(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】P2024126215
(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 50/507 20210101AFI20240912BHJP
H01M 50/569 20210101ALI20240912BHJP
H01M 50/298 20210101ALI20240912BHJP
H01M 50/51 20210101ALI20240912BHJP
H01M 50/50 20210101ALI20240912BHJP
H01M 50/209 20210101ALN20240912BHJP
【FI】
H01M50/507
H01M50/569
H01M50/298
H01M50/51
H01M50/50 101
H01M50/209
【審査請求】有
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023034454
(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
5H043
【Fターム(参考)】
5H040AA01
5H040AA03
5H040AS07
5H040AT02
5H040AT06
5H040AY04
5H040AY05
5H040AY08
5H040DD04
5H040DD05
5H040DD07
5H040DD13
5H040DD26
5H040NN01
5H040NN03
5H043AA05
5H043AA19
5H043BA16
5H043BA19
5H043CA04
5H043CA21
5H043FA04
5H043FA06
5H043FA08
5H043FA22
5H043FA32
5H043JA13F
5H043LA02F
5H043LA21F
5H043LA22F
5H043LA25F
(57)【要約】
【課題】電池セルおよび他の構成部品の搭載効率が高い電池パックを提供する。
【解決手段】電池パックは、第1方向に並ぶ複数の電池セルを各々含む第1積層体および第2積層体と、第1積層体および第2積層体を収納するケースと、複数の電池セルを電気的に接続する複数のバスバーと、複数のバスバーのうちの第1集合が搭載される第1プレートと、複数のバスバーのうちの第1集合とは異なる第2集合が搭載される、第1プレートとは別体の第2プレートとを備え、第1プレートおよび第2プレートは、第1積層体上から第2積層体上に達するように、第1方向に直交する第2方向に沿って延び、第1プレートおよび第2プレートは、第1方向に沿って並ぶ。
【選択図】
図4
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1方向に並ぶ複数の電池セルを各々含む第1積層体および第2積層体と、
前記第1積層体および前記第2積層体を収納するケースと、
前記複数の電池セルを電気的に接続する複数のバスバーと、
前記複数のバスバーのうちの第1集合が搭載される第1プレートと、
前記複数のバスバーのうちの前記第1集合とは異なる第2集合が搭載される、前記第1プレートとは別体の第2プレートとを備え、
前記第1プレートおよび前記第2プレートは、前記第1積層体上から前記第2積層体上に達するように、前記第1方向に直交する第2方向に沿って延び、
前記第1プレートおよび前記第2プレートは、前記第1方向に沿って並ぶ、電池パック。
【請求項2】
前記第1積層体および前記第2積層体に含まれる前記複数の電池セルは前記複数のバスバーにより電気的に直列接続され、
前記直列接続された前記複数の電池セルの正極側総端子および負極側総端子は、前記第2方向において前記第1積層体および前記第2積層体に対して同じ側に位置する、請求項1に記載の電池パック。
【請求項3】
前記複数のバスバーのうちの前記第1集合および前記第2集合は、前記第1積層体に含まれる電池セルと前記第2積層体に含まれる電池セルとを接続するバスバーを各々含む、請求項1または請求項2に記載の電池パック。
【請求項4】
前記複数のバスバーのうちの前記第1集合が接続される前記複数の電池セル用の第1電圧検出線が集約される第1コネクタと、
前記複数のバスバーのうちの前記第2集合が接続される前記複数の電池セル用の第2電圧検出線が集約される第2コネクタとをさらに備えた、請求項1または請求項2に記載の電池パック。
【請求項5】
前記第1積層体および前記第2積層体は、偶数かつ互いに同じ数の電池セルを各々含み、
前記第1プレートおよび前記第2プレートの前記第1方向の幅は互いに同じである、請求項1または請求項2に記載の電池パック。
【請求項6】
