JP7410909B2

JP7410909B2 - 蓄電装置およびその車両搭載構造

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Publication number: JP7410909B2
Application number: JP2021116421A
Authority: JP
Inventors: 哲司小村
Original assignee: Prime Planet Energy and Solutions Inc
Current assignee: Prime Planet Energy and Solutions Inc
Priority date: 2021-07-14
Filing date: 2021-07-14
Publication date: 2024-01-10
Anticipated expiration: 2041-07-14
Also published as: JP2023012759A; US20230024125A1; CN115621642A; EP4120455A1; KR20230011872A

Description

本技術は、蓄電装置およびその車両搭載構造に関する。

蓄電装置（電池パック）の車両搭載構造として、たとえば（特開２０１２－１０１６６３号公報）および特開２０１６－１３２３１４号公報（特許文献２）に記載のものが挙げられる。

特開２０１２－１０１６６３号公報特開２０１６－１３２３１４号公報

蓄電装置の耐振動性を向上させることが求められる。他方、耐振動性を向上させるための補強構造を設けることにより、ケース内におけるセルの収容効率が低下し得る。この結果、蓄電装置が大型化し、エネルギー密度も低下することが懸念される。従来の補強構造は、上記懸念を解消し得るものとして、必ずしも十分なものではない。

本技術の目的は、エネルギー密度の向上および小型化が図られるとともに、耐振動性が向上した蓄電装置およびその車両搭載構造を提供することにある。

本技術に係る蓄電装置は、積層された複数の第１蓄電セルを収納する第１ケースと、積層された複数の第２蓄電セルを収納する第２ケースとを備える。第１ケースは、第１方向に延びる第１補強部を有し、第２ケースは、第１方向に交差する第２方向に延びる第２補強部を有する。第１ケースおよび第２ケースは、第１方向および第２方向に交差する第３方向に沿って重ねて設けられ、互いに接合される。

本技術によれば、エネルギー密度の向上および小型化が図られるとともに、耐振動性が向上した蓄電装置およびその車両搭載構造を提供することができる。

電池セルを示す図である。実施の形態１に係る電池パックの第１ケースを示す斜視図である。実施の形態１に係る電池パックの第２ケースを示す斜視図である。実施の形態１に係る電池パックの第１ケースに電池セルを収納した状態を示す上面図である。実施の形態１に係る電池パックの第２ケースに電池セルを収納した状態を示す上面図である。実施の形態１に係る電池パックの断面図である。実施の形態２に係る電池パックの第１ケースに電池セルを収納した状態を示す上面図である。実施の形態２に係る電池パックの第２ケースに電池セルを収納した状態を示す上面図である。実施の形態３に係る電池パックの第１ケースに電池セルを収納した状態を示す上面図である。実施の形態３に係る電池パックの第２ケースに電池セルを収納した状態を示す上面図である。ケースおよび電池セルの部分拡大図（その１）である。ケースおよび電池セルの部分拡大図（その２）である。第１ケースおよび第２ケースの接合構造の例（その１）を示す図である。第１ケースおよび第２ケースの接合構造の例（その２）を示す図である。第１ケースおよび第２ケースの接合構造の例（その３）を示す図である。図１５に示す接合構造に接着部を設けた状態を示す図である。第１ケースおよび第２ケースの接合構造の例（その４）を示す図である。図１７に示す接合構造に接着部を設けた状態を示す図である。第１ケースおよび第２ケースの接合構造の例（その５）を示す図である。第１ケースおよび第２ケースの接合構造の例（その６）を示す図である。第１ケースおよび第２ケースの接合構造の例（その７）を示す図である。第１ケースおよび第２ケースの接合構造の例（その８）を示す図である。電池パックの製造工程を示すフロー図である。図２３のフロー図を説明するための図（その１）である。図２３のフロー図を説明するための図（その２）である。図２３のフロー図を説明するための図（その３）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」ないし「蓄電装置」なる用語が用いられる場合、「蓄電セル」ないし「蓄電装置」は電池セルないし電池モジュールに限定されず、たとえばキャパシタを含み得る。

