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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】2024-07-08
(45)【発行日】2024-07-17
(54)【発明の名称】電池パック
(51)【国際特許分類】
   H01M 50/242 20210101AFI20240709BHJP
   H01M 50/209 20210101ALI20240709BHJP
   H01M 50/211 20210101ALI20240709BHJP
   H01M 50/213 20210101ALI20240709BHJP
   H01M 50/284 20210101ALI20240709BHJP
【FI】
H01M50/242
H01M50/209
H01M50/211
H01M50/213
H01M50/284
【請求項の数】 8
(21)【出願番号】P 2022014779
(22)【出願日】2022-02-02
(65)【公開番号】P2023112826
(43)【公開日】2023-08-15
【審査請求日】2023-02-17
(73)【特許権者】
【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】吉田 直剛
(72)【発明者】
【氏名】松山 智
(72)【発明者】
【氏名】本田 亮平
【審査官】小森 重樹
(56)【参考文献】
【文献】特開2006-306249(JP,A)
【文献】国際公開第2021/177150(WO,A1)
【文献】国際公開第2016/143214(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 50/20-50/298
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の電池セルと、
電子部品および前記電子部品を収納する筐体を含む電子部品ユニットと、
前記複数の電池セルおよび前記電子部品ユニットを収納するケース部材とを備え、
前記電子部品ユニットの前記筐体は底面を有し、
前記ケース部材は、前記筐体の前記底面を支持する床面を有し、
前記ケース部材の前記床面は、第1の平面に沿って延びる第1床面部と、前記第1の平面に対して斜めに交差する第2の平面に沿って延びる第2床面部とを含み、
前記電子部品ユニットの前記筐体における前記底面の少なくとも一部は、前記ケース部材の前記第2床面部上に位置する、電池パック。
【請求項2】
前記筐体の前記底面の少なくとも一部は前記第2の平面に沿って延びる、請求項1に記載の電池パック。
【請求項3】
前記筐体の前記底面は、前記第1の平面に沿って延びる第1底面部と、前記第2の平面に沿って延びる第2底面部とを含む、請求項1または請求項2に記載の電池パック。
【請求項4】
前記ケース部材は、前記床面から立ち上がる側面を有し、
前記電子部品ユニットの前記筐体と前記ケース部材の前記側面との間に設けられた緩衝材をさらに備える、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電池パック。
【請求項5】
前記複数の電池セルおよび前記電子部品ユニットは、前記第1の平面に平行な方向に沿って並ぶ、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電池パック。
【請求項6】
前記第1の平面の法線方向に沿って前記電子部品ユニットと並ぶように設けられ、前記電子部品ユニットの前記電子部品および前記複数の電池セルの少なくとも一方に接続される回路を含む制御ユニットをさらに備えた、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電池パック。
【請求項7】
複数の電池セルと、
電子部品および前記電子部品を収納する筐体を含む電子部品ユニットと、
前記複数の電池セルおよび前記電子部品ユニットを収納するケース部材とを備え、
前記電子部品ユニットの前記筐体は底面を有し、
前記ケース部材は、前記筐体の前記底面を支持する床面と、前記床面と対向する上面とを有し、
前記ケース部材の前記上面は第1の平面に沿って延び、前記ケース部材の前記床面は、前記第1の平面に対して斜めに交差する第2の平面に沿って延びる部分を含み、
前記電子部品ユニットの前記筐体における前記底面の少なくとも一部は、前記ケース部材の前記床面における前記第2の平面に沿って延びる部分上に位置する、電池パック。
【請求項8】
前記筐体の前記底面は、前記第2の平面に沿って延びる部分を含む、請求項7に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本技術は、電池パックに関する。
【背景技術】
【0002】
ケース部材の内部空間に電池セルと電子部品ユニットとを収納した電池パックが従来から知られている。このような電池パックは、たとえば特開2006-306249号公報(特許文献1)および国際公開第2016/143214号(特許文献2)に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2006-306249号公報
【文献】国際公開第2016/143214号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
