特開 2024-126213 電池パック

(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】P2024126213

(43)【公開日】2024-09-20

(54)【発明の名称】電池パック

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/284 20210101AFI20240912BHJP

   H01M 50/233 20210101ALI20240912BHJP

   H01M 50/209 20210101ALN20240912BHJP

【ＦＩ】

H01M50/284

H01M50/233

H01M50/209

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023034451

(22)【出願日】2023-03-07

(71)【出願人】

【識別番号】520184767

【氏名又は名称】プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 直剛

(72)【発明者】

【氏名】松山 智

【テーマコード（参考）】

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H040AA02

5H040AA03

5H040AS07

5H040AT01

5H040AT02

5H040AT04

5H040AY04

5H040AY05

5H040AY08

5H040CC13

5H040DD08

5H040JJ03

5H040NN03

(57)【要約】

【課題】製造工程の簡素化および製造コストの低減が図られた電池パックを提供する。
【解決手段】複数の電池セルを含む積層体と、積層体を収納するケース部材と、複数の電池セルの少なくとも１つと電気的に接続される電装部品と、電装部品を収納する電装部品収納箱とを備え、ケース部材と電装部品収納箱との間に凹凸係合部が形成され、電装部品収納箱のケース部材への固定は、少なくとも部分的に凹凸係合部により構成される。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電池セルを含む積層体と、
前記積層体を収納するケース部材と、
前記複数の電池セルの少なくとも１つと電気的に接続される電装部品と、
前記電装部品を収納する電装部品収納箱とを備え、
前記ケース部材と前記電装部品収納箱との間に凹凸係合部が形成され、
前記電装部品収納箱の前記ケース部材への固定は、少なくとも部分的に前記凹凸係合部により構成される、電池パック。

【請求項2】

前記ケース部材は、前記電装部品収納箱に対向する底面を有し、
前記電装部品収納箱は、前記ケース部材の前記底面に対向する下面を有し、
前記凹凸係合部は、前記ケース部材の前記底面と前記電装部品収納箱の前記下面との間に形成される、請求項１に記載の電池パック。

【請求項3】

前記凹凸係合部は、前記ケース部材の前記底面に設けられた凸部と、前記電装部品収納箱の前記下面に設けられた凹部とを含む、請求項２に記載の電池パック。

【請求項4】

前記凹凸係合部は、前記電装部品の直下またはその近傍に設けられる、請求項１または請求項２に記載の電池パック。

【請求項5】

前記凹凸係合部は、前記電装部品のうちリレー部品の直下またはその近傍に設けられる、請求項４に記載の電池パック。

【請求項6】

前記ケース部材の前記底面は、第１の平面に沿って延びる第１底面部と、前記第１の平面に対して斜めに交差する第２の平面に沿って延びる第２底面部とを含み、
前記第１底面部上に前記積層体が設けられ、前記第２底面部上に前記電装部品収納箱が設けられる、請求項２または請求項３に記載の電池パック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本技術は、電池パックに関する。

【背景技術】

【0002】

特開平０９－２４０２８８号公報（特許文献１）には、電装部品を収納するボックスをボルトを用いてケースに固定する構造が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０９－２４０２８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ボルトによる固定構造を採用することにより、固定手段としてのボルトが部品点数の増大の要因となり得る。また、ボルトによる固定構造は、ボルトの締付工程を要する。製造工程の簡素化および製造コストの低減という観点から、従来の電池パックには依然として改善の余地がある。

【0005】

本技術の目的は、製造工程の簡素化および製造コストの低減が図られた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】

【0006】

本技術は、以下の電池パックを提供する。

【0007】

［１］複数の電池セルを含む積層体と、積層体を収納するケース部材と、複数の電池セルの少なくとも１つと電気的に接続される電装部品と、電装部品を収納する電装部品収納箱とを備え、ケース部材と電装部品収納箱との間に凹凸係合部が形成され、電装部品収納箱のケース部材への固定は、少なくとも部分的に凹凸係合部により構成される、電池パック。

【0008】

［２］ケース部材は、電装部品収納箱に対向する底面を有し、電装部品収納箱は、ケース部材の底面に対向する下面を有し、凹凸係合部は、ケース部材の底面と電装部品収納箱の下面との間に形成される、［１］に記載の電池パック。

【0009】

［３］凹凸係合部は、ケース部材の底面に設けられた凸部と、電装部品収納箱の下面に設けられた凹部とを含む、［２］に記載の電池パック。

【0010】

［４］凹凸係合部は、電装部品の直下またはその近傍に設けられる、［１］から［３］のいずれか１項に記載の電池パック。

【0011】

［５］凹凸係合部は、電装部品のうちリレー部品の直下またはその近傍に設けられる、［４］に記載の電池パック。

【0012】

［６］ケース部材の底面は、第１の平面に沿って延びる第１底面部と、第１の平面に対して斜めに交差する第２の平面に沿って延びる第２底面部とを含み、第１底面部上に積層体が設けられ、第２底面部上に電装部品収納箱が設けられる、［２］から［５］のいずれか１項に記載の電池パック。

