JP6136974B2

JP6136974B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP6136974B2
Application number: JP2014030758A
Authority: JP
Inventors: 祐貴中條; 加藤　崇行; 崇行加藤; 浩生植田; 文彦石黒
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2014-02-20
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2034-02-20
Also published as: CN106030852B; JP2015156302A; US9954209B2; WO2015125675A1; US20170012261A1; DE112015000912B4; CN106030852A; DE112015000912T5

Description

本発明は、ケースに電池セルを収容した電池パックに関する。

複数の電池セルを接続してモジュール化したものとしては、例えば、特許文献１が挙げられる。特許文献１では、複数の電池セルを筐体に収容して、電池セルをモジュール化している。

特開２０１３−１７１７９６号公報

ところで、電池セルには、電池セルの内部で気体が生じた場合に、この気体を電池セルの外部に排出する弁が設けられている場合がある。電池セルから排出された気体が、筐体の内部に排出されると、筐体内の圧力が高まり筐体が破損する原因となる。このため、筐体が、開口を有する本体と、この開口を閉塞する蓋部材を有する場合、筐体の内圧が上昇したときに蓋部材の一部を変形させて弁として機能させる場合がある。蓋部材は、例えば、ボルトによって本体に固定され、蓋部材と本体との間には、筐体の気密性を確保するためのシール材が設けられる。このとき、ボルトの締結力によってシール材を圧縮して、筐体の気密性を確保するが、ボルトの締結力によっては、シール材の圧縮率が不足して気密性が不足したり、シール材を過度に圧縮してしまい、破損の原因となるおそれがあった。

本発明の目的は、シール材の圧縮を適切に行うことができる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、貫通孔を有する筐体と、当該筐体の前記貫通孔を形成する貫通孔縁部上にボルトによって固定され、前記貫通孔を閉塞する蓋部材とを有するケースと、前記ケースの内部に収容された電池セルと、を備え、前記ケースの内圧が上昇したときに前記蓋部材の一部が前記貫通孔縁部から離間する方向に変形して前記ケースの内圧を開放する電池パックであって、前記蓋部材と前記貫通孔縁部との間には、前記ケースの気密性を確保するシール材と、前記蓋部材と前記貫通孔縁部との間隔を維持するスペーサとが前記筐体の外面のうち前記貫通孔が開口する面の外周から前記貫通孔の縁に向けて並んで設けられており、前記スペーサは、前記シール材よりも変形抵抗が高く、前記シール材は、前記蓋部材の外周の全周を囲んでいることを要旨とする。

これによれば、ボルトによって蓋部材を固定するときに、シール材が圧縮されていくが、スペーサによって蓋部材の貫通孔縁部へ向けての移動が規制される。したがって、スペーサによってシール材の圧縮率を規定することができ、シール材の圧縮を適切に行うことができる。

また、スペーサによってシール材が過度に圧縮されることが抑制される。このため、シール材が破損しにくい。
上記電池パックについて、前記貫通孔縁部のうち、前記ケースの内圧が上昇したときに変形する前記蓋部材の一部と向かい合う箇所とは異なる箇所に前記スペーサが配置されていることが好ましい。

上記電池パックについて、前記蓋部材における外周側に前記シール材が設けられ、前記シール材よりも内周側に前記スペーサが設けられることが好ましい。
これによれば、スペーサが外気に晒されにくく、スペーサが劣化することを抑制することができる。

上記電池パックについて、前記スペーサには、複数のボルトが貫通することが好ましい。
これによれば、スペーサを設けるときに、単一のボルトに対して単一のスペーサを設ける必要がなく、容易にスペーサを設けることができる。

上記電池パックについて、前記スペーサは、樹脂製であることが好ましい。
これによれば、スペーサが錆びないため、蓋部材及び貫通孔縁部とスペーサとが錆びによって固着することが抑制される。このため、錆びによる蓋部材と貫通孔縁部との固着によって蓋部材の変形が阻害されることが抑止される。
上記電池パックについて、前記スペーサは、前記貫通孔の両側において互いに平行に延びることが好ましい。

