WO2023190502A1 - バッテリパック - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a battery pack equipped with a temperature detection section capable of detecting the temperature of a battery cell housed in a case.
- the battery pack includes a battery core pack having a plurality of battery cells, and a case that accommodates the battery core pack.
- a battery pack has a plurality of battery cells arranged within a battery core pack, and is equipped with a temperature sensor that can detect the temperature of the battery cells.
- a temperature sensor detects the maximum and minimum temperatures within the battery core pack. When the temperature inside the battery core pack detected by the temperature sensor is about to exceed a reference temperature, charging to the battery pack is stopped to protect the battery pack.
- An aspect of the present invention includes a plurality of battery cells and a case accommodating the plurality of battery cells, and the first direction is perpendicular to the cell axis direction of the plurality of battery cells and is the axial direction of the case.
- the temperature detection unit includes a first temperature sensor attached to a central battery cell arranged at the center in the first direction among the plurality of battery cells; a second temperature sensor attached to an end battery cell disposed at one end in the first direction among the plurality of battery cells; A temperature sensor is not attached to a battery cell arranged at the other end in the first direction among the plurality of battery cells.
- the highest temperature of the battery pack can be determined near the center in the first direction where heat tends to accumulate. Can be detected.
- the second temperature sensor By detecting the temperature of the end battery cell among the plurality of battery cells using the second temperature sensor, it is possible to detect the lowest temperature of the battery pack near one end in the first direction where heat is relatively easily dissipated. As a result, the maximum temperature and minimum temperature within the battery pack can be detected using the minimum number of two first and second temperature sensors, so that the battery pack can be effectively protected at low cost.
- FIG. 1 is an external perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a schematic front view of the battery pack shown in FIG. 1 when viewed from the front.
- FIG. 3 is a schematic side view of the battery pack of FIG. 1 viewed from the side.
- FIG. 4 is a schematic side view showing a battery core pack according to a modification.
- the battery pack 10 is applied, for example, as a portable battery pack that is removably mounted on an electric vehicle (not shown) such as a power-assisted bicycle or an electric motorcycle. be able to.
- the battery pack 10 can be applied to various external devices that require power.
- An example in which the battery pack 10 is mounted on an electric vehicle will be described below.
- the vertical direction of the battery pack 10 is a vertical direction when the battery pack 10 is mounted on an electric vehicle, or a direction inclined with respect to the vertical direction.
- the battery pack 10 includes a case 12, first and second battery core packs 14 and 16, a battery management unit (BMU) 18, and a temperature detection unit 20 (see FIG. 2). ) and heat dissipation sheets 22a and 22b.
- BMU battery management unit
- the case 12 houses first and second battery core packs 14 and 16 including a plurality of battery cells 34 and a battery management device 18.
- Case 12 includes a bottom case 24, an outer shell case 26, and a top case 28.
- the axial direction of the case 12 shown in FIG. 1 will be referred to as the arrow Z direction or the first direction.
- the bottom case 24 is arranged at the bottom of the case 12.
- the bottom case 24 covers the bottoms of the first and second battery core packs 14 and 16.
- the outer shell case 26 is formed in a hollow shape from a metal material such as aluminum, and is attached to the upper end of the bottom case 24 .
- the outer shell case 26 covers the sides of the first and second battery core packs 14 and 16.
- Top case 28 is attached to the upper end of outer shell case 26.
- the top case 28 covers the tops of the first and second battery core packs 14 and 16.
- the upper part of the top case 28 includes a handle 30. The handle 30 can be grasped by a user when carrying the battery pack 10.
- the first and second battery core packs 14 and 16 are formed in substantially the same shape.
- the first battery core pack 14 and the second battery core pack 16 are connected to each other in a direction (direction of arrow Y) perpendicular to the axial direction (first direction) of the case 12 by a connecting body (not shown).
- the first and second battery core packs 14 and 16 each include a plurality of battery cells 34 and a cell holder 38.
- each battery cell 34 has a cylindrical shape extending along the cell axis direction (direction of arrow Y) orthogonal to the first direction of case 12 (direction of arrow Z).
- a positive electrode terminal is arranged at one end of each battery cell 34 in the cell axis direction.
- a negative terminal is arranged at the other end of each battery cell 34 in the cell axis direction.
- the battery cell 34 is, for example, a lithium secondary battery that can be repeatedly charged and discharged.
- the cell holder 38 has a plurality of insertion holes 44.
- the plurality of insertion holes 44 have a circular shape when viewed from the cell axis direction shown in FIG. 3 .
- a plurality of battery cells 34 are inserted and held in the plurality of insertion holes 44 .
- the cell holder 38 has a first direction row 46 in which seven insertion holes 44 are arranged along the first direction (arrow Z direction).
- the insertion holes 44 are equally spaced apart along the first direction (arrow Z direction).
- a plurality of first direction rows 46 are arranged in parallel at intervals in a second direction (arrow X direction) which is the width direction of the cell holder 38.
- Each first direction row 46 is arranged in parallel in the second direction (arrow X direction).
- first direction rows 46 a pair of end rows 46a are arranged adjacent to both ends in the second direction (arrow X direction), and a pair of intermediate rows 46b are adjacent inwardly in the second direction. are arranged offset downward along the first direction.
- a pair of center rows 46c are arranged inwardly adjacent to the pair of middle rows 46b in the second direction.
- the pair of center rows 46c are arranged offset upward in the first direction with respect to the middle row 46b.
- the pair of end rows 46a and the pair of center rows 46c are at the same position. That is, each first direction row 46 adjacent in the second direction is arranged alternately in the first direction.
- the plurality of battery cells 34 are inserted into the plurality of insertion holes 44, respectively, and are arranged in parallel with each other at equal intervals along the first direction of the cell holder 38 (see FIGS. 2 and 3).
- the plurality of battery cells 34 are arranged in parallel and equally spaced from each other along the second direction of the cell holder 38 (see FIG. 3).
- the number of battery cells 34 and the number of insertion holes 44 are the same.
