JP6690451B2 - 電池パック - Google Patents

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Description

本発明は、電池パックに関する。
特許文献1には、複数の電池セルと、これら複数の電池セルを収容する筐体と、を備える電池パックが開示されている。この電池パックの筐体には、開口部と、開口部を封止する封止板とで構成された圧力開放部が設けられている。圧力開放部は、筐体内の圧力の上昇に伴って封止板が変形することにより、筐体内に充満したガスを開口部から外部に排出し、筐体内の圧力が異常に上昇することを防いでいる。
特開2011−198570号公報
上述の電池パックでは、変形していないときの封止板と筐体との間をシールするためにシール部材が用いられる。シール部材としては、例えば、封止板及び筐体の間に配置されて双方に固着されるシール部材を用いることができる。その場合には、封止板の変形に応じてシール部材が破断することにより、不可逆的に開口部が開放される。これに対して、封止板の状態が変形前の状態に戻ったときに、再びシール性を発揮するようなシール部材を用いることにより、可逆的に開口部を開放可能とする構成が望まれている。
そのためには、封止板及び筐体により圧縮されることで弾性変形してシール性を発揮するシール部材を用いることが考えられる。しかしながら、そのようなシール部材を用いても、封止板が変形する際にシール部材の位置がずれてしまうと、封止板が変形前の状態に戻ったときにシール部材が十分に圧縮されず、開口部を適切に封止できないおそれがある。
本発明は、シール部材の位置ずれを抑制可能な電池パックを提供する。
本発明の一側面に係る電池パックは、電池モジュールと、電池モジュールを収容する筐体と、筐体に設けられた開口を閉塞する板状の蓋体と、開口の周縁部と蓋体との間に配置され、開口の周縁部と蓋体とにより圧縮されることで弾性変形してシール性を発揮するシール部材と、を備え、蓋体は、筐体に固定された固定部と、固定部から周縁部に至るように延在する延在部と、を有し、延在部は、筐体内の圧力の上昇に応じて、固定部を起点として周縁部から離間するように変形することにより開口を開放し、シール部材は、筐体または蓋体に接着されている。
この電池パックでは、蓋体の延在部は、筐体内の圧力の上昇に応じて、固定部を起点として周縁部から離間するように変形することにより、筐体の開口を開放する。すなわち、蓋体は、筐体内の圧力が異常に上昇することを防ぐ、いわゆる安全弁として機能する。シール部材は、開口の周縁部と蓋体との間に配置され、これらにより圧縮されることで弾性変形してシール性を発揮する。したがって、蓋体が変形したときには、シール部材の圧縮が弱まることによりシール性が低下し、開口が開放される。また、蓋体が変形前の状態に戻ったときには、シール部材が改めて圧縮されることにより、再びシール性を発揮し得る。すなわち、開口が可逆的に封止・解放され得る。特に、シール部材は筐体または蓋体に接着されているので、蓋体が変形する際にも、シール部材の位置ずれを抑制することができる。その結果、蓋体が変形前の状態に元に戻ったときに確実に開口を再封止できる。
本発明の一側面に係る電池パックは、筐体と蓋体との間に配置され、シール部材の圧縮率を規定するスペーサを更に備えてもよい。この場合、シール部材の圧縮率を容易に規定することができる。したがって、シール部材により周縁部と蓋体との間を確実にシールすることができる。
本発明の一側面に係る電池パックにおいては、スペーサは、筐体と固定部との間に配置され、固定部とともに筐体に固定されていてもよい。この場合、スペーサを別途筐体に取り付ける必要がない。
本発明の一側面に係る電池パックにおいては、シール部材は、周縁部に接着されていてもよい。延在部が周縁部から離間するように変形して開口を開放する際、筐体内のガスは、延在部に沿って筐体の外部に流出しようとする。したがって、この場合、流出するガスの流れが筐体の周縁部に接着されたシール部材に当たり難い。これにより、シール部材の剥がれが抑制される。
