特開 2024-176083 電池装置

(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】P2024176083

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】電池装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/204 20210101AFI20241212BHJP

   H01M 50/251 20210101ALI20241212BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20241212BHJP

   H01M 10/6567 20140101ALI20241212BHJP

【ＦＩ】

H01M50/204 201

H01M50/251

H01M10/613

H01M10/6567

【審査請求】有

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023094314

(22)【出願日】2023-06-07

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西野 宏昭

(72)【発明者】

【氏名】馬場 謙治

(72)【発明者】

【氏名】村瀬 晴彦

【テーマコード（参考）】

5H031

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H031AA09

5H031KK08

5H040AA31

5H040AS01

5H040AY04

5H040AY10

(57)【要約】

【課題】電池装置内で発生する水を排出して安全性を向上できるようにする。
【解決手段】電池装置は、支持部材の上に搭載される電池パックアッセンブリを備える。電池パックアッセンブリは、電池パックと、電池パックの下方に位置するトレイとを含む。トレイは、フレームと、フレームにつながる底板とを含む。フレームは、電池パックを支持する上面と、支持部材によって支持される下面とを有する。底板は、排水孔を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持部材の上に搭載される電池パックアッセンブリを備える電池装置であって、
前記電池パックアッセンブリは、
電池パックと、
前記電池パックの下方に位置し、フレームと前記フレームにつながる底板とを含むトレイと、
を含み、
前記フレームは、前記電池パックを支持する上面と、前記支持部材によって支持される下面とを有し、
前記底板は、排水孔を有する
ことを特徴とする電池装置。

【請求項2】

前記底板は、前記排水孔に向けて低くなるように傾斜している
ことを特徴とする請求項１に記載の電池装置。

【請求項3】

前記底板の上面視において、前記排水孔は、前記電池パックにつながる電気機器の配置場所の反対側に位置する前記底板の端に形成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電池装置。

【請求項4】

前記電池装置は、前記支持部材を含む支持体への前記電池パックアッセンブリの出し入れ口を備え、
前記排水孔は、前記出し入れ口に近い側に位置する前記底板の端に形成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電池装置。

【請求項5】

前記排水孔は、前記底板の隅に形成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電池装置。

【請求項6】

前記排水孔は、前記支持部材を含む支持体への前記電池パックアッセンブリの挿入時に前記支持部材の壁面に沿って移動することによって前記電池パックアッセンブリを案内するカムフォロアの取り付け孔と共用されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電池装置。

【請求項7】

前記電池装置は、静止した場所に設置され、
前記電池パックとして、車載用電池パックが転用されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電池装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電池装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、電力貯蔵装置を開示している。電力貯蔵装置は、複数の電池パックと、蓄電池盤とを有する。複数の電池パックは、蓄電池盤に収容されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１６／１２９３８５号

【特許文献2】特開２００１－０１５０９０号公報

【特許文献3】特開２０１５－００２１３９号公報

【特許文献4】特開２０１７－０９８３７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の電力貯蔵装置内では、電池パックの表面への結露発生等の要因により水が発生し得る。発生した水が電力貯蔵装置の内部に溜まると、電力貯蔵装置の安全性に影響を及ぼすおそれがある。しかしながら、特許文献１では、このように生じ得る水への対策がなされていない。

【0005】

本開示は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、電池装置内で発生する水を排出して安全性を向上できるようにした電池装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る電池装置は、支持部材の上に搭載される電池パックアッセンブリを備える。電池パックアッセンブリは、電池パックと、電池パックの下方に位置するトレイとを含む。トレイは、フレームと、フレームにつながる底板とを含む。フレームは、電池パックを支持する上面と、支持部材によって支持される下面とを有する。底板は、排水孔を有する。

【発明の効果】

【0007】

本開示に係る電池装置によれば、結露等の要因により電池パックの表面に付着した水をトレイによって受けることができる。そして、トレイに形成された排水孔により、トレイ上の水を所望の場所から排出することが可能となる。このことは、電池装置の安全性の向上につながる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態に係る電池装置の要部の構成の一例を概略的に表した図である。

