JP7593959B2

JP7593959B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP7593959B2
Application number: JP2022016327A
Authority: JP
Inventors: 直剛吉田; 智松山
Original assignee: Prime Planet Energy and Solutions Inc
Current assignee: Prime Planet Energy and Solutions Inc
Priority date: 2022-02-04
Filing date: 2022-02-04
Publication date: 2024-12-03
Anticipated expiration: 2042-02-04
Also published as: JP2023114147A; US20230253684A1; CN116565466A

Description

本技術は、電池パックに関する。

複数の組電池を電池セルの積層方向に直交する横断方向に並べる電池パックが従来から知られている。このような電池パックは、たとえば特開２０１６－０２７５７８号公報（特許文献１）に記載されている。

特開２０１６－０２７５７８号公報

組電池の両極側の総端子として設けられるバスバーを電池セルの積層方向に直交する横断方向の一方側から引き出す場合に、バスバーが長くなりやすい。バスバーの長さが長くなることにより、バスバーに作用する振動および衝撃が増大し、他部品（たとえば電池セル、フレームなど）との絶縁距離が確保しにくくなる。結果として、電池パックの設計の自由度が低下し得る。

複数の組電池を電池セルの積層方向に直交する横断方向に並べる電池パックにおいて、横断方向におけるバスバーの長さを短くするという観点から、従来の電池パックには、なお改善の余地がある。

本技術の目的は、横断方向におけるバスバーの長さを短くすることが可能な電池パックを提供することにある。

本技術に係る電池パックは、第１の方向に配列された複数の第１の電池セルを含む第１の組電池と、第１の方向に配列された複数の第２の電池セルを含み、第１の方向に直交する第２の方向に沿って第１の組電池と並ぶ第２の組電池とを備える。複数の第１の電池セルおよび複数の第２の電池セルは電極端子を各々含む。電池パックは、第１の組電池の第１の方向の途中部に位置する第１の電池セルの電極端子と、第２の電池セルの電極端子とに接合されるバスバーをさらに備える。

本技術によれば、複数の組電池が並ぶ方向におけるバスバーの長さを短くすることができる。バスバーの長さを短くすることにより、バスバーに作用する振動および衝撃を緩和することができる。また、バスバーの長さを短くすることにより、他部品（たとえば電池セル、フレームなど）との絶縁距離が確保しやすくなる。結果として、電池パックの設計の自由度が向上する。

組電池の斜視図である。組電池に含まれる電池セルを示す斜視図である。電池パックのケース部材（蓋部分を除く）を示す斜視図である。組電池に含まれるバスバーの配置を示す図である。参考例に係るバスバーの配置を示す図（その１）である。参考例に係るバスバーの配置を示す図（その２）である。実施の形態に係るバスバーの配置を示す図（その１）である。実施の形態に係るバスバーの配置を示す図（その２）である。実施の形態に係るバスバーの配置を示す図（その３）である。実施の形態に係るバスバーの配置を示す図（その４）である。実施の形態に係るバスバーの配置を示す図（その５）である。実施の形態に係るバスバーの配置を示す図（その６）である。実施の形態に係るバスバーの配置を示す図（その７）である。

以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。

なお、本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。

また、本明細書において幾何学的な文言および位置・方向関係を表す文言、たとえば「平行」、「直交」、「斜め４５°」、「同軸」、「沿って」などの文言が用いられる場合、それらの文言は、製造誤差ないし若干の変動を許容する。本明細書において「上側」、「下側」などの相対的な位置関係を表す文言が用いられる場合、それらの文言は、１つの状態における相対的な位置関係を示すものとして用いられるものであり、各機構の設置方向（たとえば機構全体を上下反転させる等）により、相対的な位置関係は反転ないし任意の角度に回動し得る。

本明細書において、「電池」は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池およびナトリウムイオン電池などの他の電池を含み得る。

本明細書において、「電池セル」は必ずしも角型のものに限定されず、円筒型、パウチ型、ブレード型など、他の形状のセルも含み得る。「電池セル」は、ハイブリッド車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ：Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、および電気自動車（ＢＥＶ：Battery Electric Vehicle）などに搭載可能である。ただし、「電池セル」の用途は、車載用に限定されるものではない。

図１は、組電池１の斜視図である。図１に示すように、組電池１は、電池セル１００と、セパレータ部材２００とを含む。

電池セル１００は、角形の電池セルであって、Ｙ軸方向（第１の方向）に沿って複数設けられる。セパレータ部材２００は、複数の電池セル１００の間に設けられる。セパレータ部材２００は、隣接する電池セル１００の意図しない電気的導通を防止する。セパレータ部材２００は、隣接する電池セル１００の電気的絶縁性を確保する。

