JP6874466B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、電池パックに関する。

従来、扁平な単電池を積層した電池モジュールを複数有する電池パックが、電気自動車等の電源として用いられている。電池パックに含まれる電池モジュールの配置は様々であり、例えば特許文献１の電池パックでは、単電池の積層数の違いに起因して高さの異なる電池モジュール同士が、隣り合うように並べられて配置されている。

高さの異なる電池モジュール同士が隣り合うように並べられていると、例えば電池パックに大きな衝撃等が加わった際、相対的に高い高層電池モジュールが、相対的に低い低層電池モジュール側へ倒れ込むような相対移動が生じることが考えられる。

このような倒れ込みを抑制するためには、高層電池モジュールと低層電池モジュールとの高さの違いから生じる段差部に、これに沿うようにＬ字状のブラケットを締結してそれらを連結すればよい。

このとき、段差部での電池モジュール同士の高さの違いには、各単電池の製造誤差や、単電池同士の積層にともなう組み付け誤差等に起因してバラつきがあるため、そのバラつきに合わせてブラケットを変形させる必要がある。

特許第５２６６７４８号公報

しかしながら、段差部だけの限られたスペースで締結されるように構成されるＬ字状のブラケットでは、Ｌ字形状に沿った方向の長さ寸法はその段差部に収まるよう設計され、あまり長くはないため、大きく変形させることが難しい。従って、高層電池モジュールと低層電池モジュールとの高さの違いのバラつきに対応してそれらを連結するには限界がある。

そこで、本発明は、高層電池モジュールと低層電池モジュールとの高さの違いのバラつきに対応してそれらを連結しつつ、高層電池モジュールの倒れ込みを防止できる電池パックを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための電池パックは、隣り合って配置された高さの異なる高層電池モジュールおよび低層電池モジュールを有し、また、高層電池モジュールと低層電池モジュールとを連結する連結ブラケットを有する。ここで、連結ブラケットは、高層電池モジュールに対し、高さ方向上面側の一の連結箇所で固定されているとともに、低層電池モジュールに対し、低層電池モジュールと高層電池モジュールとの隣接部から離間した他の連結箇所で固定されている。

上記構成を有する電池パックによれば、高層電池モジュールと低層電池モジュールとの高さの違いのバラつきに対応してそれらを連結しつつ、高層電池モジュールの倒れ込みを防止できる。

第１実施形態の電池パックの斜視図である。 第１実施形態の電池パックの一部を分解して示す斜視図である。 図１の３−３線に沿う断面を模式的に示す図である。 第２実施形態の電池パックの斜視図である。 図４の５−５線に沿う断面を模式的に示す図である。 第３実施形態の電池パックの斜視図である。 第３実施形態の電池パックの一部を拡大して示す斜視図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、第１実施形態の電池パック１００は、パックケース１１０、高層電池モジュール１２０、低層電池モジュール１３０、連結ブラケット１４０、１５０（一対の連結ブラケット）、および補強ブラケット１６０を有する。

パックケース１１０は、高層電池モジュール１２０および低層電池モジュール１３０を配列した状態で収納している。パックケース１１０は、箱形状のロアケース１１１と、ロアケース１１１に被せられるアッパーケース１１２とを有する。ロアケース１１１にアッパーケース１１２が被せられ、例えばそれらの周縁がボルト締結されることによって、パックケース１１０は閉じられる。

本実施形態では、ロアケース１１１の底面が長方形の形状を有しており、その２つ短辺に設けられた側壁のそれぞれに沿って、高層電池モジュール１２０が４つずつ配列されている。また、一方の側壁に沿って一列に並んだ４つの高層電池モジュール１２０に隣り合って、４つの低層電池モジュール１３０が一列に並んでいるとともに、他方の側壁に沿って一列に並んだ４つの高層電池モジュール１２０に隣り合って、４つの低層電池モジュール１３０が一列に並んでいる。

