特許 7192594 電池パック

(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】2022-12-12

(45)【発行日】2022-12-20

(54)【発明の名称】電池パック

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/209 20210101AFI20221213BHJP

   H01M 50/242 20210101ALI20221213BHJP

   H01M 50/244 20210101ALI20221213BHJP

【ＦＩ】

H01M50/209

H01M50/242

H01M50/244 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019049662

(22)【出願日】2019-03-18

(65)【公開番号】P2020155211

(43)【公開日】2020-09-24

【審査請求日】2021-06-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124062

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 敬史

(74)【代理人】

【識別番号】100148013

【弁理士】

【氏名又は名称】中山 浩光

(74)【代理人】

【識別番号】100177910

【弁理士】

【氏名又は名称】木津 正晴

(72)【発明者】

【氏名】栗田 大

(72)【発明者】

【氏名】石川 洋彦

【審査官】渡部 朋也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０１８６６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０１６６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２７３１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１５４３７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓋部を有する筐体と、
前記筐体に収容された電池モジュールと、を備え、
前記電池モジュールは、前記蓋部側において前記筐体に固定され、片持ち支持されており、
前記蓋部とは反対側には、前記電池モジュールに外力が作用した場合における前記電池モジュールの変形を規制する変形規制部が配置されており、
前記変形規制部は、前記電池モジュールに設けられた第１規制部と、前記筐体に設けられた第２規制部と、を有し、前記第１規制部と前記第２規制部との接触により、前記電池モジュールに外力が作用した場合における前記電池モジュールの変形を規制する、電池パック。

【請求項2】

前記第１規制部及び前記第２規制部の一方は、棒状に形成されている、請求項１に記載の電池パック。

【請求項3】

前記第１規制部及び前記第２規制部の前記一方は、断面円形状に形成されている、請求項２に記載の電池パック。

【請求項4】

前記第１規制部及び前記第２規制部の他方には、前記第１規制部及び前記第２規制部の前記一方の形状に対応した形状を有する溝部が設けられている、請求項２又は３に記載の電池パック。

【請求項5】

前記電池モジュールの変形前において、前記第１規制部と前記第２規制部とは、離間している、請求項１～４のいずれか一項に記載の電池パック。

【請求項6】

蓋部を有する筐体と、
前記筐体に収容された電池モジュールと、を備え、
前記電池モジュールは、前記蓋部側において前記筐体に固定され、片持ち支持されており、
前記蓋部とは反対側には、前記電池モジュールに外力が作用した場合における前記電池モジュールの変形を規制する変形規制部が配置されており、
前記筐体は、箱状の本体部と、前記本体部内に配置された枠体と、を更に有し、
前記電池モジュールは、前記枠体によって片持ち支持されている、電池パック。

【請求項7】

前記筐体は、箱状の本体部と、前記本体部内に配置された枠体と、を更に有し、
前記電池モジュールは、前記枠体によって片持ち支持されており、
前記第２規制部は、前記枠体に設けられている、請求項１～５のいずれか一項に記載の電池パック。

【請求項8】

蓋部を有する筐体と、
前記筐体に収容された電池モジュールと、を備え、
前記電池モジュールは、前記蓋部側において前記筐体に固定され、片持ち支持されており、
前記蓋部とは反対側には、前記電池モジュールに外力が作用した場合における前記電池モジュールの変形を規制する変形規制部が配置されており、
前記変形規制部は、互いに直交する２つの方向における前記電池モジュールの変形を規制する、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。

【背景技術】

【0002】

従来、筐体内に複数の電池モジュールが収容されてなる電池パックが知られている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－８０２８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したような電池パックには、メンテナンス性の向上が求められる。また、上述したような電池パックは例えば車両に搭載されて用いられるため、信頼性の観点から、耐振動性や耐衝撃性を確保することが求められる。

【0005】

本発明は、メンテナンス性を向上しつつ信頼性を確保することができる電池パック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】

本発明の電池パックは、蓋部を有する筐体と、筐体に収容された電池モジュールと、を備え、電池モジュールは、蓋部側において筐体に固定され、片持ち支持されており、蓋部とは反対側には、電池モジュールに外力が作用した場合における電池モジュールの変形を規制する変形規制部が配置されている。

