JP7425268B2 - 電池パックおよび電動車両 - Google Patents
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Description
電池セルと、
頭部とネジ部と、頭部とネジ部の間にネジ部の外径よりも大きく頭部の外径よりも小さい中間部とを有する1または複数の段付きネジと、
1または複数の段付きネジで互いに締結される上ケースと下ケースを備えた外装ケースとを備え、
上ケースと下ケースの接触部に第1の弾性部材が圧縮して配置されており、
頭部と上ケースの間に第2の弾性部材が圧縮して配置され、
第2の弾性部材は中空円柱状の弾性樹脂である、
電池パックである。
1 第1の実施形態
2 第2の実施形態
3 第3の実施形態
4 第4の実施形態
5 第5の実施形態
6 応用例
7 変形例
なお、本発明は、以下に説明する実施の形態等に限定されない。以下の説明において、説明の便宜を考慮して前後、左右、上下等の方向を示すが、本開示の内容はこれらの方向に限定されるものではない。
図1~図3等を参照しつつ、第1の実施形態にかかる電池パック(電池パック1)に関して説明する。図1は、電池パック1の構成例を説明するための分解斜視図である。図2Aは電池パック1の外観を説明するための図である。図2Bは、電池パック1の概略平面図である。図3は、図1の電池パック1の外装ケース2内に収容される電池ホルダ12の分解斜視図である。電池パック1は、例えば、図1、図2A、図2B等に示すように、段付きネジ14で上ケース2aと下ケース2bを締結される外装ケース2を備える。外装ケース2内には、回路基板3と、電池ホルダ12に収められた電池セル4と、電池セル4の電極端子部15に接合された金属板とが収納される。
外装ケース2の内部空間Spには、電池ホルダ12が収納される。電池ホルダ12には、図1、図3等に示すように、複数の電池セル収納部13が形成されている。図1、図3の例における電池ホルダ12には、電池セル収納部13が筒型形状に形成されている。電池セル収納部13の軸線方向は、外装ケース2に電池ホルダ12を収容した状態で左右方向(+Y方向、-Y方向)となっている。電池ホルダ12では、各電池セル収納部13は、上下方向(+Z方向、-Z方向)および前後方向(+X方向、-X方向)に並んで形成されている。図1、図3の例では電池セル収納部13は、前後方向に3列、上下方向に2列並んでおり、それぞれの電池セル4が収納される。なお、ここに示したのは一例である。電池セル収納部13は、筒型形状以外の形状とされてよい。電池セル収納部13について前後方向の列数と上下方向の列数は、図1等の例に限定されない。また、1つの電池セル収納部13に対して収納される電池セルの数も1つに限定されない。
電池セル4は、特に限定されず、例えば、リチウムイオン二次電池やリチウムイオンポリマー二次電池などを採用することができる。ただし、このことは、電池セル4が、その他の電池であることを規制するものではない。
電池ホルダ12の各電池セル収納部13の開口から露出する電極端子部15(正極端子部、負極端子部)は、金属板に接合されている。図1、図3等の例に示す電池パック1においては、金属板として、2つの基板接続用金属板5a、2つの両極連結用金属板5bが設けられている。基板接続用金属板5aは、回路基板に接続される端子を備える金属板である。両極連結用金属板5bは、極性の異なる電極端子部15間を電気的に連結する金属板である。電池ホルダ12の左右方向の一方側面(+Y方向側の面)に露出した電池セルの電極端子部15は、基板接続用金属板5aと両極連結用金属板5bのいずれかに接合され、電池ホルダ12の左右方向の他方側面(-Y方向側の面)に露出した電池セルの電極端子部15は、同じく、基板接続用金属板5aと両極連結用金属板5bのいずれかに接合される。
回路基板3は、電池パック1の外部接続端子36に対して電気的に接続されている。図1の例では、配線(図示せず)を介して回路基板3と外部接続端子36とが電気的に接続されている。回路基板3は、基板接続用金属板5aの基板接続端子18と電気的に接続されており、電気回路を搭載している。電気回路は、電池セル4からの電力を外部接続端子36から外部に向けて供給することができるように形成されている。
