WO2018110231A1

WO2018110231A1 - 防水構造のバッテリシステム

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Publication number: WO2018110231A1
Application number: PCT/JP2017/041976
Authority: WO
Inventors: 宏行高橋
Original assignee: 三洋電機株式会社
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2017-11-22
Publication date: 2018-06-21
Also published as: JP6938541B2; US11404741B2; CN110073515A; CN110073515B; JPWO2018110231A1; US20210328299A1

Abstract

組み立てが簡単で、しかも長期間に渡って厳しい外的環境下においても優れた防水構造を失わないようにするために、バッテリシステムは、出力リード（６）を外装ケース（１）の開口部（７）に露出させて、外装ケース（１）の内部にはリード板（５）を載せて定位置に配置する受け台（８）を配置し、この受け台（８）にはリード板（５）を上に配置する上プレート部（１７）と、リード板（５）の周囲に配置する周壁（１８）と、上プレート部（１７）に開口する排水穴（１９）と、排水穴（１９）から流入する水の排水路（１３）とを設け、外装ケース（１）には、排水路（１３）から流入される水を外部に排出する排出開口を設け、リード板（５）には、周壁（１８）の内側に配置する平面部（５Ａ）と、周壁（１８）を越える立ち上り部（５Ｂ）とを設け、開口部（７）から流入する浸入水を、排水穴（１９）から排水路（１３）を経由して外装ケース（１）の排水開口（２５）から外部に排出する。

Description

防水構造のバッテリシステム

　本発明は、二次電池を内蔵するバッテリシステムに関し、とくに車両用に最適な防水構造のバッテリシステムに関する。

　バッテリシステムは用途によって防水構造が要求される。たとえば、車両に搭載されるバッテリシステムにおいては、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バッテリシステムは開発されている。（特許文献１、２参照）特許文献１のバッテリシステムは、外装ケースをパッキンで水密構造に密閉は、特許文献２のバッテリシステム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。外装ケースを完全な密閉構造とするバッテリシステムは、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。

　さらにまた、バッテリシステムは、外部に電力を出力し、また内蔵する二次電池を充電するための出力リードが外部に露出している。出力リードは外装ケースの内部でリード線やリード板を接続しているので、外装ケースに水密構造に固定するのが難しい。出力リードに接続しているリード線やリード板に、定格電流を大きくて、可撓性のほとんどない太いリード線や厚い金属板が使用されるからである。特許文献２のバッテリシステムは、このことを実現するために、外装ケースを密閉した状態で、出力リードのあるコネクタを水密構造で外装ケースに固定する構造としている。

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バッテリシステムは、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、コネクタを外装ケースに水密構造に固定するバッテリシステムは、コネクタの取り付け構造が複雑となり、さらに、パッキンが劣化すると水が浸入するので、長期間に渡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、従来の防水構造のバッテリシステムの欠点を解消することを目的として開発されたもので、本発明の大切な目的は、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防水構造のバッテリシステムを提供することにある。

　本発明の防水構造のバッテリシステムは、閉鎖されるが密閉されない外装ケースと、外装ケース内に配置している二次電池と、外装ケースの内部にあって、二次電池の出力側に接続しているリード板と、リード板に一端を接続して、外装ケースの開口部から外部に露出してなる出力リードとを備える。外装ケースは、リード板の受け台を内部に配置して、リード板を受け台の上に配置している。受け台は、リード板を上に配置している上プレート部と、この上プレート部の周囲に設けてなる周壁と、上プレート部に開口してなる排水穴と、この排水穴に流入する浸入水の排水路とを備える。外装ケースは、受け台の排水路から排出される浸入水を外部に排出する排出開口を設けている。リード板は、受け台の上プレート部であって周壁の内側に配置される平面部と、平面部から周壁を越える形状に加工されてなる立ち上り部とを備える。以上のバッテリシステムは、外装ケースの開口部から流入する浸入水を、受け台の排水穴から排水路に通過させて、外装ケースの排水開口から外部に排出する。

　本発明の防水構造のバッテリシステムは、外装ケースを、出力リードを露出させてなる上ケースと、この上ケースに連結してなる下ケースとで構成し、下ケースには受け台を定位置に配置する連結部を設けて、連結部の底面に排水開口を開口し、排水開口の周囲に防水壁を設ける構造とすることができる。

