JP7233371B2

JP7233371B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP7233371B2
Application number: JP2019544480A
Authority: JP
Inventors: 晴彦米田; 真己拝野; 裕司岸田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-09-03
Publication date: 2023-03-06
Anticipated expiration: 2038-09-03
Also published as: JPWO2019065109A1; CN111164785B; WO2019065109A1; PH12020550138A1; CN111164785A

Description

本発明は、二次電池セルを内蔵する電源装置に関し、とくに屋外用に最適な防水構造の電源装置に関する。

電源装置は用途によって防水構造が要求される。たとえば、自転車や電動バイクのように屋外で使用される電源装置においては、全ての使用環境において水の弊害を皆無にはできず、外装ケースに防水構造が要求される。ケース内に浸入する水が、腐蝕、漏電、ショート、電子回路の誤動作など種々の弊害となるからである。

浸入水による弊害を防止するために、外装ケースを密閉された防水構造とする電源装置は開発されている。（特許文献１及び２参照）
これ等の電源装置は、外装ケースをパッキンで水密構造に密閉し、またはコネクタをパッキンで水密構造に外装ケースに固定する。外装ケースやコネクタを完全な密閉構造とする電源装置は、経年変化でパッキンが劣化して水が浸入する欠点がある。また、メンテナンス時において外装ケースの開閉に手間がかかる。とくに、開いた外装ケースを密閉するときに、完全に密閉できないと水が浸入する欠点もある。

特開２０１１－１０３２５９号公報特開２００６－０３５９４１号公報

外装ケースを水密構造に密閉する電源装置は、組み立てやメンテナンスに手間がかかる欠点がある。また、パッキンが劣化すると水が浸入するので、長期間にわたって浸入水による弊害を阻止するのが難しい欠点がある。

本発明は、従来の防水構造の電源装置の欠点を解消することを目的として開発されたもので、本発明の目的の一は、外装ケースの組み立てが簡単で、しかも長期間にわたって浸入水による弊害を防止できる防水構造の電源装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の第１の側面に係る電源装置は、外装ケースに電池セルを内蔵してなる電源装置であって、前記外装ケースが、上方を開口して内部に前記電池セルを内蔵してなる収納ケースと、前記収納ケースの上方開口部を閉塞してなる天蓋部とを備えている。前記天蓋部は、外部の水を外装ケース内に流入させる流入開口と、前記流入開口から流入される浸入水を外部に排出する前記流入開口よりも水路抵抗の小さい排出開口とを形成している。さらに、前記天蓋部は、前記流入開口から流入される浸入水を前記排出開口に案内するガイド溝を備えてなることを特徴とする電源装置。

以上の電源装置は、外装ケースの組み立てが簡単で、しかも長期間に渡って浸入水による弊害を防止できる特徴がある。それは以上の電源装置が、外装ケースを収納ケースと天蓋部とで構成して、天蓋部に流入開口と排出開口とを設けて、外装ケースの天蓋部に設けた流入開口から内部に浸入する水を、天蓋部に設けられて流入開口よりも水路抵抗の小さい排出開口から外部に排出するからである。とくに以上の電源装置は、電池を内蔵する収納ケースの上に配置している天蓋部に流入開口と排出開口を設けて、浸入水を天蓋部から外部に排出するので、浸入水が電池内蔵の収納ケース内には流入することがなく、浸入水による電池の弊害を有効に防止できる特徴がある。また、流入開口と排出開口を設けた天蓋部を収納ケースに連結して組み立てできるので、外装ケースに流入開口と排出開口の両方を設けながら、組み立てを簡単にできる特徴を実現する。とくに、以上の電源装置は、従来のように、外装ケースをパッキン等で密閉構造としないので、パッキンが劣化して防水性能が低下することがなく、長期間にわたって優れた防水構造を保持し、しかも温度などの外的環境の厳しい使用環境においても、安定して防水構造を実現する。さらにまた、以上の電源装置は、天蓋部に排出開口を設けているので、電池の排出弁が開いて電池から排出される高温・高圧のガスを外装ケースからスムーズに外部に排出してより高い安全性を実現できる特徴も実現する。

