JP6973180B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本開示は、電池パックに関する。

従来の電池パックに関して、たとえば、特開２０１４−１１７０６８号公報（特許文献１）には、第１電池モジュールおよび第２電池モジュールからなる組電池が開示されている。

各電池モジュールは、正極および負極が互い違いになるように配置された複数の電池セルを有する。バスバーが、互いに隣り合う電池セルのうちの一方の電池セルの正極と、他方の電池セルの負極とに架け渡すように設けられている。第１電池モジュールにおいて電池セルの負極に接続されたバスバーと、第２電池モジュールにおいて電池セルの正極に接続されたバスバーとが、電気配線を介して接続されている。

特開２０１４−１１７０６８号公報

上述の特許文献１に開示されるように、２つの電池モジュール（電池スタック）間が、電気配線を介して接続された組電池（電池パック）が知られている。このような電池パックにおいては、外部から電池パックに対して振動または衝撃が入力された場合に、電気配線を介して電池セル（単電池）の端子に過大な応力が負荷する可能性がある。

そこで本開示の目的は、上記の課題を解決することであり、外部から振動または衝撃が入力された場合に、電池スタック間の電気的な接続部位に過大な応力が負荷することを抑制する電池パックを提供することである。

本開示に従った電池パックは、第１電池スタックおよび第２電池スタックと、第１電池スタックおよび第２電池スタックを収容するケース体とを備える。第１電池スタックおよび第２電池スタックの各々は、一方向に積層され、互いに電気的に接続される複数の単電池と、複数の単電池の両側に配置され、複数の単電池をその積層方向において挟持する一対のエンドプレートと、単電池と電気的に接続される第１バスバーとを有する。第１バスバーの少なくとも一部が、エンドプレートに内蔵されている。ケース体は、第１電池スタックおよび第２電池スタックを収容する内部空間を区画形成する内壁を有する。電池パックは、内壁に設けられ、第１電池スタックおよび第２電池スタック間において、第１バスバー同士を電気的に接続する第２バスバーをさらに備える。

このように構成された電池パックによれば、第１電池スタックおよび第２電池スタックを電気的に接続する第１バスバーおよび第２バスバーが、エンドプレートおよびケース体と一体に設けられている。このため、外部から電池パックに対して振動または衝撃が入力される場合があっても、第１バスバーおよび第２バスバーだけに振動または衝撃が加わることが起こり難くなる。これにより、電池スタック間の電気的な接続部位に過大な応力が負荷することを抑制できる。

以上に説明したように、本開示に従えば、外部から振動または衝撃が入力された場合に、電池スタック間の電気的な接続部位に過大な応力が負荷することを抑制する電池パックを提供することができる。

実施の形態１における電池パックを示す斜視図である。 図１中の電池パックを示す上面図である。 図１中の電池パックを示す分解組み立て図である。 図２中のＩＶ−ＩＶ線上の矢視方向から見た電池パックを示す断面図である。 実施の形態２における電池パックを示す斜視図である。 図５中の電池パックを示す上面図である。 図５中の電池パックを示す分解組み立て図である。 図６中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線上の矢視方向から見た電池パックを示す断面図である。 図６中のＩＸ−ＩＸ線上の矢視方向から見た電池パックを示す断面図である。

本開示の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における電池パックを示す斜視図である。図２は、図１中の電池パックを示す上面図である。

図１および図２を参照して、電池パック１０は、車両駆動用であり、たとえば、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能なバッテリから電力供給されるモータとを動力源とするハイブリッド自動車、外部充電が可能なプラグインハイブリッド自動車、または、電気自動車などに搭載される。

まず、電池パック１０の全体構造について説明する。電池パック１０は、第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂと、ケース体３１と、固定ブラケット５１とを有する。

第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂの各々は、複数の単電池２１と、一対のエンドプレート２２と、拘束バンド２８と、複数のセル間バスバー２５とを有する。

単電池２１は、リチウムイオン電池である。複数の単電池２１は、一方向（図中の矢印１０１に示す方向であり、以下、「単電池２１の積層方向」ともいう）に積層されている。単電池２１は、直方体形状の薄板形状を有する。複数の単電池２１は、単電池２１の外観をなす複数の側面のうちで最も大きい面積を有する側面同士が向かい合わせとなるように積層されている。複数の単電池２１は、その積層方向が各単電池２１の厚み方向と平行となるように積層されている。