本発明によれば、シール材の圧縮を適切に行うことができる。

（ａ）は実施形態における電池パックを示す斜視図、（ｂ）は実施形態における電池パックの貫通孔と蓋部材を示す分解斜視図。実施形態における電池パックを示す図１の２−２線断面図。実施形態における電池パックを示す図２の３−３線断面図。実施形態における電池セルを示す断面図。

以下、電池パックの一実施形態について説明する。
図１（ａ）に示すように、電池パック１０は、ケース１１を有し、ケース１１には複数の電池モジュール２１が収容されている。電池モジュール２１は、複数の電池セル２２を有している。ケース１１は、筐体１８と、筐体１８に設けられた貫通孔３１を閉塞する蓋部材３３とを有する。

筐体１８は、有底四角筒状の本体１２と、本体１２に設けられた開口を閉塞する平板部材１７とを有している。本体１２は、図示しない底壁と、当該底壁から立設し開口を形成する４つの側壁１４を有している。本体１２と平板部材１７は、例えば、接着剤によって接合されている。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、４つの側壁１４のうち、一つの側壁１４には矩形状の貫通孔３１が形成されている。この貫通孔３１は、貫通孔３１を形成する貫通孔縁部３２上に設けられた矩形平板状の蓋部材３３によって閉塞されている。

図２及び図３に示すように、貫通孔３１を形成する（囲む）貫通孔縁部３２には、内周面に雌ねじを有する螺合穴３４が形成されている。螺合穴３４は、貫通孔縁部３２のうち貫通孔３１の短手方向両端に位置する縁部に設けられ、貫通孔３１の長手方向に沿って３つ設けられている。また、蓋部材３３は、蓋部材３３の厚み方向に貫通する挿通孔３５を有している。以下の説明において、蓋部材３３の４つの端部４１〜４４のうち、対向する一対の端部（対向する一辺）を第１の端部４１、第２の端部４２とし、第１の端部４１と第２の端部４２とは異なる対向する一対の端部を第３の端部４３、第４の端部４４とする。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、挿通孔３５は、蓋部材３３の４つの端部４１〜４４のうち、第１の端部４１及び第２の端部４２に設けられている。挿通孔３５は、第１の端部４１と第２の端部４２の一部に設けられており、角部には設けられていない。挿通孔３５は、第３の端部４３と第４の端部４４の対向方向（第３の端部４３から第４の端部４４へ向かう方向）に並設されている。つまり、挿通孔３５は、蓋部材３３の短手方向両端側に設けられており、言い換えると蓋部材３３の長辺に沿って設けられている。なお、第３の端部４３と第４の端部４４には挿通孔３５が設けられていない。

図２及び図３に示すように、蓋部材３３と、貫通孔３１を形成する貫通孔縁部３２との間には、シール材３６及びスペーサ３７が設けられている。シール材３６は、蓋部材３３における外周の全周を囲むことで、ケース１１の気密性を確保している。蓋部材３３におけるシール材３６よりも内周側には、樹脂製でシール材３６よりも変形抵抗が高いスペーサ３７が設けられている。スペーサ３７は、矩形平板状をなしており、蓋部材３３の短手方向両端と対向する位置に貫通孔３１を挟んで一対設けられている。つまり、一対のスペーサ３７は、蓋部材３３の短手方向両端と、貫通孔縁部３２との間にそれぞれ位置している。各スペーサ３７には、３つの挿通孔３８が形成されている。各スペーサ３７は、蓋部材３３と貫通孔縁部３２との間隔を維持している。

蓋部材３３、スペーサ３７及び貫通孔縁部３２は、挿通孔３５、挿通孔３８及び螺合穴３４が対向するように設けられており、蓋部材３３の挿通孔３５、スペーサ３７の挿通孔３８を挿通して、本体１２の螺合穴３４に螺合されたボルトＢ１によって貫通孔縁部３２に固定されている。したがって、各スペーサ３７には、複数のボルトＢ１が挿通されている。

