JP2012243524A - 電池ケース - Google Patents

Abstract

【課題】筐体内に液熱媒を流通させても、電極に対する作業性を良好とすること。
【解決手段】収容ケース２２は筐体２１に固定されることにより電池ケース２０の一部を構成しており、収容ケース２２内には電池４０が収容されている。電池４０の電極４２，４３は互いに対向する側壁２１ｂから内部領域Ｓ１の外側、かつ、カバー１１に囲まれる領域である突出領域Ｓ２に突出している。また、収容ケース２２の軸方向両端部２２ａ，２２ｂに形成されたフランジ２３にはＯリング２６が収容されている。電極４２，４３はＯリング２６によりシールされているため、液熱媒が流通しても電極４２，４３と液熱媒が接触しない。
【選択図】図２

Description

本発明は、筐体内に電池を収容した電池ケースに関する。

筐体内に電池を収容する電池ケースにあっては、熱媒が筐体内を流通することで電池の温度調整が行われている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、電極がキャップにより封止された電池が筐体内に収容されている。そして、筐体内を熱媒が流通することで電池の温度調整が行われる。

特開２０１０−２７７９４８号公報

ところで、特許文献１に記載の電池ケースにおいては、筐体内に流通させる熱媒を液状の熱媒（以下、「液熱媒」という）とした場合に、電極に対する作業性が悪い。具体的には、電極に対する配線変更などの作業を行いたい場合に、電池ケースの側板及び電極を封止しているキャップを取り外してから作業する必要があり、手間がかかる。

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は筐体内に液熱媒を流通させても、電極に対する作業性が良好な電池ケースを提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、液熱媒が流通する筐体内に電池を収容した電池ケースにおいて、前記電池の電極は液熱媒が流通する流通領域よりも外側の領域に突出し、前記電極の周囲には電極をシールするシール部が設けられ、前記シール部により液熱媒と電極が電気的に絶縁されていることを要旨とする。

本発明によれば、筐体内を流通する液熱媒により電池の温度調整をすることができる。また、電極に対する作業を行う場合は、電極が流通領域よりも外側に突出しているため、電池を流通領域から取り出すことなく電極の作業を行うことができる。すなわち、電極に対する作業を容易に行うことができ、作業性が向上している。また、電極がシール部によりシールされ、液熱媒と電気的に絶縁されている。このため、電極と液熱媒が接触することがなく、漏電や短絡の原因とならない。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電池ケースにおいて、前記流通領域には前記電池を収容する収容ケースが配設され、前記収容ケースにおいて前記電極の周囲に位置する部分に形成されたフランジでシール部を構成することを要旨とする。

本発明によれば、収容ケース内に電池を収容することができる。この結果、容易に電池と液熱媒を絶縁することができる。
請求項３に記載の発明は請求項２に記載の電池ケースにおいて、前記収容ケースは円筒型電池を収容する円筒状の収容ケースであることを要旨とする。

本発明によれば、円筒状の収容ケースに円筒型電池が収容される。このため、収容ケースの外周面から円筒型電池の外周面までの距離を等しくすることができる。したがって、液熱媒が流通領域を流通すると、円筒型電池の外周面が均等に冷却される。外周面が均等に冷却されることにより、円筒型電池における温度分布の偏りが少なくなり、長寿命化に寄与する。

請求項４に記載の発明は請求項２又は請求項３に記載の電池ケースにおいて、前記収容ケースは金属製であることを要旨とする。
本発明によれば、収容ケースを金属製にすることができる。金属は熱伝導性が高いため、電池を加熱する場合には、液熱媒の熱を効率よく電池に伝導することができる。また、電池を冷却する場合には、電池の熱を効率よく液熱媒に伝導させることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項２〜請求項４のうち何れか１項に記載の電池ケースにおいて、前記液熱媒は前記収容ケースの延設方向に直交する方向に流通するとともに、前記収容ケースの外周面には前記収容ケースの延設方向に直交する方向に延びるフィンが形成されていることを要旨とする。

