WO2014155995A1 - 電池パック及び締結構造体 - Google Patents

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insulating
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智彦 横山
安井 俊介
圭亮 内藤
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三洋電機株式会社
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack and a fastening structure in which a battery module is fixed to an installation board using an attachment member and a fastening portion.
  • ⁇ A fastening member such as a metal screw or bolt is used to firmly fix the two elements to each other. In this case, it is sometimes necessary to ensure electrical insulation between the two elements.
  • Patent Document 1 describes an insulating spacer for insulating an electronic device from a metal frame when the electronic device is fixed to the metal frame with a metal screw.
  • an insulating spacer for insulating an electronic device from a metal frame when the electronic device is fixed to the metal frame with a metal screw.
  • an insulating spacer having an elastic portion that expands when a metal screw is inserted, and the like are described. It points out that it will be a larger shape.
  • an insulating spacer is disclosed in which a plurality of thin base support portions having elasticity standing upright from an insulating base portion are provided, and a pinching portion for sandwiching a shaft portion of a metal screw is provided at the tip thereof. In these examples, the head of the metal screw is exposed from the insulator.
  • a battery pack according to the present invention includes a plurality of batteries having a safety valve, a battery module including a duct for guiding discharge discharged from the safety valve to the outside, a metal installation board on which the battery module is installed, and a battery module A metal mounting member disposed between the mounting board and a metal fastening portion that fastens the mounting member and the mounting board to each other, and is installed on the mounting board and is erected on the mounting board A combination of a male screw shaft portion that passes through the through hole, a female screw hole portion that meshes with the male screw shaft portion, and a nut having a larger diameter portion than the outer diameter of the male screw shaft portion, or a female screw hole portion provided on the installation board And a fastening portion that is a combination of a male screw shaft portion that meshes with the female screw hole portion and passes through a mounting through hole provided in the mounting member and a bolt having a larger diameter portion than the outer diameter of the male screw shaft portion, and fastening An insulating member that electrically in
  • An annular insulating portion that performs electrical insulation between the entire outer periphery of the male screw shaft portion of the fastening portion and the mounting member, and electrical insulation between the entire outer periphery of the large diameter portion of the fastening portion and the mounting member, and an annular insulating portion And a plate-like insulating portion that has a corresponding inner diameter hole through which the male screw shaft portion of the fastening portion passes and corresponds to the inner diameter hole of the mounting portion and performs electrical insulation between the mounting member and the installation substrate.
  • a fastening structure is a metal fastening portion that fastens a first metal member and a second metal member to each other, and is a mounting through hole that is provided on the first metal member and is erected on the second metal member
  • a fastening portion that is a combination of a male screw shaft portion that meshes with the female screw hole portion and passes through a mounting through hole provided in the first metal member and a bolt having a larger diameter portion than the outer diameter of the male screw shaft portion;
  • an insulating member that electrically insulates the first metal member and the second metal member from each other, and the insulating member has an inner diameter through which the male screw shaft portion of the fastening portion passes.
  • the battery module is fixed to the installation board by surrounding the metal fastening part with the insulating member, even if there is a fluid conductive material, an electrical short circuit is prevented. it can.
  • the battery pack is described as a high-voltage power supply mounted on a vehicle, but may be used for purposes other than for a vehicle.
  • it may be used as a power source for factories or buildings.
  • the material, dimensions, shape, number of batteries, number of battery blocks, and the like described below are examples for explanation, and can be appropriately changed according to the specifications of the battery module and the battery pack.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the battery pack 1.
  • a necessary number of battery modules 2 composed of a plurality of batteries are prepared and fixed to the installation board 3 with the fastening portions 5 via the attachment members 4.
  • the battery pack 1 is used as a high voltage power source mounted on a vehicle.
  • the battery module 2 is a high-voltage power supply that connects a plurality of batteries 10 in series to obtain a desired high voltage.
  • the battery pack 1 has a plurality of battery modules 2 connected in parallel. Accordingly, the battery pack 1 has a desired high voltage and large current capacity.
  • An example of the voltage between the terminals of the battery module 2 is about 400V.
  • the battery pack 1 is composed of five battery modules 2.
  • the five battery modules 2 are divided into those in which three are stacked in the height direction and those in which two are stacked in the height direction.
  • the reason why the five battery modules 2 are not arranged on the plane but stacked in the height direction is that the space in which the battery pack 1 can be arranged in the vehicle is limited. Further, the five battery modules 2 are divided into three and two, and the heights are different. In the vehicle, when the space in which the battery pack 1 can be arranged is not a cube but a complicated three-dimensional space, This is to increase the utilization efficiency of the space where the arrangement is possible.
  • the battery module 2 may be a plurality of batteries 10 connected in parallel.
  • the battery module 2 becomes a large current power source having a desired large current capacity, and by connecting them in series, a battery pack having a desired high voltage large current capacity can be obtained.
  • a plurality of batteries 10 may be connected in series to form a battery module 2, and a plurality of these may be connected in series to form a battery pack 1, or a plurality of batteries 10 may be connected in parallel to form a battery module 2.
  • a plurality of battery packs 1 may be connected in parallel.
  • the battery 10 is a chargeable / dischargeable secondary battery.
  • a lithium ion battery is used as the secondary battery.
  • a nickel metal hydride battery, an alkaline battery, or the like may be used.
  • the battery 10 has a cylindrical outer shape. Of the both ends of the cylindrical shape, one end is used as the positive electrode 11 and the other end is used as the negative electrode terminal.
  • each is a lithium ion battery having a diameter of 18 mm, a height of 65 mm, a voltage between terminals of 3.6 V, and a capacity of 2.5 Ah.
