JP2017111897A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】電池モジュールから熱容量部材への放熱効率の向上が図られる電池パックを提供する。【解決手段】電池パック１は、筐体２内に電池モジュール３を収容してなる電池パック１であって、筐体２は、電池モジュール３が固定される内壁面６ｂ、及びウエイト部材４が固定される外壁面６ａを備えた側板６を有し、側板６とウエイト部材４との間には、側板６側に向かって凸となる複数の内向き凸部３２、及びウエイト部材４側に向かって凸となる複数の外向き凸部３１の少なくとも一方を有する板状部材２７が配置されている。【選択図】図３

Description

本発明は、電池パックに関する。

電池パックは、特許文献１に示されるように、筐体内に複数の電池モジュールを収容することによって構成されている。かかる電池パックでは、例えば電池モジュールに一対のブラケットが取り付けられ、ブラケットと筐体の壁部とのボルト締結によって電池モジュールが筐体の内壁面に対して固定される。

また、電池パックでは、電池モジュールを構成する電池セルの性能を維持する観点から、電池セルで発生する熱を効率的に放熱することが求められている。例えば特許文献２では、隣接する電池セル間に伝熱プレートを介在させると共に、電池モジュールと筐体との間に熱伝導部材を配置し、電池セルから筐体に至る伝熱経路を形成している。

特開２０１４−１２０３４０号公報 特開２０１４−１９２１２０号公報

上述のような電池パックでは、筐体の外側に熱容量部材が更に取り付けられる場合がある。例えば電池パックがフォークリフトなどの車両に設置される場合、重さを調整するための金属製のウエイト部材が熱容量部材として機能する。このような熱容量部材を取り付けることで、電池パックの放熱性の更なる向上が見込まれる。

しかしながら、熱容量部材を筐体に取り付ける際に、筐体と熱容量部材との間に隙間が生じる場合がある。このような隙間は、例えば筐体及び熱容量部材の面精度のばらつき、筐体形成時（溶接時）或いはブラケット締結時に生じる筐体の歪み（湾曲）に起因する。筐体と熱容量部材との間に隙間が生じると、隙間内の空気層によって断熱効果が生じ、筐体から熱容量部材への伝熱性が十分に確保できなくなるおそれがある。その結果、電池モジュールから熱容量部材への放熱効率が十分に確保できなくなるおそれがある。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、電池モジュールから熱容量部材への放熱効率の向上が図られる電池パックを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る電池パックは、筐体内に電池モジュールを収容してなる電池パックであって、筐体は、電池モジュールが固定される内壁面、及び熱容量部材が固定される外壁面を備えた固定壁部を有し、固定壁部と熱容量部材との間には、固定壁部側に向かって凸となる複数の内向き凸部、及び熱容量部材側に向かって凸となる複数の外向き凸部の少なくとも一方を有する板状部材が配置されている。

この電池パックでは、内向き凸部及び外向き凸部の少なくとも一方を有する板状部材が固定壁部と熱容量部材との間に配置されている。このような板状部材を設けることにより、筐体及び熱容量部材の面精度にばらつきが生じていたり、筐体形成時（溶接時）或いはブラケット締結時に筐体の歪み（湾曲）が生じている場合でも、板状部材を介して熱容量部材と固定壁部との熱的な接続を担保できる。したがって、筐体から熱容量部材への伝熱性を十分に確保でき、電池モジュールから熱容量部材への放熱効率の向上が図られる。

また、板状部材は、内向き凸部及び外向き凸部の双方を有していてもよい。この場合、板状部材を介した熱容量部材と固定壁部との熱的な接続をより確実に担保できる。

また、内向き凸部は、電池モジュールの高さ方向に延在していてもよい。この場合、板状部材と固定壁部とをしっかりと当接させることができる。また、内向き凸部間に電池モジュールの高さ方向に延在する空間が形成されるので、当該空間を冷媒の流路として利用することも可能となる。

また、外向き凸部は、電池モジュールの高さ方向に延在していてもよい。この場合、板状部材と熱容量部材とをしっかりと当接させることができる。また、内向き凸部間に電池モジュールの高さ方向に延在する空間が形成されるので、当該空間を冷媒の流路として利用することも可能となる。

また、内向き凸部間に伝熱部材が充填されていてもよい。この場合、筐体から板状部材への伝熱性が更に高められる。

また、外向き凸部間に伝熱部材が充填されていてもよい。この場合、板状部材から熱容量部材への伝熱性が更に高められる。

また、外向き凸部及び内向き凸部は、電池モジュールを構成する電池セルの配列方向に交互に設けられていてもよい。この場合、板状部材を介した固定壁部から熱容量部材への伝熱の均一化が図られる。

