JP7774012B2

JP7774012B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP7774012B2
Application number: JP2023047934A
Authority: JP
Inventors: 大樹森下
Original assignee: Prime Planet Energy and Solutions Inc
Current assignee: Prime Planet Energy and Solutions Inc
Priority date: 2023-03-24
Filing date: 2023-03-24
Publication date: 2025-11-20
Anticipated expiration: 2043-03-24
Also published as: CN118693427A; JP2024136724A; EP4435914A3; US20240322332A1; KR20240143884A; EP4435914A2

Description

本技術は、電池パックに関する。

車両のバッテリ搭載構造を開示した先行技術文献として、特開２０１７－１９７０４７号公報（特許文献１）がある。特許文献１に記載された車両のバッテリ搭載構造は、一対の骨格部材と、電池パックとを備える。電池パックは、一対の骨格部材の間に配置されている。電池パックは、積層体と、ケースとを含む。積層体は、複数の単セルを一方向に積層して一体化している。ケースは、積層体を車幅方向に間隔をあけて並べて複数収容している。ケースの内部には、車両の衝突時に入力される衝撃荷重を車幅方向に伝達する荷重伝達部材が積層体の間の隙間に設けられている。

特開２０１７－１９７０４７号公報

電池セルを衝突から保護するための構造を電池パックに設ける場合、電池パックの構造が複雑になることがある。このため、電池パックの構造を簡素化しつつ電池セルを衝突から保護することができる余地がある。

本技術は、上記の課題を解決するためになされたものであって、構造を簡素化しつつ電池セルを衝突から保護することができる電池パックを提供することを目的とする。

本技術は、以下の電池パックを提供する。
［１］
第１の方向に並んだ複数の電池セルを含む積層体と、
前記積層体の前記第１の方向の端部に配置されたエンドプレートと、
前記積層体および前記エンドプレートを収容する筐体と、
前記筐体の内部に配置され、前記エンドプレートに嵌合され、衝突時に電池パックが受ける衝突荷重の少なくとも一部を負担する強度部材とを備え、
前記強度部材は、
前記第１の方向において、前記エンドプレートの前記積層体とは反対側に配置された第１部分と、
前記第１の方向に直交する第２の方向において、前記エンドプレートおよび前記筐体と並ぶ第２部分とを含む、電池パック。
［２］
前記第２部分は、前記第２の方向において、前記エンドプレートおよび前記第１部分の両側に配置されている、［１］に記載の電池パック。
［３］
前記第２の方向の両側において、前記エンドプレートは、前記第２部分に嵌合されている、［２］に記載の電池パック。
［４］
前記第１の方向において、前記第１部分の幅は、前記エンドプレートの幅より広い、［１］から［３］のいずれか１つに記載の電池パック。
［５］
前記エンドプレートは、前記第１部分に接触している、［１］から［４］のいずれか１つに記載の電池パック。
［６］
前記強度部材は、前記筐体に固定されている、［１］から［５］のいずれか１つに記載の電池パック。
［７］
前記第２部分は、前記第１の方向および前記第２の方向に直交する第３の方向に軸方向を有するパイプにより形成されている、［１］から［６］のいずれか１つに記載の電池パック。

本技術によれば、電池パックの構造を簡素化しつつ電池セルを衝突から保護することができる。

本技術の実施の形態１に係る電池パックの構成を示す斜視図である。本技術の実施の形態１に係る電池パックが備える電池モジュールの構成を示す斜視図である。本技術の実施の形態１に係る電池パックが備える電池セルおよびエンドプレートの構成を示す斜視図である。本技術の実施の形態１に係る電池パックが備える電池セルの構成を示す斜視図である。図１の電池パックをＶ－Ｖ線矢印方向から見た断面図である。本技術の実施の形態１に係る電池パックが備える強度部材の構成を示す斜視図である。本技術の実施の形態１の第１変形例に係る電池パックの構成を示す断面図である。本技術の実施の形態１の第２変形例に係る電池パックの構成を示す断面図である。本技術の実施の形態２に係る電池パックが備える強度部材の構成を示す斜視図である。