　本発明の防水構造のバッテリシステムは、排水穴に挿入される折曲片をリード板に設けることができる。また、リード板に挿入されるロッド部とロッド部の下端に設けている鍔部とを有する出力リードとし、リード板にはロッド部を挿入する挿通穴を設け、リード板の挿通穴にロッド部を挿入して、リード板を鍔部の上に配置して出力リードに接続する構造とすることができる。以上のバッテリシステムは、鍔部の外形を多角形又は楕円形の非円形とし、受け台には、非円形の鍔部を非回転状態に案内する勘合凹部を設け、ロッド部には表面に雄ねじを設けてなるネジ部とし、ネジ部にねじ込まれるナットでもって、出力リードにリード線を接続する構造とすることができる。

　本発明の防水構造のバッテリシステムのリード板は、先端に折曲片を設けて、中間に立ち上り部を設けてなる細長い金属板とし、折曲片を排水穴に挿入して、立ち上り部よりも後端部を二次電池の出力側に接続する構造とすることができる。

　本発明の防水構造のバッテリシステムは、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優れた特徴を実現する。それは以上のバッテリシステムが、外装ケースをパッキンなどで密閉構造して水の浸入を阻止するのではなく、外装ケースに開口部を設けて、この開口部に出力リードやリード板を露出し、開口部から浸入する水を独得の構造で外装ケース内に漏らすことなく、外装ケース内に設けた受け台でもって外部に排出するからである。

　すなわち、本発明のバッテリシステムは、外装ケースの内部にリード板の受け台を内部に配置して、この受け台の上にリード板を配置し、受け台は、リード板を上に配置する上プレート部と、この上プレート部の周囲に設けた周壁と、上プレート部に開口している排水穴と、排水穴に流入する浸入水の排水路とを設け、外装ケースには、受け台の排水路から排出される浸入水を外部に排出する排出開口を開口し、さらに、リード板には、受け台の上プレート部であって周壁の内側に配置される平面部と、平面部から周壁を越える形状に加工されている立ち上り部とを設け、外装ケースの開口部から流入する浸入水を、上にリード板を配置している受け台の排水穴から排水路に流入し、排水路から流入する浸入水を外装ケースの排水開口から外部に排出するからである。すなわち、開口部から流入する水を受け台でもって外装ケース内に漏らすことなく、外部に排出することで、浸入水が外装ケースの内部に漏れるのを阻止する。この構造のバッテリシステムは、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、長期間に渡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。

本発明の実施例にかかるバッテリシステムの分解斜視図である。図１に示すバッテリシステムの下ケースと受け台とを示す斜視図である。図１に示すバッテリシステムの下ケースと受け台とを示す斜視図である。図１に示すバッテリシステムの下ケースと受け台とを示す斜視図である。図１に示すバッテリシステムの下ケースと受け台とを示す分解斜視図である。図１に示すバッテリシステムの下ケースと上ケースと受け台との連結部分を示す一部断面図である。図１に示すバッテリシステムの下ケースと上ケースと受け台との連結部分を示す一部断面図である。

　以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための防水構造のバッテリシステムを例示するものであって、本発明は防水構造のバッテリシステムを以下の構造や材質ものに特定しない。

　さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

　本発明の防水構造のバッテリシステムは、車両に搭載され、あるいは水の浸入による弊害を阻止する特性の要求される種々の用途に使用される電源として使用される。以下の実施例は、車両の電装用バッテリと並列に接続して使用されるバッテリシステムを詳述するが、本発明はバッテリシステムを以下の用途のものには特定しない。とくに、車両用のバッテリシステムにあっては、車両の走行モータに電力を供給する電源として使用されるバッテリシステムにも使用できる。電装用バッテリと並列に接続される以下のバッテリシステムは、出力電圧を電装用バッテリの電圧、たとえば１２Ｖとして、電装用バッテリと並列に接続して使用される。走行モータに電力を供給するバッテリシステムは、多数の二次電池を直列に接続して、例えば出力電圧を１００Ｖ～４００Ｖとする。

　図１の全体の分解斜視図と、図２～図４の斜視図と、図５の分解斜視図と、図６と図７の断面図に示すバッテリシステムは、閉鎖されるが密閉されない外装ケース１と、二次電池２と、二次電池２を定位置に配置する電池ホルダー３と、二次電池２の保護回路等を実現する電子部品を実装する回路基板４とを備える。

　以上の図は、電装用バッテリと並列に接続されるバッテリシステムを示している。このバッテリシステムは、二次電池２をニッケル水素電池とする。ただし、二次電池２は、リチウムイオン二次電池等の現在使用されている二次電池や、これから開発される他の全ての二次電池であってもよい。図に示すバッテリシステムは、電装用バッテリと並列に接続して使用されるので、二次電池２をニッケル水素電池として、１０個の二次電池２を電池ホルダー３で定位置に配置している。１０個の二次電池２は直列に接続されて定格電圧を鉛バッテリの１２Ｖとしている。

