JP6036443B2 - 電池パック - Google Patents

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Description

本発明は、複数の電池体を被接合体に固定した電池パックに関する。
電池セルを有する電池体は、電池セルの温度を測定するための温度センサが取り付けられている。温度センサを電池体に取り付けるための構造としては、例えば、特許文献1の温度センサ取付構造が挙げられる。
特許文献1に記載の温度センサ取付構造では、複数のバッテリセルに跨ってモジュール部品が装着されている。モジュール部品は、板状のモジュール本体と、バスバーと、温度センサとを有している。モジュール本体における所定のバッテリセルに対応した位置には、貫通孔が形成されている。温度センサは、貫通孔に挿通され、貫通孔の縁部に係止される。
温度センサは、温測素子を合成樹脂で覆った本体部と、貫通孔の縁部に係合可能な係止部と、取り付け部とを有している。係止部は、本体部の両側縁部から本体部の後方に向けて延びる一組の係止片により構成されている。取り付け部は、本体部の両側縁部から本体部の後方に向けて延びる一組の取り付け片により構成されている。そして、貫通孔に挿通された温度センサは、一対の係止片及び一対の取り付け片との間に貫通孔の縁部を挟み込み、貫通孔の縁部に係止される。
特開2009−176601号公報
ところで、特許文献1に記載の温度センサ取付構造では、本体部に一対の係止片及び一対の取り付け片を設けて、貫通孔の縁部を挟みこむ構成にする必要があり、温度センサの形状が複雑化している。このため、バッテリセルの形状などに合わせて設計する必要があり、製造コストが増大してしまう。
本発明の目的は、温度センサの形状を複雑化させることなく電池体の温度を測定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、複数の電池体と、前記電池体が固定される被接合体と、前記電池体と前記被接合体との間に設けられた温度センサと、前記電池体を前記被接合体に押しつけ固定する固定部材と、を備えた電池パックであって、前記被接合体は、隣り合う前記電池体の間に介装された伝熱プレートを含み、前記伝熱プレートは、隣り合う前記電池体の間に設けられる本体部と、前記本体部の一端から前記本体部の厚み方向に屈曲する放熱部とを有し、前記温度センサは、前記固定部材の押しつけ力によって前記電池体と前記被接合体に挟持されるとともに前記伝熱プレートの前記放熱部に密着され、前記伝熱プレートの温度を測定することを要旨とする。
これによれば、固定部材の押しつけ力によって電池体と被接合体が温度センサを挟持することができる。このため、温度センサを電池体及び被接合体の少なくとも一方に接触させるための複雑な構造が必要なく、温度センサを複雑化させる必要がない。したがって、温度センサの形状を複雑化させることなく、電池体の温度を測定することができる。
前記電池パックについて、前記複数の電池体は、拘束部材によりモジュール化され、前記被接合体は、前記複数の電池体が固定される壁部を含むことが好ましい。
これによれば、複数の電池体を一括で被接合体に押し付けることができる。このため、電池体の固定が容易となる。
本発明によれば、温度センサの形状を複雑化させることなく電池体の温度を測定することができる。
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。 実施形態の電池モジュールの一部を拡大して示す断面図。 実施形態の電池ホルダを示す斜視図。 (a)〜(c)は実施形態の電池パックの作用を説明するための図。
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。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。車体11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31に電池モジュール51が収容されている。ケース31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32を備えている。カウンタウェイト32は、直方体状をなすウェイト部33と、ウェイト部33の短手方向一端33aからウェイト部33の厚み方向に立設されるとともに、ウェイト部33の長手方向一端33cから長手方向他端33dに亘って延びる矩形板状のウェイト本体34とからなる。換言すれば、ウェイト部33は、ウェイト本体34の基端からウェイト本体34の厚み方向に立設されている。ウェイト本体34の先端(ウェイト本体34の基端とは反対側の端部)には、ウェイト本体34を該ウェイト本体34の厚み方向に切り欠いた切欠部35が形成されている。
