JP5747597B2 - 電池収納ケース - Google Patents
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Description
この発明は、電池収納ケースに関し、特に、板状部どうしが締結部材により締結される電池収納ケースに関する。
従来、板状部どうしが締結部材により締結される電池収納ケースが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
上記特許文献１には、内部に電池を収納可能な金属製のケース本体（電池収納本体）と、ケース本体の開口部を覆う蓋板（蓋体）とを備えた金属ケース（電池収納ケース）が開示されている。また、この金属ケースは、ケース本体に対してネジにより蓋板を取り付けるとともに、ケース本体と蓋板との接合部分にシール部材を設けることによりケース本体と蓋板との間のシール機能を確保するように構成されている。一方、上記特許文献１には、ケース本体を鉄材やアルミニウム材により形成する構成が記載されている。ここで、アルミニウム材は、鉄材等に比べて溶接加工が難しいため、上記特許文献１のケース本体をアルミニウム材により形成する場合には、板状のアルミニウム材をリベット等の締結部材により接合して形成する場合が多い。
しかしながら、上記特許文献１のケース本体を、板状のアルミニウム材を締結部材により接合して形成する場合には、溶接接合に比べて隙間が発生しやすいため、ケース本体自体の締結部材による接合部分のシール機能が低くなり、その結果、ケース本体の高いシール機能を確保することができないという問題点が発生すると考えられる。特に、航空分野やロケット分野などでは、人体や金属部品等に悪影響を及ぼす有機溶媒を含む非水系電解質電池（リチウムイオン電池など）の電解液の漏れに対してより高い安全性が要求されており、このような分野において、電池収納本体を締結部材による接合により形成する場合には、高いシール機能の確保が必要不可欠になる。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、板状部どうしが締結部材により締結される構成において、高いシール機能を有する電池収納ケースを提供することである。
この発明の一の局面による電池収納ケースは、板状部どうしの重なり合う接合部分が締結部材で締結されており、接合部分に互いに異なる第１シール部材および第２シール部材が備えられており、第１シール部材は、接合部分の接合面間に備えられており、第２シール部材は、接合部分の端部を覆うように備えられている。
この発明の一の局面による電池収納ケースでは、上記のように、板状部どうしの重なり合う接合部分の複数の箇所に、それぞれの箇所の形状に応じて第１シール部材および第２シール部材を備えることにより、単に１種のシール部材によりシールを行う場合と比較して、高いシール機能を確保することができる。その結果、内部に収納された電池から電解液が漏れた場合にも、電解液が電池収納ケースの外部に漏れるのを有効に防止することができるので、高い安全性が求められる航空分野やロケット分野においても十分に対応可能な電池収納ケースを提供することができる。
上記一の局面による電池収納ケースにおいて、好ましくは、第１シール部材は、接合部分の接合面間に備えられており、第２シール部材は、ペースト状シール部材を含み、接合部分の端部を覆うように備えられている。このように構成すれば、複数の板状部の接合面が重ね合わされて電池収納ケースが形成される場合に、接合面間には第１シール部材を備えてシールを行うとともに、接合部分（接合面）の端部には液垂れし難いペースト状の第２シール部材を備えてシールを行うことができるので、接合部分の接合面間および端部の両方でシールを行うことができ、その結果、電池収納ケースのシール機能を高くすることができる。
上記一の局面による電池収納ケースにおいて、好ましくは、電池収納ケースは、板状部材が折り曲げられることで形成されるとともに、折り曲げ部分の端部には切欠部が設けられており、切欠部を塞ぐ第３シール部材が備えられている。このように構成すれば、切欠部を設けたとしても、切欠部を塞ぐのにより適した第３シール部材を用いて切欠部を効果的に塞ぐことができる。