単電池２１は、正極端子２４ｐと、負極端子２４ｎとを有する。正極端子２４ｐおよび負極端子２４ｎは、単電池２１の上面側に突出している。複数の単電池２１は、その積層方向に隣り合う単電池２１間において、正極端子２４ｐと負極端子２４ｎとが並ぶように積層されている。セル間バスバー２５は、積層方向に隣り合う単電池２１間において、正極端子２４ｐと負極端子２４ｎとを接続するように設けられている。複数の単電池２１は、互いに電気的に直列に接続されている。

一対のエンドプレート２２は、複数の単電池２１の両側に配置されている。複数の単電池２１は、その積層方向において、一対のエンドプレート２２により挟持されている。エンドプレート２２は、単電池２１の積層方向が厚み方向となる平板からなる。エンドプレート２２は、単電池２１の積層方向から見た場合に矩形形状を有する。エンドプレート２２は、樹脂から形成されている。

第１電池スタック１２Ａは、一対のエンドプレート２２として、一対のエンドプレート２２Ａを有する。第２電池スタック１２Ｂは、一対のエンドプレート２２として、一対のエンドプレート２２Ｂを有する。

拘束バンド２８は、一対のエンドプレート２２間を連結している。拘束バンド２８は、単電池２１の積層方向に沿って直線状に延び、その両端において一対のエンドプレート２２に接続されている。

第１電池スタック１２Ａは、全体として、直方体形状を有する。第１電池スタック１２Ａは、その上面視において、単電池２１の積層方向が長手方向となり、単電池２１の積層方向に直交する方向（矢印１０２に示す方向）が短手方向となる矩形形状を有する。第２電池スタック１２Ｂは、第１電池スタック１２Ａと同様の直方体形状を有する。

ケース体３１は、筐体からなる（図１中では、図示の便宜上、ケース体３１の底部のみが示されている）。第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂは、ケース体３１に収容されている。

ケース体３１は、底壁３２を有する。底壁３２は、第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂを収容する内部空間を区画形成している。第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂは、底壁３２上に載置されている。

第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂは、底壁３２上において、互いに隣り合って配置されている。第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂは、水平方向に並んでいる。第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂは、第１電池スタック１２Ａにおける単電池２１の積層方向と、第２電池スタック１２Ｂにおける単電池２１の積層方向とが、互いに平行となるように配置されている。単電池２１の積層方向における両端において、第１電池スタック１２Ａにおけるエンドプレート２２Ａと、第２電池スタック１２Ｂにおけるエンドプレート２２Ｂとが、互いに間隔を設けて並んでいる。

固定ブラケット５１は、第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂをケース体３１に固定している。

固定ブラケット５１は、Ｌ字状の板材からなる。固定ブラケット５１は、単電池２１の積層方向における両端において、エンドプレート２２と底壁３２との隅部に宛がわれている。固定ブラケット５１は、ボルト等の締結部材によって、ケース体３１の底壁３２に締結されている。

第１電池スタック１２Ａと、第２電池スタック１２Ｂとは、互いに電気的に接続されている。続いて、第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂ間の電気的な接続構造について説明する。

図３は、図１中の電池パックを示す分解組み立て図である。図４は、図２中のＩＶ−ＩＶ線上の矢視方向から見た電池パックを示す断面図である。

図１から図４を参照して、第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂの各々は、第１バスバー６１をさらに有する。

第１バスバー６１の少なくとも一部は、エンドプレート２２に内蔵されている。第１バスバー６１の少なくとも一部は、エンドプレート２２に埋設されている。第１バスバー６１は、エンドプレート２２にインサート成型されている。第１バスバー６１は、エンドプレート２２と一体に設けられている。

エンドプレート２２は、上面２２ｒと、下面２２ｓとを有する。下面２２ｓは、上下方向において底壁３２と対向している。上面２２ｒは、下面２２ｓの裏側に配置されている。

第１バスバー６１は、その構成部位として、第１接続部６２と、第２接続部６３とを有する。第１バスバー６１は、第１接続部６２および第２接続部６３の間において板状に延びている。第１接続部６２は、エンドプレート２２の外部に露出している。第１接続部６２は、エンドプレート２２の上面２２ｒ上に配置されている。第１バスバー６１は、第１接続部６２からエンドプレート２２の内部を通って第２接続部６３まで延びている。第２接続部６３は、エンドプレート２２に内蔵されている。第２接続部６３は、エンドプレート２２の下面２２ｓの直上に配置されている。

