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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-07-21
(45)【発行日】2022-07-29
(54)【発明の名称】電池パック
(51)【国際特許分類】
   H01M 50/211 20210101AFI20220722BHJP
   H01M 50/242 20210101ALI20220722BHJP
   H01M 50/291 20210101ALI20220722BHJP
   H01M 50/50 20210101ALI20220722BHJP
   H01M 50/588 20210101ALI20220722BHJP
   H01M 50/593 20210101ALI20220722BHJP
【FI】
H01M50/211
H01M50/242
H01M50/291
H01M50/50 101
H01M50/588
H01M50/593
【請求項の数】 6
(21)【出願番号】P 2019525097
(86)(22)【出願日】2018-03-20
(86)【国際出願番号】 JP2018011103
(87)【国際公開番号】W WO2018235367
(87)【国際公開日】2018-12-27
【審査請求日】2021-03-15
(31)【優先権主張番号】P 2017121728
(32)【優先日】2017-06-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】507357232
【氏名又は名称】株式会社エンビジョンAESCジャパン
(74)【代理人】
【識別番号】100123788
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 昭夫
(74)【代理人】
【識別番号】100127454
【弁理士】
【氏名又は名称】緒方 雅昭
(72)【発明者】
【氏名】小林 由樹
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 亨
【審査官】小森 重樹
(56)【参考文献】
【文献】特開平08-335420(JP,A)
【文献】特開平09-009461(JP,A)
【文献】特開2001-160329(JP,A)
【文献】特開2015-225806(JP,A)
【文献】特開2015-127993(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 50/211
H01M 50/242
H01M 50/291
H01M 50/50
H01M 50/588
H01M 50/593
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電池を筐体内部に収容する電池パックであって、
前記筐体は開口部を備え、
前記電池と電気的に接続されるケーブルが前記開口部に挿通され、
前記開口部には貫通部を含むケーブル保護部材が配置され、
前記ケーブル保護部材は、前記開口部に対して少なくとも2方向の異なる向きで取り付け可能であって、取り付ける向きに応じて、前記筐体に対する前記貫通部の位置が変わる、電池パック。
【請求項2】
前記ケーブルは、前記筐体の内部において、前記貫通部とは異なる位置において、少なくとも1か所で固定される、請求項1に記載の電池パック。
【請求項3】
前記電池は単位電池を複数積層した組電池であって、
組電池は積層された単位電池の間に少なくとも1つの電池保護体を備え、
前記電池保護体は、単位電池の外周縁部に配置される枠部を備え、
前記枠部と固定部材または前記枠部に設けられた係止部と固定部材とを用いて前記ケーブルが固定される、請求項1または2に記載の電池パック。
【請求項4】
前記筐体は筐体内壁に係止部を備え、前記係止部と固定部材とを用いて前記ケーブルを固定する、請求項1または2に記載の電池パック。
【請求項5】
前記開口部は、前記筐体における前記開口部が設けられたケーブル引出面において、前記引出面の長手または短手の中心に対して非対称な位置に形成された、請求項1から4のいずれか1項に記載の電池パック。
【請求項6】
前記貫通部は前記ケーブル保護部材の中心とならない位置に配置される、請求項1から5のいずれか1項に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電池パックに関するものである。
