JP6123299B2 - 電池パック及び産業車両 - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池セルを有する複数の電池モジュールと、複数の電池モジュールを制御する電池制御機器と、熱容量を持ち、自発熱しないダミーモジュールと、を有する電池パック、及び該電池パックを備える産業車両に関する。

近年、産業車両には、複数の電池モジュールと、複数の電池モジュールを制御する電池制御機器とを有する電池パックが、電源として搭載されている。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４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、複数の電池モジュール１０２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１００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で発生した熱を吸収する。

特開２０１２−９３０９号公報

ところが、制御部１０６から発生した熱が、棚１０４、柱体１０３、及び基台１０１に篭もって過熱状態になると、制御部１０６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、電池制御機器を効率よく冷却することができる電池パック及び産業車両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に記載の電池パックは、複数の電池セルを有する複数の電池モジュールと、前記複数の電池モジュールを制御する電池制御機器と、熱容量を持ち、自発熱しないダミーモジュールと、を有する電池パックであって、前記ダミーモジュールは、前記電池モジュールと同じ形状及び同じ重量に形成されており、前記ダミーモジュールと前記電池制御機器との熱的な結合は、前記電池モジュールと前記電池制御機器との熱的な結合に比べて強いことを要旨とする。なお、ダミーモジュールにおいて、「自発熱しない」とは、ダミーモジュール自身が発熱しないことを示す。

これによれば、電池モジュールが発電し、電池制御機器によって電池モジュールが制御されると、電池モジュール及び電池制御機器から熱が発生する。その一方で、ダミーモジュールは駆動されることなく発熱もしていない。また、ダミーモジュールと電池制御機器との熱的な結合は、電池モジュールと電池制御機器との熱的な結合に比べて強い。このため、電池制御機器で発生した熱は、ダミーモジュールに主に伝わり、ダミーモジュールから放熱される。よって、例えば、電池制御機器で発生した熱を、電池制御機器から単独で放熱させたり、電池モジュールを介して放熱させる場合と比べると、電池制御機器を効率良く冷却することができる。

また、前記ダミーモジュールと前記電池制御機器とを結ぶ最短距離は、前記電池制御機器に隣り合う前記電池モジュールと前記電池制御機器とを結ぶ最短距離に比べて短いのが好ましい。

これによれば、電池制御機器で発生した熱を、確実にダミーモジュールに伝わらせることができる。
また、前記ダミーモジュールの少なくとも一つは、前記電池制御機器より下方で、かつ前記電池モジュールよりも上方に配置されているのが好ましい。

これによれば、電池制御機器で発生した熱は、電池モジュールよりもダミーモジュールに伝わり、ダミーモジュールから放熱されるが、放熱された熱は上昇する。このとき、ダミーモジュールは、電池モジュールの上方に配置されているため、ダミーモジュールから放熱された熱を、電池モジュールに伝わりにくくすることができる。

請求項４に記載の産業車両は、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を備えている。
これによれば、産業車両に搭載された電池制御機器から熱が発生しても、電池制御機器は効率良く冷却されるため、産業車両に発熱を原因とした不具合が及ぶことが防止できる。

また、産業車両は、カウンタウェイトを有し、前記電池モジュール、前記電池制御機器、及び前記ダミーモジュールは、前記カウンタウェイトに熱的に結合されていてもよい。
これによれば、カウンタウェイトを介して電池制御機器から発生した熱をダミーモジュールに伝えることができる。
上記課題を解決するため、請求項６に記載の電池パックは、複数の電池セルを有する複数の電池モジュールと、前記複数の電池モジュールを制御する電池制御機器と、熱容量を持ち、自発熱しないダミーモジュールと、を有し、前記電池モジュールと前記電池制御機器と前記ダミーモジュールとを１つの収容部において互いに隣り合うように配置した電池パックであって、前記電池制御機器は、前記収容部の配置面における一番高い位置に配置されており、前記ダミーモジュールは、前記電池モジュールより上方に配置され、かつ前記電池制御機器を囲む位置に配置され、前記ダミーモジュールと前記電池制御機器とを結ぶ最短距離は、前記電池制御機器に隣り合う前記電池モジュールと前記電池制御機器とを結ぶ最短距離に比べて短いことを要旨とする。

本発明によれば、電池制御機器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側面図。 電池パックを示す斜視図。 電池パックを示す正面図。 背景技術を示す斜視図。