【0007】

この電池パックでは、電池モジュールが、蓋部側において筐体に固定され、片持ち支持されている。これにより、蓋部が開けられた場合に、電池モジュールの筐体に対する固定箇所に容易にアクセスすることができ、メンテナンス性を向上することができる。一方、片持ち構造は、両持ち構造と比べて、耐振動性や耐衝撃性に劣る。この点、この電池パックでは、蓋部とは反対側に、電池モジュールに外力が作用した場合における電池モジュールの変形を規制する変形規制部が配置されている。これにより、電池モジュールに外力が作用した場合でも電池モジュールの変形を抑制することができ、耐振動性や耐衝撃性を確保することができる。よって、この電池パックによれば、メンテナンス性を向上しつつ、信頼性を確保することができる。

【0008】

本発明の電池パックでは、変形規制部は、電池モジュールに設けられた第１規制部と、筐体に設けられた第２規制部と、を有し、第１規制部と第２規制部との接触により、電池モジュールに外力が作用した場合における電池モジュールの変形を規制してもよい。この場合、電池モジュールの変形を好適に抑制することができる。

【0009】

本発明の電池パックでは、第１規制部及び第２規制部の一方は、棒状に形成されていてもよい。この場合、電池モジュールの変形を一層好適に抑制することができる。また、第１規制部及び第２規制部の一方を容易に形成することができる。

【0010】

本発明の電池パックでは、第１規制部及び第２規制部の一方は、断面円形状に形成されていてもよい。この場合、電池モジュールの変形をより一層好適に抑制することができる。また、第１規制部及び第２規制部の一方を一層容易に形成することができる。

【0011】

本発明の電池パックでは、第１規制部及び第２規制部の他方は、第１規制部及び第２規制部の一方の形状に対応した形状を有する溝部が設けられていてもよい。この場合、電池モジュールの変形をより一層好適に抑制することができる。

【0012】

本発明の電池パックでは、電池モジュールの変形前において、第１規制部と第２規制部とは、離間していてもよい。この場合、製造公差がある場合でも、電池パックを容易に組み立てることができる。

【0013】

本発明の電池パックでは、筐体は、箱状の本体部と、本体部内に配置された枠体と、を更に有し、電池モジュールは、枠体によって片持ち支持されていてもよい。この場合、電池モジュールを好適に片持ち支持することができる。

【0014】

本発明の電池パックでは、筐体は、箱状の本体部と、本体部内に配置された枠体と、を更に有し、電池モジュールは、枠体によって片持ち支持されており、第２規制部は、枠体に設けられていてもよい。この場合、電池モジュールを好適に片持ち支持することができる。また、第２規制部を好適に構成することができる。

【0015】

本発明の電池パックでは、第１規制部と第２規制部との接触により、互いに直交する２つの方向における電池モジュールの変形が規制されてもよい。この場合、耐振動性や耐衝撃性を効果的に確保することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、メンテナンス性を向上しつつ信頼性を確保することができる電池パックを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】一実施形態に係る電池パックの斜視図である。

【図2】枠体の斜視図である。

【図3】蓋部が開けられた状態の電池パックの正面図である。

【図4】蓋部が開けられた状態の電池パックの側面図である。

【図5】（ａ）は、電池モジュールを一方側から見た斜視図であり、（ｂ）は、電池モジュールを他方側から見た斜視図である。

【図6】枠体及び電池モジュールの模式的な側面図である。

【図7】ロッド及び受け部材の模式的な斜視図である。

【図8】（ａ）～（ｃ）は、ロッド及び受け部材の位置を示す模式図であり、（ａ）は電池モジュールの変形前の位置を、（ｂ）は電池モジュールがＺ軸方向に変形した場合の位置を、（ｃ）は電池モジュールがＹ軸方向に変形した場合の位置を示している。

【図9】変形例に係る枠体及び電池モジュールの模式的な側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

【0019】

図１～図４に示される電池パック１は、例えば、港湾においてコンテナの移載に使用されるＡＧＶ（無人搬送車）等の車両に搭載されており、当該車両の動力源として機能する。各図に示されるようにＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を設定すると、Ｘ軸は車両の進行方向に平行であり、Ｙ軸は車両の幅方向に平行であり、Ｚ軸は鉛直方向に平行である。電池パック１は、略直方体状の筐体２と、筐体２内に収容された複数の電池モジュール３と、を備えている。

【0020】

筐体２は、一面が開口した箱状の本体部２１と、本体部２１の開口を塞ぐ平板状の蓋部２２と、本体部２１内に配置された枠体２３と、を有している。本体部２１は、Ｙ軸方向（Ｙ軸に平行な方向）に開口している。蓋部２２は、本体部２１に対して開閉可能に設けられている。この例では、蓋部２２は、その一辺に沿った回転軸を中心として、本体部２１に対して回転可能となっている（図３，４）。蓋部２２が閉じられた状態において、蓋部２２は、Ｙ軸方向に垂直な平面に沿って延在している。