【背景技術】
【0002】
電池は、正極電極と負極電極とがセパレータを介して対向配置され、電解液とともに外装容器に収容されている。正極電極は正極集電箔の一部に正極活物質が形成されており、負極電極は負極集電箔の一部に負極活物質が形成されている。外装容器にはいくつかの種類がある。厚みが小さいアルミニウムのような可撓性シートから成形した外装容器は軽量である、という利点がある。一方で、このような外装容器は、外装容器に対して直接力が加わったときには、変形しやすいという欠点がある。
【0003】
車両等を動かすための駆動用電源として電池を用いた場合、電池に対して多くの振動や衝撃が加わる。電池が、無人ヘリなどの航空機に用いられる場合、振動や衝撃に対する対策に限らず、電池が地上へ落下すること等を防止するため、配線の断線や短絡を防ぐことも極めて重要な対策である。可撓性シートを外装容器とする電池は、特に、正極集電箔と正極端子との接続部や、負極集電箔と負極端子との接続部が、衝撃による影響を受ける可能性がある。
【0004】
当該接続部は、正極端子および負極端子(以降、これらをまとめて電極端子ということがある。)の一端と接続された部分であって外装容器の内部に位置している。また、電極端子の他端は外装容器の外部に引き出されている。電極端子に容器を変形させる程度の力が加わると、上記集電箔と電極端子との接続部にも力が伝わり、電極端子と集電箔との接続が外れる恐れや、集電箔が切れる恐れがある。可撓性シートを外装容器に用いた電池は、衝撃や振動から守るため、さらに別の筐体内に電池を収容した電池パックとして使用することが多い(例えば、特許文献1。)。
【0005】
筐体内に収容された電池または電池を複数接続した組電池は、筐体の外部と電気的に接続するため、電極端子にケーブルが接続される場合がある。そうすると、電極端子とケーブルとの接続部も、ケーブルが引っ張られるなどされた場合には、断線の恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開2007-317579号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
二次電池の高エネルギー化が進むと、電極端子に取り付けられるケーブルの線径も大きくなる。ケーブルを大きな曲率で曲げて配置すると、ケーブルは、元に戻ろうとする力が大きくなる。製造時に、大きな曲率で曲げられたケーブルが接続された場合も、ケーブルは、衝撃や振動を受け続けることで断線の可能性が高くなる。また、ケーブルを小さな曲率に抑えて筐体内に配置するか、ケーブルを曲げずに筐体内に配置すると、次のような課題が発生する。まず、筐体内部でケーブルを配置するスペースが大きくなるという課題である。次に、電極端子の位置に応じてケーブルを取り出す位置を変えなければならないという課題である。
【0008】
特許文献1では、正極や負極の積層体を、ケース4を用いて外部の衝撃から守ることはできる。しかしながら、特許文献1に開示された技術では、上記集電箔と電極端子との接続部に対する保護は十分とはいえない。また、特許文献1に開示された技術は、ケーブルの配線についてまでは考慮されていない。
【0009】
本発明の目的は、上述した課題を鑑み、ケーブルの配線の自由度が増し、断線の可能性を抑制するという課題を解決する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】
【0010】
本発明の電池パックは、電池を筐体内部に収容する電池パックであって、外装容器の内部と外部とを電気的に接続するケーブルを挿通するための開口部を備え、前記開口部には貫通部を含むケーブル保護部材が配置され、前記ケーブル保護部材は、前記開口部に対して少なくとも2方向の異なる向きで取り付け可能であって、取り付ける向きに応じて、前記筐体に対する前記貫通部の位置が変わる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、ケーブルの取出し位置を変えることができるので、ケーブルの配線の自由度が増し、断線の可能性を抑制した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】
【0012】
図1】本発明の第1実施形態の電池パックの一例を示す斜視図である。