【発明の効果】

【0013】

本技術によれば、電装部品収納箱のケース部材への固定の少なくとも一部を凹凸係合部により構成することにより、ボルト等の他の固定手段による固定の一部ないし全部を省略することが可能となり、製造工程の簡素化および製造コストの低減が図られた電池パックを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】電池セルを示す斜視図である。

【図2】電池セルおよび電池セルを収納するケース部材を示す斜視図である。

【図3】電池パックの外観図である。

【図4】電池パックにおける電装部品ユニットの周辺を示す斜視図である。

【図5】参考例に係る電装部品収納箱の固定構造を示す斜視図である。

【図6】実施の形態に係る電装部品収納箱の固定構造を示す図（その１）である。

【図7】実施の形態に係る電装部品収納箱の固定構造を示す図（その２）である。

【図8】変形例に係る電装部品収納箱の固定構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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、「電極」は正極および負極を総称し得る。

【0020】

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。また、「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。

【0021】

図１は、電池セル１００を示す斜視図である。図１に示すように、電池セル１００は、角型形状を有する。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。

【0022】

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。

【0023】

筐体１２０は、直方体形状を有し、電池セル１００の外観をなす。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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

複数の電池セル１００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。これにより、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。

【0028】

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。

【0029】

図２は、電池セル１００を収納するケース部材２００を示す斜視図である。図２においては、図示の便宜上、後述するケース部材２００の蓋部分を示していない。

【0030】

図２に示すように、ケース部材２００は、内部空間２１０と、冷却プレート２２０と、側面部２３０，２４０と、フランジ部２５０とを含む。

【0031】

内部空間２１０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）が収納される。組電池は、Ｘ軸方向に三列並ぶように設けられる。冷却プレート２２０および側面部２３０は、内部空間２１０を規定する。

【0032】

冷却プレート２２０は、ケース部材２００の底面２６０の少なくとも一部を構成する。図２に示す例において、底面２６０は、Ｘ－Ｙ平面（第１の平面）の方向に延びる第１底面部２６１と、Ｘ－Ｙ平面方向に対して斜めに交差する平面（第２の平面）の方向に延びる第２底面部２６２とを含み、冷却プレート２２０は、第１底面部２６１を構成する。電池セル１００の積層体は、冷却プレート２２０上に載置される。冷却プレート２２０内には冷媒が供給される。冷媒には水が使用されるが、これに限定されない。

【0033】

側面部２３０は、Ｙ軸方向に直交する方向に延びる。側面部２４０は、Ｘ軸方向に直交する方向に延びる。電池セル１００の積層体（セパレータを含む）に対してＹ軸方向の両側に位置し、Ｙ軸方向に直交する方向に延びる側面部２３０は、電池セル１００の積層体を直接支持する（Ｃｅｌｌ－ｔｏ－Ｐａｃｋ構造）。電池セル１００の積層体は側面部２３０に当接する。

【0034】

ただし、ケース部材２００は、側面部２３０が電池セル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を含む電池モジュールを収納するもの（Ｃｅｌｌ－Ｍｏｄｕｌｅ－Ｐａｃｋ構造）であってもよい。

【0035】

フランジ部２５０は、側面部２３０，２４０の上端部、すなわち冷却プレート２２０に対して反対側の端部に形成されている。フランジ部２５０は、冷却プレート２２０に対してＺ軸方向に沿って離間し、かつ冷却プレート２２０と平行に形成される。フランジ部２５０は、側面部２３０，２４０から冷却プレート２２０と同じ方向に突出する。

【0036】

図３は、電池パックの外観図である。図３に示すように、フランジ部２５０に蓋部材２７０が組み付けられてケース部材２００の内部空間２１０が密閉される。電池パックは、コネクタ３００をさらに含む。コネクタ３００は、ケース部材２００に収納された電池セル１００および電装部品への給電経路の一部となる。コネクタ３００は、外部配線に接続される。

【0037】

図４は、ケース部材２００に収納される電装部品ユニット４００の周辺を示す斜視図である。図４に示すように、ケース部材２００の側面部２３０には、コネクタ３００が設けられている。コネクタ３００は、ケース部材２００内に収納された電池セル１００および電装部品ユニット４００への給電口を構成する。

【0038】

電装部品ユニット４００の筐体４１０（電装部品収納箱）には、メインリレー４２０と、シャント抵抗器４３０と、セメント抵抗器４４０と、バスバー４５０と、電流センサ４６０とを含む電装部品が収納されている。筐体４１０には、たとえばヒューズ、プリチャージリレーなど、図４に図示されない他の電装部品が収納されていてもよい。

【0039】

筐体４１０に収納される電装部品は、Ｚ軸方向の高さが比較的大きい第１の電装部品（たとえばメインリレー４２０、電流センサ４６０など）と、Ｚ軸方向の高さが比較的小さい第２の電装部品（たとえばシャント抵抗器４３０、セメント抵抗器４４０、バスバー４５０）とを含む。高さが大きい第１の電装部品に対して高さが小さい第２の電装部品を側面部２３０側に近づけて配置することにより、第２底面部２６２上に位置するケース部材２００の内部空間２１０を有効活用することができる。

