WO2015156053A1

WO2015156053A1 - 電池パック

Info

Publication number: WO2015156053A1
Application number: PCT/JP2015/055752
Authority: WO
Inventors: 和樹前田; 加藤　崇行; 浩生植田; 直人守作
Original assignee: 株式会社豊田自動織機
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2015-10-15
Also published as: DE112015001776T5; JP2015204169A; DE112015001776B4; US9905823B2; US20170025656A1; JP6206308B2

Abstract

　第２の電池モジュールは、第１の電池モジュール上に積層されている。制御装置は、第１の電池モジュールの載置板上に載置されている。制御装置は、第１の電池モジュールと第２の電池モジュールとの間に配置されている。第１の電池モジュールの制御装置は、第２の電池ホルダの第１のボルト挿通部の内面と第２のボルト挿通部の内面との間に配置されている。

Description

電池パック

　本発明は、電池パックに関する。

　例えば、特許文献１に開示の電池パックは、複数の電池セルを有する電池モジュールとしての電池ボックスを積層して、構成されている。また、積層された電池モジュール間には、電池セルの充放電を制御するための電池制御部が配置されている。

　上記の構成によれば、積層された電池モジュール間に、デッドスペースが形成される。デッドスペースが大きくなると、電池パックにおける電池モジュールの積層方向の寸法も大きくなる。電池パックが大型化すると、車両に搭載される電池パックの占有領域が大きくなり、好ましくない。

特開２０１０－１７６９９９号公報

　本発明の目的は、電池モジュールの積層方向の寸法を小さくすることの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ため、本願発明の第一の態様によれば、第１の電池ホルダ及び第１の電池ホルダに保持されると共に並設された複数の第１の電池セルを有する第１の電池モジュールと、第２の電池ホルダ及び第２の電池ホルダに保持されると共に並設された複数の第２の電池セルを有する第２の電池モジュールとを備えた電池パックが提供される。第２の電池ホルダから、一対のボルト挿通部が、第１の電池モジュールに向けて突出している。第２の電池モジュールは、一対のボルト挿通部を介して、第１の電池モジュール上に積層されている。複数の第２の電池セルは、一対のボルト挿通部にそれぞれ挿通されたボルトにより並設方向に拘束されている。第１の電池モジュールと第２の電池モジュールとの間には、電池制御機器が設けられている。電池制御機器は、一対のボルト挿通部間に配置されている。

　この構成によれば、一対のボルト挿通部間にデッドスペースが形成される。このデッドスペースに電池制御機器を配置することで、電池パックにおける電池モジュールの積層方向の寸法が大きくなることを抑制できる。したがって、一対のボルト挿通部間に電池制御機器を配置しない場合に比べて、電池パックにおける電池モジュールの積層方向の寸法を小さくすることができる。

本発明の一実施形態に係る電池パックを示す斜視図。電池パックの電池モジュールを示す斜視図。電池モジュールの電池セル、電池ホルダ及びエンドプレートを示す斜視図。電池パックを示す断面図。電池パックを示す断面図。

　以下、本発明の電池パックを具体化した一実施形態について図１～図５を参照して説明する。
　図１に示すように、電池パック１０は、ケース１１に収容されている。ケース１１には、複数の電池モジュール２０が収容されている。複数の電池モジュール２０は、上下方向に積層されている。複数の電池モジュール２０はいずれも、同一構造を有している。

　図２に示すように、電池モジュール２０は、複数の電池セル２１と、各電池セル２１を保持する樹脂製の電池ホルダ２２とを有している。複数の電池セル２１は、電池ホルダ２２に保持されて、並べられている。電池モジュール２０は、電池セル２１の並設方向の両端に、板状のエンドプレート２３を有している。

　図３に示すように、エンドプレート２３は、平板状の基部２４と、基部２４から突出する４つの平板状の挿通部２５とを有している。各挿通部２５は、基部２４の表面に沿って突出している。挿通部２５は、挿通孔２６を有している。挿通孔２６は、挿通部２５を厚み方向に貫通している。

