JP6344148B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、電池パックに関する。

従来の電池パックとして、例えば特許文献１に記載の二次電池装置がある。この従来の二次電池装置は、電池セルを配列してなる電池モジュールを複数段に重ねた電池積層アッセンブリを箱状の筐体内に収容することによって構成されている。

特開２０１１‐５４３５３号公報

上述した電池パックでは、電池モジュールを筐体の内壁に取り付けるブラケットや、電池モジュール周りに配線されるハーネスを接続する端子台といった各種の筐体内部材が筐体の内壁に固定されている。従来、筐体内部材と筐体の内壁との固定構造においては、筐体内の水密性を確保するため、筐体の壁部に内側に非貫通のネジ孔（袋ネジ）を形成し、ネジ孔にネジ部材を螺合して筐体内部材と筐体の内壁とを固定していた。しかしながら、非貫通のネジ孔を筐体の壁部に形成するには、壁部を構成する部材の一つ一つにそれぞれ加工が必要となるため、電池パックの製造工程が煩雑化してしまうという問題があった。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、製造が容易で、かつ筐体内部材を十分な水密性をもって筐体の壁部に固定できる電池パックを提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明の一側面に係る電池パックは、筐体内に電池モジュールを収容してなる電池パックであって、筐体の壁部を貫通するようにネジ溝付き貫通孔が形成され、筐体の内側からネジ溝付き貫通孔の一端側に螺合されたネジ部材によって、筐体内に配置された筐体内部材が筐体の壁部に固定され、ネジ溝付き貫通孔の他端側には、ネジ溝付き貫通孔を水密に封止する封止蓋が設けられている。

この電池パックでは、筐体の壁部を貫通するようにネジ溝付き貫通孔が形成されている。このような構成によれば、例えば筐体の壁部を構成する部材を複数重ねて加工することにより、複数の部材にネジ溝付き貫通孔を形成できる。したがって、筐体の壁部に内側に非貫通のネジ孔を形成する場合と比べて電池パックの製造工程を簡単化でき、製造コストを低減できる。また、この電池パックでは、ネジ溝付き貫通孔の他端側に設けられた封止蓋によりネジ付き貫通孔の水密性が保たれる。封止蓋を設けることで、ネジ付き貫通孔の内壁に腐食防止用の表面処理を施すことも不要となる。

また、ネジ溝付き貫通孔の全体にわたってネジ溝が形成され、封止蓋は、ネジ溝付き貫通孔の他端側に螺合されたネジ部材によって構成されていてもよい。この場合、ネジ溝付き貫通孔の他端側にネジ部材を螺合した簡単な構成で水密な封止蓋を実現できる。

また、ネジ溝付き貫通孔の一端側にはネジ溝の無い内壁部分が形成され、封止蓋は、ネジ溝付き貫通孔の他端側に圧入された封止部材によって構成されていてもよい。この場合、ネジ溝付き貫通孔の他端側に封止部材を圧入した簡単な構成で水密な封止蓋を実現できる。

また、封止蓋において筐体の内側を向く端面とネジ部材の軸部の先端面とがネジ溝付き貫通孔内で当接していてもよい。この場合、互いに当接する封止蓋の端面とネジ部材の先端面との間の面圧の作用により、電池パックに振動などが生じた場合であってもネジ部材に緩みが生じることを抑制できる。

また、封止蓋において筐体の外側を向く端面と筐体の壁部の外壁面とが面一になっていてもよい。これにより、筐体の壁部の外壁面に凹凸が生じることを防止でき、筐体の形状を簡単化できる。

本発明に係る電池パックによれば、製造が容易で、かつ筐体内部材を十分な水密性をもって筐体の壁部に固定できる。

本発明に係る電池パックの一実施形態に適用される電池モジュールの一例を示す斜視図である。 本発明に係る電池パックの第１実施形態を示す断面図である。 図２に示した電池パックにおけるブラケットと筐体との固定構造を示す要部拡大断面図である。 （ａ）は、図３に示したブラケットと筐体との固定構造の変形例を示す要部拡大断面図であり、（ｂ）は、さらに別の変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明に係る電池パックの第２実施形態におけるブラケットと筐体との固定構造を示す要部拡大断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る電池パックの好適な実施形態について詳細に説明する。
［電池モジュールの構成］

