JP6149925B2

JP6149925B2 - 電池モジュール

Info

Publication number: JP6149925B2
Application number: JP2015506722A
Authority: JP
Inventors: 浩生植田; 山口　敦; 敦山口; 加藤　崇行; 崇行加藤
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2034-03-12
Also published as: JPWO2014148337A1; WO2014148337A1

Description

本発明は、電池セルに温度センサを接触させた電池モジュールに関する。

電池セルには、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。温度センサを電池セル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を備えている。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を備えている。そして、貫通孔に挿通された温度センサは、一対の係止片と一対の取り付け片との間にモジュール本体を挟み込むようにして貫通孔の縁部に係止される。

特開２００９−１７６６０１号公報

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、貫通孔の縁部においてモジュール本体を挟みこむ構成にする必要があるので、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セルの温度を測定することができる電池モジュールを提供することにある。

本発明における電池モジュールの一態様は、電池セルと、前記電池セルを収容する電池収容部と該電池収容部に連通するセンサ収容部とを有する電池ホルダと、前記センサ収容部に収容されて前記電池セルの温度を測定する温度センサであって、前記電池収容部に収容された前記電池セルによって前記センサ収容部を区画する壁に向けて加圧されることで前記壁と前記電池セルとに挟持される、温度センサと、前記センサ収容部内に設けられた弾性変形可能な弾性部材と、を備え、前記センサ収容部を区画する壁は前記電池収容部と対向する底部を含み、前記弾性部材は前記底部に配置され、前記センサ収容部の前記底部までの深さは、前記弾性部材が弾性変形していないときの該弾性部材の厚みに前記温度センサの厚みを加えた寸法よりも小さく、前記電池セルは、樹脂製の前記電池ホルダに保持された状態で並設され、隣り合う前記電池セルの間には金属製の伝熱プレートが配置されており、前記伝熱プレートは、隣り合う前記電池セルの間に設けられる第１領域と、前記第１領域の一端から前記第１領域の厚み方向に屈曲する第２領域とを有する。

これによれば、電池ホルダのセンサ収容部の壁と電池セルとが温度センサを挟持することにより、温度センサを電池セルに接触させた状態で保持することができる。電池セルの加圧力によって温度センサを電池セルに接触させた状態にすることができるので、温度センサを電池セルに接触させた状態で保持するために温度センサの形状を複雑化させる必要がない。したがって、温度センサを複雑化することなく、電池セルの温度を測定することができる。

また、これによれば、電池セルによって温度センサが加圧されたときに、温度センサによって加圧されて弾性部材が弾性変形する。したがって、センサ収容部及び温度センサの寸法公差を吸収することができる。

好ましくは、上記電池モジュールは、前記電池ホルダが固定される設置面を有する被固定部材と、前記電池ホルダを前記設置面に固定する固定部材とを備え、前記センサ収容部の前記底部は、前記設置面に対向する。
本発明における電池モジュールの一態様は、電池セルと、前記電池セルを収容する電池収容部と、前記電池収容部に連通するセンサ収容部とを有する電池ホルダと、前記センサ収容部に収容されて前記電池セルの温度を測定する温度センサであって、前記電池収容部に収容された前記電池セルによって前記センサ収容部を区画する壁に向けて加圧されることで前記壁と前記電池セルとに挟持される、温度センサと、前記センサ収容部内に設けられた弾性変形可能な弾性部材と、前記電池ホルダが固定される設置面を有する被固定部材と、前記電池ホルダを前記設置面に固定する固定部材と、を備え、前記センサ収容部を区画する壁は前記電池収容部と対向する底部を含み、前記弾性部材は前記底部に配置され、前記センサ収容部の前記底部までの深さは、前記弾性部材が弾性変形していないときの該弾性部材の厚みに前記温度センサの厚みを加えた寸法よりも小さく、前記センサ収容部の前記底部は、前記設置面に対向する。
これによれば、電池ホルダのセンサ収容部の壁と電池セルとが温度センサを挟持することにより、温度センサを電池セルに接触させた状態で保持することができる。電池セルの加圧力によって温度センサを電池セルに接触させた状態にすることができるので、温度センサを電池セルに接触させた状態で保持するために温度センサの形状を複雑化させる必要がない。したがって、温度センサを複雑化することなく、電池セルの温度を測定することができる。
また、これによれば、電池セルによって温度センサが加圧されたときに、温度センサによって加圧されて弾性部材が弾性変形する。したがって、センサ収容部及び温度センサの寸法公差を吸収することができる。