図１は、電池セル１０を示す図である。図１に示すように、電池セル１０は、平坦面状の略直方体形状に形成されている。電池セル１０は、Ｙ軸方向に積層される。電極端子１１は、正極端子１１Ａと、負極端子１１Ｂとを含む。正極端子１１Ａと負極端子１１Ｂとは、Ｘ軸方向に並ぶ。電極端子１１は、角型の筐体１２の上面に設けられている。筐体１２の上面および底面は、Ｘ軸方向が長辺方向、Ｙ軸方向が短辺方向となるような略長方形形状を有する。筐体１２には、電極体および電解液が収容されている。

（実施の形態１）
図２，図３は、各々、実施の形態１に係る電池パックの第１ケース１００および第２ケース２００を示す斜視図である。

図２に示すように、第１ケース１００は、本体１１０と、ＤＲ１方向（第１方向）に延びるリブ１２０（第１補強部）とを有する。リブ１２０は、第１ケース１００の本体１１０の底面（第１底面）から突出するように設けられる。リブ１２０は、ＤＲ１方向に沿って第１ケース１００の幅方向全体にわたって延びる。

図３に示すように、第２ケース２００は、ＤＲ１方向に略直交（交差）するＤＲ２方向に延びるリブ２２０（第２補強部）を有する。ＤＲ１方向とＤＲ２方向との交差は、必ずしも直交に限定されない。リブ２２０は、第２ケース２００の本体２１０の底面（第２底面）から突出するように設けられる。リブ２２０は、ＤＲ２方向に沿って第２ケース２００の幅方向全体にわたって延びる。リブ２２０は、ＤＲ１方向に並ぶように設けられた３つのリブ２２１，２２２，２２３を含む。

図４、図５は、各々、第１ケース１００および第２ケース２００に電池セル１０を収納した状態を示す上面図である。

図４に示すように、第１ケース１００は、積層された複数の電池セル１０Ａ（第１蓄電セル）を収納する。第１ケース１００の本体１１０は、ＤＲ１方向の両端に位置する第１壁面１１１と、ＤＲ２方向の両端に位置する第２壁面１１２とを有する。端部の電池セル１０Ａは、第１ケース１００の第１壁面１１１（壁部）に直接支持される。

図５に示すように、第２ケース２００は、積層された複数の電池セル１０Ｂ（第２蓄電セル）を収納する。第２ケース２００の本体２１０は、ＤＲ１方向の両端に位置する第１壁面２１１と、ＤＲ２方向の両端に位置する第２壁面２１２とを有する。端部の電池セル１０Ｂは、第２ケース２００の第２壁面２１２（壁部）に直接支持される。

このように、本実施の形態においては、電池セル１０（１０Ａ，１０Ｂ）の積層方向とリブ１２０，２２０の延在方向とが同じである。

図６は、本実施の形態に係る電池パックの断面図である。図６に示すように、第１ケース１００および第２ケース２００は、ＤＲ１方向およびＤＲ２方向に交差するＤＲ３方向（第３方向）に沿って重ねられる。複数の電池セル１０（１０Ａ，１０Ｂ）の間には、絶縁性のセパレータ２０が各々設けられている。

重ねられた第１ケース１００および第２ケース２００は、互いに接合される。典型的な一例として、第１ケース１００と第２ケース２００とは溶接により接合されるが、第１ケース１００と第２ケース２００との接合の形態は溶接に限定されない。また、第１ケース１００および第２ケース２００に加えて、他のケースがさらに重ねられてもよい。