- the first battery core pack 14 and the second battery core pack 16 are arranged in parallel in the cell axis direction (arrow Y direction) of the battery cell 34.
- the number and arrangement of the plurality of battery cells 34 in the first battery core pack 14 and the number and arrangement of the plurality of battery cells 34 in the second battery core pack 16 are the same.
- each battery cell 34 is connected in parallel and in series by a plurality of bus bars 60.
- the bus bar 60 is connected to a battery management device 18, which will be described later, via a lead wire.
- the bus bar 60 is arranged to face the outer case 26.
- the first battery core pack 14 and the second battery core pack 16 are connected by the bus bar 62 .
- the plurality of battery cells 34 in the first and second battery core packs 14 and 16 are not limited to the case where adjacent first direction rows 46 are arranged alternately in the first direction as shown in FIG.
- all the first direction rows 46d are arranged at the same position in the first direction in the second direction (arrow X direction)
- a plurality of battery cells 34d may be arranged in the insertion holes 44 in one direction row 46d.
- the battery management device 18 controls charging and discharging of the first and second battery core packs 14 and 16, and communicates with the electric vehicle.
- the battery management device 18 is connected to each battery cell 34 of the first and second battery core packs 14 and 16 via lead wires (not shown). Power from the plurality of battery cells 34 is supplied from the battery management device 18 to the electric vehicle via a connector section (not shown).
- the temperature detection unit 20 is provided for the purpose of detecting the temperature of some of the battery cells 34.
- the temperature detection section 20 includes a first temperature sensor 48 and a second temperature sensor 50.
- the first and second temperature sensors 48 and 50 are, for example, thermocouples.
- the first and second temperature sensors 48, 50 are each connected to the battery management device 18 via lead wires 52.
- the first temperature sensor 48 is arranged in the first battery core pack 14.
- the first temperature sensor 48 is capable of detecting the highest temperature within the first battery core pack 14 .
- the first temperature sensor 48 is arranged near the center of the first battery core pack 14 in the first and second directions.
- the vicinity of the center of the first battery core pack 14 is a region where the heat generated in the plurality of battery cells 34 tends to be trapped and reach the highest temperature.
- the first temperature sensor 48 is attached to the central battery cell 34a.
- the central battery cell 34a is arranged at the center in the first direction (arrow Z direction) and in the center row 46c, which is the center in the second direction (arrow X direction). battery cells. Note that when an even number of battery cells 34 are arranged in the first and second directions, the central battery cell 34a is one of the two battery cells 34 arranged near the center in the first direction, and This is one of the two battery cells 34 arranged near the center in the second direction.
- the first temperature sensor 48 is arranged at the center of the central battery cell 34a in the cell axis direction (arrow Y direction).
- the first temperature sensor 48 is attached to the outer peripheral surface 36a of the central battery cell 34a (see FIG. 3).
- a first temperature sensor 48 is attached to either one of the pair of central battery cells 34a arranged in the pair of central rows 46c.
- the temperature near the center of the first battery core pack 14 can be detected by the first temperature sensor 48 attached to the central battery cell 34a. After the temperature of the central battery cell 34a is detected by the first temperature sensor 48, it is output as a detection signal to the battery management device 18 via the lead wire 52.
- the second temperature sensor 50 is arranged in the second battery core pack 16.
- the second temperature sensor 50 is capable of detecting the lowest temperature within the second battery core pack 16.
- the second temperature sensor 50 is arranged near the ends of the second battery core pack 16 in the first and second directions.
- the vicinity of the end of the second battery core pack 16 is a region where the heat generated in the plurality of battery cells 34 is radiated to the outside and tends to reach the lowest temperature.
- the second temperature sensor 50 is attached to the end battery cell 34b.
- the end battery cell 34b is arranged at the top, which is the end in the first direction, of the plurality of battery cells 34 of the second battery core pack 16, and is arranged in the end row 46a in the second direction. It is one battery cell.
- the second temperature sensor 50 is arranged at the center of the end battery cell 34b in the cell axis direction.
- the second temperature sensor 50 is attached to the outer peripheral surface 36b of the end battery cell 34b (see FIG. 3). In the second direction, a second temperature sensor 50 is attached to either one of the pair of end battery cells 34b arranged in the pair of end rows 46a.
- the temperature near the ends of the second battery core pack 16 in the first and second directions can be detected by the second temperature sensor 50 attached to the end battery cell 34b. After the temperature of the end battery cell 34b is detected by the second temperature sensor 50, it is output as a detection signal to the battery management device 18 via the lead wire 52.
- the end battery cell 34c disposed at the bottom which is the end in the first direction (arrow Z direction), has a second temperature sensor 50. cannot be installed.
- the second temperature sensor 50 is not limited to the case where the second temperature sensor 50 is attached to the uppermost battery cell 34 (end battery cell 34b) in the first direction. Instead of the end battery cell 34b, the second temperature sensor 50 may be attached to the lowest battery cell 34 (end battery cell 34c) in the end row 46a.
- first temperature sensor 48 and the second temperature sensor 50 are provided to detect the temperature of the battery cells 34.
- the first temperature sensor 48 may be attached to the center battery cell 34a of the second battery core pack 16, and the second temperature sensor 50 may be attached to the end battery cell 34b of the first battery core pack 14.
- the first and second temperature sensors 48 and 50 may be attached to either the first battery core pack 14 or the second battery core pack 16, respectively.
- the first and second temperature sensors 48 and 50 may be attached to the first battery core pack 14 together.
- the first and second temperature sensors 48 and 50 may be attached to the second battery core pack 16 together.
- heat dissipation sheets 22a and 22b are arranged between the first and second battery core packs 14 and 16 and the outer shell case 26, respectively.
- the heat dissipation sheets 22a and 22b are, for example, sheet-like members with high thermal conductivity.
- the first dimension of the heat radiation sheets 22a, 22b along the first direction is The second dimension of the heat dissipation sheets 22a, 22b along the second direction (arrow X direction) is equal to or greater than the dimension of the cell group along the second direction.
