JP6337695B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池モジュールを備えた電池パックに関する。

複数の電池セルを並設した電池モジュールは、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１では、並設された複数の電池セルを接続するとともに、並設方向の両端の電池セルにハーネスを接続している。

特開２０１０−２１１９６２号公報

ところで、電池セルは、使用に伴い電極に被膜が形成されていき、使用期間が長くなるにつれて電池セルが膨張していく。電池セルが膨張すると、電池セルに固定された接続ハーネスには張力が加わる。ハーネスに張力が加わると、ハーネスの断線の原因となる。

本発明の目的は、ハーネスの断線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、並設された複数の電池セルと、前記複数の電池セルの並設方向に交差する方向に配置されるとともに、前記電池セルと対向して設けられたカバーと、前記複数の電池セルを前記並設方向の両側から挟持するエンドプレートと、前記エンドプレートと前記電池セルとの間に設けられ、前記電池セルの膨張を弾性変形により吸収する弾性部材と、前記エンドプレートに対して前記複数の電池セル及び前記弾性部材を拘束する拘束力を付与する拘束部材と、を有する電池モジュールを複数備えた電池パックであって、複数の前記電池モジュールから導出されたハーネスが接続された集合部材を前記カバーに備え、前記カバーは、前記集合部材を前記並設方向にスライド可能な状態で保持する保持部を有する。

これによれば、電池セルが膨張すると、隣り合う電池セル同士は互いに押し合い、電池セルの並設方向に向けた力が作用する。この力が弾性部材に加わることで、弾性部材が弾性変形して、収縮する。弾性部材が弾性変形すると、電池セルは弾性部材に向けて移動し、電池セルの移動に伴いカバーも移動するおそれがある。集合部材がカバーに固定されている場合、カバーの移動に伴ってハーネスが移動し、ハーネスに加わる張力が大きくなるが、集合部材をスライド可能に設けることで、カバーが移動してもカバーとともに集合部材が移動せず、ハーネスに張力が加わりにくい。したがって、ハーネスの断線が抑止される。

上記電池パックについて、前記保持部は、前記集合部材における前記並設方向と交差する方向の両端部が挿入される溝を区画することが好ましい。
これによれば、集合部材が溝に沿ってスライドするため、集合部材がスライドしやすい。

上記電池パックについて、前記集合部材は、各ハーネスを接続する接続部と、前記接続部と重ねて設けられるとともに前記接続部を貫通する端子締結部とを有するベースとを有し、前記端子締結部には、ナットによって前記ハーネスの端子が固定され、前記ベースが前記溝に挿入されていることが好ましい。

これによれば、端子締結部にナットを螺合しやすい。

本発明によれば、ハーネスの断線を抑止することができる。

（ａ）は実施形態の電池パックを示す斜視図、（ｂ）は集合部材を拡大して示す斜視図。 実施形態の電池モジュールを示す斜視図。 実施形態の電池モジュールを示す断面図。 実施形態の電池ホルダ、電池セル、固定プレート及びエンドプレートを示す斜視図。 実施形態の第１カバー部材を示す斜視図。 実施形態の第３カバー部材を示す斜視図。 実施形態の第３カバー部材と集合部材との関係を示す断面図。 比較例の第３カバー部材と集合部材との関係を示す断面図。

以下、電池パックの一実施形態について説明する。
図１（ａ）に示すように、電池パック１０は、筐体１１を有している。筐体１１には、複数の第１電池モジュール１２を電池パック１０の上下方向に並べた第１電池列Ｌ１と、複数の第２電池モジュール１３を電池パック１０の上下方向に並べた第２電池列Ｌ２が隣り合って収容されている。本実施形態において、各電池列Ｌ１，Ｌ２には、それぞれ、２個の電池モジュール１２，１３が並んで設けられている。

図２及び図３に示すように、各電池モジュール１２，１３は、並設された複数の電池セル１５を有している。各電池セル１５は、個別の電池ホルダ１６に保持されている。複数の電池セル１５は、電池セル１５の並設方向の両側に設けられた第１エンドプレート１８と、第２エンドプレート１９とによって挟持されている。以下の説明において、第１エンドプレート１８に隣り合う電池セル１５を第１電池セル１５ａ、第２エンドプレート１９に隣り合う電池セル１５を第２電池セル１５ｂとして説明を行う。

