JP6036443B2 - 電池パック - Google Patents

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。