以下、本発明の産業車両をフォークリフトに具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。なお、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（前進方向）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。そして、走行用モータＭ１及び荷役用モータＭ２は、車体１１に搭載された電池パック３０からの電力供給により駆動される。

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。車体１１において、運転室２０の下部には電池パック３０が搭載されている。

次に、電池パック３０について説明する。
図２及び図３に示すように、電池パック３０は、複数の電池モジュール５０と、複数のダミーモジュール６０と、電池制御機器６１とが収容部Ｓに収容されて構成されている。複数の電池モジュール５０それぞれは、電池セルとしての複数の角型電池５１と、矩形平板状の伝熱プレート５２とを交互に並べて構成されている。なお、本実施形態では、角型電池５１としてリチウムイオン二次電池が用いられている。また、伝熱プレート５２は、厚み方向の全面が、隣り合う角型電池５１の厚み方向の側面と接している。また、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。

複数のダミーモジュール６０それぞれは、電池モジュール５０と同じ形状及び同じ重量の直方体状に形成されており、かつ自発熱しないものである。また、ダミーモジュール６０の長手方向の両端面には、上記と同じ構成のブラケット５３が固定されている。電池制御機器６１は、電池モジュール５０とほぼ同じ形状及び大きさの直方体状である。電池制御機器６１内には、電池モジュール５０の制御を行う制御機器が収容されている。また、電池制御機器６１の長手方向の両端面には、上記と同じ構成のブラケット５３が固定されている。

次に、フォークリフト１０が備えるカウンタウェイト３２について説明する。
図２及び図３に示すように、カウンタウェイト３２は、例えば鉄等の金属材料製であり、細長矩形板状のウェイト部３４と、このウェイト部３４の短手方向一端縁部からウェイト部３４の厚み方向に立設されるとともに、ウェイト部３４の長手方向一端から他端に亘って延びる細長矩形板状のウェイト本体３３と、を備え、側面視Ｌ字状をなす。

ウェイト部３４において、その短手方向におけるウェイト本体３３と反対側には、逆Ｕ字状のフレーム３６がウェイト部３４から立設されている。フレーム３６は、ウェイト部３４の上面における短手方向他端縁部の２つの角部から立設された第１の柱部３８及び第２の柱部３９と、第１の柱部３８及び第２の柱部３９の上端部（ウェイト部３４と接合される端部と反対側の端部）を繋ぐ基部３７と、からなる。各柱部３８，３９の立設方向への長さ（各柱部３８，３９の長手方向の長さ）は、ウェイト部３４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３６の上面とウェイト本体３３の上面には天板４４が支持されている。この天板４４によって、ウェイト本体３３と、フレーム３６との間の開口部（図示せず）が閉塞されている。

ウェイト部３４の長手方向の一端側には、ウェイト本体３３と、ウェイト部３４と、第１の柱部３８と、天板４４によって囲まれた一端側開口部３０ｂが形成されている。また、ウェイト部３４の長手方向の他端側には、ウェイト本体３３と、ウェイト部３４と、第２の柱部３９と、天板４４によって囲まれた他端側開口部３０ｃが形成されている。一端側開口部３０ｂは、一端側蓋部材４１によって閉塞され、他端側開口部３０ｃは他端側蓋部材４２によって閉塞されている。そして、電池パック３０は、カウンタウェイト３２と、一端側蓋部材４１と、他端側蓋部材４２と、蓋部材４３と、天板４４で囲まれた領域からなる収容部Ｓを有する。

なお、以下の説明において、ウェイト部３４の長手方向を、カウンタウェイト３２の長手方向とする。また、ウェイト部３４の短手方向（ウェイト部３４の長手方向に直交し、かつウェイト部３４の厚み方向に直交する方向）をカウンタウェイト３２の短手方向とする。また、ウェイト部３４からウェイト本体３３が延びる方向を、カウンタウェイト３２の高さ方向とする。そして、カウンタウェイト３２は、長手方向が車体１１の左右方向（車幅方向）に延びる状態で車体１１に搭載されている。

