JP6011281B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、鉛直方向に延びる壁部材に電池モジュールを設置した電池パックに関する。

鉛直方向に延びる部材に電池モジュールを設置した電池パックとしては、例えば、特許文献１に記載の二次電池装置が挙げられる。特許文献１に記載の二次電池装置は、複数の電池積層アッセンブリを備えている。電池積層アッセンブリは、床板と、床板から立設され、鉛直方向に延びる背面板とを備えている。背面板には、電池モジュールが設置されている。

特開２０１１−５４３５３号公報

ところで、鉛直方向に延びる部材に電池モジュールを設置すると、電池モジュールは、重力の影響によって鉛直方向下方に傾くおそれがある。電池モジュールが、鉛直方向下方に傾くと、その一部が背面板から離れ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、鉛直方向に延びる部材に設置された電池モジュールの鉛直方向下方への傾きを抑制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電池パックは、鉛直方向に延びる壁部材と、前記壁部材に設置される電池モジュールと、前記電池モジュールと前記壁部材との間に設けられる弾性部材と、前記弾性部材における前記電池モジュールと前記壁部材との間に挟まれる介在部とを備え、前記介在部は、前記電池モジュールを前記壁部材に設置する前において、前記介在部を鉛直方向の中心で二分割したときの鉛直方向下部の体積が鉛直方向上部の体積よりも大きく、前記電池モジュールを前記壁部材に設置した後において、前記電池モジュールからの圧力によって、厚み方向に潰された状態で前記電池モジュールと前記壁部材との間に保持されていることを要旨とする。

これによれば、弾性部材を介して壁部材に設置された電池モジュールが鉛直方向下方に傾こうとすると、介在部の鉛直方向下部に荷重がかかる。そして、この荷重によって介在部の鉛直方向下部が潰される。鉛直方向下部の体積は、鉛直方向上部の体積に比べて大きいため、電池モジュールによって潰されても、鉛直方向下部と鉛直方向上部の厚みに偏りが生じにくい。すなわち、荷重がかかりやすい部分の体積を大きくすることで、電池モジュールを壁部材に固定したときの弾性部材の厚みの偏りを少なくしている。このため、壁部材に設置された電池モジュールが鉛直方向下方に傾くことを抑制することができる。

また、前記弾性部材は、熱伝導部材であることが好ましい。
これによれば、電池モジュールで発した熱を壁部材に放熱させやすい。このため、電池モジュールを効率よく冷却することができる。

また、前記壁部材は、産業車両に搭載されるカウンタウェイトであることが好ましい。
これによれば、産業車両に設けられるカウンタウェイトを壁部材として利用することができる。産業車両に元から備わっているカウンタウェイトを壁部材として利用することで、壁部材を別途用意する必要がなく、部品点数の増加が抑制されている。

上記課題を解決する電池パックは、鉛直方向に延びる壁部材と、前記壁部材に設置される電池モジュールと、前記電池モジュールと前記壁部材との間に設けられるとともに、前記壁部材と前記電池モジュールに接合された弾性部材と、を備え、前記弾性部材における前記電池モジュールと前記壁部材との間に挟まれる介在部は、該介在部を鉛直方向の中心で二分割したときの鉛直方向下部の体積密度が鉛直方向上部の体積密度よりも大きいことを要旨とする。

これによれば、荷重がかかりやすい鉛直方向下部の体積密度を鉛直方向上部よりも大きくすることで、弾性部材の厚みの偏りが少なくなり、電池モジュールが鉛直方向下方へ傾くことを抑制することができる。

本発明によれば、鉛直方向に延びる部材に設置された電池モジュールの鉛直方向下方への傾き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断面図。 実施形態の電池パックを示す図２の４−４線断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、電池モジュールの取り付け工程を示す図。 別例の熱伝導部材を示す断面図。 別例の熱伝導部材を示す断面図。

以下、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、産業車両としてのフォークリフト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は、鉛直方向に延びており、壁部材に相当する。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３５が形成されている。本実施形態において、カウンタウェイト３１は、例えば、鉄などの金属材料から形成されている。