図2図1に示す電池パックの一例の筐体内部を模式的に示す斜視図である。
図3】本発明の第2実施形態の電池パックの一例を示す斜視図である。
図4図3に示す電池パックの一例の筐体内部を模式的に示す斜視図である。
図5A】第1および第2実施形態の電池パックが備えるケーブル保護部材の一例を示す模式図である。
図5B】第1および第2実施形態の電池パックが備えるケーブル保護部材の一例を示す模式図である。
図5C】第1および第2実施形態の電池パックが備えるケーブル保護部材の一例を示す模式図である。
図6A】第1および第2実施形態の電池パックが備える電池保護体の一例を模式的に示す斜視図である。
図6B】第1および第2実施形態の電池パックが備える電池保護体の一例を模式的に示す平面図である。
図6C】第1および第2実施形態の電池パックが備える電池保護体の一例を模式的に示す側面図(図6AのX-X´断面図)である。
図7A】第1実施形態の電池パックにおけるケーブルと電池保護体との配置を、ケーブル保護部材が配置された端面から透過的に見た(図1図2の矢印D1方向から見た)模式図である。
図7B】第1実施形態の電池パックにおけるケーブルと電池保護体とケーブル保護部材との配置を、電極の積層方向から透過的に見た(図1図2の矢印D2方向から見た)模式図である。
図7C】第1実施形態の電池パックにおけるケーブルと電池保護体とケーブル保護部材との配置を、電極の積層方向とは垂直であって、かつ、ケーブル保護部材が配置された端面とも垂直な側面から透過的に見た(図1図2の矢印D3方向から見た)模式図である。
図8A】第2実施形態の電池パックにおけるケーブルと電池保護体との配置を、ケーブル保護部材が配置された端面から透過的に見た(図3図4の矢印D4方向から見た)模式的である。
図8B】第2実施形態の電池パックにおけるケーブルと電池保護体とケーブル保護部材との配置を、電極の積層方向から透過的に見た(図3図4の矢印D5方向から見た)模式図である。
図8C】第2実施形態の電池パックにおけるケーブルと電池保護体とケーブル保護部材との配置を、電極の積層方向とは垂直であって、かつ、ケーブル保護部材が配置された端面とも垂直な側面から透過的に見た(図3図4の矢印D6方向から見た)模式図である。
図9】筐体と電池保護体とセルとの位置関係を、電極の積層方向から透過的に見た模式図である。
図10】第1実施形態の電池パックで用いる組電池の一例を模式的に示す斜視図である。
図11】第2実施形態の電池パックで用いる組電池の一例を模式的に示す斜視図である。
図12】可撓性シートを外装容器とする単位電池の一例を模式的に示す斜視図である。
図13】単位電池の内部の正極と負極との一例を模式的に示す斜視図である。
図14】第1実施形態の電池パックを構成する組電池(図10)に、電池保護体を加えた組電池の一例を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態の電池パックの一例を示す斜視図である。第1実施形態の電池パック1000は、可撓性フィルムを外装容器とする単位電池1(図2)を複数積層した組電池を筐体100の内部に備えている。筐体100は、第1のケース体101と第2のケース体102とを合わせて形成することができる。筐体100には、開口部450が設けられている。開口部450には、ケーブル保護部材400が設けられている。ケーブル保護部材400には貫通部410(図5)が設けられている。当該貫通部410を通じて、筐体100の内部から外部に向かって電源線200およびセンス線300が引き出されている。電源線200は、極性の異なるケーブル220とケーブル230との2本を含んでいる。センス線300は、電池の電圧、電流、温度等の状態を出力可能な信号線である。
【0014】
図13は、単位電池の内部の正極と負極との一例を模式的に示す斜視図である。図13に示すように、単位電池1の内部には、正極、負極となる電極端子21、22が設けられている。
【0015】
筐体100の内部には組電池が収容されている。図1の筐体100が収容している組電池は、例えば、図10に示すように、単位電池1を直列に偶数個接続した組電池160である。図10に示す組電池160は、単位電池1を6個直列に接続した例を示している。電極端子を直列に接続した部分には、電圧、電流などを測定するためのセンス線300を接続することできる。センス線300と接続するために、電極端子の先端部分、または、電極端子を接続した部分に、継足し端子35を接続することもできる。同様に、電源線200と接続する部分にも、継足し端子を接続することができる。図14は、組電池の積層方向の中央部となる位置に、後述する電池保護体80(図6)を配置した模式図である。図14は、図10と同様に、単位電池1を6個直列に接続した例を図示している。図14では、積層された組電池のうち、一方の最外層の単位電池1から数えて3層目と4層目との間に、電池保護体80が配置されている。
