JP2014146417A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】伝熱プレートの位置ずれを抑制すること。
【解決手段】電池モジュールは、ホルダ６０に保持された角型電池５１が角型電池５１の厚み方向に複数並設されている。隣り合う角型電池５１の間には、伝熱プレート７０が介装されている。ホルダ６０のホルダ本体６１には、伝熱プレート７０に設けられた凸部７４が嵌合される凹部６７が設けられている。伝熱プレート７０の凸部７４とホルダ６０の凹部６７が係止し合うことで、伝熱プレート７０の位置ずれは抑制されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、並設された複数の電池セルを有する電池モジュールに関する。

伝熱プレートによって電池セルの発する熱を放熱する電池モジュールとしては、例えば、特許文献１に記載のバッテリ組立体が知られている。
特許文献１に記載のバッテリ組立体は、単バッテリが直列状に配置されている。互いに隣接する単バッテリ間には、平面Ｌ字状の伝熱プレートが挟み込まれている。伝熱プレートは、隣接する単バッテリ間に挟持される第1熱交換面部と、単バッテリの端部より外側に位置して単バッテリの一側面に当接する第２熱交換面部とからなる。

特開平８−１４８１８７号公報

ところで、バッテリ組立体に振動が加わると、伝熱プレートに位置ずれが生じるおそれがある。例えば、第２熱交換面部が、単バッテリの一側面から離間する方向に位置ずれし、伝熱プレートが単バッテリ間から脱落してしまうおそれがある。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、伝熱プレートの位置ずれを抑制することができる電池モジュールを提供することにある。

上記課題を解決する電池モジュールは、電池セルと、前記電池セルに並設され、該電池セルと熱的に接合される伝熱プレートと、前記伝熱プレートが嵌合される切り欠きを有するホルダと、を備え、前記伝熱プレートは、縁部に凹部及び凸部の少なくとも一方を有し、前記伝熱プレートの前記凹部及び前記凸部の少なくとも一方は、前記ホルダに設けられる凹部及び凸部の少なくとも一方に嵌合されることを要旨とする。

これによれば、伝熱プレートが位置ずれしようとすると、伝熱プレートに設けられた凹部及び凸部の少なくとも一方がホルダに設けられる凹部及び凸部の少なくとも一方と係止し合うことで、伝熱プレートの位置ずれが抑制される。したがって、伝熱プレートが電池モジュールから脱落しにくく、電池セルの発した熱を好適に放熱することができる。

本発明によれば、伝熱プレートの位置ずれを抑制することができる。

実施形態のフォークリフトを示す概略側面図。 実施形態の電池パックを示す斜視図。 実施形態の電池モジュールを示す斜視図。 実施形態のホルダ、伝熱プレート及びエンドプレートの関係を示す斜視図。 実施携帯の角型電池の断面図。 実施形態の電池モジュールを示す断面図。 （ａ）及び（ｂ）は別例のホルダを示す斜視図。 別例のホルダ及び伝熱プレートを示す斜視図。

以下、電池モジュールをフォークリフトに搭載される電池モジュールに具体化した一実施形態について説明する。以下の説明において「前」「後」「左」「右」「上」「下」は、フォークリフトの運転者がフォークリフトの前方を向いた状態を基準とした場合の「前」「後」「左」「右」「上」「下」を示すものとする。

図１に示すように、フォークリフト１０の車体１１の前下部には駆動輪１２が設けられているとともに、車体１１の後下部には操舵輪１３が設けられている。また、車体１１の前部には、荷役装置が設けられている。荷役装置を構成するマスト１４は、車体１１の前部に立設されているとともに、当該マスト１４にはリフトブラケット１５を介して左右一対のフォーク１６が設けられている。そして、フォーク１６は、マスト１４に連結されたリフトシリンダ１７の駆動により、リフトブラケット１５とともに昇降される。また、フォーク１６は、マスト１４に連結されたティルトシリンダ１８の駆動により、マスト１４とともに傾動される。フォーク１６には、積荷１９が搭載される。車体１１には、駆動輪１２の駆動源となる走行用モータＭ１と、フォーク１６の駆動源となる荷役用モータＭ２が搭載されている。