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２つの角部から立設された第１の柱部４３及び第２の柱部４４と、第１の柱部４３及び第２の柱部４４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４２と、からなる。つまり、電池パック３０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、電池パック３０において、この正面開口部３０ａは、矩形板状をなす蓋部材４６によって閉塞されている。

各柱部４３，４４の立設方向への長さ（各柱部４３，４４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４７が支持されている。この天板４７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、電池パック３０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４３と、天板４７によって囲まれた一端側開口部３０ｂを有する。また、電池パック３０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４４と、天板４７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及び他端側開口部３０ｃは、矩形板状の蓋部材４５によって閉塞されている。

ウェイト本体３３の厚み方向一端面は電池モジュール６０が設置される設置面３３ａとされている。設置面３３ａには、電池モジュール６０が複数設けられている。電池モジュール６０は、ウェイト本体３３の長手方向に間隔を空けて２組設けられるとともに、各組は、それぞれ、ウェイト本体３３の短手方向に電池モジュール６０を３個並べて構成されている。

切欠部３５には、矩形平板状をなす載置板３６が固定されている。載置板３６上には、電池モジュール６０の制御を行う制御機器が収容される収容ケース３７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３８が配設されている。

図３に示すように、電池モジュール６０は、角型電池６１が、電池ホルダ６２に保持された状態で並設されるとともに、隣り合う角型電池６１の間に伝熱プレート６３が介装されている。電池モジュール６０において、角型電池６１の並設方向両端にはエンドプレート６４が設けられている。

各エンドプレート６４の外面（電池モジュール６０と対向する面と反対側の面）には、ブラケット６５が固定されている。そして、ブラケット６５を挿通したボルトＢが、ウェイト本体３３に螺合されることで、電池モジュール６０は、ウェイト本体３３に接合されている。

図３及び図４に示すように、各電池モジュール６０と、ウェイト本体３３との間には、熱伝導部材７０が設けられている。熱伝導部材７０は、矩形状をなすシートである。熱伝導部材７０は、長手方向及び短手方向が、ウェイト本体３３の長手方向及び短手方向と一致するようにウェイト本体３３と電池モジュール６０に挟まれている。熱伝導部材７０は、全体がウェイト本体３３と各電池モジュール６０との間に挟まれており、熱伝導部材７０全体がウェイト本体３３と電池モジュール６０との間に挟まれる介在部となっている。熱伝導部材７０は、弾性力を有する弾性部材であり、また、熱伝導率の良好な部材（thermal interface material：ＴＩＭ）である。例えば、シリコンゴムなどに、熱伝導率の良好なフィラーなどを混合させたものである。

熱伝導部材７０は、電池モジュール６０がウェイト本体３３に固定されることで、ウェイト本体３３に向けて押しつけられている。これにより、熱伝導部材７０は、電池モジュール６０からの圧力によって、熱伝導部材７０の厚み方向に潰されるとともに、ウェイト本体３３と電池モジュール６０（電池モジュール６０においてウェイト本体３３と対向する部分）に密着している。すなわち、熱伝導部材７０は、ウェイト本体３３及び電池モジュール６０に接合されている。

次に、電池モジュール６０をウェイト本体３３に取り付ける工程について説明する。
図５（ａ）に示すように、まず、ウェイト本体３３と電池モジュール６０の間に、熱伝導部材７０を配設する。熱伝導部材７０は、例えば、ウェイト本体３３に設けられていてもよいし、電池モジュール６０に設けられていてもよい。

電池モジュール６０がウェイト本体３３に取り付けられる前において、熱伝導部材７０の厚みは、短手方向に向けて徐々に厚くなっている。そして、熱伝導部材７０は、熱伝導部材７０の厚みが鉛直方向下方に向けて厚くなっていくように（熱伝導部材７０の短手方向と鉛直方向が一致するように）設けられる。熱伝導部材７０を鉛直方向の中心Ｃで二分割すると、鉛直方向下部７１は、鉛直方向上部７２よりも平均の厚みが厚くなっている。鉛直方向下部７１及び鉛直方向上部７２の長手方向及び短手方向の寸法は同一であるため、鉛直方向下部７１の体積は、鉛直方向上部７２の体積よりも大きくなっている。