高層電池モジュール１２０および低層電池モジュール１３０が配列されて構成された電池モジュール郡１７０の中央には、高層電池モジュール１２０と低層電池モジュール１３０との高低差に起因して凹状のスペースが形成されている。そのスペースに例えば充放電等を制御するコントローラ等の装置を配置すれば、スペースを有効利用できる。電池モジュール郡１７０を構成している各電池モジュール同士の電気的接続関係は、特に限定されない。

図２に示すように、高層電池モジュール１２０は、矩形形状を有する扁平な単電池１８０が複数積層された構成を有する。積層された複数の単電池１８０は、それらの積層方向で例えば加圧プレートによって加圧して保持されている。また、複数の単電池１８０同士は、電気的に接続されている。複数の単電池１８０の積層方向は、高層電池モジュール１２０および低層電池モジュール１３０の高さ方向Ｄ１と同じ方向である。単電池１８０は、例えばリチウムイオン二次電池である。

低層電池モジュール１３０も、積層された複数の単電池１８０を有しているが、単電池１８０の積層数が高層電池モジュール１２０よりも少ない点で異なる。高層電池モジュール１２０と低層電池モジュール１３０とは、例えば単電池１８０の積層数の相違に起因して、異なる高さを有している。高さが異なるということ以外の他の構成については、低層電池モジュール１３０は、高層電池モジュール１２０と実質的に同じである。

高層電池モジュール１２０および低層電池モジュール１３０のそれぞれにおいて、単電池１８０同士の電気的接続関係が直列であるか並列であるかは特に限定されず、また、単電池１８０の積層数も特に限定されない。

高層電池モジュール１２０は、高さ方向Ｄ１に伸びた締結ボルト１２１によって、ロアケース１１１に固定されている。低層電池モジュール１３０は、高さ方向Ｄ１に伸びた締結ボルト１３１によって、ロアケース１１１に固定されている。本実施形態では、締結ボルト１２１、１３１とは別の締結ボルト１４１、１４２、１５１、１５２によって、連結ブラケット１４０、１５０は固定される。

連結ブラケット１４０および連結ブラケット１５０は、高層電池モジュール１２０と低層電池モジュール１３０とが隣り合う方向Ｄ２に対して直交する方向Ｄ３に離間して配置されている。方向Ｄ３は、高さ方向Ｄ１に対しても直角である。

連結ブラケット１４０は、方向Ｄ３における電池モジュール郡１７０の一方の縁で、高層電池モジュール１２０と低層電池モジュール１３０とを連結する。

連結ブラケット１５０は、方向Ｄ３における電池モジュール郡１７０の他方の縁で、高層電池モジュール１２０と低層電池モジュール１３０とを連結する。

連結ブラケット１４０および連結ブラケット１５０のそれぞれの構成材は、例えば金属の板材であるが、これに限定されず樹脂であってもよく、剛性と柔軟性とを兼ね備えている。連結ブラケット１４０および連結ブラケット１５０は、互いに鏡面対称に形作られている点で異なるが、同じ機能を有する。

補強ブラケット１６０は、互いに対向する平面状の側壁部１６１、１６２、ならびに、それらの間に設けられた底面部１６３および背面部１６４を有する。補強ブラケット１６０の構成材は、例えば金属の板材であるが、これに限定されず樹脂であってもよく、剛性と柔軟性とを兼ね備えている。補強ブラケット１６０の剛性は、好ましくは、連結ブラケット１４０、１５０の剛性よりも大きい。

補強ブラケット１６０は、連結ブラケット１４０と連結ブラケット１５０との間に渡されてそれらに固定される。補強ブラケット１６０は、その一端である側壁部１６１で連結ブラケット１４０に固定され、他端である側壁部１６２で連結ブラケット１５０に固定される。

側壁部１６１と連結ブラケット１４０とは、互いに面接触した状態で、それらの面に垂直な方向からボルトおよびナットで挟み込んで締結することによって固定される。また、側壁部１６２と連結ブラケット１５０も、それと同様にして固定される。

