7586039 蓄電装置

(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】2024-11-11

(45)【発行日】2024-11-19

(54)【発明の名称】蓄電装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/242 20210101AFI20241112BHJP

   H01M 50/249 20210101ALI20241112BHJP

   H01M 50/289 20210101ALI20241112BHJP

   H01M 50/209 20210101ALI20241112BHJP

   H01M 50/298 20210101ALI20241112BHJP

【ＦＩ】

H01M50/242

H01M50/249

H01M50/289

H01M50/209

H01M50/298

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021155565

(22)【出願日】2021-09-24

(65)【公開番号】P2023046780

(43)【公開日】2023-04-05

【審査請求日】2023-10-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(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】井上 重行

(72)【発明者】

【氏名】堀口 康太郎

(72)【発明者】

【氏名】矢原 竜馬

【審査官】吉川 潤

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－０６８５２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１００４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１２４０７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１５５３６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１２９９３４５７（ＣＮ，Ａ）

(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】

それぞれが一方向に並ぶように配置された複数の蓄電セルを含み、かつ、前記一方向及び上下方向の双方と直交する直交方向に並ぶように配置された複数の蓄電スタックと、
前記複数の蓄電スタックを収容するケースと、
前記ケース内に設けられており、前記ケースに入力された荷重から前記複数の蓄電セルを保護する保護構造と、を備え、
前記複数の蓄電スタックの各蓄電スタックは、
前記一方向における一方側に配置されており、前記複数の蓄電セルのうち一部の蓄電セルを含む第１単位スタックと、
前記一方向における他方側に配置されており、前記複数の蓄電セルのうち前記第１単位スタックに含まれる蓄電セル以外の蓄電セルを含む第２単位スタックと、
前記第１単位スタックと前記第２単位スタックとの間に配置された中間プレートと、を有し、
前記ケースは、
前記複数の蓄電スタックの下方に配置された底壁と、
前記複数の蓄電スタックの上方に配置された天壁と、
前記底壁の周縁部と前記天壁の周縁部とを連結しており、前記複数の蓄電スタックの周囲を包囲する周壁と、を有し、
上下方向における前記保護構造の長さは、上下方向における前記複数の蓄電セルの長さよりも大きく、
前記保護構造は、前記直交方向に互いに隣接する一対の前記中間プレート間に配置されている、蓄電装置。

【請求項2】

前記保護構造は、
前記底壁上でかつ前記直交方向に互いに隣接する一対の前記蓄電スタック間に配置されており、前記一方向に延びる形状を有するとともに前記周壁に接続されたクロスメンバと、
前記クロスメンバ上に配置された荷重伝達部材と、を有し、
前記荷重伝達部材は、前記直交方向に互いに隣接する一対の前記中間プレート間に配置されている、請求項１に記載の蓄電装置。

【請求項3】

前記荷重伝達部材は、
第１柱部と、
前記一方向に前記第１柱部から離間した位置に配置された第２柱部と、
前記第１柱部と前記第２柱部とを連結する連結部とを有し、
前記連結部は、前記直交方向に互いに隣接する一対の前記中間プレート間に配置されている、請求項２に記載の蓄電装置。

【請求項4】

前記第１柱部は、前記一方向における外側に形成された第１外側面を有し、
前記第２柱部は、前記一方向における外側に形成された第２外側面を有し、
前記第１外側面は、前記クロスメンバに近づくにしたがって次第に前記第２柱部から離間する形状を有し、
前記第２外側面は、前記クロスメンバに近づくにしたがって次第に前記第１柱部から離間する形状を有する、請求項３に記載の蓄電装置。

【請求項5】

前記複数の蓄電セルを監視する監視ユニットと、
前記監視ユニットから延びるワイヤーハーネスと、をさらに備え、
前記連結部は、前記天壁と隙間を置いて対向する対向面を有し、
前記ワイヤーハーネスは、前記天壁と前記対向面との間に配置されている、請求項３又は４に記載の蓄電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、蓄電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特開２０２０－１５５３６７号公報には、複数の電池モジュールと、これらの電池モジュールを収容する収容ケースと、複数の電池モジュールの上方に配置されたプレートと、プレートを支持する複数の支持部材と、を備える電池パックが開示されている。各電池モジュールは、複数の単電池を含んでいる。収容ケースは、上方に向けて開口するロアケースと、下方に向けて開口するアッパーケースと、を有している。各支持部材は、ロアケース上に配置されている。アッパーケースの内面には、複数のリブが設けられている。各リブは、アッパーケースの内面からプレートに向かうように設けられている。各リブは、プレートに当接している。この電池パックでは、アッパーケースに下向きの荷重が作用した場合、その荷重は、リブ、プレート及び支持部材を介してロアケースに伝達される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－１５５３６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特開２０２０－１５５３６７号公報に記載される電池パックでは、ケースに対して上下方向に入力される荷重のみならず、ケースに対して上下方向と直交する方向に入力される荷重からも蓄電セルを保護できることが望ましい。