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セル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。図１のフォークリフトに搭載される電池パックを示す斜視図。図２の電池パックの電池モジュールを示す断面図。図３の電池モジュールの一部を拡大して示す断面図。（ａ）は図３の電池ホルダを示す斜視図、（ｂ）は、図５（ａ）のセンサ収容部と温度センサを示す斜視図。

以下、本発明の電池モジュールをフォークリフトに搭載される電池モジュール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の駆動源である走行用モータＭ１と、フォーク１６の駆動源である荷役用モータＭ２とが搭載されている。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、直方体状のウェイト部３３と、矩形板状のウェイト本体３４とを有する。ウェイト本体３４は、ウェイト部３３の短手方向第１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の長手方向第１端３３ｃから長手方向第２端３３ｄに亘って延びる。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の短手方向第２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第２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）同士を繋ぐ基部４３と、からなる。つまり、ケース３１は、ウェイト部３３の短手方向第２端３３ｂとフレーム４０と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、矩形板状をなす正面蓋部材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の上面とには、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の長手方向第１端３３ｃに対応する箇所に、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とによって囲まれた第１開口部３０ｂを有する。また、ケース３１は、ウェイト部３３の長手方向第２端３３ｄに対応する箇所に、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とによって囲まれた第２開口部３０ｃを有する。なお、第１開口部３０ｂは、第１蓋部材４６によって閉塞され、第２開口部３０ｃは、第２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においてその厚み方向と直交する一面（ケース３１の内面）、すなわちウェイト本体３４の内側面は電池モジュール５１が設置される設置面３４ａである。設置面３４ａには、ウェイト本体３４の長手方向に沿って二組の電池列が設けられており、それぞれの電池列は、ウェイト本体３４の短手方向に並べられた３個の電池モジュール５１を含む。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、各電池モジュール５１では、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が配置されている。角型電池５２の並設方向における電池モジュール５１の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の外側でナットＮに螺合されている。電池モジュール５１は、両エンドプレート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。各電池モジュール５１は、各エンドプレート５３に設けられたブラケット５４によってウェイト本体３４に固定されている。

図５（ａ）及び図５（ｂ）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の長手方向における第２の被覆部７２と第３の被覆部７３との間の寸法（内寸）は、角型電池５２の幅方向の寸法と略同一である。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が収容される電池収容部Ｓ１を形成している。

矩形平板状の第４の被覆部７４は、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）との間を延びており、これらの被覆部７２，７３の短手方向第１端部７２ｂ、７３ｂ寄りに位置している。第４の被覆部７４の厚み方向は、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、第４の被覆部７４の長手方向は、第２の被覆部７２と第３の被覆部７３とが対向する方向に一致する。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２の被覆部７２には、電池収容部Ｓ１を画定する面から第２の被覆部７２の厚み方向に凹むセンサ収容部Ｓ２が設けられている。センサ収容部Ｓ２は、電池収容部Ｓ１と連通している。センサ収容部Ｓ２からは、第２の被覆部７２の短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２の被覆部７２の短手方向両端に開口している。

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の短手方向の第１端面上には、第４の被覆部７４の厚み方向に開口するＵ字状の端子収容部７６がそれぞれ設けられている。一方の端子収容部７６は第２の被覆部７２に連設され、他方の端子収容部７６は第３の被覆部７３に連設されている。

第４の被覆部７４の短手方向の第１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の軸線は、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を軸方向に貫通するように設けられている。

第２の被覆部７２及び第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の軸線は各被覆部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を軸方向に貫通するように設けられている。

