JP6134209B2

JP6134209B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP6134209B2
Application number: JP2013125824A
Authority: JP
Inventors: 池田　智洋; 智洋池田; 喜章市川; 博貴向笠; 太志酒井
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2033-06-14
Also published as: JP2015002073A

Description

本発明は、複数の電池セルが導通接続される電池パックに関する。

電気自動車やハイブリッド自動車の電源として使用される電池パックや組電池は、限られたスペースでの高出力化が求められており、円筒型電池セルの他、高密度配置が容易な角形電池が使用される。
このような電池セル同士を直列又は並列に電気接続するために、バスバー等の連結部材が使用される（例えば特許文献１参照）。バスバーは、各電池セルの電極端子に各々ネジ止めされる。しかし、バスバーは個別の部材であるため、連結数が多くなると使用するバスバーの数やサイズが大きくなりコストが高くなる。特に近年の大出力化の要求に応えるため、電池セルの使用数が多くなる傾向にあるため、バスバーによる連結ではバスバーのコストも無視できない。また、各電池セルの電極端子とバスバーとの連結部分で接触抵抗が生じるため、バスバーの使用数が増えると接触抵抗も増大することになる。

そこで、バスバーを使用することなく隣接する電池セル同士を連結可能とした電池パックが提案されている（特許文献２参照）。
図７に示すように、この電池パック５０１は、複数の電池セル５０３を隣接させ、互いに直列及び／又は並列に接続した電池パックである。電池パック５０１は、正負の電極端子５０５が一方の端面から突出した電池セル５０３と、電極端子５０５を設けた端面が略同一平面に揃えられた状態に複数の電池セル５０３を配列した状態で、隣接する電池セル５０３の電極端子同士を固定状態に連結するための固定具５０７と、を備える。電極端子５０５は、板状に形成され、電池セル５０３の端面から上方に突出させた先端が折曲された折曲面５０９を有する。電極端子５０５は、隣接する電池セル５０３における折曲面５０９を相互に重ね合わせた状態に当接させて、固定具５０７で固定状態に連結されている。

また、電池パック５０１は、セパレータ５１１と電池セル５０３を交互に重ねるようにして連結された状態で、端面がエンドプレート５１３で被覆されて固定される。エンドプレート５１３の側面に一対のネジ穴５１５が突出されており、電池セル５０３を積層した電池パック５０１の側面に延長した延長ボルト５１７をこれらネジ穴５１５に通してエンドプレート５１３同士を締結することにより固定している。
この電池パック５０１によれば、バスバーを使用することなく隣接する電池セル５０３同士を連結することができる。

特開平５−３４３１０５号公報特開２００８−１８１７６５号公報

ところで、この種の電池パック５０１は、近年の大出力化の要求に応えるため、電池セル５０３の使用数を多くし、更に高密度配置が求められている。
しかしながら、上記した従来の電池パック５０１は、電極端子５０５が板状に形成され、電池セル５０３の端面から上方に突出しているため、電池セル５０３を上下方向に多段化することによる高密度配置が困難である。その上、上記電池パック５０１は、側面に延長した延長ボルト５１７を通してエンドプレート５１３同士を締結により固定するため、電極端子５０５を電池セル５０３の側面に設けることも困難である。
また、隣接する電池セル５０３の折曲面５０９を相互に重ね合わせた状態に当接させて、電極端子５０５をリベットやボルト・ナット等の固定具５０７で固定状態に連結するため、部品（固定具５０７）が増え、電池セル５０３の固定後に多くの電気的接続作業が必要となる。また、電池パック５０１は、電極端子５０５に固定具５０７を組み付け作業する電気的接続作業スペースが必要となるため、小型化には不利となる。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、複数の電池セルを高密度配置でき、電池セルの固定後に電気的接続作業が不要となる電池パックを提供することにある。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１）複数の電池セルと、これら電池セルを隣接して収容するための上部開口を有するケースと、前記電池セルの電池セル側面における一方の隣接電池セル側の第１縁部に突設される第１電極端子片と、前記電池セル側面における他方の隣接電池セル側の第２縁部に突設される第２電極端子片と、前記ケースの内壁面に突設され、前記ケースに収容固定された複数の前記電池セルの隣接する電池セル同士の前記第１電極端子片及び前記第２電極端子片が内方に挿入される上部挿入口を有したＵ字状の端子収容部と、前記端子収容部の内方に装着され、挿入された前記第１電極端子片及び前記第２電極端子片を挟持する略Ｕ字状の導電性クリップと、を備えることを特徴とする電池パック。