ウェイト部33の短手方向他端33bには、ウェイト本体34から離間して設けられる逆U字状のフレーム40がウェイト部33から立設されている。フレーム40は、ウェイト部33の上面における短手方向他端33bの縁部の2つの角部から立設された第1の柱部41及び第2の柱部42と、第1の柱部41及び第2の柱部42の上端部(ウェイト部33と接合される端部と反対側の端部)を繋ぐ基部43と、からなる。つまり、ケース31は、ウェイト部33の短手方向他端33b側に、ウェイト部33とフレーム40によって囲まれた正面開口部30aを有する。なお、ケース31において、この正面開口部30aは、矩形板状をなす蓋部材44によって閉塞されている。
各柱部41,42の立設方向への長さ(各柱部41,42の長手方向の長さ)は、ウェイト部33の上面から、ウェイト本体34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40の上面とウェイト本体34の上面には、天板45が支持されている。この天板45によって、ウェイト本体34とフレーム40との間の開口部(図示せず)が閉塞されている。更に、ケース31は、ウェイト部33の長手方向一端33c側に、ウェイト本体34と、ウェイト部33と、第1の柱部41と、天板45によって囲まれた一端側開口部30bを有する。また、ケース31は、ウェイト部33の長手方向他端33d側に、ウェイト本体34と、ウェイト部33と、第2の柱部42と、天板45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46によって閉塞され、他端側開口部30cは、他端側蓋部材47によって閉塞されている。そして、カウンタウェイト32、フレーム40、天板45及びそれぞれの蓋部材44,46,47でケース31が形成されている。
ウェイト本体34の厚み方向の一面(ケース31の内面)は電池モジュール51が設置される設置面34aとされている。設置面34aには、ウェイト本体34の短手方向に3個の電池モジュール51が並べられた電池列が、ウェイト本体34の長手方向に二組設けられている。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51の制御を行う制御機器(電池ECUなど)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51は、電池セルとしての角型電池52(例えば、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素蓄電池などの二次電池)が、樹脂製の電池ホルダ70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52の間に金属製(例えばアルミニウム製)の伝熱プレート60が介装されている。本実施形態では、角型電池52及び角型電池52を保持する電池ホルダ70によって電池体が構成されている。伝熱プレート60は、矩形平板状の本体部61と、本体部61の長手方向一端から本体部61の厚み方向に屈曲する矩形平板状の放熱部62とを有している。電池モジュール51において、角型電池52の並設方向両端にはエンドプレート53が設けられている。
一方のエンドプレート53には、ボルトB1が挿通されるとともに、このボルトB1が他方のエンドプレート53側でナットNに螺合されている。電池モジュール51は、エンドプレート53によって挟持されて、角型電池52の並設方向から加圧されている。ボルトB1及びナットN(拘束部材)によって、複数の角型電池52が拘束されてモジュール化されている。すなわち、電池モジュール51が構成されている。
各エンドプレート53には、固定部材としてのブラケット54が固定されている。ブラケット54は、1つの板材を直角に折り曲げて形成されており、エンドプレート53に固定される矩形板状の第1の固定部55と、ウェイト本体34に固定される矩形板状の第2の固定部56を有している。第1の固定部55には、ボルトB2が挿通され、このボルトB2がエンドプレート53に螺合されることで、ブラケット54が電池モジュール51に固定されている。また、第2の固定部56には、ボルトB3が挿通され、このボルトB3がウェイト本体34に螺合されることで、電池モジュール51がウェイト本体34に固定されている。
