JP6206308B2

JP6206308B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP6206308B2
Application number: JP2014082170A
Authority: JP
Inventors: 和樹前田; 加藤　崇行; 崇行加藤; 浩生植田; 直人守作
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2017-10-04
Anticipated expiration: 2034-04-11
Also published as: DE112015001776B4; JP2015204169A; DE112015001776T5; US20170025656A1; US9905823B2; WO2015156053A1

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。

電池モジュールを積層した電池パックは、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１では、複数の電池セルを有する電池モジュール（電池ボックス）が積層されており、積層された電池モジュールの間には、電池セルの充放電を制御するための電池制御部が設けられている。

特開２０１０−１７６９９９号公報

ところで、電池モジュールを積層すると、デッドスペースが形成される。デッドスペースが多いと電池パックが電池モジュールの積層方向に大型化する。電池パックが大型化すると、車両などに電池パックを搭載する場合の占有領域が大きくなるため、電池パックを小型化することが望まれている。

本発明の目的は、電池モジュールの積層方向への小型化を図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、第１の電池ホルダに保持された第１の電池セルを複数並設した第１の電池モジュールと、第２の電池ホルダに保持された第２の電池セルを複数並設した第２の電池モジュールと、を備え、前記第２の電池モジュールが前記第２の電池ホルダから前記第１の電池モジュールに向けて突出した一対のボルト挿通部を介して前記第１の電池モジュールに積層されている電池パックであって、前記第２の電池ホルダは、前記第２の電池セルの端子が収容される端子収容部を備える第１の被覆壁と、保持された第２の電池セルを挟んで前記第１の被覆壁の反対側に設けられる第２の被覆壁とを備え、前記第２の被覆壁は、前記第１の電池モジュールに当接する前記一対のボルト挿通部を有し、複数の前記第２の電池セルは、前記一対のボルト挿通部にそれぞれ挿通されたボルトにより並設方向に拘束され、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は、電池制御機器が設けられ、該電池制御機器は、前記一対のボルト挿通部の間に配設されている。

これによれば、デッドスペースとなっている一対のボルト挿通部の間に電池制御機器を設けることで、デッドスペースを利用して電池制御機器を設けることができ、電池パックが電池モジュールの積層方向に大型化することが抑制される。したがって、一対のボルト挿通部の間に電池制御機器を収納しないで電池モジュールを積層する場合に比べて、電池パックが電池モジュールの積層方向に小型化される。

上記電池パックについて、前記電池制御機器と、前記一対のボルト挿通部とは離間して配設されていることが好ましい。
これによれば、電子部品に振動や衝撃が加わりにくく、電池制御機器の保護が図られる。

上記電池パックについて、前記第１の電池セルに接続されているハーネスは、前記一対のボルト挿通部の間に配設されていることが好ましい。
これによれば、一対のボルト挿通部の間を、ハーネスを配設するための領域としても利用することができる。

上記電池パックについて、前記電池制御機器は、第１の電子部品と、前記第１の電子部品に少なくとも一部が、前記第１の電池モジュールに対する前記第２の電池モジュールの積層方向に積層された第２の電子部品とを含み、前記第２の電子部品が、前記一対のボルト挿通部の間に配設されていることが好ましい。

これによれば、第２の電子部品を第１の電子部品に積層しても第２の電子部品によって電池パックが大型化しにくい。

本発明によれば、電池モジュールの積層方向への小型化を図ることができる。

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モジュールを示す斜視図。実施形態における電池セル、電池ホルダ及びエンドプレートを示す斜視図。実施形態における電池パックを示す断面図。実施形態における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はケース１１に収容されている。ケース１１には、複数の電池モジュール２０が収容されている。複数の電池モジュール２０は、積層されている。なお、各電池モジュール２０は同一構造の電池モジュール２０である。

図２に示すように、電池モジュール２０は、複数の電池セル２１と、各電池セル２１を保持する樹脂製の電池ホルダ２２とを有している。電池ホルダ２２に保持された電池セル２１は、並設されている。電池モジュール２０において、電池セル２１の並設方向の両端には、板状のエンドプレート２３が設けられている。

