IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 日立ビークルエナジー株式会社の特許一覧

<>
  • 特許-電池パック 図1
  • 特許-電池パック 図2
  • 特許-電池パック 図3
  • 特許-電池パック 図4
  • 特許-電池パック 図5
  • 特許-電池パック 図6
  • 特許-電池パック 図7
  • 特許-電池パック 図8
  • 特許-電池パック 図9
  • 特許-電池パック 図10
  • 特許-電池パック 図11
  • 特許-電池パック 図12
  • 特許-電池パック 図13
  • 特許-電池パック 図14
  • 特許-電池パック 図15
  • 特許-電池パック 図16
< >
(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】2023-06-28
(45)【発行日】2023-07-06
(54)【発明の名称】電池パック
(51)【国際特許分類】
   H01M 50/242 20210101AFI20230629BHJP
   H01M 50/249 20210101ALI20230629BHJP
   H01M 50/209 20210101ALI20230629BHJP
【FI】
H01M50/242
H01M50/249
H01M50/209
【請求項の数】 6
(21)【出願番号】P 2021507325
(86)(22)【出願日】2020-03-13
(86)【国際出願番号】 JP2020011297
(87)【国際公開番号】W WO2020189590
(87)【国際公開日】2020-09-24
【審査請求日】2021-07-16
(31)【優先権主張番号】P 2019048710
(32)【優先日】2019-03-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】505083999
【氏名又は名称】ビークルエナジージャパン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002365
【氏名又は名称】弁理士法人サンネクスト国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】西森 独志
(72)【発明者】
【氏名】仲元 正至
【審査官】多田 達也
(56)【参考文献】
【文献】特開2012-089499(JP,A)
【文献】特開2004-255906(JP,A)
【文献】中国実用新案第202495497(CN,U)
【文献】中国特許出願公開第109473591(CN,A)
【文献】中国実用新案第207199707(CN,U)
【文献】中国実用新案第207896170(CN,U)
【文献】中国実用新案第207134403(CN,U)
【文献】中国実用新案第206806392(CN,U)
【文献】特開2008-308130(JP,A)
【文献】特開2018-170101(JP,A)
【文献】特開2007-012394(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M50/20-50/298
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の二次電池の積層体と、
前記積層体を収め、長手方向、幅方向、および高さ方向に広がりを有する筐体と、
を備え、
前記複数の二次電池を前記長手方向に積層させた電池パックであって、
前記長手方向における一端から他端まで延伸し、前記二次電池の前記高さ方向に配されて前記筐体を補強する補強部を備え、
前記補強部は屈曲部を有し、当該屈曲部は前記幅方向で前記高さ方向へ屈曲された複数の突出を有し、
前記積層体の前記複数の二次電池夫々の端子面に向くように配置され
前記補強部は第1板状部材および第2板状部材を含み、
前記第1板状部材および前記第2板状部材の一部分は前記高さ方向に積層され、
前記第1板状部材は延伸方向に略一定の断面からなり、そして、前記屈曲部を有する、
電池パック。
【請求項2】
二次電池と、
前記二次電池を収め、長手方向、幅方向、および高さ方向に広がりを有する筐体と、
前記長手方向における一端から他端まで延伸し、前記二次電池の前記高さ方向に配されて前記筐体を補強する板状の補強部とを備え、
前記補強部は第1板状部材および第2板状部材を含み、
前記第1板状部材および前記第2板状部材の一部分は前記高さ方向に積層され、
前記第1板状部材は、延伸方向に略一定の断面であり、前記筐体の内側から外側にかけて膨らむ屈曲部を有する電池パックであって、
前記屈曲部は、前記幅方向に第1の幅を有する大ピッチ領域と、前記幅方向に前記第1の幅よりも狭い第2の幅を有する小ピッチ領域とを含む電池パック。
【請求項3】
請求項に記載の電池パックにおいて、
前記大ピッチ領域の板厚よりも、前記小ピッチ領域の板厚の方が厚い電池パック。
【請求項4】
請求項に記載の電池パックにおいて、
前記大ピッチ領域は、第1座標を前記高さ方向の下限とし第2座標を前記高さ方向の上限とし、
複数の前記大ピッチ領域を接続する連絡領域をさらに備え、
前記連絡領域は、前記第1座標よりも高く前記第2座標よりも低い第3座標の高さを有する電池パック。
【請求項5】
請求項又はに記載の電池パックにおいて、
前記筐体の前記幅方向の略中央において、前記第1板状部材および前記第2板状部材の一部分が前記高さ方向に積層される電池パック。
【請求項6】
請求項又はに記載の電池パックにおいて、
前記二次電池の前記高さ方向には、前記第1板状部材および前記第2板状部材の少なくとも一方が存在する電池パック。
【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】