【0021】

枠体２３は、例えば、複数の梁部材２４を溶接等により連結することによって構成されており、本体部２１内に隙間無く嵌まり込むように、略直方体状に形成されている。梁部材２４は、例えば、金属材料により断面矩形状の棒状に形成されている。互いに連結された複数の梁部材２４は、電池モジュール３が配置される直方体状の配置領域Ｓを複数画定している。図１及び図２では、枠体２３内に２段２列の４つの配置領域Ｓが設けられた例が示されている。図１では、１つの配置領域Ｓに電池モジュール３が配置されているが、実際には各配置領域Ｓに電池モジュール３が配置されている。枠体２３は、例えば本体部２１内に嵌め込まれることにより本体部２１と一体化されているが、締結部材により又は溶接等により本体部２１に固定されていてもよい。

【0022】

電池モジュール３は、例えば、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池、又は電気二重層キャパシタである。電池モジュール３は、略直方体状に形成されている。この例では、電池モジュール３の長手方向は、Ｙ軸方向と一致している。図３～図５に示されるように、電池モジュール３は、略直方体状のモジュール本体３１と、一対のブラケット３２と、連結部材３３Ａ，３３Ａ及び連結部材３３Ｂ，３３Ｂと、を有している。

【0023】

一対のブラケット３２は、それぞれ平板状に形成され、Ｚ軸方向（Ｚ軸に平行な方向）においてモジュール本体３１を挟んでいる。連結部材３３Ａ，３３Ａは、電池モジュール３に対してＸ軸方向（Ｘ軸に平行な方向）における両側に配置され、Ｚ軸方向に沿って延在している。連結部材３３Ａ，３３Ａは、Ｙ軸方向における一方側Ｄ１において（この例では一方側Ｄ１の端部において）ブラケット３２同士を連結している。連結部材３３Ｂ，３３Ｂは、電池モジュール３に対してＸ軸方向における両側に配置され、Ｚ軸方向に沿って延在している。連結部材３３Ｂ，３３Ｂは、Ｙ軸方向における他方側Ｄ２において（この例では他方側Ｄ２の端部において）ブラケット３２同士を連結している。なお、一方側Ｄ１は、蓋部２２側であり、他方側Ｄ２は、蓋部２２とは反対側である。

【0024】

連結部材３３Ａは、締結孔３４ａが設けられた耳部３４を有している。連結部材３３Ａは、接続部材４１を介して枠体２３に固定されている。接続部材４１は、例えば、ボルト（締結部材）４２，４３により、連結部材３３Ａ及び枠体２３に固定されている。枠体２３には締結孔が設けられており、接続部材４１には貫通孔が設けられている。Ｙ軸方向における一方側Ｄ１から接続部材４１の貫通孔に挿通したボルト４２を耳部３４の締結孔３４ａに締結することで、接続部材４１が連結部材３３Ａに固定される。Ｙ軸方向における一方側Ｄ１から接続部材４１の貫通孔に挿通したボルト４３を枠体２３の締結孔に締結することで、接続部材４１が枠体２３に固定される。これにより、電池モジュール３が枠体２３に固定される。

【0025】

このように、電池モジュール３は、蓋部２２側（Ｙ軸方向における一方側Ｄ１）において筐体２に固定され、枠体２３によって片持ち支持されている。すなわち、電池モジュール３は、電池モジュール３の中心（重心）よりも蓋部２２に近い側において（この例では一方側Ｄ１側の端部において）筐体２に固定されている。電池モジュール３は、蓋部２２とは反対側（Ｙ軸方向における他方側Ｄ２）（蓋部２２から遠い側）においては筐体２に固定されていない。これにより、蓋部２２が開けられた状態において、電池モジュール３の筐体２に対する固定箇所（ボルト４２，４３）に容易にアクセスすることができ、電池モジュール３を容易に取り外したり再固定したりすることができる。

【0026】

図５、図６及び図７に示されるように、電池モジュール３における蓋部２２とは反対側には、ロッド（第１規制部）３５が設けられている。ロッド３５は、Ｘ軸方向に沿って延在している。ロッド３５の両端は、例えば、ボルト（締結部材）３６により連結部材３３Ｂに固定されている。ロッド３５は、例えば、金属材料により円柱状に形成されている。すなわち、ロッド３５は、断面円形状の棒状に形成されている。ロッド３５の長さは、例えば、１０ｃｍ～１２ｃｍ程度である。