車両の衝突時など、電池パックが横方向の荷重を受けたとき、ケース部材に収納された電子部品ユニットにも横方向の衝撃荷重が作用し得る。衝撃荷重を吸収するための別機構を設けることも考えられるが、当該機構が大型化すると、ケース部材の内部空間を有効活用することができない。また、上記の衝撃吸収機構を別機構として設けることにより、部品点数、組立工数、および電池パックの重量の増大を招来し得る。
【0005】
本技術の目的は、横方向の荷重を受けたときの電子部品ユニットへの衝撃荷重を緩和することが可能な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】
【0006】
本技術に係る電池パックは、複数の電池セルと、電子部品および電子部品を収納する筐体を含む電子部品ユニットと、複数の電池セルおよび電子部品ユニットを収納するケース部材とを備える。電子部品ユニットの筐体は底面を有する。
【0007】
1つの局面において、ケース部材は、筐体の底面を支持する床面を有し、ケース部材の床面は、第1の平面に沿って延びる第1床面部と、第1の平面に対して斜めに交差する第2の平面に沿って延びる第2床面部とを含む。
【0008】
他の局面において、ケース部材は、筐体の底面を支持する床面と、床面と対向する上面とを有し、ケース部材の上面は第1の平面に沿って延び、ケース部材の床面は、第1の平面に対して斜めに交差する第2の平面に沿って延びる部分を含む。
【発明の効果】
【0009】
本技術によれば、電池パックにおいて、ケース部材の内部空間を有効活用しながら、横方向の荷重を受けたときの電子部品ユニットへの衝撃荷重を緩和することができる。また、無駄な内部空間を省略することでケース部材を小型化することができるので、電池パックのサイズおよび重量を低減させることができ、さらに部材費低減による製造コスト削減効果もあり得る。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】電池セルを示す斜視図である。
図2】電池セルおよび電池セルを収納するケース部材を示す斜視図である。
図3】電池パックのケース部材(蓋部分を除く)を示す斜視図である。
図4】電池パックの外観図である。
図5】参考例に係る電池パックを模式的に示す図(その1)である。
図6】参考例に係る電池パックを模式的に示す図(その2)である。
図7】1つの実施の形態に係る電池パックを模式的に示す図である。
図8】電池パックにおける電子部品ユニットの周辺を示す斜視図である。
図9図8に示す電子部品ユニットをY軸方向から見た状態を示す図である。
図10】バスバーに形成された緩衝構造を示す図である。
図11】緩衝材の配置の一例を示す上面図である。
図12図11に示す構造の側面図である。
図13】緩衝材の配置の他の例を示す上面図である。
図14図13に示す構造の側面図である。
図15】電池パックにおける各構成ユニットの配置例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
図1は、電池セル100を示す斜視図である。図1に示すように、電池セル100は、角型形状を有する。電池セル100は、電極端子110と、筐体120と、ガス排出弁130とを有する。
【0018】
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。
【0019】
筐体120は、直方体形状を有し、電池セル100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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
複数の電池セル100は、Y軸方向に隣り合う電池セル100,100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100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。
【0024】
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100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。
【0025】
図2図3は、電池セル100を収納するケース部材200を示す斜視図である。図2図3においては、図示の便宜上、後述するケース部材200の蓋部分を示していない。
【0026】
図2図3に示すように、ケース部材200は、内部空間210と、冷却プレート220と、側面部230,240と、フランジ部250とを含む。
【0027】
内部空間210には、Y軸方向に積層された複数の電池セル100の積層体(組電池)が収納される。組電池は、X軸方向に三列並ぶように設けられる。冷却プレート220および側面部230,240は、内部空間210を規定する。
【0028】
冷却プレート220は、ケース部材200の床面260の少なくとも一部を構成する。図2図3に示す例において、床面260は、X-Y平面(第1の平面)の方向に延びる第1床面部261と、X-Y平面方向に対して斜めに交差する平面(第2の平面)の方向に延びる第2床面部262とを含み、冷却プレート220は、第1床面部261を構成する。電池セル100の積層体は、冷却プレート220上に載置される。冷却プレート220内には冷媒が供給される。冷媒には水が使用されるが、これに限定されない。