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。

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。

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、ニッケル水素電池など他の電池を含み得る。本明細書において、「電極」は正極および負極を総称し得る。

本明細書において、「電池セル」ないし「電池モジュール」は、キャパシタセルないしキャパシタモジュールを含み得る。

なお、図面においては、電池セルが並ぶ方向に直交し、かつ、エンドプレート、筐体および強度部材の第２部分が並ぶ方向を第２の方向としてのＸ方向、電池セルが並ぶ方向を第１の方向としてのＹ方向、第１の方向および第２の方向に直交する電池セルの高さ方向を第３の方向としてのＺ方向とする。

（実施の形態１）
図１は、本技術の実施の形態１に係る電池パックの構成を示す斜視図である。図２は、本技術の実施の形態１に係る電池パックが備える電池モジュールの構成を示す斜視図である。図３は、本技術の実施の形態１に係る電池パックが備える電池セルおよびエンドプレートの構成を示す斜視図である。

図１および図２に示すように、本実施の形態に係る電池パック１は、電池モジュール２と、筐体４００と、強度部材５００とを備える。

図２および図３に示すように、組電池としての電池モジュール２は、積層体１０と、エンドプレート２００と、拘束部材３００とを含む。

積層体１０は、第１の方向（Ｙ方向）に並んだ複数の電池セル１００を有する。電池セル１００同士の間には、図示しないセパレータが介装されている。２つのエンドプレート２００に挟持された複数の電池セル１００は、エンドプレート２００によって押圧され、２つのエンドプレート２００の間で拘束されている。

エンドプレート２００は、積層体１０の第１の方向（Ｙ方向）の端部に配置されている。本実施の形態におけるエンドプレート２００は、積層体１０の第１の方向（Ｙ方向）の両端に配置されている。エンドプレート２００は、電池モジュール２を収納するケースなどの基台に固定される。エンドプレート２００のＺ方向の端部には、Ｙ方向における電池セル１００とは反対側に段差部が設けられている。エンドプレート２００は、たとえば、アルミニウムまたは鉄により構成されている。

図２に示すように、拘束部材３００は、積層体１０およびエンドプレート２００のＸ方向の両端に設けられている。積層された複数の電池セル１００およびエンドプレート２００に対してＹ方向の圧縮力を作用させた状態で拘束部材３００をエンドプレート２００に係合させ、その後に圧縮力を解放することにより、２つのエンドプレート２００を接続する拘束部材３００に引張力が働く。その反作用として、拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに近づける方向に押圧する。その結果、拘束部材３００は、積層体１０をＹ方向に拘束する。

図４は、本技術の実施の形態１に係る電池パックが備える電池セルの構成を示す斜視図である。図４に示すように、電池セル１００は、電極端子１１０と、外装体１２０と、ガス排出弁１３０とを含む。

電極端子１１０は、正極端子１１１と、負極端子１１２とを含む。電極端子１１０は、外装体１２０上に形成されている。外装体１２０は、略直方体形状に形成されている。外装体１２０には、図示しない電極体および電解液が収容されている。ガス排出弁１３０は、外装体１２０内の圧力が所定値以上となった際に破断する。これにより、外装体１２０内のガスが外装体１２０外に排出される。

図１に示すように、筐体４００は、積層体１０およびエンドプレート２００を収容する。本実施の形態における筐体４００は、積層体１０およびエンドプレート２００を含む電池モジュール２をＹ方向に２つ並べて収容している。

図５は、図１の電池パックをＶ－Ｖ線矢印方向から見た断面図である。図１および図５に示すように、強度部材５００は、主に側突により第２の方向（Ｘ方向）から衝突荷重を受けた場合に、電池モジュール２における電池セル１００を保護するための部材である。このため、強度部材５００は、衝突時に電池パック１が受ける衝突荷重の少なくとも一部を負担する。

