特許 7556903 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】2024-09-17

(45)【発行日】2024-09-26

(54)【発明の名称】電池パック

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6556 20140101AFI20240918BHJP

   H01M 10/6554 20140101ALI20240918BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20240918BHJP

   H01M 50/242 20210101ALI20240918BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6556

H01M10/6554

H01M10/613

H01M50/242

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022028194

(22)【出願日】2022-02-25

(65)【公開番号】P2023124439

(43)【公開日】2023-09-06

【審査請求日】2023-03-01

(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

【審査官】高野 誠治

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１２７３４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－２１６２９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／６５５６

Ｈ０１Ｍ １０／６５５４

Ｈ０１Ｍ １０／６１３

Ｈ０１Ｍ ５０／２４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電池セルと、
前記複数の電池セルを収納する内部空間、冷媒が流れる冷媒通路が形成された冷却プレート、および前記冷却プレートとともに前記内部空間を規定する側面部を含むケース部材と、
前記冷却プレートの前記冷媒通路への前記冷媒の入口部と、
前記冷却プレートの前記冷媒通路からの前記冷媒の出口部と、
前記入口部および前記出口部に接続される冷媒配管とを備え、
前記側面部は、第１の方向に直交する面の方向に延びる部分と、前記第１の方向に直交する第２の方向に直交する面の方向に延びる部分とを含み、
前記冷却プレートは、前記内部空間に面する第１部分と、前記ケース部材の前記側面部よりも外側に突出する第２部分とを含み、
前記冷却プレートの前記第１部分および前記第２部分は、前記第１の方向および前記第２の方向に直交する第３の方向に直交する面の方向に延び、
前記冷却プレートの前記第２部分は、前記第１の方向または前記第２の方向において前記ケース部材の前記側面部よりも外側に突出し、
前記冷媒の前記入口部および前記出口部は前記冷却プレートの前記第２部分に接続され、
前記冷媒配管は、前記側面部に沿って延びる部分を有する、電池パック。

【請求項2】

前記ケース部材の前記側面部は、前記内部空間に対して反対側に設けられた補強リブを有し、
前記補強リブは、前記冷媒配管を支持する支持部を含む、請求項１に記載の電池パック。

【請求項3】

前記複数の電池セルは、前記第１の方向に配列され、前記第２の方向に並ぶ複数の電極端子を各々含み、
前記補強リブは、前記第３の方向、または前記第３の方向に対して斜めに交差する方向に延びる、請求項２に記載の電池パック。

【請求項4】

前記複数の電池セルに対して前記第１の方向の両側に位置する前記ケース部材の前記側面部に前記補強リブが設けられる、請求項３に記載の電池パック。

【請求項5】

前記ケース部材の前記側面部は、前記複数の電池セルを前記第１の方向に支持する、請求項４に記載の電池パック。

【請求項6】

前記補強リブは、前記ケース部材の前記側面部と同じ素材からなる、請求項２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】

前記冷却プレートの前記冷媒通路は、前記第２部分に位置する屈曲部を有する、請求項１から請求項６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】

本技術は、電池パックに関する。

【背景技術】

【0002】

電池パックに冷却プレートを設け、その冷却プレートに冷媒を流すことにより、ケース部材に収納された電池セルを冷却することが従来から行われている。たとえば、国際公開第２０１５／１４６３８７号（特許文献１）には、比重が相対的に大きい第１冷媒と比重が相対的に小さい第２冷媒とを用いた電池の冷却構造が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１５／１４６３８７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

水をはじめとする冷媒が流れる冷媒通路を電池パックのケース部材の内部空間に導入した場合、ジョイント部分などにおいて漏液が発生したときに、ケース内部が浸水することになる。ケース内部の浸水の回避という観点から、従来の電池パックにはなお改善の余地がある。

【0005】

本技術の目的は、ケース部材の内部への浸水を防ぐことができ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】

【0006】

本技術に係る電池パックは、複数の電池セルと、複数の電池セルを収納する内部空間、冷媒が流れる冷媒通路が形成された冷却プレート、および冷却プレートとともに内部空間を規定する側面部を含むケース部材と、冷却プレートの冷媒通路への冷媒の入口部と、冷却プレートの冷媒通路からの冷媒の出口部と、入口部および出口部に接続される冷媒配管とを備える。冷却プレートは、内部空間に面する第１部分と、ケース部材の側面部よりも外側に突出する第２部分とを含む。冷媒の入口部および出口部は第２部分に接続される。

