JP2015005361A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】衝撃や振動が加わっても電池セルの電気的な接続が遮断されにくくすること。
【解決手段】電池パック１０は、複数の電池モジュール２０を有している。第１の電池モジュール２０Ａには、第２の電池モジュール２０Ｂが積層されている。第１の電池モジュール２０Ａは、抑止部材４０を保持している。抑止部材４０には、回路基板５０が設けられている。回路基板５０上には、電子部品が実装されている。また、回路基板５０上には、第１のバスバー５２、第２のバスバー５３及び第３のバスバーが設けられている。第１のバスバー５２と第２のバスバー５３は、ヒューズ６６によって電気的に接続されている。ヒューズ６６には、第２の電池モジュール２０Ｂの荷重が掛かっている。
【選択図】図５

Description

本発明は、電池モジュールを積層した電池パックに関する。

電気機器には、電気機器を構成する電子部品に定格以上の電流が流れたときに電子部品を保護するためのヒューズが設けられている。このヒューズを保持する構成としては、例えば、特許文献１に記載のヒューズホルダが知られている。

特許文献１に記載のヒューズホルダは、電気機器のケースの一部を着脱可能なカバーとし、このカバーにヒューズ保持部を設けている。ケース内には、ヒューズ端子を取り付けたヒューズ端子台が設けられている。ヒューズ保持部は、２本の腕状であり、ヒューズカバーをケースに取り付けると、ヒューズがヒューズ端子に嵌合する位置に設けられている。ヒューズの交換作業を行うときには、カバーをケースから取り外す。これに伴い、カバーのヒューズ保持部に保持されたヒューズがヒューズ端子から取り外されるので、電子部品の電気的な接続が遮断される。

実開平３−１６６３９号公報

ところで、特許文献１に記載のヒューズホルダでは、衝撃などに伴い、意図しないタイミングでカバーがケースから外れるおそれがあり、電子部品の電気的な接続が遮断されるおそれがある。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、衝撃や振動が加わっても電池セルの電気的な接続が遮断されにくい電池パックを提供することにある。

上記課題を解決する電池パックは、電池セルを備える第１の電池モジュールと第２の電池モジュールとを有し、該第２の電池モジュールが前記第１の電池モジュール上に積層される電池パックであって、前記第１の電池モジュールの電池セルへ電力を供給する配線間に設けられる接続部材を有し、前記接続部材は、前記第２の電池モジュールの荷重が掛かるように設けられることを要旨とするとする。

これによれば、第２の電池モジュールの荷重が接続部材に掛かっているため、電池パックに衝撃や振動が加わっても接続部材が移動しにくい。このため、第１の電池モジュールにおける電池セルの電気的な接続が遮断されにくい。

上記電池パックについて、前記接続部材は、定格以上の電流が流れると前記第１の電池モジュールの電池セルの電気的な接続を遮断するヒューズであることが好ましい。
これによれば、定格以上の電流が流れると、第１の電池モジュールの電池セルの電気的な接続を遮断することができる。

上記電池パックについて、前記第１の電池モジュールは、前記接続部材を上方から覆うカバーを有し、前記カバーは、前記接続部材を固定する固定部を有することが好ましい。
これによれば、カバーを取り外すと、第１の電池モジュールの電池セルの電気的な接続が遮断される。このため、電池セルの点検時などに、第１の電池モジュールの電池セルの電気的な接続を容易に遮断することができる。

本発明によれば、衝撃や振動が加わっても電池セルの電気的な接続が遮断されにくい。

実施形態の電池パックを示す斜視図。 実施形態の電池モジュールを示す斜視図。 実施形態の電池ホルダ及び電池セルを示す斜視図。 実施形態のカバーを示す斜視図。 実施形態の電池パックの一部を破断して示す断面図。

以下、電池パックの一実施形態について説明する。
図１に示すように、電池パック１０は、ケース１１に収容されている。電池パック１０は、複数の電池モジュール２０を有している。電池モジュール２０は、鉛直方向に積層配置されている。

