WO2019065256A1 - バッテリパック - Google Patents

Abstract

本発明はバッテリパック（１０）に関する。下側バッテリコアパックフレーム（３２）は、ケース（１４）の内面を周方向に沿うように配置された複数のフレーム部材（３４）と、フレーム部材（３４）同士を連結する連結部材（３６）とを有する。フレーム部材（３４）の外側面（３４ａ）には、ケース（１４）の内面に形成された下側固定溝（３０）に挿入されるフランジ部（３８）が設けられる。フレーム部材（３４）の延在方向の端部に設けられた傾斜面（３４ｂ）同士が対向することで下側バッテリコアパックフレーム（３２）のコーナが形成される。連結部材（３６）は、傾斜面（３４ｂ）同士の間に介在し且つケース（１４）の内面をフレーム部材（３４）の延在方向に直交する方向に沿って延在する介在部（４０）と、介在部（４０）に接続され傾斜面（３４ｂ）同士が対向する一組のフレーム部材（３４）の一方を下側から支持する第１支持部（４２）及び他方を支持する第２支持部（４３）とを有する。

Description

バッテリパック

　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。

　本発明の主たる目的は、軽量で耐久性に優れたバッテリパックを提供することにある。

　本発明の一実施形態によれば、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、前記ケースの内面を周方向に沿って延在するように配置された複数のフレーム部材と、前記フレーム部材同士を連結する連結部材とを有し、前記フレーム部材の外側面には、前記ケースの内面に周方向に沿って形成された固定溝に挿入されるフランジ部が設けられ、前記フレーム部材の延在方向の両端部には、該延在方向に対して傾斜する傾斜面がそれぞれ設けられ、前記傾斜面同士が対向することで前記バッテリコアパックフレームのコーナが形成され、前記連結部材は、前記傾斜面同士の間に介在する介在部と、前記介在部に接続され、前記傾斜面同士が対向する一組の前記フレーム部材の一方を前記バッテリコアパックに臨む側と反対側から支持する第１支持部と、前記介在部に接続され、前記一組のフレーム部材の他方を前記バッテリコアパックに臨む側と反対側から支持する第２支持部とを有するバッテリパックが提供される。

　このバッテリパックのバッテリコアパックフレームは、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と、フレーム部材に対して、固定溝に挿入されたフランジ部を支点として外殻ケースの内側に向かって傾倒する方向に力が加えられる。この場合、上記の通り、フレーム部材の延在方向の両端に設けられた連結部材によって、該フレーム部材の傾倒を規制するように、ケースの内面に対して介在部の突っ張り力を生じさせることができる。

　その結果、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ても、ケースに強固に固定された状態を維持することができる。つまり、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できる。

　このように、フレーム部材及び連結部材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、軽量でありながら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。

　上記のバッテリパックにおいて、前記フレーム部材は中空構造であることが好ましい。この場合、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。

本発明の実施形態に係るバッテリパックの概略斜視図である。 外殻ケースの下端側の一部と下側バッテリコアパックフレームの分解斜視図である。 外殻ケースの下端側の一部と下側バッテリコアパックフレームの要部断面図である。 外殻ケースの下端側の一部と下側バッテリコアパックフレームのコーナの拡大斜視図である。 外殻ケースの下端側の一部と下側バッテリコアパックフレームのコーナの他の拡大斜視図である。 フレーム部材の斜視図である。 連結部材の斜視図である。 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（底面側）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～図７に示すように、下側バッテリコアパックフレーム３２は、外殻ケース１２の内面を周方向に沿って延在するように配置された複数のフレーム部材３４と、フレーム部材３４同士を連結する連結部材３６とを有する。

　本実施形態では、外殻ケース１２の上下方向に直交する断面が矩形状であるため、下側バッテリコアパックフレーム３２は、該矩形状の四辺に沿って延在する４個のフレーム部材３４を有する。これらのフレーム部材３４は、中空構造からなる。また、フレーム部材３４は、外殻ケース１２の内面に臨む外側面３４ａの下端側にフランジ部３８がそれぞれ設けられ、該フランジ部３８が下側固定溝３０に挿入される。

　図６に示すように、フレーム部材３４の延在方向の両端部には、該延在方向に対して傾斜する傾斜面３４ｂがそれぞれ設けられている。傾斜面３４ｂは、フレーム部材３４の外側面３４ａ側から内側面３４ｃ側に向かって、該フレーム部材３４の延在方向の長さが短くなるように傾斜する。これによって、図４等に示すように、傾斜面３４ｂ同士が対向するようにフレーム部材３４が配置された部分が、下側バッテリコアパックフレーム３２のコーナとなる。

　また、フレーム部材３４の下端側における周方向の内側には、外側面３４ａ側から内側面３４ｃ側に向かって、該フレーム部材３４の上下方向の長さが短くなるように傾斜する固定面３４ｄが設けられている。

　図５及び図７に示すように、連結部材３６は、介在部４０と、第１支持部４２と、第２支持部４３とを有する。介在部４０は、フレーム部材３４の傾斜面３４ｂ同士の間に介在し、該フレーム部材３４の延在方向に直交する方向（上下方向）に沿って延在する。