図４、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、センサ収容部Ｓ２には弾性部材９１が設けられている。センサ収容部Ｓ２を区画する壁は底部８０（センサ収容部Ｓ２を区画する壁における電池収容部Ｓ１と対向する部分）を含み、弾性部材９１は底部８０上に設けられている。弾性部材９１は、矩形板状をなしており、センサ収容部Ｓ２の底部８０の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。

センサ収容部Ｓ２には、弾性部材９１が底部８０との間に配置されるように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、センサ収容部Ｓ２から延設された溝部７５に沿って延びるように溝部７５内に設けられ、制御機器と接続されている。

温度センサ９２は、弾性部材９１を介してセンサ収容部Ｓ２の底部８０と角型電池５２とに挟持されており、角型電池５２によって底部８０に向けて加圧されている。温度センサ９２によって加圧されて、弾性部材９１は弾性変形している。すなわち、弾性部材９１が弾性変形していないときには、弾性部材９１の厚みに温度センサ９２の厚みを加えた寸法が、センサ収容部Ｓ２の深さ（第２の被覆部７２の厚み方向におけるセンサ収容部Ｓ２の寸法）よりも大きくなる。したがって、弾性部材９１が弾性変形していないとき（電池収容部Ｓ１に角型電池５２が収容されていないとき）には、温度センサ９２の一部がセンサ収容部Ｓ２から電池収容部Ｓ１に突出している。

次に、本実施形態の電池モジュール５１の作用について説明する。
弾性部材９１が弾性変形していないとき（電池収容部Ｓ１に角型電池５２が収容されていないとき）には、温度センサ９２の一部がセンサ収容部Ｓ２から電池収容部Ｓ１に突出している。電池収容部Ｓ１に角型電池５２を収容すると、角型電池５２の側面によって温度センサ９２が押圧されて、温度センサ９２が弾性部材９１に押しつけられる。そして、温度センサ９２における角型電池５２と対向する面は、角型電池５２の側面と接触する。すなわち、温度センサ９２は、角型電池５２による加圧力によって、弾性部材９１を介して角型電池５２とセンサ収容部Ｓ２の底部８０とに挟持されている。温度センサ９２は、角型電池５２の温度情報を制御機器に出力する。

したがって、上記実施形態によれば以下のような利点を得ることができる。
（１）電池ホルダ７０に、温度センサ９２が収容されるセンサ収容部Ｓ２を設けて、電池収容部Ｓ１に角型電池５２が収容されたときに、角型電池５２による加圧力によって、温度センサ９２が弾性部材９１を介して角型電池５２とセンサ収容部Ｓ２の底部８０とに挟持されるようにしている。角型電池５２による加圧力によって温度センサ９２を角型電池５２に接触させることができるので、温度センサ９２を角型電池５２に接触させるために、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）弾性部材９１をセンサ収容部Ｓ２の底部８０に敷設しているので、温度センサ９２が角型電池５２に加圧されたときに、弾性部材９１が弾性変形する。したがって、センサ収容部Ｓ２や、温度センサ９２の寸法公差が吸収されうる。

（３）センサ収容部Ｓ２には、弾性部材９１が収容されているので、電池収容部Ｓ１に角型電池５２が収容されて、温度センサ９２が電池ホルダ７０に向けて押圧されても、温度センサ９２に加わる圧力が少なく、温度センサ９２が破損しにくい。

なお、実施形態は以下のように変更されてもよい。
実施形態において、弾性部材９１を設けず、センサ収容部Ｓ２に温度センサ９２のみを収容してもよい。この場合、温度センサ９２の厚みは、センサ収容部Ｓ２の深さ（第２の被覆部７２の厚み方向におけるセンサ収容部Ｓ２の寸法）よりも大きいことが好ましい。

実施形態において、センサ収容部Ｓ２は、第２の被覆部７２をその厚み方向に貫通する貫通孔であってもよい。この場合、貫通孔は、電池収容部Ｓ１から遠ざかるにつれて縮径するようにする。この場合、角型電池５２が電池収容部Ｓ１に収容されると、温度センサ９２が貫通孔に圧入される。つまり、温度センサ９２がセンサ収容部Ｓ２を区画する壁に向かって加圧される。