本実施の形態に係る電池パックは、ＤＲ１方向に延びるリブ１２０を有する第１ケース１００と、ＤＲ２方向に延びるリブ２２０を有する第２ケース２００とが接合された構造を有する。本構造においては、ＤＲ１方向の剛性をリブ１２０により向上させ、ＤＲ２方向の剛性はリブ２２０により向上させることができる。したがって、各ケースには一方向（ＤＲ１方向およびＤＲ２方向）のリブ（リブ１２０またはリブ２２０）を設けるだけであっても、直交する二方向（ＤＲ１方向およびＤＲ２方向）の耐振動性を向上させることが可能である。この結果、電池セル１０の収容効率を向上させ、エネルギー密度の向上および小型化を図りながら電池パックの耐振動性を向上させることが可能となる。

（実施の形態２）
図７，図８は、各々、実施の形態２に係る電池パックの第１ケース１００および第２ケース２００に電池セル１０を収納した状態を示す上面図である。

図７に示すように、第１ケース１００は、本体１１０と、ＤＲ１方向（第１方向）に延びるリブ１２０（第１補強部）とを有する。第１ケース１００は、ＤＲ２方向に積層された複数の電池セル１０Ａ（第１蓄電セル）を収納する。

図８に示すように、第２ケース２００は、本体２１０と、ＤＲ２方向（第２方向）に延びるリブ２２０（第２補強部）とを有する。第２ケース２００は、ＤＲ１方向に積層された複数の電池セル１０Ｂ（第２蓄電セル）を収納する。

このように、本実施の形態においては、電池セル１０（１０Ａ，１０Ｂ）の積層方向とリブ１２０，２２０の延在方向とが略直交する。

本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、ＤＲ１方向の剛性をリブ１２０により向上させ、ＤＲ２方向の剛性はリブ２２０により向上させることができる。したがって、各ケースには一方向（ＤＲ１方向およびＤＲ２方向）のリブ（リブ１２０またはリブ２２０）を設けるだけであっても、直交する二方向（ＤＲ１方向およびＤＲ２方向）の耐振動性を向上させることが可能である。この結果、電池セル１０の収容効率を向上させ、エネルギー密度の向上および小型化を図りながら電池パックの耐振動性を向上させることが可能となる。

（実施の形態３）
図９，図１０は、各々、実施の形態３に係る電池パックの第１ケース１００および第２ケース２００に電池セル１０を収納した状態を示す上面図である。

図９，図１０に示すように、本実施の形態に係る電池パックは、ＤＲ１方向に沿って複数の電池セル１０Ａを拘束する拘束部材３０Ａ（第１拘束部材）と、ＤＲ２方向に沿って複数の電池セル１０Ｂを拘束する拘束部材３０Ｂ（第２拘束部材）とを含む。拘束部材３０Ａ，３０Ｂは、複数の電池セル１０Ａ，１０Ｂの両端に設けられたエンドプレート４０Ａ，４０Ｂに固定される。

拘束部材３０Ａ，３０Ｂおよびエンドプレート４０Ａ，４０Ｂを含む組電池を製造する際は、まず、複数の電池セル１０Ａ，１０ＢをＹ軸方向に沿って積層する。次に、積層された複数の電池セル１０Ａ，１０Ｂの両端にエンドプレート４０Ａ，４０Ｂが設けられる。そして、複数の電池セル１０およびエンドプレート４０Ａ，４０Ｂが、拘束部材３０Ａ，３０ＢによってＹ軸方向に拘束される。このように構成された組電池は、第１ケース１００および第２ケース２００の内部に固定される。

本実施の形態においては、実施の形態１，２において説明したリブ１２０，２２０が設けられていない。しかし、ＤＲ１方向に延びる拘束部材３０Ａが、リブ１２０と同様に「第１補強部」として機能し得る。また、ＤＲ２方向に延びる拘束部材３０Ｂが、リブ２２０と同様に「第２補強部」として機能する。したがって、リブ１２０，２２０を設けることなく直交する二方向（ＤＲ１方向およびＤＲ２方向）の耐振動性を向上させることが可能である。この結果、電池セル１０の収容効率を向上させ、エネルギー密度の向上および小型化を図りながら電池パックの耐振動性を向上させることが可能となる。
（ケースの形状）
図１１，図１２は、ケースおよび電池セルの部分拡大図である。