　図１～図７に示すバッテリシステムは防水構造とするが、外装ケース１を密閉構造として防水構造を実現するのではなく、外装ケース１を閉鎖されるが密閉されない構造としながら、内部に浸入する水による弊害を防止する防水構造とする。外装ケース１は、上ケース１Ａと下ケース１Ｂからなり、上ケース１Ａと下ケース１Ｂとを連結している。以上のバッテリシステムは、二次電池２の出力側に接続しているリード板５に出力リードを接続し、リード板５と出力リード６を外装ケース１の開口部７に露出させている。図１～７に例示する実施の形態では、上ケース１Ａが樹脂で形成され、下ケース１Ｂが金属で形成されている。上ケース１Ａを樹脂で形成することで、バッテリシステムの軽量化を実現している。また、下ケース１Ｂを金属で形成することで、外装ケース１内に収納される二次電池２や回路素子等の発熱部材を金属製の下ケース１Ｂを介して冷却することができる。特に、上ケースと下ケースが異なる材料で成形される場合、熱膨張による寸法変化が異なり、パッキンでは封止できなくなるおそれがあるが、以下の実施の形態に示す構造を採用する場合には、外装ケースをパッキン等で密閉構造としないので、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ことができる。

　外装ケース１は内部に受け台８を配置して、リード板５と出力リード６とを定位置に配置している。下ケース１Ｂは、受け台８を上から挿入して定位置に配置する連結部９を底プレートに設けている。連結部９は、周囲に防水壁１０を有し、この防水壁１０に嵌合構造で受け台８を連結して定位置に配置する。防水壁１０は下ケース１Ｂの底プレートから垂直方向に立ち上がって、受け台８を垂直姿勢に配置する。受け台８は、その下端部に、防水壁１０の内形に挿入される挿入筒１１を有し、挿入筒１１は、その垂直壁の一部に、防水壁１０を嵌合する下方開口の嵌合溝１２を設けている。受け台８は、挿入筒１１を防水壁１０の内側に挿入し、嵌合溝１２に防水壁１０の一部を挿入して、下ケース１Ｂに定位置に連結される。

　さらに、受け台８は、図６と図７の断面図に示すように、外装ケース１の下ケース１Ｂと上ケース１Ａに挟まれて定位置に配置される。さらに、防水壁１０は、受け台８の内部に設けた排水路１３から流れ落ちる浸入水が下ケース１Ｂの外部に漏れるのを防止する隔壁の作用もする。

　リード板５と出力リード６は、図７の鎖線で示す丸端子の接続端子１４を介してリード線１５に接続される。この接続構造は、接続端子１４の丸端子１４Ａに出力リード６のロッド部６Ａを挿入し、ロッド部６Ａの雄ねじにナット１６をねじ込んで、丸端子１４Ａをリード板５とナット１６とで挟着して、接続端子１４をリード板５に接続する。以上の接続構造は、出力リード６を出力端子として、リード板５に積層している接続端子１４を接続しているが、本発明は出力リードを出力端子には特定せず、たとえば出力リードを外部引き出し用のリード線として、これをリード板５にハンダ付けや溶接して接続することもできる。また、図に示すように、接続端子１４をリード板５に接続することなく、出力リードに接続端子を接続することもできる。

　リード板５は、外装ケース１内の受け台８の上に配置されて定位置に配置される。図２の斜視図と、図６及び図７の一部断面図に示す受け台８は、受け台８を定位置に配置する外装ケース１の下ケース１Ｂを示す。図６はリード板５の横方向の断面図、図７はリード板５の縦方向の断面図である。なお、上記実施の形態では、下ケース１Ｂは金属で形成されているが、下ケース１Ｂを樹脂で形成する場合には、受け台８と下ケース１Ｂを絶縁材のプラスチックで一体構造に形成しても良い。

　受け台８は絶縁材のプラスチックで一体構造に成形して製作される。図６と図７の断面図に示す受け台８は、リード板５を上に配置する上プレート部１７と、この上プレート部１７の周囲に設けている周壁１８と、上プレート部１７に開口している排水穴１９と、この排水穴１９に流入する浸入水の排水路１３とを備える。

