JP7289862B2 - 蓄電パック - Google Patents

Description

本技術は、蓄電パックに関する。

従来の車両用電源装置として、特開２０１０－２０８４６１号公報（特許文献１）および特開２０１４－４４８７６号公報（特許文献２）に記載のものが挙げられる。

特開２０１０－２０８４６１号公報 特開２０１４－４４８７６号公報

電池パックを搭載した車両に外力が作用して筐体が変形したときに、バスバーを破断させる等して導電経路を遮断することが従来から行われている。意図する状況においてこの破断を安定的に生じさせることが求められる。また、電池セルの情報を含む筐体内部の情報を筐体外部に伝達する伝達手段について、筐体が変形したときに安定的に損傷させることが求められる。

本技術の目的は、安定して導電経路を遮断または情報伝達手段を損傷することが可能な蓄電パックを提供することにある。

１つの局面において、本技術に係る蓄電パックは、所定の方向に沿って配列された複数の蓄電セルと、複数の蓄電セルと電気的に接続された導電経路と、複数の蓄電セルおよび導電経路を収納する筐体と、筐体の内部に設けられ、外力により筐体が変形したときに導電経路を遮断可能な遮断部とを備える。

他の局面において、本技術に係る蓄電パックは、所定の方向に沿って配列された複数の蓄電セルと、複数の蓄電セルを収納する筐体と、複数の蓄電セルの状態を含む情報を筐体の外部に伝達可能な伝達手段と、筐体の内部に設けられ、外力により筐体が変形したときに伝達手段を損傷し、筐体の外部に伝達される情報を変更可能な損傷付与部とを備える。

本技術によれば、安定して導電経路を遮断または情報伝達手段を損傷することが可能な蓄電パックを提供することができる。

組電池の基本的構成を示す図である。 図１に示す組電池における電池セルおよびエンドプレートを示す図である。 図１に示す組電池における電池セルを示す図である。 組電池におけるバスバーの配置を示す図である。 バスバー形状の一例を示す図である。 電池パックの一例を示す図である。 図６に示す電池パックのバスバー周辺の構造を示す図である。 図７に示す構造において、導電経路が遮断されるときの状態を示す図である。 図８の状態を示す上面図である。 図６に示す電池パックのバスバー周辺の構造の変形例を示す図である。 図１０に示す構造において、導電経路が遮断されるときの状態を示す図である。 電池パックの他の例を示す図である。 図１２に示す電池パックのバスバー周辺の構造を示す図である。 図１３に示す構造において、導電経路が遮断されるときの状態を示す図である。 図１４の状態を示す上面図である。 図１２に示す電池パックのバスバー周辺の構造の変形例を示す図である。 図１６に示す構造において、導電経路が遮断されるときの状態を示す図である。 電池パックのさらに他の例を示す図である。 バスバー周辺の構造のさらなる変形例を示す図である。 図１９に示す構造において、導電経路が遮断されるときの状態を示す図である。 図２０の状態を示す上面図である。

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。

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。

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。

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。

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、ニッケル水素電池など他の電池を含み得る。本明細書において、「電極」は正極および負極を総称し得る。また、「電極板」は正極板および負極板を総称し得る。

本明細書において、「蓄電セル」、「蓄電モジュール」、および「蓄電パック」なる用語が用いられる場合、「蓄電セル」、「蓄電モジュール」、および「蓄電パック」は電池セル、電池モジュール、および電池パックに限定されず、キャパシタセル等を含み得る。

図１は、組電池１の基本的構成を示す図である。図２は、組電池１に含まれる電池セル１００とエンドプレート２００とを示す図である。図３は、組電池１における電池セル１００を示す図である。

図１，図２に示すように、「蓄電モジュール」の一例としての組電池１は、電池セル１００と、エンドプレート２００と、拘束部材３００とを備える。

一例として、電池セル１００はリチウムイオン電池であるが、電池セル１００はニッケル水素電池など他の電池であってもよい。また、本開示において「蓄電モジュール」は組電池１に限定されず、電池セル１００に代えて、たとえばキャパシタが「蓄電セル」として用いられてもよい。

複数の電池セル１００は、Ｙ軸方向（配列方向）に並ぶように設けられる。電池セル１００は、電極端子１１０を含む。複数の電池セル１００の間には、図示しないセパレータが介装されている。２つのエンドプレート２００に挟持された複数の電池セル１００は、エンドプレート２００によって押圧され、２つのエンドプレート２００の間で拘束されている。

エンドプレート２００は、Ｙ軸方向（配列方向）において組電池１の両端に配置されている。エンドプレート２００は、組電池１を収納するケースなどの基台に固定される。

拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに接続する。拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００に取り付けられる。

複数の電池セル１００およびエンドプレート２００の積層体に対してＹ軸方向の圧縮力を作用させた状態で拘束部材３００をエンドプレート２００に係合させ、その後に圧縮力を解放することにより、２つのエンドプレート２００を接続する拘束部材３００に引張力が働く。その反作用として、拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに近づける方向に押圧する。