【0016】
ここで、電池保護体80は、図6Aから図6Cに示すように、枠部81で囲まれた領域に電池と対向する板部82が形成された部材である。電池保護体80は、可撓性の外装容器60(図11)を備える電池の強度を高めることができる。枠部81の外側面には、貫通孔83、84が備えられている。貫通孔83、84はケーブル220、230を固定するための固定部材90(図7A)を挿通することが可能であればよい。貫通孔83、84は、枠部81の外表面に直接貫通孔を設けても良い。しかしながら、生産性の観点から、貫通孔83、84は、枠体から突出した突出部に形成することが好ましい。なお、電池保護体80の枠に囲まれた領域には必ずしも電池と対向する板部82を形成する必要はない。電池保護体80の枠に囲まれた領域が空間であっても良い。
【0017】
電池保護体80は、単位電池1の外郭と同形状、または、単位電池1の外縁よりも大きい外形を備えている。図9は、第1のケース体101と、電池保護体80と、単位電池1との配置を模式的に示した透過図である。第1のケース体101の内側面には突き当て部105が設けられている。突き当て部105は、電池保護体80との距離が最も近い位置に設けられている。要するに、突き当て部105は、単位電池1の電極端子21、22と対向する筐体100の内側面であって、単位電池1との直線距離が最も小さく、かつ、電極端子21、22と対向しない位置に配置される。これにより、電池パック1000に大きな衝撃が加わっても、最初に突き当て部105が電池保護体80と接触する。したがって、単位電池1が、第1のケース体101、第2のケース体102(筐体100)から大きな衝撃を受けることを防ぐことができる。
【0018】
単位電池1の可撓性の外装容器60の周縁には、可撓性フィルムを熱溶着で貼り合わせたフランジ部65(図11図12)がある。フランジ部65の一部には、一端が単位電池1の電極と接続され、他端が外装容器60の外部に引き出された電極端子21、22が配置されている。電極端子21、22は、積層方向に隣接する単位電池1同士が直列接続されるように、端子を折り重ねて溶接している。図12に示す形状の単位電池1を偶数個、積層方向に順番に直列接続すると、最外層に位置する極性の異なる端子は、積層方向から平面視すると重なるように配置される。最外層の端子は、組電池の積層方向の内側に折り返して積層高さを抑えるようにするのが好ましい。また、組電池の端子同士が接触しないように、端子間に絶縁シート50が配置される。
【0019】
図7Aは、図1および図2に示す電池パック1000におけるケーブル220、230と電池保護体80との配置を、ケーブル保護部材400が配置された端面と垂直方向(図1図2の矢印D1方向)から見た模式図である。図7Aでは電源線200の配置の理解を容易にするため、センス線300の記載を省略して図示している。組電池160(図10)の電極端子21、22に接続された継足し端子36、37と、電源線200であるケーブル220、230とがそれぞれ溶接されている。電源線200の一端側は、電池保護体80の短手の中央方向に向かって取り付けられる。電源線200の他端側であるケーブル220、230は、電池保護体80の短手の枠部中央に設けられた係止部86の貫通孔84に固定部材90を用いて固定される。図6Bでは、係止部86に貫通孔84が2個形成されている場合を例示しているが、必ずしもこの限りではない。ケーブル220、230を、すべての貫通孔に挿通する必要はなく、利用しやすい向きで1か所以上貫通孔に固定すればよい。固定部材90は絶縁性の部材が好ましい。ケーブル220、230を被覆する絶縁被覆を、固定部材90で圧縮しながら、または、固定部材90を喰いこませながらケーブル220、230を固定する。これにより、ケーブル220、230の固定部材90で固定されている側から加わる、ケーブル220、230の固定部材90で固定されていない側と継足し端子36、37との接続部を外そうとするような力を防ぐことができる。また、ケーブル220、230に間接的に接続されている単位電池1の内部の集電箔と電極端子とを断線させるような力が加わることを防ぐことが可能となる。