図４に示すように、電池セル２２（例えば、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素蓄電池）は、電池ケース２３の内部に電極組立体２４及び電解液２５が収容されている。電池ケース２３は、電極組立体２４を収容する有底箱状のケース本体２６と、ケース本体２６の開口を閉塞する矩形板状の蓋２７とから構成されている。蓋２７には、蓋２７の厚み方向に貫通する孔２８が形成されるとともに、この孔２８には、電池ケース２３の内圧が規定圧力を超えたときに開放される弁２９が設けられている。なお、この「規定圧力」は、電池ケース２３の内圧が高まったときに、電池ケース２３が破損する前に弁２９が破断するような圧力に設定される。

次に、本実施形態の電池パック１０の作用について説明を行う。
電池セル２２に異常が生じ、弁２９が開放されると、電池ケース２３からは気体が排出される。ケース１１は、電池セル２２からの気体の排出に伴って内圧が上昇する。図３に示すように、ケース１１の内圧が上昇した場合には、蓋部材３３における最も第３の端部４３に近い側のボルトＢ１よりも第３の端部４３側の部分及び、蓋部材３３における最も第４の端部４４に近い側のボルトＢ１よりも第４の端部４４側の部分が変形して、ケース１１内の気体を放出する（図３では第４端部４４側の変形のみ図示）。すなわち、蓋部材３３の一部を圧力開放弁として機能させ、ケース１１の圧力開放を行えるように構成している。

蓋部材３３におけるボルトＢ１が設けられる部分と貫通孔縁部３２との間にスペーサ３７が設けられているため、ボルトＢ１を螺合していくと、このスペーサ３７によってボルトＢ１の締結が規制される。スペーサ３７の変形抵抗とシール材３６の変形抵抗の関係、スペーサ３７とシール材３６とボルトＢ１の位置関係、スペーサ３７の厚みとシール材３６の厚みの関係等からボルトＢ１の締結によって蓋部材３３を介してシール材３６に掛かる力を規定することができる。このため、スペーサ３７の厚みや、スペーサ３７の変形抵抗、スペーサ３７の配置位置を選定することによってシール材３６の圧縮率を規定し、シール材３６が過度に圧縮されたり、シール材３６の圧縮が不足することも抑制される。

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）蓋部材３３と、貫通孔縁部３２との間にスペーサ３７を設けることで、このスペーサ３７によってシール材３６の圧縮率を規定することができる。このため、ボルトＢ１を締結するときに、シール材３６の圧縮が不足したり、過度に圧縮してしまうことが抑制され、シール材３６の圧縮を適切に行うことができる。

（２）スペーサ３７は、シール材３６よりも変形抵抗が高いため、ボルトＢ１の締結を適切に規制でき、シール材３６が過度に圧縮されることを抑制することができる。
（３）蓋部材３３における外周にシール材３６が設けられ、シール材３６よりも内周側にスペーサ３７が設けられているため、スペーサ３７は、シール材３６によって囲まれて、外気に晒されにくい。このため、スペーサ３７が劣化することが抑制される。

（４）スペーサ３７には、複数のボルトＢ１が貫通する。このため、単一のスペーサ３７に複数のボルトＢ１を挿通することができる。各ボルトＢ１に個別のスペーサ３７を設ける場合、ボルトＢ１を締結するまえにスペーサ３７が脱落するおそれがあり、ボルトＢ１の締結が困難となる。本実施形態のように複数のボルトＢ１に跨って設けられるスペーサ３７を用いることで、容易にボルトＢ１を締結することができる。

（５）樹脂製のスペーサ３７を用いているため、スペーサ３７が錆びない。このため、スペーサ３７が錆びることで、蓋部材３３及び貫通孔縁部３２と、スペーサ３７とが固着し、蓋部材３３の変形を阻害することが抑制される。

（６）蓋部材３３及び貫通孔縁部３２の少なくともいずれか一方に溝を設けて、溝にシール材（例えば、Ｏリング）を入れる構成の場合、蓋部材３３と貫通孔縁部３２が錆びによって固着し、蓋部材３３の変形を阻害するおそれがある。蓋部材３３と貫通孔縁部３２との間に、蓋部材３３と貫通孔縁部３２の間隔を維持するスペーサ３７を設けることで、蓋部材３３と貫通孔縁部３２の接触面積が少なくなり、蓋部材３３と貫通孔縁部３２の錆びによる固着を抑止することができる。

