩形平板状の底板１２と、底板１２と対向して配置された矩形平板状の天板１３と、底板１２と天板１３との間で延びる矩形平板状の４つの側壁１４〜１７とを有している。底板１２，天板１３及び各側壁１４〜１７は、ケース１１を形成するケース壁部である。本実施形態において、ケース１１は、底板１２が鉛直方向下方に位置するように配置されている。そして、側壁１４〜１７は、底板１２から鉛直方向に立設されている。一つの側壁１４は、長手方向中央に厚肉部１９を有している。厚肉部１９は、四角柱状をなしており、ケース１１の内側に向けて突出している。厚肉部１９は、側壁１４の短手方向全体にわたって設けられている。これにより、側壁１４の厚みは、厚肉部１９が設けられた部分が、厚肉部１９が設けられていない部分に比べて厚くなっている。厚肉部１９は、側壁１４と一体に設けられていてもよいし、側壁１４と別体として設けられていてもよい。厚肉部１９が側壁１４と別体として設けられている場合には、別体として設けられた厚肉部１９も含めて側壁１４となる。なお、厚肉部１９が設けられた側壁１４は、短手方向が鉛直方向と同一方向となっている。

４つの側壁１４〜１７のうち、厚肉部１９が設けられた側壁１４には、電池モジュール３１，３２が固定されている。したがって、厚肉部１９が設けられた側壁１４が電池モジュール３１，３２が固定される壁部となる。本実施形態では、側壁１４の短手方向に電池モジュール３１と電池モジュール３２がそれぞれ３つずつ並設されている。電池モジュール３１と電池モジュール３２は、側壁１４の長手方向に隣り合っている。なお、各電池モジュール３１，３２は、全て同一構成であるが、説明の便宜上、側壁１４の長手方向に隣り合う電池モジュール３１，３２の一方を第１の電池モジュール３１、他方を第２の電池モジュール３２として説明を行う。第１の電池モジュール３１と第２の電池モジュール３２は、厚肉部１９を挟んで隣り合っている。すなわち、厚肉部１９は、第１の電池モジュール３１と第２の電池モジュール３２の間に設けられている。

図２に示すように、電池モジュール３１，３２は、複数の電池セルとしての角型電池３３（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）が、樹脂製の電池ホルダ３４に保持された状態で並設されている。本実施形態において、角型電池３３の並設方向は、側壁１４の長手方向と同一方向となっている。隣り合う角型電池３３の間には、金属製（例えばアルミニウム製）の伝熱プレート３５が介装されている。電池モジュール３１，３２において、角型電池３３の並設方向両端にはエンドプレート３６が設けられている。各エンドプレート３６には、接合部材としてのブラケット４１，４２が固定されている。各エンドプレート３６に固定されるブラケット４１，４２は、同一構成であるが、説明の便宜上、一方のブラケット４１を第１のブラケット４１、他方のブラケット４２を第２のブラケット４２として説明を行う。

ブラケット４１，４２は、１つの板材を直角に折り曲げて形成されており、エンドプレート３６に固定される矩形板状の第１の固定部４３と、側壁１４に取り付けられる矩形板状の第２の固定部４４を有している。第１の固定部４３は、例えば、溶接などの方法でエンドプレート３６に一体化されている。これにより、ブラケット４１，４２が、エンドプレート３６（電池モジュール３１，３２）に固定されている。なお、第１の固定部４３を挿通したボルトをエンドプレート３６に螺合するなど、他の方法で第１の固定部４３とエンドプレート３６が一体化されていてもよい。

第２の固定部４４には、ボルトＢ１が挿通されている。第２の固定部４４を挿通したボルトＢ１は、側壁１４に螺合されている。これにより、第２の固定部４４（ブラケット４１，４２）が側壁１４に取り付けられるとともに、ブラケット４１，４２によって電池モジュール３１，３２が側壁１４に取り付けられている。

第１の電池モジュール３１に固定された第１のブラケット４１は、側壁１４の厚肉部１９とは異なる場所に固定されている。第１の電池モジュール３１に固定された第２のブラケット４２は、厚肉部１９に固定されている。第２の電池モジュール３２に固定された第１のブラケット４１は、厚肉部１９に固定されている。第２の電池モジュール３２に固定された第２のブラケット４２は、側壁１４の厚肉部１９とは異なる場所に固定されている。厚肉部１９に螺合されるボルトＢ１は、厚肉部１９とは異なる場所に螺合されるボルトＢ１に比べて側壁１４への螺合量が多い。