エンドプレート２２には、バスバー挿入部２７が設けられている。バスバー挿入部２７は、エンドプレート２２の下面２２ｓに開口する開口部からなる。第１バスバー６１の第２接続部６３は、バスバー挿入部２７に配置されている。

第１バスバー６１は、第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂの各電池スタックの単電池２１と電気的に接続されている。

第１電池スタック１２Ａは、第１バスバー６１として、第１バスバー６１Ａを有する。第１バスバー６１Ａ（より具体的には、第１バスバー６１Ａの第１接続部６２）は、セル間バスバー２５を介して、第１電池スタック１２Ａにおける単電池２１の正極端子２４ｐと接続されている。第２電池スタック１２Ｂは、第１バスバー６１として、第１バスバー６１Ｂを有する。第１バスバー６１Ｂ（より具体的には、第１バスバー６１Ｂの第１接続部６２）は、セル間バスバー２５を介して、第２電池スタック１２Ｂにおける単電池２１の負極端子２４ｎと接続されている。

電池パック１０は、第２バスバー４１をさらに有する。第２バスバー４１は、底壁３２に設けられている。第２バスバー４１は、底壁３２に固定されている。第２バスバー４１は、底壁３２と一体に設けられている。

第２バスバー４１は、第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂ間において、第１バスバー６１同士を電気的に接続している。第２バスバー４１は、第１電池スタック１２Ａの第１バスバー６１Ａと、第２電池スタック１２Ｂの第１バスバー６１Ｂとを電気的に接続している。

第２バスバー４１は、その構成部位として、基部４２と、第１接続部４３および第２接続部４４とを有する。基部４２は、底壁３２に沿って直線状に延びている。基部４２は、第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂの並び方向に延びている。第１接続部４３および第２接続部４４は、基部４２の両端から立ち上がるように設けられている。

第１接続部４３は、底壁３２から第１電池スタック１２Ａのエンドプレート２２Ａに向けて延び、その先端にてバスバー挿入部２７に挿入されている。第１接続部４３は、バスバー挿入部２７の内部において、第１バスバー６１Ａの第２接続部６３と接続されている。第２接続部４４は、底壁３２から第２電池スタック１２Ｂのエンドプレート２２Ｂに向けて延び、その先端にてバスバー挿入部２７に挿入されている。第２接続部４４は、バスバー挿入部２７の内部において、第１バスバー６１Ｂの第２接続部６３と接続されている。

第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂは、第１バスバー６１および第２バスバー４１により互いに電気的に直列に接続されている。

このような構成によれば、外部から電池パック１０に対して振動または衝撃が入力される場合に、第１バスバー６１および第２バスバー４１がこれら単独で振動することを防止できる。これにより、第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂ間の電気的な接続部位となる単電池２１の正極端子２４ｐおよび負極端子２４ｎに過度な応力が負荷することを抑制して、単電池２１の端子構造を簡略化することができる。

また、図３中に示されるように、電池パック１０の組み立て工程時、予め、第２バスバー４１をケース体３１に組み付けておく。次に、第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂをケース体３１の底壁３２上に載置しつつ、第２バスバー４１の第１接続部４３および第２接続部４４を、エンドプレート２２Ａおよびエンドプレート２２Ｂのバスバー挿入部２７に挿入する。

このような工程によれば、ケース体３１に対する第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂの組み付けとともに、第１バスバー６１および第２バスバー４１の接続が完了するため、電池パック１０の組み立て工程を簡略化することができる。

以上に説明した、実施の形態１における電池パック１０の構造についてまとめて説明すると、本実施の形態における電池パック１０は、第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂと、第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂを収容するケース体３１とを備える。第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂの各々は、一方向に積層され、互いに電気的に接続される複数の単電池２１と、複数の単電池２１の両側に配置され、複数の単電池２１をその積層方向において挟持する一対のエンドプレート２２と、単電池２１と電気的に接続される第１バスバー６１とを有する。第１バスバー６１の少なくとも一部が、エンドプレート２２に内蔵されている。ケース体３１は、第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂを収容する内部空間を区画形成する内壁としての底壁３２を有する。電池パック１０は、底壁３２に設けられ、第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂ間において、第１バスバー６１同士を電気的に接続する第２バスバー４１をさらに備える。

このように構成された、実施の形態１における電池パック１０によれば、外部から振動または衝撃が入力された場合に、第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂ間の電気的な接続部位に過大な応力が負荷することを抑制できる。

