(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】P2025009904
(43)【公開日】2025-01-20
(54)【発明の名称】蓄電装置
(51)【国際特許分類】
H01M 50/242 20210101AFI20250109BHJP
H01M 50/35 20210101ALI20250109BHJP
H01M 50/358 20210101ALI20250109BHJP
H01M 50/507 20210101ALI20250109BHJP
H01M 50/367 20210101ALI20250109BHJP
【FI】
H01M50/242
H01M50/35 201
H01M50/358
H01M50/507
H01M50/367
【審査請求】有
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2024093826
(22)【出願日】2024-06-10
(31)【優先権主張番号】202310799943.4
(32)【優先日】2023-06-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(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
(71)【出願人】
【識別番号】513196256
【氏名又は名称】寧徳時代新能源科技股▲分▼有限公司
【氏名又は名称原語表記】Contemporary Amperex Technology Co., Limited
【住所又は居所原語表記】No.2,Xingang Road,Zhangwan Town,Jiaocheng District,Ningde City,Fujian Province,P.R.China 352100
(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】林下 雅俊
(72)【発明者】
【氏名】前田 光毅
(72)【発明者】
【氏名】包 聡
【テーマコード(参考)】
5H012
5H040
5H043
【Fターム(参考)】
5H012AA07
5H012BB02
5H012CC10
5H040AA14
5H040AS01
5H040AS07
5H040AT02
5H040AY05
5H040CC23
5H040DD03
5H043AA01
5H043CA04
5H043FA04
5H043JA29
5H043KA33
5H043KA34
5H043LA21
(57)【要約】
【課題】部品点数の増加を抑制しながらスタックの上下方向(スタックと排煙ダクトとが重なる方向)の変形を抑制することが可能な蓄電装置を提供する。
【解決手段】蓄電装置100は、複数の電池セル11がX方向(配列方向)に配列されることにより形成されたスタック10と、X方向に延びるようにスタック10に配置された排煙ダクト30と、スタック10に接続される複数のバスバー41を含むバスバーモジュール40と、排煙ダクト30に配置されるスポンジ50(弾性体)と、を備える。バスバーモジュール40は、排煙ダクト30の少なくとも一部を覆うように設けられている。スポンジ50は、バスバーモジュール40と排煙ダクト30との間に配置されている。
【選択図】
図4
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の電池セルが配列方向に配列されることにより形成されたスタックと、
前記配列方向に延びるように前記スタックに配置された排煙ダクトと、
前記スタックに接続される複数のバスバーを含むバスバーモジュールと、
前記排煙ダクトに配置される弾性体と、を備え、
前記バスバーモジュールは、前記排煙ダクトの少なくとも一部を覆うように設けられており、
前記弾性体は、前記バスバーモジュールと前記排煙ダクトとの間に配置されている、蓄電装置。
【請求項2】
前記弾性体は、前記配列方向における前記スタックの中央部に対応する位置に配置される中央弾性体を含む、請求項1に記載の蓄電装置。
【請求項3】
前記弾性体は、前記排煙ダクトの前記配列方向における端部に配置される端部弾性体を含む、請求項1または2に記載の蓄電装置。
【請求項4】
前記バスバーモジュールは、前記複数のバスバーを支持するフレーム部材を含み、
前記複数のバスバーは、前記フレーム部材を前記スタックに向けて押圧しており、
前記フレーム部材の少なくとも一部は、前記弾性体に対して前記スタックとは反対側を通るように配置されることにより、前記排煙ダクトの少なくとも一部を覆うように設けられている、請求項1または2に記載の蓄電装置。
【請求項5】
前記複数のバスバーは、前記配列方向と交差する交差方向において前記排煙ダクトの一方側に設けられる第1バスバーと、前記交差方向において前記排煙ダクトの他方側に設けられる第2バスバーと、を含み、