  • This is an illustrative example, and other shapes, dimensions, and characteristic values may be used.
  • a square battery may be used.
  • the battery 10 has a safety valve 12.
  • the safety valve 12 is a mechanism that releases gas as exhaust gas from the inside of the battery when the pressure of the gas generated by the electrochemical reaction performed inside the battery 10 exceeds a predetermined threshold pressure.
  • the safety valve 12 is provided in each of the plurality of batteries 10.
  • the plurality of batteries 10 are arranged side by side with the safety valve side aligned on one side along the longitudinal direction of the battery 10 with the side having the safety valve 12 as the safety valve side.
  • a safety valve 12 is provided on the positive electrode 11 side of the battery 10.
  • a duct cover 13 is provided on one side of the battery 10.
  • the duct cover 13 is a component that covers the safety valve side of the battery module 2 and forms a duct space 14 in which exhaust gas can flow along the end of the battery module 2 on the safety valve side.
  • the duct cover 13 and the duct space 14 constitute a duct that guides the exhaust gas to the outside.
  • the exhaust gas discharged from the safety valve 12 can be discharged outside the battery module 2 from the predetermined exhaust port through the duct space 14 without leaking to the other. it can.
  • this duct cover 13 what was processed into the predetermined shape using the material which has predetermined heat resistance and intensity
  • the insulating portion 15 provided between the duct cover 13 and the battery 10 is for electrically insulating the duct cover 13 that is a metal material and the battery 10.
  • a plastic material formed into a predetermined shape is used.
  • the plastic material polyethylene terephthalate, polyimide, polysulfone, polyethersulfone, polyetherimide, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, polycarbonate, modified polyphenylene ether, polybutylene terephthalate, or the like can be used.
  • the safety valve side is aligned with the side where the duct cover 13 is provided.
  • the exhaust gas is discharged outside the battery module 2 through the duct space 14 formed by the duct cover 13. It is to do.
  • the safety valve 12 is provided on the positive electrode 11 side of the battery 10
  • the positive electrode 11 side of the battery 10 is aligned with one side in the direction in which the duct cover 13 is provided. If the battery is provided with a safety valve on the negative electrode side, the negative electrode side of the battery 10 is aligned with one side in the direction in which the duct cover 13 is arranged.
  • the exhaust gas discharged from the safety valve 12 includes the electrolyte mist of the battery 10.
  • the electrolyte mist is a conductive fluid having fluidity. When the electrolyte mist is condensed or condensed with moisture in the atmosphere, it becomes a conductive liquid.
  • FIG. 1 shows the exhaust gas 16 containing the electrolyte mist discharged from the safety valve 12 to the duct space 14. Further, moisture 17 in the atmosphere is shown outside the battery pack 1.
  • the installation board 3 is a metal board on which a plurality of battery modules 2 are installed.
  • the battery pack mounting board is fixed to a member material provided on a vehicle body frame of the vehicle.
  • the installation board 3 is formed by molding a metal plate into a structure having a strength that can withstand vibration, impact, etc. of the vehicle. As the metal plate, iron material, steel material or the like is used.
  • the installation board 3 is connected to a predetermined ground potential GND.
  • the receiving plate 18 is a plate material that is disposed on the upper surface of the installation substrate 3 and receives the bottom surface of the battery module 2 that is disposed at the bottom of the stacking in the height direction.
  • a suitable insulating plate material can be used for the receiving plate 18.
  • the insulating plate material a material obtained by molding a suitable plastic material into a plate material can be used.
  • the plastic material those described in the insulating portion 15 are used.
  • the battery module 2 and the installation board 3 arranged at the lowermost portion may be insulated. Therefore, a space that does not allow the battery module 2 and the installation board 3 to contact without using the receiving plate 18 may be provided.
  • the installation substrate 3 may be formed integrally with a plate-like insulating portion 40 described later.
  • the mounting member 4 is a metal member disposed between the battery module 2 and the installation board 3.
  • the attachment member 4 includes an attachment portion 19 having an extending surface parallel to the upper surface of the installation substrate 3 for attachment to the installation substrate 3, and a module holding portion 20 extending in the height direction in which the battery modules 2 are stacked from the attachment portion 19.
  • the module holding unit 20 holds the duct cover 13 side of the battery module 2 or the side opposite to the duct cover 13.
  • the attaching portion 19 and the module holding portion 20 have an L shape in which extending directions are orthogonal to each other.
  • the mounting portion 19 is provided with a mounting through hole 21 through which a shaft portion of the fastening portion 5 described later passes.
  • the module holding part 20 has a support part 22 provided between the two battery modules 2 stacked in the height direction in order to hold the duct cover 13 side of the battery module 2 and the side opposite to the duct cover 13. Is provided. Moreover, it is preferable to use a fixing screw or the like for fixing the duct cover 13 side of the battery module 2 and the side opposite to the duct cover 13 to the module holding unit 20 as necessary.
  • the mounting member 4 is formed by molding a metal plate into a structure having a strength capable of securely holding a plurality of battery modules 2 stacked in the height direction.
  • the structure of the attachment member 4 includes the attachment through hole 21 and the support portion 22 in addition to the L-shape.
  • As the metal plate iron material, steel material or the like is used.
  • the fastening portion 5 fastens the mounting member and the installation board to each other, and is configured by a combination of the female screw hole portion 23 and the bolt 24 provided in the installation board 3.
  • the insulating member 6 is a member that electrically insulates between the fastening portion 5 and the mounting member 4 and between the mounting member 4 and the installation board 3.
  • the insulating member 6 includes an annular insulating part 30 and a plate-like insulating part 40.