本発明によれば、収容ケースに形成されたフィンにより、収容ケースの表面積を増やすことができる。収容ケースの表面積が増えることにより、液熱媒と収容ケースの接触面積が増加する。このため、電池と液熱媒との伝熱効率が向上する。また、フィンが収容ケースの延設方向に直交する方向に延びているため、液熱媒が流通したときにフィンが液熱媒の流通を阻害しにくい。

本発明によれば、筐体内に液熱媒を流通させても、電極に対する作業性を良好とすることができる。

第１の実施形態における電池パックの斜視図。 第１の実施形態における電池パックの断面図。 第２の実施形態における電池パックの断面図。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態について図１及び図２にしたがって説明する。

図１に示すように、電池パック１０における電池ケース２０の筐体２１は、平面視矩形状をなす底板２１ａ（図２参照）の四辺から立設された側壁２１ｂ，２１ｃと底板２１ａと対向する方向に位置する天板２１ｄから形成されている。そして、底板２１ａの短辺から立設する側壁２１ｂには取り外し可能なカバー１１が取り付けられている。本実施形態では、側壁２１ｂ、２１ｃに囲まれる領域を筐体２１の内部領域Ｓ１とする。

図２に示すように、内部領域Ｓ１には円筒状の収容ケース２２が収容されている。収容ケース２２は、軸方向第１端部２２ａ及び軸方向第２端部２２ｂが互いに対向する側壁２１ｂに固定されることにより、筐体２１に固定されている。そして、収容ケース２２は筐体２１に固定されることにより電池ケース２０の一部を構成している。

収容ケース２２は底板２１ａの長辺から立設する側壁２１ｃと直交する方向に沿って複数（本実施形態では３つ）配設されている。各収容ケース２２には、円筒型電池４０が収容されている。具体的には、電池４０は複数の円筒型電池セル４１（図では３本のみ図示）を収容ケース２２内に収容することにより構成されており、電池セル４１はその軸方向が収容ケース２２の軸方向に沿うように収容されている。本実施形態では、収容ケース２２の軸方向第１端部２２ａから軸方向第２端部２２ｂに至るまで電池セル４１が収容されている。そして、収容ケース２２に電池４０が収容されることにより、電池パック１０が構成されている。

筐体２１は、電気絶縁性の材質、例えば樹脂で形成されている。筐体２１には電池パック１０の外部から液熱媒を搬送するパイプ１２が側壁２１ｃに沿って設けられており、パイプ１２には内部領域Ｓ１に液熱媒を流入させる複数の流入部１２ａが収容ケース２２に対して開口して形成されている。複数の流入部１２ａは隣接する流入部１２ａ同士の間が一定間隔になるようにパイプ１２の延設方向に沿って形成されている。パイプ１２の長さ及び流入部１２ａの位置は電池４０に対応して設定される。具体的には、パイプ１２は電池４０の軸方向に沿う長さとほぼ同一の長さ分だけ内部領域Ｓ１に挿入されている。そして、収容ケース２２に収容される電池セル４１を満遍なく冷却できるように流入部１２ａの位置が設定されている。本実施形態では、収容ケース２２の軸方向第１端部２２ａから軸方向第２端部２２ｂに至るまで電池セル４１が収容されていることから、内部領域Ｓ１を液熱媒が満遍なく流通するように流入部１２ａが形成されている。

そして、筐体２１には電池パック１０の外部に液熱媒を排出するパイプ１３が設けられており、流入部１２ａから流入した液熱媒は、内部領域Ｓ１を流通した後、パイプ１３に形成された排出部１３ａから排出されるようになっている。本実施形態において、液熱媒が流通する内部領域Ｓ１が流通領域とされている。

また、電池パック１０の外部には、液熱媒を冷却することのできる図示しない冷却機構と、液熱媒を加熱することのできる図示しない加熱機構が設けられており、内部領域Ｓ１に流入させる液熱媒の温度調整ができるようになっている。

次に、収容ケース２２と収容ケース２２に収容される電池４０について説明する。
収容ケース２２は熱伝導性の高い金属、例えばアルミや銅などで形成されている。収容ケース２２の軸方向第１端部２２ａ及び軸方向第２端部２２ｂの外周面にはフランジ２３が形成されている。また、収容ケース２２の外周面においてフランジ２３の間には円形のフィン２４が複数形成されている。フィン２４は液熱媒の流通を阻害しないように形成されている。具体的には、フィン２４は、収容ケース２２の軸方向に沿って一定間隔毎に形成されており、隣接するフィン２４同士の間が液熱媒の流通する流通路となるようにしている。