上記（１）の構成の電池パックによれば、各電池セルにおける第１電極端子片が隣接する二つの端子収容部の一方に挿入され、第２電極端子片が隣接する二つの端子収容部の他方に挿入される。ケースに電池セルが順次挿入される際、隣接する二つの端子収容部の一方には、先に挿入された電池セルの第２電極端子片が挿入されている。従って、後に隣接して挿入される電池セルは、第２電極端子片が挿入されている端子挟持空間の余剰空間に、第１電極端子が挿入される。これにより、後から隣接して挿入される電池セルの第１電極端子片と、先に挿入された電池セルの第２電極端子片とは、導電性クリップによって挟持され導通接続される。つまり、ケースに収容固定される複数の電池セルは、ケースへの挿入と同時に、電気的接続が完了する。
即ち、ケースに収容固定される複数の電池セルは、ケースへの挿入と同時に第１電極端子片及び第２電極端子片が導電性クリップによって導通接続されるので、従来構造のように、電池セルの固定後に電極端子同士を固定状態に連結する固定具を組み付ける電気的接続作業が不要となり、接続作業スペースも不要となる。

（２）上記（１）の構成の電池パックであって、前記端子収容部が前記内壁面の上下方向に離間して複数段配置され、且つそれぞれの段の前記端子収容部が他の段の前記端子収容部に対して前記電池セルの隣接する方向にオフセットして配置されていることを特徴とする電池パック。

上記（２）の構成の電池パックによれば、下段側の電池セル挿入時に、第１電極端子片及び第２電極端子片が上段用の端子収容部に干渉しない。これにより、下段側の電池セルが下向き鉛直方向に取り付け可能となり、複数段の電池セル取り付け作業が容易となる。

（３）上記（１）または（２）の構成の電池パックであって、前記導電性クリップは、クリップ開放側に、外側に向けて徐々に拡がる端子挿入案内面が形成されることを特徴とする電池パック。

上記（３）の構成の電池パックによれば、ケースへの電池セルの挿入時、電池セルは、ケースの上部開口からケース底側に向かって挿入される。この際、電池セルの第１電極端子片または第２電極端子片が、導電性クリップの端子挟持空間とずれていると、第１電極端子片または第２電極端子片が端子挿入案内面に当接する。端子挿入案内面に第１電極端子片または第２電極端子片が当接した電池セルは、端子挿入案内面に沿って第１電極端子片または第２電極端子片が移動される。端子挿入案内面に沿って移動された第１電極端子片または第２電極端子片は、端子挟持空間へ挿入され、同時に、電池セルが第１電極端子片または第２電極端子片を介して所定の位置に配置される。これにより、電池セルは、挿入時の位置ずれが矯正されて、スムースな端子挿入が可能となり、良好な作業性が得られる。また、後の電池セル固定作業の位置決めも同時に完了することができる。

本発明に係る電池パックによれば、複数の電池セルを高密度配置でき、電池セルの固定後の電気的接続作業を不要にできる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

本発明の一実施形態に係る電池パックの一部を破断した全体斜視図である。図１におけるＡ部の拡大斜視図である。図１に示した電池パックにおける隣接した電池セルの分解斜視図である。図１に示したケースの内壁面における端子収容部及び導電性クリップを説明するための要部分解斜視図である。図１に示した電池セルのケース取り付け作業例を説明するための要部斜視図である。（ａ）及び（ｂ）は本発明の比較例に係る電池パックを説明するための要部斜視図である。従来の電池パックの全体斜視図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る電池パック１１は、複数の電池セル２７と、これら電池セル２７を収容するためのケース１３と、電池セル２７にそれぞれ突設された第１電極端子片１５及び第２電極端子片１７と、ケース１３の内壁面５３に突設された端子収容部１９と、端子収容部１９の装着された導電性クリップ２１と、を有する。