電気自動車やハイブリッド自動車などにおける車両用バッテリパックの改良に関する発明が知られている。特許文献1には、長辺が車両進行方向に沿った姿勢で車両に搭載される略長方形状をなすパックケースの内部に、偏平な箱形をなす複数のバッテリモジュールが平積み形式で収容されるとともに、個々のバッテリモジュールの短辺側に設けられた端子がパックケースの長手方向を向くように各バッテリモジュールが配置されており、上記パックケースの長手方向の一方の端部に、パックケース内で冷却風を循環させる冷却ユニットと、複数のリレーを格納したジャンクションボックスと、がパックケースの幅方向に並んで配置されており、上記冷却ユニットは、パックケースの外周に沿って冷却風を送るように構成され、この冷却風の最下流にジャンクションボックスが位置している、ことを特徴とする車両用バッテリパックが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2016-219260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に記載されている発明では、耐荷重性に改良の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の第1の態様による電池パックは、二次電池と、前記二次電池を収め、長手方向、幅方向、および高さ方向に広がりを有する筐体と、前記長手方向における一端から他端まで延伸し、前記二次電池の前記高さ方向に配されて前記筐体を補強する板状の補強部とを備え、前記補強部は第1板状部材および第2板状部材を含み、前記第1板状部材および前記第2板状部材の一部分は前記高さ方向に積層され、前記第1板状部材は、延伸方向に略一定の断面であり、前記筐体の内側から外側にかけて膨らむ屈曲部を有する。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、電池パックの耐荷重性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
図1】電池パック100の分解斜視図
図2】二次電池積層体10の分解斜視図
図3】二次電池1を示す図
図4】第1の実施の形態における筐体40の内部の配置を示す平面図
図5】第1の実施の形態における補強部20の断面図
図6】補強部20の平面図
図7】屈曲部21のバリエーションを示す図
図8】補強部20の分解斜視図
図9】第2の実施の形態における補強部20の側面図
図10】第2の実施の形態における補強部20の分解斜視図
図11】第1大ピッチ領域板24A1Pおよび第1小ピッチ領域板24B1Pを示す図
図12】連絡領域24Cの形状を示す図
図13】第3の実施の形態における補強部20の側面図
図14】第3の実施の形態の変形例1における筐体40の内部の配置を示す平面図
図15】第4の実施の形態における補強部20の断面図
図16】第5の実施の形態における補強部20の断面図
【発明を実施するための形態】
【0008】
―第1の実施の形態―
以下、図1図8を参照して、本発明に係る電池パックの第1の実施の形態を説明する。
【0009】
図1は、電池パック100の分解斜視図である。図2は、図1に示す電池パック100の二次電池積層体10の分解斜視図である。各図の相関を明示するために、共通する直交座標系であるXYZ軸を記載する。XYZ軸の定義は後述する。
【0010】
電池パック100は、たとえば電気自動車やハイブリッド車などの車両に搭載される。電池パック100は、複数の二次電池から構成される二次電池積層体10と、補強部20と、電装ホルダ30と、筐体40と、を備える。前述のXYZ軸は、筐体40の長手方向をX軸、幅方向をY軸、高さ方向をZ軸とする。換言すると筐体40は、長手方向(X軸方向)、幅方向(Y軸方向)、および高さ方向(Z軸方向)に広がりを有する。
【0011】
電池パック100は、入出力端子101、101を備える。二次電池積層体10は筐体40の内部に収納される。二次電池は、入出力端子101、101を介して供給された電力によって充電される。また、電池パック100は、二次電池積層体10を構成する複数の二次電池に充電された電力を、入出力端子101、101を介して、たとえば車両のモータなどの電気機器に供給する。
【0012】
詳細については後述するが、本実施形態の電池パック100は、次の構成を特徴とする。電池パック100は、積層配置された複数の二次電池1と、補強部20と、を備える。補強部20は、電池パック100の一端から他端まで一方向に延びて電池パック100を補強する屈曲部21を有する。正確には、補強部20は筐体40を補強するので電池パック100が補強される。以下、本実施形態の電池パック100の各部の構成をより詳細に説明する。
【0013】
二次電池積層体10は、たとえば、おおむね直方体の形状を有する。二次電池積層体10は、たとえば、長さ方向(X軸方向)の寸法が幅方向(Y軸方向)の寸法よりも大きく、高さ方向(Z軸方向)の寸法が幅方向(Y軸方向)の寸法よりも小さい。二次電池積層体10は、たとえば、積層配置された複数の二次電池1と、これら複数の二次電池1を保持する不図示の複数のセルホルダと、複数の二次電池1を接続する複数のバスバー2と、これら複数のバスバー2を保持するバスバーホルダ3と、を有する。
【0014】
また二次電池積層体10は、2つの端部プレート4と、1つの中央プレート5と、2つの側面プレート6とを備える。2つの端部プレート4はX軸方向に配され、その間に二次電池積層体10や中央プレート5が配される。2つの側面プレート6はY軸方向に配され、その間には、二次電池積層体10や中央プレート5が配される。
【0015】
図3は二次電池積層体10を構成する二次電池1を示す図である。二次電池1は、図3に示すように、たとえば偏平角形のリチウムイオン二次電池である。二次電池1は、二次電池1の厚さ方向を向く広側面1wと、その厚さ方向に沿う狭側面1nとを有する。また、本実施形態の電池パック100において、二次電池1は、広側面1wを二次電池積層体10の長手方向(Y軸方向)へ向けてその厚さ方向に積層され、端子面1aが補強部20と対向する。