次に、収容部Ｓにおける電池モジュール５０、ダミーモジュール６０、及び電池制御機器６１の配置について説明する。
収容部Ｓには、複数の電池モジュール５０、複数のダミーモジュール６０、及び電池制御機器６１が収容されている。ここで、本発明の電池パックに配置される電池モジュールの数は、電池パックの仕様や電池パックが搭載される機器の仕様に合わせて適宜変更される。そして、電池パックに配置される電池モジュールの数が、配置可能な最大数よりも少なくなる場合には、電池モジュールを減らしたことでできるスペースにダミーモジュールを配置する。

本実施形態では、電池パック３０の収容部Ｓに配置される電池モジュール５０の数は、最大数の５個に対して２個少ない３個であり、電池モジュール５０を２個減らしたことでできるスペースにダミーモジュール６０が２個設けられている。ここで、電池パック３０において、電池モジュール５０、ダミーモジュール６０、及び電池制御機器６１のカウンタウェイト３２の高さ方向への並びを「列」とし、カウンタウェイト３２の長手方向への並びを「行」とする。本実施の形態において、電池パック３０は、列が２つ、行が３つ形成されている。

３つの行のうち、最も低い位置の第１行Ｄ１には、電池モジュール５０が２つ並設されている。３つの行のうち、真ん中の位置の第２行Ｄ２には、電池モジュール５０とダミーモジュール６０が並設されている。３つの行のうち、最も高い位置の第３行Ｄ３には、ダミーモジュール６０と電池制御機器６１が並設されている。

カウンタウェイト３２の長手方向一端側の第１列Ｒ１には、第１行Ｄ１側から第３行Ｄ３側に向けて（車体１１の鉛直方向上方に向かって）順に電池モジュール５０、電池モジュール５０、及びダミーモジュール６０が並設されている。カウンタウェイト３２の長手方向他端側の第２列Ｒ２には、第１行Ｄ１側から第３行Ｄ３側に向けて（車体１１の鉛直方向上方に向かって）順に電池モジュール５０、ダミーモジュール６０、及び電池制御機器６１が並設されている。

電池制御機器６１には、電池パック３０の長手方向及び高さ方向にダミーモジュール６０が隣り合い、斜め下方に電池モジュール５０が隣り合っている。本実施の形態では、電池制御機器６１に隣接する２つのダミーモジュール６０各々と、電池制御機器６１と、を結ぶ最短距離は、電池制御機器６１の斜め下方に設けられる電池モジュール５０と、電池制御機器６１と、を結ぶ最短距離と比較して短くなっている。したがって、斜め下方の電池モジュール５０よりも２つのダミーモジュール６０の方が電池制御機器６１と熱的な結合が強くなっている。よって、２つのダミーモジュール６０には、電池制御機器６１で発生した熱が電池モジュール５０より伝わりやすくなっている。

収容部Ｓにおいて、ウェイト本体３３におけるウェイト部３４側の配置面３３ａ（ウェイト本体３３の厚み方向の一面（内面））には複数の電池モジュール５０が配置されている。複数の電池モジュール５０は、それぞれ角型電池５１の並設方向がカウンタウェイト３２の長手方向と一致するように配置面３３ａに設置されている。また、各電池モジュール５０は、ブラケット５３に挿通されたボルトＢをウェイト本体３３に螺入することでウェイト本体３３に取り付けられている。

ダミーモジュール６０及び電池制御機器６１は、その長手方向がカウンタウェイト３２の長手方向に一致するように配置面３３ａに配置されている。ダミーモジュール６０及び電池制御機器６１は、ブラケット５３に挿通されたボルトＢをウェイト本体３３に螺入することでウェイト本体３３に取り付けられている。そして、複数の電池モジュール５０、複数のダミーモジュール６０、及び電池制御機器６１は、それぞれウェイト本体３３に対し熱的に結合されている。

次に、本実施形態のフォークリフト１０の作用について説明する。
さて、電池モジュール５０が発電し、電池制御機器６１によって電池モジュール５０が制御されると、電池制御機器６１で熱が発生し、電池モジュール５０からも熱が発生する。一方、ダミーモジュール６０は、発電もせず、電子機器等が駆動されることもないため、ダミーモジュール６０からは熱が発生しない（自発熱しない）。よって、ダミーモジュール６０は熱容量が大きく吸熱部材として機能する。

