特許 6103237 電池パック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6103237

(24)【登録日】2017年3月10日

(45)【発行日】2017年3月29日

(54)【発明の名称】電池パック

(51)【国際特許分類】

   H01M 2/10 20060101AFI20170316BHJP

   H01M 2/12 20060101ALI20170316BHJP

   H01M 2/34 20060101ALI20170316BHJP

   H01M 2/20 20060101ALI20170316BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/10 M

   H01M2/12 101

   H01M2/10 A

   H01M2/10 S

   H01M2/34 B

   H01M2/20 A

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-221613(P2013-221613)

(22)【出願日】2013年10月24日

(65)【公開番号】特開2015-82492(P2015-82492A)

(43)【公開日】2015年4月27日

【審査請求日】2016年2月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】石黒 文彦

(72)【発明者】

【氏名】加藤 崇行

(72)【発明者】

【氏名】植田 浩生

(72)【発明者】

【氏名】山口 敦

【審査官】 田中 永一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−３４６７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１０４４７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１１７７５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０２７０１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１５００７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１３００７３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−０８００４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０８１１７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−０８２４９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ２／１０

Ｈ０１Ｍ ２／１２

Ｈ０１Ｍ ２／２０

Ｈ０１Ｍ ２／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極組立体が収容されたケースと該ケースの内圧をケース外に開放させる圧力開放弁を有する複数の電池セルを備えた電池モジュールと、
前記電池セルに接続されたハーネスと、
前記電池セル及び前記ハーネスが収容された筐体と、を備えた電池パックであって、
前記筐体は、該筐体の内圧を筐体外に開放させる開放部を有し、
前記ハーネスと前記筐体の内面との間には、緩衝材が設けられ、
前記緩衝材は、前記筐体の内面に接合される基部と、前記基部から前記電池モジュールに向けて突出する突出部とを有し、
前記ハーネスは、前記基部と対向する位置に設けられるとともに、前記突出部の先端面と対向する位置には設けられず、
前記先端面と前記電池モジュールにおける前記先端面と対向する面とを結ぶ最短の仮想線の長さは、前記基部と前記ハーネスとを結ぶ最短の仮想線の長さよりも短いことを特徴とする電池パック。

【請求項2】

前記緩衝材は、前記筐体と一体化されていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。

【請求項3】

前記筐体は、前記電池モジュールが固定される本体と、該本体に固定される固定部材とを有し、
前記緩衝材は、前記固定部材と一体化されていることを特徴とする請求項２に記載の電池パック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、緩衝材を有する電池パックに関する。

【背景技術】

【0002】

電池セルに異常が生じると、電池セルの内部で気体が発生する場合があり、電池セルにはこの気体を外部に排出するための圧力開放弁が設けられている。複数の電池セルを筐体に収容した電池パックにおいては、電池セルから排出される気体によって筐体の内圧が上昇する場合がある。筐体に排出された気体を筐体の外部に排出するように構成した電池パックとしては、例えば、特許文献１に記載の電池モジュールが挙げられる。

【0003】

特許文献１に記載の電池モジュールは、ハウジングの内部に複数の二次電池（電池セル）が収容されている。二次電池には、設定された圧力で開放されうる排気部材が設置されている。ハウジングには、排気ホールが形成されている。排気ホールには、排気ホールを塞ぐようにバルブ部材が設けられている。二次電池の排気部材から気体が排出され、ハウジングの内圧が上昇すると、バルブ部材が開放されることでハウジングの内圧が開放される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−１０４４７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、電池モジュールには、二次電池の電力を送電するハーネスが設けられる。電池モジュールに振動が加わると、このハーネスがハウジングと擦れてハーネスが破損するおそれがある。また、ハウジング内の換気性を向上させるために、ハウジングの内部に排出された気体を円滑に排出することが望まれている。

【0006】

本発明の目的は、ハーネスを保護することができ、かつ、筐体に排出された気体を円滑に排出することができる電池パックを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決する電池パックは、電極組立体が収容されたケースと該ケースの内圧をケース外に開放させる圧力開放弁を有する複数の電池セルを備えた電池モジュールと、前記電池セルに接続されたハーネスと、前記電池セル及び前記ハーネスが収容された筐体と、を備えた電池パックであって、前記筐体は、該筐体の内圧を筐体外に開放させる開放部を有し、前記ハーネスと前記筐体の内面との間には、緩衝材が設けられ、前記緩衝材は、前記筐体の内面に接合される基部と、前記基部から前記電池モジュールに向けて突出する突出部とを有し、前記ハーネスは、前記基部と対向する位置に設けられるとともに、前記突出部の先端面と対向する位置には設けられず、前記先端面と前記電池モジュールにおける前記先端面と対向する面とを結ぶ最短の仮想線の長さは、前記基部と前記ハーネスとを結ぶ最短の仮想線の長さよりも短いことを要旨とする。