  • FIG. 2 shows details of the bolt 24 and the insulating member 6.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the insulating member 6.
  • the mounting substrate 3 and the mounting portion 19 of the mounting member 4 are indicated by imaginary lines.
  • the installation board 3 shows a female screw hole 23 constituting the fastening part 5.
  • the bolt 24 is a fastening member made of a metal material in order to ensure the strength necessary for fastening.
  • the bolt 24 has a male screw shaft portion 25 that is a shaft portion that passes through the attachment through hole 21 provided in the attachment member 4, and a large diameter portion 27 that is larger than the outer diameter of the male screw shaft portion 25.
  • the large-diameter portion 27 is a head portion of the bolt 24, but has a disk shape and is provided with a hexagonal hole 28 for tightening work on the upper portion thereof.
  • a male screw portion 26 that engages with the female screw hole portion 23 of the installation board 3 is provided at the tip of the male screw shaft portion 25.
  • a male screw shaft portion that is a shaft portion that is provided upright on the installation board 3 and passes through the attachment through hole 21 provided in the attachment member 4 is combined with a nut.
  • a combination may be used.
  • the nut has a female screw hole portion that meshes with the male screw shaft portion and a large diameter portion larger than the outer diameter of the male screw shaft portion.
  • the annular insulating portion 30 constituting the insulating member 6 includes a lower cylindrical portion 31 that performs electrical insulation between the entire outer periphery of the male screw shaft portion 25 of the bolt 24 and the mounting member 4, and an outer periphery of the large-diameter portion 27 of the bolt 24.
  • the upper cylinder part 32 which performs the electrical insulation between the whole surface and the attachment member 4, and the internal diameter hole 33 which lets the male screw shaft part 25 of the volt
  • the length of the lower cylinder part 31 is set to a dimension slightly larger than the thickness dimension of the attachment part 19 of the attachment member 4.
  • the outer diameter of the upper cylinder part 32 is larger than the outer diameter of the lower cylinder part 31.
  • the inner diameter hole 33 is a stepped hole constituted by an upper inner diameter hole 34 having an inner diameter capable of accommodating the large diameter portion 27 of the bolt 24 and a lower inner diameter hole 35 having an inner diameter capable of passing the male screw shaft portion 25 of the bolt 24. It is.
  • the plate-like insulating portion 40 constituting the insulating member 6 is an insulating plate that performs electrical insulation between the mounting member 4 and the installation substrate 3.
  • the plate-like insulating part 40 has a corresponding inner diameter hole 41 corresponding to the inner diameter hole 33 of the annular insulating part 30.
  • the corresponding inner diameter hole 41 is a stepped hole, and the upper large diameter hole 42 is a hole that fits into the outer diameter of the lower cylindrical portion 31 of the annular insulating portion 30.
  • the lower small-diameter hole 43 is a hole through which the male screw shaft portion 25 of the bolt 24 passes.
  • the stepped step size of the corresponding inner diameter hole 41 is set to a dimensional difference between the length of the lower cylindrical portion 31 and the thickness of the mounting portion 19 of the mounting member 4.
  • the insulating member 6 is a combination body constituted by a combination of the annular insulating portion 30 and the plate-like insulating portion 40.
  • the stepping of the corresponding inner diameter hole 41 is useful for positioning between the annular insulating portion 30 and the plate-like insulating portion 40.
  • the stepping of the corresponding inner diameter hole 41 may be omitted.
  • the length dimension of the lower cylinder part 31 of the annular insulating part 30 is set to be the same as or slightly smaller than the thickness dimension of the attachment part 19 of the attachment member 4.
  • annular insulating portion 30 and the plate-like insulating portion 40 constituting the insulating member 6 an appropriate plastic material formed into a predetermined shape can be used.
  • plastic material a fluorine resin having water repellency, chemical resistance or solvent resistance is used.
  • those described for the insulating portion 15 and the receiving plate 18 can be used.
  • the battery pack 1 is assembled using the insulating member 6 according to the following procedure. First, the plate-like insulating portion 40 is positioned by aligning the corresponding inner diameter hole 41 of the plate-like insulating portion 40 with the position of the female screw hole portion 23 of the installation substrate 3, and the plate-like insulating portion is placed on the upper surface of the installation substrate 3. 40 is arranged.
  • the mounting member 4 is positioned by aligning the mounting through-hole 21 provided in the mounting portion 19 of the mounting member 4 with the position of the corresponding inner diameter hole 41 of the plate-shaped insulating portion 40, and the upper surface of the plate-shaped insulating portion 40.
  • the mounting member 4 is disposed on the surface.
  • the attachment member 4 is disposed facing the duct cover 13 side of the battery module 2 and the side opposite to the duct cover 13.
  • the lower cylindrical portion 31 of the annular insulating portion 30 is fitted into the mounting through hole 21 provided in the mounting portion 19 of the mounting member 4.
  • the tip of the lower cylindrical portion 31 just fits into the stepped step portion of the corresponding inner diameter hole 41 of the plate-like insulating portion 40.
  • the bolt 24 passes through the inner diameter hole 33 of the annular insulating portion 30 and the corresponding inner diameter hole 41 of the plate-like insulating portion 40, and the male screw portion 26 at the tip is screwed into the female screw hole portion 23 of the installation board 3 to be temporarily fixed. .
  • the receiving plate 18 is arranged on the upper surface of the installation board 3 between the two mounting members 4 arranged facing each other.
  • the battery module 2 is disposed on the upper surface of the receiving plate 18.
  • the battery module 2 is a battery module that is disposed at the bottom of the stacking in the height direction.
  • the second-stage battery module 2 stacked in the height direction is disposed between the two mounting members 4.