また、車体１１の中央には、運転室２０が設けられている。運転室２０には、作業者（運転者）が着座可能な運転シート２１が設けられている。運転シート２１の前方にはハンドル２２が設けられている。運転室２０の下部には、電池パック３０が搭載されている。以下、電池パック３０について詳細に説明を行う。

図２に示すように、電池パック３０は、ケースＣに収容されている。ケースＣは、フォーク１６に搭載される積荷１９とつりあいをとるためのカウンタウェイト３１を備えている。カウンタウェイト３１は、直方体状をなすウェイト部３２と、ウェイト部３２の短手方向一端３２ａからウェイト部３２の厚み方向に立設されるとともに、ウェイト部３２の長手方向一端３２ｃから長手方向他端３２ｄに亘って延びる矩形板状のウェイト本体３３とからなる。換言すれば、ウェイト部３２は、ウェイト本体３３の基端からウェイト本体３３の厚み方向に立設されている。ウェイト本体３３の先端（ウェイト本体３３の基端とは反対側の端部）には、ウェイト本体３３を該ウェイト本体３３の厚み方向に切り欠いた切欠部３４が形成されている。

ウェイト部３２の短手方向他端３２ｂには、ウェイト本体３３から離間して設けられる逆Ｕ字状のフレーム４１がウェイト部３２から立設されている。フレーム４１は、ウェイト部３２の上面における短手方向他端３２ｂの縁部の２つの角部から立設された第１の柱部４２及び第２の柱部４３と、第１の柱部４２及び第２の柱部４３の上端部（ウェイト部３２と接合される端部と反対側の端部）を繋ぐ基部４４と、からなる。つまり、ケースＣは、ウェイト部３２の短手方向他端３２ｂ側に、ウェイト部３２とフレーム４１によって囲まれた正面開口部３０ａを有する。なお、ケースＣにおいて、この正面開口部３０ａは、矩形板状をなす蓋部材４５によって閉塞されている。

各柱部４２，４３の立設方向への長さ（各柱部４２，４３の長手方向の長さ）は、ウェイト部３２の上面から、ウェイト本体３３の先端面までの最短の長さと同一となっており、フレーム４１の上面とウェイト本体３３の上面には、天板４６が支持されている。この天板４６によって、ウェイト本体３３とフレーム４１との間の開口部（図示せず）が閉塞されている。更に、ケースＣは、ウェイト部３２の長手方向一端３２ｃ側に、ウェイト本体３３と、ウェイト部３２と、第１の柱部４２と、天板４６によって囲まれた一端側開口部３０ｂを有する。また、ケースＣは、ウェイト部３２の長手方向他端３２ｄ側に、ウェイト本体３３と、ウェイト部３２と、第２の柱部４３と、天板４６によって囲まれた他端側開口部３０ｃを有する。なお、一端側開口部３０ｂは、一端側蓋部材４７によって閉塞され、他端側開口部３０ｃは、他端側蓋部材４８によって閉塞されている。そして、カウンタウェイト３１、フレーム４１、天板４６及びそれぞれの蓋部材４５，４７，４８でケースＣが形成されている。

ウェイト本体３３の厚み方向の一面（ケースＣの内面）は電池モジュール５０が設置される設置面３３ａとされている。設置面３３ａには、複数の電池モジュール５０が並設されている。本実施形態では、ウェイト本体３３の短手方向に電池モジュール５０が３個並べられた電池列が、ウェイト本体３３の長手方向に２組設けられている。

切欠部３４の上面には、矩形平板状をなす載置板３５が固定されている。載置板３５上には、電池モジュール５０の制御を行う制御機器が収容される収容ケース３６及びリレーや配線などが収容されるジャンクションボックス３７が配設されている。

