特開 2022-17916 電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022017916

(43)【公開日】2022-01-26

(54)【発明の名称】電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/20 20210101AFI20220119BHJP

【ＦＩ】

H01M2/10 S

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020120764

(22)【出願日】2020-07-14

(71)【出願人】

【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】110000648

【氏名又は名称】特許業務法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】浅野 紘輔

【テーマコード（参考）】

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H040AA01

5H040AA14

5H040AT02

5H040AT06

5H040AY03

5H040AY10

(57)【要約】

【課題】筐体が外部から衝撃を受けたときに筐体内の電池がダメージを受けることを防止するとともに、小型化及び軽量化を図ることができる電池システムを提供する。
【解決手段】本実施形態の電池システム１は、電池モジュール２と筐体３とを備える。電池モジュール２は、電池積層体１０と一対のエンドプレート１５と拘束部材２０とを備える。電池積層体１０は複数の電池１０ａを積層してなる。一対のエンドプレート１５は電池積層体１０における積層方向Ｙの両端に配置される。拘束部材２０は一対のエンドプレート１５を電池積層体１０に押圧させて電池積層体１０を積層方向Ｙに拘束する。筐体３は、電池モジュール２を内部に収容する。拘束部材２０には、筐体３における互いに対向する側壁３３の対向方向において、エンドプレート１５よりも筐体３の側壁３３に向けて突出した突出部２５が設けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電池を積層してなる電池積層体と、該電池積層体における積層方向の両端に配置される一対のエンドプレートと、該一対のエンドプレートを上記電池積層体に押圧させて上記電池積層体を上記積層方向に拘束する拘束部材と、を含む電池モジュールと、
上記電池モジュールを内部に収容する筐体と、を備え、
上記拘束部材には、上記筐体における互いに対向する側壁の対向方向において、上記エンドプレートよりも上記筐体の上記側壁に向けて突出した突出部が設けられている、電池システム。

【請求項2】

上記突出部における上記エンドプレートから上記対向方向に突出した長さである突出量は、上記対向方向における上記エンドプレートと上記筐体の上記側壁との距離の８０％以上である、請求項１に記載の電池システム。

【請求項3】

上記突出部は、上記筐体の内側面に設けられたブラケットに接合されている、請求項１又は２に記載の電池システム。

【請求項4】

上記電池モジュールは、上記ブラケットを介して上記筐体に固定されている、請求項３に記載の電池システム。

【請求項5】

上記電池モジュールは、上記複数の電池の積層方向が上記筐体の上記側壁の対向方向と平行となるように上記筐体内に配置されており、
上記拘束部材は、上記電池積層体の上面又は下面に平行な平板部と、上記電池積層体の側面に平行な立板部とが互いに繋がって、上記電池積層体の角部に沿って上記積層方向に延在した形状をなしており、
上記突出部は、上記平板部及び上記立板部が上記筐体の側壁に向けて上記積層方向に平行に突出して形成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、筐体内に電池やその他の装置を収納してなる電池システムが広く用いられている。かかる電池システムでは、筐体が外部からの衝撃を受けた場合には、その内部の電池やその他の装置がダメージを受けるおそれがある。特に、車両などの移動媒体に搭載された電池システムでは、外部からの衝撃を受けやすくなる。そこで、電池等がダメージを受けることを防止するために、筐体の強度を高めることが行われている。例えば、特許文献１に開示の構成では、筐体の内側底面に、筐体の側壁の対向方向に延びる強度部材を設けて、筐体の強度を高めている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－２２６３５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に開示の構成では、筐体内に強度部材を設けることにより、電池システムの大型化や重量増加を招いていた。特に、移動媒体に設けられる場合には、電池システムを配置可能なスペースは限定されていることが多いため、電池システムの大型化は好ましくなく、重量の増加も好ましくない。

【0005】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、筐体が外部から衝撃を受けたときに筐体内の電池がダメージを受けることを防止するとともに、小型化及び軽量化を図ることができる電池システムを提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、複数の電池を積層してなる電池積層体と、該電池積層体における積層方向の両端に配置される一対のエンドプレートと、該一対のエンドプレートを上記電池積層体に押圧させて上記電池積層体を上記積層方向に拘束する拘束部材と、を含む電池モジュールと、
上記電池モジュールを内部に収容する筐体と、を備え、
上記拘束部材には、上記筐体における互いに対向する側壁の対向方向において、上記エンドプレートよりも上記筐体の上記側壁に向けて突出した突出部が設けられている、電池システムにある。

