JPWO2019230879A1 - バッテリパック - Google Patents

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Abstract

バッテリパック(10)は、セルホルダ(82)に保持された複数の電池セル(80)を有するバッテリ群(16)と、バッテリ群(16)を収容するケース(12)とを備える。ケース(12)は、バッテリ群(16)の側面(16a、16b、16c、16d)に沿って配設されるケース側壁(36)を有する。ケース側壁(36)の内側面(36a)には、ケース側壁(36)の上端側から下端側にかけて延在するとともに、液体が流通可能である溝状の導出路(38)が設けられる。

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、特表2016−534518号公報に記載されるように、電動車両等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、ケースの内部に進入した水等の液体がケースの内部に留まることを抑制するべく、液体を排出し易い構造であることが好ましい。
そこで、本発明は、ケース内の液体を排出し易くすることが可能なバッテリパックを提供することを目的とする。
本発明の一態様は、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、前記ケースは、前記バッテリコアパックの側面に沿って配設されるケース側壁を有し、前記ケース側壁の内側面には、該ケース側壁の上端側から下端側にかけて延在するとともに、液体が流通可能である溝状の導出路が設けられる。
このバッテリパックでは、ケースの内部において水等の液体が流通可能なスペースが比較的小さくなり易いバッテリコアパックの側面とケース側壁の内側面との間に導出路が設けられている。このため、ケースの内部に液体が進入した場合であっても、導出路を介してケース側壁の鉛直方向の下端側に液体を容易に導くことができる。これによって、ケース内の液体を排出し易くすることができる。
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。 ボトムケースと、外殻ケースと、トップケースとを分解したバッテリパックの分解斜視図である。 支持フレームと、バッテリ群との分解斜視図である。 導出路を説明するためのバッテリパックの平断面図である。 導出路を説明するための外殻ケースの斜視図である。 バッテリコアパックの分解斜視図である。 本発明の他の実施形態に係るバッテリパックのバッテリコアパックと放熱シートとの分解斜視図である。 図7のバッテリパックの平断面図である。
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。なお、以下の図において、同一又は同様の機能及び効果を奏する構成要素に対しては同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する場合がある。
図1に示すバッテリパック10は、例えば、電動アシスト自転車や、電動バイク、電気自動車等の電動車両(不図示)に着脱可能に搭載される携帯式の駆動用電源に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。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。しかしながら、特にこれら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。
図2に示すように、バッテリパック10は、外装を構成するケース12と、2個のバッテリコアパック14a、14bを連結したバッテリ群16と、バッテリ群16を収容する防水袋17(図4参照)と、ケース12の内部でバッテリ群16(バッテリコアパック14a、14b)を支持する支持フレーム18と、バッテリ管理装置(Battery Management Unit:BMU)20と、不図示のコネクタ部とを主に備える。なお、図2及び図3では、防水袋17の図示を省略している。
ケース12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、略四角柱状のバッテリ群16(バッテリコアパック14a、14b)を収容する。ケース12は、バッテリ群16の底面を覆うボトムケース22と、バッテリ群16の側面16a、16b、16c、16d(図4参照)を覆う外殻ケース24と、バッテリ群16の上面を覆うトップケース26とを有する。
ボトムケース22は、上端が開口する筐体であり、例えば、底面の四隅のそれぞれには、上側(矢印X1側)に向かって突出する中空の円筒状又は円錐台状の突起部28が設けられている。突起部28の先端面には、後述するボルト30(図3参照)の軸部が挿通される挿通孔28aが形成されている。また、ボトムケース22の底部には、例えば、その四隅等に、ケース12の内外を連通する排出孔22aが設けられている。
このボトムケース22の内部には、上記の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22の底壁に形成された切り欠き等を介してケース12の外部に露出し、電動車両の電力供給口、又はバッテリ群16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、バッテリ群16とをBMU20を介して電気的に接続することができる。