本発明の一側面に係る電池パックにおいては、シール部材は、蓋体の周縁に沿って蓋体に接着されていてもよい。この場合、蓋体は筐体よりも小さく、取り扱いが容易であることから、シール部材を接着する工程を容易に実施することができる。
本発明によれば、シール部材の位置ずれを抑制可能な電池パックを提供することができる。
実施形態に係る電池パックを示す斜視図である。 図1の電池パックの分解斜視図である。 図1のIII−III線に沿っての断面図である。 シール部材のシール性成立範囲について説明するためのグラフである。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一または同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。
まず、図1〜図3を参照して、実施形態に係る電池パックについて説明する。図1は、第1実施形態に係る電池パックを示す斜視図である。図2は、図1の電池パックの分解斜視図である。図3は、図1のIII−III線に沿っての断面図である。
図1〜図3に示されるように、電池パック1は、筐体2と、蓋体3と、複数の電池モジュール4と、コネクタ5と、シール部材6と、スペーサ7と、を備えている。電池パック1は、例えば電気自動車及びフォークリフト等の車両のバッテリーとして使用される装置である。電池パック1は、車両側の所定のバッテリー収容部に収容される。
筐体2は、全体として直方体形状を呈する箱体である。筐体2は、筐体2の内部空間Sに複数の電池モジュール4を収容している。筐体2は、底壁部21と、上壁部22と、第1側壁部23と、第2側壁部24と、前壁部25と、後壁部26と、を含んでいる。底壁部21、上壁部22、第1側壁部23、第2側壁部24、前壁部25、及び後壁部26は、溶接又はボルト(不図示)による締結により一体化されている。
底壁部21、上壁部22、第1側壁部23、第2側壁部24、前壁部25、及び後壁部26は、例えば、SS400及びSPHC等の一般的な鋼材により形成されている。底壁部21は、例えば、厚さが50mmの矩形状の板材により形成されている。上壁部22は、例えば、厚さが10mmの板材により形成されている。第1側壁部23及び第2側壁部24は、例えば、厚さが25mmの板材により形成されている。前壁部25及び後壁部26は、例えば、厚さが5mmの板材により形成されている。
第1側壁部23、第2側壁部24、前壁部25及び後壁部26は、底壁部21の周縁をなす4辺に沿って立設されている。第1側壁部23と第2側壁部24とは、互いに対向している。第1側壁部23及び第2側壁部24には、電池モジュール4をボルトB1により第1側壁部23及び第2側壁部24に固定するための複数のネジ穴H1が設けられている。前壁部25と後壁部26とは、互いに対向している。
上壁部22は、第1側壁部23、第2側壁部24、前壁部25、及び後壁部26のそれぞれの底壁部21と反対側の端部に接続され、底壁部21と互いに対向している。なお、第1側壁部23及び第2側壁部24の対向する方向をX方向、前壁部25及び後壁部26の対向する方向をY方向、底壁部21及び上壁部22の対向する方向をZ方向として、以下、説明する。
上壁部22には、Y方向の中央部に開口A1,A2が設けられている。開口A1,A2は、互いに同形状をなす矩形状を呈している。開口A1,A2は、X方向に並設されている。開口A1は、第1側壁部23側に配置され、開口A2は第2側壁部24側に配置されている。上壁部22は、開口A1,A2の周縁をなす周縁部Rを有している。
周縁部Rは、周縁部分R1〜R7を含んでいる。周縁部分R1は、開口A1と開口A2との間に位置し、Y方向に沿って延びている。周縁部分R1には、蓋体3及びスペーサ7をボルトB2により周縁部分R1に固定するための複数のネジ孔H2がY方向に並んで設けられている。周縁部分R2は、開口A1を挟んで周縁部分R1とX方向において対向し、Y方向に沿って延びている。周縁部分R3は、開口A2を挟んで周縁部分R1とX方向において対向し、Y方向に沿って延びている。周縁部分R2のX方向の長さは、第1側壁部23のX方向の厚さと同等であり、周縁部分R3のX方向の長さは、第2側壁部24のX方向の厚さと同等である。