　上プレート部１７は、出力リード６を嵌合する勘合凹部２０を上面に設けている。勘合凹部２０は、出力リード６の下端部の鍔部６Ｂを案内する内形で、ここに鍔部６Ｂを案内して出力リード６を非回転状態で垂直姿勢に保持する。六角頭の鍔部６Ｂを案内する勘合凹部２０は、内形を六角形として、六角頭の鍔部６Ｂを非回転状態に嵌合する。出力リード６の鍔部６Ｂを非回転状態に案内する勘合凹部２０は、出力リード６のロッド部６Ａにナット１６をねじ込むときに、出力リード６が回転しないので、ナット１６をねじ込んで出力リード６に簡単に接続端子１４を連結できる。鍔部６Ｂを勘合凹部２０に案内して非回転状態に保持する嵌合構造は、鍔部６Ｂを楕円形や多角形などの非円形とし、勘合凹部２０の内形を非回転状態に案内する非円形として実現できる。

　図５～図７に示す上プレート部１７は、勘合凹部２０の周囲に凸条２１を設けている。さらに、出力リード６の六角頭の鍔部６Ｂは、外形を六角形とする六角柱部２３と、外形を円形とする円盤部２２とを一体構造する形状で、円盤部２２を凸条２１の上面に配置して、六角柱部２３を勘合凹部２０に非回転状態に案内している。この構造の出力リード６は、ロッド部６Ａにねじ込まれるナット１６と円盤部２２とで接続端子１４とリード板５とを挟着して、接続端子１４を出力リード６に確実に接続できる。

　さらに図５～図７に示す上プレート部１７は、リード板５の下面を押し上げて、リード板５と上プレート部１７との間に流水隙間を設ける突出部２４を設けている。突出部２４は、出力リード６の鍔部６Ｂの上面と同一平面に配置されて、出力リード６の鍔部６Ｂと突出部２４との上にリード板５を配置して、リード板５と上プレート部１７との間に流水隙間を設けている。図の上プレート部１７は、勘合凹部２０の周囲に設けた円形の凸条２１から半径方向に延び、かつ上プレート部１７の中央部にあって長手方向に延びる位置に、２組の突出部２４を１列に配置している。

　周壁１８は、上プレート部１７の周囲に設けられて、上プレート部１７にセットされるリード板５の周囲に配置される。いいかえると、リード板５は周壁１８の内側に嵌合構造に配置されて、水平方向の位置ずれを阻止される。周壁１８はリード板５を定位置に配置し、さらに、外装ケース１の開口部７から流入する水が上プレート部１７の外に漏れるのを阻止する。周壁１８は、高くして水漏れを確実に阻止できるので、好ましくは高さを１ｍｍ以上、好ましくは２ｍｍ以上、さらに好ましくは２．５ｍｍ以上とする。

　排水穴１９は、周壁１８の内側に開口されて、外装ケース１の開口部７からリード板５の露出部に浸入する水を受け台８の内部に排水する。図の受け台８は、受け台８の２カ所に排水穴１９を設けている。一方の排水穴１９にはリード板５の折曲部５Ｄを挿入して、他方の排水穴１９はリード板５の裏面であって２組の突出部２４の間に配置している。リード板５の折曲部５Ｄを挿入している一方の排水穴１９は、リード板５に沿って流れる水をスムーズに受け台８の内部に流し、リード板５の裏面に配置で突出部２４の間に他方の排水穴１９は、リード板５の裏面に流入する水をスムーズに受け台８の内部に流す。

　受け台８は、中空状に成形して内部に排水路１３を設けている。排水路１３は、上プレート部１７に開口する排水穴１９から流入される浸入水を、下端の開口部から排出する。排水路１３から排出される浸入水は、外装ケース１の底プレートに開口している排水開口２５から外部に排出される。排水開口２５は、防水壁１０の内側にあって、受け台８内の排水路１３から流出する浸入水を、外装ケース１内に漏らすことなく外部に排出する。

　リード板５は所定の帯状の金属板で、上プレート部１７にあって周壁１８の内側に配置される平面部５Ａと、平面部５Ａから周壁１８を越える形状に折曲加工してなる立ち上り部５Ｂと、立ち上り部５Ｂの外側にあって図において回路基板４に接続している接続部５Ｃとからなる。立ち上り部５Ｂは、図４に示すリード板５は、出力リード６のロッド部６Ａの挿通する部分を、接続端子１４の丸端子１４Ａの外形に等しく、あるいは丸端子１４Ａよりも大きくして、丸端子１４Ａとの接触面積を大きくして、接続端子１４との接触抵抗を小さくしている。リード板５の接続部５Ｃは、回路基板に接続されて、回路基板を介して二次電池２の出力側に接続される。