ケース１３は、例えば合成樹脂材からなり、直方体の箱状に形成される。ケース１３は、少なくとも上方が開放される上部開口２３を有する。上部開口２３は、蓋１４により覆われる。ケース１３は、上部開口２３に通じる内方が電池セル収容空間２５となる。電池セル収容空間２５には、複数の電池セル２７が隣接して収容される。
電池セル２７は、図１に示すように、水平方向に複数（図例では８つ）が並べられ、且つ上下方向に多段（図例では２段）で配列される。本実施形態において、各電池セル２７は、横幅Ｗ（図３参照）の小さい略直方体状に形成される。複数の電池セル２７は、ケース１３の長手方向（図１の左右方向）が横幅Ｗの方向となるように、所定の間隙ｄ（図２参照）をもって離間して収容される。

ケース１３の底板２９には、上方に向かって突出する複数の固定ブロック３１ａ，３１ｂが設けられている。固定ブロック３１ａ，３１ｂは、ケース１３の長手方向に沿って手前側と奥側に二列に配列されている。図中手前側の固定ブロック３１ａは、一つの電池セル２７に対して一対の固定ブロック３１ａが使用され、図中奥側の固定ブロック３１ｂは、一つの電池セル２７に対して一つの固定ブロック３１ｂが使用される。つまり、図中手前側の固定ブロック３１ａは、電池セル２７に応じた複数対の固定ブロック３１ａが配置されている。固定ブロック３１ａ，３１ｂの上面には、雌ねじ孔３３が開口する。雌ねじ孔３３には、後述の固定ボルト３５が螺合される。
なお、本実施形態では、電池セル２７のボルト挿通ブロック３７が固定ボルト３５によって固定ブロック３１ａ，３１ｂに締結される例を説明するが、ボルト挿通ブロック３７と固定ブロック３１ａ，３１ｂとは、固定ボルト３５以外の締結手段で固定されてもよい。

電池セル２７は、略直方体状の外装缶に被覆される。電池セル２７には、リチウムイオン二次電池等が利用できる。また、ニッケル電池等の他、一次電池としてもよい。複数の電池セル２７は、直列に電気的に接続される。電池セル２７は、電池パック１１の端部で制御回路（図示略）に接続される。制御回路は、それぞれの電池セル２７の電圧、電流、温度等を測定し、電池容量及び必要充放電量等を決定して、充放電等の制御を行う。

電池セル２７は、電池セル側面３９ａの一方の隣接電池セル側の第１縁部４１に、負極である第１電極端子片１５が突設される。第１電極端子片１５は、電池セル側面３９ａと直交する短冊状に形成される。
また、電池セル２７は、電池セル側面３９ａの他方の隣接電池セル側の第２縁部４３に、正極である第２電極端子片１７が突設される。第２電極端子片１７は、電池セル側面３９ａと平行な方向に延びる側面平行片４５と、電池セル側面３９ａと直交する方向に延びる側面垂直片４７とを有する断面Ｌ字状に形成される。これにより、複数の電池セル２７は、電池セル２７の隣接する方向である横幅Ｗの方向に並べられることで、正極である第２電極端子片１７の先端部と負極である第１電極端子片１５の先端部とを重ね合わせて直列に電気的接続することができる。

図３に示すように、手前側の電池セル側面３９ａの下部には、一対のボルト挿通ブロック３７が突設され、奥側の電池セル側面３９ｂの下部には、一つのボルト挿通ブロック３７（図示せず）が突設される。ボルト挿通ブロック３７には、固定ボルト３５が挿通される透孔４９が穿設されている。このボルト挿通ブロック３７は、底板２９に設けられた固定ブロック３１ａ，３１ｂにそれぞれ一致する。電池セル２７は、底板２９の固定ブロック３１ａ，３１ｂに対応するボルト挿通ブロック３７を載置し、透孔４９に挿通した固定ボルト３５を固定ブロック３１ａ，３１ｂの雌ねじ孔３３に螺合することで、ケース１３に締結固定される。