図５（ｂ）に示すように、電池モジュール６０がウェイト本体３３に固定されると（ブラケット６５を介してボルトＢがウェイト本体３３に螺合されると）、熱伝導部材７０は、ウェイト本体３３に押しつけられる。このとき、電池モジュール６０には、重力によって鉛直方向下方に向けた力が作用する。電池モジュール６０がウェイト本体３３に固定されていることで、この力は、熱伝導部材７０に作用する。具体的にいえば、電池モジュール６０は、鉛直方向下部７１がウェイト本体３３に向けて近づこうとし、鉛直方向上部７２がウェイト本体３３から離れようとする。すなわち、熱伝導部材７０は、鉛直方向上部７２に比べて、鉛直方向下部７１が電池モジュール６０から強く押しつけられている。鉛直方向下部７１は、電池モジュール６０によって潰されるが、鉛直方向下部７１の体積は、鉛直方向上部７２よりも大きいため、電池モジュール６０によって潰されても、所定の厚みが確保される。この所定の厚みは、鉛直方向下部７１の体積や、厚みによって異なるものであるが、鉛直方向下部７１の体積が、鉛直方向上部７２の体積以下の場合に比べて厚くなっている。

図５（ｃ）に示すように、熱伝導部材７０は、鉛直方向下部７１が鉛直方向上部７２よりも潰されることで、鉛直方向下部７１と鉛直方向上部７２の厚みが均一となる。そして、鉛直方向下部７１が鉛直方向上部７２よりも潰されることで、鉛直方向下部７１の体積密度が、鉛直方向上部７２の体積密度よりも大きくなっている。なお、体積密度が大きいほうが重量も重くなり、鉛直方向下部７１の重量は、鉛直方向上部７２の重量よりも重くなっている。

次に、本実施形態における電池パック３０の作用について説明する。
上記したように、熱伝導部材７０は、電池モジュール６０をウェイト本体３３に取り付ける前において、鉛直方向下部７１の厚みが、鉛直方向上部７２の厚みよりも厚くなっている。これにより、鉛直方向下部７１の体積は、鉛直方向上部７２の体積よりも大きくなっている。このため、電池モジュール６０がウェイト本体３３に固定されると、熱伝導部材７０の厚みは均一になり、熱伝導部材７０の厚みが不均一になることによる電池モジュール６０の鉛直方向下方への傾きが抑制されている。

走行用モータＭ１や、荷役用モータＭ２を駆動するときや、角型電池６１を充電するときには、角型電池６１が発熱する。この熱は、伝熱プレート６３及び電池ホルダ６２を介してウェイト本体３３に伝導する。このとき、電池モジュール６０及びウェイト本体３３の間には、熱伝導部材７０が設けられているため、電池モジュール６０からウェイト本体３３に熱が伝わりやすい。

なお、熱伝導部材７０には、継続的に荷重が加わるため、経年に伴い、電池モジュール６０をウェイト本体３３から取り外しても、元の形状に復元せず、均一な厚みの状態に維持される場合がある。このような場合であっても、熱伝導部材７０においては、鉛直方向下部７１に鉛直方向上部７２よりも荷重がかかるため、熱伝導部材７０の劣化具合を調べることで、電池モジュール６０をウェイト本体３３に取り付ける前に、どのような形状であったかを判断することができる。

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）ウェイト本体３３と電池モジュール６０の間には、熱伝導部材７０が設けられている。電池モジュール６０がウェイト本体３３に取り付けられる前において、熱伝導部材７０は、鉛直方向下部７１の体積が、鉛直方向上部７２の体積よりも大きい。このため、電池モジュール６０によって鉛直方向下部７１に、鉛直方向上部７２よりも荷重がかかることで、鉛直方向下部７１の厚みと、鉛直方向上部７２の厚みの差は小さくなる。したがって、電池モジュール６０がウェイト本体３３に取り付けられている状態で、熱伝導部材７０の厚みは均一となり、熱伝導部材７０の厚みが偏ることによる電池モジュール６０の鉛直方向下方への傾きが抑制されている。そして、電池モジュール６０の鉛直方向下方への傾きが抑制されることで、電池モジュール６０の鉛直方向上部と、熱伝導部材７０の鉛直方向上部７２とが剥離することが抑制されている。したがって、電池モジュール６０で発した熱が、ウェイト本体３３に伝導しやすく、電池モジュール６０を冷却しやすい。