【0016】
より詳細には、二次電池1は、厚さ方向の両側に最も面積の大きい長方形の広側面1wを有し、広側面1wの短手方向の一端と他端にそれぞれ細長い長方形の底面1bと端子面1aを有する。また、二次電池1は、広側面1wの長手方向の両端に最も面積の小さい狭側面1nを有する。二次電池1は、厚さ方向に沿う端子面1aに、外部端子1P、1Nを有する。
【0017】
より具体的には、二次電池1の端子面1aの長手方向の一端と他端に離隔して、それぞれ、正極と負極の外部端子1P、1Nが設けられている。外部端子1P、1Nは、二次電池1の端子面1aに垂直な方向において、端子面1aから補強部20に向けて突出するおおむね直方体のブロック状の形状を有する。また、二次電池1は、補強部20に対向する端子面1aに、ガス排出弁1vを有する。
【0018】
ガス排出弁1vは、たとえば、二次電池1の筐体を構成する電池蓋の一部を薄肉化してスリット状の溝を形成することによって設けられる。ガス排出弁1vは、何らかの異常により二次電池1の内部の圧力が上昇して所定の圧力を超えたときに開裂し、二次電池1の内部のガスを排出することで、二次電池1の安全性を確保する。ガス排出弁1vは、二次電池1のおおむね長方形の端子面1aの長手方向における中央部に設けられる。
【0019】
複数の二次電池1は、たとえば、各二次電池1の端子面1aを補強部20に対向させて厚さ方向に積層させて配置されている。複数の二次電池1は、隣り合う二つの二次電池1において、一方の二次電池1の正極の外部端子1Pと他方の二次電池1の負極の外部端子1Nとが積層方向に隣り合うように、正極の外部端子1Pと負極の外部端子1Nとの位置を交互に反転させて積層させて配置されている。
【0020】
バスバー2は、導電性を有する金属製の板状の部材であり、バスバーホルダ3に保持される。バスバー2は、積層配置された複数の二次電池1の互いに隣り合う外部端子1P、1Nに接合され、複数の二次電池1を直列に接続する。積層方向の一方の端部に配置された二次電池1の正極の外部端子1Pに接合されたバスバー2Pと、積層方向の他方の端部に配置された二次電池1の負極の外部端子1Nに接合されたバスバー2Nは、それぞれ、電装ホルダ30の端子に接続される。
【0021】
バスバーホルダ3は、ホルダ本体3aと、ホルダカバー3bとを有する。ホルダ本体3aは、たとえばポリプロピレン(PP)等の電気絶縁性を有する樹脂製の板状または枠状の部材であり、複数の二次電池1の端子面1aに対向して配置される。ホルダ本体3aは、たとえば、複数の二次電池1の外部端子1P、1Nに対応する位置に開口部を有し、隣接するバスバー2の間を隔壁によって電気的に絶縁する。
【0022】
ホルダカバー3bは、たとえばPP等の電気絶縁性を有する樹脂製の板状の部材であり、ホルダ本体3aのおおむね全体を覆い、バスバー2と補強部20との間を電気的に絶縁するように設けられる。ホルダ本体3aおよびホルダカバー3bは、中央部に中央プレート5の上端面を露出させる矩形の長孔状の貫通孔を有する。
【0023】
2つの端部プレート4は、それぞれ、複数の二次電池1の積層方向の一端と他端に配置された二次電池1の広側面1wにセルホルダを介して対向する。端部プレート4には、二次電池積層体10の幅方向、すなわちY軸方向の両端面に側面プレート6を固定するためのねじ穴が設けられる。さらに端部プレート4には、補強部20に対向する上端面に補強部20を固定するためのねじ穴が設けられる。
【0024】
端部プレート4の上端面は、二次電池積層体10の高さ方向(Z軸方向)において、バスバーホルダ3のホルダカバー3bとおおむね等しい高さ位置またはホルダカバー3bよりもやや上方に位置する。また、端部プレート4には、端部プレート4を筐体40に固定するためのねじ穴が筐体40の底壁に対向する下端面に設けられる。筐体40の底壁の貫通孔に挿通させたボルトを端部プレート4の下端面のボルト穴に締結することで、端部プレート4は筐体40に固定される。
【0025】
中央プレート5は、複数の二次電池1の積層方向の中間部に配置された二つの二次電池1の広側面1wにセルホルダを介して対向する中間プレートである。中央プレート5には、二次電池積層体10の幅方向(Y軸方向)の両端面に側面プレート6を固定するためのねじ穴が設けられる。さらに中央プレート5には、補強部20に対向する上端面に補強部20を固定するためのねじ穴が設けられる。
【0026】
中央プレート5の上端面は、二次電池積層体10の高さ方向(Z軸方向)において、バスバーホルダ3のホルダカバー3bとおおむね等しい高さ位置またはホルダカバー3bよりもやや上方に位置している。中央プレート5の上端部は、ホルダ本体3aおよびホルダカバー3bの中央部の長孔状の貫通孔を貫通し、補強部20に対向している。また、中央プレート5は、筐体40の底壁に対向する下端面に、中央プレート5を筐体40に固定するためのねじ穴が設けられる。筐体40の底壁の貫通孔に挿通させたボルトを中央プレート5の下端面のボルト穴に締結することで、中央プレート5は筐体40に固定される。
【0027】
一対の側面プレート6は、複数の二次電池1の幅方向(Y軸方向)の一端と他端に配置され、二次電池積層体10の長さ方向(X軸方向)の一端から他端まで延びる。側面プレート6は、長さ方向(X軸方向)の両端部と中間部にボルトを挿通させる貫通孔を有する。これらの貫通孔に挿通させたボルトを、端部プレート4および中央プレート5の幅方向(Y軸方向)を向く端面に設けられたねじ穴に締結することで、側面プレート6は端部プレート4および中央プレート5に固定される。
【0028】
電装ホルダ30は、基板、リレー、およびヒューズなど、電池パック100を構成する電装品を保持する。電装ホルダ30は、たとえば、ポリブチレンテレフタレート(PBT)等の電気絶縁性を有する樹脂材料によって構成されたおおむね長方形の板状の部材である。この長方形の電装ホルダ30の長手方向は、筐体40の長手方向に一致する。電装ホルダ30は、複数の二次電池1を制御する制御部31を保持している。制御部31は、筐体40に収容され、複数の二次電池1を含む二次電池積層体10に隣接して配置され、二次電池積層体10の幅方向(Y軸方向)において補強部20に隣接して配置されている。