また、第２の側面に係る電源装置によれば、上記構成に加えて、前記外装ケースの底部に出力端子を設けることができる。

さらに、第３の側面に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記天蓋部を複数部品で構成し、前記流入開口を前記天蓋部を構成する部品の境界に設けて、前記排出開口を、前記天蓋部と前記収納ケースの境界部分に設けることができる。

さらにまた、第４の側面に係る電源装置によれば、上記構成に加えて、前記天蓋部が、前記収納ケースの上に配置してなる第３ケースと、前記第３ケースの上に配置してなる第２ケースと、前記第２ケースの上に配置してなる第１ケースとを備え、前記流入開口を前記第１ケースと前記第２ケースとの間に設けることができる。

さらにまた、第５の側面に係る電源装置によれば、上記構成に加えて、前記排出開口を前記第１ケースと前記収納ケースとの間に設けることができる。

さらにまた、第６の側面に係る電源装置によれば、上記構成に加えて、前記第１ケースが、前記収納ケースの上方開口縁の上に配置される外周壁を備え、前記外周壁と前記収納ケースとの間に排出開口を設けることができる。

さらにまた、第７の側面に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記排出開口を、前記収納ケースの上方開口部に沿って伸びる隙間とすることができる。

さらにまた、第８の側面に係る電源装置によれば、上記構成に加えて、前記第３ケースが、前記収納ケースの上方開口部から内側に密接して挿入される挿入周壁と、前記挿入周壁の上縁に連結してなる底プレートと、前記底プレートの内側に沿って設けてなる内部周壁とを備えて、前記挿入周壁は、前記第１ケースの前記外周壁の内側まで伸びて、前記外周壁との間に隙間を設けて排出開口とし、前記第３ケースが前記内部周壁の外側に前記底プレートを溝底とする前記ガイド溝を設けることができる。

さらにまた、第９の側面に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記外装ケースの底部に底部排水口を設けることができる。

本発明の一実施形態に係る電源装置を示す斜視図である。図１の電源装置を斜め下方から見た斜視図である。図１の電源装置の分解斜視図である。図３の電源装置を斜め下方から見た分解斜視図である。図１の電源装置のＶ－Ｖ線における断面図である。図１の電源装置のＶＩ－ＶＩ線における一部拡大断面図である。図５に示す天蓋部の拡大断面図である。天蓋部の分解斜視図である。図８の枠部に閉塞部を挿入した状態を示す分解斜視図である。図８の天蓋部を斜め下方から見た分解斜視図である。図４の電池集合体から金属プレートを外した分解斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明は以下のものに特定されない。また、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。

以下に示す電源装置は、主として、モータのみで走行する電気自動車や電動カートなどの電動車両の駆動用電源に適用する例を説明する。なお本発明の電源装置を、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車に使用したり、電動車両以外の大出力が要求される用途、例えば家庭用、工場用の蓄電装置等に使用してもよい。
（実施形態１）

実施形態１に係る電源装置１００を、図１～図６に示す。これらの図において、図１は本発明の一実施形態に係る電源装置１００を示す斜視図、図２は図１の電源装置１００を斜め下方から見た斜視図、図３は図１の電源装置１００の分解斜視図、図４は図３の電源装置１００を斜め下方から見た分解斜視図、図５は図１の電源装置１００のＶ－Ｖ線における断面図、図６は図１の電源装置１００のＶＩ－ＶＩ線における一部拡大断面図を、それぞれ示している。
（外装ケース９）

図１～図６に示す電源装置１００は、外装ケース９の内部に電池集合体４０を内蔵している。外装ケース９は筒状の収納ケース１０と天蓋部２０を備え、収納ケース１０の上方開口部１１を天蓋部２０で閉塞している。収納ケース１０は電池集合体４０を内蔵し、アルミニウム等の金属を筒状としている。筒状の収納ケース１０は、下方開口部１２を底蓋部３０で閉塞している。図の収納ケース１０は下方開口部１２を底蓋部３０で閉塞するが、収納ケースは底蓋部を一体構造に成形することもできる。
（流入開口７１、排出開口７２）

