(57)【要約】      （修正有）【課題】多方向からの衝撃に対し、セルケースを変形させず、衝突安全性を向上させることができる、電池パックを提供する。【解決手段】複数のセル１３を内蔵し、軸方向には変形を許容せず、当該軸方向と垂直な一方向には所定範囲内の変形を許容する、中空構造の筐体１１と、筐体１１の開口端部に各々覆設され、筐体の変形に追従して変形する弾性膜１２とを有するモジュール１０を、複数備え、隣接するモジュール１０同士互いに異なる剛性方向となるように、上記軸方向及び上記一方向に敷き詰められていることで、多方向からの衝撃に対し、セルケースを変形させず、衝突安全性を向上させることができる、電池パックを提供することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルを内蔵し、剛性の直交異方性を有するモジュールを、複数備え、
隣接する前記モジュール同士が互いに異なる剛性方向となるように敷き詰められていることを特徴とする電池パック。
【請求項２】
前記モジュールは、
開口部のある中空構造の筐体と、
前記筐体の前記開口部に各々覆設され、前記筐体の変形に追従して変形する弾性膜とを有し、
前記電池パック内に前記筐体の開口面の対向する方向が互いに交差するように敷き詰めら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。
【請求項３】
前記筐体は、中空六角柱形状であり、側面の平行な６辺のうち、隣接する前記モジュールに接しない２辺の内壁側に、溝が配設され、その他４辺の内壁側に、スリットが配設されるものであり、
前記筐体内の前記溝の両脇に、当該溝の延在方向を基準に延在しており、前記筐体の変形量を所定範囲内に制限する補強部材がさらに配設されることを特徴とする請求項２に記載の電池パック。
【請求項４】
前記筐体は、中空直方体形状であり、隣接する前記モジュールに接しない２面の内壁の前記筐体の開口面が対向する方向に溝が配設され、側面の平行な４辺の内壁側に、スリットが配設されるものであり、
前記筐体内の前記溝の両脇に、当該溝の延在方向を基準に延在しており、前記筐体の変形量を所定範囲内に制限する補強部材がさらに配設されることを特徴とする請求項２に記載の電池パック。
【請求項５】
前記筐体内において、前記セルが前記溝に嵌まらないように保持する網をさらに備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
車載用のリチウムイオン電池パックは、車両の衝突などの際に内蔵するセルケースが変形する虞がある。リチウムイオン電池パックのセルには、有機系電解液が含まれており、セルケースの変形によって、有機系電解液がセルの内部から外へ漏洩すると、火災の発生、あるいは、空気中の水分との反応によるフッ化水素の発生などを誘引する可能性があり、安全上様々な問題が生じてしまう。そのため、下記特許文献１，２のように、衝撃吸収に関する技術が提案されている。
【０００３】
下記特許文献１には、円筒型のセルを、略平行に離間する第１及び第２の壁面に沿って略平行に配置させ、隣接するセル同士で側面を当接させた状態で筐体内に収納し、一のセルの左右に隣接するセルとの当接部を結ぶ線が、セルの中心軸とオフセットされることで、衝撃が加わると、上記当接部において衝撃力を分散する技術が開示されている。
【０００４】
下記特許文献２には、円筒型のセルを内蔵し、互いに隣接するセルがオフセット状に配置され、リード板がこれらセルの端面と接続されるようジグザグ状に形成されたものとすることで、衝撃が加わると、セルが衝撃力と垂直な方向に広がろうとする力が働き、衝撃力が一定以上となると、リード板とセルとの接続が外れて、セルを垂直方向に分解する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８‐２２６５４４号公報
【特許文献２】特開２００５‐３１７４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１，２に開示される技術では、多方向からの衝撃に対応することができない場合が想定される。
【０００７】