ここで、側壁１４の４つの縁部には、底板１２、天板１３、側壁１６，１７が固定されるが、側壁１６（固定部材）が固定される縁部を第１の被固定部２１、側壁１７（固定部材）が固定される縁部を第２の被固定部２２とする。第１の被固定部２１及び第２の被固定部２２は、側壁１４の長手方向の縁部である。このため、各被固定部２１，２２は、角型電池３３の並設方向及び第１の電池モジュール３１と第２の電池モジュール３２の並設方向に設けられている。また、ブラケット４１，４２は、電池モジュール３１，３２における角型電池３３の並設方向両端に設けられている。

そして、第１の電池モジュール３１に固定された第１のブラケット４１及び第２のブラケット４２と、各被固定部２１，２２までの離間距離を比較する。なお、各ブラケット４１，４２から各被固定部２１，２２までの離間距離とは、各ブラケット４１，４２と、各ブラケット４１，４２に最も近い縁部（第１の被固定部２１又は第２の被固定部２２）までの離間距離である。

第１の電池モジュール３１に固定されたブラケット４１，４２のうち、第１のブラケット４１は、第２のブラケット４２よりも被固定部２１，２２（第１の被固定部２１）に近い。また、第２の電池モジュール３２に固定されたブラケット４１，４２のうち、第２のブラケット４２は、第１のブラケット４１よりも被固定部２１，２２（第２の被固定部２２）に近い。したがって、電池モジュール３１，３２のブラケット４１，４２は、被固定部２１，２２からの離間距離が長いブラケット４１，４２がそれぞれ厚肉部１９に接合されている。また、厚肉部１９は、第１の被固定部２１及び第２の被固定部２２から間隔を空けて設けられている。

次に、電池パック１０の作用について説明する。
電池パック１０に振動が加わると、側壁１４〜１７が振動する。側壁１４〜１７は、振動によって厚み方向に撓む。このとき、側壁１４の第１の被固定部２１及び第２の被固定部２２には、側壁１６，１７が固定されているため、側壁１４が厚み方向に撓もうとしても、側壁１６，１７によって側壁１４が厚み方向に撓むことが規制される。側壁１４の振幅（側壁１４の厚み方向への撓み）は、第１の被固定部２１及び第２の被固定部２２から遠ざかるにつれて（側壁１４の長手方向の中央に近づくにつれて）大きくなる。

更に、電池モジュール３１，３２は、ブラケット４１，４２によって側壁１４に取り付けられている。このため、電池モジュール３１，３２の荷重は、側壁１４のブラケット４１，４２と対向する部位に集中する。したがって、側壁１４の振幅が大きい部位にブラケット４１，４２を接合すると側壁１４が破損しやすい。

本実施形態のように、被固定部２１，２２から間隔を空けた位置に厚肉部１９を設けて、この厚肉部１９にブラケット４１，４２を接合することで、厚肉部１９が補強部となり、側壁１４が破損しにくい。

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）各電池モジュール３１，３２に固定されたブラケット４１，４２のうち、各被固定部２１，２２からの離間距離が長いブラケット４１，４２と対向する部位に厚肉部１９を設けている。振幅が大きく、破損しやすい部位に厚肉部１９を設けることで、側壁１４の破損を適切に抑止することができる。

（２）また、厚肉部１９に、各電池モジュール３１，３２に固定されたブラケット４１，４２を接合しているため、側壁１４の破損を抑止することができる。このため、電池モジュール３１，３２の固定状態が維持されやすい。

（３）側壁１４を厚くすることで、補強部としている。このため、側壁１４の熱容量が増加し、角型電池３３の熱を吸収しても側壁１４の温度が上がりにくい。したがって、側壁１４が角型電池３３の熱を吸収しやすく、角型電池３３の温度が上昇しにくい。

