JP6065738B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、電池モジュールを備えた電池パックに関する。

電池モジュールを有する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、床板から立設された背面板と、床板上に固定されたベース板とを有している。ベース板上には、電池モジュールが載置されている。電池モジュールは、背面板に当接している。ベース板の縁部には、電池モジュールを挟むように側面板が立設されている。電池モジュール上には、パッキンを介してベース板が設けられ、このベース板上に電池モジュールが載置されることで、電池モジュールが積層配置されている。

特開２０１１−５４３５３号公報

ところで、電池モジュールが発する熱を背面板に伝導させて放熱する場合、電池モジュールと背面板との接触状態が維持されることが好ましい。しかしながら、電池モジュールの放熱に伴う膨張と収縮の繰り返しや、電池モジュールを背面板に固定するための部材などの関係から、電池モジュールが背面板から離れる方向にたわむ場合がある。電池モジュールがたわむと、電池モジュールと背面板との接触状態を維持しにくく、電池モジュールの温度が過剰に上昇し、電池モジュールの寿命が短くなるおそれがある。

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、電池セルが発した熱を被接合体に伝導させやすい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、並設された複数の電池セルと該電池セル間に設けられ前記電池セルと熱的に結合された複数の伝熱プレートとを有する電池モジュールと、前記電池モジュールが接合される被接合体と、を備えた電池パックであって、前記電池モジュールにおける前記電池セルの並設方向中央から最も離れた位置に設けられた前記伝熱プレートを両端の伝熱プレートとしたとき、前記両端の伝熱プレートとは異なる伝熱プレートは、接合部材によって前記被接合体に機械的に接合されており、前記両端の伝熱プレートは、接合部材によって前記被接合体に機械的に接合されていないことを要旨とする。

これによれば、接合部材によって、両端の伝熱プレートとは異なる伝熱プレートを被接合体に機械的に接合することができる。このため、電池モジュールが被接合体から離れる方向にたわもうとしても、両端の伝熱プレートとは異なる伝熱プレートが被接合体から離間しにくく、被接合体と伝熱プレートとの接触状態を維持しやすい。このため、電池セルが発した熱を被接合体に伝導させやすく、電池セルの温度が過剰に上昇することを抑制することができる。したがって、電池モジュール（電池セル）の長寿命化が図られる。

複数の電池セルを並設した電池モジュールにおいては、電池モジュールにおける電池セルの並設方向中央に近くなるほど熱が篭りやすい。このため、電池セルの並設方向中央に最も近い位置に設けられた電池セルは、電池セルの並設方向中央から最も離れた位置に設けられた電池セルに比べて温度が高くなりやすい。電池モジュールにおける電池セルの並設方向中央から最も離れた位置に設けられた伝熱プレートを両端の伝熱プレートとしたとき、この両端の伝熱プレートとは異なる伝熱プレートを被接合体と機械的に接合することで、両端の伝熱プレートとは異なる伝熱プレートと熱的に結合された電池セルが発した熱を被接合体に伝導させやすい。このため、熱が篭りやすく、温度の上昇しやすい電池セルの放熱効率を向上させることができ、各電池セルの温度差を小さくすることができる。したがって、電池モジュールの長寿命化が図られる。

上記電池パックについて、前記接合部材は、前記電池モジュールにおける前記電池セルの並設方向中央から最も離れた位置に設けられた前記接合部材に比べて、前記被接合体への接合強度が強いことが好ましい。

これによれば、接合部材のうち、電池モジュールにおける電池セルの並設方向中央から最も離れた位置に設けられた接合部材とは異なる接合部材が設けられる伝熱プレートの被接合体への密着強度を強くすることができる。密着強度が強くなることで、伝熱プレートから被接合体に熱が伝導しやすい。したがって、電池セルの並設方向中央から最も離れた位置に設けられた接合部材とは異なる接合部材によって機械的に接合された伝熱プレートと熱的に結合された電池セルが発した熱を被接合体に伝導させやすい。このため、熱が篭りやすく、温度の上昇しやすい電池セルの放熱効率を向上させることができ、各電池セルの温度差を小さくすることができる。したがって、電池モジュールの長寿命化が図られる。
上記電池パックについて、前記電池セルの並設方向両端にはブラケットが設けられており、前記電池モジュールは、前記ブラケットによって前記被接合体に押しつけられていてもよい。

