JP6390721B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明の一側面は、電池パックに関する。

特許文献１には、複数の角型電池セルを一体的に積層してなる組電池（電池モジュール）が記載されている。この組電池においては、積層された角型電池セルのうちの端部に位置する角型電池セルに対して、金属製の拘束プレートが突き当てられている。それらの一対の拘束プレートは、角型電池セルが押圧されるように、長手状の連結部材によって相互に連結されている。

特開２００１−２３６９３７号公報

ところで、複数の上記電池モジュールを電池パックの筐体に固定する際には、それぞれの電池モジュールに対して電池セルの積層方向の両端に一対の固定部材を配置し、その固定部材を介して電池モジュールを筐体に固定することが行われている。また、複数の上記電池モジュールを筐体に固定する際に、それぞれの電池モジュールに対して電池セルの積層方向に交差する方向の両端に配置された一対の固定部材を用いることも考えられる。しかしながら、いずれの場合であっても、電池モジュールの１つ１つに対して一対の固定部材を用いる必要があるため、電池パックの小型化が阻害される。

本発明の一側面は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、小型化が可能な電池パックを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一側面に係る電池パックは、複数の電池モジュールと、電池モジュールを収容する筐体と、電池モジュールを筐体の取付面に固定するための固定部材と、を備え、電池モジュールは、取付面に沿った第１の方向に積層された複数の電池セルを含む積層体と、電池セルのそれぞれを個別に保持する複数のセルホルダと、を有し、複数のセルホルダは、電池モジュールの固定に用いられる固定ホルダを含み、固定ホルダは、取付面に交差する第２の方向に延びる第１及び第２の側壁部と、第１及び第２の方向に交差する第３の方向に第１及び第２の側壁部のそれぞれから突設された第１及び第２の固定部と、を含み、第１及び第２の固定部には、第２の方向に貫通する貫通孔が設けられており、第１及び第２の側壁部は、第２の方向に沿って配列された第１及び第２の部分を含み、第１の固定部は、第１の側壁部の前記第１の部分に設けられており、第２の固定部は、第２の側壁部の第２の部分に設けられており、複数の電池モジュールは、第２の方向からみて、一の電池モジュールにおける第１の固定部の貫通孔と、一の電池モジュールに隣接する別の電池モジュールにおける第２の固定部の貫通孔とが重複するように配置されており、固定部材は、互いに重複する第１及び第２の固定部の貫通孔に締結部材を挿通することによって、一の電池モジュールと別の電池モジュールとを取付面に一括して固定する。

この電池パックにおいては、電池モジュールのそれぞれが、互いに積層された電池セルと、電池セルのそれぞれを個別に保持する複数のセルホルダと、を有する。複数のセルホルダは、電池モジュールの固定に用いられる固定ホルダを含む。固定ホルダは、一対の側壁部と、側壁部のそれぞれから突設され、貫通孔が設けられた一対の固定部と、を含む。そして、一の電池モジュールと一の電池モジュールに隣接する別の電池モジュールとは、互いの固定ホルダの固定部及び貫通孔を重複させるように配置されている。このため、その重複した貫通孔に締結部材を挿通することによって、互いに隣接する２つの電池モジュールを単一の固定部材によって一括して筐体に固定することができる。つまり、２つの電池モジュールにおいて固定部材を共通化することができる。したがって、電池モジュールの１つ１つに対して一対の固定部材を用いる場合と比較して、小型化が可能である。

本発明の一側面に係る電池パックにおいては、電池モジュールのそれぞれにおいて、複数のセルホルダは、２つ以上の固定ホルダを含んでもよい。このように、１つの電池モジュールの固定に対して、上述したように固定部材を共通化可能な複数の固定ホルダを用いれば、小型化を図りつつ安定して電池モジュールを筐体に固定することができる。

本発明の一側面に係る電池パックにおいては、貫通孔は、第１の方向に沿って延在する長穴であってもよい。この場合、固定ホルダの貫通孔に締結部材を挿通して電池モジュールを筐体に固定した状態において、例えば電池セルの膨張により各電池セルに力が加えられたときに、貫通孔の延在長の分だけ各電池セル及び各セルホルダの変位を許容可能である。このため、固定部材の破損を抑制可能である。