前記第1積層体および前記第2積層体は、奇数かつ互いに同じ数の電池セルを各々含み、
前記第1プレートおよび前記第2プレートの前記第1方向の幅は互いに異なる、請求項1または請求項2に記載の電池パック。
【請求項7】
前記ケースは、前記第1積層体および前記第2積層体を前記第1方向に支持する、請求項1または請求項2に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本技術は、電池パックに関する。
【背景技術】
【0002】
特開2021-136162号公報(特許文献1)には、複数の単電池で構成された電池集合体に組付けられ、バスバーを支持するケースであって、単電池の配列方向に分割されて連結部で連結される複数の分割ケースからなるものが示されている。
【0003】
特許文献1においては、上記構成により、単電池同士の電極の公差を吸収して、バスバーモジュールを電池集合体へ良好に組付けることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
組電池の両極側の総端子として設けられるバスバーを電池セルの積層方向に直交する横断方向の一方側から引き出す場合に、バスバーが長くなりやすい。バスバーの長さが長くなることにより、電池セルおよび他の構成部品の搭載効率が低下し得る。
【0006】
複数の組電池を電池セルの積層方向に直交する横断方向に並べる電池パックにおいて、電池セルおよび他の構成部品の搭載効率を向上させるという観点から、従来の電池パックには、なお改善の余地がある。
【0007】
本技術の目的は、電池セルおよび他の構成部品の搭載効率が高い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】
【0008】
本技術は、以下の電池パックを提供する。
【0009】
[1]第1方向に並ぶ複数の電池セルを各々含む第1積層体および第2積層体と、第1積層体および第2積層体を収納するケースと、複数の電池セルを電気的に接続する複数のバスバーと、複数のバスバーのうちの第1集合が搭載される第1プレートと、複数のバスバーのうちの第1集合とは異なる第2集合が搭載される、第1プレートとは別体の第2プレートとを備え、第1プレートおよび第2プレートは、第1積層体上から第2積層体上に達するように、第1方向に直交する第2方向に沿って延び、第1プレートおよび第2プレートは、第1方向に沿って並ぶ、電池パック。
【0010】
[2]第1積層体および第2積層体に含まれる複数の電池セルは複数のバスバーにより電気的に直列接続され、直列接続された複数の電池セルの正極側総端子および負極側総端子は、第2方向において第1積層体および第2積層体に対して同じ側に位置する、[1]に記載の電池パック。
【0011】
[3]複数のバスバーのうちの第1集合および第2集合は、第1積層体に含まれる電池セルと第2積層体に含まれる電池セルとを接続するバスバーを各々含む、[1]または[2]に記載の電池パック。
【0012】
[4]複数のバスバーのうちの第1集合が接続される複数の電池セル用の第1電圧検出線が集約される第1コネクタと、複数のバスバーのうちの第2集合が接続される複数の電池セル用の第2電圧検出線が集約される第2コネクタとをさらに備えた、[1]から[3]のいずれか1項に記載の電池パック。
【0013】
[5]第1積層体および第2積層体は、偶数かつ互いに同じ数の電池セルを各々含み、第1プレートおよび第2プレートの第1方向の幅は互いに同じである、[1]から[4]のいずれか1項に記載の電池パック。
【0014】
[6]第1積層体および第2積層体は、奇数かつ互いに同じ数の電池セルを各々含み、第1プレートおよび第2プレートの第1方向の幅は互いに異なる、[1]から[4]のいずれか1項に記載の電池パック。
【0015】
[7]ケースは、第1積層体および第2積層体を第1方向に支持する、[1]から[6]のいずれか1項に記載の電池パック。
【発明の効果】
【0016】
本技術によれば、バスバーによる接続構造が複雑化することが抑制される。この結果、電池セルおよび他の構成部品の搭載効率が高い電池パックを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【
図2】組電池に含まれる電池セルを示す斜視図である。
【
図3】電池パックのケース部材(蓋部分を除く)を示す斜視図である。
【
図4】本実施の形態に係る電池パックにおけるバスバープレートおよびバスバーの配置を示す図である。
【
図5】参考例に係る電池パックにおけるバスバープレートおよびバスバーの配置を示す図(その1)である。
【
図6】参考例に係る電池パックにおけるバスバープレートおよびバスバーの配置を示す図(その2)である。
【
