JP6866260B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は車載用途等に使用される電池パックに関する。

従来、再充電可能な二次電池の分野では、鉛電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池等の水溶液系電池が主流であった。しかしながら、電気機器の小型化、軽量化が進むにつれ、高エネルギー密度を有するリチウム二次電池が着目され、その研究、開発及び商品化が急速に進められた。

一方、地球温暖化や枯渇燃料の問題から電気自動車（ＥＶ）や駆動の一部を電気モーターで補助するハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）が各自動車メーカーで開発され、その電源として高容量で高出力な二次電池が求められるようになってきた。このような要求に合致する電源として、高電圧を有する非水溶液系のリチウム二次電池が注目されている。特に角形リチウム二次電池はパック化した際の体積効率が優れているため、ＨＥＶ用あるいはＥＶ用として角形リチウム二次電池の開発への期待が高まっている。
角型リチウムイオン電池において、複数の角型リチウムイオン電池を備えた電池モジュールを構成する際に、電池モジュールの大きさの自由度を向上させるため、角型リチウムイオン電池を複数平置きに配置して電池モジュールを構成する技術も存在する。

米国特許第９４０６９１６号公報

最近の電動自動車において、搭載車両のプラットフォームは多岐に亘っており、車両への搭載性向上のため、電池パックには小型化が要求されている。特許文献１で開示されている電池パック構造は、角型リチウムイオン電池を平置きに配置し電池モジュールとすることで、電池モジュールの高さに自由度を有する構成となっている。

しかしながら、当該構成において、どのように角形リチウムイオン電池を押圧固定するかは言及されていない。一方で、角型リチウムイオン電池を押圧固定することは、電池パックの振動衝撃耐性を確保することも当然ながら、良好な電気的性能を長期的に維持するうえでも重要である。本発明では、角形リチウムイオン電池の押圧固定構造を有しながらも小型化な電池パック構造を提供する。

前記課題を解決するために、本発明に記載の電池パックは、一対の幅広面、一対の幅狭面、前記一対の幅広面及び幅狭面と繋がる底面、及び前記底面と対向し外部端子を備える上面とを有する電池セルを、前記幅広側面同士が対向するように積層させた電池群と、前記電池群の上面及び底面のそれぞれに配置される一対の固縛板と、前記電池群及び前記固縛板を収納し、前記電池群の上面側固縛板と対向する開口及び前記電池群の底面側固縛板と対向する底面を有する筐体と、前記開口を封止する蓋と、を備えた電池パックにおいて、前記蓋は金属からなり、前記固縛板と接触している、または前記電池セルが膨張した場合に前記固縛板と接触することを特徴とする。

本発明によれば、電池セルを複数個積層された電池群を構成し、前記電池群は、構成する前記電池セルの幅広側面が筐体の底面対向するように前記筐体内に収納され、開口を封止する金属の蓋と前期電池群の上面側の固縛板が接触している、または前記電池セルが膨張した場合に接触することにより、固縛板の厚肉化を避けつつも電池モジュールに対して十分な固縛力を発生させることができるため、十分な固縛力を確保したうえで電池パック１を小型化できる。

電池パックの外観斜視図。 電池パックの分解斜視図。 電池モジュールの斜視図。 図３のバスバーケース、バスバーのない斜視図。 電装品が収納されたホルダ部材。 図３を反対方向から見た斜視図。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明にかかる電池パックの一実施の形態としての外観斜視図である。なお、以降、明細書中で使用する上下左右前後の方向については各図面の左下に記載されている方向と一致する方向となっている。

電池パック１はケース本体２と上カバー３で構成される筐体を備えている。上カバー３は金属からなり、材料は例えばＳＵＳである。電池パック１の上面の長手方向両端にはＨＶ端子６１、６２が設けられている。ＨＶ端子６１、６２は外部端子であり、電池パック１はＨＶ端子６１と６２にＨＶケーブルを接続することにより、電気自動車やハイブリッド電気自動車あるいは電気機器に電力が供給される。本実施形態ではＨＶ端子６１が（−）側、ＨＶ端子６２が（＋）側である。

ここでは図示されてないが、上カバー３とＨＶ端子６１、６２との間には樹脂が配置されており、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等で電気的に絶縁されている。

電池パック１の側面には信号用コネクタ４が配置されている。信号用コネクタ４は電池パック１のコントローラ信号用コネクタであり、車両側コントローラと接続されて、情報のやり取りや電源の供給を受ける。

図２は図１に示す電池パック１の分解斜視図である。ケース本体２は底部２ａを有し、上方が開口されたボックス状の部材である。ケース本体２内には電池モジュール１１、および電装品が収納されたホルダ４１が収納されている。電池モジュール１１は発熱が大きいため、ケース本体２の高さを高くして電池モジュール１１との密着面積を大きくして放熱性を上げている。また上カバー３は、ケース本体２側に突出する面３ａを有している。この面３ａは上カバー３の剛性を上げるという効果がある。 図３は図２に示す電池モジュール１１の斜視図である。電池セル（角形二次電池３１）の幅広面同士を複数個積層させた２つの電池群２１Ａ、２１Ｂの側面（角形二次電池３１で言うと正・負極外部端子が配置された面）にバスバーケース２２が配置されており、バスバーケース２２には各電池セルを互いに接続するバスバー２３が配置される。