図１１の例では、電池セル１０を直接支持する第１壁面１１１の厚み（Ｔ１）を第２壁面１１２の厚み（Ｔ２）よりも厚く形成している。このようにすることで、電池セル１０からの反力を受ける第１壁面１１１の強度を向上させることができる。

図１２の例では、電池セル１０を直接支持する第１壁面１１１に空洞１１３を形成している。このようにすることで、第１ケース１００と第２ケース２００とを溶接により接合するときに発生する熱が電池セル１０に伝達しにくくなり、電池セル１０への熱影響を低減することが可能となる。

（ケースの接合構造）
図１３～図２２は、第１ケース１００および第２ケース２００の接合構造の例を示す図である。

図１３の例において、第１ケース１００および第２ケース２００は、第１ケース１００および第２ケース２００の外側に向けて突出するフランジ部１を有する。フランジ部１どうし、またはフランジ部１と上蓋３００とがボルト締結部２により接合される。

図１４の例において、第１ケース１００、第２ケース２００、および上蓋３００は、接着部３により接合される。

図１５，図１６の例においても、第２ケース２００と上蓋３００とが接着部３により接合される。ここで、接着部３が形成される第２ケース２００の端面は、凹凸部４を有する。

図１７，図１８の例においても、第２ケース２００と上蓋３００とが接着部３により接合される。ここで、接着部３が形成される第２ケース２００の端面は、凹部５を有する。上蓋３００の凹部５に対向する位置には、凸部６が形成される。凸部６は、凹部５内に収まる。

図１５～図１８の例のように、第２ケース２００と上蓋３００との接合面に凹凸部を設けることにより、接合面に接着剤が確実に残り、接着強度を確保することができる。また、凹凸部により接着面積が増大するため、接着強度を向上させることができる。

図１５～図１８に示す凹凸構造は、第１ケース１００と第２ケース２００との接合面に適用されてもよい。

図１９の例において、第１ケース１００、第２ケース２００、および上蓋３００は、溶接部７により接合される。

図２０の例においても、第２ケース２００と上蓋３００とが溶接部７により接合される。ここで、溶接部７が形成される第２ケース２００の端面は、傾斜面８を有する。傾斜面８は、第２ケース２００の外側から内側に向かって上蓋３００の下面（対向面）から離れるように傾斜する。溶接部７は、傾斜面８の先端側、すなわち第２ケース２００の外側から形成される。このようにすることで、溶接部７が形成される第２ケース２００と上蓋３００とを近づけることができるので、溶接を確実に行うことができる。

図２０に示す傾斜面８は、第１ケース１００と第２ケース２００との接合面に適用されてもよい。

図２１の例においても、第１ケース１００、第２ケース２００、および上蓋３００は、溶接部７により接合される。溶接部７は、第１ケース１００および第２ケース２００のフランジ部１に形成される。

図２１に示すように、下側に位置する部材にフランジ部１を形成することで、溶接部７を上側から形成することができるので、溶接の作業性が向上する。

図２２の例においても、フランジ部１に溶接部７が形成される。ここで、フランジ部１には段差部９が形成されている。段差部９により、溶接される部材の位置決めを行うことができる。

（製造工程）
図２３は、電池パックの製造工程を示すフロー図である。図２４～図２６は、図２３中の各工程の状態を示す図である。なお、図２４～図２６においては、図示および説明の便宜上、第１ケース１００のみを示すが、第２ケース２００についても同様である。

図２３～図２６に示すように、電池パックの製造工程は、第１ケース１００の底面１００Ａに接着剤を塗布する工程（Ｓ１０：図２４）と、第１ケース１００に電池セル１０を挿入する工程（Ｓ２０：図２５）と、バスバーおよび電圧検出線が取り付けられたバスバープレート５０を電池セル１０上に挿入する工程（Ｓ３０：図２６）と、電池セル１０の電極端子とバスバーとを締結する工程（Ｓ４０）と、外部接続用のコネクタ６０を締結する工程（Ｓ５０：図２６）と、第１ケース１００と第２ケース２００とを積層して固定する工程（Ｓ６０）と、上蓋３００を取り付ける工程（Ｓ７０）とを備える。