【0005】

本開示の目的は、ケースに対して上下方向に入力された荷重及び上下方向と直交する方向に入力された荷重の双方から蓄電セルを保護することが可能な蓄電装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一局面に従った蓄電装置は、それぞれが一方向に並ぶように配置された複数の蓄電セルを含み、かつ、前記一方向及び上下方向の双方と直交する直交方向に並ぶように配置された複数の蓄電スタックと、前記複数の蓄電スタックを収容するケースと、前記ケース内に設けられており、前記ケースに入力された荷重から前記複数の蓄電セルを保護する保護構造と、を備え、前記複数の蓄電スタックの各蓄電スタックは、前記一方向における一方側に配置されており、前記複数の蓄電セルのうち一部の蓄電セルを含む第１単位スタックと、前記一方向における他方側に配置されており、前記複数の蓄電セルのうち前記第１単位スタックに含まれる蓄電セル以外の蓄電セルを含む第２単位スタックと、前記第１単位スタックと前記第２単位スタックとの間に配置された中間プレートと、を有し、前記ケースは、前記複数の蓄電スタックの下方に配置された底壁と、前記複数の蓄電スタックの上方に配置された天壁と、前記底壁の周縁部と前記天壁の周縁部とを連結しており、前記複数の蓄電スタックの周囲を包囲する周壁と、を有し、上下方向における前記保護構造の長さは、上下方向における前記複数の蓄電セルの長さよりも大きく、前記保護構造は、前記直交方向に互いに隣接する一対の前記中間プレート間に配置されている。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、ケースに対して上下方向に入力された荷重及び上下方向と直交する方向に入力された荷重の双方から蓄電セルを保護することが可能な蓄電装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の一実施形態の蓄電装置の構成を概略的に示す斜視図である。

【図2】ロアケースに蓄電スタックが載置される前の状態を概略的に示す斜視図である。

【図3】図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線での断面図である。

【図4】荷重伝達部材と中間プレートとの位置関係を概略的に示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

【0010】

図１は、本開示の一実施形態の蓄電装置の構成を概略的に示す斜視図である。この蓄電装置１は、例えば、車両に搭載される。

【0011】

図１～図３に示されるように、蓄電装置１は、複数の蓄電スタック１００と、ケース２００と、保護構造３００と、監視ユニット４１０と、ワイヤーハーネス４２０と、を備えている。

【0012】

図１に示されるように、各蓄電スタック１００は、一方向に並ぶように配置された複数の蓄電セル１１０を有している。蓄電セル１１０として、例えば、リチウムイオン電池が挙げられる。各蓄電セル１１０は、直方体に形成されている。図１に示されるように、複数の蓄電スタック１００は、一方向及び上下方向の双方と直交する直交方向に並ぶように配置されている。

【0013】

各蓄電スタック１００は、第１単位スタック１０１と、第２単位スタック１０２と、中間プレート１０３と、を有している。

【0014】

第１単位スタック１０１は、一方向における一方側に配置されている。第１単位スタック１０１は、複数の蓄電セル１１０のうち一部の蓄電セルを含んでいる。第１単位スタック１０１は、エンドプレートを含んでいてもよい。エンドプレートは、一方向における最も外側に配置された蓄電セル１１０の外側に配置される。

【0015】

第２単位スタック１０２は、一方向における他方側に配置されている。第２単位スタック１０２は、複数の蓄電セル１１０のうち第１単位スタック１０１に含まれる蓄電セル１１０以外の蓄電セル１１０を含んでいる。本実施形態では、第２単位スタック１０２に含まれる蓄電セル１１０の数は、第１単位スタック１０１に含まれる蓄電セル１１０の数と同じである。第２単位スタック１０２は、一方向における蓄電セル１１０の外側に配置されたエンドプレートを含んでいてもよい。

【0016】

中間プレート１０３は、第１単位スタック１０１と第２単位スタック１０２との間に配置されている。中間プレート１０３、一方向における蓄電スタック１００の中央に配置されている。中間プレート１０３は、合成樹脂等からなる。

