JP6933542B2 - バッテリパック - Google Patents
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Description
本発明は、セルホルダに保持された複数の電池セルを有するバッテリコアパックと、バッテリコアパックを収容するケースとを備えるバッテリパックに関する。
例えば、特許文献1に記載されるように、電動アシスト自転車や、電動バイク等の電動車両に着脱可能に搭載されるバッテリパックとして、セルホルダに保持された複数の電池セルを有するバッテリコアパックと、該バッテリコアパックを収容するケースとを備えるものが知られている。
この種のバッテリパックでは、ケースの内部に、バッテリコアパックを支持する支持部材を設けることが考えられる。支持部材は、バッテリコアパックの重量等に応じた荷重を受けるため、該荷重に耐え得る耐久性を備えた構成とする必要がある。
しかしながら、支持部材について、例えば、バッテリコアパックの全体を覆うことが可能となるように体積を増大させる等して耐久性を向上させると重量も増大してしまうため、バッテリパックの軽量化を図ることが困難になる。
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、軽量で耐久性に優れたバッテリパックを提供する。
上記の目的を達成するため、本発明は、セルホルダに保持された複数の電池セルを有するバッテリコアパックと、前記バッテリコアパックを収容するケースとを備えるバッテリパックであって、前記ケースの内部には、前記バッテリコアパックを支持するバッテリコアパックフレームが設けられ、前記バッテリコアパックフレームは、前記ケースの内面に周方向に形成された固定溝に挿入されるフランジ部と、前記バッテリコアパックの端面に当接する当接部と、前記フランジ部が前記当接部よりも前記バッテリコアパックから離間して配置されるように前記フランジ部と前記当接部とを接続し、且つ前記フランジ部側から前記当接部側に向かって前記ケースの内面と離間する距離が大きくなる方向に傾斜する接続部と、を有することを特徴とする。
このバッテリパックのバッテリコアパックフレームでは、バッテリコアパックの端面に当接する当接部から、バッテリコアパックの重量等に応じた荷重が加えられる。この場合、接続部に対して、当接部側がケースの内面から離間し、フランジ部側がケースの内面に接近する方向に力が加えられるため、フランジ部が固定溝の内部に向かって押圧される。
つまり、バッテリコアパックフレームは、バッテリコアパックから荷重が加えられることによって、ケースに強固に固定されるようになる。これによって、ケースから離脱することなく、上記の荷重に耐えて、バッテリコアパックを良好に支持することが可能になる。このように、フランジ部と、接続部と、当接部とを有する簡単な構成によって、バッテリコアパックフレームの耐久性を高めることができる。このため、例えば、バッテリコアパックフレームの体積を増大させることで、その耐久性を高めるような場合に比べて、バッテリコアパックフレームの軽量化を図ることができる。
以上から、このバッテリパックは、軽量で耐久性に優れるバッテリコアパックフレームを備える。これによって、重量が増大することを抑制しつつ、バッテリコアパックを強固に支持することが可能になるため、バッテリパック自体の軽量化や耐久性の向上を図ることが可能になる。また、バッテリコアパックフレームは、フランジ部を固定溝に挿入することでケースに固定することができるため、ボルトやナット等の締結部材を不要とすることができる。これによっても、バッテリパックの軽量化を図ることができる。
上記のバッテリパックにおいて、前記バッテリコアパックフレームのコーナには、前記当接部の面方向に直交する方向に沿って切り欠き部が設けられていることが好ましい。この場合、ケースの内部にバッテリコアパックフレームを設ける際に、該バッテリコアパックフレームを容易に変形させることが可能になるため、フランジ部を固定溝に挿入することが容易になる。
また、バッテリコアパックから加えられる荷重に対して、バッテリコアパックフレームが変形し易くなるため、フランジ部を固定溝の内部に向かって効果的に押圧することが可能になる。その結果、バッテリコアパックフレームをケースに一層強固に固定することが可能になる。さらに、切り欠き部を設ける分、バッテリコアパックフレームのさらなる軽量化を図ることが可能になる。