前記第1バスバーおよび前記第2バスバーの各々は、前記フレーム部材を前記スタックに向けて押圧している、請求項4に記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、蓄電装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特開2015-022965号公報(特許文献1)には、複数の電池セルが積層されることにより形成された電池スタックが開示されている。電池スタックには、積層方向に延びる排煙ダクトが取り付けられている。排煙ダクトは、電池スタックに設けられた排煙ダクト取り付けレールに取り付けられることにより固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ここで、電池スタックは、複数の電池セルの各々が膨張することに起因して、上下方向(スタックと排煙ダクトとが重なる方向)にうねるように変形する場合がある。そこで、部品点数の増加を抑制しながらスタックの上下方向の変形を抑制することが望まれている。
【0005】
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、部品点数の増加を抑制しながらスタックの上下方向(スタックと排煙ダクトとが重なる方向)の変形を抑制することが可能な蓄電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一の局面に係る蓄電装置は、複数の電池セルが配列方向に配列されることにより形成されたスタックと、上記配列方向に延びるようにスタックに配置された排煙ダクトと、スタックに接続される複数のバスバーを含むバスバーモジュールと、排煙ダクトに配置される弾性体と、を備える。バスバーモジュールは、排煙ダクトの少なくとも一部を覆うように設けられている。弾性体は、バスバーモジュールと排煙ダクトとの間に配置されている。
【0007】
本開示の一の局面に係る蓄電装置では、上記のように、弾性体がバスバーモジュールと排煙ダクトとの間に配置されている。これにより、バスバーモジュールにより、弾性体を介して排煙ダクトを押圧することができる。その結果、バスバーモジュールにより押圧された排煙ダクトによって、スタックが上下方向(スタックと排煙ダクトとが重なる方向)に変形するのを抑制することができる。また、スタックの変形を抑制するための部材を別途設ける場合に比べて、バスバーモジュールを用いて上記変形を抑制することができる。したがって、部品点数の増加を抑制しながらスタックの上下方向の変形を抑制することができる。
【0008】
上記一の局面に係る蓄電装置において、好ましくは、弾性体は、上記配列方向におけるスタックの中央部に対応する位置に配置される中央弾性体を含む。このように構成すれば、複数の電池セルのうち配列方向の中央に配置される電池セルの移動をより確実に規制することができる。
【0009】
上記一の局面に係る蓄電装置において、好ましくは、弾性体は、排煙ダクトの配列方向における端部に配置される端部弾性体を含む。このように構成すれば、排煙ダクトの端部に対応する位置に設けられる電池セルが移動するのをより確実に規制することができる。
【0010】
上記一の局面に係る蓄電装置において、好ましくは、バスバモジュールは、複数のバスバーを支持するフレーム部材を含む。複数のバスバーは、フレーム部材をスタックに向けて押圧している。フレーム部材の少なくとも一部は、弾性体に対してスタックとは反対側を通るように配置されることにより、排煙ダクトの少なくとも一部を覆うように設けられている。このように構成すれば、バスバーがフレーム部材をスタックに向けて押圧している力を利用して、フレーム部材の上記少なくとも一部により弾性体を介して排煙ダクトを押圧することができる。
【0011】
この場合、好ましくは、複数のバスバーは、上記配列方向と交差する交差方向において排煙ダクトの一方側に設けられる第1バスバーと、上記交差方向において排煙ダクトの他方側に設けられる第2バスバーと、を含む。第1バスバーおよび第2バスバーの各々は、フレーム部材をスタックに向けて押圧している。このように構成すれば、上記交差方向において排煙ダクトの両側からフレーム部材をスタックに向けて押圧することができる。これにより、排煙ダクトをより安定的に固定することができる。
【発明の効果】
【0012】
本開示によれば、部品点数の増加を抑制しながらスタックの上下方向(スタックと排煙ダクトとが重なる方向)の変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【
図1】一実施形態による蓄電装置の構成を示す斜視図である。
【
図2】一実施形態による電池セルを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【0015】
本明細書では、X方向の一方および他方を、それぞれ、X1方向およびX2方向と記載する。また、X方向と直交するY方向の一方および他方を、それぞれ、Y1方向およびY2方向と記載する。また、X方向およびY方向の各々と直交するZ方向の一方および他方を、それぞれ、Z1方向およびZ2方向と記載する。
【0016】
<全体構成>