本発明の一側面に係る電池パックにおいては、筐体は、取付面に突設されたブラケットを有し、複数の電池モジュールは、第３の方向に沿って配列されて配列体を構成し、第３の方向における配列体の一端部に位置する電池モジュールである端部モジュールは、第２の方向からみて第１の固定部とブラケットとが重複するように配置されており、固定部材は、第１の固定部の貫通孔及びブラケットに締結部材を挿通することにより、端部モジュールを取付面に固定してもよい。この場合、配列体の一端部の電池モジュールの固定を安定して行うことができる。

本発明の一側面に係る電池パックにおいては、電池モジュールは、第１の方向に沿って電池セルに拘束荷重を付加する拘束部材と、第１の方向に沿って電池セルと共に拘束部材により拘束された弾性部材と、を有してもよい。この場合、弾性部材と長穴である貫通孔との共働により、電池セルの変位が確実に許容される。その結果、固定部材の破損が確実に抑制される。

本発明の一側面によれば、小型化が可能な電池パックを提供することができる。

本実施形態に係る電池パックの部分的な斜視図である。 図１に示された電池パックの側面図である。 図２に示された電池セル及びセルホルダを示す斜視図である。 図２に示された電池セル及びセルホルダを示す模式的な断面図である。 図１に示された電池パックの断面図である。 図４に示されたセルホルダの変形例を示す断面図である。 図２に示された電池モジュールの変形例を示す側面図である。

以下、本発明の一側面に係る電池パックについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一の要素同士、或いは相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。また、以下の図面には、理解の容易化のため、直交座標系Ｓを示す。

図１は、本実施形態に係る電池パックの部分的な斜視図である。図２は、図１に示された電池パックの側面図である。図３は、図１に示された電池セル及びセルホルダを示す斜視図である。図４は、図１に示された電池セル及びセルホルダを示す模式的な断面図である。図１〜４に示されるように、電池パック１００は、複数（一例として２つ）の電池モジュール１と、電池モジュール１を収容する筐体２と、電池モジュール１を筐体２の取付面２ｓに固定するための固定部材３と、を備えている。なお、筐体２は、例えば箱状を呈しており、取付面２ｓは、その箱状の筐体２の内面である。

電池モジュール１は、取付面２ｓに沿った第３の方向（直交座標系ＳのＹ軸方向）に沿って配列され、配列体Ａを構成している。それぞれの電池モジュール１は、取付面２ｓに沿った第１の方向（直交座標系ＳにおけるＸ軸方向）に沿って積層された複数（ここでは９つ）の電池セル１０を含む積層体２０と、電池セル１０のそれぞれを個別に保持する複数（ここでは９つ）のセルホルダ３０と、電池セル１０の積層方向に沿って電池セル１０に拘束荷重を付加する拘束部材４０と、を有する。

電池セル１０は、例えば、リチウムイン二次電池等の非水電解質二次電池である。電池セル１０は、電極組立体（不図示）と、電極組立体を収容するケース１１と、電極組立体の電極（正極及び負極のそれぞれ）に電気的に接続され、ケース１１から突出する一対の端子１２と、を有している。電極組立体は、複数の正極及び負極と、正極と負極との間に配置されたセパレータと、を含む。正極及び負極は、セパレータを介して交互に積層されている。電極組立体における正極及び負極の積層方向は、積層体２０における電池セル１０の積層方向に一致している。

ケース１１は、直方体状を呈している。ケース１１は、互いに対向する一対の側面１１ａ，１１ｂと、互いに対向する一対の側面１１ｃ，１１ｄと、互いに対向する上面１１ｅ及び底面１１ｆと、を含む。側面１１ａ，１１ｂは、電極組立体における電極の積層方向に交差する面である。側面１１ｃ，１１ｄは、電極組立体における電極の積層方向に沿った面であり、側面１１ａと側面１１ｂとを接続する面である。端子１２は、上面１１ｅから突出している。ここでは、一例として、底面１１ｆは、電池モジュール１を筐体２に固定したときに取付面２ｓに対向する面である。