【0008】

これによれば、電池パックに振動が加わり、ハーネスが筐体に接触しようとしても、ハーネスは緩衝材と接触する。このため、ハーネスが筐体と擦れにくく、ハーネスを保護することができる。また、緩衝材を筐体の内部に設けていることで、筐体の内部の空間が狭くなる。このため、電池セルから気体が排出されたときに、筐体の内圧が上昇しやすく、開放部が開放されやすい。したがって、筐体に排出された気体を円滑に排出することができる。また、電池モジュールが筐体の内面に向けて移動すると、緩衝材は、ハーネスよりも先に電池モジュールに接触する。具体的にいえば、基部がハーネスと接触するよりも先に、突出部が電池モジュールと接触する。ハーネスは、電池モジュールに比べて強度が低い。電池モジュールがハーネスよりも先に緩衝材に接触することで、衝撃が緩和されるため、ハーネスに加わる衝撃が小さく、ハーネスを保護することができる。

【0011】

上記電池パックについて、前記緩衝材は、前記筐体と一体化されていることが好ましい。
これによれば、緩衝材は、筐体と一体化されているため、振動や衝撃が加わっても、位置ずれしにくい。このため、緩衝材の位置ずれに伴いハーネスが筐体の内面に擦れることを抑制することができる。

【0012】

上記電池パックについて、前記筐体は、前記電池モジュールが固定される本体と、該本体に固定される固定部材とを有し、前記緩衝材は、前記固定部材と一体化されていることが好ましい。

【0013】

これによれば、本体及び固定部材に別々に電池モジュールと緩衝材を固定することができるため、緩衝材を固定部材に容易に取り付けることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、ハーネスを保護することができ、かつ、筐体に排出された気体を円滑に排出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態における電池パックを示す斜視図。

【図2】実施形態における電池モジュールを示す斜視図。

【図3】実施形態における電池モジュールを示す平面図。

【図4】実施形態における電池セルを示す断面図。

【図5】実施形態における電池パックを示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、電池パックの一実施形態について説明する。
図１に示すように、電池パック１０は、四角箱状の筐体１１と、筐体１１の内部に収容された複数の電池モジュール２１を有している。筐体１１は、Ｌ字状をなす本体１２に蓋部材１３，１４，１５及び天板１８を固定することで構成されている。具体的にいえば、本体１２は、矩形平板状の底板１６と、底板１６の短手方向第１端部１６ａから立設する矩形平板状の立設部１７を有している。そして、底板１６の短手方向第２端部１６ｂには蓋部材１３が固定されるとともに、長手方向両端には蓋部材１４，１５が固定されている。筐体１１は、立設部１７及び蓋部材１３，１４，１５によって囲まれる開口部を閉塞する天板１８を有している。筐体１１の内部には、積層された二つの電池モジュール２１が二組設けられている。

【0017】

蓋部材１５には、筐体１１の内圧が閾値まで上昇したときに、筐体１１の内圧を開放させる開放部１９が設けられている。開放部１９としては、破断式の弁が用いられている。「閾値」は、筐体１１の内圧が高まったときに、筐体１１の内圧によって筐体１１が破損する前に開放部１９が破断するような圧力に設定される。

【0018】

図２及び図３に示すように、電池モジュール２１は、電池セル２２が電池ホルダ２５に保持された状態で並設されている。電池セル２２は、隣り合う接続端子３５をバスバー２８で接続することで直列接続されている。電池モジュール２１における電池セル２２の並設方向両端には、エンドプレート２３が設けられている。エンドプレート２３には、ブラケット２４が設けられている。電池モジュール２１は、ブラケット２４がボルトなどで立設部１７に取り付けられることで立設部１７に固定されている。