図２は、電池セル１００を示す斜視図である。図２に示すように、電池セル１００は、角形形状を有する。電池セル１００は、電極端子１１０と、筐体１２０と、ガス排出弁１３０とを有する。

電極端子１１０は、筐体１２０上に形成されている。電極端子１１０は、Ｙ軸方向（第１の方向）に直交するＸ軸方向（第２の方向）に沿って並ぶ正極端子１１１および負極端子１１２を有する。正極端子１１１および負極端子１１２は、Ｘ軸方向において、互いに離れて設けられている。

筐体１２０は、直方体形状を有し、電池セル１００の外観をなしている。筐体１２０は、図示しない電極体および電解液を収容するケース本体１２０Ａと、ケース本体１２０Ａの開口を封止する封口板１２０Ｂとを含む。封口板１２０Ｂは、溶接によりケース本体１２０Ａに接合される。

筐体１２０は、上面１２１と、下面１２２と、第１側面１２３と、第２側面１２４と、２つの第３側面１２５とを有する。

上面１２１は、Ｙ軸方向およびＸ軸方向に直交するＺ軸方向（第３の方向）に直交する平面である。上面１２１には、電極端子１１０が配置されている。下面１２２は、Ｚ軸方向に沿って上面１２１に対向している。

第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に直交する平面からなる。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、筐体１２０が有する複数の側面のうちで最も大きい面積を有する。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に見て、矩形形状を有する。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に見て、Ｘ軸方向が長手方向となり、Ｚ軸方向が短手方向となる矩形形状を有する。

複数の電池セル１００は、基本的には、Ｙ軸方向に隣り合う電池セル１００，１００の間において、第１側面１２３どうし、第２側面１２４どうしが向かい合わせとなるように積層されている（例外については後述する。）。このように積層された部分では、複数の電池セル１００が積層されるＹ軸方向において、正極端子１１１と負極端子１１２とが、交互に並んでいる。

ガス排出弁１３０は、上面１２１に設けられている。ガス排出弁１３０は、電池セル１００の温度が上昇し（熱暴走）、筐体１２０の内部で発生したガスにより筐体１２０の内圧が所定値以上となった場合に、そのガスを筐体１２０の外部に排出する。

図３は、電池セル１００を収納するケース部材３００を示す斜視図である。図３においては、図示の便宜上、ケース部材３００の蓋部分を示していない。

図３に示すように、ケース部材３００は、電池セル１００を収納する内部空間を規定する。ケース部材３００の内部空間には、Ｙ軸方向に積層された複数の電池セル１００の積層体（組電池１）が収納される。図３の例において、組電池１は、Ｘ軸方向に三列並ぶように設けられるが、本技術に係る電池パックにおいて、組電池１の列数は特に限定されるものではない。

ケース部材３００の側面部は、電池セル１００の積層体をＹ軸方向に拘束して直接支持する（Ｃｅｌｌ－ｔｏ－Ｐａｃｋ構造）。図３中のα部において、電池セル１００の積層体がケース部材３００に当接する。ただし、ケース部材３００は、電池セル１００の積層体を直接支持するものに限定されず、複数の電池セル１００が拘束部材により拘束された構造を有する電池モジュールをケース部材３００に収納してもよい（Ｃｅｌｌ－Ｍｏｄｕｌｅ－Ｐａｃｋ構造）。

図４は、バスバー５００，６００の配置を示す図である。バスバー５００は、複数の電池セル１００の電極端子１１０どうしを接続する。本実施の形態に係る組電池１においては、隣接する電池セル１００の正極端子１１１と負極端子１１２とがバスバー５００により電気的に接続され、複数の電池セル１００が電気的に直列接続される。あるいは、図示しないが、複数の電池セル１００が並列接続されてなる組が複数直列接続されて組電池１を形成してもよい。

図４の例において、バスバー６００は、Ｙ軸方向の両端部に位置する２つの電池セル１００の電極端子１１０に接続される。バスバー６００は、組電池１の外部（他の組電池１を含む。）と電気的に接続される端子である。

図５，図６は、参考例に係る電池パックにおけるバスバー５００，６００の配置を示す図である。図５，図６に示す例では、Ｘ軸方向に三列に並ぶ３つの組電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃが設けられる。

各々の組電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃ内において、隣接する電池セル１００の正極端子１１１と負極端子１１２とがバスバー５００により接続される。バスバー６００は、組電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃ間を跨いで、互いに異なる組電池における電極端子１１０どうしを接続する。

総端子バスバー６００Ａ，６００Ｂは、組電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃの両極側の総端子として設けられる。総端子バスバー６００Ａ，６００ＢをＸ軸方向（横断方向）の一方側から引き出そうとした場合、図５，図６に示すように、一方の総端子（総端子バスバー６００Ｂ）が長くなる。また、図６の例においては、総端子バスバー６００Ｂに加えて、組電池１Ａと組電池１Ｂとを接続するバスバー６００も長く形成されている。

