JP7364038B2

JP7364038B2 - 電子機器、電池パックおよび電動車両

Info

Publication number: JP7364038B2
Application number: JP2022507144A
Authority: JP
Inventors: 崇酒井
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2020-03-10
Filing date: 2021-03-05
Publication date: 2023-10-18
Anticipated expiration: 2041-03-05
Also published as: US12269353B2; WO2021182335A1; JPWO2021182335A1; CN115244775A; US20230045748A1

Description

本発明は、電子機器、電池パックおよび電動車両に関する。

近年、二次電池の用途が拡大している。例えば、二次電池の代表例であるリチウムイオン二次電池の用途は、種々の電子機器だけでなく、自動車、バイク、電動飛行体等にも拡大してきている。リチウムイオン二次電池は、通常、ケース内に収納された状態で使用される。リチウムイオン二次電池のショートに伴う発熱、発火を防ぐために、ケースの機密性を確保し、ケース内への水分等の異物の侵入を防止することが必要とされる。そこで、下記の特許文献１に記載の技術では、上下の防水ケース間にパッキンを設けると共に、ワイヤーハーネスが挿入される１個のグロメットを下側の防水ケースに嵌着することで、防水ケース内への異物の侵入を防ぐようにしている。

特開２００４－７２８７７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、防水ケース内で複数の配線が配置される場合については考慮されておらず、さらに、防水ケース内で複数の配線が配置される場合に防水ケース内への異物の侵入をどのように防止するかについては考慮されていなかった。

従って、本発明は、内部に複数の配線が配されるケースの機密性を確保することができるようにした電子機器、電池パックおよび電動車両を提供することを目的の一つとする。

本発明は、
互いに係合される第１のケースおよび第２のケースを有する外装ケースと、
外装ケースの内部から引き出された第１のリード線および第２のリード線と、
第１のリード線が貫通される第１のグロメットと、
第２のリード線が貫通される第２のグロメットと
を有し、
第１のグロメットは、第１のケースに形成された第１の切り欠き部に挿入されており、
第２のグロメットは、第２のケースの第１の切り欠き部と略対向する位置に形成された第２の切り欠き部に挿入されており、
第１のケースと第２のケースとの間、および、第１のグロメットと第２のグロメットとの間に、一続きのＯリングが介在している
電子機器である。

また、本発明は、
互いに係合される第１のケースおよび第２のケースを有する外装ケースと、
外装ケース内に収納され、複数の電池を有する電池部と、
電池部から引き出された第１のリード線および第２のリード線と、
第１のリード線が貫通される第１のグロメットと、
第２のリード線が貫通される第２のグロメットと
を有し、
第１のグロメットは、第１のケースに形成された第１の切り欠き部に挿入されており、
第２のグロメットは、第２のケースの第１の切り欠き部と略対向する位置に形成された第２の切り欠き部に挿入されており、
第１のケースと第２のケースとの間、および、第１のグロメットと第２のグロメットとの間に、一続きのＯリングが介在している
電池パックである。

本発明の少なくとも実施形態によれば、内部に複数の配線が配されるケースの機密性を確保することができる。なお、本明細書で例示された効果により本発明の内容が限定して解釈されるものではない。

図１は、一実施形態にかかる電池パックの外観図である。図２は、一実施形態にかかる電池パックの分解斜視図である。図３は、一実施形態にかかる電池パックの内部構成の部分拡大図である。図４は、一実施形態にかかる電池パックの内部構成の部分拡大図である。図５は、一実施形態にかかる電池パックの部分的な構成に関する説明がなされる際に参照される部分拡大図である。図６は、一実施形態にかかる電池パックの部分的な構成に関する説明がなされる際に参照される部分拡大図である。図７は、一実施形態にかかる電池パックの部分的な構成に関する説明がなされる際に参照される部分拡大図である。図８は、変形例を説明するための図である。図９は、変形例を説明するための図である。図１０は、応用例を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態等について図面を参照しながら説明する。なお、説明は以下の順序で行われる。
＜一実施形態＞
＜変形例＞
＜応用例＞
以下に説明する実施形態等は本発明の好適な具体例であり、本発明の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。
なお、特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものではない。特に、実施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、上下左右等の方向の記載等は特に限定する旨の記載がない限りは、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り、また、図示が煩雑となることを防止するために、参照符号の一部のみを図示する場合や、説明の便宜を考慮して図示を簡略化する場合がある。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、重複する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。