そして、収容ケース２２の内周面と電池４０の外周面の間には封止用樹脂２５が充填されており、この封止用樹脂２５により収容ケース２２内に電池４０が固定されている。封止用樹脂２５は電池４０を固定するだけでなく、液熱媒が収容ケース２２内に流入することを防止し、電池４０の絶縁性を維持している。封止用樹脂２５としては、電池４０と液熱媒の熱交換を阻害しないような熱伝導性の良好な樹脂などが用いられる。

電池４０は、収容ケース２２内に並設された、各電池セル４１を直列接続することにより構成されている。本実施形態では、収容ケース２２内に電池セル４１を収容しているため、各電池セル４１の電極（図示せず）と液熱媒が接触しない。また、収容ケース２２を用いることにより、各電池セル４１を直列接続した状態で固定することができるため、容易に電池セル４１を直列接続することができる。

各電池４０の両端部には電極４２，４３が設けられている。電極４２，４３は電池４０と接続されている。そして、各電池４０の電極４２，４３は側壁２１ｂに形成された図示しない貫通孔を貫通して内部領域Ｓ１の外側、かつ、カバー１１に囲まれる領域である突出領域Ｓ２に突出している。また、筐体２１を絶縁性の材質で形成することにより、電極４２，４３同士が筐体２１を介して電気的に接続されることを防止している。すなわち、電極４２，４３の短絡が防止されている。

各電池４０の正極と負極の向きは、隣接する電池４０同士で異ならせている。よって、隣接する電極４２，４３を電気的に接続したときに、正極と負極が接続されるようになっており、各電池４０を直列接続することを容易にしている。そして、各電池４０は、接続部材４４により直列接続されるとともに、直列接続された電池４０は電極として機能する接続部材４５を介して駆動対象に接続される。

上記したように、電極４２，４３が内部領域Ｓ１から突出領域Ｓ２に突出しているため、接続部材４４の接続先を容易に変更することができる。したがって、駆動対象に合わせて電池パック１０の出力を容易に変更できる。

次に、本実施形態におけるシール部について説明する。
各フランジ２３において側壁２１ｂと対向する面には環状溝２３ａが形成されているとともに、環状溝２３ａにはＯリング２６が収容されている。収容ケース２２及び接続部材４４，４５は、筐体２１外から内部領域Ｓ１に向かって螺入されたボルトＢにより固定されている。ボルトＢはフランジ２３に形成された雌ネジ２３ｂに螺合している。

Ｏリング２６は、収容ケース２２が側壁２１ｂに固定されることにより側壁２１ｂの内面に密接する。そして、電極４２，４３は、Ｏリング２６が側壁２１ｂに密接することによりシールされる。Ｏリング２６は、側壁２１ｂに固定されるフランジ２３に収容されていることから、電極４２，４３の周囲に位置することになる。

そして、液熱媒と電極４２，４３は電気的に接続されることがなく、短絡や漏電が防止されている。
本実施形態では、フランジ２３を形成することにより、Ｏリング２６を収容する領域を確保している。また、フランジ２３を形成することにより筐体２１外からボルトＢを螺入したときに、ボルトＢが螺合する領域を確保している。よって、本実施形態ではフランジ２３により電極４２，４３をシールするシール部が構成されている。

次に、本実施形態の電池ケース２０の作用について説明する。
本実施形態における電池パック１０は、例えば、電気自動車に搭載されるモータなどを駆動するために用いられる。各電池４０の電極４２，４３は内部領域Ｓ１から突出領域Ｓ２に突出している。したがって、カバー１１を外すだけで接続部材４４の接続先を変更することができる。

モータを駆動すべく、モータと電池パック１０を電気的に接続すると、電池パック１０はモータに電力を供給する。この際、寒冷地や冬季の低温時などのように環境温度が電池４０の駆動に支障をきたすほど低い場合、加熱機構は液熱媒を加熱する。電池を冷却したい場合、冷却機構が液熱媒を冷却する。そして、液熱媒はパイプ１２を流通し、流入部１２ａから内部領域Ｓ１に流入する。