【0040】

図５は、参考例に係る筐体４１０の固定構造を示す斜視図である。図５に示す参考例では、ケース部材２００の底面２６０Ａにボルト固定部２６０Ｂが設けられる。ボルト固定部２６０Ｂに筐体４１０を締結することにより筐体４１０がケース部材２００に固定される。

【0041】

図６，図７は、本実施の形態に係る筐体４１０の固定構造を示す図である。図６，図７に示すように、本実施の形態に係る固定構造においては、ケース部材２００の底面２６０に凸部２６２Ａが設けられ、底面２６０に対向する筐体４１０の下面に凹部４１１が設けられる。

【0042】

図６に示す状態から、ケース部材２００の底面２６０に向けて図６中矢印の方向に筐体４１０が押圧されると、図７に示すように、ケース部材２００の凸部２６２Ａと筐体４１０の凹部４１１とが係合する。これにより、筐体４１０がケース部材２００に固定される。図６，図７に示す凹凸係合による固定と、図５に示すボルトによる固定とが併用されてもよい。

【0043】

図５に示すボルト締結構造を採用した場合、固定手段としてのボルトが部品点数の増大要因となり得る。また、図５に示すボルト締結構造は、ボルトの締付工程を要する。

【0044】

これに対し、本実施の形態に係る固定構造においては、ケース部材２００の底面２６０と筐体４１０の下面との間に形成された凹凸係合部により筐体４１０のケース部材２００への固定が少なくとも部分的に実現される。ボルト締結の一部ないし全部を省略することが可能となり、電池パックの製造工程の簡素化および製造コストの低減を図ることができる。

【0045】

また、ボルト締結を省略することにより、ねじなどの金属部品を用いる必要がなく、筐体４１０の取り付け、取り外し時の金属部品のケース部材２００内への落下等を防止することができる。さらに、ボルト締結用の工具を用いることなく筐体４１０の取り付け、取り外しを行うことができるので、電装部品ユニット４００の取り換え、メンテナンス等を容易に行うことができる。

【0046】

図６，図７に示すように、ケース部材２００の底面２６０側に凸部２６２Ａを設けることにより、ケース部材２００の底面２６０の剛性を向上させることが可能である。ただし、凹凸係合部の態様は、図６，図７に示すものに限定されず、たとえば図８に示すように、電装部品ユニット４００の筐体４１０側に凸部４１２を設け、ケース部材２００の底面２６０側に凹部２６２Ｂを設けてもよい。

【0047】

また、凸部２６２Ａ，４１２および凹部４１１，２６２Ｂの形状も図６ないし図８に示すものに限定されない。凸部２６２Ａ，４１２および凹部４１１，２６２Ｂは、底面２６０に直交する方向からみて、帯状に形成されてもよいし、島状に形成されてもよい。

【0048】

凸部２６２Ａ，４１２および凹部４１１，２６２Ｂを設ける位置も適宜変更が可能である。また、図６，図７に示すように、筐体４１０を押し込むことにより凸部２６２Ａと凹部４１１とが係合される態様であってもよいし、他の態様、たとえば筐体４１０をスライド移動させることにより凸部２６２Ａと凹部４１１とが係合される態様であってもよい。

【0049】

一例として、凹凸係合部は、メインリレー４２０、シャント抵抗器４３０、セメント抵抗器４４０、バスバー４５０、および電流センサ４６０などの電装部品の直下またはその近傍に設けられ、より具体的な一例として、凹凸係合部は、相対的にＺ軸方向の高さが大きいメインリレー４２０（リレー部品）の直下またはその近傍に設けられる。ただし、本技術の範囲はこれに限定されない。

【0050】

また、本実施の形態においては、ケース部材２００の底面２６０と筐体４１０の下面との間に凹凸係合部が形成される構造を例示したが、凹凸係合部が形成される位置はこれに限定されるものではなく、たとえばケース部材２００の側面部２３０，２４０と筐体４１０の側面との間に凹凸係合部が形成されてもよい。

【0051】

また、本実施の形態に示す例において、電池セル１００の積層体は、Ｘ－Ｙ平面の方向に延びる第１底面部２６１上に設けられ、電装部品ユニット４００は、Ｘ－Ｙ平面方向に対して斜めに交差する平面の方向に延びる第２底面部２６２上に設けられるが、本技術の範囲はこれに限定されない。

【0052】

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。

【符号の説明】

【0053】

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 ケース部材、２１０ 内部空間、２２０ 冷却プレート、２３０，２４０ 側面部、２５０ フランジ部、２６０，２６０Ａ 底面、２６０Ｂ ボルト固定部、２６１ 第１底面部、２６２ 第２底面部、２６２Ａ 凸部、２６２Ｂ 凹部、２７０ 蓋部材、３００ コネクタ、４００ 電装部品ユニット、４１０ 筐体、４１１ 凹部、４１２ 凸部、４２０ メインリレー、４３０ シャント抵抗器、４４０ セメント抵抗器、４５０ バスバー、４６０ 電流センサ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】