上記電池パックについて、前記被接合体は、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、産業車両に搭載されるカウンタウェイトを被接合体として兼用することができる。このため、部品点数の増加を抑制することができる。

本発明によれば、電池セルが発した熱を被接合体に伝導させやすくすることができる。

実施形態における電池パックを示す斜視図。 実施形態における電池モジュールを示す斜視図。 実施形態における角型電池、電池ホルダ及び伝熱プレートの斜視図。 実施形態における電池パックを示す断面図。

以下、電池パックの一実施形態について説明する。
図１に示すように、電池パック１０は、ケース１１に電池モジュール３１が収容されている。ケース１１は、産業車両（例えば、フォークリフトやパワーショベル）に搭載されるカウンタウェイト１２を備えている。カウンタウェイト１２は、産業車両が運搬する積荷と釣り合いをとるための部材である。カウンタウェイト１２は、直方体状をなすウェイト部１３と、ウェイト部１３の短手方向一端１３ａからウェイト部１３の厚み方向に立設されるとともに、ウェイト部１３の長手方向一端１３ｃから長手方向他端１３ｄに亘って延びる矩形板状のウェイト本体１４とからなる。換言すれば、ウェイト部１３は、ウェイト本体１４の基端からウェイト本体１４の厚み方向に立設されている。ウェイト本体１４の先端（ウェイト本体１４の基端とは反対側の端部）には、ウェイト本体１４を該ウェイト本体１４の厚み方向に切り欠いた切欠部１５が形成されている。

ウェイト部１３の短手方向他端１３ｂには、ウェイト本体１４から離間して設けられる逆Ｕ字状のフレーム２０がウェイト部１３から立設されている。フレーム２０は、ウェイト部１３の上面における短手方向他端１３ｂの縁部の２つの角部から立設された第１の柱部２１及び第２の柱部２２と、第１の柱部２１及び第２の柱部２２の上端部（ウェイト部１３と接合される端部と反対側の端部）を繋ぐ基部２３と、からなる。つまり、ケース１１は、ウェイト部１３の短手方向他端１３ｂ側に、ウェイト部１３とフレーム２０によって囲まれた正面開口部１０ａを有する。なお、ケース１１において、この正面開口部１０ａは、矩形板状をなす蓋部材２４によって閉塞されている。

各柱部２１，２２の立設方向への長さ（各柱部２１，２２の長手方向の長さ）は、ウェイト部１３の上面から、ウェイト本体１４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２０の上面とウェイト本体１４の上面には、天板２５が支持されている。この天板２５によって、ウェイト本体１４とフレーム２０との間の開口部（図示せず）が閉塞されている。更に、ケース１１は、ウェイト部１３の長手方向一端１３ｃ側に、ウェイト本体１４と、ウェイト部１３と、第１の柱部２１と、天板２５によって囲まれた一端側開口部１０ｂを有する。また、ケース１１は、ウェイト部１３の長手方向他端１３ｄ側に、ウェイト本体１４と、ウェイト部１３と、第２の柱部２２と、天板２５によって囲まれた他端側開口部１０ｃを有する。なお、一端側開口部１０ｂは、一端側蓋部材２６によって閉塞され、他端側開口部１０ｃは、他端側蓋部材２７によって閉塞されている。そして、カウンタウェイト１２、フレーム２０、天板２５及びそれぞれの蓋部材２４，２６，２７でケース１１が形成されている。