セルホルダ３０は、電池モジュール１の固定に用いられる固定ホルダを含む。ここでは、一例として全てのセルホルダ３０が互いに同様に構成されている。したがって、ここでは、全てのセルホルダ３０を電池モジュール１の固定に用いることができる。セルホルダ（固定ホルダ）３０は、互いに対向する側壁部（第１の側壁部）３０ｃ及び側壁部（第２の側壁部）３０ｄを含む。また、セルホルダ３０は、互いに対向する上壁部３０ｅ及び底壁部３０ｆを含む。セルホルダ３０においては、側壁部３０ｃ，３０ｄと上壁部３０ｅ及び底壁部３０ｆとによって、電池セル１０が嵌め合される直方体状の空間部が画成されている。

側壁部３０ｃ，３０ｄは、それぞれ、ケース１１の側面１１ｃ，１１ｄ上に配置される。上壁部３０ｅ及び底壁部３０ｆは、それぞれ、ケース１１の上面１１ｅ及び底面１１ｆ上に配置される。上壁部３０ｅ及び底壁部３０ｆには、後述する拘束部材４０のボルト４３が挿通される貫通孔３０ｈが設けられている。側壁部３０ｃ，３０ｄは、取付面２ｓに交差する第２の方向（直交座標系ＳのＺ軸方向）に延在する長尺板状を呈している。

また、セルホルダ３０は、第３の方向（電池モジュール１の配列方向）に側壁部３０ｃから外側に突設された固定部（第１の固定部）３１と、第３の方向に側壁部３０ｄから外側に突設された固定部（第２の固定部）３２と、を含む。固定部３１，３２は、ここでは、第２の方向に延在する長尺の直方体状を呈している。固定部３１，３２には、第２の方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。貫通孔３３は、第２の方向からみて、第１の方向（電池セル１０の積層方向）に沿って延在する長穴である。

ここで、側壁部３０ｃ，３０ｄは、第２の方向に沿って配列された第１の部分Ｐ１及び第２の部分Ｐ２を含む（特に図４参照）。固定部３１は、側壁部３０ｃの第１の部分Ｐ１に設けられている。固定部３２は、側壁部３０ｄの第２の部分Ｐ２に設けられている。ここでは、第３の方向からみて、固定部３１と固定部３２とは互いに重複しない。

拘束部材４０は、第１の方向における積層体２０の一端２０ａ及び他端２０ｂに配置された一対のエンドプレート４１と、エンドプレート４１同士を互いに締結する締結部材４２と、を含む（図２参照）。拘束部材４０は、締結部材４２を用いてエンドプレート４１同士を互いに締結することにより、第１の方向に沿って電池セル１０に拘束荷重を付加する。

締結部材４２は、例えば、長尺状のボルト４３と、ボルト４３に螺合されるナット４４と、によって構成される。ボルト４３は、例えばエンドプレート４１の外縁部分においてエンドプレート４１に挿通されると共に、上述したセルホルダ３０の貫通孔３０ｈに挿通される。そして、各ボルト４３の両端に対してエンドプレート４１の外側からナット４４が螺合されることにより、電池セル１０及びセルホルダ３０が挟持されてユニット化されると共に、電池セル１０に対して拘束荷重が付加される。これにより、電池モジュール１が構成される。

以上のように構成される電池モジュール１は、図５に示されるように、固定部材３により筐体２の取付面２ｓに固定される。具体的には、複数の電池モジュール１は、第２の方向からみて、電池モジュール１Ａ（電池モジュール１）における固定部３１の貫通孔３３と、電池モジュール１Ａに隣接する電池モジュール１Ｂ（電池モジュール１）における固定部３２の貫通孔３３とが重複するように配置されている。つまり、ここでは、電池モジュール１Ａの固定部３１と電池モジュール１Ｂの固定部３２とが互いに嵌め合されるように、電池モジュール１が配置される。