（４）側壁１４は、鉛直方向に立設されている。側壁１４が、鉛直方向に立設されている場合には、重力によって電池モジュール３１，３２の荷重が側壁１４に加わりやすく、側壁１４が破損しやすい。このような場合に厚肉部１９を設けることで、側壁１４の破損を適切に防止することができる。

（５）第１の電池モジュール３１に固定された第２のブラケット４２と、第２の電池モジュール３２に固定された第１のブラケット４１は、ともに共通の厚肉部１９に固定されている。例えば、第１の電池モジュール３１が上方に移動し、第２の電池モジュール３２が下方に移動すると、第１の電池モジュール３１と第２の電池モジュール３２がパワー線で接続されている場合には、パワー線に負荷がかかり、断線するおそれがある。第１の電池モジュール３１に固定された第２のブラケット４２と、第２の電池モジュール３２に固定された第１のブラケット４１をそれぞれ別々の厚肉部１９に固定する場合に比べて、第１の電池モジュール３１と第２の電池モジュール３２が異なる方向に動くことを抑制することができる。このため、パワー線の断線を抑止することができる。

（６）厚肉部１９を設けることで、ボルトＢ１の螺合量を増やすことができる。このため、電池モジュール３１，３２と側壁との密着強度が向上される。
（７）固定部材として、側壁１６，１７を用いている。このため、ケース１１を形成するケース壁部を固定部材として兼用することができ、部品点数の削減が図られる。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図３に示すように、電池モジュール５１に固定されるブラケット４１，４２は、電池モジュール５１における角型電池３３の並設方向と直交する方向に設けられていてもよい。

○ 図４に示すように、側壁１４の長手方向に電池モジュール６１が３個以上並設されていてもよい。この場合、側壁１４における電池モジュール６１の並設方向両端の電池モジュール６１とは異なる電池モジュール６１に固定されたブラケット４１，４２と対向する部分に補強部（厚肉部１９）を設ける。すなわち、各電池モジュール６１の間にブラケット４１，４２が設けられる。電池モジュール６１の並設方向両端に固定されたブラケット４１，４２は、各被固定部２１，２２の近くに位置しているため、側壁１４に振動が加わっても荷重がかかりにくい。一方、両端に設けられた電池モジュール６１から離間した電池モジュール６１ほど、各被固定部２１，２２から離間しているため、電池モジュール６１の荷重が加わりやすい。このため、両端に設けられた電池モジュール６１とは異なる電池モジュール６１のブラケット４１，４２と対向する部分に補強部を設けることで、側壁１４の破損を抑止することができる。

○ 実施形態において、側壁１４に屈曲部を設けて補強部としてもよい。具体的にいえば、側壁１４に、ケース１１の内側に向けて凹むように屈曲部を設ける。ブラケット４１，４２及び側壁１４を貫通したボルトをナットに螺合することでブラケット４１，４２を側壁１４に取り付ける場合、屈曲部によって凹んだ部分にナットを設けることで、ナットがケース１１の外側に突出することを抑制することができる。

○ 実施形態において、厚肉部１９は、ケース１１の外側に突出していてもよい。
○ 実施形態において、第１の電池モジュール３１に固定された第２のブラケット４２及び第２の電池モジュール３２に固定された第１のブラケット４１は、共通の厚肉部１９に固定されているが、厚肉部１９を複数設けて、それぞれのブラケット４１，４２が異なる厚肉部１９に接合されるようにしてもよい。

○ 実施形態において、第１の電池モジュール３１に固定された第１のブラケット４１及び第２の電池モジュール３２に固定された第２のブラケット４２と対向する位置に厚肉部１９を設けるとともに、この厚肉部にブラケット４１，４２を接合してもよい。すなわち、厚肉部１９（補強部）は、被固定部２１，２２から離間した箇所であれば、どのような位置に設けられていてもよい。また、各電池モジュール３１，３２に固定された第１のブラケット４１及び第２のブラケット４２は、少なくともいずれか一方が厚肉部１９に接合されていればよく、第１のブラケット４１及び第２のブラケット４２の両方が厚肉部１９に接合されていてもよいし、第１のブラケット４１又は第２のブラケット４２が厚肉部１９に接合されていてもよい。