図２及び図３に示すように、電池モジュール２０は、電池セル２１（例えば、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素蓄電池などの二次電池）が電池ホルダ３０に保持された状態で並設されている。電池モジュール２０における電池セル２１の並設方向両端には、エンドプレート２２が設けられている。エンドプレート２２には、ブラケット２４が固定されており、このブラケット２４によって各電池モジュール２０は、ケース１１に固定されている。

電池ホルダ３０は、矩形平板状の第１の被覆部３１を有している。第１の被覆部３１の長手方向両端には、第１の被覆部３１の厚み方向に延びる矩形平板状の第２の被覆部３２及び第３の被覆部３３が設けられている。第２の被覆部３２の長手方向第１端部３２ａ（第１の被覆部３１が設けられる端部とは反対側の端部）と、第３の被覆部３３の長手方向第１端部３３ａ（第１の被覆部３１が設けられる端部とは反対側の端部）には、各被覆部３２，３３の短手方向第１端部３２ｂ、３３ｂの間で延びる矩形平板状の第４の被覆部３４が設けられている。第４の被覆部３４は、厚み方向が被覆部３２，３３の短手方向と一致し、長手方向が第２の被覆部３２と第３の被覆部３３の対向方向に一致する。そして、第４の被覆部３４の厚み方向及び長手方向に直交する方向が、第４の被覆部３４の短手方向となる。

また、第４の被覆部３４の長手方向両端における第４の被覆部３４の短手方向の一端面上には、Ｕ字状をなすとともに、第４の被覆部３４の厚み方向に開口する端子収容部３５がそれぞれ設けられており、各端子収容部３５は、各被覆部３２，３３に連設されている。第４の被覆部３４の短手方向の一端面上には、各端子収容部３５と隣り合って四角柱状の柱部材３６が柱部材３６の軸が被覆部３２，３３の短手方向に延びるように設けられている。

第２の被覆部３２及び第３の被覆部３３の長手方向第１端部３２ａ，３３ａには、各被覆部３２，３３と連設され、各被覆部３２，３３の長手方向に延びる矩形平板状の支持部３７が設けられている。

第１の被覆部３１の長手方向両端には、第１の被覆部３１を長手方向に切り欠いた切欠部３８が設けられている。これにより、第１の被覆部３１の長手方向の寸法は、支持部３７間の距離よりも短くなっており、電池モジュール２０を積層すると、第１の被覆部３１が支持部３７間に入り込む。

図２及び図５に示すように、支持部３７の間には、電池セル２１の鉛直方向上方に、電池セル２１の接続端子が設けられた面と対向して設けられる抑止部材４０が保持されている。抑止部材４０は、電池セル２１に異物が付着することを抑止する。抑止部材４０は、矩形平板状の本体部４１と、本体部４１の短手方向両端から本体部４１の厚み方向に向けて延びる矩形平板状の突出部４２とを有している。本体部４１には、一つの貫通孔４５と、二つの螺合穴４６，４７が本体部４１の長手方向に並んで設けられている。突出部４２は、本体部４１の長手方向全体に亘って設けられている。抑止部材４０は、突出部４２が電池ホルダ３０の支持部３７に沿うように電池ホルダ３０に保持される。