【発明の効果】

【0007】

本技術によれば、電池パックにおいて、ケース部材の内部の浸水を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【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】冷却プレートの冷媒通路への冷媒の入口部および出口部の変形例を示す図である。

【図6】冷却プレートにおける冷媒通路の配置を示す図である。

【図7】図６におけるＶＩＩ－ＶＩＩ断面図である。

【図8】冷媒配管の支持部の拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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の温度が異常に上昇し（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。

【0023】

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。

【0024】

図２，図３に示すように、ケース部材２００は、内部空間２００Ａと、底面部材２１０と、冷却プレート２２０と、側面部材２３０と、補強リブ２４０とを含む。

【0025】

内部空間２００Ａ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および側面部材２３０は、内部空間２００Ａを規定する。

【0026】

底面部材２１０および冷却プレート２２０は、ケース部材２００の底部を構成する。底面部材２１０上に冷却プレート２２０が設けられる。冷却プレート２２０は、内部空間２００Ａに面する第１部分２２１と、第１部分２２１よりも外側に位置し、内部空間２００Ａに面しない第２部分２２２とを含む。

【0027】

側面部材２３０は、上フランジ部２３１（第１フランジ）と、下フランジ部２３２（第２フランジ）と、側面部２３３（フレーム部）とを含む。冷却プレート２２０の第２部分２２２は、側面部材２３０の下フランジ部２３２と底面部材２１０とに挟持される。側面部材２３０の側面部２３３は、ケース部材２００の側面を構成する。側面部２３３は、Ｙ軸方向に直交する方向に延びる部分と、Ｘ軸方向に直交する方向に延びる部分とを含む。側面部２３３は、上フランジ部２３１と下フランジ部２３２とを接続する。上フランジ部２３１（第１フランジ）、下フランジ部２３２（第２フランジ）、および側面部２３３（フレーム部）は、コ字状の断面を構成する。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２３３は、電池セル１００の積層体を直接支持する（Ｃｅｌｌ－ｔｏ－Ｐａｃｋ構造）。図３中の側面部２３３のα部において、電池セル１００の積層体が側面部２３３に当接する。

【0028】

ただし、ケース部材２００は、側面部２３３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。

【0029】

補強リブ２４０は、Ｙ軸方向に直交する方向に延びる側面部２３３上に設けられている。補強リブ２４０は、Ｘ軸方向に直交する方向に延びる側面部２３３上に設けられてもよい。補強リブ２４０は、Ｚ軸方向に延びるように設けられている。補強リブ２４０は、Ｚ軸方向に対して斜めに交差する方向に延びるように設けられていてもよい。

【0030】

Ｙ軸方向に直交する方向に延びる側面部２３３上において、補強リブ２４０は、Ｘ軸方向に並ぶように複数設けられている。補強リブ２４０は、単数であってもよい。

【0031】

側面部２３３上において、補強リブ２４０は、Ｚ軸方向の全体に亘って延びている。補強リブ２４０は、Ｚ軸方向の一部に亘って設けられていてもよい。

【0032】

下フランジ部２３２は、冷却プレート２２０の第２部分２２２に当接する。上フランジ部２３１は、側面部材２３０の上端部、すなわち冷却プレート２２０に対してＺ軸方向の反対側の端部に形成されている。上フランジ部２３１は、冷却プレート２２０の第２部分２２２および下フランジ部２３２に対してＺ軸方向に沿って離間し、かつ第２部分２２２および下フランジ部２３２と平行に形成される。上フランジ部２３１は、側面部２３３から冷却プレート２２０の第２部分２２２および下フランジ部２３２と同じ方向に突出する。冷却プレート２２０の第２部分２２２は、側面部材２３０の側面部２３３よりも外側に突出する。

【0033】

補強リブ２４０は、上フランジ部２３１から下フランジ部２３２に達するように形成される。補強リブ２４０は、側面部材２３０と同じ素材からなるものであってもよいし、側面部材２３０と異なる素材からなるものであってもよい。補強リブ２４０は、たとえば鋼板からなるものであってもよいし、アルミニウムからなるものであってもよいし、樹脂からなるものであってもよい。補強リブ２４０は、上フランジ部２３１および下フランジ部２３２に接合される。この接合は、たとえば溶接などにより行われる。