なお、上記の構成において、以下のような構成にしてもよい。すなわち、上記電池収納ケースにおいて、好ましくは、電池収納本体の開口部を覆うとともに、電池収納本体に対して着脱可能に係合して取り付けられる蓋体と、電池収納本体と蓋体との係合部分に設けられる第４シール部材とを備える。このように構成すれば、内部に収納された電池のメンテナンス等において利便性に優れる着脱可能な蓋体を設けた構成でも、第４シール部材により、電池収納本体と着脱可能な蓋体との間のシールを容易に行うことができる。これにより、電池から電解液が漏れた場合に、電池収納本体のみならず、電池収納本体と着脱可能な蓋体との間からも電解液が外部に漏れるのを防止することができる。
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、図１〜図７を参照して、本発明の一実施形態による電池収納ケース１００の構成について説明する。
本発明の一実施形態による電池収納ケース１００は、図１および図２に示すように、略直方体形状に形成されており、箱形状の電池収納本体１と、電池収納本体１の開口部１ａ（図２参照）を覆う蓋体２とを備えている。
電池収納本体１は、アルミニウム合金（本実施形態では、ＪＩＳ規格Ａ６０６１）からなる約１．６ｍｍの厚みを有する１枚の板状部材が折り曲げられることにより箱形状に形成されている。このように本実施形態では、電池収納本体１を軽量のアルミニウム合金により構成することによって、電池収納ケース１００の軽量化を図っている。また、電池収納本体１は、図１および図２に示すように、略矩形形状を有する底面部１１と、略矩形形状の底面部１１の４辺のそれぞれに連結された正面部１２、背面部１３および２枚の側面部１４とを有している。また、電池収納本体１は、図２に示すように、有機溶媒を含む非水系電解質電池の一種である角形のリチウムイオン電池２００を１２個収納可能に構成されている。また、電池収納本体１の正面部１２、背面部１３および側面部１４のそれぞれには、蓋体２の突出部２１ａに設けられた貫通孔２１ｂに対応する位置にネジ６が螺合されるナット６１が２個ずつ設けられている。ナット６１は、板状の電池収納本体１の厚みと略同じ厚みを有し、正面部１２、背面部１３および側面部１４のそれぞれに設けられた貫通孔１２ａ、１３ａおよび１４ａに嵌め込まれている。また、アルミニウム合金からなる電池収納本体１の外側表面は、酸化被膜の形成により塗装の密着性を良くするための化成皮膜処理により下地処理が行われた後、下塗り塗装および上塗り塗装が施されている。
また、電池収納本体１の板状の正面部１２と２枚の板状の側面部１４とは、リベット３によりカシメ接合（締結）されている。詳細には、図２に示すように、側面部１４の正面側（Ｙ１方向側）の端部には、板状の重ね部１４１が一体的に連結されており、正面部１２のＸ方向の両端部１２ｂと正面部１２の内側に配置された重ね部１４１とが互いに重ね合わされた状態で、複数のリベット３によりカシメ接合されている。リベット３は、正面部１２の両端部１２ｂおよび重ね部１４１のそれぞれに設けられた貫通孔１２１および１４１ａ（図４参照）を貫通して正面部１２の両端部１２ｂと重ね部１４１とをカシメ接合している。また、背面部１３側においても正面部１２側と同様に、背面部１３のＸ方向の両端部１３ｂと背面部１３の内側に配置された重ね部１４２とが複数のリベット３によりカシメ接合されている。背面部１３側のリベット３は、背面部１３の両端部１３ｂおよび重ね部１４２のそれぞれに設けられた貫通孔１３１および１４２ａ（図４参照）を貫通して背面部１３の両端部１３ｂと重ね部１４２とをカシメ接合している。このようにして、正面部１２の両端部１２ｂと重ね部１４１との接合、および背面部１３の両端部１３ｂと重ね部１４２との接合にて接合部分４が形成されている。なお、リベット３は、本発明の「締結部材」の一例である。また、正面部１２、背面部１３、重ね部１４１および１４２は、本発明の「板状部」の一例である。