図３及び図４に示すように、電池モジュール５０は、ホルダ６０に保持された電池セルとしての角型電池５１が角型電池５１の厚み方向に複数並設されている。隣り合う角型電池５１の間には、伝熱プレート７０が介装されている。電池モジュール５０において、角型電池５１の並設方向における両端には、エンドプレート８１，８２が設けられている。電池モジュール５０は、エンドプレート８１に挿通されるボルトＢ１が、各ホルダ６０を挿通するとともに、エンドプレート８２を挿通した後にナットＮに螺合されることで組み付けられている。これにより角型電池５１は、両エンドプレート８１，８２によって角型電池５１の並設方向から挟持されている。角型電池５１及び伝熱プレート７０は、エンドプレート８１，８２によって、角型電池５１の並設方向から加圧されている。したがって、エンドプレート８１，８２、ボルトＢ１及びナットＮが加圧部材として機能している。

図４に示すように、ホルダ６０は、四角筒状をなすホルダ本体６１と、ホルダ本体６１の外面の４隅から突出する直方体状の脚部６２とを有している。具体的にいえば、ホルダ本体６１は、矩形平板状の第１の被覆部６３と、第１の被覆部６３の長手方向第１端部６３ａから第１の被覆部６３の厚み方向に延設された矩形平板状の第２の被覆部６４とを有している。第２の被覆部６４は、第１の被覆部６３の短手方向の一端６３ｃから他端６３ｄ（後述する第４の被覆部６６と対向する側の端部）にかけて延設されている。また、第１の被覆部６３の長手方向第２端部６３ｂには、第１の被覆部６３の厚み方向に延設された矩形平板状の第３の被覆部６５が設けられている。第３の被覆部６５の短手方向の寸法は、第２の被覆部６４の短手方向の寸法よりも短くなっており、第１の被覆部６３の短手方向の一端６３ｃから他端６３ｄに向けて延びるが、他端６３ｄまでは延設されない。

第２の被覆部６４及び第３の被覆部６５の第１の被覆部６３が設けられる端部と反対側の長手方向第１端部６４ａ，６５ａには、被覆部６４の短手方向第１端部６４ｂから被覆部６５の短手方向第１端部６５ｂにかけて延設する第４の被覆部６６が設けられている。第４の被覆部６６は、板状をなしており、厚み方向が第２の被覆部６４の短手方向及び第３の被覆部６５の短手方向と同一方向となる。また、第４の被覆部６６の延設方向（第２の被覆部６４と第３の被覆部６５との対向方向）を長手方向とし、長手方向及び厚み方向に直交する方向を短手方向とする。第４の被覆部６６の短手方向第１端部６６ａ（第１の被覆部６３と対向する側の端部）には、第４の被覆部６６の短手方向に凹む凹部６７が設けられている。角型電池５１は、各被覆部６３〜６６に被覆されることで、ホルダ６０に固定される。

また、各被覆部６３〜６６に囲まれる領域は、伝熱プレート７０が嵌合される嵌合部６９となっている。嵌合部６９には、角型電池５１と隣り合って伝熱プレート７０が嵌合される。

脚部６２は、第２の被覆部６４及び第３の被覆部６５の長手方向両端からそれぞれの被覆部６４，６５の長手方向に突出している。脚部６２には、ボルトＢ１が挿通される挿通孔６２ａが第１の被覆部６３の短手方向の一端６３ｃから他端６３ｄに向かう方向に貫通して設けられている。そして、この挿通孔６２ａにボルトＢ１が挿通されることで、隣り合うホルダ６０同士は、ボルトＢ１の軸方向に並んで設けられる。