  • the mounting member 4 having a long length of the module holding part 20 is used, and the support part 22 provided for the third stage is used. It arrange
  • the bolts 24 are firmly screwed into the female screw holes 23 of the installation board 3 and fixed. . In this way, the battery pack 1 is assembled.
  • the accumulation gap 50 is provided between the attachment member 4 and the portion covering the entire outer surface of at least the large-diameter portion of the annular insulating portion 30 of the insulating member 6 and is a liquefied electrolyte mist. Or it is a crevice space which can store what liquefied moisture in the atmosphere. Thereby, it is possible to prevent the conductive material having fluidity from coming into contact with the bolt 24, and to ensure insulation between the bolt 24 and the mounting member 4 and between the mounting member 4 and the installation board 3.
  • the electrolyte mist contained in the exhaust gas discharged from the safety valve 12 when condensed, it becomes a conductive liquid.
  • the duct cover 13 and the battery 10 of the battery module 2 are electrically insulated by the insulating portion 15, but when the electrolyte mist contained in the exhaust gas 16 in the duct space 14 condenses, it becomes a fluid conductive material.
  • the positive electrode 11 and the duct cover 13 of the battery 10 may be electrically short-circuited.
  • the duct cover 13 is made of metal, and the mounting member 4 on the duct cover 13 side is also made of metal, so that the mounting member 4 on the duct cover 13 side becomes the positive potential of the battery module 2.
  • the attachment member 4 disposed on the side opposite to the duct cover 13 holds the negative electrode side of the battery module 2.
  • the attachment member 4 that holds the negative electrode side of the battery module 2 is connected to the installation board 3, and the installation board 3 is connected to the ground potential. Therefore, the negative electrode side of the battery module 2 has a ground potential, and the mounting member 4 disposed on the side opposite to the duct cover 13 also has a ground potential.
  • the metal bolt 24 connects the mounting member 4 on the metal duct cover 13 side and the metal installation board 3.
  • the substrate 3 is charged to the positive electrode potential of the battery module 2.
  • the voltage between the terminals of the battery module 2 is about 400 V, a dangerous short circuit occurs.
  • the insulating member 6 electrically insulates the fastening portion 5 and the mounting member 4 and between the mounting member 4 and the installation board 3 from each other. Even if 13 is electrically short-circuited, in the installation substrate 3, the positive electrode potential and the negative electrode potential of the battery module 2 do not short-circuit, and safety can be ensured.