ウェイト本体１４の厚み方向の一面（ケース１１の内面）は電池モジュール３１が設置される設置面１４ａとされている。したがって、ウェイト本体１４（カウンタウェイト１２）が、電池モジュール３１が固定される被接合体となる。設置面１４ａには、ウェイト本体１４の短手方向に３個の電池モジュール３１が並べられた電池列が、ウェイト本体１４の長手方向に二組設けられている。切欠部１５には、矩形平板状をなす載置板１６が固定されている。載置板１６上には、電池モジュール３１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１７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１８が配設されている。

図２及び図３に示すように、電池モジュール３１は、電池セルとしての角型電池３２（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３３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３２の間に金属製（例えばアルミニウム製）の伝熱プレート４１が介装されている。本実施形態では、１４個の角型電池３２と１４個の伝熱プレート４１が並設されている。

図４に示すように、電池モジュール３１において、角型電池３２の並設方向両端にはエンドプレート３５が設けられている。各エンドプレート３５には、ブラケット３６が設けられている。ブラケット３６は、ブラケット３６を貫通したボルトＢ１がウェイト本体１４に螺合されることでウェイト本体１４に固定されている。

図３に示すように、伝熱プレート４１は、金属板を屈曲させて形成されており、矩形平板状の吸熱部４２と、矩形平板状の放熱部４３を有している。放熱部４３は、吸熱部４２の長手方向一端に設けられており、吸熱部４２の厚み方向に屈曲している。放熱部４３は、長手方向の中央に、螺合穴４４を有している。螺合穴４４は、内周面に雌ねじを有している。なお、放熱部４３と吸熱部４２は、短手方向及び長手方向が異なる方向となっており、吸熱部４２の長手方向は、放熱部４３の厚み方向と一致し、吸熱部４２の短手方向は、放熱部４３の長手方向と一致している。また、吸熱部４２の厚み方向は、放熱部４３の短手方向と一致する。

図４に示すように、伝熱プレート４１は、吸熱部４２が角型電池３２の厚み方向に隣り合って設けられている。すなわち、伝熱プレート４１は、隣り合う角型電池３２の間に設けられている。吸熱部４２は、角型電池３２の厚み方向の面と接触することで、角型電池３２と熱的に結合されている。放熱部４３は、電池ホルダ３３を間に挟んで、角型電池３２の幅方向（角型電池３２の厚み方向及び高さ方向に直交する方向）の面と対向している。

電池モジュール３１は、放熱部４３がウェイト本体１４と対向するように設けられている。ウェイト本体１４には、接合部材としての固定ボルトＢ２が挿通されている。固定ボルトＢ２は、ウェイト本体１４の厚み方向の面のうち、設置面１４ａとは反対側の面（ケース１１の外面）から設置面１４ａ（ケース１１の内部）に向けて挿通されている。本実施形態において、固定ボルトＢ２は、ウェイト本体１４の長手方向に並んで６本挿通されている。この固定ボルトＢ２は、放熱部４３に設けられた螺合穴４４に螺合されている。具体的にいえば、固定ボルトＢ２は、電池モジュール３１における角型電池３２の並設方向の中央Ｃ（電池モジュール３１における角型電池３２の並設方向の両端を最短で結ぶ線Ｌの中央Ｃ）付近に設けられた６個の伝熱プレート４１に螺合されている。すなわち、伝熱プレート４１のうち、中央Ｃから最も離れた位置に設けられた伝熱プレート４１（両端の伝熱プレート４１）とは異なる伝熱プレート４１の放熱部４３に固定ボルトＢ２が螺合されている。電池モジュール３１は、ブラケット３６及び固定ボルトＢ２によってウェイト本体１４に機械的に接合されている。

次に、本実施形態の電池パック１０の作用について説明する。
本実施形態では、角型電池３２の並設方向の両端にブラケット３６が設けられている。電池モジュール３１は、このブラケット３６によってウェイト本体１４に押しつけられている。ブラケット３６による押しつけ力は、ブラケット３６から離間するにつれて小さくなる。したがって、電池モジュール３１は、中央Ｃに近い部分ほどウェイト本体１４への押しつけ力が弱く、中央Ｃに近い部分ほどウェイト本体１４から離間する方向にたわみやすい。一方、電池モジュール３１は、中央Ｃから離間した部分、すなわち、ブラケット３６に近い部分ほどたわみにくい。したがって、電池モジュール３１における中央から最も離間した伝熱プレート４１の放熱部４３は、ウェイト本体１４から離れにくく、中央Ｃに近い伝熱プレート４１はウェイト本体１４から離れやすい。