図7】変形例に係る電池パックにおけるバスバープレートおよびバスバーの配置を示す上面図である。
【
図8】
図7に示す電圧検出線およびコネクタを電池セルの側方(X軸方向)からみた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
本明細書において、「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。
【0024】
図1は、組電池1の斜視図である。
図1に示すように、組電池1は、電池セル100と、セパレータ部材200とを含む。
【0025】
電池セル100は、角形の電池セルであって、Y軸方向(第1方向)に沿って複数設けられる。セパレータ部材200は、複数の電池セル100の間に設けられる。セパレータ部材200は、隣接する電池セル100の意図しない電気的導通を防止する。セパレータ部材200は、隣接する電池セル100の電気的絶縁性を確保する。
【0026】
図2は、電池セル100を示す斜視図である。
図2に示すように、電池セル100は、角形形状を有する。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。
【0027】
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方向)に直交するX軸方向(第2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。
【0028】
筐体120は、直方体形状を有し、電池セル100の外観をなしている。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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
複数の電池セル100は、基本的には、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(例外については後述する。)。このように積層された部分では、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。
【0033】
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。
【0034】
図3は、電池セル100を収納するケース部材300を示す斜視図である。
図3においては、図示の便宜上、ケース部材300の蓋部分を示していない。
【0035】
図3に示すように、ケース部材300は、電池セル100を収納する内部空間を規定する。ケース部材300の内部空間には、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1)が収納される。
図3の例において、組電池1は、X軸方向に三列並ぶように設けられるが、本技術に係る電池パックにおいて、組電池1の列数は特に限定されるものではない。
【0036】
ケース部材300の側面部は、電池セル100の積層体をY軸方向に拘束して直接支持する(Cell-to-Pack構造)。
図3中のα部において、電池セル100の積層体がケース部材300に当接する。
【0037】
図4は、本実施の形態に係る電池パックにおけるバスバープレート400およびバスバー500の配置を示す図である。
図4に示す例では、組電池1A(第1積層体)と、組電池1B(第2積層体)と、組電池1C(第3積層体)とがX軸方向に三列に並ぶように設けられる。3つの組電池1A,1B,1Cは、ケース部材300に収納され、ケース部材300によりY軸方向に支持される。
【0038】
バスバープレート400は、バスバープレート410(第1プレート)と、バスバープレート420(第2プレート)とを含む。バスバープレート410には、複数のバスバー500のうちの一部(第1集合)が搭載される。バスバープレート420には、複数のバスバー500のうちの他の部分(第2集合)が搭載される。バスバープレート410,420は、互いに別体に設けられる。
【0039】
バスバープレート410,420は、組電池1A上から組電池1Bおよび組電池1C上に達するように、Y軸方向に直交するX軸方向(第2方向)に沿って延びる。バスバープレート410,バスバープレート420は、Y軸方向に沿って並ぶように配置される。
【0040】
各々の組電池1A,1B,1C内において、隣接する電池セル100の正極端子111と負極端子112とが、バスバー500により接続される。バスバー510は、組電池1A,1B,1C間を跨いで、互いに異なる組電池における電極端子110どうしを接続する。組電池1A,1B,1Cに含まれる複数の電池セル100は、バスバー500,510により電気的に直列接続される。