周縁部分R4は、開口A1の前壁部25側に位置し、X方向に沿って延びている。周縁部分R5は、開口A1の後壁部26側に位置し、X方向に沿って延びている。周縁部分R5は、開口A1を挟んで周縁部分R4とY方向において対向している。周縁部分R6は、開口A2の前壁部25側に位置し、X方向に沿って延びている。周縁部分R7は、開口A2の後壁部26側に位置し、X方向に沿って延びている。周縁部分R7は、開口A2を挟んで周縁部分R6とY方向において対向している。
蓋体3は、例えば、SS400及びSPHC等の一般的な鋼材により形成されている。蓋体3は、例えば、厚さが5mmの矩形状の板材により形成されている。蓋体3の厚さ及び剛性は、筐体2の各部の厚さ及び剛性よりも小さい。蓋体3は、上壁部22上に配置され、開口A1,A2を閉塞している。蓋体3は内面3aを有し、内面3aは、周縁部RとZ方向において対向している。蓋体3の形状は、開口A1,A2を完全に覆うことができ、かつ、周縁部Rと対向し得る形状に設定されている。
蓋体3は、固定部31と、延在部32,33と、を有している。固定部31は、筐体2に固定される部分である。固定部31は、蓋体3のX方向の中央部において、Y方向に沿って延在している。固定部31には、複数の貫通孔H3がY方向に並んで設けられている。複数の貫通孔H3は、複数のネジ孔H2とZ方向から見て重なる位置に設けられている。固定部31は、スペーサ7を介して周縁部分R1と対向し、ボルトB2により、スペーサ7を介して周縁部分R1に固定されている。すなわち、周縁部分R1は蓋体3及びスペーサ7が固定される被固定部として機能している。ボルトB2は、貫通孔H3及び後述する貫通孔H4に挿通され、かつ、ネジ孔H2に締結される。
延在部32は、固定部31を起点として周縁部Rの周縁部分R2,R4及びR5に至るように延在し、開口A1を閉塞する部分である。延在部32は、筐体2に固定されていない。このため、延在部32は、筐体2内の圧力の上昇に応じて、固定部31を起点として周縁部分R2,R4及びR5から離間するように変形(例えば弾性変形(以下同様))することにより、開口A1を開放する。開口A1を開放するとは、内部空間Sと筐体2の外部とを開口A1を通じて連通させることである。
延在部33は、固定部31を起点として周縁部Rの周縁部分R3,R6及びR7に至るように延在し、開口A2を閉塞する部分である。延在部33は、筐体2に固定されていない。このため、延在部33は、筐体2内の圧力の上昇に応じて、固定部31を起点として周縁部分R3,R6及びR7から離間するように変形することにより、開口A2を開放する。開口A2を開放するとは、内部空間Sと筐体2の外部とを開口A2を通じて連通させることである。
すなわち、蓋体3は、延在部32,33の変形により開口A1,A2を開放することにより、いわゆる安全弁として機能し、筐体2内の圧力が規定圧力を超えることを防止している。なお、この規定圧力は、筐体2内の圧力が高まることにより、筐体2が破損する圧力よりも低く設定されている。蓋体3は、延在部32,33の変形のし易さを確保するため、上述したように筐体2の他の部分に比べて剛性の低い薄板で形成されている。
電池モジュール4は、複数の電池セル(不図示)、一対のエンドプレート11、及び一対のブラケット12を有している。電池セルは、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池といった蓄電池、または電気二重層キャパシタ等である。複数の電池セルは、互いに電気的に接続されて、Y方向において配列されている。一対のエンドプレート11は、このように配列された複数の電池セルのY方向の両側に配置されている。一対のエンドプレート11は、複数の電池セルを互いに固定し、一体化している。