【発明の効果】

【0007】

上記電池システムにおいては、電池積層体を拘束する拘束部材に、エンドプレートよりも筐体の側壁に向けて突出した突出部が設けられている。これにより、筐体が外部から衝撃等を受けて側壁から筐体内側に衝撃のエネルギが入り込んだ場合でも、突出部が当該衝撃のエネルギを受けることにより側壁が内側に変形することが抑制され、筐体内部の電池がダメージを受けることを防止することができる。このように、拘束部材に突出部を設けることにより、拘束部材に筐体の強度を高めるための強度部材としての機能を付与することができる。これにより、筐体の強度を高めるための強度部材を別途設ける必要がないことから、電池システムの小型化及び軽量化を図ることができる。

【0008】

以上のごとく、上記態様によれば、筐体が外部から衝撃を受けたときに筐体内の電池がダメージを受けることを防止するとともに、小型化及び軽量化を図ることができる電池システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態１における、天板を取り外した状態の電池システムの上面図。

【図2】実施形態１における、電池モジュールの斜視図。

【図3】図１における、電池システムのIII-III線位置断面図。

【図4】図１における、電池システムのIV-IV線位置断面図。

【図5】実施形態２における、電池システムのIII-III線位置断面図。

【図6】実施形態３における、電池システムのIII-III線位置断面図。

【図7】実施形態４における、電池システムのIII-III線位置断面図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

上記突出部における上記エンドプレートから上記対向方向に突出した長さである突出量は、上記対向方向における上記エンドプレートと上記筐体の上記側壁との距離の８０％以上であることが好ましい。この場合には、突出部が外力を確実に受けて側壁が内側に変形することを抑制することができ、筐体内の電池へのダメージを一層低減することができる。

【0011】

上記突出部は、上記筐体の内側面に設けられたブラケットに接合されていることが好ましい。これにより、筐体が外部から受けた外力をブラケットを介して突出部に伝達することができる。その結果、筐体内の電池へのダメージを一層低減することができる。

【0012】

上記電池モジュールは、上記ブラケットを介して上記筐体に固定されていることが好ましい。この場合、電池モジュールを固定するための構成を別途設ける必要がないため、電池システムの小型化及び軽量化を一層図ることができる。

【0013】

上記電池モジュールは、上記複数の電池の積層方向が上記筐体の上記側壁の対向方向と平行となるように上記筐体内に配置されており、上記拘束部材は、上記電池積層体の上面又は下面に平行な平板部と、上記電池積層体の側面に平行な立板部とが互いに繋がって、上記電池積層体の角部に沿って上記積層方向に延在した形状をなしており、上記突出部は、上記平板部及び上記立板部が上記筐体の側壁に向けて上記積層方向に平行に突出して形成されていることが好ましい。この場合には、拘束部材を構成する平板部及び立板部をエンドプレートよりも電池の積層方向に延在させることで突出部を簡易な構成で形成することができ、製造コストの低減を図ることができる。また、突出部における積層方向に直交する断面形状がＬ字型又はＴ字型となる部分を含むため、突出部の強度を確保しやすくなっている。さらに、突出部を形成するための別部材を用意する必要がないため、部品点数を削減でき、組付の作業性を向上することができる。

【0014】

（実施形態１）
上記電池システムの実施形態について、図１～図４を用いて説明する。
本実施形態の電池システム１は、図２に示す電池モジュール２と図１に示す筐体３とを備える。
電池モジュール２は、電池積層体１０と、一対のエンドプレート１５と、拘束部材２０とを備える。
電池積層体１０は、複数の電池１０ａを積層してなる。
一対のエンドプレート１５は、電池積層体１０における積層方向Ｙの両端に配置されている。
拘束部材２０は、一対のエンドプレート１５を電池積層体１０に押圧させて電池積層体１０を積層方向Ｙに拘束する。
筐体３は、電池モジュール２を内部に収容する。
そして、拘束部材２０には、筐体３における互いに対向する側壁３３の対向方向において、エンドプレート１５よりも筐体３の側壁３３に向けて突出した突出部２５が設けられている。