【0017】

ケース２００は、複数の蓄電スタック１００を収容している。ケース２００は、ロアケース２１０と、アッパーケース２２０（図３を参照）と、を有している。なお、図１及び図２では、アッパーケース２２０の図示は省略されている。

【0018】

ロアケース２１０は、上方に開口する形状を有している。ロアケース２１０は、金属や合成樹脂等からなる。ロアケース２１０は、底壁２１２と、下側包囲壁２１４と、下フランジ２１６と、を有している。

【0019】

底壁２１２は、複数の蓄電スタック１００の下方に配置されている。図２及び図３に示されるように、底壁２１２のうち一方向における中央部には、上方に向かって隆起する隆起部２１２ａが形成されている。隆起部２１２ａの頂部は、平坦に形成されている。図３に示されるように、隆起部２１２ａ上に中間プレート１０３が載置されている。

【0020】

底壁２１２の下方には、底壁２１２を介して蓄電スタック１００を冷却する冷却器（図示略）が設けられてもよい。この場合、冷却器と底壁２１２との間に熱伝導部材（グリス等）が設けられてもよく、各蓄電スタック１００と底壁２１２との間に熱伝導部材が設けられてもよい。

【0021】

下側包囲壁２１４は、底壁２１２の周縁部から起立するとともに、複数の蓄電スタック１００の下部の周囲を囲んでいる。

【0022】

下フランジ２１６は、下側包囲壁２１４の上端部から外側に向かって張り出す形状を有している。

【0023】

アッパーケース２２０は、下方に開口する形状を有している。アッパーケース２２０は、ロアケース２１０とともに複数の蓄電スタック１００を収容している。アッパーケース２２０は、金属や合成樹脂等からなる。アッパーケース２２０は、天壁２２２と、上側包囲壁２２４と、上フランジ２２６と、を有している。

【0024】

天壁２２２は、複数の蓄電スタック１００の上方に配置されている。天壁２２２は、平板状に形成されていてもよい。天壁２２２と各蓄電スタック１００との間には、隙間が形成されている。

【0025】

上側包囲壁２２４は、天壁２２２の周縁部から下方に向かって延びるとともに、複数の蓄電スタック１００の上部の周囲を囲んでいる。上側包囲壁２２４は、下側包囲壁２１４とともに周壁を構成している。周壁２１４，２２４は、底壁２１２の周縁部と天壁２２２の周縁部とを連結しており、複数の蓄電スタック１００の周囲を包囲している。

【0026】

上フランジ２２６は、上側包囲壁２２４の下端部から外側に向かって張り出す形状を有している。上フランジ２２６は、下フランジ２１６にボルト等によって固定されている。

【0027】

保護構造３００は、ケース２００内に設けられており、ケース２００に入力された荷重から複数の蓄電セル１１０を保護する。図３に示されるように、上下方向における保護構造３００の長さは、上下方向における複数の蓄電セル１１０の長さよりも大きい。図４に示されるように、保護構造３００は、直交方向に互いに隣接する一対の中間プレート１０３間に配置されている。本実施形態では、保護構造３００は、クロスメンバ３１０と、荷重伝達部材３２０と、を有している。なお、図３では、第１単位スタック１０１、第２単位スタック１０２及び中間プレート１０３が二点鎖線で示されており、図４では、第１単位スタック１０１及び第２単位スタック１０２の図示は省略されている。

【0028】

クロスメンバ３１０は、底壁２１２上に配置されている。クロスメンバ３１０は、一方向に延びる形状を有するとともに、下側包囲壁２１４に接続されている。つまり、クロスメンバ３１０は、下側包囲壁２１４を補強する機能を有している。一方向と直交する平面でのクロスメンバ３１０の断面は、上向きに凸となる形状に形成されている。クロスメンバ３１０の上面は、平坦に形成されていることが好ましい。クロスメンバ３１０は、直交方向に互いに隣接する一対の蓄電スタック１００間に配置されている。つまり、クロスメンバ３１０は、直交方向に互いに隣接する一対の蓄電スタック１００間を仕切っている。

【0029】

荷重伝達部材３２０は、クロスメンバ３１０上に配置されている。荷重伝達部材３２０は、天壁２２２に対して下向きに入力された荷重をクロスメンバ３１０に伝達する。荷重伝達部材３２０は、底壁２１２に対して上向きに入力された荷重を天壁２２２に伝達する。荷重伝達部材３２０は、合成樹脂等からなる。図４に示されるように、荷重伝達部材３２０は、直交方向に互いに隣接する一対の中間プレート１０３間に配置されている。

