(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、角型電池の放熱性を向上させるために、各角型電池の間に平板状の伝熱プレートを介在させる場合がある。この伝熱プレートを介して角型電池を加圧する場合には、伝熱プレートからの荷重が角型電池の角部に集中してしまい、加圧範囲に十分な荷重がかからないおそれがある。
【0006】
本発明の目的は、角型電池の角部に伝熱プレートからの荷重が集中することを防止することができる電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決する電池モジュールは、間隔を空けて並設される複数の角型電池と、前記複数の角型電池の間に配設される伝熱プレートと、前記角型電池及び前記伝熱プレートを前記角型電池と前記伝熱プレートの並設方向に加圧する加圧部材と、を備える電池モジュールであって、前記伝熱プレートは、前記角型電池の最も広い面と対向する吸熱部と、前記吸熱部から延設する放熱部とを有し、前記吸熱部は、前記角型電池の最も広い面における前記放熱部側の端部と対向する部分が前記最も広い面から離間して
おり、前記放熱部は、産業車両に搭載されるカウンタウェイトに固定され、該カウンタウェイトに熱的に結合されていることを要旨とする。
【0008】
これによれば、加圧部材による加圧に伴い、吸熱部によって角型電池が加圧される。吸熱部は、角型電池の最も広い面における放熱部側の端部から離間し、角型電池の最も広い面における放熱部側の端部は加圧されない。このため、加圧部材の加圧によって、伝熱プレートから角型電池に加わる荷重が、角型電池の最も広い面における放熱部側の端部の角部に集中することなく、角型電池の加圧範囲を加圧することができる。
また、角型電池が発する熱は、放熱部を介してカウンタウェイトに吸収される。このため、角型電池を冷却しやすい。
【0009】
上記電池モジュールについて、前記吸熱部は、前記角型電池の電極と対向する部分が前記角型電池と接触していることが好ましい。
これによれば、角型電池の電極を好適に加圧することができる。角型電池の充電時には、電極に電子が供給されることで、電極が膨張する。角型電池の充電が繰り返されること
で、電極の膨張が繰り返されると、電極同士の間隔にばらつきが生じ、角型電池の抵抗値が大きくなることがある。本発明のように、角型電池の電極を好適に加圧することで、電極同士の間隔にばらつきが生じることを抑制して、角型電池の抵抗値が上昇することを抑制することができる。
上記電池モジュールについて、前記吸熱部は、前記角型電池からの熱を吸収するよう矩形板状をなしており、前記角型電池の電極と対向する部分が前記角型電池と接触していることが好ましい。
上記電池モジュールについて、前記角型電池と前記伝熱プレートは交互に並設されていることが好ましい。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、角型電池の角部に伝熱プレートからの荷重が集中することを防止することができる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の電池モジュールをフォークリフトに搭載される電池モジュールに具体化した一実施形態について、
図1〜
図5に従って説明する。以下の説明において「前」「後」「左」「右」「上」「下」は、フォークリフトの運転者がフォークリフトの前方を向いた状態を基準とした場合の「前」「後」「左」「右」「上」「下」を示すものとする。
【0014】
図1に示すように、産業車両としてのフォークリフト10の車体11の前下部には駆動輪12が設けられているとともに、車体11の後下部には操舵輪13が設けられている。また、車体11の前部には、荷役装置が設けられている。荷役装置を構成するマスト14は、車体11の前部に立設されているとともに、当該マスト14にはリフトブラケット15を介して左右一対のフォーク16が設けられている。そして、フォーク16は、マスト14に連結されたリフトシリンダ17の駆動により、リフトブラケット15とともに昇降される。また、フォーク16は、マスト14に連結されたティルトシリンダ18の駆動により、マスト14とともに傾動される。フォーク16には、積荷19が搭載される。車体11には、駆動輪12の駆動源となる走行用モータM1と、フォーク16の駆動源となる荷役用モータM2が搭載されている。