○ 実施形態において、電池セルとして円筒形電池やラミネート型の電池を用いてもよい。
○ 実施形態において、電池モジュール３１，３２は、電池セルを有していればよく、電池ホルダ３４や伝熱プレートを有していなくてもよい。また、電池セルは、単数であってもよい。

○ 実施形態において、電池モジュール３１，３２の個数は、２個以上であれば変更してもよい。
○ 実施形態において、壁部は、ケース１１の側壁１４〜１７以外であってもよい。例えば、産業車両に搭載されるカウンタウェイトであってもよい。同様に、固定部材は、側壁１４〜１７でなくてもよい。例えば、カウンタウェイトの少なくとも二箇所が車体（固定部材）に固定されて、このカウンタウェイトに電池モジュール３１，３２が設けられていればよい。すなわち、本発明は、ケース１１以外に具体化されてもよい。

○ 実施形態において、ブラケット４１，４２は、各電池モジュール３１，３２に３個以上固定されていてもよい。
○ 実施形態において、角型電池３３の並設方向は、側壁１４の短手方向や側壁１４の長手方向及び短手方向に交わる方向などと同一方向となっていてもよい。

○ 実施形態において、電池モジュール３１，３２は、一つのブラケット４１，４２のみで固定されていてもよい。
○ 実施形態において、各電池モジュール３１，３２に固定されたブラケット４１，４２は、第１の被固定部２１及び第２の被固定部２２から間隔を空けた箇所に設けられていてもよいし、第１の被固定部２１及び第２の被固定部２２に設けられていてもよい。すなわち、どのような位置に設けられていてもよい。

１０…電池パック、１１…ケース、１４〜１７…側壁、１９…厚肉部、２１…第１の被固定部、２２…第２の被固定部、３１，３２…電池モジュール、３３…角型電池、４１，４２…ブラケット。

Claims (5)

1. 電池セルを有する電池モジュールと、
   前記電池モジュールに固定された接合部材と、
   前記接合部材によって前記電池モジュールが取り付けられた矩形状の壁部と、を備えた電池パックであって、
   前記壁部の４つの縁部のうち、対向する一対の縁部の被固定部に固定部材がそれぞれ固定されるとともに、前記複数の被固定部から間隔を空けた箇所に前記壁部を補強する補強部が設けられ、
   前記接合部材は、前記電池モジュールの一方の端部に固定された第１の接合部材と、前記電池モジュールの他方の端部に固定された第２の接合部材とを備え、
   前記電池モジュールの前記一方の端部は、前記第１の接合部材によって、前記壁部のうちの前記補強部とは異なる場所であって、前記補強部よりも前記被固定部に近い位置に接合されており、
   前記電池モジュールの前記他方の端部は、前記第２の接合部材によって、前記補強部に接合されており、
   前記第２の接合部材は、前記電池モジュールの他方の端部を前記補強部に固定するブラケットであることを特徴とする電池パック。
2. 電池セルを有する複数の電池モジュールと、
   前記電池モジュールに固定された接合部材と、
   前記接合部材によって前記電池モジュールが取り付けられた矩形状の壁部と、を備えた電池パックであって、
   前記壁部の４つの縁部のうち、対向する一対の縁部の被固定部に固定部材がそれぞれ固定されるとともに、前記複数の被固定部から間隔を空けた箇所に前記壁部を補強する補強部が設けられ、
   前記複数の電池モジュールは、鉛直方向に立設された前記壁部の壁面に沿って設けられた第１の電池モジュールと第２の電池モジュールとを備え、
   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は、前記補強部を挟んで隣り合って配置されており、
   前記補強部には、前記第１の電池モジュールの前記接合部材と前記第２の電池モジュールの前記接合部材とが接合されていることを特徴とする電池パック。
3. 前記補強部は、前記壁部の厚みを前記補強部とは異なる部位よりも厚くする厚肉部であ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. 前記壁部は、前記電池モジュールが収容される四角箱状のケースを形成するケース壁のうち、底板と天板との間において鉛直方向に立設された４つの側壁のうちの１つであり、
   前記固定部材は、前記電池モジュールが取り付けられた前記側壁に交差する２つの前記側壁であることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の電池パック。
5. 前記補強部は、前記対向する一対の縁部に沿う方向における一端から他端にわたって設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の電池パック。