＜一実施形態＞
図１から図７までを参照しつつ、本実施形態にかかる電池パック（電池パック１）の構成例について説明する。図１は、電池パック１の外観図である。図２は、電池パック１の分解斜視図である。図３および図４は、電池パック１の内部構成の部分拡大図である。図５から図７までは、電池パック１の部分的な構成に関する説明がなされる際に参照される部分拡大図である。なお、以下の説明では、特に断らない限り、図１に示す方向を基準として上下左右等の方向を規定する。

始めに電池パック１の構成について概略的に説明する。図１に示すように、電池パック１は、外装ケース１０を有している。外装ケース１０は、例えば樹脂により形成されている。外装ケース１０は、第１のケースの一例であるケース１１と、第２のケースの一例であるケース１２とが互いに係合し、一体化された構成を有している。ケース１１とケース１２とは、ねじ等の締結部材を用いた適宜な方法により一体化される。

外装ケース１０の所定の側面部１０Ａには、段部１３が形成されている。段部１３は開放端とされており、外装ケース１０の内部における当該開放端を介した位置にはコネクタ（後述するコネクタ６０）が設けられている。当該コネクタに端子やケーブルを接続することで、電池パック１の電力を外部に取り出すことが可能とされている。段部１３を介して、ケース１１の側面部１１Ａが側面部１１１Ａと側面部１１１Ｂとに区画され、ケース１２の側面部１２Ａが側面部１２１Ａと側面部１２１Ｂとに区画される。

図２に示すように、外装ケース１０内には、電池部２０が収納されている。電池部２０は、例えば、複数のリチウムイオン二次電池セルを有し、各セルがセルホルダに収納された構成を有している。リチウムイオン二次電池セルの個数や接続態様は、適宜、変更することができる。また、リチウムイオン二次電池以外の電池が使用されてもよい。

図３および図４に示すように、電池部２０の正極端子２１には、第１のリード線の一例である正極側リード線３１が接続されている。正極側リード線３１が第１のグロメットの一例である正極側リード線用グロメット４１に貫通されており、さらに正極側リード線３１の先端がコネクタ６０の正極端子６１に接続されている。また、電池部２０の負極端子２２には、第２のリード線の一例である負極側リード線３２が接続されている。負極側リード線３２が第２のグロメットの一例である負極側リード線用グロメット４２に貫通されており、さらに負極側リード線３２の先端がコネクタ６０の負極端子６２に接続されている。

正極側リード線用グロメット４１は、例えば、Ｕ字形状を有している。正極側リード線用グロメット４１は、孔部４１Ａを有しており、孔部４１Ａに対して正極側リード線３１が貫通される。防水性を確保するために、正極側リード線３１は、正極側リード線用グロメット４１との間に隙間が生じないように孔部４１Ａに圧入される。正極側リード線用グロメット４１は、ゴム、エラストマー、シリコーン素材等の弾性樹脂により形成されている。

負極側リード線用グロメット４２は、例えば、Ｕ字形状を有している。負極側リード線用グロメット４２は、孔部４２Ａを有しており、孔部４２Ａに対して負極側リード線３２が貫通される。防水性を確保するために、負極側リード線３２は、負極側リード線用グロメット４２との間に隙間が生じないように孔部４２Ａに圧入される。負極側リード線用グロメット４２は、ゴム、エラストマー、シリコーン素材等の弾性樹脂により形成されている。

ケース１１とケース１２との間、および、正極側リード線用グロメット４１と負極側リード線用グロメット４２との間に、適宜な箇所で屈曲された、一続きのＯリング５０が介在している。より具体的には、Ｏリング５０は、後述する突条（突条４１Ｂおよび突条１１５）に沿う位置に介在している。また、Ｏリング５０は、弾性樹脂により形成されている。