更に、手前側の電池セル側面３９ａの上部には、一対のケース側固定ブロック５１が突設され、奥側の電池セル側面３９ｂの上部には、一つのケース側固定ブロック５１が突設される。電池セル側面３９ａに突設される一対のケース側固定ブロック５１は、ボルト挿通ブロック３７と同じ間隔で配設されるが、下部のボルト挿通ブロック３７に対して電池セル２７の隣接する方向（横幅Ｗの方向）にオフセットして配置されている。また、電池セル側面３９ｂに突設されるケース側固定ブロック５１も、下部のボルト挿通ブロック３７に対して電池セル２７の隣接する方向（横幅Ｗの方向）にオフセットして配置されている。

これらケース側固定ブロック５１の上面には、雌ねじ孔３３が形成されている。従って、下部のボルト挿通ブロック３７が底板２９の固定ブロック３１ａ，３１ｂに固定された下段の電池セル２７は、上段に隣接する電池セル２７の下部に設けられたボルト挿通ブロック３７に挿通された固定ボルト３５が、上部のケース側固定ブロック５１に螺合される。ケース側固定ブロック５１は、ボルト挿通ブロック３７に対して横幅Ｗの方向にオフセットされているので、ボルト挿通ブロック３７のボルト締め時に締付工具が干渉することはない。

ケース１３の図中手前側の内壁面５３には、図４に示すように、複数の端子収容部１９が突設される。端子収容部１９は、合成樹脂製のケース１３と一体に成形される。端子収容部１９は、上部挿入口５５を有するＵ字状に形成される。この端子収容部１９は、隣接する電池セル２７同士の第１電極端子片１５と第２電極端子片１７の側面垂直片４７とに対応した位置に配置される。これにより、端子収容部１９は、ケース１３に収容固定された複数の電池セル２７の隣接する電池セル２７同士の第１電極端子片１５と側面垂直片４７とが内方に挿入される。

端子収容部１９の内方には、導電性を有する略Ｕ字状の導電性クリップ２１が装着される。導電性クリップ２１は、バネ性を有する導電性良好な例えば金属材（リン青銅等）からなる。略Ｕ字状に折り曲げられた導電性クリップ２１は、内方が第１電極端子片１５と側面垂直片４７とを挟む端子挟持空間５７となる。従って、端子収容部１９に装着された導電性クリップ２１に挿入された第１電極端子片１５と側面垂直片４７とは、導電性クリップ２１によって挟持固定される。

また、導電性クリップ２１のクリップ開放側には、外側（図４中、上側）に向けて徐々に拡がる端子挿入案内面５９が形成される。端子挿入案内面５９は、ケース１３への電池セル２７の挿入時、当接した第１電極端子片１５または側面垂直片４７を端子挟持空間５７へ案内する。

端子収容部１９は、内壁面５３の上下方向に離間して複数段配置され、且つそれぞれの段の端子収容部１９が他の段の端子収容部１９に対して電池セル２７の隣接する方向にオフセットして配置されている。

次に、上記構成を有する電池パック１１の作用を説明する。
本実施形態に係る電池パック１１では、第１電極端子片１５及び第２電極端子片１７が電池セル側面３９ａに設けられるため、電極端子５０５が電池セル５０３から上方に突出する従来構造（図７参照）に比べ、電池セル２７の上下方向の多段化が容易となる。これにより、複数の電池セル２７の高密度配置が可能となる。

図５に示すように、電池セル２７は、ケース１３内に挿入されると、各電池セル２７における第１電極端子片１５が隣接する二つの端子収容部１９の一方に挿入され、第２電極端子片１７の側面垂直片４７が隣接する二つの端子収容部１９の他方に挿入される。ケース１３に電池セル２７が順次挿入される際、隣接する二つの端子収容部１９の一方には、先に挿入された電池セル２７における第２電極端子片１７の側面垂直片４７が挿入されている。

従って、後に隣接して挿入される電池セル２７は、第２電極端子片１７の側面垂直片４７が挿入されている端子挟持空間５７（図１参照）の余剰空間に、第１電極端子片１５が挿入される。この余剰空間は、第１電極端子片１５の厚みより若干狭く設定される。これにより、後から隣接して挿入される電池セル２７の第１電極端子片１５と、先に挿入された電池セル２７の第２電極端子片１７の側面垂直片４７とはとは、導電性クリップ２１によって挟持され導通接続される。