また、板状部材は、締結部材によって電池モジュール及び熱容量部材と共に固定壁部に締結されていてもよい。板状部材を締結部材によって電池モジュール及び熱容量部材と共締めすることで、板状部材が電池モジュール及び熱容量部材にしっかりと当接し、板状部材を介した熱容量部材と固定壁部との熱的な接続をより確実に担保できる。

本発明によれば、電池モジュールから熱容量部材への放熱効率の向上が図られる。

電池パックの一実施形態を示す概略断面図である。 筐体内に収容される電池モジュールの一例を示す概略図である。 図１に示した電池パックの要部拡大断面図である。 変形例に係る電池パックの要部拡大断面図である。 別の変形例に係る電池パックの要部拡大断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、板状部材の変形例を示す斜視図である。 板状部材の別の変形例を示す斜視図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一側面に係る電池パックの好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、電池パックの一実施形態を示す概略断面図である。図１は、電池パックの平面視の断面図である。同図に示すように、電池パック１は、筐体２内に複数の電池モジュール３を収容して構成されている。電池パック１は、例えばフォークリフトなどの産業車両のバッテリーとして構成されている。また、筐体２には、一対のウエイト部材４，４が設けられており、電池パック１は、フォークリフトのカウンタウエイトとしても機能するようになっている。

筐体２は、例えば略直方体の箱状をなしている。筐体２を形成する材料は、例えば鉄などの金属材料である。筐体２は、ベース板５と、ベース板５の各辺に立設された側板６とによって構成された本体部７と、不図示の蓋部とによって形成されている。３辺の側板６は、ベース板５に対して一体的に形成され、残りの１辺の側板６は、側板６，６間に嵌め込まれ、側板６，６及びベース板５に溶接されている。蓋部は、図１における奥行方向手前側に配置され、４辺の側板６によって形成される開口を塞ぐように本体部７に溶接されている。

本実施形態では、互いに対向する一対の側板６，６が電池モジュール３とウエイト部材４とを固定する固定壁部となっている。ウエイト部材４は、側板６の外壁面６ａ側に固定され、電池モジュール３は、側板６の内壁面６ｂ側に固定されている。側板６の所定の位置には、ボルト挿通孔８が設けられている。電池モジュール３及びウエイト部材４の固定構造については後述する。

図２は、電池モジュールの一例を示す概略図である。同図に示すように、電池モジュール３は、電池セル１１を配列してなる配列体１２と、配列体１２に対して電池セルの配列方向に拘束荷重を付加する拘束部材１３とを備えている。配列体１２は、複数（本実施形態では７体）の電池セル１１を含んで構成されている。各電池セル１１は、セルホルダによって保持された状態で配列されていてもよい。また、配列体１２には、弾性体１４と、伝熱プレート１５とがそれぞれ含まれている。

拘束部材１３は、例えば一対のエンドプレート１６，１６と、エンドプレート１６，１６同士を締結する締結部材１７とを備えている。エンドプレート１６は、例えば電池セル１１を配列方向から見た場合の面積よりも大きい面積を有する略矩形の板状をなし、配列体１２の配列方向の両端にそれぞれ配置されている。エンドプレート１６の外面側には、ブラケット１８（図１参照）が固定されている。ブラケット１８は、電池モジュール３を筐体２に取り付けるための部材である。ブラケット１８の脚部には、側板６のボルト挿通孔８に対応するボルト挿通孔１９が設けられている。

締結部材１７は、例えば長尺のボルト２０と、ボルト２０に螺合されるナット２１とによって構成されている。ボルト２０は、例えばエンドプレート１６の外縁部分において、配列体１２の四隅に対応する位置でエンドプレート１６に挿通されている。各ボルト２０の先端にエンドプレート１６の外側からナット２１が螺合されることで、電池セル１１、弾性体１４、及び伝熱プレート１５が挟持されてユニット化されると共に拘束荷重が付加される。

電池セル１１は、例えばリチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。電池セル１１は、例えば略直方体形状をなす中空のケース２２と、ケース２２内に収容された電極組立体（不図示）とを備えている。ケース２２は、例えばアルミニウム等の金属によって形成されている。ケース２２の内部には、例えば有機溶媒系又は非水系の電解液が注入されている。電極組立体は、正極、負極、及び正極と負極との間に配置されたセパレータとによって構成されている。電極組立体では、例えば袋状のセパレータ内に正極が収容されており、正極が収容された袋状のセパレータと負極とが交互に積層されている。