第１エンドプレート１８と、第１電池セル１５ａとの間には、平板状の固定プレート５１及び平板状の弾性部材３０が挟持されている。第１エンドプレート１８と第１電池セル１５ａとの間において、固定プレート５１は、第１電池セル１５ａ側に設けられ、弾性部材３０は第１エンドプレート１８側に設けられている。弾性部材３０は、ゴムや、樹脂系のスポンジなどの弾性変形可能な材料からなる。弾性部材３０は、厚み方向が電池セル１５の並設方向と同一方向となるように配置されている。

図４に示すように、電池ホルダ１６は、矩形平板状の第１被覆壁２１を有している。第１被覆壁２１の長手方向両端には、第１被覆壁２１の厚み方向に延びる矩形平板状の第２被覆壁２２及び第３被覆壁２３が設けられている。第１被覆壁２１、第２被覆壁２２、及び第３被覆壁２３に囲まれる領域は、電池セル１５が収容される収容部Ｓとなる。

また、第２被覆壁２２と、第３被覆壁２３の互いに対向する面には、Ｕ字状をなすとともに、各被覆壁２２，２３の短手方向に開口する端子収容部２５がそれぞれ設けられている。

また、端子収容部２５には、四角柱状の柱部２６が連設されている。柱部２６は、第２被覆壁２２と、第３被覆壁２３との対向方向に端子収容部２５と並んで設けられている。柱部２６の軸は、各被覆壁２２，２３の短手方向に延びている。柱部２６には、挿通孔２６ａが柱部２６の軸方向に貫通して設けられている。

第２被覆壁２２及び第３被覆壁２３の長手方向第１端部２２ａ，２３ａには、各被覆壁２２，２３と連設され、各被覆壁２２，２３の長手方向に延びる矩形平板状の突出壁２７が設けられている。

また、第２被覆壁２２及び第３被覆壁２３の長手方向第２端部２２ｂ，２３ｂには、四角柱状の脚部２８が設けられている。脚部２８の軸は、各被覆壁２２，２３の短手方向に延びている。脚部２８には、挿通孔２８ａが脚部２８の軸方向に貫通して設けられている。

電池セル１５は、ケース４１を有し、ケース４１には正負の電極を有する電極組立体４２が収容されている。ケース４１は、電極組立体４２が収容される有底筒状のケース本体４３と、ケース本体４３の開口部を閉塞する蓋４４とを有している。蓋４４からは、一対の端子４５が突出している。

固定プレート５１は、矩形平板状の基部５２を有している。基部５２には、基部５２の厚み方向の面に沿う方向に突出する突出部５３が設けられている。具体的にいえば、基部５２の短手方向の両端部のうち一方には、二つの突出部５３が設けられている。突出部５３同士は、基部５２の長手方向に間隔を空けて設けられている。各突出部５３には、厚み方向に貫通する貫通孔５６が設けられている。

第２エンドプレート１９は、矩形平板状のプレート基部６１を有している。プレート基部６１の短手方向の両端部からは、それぞれ、二つの第１プレート突出部６２と、二つの第２プレート突出部６５とが突出している。

各第１プレート突出部６２には、厚み方向に貫通する第１プレート貫通孔６３が設けられている。第１プレート貫通孔６３同士の間隔は、電池ホルダ１６の柱部２６の挿通孔２６ａの間隔と同一間隔となっている。また、各第１プレート突出部６２には、厚み方向に貫通する第２プレート貫通孔６４が設けられている。各第２プレート突出部６５には、第３プレート貫通孔６６が設けられている。第３プレート貫通孔６６同士の間隔は、電池ホルダ１６の脚部２８の挿通孔２８ａ同士の間隔と同一間隔となっている。なお、第１エンドプレート１８は、第２プレート貫通孔６４を有していない点を除いて、第２エンドプレート１９と同一構成である。このため、同一部分に同一符号を付してその説明を省略する。

図３に示すように、各電池セル１５、各電池ホルダ１６、固定プレート５１及び弾性部材３０は、第１エンドプレート１８と、第２エンドプレート１９とによって挟持されることで、一体化されている。第１エンドプレート１８の第１プレート貫通孔６３及び第３プレート貫通孔６６、電池ホルダ１６の各挿通孔２６ａ，２８ａ及び第２エンドプレート１９の第１プレート貫通孔６３及び第３プレート貫通孔６６にはボルトＢがそれぞれ挿通されている。ボルトＢは、第２エンドプレート１９の第１プレート貫通孔６３及び第３プレート貫通孔６６を挿通した位置でそれぞれ拘束ナットＮに螺合されている。これにより、第１エンドプレート１８及び第２エンドプレート１９には、電池セル１５及び弾性部材３０を拘束する拘束力が付与されている。したがって、本実施形態では、ボルトＢ及び拘束ナットＮが拘束部材として機能している。