また、重ね部１４１および１４２は、互いに同様の形状を有し、図３に示すように、側面部１４の上端から下端まで上下方向（Ｚ方向）に延びるように形成されている。また、重ね部１４１（１４２）は、下部側において、底面部１１と側面部１４との間の角部に向かって先細り形状になるように形成されている。また、重ね部１４１（１４２）は、上部側において、重ね部１４１（１４２）の中央部分よりもＸ方向の内側に突出することによりＸ方向の幅が大きくなるように形成されている。
ここで、本実施形態では、図３および図４に示すように、正面部１２および側面部１４（背面部１３および側面部１４）の間の接合部分４には、互いに異なる材料からなる液状シール部材４１（図４参照）およびペースト状シール部材４２が備えられている。液状シール部材４１は、耐電解液性が強いオレフィン系炭化水素を主成分とする液状材料からなり、シール部材に含まれる溶剤が揮発することにより硬化してゴム状の弾性体になる。この液状シール部材４１は、図４に示すように、接合部分４の接合面間に備えられている。すなわち、液状シール部材４１は、正面部１２の端部１２ｂの内側表面１２ｃ（背面部１３の端部１３ｂの内側表面１３ｃ）と、重ね部１４１の外側表面１４１ｂ（重ね部１４２の外側表面１４２ｂ）との間（接合面間）に備えられている。また、液状シール部材４１は、接合部分４の接合面間において電池収納本体１の上端部近傍から下端部近傍まで全体に渡って連続して備えられている。なお、液状シール部材４１は、本発明の「第１シール部材」の一例である。
また、ペースト状シール部材４２は、耐電解液性が強いシリル基含有ポリマーを主成分とするペースト状材料からなり、空気中の水分と反応することにより硬化して弾性体となる。このペースト状シール部材４２は、図３および図４に示すように、電池収納本体１の内側において接合部分４のＸ方向の端部を覆うように備えられている。詳細には、図４に示すように、ペースト状シール部材４２は、正面部１２（背面部１３）の端部１２ｂ（１３ｂ）の内側表面１２ｃ（１３ｃ）と重ね部１４１（１４２）の端部とにより形成される段差部を覆うように備えられている。また、ペースト状シール部材４２は、図３に示すように、重ね部１４１（１４２）の端部の形状に沿って電池収納本体１の上端部近傍から下端部近傍まで全体に渡って連続して備えられている。また、ペースト状シール部材４２は、電池収納本体１の底面部１１側の四隅において、後述の切欠穴１ｂを塞ぐパテ５を覆うように備えられている。なお、ペースト状シール部材４２は、本発明の「第２シール部材」の一例である。
電池収納本体１の底面部１１側の四隅には、図１〜図３に示すように、正面部１２、背面部１３および２枚の側面部１４を底面部１１に対して折り曲げる際の応力集中を緩和するための切欠穴１ｂが形成されている。なお、切欠穴１ｂは、本発明の「切欠部」の一例である。また、切欠穴１ｂには、図３に示すように、切欠穴１ｂを覆う（塞ぐ）ようにパテ５が備えられている。パテ５は、アルミ粉末を含有するエポキシ系樹脂により構成されている。これにより、パテ５の熱膨張率をアルミニウム合金からなる電池収納本体１の熱膨張率に近づけることが可能となり、その結果、熱膨張に起因してパテ５が電池収納本体１から剥離したり損傷を受けたりするのを抑制することが可能である。また、エポキシ系樹脂からなるパテ５は、シリル基含有ポリマーを主成分とするペースト状シール部材４２よりも耐電解液性が弱い。上記のように、エポキシ系樹脂からなるパテ５を覆うように耐電解液性が強いシリル基含有ポリマーを主成分とするペースト状シール部材４２を備えることによって、リチウムイオン電池２００の電解液が電池収納本体１内に漏れた場合でも、パテ５が直接的に電解液に接触するのが抑制される。これにより、切欠穴１ｂを塞ぐパテ５が電解液により溶解されることを抑制することが可能である。なお、パテ５は、本発明の「第３シール部材」の一例である。