ブラケット12は、複数の電池セルを筐体2に固定して取り付けるための部材である。ブラケット12は、複数の電池セルのY方向の両側で、エンドプレート11に取り付けられている。ブラケット12は、例えば、ボルト(不図示)でエンドプレート11に取り付けられている。ブラケット12には、電池モジュール4を第1側壁部23及び第2側壁部24に固定するための複数の貫通孔H5が設けられている。
貫通孔H5は、ネジ穴H1とX方向から見て重なっている。電池モジュール4は、貫通孔H5に挿通され、かつ、ネジ穴H1に締結されるボルトB1により、第1側壁部23及び第2側壁部24に固定されている。
コネクタ5は、電池パック1と外部装置とを接続する部分である。コネクタ5は、例えば前壁部25の上壁部22側、かつ、第2側壁部24側に配置されている。
シール部材6は、周縁部Rと蓋体3との間に配置されている。具体的には、シール部材6は、周縁部分R2〜R7と蓋体3の内面3aとの間に配置されている。シール部材6は、例えば長尺状を呈し、開口A1,A2を周縁部分R1ごとまとめて取り囲むように、矩形環状に配置されている。シール部材6は、シール層61と、シール層61の片面に設けられた粘着層62と、を有している。シール部材6は、シール層61が蓋体3と対向するともに、粘着層62が周縁部分R2〜R7と対向した状態で、粘着層62により周縁部分R2〜R7に接着されている。すなわち、シール部材6は、筐体2及び蓋体3のうち筐体2のみに接着されている。シール層61は、弾性部材により構成されている。シール層61として、例えばポリウレタンスポンジ、EPDM(エチレン・プロピレン・ジエンゴム)スポンジ等を用いることができる。粘着層62としては、例えば両面テープを用いることができる。
シール部材6は、蓋体3が開口A1,A2を閉塞している状態において、蓋体3の弾性力により周縁部分R2〜R7に押し付けられ、周縁部分R2〜R7と蓋体3とにより圧縮されている。この結果、シール部材6は、弾性変形してシール性を発揮し、周縁部分R2〜R7と蓋体3との間を塞いでいる。図4は、シール部材のシール性が成立する範囲(シール性成立範囲)について説明するためのグラフである。図4では、横軸がシール部材6の圧縮率を示し、縦軸がシール部材6の反力を示している。図4に示されるように、シール部材6の反力は、圧縮率が高くなるほど、高くなる。
そして、シール部材6の圧縮率が第1所定値C1を越えると、シール部材6の弾性変形が十分に大きくなり、シール対象部材(筐体2及び蓋体3)に対して十分に密着し、シール性が生じる。また、シール部材6の圧縮率がさらに大きくなって第2所定値C2を越えると、例えばシール部材6の破断が生じる等により、シール性が失われる。すなわち、シール部材6のシール性は、所定の圧縮率範囲ARにおいて成立する。すなわち、シール部材6は、所定の圧力範囲においてシール性を発揮する。シール部材6の上記の材料は、以上のような性質を考慮して選択される。なお、ここでいうシール性とは、シール対象部材を気密に封止する性質をいう。
スペーサ7は、例えば、SS400及びSPHC等の一般的な鋼材により形成された板状部材である。スペーサ7は、筐体2と蓋体3との間に配置されている。スペーサ7は、具体的には、周縁部分R1と固定部31との間に配置されている。スペーサ7は、スペーサ7の厚さにより周縁部分R1と固定部31との間の距離を規定する。スペーサ7は、スペーサ7の厚さによりシール部材6の圧縮率を規定する。スペーサ7の厚さは、シール部材6の圧縮率がシール性成立範囲となるように設定されている。
スペーサ7は、例えば周縁部分R1の形状に対応して形成されている。スペーサ7は、例えば、スペーサ7のX方向の長さが、周縁部分R1のX方向の長さと同等となるとともに、スペーサ7のY方向の長さが、周縁部分R1のY方向の長さよりも短くなるように形成されている。また、スペーサ7は、例えば、周縁部分R1の位置に対応して配置されている。すなわち、スペーサ7は、スペーサ7のX方向の両端が、周縁部分R1のX方向の両端と一致するとともに、スペーサ7のY方向の両端が、周縁部分R1のY方向の両端よりもネジ孔H2側に位置するように配置されている。