【図2】図１に示す電池アッシー（電池パックアッセンブリ）の斜視図である。

【図3】一対のレールによって支持されている状態におけるトレイの上面視である。

【図4】実施の形態の第１変形例に係る排水孔の配置場所を説明するための図である。

【図5】実施の形態の第２変形例に係る排水孔の配置場所を説明するための図である。

【図6】実施の形態の第３変形例に係るトレイの構成を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

添付図面を参照して、本開示の実施の形態を説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略又は簡略する。

【0010】

１．電池装置の構成
図１は、実施の形態に係る電池装置１の要部の構成の一例を概略的に表した図である。電池装置１は、静止した場所に設置されている。電池装置１は、定置電源とも呼ばれる。電池装置１は、外部から供給される電力を貯蔵し、所定の電力供給対象に電力を供給するように構成されている。電池装置１は、例えば、停電時（自然災害時等の非常時を含む）のバックアップ電源（非常用電源）として用いることができる。

【0011】

電池装置１は、電池パックアッセンブリ（又は、単に電池アッシー）１０と、支持体３０とを備える。電池アッシー１０は、電池パック１１とトレイ２０のアッセンブリである。電池装置１に搭載される電池アッシー１０の数は、１つでもよいが基本的には複数である。図１に示す一例では、支持体３０内には、６つの電池アッシー１０が電池装置１の上下方向Ｄ１（鉛直方向）に積層して収容されている。

【0012】

本実施形態では、電池パック１１は車載用電池パックである。すなわち、車載用電池パックが電池装置１の電池パック１１として転用されている。これにより、電池装置１のコスト低減と資源の有効活用を図れる。より詳細には、当該車載用電池パックは、車両上で使用された後の中古品であってもよいし、あるいは新品であってもよい。

【0013】

各電池アッシー１０は、所定の方向（図３に示す挿入方向Ｄ３）から支持体３０内に出し入れされる。図１は、出し入れ口２（図３参照）の方向から、電池アッシー１０が収容された支持体３０を見た図である。

【0014】

支持体３０は、例えば直方体形状の骨格構造を有する。図１には、支持体３０が含む複数の骨格部材のうちの、出し入れ口２の側に位置する骨格部材３１～３４が表されている。骨格部材３１及び３２は、それぞれ、支持体３０の上端及び下端において左右方向Ｄ２（水平方向）に延びている。骨格部材３３及び３４は、それぞれ、左右方向Ｄ２における支持体３０の各端において上下方向Ｄ１に延びている。

【0015】

支持体３０は、さらに、電池アッシー１０を支持する一対のレール３５及び３６を電池アッシー１０毎に備える。一対のレール３５及び３６は、図１の紙面の奥行方向に沿って延びている。一対のレール３５及び３６は、例えば、骨格部材３３及び３４とともに、他の骨格部材３７及び３８並びに補強部材３９及び４０（図３参照）に固定されている。なお、レール３５及び３６は、本開示に係る「支持部材」の一例に相当する。

【0016】

付け加えると、電池装置１は、電池アッシー１０及び支持体３０とともに、図示省略される「他の構成部品」を備える。他の構成部品は、例えば、電力変換ユニット（昇圧コンバータを含む）５０（図４参照）、電子制御ユニット（ＥＣＵ）、及び高圧リレー等の電気機器を含む。また、他の構成部品は、例えば、ワイヤーハーネス（高圧ケーブル及びコネクタを含む）、及び冷却装置の各部品（例えば、冷却水配管、ポンプ、ラジエータ、ラジエータファン、及びリザーバタンク）を含む。一例として、電池装置１では、これらの「他の構成部品」についても、車載用電池パックとともに車両上で用いられる部品が転用されている。これにより、コスト低減と資源の有効活用をより効果的に図れる。

【0017】

次に、図１とともに図２を追加的に参照して、電池アッシー１０の具体的な構成について説明される。図２は、図１に示す電池アッシー１０の斜視図である。

【0018】

電池パック１１は、パック本体１２と、一対の固定部１３及び１４とを含む。パック本体１２には、複数の二次電池セル（図示省略）と冷却器１５とが収容されている。冷却器１５は、上述の冷却装置の一部を構成している。冷却器１５は、内部を流れる冷却水をパック本体１２内の複数の二次電池セルと熱交換させる。これにより、複数の二次電池セルが冷却される。