蓋体２は、電池収納本体１と同じ材料であるアルミニウム合金（本実施形態では、ＪＩＳ規格Ａ６０６１）からなる約０．８ｍｍの厚みを有する板状部材により形成されている。蓋体２は、図１、図２および図５に示すように、平面的に見て略矩形形状を有し、各辺が下方に向かって折り曲げられることにより形成された側壁部２１を有している。各側壁部２１には、図２および図５に示すように、電池収納本体１側に突出する突出部２１ａが設けられているとともに、突出部２１ａには、ネジ６（図２参照）を通す貫通孔２１ｂが設けられている。また、図５に示すように、蓋体２の内側表面には側壁部２１に対向するように対向壁部２３が設けられている。蓋体２は、図６および図７に示すように、電池収納本体１の正面部１２、背面部１３および２枚の側面部１４の上端部が側壁部２１と対向壁部２３との間に挿入されることにより電池収納本体１に対して着脱可能に係合して取り付けられるように構成されている。詳細には、蓋体２は、電池収納本体１に係合した状態で、８つのネジ６が貫通孔２１ｂ（図２および図５参照）を介して電池収納本体１のナット６１（図２参照）に螺合されることによって電池収納本体１に着脱可能に取り付けられる。また、蓋体２の外側表面は、電池収納本体１と同様に、化成皮膜処理により下地処理が行われた後、下塗り塗装および上塗り塗装が施されている。
また、蓋体２が電池収納本体１に取り付けられた状態において、側壁部２１と対向壁部２３との間には、図５〜図７に示すように、蓋体２の外周形状に沿ってパッキン７が備えられている。このパッキン７は、シリコンスポンジからなり、円形断面（図５参照）を有するとともに、弾性変形可能に構成されている。また、パッキン７は、蓋体２と電池収納本体１との間に挟み込まれるように配置されている。詳細には、パッキン７は、側壁部２１と対向壁部２３との間に配置された状態で蓋体２が電池収納本体１に取り付けられることによって、蓋体２の側壁部２１および対向壁部２３の内側表面と電池収納本体１の正面部１２、背面部１３および側面部１４の上端部とにより押しつぶされるように弾性変形される。
次に、図１〜図１４を参照して、本発明の一実施形態による電池収納ケース１００の製造方法について説明する。
まず、図８に示すアルミニウム合金からなる板状部材の重ね部１４１および１４２を、側面部１４と重ね部１４１および１４２との間の折り曲げ線１４ｂに沿って内側に向かって折り曲げる。そして、正面部１２、背面部１３および側面部１４を底面部１１の４辺の折り曲げ線１１ａ（破線で示した線）に沿って上方に折り曲げる。これにより、図９に示す状態となる。この際、各折り曲げ線１１ａの両端部に円弧形状の切り欠き１１ｂが形成されていることによって、板状部材の折り曲げによる応力集中を緩和することが可能となる。なお、この切り欠き１１ｂは、電池収納本体１の組み立て後に電池収納本体１の切欠穴１ｂとなる部分である。
そして、正面部１２と側面部１４との間の接合部分４の接合面間に液状シール部材４１を塗布する。具体的には、図９に示すように、正面部１２の両端部１２ｂの内側表面１２ｃの重ね部１４１に重なる領域に液状シール部材４１を塗布する。その後、正面部１２、背面部１３および側面部１４をさらに折り曲げて図１０に示す状態になるようにする。そして、リベット３を正面部１２の両端部１２ｂの貫通孔１２１および重ね部１４１の貫通孔１４１ａに貫通させるとともに、正面部１２と重ね部１４１とをカシメ接合する。なお、液状シール部材４１は、正面部１２と重ね部１４１とのカシメ接合後にシール部材に含まれる溶剤が揮発することにより硬化してゴム状の弾性体になる。この状態から、図１２に示すように、電池収納本体１の四隅の切欠穴１ｂ（図１１参照）を覆うように電池収納本体１の内側からパテ５を塗布する。パテ５は主剤と硬化剤とからなり、所定の比率で混合することにより硬化する。また、背面部１３と側面部１４との接合も同様に、液状シール部材４１を塗布し、カシメ接合した後に切欠部１ｂを覆うようにパテ５を塗布する。
その後、図３、図４、図１３および図１４に示すように、電池収納本体１の内側において接合部分４の端部を覆うようにペースト状シール部材４２を塗布する。この際、図３および図１４に示すように、ペースト状シール部材４２を、重ね部１４１（１４２）の端部の形状に沿って電池収納本体１の上端部近傍から下端部近傍まで全体に渡って連続するように塗布する。また、図１３に示すように、電池収納本体１の底面部１１側の四隅において、パテ５を覆うようにペースト状シール部材４２を塗布する。この後、空気中の水分と反応することによってペースト状シール部材４２は硬化して弾性体になる。