コネクタ６０は、外部端子と接触、接続等されることにより、電池部２０の電力を外部に供給するためのコネクタである。

電池パック１の構成について詳細に説明する。図５に示すように、ケース１１の側面部１１１Ａの中央付近からは、外装ケース１０の内部に向かう方向であり、且つ、側面部１１１Ａの延在方向に対して略直交する方向に、壁部１１２が立設している。そして、壁部１１２が下方に向かって屈曲することにより壁部１１３が形成されている。壁部１１３のうち段部１３より下側が、上述した側面部１１１Ｂとして外部に露出している。

側面部１１１Ａと壁部１１３の一部とが対向することにより、対向間隙ＳＰ１が形成されている。対向間隙ＳＰ１が、段部１３を介して外装ケース１０の外部に通じている。

ケース１１の一部を構成する壁部１１２には、第１の切り欠き部の一例であるＵ字形状の切り欠き部１１２Ａが形成されている。切り欠き部１１２Ａに正極側リード線用グロメット４１が挿入される。例えば、切り欠き部１１２Ａの周面に設けられた突起に、正極側リード線用グロメット４１に形成された溝部を挿入することで、正極側リード線用グロメット４１が切り欠き部１１２Ａ内部にガイドされた後、突起により支持される。

ケース１２は、ケース１１と略対称を成す形状を有している。具体的には、図６に示すように、側面部１２１Ａからケース１２の内部に向かって壁部１２２が立設している。壁部１２２が下方に向かって屈曲することにより壁部１２３が形成されている。

側面部１２１Ａと壁部１２３の一部とが対向することにより、対向間隙ＳＰ２が形成されている。対向間隙ＳＰ２が、段部１３を介して外装ケース１０の外部に通じている。

ケース１２の一部を構成する壁部１２２には、第２の切り欠き部の一例であるＵ字形状の切り欠き部１２２Ａが形成されている。切り欠き部１２２Ａは、切り欠き部１１２Ａと略対向する位置に形成されている。切り欠き部１２２Ａに負極側リード線用グロメット４２が挿入される。例えば、切り欠き部１２２Ａの周面に設けられた突起に、負極側リード線用グロメット４２に形成された溝部を挿入することで、負極側リード線用グロメット４２が切り欠き部１２２Ａ内部にガイドされた後、突起により支持される。

なお、図３に示すように、ケース１１およびケース１２の境界が、正極側リード線用グロメット４１および負極側リード線用グロメット４２の境界と略一致するように各構成が配置される。

ケース１１およびケース１２が一体化されることで、対向間隙ＳＰ１および対向間隙ＳＰ２を含む空間（以下、空間ＳＰと適宜、称する）が形成される。図６に示すように、正極側リード線用グロメット４１および負極側リード線用グロメット４２が挿入されていない状態では、切り欠き部１１２Ａおよび切り欠き部１２２Ａが当接することで、空間ＳＰに通じる楕円状の孔部が形成される。

図３に示すように、空間ＳＰ内にコネクタ６０が設けられている。そして、正極側リード線用グロメット４１に貫通された正極側リード線３１がコネクタ６０の正極端子６１に接続される。また、負極側リード線用グロメット４２に貫通された負極側リード線３２がコネクタ６０の負極端子６２に接続される。

次に、電池パック１の異物侵入防止構造、具体的には、電池部２０が収納される空間への水分の侵入を防ぐ防水構造について説明する。図２、図３および図５に示すように、ケース１１の内側端面（内側に位置する矩形状の周縁部の端面）には、第１の突条の一例である突条１１５が形成されている。突条１１５は、ケース１１およびケース１２が係合したときに、Ｏリング５０を押し潰すための突起である。突条１１５は、例えば、ケース１１と一体的に形成される。

なお、電池部２０が収納される空間への水分の侵入を防止できればよいことから、本実施形態では、壁部１１３と対向する位置にある側面部１１１Ａの内側端面には、突条１１５が形成されていない（図３および図５参照）。