底面部１６３と背面部１６４とは、一体になっており、側壁部１６１、１６２に平行な断面でＬ字形状を形作る。補強ブラケット１６０は、高層電池モジュール１２０と低層電池モジュール１３０との段差部１７１に対し、そこに底面部１６３および背面部１６４が沿うようにして配置される。

底面部１６３は、低層電池モジュール１３０に対しボルト締結によって固定される。このとき、背面部１６４と高層電池モジュール１２０の側面との間には隙間があってもよいし、それらが接していてもよい。

図３に示すように、連結ブラケット１４０は、高層電池モジュール１２０および低層電池モジュール１３０のそれぞれに対して固定され、それらを連結する。もう一方の連結ブラケット１５０の固定は、連結ブラケット１４０と実質的に同様であるので、ここでは連結ブラケット１４０の固定について述べ、連結ブラケット１５０についての同様の説明を省略する。

連結ブラケット１４０は、高層電池モジュール１２０に対し、高さ方向Ｄ１における上面側の連結箇所１２２（一の連結箇所）で、締結ボルト１４１によって固定される。

また、連結ブラケット１４０は、低層電池モジュール１３０に対し、高層電池モジュール１２０と低層電池モジュール１３０との隣接部１７２から離間した連結箇所１３２（他の連結箇所）で、締結ボルト１４２によって固定される。

連結ブラケット１４０は、高層電池モジュール１２０の上面側から低層電池モジュール１３０の上面側にかけて、一定の傾きで傾斜した傾斜部１４３を有する。傾斜部１４３は、低層電池モジュール１３０側の一端で、低層電池モジュール１３０との間に隙間αを空けている。傾斜部１４３は、高層電池モジュール１２０にもたれかかるように傾いており、高層電池モジュール１２０が低層電池モジュール１３０の側に倒れ込むように相対移動しようとすると、それら間でつかえるため、高層電池モジュール１２０の倒れ込みを効果的に防止できる。

連結箇所１２２において、締結ボルト１４１は、高層電池モジュール１２０の上面から高さ方向Ｄ１に伸びてその上面近傍の範囲内で締結されている。また、連結箇所１３２において、締結ボルト１４２は、低層電池モジュール１３０の上面から高さ方向Ｄ１に伸びてその上面近傍の範囲内で締結されている。

一方、締結ボルト１２１は、高層電池モジュール１２０を上面から下面まで高さ方向Ｄ１で貫通するように挿通されており、また、締結ボルト１３１は、低層電池モジュール１３０を上面から下面まで高さ方向Ｄ１で貫通するように挿通されている。

締結ボルト１２１は、ロアケース１１１に固定されているベース１１３のネジ穴に締結されることによって、高層電池モジュール１２０を固定する。また、締結ボルト１３１もベース１１３のネジ穴に締結されることによって、低層電池モジュール１３０を固定する。

本実施形態では、高層電池モジュール１２０と低層電池モジュール１３０とは隙間を空けて配置されており、隣接部１７２はそれらの間の空間部分であるが、本発明はこれと異なる形態も含む。例えば、本実施形態と異なり、隣り合う高層電池モジュール１２０と低層電池モジュール１３０とが接した状態で配列されている形態では、それらの接している境界部分が隣接部となる。

本実施形態では、隣接部１７２に近接した位置に連結箇所１２２があり、隣接部１７２から離間した位置に連結箇所１３２があるが、連結箇所１２２の位置については、これに限定されない。連結箇所１２２の位置は、高層電池モジュール１２０の上面であれば、隣接部１７２から離間していてもよい。

隣接部１７２と連結箇所１３２との離間距離Ｌ_１は特に限定されないが、好ましくは、方向Ｄ２における低層電池モジュール１３０の幅Ｌ_２の半分以上である（Ｌ_１≧Ｌ_２／２）。また、方向Ｄ２において、隣接部１７２と連結箇所１３２との離間距離Ｌ_１は、連結箇所１３２と低層電池モジュール１３０の端部との離間距離Ｌ_３よりも大きい（Ｌ_１＞Ｌ_３）。これらの構成によって、連結ブラケット１４０（１５０）を特に効果的に長くすることができる。