（２）また、本実施形態のように、電池モジュール６０を積層配置した場合、鉛直方向上方の電池モジュール６０が鉛直方向下方に傾くと、鉛直方向下方に傾いた電池モジュール６０の鉛直方向下方に位置する電池モジュール６０を押圧し、荷重がかかる。この結果、電池モジュール６０全体が傾いて、配線が分断されたりするおそれがある。電池モジュール６０の鉛直方向下方への傾きを抑制することで、積層配置された電池モジュール６０のうち、鉛直方向上方に位置する電池モジュール６０が鉛直方向下方に位置する電池モジュール６０を押圧することを抑制している。これにより、鉛直方向下方に位置する電池モジュール６０に荷重がかかることが抑制されている。

（３）電池モジュール６０とウェイト本体３３の間に設けられる弾性部材として、熱伝導部材７０を用いている。このため、電池モジュール６０（角型電池６１）の発熱時には、電池モジュール６０で発した熱が、ウェイト本体３３に伝わりやすく、電池モジュール６０（角型電池６１）で発した熱を放熱させやすい。このため、角型電池６１を効率よく冷却することができる。

（４）鉛直方向に延びる壁部材として、ウェイト本体３３（カウンタウェイト３１の一部）を用いている。カウンタウェイト３１は、フォークリフト１０に元から備わっている部材であり、このカウンタウェイト３１の一部を壁部材として利用することで、壁部材を別途設ける必要がない。このため、部品点数が増加することが抑制されている。

（５）鉛直方向下部７１の体積密度が、鉛直方向上部７２の体積密度よりも大きくなっている。このため、電池モジュール６０がウェイト本体３３に取り付けられた状態で、熱伝導部材７０の厚みが偏りにくく、電池モジュール６０が鉛直方向下方に傾くことが抑制されている。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
○ 図６に示すように、鉛直方向の全体にわたって厚みが均一な第１の熱伝導部材８１の鉛直方向下部に、鉛直方向の全体にわたって厚みが均一な第２の熱伝導部材８２を重ねてもよい。この場合、第１の熱伝導部材８１と、第２の熱伝導部材８２を含む全体が一つの熱伝導部材８０となる。そして、熱伝導部材８０においては、第２の熱伝導部材８２が重ねられた鉛直方向下部の体積が、鉛直方向上部の体積よりも大きくなる。

○ 図７に示すように、熱伝導部材９０は、凸部９１と凹部９２が交互に形成されるとともに、凸部９１の体積が、鉛直方向下部に位置する凸部９１の体積ほど大きくなってもよい。

○ 実施形態において、電池モジュール６０がウェイト本体３３に取り付けられた後の厚みは、鉛直方向にわたって均一の厚みとなっているが、これに限られない。鉛直方向下部７１の厚みが鉛直方向上部７２の厚みに比べて若干厚くてもよいし、若干薄くてもよい。すなわち、熱伝導部材７０として、電池モジュール６０が接合される前の状態で、鉛直方向の全体にわたって厚みが均一なものを用いる場合に比較して、電池モジュール６０をウェイト本体３３に接合した後の熱伝導部材７０の厚みの偏りが抑制されていればよい。

○ 実施形態において、熱伝導部材７０として、シート状のものを用いたが、液状で、硬化性の熱伝導部材を用いてもよい。
○ 実施形態において、弾性部材として、熱伝導部材以外を用いてもよい。例えば、フィラーなどが混合されていないゴムなどを用いてもよい。