そして、図２に示すように、電池収納本体１の内部に１２個のリチウムイオン電池２００を収納した後、図１に示すように、電池収納本体１の開口部１ａ（図２参照）を覆うように蓋体２を電池収納本体１に着脱可能に係合してネジ６により取り付ける。この際、図５に示すように、蓋体２の側壁部２１と対向壁部２３との間にパッキン７を嵌め込んだ後、図６および図７に示すように、蓋体２を電池収納本体１にネジ６により取り付ける。これにより、蓋体２に設けられたパッキン７が蓋体２と電池収納本体１との間に挟み込まれる。このようにして、本発明の一実施形態による電池収納ケース１００が製造される。
本実施形態では、上記のように、電池収納本体１の接合部分４の接合面間および段差部のそれぞれの形状により適した液状シール部材４１およびペースト状シール部材４２を使い分けてシールを行うことができるので、単に１種のシール部材によりシールを行う場合と比較して、高いシール機能を確保することができる。これにより、リチウムイオン電池２００から電解液が漏れた場合にも、電解液が電池収納ケース１００（電池収納本体１）の外部に漏れるのを有効に防止することができるので、高い安全性が求められる航空分野やロケット分野に対応可能な電池収納ケース１００を提供することができる。
また、本実施形態では、上記のように、接合部分４の接合面間に液状シール部材４１を備えるとともに、接合部分４の端部を覆うようにペースト状シール部材４２を備える。このように構成すれば、接合部分４において、液状シール部材４１により電池収納本体１の接合面間のシールを行うことができるとともに、液垂れし難いペースト状シール部材４２により電池収納本体１の接合部分４（接合面）の端部のシールを行うことができるので、接合部分４の接合面間および端部の両方でシールを行うことができ、その結果、電池収納本体１の接合部分４に対してシール機能を高くすることができる。
また、本実施形態では、上記のように、電池収納本体１の折り曲げ部分の端部に板状部材の折り曲げによる応力集中を緩和するための切欠穴１ｂを形成し、切欠穴１ｂを塞ぐようにエポキシ系樹脂からなるパテ５を備える。このように構成すれば、切欠穴１ｂを設けたとしても、エポキシ系樹脂からなるパテ５を用いて電池収納本体１の切欠穴１ｂを塞ぎ、電池収納本体１のシール機能を確保することができる。
また、本実施形態では、上記のように、電池収納本体１に対して着脱可能に係合して取り付けられる蓋体２と、電池収納本体１と蓋体２との係合部分に配置されるパッキン７とを備える。このように構成すれば、リチウムイオン電池２００のメンテナンス等において利便性に優れる着脱可能な蓋体２を設けた構成でも、パッキン７により、電池収納本体１と蓋体２との間のシールを容易に行うことができる。これにより、リチウムイオン電池２００から電解液が漏れた場合に、電池収納本体１のみならず、電池収納本体１と蓋体２との間からも電解液が外部に漏れるのを防止することができる。
なお、今回開示された実施形態は、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。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。
たとえば、上記実施形態では、本発明の締結部材の一例としてのリベットを用いて接合部分を締結する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、ネジなどのリベット以外の締結部材により接合部分を締結するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、電池収納本体をアルミニウム合金により構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、アルミニウム合金以外の金属材料により電池収納本体を構成してもよい。この場合、マグネシウム合金等、比較的軽量な金属材料により電池収納本体を構成すれば、アルミニウム合金の場合と同様に、電池収納ケースの軽量化を図ることが可能である。