図4及び図5に示すように、外殻ケース24は、四角筒状であり、互いに対向する一組の第1ケース側壁32と、互いに対向する一組の第2ケース側壁34とを有する。なお、以下では、第1ケース側壁32と第2ケース側壁34とを特に区別しないときには、これらを総称してケース側壁36ともいう。また、第1ケース側壁32の内側面32a及び第2ケース側壁34の内側面34aを特に区別しないときには、これらを総称して内側面36aともいう。
ケース側壁36の内側面36aには、該ケース側壁36の上端側から下端側にかけて延在するとともに、水等の液体が流通可能である導出路38が複数設けられる。具体的には、内側面36aには、鉛直方向に沿って延在する溝40が複数設けられ、該溝40のそれぞれの内部に導出路38が形成される。なお、本実施形態では、導出路38(溝40)は、鉛直方向に平行に沿って延在することとするが特にこれには限定されず、導出路38(溝40)は、鉛直方向に傾斜して延在してもよい。
本実施形態では、内側面32aの矢印Y1、Y2方向、及び内側面34aの矢印Z1、Z2方向に、等間隔となるように複数の導出路38をそれぞれ設けることとするが、特にこれに限定されるものではない。導出路38同士の間隔、導出路38の深さ及び幅等の寸法、導出路38の個数等は適宜設定することができる。複数の導出路38同士の寸法は同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、本実施形態では、溝40の底面40aを平坦面とするが、特にこれには限定されず、溝40の底面40aを曲面としてもよい。
図2及び図5に示すように、外殻ケース24の上端には、上側開口部24aが設けられ、外殻ケース24の下端には、下側開口部24bが設けられている。下側開口部24bがボトムケース22により覆われ、且つ上側開口部24aがトップケース26により覆われた状態で、ボトムケース22と外殻ケース24とトップケース26とが一体化される(図1参照)。これによって形成されるケース12の内部空間にバッテリ群16、防水袋17、支持フレーム18、BMU20等が収容される。
図2に示すように、トップケース26は、下端が開口する筐体であり、上面側にバッテリパック10を持ち運ぶ際に把持することが可能なハンドル26aが設けられている。また、トップケース26の下面側の四隅には、例えば、後述するボルト50(図3参照)の軸部に設けられた雄ねじ50aと螺合する不図示の雌ねじがそれぞれ設けられている。これらの雄ねじ50a及び雌ねじの螺合を介して、トップケース26の下面側に、支持フレーム18が連結される。
図3に示すように、支持フレーム18は、例えば金属等からなり、第1フレーム52と第2フレーム54とを有する。第1フレーム52は、バッテリ群16の互いに対向する一組の側面16a、16bのうち、一方の側面16a側の稜線に沿って設けられる。第2フレーム54は、バッテリ群16の他方の側面16b側の稜線に沿って設けられる。
具体的には、第1フレーム52及び第2フレーム54のそれぞれは、底部材60と被せ部材62とを連結して構成される。第1フレーム52の底部材60は、バッテリ群16の側面16aの底辺に沿う。第1フレーム52の被せ部材62は、バッテリ群16の側面16aの底辺を除く辺のうち、上下方向に延在する一組の辺にそれぞれ沿う一組の側部62aと、上辺に沿う上端部62bとを備える。また、側部62aの下端には、バッテリ群16の側面16aの底辺の一部に沿う延在部62cが設けられる。
第2フレーム54の底部材60は、バッテリ群16の側面16bの底辺に沿う。第2フレーム54の被せ部材62は、バッテリ群16の側面16bの底辺を除く辺のうち、上下方向に延在する一組の辺にそれぞれ沿う一組の側部62aと、上辺に沿う上端部62bとを備える。また、側部62aの下端には、バッテリ群16の側面16bの底辺の一部に沿う延在部62cが設けられる。
図3に示すように、バッテリ群16の底面のうち、底部材60で覆われていない一組の辺、換言すると、側面16c、16dのそれぞれの底辺に沿って一組の連結部材70が設けられる。連結部材70と、底部材60と、延在部62cとは、上下方向に積層され、互いの積層部分に、上側から下側に向かってボルト30の軸部が挿通される。また、ボルト30の軸部は、上記の通り、ボトムケース22の底面の四隅に設けられた突起部28の挿通孔28a(図2参照)にも挿通される。この軸部の先端にナット72等が取り付けられることで、支持フレーム18とボトムケース22とが、連結部材70を介して連結される。
バッテリ群16の上面のうち、被せ部材62の上端部62bにより覆われていない一組の辺、換言すると、側面16c、16dのそれぞれの上辺に沿って一組の連結部材74が設けられる。被せ部材62の上端部62bの延在方向の両端側には、上側に向かって突出する凸部76がそれぞれ設けられている。このようにして凸部76が設けられることで、上端部62bの延在方向の両端側とバッテリ群16の上面との間に、ボルト50の頭部を配設可能なスペースが設けられる。