【0030】

荷重伝達部材３２０は、第１柱部３２１と、第２柱部３２２と、連結部３２３と、を有している。

【0031】

第１柱部３２１は、クロスメンバ３１０上に配置されている。第１柱部３２１の上端部は、天壁２２２に接していてもよいし、天壁２２２から離間していてもよい。第１柱部３２１は、一方向における外側に形成された第１外側面３２１Ｓを有している。第１外側面３２１Ｓは、クロスメンバ３１０に近づくにしたがって次第に第２柱部３２２から離間する形状を有している。第１外側面３２１Ｓには、第１接続部３２１ａが設けられている。第１接続部３２１ａは、第１外側面３２１Ｓから一方向における外向きに突出する形状を有している。第１接続部３２１ａには、貫通孔が設けられている。

【0032】

第２柱部３２２は、クロスメンバ３１０上に配置されている。第２柱部３２２は、一方向に第１柱部３２１から離間した位置に配置されている。第２柱部３２２の上端部は、天壁２２２に接していてもよいし、天壁２２２から離間していてもよい。第２柱部３２２は、一方向における外側に形成された第２外側面３２２Ｓを有している。第２外側面３２２Ｓは、クロスメンバ３１０に近づくにしたがって次第に第１柱部３２１から離間する形状を有している。第２外側面３２２Ｓには、第２接続部３２２ａが設けられている。

【0033】

連結部３２３は、第１柱部３２１と第２柱部３２２とを連結している。図３及び図４に示されるように、連結部３２３は、直交方向に互いに隣接する一対の中間プレート１０３間に配置されている。連結部３２３は、中間プレート１０３に接していてもよく、離間していてもよい。図３に示されるように、連結部３２３は、天壁２２２と隙間を置いて対向する対向面３２３Ｓを有している。

【0034】

連結部３２３には、当該連結部３２３を直交方向に貫通する貫通孔３２３ｈが設けられている。この貫通孔３２３ｈ内に位置決め部材３２５が設けられてもよい。位置決め部材３２５は、荷重伝達部材３２０を挟んで直交方向に互いに隣接する一対の蓄電スタック１００に係合することにより、これら蓄電スタック１００間の位置関係を決定する。

【0035】

監視ユニット４１０は、複数の蓄電セル１１０を監視する。図３に示されるように、監視ユニット４１０は、クロスメンバ３１０上でかつ荷重伝達部材３２０に隣接する位置に配置されている。

【0036】

ワイヤーハーネス４２０は、監視ユニット４１０から延びている。図３に示されるように、ワイヤーハーネス４２０は、天壁２２２と対向面３２３Ｓとの間に配置されている。ワイヤーハーネス４２０は、ボルト等によって第１接続部３２１ａ及び第２接続部３２２ａに固定されている。ワイヤーハーネス４２０は、連結部３２３に固定されていてもよい。

【0037】

以上のように、本実施形態の蓄電装置１では、天壁２２２に対して下向きの荷重が入力された場合、その荷重は、保護構造３００（第１柱部３２１、第２柱部３２２及びクロスメンバ３１０）を介して底壁２１２に伝達され、逆に、底壁２１２に対して上向きの荷重が入力された場合、その荷重は、保護構造３００を介して天壁２２２に伝達される。このため、ケース２００に対して上下方向に入力された荷重が蓄電セル１１０に伝達されることが抑制される。

【0038】

さらに、直交方向における周壁２１４，２２４の一方側の部位に対して直交方向に荷重が入力された場合、その荷重は、中間プレート１０３及び保護構造３００を介して直交方向における周壁２１４，２２４の他方側の部位に伝達される。このため、周壁に対して直交方向に入力された荷重が蓄電セルに伝達されることが抑制される。

