JP6160518B2 - 電池パックユニット - Google Patents

Description

本発明は、電池パックユニットに関する。

電池パックは、複数の電池セルが電気的に接続されてなる電池モジュールがケースに収容されたものである。このような電池パックとしては、例えば、特許文献１記載の蓄電装置（電池パック）がある。この蓄電装置は、複数個の電池モジュールがバッテリーケース（筐体）に収容され、そのバッテリーケースの上方からバッテリーカバー（蓋）が複数のネジにより固定されて構成されている。このように、通常、電池パックでは、電池モジュールは、有底筒状の筐体に収容され、筐体の開口を塞ぐ蓋は、複数のネジによって筐体にネジ止めされている。電池パックは、特許文献１記載のような電気自動車などに使用されると共に、特許文献２に記載のようなローリフトトラックといったフォークリフトのバッテリーに使用される。フォークリフトでは、バッテリー収納部に、バッテリーとしての電池パックが収納されている。

特開２０１２−３３３０６号公報 特許第４００１３３５号公報

自動車（フォークリフトを含む）などの移動体に電池パックが搭載される際、移動体の振動による電池パックの滑りなどを低減するために、電池パックを収納する収納部の壁部（被固定部）に電池パックは固定される。その際、蓋を壁部に対向させて固定しようとすると、蓋の表面に露出しているボルトの頭部（ボルト頭）が壁部と干渉して、電池パックと壁部の間に隙間が生じ、結果として、電池パックを安定して壁部に固定できないという問題があった。

そのため、本発明は、被固定部に安定して固定可能な電池パックユニットを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る電池パックユニットは、複数の電池セルが電気的に接続されてなる電池モジュール、電池モジュールを収容する有底筒状の筐体、及び、筐体の開口を塞ぐ蓋、を有する電池パックと、蓋において筐体と反対側の表面に設けられており、電池パックが固定される被固定部と電池パックとの間に介在する介在部材と、を備え、蓋は、上記表面上に位置する基端部と基端部から延在しており筐体が有する側壁に挿入される軸部とを有する第１の固定部材によって、筐体に固定されており、介在部材において、基端部に対向する部分には、基端部が収容される収容部が形成されており、介在部材の厚さは、基端部の厚さより厚い。

上記電池パックユニットが有する電池パックは、電池モジュールが収容された筐体の開口が蓋によって塞がれて構成されており、蓋は第１の固定部材によって筐体に固定されている。電池パックにおいて、蓋の表面上に位置する第１の固定部材の基端部は、介在部材の収容部に収容され、介在部材の厚さが基端部の厚さより厚いことから、基端部は介在部材から突出しない。そのため、介在部材を介して電池パックを被固定部に固定されば、電池パックを安定して被固定部に固定できる。

一実施形態において、上記介在部材は、放熱板であってもよい。

介在部材が放熱板であれば、電池パックが有する電池セルで発生する熱を効率的に放熱し得る。

一実施形態において、介在部材は、カウンターウェイトであってもよい。

フォークリフトなどでは、積荷と重量バランスをとるためにカウンターウェイトを設ける。そのため、介在部材をカウンターウェイトとして利用することによって、電池パックユニットを、フォークリフト等のカウンターウェイトを必要とする車両に適用する場合、カウンターウェイトと別に介在部材を用意するより、電池パックユニット及びそれを含む車両の製造コストを低減できる。

一実施形態において、上記収容部は、貫通孔であってもよい。

この場合、介在部材に低コストで収容部を形成し得る。

一実施形態において、介在部材には、介在部材を被固定部に固定するための第２の固定部材を挿通するための挿通孔が形成されていてもよい。

この構成では、介在部材を第２の固定部材によって被固定部に固定することによって、電池パックを被固定部に固定し得る。

本発明によれば、被固定部に安定して固定可能な電池パックユニットを提供し得る。

図１は、一実施形態に係る電池パックユニットに含まれる電池モジュールの概略構成を示す斜視図である。 図２は、一実施形態に係る電池パックユニットの概略構成を示す斜視図である。 図３は、図２に示した電池パックユニットの平面図である。 図４は、図２に示した電池パックユニットを格納室に格納した状態の一例を示す図面である。 図５は、介在部材と蓋との接合形態の他の例を示す図面である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図面の説明において、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

