JP2014175193A - 電池ケース - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は電池ケース作製の歩留まりの改善、及び電池ケースを形成する際の装填部品数の減らした電池ケースを提供することを目的とする。
【解決手段】電池ケースは、第１の電池ケースと、第２の電池ケースと、少なくともひとつの素電池が保持される保持部を備える。第１の電池ケースは、第１の保持部と、第１の電池ケースの長手方向の両端部に、前記第１の保持部の長手方向に沿って設けられる第１の結合部を有する。第２の電池ケースは、第２の保持部と、第２の電池ケースの長手方向の両端部に、前記第２の保持部の長手方向に沿って設けられ、第１の結合部に当接する第２の結合部を有する。



【選択図】図３

Description

本発明は、素電池を保持する電池ケースに関する。

所望の電圧と電流を得るために、複数の電池を接続し、電池ケースに保持して構成される電池ブロックが用いられ、さらに複数の電池ブロックを接続して構成される電池モジュールが用いられる。電池ケースを作製する方法として、金型を用いて作製する方法がある。

特開２００８−２２６８１５号公報 特開２０１２−１１９１３６号公報

先行文献１には、複数の装填部品から形成された電池ブロックについて開示されている。

先行文献２には、複数の電池を保持する中空部分を有し、その中空部分が円筒型の空洞である電池ブロックについて開示されている。ところで、電池ケースの成形方法のひとつに押出成形がある。押出成形は、押出プレス機を用いて部材に強い圧力を加え、金型の孔から部材を押出して成形する方法である。電池ケースは、複数の素電池を保持するための中空部分を有する。中空部分を成形するためには、次のプロセスを経る必要がある。まず、１つ目の金型で、電池ケースの外形部分を成形する。次に、中空部分を成形するための金型で、外形部分が成形された電池ケースに空洞を成形する。ここで、複数の中空部分を成形中に、中空部分にかかる圧力にバラツキが生じる場合がある。中空部分にかかる圧力にバラツキが生じると、電池ケースの一部が金型からはみ出て電池ケースに欠陥が発生する。欠陥が発生した電池ケースは、不良品となり電池ケース作製の歩留まりが悪化する。

本発明は電池ケース作製の歩留まりの改善、及び電池ブロックを形成する際の装填部品数を減らした電池ケースを提供することを目的とする。

電池ケースは、第１の電池ケースと、第２の電池ケースと、少なくともひとつの素電池が保持される保持部と、を備え、第１の電池ケースは、素電池を保持する第１の保持部と、 第１の電池ケースの長手方向の両端部に、前記第１の保持部の長手方向に沿って設けられる第１の結合部と、を有し、第２の電池ケースは、素電池を保持する第２の保持部と、第２の電池ケースの長手方向の両端部に、前記第２の保持部の長手方向に沿って設けられ、前記第１の結合部に当接する第２の結合部とを有する。

本発明によれば、電池ケース作製の歩留まりの改善、及び電池ブロックを形成する際の装填部品数を低減できる。

実施の形態１から６に係る電池ブロックの構造を示す斜視図である。 実施の形態１に係る電池ケースの構造を示す上面図である。 実施の形態１に係る第１の電池ケースと第２の電池ケースの構造を示す斜視図である。 実施の形態１に係る電池ケースの片方の端部を拡大した構造を示す上面図である。 実施の形態２に係る電池ケースの構造を示す上面図である。 実施の形態２に係る第１の電池ケースと第２の電池ケースの構造を示す斜視図である。 実施の形態３に係る電池ケースの構造を示す上面図である。 実施の形態３に係る第１の電池ケース、第２の電池ケース、及び第３の電池ケースの構造を示す上面図である。 実施の形態４に係る電池ケースの構造を示す上面図である。 実施の形態４に係る第１の電池ケース、第２の電池ケース、及び第３の電池ケースの構造を示す上面図である。 実施の形態５に係る電池ケースの構造を示す上面図である。 実施の形態５に係る第１の電池ケース、第２の電池ケース、第４の電池ケースの構造を示す上面図である。 実施の形態６に係る電池ケースの構造を示す上面図である。 実施の形態６に係る第１の電池ケース、第２の電池ケース、第４の電池ケースの構造を示す上面図である。

以下に図面を用いて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下で述べる材質、寸法、形状、電池の数等は説明のための例示であって、電池ケース、電池ブロックの仕様に応じ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、実施の形態１から６に係る電池ブロックの構成を示す斜視図である。

