JP2014120340A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】鉛直方向に配置される複数の二次電池において、二次電池の温度差を小さくすること。
【解決手段】電池パック３０は、フォークに搭載される積荷とつりあいをとるため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の短手方向一端からウェイト部３２の厚み方向に立設されるとともに、ウェイト部３２の長手方向一端から長手方向他端に亘って延びる板状のウェイト本体３３とからなる。ウェイト本体３３は、鉛直方向上方から鉛直方向下方に向かうにつれて、徐々に厚みが増していく厚肉部３４を有している。対向領域Ａにおいて、上側領域Ａ２の熱容量は、下側領域Ａ１の熱容量よりも多い。
【選択図】図４

Description

本発明は、鉛直方向に立設された吸熱部材に二次電池を設置した電池パックに関する。

二次電池を積層配置した電池パックとしては、例えば、特許文献１に記載の二次電池装置が挙げられる。特許文献１に記載の二次電池装置は、複数の電池積層アッセンブリを備えている。電池積層アッセンブリは、床板と、床板状に固定されたベース板と、を有し、このベース板上に、５個の電池モジュールが載置されている。隣り合う電池モジュール間には、側面板が設けられている。各電池モジュール上には、パッキンが載置され、更に、側面板、パッキン及び電池モジュールに重ねて、次段のベース板が積層され、このベース板に電池モジュールが載置されている。これにより、電池モジュールは、積層配置されている。

特開２０１１−５４３５３号公報

ところで、積層配置された電池モジュール（二次電池）が発熱すると、この熱は、鉛直方向上方に向けて移動する。このため、積層された電池モジュールでは、下側の電池モジュールに比べて、上側の電池モジュールの温度が高くなりやすく、上側の電池モジュールと下側の電池モジュールで温度差が生じてしまう。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、鉛直方向に配置される複数の二次電池において、二次電池の温度差を小さくすることができる電池パックを提供することにある。

上記課題を解決する電池パックは、鉛直方向に立設される吸熱部材と、前記吸熱部材に設置される複数の二次電池と、を備え、前記吸熱部材は、前記複数の二次電池のうち最も鉛直方向上方に位置する二次電池と対向する対向部分における最も鉛直方向上方の部分から、前記複数の二次電池のうち最も鉛直方向下方に位置する二次電池と対向する対向部分における最も鉛直方向下方の部分に亘る領域を、該領域の鉛直方向の中心で二分割したときの鉛直方向上方側の領域を上側領域とし、鉛直方向下方側の領域を下側領域としたとき、前記上側領域の熱容量が、前記下側領域の熱容量に比べて大きいことを要旨とする。

これによれば、二次電池が発熱すると、この熱は吸熱部材に吸収される。吸熱部材においては、温度が高くなる鉛直方向上側の領域の熱容量を大きくすることで、鉛直方向上側の領域の温度が上がりにくく、結果として、鉛直方向の上側に配置される二次電池の熱を吸収しやすい。このため、鉛直方向下側に配置される二次電池と、鉛直方向上側に配置される二次電池の温度差を小さくすることができる。

上記電池パックについて、前記吸熱部材は、産業車両に搭載されるカウンタウェイトであることが好ましい。
これによれば、産業車両に搭載されるカウンタウェイトを吸熱部材として利用することができる。このため、吸熱部材を別途用意する必要がなく、部品点数の増加が抑制されている。

本発明によれば、鉛直方向に配置される複数の二次電池において、二次電池の温度差を小さくすることができる。

実施形態のフォークリフトを示す概略側面図。 実施形態の電池パックを示す斜視図。 実施形態の電池モジュールを示す図２の３−３断面図。 実施形態の電池パックを示す図２の４−４線断面図。 別例の電池パックを示す断面図。 別例の電池パックを示す断面図。 別例の電池パックを示す断面図。 別例の電池パックを示す断面図。

以下、電池パックをフォークリフトに搭載される電池パックに具体化した一実施形態について説明する。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。

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。

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。

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の短手方向一端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の長手方向一端３２ｃから長手方向他端３２ｄに亘って延びる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は、鉛直方向に延設されている。