電池パックの説明に先立ち、まず、電池パックに用いる電池モジュールについて説明する。図１は、本発明に係る電池パックの一実施形態に適用される電池モジュールの一例を示す斜視図である。同図に示すように、電池モジュール１０は、複数の電池セル１１を互いに電気的に接続することによって構成されている。

電池セル１１は、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池といった蓄電池、或いは電気二重層キャパシタなどである。電池セル１１は、例えば電解液が注入されたケース１２内に、負極とセパレータと正極とを積層してなる電極組立体１３を収容することによって構成されている。電極組立体１３の負極及び正極は、ケース１２に絶縁された状態で固定され、ケース１２から突出する一対の電極端子１４Ａ，１４Ｂにそれぞれ電気的に接続されている。一対の電極端子１４Ａ，１４Ｂの一方は、負極端子として機能し、他方は正極端子として機能する。

隣接する電池セル１１の電極端子１４Ａ，１４Ｂは、バスバーといった導電性を有する接続部材１５によって接続されている。これにより、複数の電池セル１１は、電気的に直列に接続されている。また、複数の電池セル１１は、拘束具１６によって一体化されている。拘束具１６は、例えば複数の電池セル１１を並設方向から挟み込む一対のエンドプレート１７と、電池セル１１の側方に配置されると共に一対のエンドプレート１７を連結する棒状の連結部材１８と、複数の電池セル１１をエンドプレート１７によって挟み込んだ状態でエンドプレート１７に連結部材１８を固定するボルト１９とによって構成されている。この拘束具１６により、複数の電池セル１１に対して拘束荷重が付加されている。
［第１実施形態］

次に、電池モジュール１０を用いた電池パックについて説明する。図２は、本発明に係る電池パックの第１実施形態を示す断面図である。同図に示すように、第１実施形態に係る電池パック１は、筐体２内に上述した電池モジュール１０を収容してなり、例えば車両のバッテリーとして機能する。筐体２は、有底の本体部３と、本体部３の開口部分３ａを塞ぐ蓋部４とを有し、全体として略直方体形状の箱体をなしている。筐体２を形成する材料としては、例えば鉄（ＳＳ４００）などの金属材料が挙げられる。筐体２の内部は、電池モジュール１０や制御用基板（不図示）などが収容される収容空間Ｓとなっている。

本体部３は、ベース板５と、ベース板５の縁部に立設された複数の側板６とを有している。ベース板５と側板６とは、それぞれ矩形の平板部材からなり、ベース板５の縁部と側板６の縁部とを溶接することによって本体部３が形成されている。蓋部４は、ベース板５と同形状をなす矩形の平板部材からなる。蓋部４は、ボルト等の締結部材によって側板６の開口部分３ａ側の縁部に固定され、開口部分３ａを塞いでいる。本実施形態では、電池モジュール１０がブラケット（筐体内部材）７を介してベース板５に固定され、電池モジュール１０に電池的に接続された配線と電池パック１の外部の装置とを接続するコネクタ（不図示）が側板６に固定されている。

続いて、ブラケット７と筐体２との固定構造２１について更に詳細に説明する。

図３は、ブラケット７と筐体２との固定構造２１を示す要部拡大断面図である。同図に示すように、固定構造２１の形成にあたって、電池モジュール１０におけるエンドプレート１７には、ネジ孔２２が形成されている。また、筐体２のベース板５には、ネジ溝付き貫通孔２３が形成されている。ネジ溝付き貫通孔２３は、ベース板５の内壁面５ａから外壁面５ｂに至るようにベース板５の厚さ方向に貫通して形成されている。ネジ溝付き貫通孔２３の内壁には、内壁面５ａ側の端部２３ａから外壁面５ｂ側の端部２３ｂまでの全体にわたってネジ溝２４が形成されている。

