JP7064842B2 - バッテリパック - Google Patents

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。ケースは、バッテリコアパックの側面を覆う角筒状の外殻ケースを備え、該外殻ケースの高さ方向の両端に設けられた開口の一方が、ケースに対するバッテリコアパックの収容口となる。

特表２０１６－５３４５１８号公報

この種のバッテリパックにおいて、電池セルの放熱を促すためには、バッテリコアパックの側面とケース（外殻ケース）との間に放熱シートを介在させることが考えられる。この際、バッテリコアパックの側面とケースの内面との両方に密着するように放熱シートを設けることにより、電池セルの熱を、放熱シートを介してケースへと効率的に伝導させて、バッテリパックの放熱性を高めることが可能になる。

ところで、上記のバッテリパックにおいて、バッテリコアパックの側面とケースとの間に放熱シートを介在させるためには、放熱シートを側面に設けたバッテリコアパックを、収容口からケース内に挿入していく必要がある。この際、ケースと放熱シートとが接触すると、互いの間に生じる摩擦等によって放熱シートがバッテリコアパックの側面から剥離したり、変形したりしてしまう。その結果、バッテリコアパックとケースとの間に放熱シートを良好に介在させることができず、バッテリパックの放熱性を高めることが困難になる懸念がある。

ケース内にバッテリコアパックを収容する際に、ケースと放熱シートとが接触することを回避するためには、ケースの内面とバッテリコアパックの側面とが十分に離間するように、ケースやバッテリコアパック等の寸法を設定することが考えられる。しかしながら、この場合、ケースと放熱シートとの離間距離が大きくなってしまうため、結局、バッテリパックの放熱性を十分に高め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、ケースとバッテリコアパックの間に放熱シートを良好に介在させて、放熱性を効果的に向上させることが容易な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、前記セルホルダは、該セルホルダの外部に前記電池セルの端子を露出させる露出部を有し、前記端子同士は、前記露出部を介して該端子に接触するバスバープレートにより電気的に接続され、前記バスバープレートが配置された前記バッテリコアパックの側面と、前記ケースとの間には、前記電池セルの熱を放熱する放熱シートと、前記ケースの内面との間に生じる摩擦力が前記放熱シートよりも小さい摩擦低減シートとが収容され、前記放熱シートは、前記バスバープレートに接触し、前記摩擦低減シートは、前記放熱シートと前記ケースの内面との間に介在することを特徴とする。

このバッテリパックでは、ケースの内面との間に生じる摩擦力（以下、単に摩擦力ともいう）が放熱シートよりも小さい摩擦低減シートが、放熱シートとケースの内面との間に介在する。このようなバッテリパックは、ケースの内面と放熱シートとを直接接触させることなく得ることができる。

すなわち、ケースとバッテリコアパックの側面との間に放熱シートを介在させるべく、バッテリコアパックの側面に放熱シートを設けてケースに収容する際、該放熱シートを摩擦低減シートによって覆った状態とすることができる。摩擦低減シートは、上記の通り摩擦力が小さく、ケースの内面と接触しても変形や剥離が生じ難い。このため、摩擦低減シートとケースの内面とを摺動させることで、放熱シートがバッテリコアパックの側面から剥離したり、変形したりすることを抑制しながら、バッテリコアパックをケースに収容することができる。

従って、バッテリコアパックの側面とケースの内面との両方に放熱シートが密着するように、バッテリコアパックの側面とケースの内面との間隔を設定しても、互いの間に放熱シートを良好に介在させることができる。これによって、電池セルの熱を、放熱シートを介してケースへと効率的に伝導させることが可能になる。つまり、バッテリパックの放熱性を効果的に向上させることが容易である。

