特開 2024-89864 電気機器および電池パックシステム

(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】P2024089864

(43)【公開日】2024-07-04

(54)【発明の名称】電気機器および電池パックシステム

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/55 20210101AFI20240627BHJP

   H01M 10/6554 20140101ALI20240627BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20240627BHJP

   H01M 50/583 20210101ALI20240627BHJP

【ＦＩ】

H01M50/55 101

H01M10/6554

H01M10/613

H01M50/583

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022205360

(22)【出願日】2022-12-22

(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】蔭山 崇俊

(72)【発明者】

【氏名】稲村 卓思

【テーマコード（参考）】

5H031

5H043

【Ｆターム（参考）】

5H031KK01

5H043AA09

5H043BA19

5H043CA04

(57)【要約】

【課題】電装部品の冷却効率が高い電気機器および電池パックシステムを提供する。
【解決手段】電気機器は、金属製の筐体と、筐体と離間して設けられる電装部品と、電装部品に接続されるバスバーとを備える。バスバーは、電装部品に接続される第１部分と、第１部分よりも筐体に近い位置に設けられた第２部分とを含む。バスバーの第２部分と筐体との間に空気よりも熱伝導率が高い絶縁性の伝熱部が設けられる。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属製の筐体と、
前記筐体と離間して設けられる電装部品と、
前記電装部品に接続されるバスバーとを備え、
前記バスバーは、前記電装部品に接続される第１部分と、前記第１部分よりも前記筐体に近い位置に設けられた第２部分とを含み、
前記バスバーの前記第２部分と前記筐体との間に空気よりも熱伝導率が高い絶縁性の伝熱部が設けられる、電気機器。

【請求項2】

前記電装部品は、ヒューズ素子またはリレー素子を含む、請求項１に記載の電気機器。

【請求項3】

前記伝熱部は、１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する、請求項１または請求項２に記載の電気機器。

【請求項4】

前記伝熱部は、シート状の部材からなる、請求項１または請求項２に記載の電気機器。

【請求項5】

前記伝熱部は、アクリル系樹脂を含む、請求項１または請求項２に記載の電気機器。

【請求項6】

前記電装部品は、第１の端子および第２の端子を有し、
前記バスバーは、前記第１の端子に接続される第１のバスバーと、前記第２の端子に接続される第２のバスバーとを有し、
前記第１のバスバーおよび前記第２のバスバーは、前記第１部分および前記第２部分を各々含む、請求項１または請求項２に記載の電気機器。

【請求項7】

前記バスバーは板状部材からなり、
前記板状部材を折り曲げ加工することにより前記第１部分および前記第２部分が形成される、請求項１または請求項２に記載の電気機器。

【請求項8】

前記筐体に取り付けられた冷却プレートをさらに備え、
前記冷却プレートは冷却媒体通路を有する、請求項１または請求項２に記載の電気機器。

【請求項9】

前記筐体と前記冷却プレートとの間に隙間が形成され、
前記隙間に熱伝導性の充填材が設けられ、
前記伝熱部は前記隙間と重なる位置に設けられる、請求項８に記載の電気機器。

【請求項10】

複数の電池セルを含む電池パックと、
前記電池パックと電気的に接続された、請求項１または請求項２に記載の電気機器とを備えた、電池パックシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本技術は、電気機器および電池パックシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

電気機器における電装部品からの放熱を促進するための構造として、たとえば特許文献１および特許文献２に記載されたものが従来から知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実開平０５－００８９４７号公報

【特許文献2】特開２０００－１２５４４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

大電流が流れる電気機器においては、電装部品の導電部における抵抗が比較的小さなものであっても、当該抵抗部分における発熱が大きくなり得る。従来の放熱構造は、大きな発熱量に対処する冷却という観点から、必ずしも十分なものではない。

【0005】

本技術の目的は、電装部品の冷却効率が高い電気機器および電池パックシステム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、以下の電気機器および電池パックシステムを提供する。

【0007】

［１］金属製の筐体と、筐体と離間して設けられる電装部品と、電装部品に接続されるバスバーとを備え、バスバーは、電装部品に接続される第１部分と、第１部分よりも筐体に近い位置に設けられた第２部分とを含み、バスバーの第２部分と筐体との間に空気よりも熱伝導率が高い絶縁性の伝熱部が設けられる、電気機器。