総端子バスバー６００Ｂおよびバスバー６００の長さが長くなることは、電池パックの製造コストの増大要因となる。加えて、バスバー６００に作用する振動および衝撃が増大し、他部品（たとえば電池セル１００、フレームなど）との絶縁距離が確保しにくくなり、電池パックの設計の自由度が低下し得る。

図７は、本実施の形態に係る電池パックにおけるバスバー５００，６００の配置を示す図である。

図７の例において、電池パックは、組電池１Ａ（第１の組電池）、組電池１Ｂ（第２の組電池）、および組電池１Ｃ（第３の組電池）を含む。３つの組電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、Ｘ軸方向に三列に並ぶように配置される。組電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、Ｙ軸方向（第１の方向）に配列された複数の（図示された例では２３個だがこれに限定されない。）電池セル１００を各々含む。図７に示す組電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃに各々含まれる複数（２３個）の電池セル１００は、Ｙ軸方向に拘束されている。

組電池１Ａと組電池１Ｂとを接続する２つのバスバー６００は、組電池１ＡのＹ軸方向の途中部に位置する電池セル１００（第１の電池セル）の電極端子１１０と、組電池１ＢのＹ軸方向の途中部に位置する電池セル１００（第２の電池セル）の電極端子１１０とに接合される。より具体的には、組電池１Ａと組電池１Ｂとを接続するバスバー６００は、組電池１Ａ，１ＢのＹ軸方向における中央部近傍に設けられている。ここでいう「中央部近傍」は、組電池をＹ軸方向に３つのブロックに分割したときに中央に位置するブロックの範囲を意味する。

図７に示す例においては、組電池１ＡのＹ軸方向の途中部に位置する電池セル１００の電極端子１１０と、組電池１ＢのＹ軸方向の途中部に位置する電池セル１００の電極端子１１０とを接続することにより、総端子バスバー６００Ａ，６００Ｂを両方とも組電池１Ａに設けることができる。この結果、バスバー６００および総端子バスバー６００Ａ，６００ＢのＸ軸方向における長さを短くすることができ、バスバー６００および総端子バスバー６００Ａ，６００Ｂに作用する振動および衝撃を緩和することができる。加えて、他部品との絶縁距離が確保しやすくなり、電池パックの設計の自由度が向上する。

次に、図８～図１３を参照して、バスバー５００，６００の配置の変形例について説明する。

図８の例では、組電池１Ａ，１Ｃの両端部と組電池１Ｂの両端部とが、互いにＹ軸方向に離れた位置に配置されている。組電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃの上記配置により生じた空きスペースには、反力吸収部材などが設けられる。組電池１Ａと組電池１Ｂとを接続する２つのバスバー６００は、組電池１ＡのＹ軸方向の途中部に位置する電池セル１００の電極端子１１０と、組電池１ＢのＹ軸方向の途中部に位置する電池セル１００の電極端子１１０とに接合される。

図９の例では、組電池１Ａ，１Ｃの間に、Ｙ軸方向に分割された２つの組電池１Ｂ，１Ｄが配置されている。組電池１Ａ，１Ｃの端部と組電池１Ｄの両端部とは、Ｙ軸方向に離れた位置に配置されている。組電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの上記配置により生じた空きスペースには、反力吸収部材などが設けられる。組電池１Ａと組電池１Ｂ，１Ｄとを接続する２つのバスバー６００は、組電池１ＡのＹ軸方向の途中部に位置する電池セル１００の電極端子１１０と、組電池１Ｂ，１Ｄの端部に位置する電池セル１００の電極端子１１０とに接合される。

図１０の例では、Ｙ軸方向の中央部近傍において組電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃの電池セル１００の配列を変更（図７の例に対して正負が反転）している。組電池１Ａと組電池１Ｂとを接続する２つのバスバー６００は、組電池１ＡのＹ軸方向の途中部に位置する電池セル１００の電極端子１１０と、組電池１ＢのＹ軸方向の途中部に位置する電池セル１００の電極端子１１０とに接合される。

図１１の例では、Ｙ軸方向の端部近傍において組電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃの電池セル１００の配列を変更（図７の例に対して正負が反転）している。この部分には、通常のバスバー５００とは異なる形状を有するバスバー５００Ａが設けられている。組電池１Ａと組電池１Ｂとを接続する２つのバスバー６００は、組電池１ＡのＹ軸方向の途中部に位置する電池セル１００の電極端子１１０と、組電池１ＢのＹ軸方向の途中部に位置する電池セル１００の電極端子１１０とに接合される。

図１２，図１３の例は、組電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃの電池セル１００の配列は図７の例と同じであるが、組電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃを相互に接続するバスバー６００の配置を変更したものである。図１２，図１３に示すように、組電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃの途中部に設けるバスバー６００の個数および配置は適宜変更可能である。