- the outer peripheral ends of the heat dissipation sheets 22a and 22b are arranged outside the cell group. That is, all the battery cells 34 in the first and second battery core packs 14 and 16 are covered by the heat dissipation sheets 22a and 22b, respectively.
- the heat dissipation sheets 22a and 22b contact the inner wall 26a of the outer case 26.
- Heat dissipation sheets 22 a and 22 b are arranged between the inner wall 26 a of the outer shell case 26 and the bus bar 60 in the cell axis direction (arrow Y direction) of the battery cell 34 .
- the heat dissipation sheet 22a contacts the bus bar 60 of the first battery core pack 14 in the cell axis direction.
- the heat dissipation sheet 22b contacts the bus bar 60 of the second battery core pack 16 in the cell axis direction.
- the heat dissipation sheets 22a, 22b are capable of transmitting heat generated in the plurality of battery cells 34 from the bus bars 60 of the first and second battery core packs 14, 16 to the outer shell case 26.
- each battery cell 34 can be charged.
- each battery cell 34 can be discharged by mounting the battery pack 10 carried by gripping the handle 30 on an electric vehicle and connecting a connector portion (not shown) to a power supply port.
- each battery cell 34 of the first and second battery core packs 14 and 16 When each battery cell 34 of the first and second battery core packs 14 and 16 is charged or discharged, each battery cell 34 generates heat. The internal temperature of the case 12 increases due to the heat of each battery cell 34 of the first and second battery core packs 14 and 16.
- the first temperature sensor 48 detects the temperature of the central battery cell 34a of the first battery core pack 14.
- the central battery cell 34a is arranged at the center of the first battery core pack 14 in the first and second directions, where heat tends to accumulate. Therefore, the temperature detected by the first temperature sensor 48 is the highest temperature of the first battery core pack 14.
- the temperature of the end battery cell 34b of the second battery core pack 16 is detected by the second temperature sensor 50.
- the end battery cells 34b are arranged at the ends of the second battery core pack 16 in the first and second directions where heat is relatively easily dissipated. Therefore, the temperature detected by the second temperature sensor 50 is the lowest temperature of the second battery core pack 16.
- the temperatures detected by the first and second temperature sensors 48 and 50 are output as detection signals to the battery management device 18 through the lead wires 52, respectively.
- the operation of the battery pack 10 is controlled based on the maximum temperature of the first battery core pack 14 detected by the first temperature sensor 48 and the minimum temperature of the second battery core pack 16 detected by the second temperature sensor 50. be exposed.
- a preset temperature is compared with the maximum temperature detected by the first temperature sensor 48, and when the maximum temperature is close to the preset temperature, charging of the battery pack 10 is started, for example. to protect the battery pack 10.
- each battery cell 34 The heat generated in each battery cell 34 is transmitted from the end surfaces of the first and second battery core packs 14 and 16 in the cell axis direction to the heat dissipation sheets 22a and 22b. Heat is transmitted to the outer shell case 26 from the heat dissipation sheets 22a and 22b. Thereby, the heat generated in each battery cell 34 is radiated to the outside through the outer case 26 made of a metal material.
- the temperature detection unit 20 of the battery pack 10 is connected to the first temperature sensor 48 attached to the central battery cell 34a located at the center in the first direction among the plurality of battery cells 34. and a second temperature sensor 50 attached to an end battery cell 34b arranged at one end in the first direction among the plurality of battery cells 34.
- the maximum and minimum temperatures within the battery pack 10 can be detected using the minimum number of two first and second temperature sensors 48 and 50, so that the maximum and minimum temperatures within the battery pack 10 can be detected at low cost and effectively. Therefore, the battery pack 10 can be protected from temperature.
- the temperature of the plurality of battery cells 34 is The single first temperature sensor 48 can reliably and effectively detect the maximum temperature near the center of the first battery core pack 14 in the second direction, where the temperature tends to increase due to high temperature.
- One battery cell 34 among the plurality of battery cells 34 in the first battery core pack 14 is a central battery cell 34a in which the first temperature sensor 48 is arranged, and the plurality of battery cells in the second battery core pack 16 are One of the 34 battery cells 34 is an end battery cell 34b in which the second temperature sensor 50 is arranged.
- first temperature sensor 48 to detect the highest temperature near the center of the first battery core pack 14 and the second temperature sensor 50 to detect the lowest temperature near the end of the second battery core pack 16. . Temperature detection in the first and second battery core packs 14 and 16 can be realized more effectively and at lower cost.
- the first temperature sensor 48 By arranging the first temperature sensor 48 at the center of the center battery cell 34a in the cell axis direction, the first temperature sensor 48 can detect the temperature near the center of the center battery cell 34a in the cell axis direction, where the temperature tends to become high. Can be detected reliably and effectively.
- the second temperature sensor 50 By arranging the second temperature sensor 50 at the center of the end battery cell 34b in the cell axis direction, the second temperature sensor 50 detects the temperature near the center of the end battery cell 34b in the cell axis direction. The temperature near the end battery cell 34b can be stably detected.
- It has heat dissipation sheets 22a and 22b that are in contact with an inner wall 26a of an outer shell case 26 formed of a metal material, and the heat dissipation sheets 22a and 22b are arranged in the cell axis direction with respect to the inner wall 26a, and the heat dissipation sheets 22a and 22b are arranged in the cell axis direction with respect to the inner wall 26a and are arranged in the cell axial direction. Heat can be transferred to the outer case 26.
- the heat is transferred from the bus bar 60 to the outer shell case 26 made of metal material through the heat dissipation sheets 22a and 22b, thereby eliminating the inherent deterioration of each battery cell 34.
- the temperature variation between the battery cells 34 is equalized by the outer shell case 26 and the heat dissipation sheets 22a, 22b. Therefore, the equalized calorific value (temperature) of the battery cells 34 can be detected by the temperature detection section 20 (first and second temperature sensors 48, 50).