図１に示されるように、電池ブロック１００は、素電池２００と素電池２００が保持される保持部３１０を有する電池ケース３００とからなる。電池ブロック１００は、素電池２００をその長手方向に揃えて長手方向に直交する行方向と列方向とにそれぞれ所定の個数を配置し、電池ケース３００に保持したものである。図１では、１７個の素電池２００で１つの電池ブロック１００が構成される。

素電池２００は、充放電可能な二次電池である。二次電池としては、リチウムイオン電池が用いられる。これ以外に、ニッケル水素電池、アルカリ電池等を用いてもよい。電池ケース３００は、保持される素電池２００の負極端子が配置される面を下面、保持される素電池２００の正極端子が配置される面を上面とする。電池ケース３００は、素電池２００の形状に合わせた保持部３１０を有する。

電池ケース３００は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金で作製される。アルミニウム合金としては、例えばＡｌ-Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金等が挙げられる。電池ケース３００に用いられる材料は、軽量かつ良好な熱伝導性を有している限り、特に限定されるものではない。

保持部３１０は、中空形状をしている。保持部３１０の形状は、素電池２００の少なくとも一部の側面が接するように形状が決定される。従って、保持部３１０の内部形状は、素電池２００の形状に依存する。保持部３１０の数は設計仕様や実験等によって決定される。なお、以下の実施の形態１から６における保持部３１０の数は、実施の形態によって
適宜変更される。

(実施の形態１)
図２は、実施の形態１に係る電池ケース３００の構造を示す上面図である。図３は、実施の形態１に係る第１の電池ケース３０と第２の電池ケース３１の構造を示す斜視図である。

図２及び図３に示されるように、電池ケース３００は、第１の電池ケース３０と第２の電池ケース３１を嵌め合わせて作製される。図３の電池ケース３００は、実線部分と点線部分で表される。図３の点線部分は、第１の保持部３４と第２の保持部３５を一部省略したことを示している。

第１の電池ケース３０は、素電池２００を保持する面に素電池２００を保持するための半円柱状の第１の保持部３４を有する。第１の電池ケース３０は、第１の保持部３４の長手方向に沿って、第２の電池ケース３１を嵌め合わせるための凸形状をした第１の結合部３２を有する。第１の電池ケース３０は、第１の電池ケース３１の長手方向の両端部に第１の結合部３２を有する。

第２の電池ケース３１は、素電池２００を保持する面に素電池２００を保持するための半円柱状の第２の保持部３５を有する。第２の電池ケース３１は、第２の保持部３５の長手方向に沿って、第１の電池ケース３０を嵌め合わせるための凹形状をした第２の結合部３３を有する。第２の電池ケース３１は、第２の電池ケース３１の長手方向の両端部に第２の結合部３３を有する。

保持部３１０は、第１の保持部３４と第２の保持部３５によって形成される。

図４に示されるように、第１の電池ケース３０と第２の電池ケース３１とは、カシメ加工により嵌め合わされる。第１の結合部３２の幅はＬ１、第２の結合部３３の幅はＬ２である。第１の結合部３２の幅Ｌ１は、第２の結合部３３の幅Ｌ２よりも長く設計される。Ｌ１は、Ｌ２よりも長いため、プレス機等で圧力をかけて第１の結合部３２と第２の結合部３３を嵌め合わせる。Ｌ１をＬ２よりも長くすることで、嵌め合わされた結合部同士が抜けにくい構造になる。なお、図示をしていないが他方の端部でも同様に第１の結合部３２の幅はＬ１、第２の結合部３３の幅はＬ２となる。なお、第1の結合部３２と第２の結合部３３は、嵌め合わせることが可能であれば、大きさや形状に関して特に限定されない。

実施の形態１によれば、第１の結合部３４と第２の結合部３３を嵌め合わせることで、そのほかに固定部材を必要とせずに電池ケース３００を作製できる。

第１の電池ケース３０と第２の電池ケース３１は、中空部分を有さない。第１の電池ケース３０、及び第２の電池ケース３１は、金型を用いて成形する際に、中空部分の成形による欠陥が生じない。従って、実施の形態１に係る電池ケース３００は、作製時に欠陥を抑え、歩留まりを改善できる。