上記のバッテリパックにおいて、前記ケースは、前記バッテリコアパックの側面を覆う外殻ケースと、前記ケースに対する前記バッテリコアパックの収容口となる前記外殻ケースの開口を覆う閉塞ケースと、を有し、前記放熱シートは、前記外殻ケースの内面に臨む前記摩擦低減シートと前記バッテリコアパックの側面との間で厚さ方向に圧縮された状態で前記ケースに収容されることが好ましい。

このように、放熱シートを圧縮された状態とすることで、電池セルの熱を、放熱シートを介してケースへと効率的に伝導させることができるため、バッテリパックの放熱性のさらなる向上を図ることができる。

本発明によれば、ケースとバッテリコアパックの間に放熱シートを良好に介在させることができ、バッテリパックの放熱性を効果的に向上させることが容易になる。

本発明の実施形態に係るバッテリパックの概略斜視図である。 摩擦低減シートと、放熱シートと、連結体との分解斜視図である。 バッテリコアパックの分解斜視図である。 露出部に放熱シート及び摩擦低減シートを設けた連結体を説明する説明図である。 図４の連結体に押さえ治具を設けた状態で外殻ケースに収容する様子を説明する説明図である。 図５の外殻ケースに収容した連結体から押さえ治具を取り外す様子を説明する説明図である。

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、放熱シート２０と、摩擦低減シート２２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。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に向かって突出する凸部が設けられ、該凸部と下側バッテリコアパックフレーム３２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の内壁には、上側固定溝３４が形成され、該上側固定溝３４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３６が固定されている。この上側バッテリコアパックフレーム３６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３８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３６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。

図１～図３に示すように、バッテリコアパック１６は、複数の電池セル４０（図３参照）と、セルホルダ４２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４３（図１参照）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３に示すように、電池セル４０は、例えば、円筒状であり、軸方向の両端部に正極端子４４及び負極端子４６がそれぞれ設けられている。電池セル４０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４２は、正極側ホルダ４２ａ及び負極側ホルダ４２ｂを組み合わせて構成され、複数の電池セル４０を保持する保持部５０と、露出部５２が設けられた押さえ板部５３と、保持部５０及び押さえ板部５３を囲む周壁部５４とを有する。正極側ホルダ４２ａの露出部５２から正極端子４４が露出し、負極側ホルダ４２ｂの露出部５２から負極端子４６が露出する。

なお、以下では、セルホルダ４２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４０の軸方向（図２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２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５０は、複数の挿通孔５６を有し、電池セル４０を該挿通孔５６にそれぞれ挿通した状態で保持する。挿通孔５６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４０の正極端子４４又は負極端子４６をそれぞれ露出させる。挿通孔５６の径は、電池セル４０の外径に応じた大きさである。保持部５０に保持された複数の電池セル４０は、それぞれの正極端子４４が互いに面一に配置され、且つそれぞれの負極端子４６が互いに面一に配置される。また、保持部５０に保持された複数の電池セル４０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５３は、保持部５０のＹ方向の両端側にそれぞれ設けられ、挿通孔５６の開口に対応する位置に露出部５２として貫通孔が形成されている。挿通孔５６の開口及び露出部５２を介して正極端子４４及び負極端子４６（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４２の外部に露出する。また、正極端子４４を露出させる露出部５２と、負極端子４６を露出させる露出部５２とのそれぞれを覆うように、複数のバスバープレート６０（図２参照）が押さえ板部５３に取り付けられる。押さえ板部５３には、バスバープレート６０同士の間に介在して互いを絶縁する突条部６２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４６側と、他方のバッテリコアパック１６ｂの正極端子４４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４４側と、他方のバッテリコアパック１６ｂの負極端子４６側、換言すると、連結体１８のＹ方向の両側の側面（以下、単に側面ともいう）は、外殻ケース１２の内面側に臨む。

図２に示すように、複数のバスバープレート６０のそれぞれは、正極端子４４同士又は負極端子４６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５２内に進入して電極端子と接触する突出部６４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６０には、周壁部５４の端面に設けられた溝６６に挿入される接続端部６８がそれぞれ設けられている。この接続端部６８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６０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。