なお、電池保護体80に係止部85、86を設けること以外に、筐体100の内壁に係止部を設け、筐体100の内壁に設けた係止部と固定部材とを用いてケーブル220、230を固定するようにしてもよい。
【0020】
係止部86で係止された部分から他端側でケーブル220、230を大きな曲率で曲げることが可能となる。また、組電池160の電極端子21、22を配置した端面から、筐体100の外部に短い距離で引き出すことが可能となる。ケーブル220、230は、ケーブル保護部材400に設けられた貫通部410(図5)を経て筐体100の外部に引き出されることになる。ケーブル220、230の他端には、コネクタ250(センス線300の他端にはコネクタ350)が接続される。したがって、ケーブル220、230の一端を継足し端子36、37に固定する前に、ケーブル保護部材400の貫通部410にあらかじめケーブル220、230を挿通しておくのが好ましい。防水の観点から、ケーブル220、230やセンス線300の断面形状に応じた貫通部410を形成してもよい。また、貫通部410と、ケーブル220、230やセンス線300との接触部分に樹脂等を充填してもよい。さらに、これらの両者を適用するのがより好ましい。
なお、貫通部410は、貫通部410に挿通するケーブル220、230、センス線300の総断面積以下の開口面積を有しており、貫通部410とケーブル220、230とセンス線300とが隙間なく密着するようにしてもよい。
さらに、貫通部410と貫通部410に挿通されるケーブル220、230とセンス線300とが、封止部材を介して密閉されるようにしてもよい。
【0021】
図7Aおよび図7Bに示すように、本実施形態では、筐体100の中央部よりも端部方向に近づいた部分から、電源線200およびセンス線300の両ケーブルが引き出されている。そして、図7Cに示すように、電源線200およびセンス線300の両ケーブルが、筐体100の外部に引き出されている。筐体100の開口部450は、電源線200およびセンス線300を引き出す側面の中央部を含むように形成される。開口部450に配置するケーブル保護部材400は、開口部450に対して2方向以上の向きで取り付け可能である。貫通部410は、ケーブル保護部材400を開口部450に取り付ける向きに応じて位置が変わるように設けられる。本実施形態では、図5Aに示すように、開口部450は、電源線200を引き出す側面の中央に対して非対称の位置に設けられた円形の開口部450であり、開口部450に配置されるケーブル保護部材400も円形である。貫通部410をケーブル保護部材400の円の中心以外に配置することとしている。その結果、ケーブル保護部材400を開口部450の回転方向に取り付け向きを変えることに伴って、貫通部410の位置を変えることが可能になっている。なお、開口部450およびケーブル保護部材400は円である必要はなく、図5B図5Cのように多角形であっても不定形であってもよい。ただし、開口部450に対して2方向以上の向きで開口部450の内縁とケーブル保護部材400の外縁とを隙間なく取り付けることができればよい。また、貫通部410はケーブル保護部材400に穴を設けて作成してもよいし、切り込みを入れるだけでもよい。ケーブル保護部材400は、電源線200およびセンス線300を挿通する際に変形可能な弾性を有する部材であることが好ましい。
【0022】
(第2実施形態)
図3は、本発明の第2実施形態の電池パックの一例を示す斜視図である。図1に挙げた第1実施形態と特に異なる点は、筐体内部に収容する組電池170(図11)に用いられている単位電池1の積層数が奇数個直列に接続されている点である。
図11に示す組電池170は、単位電池1を7個直列に接続した例を示している。筐体100は、第1実施形態の図10に示した単位電池1を6個直列したものを収容する筐体と同じものを用いている。電極端子21、22を直列に接続した部分には、電圧、電流などを測定するためのセンス線300を接続することできる。センス線300と接続するために、電極端子21、22の先端、または、電極端子21、22を接続した部分に、継足し端子35を接続することもできる。同様に、電源線200と接続する部分にも、継足し端子36、37を接続することもできる。本実施形態おける組電池170においても、図6Aから図6Cで説明した電池保護体80を配置することができる。例えば、積層された単位電池1のうち、一方の最外層の単位電池1から数えて3層目と4層目との間に電池保護体80を配置することができる。