　電池ホルダ２２は、矩形平板状の第１の被覆壁３１を有している。第１の被覆壁３１の長手方向の両端には、矩形平板状の第２の被覆壁３２及び第３の被覆壁３３がそれぞれ設けられている。第２及び第３の被覆壁３２，３３は、第１の被覆壁３１の厚み方向にそれぞれ延びている。第２の被覆壁３２の長手方向の第１端部３２ａと、第３の被覆壁３３の長手方向の第１端部３３ａとの間には、矩形平板状の第４の被覆壁３４が設けられている。第２の被覆壁３２の第１端部３２ａは、第１の被覆壁３１と反対側に配置されている。第３の被覆壁３３の第１端部３３ａも、第１の被覆壁３１と反対側に配置されている。第４の被覆壁３４は、各被覆壁３２，３３の短手方向の第１端部３２ｂ，３３ｂ間で延びている。第４の被覆壁３４の厚み方向は、被覆壁３２，３３の短手方向と一致する。第４の被覆壁３４の長手方向は、第２の被覆壁３２と第３の被覆壁３３の並設方向に一致する。第４の被覆壁３４の厚み方向及び長手方向に直交する方向が、第４の被覆壁３４の短手方向である。

　第４の被覆壁３４の長手方向の両端には、第４の被覆壁３４の厚み方向に開口する端子収容部３５がそれぞれ一つずつ設けられている。各端子収容部３５は、第４の被覆壁３４の短手方向の一方の端面上に配置されている。各端子収容部３５は、Ｕ字状に形成されている。一方の端子収容部３５は、第２の被覆壁３２に連なるように形成され、他方の端子収容部３５は、第３の被覆壁３３に連なるように形成されている。

　第４の被覆壁３４の短手方向の一方の端面上には、四角柱状の挿通部３６が設けられている。挿通部３６は、端子収容部３５と隣り合って配置されている。挿通部３６の軸は、被覆壁３２，３３の短手方向に延びている。挿通部３６には、挿通部３６を軸方向に貫通する挿通孔３６ａが設けられている。

　第２の被覆壁３２の第１端部３２ａには、矩形平板状の第１の突出壁３７が設けられている。第１の突出壁３７は、第２の被覆壁３２の長手方向に延びている。第３の被覆壁３３の第１端部３３ａには、矩形平板状の第２の突出壁３８が設けられている。第２の突出壁３８は、第３の被覆壁３３の長手方向に延びている。

　第２の被覆壁３２の長手方向の第２端部３２ｃには、四角柱状の第１のボルト挿通部３９が設けられている。第１のボルト挿通部３９の軸は、被覆壁３２，３３の短手方向に延びている。第１のボルト挿通部３９には、第１のボルト挿通部３９を軸方向に貫通する挿通孔３９ａが設けられている。

　第３の被覆壁３３の長手方向の第２端部３３ｃには、四角柱状の第２のボルト挿通部４０が設けられている。第２のボルト挿通部４０の軸は、被覆壁３２，３３の短手方向に延びている。第２のボルト挿通部４０には、第２のボルト挿通部４０を軸方向に貫通する挿通孔４０ａが設けられている。

　第１のボルト挿通部３９の内面３９ｂは、第２のボルト挿通部４０の内面４０ｂと対向すると共に、内面４０ｂとの間に間隔を空けて設けられている。これにより、第１のボルト挿通部３９と第２のボルト挿通部４０との間には、空間Ｓ２が区画されている。

　図２に示すように、複数の電池ホルダ２２は、エンドプレート２３に挟持されると共に、一方のエンドプレート２３から他方のエンドプレート２３に挿通された金属製のボルトＢを用いて、一体化されている。詳しくは、他方のエンドプレート２３に挿通されたボルトＢの先端が、ナットＮに螺合されている。また、ボルトＢは、エンドプレート２３の挿通孔２６及び電池ホルダ２２の挿通孔３６ａ，３９ａ，４０ａを挿通している。これらにより、複数の電池セル２１は、電池ホルダ２２により保持されると共に並設方向に拘束されて、一体化されている。