次に、本実施形態の作用効果を述べる。

図３で示したように、高層電池モジュール１２０および低層電池モジュール１３０は、それらの高さの違いΔｈから段差部１７１を生じさせる。高さの違いΔｈは、高層電池モジュール１２０および低層電池モジュール１３０のそれぞれに含まれる単電池１８０の厚み方向の製造誤差や、単電池１８０同士の積層にともなう組み付け誤差等に起因してバラつきがある。

このため、段差部１７１に本実施形態と異なる一般的なＬ字状のブラケットを締結して高層電池モジュール１２０の倒れ込みを防止しようとすると、Ｌ字状のブラケットをそのバラつきに合わせて変形させなければならない。しかしながら、段差部１７１に収まるように設計されたＬ字状のブラケットは、あまり長くはないため、大きく変形させることが難しく、連結に支障をきたす虞がある。

これに対し、本実施形態では、連結箇所１３２が隣接部１７２から離間した位置にあるため、連結ブラケット１４０（１５０）は、そこに固定されるように長く設計されており、その分、大きく変形させることが可能になる。従って、本実施形態によれば、高層電池モジュール１２０と低層電池モジュール１３０との高さの違いΔｈのバラつきに対応してそれらを連結しつつ、高層電池モジュール１２０の倒れ込みを防止できる。

なお、連結箇所１２２を隣接部１７２から離間した位置に設けることによって、連結ブラケット１４０（１５０）を長く設計することも可能である。しかしながら、その場合、例えば、高層電池モジュール１２０の上面から浮くように変形した連結ブラケット１４０（１５０）とアッパーケース１１２とが干渉してしまう等、収納空間への収まりに影響を及ぼすことがあり得る。

一方、本実施形態では、低層電池モジュール１３０における連結箇所１３２を隣接部１７２から離間した位置に設けて連結ブラケット１４０（１５０）を長くしており、連結ブラケット１４０（１５０）の上方には、高さの違いΔｈの範囲でスペースがある。このため、連結ブラケット１４０（１５０）は、変形しても例えばアッパーケース１１２と干渉し難く、収納空間への収まりが良い。

また、連結ブラケット１４０（１５０）は、傾斜部１４３を有しており、これによって、低層電池モジュール１３０側に倒れ込むように相対移動しようとする高層電池モジュール１２０を、それら間でつかえるようにして支持するため、高層電池モジュール１２０の倒れ込みを効果的に防止できる。

電池パック１００に例えば衝撃が加わり、高層電池モジュール１２０が低層電池モジュール１３０の側に倒れ込むような相対移動が生じると、連結ブラケット１４０（１５０）に、それらを折り曲げるような力が作用する。特に、連結ブラケット１４０（１５０）には、傾斜部１４３の端に角度をもって曲がった折れ曲り部１４４があり、力が作用した際、そこが他の箇所に比べて屈曲の起点になり易い。

しかし、本実施形態では、段差部１７１に沿わすように配置された補強ブラケット１６０が、連結ブラケット１４０、１５０に固定されており、これによって、折り曲げるような力に対する連結ブラケット１４０、１５０の剛性が増している。このため、連結ブラケット１４０、１５０の屈曲を防止して倒れ込みをより効果的に防止できる。

＜第２実施形態＞
図４を参照して概説すると、第２実施形態の電池パック２００では、連結ブラケット２４０、２５０の固定が第１実施形態とは異なる。それ以外の他の構成については、本実施形態は第１実施形態と略同様であるため、図中で第１実施形態と同様の符号を付し、ここでの重複する説明を省略する。

また、連結ブラケット２４０と連結ブラケット２５０とは、互いに鏡面対称に形作られている点で異なるだけであり、同じ機能を有するため、ここでは連結ブラケット２４０について説明し、内容が重複する連結ブラケット２５０についての説明は省略する。