【0015】

以下、本実施形態の電池システム１について、詳述する。
図１及び図２に示すように、電池システム１は、筐体３内に電池モジュール２を収容している。本実施形態１では、筐体３は、扁平な箱状をなしており、図４に示すように、底板３１、天板３２及び側壁３３、３４を備える。底板３１及び天板３２はいずれも平面視で長方形をなしている。側壁３３、３４は底板３１の外周縁から天板３２の外周縁にわたって立設している。これにより、側壁３３は底板３１と天板３２との間の空間を周方向に囲んでいる。筐体３の材質は、特に限定されないが、剛性の高い金属製であることが好ましいが、樹脂製であってもよい。

【0016】

図２に示すように、電池モジュール２は、電池積層体１０と、エンドプレート１５と、拘束部材２０とを備える。電池積層体１０は、複数の電池１０ａが積層されてなる。本実施形態１では、電池積層体１０における電池１０ａの並び方向を積層方向Ｙとする。図３に示すように電池１０ａは上面１１に一対の端子１１ａを備える。本実施形態１では、一対の端子１１ａの並び方向を幅方向Ｘとする。積層方向Ｙ及び幅方向Ｘに直交する方向を高さ方向Ｚとする。電池積層体１０における電池１０ａの数は限定されず、適宜設定することができる。本実施形態１では、電池１０ａが１４個積層されて電池積層体１０が形成されている。電池１０ａは、充放電可能なセルを備え、二次電池を構成している。なお、電池１０ａは、複数のセルを備えていてもよいし、単一のセルを備えたものであってもよい。

【0017】

図２に示すように、電池積層体１０の積層方向Ｙの両端には、エンドプレート１５がそれぞれ設けられている。エンドプレート１５の材質は限定されないが、鉄など高い剛性の金属製とすることができる。エンドプレート１５の外形は電池１０ａよりも若干大きくなっている。一対のエンドプレート１５は、拘束部材２０により固定されて、電池積層体１０を積層方向Ｙに拘束している。

【0018】

図２に示すように、拘束部材２０は、電池積層体１０の積層方向Ｙに沿って延在している。本実施形態１では、図３に示すように、拘束部材２０は、電池積層体１０の積層方向Ｙに延びる４つの角部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄにそれぞれ設けられている。拘束部材２０の材質は限定されないが、鉄などの剛性の高い金属製とすることができる。拘束部材２０の形状も限定されないが、本実施形態１では、図３に示すように、積層方向Ｙに垂直な断面において、Ｌ字形状をなしており、電池積層体１０の上面１１又は下面１２に平行な平板部２１と電池積層体１０の側面１３に平行な立板部２２とを有する。

【0019】

図２及び図４に示すように、拘束部材２０には突出部２５が設けられている。図４に示すように、突出部２５は、側壁３３が互いに対向する対向方向（本実施形態１では、積層方向Ｙに平行な方向）において、エンドプレート１５よりも筐体３の側壁３３に向けて突出している。突出部２５の形状は限定されないが、本実施形態１では、図３に示す拘束部材２０の平板部２１と立板部２２とが筐体３の側壁３３に向けて積層方向Ｙに平行に突出して形成されている。これにより、突出部２５の形状も積層方向Ｙに垂直な断面形状はＬ字形状となっている。

【0020】

また、図４に示す突出部２５の突出量Ｌ２、すなわち、一対の側壁３３の対向方向におけるエンドプレート１５から突出部２５の先端までの距離Ｌ２は限定されないが、エンドプレート１５から側壁３３までの距離Ｌ１の８０％以上であることが好ましく、本実施形態１では、突出量Ｌ２は距離Ｌ１の９０％以上となっている。本実施形態１では、図１及び図２に示すように、４つの拘束部材２０の両端に突出部２５がそれぞれ設けられている。これにより、図４に示すように、突出部２５は、電池積層体１０の上面１１側に設けられた拘束部材２０から突出した上側突出部２５１と、電池積層体１０の下面１２側に設けられた拘束部材２０から突出した下側突出部２５２とを含む。