抑止部材４０上には、回路基板５０及び電池ＥＣＵ４３が載置されている。回路基板５０及び電池ＥＣＵ４３は、それぞれ、カバー６０及びＥＣＵ用カバー４４によって覆われている。回路基板５０は、回路基板５０の厚み方向に貫通する貫通孔５６，５７，５８を３箇所に有する。貫通孔５６，５７，５８は、本体部４１の長手方向に沿って設けられている。回路基板５０上には、電池セル２１の充放電に寄与する複数の電子部品５１（例えば、ＦＥＴリレー、抵抗、コンデンサ、半導体素子など）が実装されている。また、回路基板５０上には、第１のバスバー５２、第２のバスバー５３及び第３のバスバー５４が設けられている。第１のバスバー５２は、矩形状をなしており、両端に貫通孔５９を有する。第１のバスバー５２の一端には、電池モジュール２０の一端に配置された電池セル２１に接続される導電部材５５が設けられている。導電部材５５によって、電池モジュール２０の電池セル２１と第１のバスバー５２が電気的に接続されている。第２のバスバー５３は、矩形状をなしており、両端に貫通孔７１（図では一方の貫通孔７１のみを図示）を有する。第２のバスバー５３は、貫通孔７１を貫通したボルトＢ１によって一端が回路基板５０に固定されている。第２のバスバー５３は、回路基板５０上に設けられた配線材によって電子部品５１と接続されている。各電子部品５１は、回路基板５０上の配線材によって電気的に接続されるとともに、電子部品５１は、第３のバスバー５４に接続されている。すなわち、第２のバスバー５３と第３のバスバー５４は、電子部品５１によって電気的に接続されている。第３のバスバー５４は、矩形状をなしており、一端がボルトＢ１によって回路基板５０に固定されている。

第１のバスバー５２の他端と第２のバスバー５３の他端は、一定間隔を空けて回路基板５０上に隣り合うように設けられている。
図４に示すように、カバー６０は、有底四角筒状をなしている。カバー６０は、四角板状の底部６１と、底部６１の周縁から延びる四角枠状の壁部６２とを有している。カバー６０は、底部６１から壁部６２が延びる方向に突出する四角柱状の柱部６３，６４を２個有している。柱部６３，６４は、カバー６０で回路基板５０を覆った際に、第１のバスバー５２の他端と、第２のバスバー５３の他端に対向するように設けられており、柱部６３と柱部６４は、一定間隔空けて隣り合うように設けられている。各柱部６３，６４の先端（柱部６３，６４の軸方向において底部６１側とは反対側の端部）には、四角板状の導電部材６５が設けられている。柱部６３，６４の間には、ヒューズ６６が設けられている。本実施形態において、ヒューズ６６は、柱部６３，６４に接着剤によって固定されている。そして、柱部６３，６４がヒューズ６６を固定する固定部となる。柱部６３の導電部材６５と柱部６４の導電部材６５とは、ヒューズ６６により電気的に接続されている。

図５に示すように、抑止部材４０上に設けられた回路基板５０、電子部品５１、各バスバー５２，５３，５４、カバー６０及びヒューズ６６は、電池モジュール２０の積層方向（以下、積層方向）に隣り合う電池モジュール２０の間に設けられている。以下の説明において、積層方向に隣り合う電池モジュール２０のうち、積層方向下側の電池モジュール２０を第１の電池モジュール２０Ａ、積層方向上側の電池モジュール２０を第２の電池モジュール２０Ｂとして説明を行う。

カバー６０は、柱部６３の導電部材６５と、第１のバスバー５２の他端とが電気的に接続され、柱部６４の導電部材６５と第２のバスバー５３の他端とが電気的に接続されるように設けられている。カバー６０には、各柱部６３，６４を貫通する貫通孔６７が形成されている。また、導電部材６５には導電部材６５の厚み方向に貫通する貫通孔６８が形成されている。導電部材６５は、柱部６３，６４の貫通孔６７と貫通孔６８が連通するように設けられている。