図１は、一実施形態に係る電池パックユニットに含まれる電池モジュールの概略構成を示す斜視図である。電池モジュール１０は、複数の電池セル１１が電気的に接続されたものである。

電池セル１１は、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池といった蓄電池である。ただし、電池セル１１は、二次電池に限られず、例えば、電気二重層キャパシタなどでもよい。電池セル１１は、例えば、電解液が充填されたケース１２内に負極とセパレータと正極とを積層してなる電極組立体１３を収容することによって構成されている。電極組立体１３の負極及び正極は、ケース１２に絶縁された状態で固定され、一端がケース１２外に突出している一対の電極端子１４Ａ，１４Ｂにそれぞれ電気的に接続されている。よって、一対の電極端子１４Ａ，１４Ｂの一方は、負極端子として機能し、他方は正極端子として機能する。

複数の電池セル１１は並設されており、隣接する電池セル１１の電極端子１４Ａ，１４Ｂは、バスバーといった導電性を有する接続部材１５によって接続されている。複数の電池セル１１は、拘束具１６によって、一体化されている。拘束具１６は、例えば、複数の電池セル１１を並設方向から挟み込む一対の金属プレート１７と、電池セル１１の側方に配置されると共に一対の金属プレート１７を連結する棒状の連結部材１８と、複数の電池セル１１を金属プレート１７によって挟み込んだ状態で金属プレート１７に連結部材１８を固定するためのボルト１９と、を有している。

図２は、一実施形態に係る電池パックユニットの概略構成を示す斜視図である。図３は、図２に示した電池パックユニットの平面図である。図４は、図２に示した電池パックユニットを、その格納室に格納した状態の一例を示す模式図である。図３及び図４では、電池モジュール１０を模式的に示している。図４では、電池パックユニット１及び格納室１００を、一部切り欠いて図示している。

電池パックユニット１は、電池パック２と、電池パック２に対して設けられる介在部材３とを備える。電池パック２は、図１に示した複数の電池モジュール１０と、複数の電池モジュール１０を収容した有底筒状の筐体２１と、筐体２１の開口を塞ぐ蓋２２とを有する。電池パック２は、例えば、バッテリーとして機能する。筐体２１と蓋２２とは、電池モジュール１０を収容するケース２０を構成する。

筐体２１は、矩形平板状のベース板２３と、ベース板２３から立設した側板（側壁）２４とから構成される有底筒状の箱体である。ベース板２３及び側板２４の材料の例は鉄（ＳＳ４００）である。筐体２１に収容された複数の電池モジュール１０は、筐体２１に固定されており、更に、互いに電気的に接続されている。側板２４には、複数の電池モジュール１０に電気的に接続された電気配線と、電池パック２の外側の装置とを電気的に接続するためのコネクタ（図示省略）などが設けられている。

蓋２２は、筐体２１の開口を塞ぐためのものであり、筐体２１の平面視形状と同じ平面視形状を有する。蓋２２の材料は、例えば鉄（ＳＳ４００）である。蓋２２は、複数のボルト（第１の固定部材）２５によって筐体２１に固定されている。具体的には、図４に示すように、蓋２２に形成された挿通孔２２ａを通してボルト軸（軸部）２５ｂが筐体２１の側板２４に形成されたネジ孔２４ａに挿入され締結されることによって、蓋２２は、筐体２１に固定されている。

介在部材３は、電池パックユニット１を、図４に示したように、電池パックユニット１の格納室１００の壁部（被固定部）１０１に固定する際に、電池パック２と壁部１０１との間に介在する板状の部材である。介在部材３の材料は熱伝導性を有する金属が例示され、具体的には鉄鋼が例示される。介在部材３が熱伝導性を有する形態では、電池パック２で発生する熱を放熱するための放熱板としても機能する。介在部材３は、フォークリフト用のカウンターウェイトでもよい。