（実施の形態２）
実施の形態１に係る電池ケース３００では、第１の電池ケース３０と第２の電池ケース３１は異なる形状のため、異なる形状の金型が必要となる。実施の形態２では、第１の電池ケース３０と第２の電池ケース３１の金型を共通化させた電池ケース３００について説明する。

図５は、実施の形態２に係る電池ケース３００の構造を示す上面図である。図６は、実施の形態２に係る第１の電池ケース３０と第２の電池ケース３１の構造を示す斜視図である。図６の電池ケース３００は、実線部分と点線部分で表される。図６の点線部分は、第１の保持部３４と第２の保持部３５を一部省略したことを示している。

図５及び図６に示されるように、第１の電池ケース３０は、素電池２００を保持する面に第１の結合部３２と第２の結合部３３を有する。第１の電池ケース３０は、第１の電池ケース３０の長手方向の端部に、第１の保持部３４の長手方向に沿って結合部を有する。第１の電池ケース３０は、第１の電池ケース３０の長手方向の一方の端部に凸形状をした第１の結合部３２を有し、第１の電池ケース３０の長手方向の他方の端部に凹形状をした第２の結合部３３を有する。

第２の電池ケース３１は、第１の電池ケース３０の第１の保持部３４の長手方向を軸として１８０°反転させたものである。第１の電池ケース３０と第２の電池ケース３１は、同じ構造である。つまり、第２の電池ケース３１も、凸形状をした第１の結合部３２と凹形状をした第２の結合部３３を有する。電池ケース３００を作製する場合、第１の電池ケース３０の第１の結合部３２と第２の電池ケース３１の第２の結合部３３が嵌め合わされ、第１の電池ケース３０の第２の結合部３３と第２の電池ケース３１の第１の結合部３２が嵌め合わされる。

実施の形態２によれば、第１の電池ケース３０と第２の電池ケース３１は同じ形状のため、ひとつの金型で成形できる。従って、電池ケース３００を成形するための金型数の増加を抑制できる。

(実施の形態３)
図７は、実施の形態３に係る電池ケース３００の構造を示す上面図である。図８は、実施の形態３に係る第１の電池ケース３０、第２の電池ケース３１、及び第３の電池ケース３６の構造を示す上面図である。

第３の電池ケース３６が、第１の電池ケース３０と第２の電池ケース３１の間に嵌め合わされる。第１の電池ケース３０と第２の電池ケース３１の間に嵌め合わされる第３の電池ケース３６を増やすことで、電池ケース３００に装填される素電池２００の数を増やすことができる。

第３の電池ケース３６は、表面と裏面にて素電池２００を保持する構造を有する。第３の電池ケース３６の裏面には、素電池２００を保持するための半円柱状の第３の保持部３７を有する。また、第３の電池ケース３６の表面には、素電池２００を保持するための半円柱状の第４の保持部３８を有する。第３の保持部３７及び第４の保持部３８の形状は、第１の保持部３４及び第２の保持部３５と同じ形状である。

第３の電池ケース３６は、第３の保持部３７を有する面に第２の結合部３３を有する。第２の結合部３３は、第３の保持部３７の長手方向(図示せず)に沿って形成される。また、第３の電池ケース３６は、第４の保持部３８を有する面に第１の結合部３２を有する。第１の結合部３２は、第３の保持部３７の長手方向(図示せず)に沿って形成される。保持部３１０は、第３の保持部３７と第１の保持部３４とを有する。また、保持部３１０は、第４の保持部３８と第２の保持部３５とを有する。

第３の電池ケース３６を有する電池ケース３００は、第３の電池ケース３６を有さない電池ケース３００に比べて、保持される素電池２００の数を２倍に増加させることができる。また、第３の電池ケース３６同士を嵌め合わせることができる。第３の電池ケース３
６の個数を増加させることで、電池ケース３００に保持される素電池２００の数を２倍、３倍、４倍、…、ｎ倍（ｎは自然数）に増加させることができる。

実施の形態３によれば、実施の形態１もしくは実施の形態２と比較して、電池ケース３００に保持される素電池２００の数をｎ倍増やすことができる。そのため、電池ブロック１００の放電容量や出力電圧等を増加させることができる。
(実施の形態４)
実施の形態４は、実施の形態３に実施の形態２を組み合わせたものである。図９は、実施の形態４に係る電池ケース３００の構造を示す上面図である。図１０は、実施の形態４に係る第１の電池ケース３０、第２の電池ケース３１、及び第３電池ケース３６の構造を示す上面図である。