図５に示すように、角型電池５１は、収容ケース５２に電極組立体５３が収容されている。収容ケース５２は、電極組立体５３を収容する有底矩形箱状の本体部５４と、本体部５４の開口部を閉塞する矩形板状の蓋部５５とから構成されている。蓋部５５には、正極端子５６及び負極端子５７が設けられている。電極組立体５３は、複数の電極５３ａを積層してなる。電極５３ａには、活物質５３ｂが設けられている。正極端子５６及び負極端子５７は、導電性材料からなる正極導電部材５６ａ及び負極導電部材５７ａを介して電極組立体５３に電気的に接続されている。正極導電部材５６ａ及び負極導電部材５７ａは、活物質５３ｂと、蓋部５５（端子が設けられる壁部）との間の領域Ａに設けられている。角型電池５１は、ホルダ６０に保持されると、凹部６７と領域Ａが対向する。

図４に示すように、伝熱プレート７０は、角型電池５１間に設けられる吸熱部７１と、吸熱部７１から角型電池５１の並設方向に延びる放熱部７２とを有している。吸熱部７１は、矩形平板状をなす本体７３と、本体７３の短手方向第１端部７３ａ（縁部）から本体７３の短手方向に向けて突出する凸部７４とからなる。放熱部７２は、矩形板状をなしており、本体７３の長手方向第１端部７３ｂから、本体７３の厚み方向に向けて延びている。伝熱プレート７０の放熱部７２は、ホルダ６０の第２の被覆部６４を被覆する。これにより、電池モジュール５０は、ホルダ６０における第２の被覆部６４側に、放熱部７２が露出している。凸部７４は、凹部６７に嵌合する。凸部７４は、電極組立体５３と、蓋部５５（角型電池５１における端子が設けられる壁部）との間の領域Ａに対向するように設けられている。

なお、本実施形態において、ホルダ６０の嵌合部６９は、切り欠きとなる。「切り欠き」とは、ホルダ６０における角型電池５１又はエンドプレート８１，８２と対向する方向及び該対向する方向以外の方向に開口する孔を指し、嵌合部６９に伝熱プレート７０を嵌合した状態で電池モジュール５０を構成したとき、放熱部７２における角型電池５１又はエンドプレート８１，８２と対向する面以外の面である周縁端面のうちの一部がホルダ６０と対向しない状態となる孔である。つまり、嵌合部６９に伝熱プレート７０を嵌合した状態で電池モジュール５０を構成したとき、周縁端面のホルダ６０と対向しない部分から伝熱プレート７０を角型電池５１の並設方向と交わる方向にスライド可能となる孔のことをいう。本実施形態では、第２の被覆部６４は、第１の被覆部６３の短手方向の一端６３ｃから他端６３ｄにかけて延設されているのに対し、第３の被覆部６５は、第１の被覆部６３の短手方向の一端６３ｃから他端６３ｄに向けて延びるが、他端６３ｄまでは延設されていない。このため、伝熱プレート７０に凸部７４が設けられていない場合には、伝熱プレート７０を第３の被覆部６５側にスライドさせることができる。

エンドプレート８１，８２は、矩形平板状をなす基部８３と、基部８３の四隅から突出する矩形平板状の突出部８４とからなる。突出部８４には、ボルトＢ１が挿通される挿通孔８４ａが突出部８４の厚み方向に貫通して設けられている。

図６に示すように、電池モジュール５０は、両エンドプレート８１，８２に固定されたブラケット８５を挿通したボルトＢ２がウェイト本体３３に螺合されることで、ウェイト本体３３に固定されている。これにより、ウェイト本体３３の設置面３３ａと、放熱部７２が接している。

次に、電池モジュール５０の作用について説明する。
フォークリフト１０が走行すると、電池モジュール５０に振動が加わる。伝熱プレート７０の本体７３の短手方向の面は、被覆部６３，６６によって覆われており、本体７３の長手方向第１端部７３ｂとは反対側の端部における本体７３の長手方向の面は、第２の被覆部６４によって覆われている。一方、本体７３の長手方向第１端部７３ａにおける本体７３の長手方向の面については、ホルダ６０の第３の被覆部６５によって覆われていない。このため、伝熱プレート７０に凸部７４が設けられていない場合、本体７３の長手方向第１端部７３ｂ側に伝熱プレート７０が位置ずれしようとする。