【0023】
本実施形態の電極端子21、22は積層方向に隣接する単位電池同士が直列接続されるように、端子を折り重ねて溶接している。図11に示す形状の単位電池1を偶数個の積層方向に順番に直列接続すると、最外層に位置する極性の異なる端子は、電極端子が取り出されている端面から見て対角に位置する。
【0024】
図8Aは、図3および図4に示す電池パック1000におけるケーブル220、230と電池保護体80との配置を、ケーブル保護部材400が配置された端面と垂直方向(図3図4の矢印D4方向)から見た模式図である。図8Aにおいても電源線200の配置の理解を容易にするため、センス線300は省略して図示している。組電池170(図11)の電極端子21、22に接続された継足し端子36、37と、ケーブル220、230とがそれぞれ溶接されている。電源線200の一端側は単位電池1の積層方向に向かって取り付けられる。電源線200の他端側であるケーブル220、230は、電池保護体80の短手端部の係止部85に設けられた貫通孔83に固定部材90を用いて固定される。ケーブル220、230の他端側は、係止部85に係止された部分から引き続き電池保護体80の短手中央に向かって大きな曲率で曲げられる。ケーブル220、230の他端側は、電池保護体80の短手中央の係止部86の貫通孔84に再度固定され、筐体100に設けられた開口部450から引き出される。
【0025】
図8Aおよび図8Bに示すように、本実施形態においては、筐体100に対して中央に位置する貫通部410から、電源線200およびセンス線300の両ケーブルが引き出されている。そして、図8Cに示すように、電源線200およびセンス線300の両ケーブルが、筐体100の外部に引き出されている。筐体100の開口部450に配置されたケーブル保護部材400は、貫通部410が中央付近になるように取り付けられる。
【0026】
このように、筐体の内部に収容する組電池の積層数が異なっても、共通の筐体を用いて簡便な構成でケーブルが断線等しないように組電池を収納することを実現することが可能である。
また、電池および組電池の形状や電極端子とケーブルとの接続位置によらず、共通の筐体を利用することができる。これにより、多様の組数や寸法の電池を収容できる効果が得られる。
さらに、電池や組電池とケーブルとの間に保護回路や制御回路を備えた回路基板が設けられた場合であっても、回路基板とケーブルとの接続部分についても同様に断線を防ぐことができる。これにより、回路基板の配置の自由度が増す効果が得られる。また、ケーブルを取り出す貫通部を密閉することで、簡便に防水性の高い電池パックを提供する効果も得られる。
【0027】
本発明は、内部に収容する電池の大きさやケーブルの配線に対する自由度が大きく、引張などがケーブルに加わったときでも、ケーブルの接続部や単位電池の端子に加わる力を抑制することが可能である。そのため、本発明は、特に車両や航空機、その他振動が多く加わる環境下で安全、安定に作動を実現する電池パックを提供することができる。
【0028】
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【0029】
この出願は、2017年6月21日に出願された日本出願特願2017-121728を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【0030】
1 単位電池
100 筐体
101 第1のケース体
102 第2のケース体
105 突き当て部
160、170 組電池
1000 電池パック
21、22 電極端子
200 電源線
220、230 ケーブル
250 コネクタ
35、36、37 継足し端子
300 センス線(ケーブル)
350 コネクタ
400 ケーブル保護部材
410 貫通部
450 開口部
50 絶縁シート
60 外装容器
65 フランジ部
80 電池保護体
81 枠部
82 板部
83、84 貫通孔
85、86 係止部
90 固定部材
図1
図2
図3
図4
図5A
図5B
図5C
図6A
図6B
図6C
図7A
図7B
図7C
図8A
図8B
図8C
図9
図10
図11
図12
図13
図14