本発明によれば、バッテリパックの軽量化及び耐久性の向上を図ることが可能になる。
本発明に係るバッテリパックについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係るバッテリパック10の概略斜視図である。なお、図1では、理解を容易にするべく、外殻ケース12を二点鎖線で示し、該外殻ケース12の内側に配置される構成要素を図示している。
バッテリパック10は、例えば、電動アシスト自転車や、電動バイク等の電動車両(不図示)に着脱可能に搭載される携帯式のバッテリパック10として好適に適用することができる。そこで、以下では、バッテリパック10が電動車両に搭載される例について説明するが、特にこれに限定されるものではなく、バッテリパック10は、電力を必要とする様々な機器に適用することができる。また、バッテリパック10の上下方向は、該バッテリパック10を電動車両に搭載した際の鉛直方向(図1の矢印X1、X2方向)を基準とする。
図1に示すように、バッテリパック10は、ケース14と、2個のバッテリコアパック16a、16bを連結した連結体18と、バッテリ管理装置(Battery Management Unit:BMU)24と、不図示のコネクタ部とを主に備える。ケース14は、例えば、アルミニウム等の金属や、樹脂(繊維強化樹脂を含む)等から形成することができる。また、ケース14は、連結体18の底面を覆うボトムケース26と、該ボトムケース26の上端部に取り付けられ、連結体18の側面を覆う外殻ケース12と、該外殻ケース12の上端部に取り付けられ、連結体18の上面を覆うトップケース28とを有する。
ボトムケース26は、上端部に開口が設けられた筐体であり、内部にコネクタ部等が収容される。コネクタ部は、例えば、該ボトムケース26の底壁に形成された切り欠き等を介してケース14の外部に露出し、電動車両の電力供給口、又は連結体18を充電するための充電装置に対して接続可能となっている。なお、上記の切り欠き、電力供給口、充電装置は何れも不図示である。コネクタ部を電力供給口又は充電装置に接続することで、不図示のリード線等によって、電力供給口又は充電装置と連結体18とを、BMU24を介して電気的に接続することができる。
外殻ケース12は、上下方向の両端部に開口が設けられている。外殻ケース12の下端側の開口にボトムケース26の上端側の一部が挿入される。外殻ケース12に挿入されたボトムケース26の上端よりも上方の外殻ケース12の内壁には、該外殻ケース12の周方向に沿って下側固定溝30が形成されている。この下側固定溝30に、連結体18をその下側から支持する下側バッテリコアパックフレーム32が固定されている。
具体的には、図2及び図3に示すように、下側バッテリコアパックフレーム32は、フランジ部34と、当接部36と、接続部38とを有する。フランジ部34は、接続部38の下端側の外周縁部から水平方向の外側に向かって延在し、下側固定溝30に挿入される。当接部36は、連結体18の下端面が部分的に当接する枠板状である。また、当接部36には、水平方向の略中央を横断するように補強部40が設けられ、該補強部40の延在方向に直交する方向の両側に開口部42が設けられる。図3に示すように、当接部36の外周縁部は、外殻ケース12の内面と間隔をおいて配置される。
接続部38は、下端がフランジ部34に接続されるとともに、上端が当接部36に接続され、フランジ部34側(下側)から当接部36側(上側)に向かって外殻ケース12の内面と離間する距離が大きくなる方向に傾斜する板状である。
図2に示すように、例えば、外殻ケース12の下端側の開口を介して外殻ケース12の内部に下側バッテリコアパックフレーム32を当接部36側から収容する。そして、フランジ部34を下側固定溝30に挿入することで、下側バッテリコアパックフレーム32を下側固定溝30に固定することができる。この際、下側バッテリコアパックフレーム32及び外殻ケース12の各々のコーナはRをつけた形状とし、下側バッテリコアパックフレーム32のコーナの曲率を、外殻ケース12のコーナの曲率よりも小さくすることで、下側固定溝30にフランジ部34を容易に挿入することが可能になる。
ボトムケース26の底面には、下側バッテリコアパックフレーム32の当接部36に向かって突出する凸部が設けられ、該凸部と当接部36とがボルト等によって固定されている(何れも不図示)。