- the first temperature sensor 48 is attached to the outer peripheral surface 36a of the central battery cell 34a, and the second temperature sensor 50 is attached to the outer peripheral surface 36b of the end battery cell 34b. Thereby, the first and second temperature sensors 48 and 50 can be easily attached to the outer circumferential surface (36a, 36b) of the battery cell 34 of an existing battery pack. The first and second temperature sensors 48 and 50 can be easily attached to appropriately selected battery cells 34 (center battery cell 34a, end battery cell 34b) among the plurality of battery cells 34, respectively.
- the heat is transferred to the metal through the heat dissipation sheets 22a and 22b.
- the temperature variation between the first battery core pack 14 and the second battery core pack 16 is equalized by the material being transferred to the outer case 26 . Therefore, the equalized calorific value (temperature) of the battery cells 34 is measured by the first temperature sensor 48 disposed in the first battery core pack 14 and the second temperature sensor 50 disposed in the second battery core pack 16. This enables stable detection.
- the above embodiment includes a plurality of battery cells (34) and a case (12) that accommodates the plurality of battery cells, and the axial direction of the case is perpendicular to the cell axis direction of the plurality of battery cells.
- a battery pack (10) in which the plurality of battery cells are arranged in parallel in a first direction It has a temperature detection unit (20) that detects the temperature of the battery cell,
- the temperature detection unit includes a first temperature sensor (48) attached to a central battery cell (34a) arranged at the center in the first direction among the plurality of battery cells; a second temperature sensor (50) attached to an end battery cell (34b) located at one end in the first direction among the plurality of battery cells;
- a temperature sensor is not attached to a battery cell (34c) arranged at the other end in the first direction among the plurality of battery cells.
- the central battery cell is a battery cell arranged at the center in the second direction among the plurality of battery cells arranged in parallel along the second direction.
- One battery cell among the plurality of battery cells of the first battery core pack is the central battery cell in which the first temperature sensor is arranged
- One battery cell among the plurality of battery cells of the second battery core pack is the end battery cell in which the second temperature sensor is disposed.
- the first temperature sensor is arranged at the center of the central battery cell in the cell axis direction.
- the second temperature sensor is arranged at the center of the end battery cell in the cell axis direction.
- the battery pack includes an outer shell case (26) formed from a metal material and forming a part of the case; Heat from the plurality of battery cells that are in contact with the inner wall (26a) of the outer shell case, arranged in the cell axis direction with respect to the inner wall, and arranged in parallel along the first direction is transferred to the outer shell case. heat dissipation sheets (22a, 22b) that transmit; Equipped with