その状態において、固定部材３は、互いに重複する固定部３１及び固定部３２の貫通孔３３に締結部材６０を挿通することによって、電池モジュール１Ａと電池モジュール１Ｂとを取付面２ｓに一括して固定する。締結部材６０は、例えば長尺状のボルトであり、固定部３１，３２の貫通孔３３を介して筐体２の取付面２ｓに設けられたネジ孔に螺合される。

ここでは、図２に示されるように、全てのセルホルダ３０のうち、第１の方向について積層体２０の両端に位置する電池セル１０のそれぞれを保持する一対のセルホルダ３０と、第１の方向について積層体２０の中心に位置する電池セル１０を保持するセルホルダ３０とが、電池モジュール１の固定に用いられる。

なお、筐体２は、取付面２ｓに突設されたブラケット５０を有している。そして、第３の方向における配列体Ａの一端部に位置する電池モジュール（端部モジュール）１Ｂは、第２の方向からみて固定部３１とブラケット５０とが互いに重複するように配置されている。つまり、電池モジュール１Ｂは、固定部３１がブラケット５０上に位置するように配置されている。その状態において、固定部材３は、電池モジュール１Ｂの固定部３１の貫通孔３３及びブラケット５０に締結部材６０を挿通することにより、電池モジュール１Ｂをさらに取付面２ｓに固定する。

一方、第３の方向における配列体Ａの他端部に位置する電池モジュール１Ａは、その固定部３２の貫通孔３３に挿通された締結部材６０によって、取付面２ｓに更に固定される。このように、電池パック１００にあっては、第３の方向に沿って互いに隣り合う電池モジュール１Ａ，１Ｂ間において、それらの固定部３１，３２を互いに重複させると共に固定部材３を共通化する。

以上説明したように、本実施形態に係る電池パック１００においては、電池モジュール１のそれぞれが、互いに積層された電池セル１０と、電池セル１０のそれぞれを個別に保持する複数のセルホルダ３０と、を有する。複数のセルホルダ３０は、電池モジュール１の固定に用いられる固定ホルダを含む。固定ホルダは、一対の側壁部３０ｃ，３０ｄと、側壁部３０ｃ，３０ｄのそれぞれから突設され、貫通孔３３が設けられた一対の固定部３１，３２と、を含む。

そして、一の電池モジュール１Ａと一の電池モジュール１Ａに隣接する別の電池モジュール１Ｂとは、互いの固定ホルダの固定部３１，３２及び貫通孔３３を重複させるように配置されている。このため、その重複した貫通孔３３に締結部材６０を挿通することによって、互いに隣接する２つの電池モジュール１Ａ，１Ｂを単一の固定部材３によって一括して筐体２に固定することができる（共締めできる）。つまり、２つの電池モジュール１Ａ，１Ｂにおいては、固定部材３が共通化されることができる。したがって、電池モジュール１の１つ１つに対して一対の固定代及び固定部材を用いる場合と比較して、小型化が可能である。

また、本実施形態に係る電池パック１００においては、固定部３１，３２の貫通孔３３が、第１の方向に沿って延在する長穴である。このため、固定部３１，３２の貫通孔３３に締結部材６０を挿通して電池モジュール１を筐体２に固定した状態において、例えば電池セル１０の膨張により各電池セル１０に力が加えられたときに、貫通孔３３の延在長の分だけ各電池セル１０及び各セルホルダ３０の変位を許容可能である。このため、固定部材３の破損を抑制可能である。

さらに、本実施形態に係る電池パック１００においては、筐体２は、取付面２ｓに突設されたブラケット５０を有する。また、第３の方向における配列体Ａの一端部に位置する電池モジュール１Ｂが、第２の方向からみて固定部３１とブラケット５０とが重複するように配置されている。そして、固定部材３は、固定部３１の貫通孔３３及びブラケット５０に締結部材６０を挿通することにより、電池モジュール１Ｂを取付面２ｓに固定する。このため、配列体Ａの一端部の電池モジュール１Ｂの固定を安定して行うことができる。