  • the accumulation gap 50 is provided, even if moisture in the atmosphere is condensed, moisture in the atmosphere is liquefied, or even when the electrolyte mist is liquefied, these are accumulated in the accumulation gap 50. . Thereby, it can prevent that the metal volt

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Abstract

電池パック(1)は、電池モジュール(2)と、金属製の設置用基板(3)と、電池モジュール(2)と設置用基板(3)の間に配置される金属製の取付部材(4)と、金属製の締結部(5)と、締結部(5)と取付部材(4)との間、取付部材(4)と設置用基板(3)との間とを互いに電気的に絶縁する絶縁部材(6)を備える。絶縁部材(6)は、締結部(5)のオネジ軸部を通す内径穴を有し、締結部のオネジ軸部の外周全面と取付部材(4)との間の電気的絶縁、締結部(5)の大径部の外周全面と取付部材(4)との間の電気的絶縁を行う環状絶縁部(30)と、環状絶縁部(30)の内径穴に対応して締結部(5)のオネジ軸部を通す対応内径穴を有し、取付部材(4)と設置用基板(3)との間の電気的絶縁を行う板状絶縁部(40)とを含む。

Description

電池パック及び締結構造体
 本発明は、取付部材と締結部を用いて電池モジュールを設置用基板に固定した電池パック及び締結構造体に関する。
 2つの要素を互いに強固に固定するために金属製のねじやボルト等の締結部材が用いられるが、その際に2つの要素の間の電気的絶縁を確保することが必要なときがある。
 特許文献1には、電子機器を金属フレームに金属ねじで固着する場合に、電子機器と金属フレームを絶縁するための絶縁スペーサについて述べている。ここでは従来技術として、二分割した絶縁カラーの間に金属フレームを挟む例、金属ねじが挿入されるときに拡径する弾性部を有する絶縁スペーサの例等が述べ、これらは金属ねじの外径よりも大きな形状となると指摘している。そこで、絶縁ベース部から互いに離間しながら立設する複数の弾性を有する薄肉のベース支持部を設け、その先端に金属ねじの軸部を挟み込む挟込部を設けた絶縁スペーサが開示されている。これらの例は、いずれも金属ねじの頭部が絶縁体から露出している。
特開2001-208031号公報
 電池モジュールを設置用基板に固定する場合、流動性のある導電性物質による電気的短絡を防止できる固定方法が望まれる。
 本発明に係る電池パックは、安全弁を有する複数の電池、及び安全弁から排出される排出物を外部に導くダクトを含む電池モジュールと、電池モジュールが設置される金属製の設置用基板と、電池モジュールと設置用基板の間に配置される金属製の取付部材と、取付部材と設置用基板とを互いに締結する金属製の締結部であって、設置用基板に立設され取付部材に設けられる取付貫通穴を通るオネジ軸部とオネジ軸部に噛みあうメネジ穴部、及びオネジ軸部の外径よりも大きな大径部とを有するナットとの組み合わせ体、または設置用基板に設けられるメネジ穴部、及びメネジ穴部に噛みあい取付部材に設けられる取付貫通穴を通るオネジ軸部とオネジ軸部の外径よりも大きな大径部を有するボルトとの組み合わせ体である締結部と、締結部と取付部材との間、及び取付部材と設置用基板との間とを互いに電気的に絶縁する絶縁部材と、を備え、絶縁部材は、締結部のオネジ軸部を通す内径穴を有し、締結部のオネジ軸部の外周全面と取付部材との間の電気的絶縁、及び締結部の大径部の外周全面と取付部材との間の電気的絶縁を行う環状絶縁部と、環状絶縁部の内径穴に対応して締結部のオネジ軸部を通す対応内径穴を有し、取付部材と設置用基板との間の電気的絶縁を行う板状絶縁部と、を含む。
 本発明に係る締結構造体は、第1金属部材と第2金属部材とを互いに締結する金属製の締結部であって、第2金属部材に立設され第1金属部材に設けられる取付貫通穴を通るオネジ軸部とオネジ軸部に噛みあうメネジ穴部、及びオネジ軸部の外径よりも大きな大径部とを有するナットとの組み合わせ体、または第2金属部材に設けられるメネジ穴部、及びメネジ穴部に噛みあい第1金属部材に設けられる取付貫通穴を通るオネジ軸部とオネジ軸部の外径よりも大きな大径部を有するボルトとの組み合わせ体である締結部と、締結部と第1金属部材との間、及び第1金属部材と第2金属部材との間とを互いに電気的に絶縁する絶縁部材と、を備え、絶縁部材は、締結部のオネジ軸部を通す内径穴を有し、締結部のオネジ軸部の外周全面と第1金属部材との間の電気的絶縁、及び締結部の大径部の外周全面と第1金属部材との間の電気的絶縁を行う環状絶縁部と、環状絶縁部の内径穴に対応して締結部のオネジ軸部を通す対応内径穴を有し、第1金属部材と第2金属部材との間の電気的絶縁を行う板状絶縁部と、を含む。
 上記構成によれば、金属製の締結部の周囲を絶縁部材で囲んで、電池モジュールを設置用基板に固定するので、流動性のある導電性物質があっても、それによる電気的短絡を防止できる。
本発明に係る実施の形態の一例である電池パックの構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態の一例である電池パックに用いられる絶縁部材の構成を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態の一例である電池パックに用いられる絶縁部材の分解斜視図である。
 以下に図面を用いて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下では、電池パックとして、車両に搭載される高電圧電源として述べるが、車両用以外の用途に用いられるものであってもよい。例えば、工場やビル等の電源として用いられるものであってもよい。以下で述べる材質、寸法、形状、電池の数、電池ブロックの数等は説明のための例示であって、電池モジュール、電池パックの仕様に応じ、適宜変更が可能である。
 以下では、全ての図面において対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