連結体１８の側面と、外殻ケース１２の内面との間には、放熱シート２０と、摩擦低減シート２２とが収容される。具体的には、摩擦低減シート２２は、外殻ケース１２の内面に臨むように配置され、放熱シート２０は、摩擦低減シート２２と連結体１８の側面との間で厚さ方向に圧縮された状態で配置される。

放熱シート２０は、例えば、シリコン樹脂等の電池セル４０の放熱を促すことができる弾性材料等からなり、バスバープレート６０（露出部５２）の全体を覆う。摩擦低減シート２２は、例えば、ポリイミドフィルム、ポリテトラフルオロエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンテレフタラートフィルム等からなり、外殻ケース１２の内面との間に生じる摩擦力（以下、単に摩擦力ともいう）が放熱シート２０よりも小さくなるように形成されている。また、摩擦低減シート２２の面積は、放熱シート２０の面積よりも大きいことが好ましい。

バッテリコアパック１６ａの正極側ホルダ４２ａ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４２ｂ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７０がそれぞれ設けられる。突出壁７０の上端面に上側バッテリコアパックフレーム３６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３６との間に空間７２が形成され、該空間７２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４０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３８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４０の充電を行うことができる。一方、例えば、ハンドル部３８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４０の放電を行うことができる。

以下、図４～図６を参照しつつ、バッテリパック１０の製造方法について説明する。この製造方法は、外殻ケース１２に連結体１８とともに、放熱シート２０及び摩擦低減シート２２を収容する収容工程を有する。以下では、収容工程において、外殻ケース１２の上側の開口から連結体１８等を挿入する例について説明する。すなわち、外殻ケース１２の上側の開口が連結体１８の収容口となり、該外殻ケース１２の上側の開口を覆うトップケース２８が閉塞ケースとなる。

しかしながら、特にこれに限定されるものではなく、収容工程では、外殻ケース１２の下側の開口から連結体１８等を挿入してもよい。この場合、外殻ケース１２の下側の開口が連結体１８の収容口となり、該外殻ケース１２の下側の開口を覆うボトムケース２６が閉塞ケースとなる。

収容工程では、先ず、図４に示すように、連結体１８の側面に放熱シート２０を設ける。放熱シート２０は、どのような方法で連結体１８の側面に設けてもよいが、例えば、放熱シート２０の粘着性を利用して、連結体１８の側面に放熱シート２０を貼り付けること等が可能である。

次に、連結体１８の側面に設けた放熱シート２０を覆うように摩擦低減シート２２を設ける。摩擦低減シート２２も、放熱シート２０の粘着性を利用して、該放熱シート２０に貼り付けること等が可能である。あるいは、摩擦低減シート２２の一方の面に熱伝導性グリスを塗布して、放熱シート２０に貼り付けても良い。

次に、図５に示すように、摩擦低減シート２２の下端側を含む連結体１８の底部を覆うように、該連結体１８に押さえ治具７４を取り付ける。これによって、摩擦低減シート２２の下端と連結体１８の側面とを固定した状態で、外殻ケース１２の収容口から連結体１８を押さえ治具７４ごと挿入する。

次に、図６に示すように、外殻ケース１２の下端側の開口から押さえ治具７４を取り外すことで、外殻ケース１２に連結体１８とともに、放熱シート２０及び摩擦低減シート２２を収容することができる。外殻ケース１２の内面と連結体１８の側面との間隔は、放熱シート２０及び摩擦低減シート２２の合計厚さよりも僅かに小さく設定されている。このため、上記のようにして外殻ケース１２と連結体１８の側面との間に収容された放熱シート２０は、厚さ方向に圧縮された状態となる。