続いて図４を用いて電池モジュール１１についてさらに詳細に説明する。図４は図３のバスバーケース２２、およびバスバー２３のない斜視図である。電池群２１Ａ、２１Ｂは複数の角形二次電池３１と、角形二次電池３１間に介装された仕切り部材３２からなる。さらにこの電池群２１Ａ、２１Ｂの両端（上下端）には両側から角形二次電池３１を加圧するための第一エンドプレート３３、および第二エンドプレート３４が配置されている。また、この２つの電池群２１Ａ、２１Ｂ間には加圧力を保つためのセンタープレート３５が配置されており、２つの電池群２１Ａ、２１Ｂの２つを挟むように両側面に配置されるサイドプレート３６が配置されている。そして第一エンドプレート３３、第二エンドプレート３４はセンタープレート３５、サイドプレート３６Ａ、３６Ｂのそれぞれと締結ボルト３７により締結されている。

ここで角形二次電池３１の詳細構造について説明する。角形二次電池３１は例えば、リチウムイオン二次電池である。角形二次電池３１の幅方向（左右方向）の一端側付近には正極外部端子３８が、他端側付近には負極外部端子３９が設けられている。正・負極外部端子３８、３９は、それぞれ、発電要素の正・負極の電極に接続されている。正・負極外部端子３８、３９は、角形二次電池３１の平坦な面（蓋側面）から突出している。また、正・負極外部端子３８、３９が配置された面の側面は一対の幅広面と一対の幅狭面とに囲われている。そして正・負極外部端子３８、３９が配置された面と対向して角形二次電池３１の底面が配置されている。このように角形二次電池３１は正・負極外部端子３８、３９が配置された面、一対の幅広面、一対の幅狭面、底面からなる容器によって構成されている。

続いて電池群２１Ａ、２１Ｂについて説明する。電池群２１Ａと電池群２１Ｂは同様の構造であるため、ここでは電池群２１Ｂについて説明する。電池群２１Ｂを構成する角形二次電池３１は、表裏面を対向して、正極外部端子３８、負極外部端子３９が交互に反対側に配置されるように直線状に配列されて積層される。また、上述したように角形二次電池３１の間には仕切り部材３２が配設されている。この仕切り部材３２は、第一エンドプレート３３と角形二次電池３１の間、および第二エンドプレート３４と角形二次電池３１の間にも配設されている。仕切り部材３２は板形状で、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の樹脂により形成される。

このように第一エンドプレート３３、および第二エンドプレート３４は各電池群２１Ａ、２１Ｂの最も外側に位置する仕切り板３２とそれぞれ面接触するように配置され、複数の角形二次電池３１を上下方向に加圧している。

図５は図２に示す電装品が収納されたホルダ部材である。ホルダ４１は、例えば、ＰＢＴ等の樹脂により形成される。また、図１にて説明した、ＨＶ端子６１、６２がホルダ長手方向の両端に設けられている。

図６は図３を反対方向から見た斜視図である。ホルダ４１には電池パック１を制御する基板４２、リレー４３、ヒューズ４４が収納されている。基板４２はネジ固定されたシャント抵抗４５を有す。シャント抵抗４５にはＨＶ端子６１（−）側とバスバーがネジ固定されており、ＨＶ端子６１（−）側と電池群との電圧経路となる。基板４２はホルダの電池モジュールの面よりボルトにより取り付けられている。基板４２は、角形二次電池３１を接続するセル間バスバーに接続され、各角形二次電池３１の電圧を測定、監視しており、電池パック１全体の監視や制御を行うための回路が実装されている。

リレー４３、ヒューズ４４には、ＨＶ端子６２（＋）側とバスバーがネジ固定され、ＨＶ端子６２（＋）側と電池群との電圧経路となる。

続いて本発明の特徴部分について図２に戻って説明する。本発明では従来樹脂部材で形成されていた上カバー３を金属で構成することとした。このような構成にしたうえで、上カバー３と電池モジュール１１との距離を、角形二次電池３１が完全放電状態で電池モジュール１１と上カバーが接触している状態、又は角形二次電池３１が完全放電状態から完全充電状態の間の状態（つまり電池の内部にエネルギーが蓄えられている状態）で電池モジュール１１と上カバーが接触している状態になるようにしている。このような構成にすることによって、第一エンドプレート３３、第二エンドプレート３４だけでは保持力が足りなくなった場合に金属製の上カバー３の剛性を利用して、電池モジュール１１の保持力を確保することが可能となる。 また図２に記載の電池パック１ではホルダ４１側の上カバー３がケース本体２側に突出する構造となっているが、放熱性を多少低下させてもよい場合には上ケース３の電池モジュール１１側をケース本体２側（電池モジュール１１側）に突出させる構造としてもよい。このような構造にすることによって、電池モジュール１１側の剛性をより高めることができるため、図２の構造よりも上カバー３での保持力を上げることができる。