【0027】

枠体２３には、ロッド３５と向かい合う受け部材（第２規制部）２５が設けられている。受け部材２５は、例えば、金属材料により、Ｙ軸方向に開口した角筒状に形成されている（図７参照）。例えば、受け部材２５の幅（Ｘ軸方向における長さ）は、ロッド３５の長さの１／３程度であり、受け部材２５の開口は、一辺が４ｃｍ程度の正方形状に形成されている。受け部材２５は、例えば、Ｘ軸方向に沿って延在する接続部材を介して、溶接等により枠体２３に固定されている。

【0028】

受け部材２５には、ロッド３５に対応した位置に、溝部２５ａが設けられている。この例では、溝部２５ａは、受け部材２５の開口を画定する一対の辺部の各々に設けられている。溝部２５ａは、ロッド３５に対応した形状に形成されている。この例では、溝部２５ａは、半円形状に形成されている。

【0029】

ロッド３５及び受け部材２５は、電池モジュール３に外力が作用した場合における電池モジュール３の変形を規制する変形規制部５０として機能する。ロッド３５及び受け部材２５は、上述したとおり、蓋部２２とは反対側に配置されている。すなわち、ロッド３５及び受け部材２５は、電池モジュール３の中心（重心）よりも蓋部２２から遠い側に配置されている。

【0030】

図８（ａ）に示されるように、通常時（電池モジュール３の変形前）においては、ロッド３５と受け部材２５とは、所定の間隔（クリアランス）を空けて離間している。この例では、ロッド３５と受け部材２５とは、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の各々において向かい合っている。電池モジュール３にＺ軸方向の外力が作用した場合、図８（ｂ）に示されるように、ロッド３５がＺ軸方向に移動して受け部材２５に接触する。これにより、Ｚ軸方向における電池モジュール３の撓み変形が規制される。電池モジュール３にＺ軸方向の外力が作用する場合としては、乗り上げ又は振動等により車両に鉛直方向の衝撃が作用した場合が考えられる。

【0031】

電池モジュール３にＹ軸方向の外力が作用した場合、図８（ｃ）に示されるように、ロッド３５がＹ軸方向に移動して受け部材２５に接触する。これにより、Ｙ軸方向における電池モジュール３の伸び変形が規制される。電池モジュール３にＹ軸方向の外力が作用する場合としては、車両に幅方向の衝撃が作用した場合が考えられる。

【0032】

更に、電池モジュール３にＸ軸方向、Ｙ軸方向及び／又はＺ軸方向の外力が作用して電池モジュール３がいずれかの軸周りに変形した場合にも、ロッド３５が受け部材２５に接触する。これにより、電池モジュール３の各軸周りの変形が規制される。電池モジュール３にＸ軸方向の外力が作用する場合としては、発進又は停止等により車両に進行方向の衝撃が作用した場合が考えられる。

【0033】

以上説明したように、電池パック１では、電池モジュール３が、蓋部２２側において筐体２に固定され、片持ち支持されている。これにより、蓋部２２が開けられた場合に、電池モジュール３の筐体２に対する固定箇所（ボルト４２）に容易にアクセスすることができ、メンテナンス性を向上することができる。一方、片持ち構造は、両持ち構造と比べて、耐振動性や耐衝撃性に劣る。この点、電池パック１では、蓋部２２とは反対側に、電池モジュール３に外力が作用した場合における電池モジュール３の変形を規制する変形規制部５０が配置されている。これにより、電池モジュール３に外力が作用した場合でも電池モジュール３の変形を抑制することができ、耐振動性や耐衝撃性を確保することができる。よって、電池パック１によれば、メンテナンス性を向上しつつ、信頼性を確保することができる。

【0034】

更に、電池パック１では、必ずしも電池モジュール３を筐体２に対して強固に固定する必要がないため、小型化及び軽量化を図ることができる。すなわち、電池モジュール３を単に片持ち支持する場合、耐振動性や耐衝撃性を確保するためには、電池モジュール３の筐体２に対する固定に係る部材（例えば枠体２３、ブラケット３２、ボルト４２，４３等）を頑丈にする必要があり、それらの部材が大型化して重量が増加してしまう。これに対し、本実施形態の電池パック１では、上述したとおり、変形規制部５０によって耐振動性や耐衝撃性が高められているため、必ずしも電池モジュール３を筐体２に対して強固に固定する必要がなく、その結果、小型化及び軽量化を図ることができる。