ブラケット７は、例えば鉄などの金属材料によって略Ｌ字状に形成されている。ブラケット７は、第１の平板部２５と、第１の平板部２５の一縁部において当該第１の平板部２５に直交するように形成された第２の平板部２６とを有している。第１の平板部２５には、エンドプレート１７側のネジ孔２２の内径と略同径又は僅かに大きい径の内径を有する貫通孔７ａが形成されている。また、第２の平板部２６には、ベース板５側のネジ溝付き貫通孔２３の内径と略同径又は僅かに大きい径の内径を有する貫通孔７ｂが形成されている。

ブラケット７は、貫通孔７ａとネジ孔２２とを位置合わせし、かつ貫通孔７ｂとネジ溝付き貫通孔２３とを位置合わせした状態で、第１の平板部２５がエンドプレート１７の主面（電池セル１１の並設方向の面）１７ａに沿うと共に、第２の平板部２６がベース板５の内壁面５ａに沿うようにして配置されている。そして、貫通孔７ａを通してネジ孔２２にネジ部材２７が螺合され、貫通孔７ｂを通して筐体２の内側からネジ溝付き貫通孔２３にネジ部材２８が螺合されることにより、電池モジュール１０がブラケット７を介して筐体２のベース板５に強固に固定されている。

ネジ部材２８の軸部２９は、貫通孔７ｂを通ってネジ溝付き貫通孔２３の一端側（内壁面５ａ側）でネジ溝２４に螺合され、軸部２９の先端面２９ａは、ネジ溝付き貫通孔２３の中間部分に位置している。ネジ溝付き貫通孔２３の他端側（外壁面５ｂ側）には、ネジ溝付き貫通孔２３を水密に封止する封止蓋３０が設けられている。

本実施形態では、封止蓋３０は、例えば六角穴付き止めネジといった軸部３２のみで構成されるネジ部材３１によって構成されている。ネジ部材３１の軸部３２の外径は、ネジ部材３１の全長にわたってネジ溝付き貫通孔２３の内径と略同径となっている。また、ネジ部材３１の軸部３２の長さは、ネジ溝付き貫通孔２３の全長からネジ溝付き貫通孔２３内でネジ溝２４に螺合しているネジ部材２８の軸部２９の長さを減算した長さとなっている。したがって、ネジ溝付き貫通孔２３の他端側でネジ溝２４に螺合されたネジ部材３１の軸部３２において、筐体２の内側を向く端面３２ａは、ネジ溝付き貫通孔２３内でネジ部材２８における軸部２９の先端面２９ａに当接し、筐体２の外側を向く端面３２ｂは、ベース板５の外壁面５ｂと面一になっている。

以上説明したように、電池パック１では、筐体２のベース板５を貫通するようにネジ溝付き貫通孔２３が形成されている。また、ネジ溝付き貫通孔２３の内壁には、内壁面５ａ側の端部２３ａから外壁面５ｂ側の端部２３ｂまでの全体にわたってネジ溝２４が形成されている。従来のように、筐体の壁部に内側に非貫通のネジ孔（袋ネジ）を形成する構成では、筐体を製造するにあたって、壁部を構成する部材の一つ一つにそれぞれ孔開け加工及びネジ切り加工を行う必要があった。

これに対し、電池パック１では、ベース板５を構成する部材を複数重ねて孔開け加工及びネジ切り加工を行うことにより、一度に複数のベース板５にネジ溝付き貫通孔２３を形成できる。したがって、筐体の壁部に内側に非貫通のネジ孔を形成する場合と比べて電池パック１の製造工程を簡単化でき、製造コストを低減できる。また、電池パック１では、ネジ溝付き貫通孔２３の他端側に設けられた封止蓋３０によりネジ溝付き貫通孔２３の水密性が保たれる。封止蓋３０を設けることで、ネジ溝付き貫通孔２３の内壁に腐食防止用の表面処理を施すことも不要となる。