またケース本体２と上カバー３とはねじ止めまたは溶接で固定されていると上ケース３側の剛性が上がり、より上カバー３での保持力を上げることができる。

また図示しないが、上カバー３にリブを設けてもよい。このような構造とすると上カバーの剛性を上げることができ、電池モジュール１１の保持力を上げることができる。

またケース本体２の材質については特に述べなかったが、上カバー３同様金属であることが好ましい。このような構成にすることによって、電池モジュール１１の下側の剛性も上げることができ、より電池モジュール１１の保持力を確保することが可能となる。

以上、簡単に本発明についてまとめる。

本発明に記載の電池パック１は、一対の幅広面、一対の幅狭面、前記一対の幅広面及び幅狭面と繋がる底面、及び前記底面と対向し外部端子を備える上面とを有する電池セル（３１）を、幅広側面同士が対向するように積層させた電池群（２１Ａ、２１Ｂ）と、電池群（２１Ａ、２１Ｂ）の上面及び底面のそれぞれに配置される一対の固縛板（３３、３４）と、電池群（２１Ａ、２１Ｂ）及び固縛板（３３、３４）を収納し、電池群（２１Ａ、２１Ｂ）の上面側固縛板（３３）と対向する開口及び電池群（２１Ａ、２１Ｂ）の底面側固縛板（３４）と対向する底面を有する筐体（２）と、前記開口を封止する蓋（３）と、を備え、蓋（３）は金属からなり、上面固縛板（３３）と接触している、または前記電池セルが膨張した場合に上面固縛板（３３）と接触することを特徴とする。このような構成にすることによって、第一エンドプレート３３、第二エンドプレート３４だけでは保持力が足りなくなった場合に金属製の上カバー３の剛性を利用して、電池モジュール１１の保持力を確保することが可能となる。

また本発明に記載の電池パック（１）は、蓋（３）が、電池群（２１Ａ、２１Ｂ）に対向する位置が電池群側に突出する面を有することを特徴とする。このような構成になっていることによって、上カバー３の剛性が向上して、電池モジュール１１の電池セルが膨張した際に十分は保持力を発生させることができる。

また本発明に記載の電池パック（１）は、筐体（２）と蓋（３）とはねじ止めまたは溶接で固定される。このような構造にすることによって、上ケース３側の剛性が上がり、より上カバー３での保持力を上げることができる。

また本発明に記載の電池パック（１）は、蓋（３）にはリブが設けられる。このような構造とすると上カバーの剛性を上げることができ、電池モジュール１１の保持力を上げることができる。

また本発明に記載の電池パック（１）は、筐体（２）が金属で構成される。このような構成にすることによって、電池モジュール１１の下側の剛性も上げることができ、より電池モジュール１１の保持力を確保することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 電池パック
２ ケース本体
３ 上カバー
４ 信号コネクタ
１１ 電池モジュール
２１ 電池セルが複数個積層された電池群
２２ バスバーケース
２３ バスバー
３１ 角型二次電池
３２ 仕切り部材
３３ 第一エンドプレート
３４ 第二エンドプレート下
３５ センタープレート
３６ サイドプレート
３７ ボルト抗
３８ 正極外部端子
３９ 負極外部端子
２２ ファン
４１ ホルダ
４２ 基板
４３ リレー
４４ ヒューズ
４５ シャント抵抗
６１ ＨＶ端子（−）側
６２ ＨＶ端子（＋）側

Claims (5)

1. 一対の幅広面、一対の幅狭面、前記一対の幅広面及び幅狭面と繋がる底面、及び前記底面と対向し外部端子を備える上面とを有する電池セルを、前記幅広面同士が対向するように積層させた電池群と、
   前記電池群の上面及び底面のそれぞれに配置される一対の固縛板と、
   前記電池群を挟むように該電池群の両側に配置される一対の側板と、
   前記電池群、前記固縛板、及び前記側板を収納し、前記電池群の上面側固縛板と対向する開口及び前記電池群の底面側固縛板と対向する底面を有する筐体と、
   前記開口を封止する蓋と、を備えた電池パックにおいて、
   前記上面側固縛板及び前記底面側固縛板は、前記側板と締結されることで、前記電池群を前記上面及び前記底面から加圧して保持し、
   前記蓋は金属からなり、前記開口を封止した際、前記上面側固縛板と接触している、または前記電池セルが膨張した場合に前記上面側固縛板と接触することで、前記上面側固縛板と共に前記電池群を保持することを特徴とする電池パック。
2. 請求項１に記載の電池パックにおいて、前記蓋は、前記電池群に対向する位置が前記電池群側に突出する面を有することを特徴とする電池パック。
3. 請求項１または２に記載の電池パックにおいて、前記筐体と前記蓋とはねじ止めまたは溶接で固定されることを特徴とする電池パック。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の電池パックにおいて、前記蓋にはリブが設けられることを特徴とする電池パック。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の電池パックにおいて、前記筐体は金属で構成されることを特徴とする電池パック。

Images