 図1は、電池パック1の構成を示す断面図である。電池パック1は、複数の電池で構成される電池モジュール2を必要な数揃えて、設置用基板3に取付部材4を介して締結部5で固定したものである。電池パック1は、車両に搭載される高電圧電源として用いられる。
 電池モジュール2は、複数の電池10を直列接続して所望の高電圧とする高電圧電源である。電池パック1は、この電池モジュール2を複数並列接続したものである。これによって、電池パック1は、所望の高電圧大電流容量を有する。電池モジュール2の端子間電圧の一例を挙げると、約400Vである。
 図1では、電池パック1は、5つの電池モジュール2で構成される。5つの電池モジュール2は、そのうち3つを高さ方向に積んだものと、2つを高さ方向に積んだものに分けて配置される。
 このように、5つの電池モジュール2を平面上に配置せず、高さ方向に積むのは、車両における電池パック1の配置可能空間が限られているためである。また、5つの電池モジュール2を3つと2つに分けて、高さを異なるものとしたのは、車両において、電池パック1の配置可能空間が立方体でなく、複雑な立体空間であるときに、その配置可能空間の利用効率を上げるためである。
 この他に、電池モジュール2を、複数の電池10を並列接続するものとしてもよい。この場合には、電池モジュール2は所望の大電流容量の大電流電源となり、これを直列接続することで、所望の高電圧大電流容量を有する電池パックとできる。また、複数の電池10を直列接続して電池モジュール2を構成し、これを複数直列接続して電池パック1としてもよく、複数の電池10を並列接続して電池モジュール2を構成し、これを複数並列接続して電池パック1としてもよい。
 電池10は、充放電可能な二次電池である。二次電池としては、リチウムイオン電池が用いられる。これ以外に、ニッケル水素電池、アルカリ電池等が用いられてもよい。電池10は、円筒形の外形を有する。円筒形の両端部のうち一方端が正極11、他方端が負極端子として用いられる。電池10の一例を挙げると、それぞれは、直径が18mm、高さが65mm、端子間電圧が3.6V、容量が2.5Ahのリチウムイオン電池である。これは説明のための例示であって、これ以外の形状、寸法、特性値であってもよい。例えば、角型の電池であってもよい。
 電池10は、安全弁12を有する。安全弁12は、電池10の内部で行われる電気化学反応によって発生するガスの圧力が予め定めた閾値圧力を超すときに、電池内部から外部に排ガスとして放出する機構である。安全弁12は、複数の電池10のそれぞれに設けられる。
 複数の電池10は、安全弁12を有する側を安全弁側として、電池10の長手方向に沿った一方側に安全弁側を揃えて整列配置される。図1では、電池10の正極11の側に安全弁12が設けられる。電池10の一方側には、ダクトカバー13が設けられる。
 ダクトカバー13は、電池モジュール2の安全弁側を覆い、電池モジュール2の安全弁側の端部に沿って排ガスを流すことができるダクト空間14を形成する部品である。ダクトカバー13とダクト空間14とで、排ガスを外部に導くダクトが構成される。このように、ダクト空間14を利用することで、安全弁12から排出される排ガスを他に漏らすことなく、ダクト空間14を通って所定の排気口から電池モジュール2の外部に排ガスを排出することができる。かかるダクトカバー13としては、所定の耐熱性と強度を有する材料を用いて、所定の形状に加工したものが用いられる。
 ダクトカバー13の材料としては、安全弁12から排出される排ガスの高圧に耐えるように、金属材料が用いられる。金属材料としては、鉄、アルミニウム等が用いられる。ダクトカバー13と電池10との間に設けられる絶縁部15は、金属材料であるダクトカバー13と電池10との間を電気的に絶縁するためのものである。絶縁部15としては、プラスチック材料を所定の形状に成形したものが用いられる。プラスチック材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネイト、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート等を用いることができる。
 このように、安全弁側をダクトカバー13が設けられる側に揃えたのは、安全弁12から排ガスが排出されたとき、排ガスをダクトカバー13で形成されるダクト空間14を通して電池モジュール2の外部へ排出するためである。いまの場合、安全弁12は電池10の正極11の側に設けられるので、電池10の正極11の側を、ダクトカバー13が設けられる方向である一方側に揃える。仮に、負極の側に安全弁が設けられる電池の場合は、ダクトカバー13が配置される方向である一方側に電池10の負極の側を揃える。
 安全弁12から排出される排ガスには、電池10の電解液ミストが含まれる。電解液ミストは、流動性を有する導電性流体である。電解液ミストが凝縮し、あるいは大気中の水分と共に凝縮すると、導電性液体となる。図1には、安全弁12からダクト空間14に排出された電解液ミストを含む排ガス16を示した。また、電池パック1の外部には、大気中の水分17を示した。
 設置用基板3は、複数の電池モジュール2が設置される金属製の基板である。ここでは、車両の車体フレームに設けられるメンバ材に固定される電池パック取付用基板である。かかる設置用基板3は、車両の振動、衝撃等に耐える強度を有する構造に金属板を成形したものが用いられる。金属板としては、鉄材、鋼材等が用いられる。設置用基板3は、予め定めた接地電位GNDに接続される。
 受け板18は、設置用基板3の上面に配置され、高さ方向の積み上げの最下部に配置される電池モジュール2の底面を受ける板材である。受け板18は適当な絶縁性板材を用いることができる。絶縁性板材としては、適当なプラスチック材料を板材に成形したものを用いることができる。プラスチック材料としては、絶縁部15で述べたものが用いられる。なお、最下部に配置された電池モジュール2と設置用基板3の間は絶縁されていればよい。そのため、受け板18を用いずに電池モジュール2と設置用基板3が接触しない程度の空間を設けてもよい。また、設置用基板3は後述する板状絶縁部40と一体になって形成されていてもよい。
 取付部材4は、電池モジュール2と設置用基板3の間に配置される金属製部材である。取付部材4は、設置用基板3に取り付けるために設置用基板3の上面に平行な延伸面を有する取付部19と、取付部19から電池モジュール2を積み上げる高さ方向に延びるモジュール保持部20を有する。モジュール保持部20は、電池モジュール2のダクトカバー13の側、またはダクトカバー13とは反対側を保持する。取付部19とモジュール保持部20は、その延伸する方向が互いに直交するL字形状を有する。