【0029】
側面部230は、Y軸方向に直交する方向に延びる。側面部240は、X軸方向に直交する方向に延びる。電池セル100の積層体(セパレータを含む)に対してY軸方向の両側に位置し、Y軸方向に直交する方向に延びる側面部230は、電池セル100の積層体を直接支持する(Cell-to-Pack構造)。図3中のα部において、電池セル100の積層体が側面部230に当接する。
【0030】
ただし、ケース部材200は、側面部230が電池セル100の積層体を直接支持するものに限定されず、複数の電池セル100を含む電池モジュールを収納するもの(Cell-Module-Pack構造)であってもよい。
【0031】
フランジ部250は、側面部230,240の上端部、すなわち冷却プレート220に対して反対側の端部に形成されている。フランジ部250は、冷却プレート220に対してZ軸方向に沿って離間し、かつ冷却プレート220と平行に形成される。フランジ部250は、側面部230,240から冷却プレート220と同じ方向に突出する。
【0032】
図4は、電池パックの外観図である。図4に示すように、フランジ部250に蓋部材270が組み付けられてケース部材200の内部空間210が密閉される。電池パックは、コネクタ600をさらに含む。コネクタ600は、ケース部材200に収納された電池セル100および電装部品への給電経路の一部となる。コネクタ600は、外部配線に接続される。
【0033】
図5図6は、参考例に係る電池パックを模式的に示す図である。図5図6の例では、ケース部材200内に電子部品ユニット700が収納されている。電子部品ユニット700は、たとえばセンサ、リレー、抵抗器、制御回路基板などの電子部品を筐体に収納してユニット化したものである。電子部品は、能動素子を含む能動部品(トランジスタなど)と、受動素子を含む受動部品(抵抗など)と、素子を接続ないし切断、または固定するための補助部品(バスバーなど)とを含む。
【0034】
たとえば、車両の衝突時などにおいて、ケース部材200が横方向(X軸方向およびY軸方向)の荷重を受けたとき、ケース部材200に収納された電子部品ユニット700にも横方向の衝撃荷重がそのまま作用する。この結果、図5に示すように、電子部品ユニット700がケース部材200の側面部240に衝突すると、電子部品ユニット700内の電子部品(電装部品または制御回路基板)が損傷し得る。
【0035】
電子部品ユニット700が受ける衝撃荷重を吸収するために、図6に示す緩衝機構700Aを設けることが考えられる。しかし、大きな衝撃荷重に耐えうる緩衝機構700Aを設けようとすると、緩衝機構700Aが大型化し得る。この結果、図6中のA1部において、ケース部材200の内部空間210を有効活用することができず、電池パックが大型化し得る。さらに、緩衝機構700Aを設けることにより、部品点数、組立工数、および電池パックの重量の増大を招来し得る。
【0036】
図7は、本実施の形態に係る電池パックを模式的に示す図である。図7に示す電池パックにおいて、ケース部材200は、X-Y平面の方向に延びる第1床面部261と、X-Y平面の方向に対して斜めに交差する方向に延びる第2床面部262とを含む。電子部品ユニット700の筐体710の底面711は、第1床面部261と平行に延びる第1底面部711Aと、第2床面部262と平行に延びる第2底面部711Bとを含む。ケース部材200の蓋部材270および電子部品ユニット700の筐体710の上面712は、第1床面部261と平行に延びる。したがって、第2床面部262は、ケース部材200の蓋部材270および電子部品ユニット700の筐体710の上面712に対して斜めに交差する方向に延びる。
【0037】
図7に示す電池パックにおいては、横方向の衝撃荷重を受けた電子部品ユニット700の筐体710が第2床面部262に沿って移動する。このとき、図7に示すように、電子部品ユニット700に作用する荷重が縦方向(Z軸方向)と横方向(X軸方向およびY軸方向)とに分解される。この結果、電子部品ユニット700を側面部230に近づける横方向の衝撃荷重が緩和される。
【0038】
上述のとおり、本実施の形態に係る電池パックにおいては、電子部品ユニット700に作用する横方向の衝撃荷重を緩和することができるので、過度に大きな緩衝機構を設けることなく、電子部品ユニット700の保護を図ることができる。さらに、図7中のA2部において、ケース部材200の内部空間210を有効活用することができるので、ケース部材200を小型化することができ、電池パックのサイズおよび重量を低減させることが可能となる。さらには、部材費低減による電池パックの製造コスト削減効果も期待し得る。
【0039】
図8は、電子部品ユニットの周辺を示す斜視図である。図9は、図8に示す電子部品ユニットをY軸方向から見た状態を示す図である。
【0040】
図8図9に示すように、ケース部材200の側面部240には、コネクタ600が設けられている。コネクタ600は、ケース部材200内に収納された電池セル100および電子部品ユニット700への給電口を構成する。
【0041】
電子部品ユニット700の筐体710には、メインリレー720と、シャント抵抗器730と、セメント抵抗器740と、バスバー750と、電流センサ760とを含む電子部品が収納されている。筐体710には、たとえばヒューズ、プリチャージリレーなど、図8図9に図示されない他の電子部品が収納されていてもよい。