【0019】

トレイ２０は、電池パック１１の下方に位置している。トレイ２０は、フレーム２１と、底板２２とを含む。フレーム２１は、例えば四角形の枠状に形成されている。底板２２は、フレーム２１につながっている。フレーム２１は、左右方向Ｄ２の両側に位置する一対の枠部２３及び２４を有する。一対の枠部２３及び２４は、それぞれ、電池パック１１を支持する上面２３ａ及び２４ａを有する。また、一対の枠部２３及び２４は、それぞれ、レール３５及び３６によって支持される下面２３ｂ及び２４ｂを有する。

【0020】

より詳細には、上面２３ａ及び２４ａのそれぞれには、電池パック１１をトレイ２０に固定するためのブラケット２５が複数個所に取り付けられている。電池パック１１の一対の固定部１３及び１４は、複数のブラケット２５を介して一対の枠部２３及び２４にそれぞれ固定される。この固定は、例えば、ボルト１６等の締結具を用いた締結によって行うことができる。

【0021】

付け加えると、複数のブラケット２５のそれぞれは、枠部２３又は２４に直接的に取り付けられてもよい。その一方で、図２に示す例のように、複数のブラケット２５のそれぞれは、枠部２３又は２４に絶縁碍子２６を介して取り付けられてもよい。このような絶縁碍子２６の利用について次のように補足される。上述のように、電池パック１１は車載用電池パックである。電池装置１で用いられる電池パックは、車載用電池パックと比べて高い耐圧を求められ得る。このため、電池パック１１とトレイ２０との間に絶縁碍子２６を介在させることにより、電池装置１で求められる耐圧を満たしていない車載用電池パックを電池パック１１に転用する場合に、電池パック１１自体の耐圧を高める必要なしに電池パック１１の絶縁性を適切に確保できるようになる。

【0022】

２．排水孔
図２に示すように、トレイ２０の底板２２は、排水孔２７を有する。排水孔２７は、底板２２を貫通するように形成されている。

【0023】

広く言えば、排水孔２７を有していれば、底板２２は、水平面に対して傾斜していなくてもよい。そのうえで、本実施形態では、底板２２は、図２に示すように排水孔２７に向けて低くなるように傾斜している。

【0024】

また、広く言えば、底板２２上の排水孔２７の位置は、特に限定されず、例えば底板２２の中央であってもよい。そのうえで、本実施形態では、排水孔２７は、図２に示すように底板２２の隅（より詳細には、四隅の１つ）に形成されている。付け加えると、排水孔２７を底板２２の隅に形成する場合、排水孔２７は、図２中に示された隅以外の３つの隅の何れか１つに形成されてもよい。あるいは、排水孔２７は、２つ以上の隅のそれぞれに形成されてもよい。そして、底板２２は、排水孔２７が形成されている複数の隅のそれぞれに向けて低くなるように傾斜していてもよい。

【0025】

さらに、本実施形態では、底板２２上の排水孔２７の位置は、次の観点も考慮して決定されている。図３は、一対のレール３５及び３６によって支持されている状態におけるトレイ２０の上面視である。図３に示すように、排水孔２７は、電池アッシー１０の出し入れ口２に近い側に位置する底板２２の端に形成されている。より詳細には、排水孔２７は、当該端の側の隅の一方に形成されている。なお、出し入れ口２に近い側に位置する底板２２の端に排水孔２７を形成する場合、図３に示す例とは異なり、排水孔２７は、当該端における隅以外の部位に形成されてもよい。そして、当該端における隅以外の部位に排水孔２７を形成する場合、底板２２は、出し入れ口２から遠い側の端から出し入れ口２に近い側の端に向けて低くなるように傾斜していてもよい。