本実施形態では、電池モジュール３１における中央Ｃから最も離れた位置に設けられた伝熱プレート４１（ウェイト本体１４から離れにくい伝熱プレート４１）とは異なる伝熱プレート４１の放熱部４３に固定ボルトＢ２を螺合することで、電池モジュール３１がたわむことを抑制している。また、電池モジュール３１がたわんだとしても、固定ボルトＢ２によって放熱部４３とウェイト本体１４が機械的に接合されているため、放熱部４３とウェイト本体１４の接触状態が維持されやすい。

更に、複数の角型電池３２を並設した電池モジュール３１においては、中央Ｃに近い部分ほど熱が篭りやすい。このため、中央Ｃから最も離れた位置に設けられた角型電池３２は、中央Ｃに最も近い角型電池３２に比べて温度が高くなりにくい。

中央Ｃから最も離れた位置に設けられた伝熱プレート４１とは異なる伝熱プレート４１（中央Ｃ付近に設けられた６個の伝熱プレート４１）の放熱部４３に固定ボルトＢ２を螺合することで、電池モジュール３１における温度の高くなりやすい角型電池３２と接触する伝熱プレート４１の放熱部４３とウェイト本体１４との接触状態が維持されやすい。

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）伝熱プレート４１の放熱部４３は、固定ボルトＢ２によってウェイト本体１４と接合されている。これにより、放熱部４３は、ウェイト本体１４に機械的に接合され、電池モジュール３１がたわんだとしても、伝熱プレート４１の放熱部４３とウェイト本体１４の接触状態が維持されやすい。このため、角型電池３２が発した熱をウェイト本体１４に伝導させやすく、角型電池３２の温度が過剰に上昇することを抑制することができる。したがって、電池モジュール３１（角型電池３２）の長寿命化が図られる。

（２）固定ボルトＢ２は、中央Ｃから最も離れた位置に設けられた伝熱プレート４１とは異なる伝熱プレート４１（中央Ｃに近い６個の伝熱プレート４１）に螺合されている。熱が篭りやすく、温度の高くなりやすい角型電池３２（中央Ｃから最も離間した角型電池３２とは異なる角型電池３２）と接触する伝熱プレート４１とウェイト本体１４との接触状態を維持しやすくすることで、各角型電池３２の温度差を小さくすることができる。電池モジュール３１の各角型電池３２の温度差が大きくなると、電池モジュール３１の寿命が短くなる。したがって、各角型電池３２の温度差を小さくすることで、電池モジュール３１の長寿命化が図られる。

（３）伝熱プレート４１の放熱部４３は、固定ボルトＢ２によってウェイト本体１４と接合されているため、電池モジュール３１がウェイト本体１４に離間する方向にたわむことを抑制することができる。

（４）被接合体として、カウンタウェイト１２を用いている。カウンタウェイト１２を被接合体として兼用できるため、部材点数が増加することを抑制することができる。
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、放熱部４３を貫通した固定ボルトＢ２がウェイト本体１４に螺合されることで、放熱部４３とウェイト本体１４とが固定されてもよい。また、放熱部４３及びウェイト本体１４を貫通した固定ボルトＢ２がナットに螺合されるようにしてもよい。この場合であっても、放熱部４３をウェイト本体１４に機械的に接合することができる。

○ 実施形態において、接合部材は、固定ボルトＢ２以外であってもよい。例えば、ウェイト本体１４を貫通した接合部材が、伝熱プレート４１の放熱部４３に形成された穴に圧入されてもよい。この場合、接合部材は、伝熱プレート４１に設けられた穴の外形よりも若干大きく形成されており、穴に圧入されることで、電池モジュール３１を被接合体に機械的に接合する。