ウェイト本体３３は、厚み方向（ウェイト部３２の短手方向）の断面形状が矩形状になっている。ウェイト本体３３の長手方向はウェイト部３２の長手方向と一致し、ウェイト本体３３の短手方向は、ウェイト部３２の厚み方向に一致する。

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は、ウェイト本体３３の厚み方向両面のうち、ウェイト部３２が設けられる第１面３３ａに設けられている。

ウェイト本体３３は、ウェイト本体３３の厚み方向両面のうち、第１面３３ａとは反対側の第２面３３ｂに、鉛直方向下方から鉛直方向上方に向かうにつれて、徐々に厚みが増していく厚肉部３４を有している。厚肉部３４は、第２面３３ｂにおいて、切欠部３５と対向する部分よりも若干下方から、ウェイト部３２と対向する部分よりも若干上方に至るまで延びている。ウェイト本体３３及び厚肉部３４は、吸熱部材として機能している。本実施形態において、厚肉部３４は、カウンタウェイト３１と一体成形され、例えば、鉄などの金属材料から形成されている。

ウェイト部３２の短手方向他端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４１がウェイト部３２から立設されている。フレーム４１は、ウェイト部３２の上面における短手方向他端３２ｂの２つの角部から立設された第１の柱部４３及び第２の柱部４４と、第１の柱部４３及び第２の柱部４４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４２と、からなる。つまり、電池パック３０は、ウェイト部３２の短手方向他端３２ｂ側に、ウェイト部３２とフレーム４１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４６によって閉塞されている。

各柱部４３，４４の立設方向への長さ（各柱部４３，４４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４１の上面とウェイト本体３３の上面には、天板４７が支持されている。この天板４７によって、ウェイト本体３３とフレーム４１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の長手方向一端３２ｃ側に、ウェイト本体３３と、ウェイト部３２と、第１の柱部４３と、天板４７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の長手方向他端３２ｄ側に、ウェイト本体３３と、ウェイト部３２と、第２の柱部４４と、天板４７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及び他端側開口部３０ｃは、蓋部材４５によって閉塞されている。

ウェイト本体３３の第１面３３ａには、電池モジュール６０が複数設けられている。ウェイト本体３３の短手方向に３個並んで設けられた電池モジュール６０は、ウェイト本体３３の長手方向に２組設けられている。切欠部３５には、矩形平板状をなす載置板３６が固定されている。載置板３６上には、電池モジュール６０の制御を行う制御機器が収容される収容ケース３７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３８が配設されている。

図３に示すように、電池モジュール６０は、二次電池（例えば、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素蓄電池）としての角型電池６１が、電池ホルダ６２に保持された状態で並設されるとともに、隣り合う角型電池６１の間に伝熱プレート６３が介装されている。電池モジュール６０において、角型電池６１の並設方向両端にはエンドプレート６４が設けられている。

各エンドプレート６４の外面（電池モジュール６０と対向する面と反対側の面）には、ブラケット６５が固定されている。そして、ブラケット６５を挿通したボルトＢが、ウェイト本体３３に螺合されることで、電池モジュール６０は、ウェイト本体３３に接合されている。

図４に示すように、電池モジュール６０（角型電池６１）は、ウェイト本体３３の厚肉部３４に対向する領域に設置されている。ここで、ウェイト本体３３において、複数の角型電池６１のうち、最も鉛直方向上方に位置する角型電池６１に対向する対向部分における最も鉛直方向上方の部分から、複数の角型電池６１のうち最も鉛直方向下方に位置する角型電池６１と対向する対向部分における最も鉛直方向下方の部分に亘る領域を、対向領域Ａとする。ウェイト本体３３において、鉛直方向に積層配置された角型電池６１と対向する対向領域Ａは、厚肉部３４の範囲内に位置している。本実施形態において、厚肉部３４は、最も鉛直方向上方に配置された角型電池６１と対向する部分の最も鉛直方向上方の部分から、最も鉛直方向下方に配置された角型電池６１と対向する部分の最も鉛直方向下方の部分まで延びている。