図９及び図１０に示すように、電池ケース３００は、第１の電池ケース３０、第２の電池ケース３１、及び第３の電池ケース３６を有する。ここで、第１の電池ケース３０の第１の結合部３２と第２の結合部３３は、実施の形態２と同じ形状である。また、第２の電池ケース３１の第１の結合部３２及び第２の結合部３３は、実施の形態２と同じ形状である。また、保持部３１０は、実施の形態３と同じ形状である。実施の形態２及び実施の形態３と異なる部分に関して説明をする。

第３の電池ケース３６は、素電池２００を保持する面に第１の結合部３２と第２の結合部３３を有する。第３の電池ケース３６は、一方の素電池２００の保持する面を表面、他方の素電池２００を保持する面を裏面とする。第３の電池ケース３６は、素電池２００を保持する表面の結合部の形状と対応する裏面の結合部の形状とが異なる。つまり、素電池２００を保持する表面が第１の結合部３２を有している場合、対応する裏面は第２の結合部３３を有する。第１の電池ケース３０の第１の結合部３２と第３の電池ケース３６の第２の結合部３３が結合される。また、第１の電池ケース３０の第２の結合部３３と第３の電池ケース３６の第１の結合部３２が接合される。第２の電池ケース３１の第１の結合部３２と第３の電池ケース３６の第２の結合部３３が結合される。また、第２の電池ケース３１の第２の結合部３３と第３の電池ケース３６の第１の結合部３２が結合される。

実施の形態４によれば、実施の形態４に関しても、実施の形態３よりも少ない金型数で電池ケース３００を作製できる。また、第３の電池ケース３６の数を増加させることで、電池ケース３００に保持される素電池２００の数をｎ倍に増加させることができる。そのため、電池ブロック１００の放電容量や出力電圧等を増加させることができる。

（実施の形態５）
図１１は、実施の形態５に係る電池ケース３００の構造を示す上面図である。図１２は、実施の形態５に係る第１の電池ケース３０、第２の電池ケース３１、第４の電池ケース３９、及び第４の電池ケース４０の構造を示す上面図である。ここで、実施の形態４に係る電池ケース３００と異なる部分を説明する。

図１１及び図１２に示すように、電池ケース３００は、第１の電池ケース３０、第２の電池ケース３１、第４の電池ケース３９、及び第４の電池ケース４０を有する。電池ケース３００の保持部３１０は、千鳥配置される。具体的には、第４の電池ケース３９、及び第４の電池ケース４０の第５の保持部４１は、第１の電池ケース３０の第１の保持部３４及び第２の電池ケース３１の第２の保持部３５に対応するように配置される。保持部３１０を千鳥配置にすることで、電池ケース３００に素電池２００を最も密に配列できる。

なお、１つの第４の電池ケース３９と１つの第４の電池ケース４０を１組の単位構造として考えると、図１２で示す実施の形態５では、１組の第４の電池ケース３９と第４の電
池ケース４０を用いて、電池ケース３００を作製しているが、これに限定されるものではない。電池ケース３００に、ｎ組（ｎは自然数）の第４の電池ケース３９と第４の電池ケース４０を組み込むことで、電池ケース３００に保持される素電池２００の数を３倍−１、５倍−２、７倍−３、…、(２ｍ＋１)ｎ−ｍ倍(ｍは素電池２００の列方向の数)に増加させることができる。

以上、説明したように実施の形態５に係る電池ケース３００によれば、金型数の増加を抑制して、電池ケース３００に保持される素電池２００の数を(２ｍ＋１)ｎ−ｍ倍に増加させることができる。また、電池ケース３００を千鳥配置にすることで、電池ケース３００に素電池２００を密に配列できる。

(実施の形態６)
図１３は、実施の形態６に係る電池ケース３００の構造を示す上面図である。図１４は、実施の形態６に係る第１の電池ケース３０、第２の電池ケース３１、第４の電池ケース３９、及び第４の電池ケース４０の構造を示す上面図である。