○ 接合部材は、伝熱プレート４１を被接合体に機械的に接合できるものであればよい。例えば、放熱部４３（伝熱プレート４１）に一体化された接合部材が、ウェイト本体１４に挿通されてもよいし、ウェイト本体１４に一体化された接合部材が、放熱部４３に挿通されてもよい。なお、本実施形態でいう挿通とは、貫通、螺合、圧入を含む。また、機械的に接合を行う接合部材とは、例えば、被接合体を伝熱プレートに押さえつける部材又は伝熱プレートを被接合体に押さえつける部材である。

○ 実施形態において、中央Ｃから最も離れた位置に設けられた伝熱プレート４１とは異なる伝熱プレート４１のウェイト本体１４への接合強度を、中央Ｃから最も離れた位置に設けられた伝熱プレート４１のウェイト本体１４への接合強度よりも強くしてもよい。具体的にいえば、実施形態の全ての伝熱プレート４１の放熱部４３に固定ボルトＢ２が螺合されている場合、中央Ｃから最も離れた位置に設けられた伝熱プレート４１とは異なる伝熱プレート４１の放熱部４３への螺合量を、中央Ｃから最も離れた位置に設けられた伝熱プレート４１の放熱部４３への螺合量よりも多くする。例えば、中央Ｃから離れた位置に設けられた伝熱プレート４１ほど、放熱部４３への固定ボルトＢ２の螺合量を少なくしてもよい。また、接合部材として、上記した圧入部材を設ける場合には、中央Ｃから最も離れた位置に設けられた伝熱プレート４１とは異なる伝熱プレート４１の放熱部４３への圧入量を、中央Ｃから最も離れた位置に設けられた伝熱プレート４１の放熱部４３への圧入量よりも多くする。また、中央Ｃから最も離れた位置に設けられた伝熱プレート４１とは異なる伝熱プレート４１の放熱部４３に固定される接合部材の個数を、中央Ｃから最も離れた位置に設けられた伝熱プレート４１に固定される接合部材の個数よりも多くしてもよい。これによれば、中央Ｃから最も離れた位置に設けられた伝熱プレート４１とは異なる伝熱プレート４１の放熱部４３のウェイト本体１４への密着強度が強くなる。したがって、密着強度が強くなることで、中央Ｃから最も離れた位置に設けられた伝熱プレート４１とは異なる伝熱プレート４１と接触する角型電池３２の熱をウェイト本体１４に伝導させやすく、各角型電池３２の温度差を小さくすることができる。したがって、電池モジュール３１の長寿命化が図られる。

○ 実施形態において、中央Ｃから最も離れた位置に設けられた固定ボルトＢ２とは異なる固定ボルトＢ２は、中央Ｃから最も離れた位置に設けられた固定ボルトＢ２に比べてウェイト本体１４への接合強度が強くてもよい。例えば、中央Ｃから最も離れた位置に設けられた固定ボルトＢ２とは異なる固定ボルトＢ２のウェイト本体１４への螺合量を、中央Ｃから最も離れた位置に設けられた固定ボルトＢ２よりも多くしたり、固定ボルトＢ２の太さを太くすることで、接合強度を強くすることができる。この場合、中央Ｃから最も離れた位置に設けられた伝熱プレート４１の放熱部４３は、他の伝熱プレート４１の放熱部４３よりもウェイト本体１４への密着強度が弱くなる。このため、熱が篭りやすく、温度の上昇しやすい中央Ｃから最も離れた位置に設けられた角型電池３２以外の角型電池３２の放熱効率を向上させることができ、各角型電池３２の温度差を小さくすることができる。