外装ケース９は、水密に密閉された構造ではない。外装ケース９は、ケースを構成する部品の境界部分をパッキン等で水密構造とすることなく、外装ケース９を構成する部品の境界に水の流入開口７１を設けて、流入開口７１からの浸入水を排出開口７２から外部に排水する。浸入水が電池セル１などの内部部品に悪影響を与えることなく排出開口７２から外部に排出する構造としている。外装ケース９の内部には、流入開口７１からの浸入水を排出開口７２に案内するガイド溝７３を設けている。さらに、電源装置１００は、流入開口７１と排出開口７２の両方を天蓋部２０で形成して、収納ケース１０に浸入水が流入するのを阻止している。正確には、図の電源装置１００は、流入開口７１を天蓋部２０に設けて、排出開口７２を天蓋部２０と収納ケース１０との境界部分に設けて、電池集合体４０を内蔵する収納ケース１０への水の浸入を阻止している。
（天蓋部２０）

天蓋部２０は、全体を一体的に成形してなる１部品では構成しない。全体をプラスチック等で一体的に成形して１部品で構成できるが、この天蓋部は、デザインや形状の自由度が制限され、高級で美しいデザインを実現できない。また、取っ手を設けた天蓋部を一体的に成形すると、金型構造が難しくなり、形状にも制約を受けて理想的な形状に成形できない。

図５と図６に示す天蓋部２０は、複数の部品で構成する。この天蓋部２０は、構成する各部品の連結部をパッキンで水密に密閉することなく、部品の間にできる隙間を流入開口７１としている。また、天蓋部２０と収納ケース１０との連結部にできる隙間を排出開口７２として、流入開口７１からの浸入水を収納ケース１０の内部に浸入させることなく外部に排水する。図の天蓋部２０は、第１ケース２１と、第２ケース２２と、第３ケース２３とからなる複数の部品で構成して、取っ手部２８のある高級なデザインとして、美しい外観で持ち運びに便利な形状としている。また、各々のケースを簡単な構造の金型で能率よく成形できる構造としている。さらに、天蓋部２０は、パッキンで水密構造とすることなく、簡単に能率よく多量生産できる構造を実現している。

天蓋部２０を複数の部品で構成する外装ケース９は、天蓋部２０でもって流入開口７１と排出開口７２を形成して、天蓋部２０の流入開口７１からの浸入水を排出開口７２からスムーズに排水する。正確には、天蓋部２０は、これを構成する部品の隙間で流入開口７１を形成して、天蓋部２０の下端縁と収納ケース１０との隙間で排出開口７２を形成して、浸入水を収納ケース１０には流入しない構造としている。さらに、浸入水が外装ケース９内に溜まらないように、流入開口７１の水路抵抗は排出開口７２の水路抵抗よりも大きく、いいかえると、排出開口７２の水路抵抗を流入開口７１の水路抵抗よりも小さくしている。この外装ケース９は、単位時間に流入開口７１を通過して外装ケース９に流入する水量よりも、排出開口７２を通過して排水できる水量が多く、流入開口７１から流入する浸入水を速やかに外装ケース９から排水して、外装ケース９に浸入水が停滞することがない。さらに、流入開口７１と排出開口７２は、収納ケース１０の上方開口部１１に沿って伸びる隙間としている。この電源装置は、収納ケース１０の上方開口部１１に沿って流入開口７１と排出開口７２を設けているので、全周から流入する浸入水を速やかに排水できる。