【0041】
総端子バスバー610(正極側総端子)および総端子バスバー620(負極側総端子)は、組電池1A,1B,1Cの両極側の総端子として設けられる。総端子バスバー610,620は、いずれも組電池1Cに接続される。すなわち、総端子バスバー610,620は、X軸方向において組電池1A,1B,1Cに対して同じ側に位置する。
【0042】
図4の例において、組電池1A,1B,1Cは、偶数かつ互いに同じ数(10個)の電池セル100を各々含む。したがって、三列の組電池1A,1B,1Cを合わせて、30個の電池セル100が含まれる。
【0043】
バスバープレート410,420のY軸方向の幅は互いに同じである。したがって、バスバープレート410,420は、各々、15個の電池セル100を覆うように配置される。
【0044】
図5,
図6は、参考例に係る電池パックにおけるバスバープレート400A,400B,400Cおよびバスバー500の配置を示す図である。
図5,
図6に示す例においても、X軸方向に三列に並ぶ3つの組電池1A,1B,1Cが設けられる。
【0045】
図5の参考例においては、総端子バスバー610,620をX軸方向(横断方向)の一方側から引き出そうとした場合、一方の総端子(総端子バスバー610)が長くなるとともに、組電池1Bと組電池1Cとを接続するバスバー510も長く形成されている。
【0046】
総端子バスバー610およびバスバー510の長さが長くなることは、電池パックの製造コストの増大要因となる。加えて、バスバー510に作用する振動および衝撃が増大する。
【0047】
図6の参考例においては、組電池1Bと組電池1Cとを接続する2つのバスバー510は、組電池1BのY軸方向の途中部に位置する電池セル100の電極端子110と、組電池1CのY軸方向の途中部に位置する電池セル100の電極端子110とに接合される。より具体的には、組電池1Bと組電池1Cとを接続するバスバー510は、組電池1B,1CのY軸方向における中央部近傍に設けられている。
【0048】
図6に示す参考例においては、上記のようなバスバー510の配置により、総端子バスバー610,620を両方とも組電池1Cに接続することができる。この結果、
図5の例と比較して、バスバー510および総端子バスバー610のX軸方向における長さを短くすることができる。
【0049】
図4に示されるバスバープレート400によれば、
図6と同じバスバー500,510の配置が実現される。したがって、バスバー510および総端子バスバー610のX軸方向における長さを短くすることができる。
【0050】
また、Y軸方向(電池セル100の積層方向)において互いに分断された2つのバスバープレート410,420を用いることにより、電池セル100の積層方向の公差を吸収しやすくすることができる。この結果、バスバー500の溶接性を向上させることができる。
【0051】
このように、本実施の形態に係る電池パックにおいては、バスバー500による電池セル100の接続構造が複雑化することが抑制される。この結果、電池セル100および他の構成部品の搭載効率が高い電池パックを提供することが可能となる。
【0052】
図7は、変形例に係る電池パックにおけるバスバープレート400およびバスバー500の配置を示す上面図である。
【0053】
図7に示す変形例においても、組電池1A(第1積層体)と、組電池1B(第2積層体)と、組電池1C(第3積層体)とがX軸方向に三列に並ぶように設けられる。
【0054】
バスバープレート400は、バスバープレート410(第1プレート)と、バスバープレート420(第2プレート)と、バスバープレート430(第3プレート)を含む。バスバープレート410には、複数のバスバー500のうちの一部(第1集合)が搭載される。バスバープレート420には、複数のバスバー500のうちの他の部分(第2集合)が搭載され、バスバープレート430には、複数のバスバー500のうちのさらに他の部分(第3集合)が搭載される。バスバープレート410,420,430は、互いに別体に設けられる。
【0055】
組電池1A,1B,1Cに含まれる複数の電池セル100は、バスバー500,510により電気的に直列接続される。
【0056】
総端子バスバー610(正極側総端子)および総端子バスバー620(負極側総端子)は、組電池1A,1B,1Cの両極側の総端子として設けられる。総端子バスバー610は、組電池1Aに接続される。総端子バスバー620は、組電池1Cに接続される。
【0057】
図7の例において、組電池1A,1B,1Cは、奇数かつ互いに同じ数(23個)の電池セル100を各々含む。したがって、三列の組電池1A,1B,1Cを合わせて、69個の電池セル100が含まれる。
【0058】