【0029】
電装ホルダ30は、長手方向の一端と他端に、それぞれ、正極と負極の入出力端子101を備えている。正極の入出力端子101は、たとえば、電装ホルダ30に保持された電装品および制御部31を介して、積層方向の一方の端部に配置された二次電池1の正極の外部端子1Pに接合されたバスバー2に接続される。負極の入出力端子101は、たとえば、電装ホルダ30に保持された電装品および制御部31を介して、積層方向の他方の端部に配置された二次電池1の負極の外部端子1Nに接合されたバスバー2に接続される。
【0030】
筐体40は、たとえば、概ね直方体形状の矩形箱形の形状を有し、複数の二次電池1、端部プレート4、中央プレート5、および側面プレート6を含む二次電池積層体10と、補強部20と、制御部31を含む電装ホルダ30と、を収容している。筐体40は、二次電池積層体10の長さ方向(X軸方向)の寸法が、二次電池積層体10の幅方向(Y軸方向)の寸法よりも大きくなっている。すなわち、筐体40は、底壁に垂直な二次電池積層体10の高さ方向(Z軸方向)と、この高さ方向に垂直な長手方向(X軸方向)と、これら長手方向および高さ方向に垂直な短手方向(Y軸方向)と、を有する矩形箱形の形状に形成される。
【0031】
筐体40は、たとえば、上部が開放された矩形箱状の本体部41と、本体部41の上部の開口41aを覆うカバー42とを有する。本体部41の素材は、たとえば、電気亜鉛めっき鋼鈑などの金属材料であり、カバー42の素材は、たとえば、PBTなどの樹脂材料である。筐体40のカバー42の短手方向の一端で長手方向の両端には、電池パック100の正極および負極の入出力端子101、101を露出させる凹部および開口部が設けられる。また、筐体40のカバーの入出力端子101、101が設けられた短手方向の一端には、筐体40の長手方向における一対の入出力端子101の間で一方の入出力端子101に隣接する位置に、信号コネクタが設けられる。
【0032】
図4は、筐体40の内部の配置を示す平面図である。ただし図4ではバスバー2、バスバーホルダ3、および補強部20の図示は省略している。また図4では構成の位置関係を強調するために、それぞれの構成の間隔を意図的に広げて記載している。特に複数の二次電池1、端部プレート4、中央プレート5、および側面プレート6は実際には密着しているが図4では離間して表示している。図4に示すように、筐体40の内部は図示左側の狭い領域を電装ホルダ30が占め、図示右側の広い領域を二次電池積層体10が占める。
【0033】
複数の二次電池1を含む二次電池積層体10は、筐体40の片側、すなわち図4の図示右側に偏って配置される。より詳細には、二次電池積層体10は、おおむね直方体形状の筐体40の短手方向、すなわち二次電池積層体10の幅方向(Y軸方向)において、筐体40の一方の側壁に隣接して配置されている。二次電池積層体10の幅方向(Y軸方向)において二次電池積層体10に隣接する筐体40の側壁は、二次電池積層体10の長さ方向(X軸方向)の一端から他端まで延びている。
【0034】
図5図8は、補強部20を説明する図であり、図5は補強部20の断面図、図6は補強部20の平面図、図7は屈曲部21のバリエーションを示す図、図8は補強部20の分解斜視図である。ただし図6では後述する波状補強部材24のみが図示されており、後述する厚板補強部材25は波状補強部材24の裏側に隠れている。
【0035】
補強部20は、図5に示すようにX軸方向に略一様な断面を有する。すなわち補強部20をX軸に垂直なYZ平面で切断した断面は、切断した位置によらず略一様である。補強部20は、亜鉛めっき鋼鈑などの金属材料によって構成された板状の部材である。補強部20は、たとえば、積層配置された複数の二次電池1との間にバスバー2を保持したバスバーホルダ3を介在させ、複数の二次電池1の端子面1aに対向するように配置される。補強部20は、二次電池積層体10の長さ方向(X軸方向)の一端から他端まで延びるとともに、二次電池積層体10の幅方向(Y軸方向)の一端から他端まで延びている。
【0036】
補強部20は、図5に示すように波状補強部材24と厚板補強部材25とから構成される。厚板補強部材25は波状補強部材24よりも厚みを有し、すなわちZ方向に幅を有する。波状補強部材24は二次電池積層体10のY方向の全幅を覆い、厚板補強部材25は、二次電池積層体10のY方向の中央よりも図示左側に配され、二次電池積層体10のY方向の一部を覆う。なお厚板補強部材25の位置は、電装ホルダ30も含めた筐体40のY方向の幅方向の略中央である。波状補強部材24および厚板補強部材25は、二次電池積層体10のX方向の全幅を覆う。なお以下では、波状補強部材24は「第1板状部材」とも呼び、厚板補強部材25は「第2板状部材」とも呼ぶ。
【0037】
図6に示すように、波状補強部材24は、屈曲部21と固定部23とから構成される。屈曲部21は、電池パック100の一端から他端まで一方向(X軸方向)に延びて電池パック100を補強する。屈曲部21は、複数の二次電池1に対向する板上に設けられ、上記一方向(X軸方向)に交差する幅方向(Y軸方向)から厚さ方向(Z軸方向)へ屈曲された複数の局部突出を有する。この局部突出は、二次電池積層体10の長さ方向(X軸方向)において、電池パック100の一端から他端まで延びている。屈曲部21は、複数の屈曲部21において曲面状に曲折され、二次電池積層体10の高さ方向(Z軸方向)の上下に往復する波板状の形状を有する。局部突出は、筐体40の内側から外側に向かった「膨らみ」や「襞(ひだ)」とも呼べる。屈曲部21を構成する局部突出の数および大きさは任意である。
【0038】