【0026】

付け加えると、排水孔２７は、一例として円形であるが、円形に限らず、長孔形状（スリット形状を含む）等の任意の形状を有していてもよい。また、排水孔２７の数は、２つ以上であってもよい。このことは、下記の各変形例においても同様である。

【0027】

＜効果＞
以上のように、本実施形態に係る電池装置１では、電池パック１１は、電池アッシー１０としてトレイ２０と組み合わされている。トレイ２０は、底板２２を備えている。電池パック１１の表面には、例えば結露発生により水が付着し得る。また、電池パック１１の表面には、冷却水配管又は冷却器１５から漏れ出た冷却水が付着し得る。底板２２によれば、例えばこのように電池パック１１の表面に付着した水が、下段の電池パック１１に落下することを防止できる。そして、底板２２には、排水孔２７が形成されている。これにより、水がトレイ２０から溢れ出ることを防止できる。より具体的には、排水孔２７の位置の選定により、上面視で電池パック１１と重ならない位置等の所望の位置から水を排出できる。このことは、電池パック１１又はこれにつながる電気機器での短絡発生の抑制、すなわち、電池装置１の安全性の向上につながる。

【0028】

また、本実施形態に係る底板２２は、排水孔２７に向けて低くなるように傾斜している。これにより、トレイ２０の排水性を向上できる。

【0029】

また、本実施形態に係る排水孔２７は、底板２２の隅に形成されている。これにより、排水孔２７から落下する水が下段の電池パック１１にかかりにくくなるように排水孔２７の位置を決定できる。

【0030】

さらに、本実施形態に係る排水孔２７は、電池アッシー１０の出し入れ口２に近い側に位置する底板２２の端に形成されている。当該端は、支持体３０への電池アッシー１０の出し入れを妨げないようにするために上述の電気機器等の電池装置１の構成部品が近くに配置されない部位であるといえる。このような部位に排水孔２７を形成することにより、当該構成部品に水がかかることを避け易くしつつ、トレイ２０からの排水を行えるようになる。

【0031】

３．変形例
底板２２上の排水孔２７の位置は、次の観点も考慮して決定されてもよい。図４は、実施の形態の第１変形例に係る排水孔２７の配置場所を説明するための図である。図４は、図３と同様の上面視である。前提として、第１変形例では、電池パック１１につながる電気機器の１つである上述の電力変換ユニット５０は、例えば、電池パック１１毎に備えられている。そして、個々の電力変換ユニット５０は、接続対象の電池パック１１と同じような高さで、図４に示すように挿入方向Ｄ３の奥側に配置されている。

【0032】

そのうえで、排水孔２７は、底板２２の上面視（すなわち、図４）において、電力変換ユニット５０の配置場所の反対側に位置する底板２２の端（例えば、当該端の隅）に形成されている。このように排水孔２７を電力変換ユニット５０から離れた側の端に形成することにより、電力変換ユニット５０に排水がかかることを避け易くしつつ、トレイ２０からの排水を行えるようになる。付け加えると、電力変換ユニット５０と電池パック１１とをつなぐワイヤーハーネスについても、排水がかかることを避け易くすることができる。

【0033】

次に、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、実施の形態の第２変形例に係る排水孔６２の配置場所を説明するための図である。第２変形例に係るトレイ６０は、底板２２に代えて底板６１を備える点において、図２に示すトレイ２０と相違している。

【0034】

前提として、第２変形例では、支持体３０の内部への電池アッシー１０の挿入時に左右方向Ｄ２に関する電池アッシー１０の位置決めを行えるようにするために、４つのカムフォロア７０が用いられている。底板６１には、４つのうちの２つのカムフォロア７０をそれぞれ取り付けるための２つの取り付け孔６２が形成されている。挿入方向Ｄ３における２つの取り付け孔６２の前方には、残りの２つのカムフォロア７０をそれぞれ取り付けるための２つの取り付け孔６３が形成されている。４つのカムフォロア７０は、電池アッシー１０の挿入に際し、対応する取り付け孔６２又は６３に取り付けられる。電池アッシー１０の挿入時には、２つのカムフォロア７０は、一方のレール３５の内側の側面３５ａに沿って移動し、残りの２つのカムフォロア７０は、他方のレール３６の内側の側面３６ａに沿って移動する。電池アッシー１０は、このように４つのカムフォロア７０によって案内されながら支持体３０の内部に挿入される。これにより、左右方向Ｄ２に関する電池アッシー１０の位置決めが行われる。