【0019】

図４に示すように、電池セル２２は、ケース３１を備え、このケース３１には電極組立体３２が収容されている。電極組立体３２は正極と負極を備えている。ケース３１は、電極組立体３２を収容する有底箱状のケース本体３３と、ケース本体３３の開口部を閉塞する板状の蓋部３４とから構成されている。蓋部３４には、接続端子３５（正極端子及び負極端子）が設けられている。蓋部３４には、ケース３１の内圧が閾値まで上昇したときに、破断して開放される圧力開放弁３６が設けられている。「閾値」は、ケース３１の内圧が高まったときに、ケース３１の内圧によってケース３１が破損する前に圧力開放弁３６が破断するような圧力に設定される。接続端子３５は、導電部材３７を介して電極組立体３２に電気的に接続されている。

【0020】

図２に示すように、電池モジュール２１には、電池モジュール２１の電力を伝送するためのハーネス４１が設けられている。ハーネス４１は、電池セル２２の並設方向の両端の電池セル２２の接続端子３５に接続されている。各ハーネス４１は、電池セル２２の並設方向において、互いに離れる方向に突出するように設けられている。これにより、電池モジュール２１からは、底板１６の長手方向に対向する蓋部材１４，１５に向けてハーネス４１が突出している。

【0021】

図１に示すように、立設部１７には、二つの端子台５１，５２が固定されている。それぞれの端子台５１，５２には、同一極性のハーネス４１が接続されている。これにより、各電池モジュール２１は、並列接続されている。そして、各端子台５１，５２に設けられる図示しないパワー線は、負荷に接続される。

【0022】

図５に示すように、蓋部材１４，１５における電池モジュール２１側の面には、それぞれ緩衝材６１が接着剤やボルトなどで固定されており、蓋部材１４，１５と緩衝材６１とは一体化されている。これにより、緩衝材６１は、蓋部材１４，１５と電池モジュール２１に設けられたハーネス４１との間に位置している。すなわち、筐体１１の内面とハーネス４１との間には、緩衝材６１が設けられている。蓋部材１５に固定される緩衝材６１は、開放部１９と対向しない位置に設けられている。

【0023】

緩衝材６１は、例えば、合成樹脂やゴム、発泡材などの弾性体によって形成されており、蓋部材１４，１５における電池モジュール２１と対向する面１４ａ，１５ａ（筐体１１の内面）に固定される矩形平板状の基部６２と、基部６２の蓋部材１４，１５に固定される面とは反対側の反対面６２ａから基部６２の厚み方向（電池モジュール２１に向かう方向）に突出する矩形平板状の突出部６３とを有している。

【0024】

詳述すると、突出部６３は、基部６２の反対面６２ａにおける短手方向中央部分から基部６２の厚み方向に突出部６３の先端面６３ａが電池モジュール２１と対向するように突出するとともに基部６２の反対面６２ａの長手方向に亘って延びている。したがって、突出部６３の短手方向の寸法は、基部６２の短手方向の寸法よりも短くなっている。また、突出部６３の長手方向の寸法と基部６２の長手方向の寸法は同一となっている。

【0025】

上記のように形成された緩衝材６１は、基部６２の長手方向及び突出部６３の長手方向が電池モジュール２１の積層方向と一致し、基部６２の短手方向及び突出部６３の短手方向が電池セル２２における接続端子３５（正極及び負極）の並設方向と一致するように蓋部材１４，１５に固定されている。

【0026】

また、緩衝材６１は、基部６２の反対面６２ａとハーネス４１とが対向し、エンドプレート２３（電池モジュール２２）と突出部６３の先端面６３ａとが対向するように蓋部材１４，１５に固定されている。また、緩衝材６１は、突出部６３の先端面６３ａとハーネス４１が対向しないように蓋部材１４，１５に固定されている。基部６２の反対面６２ａとハーネス４１は近接して配置されている。なお、緩衝材６１は、突出部６３の先端面６３ａと電池モジュール２１における先端面６３ａと対向する面（エンドプレート２３）とを結ぶ最短の仮想線Ｌ１の長さ（先端面６３ａとエンドプレート２３間の距離）が、基部６２の反対面６２ａとハーネス４１の外周面とを結ぶ最短の仮想線Ｌ２の長さ（反対面６２ａとハーネス４１の外周面間の距離）よりも短くなるように固定されている。

【0027】

緩衝材６１の寸法は、基部６２の長手方向の寸法及び突出部６３の長手方向の寸法が、２個の電池モジュール２１を積層したときの電池モジュール２１の高さ（積層方向の寸法）程度であり、突出部６３の短手方向の寸法が、電池セル２２における接続端子３５（正極及び負極）間の寸法よりも若干短くなっている。