【0039】

上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

【0040】

上記実施形態における蓄電装置は、それぞれが一方向に並ぶように配置された複数の蓄電セルを含み、かつ、前記一方向及び上下方向の双方と直交する直交方向に並ぶように配置された複数の蓄電スタックと、前記複数の蓄電スタックを収容するケースと、前記ケース内に設けられており、前記ケースに入力された荷重から前記複数の蓄電セルを保護する保護構造と、を備え、前記複数の蓄電スタックの各蓄電スタックは、前記一方向における一方側に配置されており、前記複数の蓄電セルのうち一部の蓄電セルを含む第１単位スタックと、前記一方向における他方側に配置されており、前記複数の蓄電セルのうち前記第１単位スタックに含まれる蓄電セル以外の蓄電セルを含む第２単位スタックと、前記第１単位スタックと前記第２単位スタックとの間に配置された中間プレートと、を有し、前記ケースは、前記複数の蓄電スタックの下方に配置された底壁と、前記複数の蓄電スタックの上方に配置された天壁と、前記底壁の周縁部と前記天壁の周縁部とを連結しており、前記複数の蓄電スタックの周囲を包囲する周壁と、を有し、上下方向における前記保護構造の長さは、上下方向における前記複数の蓄電セルの長さよりも大きく、前記保護構造は、前記直交方向に互いに隣接する一対の前記中間プレート間に配置されている。

【0041】

この蓄電装置では、天壁に対して下向きの荷重が入力された場合、その荷重は、保護構造を介して底壁に伝達され、底壁に対して上向きの荷重が入力された場合、その荷重は、保護構造を介して天壁に伝達されるため、ケースに対して上下方向に入力された荷重が蓄電セルに伝達されることが抑制される。さらに、直交方向における周壁の一方側の部位に対して直交方向に荷重が入力された場合、その荷重は、中間プレート及び保護構造を介して直交方向における周壁の他方側の部位に伝達されるため、周壁に対して直交方向に入力された荷重が蓄電セルに伝達されることが抑制される。

【0042】

また、前記保護構造は、前記底壁上でかつ前記直交方向に互いに隣接する一対の前記蓄電スタック間に配置されており、前記一方向に延びる形状を有するとともに前記周壁に接続されたクロスメンバと、前記クロスメンバ上に配置された荷重伝達部材と、を有していてもよい。前記荷重伝達部材は、前記直交方向に互いに隣接する一対の前記中間プレート間に配置されていることが好ましい。

【0043】

この態様では、クロスメンバによって周壁が補強され、かつ、荷重伝達部材によって直交方向の荷重が中間プレートに伝達される。

【0044】

また、前記荷重伝達部材は、第１柱部と、前記一方向に前記第１柱部から離間した位置に配置された第２柱部と、前記第１柱部と前記第２柱部とを連結する連結部とを有していてもよい。この場合において、前記連結部は、前記直交方向に互いに隣接する一対の前記中間プレート間に配置されていることが好ましい。

【0045】

この態様では、第１柱部及び第２柱部によって一方向に互いに離間した位置において上下方向の荷重を伝達することが可能となり、さらに、第１柱部と第２柱部とが連結部によって連結されているため、第１柱部と第２柱部とが互いに別部材で構成されている場合に比べて荷重伝達部材の取り扱いが容易になる。

【0046】

また、前記第１柱部は、前記一方向における外側に形成された第１外側面を有し、前記第２柱部は、前記一方向における外側に形成された第２外側面を有していてもよい。前記第１外側面は、前記クロスメンバに近づくにしたがって次第に前記第２柱部から離間する形状を有し、前記第２外側面は、前記クロスメンバに近づくにしたがって次第に前記第１柱部から離間する形状を有することが好ましい。

【0047】

この態様では、特に天壁に対して下向きに入力された荷重に対する耐性が高まる。

【0048】

また、前記蓄電装置において、前記複数の蓄電セルを監視する監視ユニットと、前記監視ユニットから延びるワイヤーハーネスと、をさらに備えていてもよい。この場合において、前記連結部は、前記天壁と隙間を置いて対向する対向面を有し、前記ワイヤーハーネスは、前記天壁と前記対向面との間に配置されていることが好ましい。

【0049】

なお、今回開示された実施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。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。

【符号の説明】

【0050】

１ 蓄電装置、１００ 蓄電スタック、１０１ 第１単位スタック、１０２ 第２単位スタック、１０３ 中間プレート、１１０ 蓄電セル、２００ ケース、２１０ ロアケース、２１２ 底壁、２１２ａ 隆起部、２１４ 下側包囲壁、２１６ 下フランジ、２２０ アッパーケース、２２２ 天壁、２２４ 上側包囲壁、２２６ 上フランジ、３００ 保護構造、３１０ クロスメンバ、３２０ 荷重伝達部材、３２１ 第１柱部、３２１Ｓ 第１外側面、３２２ 第２柱部、３２２Ｓ 第２外側面、３２３ 連結部、３２３Ｓ 対向面、４１０ 監視ユニット、４２０ ワイヤーハーネス。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】