図３に示すように、エンドプレート２３は、平板状の基部２４と、基部２４から基部２４の厚み方向の面に沿う方向に突出する４つの平板状の挿通部２５とを有している。挿通部２５は、厚み方向に貫通する挿通孔２６を有している。

電池ホルダ２２は、矩形平板状の第１の被覆壁３１を有している。第１の被覆壁３１の長手方向両端には、第１の被覆壁３１の厚み方向に延びる矩形平板状の第２の被覆壁３２及び第３の被覆壁３３が設けられている。第２の被覆壁３２の長手方向第１端部３２ａ（第１の被覆壁３１が設けられる端部とは反対側の端部）と、第３の被覆壁３３の長手方向第１端部３３ａ（第１の被覆壁３１が設けられる端部とは反対側の端部）には、各被覆壁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の被覆壁３４が設けられている。第４の被覆壁３４は、厚み方向が被覆壁３２，３３の短手方向と一致し、長手方向が第２の被覆壁３２と第３の被覆壁３３の対向方向に一致する。そして、第４の被覆壁３４の厚み方向及び長手方向に直交する方向が、第４の被覆壁３４の短手方向となる。

また、第４の被覆壁３４の長手方向両端における第４の被覆壁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の被覆壁３４の厚み方向に開口する端子収容部３５がそれぞれ設けられており、各端子収容部３５は、第２の被覆壁３２及び第３の被覆壁３３に連設されている。

第４の被覆壁３４の短手方向の一端面上には、端子収容部３５と隣り合って四角柱状の挿通部３６が設けられている。挿通部３６の軸は、被覆壁３２，３３の短手方向に延びている。挿通部３６には、挿通孔３６ａが挿通部３６の軸方向に貫通して設けられている。

第２の被覆壁３２の長手方向第１端部３２ａには、第２の被覆壁３２と連設され、第２の被覆壁３２の長手方向に延びる矩形平板状の第１の突出壁３７が設けられている。第３の被覆壁３３の長手方向第１端部３３ａには、第３の被覆壁３３と連設され、第３の被覆壁３３の長手方向に延びる矩形平板状の第２の突出壁３８が設けられている。

第２の被覆壁３２の長手方向第２端部３２ｃには、四角柱状の第１のボルト挿通部３９が設けられている。第１のボルト挿通部３９の軸は、被覆壁３２，３３の短手方向に延びている。第１のボルト挿通部３９には、挿通孔３９ａが第１のボルト挿通部３９の軸方向に貫通して設けられている。

第３の被覆壁３３の長手方向第２端部３３ｃには、四角柱状の第２のボルト挿通部４０が設けられている。第２のボルト挿通部４０の軸は、被覆壁３２，３３の短手方向に延びている。第２のボルト挿通部４０には、挿通孔４０ａが第２のボルト挿通部４０の軸方向に貫通して設けられている。

第１のボルト挿通部３９と、第２のボルト挿通部４０とは、互いに対向する内面３９ｂ，４０ｂが間隔を空けて設けられている。これにより、第１のボルト挿通部３９と、第２のボルト挿通部４０との間には、空間Ｓ２が区画されている。

図２に示すように、電池セル２１を保持した複数の電池ホルダ２２は、エンドプレート２３に挟持されるとともに、一方のエンドプレート２３から他方のエンドプレート２３に向けて挿通された金属製のボルトＢが他方のエンドプレート２３を挿通した位置でナットＮに螺合されている。ボルトＢは、エンドプレート２３の挿通孔２６及び電池ホルダ２２の挿通孔３６ａ，３９ａ，４０ａを挿通しており、これにより、電池ホルダ２２に保持された電池セル２１は、ボルトＢによって並設方向に拘束され、一体化されている。

複数の電池ホルダ２２は、第１の突出壁３７と第２の突出壁３８との間に設けられた載置板４１を支持している。載置板４１は、矩形平板状の基部４２を有しており、基部４２の短手方向両端には、基部４２の厚み方向に延びる矩形平板状の延設部４３が設けられている。延設部４３は、突出壁３７，３８に沿って設けられている。基部４２の長手方向は、電池セル２１の並設方向と同一方向である。