実施形態において、電池ホルダ７０の第１の被覆部７１にセンサ収容部Ｓ２が設けられていてもよい。この場合、温度センサ９２は、角型電池５２の高さ方向両端の面のうち、端子が設けられていない面と接触することで、角型電池５２の温度を測定する。また、電池ホルダの形状が、角型電池５２の厚み方向端部の面を被覆する被覆部を有している場合には、この被覆部にセンサ収容部Ｓ２を設けてもよい。すなわち、センサ収容部は、電池収容部Ｓ１と連通していれば、どのような位置に設けられていてもよい。

実施形態において、電池収容部Ｓ１に角型電池５２が収容されていないときに、温度センサ９２の一部がセンサ収容部Ｓ２から電池収容部Ｓ１に突出していなくてもよい。この場合、例えば、角型電池５２の一部に凸部を設けて、その凸部の一部がセンサ収容部Ｓ２に挿入されるようにすることで凸部と温度センサ９２とを接触させる。これにより、角型電池５２と温度センサ９２とが接触して、角型電池５２の温度を測定することができる。

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、温度センサ９２は、角型電池５２と直接接触していなくてもよい。例えば、角型電池５２が絶縁シートで覆われている場合には、絶縁シートを介して温度センサ９２と角型電池５２とが接触してもよい。

実施形態において、弾性部材として、角型電池５２に向けて突出する弾性変形可能な突出部を電池ホルダ７０に一体に設けてもよい。また、弾性部材が設けられていなくてもよい。

Ｓ１…電池収容部、Ｓ２…センサ収容部、３０…電池パック、５１…電池モジュール、５２…角型電池、７０…電池ホルダ、９１…弾性部材、９２…温度センサ。

Claims

電池セルと、
前記電池セルを収容する電池収容部と、前記電池収容部に連通するセンサ収容部とを有する電池ホルダと、
前記センサ収容部に収容されて前記電池セルの温度を測定する温度センサであって、前記電池収容部に収容された前記電池セルによって前記センサ収容部を区画する壁に向けて加圧されることで前記壁と前記電池セルとに挟持される、温度センサと、
前記センサ収容部内に設けられた弾性変形可能な弾性部材と、
を備え、
前記センサ収容部を区画する壁は前記電池収容部と対向する底部を含み、前記弾性部材は前記底部に配置され、
前記センサ収容部の前記底部までの深さは、前記弾性部材が弾性変形していないときの該弾性部材の厚みに前記温度センサの厚みを加えた寸法よりも小さく、
前記電池セルは、樹脂製の前記電池ホルダに保持された状態で並設され、隣り合う前記電池セルの間には金属製の伝熱プレートが配置されており、
前記伝熱プレートは、隣り合う前記電池セルの間に設けられる第１領域と、前記第１領域の一端から前記第１領域の厚み方向に屈曲する第２領域とを有する電池モジュール。
前記電池ホルダが固定される設置面を有する被固定部材と、
前記電池ホルダを前記設置面に固定する固定部材とを備え、
前記センサ収容部の前記底部は、前記設置面に対向する請求項１に記載の電池モジュール。
電池セルと、
前記電池セルを収容する電池収容部と、前記電池収容部に連通するセンサ収容部とを有する電池ホルダと、
前記センサ収容部に収容されて前記電池セルの温度を測定する温度センサであって、前記電池収容部に収容された前記電池セルによって前記センサ収容部を区画する壁に向けて加圧されることで前記壁と前記電池セルとに挟持される、温度センサと、
前記センサ収容部内に設けられた弾性変形可能な弾性部材と、
前記電池ホルダが固定される設置面を有する被固定部材と、
前記電池ホルダを前記設置面に固定する固定部材と、
を備え、
前記センサ収容部を区画する壁は前記電池収容部と対向する底部を含み、前記弾性部材は前記底部に配置され、
前記センサ収容部の前記底部までの深さは、前記弾性部材が弾性変形していないときの該弾性部材の厚みに前記温度センサの厚みを加えた寸法よりも小さく、
前記センサ収容部の前記底部は、前記設置面に対向する電池モジュール。