【0008】

［２］電装部品は、ヒューズ素子またはリレー素子を含む、［１］に記載の電気機器。

【0009】

［３］伝熱部は、１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する、［１］または［２］に記載の電気機器。

【0010】

［４］伝熱部は、シート状の部材からなる、［１］から［３］のいずれか１項に記載の電気機器。

【0011】

［５］伝熱部は、アクリル系樹脂を含む、［１］から［４］のいずれか１項に記載の電気機器。

【0012】

［６］電装部品は、第１の端子および第２の端子を有し、バスバーは、第１の端子に接続される第１のバスバーと、第２の端子に接続される第２のバスバーとを有し、第１のバスバーおよび第２のバスバーは、第１部分および第２部分を各々含む、［１］から［５］のいずれか１項に記載の電気機器。

【0013】

［７］バスバーは板状部材からなり、板状部材を折り曲げ加工することにより第１部分および第２部分が形成される、［１］から［６］のいずれか１項に記載の電気機器。

【0014】

［８］筐体に取り付けられた冷却プレートをさらに備え、冷却プレートは冷却媒体通路を有する、［１］から［７］のいずれか１項に記載の電気機器。

【0015】

［９］筐体と冷却プレートとの間に隙間が形成され、隙間に熱伝導性の充填材が設けられ、伝熱部は隙間と重なる位置に設けられる、［８］に記載の電気機器。

【0016】

［１０］複数の電池セルを含む電池パックと、電池パックと電気的に接続された、［１］から［９］のいずれか１項に記載の電気機器とを備えた、電池パックシステム。

【発明の効果】

【0017】

本技術によれば、電装部品において発生した熱が、電装部品からバスバーおよび伝熱部を介して金属製の筐体に伝達されて効率よく放熱される。結果として、電装部品の冷却を効率よく行うことができる。このとき、バスバーの加工と伝熱部の設置のみによって上記の搭載構造を得ることができるので、電気機器の構造が複雑化することが抑制される。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】電池パックと電装パック（電気機器）とを含むシステムの構成を示す図である。

【図2】電池パックに含まれる電池セルを示す斜視図である。

【図3】電装パックの外観図（その１）である。

【図4】電池パックの外観図（その２）である。

【図5】電装パックの構成を示す斜視図である。

【図6】電装パックのケース内部の配置を示す図である。

【図7】ヒューズ素子（電装部品）の搭載構造を示す図である。

【図8】伝熱部周辺の構造の変形例を示す拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。「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。

【0025】

図１は、電池パック１００と電装パック２００（電気機器）とを含む電池パックシステムの構成を示す図である。図１に示すように、電池パックシステムにおいては、電池パック１００と、電装パック２００とが充放電ライン１０および信号ライン２０を介して電気的に接続されている。電池パックシステムは、インターフェイス３００を介して車両と接続され得る。充放電ライン１０には、電池パック１００を充放電する電流が流れる。信号ライン２０には、制御信号が流れる。

【0026】

図１の例では、複数の電池パック１００が充放電ライン１０を介して電気的に直列接続されている。各々の電池パック１００において、複数の電池セルが電気的に直列接続されている。電装パック２００は、信号ライン２０を介して各々の電池パック１００と電気的に接続されている。電装パック２００は、電池パック１００の充放電を制御し得る。電池パック１００および電装パック２００の数および接続態様は適宜変更が可能である。また、電装パック２００が電池パック１００内に設けられるものであってもよい。

【0027】

電装パック２００は、正極側のコネクタ２１１と、負極側のコネクタ２１２とを有する。コネクタ２１１，２１２のうち、コネクタ２１１Ａ，２１１Ｂは、インターフェイス３００を介して車両側の負荷と接続され、コネクタ２１１Ｂ，２１２Ｂは、充放電ライン１０と接続される。

【0028】

電装パック２００は、コネクタ２１３をさらに有する。コネクタ２１３のうち、コネクタ２１３Ａは、インターフェイス３００を介して車両側の機器と接続され、コネクタ２１３Ｂは、システム側の信号ライン２０と接続される。

【0029】

図２は、電池パック１００に含まれる電池セル１を示す斜視図である。図２に示すように、電池セル１は、角型形状を有する。ただし、電池パック１００に含まれる電池セルは、角型形状に限定されるものではない。

【0030】

図２に例示する電池セル１は、電極端子１１０と、筐体１２０と、ガス排出弁１３０とを有する。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。