図３に示すように、電池セル１００は、平坦面状の直方体形状に形成されている。電極端子１１０は、正極端子１１１と、負極端子１１２とを含む。電極端子１１０は、角型の筐体１２０上に形成されている。筐体１２０には、図示しない電極体および電解液が収容されている。

図４は、組電池１におけるバスバー４００の配置を示す図である。図４の例では、隣接する電池セル１００の正極端子１１１と負極端子１１２とがバスバー４００により電気的に接続され、複数の電池セル１００が電気的に直列接続される。

すなわち、組電池１は、電極端子１１０を各々有し、所定の方向に沿って配列された複数の電池セル１００と、複数の電池セル１００の電極端子１１０どうしを接続するバスバー４００（導電経路）とを備える。

たとえば、組電池１を搭載した車両に外力が作用したときに、バスバー４００を破断させる等して導電経路を遮断することにより、意図しない通電を防止することができる。このとき、所定の状況においてバスバー４００の破断を安定的に生じさせることが求められる。

図５は、バスバー４００の形状の一例を示す図である。図５に示すように、バスバー４００は、その長手方向（Ｙ軸方向）の中央部に２つの凹部４００Ａ（脆弱部）を有する。凹部４００Ａに向かって突起５００Ａが移動することによってバスバー４００が破断し得る。すなわち、バスバー４００は、突起５００Ａに面する部分に凹部４００Ａを有し、突起５００Ａは、バスバー４００に向かうように設けられる。突起５００Ａは、樹脂またはめっき金属等により構成される。

図５の例では、バスバー４００の幅を減じるように凹部４００Ａが設けられているが、バスバー４００の厚みを減じる凹部を脆弱部として用いてもよい。

図６は、組電池１を含む電池パックの一例を示す図である。図６に示すように、電池パックは、積層された電池セル１００およびバスバー４１０，４２０，４３０を収納する筐体５００と、筐体５００の内面に設けられた突起５１０，５２０，５３０とを含む。突起５１０，５２０，５３０は、各々バスバー４１０，４２０，４３０に向かうように設けられる。バスバー４１０は、隣り合う電池セル１００どうしを電気的に接続する。バスバー４２０は、隣り合う組電池１どうしを電気的に接続する。バスバー４３０は、組電池１と筐体５００の外部要素とを電気的に接続する。

図７は、図６に示す電池パックのバスバー４１０および突起５１０周辺の構造を示す図であり、図８は、導電経路が遮断されるときの状態を示す図である。図９は、図８の状態を示す上面図である。図９中のＸIII－ＸIII断面が図８に相当する。

図７に示すように、バスバー４１０は、溶接部４１１において電極端子１１０に溶接接合されている。電池セル１００と拘束部材３００との間には、セパレータ６００が設けられている。突起５１０は、バスバー４１０と略同じ高さ（Ｚ軸方向の位置）に設けられている。

図７に示す状態から、外力により筐体５００が変形したとき、突起５１０はバスバー４１０に向かって移動する。これにより、図８，図９に示すように、バスバー４１０が破断し、導電経路が遮断される。バスバー４２０，４３０の破断のメカニズムも、バスバー４１０と同様である。

図１０は、図６に示す電池パックのバスバー４１０および突起５１０周辺の構造の変形例を示す図である。図１１は、導電経路が遮断されるときの状態を示す図である。

本変形例においては、図１０に示すように、突起５１０は、バスバー４１０の下側に入り込むように設けられている。図１０に示す状態から、外力により筐体５００が変形したとき、突起５１０はバスバー４１０に向かって移動する。これにより、図１１に示すように、溶接部４１１が破損してバスバー４１０が電極端子１１０から離脱し、導電経路が遮断される。

図１２は、組電池１を含む電池パックの他の例を示す図である。図１２に示す電池パックにおいては、拘束部材３００にバスバー４１０に向かう突起３１０が設けられている。

図１３は、図１２に示す電池パックのバスバー４１０および突起３１０周辺の構造を示す図であり、図１４は、導電経路が遮断されるときの状態を示す図である。図１５は、図１４の状態を示す上面図である。図１５におけるＸIＶ－ＸIＶ断面が図１４に相当する。

図１３に示すように、突起３１０は、バスバー４１０と略同じ高さ（Ｚ軸方向の位置）に設けられている。図１３に示す状態から、外力により筐体５００が変形し、さらに拘束部材３００が変形したとき、突起３１０はバスバー４１０に向かって移動する。このとき、セパレータ６００は圧縮される。これにより、図１４，図１５に示すように、バスバー４１０が破断し、導電経路が遮断される。

図１６は、図１２に示す電池パックのバスバー４１０および突起３１０周辺の構造の変形例を示す図である。図１７は、導電経路が遮断されるときの状態を示す図である。

本変形例においては、図１６に示すように、突起３１０は、バスバー４１０の下側に入り込むように設けられている。図１６に示す状態から、外力により筐体５００が変形し、さらに拘束部材３００が変形したとき、突起３１０はバスバー４１０に向かって移動する。これにより、図１７に示すように、溶接部４１１が破損してバスバー４１０が電極端子１１０から離脱し、導電経路が遮断される。