図１３及び図１４に図示されていないが、電池ブロック１００の上面と下面に素電池２００同士を接続するための正極板・負極板等を設ける。正極板は、電池ブロック１００に保持される複数の電池２００の正極端子を並列接続する導電性の板である。負極端子は電池ブロック１００に保持される複数の電池２００の負極端子を並列接続する導電性の板である。正極板・負極板等を固定する必要がある。正極板・負極板の固定箇所を電池ブロック１００の外部に設置すると、電池ブロック１００を用いた電池モジュール全体としての大きさが増加する。正極板・負極板等を固定するための範囲を省スペース化し、他の装填部品の設置スペースが減少することを抑制するために、電池ブロック１００は、開口部４３を有する。開口部４３は、正極板・負極板等を固定するためのネジ等を取り付けるための中空部分である。

第４の電池ケース３９は、第６の保持部４２を有する面に半円柱状の開口部４４を有する。また、第４の電池ケース４０は、第６の保持部４２を有する面に半円柱形状の開口部４４を有する。開口部４３は、第４の電池ケース３９の半円柱形状の開口部４４と第４の電池ケース４０の半円柱形状の開口部４４とから形成される。開口部４４が形成される前の形状を半円柱状にすることで、押出成形中に電池ケース３００の一部がはみ出でて、電池ケース３００に欠陥が発生することを防ぐ。また、開口部４３を電池ケース３００作製時に形成することで、開口部４３を形成する工程を減らすことができる。なお、開口部４３の大きさ・形状等は設計仕様・実験等で決定される。

以上、説明したように実施の形態６に係る電池ブロック１００によれば、開口部４３を電池ケース３００内部に有することで、正極板・負極板等を固定するためのネジ等を取り付けるための空間が設けられ、固定部材するための範囲の省スペース化を図ることができる。

３０ 第１の電池ケース、 ３１ 第２の電池ケース、 ３２ 第１の結合部、 ３３
第２の結合部、 ３４ 第１の保持部、 ３５ 第２の保持部、 ３６ 第３の電池ケース、 ３７ 第３の保持部、 ３８ 第４の保持部、 ３９ 第４の電池ケース、 ４０ 第４の電池ケース、 ４１ 第５の保持部、 ４２ 第６の保持部、 ４３ 開口部、 ４４ 半円柱形状の開口部 １００ 電池ブロック、 ２００ 素電池、 ３００ 電池ケース、 ３１０ 保持部。

Claims (8)

1. 第１の電池ケースと、
   第２の電池ケースと、
   少なくともひとつの素電池が保持される保持部と、を備え、
   前記第１の電池ケースは、
   前記素電池を保持する第１の保持部と、
   前記第１の電池ケースの長手方向の両端部に、前記第１の保持部の長手方向に沿って設けられる第１の結合部と、を有し、
   前記第２の電池ケースは、
   前記素電池を保持する第２の保持部と、
   前記第２の電池ケースの長手方向の両端部に、前記第２の保持部の長手方向に沿って設けられ、前記第１の結合部に当接する第２の結合部と、
   を有する電池ケース。
   
2. 前記第１の結合部は凸形状の結合部を有し、
   前記第２の結合部は凹形状の結合部を有する請求項１に記載の電池ケース。
   
3. 前記第１の結合部は、一方の端部に凸形状の結合部と他方の端部に凹形状の結合部を有し、
   前記第２の結合部は、一方の端部に凸形状の結合部と他方の端部に凹形状の結合部を有し、
   前記凸形状の端部と前記凹形状の端部が当接する請求項１に記載の電池ケース。
   
4. 素電池を保持する第１の面と、第２の面を有する第３の電池ケースをさらに備え、
   前記第３の電池ケースは、
   前記第１の面に第３の保持部と、
   前記第１の電池ケースの前記第１の結合部に当接する第３の結合部と、を有し、
   前記第２の面に第４の保持部と、
   前記第２の電池ケースの前記第２の結合部に当接する第４の結合部と、を有し、
   前記第１の電池ケースと前記第２の電池ケースとの間に配置される請求項１から３に記載の電池ケース。
   
5. 前記凸形状の結合部は、前記電池ケースに対して水平方向の凸形状に突出した面の幅が、前記凹形状の結合部の前記電池ケースに対して水平方向の凹形状に陥没した面の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１から４に記載の電池ケース。
   
6. 前記保持部は、千鳥配置される請求項４または５に記載の電池ケース。
   
7. 前記第３の電池ケースは、さらに開口部を備え、
   前記開口部を前記電池ケースの内部に有する請求項４から６に記載の電池ケース。
   
8. 前記素電池は円筒型電池である請求項１から７に記載の電池ケース。

Images