以上の実施形態は、本発明の一側面に係る電池パックの一実施形態を説明したものである。したがって、本発明の一側面に係る電池パックは、上述した電池パック１００に限定されない。本発明の一側面に係る電池パックは、各請求項の要旨を変更しない範囲において、上述した電池パック１００を任意に変更することができる。

例えば、図６に示されるように、電池パック１００は、固定ホルダとしてのセルホルダ３０に代えて、固定ホルダとしてのセルホルダ３０Ａを備えることができる。セルホルダ３０Ａにおいては、側壁部３０ｃ，３０ｄは、第２の方向に沿って配列された第１の部分Ｐ１、第２の部分Ｐ２、及び、第３の部分Ｐ３を含む。そして、セルホルダ３０Ａにおいては、固定部３１が、側壁部３０ｃの第１の部分Ｐ１と第３の部分Ｐ３との２つの部分に設けられており、固定部３２が、側壁部３０ｄの第２の部分Ｐ２のみに設けられている。

この場合にも、第３の方向からみて、固定部３１と固定部３２とは重複しない。したがって、この場合にも、電池モジュール１Ａの一対の固定部３１の間に電池モジュール１Ｂの固定部３２を嵌め込むように電池モジュール１Ａ，１Ｂを配置すれば、電池モジュール１Ａの固定部３１の貫通孔３３と、電池モジュール１Ｂの固定部３２の貫通孔３３とを互いに重複させることができる。したがって、固定部材３は、その重複した貫通孔３３に対して締結部材６０を挿通することにより、電池モジュール１Ａ，１Ｂを一括して筐体２の取付面２ｓに固定可能である。このように、電池パック１００にあっては、固定ホルダとしてのセルホルダは、互いに嵌め合って貫通孔３３を重複可能な任意の形状の固定部３１，３２を有していればよい。

また、電池パック１００においては、全てのセルホルダ３０を同一の形状に構成する必要はない。換言すれば、全てのセルホルダ３０を、電池セル１０の固定に利用可能に構成する必要はない（固定ホルダとする必要はない）。例えば、上記実施形態においては、全てのセルホルダ３０のうち、第１の方向について積層体２０の両端に位置する一対のセルホルダ３０と、第１の方向について積層体２０の中心に位置するセルホルダ３０とが、電池モジュール１の固定に用いられる。したがって、この場合には、それらの３つのセルホルダ３０のみを、固定ホルダとして、固定部３１，３２を有する構造とすればよい。

また、電池セル１０の積層数によっては、２つのセルホルダ３０を固定ホルダとすれば十分な場合もある。したがって、電池パック１００にあっては、複数のセルホルダ３０は、２つ以上の固定ホルダを含むものとすることができる。さらに、固定ホルダの位置としても、積層体２０の両端及び中央に限定されない。

ここで、図７に示されるように、それぞれの電池モジュール１は、弾性部材８０とミドルプレート８１とをさらに備えてもよい。弾性部材８０は、ここでは、積層体２０の他端２０ｂとエンドプレート４１との間に配置されている。換言すれば、弾性部材８０は、電池セル１０と共に第１の方向に沿って積層されている。ミドルプレート８１は、弾性部材８０と積層体２０との間に配置されている。弾性部材８０及びミドルプレート８１は、電池セル１０と共に第１の方向に沿って拘束部材４０により拘束され、拘束荷重が付加されている。

一方、上述したように、セルホルダ３０の固定部３１，３２に設けられ、ボルト等の締結部材６０が挿通される貫通孔３３は、第１の方向に延在する長穴である。したがって、電池セル１０が膨張したときには、第１の方向について、弾性部材８０が圧縮され、且つ、貫通孔３３内において締結部材６０が相対移動され、電池セル１０の変位が許容される。つまり、弾性部材８０と長穴である貫通孔３３との共働により、電池セル１０の変位が確実に許容される。その結果、固定部材３の破損が確実に抑制される。なお、貫通孔３３内において締結部材６０が相対移動するとは、貫通孔３３に挿通されて筐体２に固定された状態の締結部材６０に対して、電池セル１０を保持するセルホルダ３０が移動することにより、貫通孔３３内における締結部材６０の位置が変動することである。