凸部76と連結部材74とは上下方向に積層され、互いの積層部分に、下側から上側に向かってボルト50の軸部が挿通される。この状態で、ボルト50の雄ねじ50aとトップケース26の雌ねじとを螺合させることで、支持フレーム18とトップケース26とが、連結部材74を介して連結される。
バッテリ群16を構成する2個のバッテリコアパック14a、14bは、互いに略同様に構成される。このため、以下では、バッテリコアパック14aの説明をもって、バッテリコアパック14bの具体的な説明は省略する。
図6に示すように、バッテリコアパック14aは、複数の電池セル80と、セルホルダ82とを有する。図2に示すように、本実施形態では、バッテリ群16とボトムケース22の切り欠きとの間に不図示の配線等を収容する空間を形成するべく、バッテリ群16は、その下端側の一部が切り欠かれた四角柱状となっている。
電池セル80は、例えば、円筒状であり、軸方向の両端部に正極端子86及び負極端子88がそれぞれ設けられている。電池セル80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82は、正極側ホルダ82a及び負極側ホルダ82bを組み合わせて構成され、保持部90と、押さえ板部92と、周壁部94とを有する。保持部90は、複数の保持孔96を有し、電池セル80を該保持孔96にそれぞれ挿通した状態で保持する。保持孔96は、矢印Z1、Z2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80の正極端子86又は負極端子88をそれぞれ露出させる。保持部90に保持された複数の電池セル80は、それぞれの正極端子86が互いに面一に配置され、且つそれぞれの負極端子88が互いに面一に配置される。
押さえ板部92は、保持部90の矢印Z1、Z2方向の両端側にそれぞれ設けられ、保持孔96の開口に対応する位置に貫通孔からなる露出部98が設けられている。保持孔96の一端側の開口及び正極側ホルダ82aの露出部98を介して正極端子86がセルホルダ82の外部に露出する。また、保持孔96の他端側の開口及び負極側ホルダ82bの露出部98を介して負極端子88がセルホルダ82の外部に露出する。
また、正極端子86を露出させる露出部98と、負極端子88を露出させる露出部98とのそれぞれを覆うように、複数のバスバープレート100(図2及び図3参照)が押さえ板部92に取り付けられる。押さえ板部92には、バスバープレート100同士の間に介在して互いを絶縁する突条部102が設けられている。
一方のバッテリコアパック14aの負極端子88側と、他方のバッテリコアパック14bの正極端子86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14a、14bが連結されてバッテリ群16が形成されている。また、一方のバッテリコアパック14aの正極端子86側と、他方のバッテリコアパック14bの負極端子88側、換言すると、バッテリ群16の矢印Z1、Z2方向の両側の側面16a、16bは、外殻ケース24の内側面32aに臨む(図4参照)。
複数のバスバープレート100のそれぞれは、正極端子86同士又は負極端子88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98内に進入して正極端子86又は負極端子88と接触する突出部104が、例えばエンボス加工等によって設けられている。
周壁部94は、保持部90及び露出部98を囲むように設けられる。また、周壁部94の端面には、バスバープレート100の接続端部106(図2及び図3参照)がそれぞれ挿入される複数の溝94aが設けられている。この接続端部106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100が、互いに直列に接続された状態でBMU20を介してコネクタ部に接続される。
図3に示すように、バッテリコアパック14aの正極側ホルダ82aの矢印Z1側の上端と、バッテリコアパック14bの負極側ホルダ82bの矢印Z2側の上端とのそれぞれには、上側に向かって突出する突出壁108が設けられている。これらの突出壁108同士の間にBMU20が配設されている。
BMU20は、例えば、バッテリ群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80の温度や電圧等から検出したバッテリ群16の状態を記憶する記憶部とを有する(何れも不図示)。
バッテリ群16は、BMU20とともに防水袋17(図4参照)に収容される。防水袋17は、樹脂からなる可撓性シートを袋状に成形して得ることができる。なお、防水袋17の材料となる樹脂は特に限定されるものではないが、一例としては、ポリイミドや、ポリエチレンテレフタラート等が挙げられる。
また、防水袋17は、防水構造を形成する。このため、防水袋17の外部から内部に水等の液体が流入することが抑制され、且つ防水袋17の内部から外部に水等の液体が流出することが抑制される。
図4に示すように、バッテリ群16は、防水袋17に収容された状態で支持フレーム18に支持される。つまり、支持フレーム18は、第1フレーム52及び第2フレーム54の側部62aの外側面が、外殻ケース24の四隅のコーナ部の内側面36aにそれぞれ臨むようにケース12の内部に配設される。本実施形態では、ケース側壁36の溝40同士の間に設けられる土手部110の突出端面110aと、側部62aの外側面とが互いに接触する。しかしながら、特にこれには限定されず、土手部110の突出端面110aと、側部62aの外側面とは、互いに離間していてもよい。