【0015】
また、車体11の中央には、運転室20が設けられている。運転室20には、作業者(運転者)が着座可能な運転シート21が設けられている。運転シート21の前方にはハンドル22が設けられている。運転室20の下部には、電池パック30が搭載されている。以下、電池パック30について詳細に説明を行う。
【0016】
図2に示すように、電池パック30は、フォーク16に搭載される積荷19とつりあいをとるための金属製(例えば、鉄など)のカウンタウェイト31を備えている。カウンタウェイト31は、直方体状をなすウェイト部32と、ウェイト部32の短手方向第1端部32aからウェイト部32の厚み方向に立設されるとともに、ウェイト部32の長手方向第1端部32cから長手方向第2端部32dに亘って延びる矩形板状のウェイト本体33とからなる。換言すれば、ウェイト部32は、ウェイト本体33の基端からウェイト本体33の厚み方向に立設されている。ウェイト本体33の先端(ウェイト本体33の基端とは反対側の端部)には、ウェイト本体33を該ウェイト本体33の厚み方向に切り欠いた切欠部35が形成されている。切欠部35の上面には、矩形平板状をなす載置板45が固定されている。載置板45上には、制御機器が収容される収容ケース46及びリレーや配線などが収容されるジャンクションボックス47が配設されている。
【0017】
ウェイト部32の短手方向第2端部32bには、ウェイト本体33から離間して設けられる逆U字状のフレーム36がウェイト部32から立設されている。フレーム36は、ウェイト部32の上面における短手方向第2端部32bの2つの角部から立設された第1の柱部38及び第2の柱部39と、第1の柱部38及び第2の柱部39の上端部(ウェイト部32と接合される端部と反対側の端部)を繋ぐ基部37と、からなる。つまり、電池パック30は、ウェイト部32の短手方向第2端部32b側に、ウェイト部32とフレーム36によって囲まれた正面開口部30aを有する。なお、電池パック30において、この正面開口部30aは、矩形板状をなす蓋部材41によって閉塞されている。
【0018】
各柱部38,39の立設方向への長さ(各柱部38,39の長手方向の長さ)は、ウェイト部32の上面から、ウェイト本体33の先端面までの最短の長さと同一となっており、フレーム36の上面とウェイト本体33の上面には、天板44が支持されている。この天板44によって、ウェイト本体33とフレーム36との間の開口部(図示せず)が閉塞されている。更に、電池パック30は、ウェイト部32の長手方向第1端部32c側に、ウェイト本体33と、ウェイト部32と、第1の柱部38と、天板44によって囲まれた一端側開口部30bを有する。また、電池パック30は、ウェイト部32の長手方向第2端部32d側に、ウェイト本体33と、ウェイト部32と、第2の柱部39と、天板44によって囲まれた他端側開口部30cを有する。なお、一端側開口部30bは、一端側蓋部材42によって閉塞され、他端側開口部30cは、他端側蓋部材43によって閉塞されている。
【0019】
ウェイト本体33の厚み方向の一面(ウェイト本体33の厚み方向両面のうち、ウェイト部32側の面)は電池モジュール50が設置される設置面33aとされている。設置面33aには、電池モジュール50が間隔を空けて複数設けられている。電池モジュール50は、ウェイト本体33の長手方向に間隔を空けて2個並んで設けられるとともに、ウェイト本体33の短手方向に間隔を空けて3個並んで設けられている。
【0020】
図3及び
図4に示すように、電池モジュール50は、複数の角型電池52(例えば、リチウムイオン二次電池や、ニッケル・水素蓄電池などの二次電池)が、電池ホルダ51に保持された状態で並設されるとともに、角型電池52と交互に伝熱プレート53が並設されている。本実施形態では、角型電池52の最も広い面は、角型電池52の厚み方向両面となる。以下の説明において、角型電池52の厚み方向両面を、第1の側面52a及び第2の側面52bとする。電池モジュール50において、角型電池52の並設方向両端には、エンドプレート54,55が設けられている。