流入部１２ａから排出部１３ａに向かって、内部領域Ｓ１を流通する液熱媒は収容ケース２２を介して電池４０の温度を調整する。
この際、収容ケース２２が熱伝導性の高い金属から形成されていることにより、内部領域Ｓ１を流通する液熱媒と電池４０の熱交換が効率よく行われる。また、収容ケース２２にフィン２４を形成することにより、収容ケース２２の表面積を増加させ、液熱媒と収容ケース２２の接触面積を増加させていることから、液熱媒と電池４０の熱交換が更に効率よく行われる。このため、電池４０を加熱する場合には、液熱媒の熱を効率よく電池４０に伝導させることができ、電池４０を冷却する場合には、電池４０の熱を効率よく液熱媒に伝導させることができる。

また、隣接するフィン２４の間を液熱媒が流通するようにしているため、フィン２４により液熱媒の流通が阻害されにくく、液熱媒は内部領域Ｓ１を円滑に流通する。
また、収容ケース２２が円筒状をなすことから、収容ケース２２の外周面（液熱媒との接触面）から電池４０までの距離を等しくすることができる。このため、内部領域Ｓ１を液熱媒が流通すると、電池４０は均等に冷却されることになる。電池４０の温度分布は均一であることが好ましく、電池４０内の温度分布を均一にすることにより電池４０の長寿命化を図ることができる。

液冷媒は、電極４２，４３を突出領域Ｓ２に突出させるために側壁２１ｂに形成された貫通孔から流出しようとするが、Ｏリング２６により電極４２，４３の周囲がシールされていることから、流出が防止されている。また、収容ケース２２内に液熱媒が流入することも防止されている。

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）筐体２１の内部領域Ｓ１（流通領域）から突出領域Ｓ２に電極４２，４３を突出させることにより、電池ケース２０から電池４０を取り出すことなく、電極４２，４３の作業をすることができる。すなわち、電極４２，４３に対する作業性が向上する。

（２）また、電極４２，４３の周囲にはシール部が形成されている。このため、電極４２，４３を筐体２１外（突出領域Ｓ２）に突出させるために、側壁２１ｂに貫通孔を形成しても貫通孔から液熱媒が流出しない。したがって、電極４２，４３と液熱媒の接触が防止されるため、漏電や短絡を防止することができる。

（３）収容ケース２２として熱伝導性の金属製の収容ケース２２を用いた。このため、内部領域Ｓ１を液熱媒が流通したときに、液熱媒と電池４０の熱交換が効率良く行われる。

（４）さらに、収容ケース２２にフィン２４を形成することにより、液熱媒と収容ケース２２の接触面積を増加させている。このため、液熱媒と電池４０の熱交換が更に効率よく行われる。

（５）フィン２４は液熱媒の流通を阻害しないように、液熱媒の流通方向に直交する方向に延びるように形成されている。このため、液熱媒は内部領域Ｓ１を円滑に流通する。
（６）熱媒として液熱媒を用いることにより、発熱密度の高い電池を用いることができる。

（７）収容ケース２２に収容される電池セル４１を満遍なく冷却できるように流入部１２ａを形成した。このため、各電池セル４１の温度分布の偏りが少なくなり、電池４０の長寿命化が図れる。

（８） 収容ケース２２は円筒状をなす。このため、収容ケース２２の外周面（液熱媒との接触面）から電池４０までの距離を等しくすることができる。内部領域Ｓ１を液熱媒が流通すると、電池４０は均等に冷却される。電池４０の温度分布は均一であることが好ましく、電池４０内の温度分布を均一にすることにより電池４０の長寿命化を図ることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施形態を図３にしたがって説明する。
以下に説明する実施形態は、既に説明した実施形態と同一構成について同一符号を付すなどしてその重複する説明を省略又は簡略する。

図３に示すように、電池ケース５０の筐体２１には、互いに対向する側壁２１ｂに一対の支持部材５１が溶接されている。そして、支持部材５１が円筒型電池５２を支持することにより、電池パック６０が構成されている。