また、バッテリ群16の側面16a、16bのそれぞれは、防水袋17を介して第1ケース側壁32の内側面32aに臨む。バッテリ群16の側面16c、16dのそれぞれは、防水袋17を介して第2ケース側壁34の内側面34aに臨む。従って、導出路38は、防水袋17とケース側壁36の内側面36aの間に形成される。
基本的には上記のように構成される本実施形態に係るバッテリパック10では、例えば、ハンドル26a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80の充電を行うことができる。一方、例えば、ハンドル26aを把持してバッテリパック10を持ち運び、コネクタ部と電力供給口とが接続されるように、バッテリパック10を電動車両に搭載することにより、電池セル80の放電を行うことができる。
このバッテリパック10では、例えば、屋外等での使用時に、ボトムケース22と外殻ケース24との接続部や、外殻ケース24とトップケース26との接続部等から雨水等の液体が進入することが想定される。バッテリパック10では、ケース12の内部において水等の液体が流通可能なスペースが比較的小さくなり易いバッテリ群16の側面16a、16b、16c、16dとケース側壁36との間に導出路38が設けられている。このため、ケース12の内部に液体が進入した場合であっても、導出路38を介してケース側壁36の鉛直方向の下端側に液体を容易に導くことができる。これによって、バッテリ群16の側面16a、16b、16c、16dとケース側壁36の内側面36aとの間に液体が留まることを抑制して、ケース12内の液体を排出し易くすることができる。
上記の実施形態に係るバッテリパック10では、導出路38が複数設けられることとした。この場合、複数の導出路38を介してケース側壁36の鉛直方向の下端側に液体を容易に導くことができるため、ケース12内の液体を一層排出し易くすることができる。なお、導出路38は、バッテリ群16の側面16a、16b、16c、16dとケース側壁36との間に少なくとも1個設けられていればよい。
上記の実施形態に係るバッテリパック10では、可撓性シートからなり防水構造を形成する防水袋17に、バッテリ群16(バッテリコアパック14a、14b)が収容され、導出路38は、防水袋17に対向することとした。バッテリ群16の側面16a、16b、16c、16dとケース側壁36との間に可撓性シートからなる防水袋17が介在すると、液体の流通スペースがさらに小さくなったり、該流通スペースが閉塞されたりする懸念がある。
この場合であっても、導出路38によって、防水袋17とケース側壁36との間に液体が留まることを効果的に抑制することができる。従って、防水袋17を備えるバッテリパック10についても、効果的にケース12内の液体を排出し易くすることができる。なお、防水袋17は、バッテリパック10の必須の構成要素ではなく、バッテリパック10は、防水袋17を備えていなくてもよい。
上記の実施形態に係るバッテリパック10では、導出路38は、ケース側壁36の内側面36aに設けられた溝40の内部に形成されることとした。この場合、導出路38を簡単な構成とすること、及び導出路38に良好に液体を流通させることが可能になる。また、ケース側壁36に溝40を設ける分、外殻ケース24の軽量化を図ることも可能になる。
上記の実施形態に係るバッテリパック10では、ケース12は、バッテリ群16(バッテリコアパック14a、14b)の底面を覆うボトムケース22と、ケース側壁36を有する外殻ケース24と、を備え、ボトムケース22には、ケース12の内外を連通する排出孔22aが設けられることとした。この場合、ケース12内に進入した液体を、導出路38を介してケース側壁36の鉛直方向の下端側のボトムケース22内に導いた後、ボトムケース22に設けられた排出孔22aからケース12の外部に該液体を容易に排出することができる。これによって、液体がケース12の内部に留まることを効果的に抑制できる。
上記の実施形態に係るバッテリパック10では、外殻ケース24は、多角筒形状に構成されており、多角筒形状の各辺を構成するケース側壁36の内側面36aに、導出路38がそれぞれ設けられることとした。この場合、ケース側壁36と、バッテリ群16の側面16a、16b、16c、16dのそれぞれとの間に液体が留まることを効果的に抑制することができる。
次に、図7及び図8を参照しつつ、本発明の他の実施形態に係るバッテリパック120について説明する。このバッテリパック120は、放熱シート122をさらに備えること、及び外殻ケース24に代えて外殻ケース124を備えることを除いて、上記のバッテリパック10と同様に構成される。
放熱シート122は、例えば、シリコン樹脂等、電池セル80の放熱を促すことが可能な弾性材料等からなり、バッテリ群16の側面16a、16bのバスバープレート100と、第1ケース側壁32の内側面32aとの間に介在する。すなわち、第1ケース側壁32の内側面32aの一部である放熱面126に沿って放熱シート122が設けられる。