図２４，図２５に示すように、コネクタ６０を設けるための孔部１００Ｂは、電池セル１０の積層方向（Ｙ軸方向）に対して垂直な方向に開口する。

（車両への搭載）
以上に説明した電池パックは、車両に搭載することが可能である。このとき、たとえばＤＲ１方向を車両の前後方向とし、ＤＲ２方向を車両の幅方向とすることができる。このようにすることで、車両の前後方向および幅方向における耐振動性が高い車両搭載構造が得られる。

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フランジ部、２ボルト締結部、３接着部、４凹凸部、５凹部、６凸部、７溶接部、８傾斜面、９段差部、１０，１０Ａ，１０Ｂ電池セル、１１電極端子、１１Ａ正極端子、１１Ｂ負極端子、１２筐体、２０セパレータ、３０Ａ，３０Ｂ拘束部材、４０Ａ，４０Ｂエンドプレート、５０バスバープレート、６０コネクタ、１００第１ケース、１００Ａ底面、１００Ｂ孔部、１１０本体、１１１第１壁面、１１２第２壁面、１１３空洞、１２０，１２１，１２２リブ、２００第２ケース、２１０本体、２１１第１壁面、２１２第２壁面、２２０，２２１，２２２，２２３リブ、３００上蓋。

Claims

積層された複数の第１蓄電セルを収納する第１ケースと、
積層された複数の第２蓄電セルを収納する第２ケースとを備え、
前記第１ケースは、第１方向に延びる第１補強部を有し、
前記第２ケースは、前記第１方向に交差する第２方向に延びる第２補強部を有し、
前記第１ケースおよび前記第２ケースは、前記第１方向および前記第２方向に交差する第３方向に沿って重ねて設けられ、互いに接合される、蓄電装置。
前記第１ケースは第１底面を有し、前記第１補強部は前記第１底面から突出するように設けられ、
前記第２ケースは第２底面を有し、前記第２補強部は前記第２底面から突出するように設けられる、請求項１に記載の蓄電装置。
前記第１方向と前記第２方向とは略直交する、請求項１または請求項２に記載の蓄電装置。
前記第１補強部は、前記第１方向に沿って前記第１ケースの幅方向全体にわたって延び、
前記第２補強部は、前記第２方向に沿って前記第２ケースの幅方向全体にわたって延びる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電装置。
前記複数の第１蓄電セルは前記第１ケースの壁部に直接支持され、
前記複数の第２蓄電セルは前記第２ケースの壁部に直接支持される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蓄電装置。
前記第１方向に沿って前記複数の第１蓄電セルを拘束する第１拘束部材と、
前記第２方向に沿って前記複数の第２蓄電セルを拘束する第２拘束部材とをさらに備え、
前記第１補強部は前記第１拘束部材を含み、
前記第２補強部は前記第２拘束部材を含む、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の蓄電装置。
前記第１ケースと前記第２ケースとは溶接により接合される、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の蓄電装置。
前記第１ケースおよび前記第２ケースの少なくとも一方は、凹凸部を含む端面を有し、
前記端面に形成された接着部により前記第１ケースおよび前記第２ケースが接合される、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の蓄電装置。
前記第１ケースおよび前記第２ケースの少なくとも一方は、傾斜面を含む端面を有し、
前記傾斜面の先端側に溶接部が形成される、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の蓄電装置。
前記第１ケースおよび前記第２ケースの少なくとも一方は、前記第１ケースおよび前記第２ケースの外側に向けて突出するフランジ部を有し、
前記フランジ部に溶接部が形成される、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の蓄電装置。
前記フランジ部は段差部を含む、請求項１０に記載の蓄電装置。
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の蓄電装置を車両に搭載する構造であって、
前記第１方向が前記車両の前後方向であり、前記第２方向が前記車両の幅方向である、車両搭載構造。