図５及び図６は、図１に示す電源装置１００を互いに直交する方向に切断した断面図であって、図６は上部の一部拡大断面図を示している。また、図７は図５の要部拡大断面図を示している。さらに、図８～図１０は、天蓋部２０の分解斜視図を示している。以上の図に示す天蓋部２０は、第１ケース２１と第２ケース２２と第３ケース２３の３層構造で、第３ケース２３を収納ケース１０の上に、第２ケース２２を第３ケース２３の上に、第１ケース２１を第２ケース２２の上に配置している。第３ケース２３は、取っ手部２８の下面をカバーする取っ手枠２４を一体的に成形して設けた枠形状で、収納ケース１０の上に配置されるベースケースとなる枠部である。第２ケース２２は第３ケース２３の上に固定されて第３ケース２３の枠開口部２５を閉塞する閉塞部である。第１ケース２１は第２ケース２２の上に配置されて取っ手部２８の上面を設けているカバー部である。

第１ケース２１と第２ケース２２と第３ケース２３はプラスチックを成形して製作される。天蓋部２０は上面に取っ手部２８を設けている。取っ手部２８は、水平方向に伸びるグリップ部２８Ａと、グリップ部２８Ａの一端に連結しているアーチ状連結部２８Ｂと他端に連結している立ち上がり連結部２８Ｃとからなる。取っ手部２８は、外側を第１ケース２１で、内側を第３ケース２３で構成している。
（第１ケース２１）

第１ケース２１は、収納ケース１０の上方開口部１１の開口縁の上に載せて配置される外周壁２１Ａと、この外周壁２１Ａに連結している取っ手部２８の外側とを一体的に成形している。第１ケース２１は、第２ケース２２を挟んで第３ケース２３に固定される状態で、図５～図７に示すように、第２ケース２２の外周縁との間に隙間を設けて流入開口７１としている。天蓋部２０は、外形を四角形とするので、第２ケース２２の全体形状も四角形となって、４辺の外周縁ができる。図の天蓋部２０は、第２ケース２２の４辺全ての外周縁に流入開口７１を設けることなく、３辺の外周縁に流入開口７１を設けて、取っ手部２８の立ち上がり連結部２８Ｃの内面に接近する１辺の上向き外周縁２２ａには流入開口を設けていない。上向き外周縁２２ａは、ここに向かって上り勾配に傾斜する形状として、その上端面を第３ケース２３の取っ手部２８内面の接近位置に配置して、第３ケース２３との隙間を取っ手部２８の内面で上からカバーして、この隙間からの水の流入を阻止しているからである。
（第２ケース２２）

第２ケース２２は、第３ケース２３の枠開口部２５を閉塞する板状で、中央部を下方に突出させる湾曲部２２Ａとして、取っ手部２８の中央部との間隔を広くしている。この形状は、取っ手部２８を高く突出させることなく、取っ手部２８の下の隙間を広くして、ユーザーが取っ手部２８の下にスムーズに指を入れて持ち運びできる特徴がある。

第２ケース２２は、第１ケース２１と第３ケース２３に挟まれて第３ケース２３に固定される。第２ケース２２は、第３ケース２３にネジ止めされる連結片２２Ｂと、第３ケース２３に上から下に挿入して連結される挿入片２２Ｃとを設けている。連結片２２Ｂは水平方向に突出し、第３ケース２３の連結ボス２３Ｂにねじ込まれる止ネジ１５で固定される。挿入片２２Ｃは下方に突出して、第３ケース２３に設けられた嵌合穴２３Ｃに挿入して連結される。
（第３ケース２３）