介在部材３は、蓋２２の表面（筐体２１と反対側の面）２２ｂに設けられている。一実施形態において、介在部材３は、表面２２ｂに、接着剤又は溶接によって接合されている。介在部材３のうち、蓋２２の表面２２ｂ上に位置するボルト頭（基端部）２５ａに対向する部分には、ボルト頭２５ａを収容する貫通孔３ａが形成されている。平面視形状において、貫通孔３ａの最大長さである幅ｄ１は、ボルト頭（ボルトの頭部）２５ａの最大長さである幅ｄ２より大きい（図３参照）。また、介在部材３の厚さｔ１は、ボルト頭２５ａの厚さｔ２より厚い（図４参照）。これにより、ボルト頭２５ａが貫通孔３ａに挿入されても、介在部材３からボルト頭２５ａが突出することなく、ボルト頭２５ａは貫通孔３ａに収容される。

介在部材３の一部は、図２〜図４に示すように、電池パック２と対向する部分から外側に突出しており、その突出した部分には、介在部材３を格納室１００の壁部（被固定部）１０１に固定するためのボルト（第２の固定部材）１１０が通される少なくとも一つの貫通孔（挿通孔）３ｂが形成されている。

上記電池パックユニット１の構成では、電池パック２の蓋２２に介在部材３が接合されており、介在部材３において、ボルト２５に対向する位置には、ボルト頭２５ａを収容する貫通孔３ａが形成されている。その貫通孔３ａの長さはボルト頭２５ａの厚さｔ２より長いことから、ボルト頭２５ａが貫通孔３ａに収容されても、ボルト頭２５ａは、介在部材３から突出しない。このことによって、ボルト頭２５ａが他の部材に干渉することはなく、電池パックユニット１の取付時及び搬送時などにおける電池パックユニット１の取扱いが容易である。

また、介在部材３からボルト２５が突出しないので、壁部１０１に電池パックユニット１を固定することによって、結果として、電池パック２を壁部１０１に安定して固定できる。この点について介在部材３がない場合と比較しながら説明する。

介在部材３を介さずに電池パック２を壁部１０１に直接固定する場合、蓋２２の表面２２ｂ上に位置するボルト頭２５ａが壁部１０１と干渉（当接）することから、電池パック２と壁部１０１との間に隙間が生じる。その結果、電池パック２を壁部１０１に安定して固定できない。また、このような隙間をなくすためには、例えば、ボルト頭２５ａを蓋２２に埋め込むための座ぐり加工を蓋２２に施すことも考えられるが、蓋２２を筐体２１に確実に固定するために、座ぐり加工で形成される沈め穴の大きさ及びボルト頭２５ａと当接する面には一定の精度が要求される。そのため、このような座ぐり加工は、例えば、フライス削りなどで行われるため、電池パック２を備えた製品（自動車など）の製造コストの増加になる。

これに対して、電池パックユニット１では、電池パック２の蓋２２上に介在部材３を備えており、その介在部材３に貫通孔（孔部）３ａが形成されていることで、ボルト頭２５ａが介在部材３から露出しない。そのため、電池パックユニット１を壁部１０１に固定する場合、ボルト頭２５ａと、壁部１０１とが干渉せずに、介在部材３を壁部１０１に当接させて電池パックユニット１を壁部１０１に固定できる。その結果、電池パック２を安定して壁部１０１に固定し得る。そのため、例えば、格納室１００が、フォークリフト及び電気自動車などの移動体に含まれるものであっても、電池パック２への移動体の移動時の振動の影響を低減できる。例えば、移動体の振動に起因する電池パック２の滑りなどが抑制され得る。

更に、ボルト頭２５ａと、壁部１０１とが干渉しないことから、蓋２２自体に座ぐり加工といった機械加工を施す必要がなく、更に、貫通孔３ａは、ボルト頭２５ａが介在部材３から突出しないようにボルト頭２５ａを収容できればよいので、貫通孔３ａの形成に要するコストは、座ぐり加工の場合に比べて低減する。その結果、電池パックユニット１自体の製造コストが低減されるので、電池パック２を安定して壁部１０１に固定しながら、電池パック２を備える製品の製造コストの低減を図れる。