外装ケース2は、図1、図2A、図2Bに示すように、上ケース2aおよび下ケース2bを有しており、上ケース2aと下ケース2bとを合わせた状態で内部空間Spが形成される。図1、図2Aの例では、上ケース2aは、略矩形状の上面部6を有する。上面部6の外縁全周囲からは、上側周壁部7が下方(-Z方向)に向かって立設されている。上ケース2aの深さ(上側周壁部7の基端から先端までの距離)は、特に限定されるものではないが、図1、図2Aの例では、下ケース2bの深さよりも浅く形成されている。
外装ケース2には、所定の位置に、電池セル4と外部とを接続する外部接続端子36が設けられている。図1の例に示すように、下ケース2bの前端側(+X方向)に外部接続端子36を取り付けるための受け口17が形成されており、受け口17に外部接続端子36がはめ込まれた状態で外部接続端子36が下ケース2bに固定されている。固定方法は特に限定されないが、図1の例では、外部接続端子36の外周縁位置にて固定ネジ20で締結する方法が用いられている。
外装ケース2では、上ケース2aの上側周壁部7の先端面22と下ケース2bの下側周壁部9の先端面23との接触する部分が、接触部21をなしている。下ケース2bの下側周壁部9の先端面23上の所定の位置には溝部24が形成されている。溝部24は、先端面23に沿って環状に形成される。図1、図2A、図2Bの例では、溝部24は、ほぼ四角形の環状に形成されている。また、上ケース2aには、溝部24に対して向かい合う位置に突出部25が形成されている。突出部25は、溝部24の環状形状に整合するように、上ケース2aの上側周壁部7の先端面22に沿って環状に形成される。また、後述する第1の弾性部材26を溝部24に配置した状態で外装ケース2を密閉状態とする観点から、突出部25の高さは、溝部24の深さよりも小さいことが好ましい。
外装ケース2には、上ケース2aと下ケース2bとの接触部21に第1の弾性部材26が圧縮して配置されている。図1、図2A、図2Bの例では、接触部21における溝部24の位置に第1の弾性部材26が配置される。第1の弾性部材26は特に限定されるものではないが、溝部24への設置の容易さ等の観点からは、環状の弾性部材が好適に用いられ、具体的にOリングが好適に用いられる。
図1、図2B、図4A等に示すように、上ケース2aには、後述する段付きネジ14を挿通される挿入孔10が形成される。図4Aは、図2BのIVA-IVA線断面における段付きネジとその周囲の部分を抜き出した図である。挿入孔10は、貫通孔となっている。下ケース2bには、ネジ止め孔11が形成される。上ケース2aと下ケース2bとを位置合わせした状態として上ケース2aと下ケース2bを締結する場合に、挿入孔10の位置にネジ止め孔11が向かい合うように、ネジ止め孔11の位置が定められている。図1の例では、挿入孔10とネジ止め孔11は、外装ケース2の四隅に形成されている。
挿入孔10の形状や径は、特に限定されるものではないが、挿入孔10の内周面に、後述する段付きネジ14の頭部28(外径R1)と中間部29(外径R2)との外径差に応じた段差部27が形成されていることが好ましい。この場合、段差部27の大きさWが段付きネジ14の頭部28の外径R1と中間部29との外径R2との差以上であることが好ましい。
外装ケース2には、図4Aに示すように、挿入孔10を通過してネジ止め孔11まで段付きネジ14が挿入されている。段付きネジ14は、図4A、図5等に示すように頭部28と中間部29とネジ部30とを有する。頭部28は、中間部29及びネジ部30よりも大きな径を有する。中間部29は、頭部28とネジ部30の間に形成されており、ネジ部30の外径よりも大きく頭部28の外径よりも小さい。中間部29は、柱状に形成された部分でありネジ切り構造の非形成部分である。図5の例では、中間部29は、円柱状に形成されている。ネジ部30は、周面にネジ切り構造を形成された部分である。
電池パック1においては、図4A、図6Bに示すように、段付きネジ14の頭部28と上ケース2aの間に第2の弾性部材33が圧縮して配置される。なお、図6に関して、図6A、図6B、図6Cは、第2の弾性部材の状態を説明するための図である。図6Aは、第2の弾性部材が非圧縮状態である場合の例であり、図6Bは、第2の弾性部材を段付きネジとともに外装ケースに取り付けた場合における第2の弾性部材の状態の例であり、図6Cは、図6Bの状態で外装ケース内の圧力が上昇した際の第2の弾性部材の状態の例を示す。