　複数の電池ホルダ２２は、第１の突出壁３７と第２の突出壁３８との間に配置された載置板４１を支持している。載置板４１は、矩形平板状の基部４２を有している。基部４２の短手方向の両端には、矩形平板状の延設部４３がそれぞれ一つずつ設けられている。延設部４３は、基部４２の各側縁から、基部４２の厚み方向に延びている。延設部４３は、第１及び第２の突出壁３７，３８に沿って延びている。基部４２の長手方向は、電池セル２１の並設方向と同一である。

　基部４２には、第１の電子部品としてのリレー装置５１が設けられている。リレー装置５１は、四角箱状のリレーケース５２を有している。リレーケース５２には、電池セル２１の放電と遮断とを切り替えるリレー５３が収容されている。リレーケース５２には、図示しない電流センサなどの部品も収容されている。

　基部４２上には、第２の電子部品としての制御装置６１が、リレー装置５１に隣り合って配置されている。リレー装置５１及び制御装置６１は、基部４２の長手方向、すなわち、電池セル２１の並設方向に並べられている。制御装置６１は、リレー装置５１と部分的に重なるように、リレー装置５１上に積層されている。制御装置６１のリレー装置５１に対する積層方向は、電池モジュール２０の積層方向と同じである。制御装置６１の下面の四箇所には、柱状の支持部６４が設けられている。制御装置６１は、支持部６４を介して、載置板４１上に載置されている。制御装置６１は、第１の突出壁３７及び第２の突出壁３８よりも上方に配置されている。制御装置６１は、四角箱状の制御ケース６２を有している。制御ケース６２には、電池ＥＣＵ６３が収容されている。電池ＥＣＵ６３は、電池セル２１の温度等から電池セル２１の状態を監視して、リレー５３等を制御する。本実施形態では、リレー装置５１と制御装置６１とによって、電池制御機器が構成されている。

　図２及び図４に示すように、制御ケース６２の側壁のうちの一つには、コネクタ６５，６６が取り付けられている。コネクタ６５には、電池セル２１と接続される第１のハーネス６７が接続されている。コネクタ６６には、電池セル２１と接続される第２のハーネス６８が接続されている。第１のハーネス６７は、リレー装置５１を介して電池セル２１に接続されている。第２のハーネス６８は、制御ケース６２と載置板４１の基部４２との間を通され、エンドプレート２３と載置板４１との間の隙間を通されてから、電池セル２１に接続されている。ここで、コネクタ６５，６６が取り付けられた制御ケース６２の側壁を第１の側壁６２ａと定義し、第１の側壁６２ａの反対側に位置する制御ケース６２の側壁を第２の側壁６２ｂと定義する。第１の側壁６２ａと第２の側壁６２ｂとの間の寸法は、第１のボルト挿通部３９と第２のボルト挿通部４０との間の寸法よりも小さい。制御装置６１は、制御ケース６２の第１の側壁６２ａを第２の突出壁３８に向け、第２の側壁６２ｂを第１の突出壁３７に向けて、配置されている。

　図４及び図５に示すように、上方の電池モジュール２０の第１のボルト挿通部３９は、下方の電池モジュール２０の第１の突出壁３７上に載置されている。また、上方の電池モジュール２０の第２のボルト挿通部４０は、下方の電池モジュール２０の第２の突出壁３８上に載置されている。上方の電池モジュール２０の電池ホルダ２２の一対のボルト挿通部３９，４０は、下方の電池モジュール２０に向けて突出している。

　積層された電池モジュール２０のうち、下方の電池モジュール２０を第１の電池モジュール２０Ａと定義する。また、第１の電池モジュール２０Ａ上に積層された上方の電池モジュール２０を第２の電池モジュール２０Ｂと定義する。また、第１の電池モジュール２０Ａの電池ホルダ２２及び電池セル２１をそれぞれ第１の電池ホルダ２２Ａ及び第１の電池セル２１Ａと定義し、第２の電池モジュール２０Ｂの電池ホルダ２２及び電池セル２１をそれぞれ第２の電池ホルダ２２Ｂ及び第２の電池セル２１Ｂと定義する。