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、スペーサ３７は金属製であってもよい。この場合、蓋部材３３における外周側にシール材３６が設けられることで、スペーサ３７が外気に晒されにくく、金属製のスペーサ３７が錆びることで蓋部材３３及び貫通孔縁部３２と、スペーサ３７とが固着することが抑制される。また、スペーサ３７が錆びたとしても、シール材３６よりも蓋部材３３における内周側にスペーサ３７が設けられている場合には、蓋部材３３の変形を阻害しにくく、錆びによる影響が少ない。

○スペーサ３７は、シール材３６よりも蓋部材３３における外周側に設けられていてもよい。この場合、金属製のスペーサ３７を用いると、スペーサ３７に錆びが生じて、蓋部材３３及び貫通孔縁部３２と、スペーサ３７との固着によって蓋部材３３の変形を阻害するおそれがある。このため、樹脂製のスペーサ３７、あるいは、金属に樹脂コーティングなどをして錆びが生じるのを抑制したスペーサ３７を用いたほうがよい。

○実施形態では、側壁１４に設けられる貫通孔３１を形成する貫通孔縁部３２と、蓋部材３３との間にシール材３６及びスペーサ３７を設けたが、これに限られない。貫通孔は、筐体１８に設けられていればどのような位置に設けられていてもよく、この貫通孔を閉塞する蓋部材と貫通孔縁部との間にシール材３６及びスペーサ３７が設けられていればよい。

○スペーサ３７は、シール材３６よりも変形抵抗が低い部材であってもよい。
○単数のボルトＢ１が挿通されるスペーサ３７を用いてもよい。
○スペーサ３７の形状はどのような形状でもよく、例えば、貫通孔３１を囲むように環状のスペーサ３７を採用してもよい。また、スペーサ３７の数は増やしてもよいし、減らしてもよい。

○実施形態では、全てのボルトＢ１がスペーサ３７に挿通されているが、これに限られない。一部のボルトＢ１のみがスペーサ３７に挿通されていてもよく、例えば、スペーサ３７に挿通されるボルトＢ１と、スペーサ３７に挿通されないボルトＢ１が交互に設けられていてもよい。また、スペーサ３７には、ボルトＢ１が挿通されていなくてもよい。

○貫通孔３１部及び蓋部材３３の数を増やして、それぞれの貫通孔縁部３２と蓋部材３３との間にシール材３６及びスペーサ３７を設けてもよい。

Ｂ１…ボルト、１０…電池パック、１１…ケース、１２…本体、１８…筐体、２２…電池セル、３１…貫通孔、３２…貫通孔縁部、３３…蓋部材、３６…シール材、３７…スペーサ。

Claims

貫通孔を有する筐体と、当該筐体の前記貫通孔を形成する貫通孔縁部上にボルトによって固定され、前記貫通孔を閉塞する蓋部材とを有するケースと、
前記ケースの内部に収容された電池セルと、を備え、前記ケースの内圧が上昇したときに前記蓋部材の一部が前記貫通孔縁部から離間する方向に変形して前記ケースの内圧を開放する電池パックであって、
前記蓋部材と前記貫通孔縁部との間には、前記ケースの気密性を確保するシール材と、前記蓋部材と前記貫通孔縁部との間隔を維持するスペーサとが前記筐体の外面のうち前記貫通孔が開口する面の外周から前記貫通孔の縁に向けて並んで設けられており、
前記スペーサは、前記シール材よりも変形抵抗が高く、
前記シール材は、前記蓋部材の外周の全周を囲んでいることを特徴とする電池パック。
前記貫通孔縁部のうち、前記ケースの内圧が上昇したときに変形する前記蓋部材の一部と向かい合う箇所とは異なる箇所に前記スペーサが配置さ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。
前記蓋部材における外周側に前記シール材が設けられ、前記シール材よりも内周側に前記スペーサが設けられ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。
前記スペーサには、複数のボルトが貫通することを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の電池パック。
前記スペーサは、樹脂製であることを特徴とする請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の電池パック。
前記スペーサは、前記貫通孔の両側において互いに平行に延びることを特徴とする請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の電池パック。