外殻ケース12の上端側の開口には、トップケース28の下端側の一部が挿入される。外殻ケース12に挿入されたトップケース28の下端よりも下方の外殻ケース12の内壁に、上側固定溝44が形成される。この上側固定溝44に、連結体18の上端面に当接する上側バッテリコアパックフレーム46が固定されている。
上側バッテリコアパックフレーム46は、下側バッテリコアパックフレーム32と略同様の形状であり、該下側バッテリコアパックフレーム32と上下方向を反対にした状態で上側固定溝44に固定されている。このため、上側バッテリコアパックフレーム46の詳細な説明については省略する。
上記のようにして外殻ケース12に固定された上側バッテリコアパックフレーム46と下側バッテリコアパックフレーム32との間に連結体18が挟持される。
トップケース28は、下端部に開口が設けられた筐体であり、上端面には、バッテリパック10を持ち運ぶ際に把持することが可能なハンドル部48が設けられている。また、トップケース28と上側バッテリコアパックフレーム46も、ボトムケース26と下側バッテリコアパックフレーム32と同様にボルト(不図示)等によって固定されている。
連結体18を構成する2個のバッテリコアパック16a、16bは、互いに略同様に構成される。そこで、2個のバッテリコアパック16a、16bの互いに対応する構成要素には、同一の参照符号を付して共通に説明する。また、2個のバッテリコアパック16a、16bを互いに区別しないときには、総称してバッテリコアパック16ともいう。
バッテリコアパック16は、複数の電池セル50(図4参照)と、セルホルダ52とを有する。図1に示すように、本実施形態では、バッテリコアパック16とコネクタ部との間に不図示の配線等を収容する空間53を形成するべく、バッテリコアパック16は、その下端側の一部が切り欠かれた形状となっている。
図4に示すように、電池セル50は、例えば、円筒状であり、軸方向の両端部に正極端子54及び負極端子56がそれぞれ設けられている。電池セル50の好適な種類としては、リチウムイオン二次電池を挙げることができるが、特にこれに限定されず、例えば、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の二次電池を用いてもよい。
セルホルダ52は、正極側ホルダ52a及び負極側ホルダ52bを組み合わせて構成され、複数の電池セル50を保持する保持部60と、露出部62が設けられた押さえ板部63と、保持部60及び露出部62を囲む周壁部64とを有する。正極側ホルダ52aの露出部62から正極端子54が露出し、負極側ホルダ52bの露出部62から負極端子56が露出する。
なお、以下では、セルホルダ52について、上記の上下方向(以下、X方向ともいう)と、電池セル50の軸方向(図1の矢印Y1、Y2方向、以下、Y方向ともいう)と、上下方向及び軸方向の両方に直交する方向(図1の矢印Z1、Z2方向、以下、Z方向ともいう)とを基準として説明する。
保持部60は、複数の挿通孔66を有し、電池セル50を該挿通孔66にそれぞれ挿通した状態で保持する。挿通孔66は、Y方向に沿って延在し、その延在方向の両端の開口から電池セル50の正極端子54又は負極端子56をそれぞれ露出させる。挿通孔66の径は、電池セル50の外径に応じた大きさである。保持部60に保持された複数の電池セル50は、それぞれの正極端子54が互いに面一に配置され、且つそれぞれの負極端子56が互いに面一に配置される。また、保持部60に保持された複数の電池セル50の周面同士の間には、絶縁樹脂等からなるポッティング材(不図示)が充填されてもよい。
押さえ板部63は、保持部60のY方向の両端側にそれぞれ設けられ、挿通孔66の開口に対応する位置に露出部62として貫通孔が形成されている。挿通孔66の開口及び露出部62を介して正極端子54及び負極端子56(以下、これらを総称して電極端子ともいう)がそれぞれセルホルダ52の外部に露出する。また、正極端子54を露出させる露出部62と、負極端子56を露出させる露出部62とのそれぞれを覆うように、複数のバスバープレート70(図1参照)が押さえ板部63に取り付けられる。押さえ板部63には、バスバープレート70同士の間に介在して互いを絶縁する突条部72が設けられている。
一方のバッテリコアパック16aの負極端子56側と、他方のバッテリコアパック16bの正極端子54側とが互いに対向するように、2個のバッテリコアパック16a、16bが連結されて連結体18が形成されている。
一方のバッテリコアパック16aの正極端子54側と、他方のバッテリコアパック16bの負極端子56側、換言すると、連結体18のY方向の両側の側面は、外殻ケース12の内面側に臨む。