介在部材３を、例えば、鉄鋼などの熱伝導性を有する金属から構成すれば、介在部材３は電池パック２の放熱板としても機能する。そのため、介在部材３を利用することで、電池パック２に介在部材３とは別に放熱板を設ける場合に比べて、電池パックユニット１を低コストで製造可能である。そして、介在部材３が放熱板を兼ねることで、電池パック２を介在部材３を介して安定して壁部１０１に固定しながら、電池パック２の熱を格納室１００の壁部１０１に伝達して放熱し得る。

格納室１００の一例は、前述したように、フォークリフトにおけるバッテリー格納室である。この場合、壁部１０１は、フォークリフト筐体としても機能する。フォークリフトでは、フォークに載置される積荷との重量バランスをとるため、通常、フォークの後方にカウンターウェイトが配置される。そのため、介在部材３をそのカウンタ−ウェイトとして用いれば、介在部材３用の別の部材を準備しなくてもよい。その結果、電池パック２を壁部１０１に安定して固定しながら、電池パックユニット１自体及びそれを備えるフォークリフトの製造コストの低減を図れる。電池セル１１がリチウムイオン二次電地である場合、例えば、鉛蓄電池より電池セル１１の重量が軽くなるので、フォークリフトではカウンターウェイトが更に必要になる。そのため、介在部材３がカウンタ−ウェイトである形態は、電池セル１１がリチウムイオン二次電地の場合に、より有効である。なお、カウンターウェイトは鉄鋼などの金属で構成されるので、介在部材３がカウンターウェイトである場合、介在部材３は、放熱板でもあり得る。

フォークリフトの一例としてローリフトトラックがある。このローリフトトラックに、電池パックユニット１を適用した場合について説明する。電池パックユニット１を備えた、一実施形態に係るローリフトトラックは、格納室１００と、格納室１００の壁部１０１に固定される電池パックユニット１と、格納室１００の下側に設けられる車輪などの移動機構と、格納室１００の壁部１０１と対向する壁部１０２の外側（格納室の前方）に設けられるフォークの昇降機構と、昇降機構に取り付けられているフォークと、格納室１００の壁部１０１の外側（或いは格納室の後方）に設けられるハンドルといった操作部とを備える。上記昇降機構の制御及び移動機構の制御などを行うコントロールユニットは、例えば、格納室１００に格納され得る。

このような構成のローリフトトラックでは、フォークの後方に位置している格納室１００内に電池パックユニット１が格納されるので、介在部材３をカウンターウェイトとすることによって、重量バランスを得ながら、電池パック２を安定して格納室１００内に格納できる。更に、前述したように、ローリフトトラックで必要なカウンターウェイトを介在部材３が兼ねるので、電池パックユニット１及びそれを含むローリフトトラックの製造コストの低減も図れる。

図２〜図４に示しように、介在部材３において電池パック２と対向する部分から突出している側の端部３ｃと反対側の端部３ｄは、電池パック２より端部３ｃ側に位置していてもよい。つまり、介在部材３の端部３ｄが、蓋２２における筐体２１の側板２４と対向する部分と対向していない形態では、端部３ｄが電池パック２から突出していないので、電池パック２において端部３ｄ側の側板２４が格納室１００の底壁と当接する。そのため、電池パック２と格納室１００との接触面積が大きくなり、電池パック２が安定して格納室１００に格納され、その結果、例えば、フォークリフトなどに電池パックユニット１が搭載された際、フォークリフトなどの振動による電池パック２の滑りをより抑制できる。更に、電池パック２の端面２ａ側において端面２ａの辺部に沿って配置されるボルト２５は、通常、端面２ａと近接していることから、介在部材３に、端面２ａ側のボルト２５を収容する貫通孔を形成し得る領域を十分に確保できない場合もある。これに対して、介在部材３を、図２〜図４に示すように、電池パック２の端面２ａ側のボルト２５を覆わないように配置することで、端面２ａ側のボルト２５と壁部１０１との干渉を確実に防止できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