弾性体１４は、電池セル１１に膨張が生じた場合等に、拘束荷重による電池セル１１及びエンドプレート１６の破損を防止する目的で用いられる部材である。弾性体１４は、例えばウレタン製のゴムスポンジによって矩形の板状に形成され、配列方向の一端側の電池セル１１とエンドプレート１６との間に配置されている。弾性体１４の他の形成材料としては、例えばエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム、シリコーンゴム等が挙げられる。また、弾性体１４は、ゴムに限られず、バネ材などであってもよい。

伝熱プレート１５は、電池セル１１で発生した熱を筐体２側に放熱する部材である。伝熱プレート１５は、鉄、アルミニウムなどの伝熱性の比較的高い材料を用いて板状に形成され、各電池セル１１に対してそれぞれ取り付けられている。伝熱プレート１５は、図３に示すように、電池セル１１における配列方向の側面１１ａに当接する当接面（第１面）２３と、電池セル１１における幅方向の側面１１ｂに対向する対向面（第２面）２４とを有している。

当接面２３は、例えば電池セル１１の配列方向の側面１１ａよりも幅寸法が大きい矩形状に形成されている。当接面２３は、両面テープ（不図示）などを用いて電池セル１１の配列方向の側面１１ａに対して固定されている。両面テープとしては、ケース２２と当接面２３との間の電気絶縁性及び伝熱性を確保する観点から、例えばポリプロピレンなどの基材を有するテープを用いることが好適である。

対向面２４は、電池セル１１の幅方向の側面１１ｂと略同寸法の矩形状に形成されている。対向面２４は、当接面２３の幅方向（電池セル１１の幅方向）の両端部において、当接面２３に対して略直角に設けられている。当接面２３が電池セル１１の配列方向の側面１１ａに対して固定された状態において、一方の対向面２４と電池セル１１の幅方向の一方の側面１１ｂとが離間した状態で互いに対向し、他方の対向面２４と電池セル１１の幅方向の他方の側面１１ｂとが離間した状態で互いに対向している。対向面２４のそれぞれは、筐体２の側板６の内壁面６ｂに当接している。対向面２４と側板６の内壁面６ｂとの間には、例えばシリコーンゴムなどの弾性材料によって形成されたシート状のＴＩＭ（Thermal Interface Material）といった伝熱部材が配置されていてもよい。

再び図１を参照し、ウエイト部材４は、電池パック１をカウンタウエイトとして機能させるための重量調整用部材である。また、ウエイト部材４は、電池モジュール３で発生した熱を外部に放熱するための熱容量部材としても機能する。ウエイト部材４を形成する材料は、筐体２と同様に、例えば鉄などの金属材料である。ウエイト部材４は、筐体２の側板６よりも一回り小さい寸法で矩形の板状に形成されている。

ウエイト部材４には、側板６のボルト挿通孔８及びブラケット１８のボルト挿通孔１９に対応するネジ孔２５がウエイト部材４の厚さ方向に貫通するように形成されている。ウエイト部材４は、側板６を挟んで電池モジュール３と対向するように配置され、ボルト（締結部材）２６によって側板６に固定されている。

側板６へのウエイト部材４の固定にあたっては、側板６とウエイト部材４との間に板状部材２７が配置されている。板状部材２７には、ボルト挿通孔８、ボルト挿通孔１９、及びネジ孔２５に対応するボルト挿通孔２８が設けられている。ボルト挿通孔８，１９，２８を通してネジ孔２５にボルト（締結部材）２６が螺合され、ウエイト部材４の外側に突出したボルト２６のネジ部先端にナット２９を螺合されることで、電池モジュール３、ウエイト部材４、及び板状部材２７が側板６に対して共締めされている。

続いて、上述した側板６に対する電池モジュール３及びウエイト部材４の固定構造について更に詳細に説明する。

図３は、当該固定構造を示す電池パックの要部拡大断面図である。この図３は、電池モジュール３及びウエイト部材４の固定領域（図１において一点鎖線で示す領域）における主要部分（電池モジュール３とウエイト部材４とが対向している部分）を拡大して示したものである。図３では、一方の側板６側の固定構造を図示しているが、これに対向する他方の側板６側の固定構造も同様の構成となっている。