【0031】

筐体１２０は、直方体形状を有し、電池セル１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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

複数の電池セル１は、Ｙ軸方向に隣り合う電池セル１，１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１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。

【0036】

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１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。

【0037】

複数の電池セル１をパックケースに収納することにより、図１の電池パック１００が構成される。電池パック１００は、パックケースの側面部が電池セル１の積層体を直接支持するもの（Ｃｅｌｌ－ｔｏ－Ｐａｃｋ構造）であってもよいし、複数の電池セル１を含む電池モジュールをパックケースに収納するもの（Ｃｅｌｌ－Ｍｏｄｕｌｅ－Ｐａｃｋ構造）であってもよい。

【0038】

図３，図４は、電装パック２００の外観図である。図３，図４に示すように、電装パック２００は、ケース部材２００Ａと、冷却プレート２００Ｂとを含む。冷却プレート２００Ｂは、ケース部材２００Ａの底面を構成することができる。ケース部材２００Ａの側面には、コネクタ２１１Ａ，２１１Ｂ，２１２Ａ，２１２Ｂ，２１３Ａ，２１３Ｂおよびサービスプラグ２８０が設けられている。ケース部材２００Ａの内部空間に電装部品が収納される。

【0039】

図５は、電装パック２００の構成を示す斜視図であり、図６は、電装パック２００のケース部材２００Ａ内部の配置を示す図である。図５，図６に示すように、電装パック２００は、制御基板２２０と、ヒューズ素子２３０と、メインリレー２４０と、電流センサ２５０と、プリチャージ抵抗２６０と、プリチャージリレー２７０とを含む。

【0040】

ヒューズ素子２３０、メインリレー２４０、電流センサ２５０、プリチャージ抵抗２６０、およびプリチャージリレー２７０は、ケース部材２００Ａの内部空間に収納される電装部品であり、コネクタ２１１Ａ，２１１Ｂ，２１２Ａ，２１２Ｂを介して電装パック２００の外部と接続される。制御基板２２０も、ケース部材２００Ａの内部空間に収納される電装部品であり、コネクタ２１３Ａ，２１３Ｂを介して電装パック２００の外部と接続される。ケース部材２００Ａには、図５，図６に図示されない他の電装部品が収納されていてもよい。

【0041】

図６に示すように、ヒューズ素子２３０は、バスバー２９０を介してコネクタ２１２Ａ、メインリレー２４０、プリチャージリレー２７０およびサービスプラグ２８０と電気的に接続される。

【0042】

図７は、ヒューズ素子２３０（電装部品）の搭載構造を示す図である。図７に示すように、ヒューズ素子２３０は、ケース部材２００Ａの一部を構成する金属製の筐体２０１Ａと離間して設けられる。なお、以下ではヒューズ素子２３０の搭載構造について例示的に説明するが、本技術に係る電装部品はヒューズ素子２３０に限定されず、たとえばメインリレー２４０（リレー素子）などの他の電装部品にも同様の搭載構造を適用し得る。

【0043】

ヒューズ素子２３０は、端子２３１Ａ（第１の端子）および端子２３１Ｂ（第２の端子）を有する。端子２３１Ａにはバスバー２９０Ａ（第１のバスバー）が接続され、端子２３１Ｂにはバスバー２９０Ｂ（第２のバスバー）が接続される。

【0044】

バスバー２９０Ａ，２９０Ｂは、ヒューズ素子２３０に接続される第１部分２９１Ａ，２９１Ｂと、第１部分２９１Ａ，２９１Ｂよりも筐体２０１Ａに近い位置に設けられた第２部分２９２Ａ，２９２Ｂと、第２部分２９２Ａ，２９２Ｂよりも筐体２０１Ａから離れた位置に設けられた第３部分２９３Ａ，２９３Ｂとを含む。第１部分２９１Ａ，２９１Ｂと第３部分２９３Ａ，２９３Ｂの筐体２０１Ａからの高さ（離間高さ）は、略同程度であってもよいし、異なっていてもよい。

【0045】

バスバー２９０Ａ，２９０Ｂの第１部分２９１Ａ，２９１Ｂ、第２部分２９２Ａ，２９２Ｂ、および第３部分２９３Ａ，２９３Ｂは、金属製の板状部材を折り曲げ加工することにより形成され得る。なお、第３部分２９３Ａ，２９３Ｂを形成せず、第１部分２９１Ａ，２９１Ｂおよび第２部分２９２Ａ，２９２Ｂのみからなるバスバーを形成してもよい。