- the first temperature sensor is attached to the outer peripheral surface (36a) of the central battery cell
- the second temperature sensor is attached to the outer peripheral surface (36b) of the end battery cell.
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Abstract
バッテリパック(10)は、電池セル(34)の温度を検出する温度検出部(20)を有する。温度検出部(20)は、複数の電池セル(34)のうち第1方向における中央に配置される中央電池セル(34a)に取り付けられる第1温度センサ(48)と、前記複数の電池セル(34)のうち、前記第1方向における一端部に配置される端部電池セル(34b)に取り付けられる第2温度センサ(50)とを備える。複数の電池セル(34)のうち、第1方向における他端部に配置される端部電池セル(34c)には温度センサが取り付けられない。
Description
本発明は、ケースに収容された電池セルの温度を検出可能な温度検出部を備えたバッテリパックに関する。
本出願人は、特許第6790176号公報において、電動アシスト自転車及び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を提案している。バッテリパックは、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。
一般的に、バッテリパックは、バッテリコアパック内に複数の電池セルが配置されており、電池セルの温度を検出可能な温度センサを備える。温度センサによって、バッテリコアパック内における最高温度及び最低温度を検知している。温度センサで検知されたバッテリコアパック内の温度が基準温度を越えそうなとき、バッテリパックに対する充電を停止してバッテリパックを保護する。
複数の電池セルを有するバッテリパックにおいて、電池セルの最低温度と、電池セルの最高温度とを検出するとき、配置場所の異なる複数の電池セルに応じて多くの温度センサを複数配置する必要がある。多くの温度センサを準備することでコストが増大する。
本発明の態様は、複数の電池セルと、前記複数の電池セルを収容するケースとを備え、前記複数の電池セルのセル軸方向と直交して前記ケースの軸方向となる第1方向に前記複数の電池セルが並列に配置されたバッテリパックであって、
前記電池セルの温度を検出する温度検出部を有し、
前記温度検出部は、前記複数の電池セルのうち前記第1方向における中央に配置される中央電池セルに取り付けられる第1温度センサと、
前記複数の電池セルのうち、前記第1方向における一端部に配置される端部電池セルに取り付けられる第2温度センサと、
を備え、前記複数の電池セルのうち前記第1方向における他端部に配置される電池セルには温度センサが取り付けられていない。
前記電池セルの温度を検出する温度検出部を有し、
前記温度検出部は、前記複数の電池セルのうち前記第1方向における中央に配置される中央電池セルに取り付けられる第1温度センサと、
前記複数の電池セルのうち、前記第1方向における一端部に配置される端部電池セルに取り付けられる第2温度センサと、
を備え、前記複数の電池セルのうち前記第1方向における他端部に配置される電池セルには温度センサが取り付けられていない。
本発明によれば、温度検出部の第1温度センサによって、複数の電池セルのうち中央電池セルの温度を検出することで、熱がこもりやすい第1方向における中央付近でバッテリパックの最高温度を検出できる。第2温度センサによって、複数の電池セルのうち端部電池セルの温度を検出することで、比較的放熱しやすい第1方向における一端部付近でのバッテリパックの最低温度を検出できる。これにより、最小限の2つの第1及び第2温度センサによって、バッテリパック内における最高温度と最低温度を検出できるため、低コスト且つ効果的にバッテリパックの保護を行うことができる。
図1に示されるように、本実施形態に係るバッテリパック10は、例えば、電動アシスト自転車又は電動バイク等の電動車両(図示せず)に着脱可能に搭載される携帯式のバッテリパックとして適用することができる。バッテリパック10は、電力を必要とする様々な外部機器に適用することができる。以下、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。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ときの鉛直方向、又は鉛直方向に対して傾斜した方向である。
図1に示すように、バッテリパック10は、ケース12と、第1及び第2バッテリコアパック14、16と、バッテリ管理装置(Battery Management Unit:BMU)18と、温度検出部20(図2参照)と、放熱シート22a、22bとを備える。
ケース12は、複数の電池セル34を含む第1及び第2バッテリコアパック14、16と、バッテリ管理装置18とを収容する。ケース12は、ボトムケース24と、外殻ケース26と、トップケース28とを有する。以下、図1に示すケース12の軸方向を、矢印Z方向、又は、第1方向と呼ぶ。
ボトムケース24は、ケース12の下部に配置される。ボトムケース24は、第1及び第2バッテリコアパック14、16の底部を覆う。外殻ケース26は、アルミニウム等の金属製材料から中空状に形成されボトムケース24の上端部に取り付けられる。外殻ケース26は、第1及び第2バッテリコアパック14、16の側面を覆う。トップケース28は、外殻ケース26の上端部に取り付けられる。トップケース28は、第1及び第2バッテリコアパック14、16の上部を覆う。トップケース28の上部は、ハンドル30を備える。ハンドル30は、使用者がバッテリパック10を持ち運ぶときに把持可能である。
図1及び図2に示すように、第1及び第2バッテリコアパック14、16は略同一形状で形成される。第1バッテリコアパック14と第2バッテリコアパック16とが、図示しない連結体によってケース12の軸方向(第1方向)と直交する方向(矢印Y方向)に互いに連結される。
第1及び第2バッテリコアパック14、16は、それぞれ複数の電池セル34と、セルホルダ38とを有する。
図2に示すように、各電池セル34は、ケース12の第1方向(矢印Z方向)と直交するセル軸方向(矢印Y方向)に沿って延在する円筒状である。各電池セル34のセル軸方向一端に正極端子が配置される。各電池セル34のセル軸方向他端に負極端子が配置される。電池セル34は、例えば、充電及び放電を繰り返すことが可能なリチウム二次電池である。
セルホルダ38は、複数の挿通孔44を有する。図3に示すセル軸方向から見て、複数の挿通孔44は円形状である。複数の挿通孔44には、複数の電池セル34が挿入され保持される。
図3に示すように、セルホルダ38は、第1方向(矢印Z方向)に沿って挿通孔44が7個配置される第1方向列46を有し、前記第1方向列46を構成する各挿通孔44は、第1方向(矢印Z方向)に沿って等間隔離間する。複数の第1方向列46が、セルホルダ38の幅方向となる第2方向(矢印X方向)に間隔をおいて並列する。各第1方向列46は、第2方向(矢印X方向)に並列に配置される。以下、図3に示すようにセルホルダ38において6本の第1方向列46が配置される例について説明する。