また、この際、後から隣接して挿入される電池セル２７は、第１電極端子片１５を介して所定の固定位置に、同時に位置規制される。つまり、ケース１３に収容固定される複数の電池セル２７は、ケース１３への挿入と同時に、電気的接続と位置決めが完了する。

即ち、ケース１３に収容固定される複数の電池セル２７は、ケース１３への挿入と同時に第１電極端子片１５及び第２電極端子片１７が導電性クリップ２１によって導通接続されるので、図７に示した従来構造のように、電池セル５０３の固定後に電極端子同士を固定状態に連結する固定具５０７を組み付ける電気的接続作業が不要となり、接続作業スペースも不要となる。これにより、従来構造に比べ、電池パック１１は、コンパクト化が可能となる。

次に、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示した比較例に係る電池パックの電池セル２７Ａ及び２７Ｂを参照しながら本実施形態に係る電池パック１１の作用を明確にする。なお、上記実施形態の電池セル２７と同様の構成部材については、同符号を付して詳細な説明は省略する。
図６（ａ）に示す電池セル２７Ａは、電池セル側面３９ａの一方の隣接電池セル側の第１縁部４１に、負極である第１電極端子片１７Ａが突設される。第１電極端子片１７Ａは、電池セル側面３９ａと平行な方向に延びる側面平行片４５Ａと、電池セル側面３９ａと直交する方向に延びる側面垂直片４７Ａとを有する断面Ｌ字状に形成される。
また、電池セル２７Ａは、電池セル側面３９ａの他方の隣接電池セル側の第２縁部４３に、正極である第２電極端子片１５Ａが突設される。第２電極端子片１５Ａは、電池セル側面３９ａと直交する短冊状に形成される。
そして、第１電極端子片１７Ａ及び第２電極端子片１５Ａに穿設された透孔４８に連結ボルト６１が挿通されてナット６２に螺合されることで、第２電極端子片１５Ａと第１電極端子片１７Ａとが電気的接続される。

このような電池セル２７Ａによっても、第１電極端子片１７Ａ及び第２電極端子片１５Ａが電池セル側面３９ａに設けられるため、電極端子５０５が電池セル５０３から上方に突出する従来構造（図７参照）に比べ、電池セル２７Ａの上下方向の多段化が容易となる。これにより、複数の電池セル２７Ａの高密度配置が可能となる。
しかしながら、これら電池セル２７Ａは、図示しないケースに固定した後、第２電極端子片１５Ａと第１電極端子片１７Ａを固定状態に連結する連結ボルト６１及びナット６２を組み付ける電気的接続作業が必要となり、接続作業スペースも必要となるので、ケースが大型化してしまう。

図６（ｂ）に示す電池セル２７Ｂは、電池セル側面３９ａの一方の隣接電池セル側の第１縁部４１に、負極である第１電極端子片１７Ｂが突設される。第１電極端子片１７Ｂは、電池セル側面３９ａと平行な方向に延びる側面平行片４５Ｂと、電池セル側面３９ａと直交する方向に延びる側面垂直片４７Ｂとを有する断面Ｌ字状に形成される。
また、電池セル２７Ｂは、電池セル側面３９ａの他方の隣接電池セル側の第２縁部４３に、正極である第２電極端子片１５Ｂが突設される。第２電極端子片１５Ｂは、電池セル側面３９ａと直交する短冊状に形成される。
そして、第１電極端子片１７Ｂと第２電極端子片１５Ｂとが重ね合わされた部分を挟持するように導電性クリップ６３が装着されることで、第２電極端子片１５Ｂと第１電極端子片１７Ｂとが電気的接続される。