図1は、本実施形態に係る蓄電装置100の全体構成を示す斜視図である。蓄電装置100は、たとえば、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)または電気自動車(BEV:Battery Electric Vehicle)などの車両の駆動用電源として用いられる。なお、蓄電装置100は、車両以外の電気機器(たとえば定置用バッテリ)に用いられてもよい。
【0017】
蓄電装置100は、スタック10と、ダイカストケース20と、排煙ダクト30と、バスバーモジュール40と、スポンジ50と、を備える。なお、スポンジ50は、本開示の「弾性体」の一例である。
【0018】
スタック10は、複数の電池セル11を含む。スタック10の複数の電池セル11は、X方向に配列(積層)されている。なお、蓄電装置100は、2つのスタック10を備える。2つのスタック10は、X方向と直交するY方向に並んで設けられている。なお、X方向およびY方向は、それぞれ、本開示の「配列方向」および「交差方向」の一例である。
【0019】
図2に示すように、複数の電池セル11の各々のZ1側の上面11aには、ガス排出弁11bと、正極端子11cと、負極端子11dとが設けられている。ガス排出弁11bは、上面11aにおけるY方向の中央部に設けられている。正極端子11cは、上面11aにおけるY2側の端部に設けられている。負極端子11dは、上面11aにおけるY1側の端部に設けられている。
【0020】
再び
図1を参照して、ダイカストケース20は、たとえばアルミニウムにより形成されている。ダイカストケース20は、スタック10を収容するように構成されている。具体的には、ダイカストケース20には、2つの収容孔21が設けられている。2つの収容孔21の各々にスタック10が収容される。収容孔21は、X方向およびY方向の各々におけるスタック10の移動を規制するように、スタック10を保持(固定)している。
【0021】
排煙ダクト30は、スタック10に配置されている。具体的には、排煙ダクト30は、スタック10のZ1側の上面10aに配置されている。排煙ダクト30は、スタック10の上面10aに治具等により固定(締結、接着、および係合)されていない。すなわち、排煙ダクト30は、上面10aに載置されているだけである。なお、上面10aは、複数の電池セル11の各々のZ1側の上面11aがX方向に配列されることにより形成された面である。
【0022】
排煙ダクト30は、X方向に延びるようにスタック10に配置されている。スタック10には、1つの排煙ダクト30が配置されている。排煙ダクト30は、スタック10におけるX1側の端部の電池セル11から、スタック10におけるX2側の端部の電池セル11に亘って延びるように配置されている。なお、X方向に並ぶ複数の排煙ダクト30がスタック10に配置されていてもよい。
【0023】
排煙ダクト30は、X方向に沿って見て、U字形状を有している。具体的には、排煙ダクト30は、Y方向に直交するように延びる一対の壁部31を有する。また、排煙ダクト30は、一対の壁部31を接続する天板部32を含む。天板部32は、Z方向に直交するように延びる。言い換えると、天板部32は、スタック10の上面10aに沿うように延びる。また、排煙ダクト30は、スタック10側(Z2側)が開放されている。
【0024】
これにより、電池セル11の上面11aに設けられたガス排出弁11b(
図2参照)から排出された煙が排煙ダクト30に導入される。そして、排煙ダクト30は、導入された煙をX方向に沿って流通させる。これにより、排煙ダクト30に導入された煙は、所定の場所に移動される。
【0025】
排煙ダクト30は、たとえばポリフェノールまたはポリプロピレン等の絶縁性の樹脂により形成されている。また、排煙ダクト30は、後述するフレーム部材42よりも剛性(ヤング率)が高い。言い換えると、排煙ダクト30は、フレーム部材42よりも変形しにくい。
【0026】
再び
図1を参照して、バスバーモジュール40は、複数のバスバー41と、フレーム部材42と、FPC(Flexible printed Circuit)基板43と、コネクタ44とを含む。フレーム部材42は、複数のバスバー41を支持している。
【0027】
バスバーモジュール40は、排煙ダクト30の少なくとも一部(たとえば全面)をZ1側から覆うように設けられている。複数のバスバー41の各々は、スタック10(電池セル11の正極端子11cまたは負極端子11d)に接続されている。
【0028】
バスバーモジュール40は、2つのスタック10の各々に配置されている。
図1では、バスバーモジュール40は、便宜上Y1側のスタック10にのみ配置されているように図示されているが、実際はY2側のスタック10にも配置されている。
【0029】
また、
図1では、複数のバスバー41がX方向に並んで配置されているバスバー配置領域41aを破線によって示している。なお、
図1では、簡略化のため、バスバー配置領域41aにおけるバスバー41を2つのみ図示している。
【0030】
複数のバスバー41(バスバー配置領域41a)は、Y方向において排煙ダクト30の一方側(Y1側)および他方側(Y2側)の各々に設けられている。なお、排煙ダクト30のY1側に設けられる複数のバスバー41の各々は、本開示の「第1バスバー」の一例である。また、排煙ダクト30のY2側に設けられる複数のバスバー41の各々は、本開示の「第2バスバー」の一例である。