図２及び図３に示すように、各電池モジュール１２，１３は、電池セル１５と対向して設けられたカバー７０を有している。カバー７０は、電池セル１５の並設方向に交差する方向に配置されている。本実施形態では、カバー７０は、電池セル１５の端子４５が設けられた面、すなわち、蓋４４の厚み方向の面と対向して設けられている。カバー７０は、電池セル１５への異物付着の防止などを目的として設けられている。カバー７０は、電池ホルダ１６の突出壁２７間に配設されている。カバー７０は、第１カバー部材７１と、第２カバー部材７２と、第３カバー部材７３とを有している。各カバー部材７１，７２，７３は、電池セル１５の並設方向に並んで設けられている。各カバー部材７１，７２，７３は、樹脂製である。

図５に示すように、第１カバー部材７１は、矩形平板状の本体７４を有している。本体７４の長手方向の両端部には、本体７４の厚み方向に立設する立設部７５が設けられている。本体７４には、厚み方向に貫通する貫通孔７６が設けられている。貫通孔７６は、本体７４の一つの角部に寄って設けられている。本体７４の厚み方向の面のうち立設部７５が設けられた面には、平板状の固定板７７が設けられている。固定板７７は、貫通孔７６の近傍に設けられている。固定板７７には、インサート成形などによって固定ナット７９が埋設されている。

本体７４の厚み方向の面のうち、立設部７５が設けられた面とは反対側の面には、四角柱状の固定部８０が設けられている。固定部８０は、本体７４の短手方向の端部のうちの一方に二つ設けられている。固定部８０は、本体７４の長手方向に間隔を空けて設けられている。固定部８０には、インサート成形などによって固定ナット８１が埋設されている。各固定部８０に埋設された固定ナット８１同士の間隔（中心間距離）は、固定プレート５１の貫通孔５６同士の間隔と同一間隔となっている。なお、第３カバー部材７３は、固定板７７が設けられていない点を除いて、第１カバー部材７１と同一構成である。このため、第３カバー部材７３の同一部分に第１カバー部材７１と同一の符号を付してその説明を省略する。

図６に示すように、第２カバー部材７２は、矩形平板状の本体９１を有している。本体９１の短手方向の両端部には、本体９１の厚み方向に立設する立設部９２が設けられている。各立設部９２の互いに対向する面には、立設部９２の厚み方向に突出する保持部９３が設けられている。保持部９３は、立設部９２の長手方向の全体に亘って設けられている。保持部９３は、本体９１から離間して設けられており、本体９１、立設部９２及び保持部９３に囲まれる領域に溝９４を区画している。

図２及び図３に示すように、第１カバー部材７１及び第３カバー部材７３は、第２カバー部材７２を挟んで設けられている。第１カバー部材７１と、第３カバー部材７３とは、貫通孔７６が設けられた角が対角に位置するように配置されている。第１カバー部材７１は、第１エンドプレート１８側に位置し、第３カバー部材７３は、第２エンドプレート１９側に位置している。第１カバー部材７１の立設部７５と、第２カバー部材７２の立設部９２と、第３カバー部材７３の立設部７５とは、それぞれ、電池ホルダ１６の突出壁２７に沿って設けられている。第１カバー部材７１と、第２カバー部材７２と、第３カバー部材７３とは、互いが固定されていないため、互いに離間可能となっている。

図３に示すように、固定プレート５１の貫通孔５６にはネジ５８が挿通されており、このネジ５８は、第１カバー部材７１の固定部８０に埋設された固定ナット８１に螺合されている。これにより、固定プレート５１と、第１カバー部材７１が固定されている。

第２エンドプレート１９の第２プレート貫通孔６４には、ネジ６９が挿通されており、このネジ６９は、第３カバー部材７３の固定部８０に埋設された固定ナット８１に螺合されている。これにより、第２エンドプレート１９と第３カバー部材７３とが固定されている。