回路基板５０は、貫通孔５６と抑止部材４０の貫通孔４５、貫通孔５７と抑止部材４０の螺合穴４６、貫通孔５８と抑止部材４０の螺合穴４７のそれぞれが連通するように抑止部材４０上に設けられている。第１のバスバー５２は、一端に設けられた貫通孔５９と回路基板５０の貫通孔５６、他端に設けられた貫通孔５９と回路基板５０の貫通孔５７のそれぞれが連通するように回路基板５０上に設けられている。第２のバスバー５３は、他端に設けられた貫通孔７１と回路基板５０の貫通孔５８が連通するように回路基板５０上に設けられている。カバー６０は、柱部６３に設けられた貫通孔６７及び導電部材６５に設けられた貫通孔６８と第１のバスバー５２の他端に設けられた貫通孔５９とが連通し、柱部６４に設けられた貫通孔６７及び導電部材６５に設けられた貫通孔６８と第２のバスバー５３の他端に設けられた貫通孔７１とが連通するように設けられている。これにより、抑止部材４０の貫通孔４５と、回路基板５０の貫通孔５６と、第１のバスバー５２の一端の貫通孔５９とが連通している。また、抑止部材４０の螺合穴４６と、回路基板５０の貫通孔５７と、第１のバスバー５２の他端の貫通孔５９と、導電部材６５の貫通孔６８と、柱部６３の貫通孔６７とが連通している。更に、抑止部材４０の螺合穴４７と、回路基板５０の貫通孔５８と、第２のバスバー５３の貫通孔７１と、導電部材６５の貫通孔６８と、柱部６４の貫通孔６７とが連通している。

第１のバスバー５２の一端の貫通孔５９には、導電部材５５が挿入されている。導電部材５５は、貫通孔５９、貫通孔５６及び貫通孔４５を貫通して電池セル２１の接続端子に固定されている。

カバー６０には、底部６１における壁部６２が設けられた面とは反対側の面から貫通孔６７，６８にボルトＢ２が挿入されている。ボルトＢ２は、柱部６３，６４の貫通孔６７、導電部材６５の貫通孔６８及び各バスバー５２，５３の貫通孔５９，７１を貫通して抑止部材４０の螺合穴４６，４７に螺合されている。これにより、回路基板５０、第１のバスバー５２、第３のバスバー５４及びカバー６０は、第１の電池モジュール２０Ａに固定されている。そして、第１のバスバー５２と第２のバスバー５３が、それぞれ導電部材６５と電気的に接続されることで、第１のバスバー５２と第２のバスバー５３は、導電部材６５及びヒューズ６６によって電気的に接続されている。これにより、第１の電池モジュール２０Ａの電池セル２１、第１のバスバー５２、ヒューズ６６、第２のバスバー５３、電子部品５１及び第３のバスバー５４が電気的に接続されている。なお、第３のバスバー５４には各電池モジュール２０の電池セル２１へ電力を供給するためのケーブルが接続される。本実施形態では、このケーブルや、各バスバー５２，５３，５４が電池セル２１に電力を供給する配線となる。そして、第１のバスバー５２と第２のバスバー５３との間に設けられたヒューズ６６が配線間に設けられた接続部材となる。

カバー６０は、第２の電池モジュール２０Ｂによって第１の電池モジュール２０Ａに向けて押さえつけられている。具体的にいえば、積層方向上側の第２の電池モジュール２０Ｂは、電池ホルダ３０の第１の被覆部３１でカバー６０の外部に突出したボルトＢ２の頭部を押さえつけ、ボルトＢ２の頭部を介してカバー６０に第２の電池モジュール２０Ｂの荷重が加わる。ヒューズ６６は、カバー６０に保持されているため、導電部材５５，６５及び第１のバスバー５２によって第１の電池モジュール２０Ａの電池セル２１と電気的に接続されたヒューズ６６も第２の電池モジュール２０Ｂの荷重によって積層方向下側の第１の電池モジュール２０Ａに向けて押さえつけられている。すなわち、ヒューズ６６は、第２の電池モジュール２０Ｂの荷重が掛かるように設けられている。