　第１支持部４２は、介在部４０の下端に接続され、傾斜面３４ｂ同士が対向する一組のフレーム部材３４の一方（以下では、単に一方のフレーム部材３４ともいう）を、その下端側から支持する。第２支持部４３は、介在部４０の下端に接続され、傾斜面３４ｂ同士が対向する一組のフレーム部材３４の他方（以下では、単に他方のフレーム部材３４ともいう）を、その下端側から支持する。

　具体的には、第１支持部４２が一方のフレーム部材３４の固定面３４ｄに接するとともに、第２支持部４３が他方のフレーム部材３４の固定面３４ｄに接している。第１支持部４２及び第２支持部４３は、固定面３４ｄに対して、例えば、第１支持部４２及び第２支持部４３にそれぞれ設けられた貫通孔４２ａ、４３ａと、固定面３４ｄに形成されたねじ孔３５（図６参照）とを介したねじ（不図示）止め等によって固定される。これによって、フレーム部材３４と連結部材３６とが固定されている。

　なお、下側バッテリコアパックフレーム３２を外殻ケース１２の内部に固定する場合、例えば、先ず、一方のフレーム部材３４及び他方のフレーム部材３４のそれぞれを、そのフランジ部３８が下側固定溝３０に挿入されるように、外殻ケース１２の内面に沿って配置する。次に、これらのフレーム部材３４の傾斜面３４ｂ同士の間に介在部４０を介在させるとともに、一方のフレーム部材３４及び他方のフレーム部材３４の各々の固定面３４ｄに第１支持部４２及び第２支持部４３をそれぞれ接触させる。そして、上記のようにねじ止めを行うことで、フレーム部材３４と連結部材３６とを固定する。このようにして、外殻ケース１２の内面に沿って配置されるフレーム部材３４のコーナ全てに連結部材３６をそれぞれ固定することで、外殻ケース１２の内部において、下側固定溝３０に固定された状態の下側バッテリコアパックフレーム３２を形成することができる。

　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）。

　図１に示すように、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８参照）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８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。これによって、フレーム部材３４に対して、下側固定溝３０に挿入されたフランジ部３８を支点として外殻ケース１２の内側に向かって傾倒する方向に力が加えられる。この場合、上記の通り、フレーム部材３４の延在方向の両端に設けられた連結部材３６によって、該フレーム部材３４の傾倒を規制するように、外殻ケース１２の内面に対して介在部４０の突っ張り力を生じさせることができる。

　その結果、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ても、外殻ケース１２に強固に固定された状態を維持することができる。つまり、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できる。

　このように、フレーム部材３４及び連結部材３６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。

　また、フレーム部材３４は中空構造であるため、これによっても、下側バッテリコアパックフレーム３２のさらなる軽量化を図ることが可能になる。

　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。

　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。

　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…下側バッテリコアパックフレーム
３４…フレーム部材　　　　　　　３４ａ…外側面
３４ｂ…傾斜面　　　　　　　　　３４ｄ…固定面
３６…連結部材　　　　　　　　　３８…フランジ部
４０…介在部　　　　　　　　　　４２…第１支持部
４３…第２支持部　　　　　　　　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

Claims (2)

1. 　セルホルダ（５２）に保持された複数の電池セル（５０）を有するバッテリコアパック（１６）と、前記バッテリコアパック（１６）を収容するケース（１４）とを備えるバッテリパック（１０）であって、
   　前記ケース（１４）の内部には、前記バッテリコアパック（１６）を支持するバッテリコアパックフレーム（３２）が設けられ、
   　前記バッテリコアパックフレーム（３２）は、前記ケース（１４）の内面を周方向に沿って延在するように配置された複数のフレーム部材（３４）と、前記フレーム部材（３４）同士を連結する連結部材（３６）とを有し、
   　前記フレーム部材（３４）の外側面（３４ａ）には、前記ケース（１４）の内面に周方向に沿って形成された固定溝（３０）に挿入されるフランジ部（３８）が設けられ、
   　前記フレーム部材（３４）の延在方向の両端部には、該延在方向に対して傾斜する傾斜面（３４ｂ）がそれぞれ設けられ、前記傾斜面（３４ｂ）同士が対向することで前記バッテリコアパックフレーム（３２）のコーナが形成され、
   　前記連結部材（３６）は、前記傾斜面（３４ｂ）同士の間に介在する介在部（４０）と、前記介在部（４０）に接続され、前記傾斜面（３４ｂ）同士が対向する一組の前記フレーム部材（３４）の一方を前記バッテリコアパック（１６）に臨む側と反対側から支持する第１支持部（４２）と、前記介在部（４０）に接続され、前記一組のフレーム部材（３４）の他方を前記バッテリコアパック（１６）に臨む側と反対側から支持する第２支持部（４３）とを有することを特徴とするバッテリパック（１０）。
2. 　請求項１記載のバッテリパック（１０）において、
   　前記フレーム部材（３４）は中空構造であることを特徴とするバッテリパック（１０）。

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