【0046】

バスバー２９０Ａ，２９０Ｂの第２部分２９２Ａ，２９２Ｂと筐体２０１Ａとの間には、空気よりも熱伝導率が高い絶縁性の伝熱部材２００Ｄ（伝熱部）が設けられている。伝熱部材２００Ｄは、一定以上の熱伝導率および絶縁耐性を有する素材により構成されることが好ましい。

【0047】

たとえば、伝熱部材２００Ｄは、１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上程度の熱伝導率を有することが好ましい。一例として、伝熱部材２００Ｄは、アクリル系樹脂（熱伝導性アクリル系放熱材）を含む、弾力性のあるシート状の部材からなる。より具体的には、スリーエム社製の６５００Ｈを用いて伝熱部材２００Ｄを構成し得る。

【0048】

なお、伝熱部材２００Ｄの構成は上述のものに限定されず、たとえばゲル状の素材により伝熱部材２００Ｄを構成してもよい。

【0049】

電池パック１００ないし電池モジュールの大型化に伴い、電池パック１００に接続される電装パック２００に大電流が流れやすい状況にある。大電流が流れる電装パック２００においては、ヒューズ素子２３０などの電装部品の導電部における抵抗が比較的小さなものであっても、当該抵抗部分における発熱が大きくなり得る。

【0050】

これに対し、本実施の形態に係る電装パック２００においては、ヒューズ素子２３０において発生した熱が、ヒューズ素子２３０からバスバー２９０Ａ，２９０Ｂおよび伝熱部材２００Ｄを介して金属製の筐体２０１Ａに伝達されて効率よく放熱される。結果として、ヒューズ素子２３０などの電装部品の冷却を効率よく行うことができる。また、バスバー２９０Ａ，２９０Ｂの加工と伝熱部材２００Ｄの設置のみによって上記の搭載構造を得ることができるので、電装パック２００の構造が複雑化することが抑制される。

【0051】

図８は、伝熱部材２００Ｄ周辺の構造の変形例を示す拡大断面図である。図８に示す例では、冷却媒体通路２０１Ｂを有する冷却プレート２００Ｂと筐体２０１Ａとが重ねられている。筐体２０１Ａと冷却プレート２００Ｂとの間に形成された隙間に熱伝導性のギャップフィラー２００Ｃ（充填材）が設けられている。伝熱部材２００Ｄは、ギャップフィラー２００Ｃが充填された隙間と重なる位置に設けられる。

【0052】

ギャップフィラー２００Ｃは、ペースト状のものであってもよいし、ペースト状のものが硬化してシート状になったものであってもよい。ギャップフィラー２００Ｃは、伝熱部材２００Ｄと同程度、または伝熱部材２００Ｄよりも高い熱伝導率を有することが好ましい。

【0053】

図８に示す例においては、ヒューズ素子２３０において発生した熱が、ヒューズ素子２３０からバスバー２９０Ａおよび伝熱部材２００Ｄを介して筐体２０１Ａに伝達され、さらにギャップフィラー２００Ｃを介して冷却媒体通路２０１Ｂを有する冷却プレート２００Ｂに伝達される。この結果として、ヒューズ素子２３０の冷却効率をさらに高めることができる。

【0054】

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】

【0055】

１ 電池セル、１０ 充放電ライン、２０ 信号ライン、１００ 電池パック、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 電装パック、２００Ａ ケース部材、２００Ｂ 冷却プレート、２００Ｃ ギャップフィラー、２００Ｄ 伝熱部材、２０１Ａ 筐体、２０１Ｂ 冷却媒体通路、２１１，２１１Ａ，２１１Ｂ，２１２，２１２Ａ，２１２Ｂ，２１３，２１３Ａ，２１３Ｂ コネクタ、２２０ 制御基板、２３０ ヒューズ素子、２３１Ａ，２３１Ｂ 端子、２４０ メインリレー、２５０ 電流センサ、２６０ プリチャージ抵抗、２７０ プリチャージリレー、２８０ サービスプラグ、２９０，２９０Ａ，２９０Ｂ バスバー、２９１Ａ，２９１Ｂ 第１部分、２９２Ａ，２９２Ｂ 第２部分、２９３Ａ，２９３Ｂ 第３部分、３００ インターフェイス。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】