次に、本実施形態の電池パック１０の作用について説明する。
本実施形態の電池パック１０は、例えば、車両などに搭載される。車両が走行すると、電池パック１０に振動や衝撃が加わる。カバー６０には、積層方向上側の第２の電池モジュール２０Ｂから荷重が加わっている。このため、カバー６０が第１の電池モジュール２０Ａから外れにくい。このため、カバー６０と一体のヒューズ６６も第１の電池モジュール２０Ａから外れにくく、第１の電池モジュール２０Ａの電池セル２１の電気的な接続（第１の電池モジュール２０Ａと他の電池モジュール２０との電気的な接続や、負荷との電気的な接続）が遮断されにくい。

ところで、本実施形態のように、ボルトＢ２でカバー６０を電池モジュール２０に固定している場合、ボルトＢ２によってカバー６０が外れることが規制されるため、積層方向上側の電池モジュール２０の荷重によってカバー６０を押さえつける必要がないとも考えられる。しかしながら、積層方向上側の電池モジュール２０の荷重が加わっていない場合には、電池パック１０の長期間に及ぶ使用や、継続的に加わる振動や衝撃などでボルトＢ２が緩むおそれがある。そして、ボルトＢ２が緩むことで、カバー６０（ヒューズ６６）が外れ、第１の電池モジュール２０Ａの電気的な接続が遮断されるおそれがある。本実施形態のように、ボルトＢ２でカバー６０を固定しつつ、カバー６０を積層方向上側の電池モジュール２０で押さえつけることで、ボルトＢ２が緩むのを抑制することができ、ボルトＢ２が緩んだ場合であっても電池モジュール２０の荷重によってカバー６０が外れることを抑制することができる。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）第１の電池モジュール２０Ａの電池セル２１に電力を供給する配線（第１のバスバー５２及び第２のバスバー５３）間に設けられたヒューズ６６には、積層方向上側の第２の電池モジュール２０Ｂの荷重が掛かっている。このため、電池パック１０に振動や衝撃などが加わっても、ヒューズ６６が外れにくく、第１の電池モジュール２０Ａの接続状態が維持されやすい。

（２）ヒューズ６６は、定格以上の電流が流れると、溶断して第１の電池モジュール２０Ａの電気的な接続を遮断する。このため、電子部品５１の保護が図られる。
（３）一般に、回路基板５０は、異物が付着することを抑止するためのカバー６０によって覆われている。このカバー６０にヒューズ６６を固定することで、カバー６０を利用してヒューズ６６を保持することがきる。

（４）電子部品５１に定格以上の電流が流れると、ヒューズ６６が溶断することで、電気的な接続を遮断する。このため、ヒューズ６６が溶断した場合には、ヒューズ６６を取り替える必要がある。ヒューズ６６が回路基板５０に設けられている場合、回路基板５０には、他の電子部品５１などが密集して設けられている場合があり、作業を行いにくい。ヒューズ６６をカバー６０に設けていることで、ヒューズ６６が回路基板５０に設けられている場合に比べて、ヒューズ６６の交換を行いやすい。

（５）ところで、ヒューズ６６を回路基板５０上に固定し、カバー６０の取り付け状態に関わらず、第１のバスバー５２と第２のバスバー５３が電気的に接続されるようにすれば、振動などが加わってもヒューズ６６が外れるおそれは少ない。しかしながら、電池モジュール２０に異常が生じた場合や、点検などをする場合、カバー６０を取り外して作業を行う。このとき、作業を行うためには、第１の電池モジュール２０Ａの電池セル２１の電気的な接続を遮断する必要があり、回路基板５０上に全ての電子部品５１が固定されている場合には、第１の電池モジュール２０Ａの電池セル２１の電気的な接続を遮断するのに手間がかかる。カバー６０にヒューズ６６を設けて、カバー６０を取り外したときに、第１の電池モジュール２０Ａの電池セル２１の電気的な接続が遮断されるようにすることで、第１の電池モジュール２０Ａの電池セル２１の電気的な接続を遮断することができ、容易に作業を行うことができる。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、接続部材（ヒューズ６６）は、バスバー、抵抗、コンデンサなど導電性の部材であればどのような部材であってもよい。