本実施形態の電池モジュール５０においては、伝熱プレート７０に設けられた凸部７４が、ホルダ６０に設けられた凹部６７に嵌合している。このため、伝熱プレート７０が、本体７３の長手方向に位置ずれしようとしても、凸部７４が凹部６７と係止し合い、その移動が規制されている。なお、本実施形態においては、ウェイト本体３３と本体７３の長手方向第１端部７３ａにおける本体７３の長手方向の面及び放熱部７２とが接合されることで、ウェイト本体３３により伝熱プレート７０の移動が規制されている。しかしながら、凸部７４及び凹部６７が設けられない場合に、伝熱プレート７０が本体７３の長手方向に位置ずれしようとした結果、伝熱プレート７０がウェイト本体３３を押圧して、電池モジュール５０がウェイト本体３３から離間してしまうおそれがある。伝熱プレート７０の位置ずれを抑制することで、電池モジュール５０が、ウェイト本体３３から離間することを抑制することができる。

また、角型電池５１の充電時には、電極（電極組立体５３）に電子が供給されることで、電極組立体５３が膨張する。角型電池５１の充電が繰り返されると、電極組立体５３の膨張が繰り返される。この結果、電極同士の間隔が大きくなってしまったり、電極が歪むことで角型電池５１の抵抗値が大きくなる。抵抗値が大きくなると、ジュール損が増大する。このため、伝熱プレート７０により、電極組立体５３を加圧することで、電極が歪むことを抑制している。

本実施形態では、凹部６７が領域Ａに対向するように設けられ、これにより凸部７４は領域Ａに対向する。領域Ａには、正極導電部材５６ａ及び負極導電部材５７ａが設けられているものの、これらの導電部材５６ａ，５７ａと収容ケース５２との間には空間が確保されているため、これらは加圧による影響を受けにくい。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）複数のホルダ６０は、脚部６２に設けられた挿通孔６２ａによって互いに位置決めされる。また、ホルダ６０には、伝熱プレート７０の凸部７４が嵌合される凹部６７が設けられている。そして、この凸部７４を凹部６７に嵌合することで、凸部７４と凹部６７が係止し合い、伝熱プレート７０の位置ずれが抑制されている。このため、伝熱プレート７０が、電池モジュール５０から脱落することが抑制され、角型電池５１の発する熱を好適に放熱することができる。

（２）ホルダ６０は、各被覆部６３〜６６によって角型電池５１を固定できるように構成されている。このため、角型電池５１をホルダ６０に保持させた状態で並設することができる。このため、ホルダ６０の位置決めと同時に角型電池５１の位置決めも行うことができる。

（３）伝熱プレート７０は、角型電池５１に挟まれる吸熱部７１と、吸熱部７１の端部から延設される放熱部７２を有している。吸熱部７１が角型電池５１から吸収した熱は、放熱部７２によって放熱されるため、角型電池５１を効率よく冷却することができる。特に、本実施形態では、放熱部７２は、ウェイト本体３３に接合されているため、放熱部７２を介してウェイト本体３３に放熱を行うことができ、より効率的に角型電池５１を冷却することができる。

（４）凹部６７は、領域Ａと対向する部分に設けられている。このため、凸部７４が領域Ａと対向して設けられる。領域Ａには、正極導電部材５６ａ及び負極導電部材５７ａが設けられているものの、これらは加圧による影響を受けにくい。このため、角型電池５１の電極（電極組立体５３）を好適に加圧することができる。

なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。
○ 図７に示すように、実施形態において、ホルダ６０には、互いに嵌合しあう嵌合凸部と嵌合凹部が設けられていてもよい。ホルダ６０の第４の被覆部６６の短手方向第２端部６６ｂには、四角柱状の柱部材９０が、柱部材９０の軸方向が第４の被覆部６６の厚み方向と同一方向となるように設けられている。柱部材９０の軸方向第１端部９０ａには、柱部材９０の軸方向に向けて突出する円筒状の嵌合凸部９１が設けられている。柱部材９０の軸方向第２端部９０ｂには、柱部材９０の軸方向に凹む円形状の嵌合凹部９２が設けられている。ホルダ６０を並設すると、隣り合うホルダ６０の嵌合凸部９１は、嵌合凹部９２に挿入されて、これによるホルダ６０が位置決めされる。

○ 図８に示すように、伝熱プレート７０に凹部７５を設けて、ホルダ６０に凹部７５に嵌合する凸部６８を設けてもよい。また、伝熱プレート７０及びホルダ６０のそれぞれに、凸部及び凹部の両方を設けてもよい。

○ 実施形態において、伝熱プレート７０の本体７３に、本体７３の厚み方向に突出する突起を設け、ホルダ６０に突起が挿入される挿入部を設けてもよい。
○ 実施形態において、ホルダは、ホルダ本体６１で角型電池５１を保持できるものでなくてもよい。例えば、ホルダとして、板状の板部材を用い（例えば、実施形態中のエンドプレート８１，８２の形状）角型電池５１を２つの板部材で挟持することで、角型電池５１を保持してもよい。この場合、例えば、板部材には、ボルトＢ１が挿通される挿通孔が設けられ、ボルトＢ１によって２つの板部材の間隔が調整されることで、角型電池５１が保持される。板部材には、板部材の厚み方向に突出する突起が設けられ、この突起が、伝熱プレート７０に設けられた貫通孔に挿入されることで、伝熱プレート７０の移動が規制される。

○ 実施形態において、伝熱プレート７０及び角型電池５１は、加圧されていなくてもよい。
○ 実施形態において、放熱部７２は、カウンタウェイトに当接させなくてもよい。

○ 実施形態において、電池セルとして、ラミネート型の電池や、円筒形電池を用いてもよい。この場合、電池セルの形状に合わせてホルダ６０の形状も変更する。

５０…電池モジュール、５１…角型電池、５３…電極組立体、５４…本体部、５５…蓋部、５６…正極端子、５７…負極端子、６０…ホルダ、６２ａ…挿通孔、６７…凹部、６８…凸部、７０…伝熱プレート、７１…吸熱部、７２…放熱部、８１，８２…エンドプレート、９１…嵌合凸部、９２…嵌合凹部。

上記課題を解決する電池モジュールは、複数並設された電池セルと、隣り合う前記電池セルの間に介装され、該電池セルと熱的に接合される伝熱プレートと、前記伝熱プレートが嵌合される切り欠きを有するホルダと、を備え、前記電池セル及び前記伝熱プレートは、前記電池セルの並設方向から加圧され、前記伝熱プレートは、縁部に凹部及び凸部の少なくとも一方を有し、前記伝熱プレートの前記凹部及び前記凸部の少なくとも一方が前記ホルダに設けられる凹部及び凸部の少なくとも一方に嵌合されることにより、前記電池セルの並設方向と交わる方向における前記伝熱プレートのスライド移動が規制されていることを要旨とする。

Claims (1)

1. 電池セルと、
   前記電池セルに並設され、該電池セルと熱的に接合される伝熱プレートと、
   前記伝熱プレートが嵌合される切り欠きを有するホルダと、を備え、
   前記伝熱プレートは、縁部に凹部及び凸部の少なくとも一方を有し、
   前記伝熱プレートの前記凹部及び前記凸部の少なくとも一方は、前記ホルダに設けられる凹部及び凸部の少なくとも一方に嵌合されることを特徴とする電池モジュール。