支持部材５１は、有底円筒状をなしており、その底面５１ａが側壁２１ｂの内面に当接した状態で溶接されている。支持部材５１の内径は、電池５２の径と略同一の径とされている。一対の支持部材５１は、その中心軸線が同一線上に位置するように配設されている。

支持部材５１は側壁２１ｂに溶接されることにより電池ケース５０の一部を構成している。一対の支持部材５１は側壁２１ｃと直行する方向に沿って複数（本実施形態では三対）配設されている。そして、円筒型電池５２は、支持部材５１の開口部５１ｂにその両端を圧入されることにより支持されている。

支持部材５１の底壁には図示しない貫通孔が形成されている。そして、電極４２，４３は貫通孔を貫通して突出領域Ｓ２に突出している。
本実施形態において、支持部材５１が側壁２１ｂに溶接されていることから、溶接部５１ｃによってシール部が形成され、電極４２，４３と液熱媒の絶縁性が維持されている。

電池５２において支持部材５１に圧入されている両端以外の部分は、外周面がむき出しの状態となっており、内部領域Ｓ１を液熱媒が流通すると電池５２の外周面と液熱媒が直接接触する。このため、本実施形態における液熱媒としては、絶縁性の液熱媒を用いる必要があり、たとえば、フロン系の液熱媒が用いられる。

次に、本実施形態における電池パック６０に用いられる電池ケース５０の作用について説明する。
内部領域Ｓ１を液熱媒が流通すると、液熱媒と電池５２が直接接触することにより温度調整が行われる。液熱媒と電池５２が直接接触することから、電池５２と液熱媒の熱交換が効率よく行われる。電極４２，４３の周囲には溶接部５１ｃによりシール部が形成されていることから、電極４２，４３と液熱媒が接触することが防止されている。

したがって、本実施形態では、第１の実施形態の効果（１），（２）及び（７）に加えて、以下に示す効果を得ることができる。
（９）収容ケースを用いることなく、電池５２を冷却するため、必要となる材料が少なくなり、製造費用の削減を図ることが出来る。

（１０）液熱媒と電池５２が直接接触するため、効率よく熱交換を行うことができる。
（１１）支持部材５１を直接側壁２１ｂに溶接するため、フランジ２３を形成する必要がない。したがって、収容ケース２２に使用される材料が削減でき、製造コストの低減が図れる。

なお、実施形態は以下のように変更しても良い。
○ 第１及び第２の実施形態において、電池４０，５２の数を増減してもよい。この場合、筐体２１内に電池４０，５２を積層してもよい。電池４０，５２を積層方向に対して互い違いに積層することにより、より多くの電池４０，５２を筐体２１内に配設することができる。

○ 第１の実施形態において、収容ケース２２は、筐体２１に溶接されていてもよい。この場合、フランジ２３を廃してもよい。収容ケース２２と筐体２１が溶接されているため、溶接部によりシール部が構成され、電極４２，４３と液熱媒は電気的に絶縁されることになる。

○ 第１の実施形態において、収容ケース２２に収容される電池セル４１は増やしてもいいし、減らしても良い。また、単数であってもよい。すなわち、駆動対象に合わせて電池セル４１の数を変更することができる。

○ 第１の実施形態において、Ｏリング２６を収容するための環状溝２３ａは筐体２１に形成されていてもよい。この場合、フランジ２３は、Ｏリング２６を被覆する領域として機能する。

○ 第１の実施形態において、フィン２４の形状はどのような形状であってもよい。例えば、螺旋状などであってもよい。
○ 第１の実施形態において、液熱媒は収容ケース２２の軸方向に対して平行に流通させてもよい。この場合、フィン２４の形状を螺旋状にすることが好ましい。

○ 第１及び第２の実施形態において、電池４０，５２の形状は、四角柱状、薄型ラミネート構造、積層構造など、どのような構造であってもよい。
○ 第１の実施形態において、収容ケース２２の形状は四角形状など、どのような形状であってもよい。この際、収容ケース２２の形状を電池セル４１の形状に合わせると、収容ケース２２の外周面から電池セル４１までの距離が均一となるため、電池セル４１内の温度分布が偏りにくい。