図5に示すように、電池ホルダ70は、矩形平板状の第1の被覆部71を有している。第1の被覆部71の長手方向両端には、第1の被覆部71の厚み方向に延設された矩形平板状の第2の被覆部72及び第3の被覆部73が設けられている。第1の被覆部71、第2の被覆部72及び第3の被覆部73に囲まれる領域は、角型電池52が収容される収容部S1となる。
第2の被覆部72の長手方向第1端部72a(第1の被覆部71が設けられる端部とは反対側の端部)と、第3の被覆部73の長手方向第1端部73a(第1の被覆部71が設けられる端部とは反対側の端部)には、各被覆部72,73の短手方向第1端部72b、73bの間で延びる矩形平板状の第4の被覆部74が設けられている。第4の被覆部74は、厚み方向が第2の被覆部72及び第3の被覆部73の短手方向と一致し、長手方向が、第2の被覆部72と第3の被覆部73の対向方向に一致する。そして、第4の被覆部74の厚み方向及び長手方向に直交する方向が第4の被覆部74の短手方向となる。
第3の被覆部73の収容部S1を囲む面と反対側の面には、第3の被覆部73の厚み方向に凹むセンサ収容部としての矩形状の収容凹部S2が形成されている。収容凹部S2からは、第3の被覆部73の長手方向両側に向けて溝部75が延設されている。溝部75は、第3の被覆部73の長手方向の面に開口している。
また、第4の被覆部74の長手方向両端における第4の被覆部74の短手方向の一端面上には、U字状をなすとともに、第4の被覆部74の厚み方向に開口する端子収容部76がそれぞれ設けられており、各端子収容部76は第2の被覆部72及び第3の被覆部73に連設されている。
第4の被覆部74の短手方向の一端面上には、端子収容部76と隣り合って四角柱状の柱部材77が設けられている。柱部材77の軸は、被覆部72,73の短手方向に延びている。柱部材77には、ボルトB1が挿通される挿通孔77aが柱部材77の軸方向に貫通して設けられている。
第2の被覆部72と第3の被覆部73の長手方向第1端部72a,73aには、各被覆部72,73と連設され、各被覆部72,73の長手方向に延びる矩形平板状の支持部78が設けられている。また、第2の被覆部72及び第3の被覆部73の長手方向第2端部72c,73cには、四角柱状の挿通部79が設けられている。挿通部79の軸は各被覆部72,73の短手方向に延びている。挿通部79には、ボルトB1が挿通される挿通孔79aが挿通部79の軸方向に貫通して設けられている。
図4及び図5に示すように、収容凹部S2には、底部80(収容凹部S2における第3の被覆部73の厚み方向の部位)に弾性部材91が設けられている。弾性部材91は、矩形板状をなしており、収容凹部S2の底部80全体にわたって敷設されている。弾性部材91としては、例えば、ゴムやスポンジなどが用いられる。
収容凹部S2には、弾性部材91を介して矩形板状の温度センサ92(サーミスタ)が収容されている。温度センサ92には、制御機器に接続される配線93が設けられている。この配線93は、収容凹部S2から延設された溝部75に沿って伸びるように溝部75内に設けられ、制御機器と接続される。
なお、弾性部材91が弾性変形していない状態での弾性部材91の厚みに温度センサ92の厚みを加えた寸法は、収容凹部S2の深さ(収容凹部S2における第3の被覆部73の厚み方向の寸法)よりも大きい。このため、弾性部材91が弾性変形していないときには、温度センサ92の一部が、収容凹部S2から突出している。
図3に示すように、電池モジュール51は、電池ホルダ70の第3の被覆部73がウェイト本体34と対向するようにウェイト本体34に固定されている。なお、電池ホルダ70の第3の被覆部73の厚み方向の面のうち、収容凹部S2が設けられた面は、伝熱プレート60の放熱部62と対向している。そして、収容凹部S2に収容された温度センサ92は、伝熱プレート60の放熱部62と密着している。本実施形態では、伝熱プレート60及びウェイト本体34が、電池体(角型電池52及び電池ホルダ70)が接合される被接合体となり、温度センサ92は、被接合体と電池体との間に設けられている。また、ウェイト本体34は、電池モジュール51を構成する全ての電池体が固定される共通の壁部となる。
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。
本実施形態の電池パック30は、電池ホルダ70に保持された角型電池52(電池体)及び伝熱プレート60を交互に並設するとともに両端にエンドプレート53を設けて電池モジュール51を構成した後に、この電池モジュール51をウェイト本体34に固定することで構成されている。