強度部材５００は、筐体４００の内部に配置されている。具体的には、強度部材５００は、第１の方向（Ｙ方向）に並ぶ２つの電池モジュール２の間に位置している。第１の方向（Ｙ方向）における筐体４００の一対の側面部同士の間の略中央に強度部材５００が配置される。このため、電池パック１が第１の方向（Ｙ方向）に長尺となっても、第１の方向（Ｙ方向）に等間隔に第２の方向（Ｘ方向）からの衝突荷重を受け止めることができる。

強度部材５００は、筐体４００に固定されている。強度部材５００は、たとえば接着剤による接着固定、または溶接などによる接合により固定されている。なお、強度部材５００は、必ずしも筐体４００に固定されていなくてもよい。

強度部材５００は、たとえば、アルミニウムによって構成されている。なお、強度部材５００は、アルミニウムに限定されず、他の金属であってもよいし、高強度樹脂であってもよい。強度部材５００が高強度樹脂により構成される場合、強度部材５００は、たとえばＣＦＲＰにより構成される。

強度部材５００は、第１部分５１０と、第２部分５２０とを含む。本実施の形態における第２部分５２０は、第２の方向（Ｘ方向）において、第１部分５１０の両側に一対設けられている。本実施の形態における第１部分５１０および第２部分５２０は、一体に構成されている。なお、強度部材５００は、第１部分５１０および第２部分５２０の各々が別部材で構成され、互いに接合される構成であってもよい。

第１部分５１０は、第１の方向（Ｙ方向）において、エンドプレート２００の積層体１０とは反対側に配置されている部分である。本実施の形態における第１部分５１０は、２つの電池モジュール２の間に挟まれている。

エンドプレート２００は、第１部分５１０に接触している。本実施の形態におけるエンドプレート２００は、第１部分５１０に面接触している。エンドプレート２００が第１部分５１０に面接触する場合、強度部材５００に対してエンドプレート２００を含む電池モジュール２の位置決めがしやすい。なお、エンドプレート２００は、複数箇所において第１部分５１０に点接触していてもよい。

第２部分５２０は、第１の方向（Ｙ方向）に直交する第２の方向（Ｘ方向）において、エンドプレート２００および筐体４００と並んでいる部分である。第２部分５２０は、第２の方向（Ｘ方向）において、エンドプレート２００および第１部分５１０の両側に配置されている。本実施の形態における第２部分５２０は、第２の方向（Ｘ方向）において、エンドプレート２００および筐体４００に接触して配置されている。

強度部材５００は、エンドプレート２００に嵌合されている。具体的には、第２の方向（Ｘ方向）の両側において、第２部分５２０がエンドプレート２００に嵌合されている。本実施の形態における強度部材５００は、拘束部材３００を間に挟んでエンドプレート２００に嵌合されている。なお、強度部材５００は、拘束部材３００を間に挟むことなく、たとえば、拘束部材３００の一部を切り欠き、強度部材５００がエンドプレート２００に直接接して嵌合されていてもよい。

強度部材５００の厚みは、強度部材５００を電池パック１に配置することによる電池パック１の体積増加を考慮して、比較的薄い方が望ましい。

第２の方向（Ｘ方向）における電池セル１００の長さＬ１に対して、第２の方向（Ｘ方向）における第２部分５２０の長さＬ２は、たとえば１０分の１以下である。

第１の方向（Ｙ方向）におけるエンドプレート２００の幅Ｗ１に対して、第１の方向（Ｙ方向）における第１部分５１０の幅Ｗ２は、たとえば略同じ幅である。なお、「略同じ幅」とは、製造時の加工のばらつきを含む意味である。

第２部分５２０は、第２の方向（Ｘ方向）においてエンドプレート２００と並ぶ部分に幅Ｗ３を有する。第１の方向（Ｙ方向）におけるエンドプレート２００の幅Ｗ１に対して、第１の方向（Ｙ方向）における第２部分５２０の幅Ｗ３は、たとえば略同じ幅である。