ケース１２の内側端面において、突条１１５が形成されたケース１１の内側端面とＯリング５０を介して当接する位置には、溝部１２５が形成されている（図２参照）。溝部１２５にＯリング５０が収納されることでＯリング５０の位置決めがなされる。

かかる構成により、ケース１１およびケース１２が一体化された際に、突条１１５が溝部１２５に収納されたＯリング５０を押し潰すことにより電池パック１の防水性が確保される。ところで、本実施形態のように、複数のグロメットを用いた場合には、グロメット間の隙間から水分が外装ケース１０内部に侵入する虞が生じる。そこで、本実施形態では、ケース１１およびケース１２が一体化された際に、２個のグロメットによってＯリング５０を押し潰す構造とすることにより、グロメット間の隙間から水分が侵入することを防止する。

具体的には、図７に示すように、正極側リード線用グロメット４１の内側端面に第２の突条の一例である突条４１Ｂが形成されている。突条４１Ｂは、例えば、正極側リード線用グロメット４１と一体的に形成される弾性樹脂である。また、正極側リード線用グロメット４１の内側端面と対向する負極側リード線用グロメット４２の内側端面には、溝部４２Ｂが形成されている。溝部４２Ｂには、Ｏリング５０の一部が収納される。そして、切り欠き部１１２Ａに正極側リード線用グロメット４１が挿入され、且つ、切り欠き部１２２Ａに負極側リード線用グロメット４２が挿入された状態でケース１１およびケース１２が一体化されることで、突条４１Ｂによって溝部４２Ｂに収納されたＯリング５０の一部（参照符号５０Ａが付された箇所）が押し潰される。これにより、グロメット間の隙間から水分が侵入することを防止することができる。

なお、Ｏリング５０は、同一平面内に配置されることが好ましい。具体的には、Ｏリング５０が押し潰される方向、換言すれば、ケース１１およびケース１２の係合方向を法線とする同一平面内に配置されることが好ましい。一続きのＯリング５０が異なる平面に配置されるように屈曲されると、屈曲箇所付近の防水構造が不十分となり、外装ケース１０内への水分の侵入の危険性が高まるからである。かかる観点から、溝部４２Ｂおよび溝部１２５は、連続した同一平面内に位置する溝部となるように配置される。

また、突条４１ＢによってＯリング５０を押し潰す必要があることから、突条４１Ｂを含む正極側リード線用グロメット４１の硬度は、Ｏリング５０の硬度よりも大きくされる。例えば、正極側リード線用グロメット４１の硬度としては、ＨＳ（ショア硬さ）５０～６０のものが用いられる。負極側リード線用グロメット４２についても同様の硬度のものが用いられる。

［効果］
以上、説明した本実施形態によれば、例えば、以下の効果を得ることができる。
外装ケース１０だけでなく、正極側リード線用グロメット４１および負極側リード線用グロメット４２によってもＯリング５０を押し潰すようにしているので、グロメットが配置される箇所で防水構造が破綻してしまうことを防止することができる。したがって、内部に複数の配線が配されるケースの機密性を確保することができる。
正極側リード線用グロメット４１および負極側リード線用グロメット４２を避けるように、Ｏリングを異なる平面上に屈曲させる必要がなくなるため防水性を確保することができる。
上述した特許文献１の技術では、１個のグロメットを一方のケースにしか設置できないため、ケースの分割位置を任意に設定することができない。例えば、複数の配線を貫通可能な１個のグロメットを用いるとグロメットが大型化するので、当該グロメットを挿入できるように一方のケースを深底にする必要がある。このため、ケースの分割位置を、深底と浅底のケースになるような位置にしか設定することができず、ケースの構成に制約が生じてしまう。しかしながら、本実施形態によれば、グロメットを２個に分割しているので上述した制約が生じてしまうことを防止することができる。例えば、ケースの分割位置を中央付近に設定することも可能である。かかる場合には、落下時の衝撃が、略均等な大きさの２つのケースによって受け止められるので、衝撃によって一方のケースが破損してしまうことを防止することができる。
また、上述した特許文献１の技術では、グロメットを一方のケースにしか設置できないため、リード線の配置を任意に設定することができず、グロメットを設置できるエリアにしかリード線を配置できなくなってしまう。また、リード線の配置を任意に設定できないので、電力用のリード線のような太いリード線を無理に曲げてリード線を配置した場合に、グロメットの防水構造がリード線の曲げに追従できずに破綻する虞もある。本実施形態によれば、２個のグロメットを用いることで、リード線の配置の自由度を高めることができる。このため、例えば、電池部２０から引き出された正極側リード線３１および負極側リード線３２を曲げることなくそれぞれのグロメットに貫通させることができる。