よって、本発明では、電池パックに衝撃吸収機構を設け、多方向からの衝撃に対し、セルケースを変形させないことで、衝突安全性を向上させる電池パックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する第１の発明に係る電池パックは、
複数のセルを内蔵し、剛性の直交異方性を有するモジュールを、複数備え、
隣接する前記モジュール同士が互いに異なる剛性方向となるように敷き詰められていることを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する第２の発明に係る電池パックは、
上記第１の発明に係る電池パックにおいて、
前記モジュールは、
開口部のある中空構造の筐体と、
前記筐体の前記開口部に各々覆設され、前記筐体の変形に追従して変形する弾性膜とを有し、
前記電池パック内に前記筐体の開口面の対向する方向が互いに交差するように敷き詰められていることを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する第３の発明に係る電池パックは、
上記第２の発明に係る電池パックにおいて、
前記筐体は、中空六角柱形状であり、側面の平行な６辺のうち、隣接する前記モジュールに接しない２辺の内壁側に、溝が配設され、その他４辺の内壁側に、スリットが配設されるものであり、
前記筐体内の前記溝の両脇に、当該溝の延在方向を基準に延在しており、前記筐体の変形量を所定範囲内に制限する補強部材がさらに配設されることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第４の発明に係る電池パックは、
上記第２の発明に係る電池パックにおいて、
前記筐体は、中空直方体形状であり、隣接する前記モジュールに接しない２面の内壁の前記筐体の開口面が対向する方向に溝が配設され、側面の平行な４辺の内壁側に、スリットが配設されるものであり、
前記筐体内の前記溝の両脇に、当該溝の延在方向を基準に延在しており、前記筐体の変形量を所定範囲内に制限する補強部材がさらに配設されることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第５の発明に係る電池パックは、
上記第３又は４の発明に係る電池パックにおいて、
前記筐体内において、前記セルが前記溝に嵌まらないように保持する網をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、多方向からの衝撃に対し、セルケースを変形させず、衝突安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１に係る電池パックの概略図である。（ａ）は斜視図を表しており、（ｂ）は上面図を表している。
【図２】本発明の実施例１におけるモジュールの概略的斜視図である。（ａ）はセルを入れていない状態を表しており、（ｂ）はセルを入れた状態を表している。
【図３】本発明の実施例１に係る電池パックの、衝撃に対する変形の様子を表す概略図である。（ａ）は変形前の状態を表しており、（ｂ）は衝突１による変形後の状態を表しており、（ｃ）は衝突２による変形前の状態を表している。
【図４】本発明の実施例１におけるモジュールの、衝撃に対する変形の様子を表す概略的正面図である。（ａ）は変形前の状態を表しており、（ｂ）は変形後の状態を表している。
【図５】本発明の実施例１におけるモジュールに配設された溝周辺の、衝撃に対する変形の様子を表す模式図である。（ａ）は変形前の状態を表しており、（ｂ）は変形後の状態を表している。
【図６】本発明の実施例２に係る電池パックの概略的斜視図である。
【図７】本発明の実施例２におけるモジュールの概略的斜視図である。
【図８】本発明の実施例２におけるモジュールの、衝撃に対する変形の様子を表す概略的正面図である。（ａ）は変形前の状態を表しており、（ｂ）は変形後の状態を表している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る電池パックを実施例にて図面を用いて説明する。
【００１６】
［実施例１］