なお、エンドプレート２００の幅Ｗ１に対して、第２部分５２０の幅Ｗ３は、狭い方が望ましい。具体的には、第２部分５２０の幅Ｗ３は、Ｗ１≧Ｗ３≧０．５Ｗ１の関係を満たすことが望ましい。これにより、第２の方向（Ｘ方向）から衝突荷重が加わった場合、第２部分５２０からエンドプレート２００の全面に衝突荷重の分担される負荷を伝達させることができる。

本実施の形態において、第２の方向（Ｘ方向）から側突されることにより電池パック１に衝突荷重が加わった場合、第１の方向（Ｙ方向）における強度部材５００が配置される電池モジュール２の端部において、エンドプレート２００および強度部材５００によって衝突荷重を受け止めることができる。

本実施の形態における強度部材５００は、第１の方向（Ｙ方向）における強度部材５００が配置される電池モジュール２の端部において、エンドプレート２００と強度部材５００とによって略均等に衝突荷重を分担している。エンドプレート２００の幅Ｗ１と強度部材５００の第１部分５１０の幅Ｗ２とが略同じ幅であり、かつエンドプレート２００の幅Ｗ１と強度部材５００の第２部分５２０の幅Ｗ３とが略同じ幅であるため、衝突荷重はエンドプレート２００と強度部材５００とによって略均等になる。

仮に、筐体に衝突荷重を受け止める保護構造を設ける場合、筐体を分割して構成し、分割した筐体の間に衝突荷重を受け止めるフレーム部材を挟み込む構造などが挙げられる。この構造は部材点数が多くなり、筐体の構造が複雑になる。さらに、電池パックとして高コストとなり、さらに種々の車両などに搭載する際の拡張性が損なわれる可能性がある。

一方、本実施の形態におけるエンドプレート２００および強度部材５００によって衝突荷重を受け止める構成は、簡素な形状により構成でき、かつ衝突荷重を受け止めることができる強度部材５００を電池モジュール２の端部に配置するため、筐体４００に衝突荷重を受け止める保護構造を設ける場合と比較して簡素な構造にすることができる。

図６は、本技術の実施の形態１に係る電池パックが備える強度部材の構成を示す斜視図である。なお、図６において、拘束部材３００を透視して示している。

図６に示すように、拘束部材３００は、切欠部３１０を含む。切欠部３１０は、拘束部材３００の第１の方向（Ｙ方向）の端部において、第３の方向（Ｚ方向）に並んで複数設けられている。

第２部分５２０は、柱状突起部５２１を含む。柱状突起部５２１は、第２部分５２０において切欠部３１０に対応する位置に設けられている。柱状突起部５２１は、第２部分５２０から第２の方向（Ｘ方向）における第１部分５１０が位置する側に向かって突出している。柱状突起部５２１は、第３の方向（Ｚ方向）に並んで複数設けられている。

強度部材５００の柱状突起部５２１は、拘束部材３００の切欠部３１０に嵌合している。これにより、強度部材５００は、拘束部材３００に固定されている。柱状突起部５２１と切欠部３１０とを嵌合させることにより、拘束部材３００を含む電池モジュール２および強度部材５００とを簡素な構成により固定した一体的な構造を構成することができる。

図５および図６に示すように、強度部材５００は、筐体４００に固定されているため、筐体４００に対して、電池モジュール２を位置決めすることができる。すなわち、強度部材５００を位置決め部品とし、第１の方向（Ｙ方向）において電池モジュール２により強度部材５００を両端から挟み込むことによって、電池パック１の構成部材を位置決めすることができる。

本技術の実施の形態１に係る電池パック１においては、エンドプレート２００と強度部材５００とを嵌合して一体的な構造にすることによって、側突時に電池パック１が受ける衝突荷重をエンドプレート２００と強度部材５００とにより受け止めることができる。これにより、筐体４００に衝突荷重を受け止める保護構造を設ける場合と比較して、電池パック１の構造を簡素化しつつ電池セル１００を衝突荷重から保護することができる。ひいては、筐体４００が簡素化できるため、筐体４００の製造コストを低減し、種々の車両などへの電池パック１の搭載の拡張性を向上させることができる。