同図に示すように、この固定構造では、電池モジュール３及びウエイト部材４を側板６にボルト２６で締結するにあたって、板状部材２７が波板状をなしている。より具体的には、板状部材２７は、例えば厚さ数ｍｍ程度の金属板（例えばアルミ薄板）をプレス成型することによって形成され、電池モジュール３とウエイト部材４とが対向している部分が波板状となっている。板状部材２７が波板状となっていることにより、板状部材２７の外面２７ａ側には、ウエイト部材４側に向かって凸となる複数の外向き凸部３１が形成されている。また、板状部材２７の内面２７ｂ側には、電池モジュール３の固定領域に対応して、側板６側に向かって凸となる複数の内向き凸部３２が形成されている。なお、板状部材２７において、電池モジュール３とウエイト部材４とが対向している部分を除く部分は、平坦状となっている。

本実施形態では、外向き凸部３１及び内向き凸部３２は、一定のピッチをもって交互に配列され、いずれも電池モジュール３の高さ方向（図３における奥行方向）に延在している。外向き凸部３１の頂部３１ａは、いずれもウエイト部材４の一面４ａに当接している。また、隣り合う外向き凸部３１，３１間には、伝熱部材３３が配置されている。伝熱部材３３は、例えば液状のＴＩＭを塗布・硬化させることによって形成され、外向き凸部３１の頂部３１ａと略同一の高さとなるように、隣り合う外向き凸部３１，３１間に充填されている。伝熱部材３３は、銅などの金属材料によって形成されていてもよい。

一方、内向き凸部３２の頂部３２ａは、いずれも側板６の外壁面６ａに当接している。内向き凸部３２のピッチは、例えば伝熱プレート１５の配列ピッチに対応するピッチとなっている。すなわち、隣り合う内向き凸部３２，３２の頂部３２ａ，３２ａ間の間隔は、隣り合う伝熱プレート１５，１５における当接面２３，２３の基端部同士の間隔と等しくなっている。隣り合う内向き凸部３２，３２間には、外向き凸部３１，３１間と同様に、伝熱部材３３が配置されている。伝熱部材３３は、内向き凸部３２の頂部３２ａと略同一の高さとなるように、隣り合う内向き凸部３２，３２間に充填されている。

以上のように、電池パック１では、内向き凸部３２及び外向き凸部３１を有する板状部材２７が側板６とウエイト部材４との間に配置されている。このような板状部材２７を設けることにより、側板６及びウエイト部材４の面精度にばらつきが生じていたり、筐体形成時（溶接時）或いはブラケット締結時に側板６の歪み（湾曲）が生じている場合でも、板状部材２７の内向き凸部３２を側板６の外壁面６ａに当接させると共に、外向き凸部３１をウエイト部材４の一面４ａに当接させることができる。

したがって、電池パック１では、板状部材２７を介してウエイト部材４と側板６との熱的な接続が担保され、側板６からウエイト部材４への伝熱性を十分に確保できる。電池セル１１から伝熱プレート１５及び筐体２を経由してウエイト部材４に至る伝熱経路が十分な伝熱性をもって確立されることで、電池モジュール３からウエイト部材４への放熱効率の向上が図られる。

本実施形態では、アルミ薄板などの金属板をプレス成型することで板状部材２７に波板状の部分を形成し、板状部材２７に外向き凸部３１と内向き凸部３２とが一定のピッチで交互に設けられている。これにより、板状部材２７の波板状の部分に十分な弾性が付与されるため、例えばボルト２６及びナット２９によって側板６に電池モジュール３とウエイト部材４とが締結される際に、板状部材２７の波板状の部分を側板６及びウエイト部材４の形状に追従させることが可能となる。このため、ウエイト部材４と外向き凸部３１との当接、及び側板６と内向き凸部３２との当接をより確実なものとすることができる。

また、本実施形態では、外向き凸部３１と内向き凸部３２とが一定のピッチで交互に設けられており、当該ピッチが伝熱プレート１５の配置ピッチと一致している。これにより、各電池セル１１の熱をウエイト部材４に向けて均一に放熱できる。

また、電池パック１では、板状部材２７の外向き凸部３１及び内向き凸部３２は、電池モジュールの高さ方向に延在している。そして、隣り合う外向き凸部３１，３１間及び隣り合う内向き凸部３２，３２間には、例えば液状のＴＩＭを塗布・硬化させることによって形成した伝熱部材３３が充填されている。したがって、板状部材２７とウエイト部材４との接触面積、及び板状部材２７と側板６との接触面積がそれぞれ拡大され、筐体２からウエイト部材４への伝熱性を一層十分に確保できる。