本発明の実施例１に係る電池パックの構成について、図１，２を用いて説明する。図１は、本発明の実施例１に係る電池パックの概略図である。図１（ａ）は斜視図を表しており、図１（ｂ）は上面図を表している。図２は、本発明の実施例１におけるモジュールの概略的斜視図である。図２（ａ）はセルを入れていない状態を表しており、図２（ｂ）はセルを入れた状態を表している。
【００１７】
図１（ａ）（ｂ）に示すように、本発明の実施例１に係る電池パックは、４個のモジュール１０を備えており、このモジュール１０は、２点対称性を有するように隙間なく敷き詰められている。
【００１８】
上記モジュール１０は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、軸方向と略平行に向けられた複数の円筒型のセル１３を内蔵しており、筐体１１、弾性膜１２、内側補強部材１５、網１６及び外側補強部材１７を備える。
【００１９】
上記筐体１１は、中空六角柱形状であり、六角柱の上面と底面を結ぶ側面の辺である平行な６辺のうち、隣接するモジュール１０に接しない２辺の内壁側に、溝１４ａが配設されている。さらに、その他４辺の内壁側に、スリット１４ｂが配設されている。つまり、底面と上面を結ぶ高さ方向の辺の内壁側に溝ないしスリットが設けられている。
【００２０】
上記弾性膜１２は、筐体１１の開口端部に各々覆設され、筐体１１の変形に追従して変形するものである。なお、図２（ｂ）中では、一方の弾性膜１２のみを表示している。
【００２１】
上記内側補強部材１５は、筐体１１内の溝１４ａの両脇に、溝１４ａに対して平行に、それぞれ配設される、三角柱状の部材であり、筐体１１の変形量を、セル１３が潰れない範囲（所定範囲）内に制限するように、傾斜角が定義されるものである。
【００２２】
上記網１６は、筐体１１において、スリット１４ｂが配設される４辺のうちの下側２辺の内壁側に、装架され、複数のセル１３を保持する。ただし、網１６の装架位置はこれに限定されるものではなく、筐体１１内において、セル１３が溝１４ａに嵌まらないように保持するものであればよい。
【００２３】
上記外側補強部材１７は、モジュール１０の８つの面のうち、上述のようにモジュール１０を敷き詰める方向に対して斜めとなる４つの面の両端部に、それぞれ配設され、当該４つの面の強度を高めるものである。
【００２４】
溝１４ａ、スリット１４ｂ及び外側補強部材１７により、筐体１１は、軸方向には変形を許容しないが、軸方向と垂直な一方向には所定範囲内の変形を許容する中空構造となっている。そして、上記軸方向と上記一方向にモジュール１０が敷き詰められている。
【００２５】
ここで重要なのは、上記モジュール１０は、上記構成により、剛性の直交異方性を有するということであり、かつ、隣接するモジュール１０同士が９０°ずれるように敷き詰められているということである。
【００２６】
本発明の実施例１に係る電池パックの作用について、図３〜５を用いて説明する。図３は、本発明の実施例１に係る電池パックの、衝撃に対する変形の様子を表す概略図である。図３（ａ）は変形前の状態を表しており、図３（ｂ）は衝突１による変形後の状態を表しており、図３（ｃ）は衝突２による変形後の状態を表している。図４は、本発明の実施例１におけるモジュールの、衝撃に対する変形の様子を表す概略的正面図である。図４（ａ）は変形前の状態を表しており、図４（ｂ）は変形後の状態を表している。図５は、本発明の実施例１におけるモジュールに配設された溝周辺の、衝撃に対する変形の様子を表す模式図である。図５（ａ）は変形前の状態を表しており、図５（ｂ）は変形後の状態を表している。
【００２７】
図３（ａ）に示すように、本発明の実施例１に係る電池パックに対して、衝突１と、衝突２が加わったときの様子を説明する。衝突１は、図中の左側から右側へ向けて、上半分のモジュールに加わる衝撃であり、衝突２は、図中の下側から上側に向けて、全てのモジュールに加わる衝撃である。なお、ここでは、本発明の実施例１に係る電池パックに備わる各モジュールを、第１モジュール１０ａ、第２モジュール１０ｂ、第３モジュール１０ｃ及び第４モジュール１０ｄとしているが、いずれも構成は上述のモジュール１０と同一である。
【００２８】