【0021】
図5(a)及び(b)に示すように、電池ホルダ51は、角型電池52を保持する四角枠状のホルダ本体61と、このホルダ本体61の四隅に設けられた挿通部62とを有している。以下の説明において、図中の上下方向を電池ホルダ51の上下方向として説明を行い、図中の左右方向を電池ホルダ51の左右方向として説明を行う。また、電池ホルダ51の上下方向及び左右方向に直交する方向を電池ホルダ51の前後方向とする。なお、
図5(a)と
図5(b)とは、左右及び前後が逆向きとなっている。
【0022】
ホルダ本体61は、右方に開口するコ字状のプレート保持部92と、プレート保持部92の前端面から前方へ延設され、かつ、上方に開口するU字状の電池保持部93とからなる。プレート保持部92は、直方体状の下壁部66と、この下壁部66の左端から上方へ延びる直方体状の左壁部67と、左壁部67の上端から右方へ延びる直方体状の上壁部68とを有している。そして、プレート保持部92の内側には、伝熱プレート53が設けられる開口部69が形成されている。
【0023】
次に、電池保持部93について説明する。電池保持部93は、下壁部66の前端面から前方へ延び、かつ、下壁部66の左右方向全体に延びる矩形平板状の下側被覆部63と、下側被覆部63の左端から左壁部67の前端面に沿って上方へ延びる矩形平板状の左側被覆部64と、下側被覆部63の右端から上方へ延びる矩形平板状の右側被覆部48とを有している。そして、電池保持部93の内側に収容部65が形成され、この収容部65に角型電池52が保持される。角型電池52は、幅方向の面が、左側被覆部64及び右側被覆部48によって被覆され、高さ方向の一面が下側被覆部63によって被覆される。
【0024】
下壁部66と下側被覆部63の左右両下部には、それぞれ、直方体状の挿通部62が設けられ、上壁部68の左右両上部には、それぞれ、挿通部62が設けられている。各挿通部62には、ボルトBが挿通される挿通孔62aが挿通部62を前後方向に貫通して設けられている。
【0025】
なお、電池ホルダ51の左右方向は、下側被覆部63、下壁部66及び上壁部68の長手方向であり、電池ホルダ51の上下方向は、左側被覆部64、左壁部67及び右側被覆部48の長手方向である。また、電池ホルダ51の前後方向は、下側被覆部63,左側被覆部64及び右側被覆部48の短手方向である。
【0026】
図6(a)に示すように、角型電池52は、電極組立体71と、電極組立体71を収容するアルミニウム製のケース72とからなる。ケース72は、電極組立体71を収容する有底矩形箱状のケース本体73と、ケース本体73の開口部を閉塞する矩形板状の蓋部材74とから構成されている。
【0027】
図6(b)に示すように、電極組立体71は、隣り合う正極77と負極78の間にセパレータ76を介在させてなる。電極としての正極77及び負極78は、金属箔に活物質が塗布されて構成される矩形状の活物質層79と、金属箔の一端から突設されたタブ80とからなる。
【0028】
図7(a)に示すように、伝熱プレート53は、矩形板状をなす吸熱部81と、この吸熱部81の長手方向第1端部81aから吸熱部81の厚み方向に延設された矩形平板状をなす放熱部82とからなる。吸熱部81の厚み方向両面を、第1面81c及び第2面81dとする。吸熱部81の長手方向第1端部81a側には、第1面81c及び第2面81dから吸熱部81の厚み方向に凹む凹部84が形成されている。放熱部82は、伝熱プレート53が、電池ホルダ51に形成された開口部69を塞ぐように角型電池52に隣り合って設けられると、右側被覆部48における左側被覆部64と対向する面とは反対側の面を覆い、電池ホルダ51の外側に露出する。
【0029】
図7(b)に示すように、伝熱プレート53の吸熱部81は、第1面81c及び第2面81dの平面形状が角型電池52のケース72内に収容された正極77及び負極78の積層方向の面(最も面積の大きい面)よりも大きく形成されている。すなわち、吸熱部81は、正極77及び負極78の全面が対向するような大きさに形成されている。