　第１の電池モジュール２０Ａの載置板４１に載置された制御装置６１は、第１の電池モジュール２０Ａと第２の電池モジュール２０Ｂとの間に配置されている。また、第１の電池モジュール２０Ａの制御装置６１は、第２の電池ホルダ２２Ｂの第１のボルト挿通部３９の内面３９ｂと第２のボルト挿通部４０の内面４０ｂとの間に配置されている。具体的には、制御装置６１の制御ケース６２の一部が、第１のボルト挿通部３９の内面３９ｂと第２のボルト挿通部４０の内面４０ｂとの間に区画された空間Ｓ２に配置されている。制御装置６１から延びる第１のハーネス６７及び第２のハーネス６８の一部は、ボルト挿通部３９，４０間に配置されている。制御装置６１は、ボルト挿通部３９，４０から離間している。

　次に、上記の電池パック１０の作用について説明する。
　電池モジュール２０は、電池ホルダ２２に保持された複数の電池セル２１をボルトＢにより一体化して構成されている。電池モジュール２０を上記のように構成する場合、電池ホルダ２２にボルトＢを挿通する必要がある。しかしながら、ボルトＢが電池セル２１を貫通することはできない。このため、電池ホルダ２２において、電池セル２１を収容する収容部Ｓ１よりも外側に、ボルト挿通部３９，４０を設ける必要がある。一対のボルト挿通部３９，４０を電池モジュール２０の積層方向に突出させることで、第１のボルト挿通部３９の内面３９ｂと第２のボルト挿通部４０の内面４０ｂとの間には、空間Ｓ２が区画される。空間Ｓ２はデッドスペースであるが、制御装置６１を配置可能な収容部として利用することができる。

　また、一対のボルト挿通部３９，４０には、金属製のボルトＢが挿通されている。これにより、一対のボルト挿通部３９，４０に振動や衝撃が加えられても、制御装置６１には振動や衝撃が加えられ難い。また、制御装置６１は、一対のボルト挿通部３９，４０から離間し、挿通部３９，４０と接していない。これによっても、制御装置６１には振動や衝撃が加えられ難くなる。こうして、制御装置６１は振動や衝撃から保護されている。

　また、載置板４１上にリレー装置５１と制御装置６１とを載置したとき、リレー装置５１及び制御装置６１の各部分が、載置板４１から電池セル２１の並設方向に突出する場合がある。この場合、リレー装置５１と制御装置６１とを積層すれば、リレー装置５１及び制御装置６１が載置板４１から突出することを抑制できる。本実施形態では、制御装置６１が、一対のボルト挿通部３９，４０間に配置されている。このため、リレー装置５１と制御装置６１とを積層しても、電池パック１０における電池モジュール２０の積層方向の寸法が小さく抑えられる。

　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）制御装置６１は、第１の電池モジュール２０Ａの載置板４１上に載置されている。一対のボルト挿通部３９，４０は、電池ホルダ２２に保持された電池セル２１を一体化するためのボルトＢが挿通される部分である。ボルト挿通部３９，４０間に制御装置６１を配置することで、制御装置６１により電池パック１０の積層方向の寸法が大きくなることを抑制できる。したがって、制御装置６１を一対のボルト挿通部３９，４０間に配置しない場合に比べて、電池パック１０における電池モジュール２０の積層方向の寸法を小さくすることができる。

　（２）制御装置６１は、一対のボルト挿通部３９，４０から離間している。このため、制御装置６１が一対のボルト挿通部３９，４０と接している場合に比べて、制御装置６１には振動や衝撃が加えられ難い。よって、制御装置６１を振動や衝撃から保護することができる。

　（３）一対のボルト挿通部３９，４０間には、第１のハーネス６７の一部及び第２のハーネス６８の一部が配置されている。つまり、一対のボルト挿通部３９，４０間の領域を、第１のハーネス６７及び第２のハーネス６８を配置するための領域として利用することができる。

　（４）制御装置６１は、リレー装置５１上に積層されている。このため、リレー装置５１及び制御装置６１の各部分が載置板４１から突出して、電池パック１０における電池セル２１の並設方向の寸法が大きくなることを抑制できる。また、制御装置６１を一対のボルト挿通部３９，４０間に配置したため、リレー装置５１と制御装置６１とを積層しても、電池パック１０における電池モジュール２０の積層方向の寸法が大きくならない。