【0021】

本実施形態１では、図４に示すように、突出部２５のうち、上側突出部２５１は、筐体３の内部において側壁３３に設けられた第１のブラケット４１に接続されている。また、下側突出部２５２は、筐体３の内部において底板３１と側壁３３とにわたって設けられた第２のブラケット４２に接続されている。上側突出部２５１と第１のブラケット４１との接続態様及び下側突出部２５２と第２のブラケット４２との接続態様はいずれも限定されないが、本実施形態１ではボルトとナットにより締結されている。これにより、電池モジュール２はブラケット４１、４２により筐体３に固定されている。なお、ブラケット４１、４２と筐体３との接続態様も限定されず、本実施形態１では、溶接により接続されている。なお、第１のブラケット４１及び第２のブラケット４２に替えて、又はこれとともに、筐体３の天板３２に図示しない第３のブラケットを設けて、当該第３のブラケットに突出部２５を接続してもよい。

【0022】

本実施形態１では、図１に示すように筐体３の側壁３３の外方には、外部から電池システム１に入力される衝撃のエネルギを吸収するためのエネルギ吸収部材５０が併設されている。そして、図４に示すように、高さ方向Ｚにおいて、突出部２５はエネルギ吸収部材５０の高さ範囲Ｈ内に収まっている。これにより、電池システム１に向かう衝撃のエネルギのうち、エネルギ吸収部材５０により吸収しきれなかったエネルギが筐体３に入力されても、当該エネルギはブラケット４１、４２を介して突出部２５に伝達されるため、筐体３の強度を向上させることができる。

【0023】

筐体３は、電池モジュール２は複数収容することができる。本実施形態１では図１に示すように、４個の電池モジュール２を収容している。そして、当該４個の電池モジュール２は、電池１０ａの積層方向Ｙが平行となるとともに、積層方向Ｙの端部をそろえた状態で所定間隔をおいて配列されている。そして、本実施形態１では筐体３は平面視形状が長方形であって、電池モジュール２は電池１０ａの積層方向Ｙが筐体３の短辺と平行となるように配置されている。なお、電池モジュール２の配置はこれに限定されず、電池モジュール２は電池１０ａの積層方向Ｙが筐体３の長辺と平行となるように配列されていてもよい。

【0024】

次に、本実施形態１の電池システム１における作用効果について、詳述する。
本実施形態１の電池システム１によれば、電池積層体１０を拘束する拘束部材２０に、エンドプレート１５よりも筐体３の側壁３３に向けて突出した突出部２５が設けられている。これにより、筐体３が外部から衝撃等を受けて側壁３３から筐体３内側に外力が加わった場合でも、突出部２５が当該外力を受けることにより、筐体３内部の電池１０ａがダメージを受けることを防止することができる。このように、拘束部材２０に突出部２５を設けることにより、拘束部材２０に筐体３の強度を高めるための強度部材としての機能を付与することができる。これにより、筐体３の強度を高めるための強度部材を別途設ける必要がないことから、電池システム１の小型化及び軽量化を図ることができる。

【0025】

さらに、本実施形態１では、突出部２５におけるエンドプレート１５から筐体３の側壁３３の対向方向Ｙに突出した長さである突出量Ｌ２は、対向方向Ｙにおけるエンドプレート１５と側壁３３との距離Ｌ１の８０％以上である。これにより、筐体３の外部から側壁３３に入力された衝撃のエネルギを突出部２５が確実に受けて側壁３３が内側に変形することを抑制することができ、筐体３内の電池１０ａへのダメージを一層低減することができる。

【0026】

さらに、本実施形態１では、突出部２５は、筐体３の内側面に設けられたブラケット４１、４２に接合されている。これにより、筐体３が外部から受けた衝撃のエネルギをブラケット４１、４２を介して突出部２５に伝達することができる。その結果、筐体３内の電池１０ａへのダメージを一層低減することができる。

【0027】

さらに、本実施形態１では、電池モジュール２は、ブラケット４１、４２を介して筐体３に固定されている。これにより、電池モジュール２を固定するための構成を別途設ける必要がないため、電池システム１の小型化及び軽量化を一層図ることができる。