本技術の実施の形態１に係る電池パック１においては、第２の方向（Ｘ方向）において第２部分５２０がエンドプレート２００および第１部分５１０の両側に配置されていることにより、筐体４００からの衝突荷重を第２部分５２０からエンドプレート２００および第１部分５１０に伝播させて、エンドプレート２００および強度部材５００の両方により衝突荷重を受け止めやすくすることができる。

本技術の実施の形態１に係る電池パック１においては、エンドプレート２００が第２の方向（Ｘ方向）において強度部材５００の両側に配置された第２部分５２０に嵌合されていることによって、強度部材５００からの衝突荷重をエンドプレート２００に効率良く伝播させることができる。

本技術の実施の形態１に係る電池パック１においては、第１の方向（Ｙ方向）においてエンドプレート２００が強度部材５００の第１部分５１０に接触していることによって、複数配置される電池モジュール２同士を強度部材５００により位置決めすることができる。

本技術の実施の形態１に係る電池パック１においては、電池モジュール２を位置決めする強度部材５００が筐体４００に固定されていることによって、筐体４００に対して電池モジュール２を正確に位置決めすることができる。

以下、本技術の実施の形態１の変形例に係る電池パックについて説明する。本変形例に係る電池パックは、強度部材およびエンドプレートの構成が本技術の実施の形態１に係る電池パック１と異なるため、本技術の実施の形態１に係る電池パック１と同様である構成については説明を繰り返さない。

図７は、本技術の実施の形態１の第１変形例に係る電池パックの構成を示す断面図である。図７に示すように、本変形例に係る電池パック１Ａは、電池モジュール２と、筐体４００と、強度部材５００Ａとを備える。強度部材５００Ａは、第１部分５１０Ａと、第２部分５２０Ａとを含む。

第１の方向（Ｙ方向）において、第１部分５１０Ａの幅Ｗ２は、エンドプレート２００の幅Ｗ１より広い。これにより、電池パック１Ａが衝突荷重を受けた場合、エンドプレート２００と強度部材５００Ａとの衝突荷重の負担比率は、エンドプレート２００より強度部材５００Ａが大きくなる。

本技術の実施の形態１の第１変形例に係る電池パック１Ａにおいては、衝突荷重をエンドプレート２００より強度部材５００Ａに負担させることにより衝突荷重による電池モジュール２への負荷を低減させることができる。

図８は、本技術の実施の形態１の第２変形例に係る電池パックの構成を示す断面図である。図８に示すように、本変形例に係る電池パック１Ｂは、電池モジュール２Ｂと、強度部材５００Ｂとを備える。電池モジュール２Ｂは、エンドプレート２００Ｂを含む。強度部材５００Ｂは、第１部分５１０Ｂと、第２部分５２０Ｂとを含む。

エンドプレート２００Ｂは、第１部分５１０Ｂに対向するように第２の方向（Ｘ方向）の中央に凹部２０１Ｂが設けられている。第１部分５１０Ｂは、凹部２０１Ｂに対応する位置に突起部５１１Ｂが設けられている。突起部５１１Ｂは、凹部２０１Ｂに嵌合している。

本技術の実施の形態１の第２変形例に係る電池パック１Ｂにおいては、第１部分５１０Ｂの突起部５１１Ｂをエンドプレート２００Ｂの凹部２０１Ｂに嵌合させることにより、エンドプレート２００Ｂに対して強度部材５００Ｂを第１部分５１０Ｂおよび第２部分５２０Ｂによって強固に嵌合することができる。これにより、エンドプレート２００Ｂおよび強度部材５００Ｂを一体的に構成して、衝突荷重に対するエンドプレート２００Ｂおよび強度部材５００Ｂの耐力を向上させることができる。