図7は屈曲部21のバリエーションを示す図である。図7は屈曲部21のYZ断面を示す図である。屈曲部21の断面形状は図7に示すいずれであってもよい。また屈曲部21の幅wや高さhも任意である。さらに図7の最下部に示すように、2つ以上の屈曲部21が連結されてもよい。このように屈曲部21の形状は任意であり、屈曲部21は任意のYZ平面における断面が略一様であればよい。
【0039】
固定部23は、端部プレート4および中央プレート5の上端面および複数の二次電池1の端子面1aに対向する平坦な部分であり、二次電池積層体10の高さ方向(Z軸方向)における補強部20の下端面である。固定部23は、たとえば、二次電池積層体10の長さ方向(X軸方向)において、端部プレート4および中央プレート5の上端面のねじ穴に対応する位置に、貫通孔23Aを有する。補強部20は、固定部23の貫通孔23Aにボルトを挿通させて端部プレート4および中央プレート5の上端面のねじ穴に締結することで、端部プレート4および中央プレート5に固定される。屈曲部21は、たとえば固定部23と一体に設けられ、固定部23に連結される。
【0040】
図8に示すように、厚板補強部材25は、波状補強部材24と積層して、たとえばネジで端部プレート4および中央プレート5と固定される。たとえば、厚板補強部材25と波板形状の補強部材の間は、ネジ止め部以外でもスポット溶接等の溶接によって固定されてもよい。
【0041】
以下、本実施形態の電池パック100の作用について説明する。本実施形態の電池パック100は、前述のように、たとえば電気自動車やハイブリッド車などの車両に搭載され、入出力端子101、101を介して電力が供給される。すると、電装ホルダ30に保持された電装品および制御部31と、複数のバスバー2とを介して入出力端子101、101に接続された複数の二次電池1が充電される。
【0042】
ここで、本実施形態の電池パック100は、前述のように、積層配置された複数の二次電池1と、補強部20と、を備えている。補強部20は、電池パック100の一端から他端まで一方向に延びて電池パック100を補強する屈曲部21を有している。
【0043】
たとえば車両の衝突時などに、電池パック100に大きな外力が作用した場合に、電池パック100の一端から他端まで一方向に延びる補強部20によって、電池パック100に作用する外力を受け止めることができる。したがって、補強部20によって電池パック100を補強して、電池パック100に大きな外力が作用した場合の電池パック100の圧壊強度を向上させることができる。特に電池パック100は、X軸方向からの外力に対して高い圧壊強度を有する。
【0044】
また、電池パック100の補強部20は、複数の二次電池1に対向して板状に設けられ、X軸方向に交差する電池パック100の幅方向(Y軸方向)から厚さ方向(Z軸方向)へ屈曲された屈曲部21を有している。そして、屈曲部21は、二次電池積層体10の一端から他端まで延びている。
【0045】
この構成により、上記一方向、すなわち二次電池積層体10の長さ方向(X軸方向)に作用する外力に対する補強部20の強度だけでなく、二次電池積層体10の幅方向(Y軸方向)や高さ方向(Z軸方向)に作用する外力に対する強度も向上させることができる。したがって、補強部20によって電池パック100をより確実に補強することができる。
【0046】
また、本実施形態の電池パック100において、二次電池積層体10は、複数の二次電池1の一端と他端に配置された端部プレート4および中央プレート5を備えている。補強部20は、二次電池積層体10の長さ方向(X軸方向)に延びて端部プレート4および中央プレート5に固定された平板状の固定部23を備えている。さらに、補強部20の屈曲部21は、固定部23に連結されている。
【0047】
電池パック100は上述した構成を有するので、固定部23、端部プレート4、および中央プレート5を介して屈曲部21を強固に支持することができる。さらに電池パック100は、電池パック100に作用した外力を屈曲部21によってより確実に受け止めることができる。したがって、補強部20によって電池パック100をより確実に補強することができる。
【0048】
なお補強部20を1つ設けるだけでも電池パック100の耐荷重を増すことができるが、厚板補強部材25と波板形状の補強部材を積層することにより、さらに耐荷重を増すことができる。厚板補強部材25を、二次電池積層体10の幅方向(Y方向)の電装ホルダ30側に偏って配置した。これは、厚板補強部材25を電池パック100の幅方向の略中央に配置するためである。筐体40の側面が外力を受けた際には、側面の両端よりも中央側の方が筐体の剛性が小さく変形しやすいので、これを防止する目的である。
【0049】
補強部20の副次的な効果について説明する。電池モジュールを構成するセル1に異常が発生すると、高温のガスが発生してセル1のガス排出弁1vから排出されることがある。本実施の形態では、セル1のガス排出弁1vに対向する位置に金属製の補強部20が存在するため、高温ガスが直接筐体40のカバー42に当たることは無い。仮に高温のガスがカバー42に直接当たった場合には、樹脂製のために穴が開いて高温のガスが電池パックの外に出る可能性があるが、金属製の補強部20があることにより防止することができる。
【0050】
また、補強部20が波板形状であることにより、表面積が広くなり補強部20に当たったガスを冷却する面積が大きくなり、ガスをより効率よく冷却できる。また、波板形状であることからガス排出弁1vと補強部20の間の体積を大きくすることができるため、両者の間の空間を大きくできて、ガスを一時的にためる空間を多く確保できる。そのために、電池パック100から高温のガスが出ることが抑制される。
【0051】