載置板４１の基部４２には、第１の電子部品としてのリレー装置５１が設けられている。リレー装置５１は、四角箱状のリレーケース５２を有しており、リレーケース５２には、電池セル２１の放電と遮断とを切り替えるリレー５３が収容されている。また、リレーケース５２には、図示しない電流センサなど、他の部品も収容されている。

載置板４１の基部４２には、リレー装置５１に隣り合って第２の電子部品としての制御装置６１が設けられている。リレー装置５１と、制御装置６１とは、基部４２の長手方向、すなわち、電池セル２１の並設方向に並んで設けられており、制御装置６１の一部は、リレー装置５１の一部に積層されている。制御装置６１のリレー装置５１に対する積層方向と、電池モジュール２０同士の積層方向とは同一方向である。制御装置６１は、四箇所に設けられた柱状の支持部６４によって載置板４１に載置されている。制御装置６１は、第１の突出壁３７及び第２の突出壁３８よりも電池モジュール２０の積層方向上方に位置している。制御装置６１は、四角箱状の制御ケース６２を有しており、制御ケース６２には、電池セル２１の温度などから電池セル２１の状態を監視してリレー５３などを制御する電池ＥＣＵ６３が収容されている。本実施形態では、リレー装置５１と、制御装置６１によって電池制御機器が構成されている。

図２及び図４に示すように、制御ケース６２の側壁のうちの一つには、コネクタ６５，６６が位置している。コネクタ６５には、電池セル２１と接続される第１のハーネス６７が接続されている。コネクタ６６には、電池セル２１と接続される第２のハーネス６８が接続されている。第１のハーネス６７は、リレー装置５１を介して電池セル２１に接続されている。第２のハーネス６８は、制御ケース６２と、載置板４１の基部４２との間を通り、エンドプレート２３と載置板４１との隙間から電池セル２１に接続されている。制御ケース６２のコネクタ６５，６６が位置する側壁を第１の側壁６２ａ、第１の側壁６２ａと対向する側壁（反対側の側壁）を第２の側壁６２ｂとすると、第１の側壁６２ａと第２の側壁６２ｂとの間の寸法は、第１のボルト挿通部３９と、第２のボルト挿通部４０との間の寸法よりも小さい。そして、制御装置６１は、制御ケース６２の第１の側壁６２ａが、第２の突出壁３８側に位置し、第２の側壁６２ｂが第１の突出壁３７側に位置するように配設されている。

上記した電池モジュール２０は、積層方向上方の電池モジュール２０の第１のボルト挿通部３９が積層方向下方の電池モジュール２０の第１の突出壁３７に、積層方向上方の電池モジュール２０の第２のボルト挿通部４０が積層方向下方の電池モジュール２０の第２の突出壁３８にそれぞれ載置されている。したがって、積層方向上方の電池モジュール２０の電池ホルダ２２の一対のボルト挿通部３９，４０は、積層方向下方の電池モジュール２０に向けて、すなわち、積層方向下方に向けて突出している。

図４及び図５に示すように、積層された電池モジュール２０のうち、積層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に積層された電池モジュール２０、すなわち、積層方向上方の電池モジュール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２２、電池セル２１をそれぞれ、第１の電池ホルダ２２Ａ、第１の電池セル２１Ａとし、第２の電池モジュール２０Ｂの電池ホルダ２２、電池セル２１をそれぞれ第２の電池ホルダ２２Ｂ、第２の電池セル２１Ｂとする。

第１の電池モジュール２０Ａの載置板４１に載置された制御装置６１は、第１の電池モジュール２０Ａと、第２の電池モジュール２０Ｂとの間に配設されている。また、第１の電池モジュール２０Ａの制御装置６１は、第２の電池ホルダ２２Ｂの第１のボルト挿通部３９の内面３９ｂと、第２のボルト挿通部４０の内面４０ｂとの間に配設されている。具体的にいえば、制御装置６１の制御ケース６２が、第１のボルト挿通部３９の内面３９ｂと、第２のボルト挿通部４０の内面４０ｂとの間に区画された空間Ｓ２に突出することで、制御ケース６２の一部が空間Ｓ２に配設されている。制御装置６１から延びる第１のハーネス６７及び第２のハーネス６８の一部は、一対のボルト挿通部３９，４０の間に配設されている。制御装置６１は、一対のボルト挿通部３９，４０から離間して設けられている。