　（５）ボルトＢは、金属製であり、樹脂製の電池ホルダ２２よりも高い熱伝導率を有している。このため、ボルトＢによって、制御装置６１の周囲の雰囲気は冷却され易く、制御装置６１は冷却され易い。

　本実施形態は、以下のように変更してもよい。
　電池モジュール２０の数は、３個以上であってもよい。この場合も、積層方向に隣り合う２個の電池モジュール２０のうち一方が第１の電池モジュール２０Ａであり、第１の電池モジュール２０Ａに積層される電池モジュール２０が第２の電池モジュール２０Ｂである。

　制御装置６１は、一対のボルト挿通部３９，４０に接していてもよい。
　第１のハーネス６７及び第２のハーネス６８を、一対のボルト挿通部３９，４０間に配置しなくてもよい。

　制御装置６１及びリレー装置５１を、積層しなくてもよい。この場合、リレー装置５１及び制御装置６１の両方を、一対のボルト挿通部３９，４０間に配置してもよい。
　制御装置６１の全体を、リレー装置５１上に積層してもよい。

　リレー装置５１を、制御装置６１上に積層して、一対のボルト挿通部３９，４０間に配置してもよい。すなわち、制御装置６１が第１の電子部品であり、リレー装置５１が第２の電子部品であってもよい。

　電池制御機器は、制御装置６１やリレー装置５１以外の機器であってもよい。要するに、電池制御機器は、電池セル２１の充放電に寄与する電子部品であればよい。
　電池パック１０を、ケース１１に収容しなくてもよい。

　第１の電池モジュール２０Ａの第１の電池ホルダ２２Ａは、ボルト挿通部３９，４０を有していなくてもよい。すなわち、ボルトＢ以外の手段によって第１の電池セル２１Ａを一体化した電池モジュールであってもよい。例えば、金属製のバンドを一方のエンドプレート２３から他方のエンドプレート２３にかけて固定することで、第１の電池セル２１Ａを一体化してもよい。

　制御装置６１の少なくとも一部が、一対のボルト挿通部３９，４０間に配置されていればよい。すなわち、電池制御機器が一対のボルト挿通部３９，４０間に配置されている状態には、電池制御機器全体以外に、電池制御機器の一部が一対のボルト挿通部３９，４０間に配置されている場合も含まれる。

Claims

電池パックであって、
　第１の電池ホルダ、及び前記第１の電池ホルダに保持されると共に並設された複数の第１の電池セルを有する第１の電池モジュールと、
　第２の電池ホルダ、及び前記第２の電池ホルダに保持されると共に並設された複数の第２の電池セルを有する第２の電池モジュールとを備え、
　前記第２の電池ホルダから、一対のボルト挿通部が、前記第１の電池モジュールに向けて突出し、
　前記第２の電池モジュールは、前記一対のボルト挿通部を介して、前記第１の電池モジュール上に積層され、
　複数の第２の電池セルは、前記一対のボルト挿通部にそれぞれ挿通されたボルトにより並設方向に拘束され、
　前記第１の電池モジュールと前記第２の電池モジュールとの間には、電池制御機器が設けられ、
　前記電池制御機器は、前記一対のボルト挿通部間に配置されていることを特徴とする電池パック。
請求項１記載の電池パックにおいて、
　前記電池制御機器は、前記一対のボルト挿通部から離間していることを特徴とする電池パック。
請求項１又は２に記載の電池パックは、更に、
　前記第１の電池セルに接続されているハーネスを備え、
　前記ハーネスは、前記一対のボルト挿通部間に配置されていることを特徴とする電池パック。
請求項１～３のうちいずれか一項に記載の電池パックにおいて、
　前記電池制御機器は、第１の電子部品と第２の電子部品とを含み、
　前記第２の電子部品の少なくとも一部が、前記第１の電子部品に積層され、
　前記第２の電子部品は、前記一対のボルト挿通部間に配置されていることを特徴とする電池パック。