第１実施形態では、高層電池モジュール１２０および低層電池モジュール１３０のそれぞれを固定する締結ボルト１２１、１３１とは別途に、連結ブラケット１４０を固定するための締結ボルト１４１、１４２が用いられていた。

これに対し、本実施形態では、連結ブラケット２４０が締結ボルト１２１、１３１によって固定され、第１実施形態の締結ボルト１４１、１４２は省略される。

より具体的に図５に示すように、連結ブラケット２４０は、高層電池モジュール１２０側の連結箇所１２２で締結ボルト１２１によって固定され、低層電池モジュール１３０側の連結箇所２３２で締結ボルト１３１によって固定される。

連結箇所２３２は、第１実施形態の連結箇所１３２に比べ、隣接部１７２からさらに離間した位置にある。また、連結ブラケット２４０は、連結箇所２３２に届くように、第１実施形態の連結ブラケット１４０よりも長く作られているが、第１実施形態の傾斜部１４３および折れ曲り部１４４と同様、傾斜部２４３および折れ曲り部２４４を有している。

本実施形態では、連結ブラケット２４０（２５０）が、締結ボルト１２１、１３１によって共締めされ、別途の締結ボルト１４１、１４２（１５１、１５２）が不要になるため、第１実施形態の効果に加え、部品点数を削減できるという効果が得られる。

＜第３実施形態＞
図６を参照して概説すると、第３実施形態の電池パック３００では、連結ブラケット３４０、３５０、および補強ブラケット３６０の形状が第２実施形態と異なる。それ以外の他の構成については、本実施形態は第２実施形態と略同様であるため、図中でそれらと同様の符号を付し、ここでの重複する説明を省略する。

また、連結ブラケット３４０と連結ブラケット３５０とは、互いに鏡面対称に形作られている点で異なるだけであり、同じ機能を有するため、ここでは連結ブラケット３４０について説明し、内容が重複する連結ブラケット３５０についての説明は省略する。

図７に示すように、本実施形態の連結ブラケット３４０は、傾斜部として湾曲部３４３を有する点で、第２実施形態の連結ブラケット２４０と異なる。

第２実施形態の連結ブラケット２４０では、傾斜部２４３が一定の傾きを有し、その端の折れ曲り部２４４で角度を持って曲がっているのに対し、本実施形態の傾斜部である湾曲部３４３では、傾きが連続的に変化する。

湾曲部３４３は、高さ方向Ｄ１における高層電池モジュール１２０の上面側から低層電池モジュール１３０の上面側にかけて湾曲している。また、湾曲部３４３は、高層電池モジュール１２０と低層電池モジュール１３０との段差部１７１の側、図７では補強ブラケット３６０が配置されている側に凸となっている。

補強ブラケット３６０は、連結ブラケット３４０、３５０の形状に合わせて固定されるように、第２実施形態で用いられている補強ブラケット１６０よりも幅の狭い底面部３６３および背面部３６４を有する。しかし、その実質的な機能は補強ブラケット１６０と同じであり、連結ブラケット３４０、３５０の剛性を高める。

本実施形態では、連結ブラケット３４０（３５０）が、湾曲部３４３（３５３）を有しており、第２実施形態の連結ブラケット２４０の折れ曲り部２４４のような屈曲の起点となり易い箇所が生じ難い。このため、本実施形態によれば、第２実施形態の効果が奏されるとともに、高層電池モジュール１２０の倒れ込みをさらに効果的に防止できる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変できる。

例えば、連結ブラケットの形状は、上記実施形態に限定されず、例えば、高層電池モジュールと低層電池モジュールとの段差部において略直角に曲がったＬ字形状であってもよい。そのような形状であっても、隣接部から連結箇所を離間した位置に設けることで連結ブラケットの長さを長くすることができる。

また、連結ブラケットの数も限定されない。例えば、上記実施形態では、方向Ｄ３において、２つの連結ブラケットが設けられているが、１つであってもよく、３つ以上であってもよい。