上記衝突１が加わった場合、図３（ｂ）に示すように、第２モジュール１０ｂ及び第４モジュール１０ｄは、衝撃が加わっていないため、変形することはない。一方、第３モジュール１０ｃは、変形を許容する方向から衝撃が加わっているため変形し、衝撃を吸収することができる。そして、第１モジュール１０ａは、第３モジュール１０ｃが衝撃を吸収していることに加え、変形を許容しない方向から衝撃が加わっているために変形しない。
【００２９】
上記衝突２が加わった場合、図３（ｃ）に示すように、第１モジュール１０ａ及び第４モジュール１０ｄは、変形を許容する方向から衝撃が加わっているため変形し、衝撃を吸収することができる。そして、第２モジュール１０ｂ及び第３モジュール１０ｃは、第１モジュール１０ａ及び第４モジュール１０ｄが衝撃を吸収していることに加え、変形を許容しない方向から衝撃が加わっているために変形しない。
【００３０】
また、図４（ａ）のように、モジュール１０（第１〜４モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄでもよい）に対し、変形を許容する方向から衝撃（図中の白抜き矢印）が加わると、図４（ｂ）に示すように、筐体１１に配設された溝１４ａが閉じ、スリット１４ｂが開くことで、筐体１１は変形する。そして、内側補強部材１５により、筐体１１の変形量が制限されることで、内部のセル１３は変形することなく移動し、配置だけが変わることになる。なお、図４（ａ）（ｂ）には、弾性膜１２が図示されていないが、実際は、弾性膜１２も筐体１１の変形に追従して変形する。
【００３１】
さらに、セル１３の配置が変わる際、セル１３を繋ぐバスバー（図示略）が切断される構造となっていることが好ましい。
【００３２】
図５（ａ）（ｂ）に示すように、筐体１１が衝撃により変形すると、溝１４ａの両脇の内側補強部材１５同士が接触し、変形量が所定範囲内となるように制限がかかる。なお、溝１４ａあるいは内側補強部材１５の間にセル１３が嵌まらない寸法に設計しておけば、網１６は設けなくてもよい。
【００３３】
本実施例では、衝撃によるモジュール１０の変形時にモジュール１０内をセル１３が移動するため、モジュール１０内の上部に空間を設ける、すなわち、モジュール１０内に空間的に余裕を持たせてセル１３を内蔵することで、安全性を確保している。しかし、変形前後の形状の設計次第では、モジュール１０内にセル１３を充填させるようにしても、安全性を確保することができる。
【００３４】
また、上述では、モジュール１０に内蔵されるセル１３が、円筒型セルであるものとしたが、本実施例ではセルの形状を限定する必要はない。ただし、円筒型セルの場合、モジュールの軸方向にはセルが移動できないため、従来の電池パックを用いると、軸方向からの衝撃時にはセルに直接衝撃力が加わり、セルケースが変形する虞があるが、一方、本実施例では、多方向からの衝撃に対応可能な衝撃吸収機構を用いているため、本実施例は、モジュール１０に内蔵されるセル１３が円筒型セルの場合に、より有効であるといえる。
【００３５】
また、上述では、４個のモジュール１０が２点対称性を有するように隙間なく敷き詰められているものとして説明したが、本実施例はモジュール１０の個数を限定するものではない。さらには、２点対称性に限定するものでもなく、隣接するモジュール１０同士が９０°ずれるように、軸方向及び上記一方向に敷き詰められていればよく、縦横の個数が異なるものであってもよい。
【００３６】
以上、本発明の実施例１に係る電池パックについて説明したが、換言すれば、本発明の実施例１に係る電池パックは、複数のセル１３を内蔵し、軸方向には変形を許容せず、当該軸方向と垂直な一方向には所定範囲内の変形を許容する、中空構造の筐体１１と、筐体１１の開口端部に各々覆設され、筐体１１の変形に追従して変形する弾性膜１２とを有するモジュール１０を、複数備え、隣接するモジュール１０同士が９０°ずれるように、上記軸方向及び上記一方向に敷き詰められているものである。
【００３７】
そして、筐体１１は、中空六角柱形状であり、平行な６辺のうち、隣接するモジュール１０に接しない２辺の内壁側に、溝１４ａが配設され、その他４辺の内壁側に、スリット１４ｂが配設されるものであり、筐体１１内の溝１４ａの両脇に、溝１４ａに対して平行に、それぞれ配設され、筐体１１の変形量を、所定範囲内に制限する補強部材（内側補強部材１５）を備えるものである。