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。
電池ホルダ２２に保持された複数の電池セル２１をボルトＢによって一体化（モジュール化）して、一つの電池モジュール２０を構成する場合、電池ホルダ２２にボルトＢを挿通する必要がある。ボルトＢは、電池セル２１を貫通して設けることができないため、電池ホルダ２２には、電池セル２１が収容される収容部Ｓ１に加えて、収容部Ｓ１よりも外側にボルト挿通部３９，４０を設ける必要がある。一対のボルト挿通部３９，４０を電池モジュール２０の積層方向に突出させると、第１のボルト挿通部３９の内面３９ｂと、第２のボルト挿通部４０の内面４０ｂとの間には、空間Ｓ２が区画される。この空間Ｓ２は、デッドスペースとなるが、制御装置６１を配設することで、制御装置６１の収容部として利用することができる。

また、一対のボルト挿通部３９，４０には、金属製のボルトＢが挿通されているため、一対のボルト挿通部３９，４０に振動や衝撃が加わった場合でも、制御装置６１に振動や衝撃が加わりにくい。特に、本実施形態では制御装置６１を一対のボルト挿通部３９，４０から離間して設けており、一対のボルト挿通部３９，４０と、制御装置６１とが接していないため、制御装置６１に振動や衝撃が加わりにくく、制御装置６１が保護されている。

また、載置板４１にリレー装置５１と制御装置６１とを載置したときに、リレー装置５１と制御装置６１との一部が、載置板４１から電池セル２１の並設方向に突出する場合がある。この場合、リレー装置５１と制御装置６１とを積層して、リレー装置５１及び制御装置６１が載置板４１から突出することを抑制するが、制御装置６１が一対のボルト挿通部３９，４０の間に設けられているため、電池パック１０が電池モジュール２０の積層方向、電池セル２１の並設方向にそれぞれ大型化することが抑制される。

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）第１の電池モジュール２０Ａの載置板４１に載置された制御装置６１は、一対のボルト挿通部３９，４０の間に配設されている。一対のボルト挿通部３９，４０は、ボルトＢによって電池ホルダ２２に保持された電池セル２１を一体化するために必要な部材であり、この部材の間に制御装置６１を配設することで、制御装置６１による電池パック１０の積層方向への大型化が抑制されている。したがって、制御装置６１を一対のボルト挿通部３９，４０の間に配設しない場合に比べて、電池パック１０が電池モジュール２０の積層方向に小型化される。

（２）制御装置６１は、一対のボルト挿通部３９，４０から離間して配設されている。このため、制御装置６１が一対のボルト挿通部３９，４０と接している場合に比べて、制御装置６１に振動や衝撃が加わりにくく、制御装置６１を保護することができる。

（３）一対のボルト挿通部３９，４０の間には、第１のハーネス６７の一部及び第２のハーネス６８の一部が配設されている。一対のボルト挿通部３９，４０の間の領域を第１のハーネス６７及び第２のハーネス６８を配設する領域として利用することができる。

（４）リレー装置５１には、制御装置６１が積層されている。このため、リレー装置５１及び制御装置６１の一部が載置板４１から突出して電池パック１０が電池セル２１の並設方向に大型化することが抑制される。また、制御装置６１は、一対のボルト挿通部３９，４０の間に設けられているため、リレー装置５１と制御装置６１とを積層しても、電池パック１０が電池モジュール２０の積層方向に大型化しにくい。

（５）ボルトＢは金属製であり、樹脂製の電池ホルダ２２に比べて熱伝導率が高い。このため、制御装置６１の周囲の雰囲気を冷却しやすく、制御装置６１を冷却しやすい。
なお、実施形態は以下のように変更してもよい。