ウェイト本体３３における対向領域Ａを対向領域Ａの鉛直方向の中心Ｐで二分割したときの、鉛直方向下側の領域を下側領域Ａ１、鉛直方向上側の領域を上側領域Ａ２とすると厚肉部３４が鉛直方向上方に向けて厚くなっているため、上側領域Ａ２の体積は、下側領域Ａ１の体積よりも大きい。これにより、上側領域Ａ２の熱容量は、下側領域Ａ１の熱容量よりも多くなっている。

次に、本実施形態における電池パック３０の作用について説明する。
フォークリフト１０の駆動などに伴って、電池モジュール６０（角型電池６１）が発熱すると、この熱は、伝熱プレート６３や、電池ホルダ６２を介してウェイト本体３３に吸収される。このとき、電池モジュール６０が発した熱は、電池モジュール６０の周囲に存在する空気（熱媒体）にも伝導する。そして、加熱された空気は、鉛直方向上方に流れるため、この空気によって鉛直方向上側に設置された角型電池６１は加熱される。

本実施形態において、カウンタウェイト３１は、厚肉部３４を有しており、角型電池６１は、鉛直方向上方に向けて厚くなる厚肉部３４と対向して配置されている。このため、鉛直方向上側に位置している角型電池６１と対向する部分ほど熱容量が大きく、鉛直方向上側に位置している角型電池６１ほど、ウェイト本体３３に熱を吸収されやすい。温度の上昇しやすい鉛直方向上側の角型電池６１の熱を吸収しやすくすることで、鉛直方向に配置された角型電池６１の温度差を小さくできる。

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）ウェイト本体３３の角型電池６１に対向する対向領域Ａにおいて、上側領域Ａ２の熱容量は、下側領域Ａ１の熱容量よりも多い。このため、温度が上昇しやすい鉛直方向上側に配置される角型電池６１ほど吸熱されやすい。このため、鉛直方向に配置される角型電池６１間の温度差を小さくすることができる。

（２）吸熱部材としてフォークリフト１０に搭載されたカウンタウェイト３１の一部（ウェイト本体３３）を用いている。このため、吸熱部材を別途設ける必要がなく、部品点数の削減が図られている。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
○ 図５〜図８に示すようなカウンタウェイト３１を用いてもよい。図５に示すように、厚肉部３４の厚みが、鉛直方向下方から鉛直方向上方に向かうにつれて、段階的に厚くなっていくようにしてもよい。図６に示すように、ウェイト本体３３から突出する凸部７１〜７３を複数形成してもよい。凸部７１〜７３は、鉛直方向上側に位置している凸部７１〜７３ほど、体積が大きくなっている。具体的にいえば、最も鉛直方向上方に設けられる凸部７３の体積が一番大きく、最も鉛直方向下方に設けられる凸部７１の体積が一番小さい。そして、凸部７３と凸部７１の中間に位置する凸部７２の体積は、凸部７１の体積より大きく、凸部７３の体積よりも小さい。図７に示すように、ウェイト本体３３の対向領域Ａにおいて、上側領域Ａ２にのみ、ブロック状の追加ウェイト８１を設けてもよい。この場合、追加ウェイト８１と、実施形態におけるカウンタウェイト３１を含む全体が、カウンタウェイトとなる。追加ウェイト８１の固定方法は、図７に示したように、ボルトＢ２をウェイト本体３３に螺合することによるボルト締結でもよいし、接着材による固定でもよい。

図８に示すように、カウンタウェイトの厚肉部は、カウンタウェイトと別部材で形成されていてもよい。カウンタウェイト３１は、ウェイト部９１と、ウェイト部９１から立設された直方体状の立設部９２とを有する第１の部材９３を有している。第１の部材９３の立設部９２には、立設部９２に連結されて立設部９２とともにウェイト本体３３を構成する直方体状の第２の部材９４が設けられている。カウンタウェイト３１の第２面３３ｂには、厚肉部となる厚肉部材９５が設けられている。