【0028】

上記した電池パック１０は、まず、ブラケット２４によって立設部１７に電池モジュール２１が固定された後に、蓋部材１３及び緩衝材６１が固定された蓋部材１４，１５を本体１２に固定することで製造される。したがって、蓋部材１４，１５が固定部材となる。

【0029】

次に、本実施形態の電池パック１０の作用について説明する。
電池パック１０に振動や衝撃が加わると、ハーネス４１が振動や衝撃によって筐体１１の内面に向けて移動する場合がある。ハーネス４１が筐体１１の内面に接触すると、ハーネス４１の外表面が擦れて、ハーネス４１の破損を招くおそれがあるが、緩衝材６１を設けているため、ハーネス４１が筐体１１の内面に接触しにくい。特に、本実施形態では、ハーネス４１が、電池モジュール２１から蓋部材１４，１５に向けて突出しているため、ハーネス４１が筐体１１の内面に接触しやすいが、緩衝材６１によってハーネス４１が保護されている。

【0030】

衝撃や振動などによって、緩衝材６１に位置ずれが生じると、緩衝材６１が予め定められた位置から離間し、ハーネス４１が筐体１１の内面に接触するおそれがあるが、蓋部材１４，１５に緩衝材６１を一体化しているため、緩衝材６１の位置ずれが抑制されている。

【0031】

また、外部からの衝撃によって、電池モジュール２１が蓋部材１４，１５に向けて移動する場合がある。特に、衝撃に伴って筐体１１が変形したり、電池モジュール２１が脱落すると、電池モジュール２１と筐体１１によってハーネス４１が挟まれ、ハーネス４１が断線するおそれがある。本実施形態では、蓋部材１４，１５に緩衝材６１を設けているため、電池モジュール２１が蓋部材１４，１５に向けて移動し、電池モジュール２１と緩衝材６１によってハーネス４１が挟まれても、ハーネス４１が断線しにくく、短絡が抑制される。

【0032】

電池モジュール２１が蓋部材１４，１５に向けて移動すると、電池モジュール２１がハーネス４１よりも先に緩衝材６１に接触する。具体的にいえば、基部６２にハーネス４１が接触するよりも先に突出部６３に電池モジュール２１が接触する。電池モジュール２１が緩衝材６１に接触すると、電池モジュール２１と緩衝材６１の接触によって衝撃が緩和されるため、ハーネス４１に加わる衝撃が小さくなる。

【0033】

ところで、電池パック１０の筐体１１に開放部１９が設けられている場合、筐体１１の内圧が上昇すると、開放部１９が破断して、筐体１１の内圧が開放される。筐体１１の内圧は、電池セル２２の圧力開放弁３６から排出される気体によって上昇する。このとき、筐体１１内の空間が多いと、筐体１１の内圧が上昇しにくい。結果として、電池セル２２に異常が生じて、電池セル２２から気体が排出されても、開放部１９が破断しにくく、筐体１１内のガス換気性が悪化するおそれがある。本実施形態では、緩衝材６１を設けることで、筐体１１の内部の空間が、緩衝材６１の分だけ少なくなっている。このため、電池セル２２から気体が排出されると、筐体１１の内圧が上昇しやすく、開放部１９が破断しやすい。

【0034】

また、電池モジュール２１同士を互いに近づけ、筐体１１をその分だけ小さくしたり、電池モジュール２１を筐体１１の内面にできるだけ近接させることで筐体１１内の空間を小さくすることも考えられる。しかしながら、ブラケット２４を立設部１７に取り付けるために、電池モジュール２１と筐体１１の内面との間には取付作業を行うための空間を確保する必要があり、電池モジュール２１同士を近付けすぎると、ハーネス４１同士が接触して、短絡の原因となるおそれがある。これらの空間に緩衝材６１を設けることで、筐体１１内の空間を小さくしつつ、ハーネス４１の保護を図ることができる。

【0035】

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）緩衝材６１を筐体１１の内部に設けているため、筐体１１内の空間が少なくなり、筐体１１の内圧が上昇しやすい。電池セル２２に異常が生じて、気体が排出されたときには、開放部１９が開放されやすい。したがって、筐体１１に排出された気体を円滑に排出することができ、筐体１１内の換気性が向上される。

【0036】

（２）緩衝材６１は、蓋部材１４，１５とハーネス４１との間に設けられているため、ハーネス４１が筐体１１の内面に擦れにくく、ハーネス４１が保護されている。
（３）緩衝材６１を、筐体１１の内部の空間を少なくする充填材として兼用している。このため、緩衝材６１を使って開放部１９を開放しやすくすることができる。