上述した第1の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)電池パック100は、二次電池1と、二次電池1を収め、長手方向(X軸方向)、幅方向(Y軸方向)、および高さ方向(Z軸方向)に広がりを有する筐体40と、長手方向における一端から他端まで延伸し、二次電池1の高さ方向に配されて筐体40を補強する板状の補強部20と、を備える。補強部20は第1板状部材、すなわち波状補強部材24、および第2板状部材、すなわち厚板補強部材25を含む。波状補強部材24および厚板補強部材25の一部分は高さ方向に積層される。波状補強部材24は、延伸方向に一定の断面であり、筐体の内側から外側にかけて膨らむ屈曲部21を有する。そのため、積層した2つの板状部材により電池パック100の耐荷重性を向上させることができる。具体的には、筐体40にX軸方向からの荷重に対して高い耐性を有する。
【0052】
(2)筐体40の幅方向の略中央において、波状補強部材24および厚板補強部材25の一部分が高さ方向に積層される。そのため構造的に剛性が低い幅方向の略中央を補強することができる。
【0053】
(3)二次電池1の高さ方向上部には、波状補強部材24および厚板補強部材25の少なくとも一方が存在する。そのため二次電池1から高温のガスが排出された場合に、高温のガスがまずは波状補強部材24または厚板補強部材25のいずれかに接触することでガスの温度を下げることができる。すなわち、二次電池1から排出される高温のガスが筐体40に直接触れることを防止することができる。
【0054】
(変形例1)
上述した第1の実施の形態では、電池パック100には積層された二次電池1が含まれた。しかし電池パック100に積層された二次電池1が含まれることは必須の構成要素ではなく、少なくとも1つの二次電池1が含まれればよい。また二次電池1の形状や寸法は任意であり、第1の実施の形態で示した二次電池1の寸法を大きくし、電池パック100に含まれる二次電池1の数を減らしてもよい。
【0055】
―第2の実施の形態―
図9図10を参照して、本発明に係る電池パックの第2の実施の形態を説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、波状補強部材24のピッチが複数定義される点で、第1の実施の形態と異なる。
【0056】
図9は、第2の実施の形態に係る補強部20の側面図である。図10は、図9に示す補強部20の分解斜視図である。
【0057】
本実施形態における波状補強部材24は、屈曲部21として大ピッチ領域24Aと小ピッチ領域24Bとを含む。大ピッチ領域24Aと小ピッチ領域24Bの違いは、X軸方向の単位長さ当たりの波状補強部材24の存在量、すなわち密度であり、大ピッチ領域24Aよりも小ピッチ領域24Bの方が密度が高い。大ピッチ領域24Aは、小ピッチ領域24Bの局部突出と高さhは同じだが幅wが長く、単位長さ当たりに小ピッチ領域24Bよりも少ない局部突出を有する。大ピッチ領域24Aおよび小ピッチ領域24Bに構成される局部突出の数は任意である。
【0058】
第1の実施の形態と同様に、厚板補強部材25は筐体40の幅方向略中央に配され、二次電池積層体10では幅方向中央から左寄りに配される。厚板補強部材25の近傍の波状補強部材24は小ピッチ領域24Bであり、厚板補強部材25の遠方には大ピッチ領域24Aが配される。特にガス排出弁1vに対向する位置には、大ピッチ領域24Aが配される。本実施形態の電池パックのその他の点は、前述の実施形態1に係る電池パック100と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【0059】
以下、本実施形態の電池パックの作用について説明する。厚板補強部材25の近傍における波状補強部材24が小ピッチ領域24Bであることにより、X軸方向の単位長さの領域に補強部材がより多く存在することになる。そのため、厚板補強部材25が存在する電池パック100の側面における中央付近の剛性が増して耐荷重を増すことができる。また、厚板補強部材25の遠方には大ピッチ領域24Aが配されるため、厚板補強部材25の遠方には補強部材が少なく、電池パック100全体として軽量化につながる。
【0060】
ガス排出弁1vの上部は大ピッチ領域24Aが配されるため、ガス排出弁1vと補強部材の間の空間が広く、ガス排出があった場合もガスを一時的に溜める空間が大きくなる。したがって、異常時にカバー42を溶かして高温ガスが電池パックの外に直接出ることがない。
【0061】
上述した第2の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(4)屈曲部21は、幅方向に第1の幅を有する大ピッチ領域24Aと、幅方向に第1の幅よりも狭い第2の幅を有する小ピッチ領域24Bとを含む。そのため、小ピッチ領域24Bが存在することにより剛性を増すことができる。また大ピッチ領域24Aが存在することにより、二次電池1から排出されたガスを一時的にためる空間を広くすることができる。
【0062】
―第3の実施の形態―
図11図13を参照して、本発明に係る電池パックの第3の実施の形態を説明する。以下の説明では、第2の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第2の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、大ピッチ領域24Aの板厚が小ピッチ領域24Bの板厚よりも薄い点で第2の実施の形態と異なる。
【0063】
図11は大ピッチ領域24Aが形成される第1大ピッチ領域板24A1P、および小ピッチ領域24Bが形成される第1小ピッチ領域板24B1Pを示す図である。図11に示すように、本実施の形態では第1大ピッチ領域板24A1Pおよび第1小ピッチ領域板24B1Pは、それぞれ独立した金属板である。第1大ピッチ領域板24A1Pの板厚が第1小ピッチ領域板24B1Pの板厚よりも薄いので、大ピッチ領域24Aの板厚は小ピッチ領域24Bの板厚よりも薄い。第1大ピッチ領域板24A1Pには複数の大ピッチ領域24Aおよび固定部23が形成され、少なくとも2つの大ピッチ領域24Aを部分的に接続する連絡領域24Cが形成される。なお以下では、第1小ピッチ領域板24B1Pを「第1板状部材」と呼び、第1大ピッチ領域板24A1Pを「第2板状部材」と呼ぶこともある。