 取付部19には、後述する締結部5の軸部分を通す取付貫通穴21が設けられる。モジュール保持部20には、電池モジュール2のダクトカバー13の側、およびダクトカバー13とは反対側を保持するために、高さ方向に積み上げられる2つの電池モジュール2の間に設けられる支え部22が設けられる。また、必要に応じ、電池モジュール2のダクトカバー13の側、およびダクトカバー13とは反対側をモジュール保持部20に固定するための固定ネジ等を用いることが好ましい。
 かかる取付部材4は、複数の電池モジュール2を高さ方向に積み上げてしっかり保持できる強度を有する構造に金属板を成形したものが用いられる。なお、取付部材4の構造としては、L字形状の他に、上記の取付貫通穴21、支え部22が含まれる。金属板としては、鉄材、鋼材等が用いられる。
 締結部5は、取付部材と設置用基板とを互いに締結するもので、設置用基板3に設けられるメネジ穴部23とボルト24とを組み合わせた組み合わせ体で構成される。
 絶縁部材6は、締結部5と取付部材4との間、および取付部材4と設置用基板3との間とを互いに電気的に絶縁する部材である。絶縁部材6は、環状絶縁部30と、板状絶縁部40を含んで構成される。
 図2に、ボルト24と、絶縁部材6の詳細を示す。図3は、絶縁部材6の分解斜視図である。なお、図2には、設置用基板3と取付部材4の取付部19が想像線で示される。設置用基板3には、締結部5を構成するメネジ穴部23が示される。
 ボルト24は、締結に必要な強度を確保するために、金属材料で構成される締結部材である。ボルト24は、取付部材4に設けられる取付貫通穴21を通る軸部分であるオネジ軸部25と、オネジ軸部25の外径よりも大きな大径部27を有する。大径部27は、ボルト24の頭部であるが、円板状で、その上部に締め付け作業用の六角穴28が設けられる。また、オネジ軸部25の先端には、設置用基板3のメネジ穴部23に噛みあうオネジ部26が設けられる。
 なお、メネジ穴部23とボルト24の組み合わせ体に代えて、設置用基板3に立設され取付部材4に設けられる取付貫通穴21を通る軸部であるオネジ軸部と、ナットとを組み合わせた組み合わせ体を用いてもよい。この場合、ナットは、オネジ軸部に噛みあうメネジ穴部とオネジ軸部の外径よりも大きな大径部とを有する。
 絶縁部材6を構成する環状絶縁部30は、ボルト24のオネジ軸部25の外周全面と取付部材4との間の電気的絶縁を行う下部筒部31と、ボルト24の大径部27の外周全面と取付部材4との間の電気的絶縁を行う上部筒部32と、ボルト24のオネジ軸部25を通す内径穴33を有する。
 下部筒部31の長さは、取付部材4の取付部19の厚さ寸法よりもやや大きい寸法に設定される。上部筒部32の外径は、下部筒部31の外径よりも大きい。内径穴33は、ボルト24の大径部27が収納できる内径を有する上部内径穴34と、ボルト24のオネジ軸部25が通ることができる内径を有する下部内径穴35で構成される段付き穴である。
 絶縁部材6を構成する板状絶縁部40は、取付部材4と設置用基板3との間の電気的絶縁を行う絶縁板である。板状絶縁部40は、環状絶縁部30の内径穴33に対応する対応内径穴41を有する。対応内径穴41は、段付き穴で、上部の大径穴42は、環状絶縁部30の下部筒部31の外径と嵌り合う穴である。下部の小径穴43は、ボルト24のオネジ軸部25通す穴である。対応内径穴41の段付きの段差寸法は、下部筒部31の長さと取付部材4の取付部19の厚さ寸法との間の寸法差に設定される。
 このように、絶縁部材6は、環状絶縁部30と板状絶縁部40の組み合わせで構成される組合せ体である。このとき、対応内径穴41の段付きは、環状絶縁部30と板状絶縁部40との間の位置決めに役立つ。場合によっては、対応内径穴41の段付きを省略してもよい。その場合には、環状絶縁部30の下部筒部31の長さ寸法を取付部材4の取付部19の厚さ寸法と同じかやや小さめに設定する。
 絶縁部材6を構成する環状絶縁部30と、板状絶縁部40は、適当なプラスチック材料を所定の形状に成形したものを用いることができる。プラスチック材料としては、撥水性、耐薬品性もしくは耐溶剤性等を有するフッ素系樹脂が用いられる。その他に、絶縁部15、受け板18で述べたものを用いることができる。
 この絶縁部材6を用いて、電池パック1は、以下の手順で組み立てられる。まず、設置用基板3のメネジ穴部23の位置に、板状絶縁部40の対応内径穴41を合わせて、板状絶縁部40を位置決めして、設置用基板3の上面に板状絶縁部40を配置する。
 次に、板状絶縁部40の対応内径穴41の位置に、取付部材4の取付部19に設けられる取付貫通穴21を合わせて、取付部材4を位置決めして、板状絶縁部40の上面に取付部材4を配置する。取付部材4は、電池モジュール2のダクトカバー13の側と、ダクトカバー13と反対側に、それぞれ向い合せて配置される。
 次に、取付部材4の取付部19に設けられる取付貫通穴21に、環状絶縁部30の下部筒部31を嵌め込む。このとき、図3で説明したように、下部筒部31の先端は、板状絶縁部40の対応内径穴41の段付きの段差の部分にちょうど嵌りこむ。そして、ボルト24を、環状絶縁部30の内径穴33、板状絶縁部40の対応内径穴41を通して、その先端部のオネジ部26を設置用基板3のメネジ穴部23にねじ込んで仮止めする。
 次に、向かい合って配置された2つの取付部材4の間において、設置用基板3の上面に受け板18を配置する。そして、受け板18の上面に、電池モジュール2を配置する。この電池モジュール2は、高さ方向の積み上げの最下部に配置される電池モジュールである。
 そして、向かい合って配置された2つの取付部材4の支え部22を用いて、高さ方向の積み上げの2段目の電池モジュール2を2つの取付部材4の間に配置する。電池モジュール2を3段に積み上げる場合は、モジュール保持部20の長さの長い取付部材4を用い、3段目用に設けられる支え部22を用いて、3段目の電池モジュール2を2つの取付部材の間に配置する。これらの配置のときに、2つの取付部材4の向かい合う間隔が不必要に開かないように適当な押さえ手段を用いる。
 このようにして、高さ方向に所定の積み上げで複数の電池モジュール2が2つの取付部材4の間に配置されたら、ボルト24を設置用基板3のメネジ穴部23にしっかりとねじ込んで固定する。このようにして、電池パック1が組立てられる。