【００３８】
また、筐体１１内において、セル１３が溝１４ａに嵌まらないように保持する網１６を備えるようにしてもよい。
【００３９】
このようにして、本発明の実施例１に係る電池パックは、多方向からの衝撃に対し、セルケースを変形させず、衝突安全性を向上させることができるものである。
【００４０】
［実施例２］
本発明の実施例２に係る電池パックは、実施例１におけるモジュールの形状を変更したものである。
【００４１】
本発明の実施例２に係る電池パックの構成について、図６，７を用いて説明する。図６は、本発明の実施例２に係る電池パックの概略的斜視図である。図７は、本発明の実施例２におけるモジュールの概略的斜視図である。
【００４２】
図６に示すように、本発明の実施例２に係る電池パックは、４個のモジュール２０を備えており、このモジュール２０は、２点対称性を有するように隙間なく敷き詰められている。
【００４３】
上記モジュール２０は、図７に示すように、筐体２１、弾性膜２２、内側補強部材２５、網２６及び外側補強部材２７を備える。なお、図示していないが、モジュール２０は、軸方向と略平行に向けられた複数の円筒型のセル１３を内蔵している。
【００４４】
上記筐体２１は、中空直方体形状であり、隣接するモジュール２０に接しない２面の内壁中央の軸方向に、溝２４ａが配設されている。さらに、上面と底面を結ぶ辺である側面の辺の内壁側に、スリット２４ｂが配設されている。つまり、底面と上面を結ぶ高さ方向の辺の内壁側にスリットが設けられている。
【００４５】
上記弾性膜２２は、筐体２１の開口端部に各々覆設され、筐体２１の変形に追従して変形するものである。なお、図７中では、一方の弾性膜２２のみを表示している。
【００４６】
上記内側補強部材２５は、筐体２１内の溝２４ａの両脇に、溝２４ａに対して平行に、それぞれ配設される、三角柱状の部材であり、筐体２１の変形量を、セル１３が潰れない範囲（所定範囲）内に制限するように、傾斜角が定義されるものである。
【００４７】
上記網２６は、２つの内側補強部材１５の突部間に装架される。ただし、網２６の装架位置はこれに限定されるものではなく、筐体２１内において、セル１３が溝２４ａに嵌まらないように保持する形状であればよい。ただし、実施例１における網１６と同様、溝２４ａあるいは内側補強部材２５の間にセル１３が嵌まらない寸法に設計しておけば、網２６は設けなくてもよい。
【００４８】
上記外側補強部材２７は、隣接するモジュール２０に接しない２面の両端部に、それぞれ配設され、当該２面の強度を高めるものである。
【００４９】
溝２４ａ、スリット２４ｂ及び外側補強部材２７により、筐体２１は、軸方向には変形を許容しないが、軸方向と垂直な一方向には所定範囲内の変形を許容する中空構造となっている。そして、上記軸方向と上記一方向にモジュール２０が敷き詰められている。
【００５０】
ここで重要なのは、上記モジュール２０は、上記構成により、剛性の直交異方性を有するということであり、かつ、隣接するモジュール２０同士が互いに異なる剛性方向となるように敷き詰められているということである。
【００５１】
本発明の実施例２に係る電池パックの作用について、図８を用いて説明する。図８は、本発明の実施例２におけるモジュールの、衝撃に対する変形の様子を表す概略的正面図である。図８（ａ）は変形前の状態を表しており、図８（ｂ）は変形後の状態を表している。
【００５２】
図８（ａ）のように、モジュール２０に変形を許容する方向から衝撃（図中の白抜き矢印）が加わると、図８（ｂ）に示すように、筐体２１に配設された溝２４ａが閉じ、スリット２４ｂが開くことで、筐体２１は変形する。そして、内側補強部材２５により、筐体２１の変形量が制限されることで、内部のセル１３は変形することなく移動し、配置だけが変わることになる。なお、図８（ａ）（ｂ）には、弾性膜２２が図示されていないが、実際は、弾性膜２２も筐体２１の変形に追従して変形する。
【００５３】
さらに、セル１３の配置が変わる際、セル１３を繋ぐバスバー（図示略）が切断される構造となっていることが好ましい。