【0064】
図11に示すように、連絡領域24CはX方向の位置によって断面形状が異なる。連絡領域24Cは貫通孔23AとX軸方向に並んで配置され、連絡領域24Cよりも貫通孔23Aの方が図示下方に存在する。換言すると、連絡領域24CのZ座標の値よりも貫通孔23AのZ座標の値の方が小さい。
【0065】
図12は、連絡領域24Cの形状を示す図である。ただし図12では第1大ピッチ領域板24A1Pの厚みを記載して省略しており、貫通孔23Aの存在を四角で示している。図12(a)は、第1大ピッチ領域板24A1Pを連絡領域24Cの位置におけるXZ平面で切断した断面図である。図12(b)は、第1大ピッチ領域板24A1Pを連絡領域24Cの位置におけるYZ平面で切断した断面図である。
【0066】
図12(b)の左端には、Z方向の座標、すなわち高さを示している。貫通孔23Aの存在する高さがZ1、連絡領域24Cの高さがZ3、大ピッチ領域24Aは貫通孔23Aと同等の高さであるZ1を高さ方向の下限とし、Z2を高さ方向の上限とする。Z1~Z3は、Z1<Z3<Z2の関係を有する。連絡領域24Cは貫通孔23Aが設けられるZ方向の位置よりも高い位置に存在するので、一方の大ピッチ領域24Aに滞留した高温のガスが隣接する大ピッチ領域24Aに移動しやすくなる役割を有する。
【0067】
図13は、第3の実施の形態における補強部20の側面図である。図11において分離して示していた第1大ピッチ領域板24A1Pおよび第1小ピッチ領域板24B1Pが、図13ではビスにより一体に構成されている。大ピッチ領域24Aの補強部材よりも、小ピッチ領域24Bの補強部材の方が板が厚い。
【0068】
以下、本実施形態の電池パックの作用について説明する。大ピッチ領域24Aを構成する金属板は薄く、小ピッチ領域24Bを構成する金属板は厚い。そのため、補強すべき場所は厚く、小ピッチにすることで補強部材が占める体積が増えて効果的に耐荷重を上げることができる。また、補強の必要が少ない場所は大ピッチで薄くして最低限の耐荷重は確保した上で、軽量化が図られている。さらに、連絡領域24Cを設けたことで、大ピッチ領域24Aにより形成された空間同士がY方向につながり、高温のガスを一時的に溜める空間が大きくできる。
【0069】
上述した第3の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(5)大ピッチ領域24Aの板厚よりも、小ピッチ領域24Bの板厚の方が厚い。そのため、補強すべき場所は厚く、小ピッチにすることで補強部材が占める体積が増えて効果的に耐荷重を上げることができる。また、補強の必要が少ない場所は大ピッチで薄くして最低限の耐荷重は確保した上で、軽量化が図られている。
【0070】
(6)小ピッチ領域24Bは第1板状部材、すなわち第1板状部材に形成され、大ピッチ領域24Aは第2板状部材、すなわち第1大ピッチ領域板24A1Pに形成される。大ピッチ領域24Aと小ピッチ領域24Bを別々の部材に構成することで、厚みの違いを容易に実現できる。すなわち、1つの部材で領域ごとに厚みを変化させるよりも、低コストに厚みの違いを実現することができる。
【0071】
(7)大ピッチ領域24Aは、第1座標Z1を高さ方向の下限とし第2座標Z2を高さ方向の上限とする。複数の大ピッチ領域24Aを接続する連絡領域24Cを備える。連絡領域24Cは、第1座標Z1よりも高く第2座標Z2よりも低い第3座標Z3の高さを有する。そのため、大ピッチ領域24Aにより形成された空間同士がY方向につながり、高温のガスを一時的に溜める空間が大きくできる。
【0072】
(第3の実施の形態における変形例1)
二次電池1の配置方向をXY平面内で90度回転させて、Y軸方向に二次電池1が並ぶように配置してもよい。
【0073】
図14は、第3の実施の形態の変形例1における、筐体40の内部の配置を示す平面図である。図14は、第1の実施の形態における図4に対応する。ただし図14ではガス排出弁1Vも図示している。第1の実施の形態の図4では二次電池1は図示上下方向に並んでいたが、本変形例では二次電池1は図示左右方向に並んでいる。
【0074】
二次電池1のそれぞれのガス排出弁1Vの上部、すなわちZ方向には連絡領域24Cが存在する。そのため、本変形例ではガス排出弁1Vから高温のガスが排出された場合には、そのガスを連絡領域24Cを伝って大ピッチ領域24Aに滞留させることができる。すなわち本変形例でも高温のガスがカバー42に接触することを防止する効果を有する。なお寸法の設計によっては一部のガス排出弁1Vの上部に連絡領域24Cが存在しないことも想定される。しかしその場合も、二次電池積層体10から電装ホルダ30側の大きな空間にガスが流れることでカバー42へガスが直接当たることを防止できる。
【0075】
―第4の実施の形態―
図15を参照して、本発明に係る電池パックの第4の実施の形態を説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第3の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、補強部20が3枚の金属板から構成される点で、第3の実施の形態と異なる。
【0076】
図15は、第4の実施の形態における補強部20の断面図である。本実施の形態における補強部20は、第1大ピッチ領域板24A1Pと、第1小ピッチ領域板24B1Pと、第2小ピッチ領域板24B2Pとから構成される。第1大ピッチ領域板24A1Pおよび第1小ピッチ領域板24B1Pは、第3の実施の形態において説明したとおりである。第2小ピッチ領域板24B2Pは、第1小ピッチ領域板24B1PよりもY方向の幅が短く、X方向には筐体40と略同一の長さを有する。第2小ピッチ領域板24B2PのYZ平面における断面は、任意の位置で略同一である。第2小ピッチ領域板24B2Pは、第1の実施の形態における厚板補強部材25の位置、すなわち筐体40のY方向の幅における略中央に配される。