（実施の形態２）
図５は、実施の形態２における電池パックを示す斜視図である。図６は、図５中の電池パックを示す上面図である。図７は、図５中の電池パックを示す分解組み立て図である。図８は、図６中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線上の矢視方向から見た電池パックを示す断面図である。図９は、図６中のＩＸ−ＩＸ線上の矢視方向から見た電池パックを示す断面図である。

本実施の形態における電池パックは、実施の形態１における電池パック１０と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については、その説明を繰り返さない。

図５から図９を参照して、本実施の形態における電池パック１１０は、第１電池スタック１１２Ａおよび第２電池スタック１１２Ｂと、ケース体１３１と、固定ブラケット１５１とを有する。

第１電池スタック１１２Ａおよび第２電池スタック１１２Ｂは、それぞれ、実施の形態１における第１電池スタック１２Ａおよび第２電池スタック１２Ｂに対応している。第１電池スタック１１２Ａおよび第２電池スタック１１２Ｂの各々は、複数の単電池２１と、一対のエンドプレート１２２と、拘束バンド２８と、複数のセル間バスバー２５とを有する。

一対のエンドプレート１２２は、実施の形態１における一対のエンドプレート２２に対応している。第１電池スタック１１２Ａは、一対のエンドプレート１２２として、一対のエンドプレート１２２Ａを有する。第２電池スタック１１２Ｂは、一対のエンドプレート１２２として、一対のエンドプレート１２２Ｂを有する。

固定ブラケット１５１は、実施の形態１における固定ブラケット５１に対応している。第１電池スタック１１２Ａは、固定ブラケット１５１として、固定ブラケット１５１Ａを有する。第２電池スタック１１２Ｂは、固定ブラケット１５１として、固定ブラケット１５１Ｂを有する。

第１電池スタック１１２Ａおよび第２電池スタック１１２Ｂの各々は、第１バスバー１６１をさらに有する。第１バスバー１６１は、実施の形態１における第１バスバー６１に対応して設けられている。

エンドプレート１２２は、実施の形態１における上面２２ｒおよび下面２２ｓにそれぞれ対応して、上面１２２ｒおよび下面１２２ｓを有する。

第１バスバー１６１は、その構成部位として、第１接続部１６２と、第２接続部１６３とを有する。第１バスバー１６１は、第１接続部１６２および第２接続部１６３の間において板状に延びている。第１接続部１６２は、エンドプレート２２の外部に露出している。第１接続部１６２は、エンドプレート１２２の上面１２２ｒ上に配置されている。第１バスバー１６１は、第１接続部１６２からエンドプレート１２２の内部を通ってエンドプレート１２２の下面１２２ｓを突き抜けている。第１バスバー１６１は、エンドプレート１２２の外部において折れ曲がり、固定ブラケット１５１の直下を通りながら第２接続部１６３まで延びている。第２接続部１６３は、固定ブラケット１５１と上下に重ね合わされている。

第１バスバー１６１は、第１電池スタック１１２Ａおよび第２電池スタック１１２Ｂの各電池スタックの単電池２１と電気的に接続されている。

第１電池スタック１１２Ａは、第１バスバー１６１として、第１バスバー１６１Ａを有する。第１バスバー１６１Ａ（より具体的には、第１バスバー１６１Ａの第１接続部１６２）は、セル間バスバー２５を介して、第１電池スタック１１２Ａにおける単電池２１の正極端子２４ｐと接続されている。第２電池スタック１１２Ｂは、第１バスバー１６１として、第１バスバー１６１Ｂを有する。第１バスバー１６１Ｂ（より具体的には、第１バスバー１６１Ｂの第１接続部１６２）は、セル間バスバー２５を介して、第２電池スタック１１２Ｂにおける単電池２１の負極端子２４ｎと接続されている。

ケース体１３１は、実施の形態１におけるケース体３１に対応している。ケース体１３１は、実施の形態１における底壁３２に対応して、底壁１３２を有する。ケース体１３１には、溝部１３６と、溝部１３７と、溝部１３８とが設けられている。溝部１３６、溝部１３７および溝部１３８は、底壁１３２から凹んで溝形状をなしている。

溝部１３６は、第１電池スタック１１２Ａおよび第２電池スタック１１２Ｂの並び方向において直線状に延びている。溝部１３７および溝部１３８は、溝部１３６と直交する方向に延びている。溝部１３７は、固定ブラケット１５１Ａの直下において、溝部１３６の一方端と交わっている。溝部１３８は、固定ブラケット１５１Ｂの直下において、溝部１３６の他方端と交わっている。溝部１３６、溝部１３７および溝部１３８は、底壁１３２の上面視において、Ｈ字形状をなしている。