○ 実施形態において、カバー６０の底部６１に接続部材（ヒューズ６６）を設けたが、これに限られない。例えば、カバー６０を設けず、積層方向上側の第２の電池モジュール２０Ｂにおける第１のバスバー５２の他端と第２のバスバー５３の他端と対向する部分（本実施形態の場合、電池ホルダ３０の第１の被覆部３１）に接続部材を設けて、電池モジュール２０が積層されたときに、第１のバスバー５２と第２のバスバー５３が電気的に接続されるようにしてもよい。

○ 実施形態において、固定部は、ヒューズ６６（接続部材）を挟み込んで把持する把持部材など、他の形状であってもよい。
○ 実施形態において、接続部材（ヒューズ６６）は、接着剤によって柱部６３，６４に固定されているが、これに限られない。第１のバスバー５２の他端及び第２のバスバー５３の他端の上方（積層方向上方）に配置される部材（例えば、カバー６０や積層方向上側の電池モジュール２０）に固定され、第１のバスバー５２の他端と第２のバスバー５３に他端とを電気的に接続することができればよい。

○ 実施形態において、第２の電池モジュール２０Ｂの荷重は、第１の電池モジュール２０Ａへ電力を供給する配線間に設けられた接続部材であれば、どの部材に掛かっていてもよい。例えば、第２のバスバー５３と第２のバスバー５３との間に設けられた電子部品５１に第２の電池モジュール２０Ｂの荷重を掛けることにより、電子部品５１を外れにくくする構成でもよい。

○ 実施形態において、カバー６０は、ボルトＢ２で固定されていなくてもよい。この場合、積層方向上側の電池モジュール２０の荷重のみでカバー６０を固定する。なお、カバー６０が積層方向と直交する方向にずれないための構成を別途設けることが好ましい。

○ 実施形態において、カバー６０の底部６１にボルトＢ２の頭部が入り込む穴を設けてボルトＢ２を螺合したときにボルトＢ２の頭部が穴に収容されるようにしてもよい。これによれば、ボルトＢ２でカバー６０を固定しつつ、カバー６０の底部６１の全体を積層方向上側の電池モジュール２０と接触させることができる。

○ 実施形態において、積層方向に隣り合う電池モジュール２０の間に緩衝材などを介在させて、積層方向上側の電池モジュール２０の荷重が、緩衝材を介してカバー６０に荷重が加わるようにしてもよい。

○ 実施形態において、積層方向の最も上側に設けられる電池モジュール２０のカバー６０を押さえつける部材を別途設けてもよい。
○ 実施形態において、電池モジュール２０は、電池ホルダ３０を有さず、電子部品５１及び複数並設された電池セル２１から構成されていてもよい。

○ 第２の電池モジュール２０Ｂの電池セル２１に電力を供給する配線間には、接続部材（ヒューズ６６）が設けられていなくてもよい。

１０…電池パック、２０…電池モジュール、２０Ａ…第１の電池モジュール、２０Ｂ…第２の電池モジュール、２１…電池セル、５１…電子部品、５２…第１のバスバー、５３…第２のバスバー、６０…カバー、６３，６４…柱部、６６…ヒューズ。

Claims (3)

1. 電池セルを備える第１の電池モジュールと第２の電池モジュールとを有し、該第２の電池モジュールが前記第１の電池モジュール上に積層される電池パックであって、
   前記第１の電池モジュールの電池セルへ電力を供給する配線間に設けられる接続部材を有し、
   前記接続部材は、前記第２の電池モジュールの荷重が掛かるように設けられることを特徴とする電池パック。
2. 前記接続部材は、定格以上の電流が流れると前記第１の電池モジュールの電池セルの電気的な接続を遮断するヒューズであることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記第１の電池モジュールは、前記接続部材を上方から覆うカバーを有し、
   前記カバーは、前記接続部材を固定する固定部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池パック。