また、電池パック１では、軸部３２のみで構成されるネジ部材３１によって封止蓋３０が構成されている。これにより、ネジ溝付き貫通孔２３の他端側にネジ部材３１を螺合した簡単な構成で水密な封止蓋３０を実現できる。また、本実施形態では、ネジ部材３１の軸部３２において、筐体２の内側を向く端面３２ａがネジ溝付き貫通孔２３内でネジ部材２８における軸部２９の先端面２９ａに当接している。このため、互いに当接するネジ部材３１の端面３２ａとネジ部材２８の先端面２９ａとの間の面圧の作用により、電池パック１に振動などが生じた場合であってもネジ部材２８，３１に緩みが生じることを抑制できる。さらに、本実施形態では、ネジ部材３１の軸部３２において、筐体２の外側を向く端面３２ｂがベース板５の外壁面５ｂと面一になっている。これにより、ベース板５の外壁面５ｂに凹凸が生じることを防止でき、筐体２の形状を簡単化できる。

なお、上記実施形態では、ネジ部材３１の端面３２ａがネジ溝付き貫通孔２３内でネジ部材２８の先端面２９ａに当接しているが、端面３２ａと先端面２９ａとは必ずしも当接していなくてもよい。すなわち、ネジ溝付き貫通孔２３内において、端面３２ａと先端面２９ａとの間に隙間を設けてもよい。また、上記実施形態では、ネジ部材３１の端面３２ｂがベース板５の外壁面５ｂと面一になっているが、端面３２ｂがネジ溝付き貫通孔２３内に位置していてもよい。これらの場合、ネジ溝付き貫通孔２３に対してネジ部材３１を大まかに位置決めすればよいので、電池パック１の製造工程の一層の簡単化が図られる。

また、上記実施形態では、軸部３２の外径が全長にわたって一定なネジ部材３１によって封止蓋３０を構成しているが、例えば図４（ａ）に示すように、軸部３６の外径が一端側から他端側に向かって徐々に小さくなるテーパネジをネジ部材３１として用いてもよい。軸部３６においても、筐体２の内側を向く端面３６ａがネジ溝付き貫通孔２３内でネジ部材２８の先端面２９ａと当接していることが好適であり、筐体２の外側を向く端面３６ｂがベース板５の外壁面５ｂと面一なっていることが好適である。

また、例えば図４（ｂ）に示すように、軸部３７の基端に頭部３８を有する皿ネジをネジ部材３１として用いてもよい。軸部３７においても、筐体２の内側を向く端面３７ａがネジ溝付き貫通孔２３内でネジ部材２８の先端面２９ａと当接していることが好適である。また、ネジ溝付き貫通孔２３の他端側を頭部３８の形状に対応する大径部３９とすることで、頭部３８の頂面３８ａとベース板５の外壁面５ｂとを面一にできる。
［第２実施形態］

図５は、本発明に係る電池パックの第２実施形態におけるブラケットと筐体との固定構造を示す要部拡大断面図である。同図に示すように、第２実施形態に適用される固定構造４１は、ネジ溝付き貫通孔２３の他端側に圧入された封止部材４２によって封止蓋３０が構成されている点で、ネジ部材３１によって封止蓋３０が構成されている第１実施形態の固定構造２１と相違している。

この形態では、ベース板５に形成されたネジ溝付き貫通孔２３の一端側にネジ溝２４が形成され、ネジ溝付き貫通孔２３の他端側にはネジ溝２４の無い内壁部分４３が形成されている。内壁部分４３は、封止部材４２の厚さと同等の長さでネジ溝付き貫通孔２３の外壁面５ｂ側の端部２３ｂから内側に向かって形成されている。

封止部材４２は、例えばゴムなどの弾性体や樹脂材料によって形成され、扁平な円板状（或いは円柱状）をなしている。封止部材４２の外径は、内壁部分４３の内径と略同径又は僅かに大きい径となっている。そして、封止部材４２は、内壁部分４３に囲まれる空間を塞ぐように端部２３ｂ側からネジ溝付き貫通孔２３に圧入されている。封止部材４２においても、筐体２の内側を向く端面４２ａがネジ溝付き貫通孔２３内でネジ部材２８の先端面２９ａと当接していることが好適であり、筐体２の外側を向く端面４２ｂがベース板５の外壁面５ｂと面一なっていることが好適である。