（実施の形態２）
以下、本技術の実施の形態２に係る電池パックについて説明する。本技術の実施の形態２に係る電池パックは、強度部材の構成が本技術の実施の形態１に係る電池パック１と異なるため、本技術の実施の形態１に係る電池パック１と同様である構成については説明を繰り返さない。

図９は、本技術の実施の形態２に係る電池パックが備える強度部材の構成を示す斜視図である。図９に示すように、実施の形態２に係る電池パックは、電池モジュールと、筐体と、強度部材５００Ｃとを備える。

強度部材５００Ｃは、第１部分５１０Ｃと、第２部分５２０Ｃとを含む。第２部分５２０Ｃは、第３の方向（Ｚ方向）に軸方向を有するパイプにより形成されている。第１部分５１０Ｃと第２部分５２０Ｃとは、たとえば、溶接によって接合されている。

本技術の実施の形態２に係る電池パックにおいては、強度部材５００Ｃのうち、第２部分５２０Ｃをパイプにより構成することによって、強度部材５００Ｃを廉価に製造することができる。

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電池パック、２，２Ｂ電池モジュール、１０積層体、１００電池セル、１１０電極端子、１１１正極端子、１１２負極端子、１２０外装体、１３０ガス排出弁、２００，２００Ｂエンドプレート、２０１Ｂ凹部、３００拘束部材、３１０切欠部、４００筐体、５００，５００Ａ，５００Ｂ，５００Ｃ強度部材、５１０，５１０Ａ，５１０Ｂ，５１０Ｃ第１部分、５１１Ｂ突起部、５２０，５２０Ａ，５２０Ｂ，５２０Ｃ第２部分、５２１柱状突起部。

Claims

第１の方向に並んだ複数の電池セルを各々含み、前記第１の方向に並ぶ第１積層体および第２積層体と、
前記第１積層体の前記第１の方向の端部に配置された第１エンドプレートと、
前記第２積層体の前記第１の方向の端部に配置された第２エンドプレートと、
前記第１積層体および前記第２積層体、ならびに前記第１エンドプレートおよび前記第２エンドプレートを収容する筐体と、
前記筐体の内部に配置され、前記第１エンドプレートおよび前記第２エンドプレートに嵌合され、衝突時に電池パックが受ける衝突荷重の少なくとも一部を負担する強度部材とを備え、
前記強度部材は、
前記第１の方向において、前記第１エンドプレートと前記第２エンドプレートとの間に配置された第１部分と、
前記第１の方向に直交する第２の方向において、前記第１エンドプレート、前記第１部分、および第２エンドプレートと前記筐体との間に配置される第２部分とを含み、
前記第１の方向において、前記第２部分のうち前記第１エンドプレートと前記筐体との間に配置される部分の幅は、前記第１エンドプレートの幅に対して略同じである、または前記第１エンドプレートの幅に対して狭く、
前記第１の方向において、前記第２部分のうち前記第２エンドプレートと前記筐体との間に配置される部分の幅は、前記第２エンドプレートの幅に対して略同じである、または前記第２エンドプレートの幅に対して狭い、電池パック。
前記第２部分は、前記第２の方向において、前記第１エンドプレート、第２エンドプレートおよび前記第１部分の両側に配置されている、請求項１に記載の電池パック。
前記第２の方向の両側において、前記第１エンドプレートおよび前記第２エンドプレートは、前記第２部分に嵌合されている、請求項２に記載の電池パック。
前記第１の方向において、前記第１部分の幅は、前記第１エンドプレートの幅より広く、
前記第１の方向において、前記第１部分の幅は、前記第２エンドプレートの幅より広い、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電池パック。
前記第１エンドプレートおよび前記第２エンドプレートは、前記第１部分に接触している、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電池パック。
前記強度部材は、前記筐体に固定されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電池パック。
前記第２部分は、前記第１の方向および前記第２の方向に直交する第３の方向に軸方向を有するパイプにより形成されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電池パック。