【0035】

電池パック１では、変形規制部５０は、電池モジュール３に設けられたロッド３５（第１規制部）と、筐体２に設けられた受け部材２５（第２規制部）と、を有し、ロッド３５と受け部材２５との接触により、電池モジュール３に外力が作用した場合における電池モジュール３の変形を規制する。これにより、電池モジュール３の変形を好適に抑制することができる。

【0036】

電池パック１では、ロッド３５が棒状に形成されている。これにより、電池モジュール３の変形を一層好適に抑制することができる。また、ロッド３５を容易に形成することができる。

【0037】

電池パック１では、ロッド３５が断面円形状に形成されている。これにより、電池モジュール３の変形をより一層好適に抑制することができる。また、ロッド３５を一層容易に形成することができる。

【0038】

電池パック１では、受け部材２５には、ロッド３５の形状に対応した形状を有する溝部２５ａが設けられている。これにより、電池モジュール３の変形をより一層好適に抑制することができる。

【0039】

電池パック１では、電池モジュール３の変形前において、ロッド３５と受け部材２５とが離間している。これにより、製造公差がある場合でも、電池パック１を容易に組み立てることができる。

【0040】

電池パック１では、電池モジュール３が枠体２３によって片持ち支持されている。これにより、電池モジュール３を好適に片持ち支持することができる。

【0041】

電池パック１では、受け部材２５が枠体２３に設けられている。これにより、受け部材２５を好適に構成することができる。

【0042】

電池パック１では、ロッド３５と受け部材２５との接触により、互いに直交する２つの方向（Ｙ軸方向及びＺ軸方向）における電池モジュール３の変形が規制される。これにより、耐振動性や耐衝撃性を効果的に確保することができる。

【0043】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られない。上記実施形態では、電池モジュール３に設けられる第１規制部がロッド３５によって構成され、枠体２３に設けられる第２規制部が受け部材２５によって構成されていたが、図９に示される変形例のように、第１規制部が受け部材２５によって構成され、第２規制部がロッド３５によって構成されていてもよい。このような変形例によっても、上記実施形態と同様に、メンテナンス性を向上しつつ、信頼性を確保することができる。

【0044】

各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。例えば、ロッド３５は、断面矩形状であってもよい。この場合、溝部２５ａも矩形状であってもよい。上記実施形態において、溝部２５ａは、長円を２分割した形状であってもよい。ロッド３５は、Ｚ軸方向に沿って延在していてもよい。これらの場合でも、ロッド３５と受け部材２５との接触により、互いに直交する２つの方向における電池モジュール３の変形を規制することができる。

【0045】

上記実施形態では、ロッド３５と受け部材２５との接触により、互いに直交する２つの方向における電池モジュール３の変形が規制されたが、１つの方向における電池モジュール３の変形が規制されてもよい。この場合、ロッド３５と受け部材２５とは、１つの方向のみにおいて向かい合っていてもよい。

【0046】

電池モジュール３の変形前において、ロッド３５と受け部材２５とが接触していてもよい。この場合でも、ロッド３５と受け部材２５との接触により、電池モジュール３の変形を規制することができる。ロッド３５と受け部材２５との間には、緩衝材が配置されていてもよい。第１規制部及び第２規制部は、ボールジョイントのように構成されてもよい。すなわち、第１規制部が球状に形成され、第２規制部が球面に沿って延在する凹状の受け面を有していてもよい。Ｙ軸方向におけるロッド３５と受け部材２５との間の間隔は、電池モジュール３を構成する複数の電池セルの膨張量を考慮して決定されてもよい。

【0047】

電池パック１の配置は、上記の例に限られない。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、車両の進行方向、幅方向及び鉛直方向の任意の方向に設定されてよい。電池モジュール３は、筐体２によって片持ち支持されていればよく、必ずしも枠体２３によって片持ち支持されていなくてもよい。筐体２は枠体２３を有していなくてもよい。蓋部２２は、本体部２１に対して開閉可能に設けられていなくてもよく、例えば取り外し可能に設けられていてもよい。筐体２内に収容される電池モジュール３の数は限定されず、５つ以上であってもよい。

【符号の説明】

【0048】

１…電池パック、２…筐体、３…電池モジュール、２１…本体部、２２…蓋部、２３…枠体、２５…受け部材（第２規制部）、２５ａ…溝部、３５…ロッド（第１規制部）、５０…変形規制部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】