【0031】
FPC基板43は、Y1側の複数のバスバー41と、Y2側の複数のバスバー41との間において、フレーム部材42(後述のフレーム中央部42a)に支持されている。FPC基板43は、Y1側の複数のバスバー41、および、Y2側の複数のバスバー41の各々と電気的に接続されている。これにより、Y1側の複数のバスバー41とY2側の複数のバスバー41とが直列に接続される。コネクタ44は、FPC基板43からの複数の電池セル11の電圧値に関する情報を車両のECU(Electric Control Unit)(図示せず)等に送信する。
【0032】
スポンジ50は、排煙ダクト30に配置されている。具体的には、スポンジ50は、排煙ダクト30の天板部32の外表面32aに配置されている。
【0033】
スポンジ50は、排煙ダクト30のX方向の両端に配置されているスポンジ51を含む。X1側のスポンジ51は、スタック10のX1側の端部に対応する位置に設けられている。X2側のスポンジ51は、スタック10のX2側の端部に対応する位置に設けられている。なお、スポンジ51は、本開示の「端部弾性体」の一例である。
【0034】
また、スポンジ50は、X方向におけるスタック10の中央部に対応する位置(排煙ダクト30のX方向の中央部)に配置されているスポンジ52を含む。スポンジ52は、排煙ダクト30に2つ設けられている。なお、スポンジ52は、1つであってもよい。また、スポンジ52は、本開示の「中央弾性体」の一例である。
【0035】
図3は、
図1のスポンジ50の周辺の部分拡大図である。
図3に示すように、スポンジ50は、平板形状を有している。スポンジ50は、Z方向における厚みTを有する。また、スポンジ50は、X方向における幅W1を有する。また、スポンジ50は、Y方向における幅W2を有する。厚みTは、幅W1および幅W2の各々よりも小さい。また、幅W1と幅W2とは略等しい。
【0036】
ここで、スタック10は、ダイカストケース20の収容孔21により嵌合されているため、X方向およびY方向の各々において一定の圧力で圧縮されている。また、複数の電池セル11の各々は、熱等に起因して膨張するように変形する場合がある。これらのことに起因して、スタック10の複数の電池セル11の各々には、Z1側に移動しようとする力が働く場合がある。この場合、スタック10がZ方向にうねるように変形しようとする。これに対し、部品点数の増加を抑制しながらスタック10のZ方向の変形を抑制することが望まれている。
【0037】
そこで、本実施形態では、スポンジ50が、バスバーモジュール40と排煙ダクト30との間に配置されている。スポンジ50は、排煙ダクト30によりZ2側から支持された状態で、バスバーモジュール40によりZ1側から押圧されている。これにより、スポンジ50は、排煙ダクト30とバスバーモジュール40とにより圧縮されている。
【0038】
上記のように構成されることにより、バスバーモジュール40により、スポンジ50を介して排煙ダクト30を押圧することができる。その結果、バスバーモジュール40により押圧された排煙ダクト30によって、スタック10が上下方向(Z方向)にうねるように変形するのを抑制することができる。また、スタック10の変形を抑制するための部材を別途設ける場合に比べて、バスバーモジュール40を用いて上記変形を抑制することができる。したがって、部品点数の増加を抑制しながらスタック10の上下方向の変形を抑制することができる。また、スタック10が比較的剛性の高い排煙ダクト30により押圧されているので、スタック10のZ方向の変形をより効果的に抑制することができる。
【0039】
具体的には、
図4に示すように、スポンジ50は、バスバーモジュール40のフレーム部材42によって押圧されている。フレーム部材42は、フレーム中央部42aと、フレーム縁部42bとを有する。スポンジ50は、フレーム中央部42aにより押圧されている。
【0040】
フレーム中央部42aは、Y方向において、フレーム部材42の中央に設けられている。フレーム縁部42bは、フレーム部材42の外周縁に設けられている。なお、フレーム中央部42aは、フレーム縁部42bと一体的に形成されている。
【0041】
フレーム中央部42aは、排煙ダクト30に沿った形状を有している。具体的には、フレーム中央部42aは、Y方向に沿った断面視において、排煙ダクト30と同様のU字形状を有している。フレーム中央部42aの一部は、スポンジ50に対してスタック10とは反対側(Z1側)を通るように配置されている。これにより、フレーム中央部42aは、排煙ダクト30の少なくとも一部を覆うように設けられている。
【0042】
フレーム縁部42bは、フレーム部材42のY1側の端部、および、フレーム部材42のY2側の端部の各々に設けられている。フレーム縁部42bには、バスバー41と係合する係合部42cが設けられている。Y1側のフレーム縁部42bに設けられる係合部42cは、Y1側のバスバー41におけるY1側の端部41bと係合している。また、Y2側のフレーム縁部42bに設けられる係合部42cは、Y2側のバスバー41におけるY2側の端部41cと係合している。係合部42cは、バスバー41の端部41b(41c)をスタック10側(Z2側)から支持するように設けられている。