【0042】
筐体710に収納される電子部品は、Z軸方向の高さが比較的大きい第1の電子部品(たとえばメインリレー720、電流センサ760など)と、Z軸方向の高さが比較的小さい第2の電子部品(たとえばシャント抵抗器730、セメント抵抗器740、バスバー750)とを含む。高さが大きい第1の電子部品に対して高さが小さい第2の電子部品を側面部240側に近づけて配置することにより、第2床面部262上に位置するケース部材200の内部空間210を有効活用することができる。
【0043】
図8図9に示す例において、電子部品ユニット700の筐体710は、第1床面部261上には位置せず、傾斜面である第2床面部262上にのみ位置する。図8図9に示す電子部品ユニット700においても、図7の例と同様に、電子部品ユニット700に作用する横方向の衝撃荷重を緩和することができる。
【0044】
図10は、バスバー750に形成された衝撃吸収部751(緩衝構造)を示す図である。衝撃吸収部751は、湾曲状に形成されている。横方向(Z軸方向に直交する方向)の衝撃印加時において、衝撃吸収部751は、衝撃荷重を吸収しながら潰れるように、図10(a)の状態から図10(b)の状態に変形し得る。
【0045】
バスバー750は、筐体710に収納された電装部品とコネクタ600とを電気的に接続するために、電装部品およびコネクタ600に固定されている。バスバー750が横方向の荷重を吸収しながら変形することにより、電子部品ユニット700に作用する横方向の衝撃荷重を緩和することができる。また、図示はしないが、上述の横方向(Z軸方向に直交する方向)とは逆方向の衝撃印加時においても、衝撃吸収部751が図10(a)の状態からさらに広がるように変形しながら衝撃荷重を緩和することもできる。
【0046】
バスバー750は、たとえば板状の銅またはアルミニウムにより構成することができる。アルミニウムによりバスバー750を構成することにより、銅の場合と比較して、重量を低減することができるとともに、衝撃吸収部751を変形させやすくすることができる。また、バスバーとしては、板状の部材の他、ハーネスを用いてもよい。
【0047】
次に、図11図14を参照して、電子部品ユニット700に対する衝撃を緩和する緩衝リブ800(緩衝材)の配置の例について説明する。図11図14に示すように、ケース部材200(側面部230,240)と電子部品ユニット700(筐体710)との間に緩衝リブ800が設けられ得る。緩衝リブ800は、ケース部材200と同一素材により一体に形成されてもよい。
【0048】
図11は、緩衝材の配置の一例を示す上面図であり、図12は、図11に示す構造の側面図である。図11図12に示す例では、電子部品ユニット700の第2底面部711Bの先端側に位置し、Y軸方向に延びる側面部240上にのみ緩衝リブ800が設けられている。
【0049】
図13は、緩衝材の配置の他の例を示す上面図であり、図14は、図13に示す構造の側面図である。図13図14に示す例では、Y軸方向に延びる側面部240に加えて、X軸方向に延びる側面部230にも緩衝リブ800が設けられている。
【0050】
図15は、電池パックにおける各構成ユニットの配置例を示す図である。図15に示す例では、電子部品ユニット700の上方に制御基板を含む制御ユニット900が配置されている。制御ユニット900の制御基板は、電子部品ユニット700内の電子部品および電池セル100に接続される制御回路を含む。
【0051】
本実施の形態において、第1床面部261に対する第2床面部262の傾斜角度は、たとえば30°以下程度であるが、傾斜角度はこれに限定されない。第2床面部262のX軸方向の長さは、たとえばケース部材200のX軸方向の全長の1/3以上1/2以下程度であるが、第2床面部262の長さはこれに限定されない。第2床面部262の上端は、第1床面部261からZ軸方向に150mm以下程度離れているが、第2床面部262の上端の高さはこれに限定されない。第2床面部262の設置範囲および傾斜角度は、ケース部材200のサイズおよび電池セル100のセル数などにより適宜変更され得る。第2床面部262の途中部において第2床面部262の傾斜角度が変動してもよい。
【0052】
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】
【0053】
100 電池セル、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 ケース部材、210 内部空間、220 冷却プレート、230,240 側面部、250 フランジ部、260 床面、261 第1床面部、262 第2床面部、270 蓋部材、600 コネクタ、700 電子部品ユニット、700A 緩衝機構、710 筐体、711 底面、711A 第1底面部、711B 第2底面部、712 上面、720 メインリレー、730 シャント抵抗器、740 セメント抵抗器、750 バスバー、751 衝撃吸収部、760 電流センサ、800 緩衝リブ、900 制御ユニット、2400 支持部。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
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図15