図２及び図３に示すように、第１カバー部材７１には、各電池モジュール１２，１３を監視して、電池セル１５に異常などが生じた場合に放電の遮断などを行う監視ＥＣＵ９５が載置されている。第１カバー部材７１の貫通孔７６には、柱状のバスバー１００が挿通されている。バスバー１００は、第１電池セル１５ａに接続されるとともに、第１カバー部材７１の貫通孔７６を挿通してカバー７０上に突出している。そして、カバー７０上に突出したバスバー１００は、バスバー１００を貫通したネジ１０１が固定板７７に埋設された固定ナット７９に螺合されることで、固定板７７に固定されている。バスバー１００には、第１ハーネス１０２が接続されている。第１ハーネス１０２は、導線部１０３の両端に端子１０４を有しており、ネジ１０１は、バスバー１００とともに端子１０４を貫通している。

第３カバー部材７３の貫通孔７６からは柱状のバスバー１１０が突出している。バスバー１１０は、第２電池セル１５ｂと電気的に接続されている。バスバー１１０は、第３カバー部材７３に載置されたリレーなどの電子部品１１１を介して、第２ハーネス１１２に接続されている。なお、第２ハーネス１１２は、第１ハーネス１０２と同一構成である。第１ハーネス１０２及び第２ハーネス１１２は、各電池モジュール１２，１３から導出されている。

図７に示すように、第２カバー部材７２には、集合部材１２０が設けられている。集合部材１２０は、矩形平板状の接続部１２１と、接続部１２１に重ねて設けられた矩形平板状のベース１２２とを有している。ベース１２２からは、複数の端子締結部１２３が厚み方向に向けて延びており、端子締結部１２３は接続部１２１を貫通している。端子締結部１２３は、外周面に雄ねじを有している。ベース１２２の長手方向の寸法は、接続部１２１の長手方向の寸法よりも長い。

集合部材１２０のベース１２２は、長手方向の両端部が溝９４に挿入されている。保持部９３は、ベース１２２に重なり合っている。集合部材１２０の接続部１２１は、保持部９３間に突出している。保持部９３は、集合部材１２０のベース１２２に重なり合うことで、集合部材１２０が第２カバー部材７２から離れることを規制するとともに、溝９４を区画することで集合部材１２０を電池セル１５の並設方向にスライド可能に保持している。ベース１２２は、短手方向が電池セル１５の並設方向と同一方向となっており、長手方向が電池セル１５の並設方向と交差する方向となっている。

図１（ｂ）に示すように、第１電池モジュール１２のうち、上側の第１電池モジュール１２の集合部材１２０には、各電池モジュール１２，１３の第１ハーネス１０２が接続されている。また、第２電池モジュール１３のうち、上側の第２電池モジュール１３の集合部材１２０には、各電池モジュール１２，１３の第２ハーネス１１２が接続されている。したがって、各電池モジュール１２，１３は、並列接続されている。各ハーネス１０２，１１２の端子１０４は、端子締結部１２３にナット１２４によって固定されている。また、各接続部１２１には、負荷と接続される導電部材１２５が固定されている。

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。
電池セル１５が膨張すると、電池セル１５から弾性部材３０に荷重が加わり、弾性部材３０が弾性変形して、収縮する。弾性部材３０は、弾性変形することで電池セル１５の膨張を吸収する。弾性部材３０が弾性変形すると、これに伴い、固定プレート５１が第１エンドプレート１８（弾性部材３０）に向けて移動する。固定プレート５１には、第１カバー部材７１が固定されているため、弾性部材３０の弾性変形に伴い、第１カバー部材７１も第１エンドプレート１８に向けて移動する。また、電池セル１５の移動に伴い、電池ホルダ１６が移動し、これに伴い第２カバー部材７２が第１エンドプレート１８に向けて移動するおそれがある。

集合部材１２０は、第２カバー部材７２にスライド可能に設けられているため、第２カバー部材７２が第１エンドプレート１８に向けて移動しても、集合部材１２０は第２カバー部材７２とともに移動しない。

集合部材１２０が第２カバー部材７２に固定され、第２カバー部材７２と一体となって移動する場合、第２カバー部材７２が移動することで、集合部材１２０が第１エンドプレート１８側に移動する。集合部材１２０が第１エンドプレート１８に向けて移動すると、集合部材１２０に固定された各ハーネス１０２，１１２のうち、各電池モジュール１２，１３の弾性部材３０側の端子締結部１２３とは反対側の端子締結部１２３に固定された各ハーネス１０２，１１２が引っ張られ、断線する原因となる。