複数のバスバープレート70のそれぞれは、正極端子54同士又は負極端子56同士を所定の個数ずつ並列に接続するものであり、露出部62内に進入して電極端子と接触する突出部74が例えばエンボス加工等によって設けられている。バスバープレート70には、周壁部64の端面に設けられた溝76に挿入される接続端部78がそれぞれ設けられている。この接続端部78と上記のリード線等が接続されることにより、複数のバスバープレート70が、互いに直列に接続された状態でBMU24を介してコネクタ部に接続される。
なお、バスバープレート70と外殻ケース12の内面との間には、不図示の放熱シートを介在させることが好ましい。この場合、電池セル50で発生する熱を、放熱シートを介して効果的に放熱することが可能になるため、連結体18の温度上昇を抑制できる。
バッテリコアパック16aの正極側ホルダ52aのY方向一端側(図1の矢印Y2側)の上端部と、バッテリコアパック16bの負極側ホルダ52bのY方向他端側(図1の矢印Y1側)の上端部には、上側に向かって突出する突出壁80がそれぞれ設けられる。突出壁80の上端面に上側バッテリコアパックフレーム46が当接する。これによって、連結体18と上側バッテリコアパックフレーム46との間に空間82が形成され、該空間82にBMU24が配設されている(図1参照)。
BMU24は、例えば、バッテリコアパック16の充放電の制御を行う制御部と、電動車両及び充電装置と通信を行う通信部と、電池セル50の温度や電圧等から検出したバッテリコアパック16の状態を記憶する記憶部とを有する(何れも不図示)。
本実施形態に係るバッテリパック10は、基本的には以上のように構成される。このバッテリパック10では、例えば、ハンドル部48を把持してバッテリパック10を充電装置の近傍に持ち運び、コネクタ部と充電装置とを接続することにより、電池セル50の充電を行うことができる。一方、例えば、ハンドル部48を把持して持ち運んだバッテリパック10を電動車両に搭載して、コネクタ部と電力供給口とを接続することにより、電池セル50の放電を行うことができる。
上記の通り、バッテリパック10では、トップケース28に設けられたハンドル部48を把持して持ち運ぶことや、電動車両に対してボトムケース26側を鉛直方向の下側に配置した状態で搭載すること等が想定されている。このため、下側バッテリコアパックフレーム32に連結体18の重量等に応じた荷重が加えられる。
具体的には、図3に示すように、下側バッテリコアパックフレーム32には、連結体18の端面に当接する当接部36から矢印P1で示す方向に荷重が加えられる。この場合、接続部38に対して、当接部36側が外殻ケース12の内面から離間し、フランジ部34側が外殻ケース12の内面に接近する方向に力が加えられるため、矢印P2で示すように、フランジ部34が下側固定溝30の内部に向かって押圧される。
つまり、下側バッテリコアパックフレーム32は、連結体18から荷重が加えられることによって、外殻ケース12に強固に固定されるようになる。これによって、外殻ケース12から離脱することなく、上記の荷重に耐えて、連結体18を良好に支持することが可能になる。このように、フランジ部34と、接続部38と、当接部36とを有する簡単な構成によって、下側バッテリコアパックフレーム32の耐久性を高めることができる。このため、例えば、下側バッテリコアパックフレーム32の体積を増大させることで、その耐久性を高めるような場合に比べて、下側バッテリコアパックフレーム32の軽量化を図ることができる。なお、補強部40を設けることで、下側バッテリコアパックフレーム32の剛性を高めることができる。また、補強部40は、当接部36と外殻ケース12の内面との離間距離が大きくなった場合であっても、下側バッテリコアパックフレーム32のコーナ部に応力が集中することを抑制する働きをする。
以上から、このバッテリパック10は、軽量でありながら耐久性に優れる下側バッテリコアパックフレーム32を備える。これによって、重量が増大することを抑制しつつ、連結体18を強固に支持することが可能になるため、バッテリパック10自体の軽量化や耐久性の向上を図ることが可能になる。
また、下側バッテリコアパックフレーム32は、フランジ部34を下側固定溝30に挿入することで外殻ケース12に固定することができるため、ボルトやナット等の締結部材(不図示)を不要とすることができる。これによっても、バッテリパック10の軽量化を図ることができる。