 再び図1に戻り、溜まり隙間50は、絶縁部材6の環状絶縁部30の少なくとも大径部の外周全面を覆う部分と、取付部材4との間に設けられ、電解液ミストの液体化したものまたは大気中の水分が液体化したものを溜めることができる隙間空間である。これによって、流動性を有する導電性物質がボルト24に接触することが防止でき、ボルト24と取付部材4、取付部材4と設置用基板3との間の絶縁性を確保できる。
 上記構成の作用を説明する。上記のように、安全弁12から排出される排ガスに含まれる電解液ミストが凝縮すると、導電性液体となる。電池モジュール2のダクトカバー13と電池10とは絶縁部15によって電気的に絶縁されているが、ダクト空間14内の排ガス16に含まれる電解液ミストが凝縮すると、流動性のある導電性物質となり、電池10の正極11とダクトカバー13が電気的に短絡する可能性がある。その場合、ダクトカバー13は金属製で、ダクトカバー13の側の取付部材4も金属製であるので、ダクトカバー13の側の取付部材4は、電池モジュール2の正極電位となる。一方でダクトカバー13と反対側に配置される取付部材4は、電池モジュール2の負極側を保持する。この電池モジュール2の負極側を保持する取付部材4は、設置用基板3と接続されるが、設置用基板3は接地電位に接続される。したがって、電池モジュール2の負極側は接地電位となり、ダクトカバー13と反対側に配置される取付部材4も、接地電位となる。
 ここで、仮に、絶縁部材6がないとすると、金属製のボルト24が金属製のダクトカバー13の側の取付部材4と金属製の設置用基板3とを接続することになるので、設置用基板3が電池モジュール2の正極電位に帯電する。一方で、ダクトカバー13と反対側に配置される取付部材4は、電池モジュール2の負極電位=接地電位となっているので、設置用基板3において、電池モジュール2の正極電位と負極電位が短絡することになる。ここで、電池モジュール2の端子間電圧は約400Vあるので、危険な短絡となる。
 上記構成では、絶縁部材6は、締結部5と取付部材4との間、および取付部材4と設置用基板3との間とを互いに電気的に絶縁するので、電池10の正極11とダクトカバー13が電気的に短絡することがあっても、設置用基板3において、電池モジュール2の正極電位と負極電位が短絡することが生じず、安全性を確保することができる。
 また、溜まり隙間50が設けられるので、大気中の水分が結露した場合、大気中の水分が液体化した場合、電解液ミストが液体化した場合であっても、この溜まり隙間50にこれらが溜まる。これにより、金属製のボルト24と取付部材4との間が電気的に短絡することを防止でき、安全性を確保できる。
 1 電池パック、2 電池モジュール、3 設置用基板、4 取付部材、5 締結部、6 絶縁部材、10 電池、11 正極、12 安全弁、13 ダクトカバー、14 ダクト空間、15 絶縁部、16 排ガス、17 水分、18 受け板、19 取付部、20 モジュール保持部、21 取付貫通穴、22 支え部、23 メネジ穴部、24 ボルト、25 オネジ軸部、26 オネジ部、27 大径部、28 六角穴、30 環状絶縁部、31 下部筒部、32 上部筒部、33 内径穴、34 上部内径穴、35 下部内径穴、40 板状絶縁部、41 対応内径穴、42 大径穴、43 小径穴、50 溜まり隙間。

Claims (4)

  1.  安全弁を有する複数の電池、及び前記安全弁から排出される排出物を外部に導くダクトを含む電池モジュールと、
     前記電池モジュールが設置される金属製の設置用基板と、
     前記電池モジュールと前記設置用基板の間に配置される金属製の取付部材と、
     前記取付部材と前記設置用基板とを互いに締結する金属製の締結部であって、前記設置用基板に立設され前記取付部材に設けられる取付貫通穴を通るオネジ軸部と該オネジ軸部に噛みあうメネジ穴部、及び前記オネジ軸部の外径よりも大きな大径部とを有するナットとの組み合わせ体、または前記設置用基板に設けられるメネジ穴部、及び該メネジ穴部に噛みあい前記取付部材に設けられる前記取付貫通穴を通るオネジ軸部と該オネジ軸部の外径よりも大きな大径部を有するボルトとの組み合わせ体である締結部と、
     前記締結部と前記取付部材との間、及び前記取付部材と前記設置用基板との間とを互いに電気的に絶縁する絶縁部材と、
     を備え、
     前記絶縁部材は、
     前記締結部の前記オネジ軸部を通す内径穴を有し、前記締結部の前記オネジ軸部の外周全面と前記取付部材との間の電気的絶縁、及び前記締結部の前記大径部の外周全面と前記取付部材との間の電気的絶縁を行う環状絶縁部と、
     前記環状絶縁部の前記内径穴に対応して前記締結部の前記オネジ軸部を通す対応内径穴を有し、前記取付部材と前記設置用基板との間の電気的絶縁を行う板状絶縁部と、
     を含む、電池パック。
  2.  請求項1に記載の電池パックにおいて、
     前記環状絶縁部の少なくとも前記大径部の外周全面を覆う部分と、前記取付部材との間には、前記電池パック内にある大気中の水分が液体化したものまたは大気中の水分が液体化したものを溜めることができる溜まり隙間が設けられる、電池パック。
  3.  請求項1に記載の電池パックにおいて、
     前記取付部材は、複数の前記電池モジュールと前記設置用基板の間に配置され、前記複数の電池モジュールを保持する、電池パック。
  4.  第1金属部材と第2金属部材とを互いに締結する金属製の締結部であって、前記第2金属部材に立設され前記第1金属部材に設けられる取付貫通穴を通るオネジ軸部と該オネジ軸部に噛みあうメネジ穴部、及び前記オネジ軸部の外径よりも大きな大径部とを有するナットとの組み合わせ体、または前記第2金属部材に設けられるメネジ穴部、及び該メネジ穴部に噛みあい前記第1金属部材に設けられる取付貫通穴を通るオネジ軸部と該オネジ軸部の外径よりも大きな大径部を有するボルトとの組み合わせ体である締結部と、
     前記締結部と前記第1金属部材との間、及び前記第1金属部材と前記第2金属部材との間とを互いに電気的に絶縁する絶縁部材と、
     を備え、
     前記絶縁部材は、
     前記締結部の前記オネジ軸部を通す内径穴を有し、前記締結部の前記オネジ軸部の外周全面と前記第1金属部材との間の電気的絶縁、及び前記締結部の前記大径部の外周全面と前記第1金属部材との間の電気的絶縁を行う環状絶縁部と、
     前記環状絶縁部の前記内径穴に対応して前記締結部の前記オネジ軸部を通す対応内径穴を有し、前記第1金属部材と前記第2金属部材との間の電気的絶縁を行う板状絶縁部と、
     を含む、締結構造体。
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