また、上記実施形態では、液状シール部材（第１シール部材）にオレフィン系炭化水素を主成分とする液状材料を用いるとともに、ペースト状シール部材（第２シール部材）にシリル基含有ポリマーを主成分とするペースト状材料を用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、シリコン系やエポキシ系を主成分とする材料など、第１シール部材および第２シール部材のそれぞれに、上記以外の材料を用いてもよい。この場合、第１シール部材には、小さい厚みで（薄く）塗布することが可能な液状材料を用いることが好ましい。また、第１シール部材および第２シール部材には、耐電解液性が強い材料を用いることが好ましい。
また、上記実施形態では、パテ（第３シール部材）を、液状シール部材（第１シール部材）およびペースト状シール部材（第２シール部材）の両方と異なるエポキシ系樹脂により構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、シリル基含有ポリマーを主成分とする材料やシリコン系を主成分とする材料など、第１シール部材および第２シール部材の一方と同じ材料により第３シール部材を構成してもよいし、エポキシ系樹脂以外の材料で、第１シール部材および第２シール部材とは異なる材料により第３シール部材を構成してもよい。
また、上記実施形態では、１枚の板状部材を折り曲げることにより箱形状の電池収納本体を形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、複数枚の板状部材を組み合わせて電池収納本体を形成してもよい。
また、上記実施形態では、本発明の電池収納ケースに収納する電池として、リチウムイオン電池を収納する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、水系電解質電池の一種であるニッケル水素電池やリチウムイオン電池以外の非水系電解質電池を本発明の電池収納ケースに収納するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、液状シール部材（第１シール部材）およびペースト状シール部材（第２シール部材）を、電池収納本体の上端部近傍から下端部近傍まで全体に渡って連続して設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１シール部材および第２シール部材を、電池から漏れ出した電解液が電池収納ケース（電池収納本体）の外部に漏れやすい下端部を含む下方側の領域のみに設けてもよい。
１ 電池収納本体
１ａ 開口部
１ｂ 切欠穴（切欠部）
２ 蓋体
３ リベット（締結部材）
４ 接合部分
５ パテ（第３シール部材）
７ パッキン（第４シール部材）
１２ 正面部（板状部）
１３ 背面部（板状部）
４１ 液状シール部材（第１シール部材）
４２ ペースト状シール部材（第２シール部材）
１４１、１４２ 重ね部（板状部）
１００ 電池収納ケース
２００ リチウムイオン電池
１ａ 開口部
１ｂ 切欠穴（切欠部）
２ 蓋体
３ リベット（締結部材）
４ 接合部分
５ パテ（第３シール部材）
７ パッキン（第４シール部材）
１２ 正面部（板状部）
１３ 背面部（板状部）
４１ 液状シール部材（第１シール部材）
４２ ペースト状シール部材（第２シール部材）
１４１、１４２ 重ね部（板状部）
１００ 電池収納ケース
２００ リチウムイオン電池
Claims (3)
- 板状部どうしの重なり合う接合部分が締結部材で締結されており、前記接合部分に互いに異なる第１シール部材および第２シール部材が備えられており、
前記第１シール部材は、前記接合部分の接合面間に備えられており、
前記第２シール部材は、前記接合部分の端部を覆うように備えられている、電池収納ケース。 - 前記第１シール部材は、前記接合部分の接合面間に備えられており、
前記第２シール部材は、ペースト状シール部材を含み、前記接合部分の端部を覆うように備えられている、請求項１に記載の電池収納ケース。 - 前記電池収納ケースは、板状部材が折り曲げられることで形成されるとともに、
折り曲げ部分の端部には切欠部が設けられており、前記切欠部を塞ぐ第３シール部材が備えられている、請求項１または請求項２に記載の電池収納ケース。
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