○ 実施形態において、固定ボルトＢ２は、全ての伝熱プレート４１の放熱部４３に螺合されていてもよい。
○ 実施形態において、中央Ｃから最も離間した伝熱プレート４１とは異なる伝熱プレート４１に固定ボルトＢ２を螺合する場合、中央Ｃから最も離間した伝熱プレート４１とは異なる伝熱プレート４１の全てに固定ボルトＢ２を螺合してもよい。また、実施形態のように、中央Ｃから最も離間した伝熱プレート４１とは異なる伝熱プレート４１のうちから、単数又は複数を選択して固定ボルトＢ２を螺合してもよい。

○ 実施形態において、伝熱プレート４１は、放熱部４３を有していなくてもよい。すなわち、伝熱プレート４１は、角型電池３２間に設けられる吸熱部４２（板状のプレート）のみから形成されていてもよい。この場合、固定ボルトＢ２は、吸熱部４２におけるウェイト本体１４と対向する面（本実施形態における吸熱部４２の長手方向の面）に螺合される。また、この場合、吸熱部４２が角型電池３２よりも張り出して設けられ、角型電池３２とウェイト本体１４が接触しない状態で伝熱プレート４１がウェイト本体１４に接合されてもよい。

○ 実施形態において、ブラケット３６を設けることなく、伝熱プレート４１の放熱部４３に螺合される固定ボルトＢ２のみで電池モジュール３１をウェイト本体１４に固定してもよい。

○ 実施形態において、電池ホルダ３３を設けず、角型電池３２と伝熱プレート４１を交互に並設するとともに、並設方向の両側からエンドプレート３５で挟み込むことで電池モジュール３１を構成してもよい。

○ 被接合体として、カウンタウェイト１２以外を用いてもよい。例えば、ケース１１の側壁を被接合体としてもよいし、電池モジュール３１を固定できる部材で有れば、どのような部材であってもよい。

○ 実施形態において、電池セルとして円筒形電池や、ラミネート型の二次電池を用いてもよい。なお、ラミネート型の二次電池は、角型電池に比べて放熱性が良いため、電池セルとして角型電池を用いる場合に本実施形態の効果がより発揮される。また、電池セルの容量が２０Ａｈ以上の大型電池を用いる場合、発熱量、変形量がともに大きくなるため、本実施形態の効果がより発揮される。

○ 実施形態において、角型電池３２及び伝熱プレート４１の数は、増やしてもよいし、減らしてもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握することができる技術的思想について以下に追記する。

（イ）前記接合部材は、前記電池モジュールにおける前記電池セルの並設方向中央から最も離れた位置に設けられた前記伝熱プレートと前記被接合体との接合強度に比べて、前記電池モジュールにおける前記電池セルの並設方向中央から最も離れた位置に設けられた伝熱プレートとは異なる伝熱プレートと前記被接合体との接合強度を強くすることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。

Ｂ２…固定ボルト、１０…電池パック、１２…カウンタウェイト、１４…ウェイト本体、３１…電池モジュール、３２…角型電池、４１…伝熱プレート、４３…放熱部。

Claims (4)

1. 並設された複数の電池セルと該電池セル間に設けられ前記電池セルと熱的に結合された複数の伝熱プレートとを有する電池モジュールと、
   前記電池モジュールが接合される被接合体と、を備えた電池パックであって、
   前記電池モジュールにおける前記電池セルの並設方向中央から最も離れた位置に設けられた前記伝熱プレートを両端の伝熱プレートとしたとき、
   前記両端の伝熱プレートとは異なる伝熱プレートは、接合部材によって前記被接合体に機械的に接合されており、
   前記両端の伝熱プレートは、接合部材によって前記被接合体に機械的に接合されていないことを特徴とする電池パック。
2. 前記接合部材は、前記電池モジュールにおける前記電池セルの並設方向中央から最も離れた位置に設けられた前記接合部材に比べて、前記被接合体への接合強度が強いことを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記電池セルの並設方向両端にはブラケットが設けられており、
   前記電池モジュールは、前記ブラケットによって前記被接合体に押しつけられてい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. 前記被接合体は、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〜請求項３のうちいずれか一項に記載の電池パック。