第2の弾性部材33としては、弾性接着剤が用いられてもよい。弾性接着剤は、段付きネジ14の頭部28の下面31から中間部29の所定領域にかけて塗布されてもよいし、挿入孔10内の所定領域に塗布されてもよい。弾性接着剤としては、アクリル変成シリコーン系樹脂やエポキシ・変成シリコーン系(二液混合硬化)樹脂などの弾性樹脂を例示することができる。
第2の弾性部材33は、中空円筒状の樹脂製弾性体のように上ケース2aおよび段付きネジ14とは別体で形成されたものに限定されない。第2の弾性部材33は、例えば、上ケース2aに対して一体的に設けられていてもよい。上ケース2aに対して第2の弾性部材33を一体的に設ける方法としては、例えば、第2の弾性部材33として弾性樹脂を用い、2色成形法(ダブルモールド)で上ケース2aを成形することで実現することができる。すなわち、上ケース2aを成形する際に、挿入孔10の形成部分については弾性樹脂を用い、挿入孔10の他の部分について弾性樹脂とは異なる樹脂を用いて2色成形法を実施することで実現できる。
上ケース2aと下ケース2bは例えば次のように締結することができる。下ケース2bにおける下側周壁部9の先端面23に形成された溝部24に第1の弾性部材26が配置される。上ケース2aと下ケース2bが位置決めされる。このとき、上側周壁部7の先端面22と下側周壁部9の先端面23が対面し、上ケース2aの挿入孔10と下ケース2bのネジ止め孔11が向かい合う。
図2Bに示すように、挿入孔10とネジ止め孔11の位置は、外装ケース2の平面視上、溝部24よりも内側に形成されている。すなわち、段付きネジ14で締結される位置が、外装ケース2の平面視上、第1の弾性部材26が配置される位置よりも内側となっている。第2の弾性部材33として上記したような樹脂製弾性体等の樹脂が用いられている場合、段付きネジ14で締結される位置は、第1の弾性部材26が配置される位置よりも外側でもよい。段付きネジ14で締結される位置が第1の弾性部材26が配置される位置よりも内側でも外側でもよいのは、段付きネジ14と挿入孔10の隙間が存在しても、その隙間を第2の弾性部材33で密閉状態にすることができるためである。したがって、挿入孔10とネジ止め孔11の位置は、外装ケース2の平面視上、溝部24よりも外側でもよい。なお、外装ケース2の平面視上とは、上ケース2aから上下方向(-Z方向)に沿って下ケース2bに向かう方向を視線方向とした場合を示す。
第2の弾性部材33の潰し荷重は、第1の弾性部材26の潰し荷重の2倍以上であることが、好ましい。この場合、段付きネジ14の頭部28から第2の弾性部材33に加えられる押圧力で第1の弾性部材26による密閉状態をより効率的に形成させることができる。なお、潰し荷重とは、測定対象とされた弾性部材を単位距離圧縮変形させるために要する荷重(N)を示す。
電池パック1においては、段付きネジ14の頭部28と上ケース2aとの間に第2の弾性部材33が存在するため、電池パック1内部で電池セル4からガスが噴出された場合に外装ケース2内の圧力が上昇すると、図6B、図6Cに示すように、第2の弾性部材33がさらに圧縮される。第2の弾性部材33は、ネジ止め孔11への取り付け時の長さT2から、さらに長さT3(T3<T2)へと圧縮される。第2の弾性部材33の圧縮が進むと、図7A、図7Bに示すように、上側周壁部7の先端面22と下側周壁部9の先端面23が離れて、上ケース2aと下ケース2bとの間に隙間を生じ、第1の弾性部材26の圧縮状態がゆるみ、外装ケース2の密閉状態が解かれる。そして、上ケース2aと下ケース2bの隙間から外部(F方向に)に速やかにガスが放出される。
上記第1の実施形態にかかる電池パックでは、第2の弾性部材33として、樹脂製弾性体等の樹脂が用いられていた。電池パックの第2の弾性部材33は、これに限定されず、圧縮コイルばねであってもよい(第2の実施形態)。
第2の弾性部材33として用いる圧縮コイルばね35は、外装ケース2の内部空間を十分に密閉できるものであれば、特に限定されない。圧縮コイルばね35の材質としては、金属などを挙げることができる。第2の弾性部材33が、金属などから形成された圧縮コイルばねである場合、紫外線劣化等を生じにくく、耐久性に優れた電池パックを得ることができる。
