JP5974721B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、二次電池と、二次電池を制御する制御機器と、二次電池と熱的に結合され、二次電池が発した熱を吸収する吸熱部と、を備えた電池パックに関する。

この種の電池パックとしては、例えば、特許文献１に記載の蓄電システムが挙げられる。
図５に示すように、特許文献１に記載の蓄電システム１００は、平面視矩形状をなす基台１０１を有している。基台１０１上には、電池モジュール１０２（二次電池）が設置されている。基台１０１の四隅には、柱体１０３が立設されている。そして、基台１０１の上側には、基台１０１と平行な板状の棚１０４が４つの柱体１０３に支持されて設けられている。棚１０４上には、直流電力と交流電力とを互いに変換するパワーコンディショナ１０５及び電池モジュール１０２の制御を行う制御部１０６（制御機器）が設置されている。そして、このように構成された蓄電システムでは、制御部１０６及び電池モジュール１０２が発熱すると、基台１０１、柱体１０３及び棚１０４が吸熱部材として機能して、制御部１０６及び電池モジュール１０２が発した熱を吸収する。

特開２０１２−９３０９号公報

ところで、制御部１０６が発した熱は、棚１０４→柱体１０３→基台１０１と伝わる。このため、制御部１０６の発熱によって吸熱部材が制御部１０６の熱を吸収してしまい、電池モジュール１０２を効率よく冷却できないおそれがある。

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、二次電池を効率よく冷却することができる電池パックを提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、二次電池と、前記二次電池を制御する制御機器と、少なくとも前記二次電池と熱的に結合され、前記二次電池が発した熱を吸収するカウンタウェイトと、を備え、前記制御機器と前記カウンタウェイトとの間に断熱材が設けられており、前記断熱材は前記カウンタウェイトに固定されており、前記カウンタウェイトは、冷媒を循環させて熱交換を行う熱交換器に熱結合される構成を有していないことを要旨とする。

これによれば、制御機器が熱を発しても、制御機器で発した熱が断熱材で断熱されて、吸熱部に伝わらない。このため、吸熱部の温度が、制御機器の発した熱を吸収することを抑えることができる。したがって、吸熱部が過熱状態になることが抑制され、二次電池を効率よく冷却することができる。

また、前記制御機器は、収容ケースに収容されるとともに、前記収容ケースは、前記カウンタウェイトと接する部分が断熱材で形成されていてもよい。
これによれば、制御機器が発した熱を、収容ケースの吸熱部と接していない部分から放熱することができる。
また、前記カウンタウェイトは、少なくとも一部が前記二次電池より前記制御機器側に設けられ、前記制御機器と、前記制御機器側に設けられる前記カウンタウェイトとの間に前記断熱材が設けられていてもよい。
また、前記カウンタウェイトは、少なくとも一部が前記二次電池より鉛直方向上側に設けられ、前記制御機器と、前記二次電池より鉛直方向上側に設けられる前記カウンタウェイトとの間に前記断熱材が設けられていてもよい。
また、前記制御機器と前記カウンタウェイトとは、前記断熱材で断熱されることにより熱結合していなくてもよい。
また、前記制御機器と前記二次電池とは離間して配置され、前記制御機器と前記二次電池とは、前記断熱材で断熱されることにより熱結合していなくてもよい。

本発明によれば、二次電池を効率よく冷却することができる。

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。 実施形態の電池パックを示す正面図。 実施形態の電池パックを示す図２の１−１線断面図。 従来技術の蓄電システムを示す斜視図。

以下本発明の電池パックをフォークリフトに搭載される電池パックに具体化した一実施形態について、図１〜図４に従って説明する。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、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矩形状のカウンタウェイト３１を備える。カウンタウェイト３１の短手方向一端には、カウンタウェイト３１の厚み方向に切り欠いた切欠部３２が形成されている。

カウンタウェイト３１の短手方向一端面には、矩形平板状をなす天板３７が固定されている。天板３７において、カウンタウェイト３１が固定される面と同一の面には、カウンタウェイト３１の厚み方向に離間して設けられる柱状のフレーム３３が固定されている。フレーム３３は、天板３７に固定される基部３４と、基部３４の両端から垂直に折り曲げられた第１の折り曲げ部３５及び第２の折り曲げ部３６とから構成されている。各折り曲げ部３５，３６の長さは、カウンタウェイト３１の短手方向の長さと同一の長さとなっている。また、基部３４の長さは、カウンタウェイト３１の長手方向の長さと同一の長さとなっている。