【0028】

また、本実施形態１では、電池モジュール２は、複数の電池１０ａの積層方向Ｙが筐体３の側壁３３の対向方向と平行となるように筐体３内に配置されており、拘束部材２０は、電池積層体１０の上面１１又は下面１２に平行な平板部２１と、電池積層体１０の側面１３に平行な立板部２２とが互いに繋がって、電池積層体１０の角部に沿って積層方向Ｙに延在した形状をなしている。そして、突出部２５は、平板部２１及び立板部２２が筐体３の側壁３３に向けて積層方向Ｙに平行に突出して形成されている。これにより、拘束部材２０をエンドプレート１５よりも電池の積層方向に延在させることで突出部を簡易な構成で形成することができ、製造コストの低減を図ることができる。また、突出部２５における積層方向Ｙに直交する断面形状がＬ字型又はＴ字型となる部分を含むため、突出部２５の強度を確保しやすくなっている。さらに、突出部２５を形成するための別部材を用意する必要がないため、部品点数を削減でき、組付の作業性を向上することができる。

【0029】

以上のごとく本実施形態１によれば、筐体３内の電池１０ａがダメージを受けることを防止するとともに、小型化及び軽量化を図ることができる電池システム１を提供することができる。

【0030】

（実施形態２）
上述の実施形態１では、図３に示すように、拘束部材２０を平板部２１と立板部２２とがつながった形状として積層方向Ｙに直交する断面形状をＬ字形状とするとともに、平板部２１と立板部２２とを側壁３３に向けて突出させて突出部２５を形成して突出部２５の断面形状もＬ字形状とした。これに替えて、本実施形態２の電池システム１では、図５に示すように、積層方向Ｙに直交する断面において、拘束部材２０の形状をコ字形状とし、突出部２５も同様に断面形状をコ字形状とした。すなわち、本実施形態２の拘束部材２０は、実施形態１において図３に示す電池積層体１０の上面１１側の拘束部材２０の立板部２２と電池積層体１０の下面１２側の拘束部材２０の立板部２２とが互いに繋がった形状となっている。その他の構成要素は実施形態１の場合と同様であり、本実施形態２においても実施形態１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。

【0031】

本実施形態２によれば、電池モジュール２において、拘束部材２０が２つ備えられることとなるため、実施形態１の場合と比べて部品点数を削減することができ、組付の作業性が向上する。なお、本実施形態２においても実施形態１の場合と同様の作用効果を奏する。

【0032】

（実施形態３）
さらに、本実施形態３における拘束部材２０は、図６に示すように、実施形態１において図３に示す電池積層体１０の上面１１側の２つの拘束部材２０における平板部２１が互いに繋がった形状となっている。また、同様に、実施形態１において図３に示す電池積層体１０の下面１２側の２つの拘束部材２０における平板部２１が互いに繋がった形状となっている。その他の構成要素は実施形態１の場合と同様であり、本実施形態３においても実施形態１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。

【0033】

本実施形態３によっても、電池モジュール２において、拘束部材２０が２つ備えられることとなるため、実施形態１の場合と比べて部品点数を削減することができ、組付の作業性が向上する。なお、本実施形態３においても実施形態１の場合と同様の作用効果を奏する。

【0034】

（実施形態４）
さらに、本実施形態４における拘束部材２０は、図７に示すように、実施形態２において図５に示す隣り合う２つの拘束部材２０の立板部２２が互いに一体となった形状となっている。その他の構成要素は実施形態２の場合と同様であり、本実施形態４においても実施形態２の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。

【0035】

本実施形態４によれば、隣り合う電池モジュール２間の距離を小さくすることができるため、電池システム１のさらなる小型化を図ることができる。なお、本実施形態４においても実施形態１、２の場合と同様の作用効果を奏する。

【0036】

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

【符号の説明】

【0037】

１ 電池システム
２ 電池モジュール
３ 筐体
１０ 電池積層体
１０ａ 電池
１５ エンドプレート
２０ 拘束部材
２１ 平板部
２２ 立板部
２５ 突出部
４１、４２ ブラケット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】