　図１のバッテリシステムは、第１の回路基板と第２の回路基板からなる２枚の回路基板を備える。第１の回路基板は電池ホルダー３の表面に固定され、第２の回路基板は外装ケース１に固定される。第１の回路基板は、二次電池２の電圧、電流、残容量などを演算する回路を実装し、第２の回路基板は、二次電池２の出力側に接続されて、充放電の電流をオンオフするパワーＭＯＳＦＥＴ等の半導体パワースイッチを実装している。リード板５は半導体パワースイッチを介して二次電池２の出力側に接続される。

　本発明は、外装ケース１にワイヤーハーネスを内蔵する防水構造のバッテリシステムに有効に使用できる。

　１…外装ケース、１Ａ…上ケース、１Ｂ…下ケース、２…二次電池、３…電池ホルダー、４…回路基板、５…リード板、５Ａ…平面部、５Ｂ…立ち上り部、５Ｃ…接続部、５Ｄ…折曲部、６…出力リード、６Ａ…ロッド部、６Ｂ…鍔部、７…開口部、８…受け台、９…連結部、１０…防水壁、１１…挿入筒、１２…嵌合溝、１３…排水路、１４…接続端子、１４Ａ…丸端子、１５…リード線、１６…ナット、１７…上プレート部、１８…周壁、１９…排水穴、２０…勘合凹部、２１…凸条、２２…円盤部、２３…六角柱部、２４…突出部、２５…排水開口

Claims

　閉鎖されるが密閉されない外装ケースと、
　前記外装ケース内に配置してなる二次電池と、
　前記外装ケースの内部にあって、前記二次電池の出力側に接続してなるリード板と、
　前記リード板に一端を接続して、前記外装ケースの開口部から外部に露出してなる出力リードとを備える防水構造のバッテリシステムであって、
　前記外装ケースは、前記リード板の受け台を内部に配置して、前記リード板が前記受け台の上に配置され、
　前記受け台は、前記リード板を上に配置してなる上プレート部と、この上プレート部の周囲に設けてなる周壁と、前記上プレート部に開口してなる排水穴と、この排水穴に流入する浸入水の排水路とを備え、
　前記外装ケースは、前記受け台の前記排水路から排出される浸入水を外部に排出する排出開口を有し、
　前記リード板は、前記受け台の前記上プレート部であって前記周壁の内側に配置される平面部と、前記平面部から前記周壁を越える形状に加工されてなる立ち上り部とを備え、
　前記開口部から流入する浸入水が、前記排水穴から前記排水路を通過して外装ケースの排水開口から外部に排出されるようにしてなる防水構造のバッテリシステム。
　請求項１に記載される防水構造のバッテリシステムであって、
　前記外装ケースが、前記出力リードを露出させてなる上ケースと、この上ケースに連結してなる下ケースとを備え、
　前記下ケースが、前記受け台を定位置に配置する連結部を有し、前記連結部の底面に排水開口が開口されて、前記排水開口の周囲に防水壁を設けてなることを特徴とする防水構造のバッテリシステム。
　請求項１又は２に記載される防水構造のバッテリシステムであって、
　前記リード板が、前記排水穴に挿入される折曲片を有することを特徴とする防水構造のバッテリシステム。
　請求項１ないし３のいずれかに記載される防水構造のバッテリシステムであって、
　前記出力リードが、前記リード板に挿入されてなるロッド部と、このロッド部の下端に設けてなる鍔部とを有し、前記リード板が、前記ロッド部を挿入する挿通穴を有し、
　前記リード板の挿通穴に前記ロッド部が挿入されて、前記リード板が前記鍔部の上に配置されて前記出力リードに接続されてなることを特徴とする防水構造のバッテリシステム。
　請求項４に記載される防水構造のバッテリシステムであって、
　前記鍔部の外形が、多角形又は楕円形の非円形で、
　前記受け台が、前記非円形の鍔部を非回転状態に案内する勘合凹部を有し、
　前記ロッド部が表面に雄ねじを設けてなるネジ部を有し、このネジ部にねじ込まれるナットでもって、前記出力リードにリード線を接続する構造としてなることを特徴とする防水構造のバッテリシステム。
　請求項１ないし５のいずれかに記載される防水構造のバッテリシステムであって、
　前記リード板が、先端に折曲片を有し、中間に立ち上り部を設けてなる細長い金属板で、
　前記折曲片が前記排水穴に挿入され、前記立ち上り部よりも後端部を前記二次電池の出力側に接続してなることを特徴とする防水構造のバッテリシステム。