切欠部３２には、矩形平板状をなす載置板３８が固定されている。載置板３８は、断熱材（例えば、シリコン系やアルミナなど熱伝導率の低い部材）から形成されている。カウンタウェイト３１の外面（カウンタウェイト３１において、切欠部３２が形成された面と反対側の面）には、電池パック３０の重量を増加させるための追加ウェイト３９が固定されている。

カウンタウェイト３１の長手方向一面及び第１の折り曲げ部３５には、カウンタウェイト３１の長手方向一面と、第１の折り曲げ部３５との間に延びる板状の蓋部材４１が設けられている。同様に、カウンタウェイト３１の長手方向他面及び第２の折り曲げ部３６には、カウンタウェイト３１の長手方向他面と、第２の折り曲げ部３６との間に延びる板状の蓋部材４２が固定されている。更に、第１の折り曲げ部３５及び第２の折り曲げ部３６には、第１の折り曲げ部３５と、第２の折り曲げ部３６との間に延びる板状の蓋部材４３が固定されている。

図３に示すように、カウンタウェイト３１には、電池モジュール５０が設けられている。電池モジュール５０は、二次電池（例えば、リチウムイオン二次電池や、ニッケル・水素蓄電池）としての角型電池５１と、角型電池５１と熱的に接合される伝熱プレート５２と、を交互に並設して構成されている。伝熱プレート５２は、角型電池５１に隣り合うように設けられており、伝熱プレート５２は、厚み方向の全面が、角型電池５１の厚み方向の側面と接している。また、伝熱プレート５２は、その幅方向（伝熱プレート５２の厚み方向及び高さ方向に直交する方向）一面がカウンタウェイト３１に接している。電池モジュール５０において、角型電池５１の並設方向両端に位置する角型電池５１には、ブラケット５３が固定されている。そして、ブラケット５３を介してボルトＢをカウンタウェイト３１に螺合することで、電池モジュール５０はカウンタウェイト３１に固定されている。角型電池５１の幅方向（角型電池５１の厚み方向及び高さ方向に直交する方向）一面及び伝熱プレート５２の幅方向一面は、カウンタウェイト３１に接している。すなわち、角型電池５１は、カウンタウェイト３１に熱的に結合されている。

本実施形態において、カウンタウェイト３１、天板３７、フレーム３３、追加ウェイト３９及び蓋部材４１〜４３は、例えば、鉄などの金属材料から形成されている。角型電池５１が発熱すると、カウンタウェイト３１を介して、これらの部材に熱が伝わり、吸収される。したがって、本実施形態において、カウンタウェイト３１、天板３７、フレーム３３、追加ウェイト３９及び蓋部材４１〜４３が吸熱部として機能している。

図１及び図４に示すように、断熱材で形成された載置板３８上には、電池モジュール５０の制御を行う制御機器６５が収容される収容ケース６１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６６が配設されている。

図４に示すように、収容ケース６１は、矩形平板状をなす底板６２と、底板６２の４辺から立設された側壁６３と、底板６２と対向する天板６４と、から構成されている。収容ケース６１の各側壁６３は、カウンタウェイト３１及び蓋部材４１〜４３に接していない。同様に、収容ケース６１の天板６４は、天板３７と接していない。したがって、収容ケース６１は、載置板３８のみと接しており、カウンタウェイト３１、天板３７、フレーム３３、追加ウェイト３９及び蓋部材４１〜４３（吸熱部）とは接していない。

収容ケース６１の内部には、電池モジュール５０の制御を行う制御機器６５が収容されている。制御機器６５は、例えば、角型電池５１の電圧の高さや、電流の大きさを制御する電池ＥＣＵや、角型電池５１から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータなどである。本実施形態では、制御機器６５と吸熱部の間には、断熱材で形成された載置板３８が介在されている。

次に、本実施形態の電池パック３０の作用について説明する。
フォークリフト１０を走行させたり、フォーク１６を上下動させたりするときには、各電池モジュール５０（各角型電池５１）が放電を行うことで、走行用モータＭ１及び荷役用モータＭ２が駆動される。