このような構成においても、ベース板５を構成する部材を複数重ねて孔開け加工を行った後、個々のベース板５の貫通孔の一端側にネジ切り加工を行うことにより、複数のベース板５にネジ溝付き貫通孔２３を形成できる。したがって、筐体の壁部に内側に非貫通のネジ孔を形成する場合と比べて電池パック１の製造工程を簡単化でき、製造コストを低減できる。また、封止蓋３０によってネジ溝付き貫通孔２３の水密性が保たれ、ネジ溝付き貫通孔２３の内壁に腐食防止用の表面処理を施すことも不要となる。

さらに、本実施形態では、扁平な円板状をなす封止部材４２を封止蓋３０として用いることで、ネジ溝付き貫通孔２３の他端側に封止部材４２を圧入した簡単な構成で水密な封止蓋３０を実現できる。また、封止蓋３０としてネジ部材を用いる場合と異なり、工具を差し込むための穴や溝がベース板５の外壁面５ｂに露出しないので、筐体２の意匠性の向上が図られる。なお、封止部材４２は、ネジ溝付き貫通孔２３に圧入可能であればよく、金属材料によって形成されていてもよい。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、筐体２内に単体の電池モジュール１０が収容されているが、複数の電池モジュール１０が筐体２内に収容されていてもよい。また、上記実施形態では、筐体２に固定される筐体内部材として電池モジュール１０をベース板５に固定するブラケット７を例示したが、筐体内部材はこれに限られない。他の筐体内部材としては、例えば電池モジュール１０を側板６に固定するブラケットや、電池モジュール１０周りに配線されるハーネスを接続する端子台などが挙げられる。したがって、ネジ溝付き貫通孔２３を形成する箇所は、ベース板５に限られず、蓋部４や側板６であってもよい。封止蓋３０としては、上述したネジ部材３１や封止部材４２に限られず、例えばパテや液体ガスケットなどを用いてもよい。

なお、固定構造２１を形成する工程においては、ネジ部材２８をネジ溝付き貫通孔２３に螺合する前に、予めネジ溝付き貫通孔２３に封止蓋３０を取り付けておくことが好適である。この場合、ネジ溝付き貫通孔２３の他端側に封止蓋３０を取り付けた後、ベース板５を反転させて電池モジュール１０を組み付けることができる。したがって、電池モジュール１０を固定した状態のベース板５を反転させずに済むので、作業性が良好なものとなる。

１…電池パック、２…筐体、５…ベース板（壁部）、５ｂ…外壁面、７…ブラケット（筐体内部材）、１０…電池モジュール、２３…ネジ溝付き貫通孔、２４…ネジ溝、２８…ネジ部材、２９ａ…先端面、３０…封止蓋、３１…ネジ部材、３２ａ，３６ａ，３７ａ，４２ａ…（筐体の内側を向く）端面、３２ｂ，３６ｂ，３８ａ，４２ｂ…（筐体の外側を向く）端面、４２…封止部材、４３…内壁部分。

Claims (5)

1. 筐体内に電池モジュールを収容してなる電池パックであって、
   前記筐体の壁部を貫通するようにネジ溝付き貫通孔が形成され、
   前記筐体の内側から前記ネジ溝付き貫通孔の一端側に螺合されたネジ部材によって、前記筐体内に配置された筐体内部材が前記筐体の壁部に固定され、
   前記ネジ溝付き貫通孔の他端側には、前記ネジ溝付き貫通孔を水密に封止する封止蓋が設けられている電池パック。
2. 前記ネジ溝付き貫通孔の全体にわたってネジ溝が形成され、
   前記封止蓋は、前記ネジ溝付き貫通孔の他端側に螺合されたネジ部材によって構成されている請求項１記載の電池パック。
3. 前記ネジ溝付き貫通孔の他端側にはネジ溝の無い内壁部分が形成され、
   前記封止蓋は、前記ネジ溝付き貫通孔の他端側に圧入された封止部材によって構成されている請求項１記載の電池パック。
4. 前記封止蓋において前記筐体の内側を向く端面と前記ネジ部材の軸部の先端面とが前記ネジ溝付き貫通孔内で当接している請求項１〜３のいずれか一項記載の電池パック。
5. 前記封止蓋において前記筐体の外側を向く端面と前記筐体の壁部の外壁面とが面一になっている請求項１〜４のいずれか一項記載の電池パック。

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