そして、電池制御機器６１から発生した熱は、ウェイト本体３３に伝わり、ウェイト本体３３から放熱される。また、電池制御機器６１から発生した熱は、周囲に放熱される。電池制御機器６１の周囲には電池モジュール５０及びダミーモジュール６０が配設されているが、ダミーモジュール６０と電池制御機器６１との熱的な結合は、電池モジュール５０と電池制御機器６１との熱的な結合よりも強くなっているため、電池制御機器６１から周囲に放熱された熱は、主にダミーモジュール６０に伝わる。そして、ダミーモジュール６０に伝わった熱は、ダミーモジュール６０からウェイト本体３３に放熱される。したがって、電池制御機器６１で発生した熱は、ウェイト本体３３、及びダミーモジュール６０に吸収され、電池制御機器６１が過熱状態になることが防止される。

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）電池パック３０において、ダミーモジュール６０は、電池制御機器６１に対し電池パック３０の長手方向及び高さ方向に隣り合う位置に配置されている。そして、ダミーモジュール６０は電池制御機器６１との熱的な結合が、電池モジュール５０と電池制御機器６１との熱的な結合よりも強い。したがって、電池制御機器６１で発生した熱は、ダミーモジュール６０及び電池モジュール５０のうち、ダミーモジュール６０に主に伝わる。よって、電池制御機器６１の周辺に配設される電池モジュール５０であっても電池制御機器６１からの熱の影響が小さく、電池パック３０全体で電池制御機器６１に近い電池モジュール５０と、電池制御機器６１から遠い電池モジュール５０とでの温度のばらつきを抑えることができる。

（２）電池制御機器６１が配置された第２列Ｒ２では、下から上に向けて順に電池モジュール５０、ダミーモジュール６０、及び電池制御機器６１が並設されている。したがって、電池制御機器６１で発生した熱は、その下側のダミーモジュール６０に伝わり、ダミーモジュール６０からウェイト本体３３に放熱されるとともにダミーモジュール６０から周囲へ放熱される。このダミーモジュール６０から周囲への放熱によって温められたダミーモジュール６０周辺の空気は、上方に移動するが、ダミーモジュール６０は、電池モジュール５０より上方に配置され、ダミーモジュール６０の上方には電池モジュール５０が配置されていない。よって、ダミーモジュール６０から周囲へ放熱された熱によって電池モジュール５０が加熱されることを抑制できる。

（３）電池モジュール５０、電池制御機器６１、及びダミーモジュール６０をカウンタウェイト３２のウェイト本体３３に熱的に結合した。このため、電池制御機器６１で発生した熱を、ウェイト本体３３を介してダミーモジュール６０に効率良く伝え、電池制御機器６１を効率良く冷却することができる。

（４）電池パック３０に配置される電池モジュール５０の最大数は、電池パック３０の仕様やフォークリフト１０の仕様に応じて予め決められている。また、電池パック３０に配置する電池モジュール５０の数は、電池パック３０の仕様やフォークリフト１０の仕様によって変わってくる。電池モジュール５０の数を予め決められた最大数から減らすと、電池モジュール５０によるカウンタウェイトとしての機能が損なわれてしまうが、ダミーモジュール６０を設置することで、ウェイトバランスが悪くなることを防止できる。また、ダミーモジュール６０を電池制御機器６１の冷却に使用するため、電池制御機器６１の冷却効率を向上させるための別部材を設ける必要がなく、フォークリフト１０の部品点数が増えることもない。

（５）電池制御機器６１は、配置面３３ａの一番高い位置に配置されている。したがって、電池制御機器６１で発生した熱によって温められた電池制御機器６１周辺の空気は、上方に移動するが、電池制御機器６１よりも上方に電池モジュール５０を配置していないため、電池制御機器６１の影響による電池モジュール５０の温度上昇を抑えることができる。

（６）ダミーモジュール６０は、電池パック３０の長手方向及び高さ方向に隣り合う位置に配置され、電池制御機器６１をほぼ囲む位置に配置されている。このため、電池制御機器６１で発生した熱をその周りから吸収することができ、電池制御機器６１を効率良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。
○ フォークリフト１０の仕様（例えば、要求電力量）に応じて電池モジュール５０の数、及びダミーモジュール６０の数は変更してもよい。

○ ダミーモジュール６０は、電池モジュール５０と同じ形状及び同じ重量の直方体状に形成されているが、これに限らない。つまり、ダミーモジュール６０は、電池モジュール５０からの熱を吸収できるものであればどのような構成であってもよい。