スペーサ7には、複数の貫通孔H4がY方向に並んで設けられている。複数の貫通孔H4は、複数のネジ孔H2とZ方向から見て重なる位置に設けられている。スペーサ7は、貫通孔H4を挿通するボルトB2によって、固定部31とともに周縁部分R1に固定されている。
以上説明したように、電池パック1では、蓋体3の延在部32は、筐体2内の圧力の上昇に応じて、固定部31を起点として周縁部分R2,R4及びR5から離間するように変形することにより、筐体2の開口A1を開放する。また、延在部33は、筐体2内の圧力の上昇に応じて、固定部31を起点として周縁部分R3,R6及びR7から離間するように変形することにより、筐体2の開口A2を開放する。シール部材6は、開口A1,A2の周縁部分R2〜R7と蓋体3との間に配置され、これらにより圧縮されることで弾性変形してシール性を発揮する。
したがって、蓋体3が変形したときには、シール部材6の圧縮が弱まることによりシール性が低下し、開口A1,A2が開放される。また、蓋体3が変形前の状態に戻ったときには、シール部材6が改めて圧縮されることにより、再びシール性を発揮し得る。すなわち、開口A1,A2が可逆的に封止・開放され得る。特に、シール部材6は、粘着層62を有し、粘着層62により周縁部分R2〜R7に接着されているので、蓋体3が変形する際にも、シール部材6の位置ずれを抑制することができる。その結果、蓋体3が変形前の状態に元に戻ったときに確実に開口を再封止できる。
電池パック1は、筐体2と蓋体3との間に配置され、シール部材6の圧縮率を規定するスペーサ7を更に備えている。このため、シール部材6の圧縮率を容易に規定し、シール性成立範囲とすることができる。したがって、シール部材6により周縁部分R2〜R7と蓋体3との間を確実にシールすることができる。また、スペーサ7は、周縁部分R1と固定部31との間に配置され、固定部31とともに周縁部分R1に固定されていている。これにより、スペーサ7を別途筐体2に取り付ける必要がない。また、スペーサ7は、筐体2及び蓋体3とは別体として構成されているので、筐体2及び蓋体3と一体的に設けられている場合に比べて、厚さ調整等の加工が容易である。このため、シール部材6の圧縮率調整を容易化することができる。
延在部32,33が周縁部分R2〜R7から離間するように変形して開口A1,A2を開放する際、筐体2内のガスは、延在部32,33に沿って筐体2の外部に流出しようとする。電池パック1においては、シール部材6は、周縁部分R2〜R7に接着されている。このため、流出するガスの流れがシール部材6に当たり難い。これにより、シール部材6の剥がれが抑制される。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、または他のものに適用したものであってもよい。
例えば、シール部材6は、蓋体3に接着されていてもよい。すなわち、シール部材6は、筐体2及び蓋体3のうち蓋体3のみに接着されていてもよい。シール部材6は、周縁部分R2〜R7と対向するように、内面3aの周縁に沿って矩形環状に内面3aに接着された構成とすることができる。蓋体3は筐体2よりも小さく、取り扱いが容易であることから、シール部材6が蓋体3に接着された構成とすることにより、シール部材6を接着する工程を容易に実施することができる。
シール部材6は、シール層61及び粘着層62を有する構成に限られず、それ自体が接着性を有する弾性体により構成されていてもよい。そのようなシール部材6として、例えば、紫外線を照射することで硬化する紫外線硬化性樹脂を用いることができる。具体的には、ウレタンアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂、シリコーンアクリレート樹脂またはアクリル樹脂アクリレート等を用いることができる。紫外線硬化性樹脂からなるシール部材6を、周縁部分R2〜R7上に形成する方法について以下に説明する。