【0037】

（４）緩衝材６１は、筐体１１と一体化されているため、位置ずれが生じにくく、緩衝材６１の位置ずれに伴ってハーネス４１が筐体１１の内面に擦れることを抑制することができる。

【0038】

（５）緩衝材６１は、突出部６３の先端面６３ａと電池モジュール２１における先端面６３ａと対向する面とを結ぶ最短の仮想線Ｌ１の長さが基部６２とハーネス４１とを結ぶ最短の仮想線Ｌ２の長さよりも短くなるように固定されている。このため、電池モジュール２１が緩衝材６１に向けて移動したときに、ハーネス４１よりも先に電池モジュール２１のエンドプレート２３と緩衝材６１が接触する。電池モジュール２１が緩衝材６１と接触することで、ハーネス４１に加わる衝撃が緩和され、ハーネス４１の保護を図ることができる。

【0039】

（６）緩衝材６１は、蓋部材１４，１５に設けられている。本体１２と蓋部材１４，１５に別々に電池モジュール２１と緩衝材６１を固定することができるため、蓋部材１４，１５に緩衝材６１を取り付けやすい。

【0040】

（７）また、本体１２に電池モジュール２１を固定した後に、緩衝材６１が一体化された蓋部材１４，１５を本体１２に固定することで、緩衝材６１の取り付け性が向上される。

【0041】

（８）蓋部材１５に設けられた緩衝材６１は、開放部１９と対向しない位置に設けられているため、緩衝材６１によって開放部１９が閉塞されることが抑制される。
なお、実施形態は以下のように変更してもよい。

【0042】

○ 緩衝材６１は、突出部６３を有していなくてもよい。この場合、緩衝材６１の寸法（基部６２の短手方向の寸法）を、電池セル２２の接続端子３５間の寸法よりも短くすることで、緩衝材６１とハーネス４１が接触することを抑制することができる。すなわち、緩衝材６１は、ハーネス４１と対向していなくてもよい。

【0043】

○ 緩衝材６１は、蓋部材１４，１５以外に設けられていてもよい。例えば、電池モジュール２１が立設部１７に固定されない場合には、立設部１７に緩衝材６１を設けてもよい。また、筐体として、蓋部材を有さない筐体を用いてもよい。

【0044】

○ 開放部１９は、弁以外であってもよい。例えば、蓋部材をボルトで固定している場合には、複数のボルトのうち、特定の隣り合う二つのボルトの離間距離を他のボルトの離間距離よりも長くすることで、特定の隣り合う二つのボルトに挟まれる部分（開放部）が変形しやすくなる。そして、筐体１１の内圧が上昇すると、蓋部材における特定の隣り合う二つのボルトの間の部分が変形し、隙間が形成される。この隙間から気体が筐体１１の外部に排出されることで、筐体１１の内圧が開放される。

【0045】

○ 開放部１９は、蓋部材１５以外に設けられていてもよく、例えば、蓋部材１４や立設部１７に設けられていてもよい。
○ 立設部１７の厚み方向に対向する蓋部材１３と、ハーネス４１との間にも緩衝材６１を設けてもよい。

【0046】

○ 緩衝材６１は、蓋部材１４，１５に固定されていなくてもよい。すなわち、蓋部材１４，１５と一体となっていなくてもよい。
○ 電池セル２２は並列接続されていてもよいし、電池モジュール２１は直列接続されていてもよい。

【0047】

○ 筐体１１の形状は、どのような形状でもよい。
○ ハーネス４１は、電池モジュール２１から互いに離れる方向に延びていなくてもよく、互いに近付く方向に延びていてもよい。この場合でも、電池パック１０に振動が加わったときに、ハーネス４１が移動しても緩衝材６１によってハーネス４１が保護される。

【0048】

○ 固定部材は、蓋部材１４，１５以外でもよい。例えば、本体１２と別体の固定部材を本体１２に固定したあとに溶接などで本体１２と一体化してもよい。
○ 緩衝材６１と開放部１９とは、対向していてもよい。この場合、緩衝材６１における開放部１９と対向する部分に、凹部など、開放部１９と筐体１１内とを連通させる連通路を設ける。すなわち、緩衝材６１によって開放部１９が閉塞されていない状態であればよい。

【符号の説明】

【0049】

１０…電池パック、１１…筐体、１９…開放部、２２…電池セル、３１…ケース、３２…電極組立体、３６…圧力開放弁、４１…ハーネス、６１…緩衝材。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】