第３ケース２３は、収納ケース１０全周の内側に密接して挿入される挿入周壁２３Ａを備える。挿入周壁２３Ａは、第１ケース２１の外周壁２１Ａの内側まで立ち上がって、外周壁２１Ａとの間に排出開口７２を設けている。収納ケース１０の上端縁に沿って排出開口７２を設けるために、第１ケース２１の外周壁２１Ａの下端縁と収納ケース１０上端縁との間に隙間を設け、さらに、外周壁２１Ａと第３ケース２３の挿入周壁２３Ａの上部との間にも隙間を設けている。第３ケース２３は、挿入周壁２３Ａの上縁から湾曲して内側に伸びる底プレート２３Ｄを設けている。挿入周壁２３Ａの上部と底プレート２３Ｄとの境界部分の湾曲部は、第１ケース２１の外周壁２１Ａとの間に隙間があって、この隙間を排出開口７２としている。底プレート２３Ｄは、内側縁に沿って内部周壁２３Ｅを設けている。内部周壁２３Ｅは、流入開口７１よりも内側に配置されて、外周壁２１Ａとの間を、底プレート２３Ｄを溝底とするガイド溝７３としている。内部周壁２３Ｅは、流入開口７１から浸入して流れ落ちる浸入水を外部に漏らさずガイド溝７３に流入させるために、流入開口７１よりも内側に配置される。第３ケース２３は、流入開口７１から流入される浸入水を案内するガイド溝７３を内部周壁２３Ｅの外側に設けて、流入開口７１から流入する浸入水を排出開口７２に案内する。ガイド溝７３は、流入開口７１の下方の全体に配置されて、流入開口７１からの浸入水を漏らさず排出開口７２から外部に排水する。排出開口７２は、浸入水をスムーズに排水して内部に溜まらないように、流入開口７１よりも隙間を広くして、流入開口７１よりも水路抵抗を小さくしている。

以上の天蓋部２０は、第２ケース２２を第３ケース２３に固定し、第３ケース２３を第１ケース２１にネジ止めして組み立てられる。第３ケース２３を第１ケース２１に固定する止ネジ１６は、図１０に示すように、第３ケース２３の下面側から第３ケース２３を貫通して第１ケース２１に設けた連結ボス２１Ｂにねじ込まれる。さらに、天蓋部２０は、図３と図４に示すように、下面に電池集合体４０が固定された状態で、電池集合体４０が収納ケース１０に挿入されて、収納ケース１０の定位置に配置される。
（電池集合体４０）

電池集合体４０は、図５に示すように複数の二次電池セル１を備えている。電池集合体４０は、複数の二次電池セル１を電池ホルダ４４で定位置に配置すると共に、電池端面をリード板４５で接続して、外形を四角柱状とする形状に配置している。電池集合体４０は、図１１に示すように、周囲が支持フレーム５０で締結されると共に、この支持フレーム５０を貫通する止ネジ４６を介して天蓋部２０及び底蓋部３０に連結される。

電池集合体４０は、図１１に示すように、支持フレーム５０を上方に向かって貫通する止ネジ４６を介して天蓋部２０に固定される。天蓋部２０に固定された電池集合体４０は、図３と図４に示すように、側面４３に放熱シート２を密着させて、放熱シート２の表面にアラミド繊維シート３を積層した状態で収納ケース１０に挿入される。電池集合体４０が挿入された収納ケース１０は下方開口部１２に底蓋部３０が連結されて閉塞される。底蓋部３０は、図４と図１１に示すように、支持フレーム５０を下方に向かって貫通する止ネジ４６が挿通されると共に、底蓋部３０を貫通する止ネジ４６にナット４９がねじ込まれて電池集合体４の下面に固定される。以上のようにして、天蓋部２０を収納ケース１０の上方開口部１１に、底蓋部３０を収納ケース１０の下方開口部１２に固定する。

さらに、図２に示す電源装置１００は、外装ケース９の底面に露出する出力端子３３を設けている。ここに出力端子３３を設ける外装ケース９は、出力端子３３から水が流入するのを阻止できる特徴がある。出力端子３３は、ケース内から外部に金属ロッドを貫通して設けられるので、ケースとの間をパッキン等で防水構造としている。パッキンによる防水構造は、パッキンの劣化が原因で水が浸入するのを阻止できない。とくにパッキンの劣化を皆無にはできず、長期間にわたる確実な防水構造の実現は極めて難しい。図２の電源装置１００は、底面に出力端子３３を露出させるので、使用状態で出力端子３３からの水の浸入を確実に防止できる特徴がある。

さらに、図２の底面図と図５の断面図に示す外装ケース９は、底部に底部排水口３５を設けている。この電源装置１００は、仮に浸入水が排出開口７２から排水できないとしても、底部排水口３５から排水して内部に溜まるのを防止できる。また、底面の底部排水口３５は下向きに開口するので、ここから水が浸入することがない。