バスバープレート410,430のY軸方向の幅は互いに同じである。バスバープレート420のY軸方向の幅は、バスバープレート410,430のY軸方向の幅よりも大きい。すなわち、バスバープレート410,430およびバスバープレート420のY軸方向の幅は互いに異なる。
【0059】
バスバープレート410,430は、各々、15個(5個×三列)の電池セル100を覆うように配置される。バスバープレート420は、39個(13個×三列)の電池セル100を覆うように配置される。
【0060】
各々の電池セル100には電圧検出線700が接続される。電圧検出線700は、コネクタ800を介して組電池1A,1B,1Cの外部と接続される。
【0061】
図8は、電圧検出線700およびコネクタ800を電池セル100の側方(X軸方向)からみた状態を示す図である。
図8に示すように、複数の電池セル100に各々接続され複数の電圧検出線700が集約されてコネクタ800に接続される。
【0062】
再び
図7を参照して、コネクタ800は、コネクタ810(第1コネクタ)と、コネクタ820(第2コネクタ)と、コネクタ830(第3コネクタ)とを含む。
【0063】
コネクタ810には、バスバープレート410に搭載される複数のバスバー500(第1集合)が接続される電池セル100用の電圧検出線700(第1電圧検出線)が集約される。コネクタ820には、バスバープレート420に搭載される複数のバスバー500(第2集合)が接続される電池セル100用の電圧検出線700(第2電圧検出線)が集約される。コネクタ830には、バスバープレート430に搭載される複数のバスバー500(第3集合)が接続される電池セル100用の電圧検出線700(第3電圧検出線)が集約される。
【0064】
このように、電圧検出線700は、Y軸方向において複数の集合に分離され、各々別個のコネクタ810,820,830に集約して接続される。電圧検出線700およびコネクタ800をこのように配置することにより、電圧検出線700の長さを全体として短くすることができる。この結果、電圧検出線700のインピーダンスが低減される。
【0065】
図7,
図8の例では、ケーブルにより電圧検出線700を構成する例について示したが、フレキシブルプリント基板を用いて電圧検出線を構成する場合においても、
図7,
図8の例と同様の考え方を採用することが可能である。
【0066】
上述のとおり、本実施の形態に係る電池パックにおいては、電池セル100の積層方向の公差を吸収しやすくしてバスバー500の溶接性を向上させるとともに、電池セル100および他の構成部品の搭載効率を向上させることができる。
【0067】
電池セル100の積層数が大きい(たとえば20以上)場合には、積層方向の公差も大きくなりやすい傾向があるため、本実施の形態に示したバスバープレート400およびバスバー500の配置は特に有効である。
【0068】
また、ケース部材300が組電池1を直接支持するCell-to-Pack構造においては、積層方向の端部の電池セル100がケース部材300の側壁に近い位置にあり、ケース部材300内における余剰の空間が小さいため、本実施の形態に示したバスバー500および総端子バスバー600の配置は特に有効である。
【0069】
なお、バスバープレート400の分割数(上述の例では2つまたは3つ)およびその幅は適宜変更され得る。
【0070】
たとえば、
図7の例のように、組電池1A,1B,1Cの積層数が23セルの場合、Y軸方向に3+17+3の3分割としてもよいし、5+7+11の3分割としてもよいし、3+3+11+3+3の5分割としてもよいし、3+5+7+5+3の5分割としてもよい。さらには、2+21の2分割としてもよいし、4+19の2分割としてもよいし、2+9+10+2の4分割としてもよいし、4+7+8+4の4分割としてもよい。これらは、電池セル100の積層数(23)も含めて、いずれも例示にすぎない。
【0071】
また、ケース部材300は、組電池1を直接支持するものに限定されず、組電池1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。
【0072】
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】
【0073】
1,1A,1B,1C 組電池、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 セパレータ部材、300 ケース部材、400,400A,400B,400C,410,420,430 バスバープレート、500,510 バスバー、600,610,620 総端子バスバー、700 電圧検出線、800,810,820,830 コネクタ。