介在部材３の蓋２２への接合方法は、接着又は溶接に限らず、図５に示すように、ボルト２６を利用したネジ止めでもよい。図５に示した形態では、蓋２２を介在部材３にネジ止めした後に、介在部材３が接合された蓋２２を、筐体２１に固定すればよい。蓋２２を筐体２１に固定する場合には、貫通孔３ａからボルト２５を、蓋２２の挿通孔２２ａ及び筐体２１のネジ孔２４ａに挿入して締結すればよい。

介在部材３に形成されており、ボルト頭２５ａを収容する収容部は、貫通孔に限定されない。上記収容部は、ボルト頭２５ａを収容可能な所定の空間が形成されていればよく、例えば、介在部材３を貫通していない孔部であってもよい。このような孔部であっても、座ぐり加工のような精度は不要であるため、孔部の形成に要するコストは、座ぐり加工より低減される。更に、収容部は、例えば、介在部材３の各縁部から、ボルト頭２５ａを避けるように（すなわち、介在部材３がボルト頭２５ａと干渉しないように）、切り欠かれた切り欠き部でもよい。また、収容部は、収容すべき各ボルト頭２５ａに対して設けられていなくても、複数のボルト頭２５ａを収容可能な孔部（貫通孔を含む）又は切り欠き部であってもよい。

蓋２２を筐体２１に固定する固定形態としてネジ止めを例示して、第１の固定部材としてボルト２５を例示した。しかしながら、蓋２２を筐体２１に固定する固定形態としては、例えば、圧入であってもよく、その場合、第１の固定部材は、圧入に使用されるピン、すなわち、頭部（基端部）と、頭部から延在しておりネジ部が形成されていない軸部とを有する部材であってもよい。

図２〜図４では、介在部材３の端部３ｄを、電池パック２より端部３ｃ側に配置しているが、これに限定されない。例えば、端部３ｄは、電池パック２の端面２ａと同じでもよいし、電池パック２より突出していてもよい。

１…電池パックユニット、２…電池パック、３…介在部材、３ａ…貫通孔（収容部）、３ｂ…貫通孔（挿通孔）、１０…電池モジュール、１１…電池セル、２１…筐体、２２…蓋、２２ｂ…表面、２４…側板（側壁）、２５…ボルト（第１の固定部材）、２５ａ…ボルト頭（基端部）、２５ｂ…ボルト軸（軸部）、１００…格納室（被固定部）、１１０…ボルト（第２の固定部材）。

Claims (5)

1. 複数の電池セルが電気的に接続されてなる電池モジュール、前記電池モジュールを収容する有底筒状の筐体、及び、前記筐体の開口を塞ぐ蓋、を有する電池パックと、
   前記蓋において前記筐体と反対側の表面に設けられており、前記電池パックが固定される被固定部と前記電池パックとの間に介在する介在部材と、
   を備え、
   前記蓋は、前記表面上に位置する基端部と前記基端部から延在しており前記筐体が有する側壁に挿入される軸部とを有する第１の固定部材によって、前記筐体に固定されており、
   前記介在部材において、前記基端部に対向する部分には、前記基端部が収容される収容部が形成されており、
   前記介在部材の厚さは、前記基端部の厚さより厚い、
   電池パックユニット。
2. 前記介在部材は、放熱板である、
   請求項１記載の電池パックユニット。
3. 前記介在部材は、カウンターウェイトである、
   請求項１又は２記載の電池パックユニット。
4. 前記収容部は、貫通孔である、
   請求項１〜３の何れか一項記載の電池パックユニット。
5. 前記介在部材には、前記介在部材を前記被固定部に固定するための第２の固定部材を挿通するための挿通孔が形成されている、
   請求項１〜４の何れか一項記載の電池パックユニット。
   

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