まず、ディスペンサにより粘性状態の紫外線硬化樹脂を、周縁部分R2〜R7上に塗布する。続いて、紫外線硬化性樹脂に紫外線を照射し、紫外線硬化性樹脂の表面部を硬化させる。このとき、照射する紫外線を短波長(例えば365nm)とすることにより、紫外線が紫外線硬化性樹脂の内部深くにまで届き難く、紫外線硬化性樹脂の内部は粘性状態のままとなる。次に、紫外線硬化性樹脂の上に光透過性を有する板部材を配置し、紫外線硬化性樹脂を板部材によって押える。これにより、紫外線硬化性樹脂の高さが均等とされた状態で、板部材を介して紫外線を紫外線硬化性樹脂に照射する。このとき、照射する紫外線を長波長(例えば396nm)とすることにより、紫外線が紫外線硬化性樹脂の内部深くにまで届き、紫外線硬化性樹脂が硬化される。以上のようにして、周縁部分R2〜R7に接着されたシール部材6を形成することができる。このようなシール部材6を周縁部分R2〜R7上に形成する代わりに、蓋体3の内面3aに形成してもよい。
ここで、スペーサ7は、固定部31とは別に筐体2に固定されていてもよい。また、スペーサ7は、例えば、筐体2又は蓋体3に一体的に設けられた凸部であってもよい。凸部の形状は、特に限定されず、円柱状、又は半球状等とすることができる。スペーサ7をネジ孔H2又は貫通孔H3の近くに配置することで、筐体2と蓋体3との間の距離を精度よく規定することができる。これにより、シール部材6の圧縮率が精度よく規定される。スペーサ7を筐体2又は蓋体3に一体的に設ける場合、スペーサ7を筐体2又は蓋体3に別途取り付ける必要がないため、電池パック1の組み立て作業を容易化することができる。
電池パック1においては、開口A1,A2を少なくとも一つ備えていればよい。また、電池パック1は、延在部32,33を少なくとも一つ備えていればよい。
1…電池パック、2…筐体、3…蓋体、4…電池モジュール、6…シール部材、7…スペーサ、31…固定部、32,33…延在部、A1、A2…開口、R…周縁部、R1〜R7…周縁部分。

Claims (5)

  1. 電池モジュールと、
    前記電池モジュールを収容する筐体と、
    前記筐体に設けられた開口を閉塞する板状の蓋体と、
    前記開口の周縁部と前記蓋体との間に配置され、前記開口の周縁部と前記蓋体とにより圧縮されることで弾性変形してシール性を発揮するシール部材と、を備え、
    前記蓋体は、前記筐体に固定された固定部と、前記固定部から前記周縁部に至るように延在する延在部と、を有し、
    前記延在部は、前記筐体内の圧力の上昇に応じて、前記固定部を起点として前記周縁部から離間するように変形することにより前記開口を可逆的に開放し、
    前記シール部材は、前記周縁部に接着、または、前記蓋体の周縁に沿って前記蓋体に接着され、前記延在部が変形前の状態に戻ったときには、前記開口の周縁部と前記蓋体とにより改めて圧縮され
    前記筐体には、2つの前記開口が設けられ、
    前記蓋体は、前記筐体のうち、2つの前記開口の間に位置する部分に固定されている1つの前記固定部と、2つの前記開口のそれぞれを可逆的に開放する2つの前記延在部と、を有する、電池パック。
  2. 前記筐体と前記蓋体との間に配置され、前記シール部材の圧縮率を規定するスペーサを更に備える、請求項1に記載の電池パック。
  3. 前記スペーサは、前記筐体と前記1つの固定部との間に配置され、前記1つの固定部とともに前記筐体に固定されている、請求項2に記載の電池パック。
  4. 前記シール部材は、前記周縁部に接着されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電池パック。
  5. 前記シール部材は、前記蓋体の周縁に沿って前記蓋体に接着されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電池パック。
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