6本の第1方向列46のうち、第2方向(矢印X方向)の両端に隣接して配置される一対の端部列46aに対し、第2方向内方に隣接する一対の中間列46bが、第1方向に沿った下方にオフセットして配置される。一対の中間列46bの第2方向内方に隣接して一対の中央列46cが配置される。一対の中央列46cは、中間列46bに対して第1方向に沿った上方にオフセットして配置される。第1方向において、一対の端部列46aと一対の中央列46cとが同一位置である。すなわち、第2方向に隣接する各第1方向列46が、第1方向に互い違いに配置される。
複数の電池セル34は、複数の挿通孔44にそれぞれ挿通されることで、セルホルダ38の第1方向に沿って互いに等間隔離間して並列に配置される(図2及び図3参照)。複数の電池セル34は、セルホルダ38の第2方向に沿って互いに等間隔離間して並列に配置される(図3参照)。電池セル34の数量と挿通孔44の数量とが同数である。
図2に示すように、第1バッテリコアパック14と第2バッテリコアパック16とが、電池セル34のセル軸方向(矢印Y方向)に並列に配置される。第1バッテリコアパック14における複数の電池セル34の数量及び配置と、第2バッテリコアパック16における複数の電池セル34の数量及び配置とは同一である。
第1及び第2バッテリコアパック14、16の各々において、複数のバスバー60によって各電池セル34同士が並列及び直列に接続される。バスバー60がリード線を介して後述するバッテリ管理装置18に接続される。第1及び第2バッテリコアパック14、16において、バスバー60は、外殻ケース26に向かい合って配置される。バスバー62によって第1バッテリコアパック14と第2バッテリコアパック16が接続される。
なお、第1及び第2バッテリコアパック14、16における複数の電池セル34は、図3に示すように隣接する第1方向列46が第1方向に互い違いに配置される場合に限定されない。例えば、図4に示す第1及び第2バッテリコアパック14a、16aのように、第2方向(矢印X方向)において全ての第1方向列46dが第1方向に同一位置で配置され、前記第1方向列46dの挿通孔44に複数の電池セル34dが配置されてもよい。
図1~図3に示すように、バッテリ管理装置18は、第1及び第2バッテリコアパック14、16の充放電の制御や、電動車両との通信を行う。バッテリ管理装置18は、第1及び第2バッテリコアパック14、16の各電池セル34とリード線(図示せず)を介して接続される。複数の電池セル34の電力が、バッテリ管理装置18から図示しないコネクタ部を介して電動車両に対して供給される。
図2及び図3に示すように、温度検出部20は、複数の電池セル34のうち、一部の電池セルの温度を検出する目的で設けられる。温度検出部20は、第1温度センサ48と、第2温度センサ50とを有する。第1及び第2温度センサ48、50は、例えば、熱電対等である。第1及び第2温度センサ48、50は、リード線52を介してそれぞれバッテリ管理装置18に接続される。
第1温度センサ48は、第1バッテリコアパック14に配置される。第1温度センサ48は、第1バッテリコアパック14内で最も高くなる最高温度を検出可能である。第1温度センサ48は、第1及び第2方向における第1バッテリコアパック14の中央付近に配置される。第1バッテリコアパック14の中央付近は、複数の電池セル34で発生した熱が籠もって最高温度となりやすい部位である。
第1温度センサ48は、中央電池セル34aに取り付けられる。中央電池セル34aは、複数の電池セル34のうち、第1方向(矢印Z方向)における中央に配置され、且つ、第2方向(矢印X方向)の中央となる中央列46cに配置される1個の電池セルである。なお、第1及び第2方向に偶数個の電池セル34が配置された場合、中央電池セル34aは、第1方向の中央付近に配置される2個の電池セル34のいずれか一方、且つ、第2方向の中央付近に配置される2個の電池セル34のいずれか一方の1個の電池セル34である。
図2に示すように、第1温度センサ48は、セル軸方向(矢印Y方向)において中央電池セル34aのセル軸方向中央に配置される。第1温度センサ48は、中央電池セル34aの外周面36aに装着される(図3参照)。一対の中央列46cに配置される一対の中央電池セル34aのいずれか一方に第1温度センサ48が取り付けられる。
中央電池セル34aに装着された第1温度センサ48によって、第1バッテリコアパック14の中央付近の温度を検出可能である。中央電池セル34aの温度は、第1温度センサ48によって検出された後、リード線52を介してバッテリ管理装置18へ検出信号として出力される。
第2温度センサ50は、第2バッテリコアパック16に配置される。第2温度センサ50は、第2バッテリコアパック16内で最も低くなる最低温度を検出可能である。第2温度センサ50は、第1及び第2方向における第2バッテリコアパック16の端部付近に配置される。第2バッテリコアパック16の端部付近は、複数の電池セル34で発生した熱が外部に放熱されて最低温度となりやすい部位である。
第2温度センサ50は、端部電池セル34bに取り付けられる。端部電池セル34bは、第2バッテリコアパック16の複数の電池セル34のうち、第1方向における端部である最も上部に配置され、且つ、第2方向における端部列46aに配置される1個の電池セルである。図2に示すように、第2温度センサ50は、セル軸方向において端部電池セル34bのセル軸方向中央に配置される。第2温度センサ50は、端部電池セル34bの外周面36bに装着される(図3参照)。第2方向において、一対の端部列46aに配置される一対の端部電池セル34bのいずれか一方に第2温度センサ50が取り付けられる。
端部電池セル34bに装着された第2温度センサ50によって、第2バッテリコアパック16の第1及び第2方向の端部付近の温度を検出可能である。端部電池セル34bの温度は、第2温度センサ50によって検出された後、リード線52を介してバッテリ管理装置18へ検出信号として出力される。
このとき、第2バッテリコアパック16の複数の電池セル34のうち、第1方向(矢印Z方向)の端部である最下部に配置される端部電池セル34cには、第2温度センサ50が取り付けられない。
なお、第1方向における最も上方に配置された電池セル34(端部電池セル34b)に第2温度センサ50を装着する場合に限定されない。端部電池セル34bの代わりに、端部列46aにおいて最も下方に配置された電池セル34(端部電池セル34c)に第2温度センサ50を装着してもよい。
バッテリパック10において電池セル34の温度を検出するために設けられる温度センサは、第1温度センサ48と第2温度センサ50の2個だけである。第2バッテリコアパック16の中央電池セル34aに第1温度センサ48を取り付け、第1バッテリコアパック14の端部電池セル34bに第2温度センサ50を取り付けてもよい。第1バッテリコアパック14又は第2バッテリコアパック16のいずれかに、第1及び第2温度センサ48、50がそれぞれ取り付けられていればよい。第1バッテリコアパック14に対し、第1及び第2温度センサ48、50を共に取り付けてもよい。第2バッテリコアパック16に対し、第1及び第2温度センサ48、50を共に取り付けてもよい。
図1及び図2に示すように、放熱シート22a、22bは、第1及び第2バッテリコアパック14、16と外殻ケース26との間にそれぞれ配置される。放熱シート22a、22bは、例えば、高い熱伝導性を有するシート状の部材である。