次に、ケース１４に収容されるその他の構成要素を収容したり、各構成要素同士を電気的に接続したりした後、外殻ケース１２の下側の開口にボトムケース２６の上端側の一部を挿入して、下側バッテリコアパックフレーム３２とボトムケース２６とを固定する。同様に、外殻ケース１２の上側の開口にトップケース２８の下端側の一部を挿入して、上側バッテリコアパックフレーム３６とトップケース２８とを固定する。その結果、バッテリパック１０を得ることができる。

上記の通り、このバッテリパック１０は、ケース１４の内面と放熱シート２０とを直接接触させることなく得ることができる。すなわち、外殻ケース１２と連結体１８の側面との間に放熱シート２０を介在させるべく、連結体１８の側面に放熱シート２０を設けて外殻ケース１２に収容する際、該放熱シート２０を摩擦低減シート２２によって覆った状態とすることができる。摩擦低減シート２２は、上記の通り摩擦力が小さく、外殻ケース１２の内面と接触しても変形や剥離が生じ難い。このため、摩擦低減シート２２と外殻ケース１２の内面とを摺動させて、放熱シート２０が連結体１８の側面から剥離したり、変形したりすることを抑制しながら、連結体１８等を外殻ケース１２に収容することができる。

従って、連結体１８の側面（バスバープレート６０）と外殻ケース１２の内面との両方に放熱シート２０が密着するように、連結体１８の側面と外殻ケース１２の内面との間隔を設定しても、互いの間に放熱シート２０を良好に介在させることができる。すなわち、放熱シート２０を、摩擦低減シート２２と連結体１８の側面との間で厚さ方向に圧縮した状態で外殻ケース１２に良好に収容することができる。

これによって、電池セル４０の熱を、放熱シート２０を介して外殻ケース１２へと効率的に伝導させることが可能になるため、バッテリパック１０の放熱性を効果的に向上させることが容易である。

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、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 ２０…放熱シート
２２…摩擦低減シート ２６…ボトムケース
２８…トップケース ４０…電池セル
４２…セルホルダ

Claims (4)

1. 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、
   前記セルホルダは、該セルホルダの外部に前記電池セルの端子を露出させる露出部を有し、
   前記端子同士は、前記露出部を介して該端子に接触するバスバープレートにより電気的に接続され、
   前記バスバープレートが配置された前記バッテリコアパックの側面と、前記ケースとの間には、前記電池セルの熱を放熱する放熱シートと、前記ケースの内面との間に生じる摩擦力が前記放熱シートよりも小さい摩擦低減シートとが収容され、
   前記放熱シートは、前記バスバープレートに接触し、
   前記摩擦低減シートは、前記放熱シートと前記ケースの内面との間に介在することを特徴とするバッテリパック。
2. 請求項１記載のバッテリパックにおいて、
   前記ケースは、前記バッテリコアパックの側面を覆う外殻ケースと、前記ケースに対する前記バッテリコアパックの収容口となる前記外殻ケースの開口を覆う閉塞ケースと、を有し、
   前記放熱シートは、前記外殻ケースの内面に臨む前記摩擦低減シートと前記バッテリコアパックの側面との間で厚さ方向に圧縮された状態で前記ケースに収容されることを特徴とするバッテリパック。
3. 請求項２記載のバッテリパックにおいて、
   前記露出部は、前記セルホルダに形成された貫通孔であり、
   前記バスバープレートは、前記露出部内に進入して前記端子と接触する突出部を有し、
   前記突出部では、前記端子に接触する面の裏面側が、前記バスバープレートの他の部分よりも陥没した陥没部であることを特徴とするバッテリパック。
4. 請求項２又は３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の側面には、複数の前記バスバープレートが配置され、
   前記セルホルダは、前記複数のバスバープレート同士の間に介在して互いを絶縁する突条部を有し、
   前記突条部は、前記セルホルダの前記露出部を有する面から前記バスバープレートの厚さ方向に突出し、
   前記突条部の突出高さは、前記バスバープレートの厚さよりも大きいことを特徴とするバッテリパック。
   

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