【0043】
また、フレーム中央部42aには、複数のバスバー41と係合する係合部42dが設けられている。
図4に示す例では、係合部42dは、Y1側のバスバー41のY2側の端部41dと係合されている。係合部42dは、バスバー41の端部41dをスタック10側(Z2側)から支持するように設けられている。なお、
図4では図示されていないが、フレーム中央部42aは、
図4とは異なるX方向の位置においてY2側のバスバー41と係合する係合部42dを有する。
【0044】
また、バスバーモジュール40は、FPC基板43とバスバー41とを接続するように設けられるバスバー45を含む。
図4に示す例では、バスバー45は、FPC基板43と、Y2側のバスバー41とに接続されている。これにより、FPC基板43とバスバー41とが、バスバー45を通じて電気的に接続されている。
【0045】
また、複数のバスバー41の各々は、半田60によって電池セル11(正極端子11cまたは負極端子11d)に接合されている。半田60によるバスバー41と電池セル11との間の接合力によって、Y1側およびY2側の各々の係合部42c(および係合部42d)が、バスバー41によりスタック10側(Z1側)に押圧(付勢)される。
【0046】
ここで、フレーム中央部42aとフレーム縁部42bとは一体的に形成されている。したがって、フレーム縁部42bの係合部42cがバスバー41により押圧されることにより、フレーム中央部42aがスタック10側(Z2側)に引っ張られる。さらに、フレーム中央部42aの係合部42dは、バスバー41によりスタック10側に押圧されている。これらにより、スポンジ50は、フレーム中央部42aによりスタック10側に押圧される。
【0047】
また、
図4には図示されていないが、バスバー45は、半田(図示せず)によりバスバー41およびFPC基板43の各々に接続されている。これにより、上記図示しない半田の接合力によって、フレーム中央部42aがスタック10側(Z1側)に押圧(付勢)される。その結果、スポンジ50は、フレーム中央部42aによりスタック10側に押圧される。
【0048】
以上のように、本実施形態では、スポンジ50は、バスバーモジュール40と排煙ダクト30との間に配置されている。これにより、バスバーモジュール40から排煙ダクト30への押圧力をスポンジ50により受けることができる。その結果、バスバーモジュール40による押圧により排煙ダクト30を固定することができる。また、スポンジ50により、バスバーモジュール40と排煙ダクト30とが直接接触するのを抑制することができる。その結果、バスバーモジュール40と排煙ダクト30との間における衝突をスポンジ50により緩衝することができる。
【0049】
上記実施形態では、排煙ダクト30のX方向における端部および中央部の各々にスポンジ50が配置される例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、排煙ダクト30のX方向における端部および中央部のいずれか一方のみにスポンジ50が配置されていてもよい。すなわち、X方向におけるスタック10の中央に対応する位置のみか、または、X方向におけるスタック10の端部に対応する位置にのみスポンジ50が配置されていてもよい。
【0050】
また、スポンジ50は、排煙ダクト30のX方向における端部および中央部以外に配置されていてもよい。
【0051】
上記実施形態では、バスバーモジュール40のフレーム部材42によりスポンジ50をスタック10側に押圧する例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、FPC基板43またはバスバー41によりスポンジ50をスタック10側に押圧してもよい。
【0052】
上記実施形態では、スポンジ50のX方向における幅W1と、スポンジ50のY方向における幅W2とが略等しい例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、幅W1が幅W2よりも大きくてもよい。幅W1は、たとえば、排煙ダクト30のX方向における長さと略等しくてもよい。
【0053】
なお、上記の実施形態および上記の各変形例の構成(処理)が互いに組み合わされてもよい。
【0054】
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。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて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】
10 スタック,11 電池セル,30 排煙ダクト,40 バスバーモジュール,41 バスバー,42 フレーム部材,50 スポンジ(弾性体),51 スポンジ(端部弾性体),52 スポンジ(中央弾性体),100 蓄電装置,X 方向(配列方向)。