【0077】
第2小ピッチ領域板24B2Pは少なくとも第1大ピッチ領域板24A1Pよりも厚く、Y方向の両端が屈曲していることが望ましい。第1大ピッチ領域板24A1Pと、第1小ピッチ領域板24B1Pと、第2小ピッチ領域板24B2Pとは、ネジ止め部で共締めされる。ただしネジ止め部以外で、スポット溶接等によって溶接されていてもよい。
【0078】
以下、本実施形態の電池パックの作用について説明する。第3の実施の形態における構成に比べて第2小ピッチ領域板24B2Pが追加されているので、耐荷重を増すことができる。第2小ピッチ領域板24B2Pは、両端が屈曲することで、剛性が増し、さらに耐荷重を増すことができる。セルからのガス排出に関しては、実施形態3およびその変形例と同等の効果を得ることができる。
【0079】
―第5の実施の形態―
図16を参照して、本発明に係る電池パックの第5の実施の形態を説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第3の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、補強部20が4枚の金属板から構成される点で、第3の実施の形態と異なる。
【0080】
図16は、第5の実施の形態における補強部20の断面図である。本実施の形態における補強部20は、第2大ピッチ領域板24A2Pと、第3小ピッチ領域板24B3Pと、第4小ピッチ領域板24B4Pと、第5小ピッチ領域板24B5Pとから構成される。第3小ピッチ領域板24B3P、第4小ピッチ領域板24B4P、および第5小ピッチ領域板24B5Pは、記載した順番で第3小ピッチ領域板24B3Pを最も上として配される。第3小ピッチ領域板24B3P、第4小ピッチ領域板24B4P、および第5小ピッチ領域板24B5Pは、第1の実施の形態における厚板補強部材25の位置、すなわち筐体40のY方向の幅における略中央においてZ方向に重ねて配される。
【0081】
第2大ピッチ領域板24A2Pは、第1大ピッチ領域板24A1Pの図示左側の領域を切断し、第1の実施の形態における厚板補強部材25の位置、すなわち筐体40のY方向の幅における略中央まで達しなくした形状である。第2大ピッチ領域板24A2Pのその他の点、たとえば大ピッチ領域24Aおよび連絡領域24Cを有する点は第1大ピッチ領域板24A1Pと同様である。
【0082】
第3小ピッチ領域板24B3P、第4小ピッチ領域板24B4P、および第5小ピッチ領域板24B5Pは、X方向には筐体40と略同一の長さを有し、YZ平面における断面は、任意の位置で略同一である。第3小ピッチ領域板24B3P、第4小ピッチ領域板24B4P、および第5小ピッチ領域板24B5Pの板厚は、第2大ピッチ領域板24A2Pよりも厚い。
【0083】
第3小ピッチ領域板24B3Pは、第4の実施の形態における第2小ピッチ領域板24B2Pと略同一の形状を有する。ただし第3小ピッチ領域板24B3Pは第2小ピッチ領域板24B2PよりもY方向の幅が狭くてもよい。
【0084】
第4小ピッチ領域板24B4Pは、第4の実施の形態における第1小ピッチ領域板24B1Pと略同一の形状を有する。ただし第4小ピッチ領域板24B4Pは、第3小ピッチ領域板24B3Pとの干渉を避けるために第3小ピッチ領域板24B3PよりもY方向に長い固定部23を有する。
【0085】
第5小ピッチ領域板24B5Pは、第4の実施の形態における第2小ピッチ領域板24B2Pと略同一の形状を有する。ただし第5小ピッチ領域板24B5Pは、第4小ピッチ領域板24B4Pとの干渉を避けるために第4小ピッチ領域板24B4PよりもY方向に長い固定部23を有する。
【0086】
なお第4の実施の形態と比較すると、本実施の形態における電池パック100の構成は、第4の実施の形態における第1大ピッチ領域板24A1Pの図示左側を切断し、板厚を厚くしたものが第5小ピッチ領域板24B5Pに相当するとも言える。
【0087】
以下、本実施形態の電池パックの作用について説明する。本実施の形態では第3小ピッチ領域板24B3P、第4小ピッチ領域板24B4P、および第5小ピッチ領域板24B5Pの3枚の板により補強するので、第4の実施の形態よりも耐荷重を大きくすることができる。また第3小ピッチ領域板24B3P、第4小ピッチ領域板24B4P、および第5小ピッチ領域板24B5Pの端部が屈曲していることで、さらに剛性が増し、耐荷重を大きくすることができる。
【0088】
二次電池1の高さ方向上部には、第2大ピッチ領域板24A2P、第3小ピッチ領域板24B3P、第4小ピッチ領域板24B4P、および第5小ピッチ領域板24B5Pの少なくともいずれかが存在する。そのため二次電池1から高温のガスが排出された場合に、高温のガスが筐体40に直接触れることを防止することができる。
【0089】
以上、図面を用いて本開示に係る電池パックの実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。たとえば、補強部の屈曲部の形状は、特に限定されない。
【0090】
上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【0091】
1…二次電池
1v…ガス排出弁
10…二次電池積層体
20…補強部
24…波状補強部材
24A…大ピッチ領域
24B…小ピッチ領域
24A1P…第1大ピッチ領域板
24A2P…第2大ピッチ領域板
24B1P…第1小ピッチ領域板
24B2P…第2小ピッチ領域板
24B3P…第3小ピッチ領域板
24B4P…第4小ピッチ領域板
24B5P…第5小ピッチ領域板
24C…連絡領域
25…厚板補強部材
26…追加補強部材
40…筐体
100…電池パック
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16