なお、バッテリパック120は、防水袋17を備えていてもよいし、備えていなくてもよい。図7及び図8では、防水袋17は不図示である。バッテリパック120が防水袋17を備える場合、放熱シート122は、防水袋17の外部に配設されてもよいし、防水袋17の内部に配設されてもよい。
外殻ケース124は、ケース側壁36の内側面36aのうち、放熱面126を除く部分にのみ導出路38が設けられていることを除いて、上記の外殻ケース24と同様に構成されている。すなわち、外殻ケース124は、第1ケース側壁32の内側面32aの放熱面126を除く部分と、第2ケース側壁34の内側面34aとにそれぞれ導出路38が設けられる。一方、第1ケース側壁32の内側面32aのうち、放熱面126は、放熱シート122に沿って延在する平坦面となっている。
このバッテリパック120では、上記のように導出路38が設けられることで、バッテリ群16の側面16a、16b、16c、16dとケース側壁36との間に液体が留まることを抑制して、ケース12内の液体を排出し易くすることができる。また、第1ケース側壁32の内側面32aに放熱シート122に沿って延在する平坦面からなる放熱面126が設けられることで、電池セル80の熱を、放熱シート122を介して第1ケース側壁32へと効率的に伝導させて、バッテリパック120の放熱性を高めることが可能になる。
なお、バッテリパック120の外殻ケース124では、ケース側壁36の内側面36aのうち、放熱面126を除く部分にのみ導出路38が設けられていることとしたが、特にこれには限定されない。例えば、放熱シート122の剛性が小さく、導出路38とバッテリ群16の側面16a、16bとの間で、放熱シート122が導出路38の形状に追従して変形可能である場合、換言すると、放熱シート122の一部が導出路38の内部に進入するように変形可能である場合には、放熱面126にも導出路38が設けられていてもよい。この場合も、電池セル80の熱を、上記のように変形した放熱シート122を介して第1ケース側壁32へと効率的に伝導させて、バッテリパック120の放熱性を高めることが可能になる。
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、バッテリコアパック14a、14bは、例えば、四角柱状以外の角柱状や、円柱状であってもよい。外殻ケース24、124は、例えば、四角筒状以外の角筒状や、円筒状であってもよい。ケース12は、少なくともケース側壁36を備えていればよく、ボトムケース22と、外殻ケース24、124と、トップケース26とを備えるものに限定されない。また、ボトムケース22と外殻ケース24、124とが一部材から構成されてもよいし、外殻ケース24、124とトップケース26とが一部材から構成されてもよい。バッテリパック10、120は、1個のバッテリコアパック14aのみを備えてもよいし、3個以上のバッテリコアパック14aを連結したバッテリ群を備えてもよい。
10、120…バッテリパック 12…ケース
14a、14b…バッテリコアパック 17…防水袋
18…支持フレーム 22…ボトムケース
22a…排出孔 24、124…外殻ケース
36…ケース側壁 36a…内側面
38…導出路 40…溝
80…電池セル 82…セルホルダ
122…放熱シート 126…放熱面

Claims (6)

  1. セルホルダ(82)に保持された複数の電池セル(80)を有するバッテリコアパック(14a、14b)と、前記バッテリコアパックを収容するケース(12)と、を備えるバッテリパック(10)であって、
    前記ケースは、前記バッテリコアパックの側面(16a、16b、16c、16d)に沿って配設されるケース側壁(36)を有し、
    前記ケース側壁の内側面(36a)には、該ケース側壁の上端側から下端側にかけて延在するとともに、液体が流通可能である溝状の導出路(38)が設けられる、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、
    前記導出路は、複数設けられる、バッテリパック。
  3. 請求項1又は2記載のバッテリパックにおいて、
    可撓性シートからなり防水構造を形成する防水袋(17)に、前記バッテリコアパックが収容され、
    前記導出路は、前記防水袋に対向する、バッテリパック。
  4. 請求項1〜3の何れか1項に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底面を覆うボトムケース(22)と、前記ケース側壁を有する外殻ケース(24)と、を備え、
    前記ボトムケースには、前記ケースの内外を連通する排出孔(22a)が設けられる、バッテリパック。
  5. 請求項4記載のバッテリパックにおいて、
    前記外殻ケースは、多角筒形状に構成されており、
    前記多角筒形状の各辺を構成する前記ケース側壁の内側面に、前記導出路が設けられる、バッテリパック。
  6. 請求項1〜5の何れか1項に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と前記ケース側壁の内側面との間には、前記ケース側壁の内側面の一部である放熱面(126)に沿って放熱シート(122)が介在している、バッテリパック。
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