【0035】

電池アッシー１０の挿入が完了すると、４つのカムフォロアのうち少なくとも出し入れ口２に近い側の２つのカムフォロア７０は、トレイ６０から取り外される。第２変形例では、２つのカムフォロア７０が取り外された後の２つの取り付け孔６２が、２つの「排水孔」６２として共用される。

【0036】

より詳細には、例えば、２つの排水孔６２は、図５（Ｂ）に示すように出し入れ口２に近い側に位置する底板６１の２つの隅にそれぞれ設けられている。底板６１は、必ずしも水平面に対して傾斜していなくてもよいが、例えば図５（Ｂ）に示すように傾斜部６１ａと水平部６２ｂとを有していてもよい。２つの排水孔６２は、水平部６２ｂに形成されている。傾斜部６１ａは、挿入方向Ｄ３の前方から後方に向けて（すなわち、排水孔６２に向けて）低くなるように傾斜している。また、水平部６２ｂには、２つの排水孔６２とともに、破線で表されるような他の排水孔６４が形成されていてもよい。

【0037】

次に、図６は、実施の形態の第３変形例に係るトレイ８０の構成を説明するための図である。第３変形例に係るトレイ８０は、底板２２に代えて底板８１を備える点において、図２に示すトレイ２０と相違している。図６は、複数の電池アッシー１０の１つである電池アッシー１０Ａが備えるパック本体１２Ａ及びトレイ８０と、電池アッシー１０Ａの１段下の電池アッシー１０Ｂのパック本体１２Ｂとを抜き出して表している。

【0038】

図６には、対比のために、底板８１とともに、底板２２及び１００も表されている。図６中に表されている底板８１及び２２のラインは、出し入れ口２に近い側の底板８１及び２２の端の位置において得られるものである。底板１００は、傾斜なしに水平であって、フレーム２１の下面２３ｂ及び２４ｂと同じ高さに位置している。図６中の隙間Ｇは、電池装置１の性能上の観点から上段の電池アッシー１０Ａの底板と下段のパック本体１２Ｂとの間に最低限必要な隙間に相当する。このため、底板１００の例では、パック本体１２Ｂは、隙間Ｇの制約により、破線で表された位置よりも電池アッシー１０Ａに近づけることはできない。また、図６に示すように、底板２２における最も低い位置の高さは、底板１００と同じである。このため、底板２２の例においても、隙間Ｇの確保のために、パック本体１２Ｂは、破線で表された位置よりも電池アッシー１０Ａに近づけることはできない。

【0039】

これに対し、図６に示すように、底板８１は、最も低い部位であってもフレーム２１の下面２３ｂ及び２４ｂよりオフセットＯ分だけ上方に配置されている。これにより、隙間Ｇを確保しつつ、実線で表される位置までパック本体１２Ｂを電池アッシー１０Ａに近づけることが可能となる。つまり、上下方向Ｄ１における電池アッシー１０Ａと電池アッシー１０Ｂとの距離をオフセットＯ分だけ短縮できる。このような上げ底構造によれば、電池パック１１の積層に起因する電池装置１の重心の上昇を抑制できるので、電池装置１の安定性（耐震性）が向上する。

【符号の説明】

【0040】

１ 電池装置、 ２ 出し入れ口、 １０ 電池パックアッセンブリ、 １１ 電池パック、 １２ パック本体、 １５ 冷却器、 ２０、６０、８０ トレイ、 ２１ フレーム、 ２２、６１、８１、１００ 底板、 ２３ｂ、２４ｂ フレームの下面、 ２７、６４ 排水孔、 ３０ 支持体、 ３５、３６ レール（支持部材）、 ５０ 電力変換ユニット、 ６２ 排水孔（カムフォロアの取り付け孔）、 ７０ カムフォロア

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】