第１バスバー１６１Ａの第２接続部１６３は、溝部１３７に挿入されている。第１バスバー１６１Ｂの第２接続部１６３は、溝部１３８に挿入されている。

電池パック１１０は、第２バスバー１４１をさらに有する。第２バスバー１４１は、実施の形態１における第２バスバー４１に対応している。

第２バスバー１４１は、第１電池スタック１１２Ａおよび第２電池スタック１１２Ｂの並び方向において直線状に延びている。第２バスバー１４１は、溝部１３６に挿入されている。第１バスバー１６１Ａの第２接続部１６３は、上方から第２バスバー１４１の一方端に重ね合わされている。これにより、第２バスバー１４１は、第１バスバー１６１Ａの第２接続部１６３と接続されている。第１バスバー１６１Ｂの第２接続部１６３は、上方から第２バスバー１４１の他方端に重ね合わされている。これにより、第２バスバー１４１は、第１バスバー１６１Ｂの第２接続部１６３と接続されている。

ケース体１３１には、スタッドボルト１３３およびスタッドボルト１３４が設けられている。スタッドボルト１３３は、溝部１３６および溝部１３７が交わる位置における溝底に立設されている。スタッドボルト１３３は、第２バスバー１４１、第１バスバー１６１Ａおよび固定ブラケット１５１Ａを下方から順に貫いている。固定ブラケット１５１Ａ上のスタッドボルト１３３にナット１７１が螺合されることにより、固定ブラケット１５１Ａ、第１バスバー１６１Ａおよび第２バスバー１４１が、ケース体１３１に対して共締めされている。

スタッドボルト１３４は、溝部１３６および溝部１３８が交わる位置における溝底に立設されている。スタッドボルト１３４は、第２バスバー１４１、第１バスバー１６１Ｂおよび固定ブラケット１５１Ｂを下方から順に貫いている。固定ブラケット１５１Ｂ上のスタッドボルト１３４にナット１７２が螺合されることにより、固定ブラケット１５１Ｂ、第１バスバー１６１Ｂおよび第２バスバー１４１が、ケース体１３１に対して共締めされている。

第１電池スタック１１２Ａおよび第２電池スタック１１２Ｂは、第１バスバー１６１および第２バスバー１４１により互いに電気的に直列に接続されている。

このように構成された、実施の形態２における電池パック１１０によれば、実施の形態１に記載の効果を同様に奏することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本開示は、たとえば、車両駆動用の電池パックに適用される。

１０，１１０ 電池パック、１２Ａ，１１２Ａ 第１電池スタック、１２Ｂ，１１２Ｂ 第２電池スタック、２１ 単電池、２２，２２Ａ，２２Ｂ，１２２，１２２Ａ，１２２Ｂ エンドプレート、２２ｒ，１２２ｒ 上面、２２ｓ，１２２ｓ 下面、２４ｎ 負極端子、２４ｐ 正極端子、２５ セル間バスバー、２７ バスバー挿入部、２８ 拘束バンド、３１，１３１ ケース体、３２，１３２ 底壁、４１，１４１ 第２バスバー、４２ 基部、４３，６２，１６２ 第１接続部、４４，６３，１６３ 第２接続部、５１，１５１，１５１Ａ，１５１Ｂ 固定ブラケット、６１，６１Ａ，６１Ｂ，１６１，１６１Ａ，１６１Ｂ 第１バスバー、１３３，１３４ スタッドボルト、１３６，１３７，１３８ 溝部、１７１，１７２ ナット。

Claims (1)

1. 第１電池スタックおよび第２電池スタックと、
   前記第１電池スタックおよび前記第２電池スタックを収容するケース体とを備え、
   前記第１電池スタックおよび前記第２電池スタックの各々は、
   一方向に積層され、互いに電気的に接続される複数の単電池と、
   複数の前記単電池の両側に配置され、複数の前記単電池をその積層方向において挟持する一対のエンドプレートと、
   前記単電池と電気的に接続される第１バスバーとを有し、
   前記第１バスバーの少なくとも一部が、前記エンドプレートに内蔵されており、
   前記ケース体は、
   前記第１電池スタックおよび前記第２電池スタックを収容する内部空間を区画形成する内壁を有し、さらに、
   前記内壁に設けられ、前記第１電池スタックおよび前記第２電池スタック間において、前記第１バスバー同士を電気的に接続する第２バスバーを備える、電池パック。

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