本発明の電源装置は、屋外で使用される用途に便利に使用できる。

１００…電源装置
１…二次電池セル
２…放熱シート
３…アラミド繊維シート
９…外装ケース
１０…収納ケース
１１…上方開口部
１２…下方開口部
１５…止ネジ
１６…止ネジ
２０…天蓋部
２１…第１ケース
２１Ａ…外周壁
２１Ｂ…連結ボス
２２…第２ケース
２２Ａ…湾曲部
２２Ｂ…連結片
２２Ｃ…挿入片
２２ａ…上向き外周縁
２３…第３ケース
２３Ａ…挿入周壁
２３Ｂ…連結ボス
２３Ｃ…嵌合穴
２３Ｄ…底プレート
２３Ｅ…内部周壁
２４…取っ手枠
２５…枠開口部
２８…取っ手部
２８Ａ…グリップ部
２８Ｂ…アーチ状連結部
２８Ｃ…立ち上がり連結部
３０…底蓋部
３３…出力端子
３５…底部排水口
４０…電池集合体
４３…側面
４４…電池ホルダ
４５…リード板
４６…止ネジ
４９…ナット
５０…支持フレーム
７１…流入開口
７２…排出開口
７３…ガイド溝

Claims

外装ケースに電池セルを内蔵してなる電源装置であって、
前記外装ケースが、
上方を開口して内部に前記電池セルを内蔵してなる収納ケースと、
前記収納ケースの上方開口部を閉塞してなる天蓋部とを備え、
前記天蓋部が、
外部の水を外装ケース内に流入させる流入開口と、
前記流入開口から流入される浸入水を外部に排出する前記流入開口よりも水路抵抗の小さい排出開口とを形成し、
さらに、前記天蓋部が、
前記流入開口から流入される浸入水を前記排出開口に案内するガイド溝を備えてなり、
前記天蓋部が複数部品からなり、
前記流入開口が前記天蓋部を構成する部品の境界に設けられ、
前記排出開口が、前記天蓋部と前記収納ケースの境界部分に設けられてなることを特徴とする電源装置。
請求項１に記載される電源装置であって、
前記外装ケースの底部に出力端子を設けてなることを特徴とする電源装置。
請求項１に記載される電源装置であって、
前記天蓋部が、
前記収納ケースの上に配置してなる第３ケースと、
前記第３ケースの上に配置してなる第２ケースと、
前記第２ケースの上に配置してなる第１ケースとを備え、
前記流入開口が前記第１ケースと前記第２ケースとの間に設けられてなることを特徴とする電源装置。
請求項３に記載される電源装置であって、
前記排出開口が前記第１ケースと前記収納ケースとの間に設けてなることを特徴とする電源装置。
請求項４に記載される電源装置であって、
前記第１ケースが、前記収納ケースの上方開口縁の上に配置される外周壁を備え、
前記外周壁と前記収納ケースとの間に排出開口が設けられてなることを特徴とする電源装置。
請求項１ないし５のいずれかに記載される電源装置であって、
前記排出開口が、前記収納ケースの上方開口部に沿って伸びる隙間であることを特徴とする電源装置。
請求項５に記載される電源装置であって、
前記第３ケースが、前記収納ケースの上方開口部から内側に密接して挿入される挿入周壁と、
前記挿入周壁の上縁に連結してなる底プレートと、前記底プレートの内側に沿って設けてなる内部周壁とを備え、
前記挿入周壁は、前記第１ケースの前記外周壁の内側まで伸びて、前記外周壁との間に隙間を設けて排出開口としており、
前記第３ケースが前記内部周壁の外側に前記底プレートを溝底とする前記ガイド溝を設けてなることを特徴とする電源装置。
請求項１ないし７のいずれかに記載される電源装置であって、
前記外装ケースの底部に底部排水口を設けてなることを特徴とする電源装置。