なお、外向き凸部３１，３１間及び内向き凸部３２，３２には必ずしも伝熱部材３３を配置する必要はない。この場合、外向き凸部３１及び内向き凸部３２は、いずれも電池モジュール３の高さ方向に延在しているため、外向き凸部３１，３１とウエイト部材４との間の空間、及び内向き凸部３２，３２と側板６との間の空間を冷媒等の流路として利用することもできる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、板状部材２７に波板状の部分を形成し、外向き凸部３１及び内向き凸部３２の双方を設けているが、図４に示すように、板状部材２７に外向き凸部３１のみを設けるようにしてもよい。この場合、板状部材２７の外面２７ａ側では外向き凸部３１がウエイト部材４に当接し、内面２７ｂ側では平坦な面が側板６の外壁面６ａに当接する。外向き凸部３１，３１間には、例えば液状のＴＩＭを塗布・乾燥して形成した伝熱部材３３（図３参照）を配置してもよい。

また、図５に示すように、板状部材２７に内向き凸部３２のみを設けるようにしてもよい。この場合、板状部材２７の内面２７ｂ側では内向き凸部３２が側板６の外壁面６ａに当接し、外面２７ａ側では平坦な面がウエイト部材４に当接する。外壁面６ａ側の凹部には、例えば液状のＴＩＭを塗布・乾燥して形成した伝熱部材３３（図３参照）を充填してもよい。

また、図３〜図５の形態では、いずれも板状部材２７に波板状の部分を形成して外向き凸部３１及び内向き凸部３２を形成しているが、図６に示すように、外向き凸部及び内向き凸部を中実に形成してもよい。図６（ａ）に示す板状部材２７Ａのように、外面２７ａ側の中実の外向き凸部４１と内面２７ｂ側の中実の内向き凸部４２とが交互に設けられていてもよく、図６（ｂ）に示す板状部材２７Ｂのように、外面２７ａ側に中実の外向き凸部４１が設けられ、内面２７ｂ側が平坦な面となっていてもよい。また、図６（ｃ）に示す板状部材２７Ｃのように、内面２７ｂ側に中実の内向き凸部４２が設けられ、外面２７ａ側が平坦な面となっていてもよい。

外向き凸部及び内向き凸部は、必ずしも所定の方向に延在していなくてもよい。例えば図７に示す板状部材２７Ｄのように、外向き凸部５１及び内向き凸部５２をそれぞれ略半球状に形成し、マトリクス状に配列してもよい。この場合、板状部材２７Ｄの方向性が無くなるので、板状部材２７Ｄを側板６とウエイト部材４との間に配置する工程を簡便に行うことができる。外向き凸部及び内向き凸部の断面形状は、上記形態に限られず、矩形状、三角形状などの他の形状であってもよい。

１…電池パック、２…筐体、３…電池モジュール、４…ウエイト部材（熱容量部材）、６…側板（固定壁部）、６ａ…外壁面、６ｂ…内壁面、２６…ボルト（締結部材）、２７，２７Ａ〜２７Ｄ…板状部材、…３１，４１，５１…外向き凸部、３２，４２，５２…内向き凸部、３３…伝熱部材。

Claims (8)

1. 筐体内に電池モジュールを収容してなる電池パックであって、
   前記筐体は、前記電池モジュールが固定される内壁面、及び熱容量部材が固定される外壁面を備えた固定壁部を有し、
   前記固定壁部と前記熱容量部材との間には、前記固定壁部側に向かって凸となる複数の内向き凸部、及び前記熱容量部材側に向かって凸となる複数の外向き凸部の少なくとも一方を有する板状部材が配置されている電池パック。
2. 前記板状部材は、前記内向き凸部及び前記外向き凸部の双方を有している請求項１記載の電池パック。
3. 前記内向き凸部は、前記電池モジュールの高さ方向に延在している請求項２記載の電池パック。
4. 前記外向き凸部は、前記電池モジュールの高さ方向に延在している請求項２又は３記載の電池パック。
5. 前記内向き凸部間に伝熱部材が充填されている請求項２〜４のいずれか一項記載の電池パック。
6. 前記外向き凸部間に伝熱部材が充填されている請求項２〜５のいずれか一項記載の電池パック。
7. 前記外向き凸部及び前記内向き凸部は、前記電池モジュールを構成する電池セルの配列方向に交互に設けられている請求項２〜６のいずれか一項記載の電池パック。
8. 前記板状部材は、締結部材によって前記電池モジュール及び前記熱容量部材と共に前記固定壁部に締結されている請求項１〜７のいずれか一項記載の電池パック。

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