＜変形例＞
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明の内容は上述した実施形態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。

図８に示すように、Ｏリング５０の一部が負極側リード線用グロメット４２と一体的に構成されていてもよい。例えば、Ｏリング５０の一部が負極側リード線用グロメット４２と同一工程（同一の樹脂成形）で一体的に構成されてもよい。また、Ｏリング５０の一部が負極側リード線用グロメット４２に接着等により一体化されてもよい。また、図９に示すように、Ｏリング５０の一部が、正極側リード線用グロメット４１および負極側リード線用グロメット４２と一体的に構成されていてもよい。すなわち、正極側リード線用グロメット４１、負極側リード線用グロメット４２およびＯリング５０の一部の全てが一体化された部材であってもよい。かかる構成の場合は、図９に示すように、部材の中央付近の仮想的なラインＬＮによって正極側リード線用グロメット４１および負極側リード線用グロメット４２を区分することができる。図８および図９に示した構成によれば、Ｏリング５０の一部を溝部４２Ｂに挿入して位置決めする必要を無くすことができ、工程を簡略化することができる。

上述した一実施形態において、正極側リード線用グロメット４１および負極側リード線用グロメット４２、および、各グロメットが挿入される切り欠き部の形状は、Ｕ字形状に限らず、矩形状、多角形状等、適宜、変更可能である。また、正極側リード線用グロメット４１が負極側リード線を貫通させるためのグロメットであり、負極側リード線用グロメット４２が正極側リード線を貫通させるためのグロメットであってもよい。また、外装ケース１０において切り欠き部１１２Ａおよび切り欠き部１２２Ａが形成される位置は、適宜、変更することができる。また、グロメットの個数は３個以上であってもよく、それに対応して切り欠き部の個数も３個以上であってもよい。また、第１の配線および第２の配線のそれぞれは、複数の配線を含むものであってもよい。

上述した一実施形態において、ケース１１にＯリング５０が収納される溝部が形成され、ケース１２にＯリング５０を押し潰すための突条が形成されていてもよい。また、正極側リード線用グロメット４１に溝部が形成され、負極側リード線用グロメット４２に突条が形成されていてもよい。この場合に、正極側リード線用グロメット４１とＯリング５０の一部とが一体的に構成されていてもよい。

＜応用例＞
本発明にかかる電池パック１は、電動工具、電動車両、各種の電子機器等に搭載又は電力を供給するために使用することができる。

本発明を電動車両用の蓄電システムに適用した例として、図１０に、シリーズハイブリッドシステムを採用したハイブリッド車両（ＨＶ）の構成例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンを動力とする発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。

このハイブリッド車両６００には、エンジン６０１、発電機６０２、電力駆動力変換装置（直流モータ又は交流モータ。以下単に「モータ６０３」という。）、駆動輪６０４ａ、駆動輪６０４ｂ、車輪６０５ａ、車輪６０５ｂ、バッテリ６０８、車両制御装置６０９、各種センサ６１０、充電口６１１が搭載されている。バッテリ６０８としては、本発明の電池パック１が適用され得る。

バッテリ６０８の電力によってモータ６０３が作動し、モータ６０３の回転力が駆動輪６０４ａ、６０４ｂに伝達される。エンジン６０１によって産み出された回転力によって、発電機６０２で生成された電力をバッテリ６０８に蓄積することが可能である。各種センサ６１０は、車両制御装置６０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度を制御したりする。