図3に示す電池セル34のセル軸方向から見て、全ての電池セル34を含むセル群に対し、第1方向(矢印Z方向)に沿った放熱シート22a、22bの第1寸法が、前記セル群の第1方向に沿った寸法以上であり、第2方向(矢印X方向)に沿った放熱シート22a、22bの第2寸法が、前記セル群の第2方向に沿った寸法以上である。図3に示す方向から見たとき、放熱シート22a、22bの外周端は、セル群よりも外側に配置される。すなわち、放熱シート22a、22bによって第1及び第2バッテリコアパック14、16における全ての電池セル34がそれぞれ覆われる。
放熱シート22a、22bは、外殻ケース26の内壁26aに接触する。電池セル34のセル軸方向(矢印Y方向)において、外殻ケース26の内壁26aとバスバー60との間に放熱シート22a、22bが配置される。放熱シート22aは、セル軸方向において第1バッテリコアパック14のバスバー60に接触する。放熱シート22bは、セル軸方向において第2バッテリコアパック16のバスバー60に接触する。放熱シート22a、22bは、複数の電池セル34で発生した熱を第1及び第2バッテリコアパック14、16のバスバー60から外殻ケース26へと伝達可能である。
次に、バッテリパック10を使用する場合について説明する。使用者が、ハンドル30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。これにより、各電池セル34の充電を行うことができる。一方、例えば、ハンドル30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、図示しないコネクタ部と電力供給口とを接続することにより、各電池セル34の放電を行うことができる。
第1及び第2バッテリコアパック14、16の各電池セル34が充電又は放電されるとき、各電池セル34が発熱する。第1及び第2バッテリコアパック14、16の各電池セル34の熱によって、ケース12の内部温度が上昇する。
このとき、第1温度センサ48によって第1バッテリコアパック14の中央電池セル34aの温度が検出される。中央電池セル34aは、熱のこもりやすい第1バッテリコアパック14の第1及び第2方向の中央に配置される。そのため、第1温度センサ48によって検出される温度は、第1バッテリコアパック14の最高温度である。
第2温度センサ50によって第2バッテリコアパック16の端部電池セル34bの温度が検出される。端部電池セル34bは、熱が比較的放熱されやすい第2バッテリコアパック16の第1及び第2方向の端部に配置されている。そのため、第2温度センサ50によって検出される温度は、第2バッテリコアパック16の最低温度である。
第1及び第2温度センサ48、50によって検出された温度は、検出信号としてリード線52を通じてそれぞれバッテリ管理装置18へと出力される。
第1温度センサ48で検出された第1バッテリコアパック14の最高温度と、第2温度センサ50で検出された第2バッテリコアパック16の最低温度に基づいて、バッテリパック10の動作制御が行われる。
バッテリ管理装置18において、予め設定された設定温度と第1温度センサ48で検出された最高温度との比較を行い、前記最高温度が前記設定温度に近くなったとき、例えば、バッテリパック10の充電を停止してバッテリパック10を保護する。
各電池セル34で発生した熱は、第1及び第2バッテリコアパック14、16のセル軸方向の端面から放熱シート22a、22bへと伝わる。熱は、放熱シート22a、22bから外殻ケース26へと伝わる。これにより、金属製材料からなる外殻ケース26を通じて、各電池セル34で発生した熱が外部へと放熱される。
以上のように、本発明の実施形態では、バッテリパック10の温度検出部20が、複数の電池セル34のうち第1方向における中央に配置される中央電池セル34aに取り付けられる第1温度センサ48と、複数の電池セル34のうち、前記第1方向における一端部に配置される端部電池セル34bに取り付けられる第2温度センサ50とを備える。
これにより、第1温度センサ48によって、複数の電池セル34のうち中央電池セル34aの温度を検出することで、熱がこもりやすい第1方向における中央付近でのバッテリパック10の最高温度を検出できる。第2温度センサ50によって、複数の電池セル34のうち端部電池セル34bの温度を検出することで、比較的放熱しやすい第1方向における一端部付近でのバッテリパック10の最低温度を検出できる。
その結果、最小限の2つの第1及び第2温度センサ48、50によって、バッテリパック10内における最高温度と最低温度を検出できるため、検出した最高温度と最低温度に基づいて、低コスト且つ効果的にバッテリパック10の温度保護を行うことができる。
第2方向に沿って並列に配置された複数の電池セル34において、第2方向における中央に配置される中央電池セル34aに第1温度センサ48を配置することで、複数の電池セル34の温度が籠って高温となりやすい第1バッテリコアパック14の第2方向における中央付近の最高温度を1つの第1温度センサ48で確実且つ効果的に検出できる。
第1バッテリコアパック14における複数の電池セル34のうち1個の電池セル34が、第1温度センサ48の配置された中央電池セル34aであり、第2バッテリコアパック16における前記複数の電池セル34のうち1個の電池セル34が、第2温度センサ50の配置された端部電池セル34bである。
これにより、第1温度センサ48によって第1バッテリコアパック14の中央付近で最高温度を検出し、第2温度センサ50によって第2バッテリコアパック16の端部付近で最低温度を検出することができる。第1及び第2バッテリコアパック14、16における温度検出をより低コスト且つ効果的に実現することができる。
第1温度センサ48を、中央電池セル34aのセル軸方向の中央に配置することで、第1温度センサ48によって、温度が籠って高温となりやすい中央電池セル34aのセル軸方向中央付近の温度を確実且つ効果的に検出できる。
第2温度センサ50を、端部電池セル34bのセル軸方向の中央に配置することで、第2温度センサ50によって、端部電池セル34bのセル軸方向中央付近の温度を検出することで、端部電池セル34b付近の温度を安定的に検出できる。
金属製材料から形成される外殻ケース26の内壁26aに接触する放熱シート22a、22bを有し、放熱シート22a、22bが、内壁26aに対してセル軸方向に配置され複数の電池セル34の熱を外殻ケース26へと伝達可能である。
これにより、複数の電池セル34が発熱したとき、バスバー60から放熱シート22a、22bを通じて熱を金属製材料の外殻ケース26へと伝えることで、各電池セル34の固有の劣化に起因して電池セル34間で発熱量に偏りがあるとき、外殻ケース26及び放熱シート22a、22bによって電池セル34間の温度ばらつきが均等化される。そのため、均等化された電池セル34の発熱量(温度)を温度検出部20(第1及び第2温度センサ48、50)によって検出することが可能となる。
第1温度センサ48が、中央電池セル34aの外周面36aに取り付けられ、第2温度センサ50が、端部電池セル34bの外周面36bに取り付けられる。これにより、既存のバッテリパックの電池セル34の外周面(36a、36b)に対し、第1及び第2温度センサ48、50を容易に取り付けることができる。複数の電池セル34のうち、適宜選択された電池セル34(中央電池セル34a、端部電池セル34b)に対して第1及び第2温度センサ48、50をそれぞれ容易に取り付けることができる。