また、連結ブラケットの設けられる位置も、上記実施形態のように電池モジュール郡１７０の方向Ｄ３に離間した両縁に限定されず、例えば、それら両縁の間に連結ブラケットを設けるようにしてもよい。

１００、２００、３００ 電池パック、
１１０ パックケース、
１１１ ロアケース、
１１２ アッパーケース、
１２０ 高層電池モジュール、
１２１ 高層電池モジュールを固定する締結ボルト、
１２２ 連結箇所（一の連結箇所）、
１３０ 低層電池モジュール、
１３１ 低層電池モジュールを固定する締結ボルト、
１３２、２３２ 連結箇所（他の連結箇所）、
１４０、１５０、２４０、２５０、３４０、３５０ 連結ブラケット、
１４１、１４２、１５１、１５２ 締結ボルト、
１４３、２４３ 傾斜部、
１４４、２４４ 折れ曲り部、
１６０、３６０ 補強ブラケット、
１６１、１６２ 側壁部、
１６３、３６３ 底面部、
１６４、３６４ 背面部、
１７０ 電池モジュール郡、
１７１ 段差部、
１７２ 高層電池モジュールと低層電池モジュールとの隣接部、
１８０ 単電池、
３４３、３５３ 湾曲部（傾斜部）、
Ｄ１ 高さ方向、
Ｄ２ 高層電池モジュールと低層電池モジュールとが隣り合う方向、
Ｄ３ 高層電池モジュールと低層電池モジュールとが隣り合う方向に対し直交する方向、
Δｈ 高層電池モジュールと低層電池モジュールとの高さの違い、
α 隙間。

Claims (5)

1. 高さの異なる高層電池モジュールおよび低層電池モジュールが隣り合って配置された電池パックであって、
   別々に設けられた前記高層電池モジュールと前記低層電池モジュールとを連結する連結ブラケットを有し、
   当該連結ブラケットは、
   前記高層電池モジュールに対し、高さ方向上面側の一の連結箇所で固定されているとともに、
   前記低層電池モジュールに対し、当該低層電池モジュールと前記高層電池モジュールとの隣接部から離間した他の連結箇所で固定されており、
   前記高層電池モジュールと前記低層電池モジュールとが隣り合う方向において、前記隣接部と前記他の連結箇所との離間距離は、当該他の連結箇所と前記低層電池モジュールの端部との離間距離よりも大きい、電池パック。
2. 前記連結ブラケットは、前記高層電池モジュールの高さ方向上面側から前記低層電池モジュールの高さ方向上面側にかけて傾きを有する傾斜部を有し、
   当該傾斜部は、一定の傾きで傾斜し前記低層電池モジュール側の一端で当該低層電池モジュールとの間に隙間を空けている、または、前記高層電池モジュールと前記低層電池モジュールとの段差部の側に凸となるように湾曲して傾きが連続的に変化している、請求項１に記載の電池パック。
3. 前記高層電池モジュールと前記低層電池モジュールとが隣り合う方向と直交する方向に離間して、一対の前記連結ブラケットを有するとともに、
   前記高層電池モジュールと前記低層電池モジュールとの段差部に沿わすように配置される補強ブラケットを有し、
   当該補強ブラケットは、前記一対の連結ブラケットの間に渡されてそれらに固定されている、請求項１または請求項２に記載の電池パック。
4. 前記一の連結箇所で高さ方向に伸びて前記高層電池モジュールを固定する一の締結ボルト、および、前記他の連結箇所で高さ方向に伸びて前記低層電池モジュールを固定する他の締結ボルトのうちの少なくとも一方によって、前記連結ブラケットが共締めされて固定されている、請求項１〜請求項３のうちのいずれか１つに記載の電池パック。
5. 前記連結ブラケットは、前記高層電池モジュールの高さ方向上面側から前記低層電池モジュールの高さ方向上面側にかけて、前記高層電池モジュールと前記低層電池モジュールとの段差部の側に凸となるように湾曲して傾きが連続的に変化する湾曲部を有する、請求項１〜請求項４のうちのいずれか１つに記載の電池パック。

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