図6(a)に示すように、電池モジュール51をウェイト本体34に固定する前の段階では、各伝熱プレート60が本体部61の長手方向に突出している場合があり、このような場合には、温度センサ92が伝熱プレート60に密着していない場合がある。
図6(b)及び(c)に示すように、ウェイト本体34にブラケット54を挿通したボルトB3を螺合していくと、電池モジュール51がウェイト本体34に向けて押し付けられていく。電池モジュール51がウェイト本体34に押し付けられていくと、伝熱プレート60の放熱部62がウェイト本体34に押し付けられる。そして、放熱部62は、徐々に電池ホルダ70の第3の被覆部73に押さえつけられていき、第3の被覆部73に設けられた収容凹部S2に収容された温度センサ92と密着する。温度センサ92は、ブラケット54が電池モジュール51をウェイト本体34に押しつける押しつけ力によって、電池ホルダ70と弾性部材91を介して電池体と被接合体(ウェイト本体34及び伝熱プレート60)に挟持される。これにより、温度センサ92は、伝熱プレート60と密着する。
温度センサ92は、伝熱プレート60の温度を測定する。温度センサ92が測定した伝熱プレート60の温度情報は、制御機器に送信される。制御機器は、伝熱プレート60の温度から角型電池52の温度を推定する。この算出方法は、算出式などによって算出してもよいし、電池パック30内の温度や、電池パック30外の温度などとの相関関係とのマップから算出してもよい。
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)電池モジュール51をウェイト本体34に押しつけ固定すると、ブラケット54の押しつけ力によって温度センサ92が伝熱プレート60と電池ホルダ70(収容凹部S2の底部80)に挟持される。ブラケット54の押しつけ力によって温度センサ92を伝熱プレート60に密着させることができるため、温度センサ92を測定部位に密着させるために温度センサ92の形状を複雑化させる必要がない。したがって、温度センサ92の形状を複雑化させることなく、角型電池52の温度を測定することができる。
(2)複数の角型電池52をモジュール化して電池モジュール51を構成した後に、電池モジュール51をウェイト本体34に固定している。このため、電池モジュール51を構成する各角型電池52の電池ホルダ70を一括して各伝熱プレート60の放熱部62に押さえつけることができ、温度センサ92を伝熱プレート60に密着させることが容易となる。
(3)電池ホルダ70には、温度センサ92を収容するための収容凹部S2が設けられている。このため、電池モジュール51をウェイト本体34に固定する前の段階で、温度センサ92を保持しやすく、温度センサ92を保持した状態の電池モジュール51をウェイト本体34に固定しやすい。
(4)弾性部材91を収容凹部S2の底部80に敷設しているため、温度センサ92が伝熱プレート60の放熱部62に押圧されて底部80に向けて加圧されたときに、弾性部材91が弾性変形する。このため、収容凹部S2や、温度センサ92の寸法公差を弾性部材91の弾性量によって吸収することができる。
(5)収容凹部S2には弾性変形可能な弾性部材91が設けられている。このため、温度センサ92が押し付けられたときに、温度センサ92が破損しにくい。
(6)温度センサ92は、伝熱プレート60の温度を測定している。そして、制御機器は、伝熱プレート60の温度から角型電池52の温度を算出している。このため、温度センサ92を直接角型電池52に密着させることなく角型電池52の温度を測定することができ、温度センサ92の取付位置(収容凹部S2の位置)を角型電池52と直接接触できる場所にする必要がない。このため、温度センサ92の取付位置の自由度が増す。
なお、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、電池ホルダ70に角型電池52を収容し、電池ホルダ70及び角型電池52から電池体を構成したが、角型電池52(電池セル)のみを電池体としてもよい。この場合、例えば、角型電池52を電池ホルダ70に収容せずにモジュール化して電池モジュールを構成し、角型電池52と被接合体との間に温度センサ92を設ける。すなわち、「電池体」とは、少なくとも電池セルを有するものであればよい。