第2の実施形態にかかる電池パック1においては、段付きネジ14で締結される位置が第1の弾性部材26の配置位置よりも外側となっている。これは、例えば図8Aに示すように、第1の実施形態にかかる電池パック1で説明した挿入孔10とネジ止め孔11の位置が、溝部24よりも外側に形成されていることで実現できる。これにより、段付きネジ14との隙間をぬって外気や水分が外装ケース2内に入り込もうとしても、溝部24と突出部25との間に配置される第1の弾性部材26で外装ケース2の内部空間が密閉されているため、外装ケース2内への外気や水分の侵入を規制することができる。
上記第1の実施形態にかかる電池パック1においては、複数の段付きネジ14で上ケース2aと下ケース2bが締結されている場合に、少なくとも一つの前記段付きネジ14の中間部29の長さが、その他の段付きネジ14の中間部29の長さとは異なっていてもよい(第3の実施形態)。
上記第1の実施形態にかかる電池パック1においては、複数の段付きネジ14で上ケース2aと下ケース2bが締結され、それぞれの段付きネジ14に第2の弾性部材33が配置されている場合に(第2の弾性部材33を複数有する場合に)、少なくとも1つの第2の弾性部材33の非圧縮時の長さと、そのほかの第2の弾性部材33の非圧縮時の長さとが異なっていてもよい(第4の実施形態)。
上記第1の実施形態にかかる電池パックにおいては、複数の段付きネジ14で上ケース2aと下ケース2bが締結され、それぞれの段付きネジ14に第2の弾性部材33が配置されている場合に(第2の弾性部材33を複数有する場合に)、少なくとも1つの第2の弾性部材33の硬度と、その他の第2の弾性部材33の硬度とが異なっていてもよい(第5の実施形態)。ここに硬度とは、ショアA硬度を示す。
次に、応用例として、上述の電池パックを備える電動車両について説明する。特に、電動車両の一例として、電動自転車について以下に説明する。
以上、本発明の実施形態(第1の実施形態から第5の実施形態)および実施例について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
2 外装ケース
2a 上ケース
2b 下ケース
4 電池セル
14 段付きネジ
26 第1の弾性部材
27 段差部
28 頭部
29 中間部
30 ネジ部
33 第2の弾性部材
35 圧縮コイルばね
Claims (10)
- 電池セルと、
頭部とネジ部と、前記頭部と前記ネジ部の間に前記ネジ部の外径よりも大きく前記頭部の外径よりも小さい中間部とを有する1または複数の段付きネジと、
前記1または複数の段付きネジで互いに締結される上ケースと下ケースを備えた外装ケースとを備え、
前記上ケースと前記下ケースの接触部に第1の弾性部材が圧縮して配置されており、
前記頭部と前記上ケースの間に第2の弾性部材が圧縮して配置され、
前記第2の弾性部材は中空円柱状の弾性樹脂である、
電池パック。 - 前記第1の弾性部材はOリングである
請求項1に記載の電池パック。 - 前記第2の弾性部材の内面と前記段付きネジの中間部の外面が接している
請求項1又は2に記載の電池パック。 - 前記第2の弾性部材は弾性樹脂であり前記上ケースに一体的に設けられている
請求項1から3のいずれかに記載の電池パック。 - 前記外装ケースを前記上ケースから前記下ケースに向かう方向から視て、前記段付きネジで締結される位置が、前記第1の弾性部材が配置される位置よりも外側である
請求項1から4のいずれかに記載の電池パック。 - 前記上ケースには前記段付きネジの挿入孔が設けられ、
該挿入孔には、前記段付きネジの前記頭部と前記中間部の外径差に応じた段差部が形成されており、
前記段差部の上面が、前記第2の弾性部材の受け面となっている
請求項1から5のいずれかに記載の電池パック。 - 前記段付きネジを複数有し、
少なくとも一つの前記段付きネジの中間部の長さが、他の前記段付きネジの中間部の長さとは異なっている
請求項1から6のいずれかに記載の電池パック。 - 前記第2の弾性部材を複数有し、
少なくとも1つの前記第2の弾性部材の非圧縮時の長さが、他の前記第2の弾性部材の非圧縮時の長さとは異なる
請求項1から7のいずれかに記載の電池パック。 - 前記第2の弾性部材を複数有し、
少なくとも1つの前記第2の弾性部材の硬度が、他の前記第2の弾性部材の硬度とは異なる
請求項1から8のいずれかに記載の電池パック。 - 請求項1から9のいずれかに記載の電池パックを備えた電動車両。
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