図１８は、組電池１を含む電池パックのさらに他の例を示す図である。図１８に示す電池パックにおいては、筐体５００の内部に設けられたジャンクションボックス７００（付属部品）にバスバー４１０に向かう突起７１０が設けられている。

なお、上記「付属部品」としては、ジャンクションボックス７００のほかに、ＢＣＵ（バッテリ・コントロール・ユニット）、サービスプラグ、クーリングダクト、クーリングプレート、ＤＣ／ＤＣコンバーター、ＬＢＣ（リチウムイオン・バッテリ・コントローラ）、ＢＭＣ（バッテリ・マネジメント・コントローラ）、ＬＶ／ＨＶコネクタ等が考えられ得る。

図１８に示す状態から、外力により筐体５００が変形し、さらにジャンクションボックス７００が移動したとき、突起７１０はバスバー４１０に向かって移動する。これにより、バスバー４１０が破断し、導電経路が遮断される。

図１９は、バスバー４１０周辺の構造のさらなる変形例を示す図であり、図２０は、導電経路が遮断されるときの状態を示す図である。図２１は、図２０の状態を示す上面図である。図２１におけるＸＸ－ＸＸ断面が図２０に相当する。

本変形例においては、図１９に示すように、電池セル１００を覆うカバー部材８００に突起８１０が設けられている。図１９に示す状態から、外力により筐体５００が変形し、さらにカバー部材８００が変形したとき、突起８１０はバスバー４１０に向かって移動する。これにより、図２０，図２１に示すように、バスバー４１０が破断し、導電経路が遮断される。

上述の例では、バスバー４００を含む導電経路を遮断する構造について説明したが、バスバー４００を含め、電池セル１００の状態を含む情報を筐体５００の外部に伝達する電圧検出線等（伝達手段）を筐体５００の変形に応じて損傷し、筐体５００の外部に伝達される情報を変更するようにしてもよい。このようにすることで、筐体５００の外部（電池パック外）からの給電を遮断し、意図しない通電を防止することが可能となる。すなわち、突起３１０，５１０，５２０，５３０，７１０，８１０は、外力により筐体５００が変形したときに筐体５００の外部に伝達される情報を変更可能な損傷付与部としても機能し得る。

なお、上記「損傷付与部」に損傷され得る「伝達手段」としては、電圧検出線のほかに、温度検出線、電池モジュール制御基板、および電池パック制御基板等が考えられ得る。

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。

１ 組電池、１００ 電池セル、１１０ 電極端子、１１１ 正極端子、１１２ 負極端子、１２０ 筐体、２００ エンドプレート、３００ 拘束部材、３１０ 突起、４００，４１０，４２０，４３０ バスバー、４００Ａ 凹部、４１１ 溶接部、５００ 筐体、５００Ａ，５１０，５２０，５３０ 突起、６００ セパレータ、７００ ジャンクションボックス、７１０ 突起、８００ カバー部材、８１０ 突起。

Claims (8)

1. 所定の方向に沿って配列された複数の蓄電セルと、
   前記複数の蓄電セルと電気的に接続された導電経路と、
   前記複数の蓄電セルおよび前記導電経路を収納する筐体と、
   前記筐体の内部に設けられ、外力により前記筐体が変形したときに前記導電経路を遮断可能な遮断部と、
   前記複数の蓄電セルを拘束する拘束部材とを備え、
   前記遮断部は、前記拘束部材に形成された突起を含む、蓄電パック。
2. 前記筐体の内部に設けられた付属部品をさらに備え、
   前記遮断部は、前記付属部品に形成された突起をさらに含む、請求項１に記載の蓄電パック。
3. 前記複数の蓄電セルは電極端子を各々有し、
   前記導電経路は、前記複数の蓄電セルの前記電極端子どうしを接続するバスバーを含み、
   前記突起は、前記バスバーに向かうように設けられる、請求項１または請求項２に記載の蓄電パック。
4. 前記バスバーは、前記突起に面する部分に脆弱部を有する、請求項３に記載の蓄電パック。
5. 所定の方向に沿って配列された複数の蓄電セルと、
   前記複数の蓄電セルを収納する筐体と、
   前記複数の蓄電セルの状態を含む情報を前記筐体の外部に伝達可能な伝達手段と、
   前記筐体の内部に設けられ、外力により前記筐体が変形したときに前記伝達手段を損傷し、前記筐体の外部に伝達される情報を変更可能な損傷付与部と、
   前記複数の蓄電セルを拘束する拘束部材とを備え、
   前記損傷付与部は、前記拘束部材に形成された突起を含む、蓄電パック。
6. 前記筐体の内部に設けられた付属部品をさらに備え、
   前記損傷付与部は、前記付属部品に形成された突起をさらに含む、請求項５に記載の蓄電パック。
7. 前記複数の蓄電セルは電極端子を各々有し、
   前記伝達手段は、前記複数の蓄電セルの前記電極端子どうしを接続するバスバーを含み、
   前記突起は、前記バスバーに向かうように設けられる、請求項５または請求項６に記載の蓄電パック。
8. 前記バスバーは、前記突起に面する部分に脆弱部を有する、請求項７に記載の蓄電パック。

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