複数の電池セル34が発熱したとき、第1バッテリコアパック14と第2バッテリコアパック16との間で、電池セル34の発熱量に偏りがあるとき、放熱シート22a、22bを通じて熱が金属製材料の外殻ケース26へと伝えられることで、外殻ケース26によって第1バッテリコアパック14と第2バッテリコアパック16との間の温度ばらつきが均等化される。そのため、均等化された電池セル34の発熱量(温度)を、第1バッテリコアパック14に配置された第1温度センサ48と、第2バッテリコアパック16に配置された第2温度センサ50とによって安定して検出可能となる。
上記の実施形態をまとめると、以下のようになる。
上記の実施形態は、複数の電池セル(34)と、前記複数の電池セルを収容するケース(12)とを備え、前記複数の電池セルのセル軸方向と直交して前記ケースの軸方向となる第1方向に前記複数の電池セルが並列に配置されたバッテリパック(10)であって、
前記電池セルの温度を検出する温度検出部(20)を有し、
前記温度検出部は、前記複数の電池セルのうち前記第1方向における中央に配置される中央電池セル(34a)に取り付けられる第1温度センサ(48)と、
前記複数の電池セルのうち、前記第1方向における一端部に配置される端部電池セル(34b)に取り付けられる第2温度センサ(50)と、
を備え、前記複数の電池セルのうち前記第1方向における他端部に配置される電池セル(34c)には温度センサが取り付けられていない。
前記電池セルの温度を検出する温度検出部(20)を有し、
前記温度検出部は、前記複数の電池セルのうち前記第1方向における中央に配置される中央電池セル(34a)に取り付けられる第1温度センサ(48)と、
前記複数の電池セルのうち、前記第1方向における一端部に配置される端部電池セル(34b)に取り付けられる第2温度センサ(50)と、
を備え、前記複数の電池セルのうち前記第1方向における他端部に配置される電池セル(34c)には温度センサが取り付けられていない。
前記ケースの内部には、前記セル軸方向及び前記第1方向と直交する第2方向に沿って複数の電池セルが並列に配置され、
前記中央電池セルは、前記第2方向に沿って並列された前記複数の電池セルのうち前記第2方向における中央に配置される電池セルである。
前記中央電池セルは、前記第2方向に沿って並列された前記複数の電池セルのうち前記第2方向における中央に配置される電池セルである。
複数の電池セルを有する第1バッテリコアパック(14)と、複数の電池セルを有する第2バッテリコアパック(16)とを備え、
前記第1バッテリコアパックの前記複数の電池セルのうち1個の電池セルが、前記第1温度センサが配置された前記中央電池セルであり、
前記第2バッテリコアパックの前記複数の電池セルのうち1個の電池セルが、前記第2温度センサが配置された前記端部電池セルである。
前記第1バッテリコアパックの前記複数の電池セルのうち1個の電池セルが、前記第1温度センサが配置された前記中央電池セルであり、
前記第2バッテリコアパックの前記複数の電池セルのうち1個の電池セルが、前記第2温度センサが配置された前記端部電池セルである。
前記第1温度センサが、前記中央電池セルの前記セル軸方向の中央に配置される。
前記第2温度センサが、前記端部電池セルの前記セル軸方向の中央に配置される。
前記バッテリパックは、金属製材料から形成され前記ケースの一部を構成する外殻ケース(26)と、
前記外殻ケースの内壁(26a)に接触し、且つ、前記内壁に対して前記セル軸方向に配置され前記第1方向に沿って並列された前記複数の電池セルの熱を前記外殻ケースへ伝達する放熱シート(22a、22b)と、
を備える。
前記外殻ケースの内壁(26a)に接触し、且つ、前記内壁に対して前記セル軸方向に配置され前記第1方向に沿って並列された前記複数の電池セルの熱を前記外殻ケースへ伝達する放熱シート(22a、22b)と、
を備える。
前記第1温度センサは、前記中央電池セルの外周面(36a)に取り付けられ、
前記第2温度センサは、前記端部電池セルの外周面(36b)に取り付けられる。
前記第2温度センサは、前記端部電池セルの外周面(36b)に取り付けられる。
なお、本発明は、上述した開示に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得る。
Claims (7)
- 複数の電池セル(34)と、前記複数の電池セルを収容するケース(12)とを備え、前記複数の電池セルのセル軸方向と直交して前記ケースの軸方向となる第1方向に前記複数の電池セルが並列に配置されたバッテリパック(10)であって、
前記電池セルの温度を検出する温度検出部(20)を有し、
前記温度検出部は、前記複数の電池セルのうち前記第1方向における中央に配置される中央電池セル(34a)に取り付けられる第1温度センサ(48)と、
前記複数の電池セルのうち、前記第1方向における一端部に配置される端部電池セル(34b)に取り付けられる第2温度センサ(50)と、
を備え、前記複数の電池セルのうち前記第1方向における他端部に配置される電池セル(34c)には温度センサが取り付けられていない、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、
前記ケースの内部には、前記セル軸方向及び前記第1方向と直交する第2方向に沿って複数の電池セルが並列に配置され、
前記中央電池セルは、前記第2方向に沿って並列された前記複数の電池セルのうち前記第2方向における中央に配置される電池セルである、バッテリパック。 - 請求項1又は2記載のバッテリパックにおいて、
複数の電池セルを有する第1バッテリコアパック(14)と、複数の電池セルを有する第2バッテリコアパック(16)とを備え、
前記第1バッテリコアパックの前記複数の電池セルのうち1個の電池セルが、前記第1温度センサが配置された前記中央電池セルであり、
前記第2バッテリコアパックの前記複数の電池セルのうち1個の電池セルが、前記第2温度センサが配置された前記端部電池セルである、バッテリパック。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載のバッテリパックにおいて、
前記第1温度センサが、前記中央電池セルの前記セル軸方向の中央に配置される、バッテリパック。 - 請求項1~4のいずれか1項に記載のバッテリパックにおいて、
前記第2温度センサが、前記端部電池セルの前記セル軸方向の中央に配置される、バッテリパック。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載のバッテリパックにおいて、
前記バッテリパックは、金属製材料から形成され前記ケースの一部を構成する外殻ケース(26)と、
前記外殻ケースの内壁(26a)に接触し、且つ、前記内壁に対して前記セル軸方向に配置され前記第1方向に沿って並列された前記複数の電池セルの熱を前記外殻ケースへ伝達する放熱シート(22a、22b)と、
を備える、バッテリパック。 - 請求項1~6のいずれか1項に記載のバッテリパックにおいて、
前記第1温度センサは、前記中央電池セルの外周面(36a)に取り付けられ、
前記第2温度センサは、前記端部電池セルの外周面(36b)に取り付けられる、バッテリパック。
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JP2013026116A (ja) * | 2011-07-25 | 2013-02-04 | Toyota Industries Corp | 電池温度制御システムおよび方法 |
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2023
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