また、組電池１は、図７～図１３に示す三列配置に限定されず、二列配置または四列配置もしくはそれ以上の列数の配置を有するものであってもよい。

以上、本技術の実施の形態について説明したが、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。本技術の範囲は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。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ組電池、１００電池セル、１１０電極端子、１１１正極端子、１１２負極端子、１２０筐体、１２０Ａケース本体、１２０Ｂ封口板、１２１上面、１２２下面、１２３第１側面、１２４第２側面、１２５第３側面、１３０ガス排出弁、２００セパレータ部材、３００ケース部材、５００，５００Ａ，６００バスバー、６００Ａ，６００Ｂ総端子バスバー。

Claims

第１の方向に配列された複数の第１の電池セルを含む第１の組電池と、
前記第１の方向に配列された複数の第２の電池セルを含み、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って前記第１の組電池と並ぶ第２の組電池とを備え、
前記複数の第１の電池セルおよび前記複数の第２の電池セルは電極端子を各々含み、
前記第１の組電池の前記第１の方向の途中部に位置する前記第１の電池セルの前記電極端子と、前記第２の電池セルの前記電極端子とに接合されるバスバーと、
前記第１の組電池および前記第２の組電池の正極側の総端子として設けられた第１の総端子と、
前記第１の組電池および前記第２の組電池の負極側の総端子として設けられた第２の総端子とをさらに備え、
前記第１の総端子および前記第２の総端子の両方が前記第１の組電池に設けられ、
前記第１の総端子および前記第２の総端子は、前記第２の方向の一方側から引き出される、電池パック。
前記バスバーは、前記第１の組電池の前記第１の方向の途中部に位置する前記第１の電池セルの前記電極端子と、前記第２の組電池の前記第１の方向の途中部に位置する前記第２の電池セルの前記電極端子とに接合される、請求項１に記載の電池パック。
第１の方向に配列された複数の第１の電池セルを含む第１の組電池と、
前記第１の方向に配列された複数の第２の電池セルを含み、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って前記第１の組電池と並ぶ第２の組電池とを備え、
前記複数の第１の電池セルおよび前記複数の第２の電池セルは電極端子を各々含み、
前記第１の組電池の前記第１の方向の途中部に位置する前記第１の電池セルの前記電極端子と、前記第２の電池セルの前記電極端子とに接合されるバスバーと、
前記第１の組電池および前記第２の組電池の正極側の総端子として設けられた第１の総端子と、
前記第１の組電池および前記第２の組電池の負極側の総端子として設けられた第２の総端子とをさらに備え、
前記第１の組電池の両端部と前記第２の組電池の両端部とが、互いに前記第１の方向に離れた位置に配置され、
前記第１の総端子および前記第２の総端子は、前記第２の方向の一方側から引き出される、電池パック。
第１の方向に配列された複数の第１の電池セルを含む第１の組電池と、
前記第１の方向に配列された複数の第２の電池セルを含み、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って前記第１の組電池と並ぶ第２の組電池とを備え、
前記複数の第１の電池セルおよび前記複数の第２の電池セルは電極端子を各々含み、
前記第１の組電池の前記第１の方向の途中部に位置する前記第１の電池セルの前記電極端子と、前記第２の電池セルの前記電極端子とに接合されるバスバーと、
前記第１の組電池および前記第２の組電池の正極側の総端子として設けられた第１の総端子と、
前記第１の組電池および前記第２の組電池の負極側の総端子として設けられた第２の総端子と、
前記第１の組電池および前記第２の組電池を収納するケース部材とをさらに備え、
前記ケース部材は、前記第１の電池セルおよび前記第２の電池セルを前記第１の方向に拘束して直接支持する側面部を有し、
前記第１の総端子および前記第２の総端子は、前記第２の方向の一方側から引き出される、電池パック。
第１の方向に配列された複数の第１の電池セルを含む第１の組電池と、
前記第１の方向に配列された複数の第２の電池セルを含み、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って前記第１の組電池と並ぶ第２の組電池とを備え、
前記複数の第１の電池セルおよび前記複数の第２の電池セルは電極端子を各々含み、
前記第１の組電池の前記第１の方向の途中部に位置する前記第１の電池セルの前記電極端子と、前記第２の電池セルの前記電極端子とに接合されるバスバーと、
前記第１の組電池および前記第２の組電池の正極側の総端子として設けられた第１の総端子と、
前記第１の組電池および前記第２の組電池の負極側の総端子として設けられた第２の総端子とをさらに備え、
前記バスバーは、前記第１の組電池および前記第２の組電池の前記第１の方向における中央部近傍に設けられ、
前記第１の総端子および前記第２の総端子は、前記第２の方向の一方側から引き出される、電池パック。