○ 実施形態において、伝熱プレート60のみを被接合体としてもよい。この場合、伝熱プレート60を電池ホルダ70に固定するためのボルトなどを放熱部62から電池ホルダ70に向けて挿入し、電池ホルダ70にこのボルトを螺合する。このボルトによって、放熱部62は、電池ホルダ70に押し付けられ、温度センサ92は、伝熱プレート60の放熱部62に密着する。なお、この場合、電池モジュール51は、ウェイト本体34に固定されなくてもよい。
○ 実施形態において、電池ホルダ70に収容凹部S2を設けて、この収容凹部S2に温度センサ92を設けたが、センサ収容部は、第3の被覆部73の厚み方向に貫通する貫通孔であってもよい。この場合、温度センサ92は、電池ホルダ70の収容部S1に収容された角型電池52と密着し、角型電池52の温度を測定することができる。更に、この場合、被接合体と温度センサ92との間に断熱材などを設けて、温度センサ92が角型電池52の温度を適切に測定できるようにしてもよい。
○ 実施形態において、伝熱プレート60が設けられていなくてもよい。この場合、電池モジュール51をウェイト本体34に固定すると、収容凹部S2に収容された温度センサ92が、ウェイト本体34に押し付けられる。この場合、ウェイト本体34のみが被接合体となる。
○ 実施形態において、被接合体として、ウェイト本体34や伝熱プレート60以外を用いてもよい。例えば、ケースの側壁を被接合体として、ケースの側壁に電池モジュール51が固定されるようにしてもよい。
○ 実施形態において、電池セルとして円筒型電池や、ラミネート型の二次電池を採用してもよい。この場合、電池セルの形状に合わせて電池ホルダ70の形状を変更することが望ましい。
○ 実施形態において、伝熱プレート60の温度を温度センサ92で測定して、伝熱プレート60の温度から角型電池52の温度を算出したが、電池ホルダ70の温度を温度センサ92で測定して、電池ホルダ70の温度から角型電池52の温度を算出してもよい。この場合、電池ホルダ70は、角型電池52が発した熱が伝導しやすい材料(例えば、金属や良熱伝導性の合成樹脂)で形成されることが望ましい。
○ 実施形態において、収容凹部S2の角型電池52と対向する位置に弾性部材91を設けたが、収容凹部S2の角型電池52と対向する部分に、角型電池52に向けて突出する弾性変形可能な突出部を設けて、この突出部を弾性部材としてもよい。また、弾性部材91を設けなくてもよい。
○ 実施形態において、制御機器は、伝熱プレート60の温度と、電池パック30内の温度や、電池パック30外の温度などとの相関関係から、角型電池52の温度を推測してもよい。また、角型電池52の温度の推定方法は、これに限られず、どのような方法であってもよい。
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)電池セルが収容される電池ホルダを備え、前記電池ホルダは、前記温度センサが収容されるセンサ収容部を有す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。
(ロ)前記センサ収容部の前記電池セルと対向する部分には、弾性変形可能な弾性部材が設けられることを特徴とする技術的思想(イ)に記載の電池パック。
(ハ)前記被接合体は、前記電池セルと熱的に結合された伝熱プレートを含むことを特徴とする請求項1、請求項2、技術的思想(イ)及び技術的思想(ロ)のうちいずれか一項に記載の電池パック。
30…電池パック、34…ウェイト本体、51…電池モジュール、52…角型電池、54…ブラケット、70…電池ホルダ、92…温度センサ。

Claims (2)

  1. 複数の電池体と、
    前記電池体が固定される被接合体と、
    前記電池体と前記被接合体との間に設けられた温度センサと、
    前記電池体を前記被接合体に押しつけ固定する固定部材と、を備えた電池パックであって、
    前記被接合体は、隣り合う前記電池体の間に介装された伝熱プレートを含み、
    前記伝熱プレートは、隣り合う前記電池体の間に設けられる本体部と、前記本体部の一端から前記本体部の厚み方向に屈曲する放熱部とを有し、
    前記温度センサは、前記固定部材の押しつけ力によって前記電池体と前記被接合体に挟持されるとともに前記伝熱プレートの前記放熱部に密着され、前記伝熱プレートの温度を測定することを特徴とする電池パック。
  2. 前記複数の電池体は、拘束部材によりモジュール化され、
    前記被接合体は、前記複数の電池体が固定される壁部を含むことを特徴とする請求項1に記載の電池パック。
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