【0034】

図４は、電池パックの外観図である。図４に示すように、側面部材２３０に蓋部材２５０が組み付けられてケース部材２００の内部空間２００Ａが密閉される。電池パックは、入口部３００と、出口部４００と、冷媒配管５００とを含む。冷却プレート２２０の内部に形成された冷媒通路には、冷媒配管５００を通じて入口部３００から冷媒が供給され、出口部４００から冷媒配管５００を通じて冷媒が排出される。冷媒には水が使用されるが、これに限定されない。

【0035】

冷媒配管５００は、側面部２３３に沿って延びるように設けられる。冷媒配管５００は補強リブ２４０に設けられた支持部２４００に支持される。支持部２４００は、補強リブ２４０に設けられた貫通孔により構成され得る。

【0036】

図５は、入口部３００および出口部４００の変形例を示す図である。図４に示す例では、入口部３００および出口部４００に対して斜め方向から冷媒配管５００が接続されるのに対し、図５に示す例では、入口部３００および出口部４００の近傍において冷媒配管５００が湾曲し、入口部３００および出口部４００に対してＺ軸方向から冷媒配管５００が接続される。なお、入口部３００および出口部４００が略Ｌ字状に形成され、Ｚ軸に対して斜めに交差する方向から冷媒配管５００が入口部３００および出口部４００に接続されてもよい。

【0037】

図４，図５いずれの例においても、冷媒配管５００は、Ｘ－Ｚ平面上において、Ｘ軸およびＺ軸に対して斜めに交差する方向に延びる。Ｘ軸およびＺ軸に対する冷媒配管５００の傾斜角度は、側面部２３３上において一定であってもよいし、側面部２３３上において変化してもよい。

【0038】

図６は、冷却プレートにおける冷媒通路の配置を示す図である。図７は、図６におけるＶＩＩ－ＶＩＩ断面図である。図６に示すように、冷却プレート２２０の第２部分２２２に配置された入口部３００から冷却プレート２２０内に流入した冷媒は、第１流路２２０Ａ内を矢印ＤＲ１方向に流れ、冷却プレート２２０の第１部分２２１を通過した後、入口部３００とは反対側に位置する第２部分２２２に達する。

【0039】

冷却プレート２２０の第２部分２２２には、第１流路２２０Ａに交差（直交）する第２流路２２０Ｂが形成されている。第１流路２２０Ａと第２流路２２０Ｂとの間には、屈曲部が形成されている。すなわち、冷却プレート２２０の冷媒通路は、第２部分２２２に位置する屈曲部を有する。第２流路２２０Ｂの外側には、蓋２２０Ｃが溶接により接合される。これにより、冷却プレート２２０の冷媒通路が閉じられ屈曲部が形成される。冷却プレート２２０は、ボルト２２０Ｄを用いて側面部材２３０の下フランジ部２３２と接合される。

【0040】

冷却プレート２２０の第２部分２２２において折り返された（Ｕターンした）冷媒は、第１流路２２０Ａを矢印ＤＲ２方向に流れ、冷却プレート２２０の第１部分２２１を通過した後、入口部３００と同じ側の第２部分２２２に位置する出口部４００に達する。

【0041】

図７に示すように、冷却プレート２２０は、第１流路２２０Ａとなる連通孔が形成された押出材を加工して構成され得る。

【0042】

図８は、冷媒配管５００の支持部２４００の拡大図である。図８の例では、支持部２４００は、補強リブ２４０に設けられた略円形の貫通穴により構成される。貫通穴の形状は適宜変更が可能である。支持部２４００と冷媒配管５００との接触部にクッション材を設けてもよい。

【0043】

本実施の形態に係る電池パックにおいては、入口部３００および出口部４００がケース部材２００の内部空間２００Ａに面しない第２部分２２２に設けられているため、入口部３００および出口部４００において漏液が発生したときにおいても、ケース部材２００の内部空間２００Ａが浸水することを防ぐことができる。また、冷媒配管５００が補強リブ２４０に支持されるため、冷媒配管５００の意図しない変形を抑制することができる。この結果、冷媒配管５００の破損を抑制することができる。なお、補強リブ２４０は必ずしも設けられなくてもよい。

【0044】

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】

【0045】

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、２００Ａ 内部空間、２１０ 底面部材、２２０ 冷却プレート、２２０Ａ 第１流路、２２０Ｂ 第２流路、２２０Ｃ 蓋、２２０Ｄ ボルト、２２１ 第１部分、２２２ 第２部分、２３０ 側面部材、２３１ 上フランジ部、２３２ 下フランジ部、２３３ 側面部、２４０ 補強リブ、２５０ 蓋部材、３００ 入口部、４００ 出口部、５００ 冷媒配管、２４００ 支持部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】