○ 実施形態において、電池モジュール６０をウェイト本体３３に設置する前において、鉛直方向下部７１と鉛直方向上部７２の厚みが同じで、鉛直方向下部７１の体積密度が鉛直方向上部７２の体積密度よりも大きい熱伝導部材を用いてもよい。例えば、鉛直方向下部７１と鉛直方向上部７２を異なる体積密度の材料（熱伝導部材）から形成してもよい。すなわち、鉛直方向下部７１を形成する材料（熱伝導部材）として、鉛直方向上部７２を形成する材料（熱伝導部材）よりも体積密度が大きい材料を用いればよい。

○ 実施形態において、熱伝導部材７０の一部を介在部としてもよい。熱伝導部材７０の一部が介在部となる場合には、電池モジュール６０をウェイト本体３３に設置する前において、介在部を鉛直方向の中心で二分割したときの鉛直方向下部の体積が鉛直方向上部の体積よりも大きくなる。

○ 実施形態において、壁部材としてカウンタウェイト３１のウェイト本体３３以外を用いてもよい。例えば、筐体に電池モジュール６０を固定して電池パック３０を構成する場合には、鉛直方向に延びる筐体の側壁が壁部材となる。

○ 実施形態において、ウェイト部３２の形状は、どのような形状であってもよい。同様に、ウェイト本体３３の形状も、どのような形状であってもよい。例えば、平面視円形状や、三角形状や四角形状などの多角形状であってもよい。

○ 実施形態において、電池モジュール６０は、円筒型電池や、ラミネート型の電池を並設した電池モジュールであってもよい。
○ 実施形態において、角型電池６１は、電池ホルダ６２に保持されていなくてもよい。すなわち、電池モジュール６０は、電池ホルダ６２を備えていなくてもよい。また、電池モジュール６０は、伝熱プレート６３を備えていなくてもよい。

○ 実施形態において、カウンタウェイト３１は、ウェイト本体３３のみから構成されていてもよい。
○ パワーショベル（産業車両）に設けられるカウンタウェイトを壁部材としてもよい。

○ 実施形態において、蓋部材４６に支持部を設けて、電池モジュール６０を支持してもよい。これによれば、電池モジュール６０を挟持して支持できるので、より適切に電池モジュール６０が鉛直方向下方に傾くことを抑制することができる。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）鉛直方向に延びる壁部材と、前記壁部材に接合される電池モジュールと、前記電池モジュールと前記壁部材との間に設けられる弾性部材とを備え、前記弾性部材は、鉛直方向の中心で二分割したときの鉛直方向下部の体積が鉛直方向上部の体積よりも大きい介在部を有し、前記介在部を、前記壁部材と前記弾性部材の間に介在させた後に前記電池モジュールを前記壁部材に接合したことを特徴とする電池パック。

Ｃ…中心、１０…フォークリフト、３０…電池パック、３１…カウンタウェイト、３３…ウェイト本体、６０…電池モジュール、７０，８０，９０…熱伝導部材、７１…鉛直方向下部、７２…鉛直方向上部。

Claims (4)

1. 鉛直方向に延びる壁部材と、
   前記壁部材に設置される電池モジュールと、
   前記電池モジュールと前記壁部材との間に設けられる弾性部材と、
   前記弾性部材における前記電池モジュールと前記壁部材との間に挟まれる介在部とを備え、
   前記介在部は、前記電池モジュールを前記壁部材に設置する前において、前記介在部を鉛直方向の中心で二分割したときの鉛直方向下部の体積が鉛直方向上部の体積よりも大きく、前記電池モジュールを前記壁部材に設置した後において、前記電池モジュールからの圧力によって、厚み方向に潰された状態で前記電池モジュールと前記壁部材との間に保持されていることを特徴とする電池パック。
2. 前記弾性部材は、熱伝導部材であることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記壁部材は、産業車両に搭載されるカウンタウェイトであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池パック。
4. 鉛直方向に延びる壁部材と、
   前記壁部材に設置される電池モジュールと、
   前記電池モジュールと前記壁部材との間に設けられるとともに、前記壁部材と前記電池モジュールに接合された弾性部材と、を備え、
   前記弾性部材における前記電池モジュールと前記壁部材との間に挟まれる介在部は、該介在部を鉛直方向の中心で二分割したときの鉛直方向下部の体積密度が鉛直方向上部の体積密度よりも大きいことを特徴とする電池パック。