○ 配置面３３ａでの電池モジュール５０、ダミーモジュール６０、及び電池制御機器６１の配置は、電池制御機器６１に対する熱的な結合が、電池モジュール５０よりダミーモジュール６０の方が強くなれば適宜変更してもよい。

○ ダミーモジュール６０が吸収した熱が電池モジュール５０に伝わらないようにすれば、ダミーモジュール６０より上方に電池モジュール５０を配置してもよい。
○ 電池制御機器６１とダミーモジュール６０を熱伝導部材で接合し、電池制御機器６１とダミーモジュール６０を熱的に結合してもよい。このように構成した場合、電池制御機器６１で発生した熱をより効果的にダミーモジュール６０に伝え、電池制御機器６１を効率良く冷却することができる。

○ 電池セルとして、角型電池５１以外の円筒型電池や、ラミネート型の二次電池を採用してもよい。
○ カウンタウェイト３２は、どのような形状でもよい。例えば、ウェイト部３４が無くてもよい。また、フォークリフト１０は、カウンタウェイト３２を有さない構成でもよい。

○ 電池パック３０は、電池モジュール５０、ダミーモジュール６０、及び電池制御機器６１を有していて、電池制御機器６１に対する熱的な結合が、電池モジュール５０よりダミーモジュール６０の方が強くなる構成であれば、どのような構成でもよい。

○ 産業車両を、フォークリフト１０以外の、例えば、パワーショベルなどに具体化してもよい。
○ 電池パック３０が搭載される対象は、産業車両に限らず、電池を駆動源とするものであればどのようなものでもよい。

○ 電池モジュール５０、ダミーモジュール６０、及び電池制御機器６１は、ウェイト本体３３の配置面３３ａだけでなく、ウェイト本体３３の厚み方向反対側の面にも配置してもよい。

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）前記ダミーモジュールは、前記電池制御機器に隣り合う位置に配置され、かつ前記電池制御機器に隣り合う前記電池モジュールに比べて前記電池制御機器に対する熱的な結合が強くなる位置に配置されている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の電池パック。

（ロ）前記ダミーモジュールは、前記電池制御機器を囲む位置に配置されている請求項１〜請求項３、及び技術的思想（イ）のうちいずれか一項に記載の電池パック。

１０…産業車両としてのフォークリフト、３０…電池パック、３２…カウンタウェイト、５０…電池モジュール、５１…電池セルとしての角型電池、６０…ダミーモジュール、６１…電池制御機器。

Claims (6)

1. 複数の電池セルを有する複数の電池モジュールと、
   前記複数の電池モジュールを制御する電池制御機器と、
   熱容量を持ち、自発熱しないダミーモジュールと、を有する電池パックであって、
   前記ダミーモジュールは、前記電池モジュールと同じ形状及び同じ重量に形成されており、
   前記ダミーモジュールと前記電池制御機器との熱的な結合は、前記電池モジュールと前記電池制御機器との熱的な結合に比べて強いことを特徴とする電池パック。
2. 前記ダミーモジュールと前記電池制御機器とを結ぶ最短距離は、前記電池制御機器に隣り合う前記電池モジュールと前記電池制御機器とを結ぶ最短距離に比べて短い請求項１に記載の電池パック。
3. 前記ダミーモジュールの少なくとも一つは、前記電池制御機器より下方で、かつ前記電池モジュールよりも上方に配置されている請求項１又は請求項２に記載の電池パック。
4. 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を備えていることを特徴とする産業車両。
5. カウンタウェイトを有し、前記電池モジュール、前記電池制御機器、及び前記ダミーモジュールは、前記カウンタウェイトに熱的に結合されている請求項４に記載の産業車両。
6. 複数の電池セルを有する複数の電池モジュールと、
   前記複数の電池モジュールを制御する電池制御機器と、
   熱容量を持ち、自発熱しないダミーモジュールと、を有し、
   前記電池モジュールと前記電池制御機器と前記ダミーモジュールとを１つの収容部において互いに隣り合うように配置した電池パックであって、
   前記電池制御機器は、前記収容部の配置面における一番高い位置に配置されており、
   前記ダミーモジュールは、前記電池モジュールより上方に配置され、かつ前記電池制御機器を囲む位置に配置され、
   前記ダミーモジュールと前記電池制御機器とを結ぶ最短距離は、前記電池制御機器に隣り合う前記電池モジュールと前記電池制御機器とを結ぶ最短距離に比べて短いことを特徴とする電池パック。