○ 実施形態において、厚肉部３４は、第２面３３ｂにおける最も鉛直方向下方の部分（ウェイト部３２の下面）まで延びていてもよい。すなわち、厚肉部３４は、角型電池６１と対向する領域にのみ設けられているものに限られず、角型電池６１と対向する対向領域Ａを超えて設けられていてもよい。

○ 実施形態において、積層配置される電池モジュール６０（角型電池６１）は、鉛直方向に間隔を空けて配置されてもよい。この場合でも、吸熱部材は、最も鉛直方向下側に設けられる角型電池６１と対向する部分における最も鉛直方向下方の部分から、最も鉛直方向上側に設けられる角型電池６１と対向する部分における最も鉛直方向上方の部分に亘る領域（対向領域Ａ）を、該領域の鉛直方向の中心Ｐで二分割したときの鉛直方向上側の領域を上側領域Ａ２とし、鉛直方向下側の領域を下側領域Ａ１としたとき、上側領域Ａ２の熱容量が、下側領域Ａ１の熱容量に比べて大きくなればよい。つまり、本実施形態における吸熱部材は、最も鉛直方向上方に設けられる電池セル（角型電池６１）と対向する部分における最も鉛直方向上方の点を通る水平線Ｌ１と、最も鉛直方向下方に設けられる電池セル（角型電池６１）と対向する部分における最も鉛直方向下方の点を通る水平線Ｌ２との間の領域を、該領域の鉛直方向における中心Ｐの点を通る水平線Ｌで二分割したときの鉛直方向上方側の領域と上側領域Ａ２とし、鉛直方向下方側の領域を下側領域Ａ１としたとき、上側領域Ａ２の熱容量が、下側領域Ａ１の熱容量に比べて大きくなればよい。

○ 実施形態において、対向領域Ａの範囲内にのみ厚肉部３４を形成してもよい。
○ 実施形態において、吸熱部材としてカウンタウェイト３１のウェイト本体３３以外を用いてもよい。例えば、筐体に電池モジュール６０を固定して電池パック３０を構成する場合には、鉛直方向に延びる筐体の側壁が吸熱部材となる。

○ 実施形態において、ウェイト部３２の形状は、どのような形状であってもよい。同様に、ウェイト本体３３の形状も、どのような形状であってもよい。例えば、平面視円形状や、三角形状や四角形状などの多角形状であってもよい。

○ 実施形態において、電池モジュール６０は、円筒型電池や、ラミネート型の電池を並設した電池モジュールであってもよい。すなわち、二次電池は、円筒型電池や、ラミネート型の電池であってもよい。

○ 実施形態において、角型電池６１は、電池ホルダ６２に保持されていなくてもよい。すなわち、電池モジュール６０は、電池ホルダ６２を備えていなくてもよい。また、電池モジュール６０は、伝熱プレート６３を備えていなくてもよい。

○ 実施形態において、カウンタウェイト３１は、ウェイト本体３３のみから構成されていてもよい。
○ パワーショベル（産業車両）に設けられるカウンタウェイトを吸熱部材としてもよい。

Ａ…対向領域、Ａ１…下側領域、Ａ２…上側領域、１０…フォークリフト、３０…電池パック、３１…カウンタウェイト、３３…ウェイト本体、６０…電池モジュール、６１…角型電池。

Claims (2)

1. 鉛直方向に立設される吸熱部材と、
   前記吸熱部材に設置される複数の二次電池と、を備え、
   前記吸熱部材は、前記複数の二次電池のうち最も鉛直方向上方に位置する二次電池と対向する対向部分における最も鉛直方向上方の部分から、前記複数の二次電池のうち最も鉛直方向下方に位置する二次電池と対向する対向部分における最も鉛直方向下方の部分に亘る領域を、該領域の鉛直方向の中心で二分割したときの鉛直方向上方側の領域を上側領域とし、鉛直方向下方側の領域を下側領域としたとき、前記上側領域の熱容量が、前記下側領域の熱容量に比べて大きいことを特徴とする電池パック。
2. 前記吸熱部材は、産業車両に搭載されるカウンタウェイトであることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。