本実施形態では、第２カバー部材７２が移動しても、集合部材１２０は第２カバー部材７２とともに移動しないため、電池セル１５の膨張に伴い、第２カバー部材７２が移動しても、各ハーネス１０２，１１２に加わる張力が大きくならない。

また、図８に示すように、ベース１２２及び接続部１２１の両方を溝９４に挿入すると、ナット１２４を端子締結部１２３に螺合するときに、保持部９３と接続部１２１とで段差が形成され、ナット１２４の螺合を行いにくい。また、端子締結部１２３と保持部９３とが近傍に配置されている場合、保持部９３によってナット１２４の螺合が阻害されるおそれがある。

本実施形態のように、ベース１２２を溝９４に挿入して、接続部１２１を保持部９３の間に突出させることで、保持部９３によるナット１２４の螺合の阻害を抑制して、端子締結部１２３にナット１２４を螺合しやすい。

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）集合部材１２０は、第２カバー部材７２にスライド可能に保持されている。このため、電池セル１５の膨張に伴い、第２カバー部材７２が移動しても集合部材１２０は、第２カバー部材７２とともに移動せず、各ハーネス１０２，１１２に加わる張力が大きくなりにくい。したがって、各ハーネス１０２，１１２の断線が抑止されている。

（２）第２カバー部材７２に、溝９４を設けて、この溝９４を集合部材１２０がスライドできるようにしている。したがって、第２カバー部材７２がスライドしやすい。
（３）集合部材１２０のベース１２２が溝９４に挿入されているため、接続部１２１を保持部９３の間に突出させることができる。このため、ナット１２４の螺合が保持部９３によって阻害されにくく、ナット１２４を端子締結部１２３に螺合しやすい。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○集合部材１２０は、第１カバー部材７１や、第３カバー部材７３に設けられていてもよい。この場合、第１カバー部材７１や第３カバー部材７３に保持部９３を設けて、集合部材１２０がスライドできるようにする。

○カバー７０は、複数のカバー部材を有していなくてもよく、単一のカバー部材から構成されていてもよい。
○カバー部材の数は適宜変更してもよい。

○接続部１２１及びベース１２２の両方が溝９４に挿入されていてもよい。
○電池モジュール１２，１３の数は適宜変更してもよい。
○集合部材１２０の接続部１２１やベース１２２の形状は変更してもよい。

○各電池モジュール１２，１３のうち、下側の電池モジュール１２，１３は集合部材１２０を有していなくてもよい。
○集合部材１２０は、単一の部材（例えば、ベース１２２のみ）であってもよい。

○第１カバー部材７１は固定プレート５１と固定されていなくてもよい。
○集合部材１２０には、全ての電池モジュール１２，１３の各ハーネス１０２，１１２が接続されていなくてもよく、少なくとも２つの電池モジュールの各ハーネス１０２，１１２が接続されていればよい。

１０…電池パック、１２，１３…電池モジュール、１５…電池セル、１８…第１エンドプレート、１９…第２エンドプレート、３０…弾性部材、７０…カバー、９３…保持部、９４…溝、１０２…第１ハーネス、１１２…第２ハーネス。

Claims (3)

1. 並設された複数の電池セルと、
   前記複数の電池セルの並設方向に交差する方向に配置されるとともに、前記電池セルと対向して設けられたカバーと、
   前記複数の電池セルを前記並設方向の両側から挟持するエンドプレートと、
   前記エンドプレートと前記電池セルとの間に設けられ、前記電池セルの膨張を弾性変形により吸収する弾性部材と、
   前記エンドプレートに対して前記複数の電池セル及び前記弾性部材を拘束する拘束力を付与する拘束部材と、を有する電池モジュールを複数備えた電池パックであって、
   複数の前記電池モジュールから導出されたハーネスが固定された集合部材を前記カバーに備え、
   前記カバーは、前記集合部材を前記並設方向にスライド可能な状態で保持する保持部を有することを特徴とする電池パック。
   
2. 前記保持部は、前記集合部材における前記並設方向と交差する方向の両端部が挿入される溝を区画する請求項１に記載の電池パック。
3. 前記集合部材は、各ハーネスを接続する接続部と、前記接続部と重ねて設けられるとともに前記接続部を貫通する端子締結部とを有するベースとを有し、
   前記端子締結部には、ナットによって前記ハーネスの端子が固定され、
   前記ベースが前記溝に挿入されている請求項２に記載の電池パック。