【００５４】
本実施例では、実施例１と同様、モジュール２０内に空間的に余裕を持たせてセル１３を内蔵するか、モジュール２０内に充填させるようにセル１３を内蔵するかは、設計次第で変更可能である。また、実施例１と同様、セルの形状を限定する必要はないが、円筒型セルの場合に、より有効である。さらに、実施例１と同様、隣接するモジュール２０同士が９０°ずれるように、軸方向及び上記一方向に敷き詰められていればよく、縦横の個数が異なるものであってもよい。
【００５５】
以上、本発明の実施例２に係る電池パックについて説明したが、換言すれば、本発明の実施例２に係る電池パックは、複数のセル１３を内蔵し、軸方向には変形を許容せず、当該軸方向と垂直な一方向には所定範囲内の変形を許容する、中空構造の筐体２１と、筐体２１の開口端部に各々覆設され、筐体２１の変形に追従して変形する弾性膜２２とを有するモジュール２０を、複数備え、隣接するモジュール２０同士が互いに異なる剛性方向となるように、上記軸方向及び上記一方向に敷き詰められているものである。
【００５６】
そして、筐体２１は、中空直方体形状であり、隣接するモジュール２０に接しない２面の内壁中央の軸方向に、溝２４ａが配設され、各側面間の辺の内壁側に、スリット２４ｂが配設されるものであり、筐体２１内の溝２４ａの両脇に、溝２４ａに対して平行に、それぞれ配設され、筐体２１の変形量を、所定範囲内に制限する補強部材（内側補強部材２５）を備えるものである。
【００５７】
また、筐体２１内において、セル１３が溝２４ａに嵌まらないように保持する網２６を備えるようにしてもよい。
【００５８】
このようにして、本発明の実施例２に係る電池パックは、多方向からの衝撃に対し、セルケースを変形させず、衝突安全性を向上させることができるものである。
【００５９】
以上、実施例１，２を用いて、本発明に係る電池パックについて説明したが、換言すれば、本発明に係る電池パックは、複数のセルを内蔵し、剛性の直交異方性を有するモジュールを、複数備え、隣接するモジュール同士が互いに異なる剛性方向となるように敷き詰められているものであり、このようにして、多方向からの衝撃に対し、セルケースを変形させず、衝突安全性を向上させることができるものである。
【００６０】
以上、本発明の代表的実施形態について説明したが、勿論、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
本実施例では隣接するモジュール同士が９０°ずれるように敷き詰められているとしていたが、これに限るものではなく、例えば隣接するモジュール同士が４５°ずれるようにしても良い。こうすることで、斜め方向からの衝撃を吸収する効果を高めることが出来る。勿論、それ以外の角度であっても同様な効果が得られる場合にはこの発明の範疇である。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、電池パックとして好適である。
【符号の説明】
【００６２】
１０，２０  モジュール
１０ａ  第１モジュール
１０ｂ  第２モジュール
１０ｃ  第３モジュール
１０ｄ  第４モジュール
１１，２１  筐体
１２，２２  弾性膜
１３  セル
１４ａ，２４ａ  溝
１４ｂ，２４ｂ  スリット
１５，２５  内側補強部材
１６，２６  網
１７，２７  外側補強部材
【図１】
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【図２】
2015005384.tif 000004
【図３】
2015005384.tif 000005
【図４】
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【図５】
2015005384.tif 000007
【図６】
2015005384.tif 000008
【図７】
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【図８】
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