【0030】
図3及び
図4に示すように、電池ホルダ51の収容部65には、角型電池52が収容されている。角型電池52は、第1の側面52aが開口部69に対向するように設けられている。そして、電池ホルダ51には、開口部69を塞ぐように伝熱プレート53が設けられ、角型電池52と伝熱プレート53は、角型電池52の厚み方向に隣り合っている(対向している)。電池ホルダ51、角型電池52及び伝熱プレート53は並設され、並設方向両端にエンドプレート54,55が設けられている。エンドプレート54,55には、図示しない挿通孔が形成されており、この挿通孔と電池ホルダ51の挿通部62に形成された挿通孔62aを挿通したボルトBがナットNに螺合されて電池モジュール50が形成されている。電池モジュール50において、ボルトBがナットNに螺合されることで、一対のエンドプレート54,55は、電池ホルダ51及び角型電池52を並設方向の両側から加圧している。すなわち、本実施形態において、ボルトB、ナットN及びエンドプレート54,55が加圧部材として機能している。そして、電池モジュール50は、エンドプレート54,55に設けられたブラケット91によってカウンタウェイト31のウェイト本体33に固定されている。放熱部82は、カウンタウェイト31と面接触しており、伝熱プレート53は、放熱部82を介してカウンタウェイト31と熱的に結合されている。
【0031】
図4に示すように、吸熱部81は、第1面81cが吸熱部81を挟む一方の角型電池52の第2の側面52bに対向し、第2面81dが吸熱部81を挟む他方の角型電池52の第1の側面52aに対向する。吸熱部81の凹部84は、少なくとも吸熱部81に隣り合う角型電池52の第1の側面52a及び第2の側面52bにおける放熱部82側の端部52cと対向する部分に位置している。吸熱部81に形成された凹部84は、角型電池52から離間しており、吸熱部81において、凹部84が形成された部分は、角型電池52と接しない。すなわち、角型電池52において、放熱部82側の端部52cの角部Cと吸熱部81が離間している。
【0032】
次に、本実施形態の電池モジュール50の作用について説明する。
エンドプレート54,55からの加圧によって、伝熱プレート53の吸熱部81は、角型電池52を第1の側面52a及び第2の側面52bから角型電池52の厚み方向に加圧している。このとき、凹部84は、角型電池52の放熱部82側の端部52cと対向する部分から離れている。このため、エンドプレート54,55からの加圧によって、伝熱プレート53を介して角型電池52が加圧されたときに、角型電池52における放熱部82が設けられる側の端部52cの角部Cに荷重が集中することなく、角型電池52の加圧範囲(角型電池52における吸熱部82が接する範囲)のみに荷重が加わる。
【0033】
また、角型電池52の充電時には、電極(正極77及び負極78)に電子が供給されることで、電極(正極77及び負極78)が膨張する。角型電池52の、充電が繰り返されると、電極(正極77及び負極78)の膨張が繰り返される。この結果、電極(正極77及び負極78)同士の間隔が大きくなってしまったり、電極(正極77及び負極78)が歪むことで角型電池52の抵抗値が大きくなる。抵抗値が大きくなると、ジュール損が増大する。
【0034】
本実施形態では、吸熱部81から角型電池52に加わる荷重は、正極77及び負極78の並設方向から加えられるので、正極77及び負極78同士の間隔が大きくなることを抑制している。
【0035】
また、伝熱プレート53の放熱部82は、カウンタウェイト31に熱的に結合されている。このため、角型電池52が発熱すると、この熱は、吸熱部81によって吸収されて、更に、放熱部82からカウンタウェイト31に放熱される。
【0036】
したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)伝熱プレート53の吸熱部81には、凹部84が形成され、この凹部84によって、吸熱部81の一部が角型電池52における放熱部82が設けられる側の端部52cから離間している。このため、角型電池52の端部52cの角部Cに対し、吸熱部81の一部が離間している。よって、エンドプレート54,55の加圧によって吸熱部81が角型電池52を厚み方向に加圧しても、吸熱部81は、角型電池52の角部Cを加圧せず、角型電池52の角部Cに荷重が集中することなく加圧範囲を加圧することができる。
【0037】
(2)吸熱部81は、負極78及び正極77に対応して設けられている。このため、負極78及び正極77を好適に加圧することができる。この結果、角型電池52の充電に伴って正極77と負極78の間隔が大きくなろうとしても、正極77及び負極78を加圧することで、正極77と負極78の間隔が大きくなることを抑制することができる。
【0038】
(3)伝熱プレート53の放熱部82は、カウンタウェイト31に熱的に結合されている。このため、角型電池52の発熱に伴い、吸熱部81に吸収された熱は、放熱部82を介してカウンタウェイト31に放熱される。このため、伝熱プレート53が過熱状態になりにくく、角型電池52を効率よく冷却することができる。
【0039】
なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。
○
図8(a)〜(b)に示すように、伝熱プレート53の形状を変更してもよい。
図8(a)に示すように、放熱部82は、吸熱部81の長手方向両端部81a,81bに形成されていてもよい。
図8(b)に示すように、放熱部82は、吸熱部81の長手方向両端部81a,81bに形成されるとともに、それぞれの放熱部82が延びる方向が反対方向となっていてもよい。
図8(c)に示すように、放熱部82は、伝熱プレート53の厚み方向に延びていなくてもよい。例えば、吸熱部81の長手方向に延びていてもよい。
図8(d)に示すように、伝熱プレート53は、長手方向の中央が角型電池52の第1の側面52a及び第2の側面52bに広がるように形成されていてもよい。この場合、伝熱プレート53の長手方向両端は、角型電池52と接しないため、角型電池52の角部Cと伝熱プレート53が接しない。すなわち、伝熱プレート53は、吸熱部81と放熱部82を備えていれば、どのような形状であってもよい。
【0040】
○ 実施形態において、伝熱プレート53は、ボルトBをナットNに螺合する前、すなわち、電池モジュール50としてモジュール化する前には、電池ホルダ51から若干張り出していてもよい。
【0041】
○ 実施形態において、電池モジュール50は、フォークリフト10以外に搭載してもよい。
○ 実施形態において、放熱部82は、カウンタウェイト31に熱的に結合されていなくてもよい。この場合、放熱部82に送風などを行うことで、放熱部82からの放熱を促進させることができる。
【0042】
○ 実施形態において、吸熱部81の平面形状は、負極78及び正極77の全面と対向するように負極78及び正極77の平面形状よりも若干大きく形成し、これにより負極78及び正極77と対応させたが、これに限られない。負極78及び正極77と吸熱部81の平面形状が同一であってもよいし、吸熱部81の平面形状が、正極77及び負極78の平面形状よりも若干小さくてもよい。
【0043】
○ 実施形態において、他の加圧部材を用いてもよい。例えば、電池モジュール50を、角型電池52及び伝熱プレート53の並設方向に加圧した状態で、筐体に収容する。筐体の対向する内面間の距離は、電池モジュール50における角型電池52及び伝熱プレート53の並設方向の距離と同一となっており、筐体の内面によって電池モジュール50が加圧される。この場合、エンドプレート、ボルトB及びナットNを設けなくてもよい。
【0044】
○ 実施形態において、凹部84は、吸熱部81の第1面81c及び第2面81dのどちらか一方にのみ形成されていてもよい。
○ 実施形態において、電池ホルダ51を設けなくてもよい。
【0045】
○ 実施形態において、産業車両として、パワーショベルなど他の産業車両を採用して、その産業車両に搭載されるカウンタウェイト31と放熱部82が熱的に結合されるようにしてもよい。