なお、本実施形態では、上側バッテリコアパックフレーム46についても、下側バッテリコアパックフレーム32と同様に構成されているため、同様の作用効果を得ることができる。すなわち、バッテリパック10のトップケース28側を鉛直方向の下側に配置して使用した場合であっても、上側バッテリコアパックフレーム46は外殻ケース12から離脱することなく、連結体18からの荷重に耐えて、該連結体18を良好に支持することができる。
本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、バッテリパック10は、上記の下側バッテリコアパックフレーム32に代えて、図5に示す下側バッテリコアパックフレーム90を備えてもよい。図5は、変形例に係る下側バッテリコアパックフレーム90の斜視図である。なお、図5に示す構成要素のうち、図1〜図4に示す構成要素と同一又は同様の機能及び効果を奏するものに対しては同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
下側バッテリコアパックフレーム90は、そのコーナに切り欠き部92が設けられている。具体的には、切り欠き部92は、当接部36側からフランジ部34側に向かって幅が大きくなるように、主にフランジ部34及び接続部38が切り欠かれた形状となっている。このように、当接部36の面方向に直交する方向に沿って切り欠き部92が設けられることで、上記のようにして、外殻ケース12の内部に下側バッテリコアパックフレーム90を収容する際に、該下側バッテリコアパックフレーム90を容易に変形させることが可能になる。これによって、下側固定溝30にフランジ部34を挿入することが容易になる。
また、連結体18から加えられる荷重に対して、下側バッテリコアパックフレーム90が変形し易くなるため、フランジ部34を下側固定溝30の内部に向かって効果的に押圧することが可能になる。その結果、下側バッテリコアパックフレーム90を外殻ケース12に一層強固に固定することが可能になる。さらに、切り欠き部92を設ける分、下側バッテリコアパックフレーム90のさらなる軽量化を図ることが可能になる。
なお、上側バッテリコアパックフレーム46についても、下側バッテリコアパックフレーム90と同様にして切り欠き部92を設けてもよい。
上記の実施形態に係るバッテリパック10では、2個のバッテリコアパック16a、16bを連結した連結体18を備えることとした。しかしながら、バッテリパック10は、1個のバッテリコアパックのみを備えてもよいし、3個以上のバッテリコアパックを連結した連結体(不図示)を備えてもよい。
10…バッテリパック 12…外殻ケース
14…ケース 16、16a、16b…バッテリコアパック
18…連結体 30…下側固定溝
32、90…下側バッテリコアパックフレーム
34…フランジ部 36…当接部
38…接続部 44…上側固定溝
46…上側バッテリコアパックフレーム
50…電池セル 52…セルホルダ
92…切り欠き部
14…ケース 16、16a、16b…バッテリコアパック
18…連結体 30…下側固定溝
32、90…下側バッテリコアパックフレーム
34…フランジ部 36…当接部
38…接続部 44…上側固定溝
46…上側バッテリコアパックフレーム
50…電池セル 52…セルホルダ
92…切り欠き部
Claims (2)
- セルホルダに保持された複数の電池セルを有するバッテリコアパックと、前記バッテリコアパックを収容するケースとを備えるバッテリパックであって、
前記ケースの内部には、前記バッテリコアパックを支持するバッテリコアパックフレームが設けられ、
前記バッテリコアパックフレームは、
前記ケースの内面に周方向に形成された固定溝に挿入されるフランジ部と、
前記バッテリコアパックの端面に当接する当接部と、
前記フランジ部が前記当接部よりも前記バッテリコアパックから離間して配置されるように前記フランジ部と前記当接部とを接続し、且つ前記フランジ部側から前記当接部側に向かって前記ケースの内面と離間する距離が大きくなる方向に傾斜する接続部と、を有することを特徴とするバッテリパック。 - 請求項1記載のバッテリパックにおいて、
前記バッテリコアパックフレームのコーナには、前記当接部の面方向に直交する方向に沿って切り欠き部が設けられていることを特徴とするバッテリパック。
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