図示しない制動機構によりハイブリッド車両６００が減速すると、その減速時の抵抗力がモータ６０３に回転力として加わり、この回転力によって生成された回生電力がバッテリ６０８に蓄積される。またバッテリ６０８は、ハイブリッド車両６００の充電口６１１を介して外部の電源に接続されることで充電することが可能である。このようなＨＶ車両を、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ又はＰＨＥＶ）という。

なお、本発明に係る二次電池を小型化された一次電池に応用して、車輪６０４、６０５に内蔵された空気圧センサシステム（TPMS: Tire Pressure Monitoring system）の電源として用いることも可能である。

以上では、シリーズハイブリッド車を例として説明したが、エンジンとモータを併用するパラレル方式、又は、シリーズ方式とパラレル方式を組み合わせたハイブリッド車に対しても本発明は適用可能である。さらに、エンジンを用いない駆動モータのみで走行する電気自動車（ＥＶ又はＢＥＶ）や、燃料電池車（ＦＣＶ）に対しても本発明は適用可能である。また、本発明は、電動自転車に対しても適用可能である。

１・・・電池パック
１０・・・外装ケース
１１・・・（第１の）ケース
１２・・・（第２の）ケース
３１・・・正極側リード線
３２・・・負極側リード線
４１・・・正極側リード線用グロメット
４１Ｂ・・・（第２の）突条
４２・・・負極側リード線用グロメット
５０・・・Ｏリング
１１２Ａ・・・（第１の）切り欠き部
１２２Ａ・・・（第２の）切り欠き部
１１５・・・（第１の）突条

Claims

互いに係合される第１のケースおよび第２のケースを有する外装ケースと、
前記外装ケースの内部から引き出された第１のリード線および第２のリード線と、
前記第１のリード線が貫通される第１のグロメットと、
前記第２のリード線が貫通される第２のグロメットと
を有し、
前記第１のグロメットは、前記第１のケースに形成された第１の切り欠き部に挿入されており、
前記第２のグロメットは、前記第２のケースの前記第１の切り欠き部と略対向する位置に形成された第２の切り欠き部に挿入されており、
前記第１のケースと前記第２のケースとの間、および、前記第１のグロメットと前記第２のグロメットとの間に、一続きのＯリングが介在している
電子機器。
前記第１のケースおよび前記第２のケースの何れか一方が第１の突条を有し、
前記第１の突条に沿う位置に前記Ｏリングが介在している
請求項１に記載の電子機器。
前記第１のグロメットおよび前記第２のグロメットの何れか一方が第２の突条を有し、
前記第２の突条に沿う位置に前記Ｏリングが介在している
請求項２に記載の電子機器。
前記Ｏリングは、同一平面内に配置される
請求項１から３までの何れかに記載の電子機器。
前記第１のグロメット、前記第２のグロメットおよび前記Ｏリングのそれぞれが、弾性樹脂で形成されている
請求項１から４までの何れかに記載の電子機器。
前記第１のグロメットおよび前記第２のグロメットの硬度は、前記Ｏリングの硬度よりも大きくされている
請求項５に記載の電子機器。
前記Ｏリングの一部は、前記第１のグロメットおよび前記第２のグロメットの何れか一方と一体的に構成されている、
請求項１に記載の電子機器。
前記Ｏリングの一部は、前記第１のグロメットおよび前記第２のグロメットと一体的に構成されている
請求項１に記載の電子機器。
互いに係合される第１のケースおよび第２のケースを有する外装ケースと、
前記外装ケース内に収納される電池部と、
前記電池部から引き出された第１のリード線および第２のリード線と、
前記第１のリード線が貫通される第１のグロメットと、
前記第２のリード線が貫通される第２のグロメットと
を有し、
前記第１のグロメットは、前記第１のケースに形成された第１の切り欠き部に挿入されており、
前記第２のグロメットは、前記第２のケースの前記第１の切り欠き部と略対向する位置に形成された第２の切り欠き部に挿入されており、
前記第１のケースと前記第２のケースとの間、および、前記第１のグロメットと前記第２のグロメットとの間に、一続きのＯリングが介在している
電池パック。
請求項９に記載の電池パックを有する電動車両。