角型電池５１が放電を行うと、角型電池５１は発熱（内部抵抗によるジュール熱）し、この熱は、伝熱プレート５２を介してカウンタウェイト３１に伝わる。また、カウンタウェイト３１に接する角型電池５１の幅方向一面からもカウンタウェイト３１に熱が伝わる。

角型電池５１が放電を行うとき（充電されるとき）には、角型電池５１の制御を行う制御機器６５も発熱する。制御機器６５が発した熱は、収容ケース６１を介して放熱される。収容ケース６１は、断熱材で形成された載置板３８のみとしか接していないため、収容ケース６１で発した熱は、載置板３８によって断熱されて、カウンタウェイト３１、天板３７、フレーム３３、追加ウェイト３９及び蓋部材４１〜４３（吸熱部）に伝わらない。

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）制御機器６５と、吸熱部（カウンタウェイト３１、天板３７、フレーム３３、追加ウェイト３９及び蓋部材４１〜４３）との間に、断熱材で形成された載置板３８を設けた。このため、制御機器６５が熱を発しても、制御機器６５で発した熱が断熱材（載置板３８）で断熱されて、吸熱部に伝わらず、制御機器６５の発した熱によって、吸熱部の温度が上昇することを抑えることができる。したがって、吸熱部が過熱状態になることが抑制され、角型電池５１を効率よく冷却することができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、載置板３８を断熱材で形成したが、これに限られない。例えば、載置板３８を、鉄などで形成し、吸熱部として機能させ、収容ケース６１の底板６２を断熱材で形成してもよい。すなわち、収容ケース６１において、吸熱部と接する部分を断熱材によって形成してもよい。側壁６３及び天板６４は、断熱材以外の部材（例えば、鉄などの金属材料）などから形成されており、側壁６３及び天板６４を介して、制御機器６５が発した熱を放熱することができる。これによれば、制御機器６５が発した熱を、収容ケース６１の吸熱部と接していない部分から放熱することができる。

○ 実施形態において、二次電池として、円筒型電池や、ラミネート型の電池を採用してもよい。
○ 実施形態において、追加ウェイト３９を設けなくてもよい。また、追加ウェイト３９の数を増やしてもよい。

○ 実施形態において、カウンタウェイト３１の形状は、どのような形状であってもよい。
○ 本発明の電池パックをフォークリフトに搭載される電池パック以外に具体化してもよい。例えば、電気自動車や、ハイブリッド自動車に搭載される電池パックなどに具体化してもよい。

３０…電池パック、３１…吸熱部としてのカウンタウェイト、３３…吸熱部としてのフレーム、３７…吸熱部としての天板、３８…載置板、３９…吸熱部としての追加ウェイト、４１〜４３…吸熱部としての蓋部材、５１…二次電池としての角型電池、６１…収容ケース、６５…制御機器。

Claims (6)

1. 二次電池と、
   前記二次電池を制御する制御機器と、
   少なくとも前記二次電池と熱的に結合され、前記二次電池が発した熱を吸収するカウンタウェイトと、を備え、
   前記制御機器と前記カウンタウェイトとの間に断熱材が設けられており、
   前記断熱材は前記カウンタウェイトに固定されており、
   前記カウンタウェイトは、冷媒を循環させて熱交換を行う熱交換器に熱結合される構成を有していないことを特徴とする電池パック。
2. 前記制御機器は、収容ケースに収容されるとともに、前記収容ケースは、前記カウンタウェイトと接する部分が断熱材で形成されることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記カウンタウェイトは、少なくとも一部が前記二次電池より前記制御機器側に設けられ、
   前記制御機器と、前記制御機器側に設けられる前記カウンタウェイトとの間に前記断熱材が設けられている請求項１又は請求項２に記載の電池パック。
4. 前記カウンタウェイトは、少なくとも一部が前記二次電池より鉛直方向上側に設けられ、前記制御機器と、前記二次電池より鉛直方向上側に設けられる前記カウンタウェイトとの間に前記断熱材が設けられている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の電池パック。
5. 前記制御機器と前記カウンタウェイトとは、前記断熱材で断熱されることにより熱結合していない請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の電池パック。
6. 前記制御機器と前記二次電池とは離間して配置され、前記制御機器と前記二次電池とは、前記断熱材で断熱されることにより熱結合していない請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の電池パック。