○ 第１の実施形態において、フィン２４の大きさを上流と下流で変えても良い。例えば、上流側のフィン２４を小さく、下流側のフィン２４を大きくする。この場合、収容ケース２２に同一数のフィン２４が形成されるとすると、下流側の収容ケース２２の表面積が、上流側の収容ケース２２に比べて大きくなる。すなわち、下流側の収容ケース２２のほうが液熱媒との接触面積が大きくなり、下流側の収容ケース２２に収容される電池４０の方が効率良く熱交換される。下流側を流通する液熱媒は上流側の電池４０の温度調整を行った後の液熱媒となる。このため、筐体２１内に多量の電池４０を収容した場合、下流側の電池４０を十分に温度調整することができない。このため、下流側の収容ケース２２の熱交換効率を向上させることにより、上流側に位置する電池４０と下流側に位置する電池４０の温度差を少なくすることができる。

○ 第１の実施形態において、収容ケース２２は金属製以外でもよい。この場合、窒化アルミニウム、炭化ケイ素からなるセラミックスや熱伝導性の良好な樹脂など、熱伝導性の良い材料を使用することが好ましい。

○ 第１の実施形態において、フランジ２３と側壁２１ｂの間に介在させるシール材は、Ｏリング２６以外であってもよい。例えば、フランジ２３において側壁２１ｂと対向する面の全面を覆うようなゴムシートを用いても良い。この場合、Ｏリング２６を挿入するための環状溝２３ａを形成する必要がなく、製造が容易になる。

○ 第１の実施形態において、フランジ２３と筐体２１は、ボルトＢ以外で固定されていてもよい。例えば、かしめにより固定されていてもよい。
○ 第１及び第２の実施形態において、筐体２１は電気絶縁性の材質以外、すなわち導電性の材質から形成されていてもよい。この場合、電極４２，４３と筐体２１が電気的に絶縁されている必要がある。例えば、電極４２，４３と筐体２１の間に絶縁性の材質を介在させたり、電極４２，４３を挿通させる挿通孔の径を電極４２，４３の径より大きくすることにより、電極４２，４３と筐体２１が接触しないようにすればよい。

○ 第１の実施形態においてフランジ２３の形状は、Ｏリング２６を収容する領域及びボルトＢが螺合する領域を確保できればどのような形状であってもよい。
○ 第２の実施形態において、支持部材５１にフランジを形成してもよい。この場合、フランジと側壁２１ｂを溶接してもよいし、フランジと側壁２１ｂをボルトにより固定してもよい。

○ 第１の実施形態において、封止用樹脂２５を別の部材にしてもよい。例えば、熱伝導性の良好な金属などを用いてもよい。また、電池４０の外周面と収容ケース２２の内周面の間に封止用の部材を介在させることなく、収容ケース２２の内径と電池４０の径を略同一の径として電池４０を収容ケース２２に圧入してもよい。

Ｓ１…内部領域、Ｓ２…突出領域、２０，５０…電池ケース、２１…筐体、２２…収容ケース、２３…フランジ、２４…フィン、２６…Ｏリング、４０，５２…電池、４２，４３…電極、５１…支持部材、５１ｃ…溶接部。

Claims (5)

1. 液熱媒が流通する筐体内に電池を収容する電池ケースであって、
   前記電池の電極は液熱媒が流通する流通領域よりも外側の領域に突出し、
   前記電極の周囲には電極をシールするシール部が設けられ、前記シール部により液熱媒と電極が電気的に絶縁されていることを特徴とする電池ケース。
2. 前記流通領域には前記電池を収容する収容ケースが配設され、
   前記収容ケースにおいて前記電極の周囲に位置する部分に形成されたフランジでシール部を構成することを特徴とする請求項１に記載の電池ケース。
3. 前記収容ケースは円筒型電池を収容する円筒状の収容ケースであることを特徴とする請求項２に記載の電池ケース。
4. 前記収容ケースは金属製であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電池ケース。
5. 前記液熱媒は前記収容ケースの延設方向に直交する方向に流通するとともに、前記収容ケースの外周面には前記収容ケースの延設方向に直交する方向に延びるフィンが形成されていることを特徴とする請求項２〜請求項４のうち何れか１項に記載の電池ケース。

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