このような電池セル２７Ｂによっても、第１電極端子片１７Ｂ及び第２電極端子片１５Ｂが電池セル側面３９ａに設けられるため、電極端子５０５が電池セル５０３から上方に突出する従来構造（図７参照）に比べ、電池セル２７Ｂの上下方向の多段化が容易となる。これにより、複数の電池セル２７Ｂの高密度配置が可能となる。
しかしながら、これら電池セル２７Ｂは、図示しないケースに固定した後、重ね合わされた第１電極端子片１７Ｂと第２電極端子片１５Ｂに導電性クリップ６３を装着する電気的接続作業が必要となり、接続作業スペースも必要となるので、ケースが大型化してしまう。
これに対し、本実施形態の電池パック１１における電池セル２７は、上述したようにケース１３への挿入と同時に第１電極端子片１５及び第２電極端子片１７が導電性クリップ２１によって導通接続されるので、電池セル２７の固定後に電極端子同士を固定状態に連結する電気的接続作業が不要となり、接続作業スペースも不要となるので、ケース１３が大型化するのを防ぐことができる。

また、本実施形態の電池パック１１では、端子収容部１９が内壁面５３の上下方向に離間して二段配置され、且つ上段側の端子収容部１９が下段側の端子収容部１９に対して電池セル２７の隣接する方向にオフセットして配置されている。そこで、下段側の電池セル２７挿入時に、第１電極端子片１５及び側面垂直片４７が上段用の端子収容部１９に干渉しない。これにより、下段側の電池セル２７が下向き鉛直方向に取り付け可能となり、二段配置された電池セル２７の取り付け作業が容易となる。

また、本実施形態の電池パック１１では、導電性クリップ２１のクリップ開放側に、端子挿入案内面５９が形成されている。そこで、ケース１３への電池セル２７の挿入時、電池セル２７は、ケース１３の上部開口２３からケース底側に向かって挿入される。この際、電池セル２７の第１電極端子片１５または側面垂直片４７が、導電性クリップ２１の端子挟持空間５７とずれていると、第１電極端子片１５または側面垂直片４７が端子挿入案内面５９に当接する。端子挿入案内面５９に第１電極端子片１５または側面垂直片４７が当接した電池セル２７は、端子挿入案内面５９に沿って第１電極端子片１５または側面垂直片４７が移動される。

端子挿入案内面５９に沿って移動された第１電極端子片１５または側面垂直片４７は、端子挟持空間５７へ挿入される。同時に、電池セル２７が第１電極端子片１５または側面垂直片４７を介して所定の位置に配置される。これにより、電池セル２７は、挿入時の位置ずれが矯正されて、スムースな端子挿入が可能となり、良好な作業性が得られる。また、後の電池セル固定作業の位置決めも同時に完了することができる。

従って、本実施形態に係る電池パック１１によれば、複数の電池セル２７を高密度配置でき、電池セル２７の固定後の電気的接続作業を不要にできる。

１１…電池パック
１３…ケース
１５…第１電極端子片
１７…第２電極端子片
１９…端子収容部
２１…導電性クリップ
２３…上部開口
２７…電池セル
３９ａ，３９ｂ…電池セル側面
４１…第１縁部
４３…第２縁部
４５…側面平行片
４７…側面垂直片
５３…内壁面
５５…上部挿入口
５９…端子挿入案内面

Claims

複数の電池セルと、これら電池セルを隣接して収容するための上部開口を有するケースと、
前記電池セルの電池セル側面における一方の隣接電池セル側の第１縁部に突設される第１電極端子片と、
前記電池セル側面における他方の隣接電池セル側の第２縁部に突設される第２電極端子片と、
前記ケースの内壁面に突設され、前記ケースに収容固定された複数の前記電池セルの隣接する電池セル同士の前記第１電極端子片及び前記第２電極端子片が内方に挿入される上部挿入口を有したＵ字状の端子収容部と、
前記端子収容部の内方に装着され、挿入された前記第１電極端子片及び前記第２電極端子片を挟持する略Ｕ字状の導電性クリップと、
を備えることを特徴とする電池パック。
前記端子収容部が前記内壁面の上下方向に離間して複数段配置され、且つそれぞれの段の前記端子収容部が他の段の前記端子収容部に対して前記電池セルの隣接する方向にオフセットして配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
前記導電性クリップは、クリップ開放側に、外側に向けて徐々に拡がる端子挿入案内面が形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池パック。