なお、弾性部材８０の配置及び個数は、図７の例に限定されない。例えば、弾性部材８０は、互いに隣接する電池セル１０の間に配置されてもよい。また、複数対の互いに隣接する電池セル１０の間のそれぞれに弾性部材８０を配置してもよい。さらに、互いに隣接する電池セル１０の間、及び、電池セル１０（積層体２０）とエンドプレート４１との間の両方に弾性部材８０を配置してもよい。

小型化が可能な電池パックを提供できる。

１…電池モジュール、１Ａ…電池モジュール（一の電池モジュール）、１Ｂ…電池モジュール（別の電池モジュール）、２…筐体、２ｓ…取付面、３…固定部材、１０…電池セル、２０…積層体、３０…セルホルダ、３０ｃ…側壁部（第１の側壁部）、３０ｄ…側壁部（第２の側壁部）、３１…固定部（第１の固定部）、３２…固定部（第２の固定部）、３３…貫通孔、４０…拘束部材、５０…ブラケット、６０…締結部材、８０…弾性部材、１００…電池パック、Ｐ１…第１の部分、Ｐ２…第２の部分。

Claims (5)

1. 複数の電池モジュールと、
   前記電池モジュールを収容する筐体と、
   前記電池モジュールを前記筐体の取付面に固定するための固定部材と、を備え、
   前記電池モジュールは、前記取付面に沿った第１の方向に積層された複数の電池セルを含む積層体と、前記電池セルのそれぞれを個別に保持する複数のセルホルダと、を有し、
   複数の前記セルホルダは、前記電池モジュールの固定に用いられる固定ホルダを含み、
   前記固定ホルダは、前記取付面に交差する第２の方向に延びる第１及び第２の側壁部と、前記第１及び第２の方向に交差する第３の方向に前記第１及び第２の側壁部のそれぞれから突設された第１及び第２の固定部と、を含み、
   前記第１及び第２の固定部には、前記第２の方向に貫通する貫通孔が設けられており、
   前記第１及び第２の側壁部は、前記第２の方向に沿って配列された第１及び第２の部分を含み、
   前記第１の固定部は、前記第１の側壁部の前記第１の部分に設けられており、
   前記第２の固定部は、前記第２の側壁部の前記第２の部分に設けられており、
   複数の前記電池モジュールは、前記第２の方向からみて、一の前記電池モジュールにおける前記第１の固定部の前記貫通孔と、前記一の電池モジュールに隣接する別の前記電池モジュールにおける前記第２の固定部の前記貫通孔とが重複するように配置されており、
   前記固定部材は、互いに重複する前記第１及び第２の固定部の前記貫通孔に締結部材を挿通するとともに、挿通した前記締結部材をさらに前記取付面に固定することによって、前記一の電池モジュールと前記別の電池モジュールとを前記締結部材によって前記取付面に一括して固定する、
   電池パック。
2. 前記電池モジュールのそれぞれにおいて、複数の前記セルホルダは、２つ以上の前記固定ホルダを含む、
   請求項１に記載の電池パック。
3. 前記貫通孔は、前記第１の方向に沿って延在する長穴である、
   請求項１又は２に記載の電池パック。
4. 前記筐体は、前記取付面に突設されたブラケットを有し、
   複数の前記電池モジュールは、前記第３の方向に沿って配列されて配列体を構成し、
   前記第３の方向における前記配列体の一端部に位置する前記電池モジュールである端部モジュールは、前記第２の方向からみて前記第１の固定部と前記ブラケットとが重複するように配置されており、
   前記固定部材は、前記第１の固定部の貫通孔及び前記ブラケットに締結部材を挿通することにより、前記端部モジュールを前記取付面に固定する、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池パック。
5. 前記電池モジュールは、前記第１の方向に沿って前記電池セルに拘束荷重を付加する拘束部材と、前記第１の方向に沿って前記電池セルと共に前記拘束部材により拘束された弾性部材と、を有する、
   請求項３に記載の電池パック。

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