○電池モジュール２０は、３個以上設けられていてもよい。この場合も、積層方向に隣り合う２個の電池モジュール２０のうち、一方を第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。

○制御装置６１は、一対のボルト挿通部３９，４０に接していてもよい。
○第１のハーネス６７及び第２のハーネス６８は、一対のボルト挿通部３９，４０の間に設けられていなくてもよい。

○リレー装置５１と、制御装置６１は積層されていなくてもよい。この場合、リレー装置５１と制御装置６１の両方が一対のボルト挿通部３９，４０の間に設けられていてもよい。

○制御装置６１の全体がリレー装置５１に積層されていてもよい。
○リレー装置５１が制御装置６１に積層されて、一対のボルト挿通部３９，４０の間に配設されていてもよい。すなわち、制御装置６１が第１の電子部品となり、リレー装置５１が第２の電子部品となってもよい。

○電池制御機器は、制御装置６１や、リレー装置５１以外であってもよく、電池セル２１の充放電に寄与する電子部品であればよい。
○電池パック１０は、ケース１１に収容されていなくてもよい。

○第１の電池モジュール２０Ａの第１の電池ホルダ２２Ａは、ボルト挿通部３９，４０を有していなくてもよい。すなわち、ボルトＢ以外によって第１の電池セル２１Ａを一体化した電池モジュールであってもよい。例えば、一方のエンドプレート２３から他方のエンドプレート２３に向けて延びる金属製のバンドを、それぞれのエンドプレート２３に固定することで第１の電池セル２１Ａを一体化してもよい。

○制御装置６１は、少なくとも一部が一対のボルト挿通部３９，４０の間に位置していればよい。すなわち、電池制御機器が一対のボルト挿通部３９，４０の間に配設されている状態とは、電池制御機器全体が一対のボルト挿通部３９，４０の間に配設されている場合に限られず、電池制御機器の一部が一対のボルト挿通部３９，４０の間に突出している場合も含む。

Ｂ…ボルト、１０…電池パック、２０Ａ…第１の電池モジュール、２０Ｂ…第２の電池モジュール、２１Ａ…第１の電池セル、２１Ｂ…第２の電池セル、２２Ａ…第１の電池ホルダ、２２Ｂ…第２の電池ホルダ、３９…第１のボルト挿通部、３９ａ…挿通孔、３９ｂ…内面、４０…第２のボルト挿通部、４０ａ…挿通孔、４０ｂ…内面、５１…リレー装置、６１…制御装置、６７…第１のハーネス、６８…第２のハーネス。

Claims

第１の電池ホルダに保持された第１の電池セルを複数並設した第１の電池モジュールと、
第２の電池ホルダに保持された第２の電池セルを複数並設した第２の電池モジュールと、を備え、
前記第２の電池モジュールが前記第２の電池ホルダから前記第１の電池モジュールに向けて突出した一対のボルト挿通部を介して前記第１の電池モジュールに積層されている電池パックであって、
前記第２の電池ホルダは、前記第２の電池セルの端子が収容される端子収容部を備える第１の被覆壁と、保持された第２の電池セルを挟んで前記第１の被覆壁の反対側に設けられる第２の被覆壁とを備え、前記第２の被覆壁は、前記第１の電池モジュールに当接する前記一対のボルト挿通部を有し、
複数の前記第２の電池セルは、前記一対のボルト挿通部にそれぞれ挿通されたボルトにより並設方向に拘束され、
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は、電池制御機器が設けられ、該電池制御機器は、前記一対のボルト挿通部の間に配設されている電池パック。
前記電池制御機器と、前記一対のボルト挿通部とは離間して配設されている請求項１に記載の電池パック。
前記第１の電池セルに接続されているハーネスは、前記一対のボルト挿通部の間に配設されている請求項１又は請求項２に記載の電池パック。
前記電池制御機器は、第１の電子部品と、前記第１の電子部品に少なくとも一部が、前記第１の電池モジュールに対する前記第２の電池モジュールの積層方向に積層された第２の電子部品とを含み、
前記第２の電子部品が、前記一対のボルト挿通部の間に配設されている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の電池パック。