JP2019169337A - バッテリパック - Google Patents

Abstract

【課題】複数個のバッテリコアパックをケースに収容して構成されるバッテリパックにつき、各バッテリコアパックからケースへの伝熱効率を向上させる。【解決手段】バッテリパック１０ａは、第１バッテリコアパック１４、第２バッテリコアパック１６を収容するケース１２ａを備える。このケース１２ａは、外枠４０と、該外枠４０に対して一体的に連なり、ケース１２ａの中空内部を第１内室４４、第２内室４６に区画する隔壁４２とを有する。第１バッテリコアパック１４、第２バッテリコアパック１６は、第１内室４４、第２内室４６に個別に収容される。【選択図】図３

Description

本発明は、複数個のバッテリコアパックがケースに収容されて構成されるバッテリパックに関する。

電動アシスト自転車や電動バイク等の電動車両には、バッテリパックが着脱可能に搭載される。この種のバッテリパックは、複数個の単セルを有するバッテリコアパックがケースの中空内部に収容されることで構成されている。単セルは、例えば、リチウム二次電池であり、容量がある程度まで低下すると充電がなされる。これにより容量が回復し、再放電が可能となる。

二次電池は、充放電に伴って電極反応が生起されることで発熱する。このため、バッテリパックは、放熱を促進するための放熱部材を含んで構成される。例えば、特許文献１記載の技術では、バッテリコアパックの側面とケースの内壁との間に、放熱部材としての弾性熱伝導シートを介挿するようにしている。放熱シートとしては、弾性に富みバッテリコアパックとケースに挟まれて圧縮した状態を維持するものが用いられる。これにより、バッテリコアパックの側面とケースの内壁との両方に弾性熱伝導シートが密着する。従って、単セルの熱が弾性熱伝導シートを介してケースに効率的に伝熱されるので、バッテリパックの放熱性が向上する。

特開２００９−１７６６８９号公報（特に段落［００２５］参照）

ケース内に複数個のバッテリコアパックを収容することが想定される。この場合、バッテリコアパックの、ケースの内壁に臨む側面と、前記内壁との間には弾性熱伝導シートが介挿されるが、バッテリコアパックの互いに対向する側面同士の間に弾性熱伝導シートを介挿すると、バッテリコアパック同士の間で伝熱が起こるので、放熱が困難となる。このため、バッテリコアパック同士の間は空間であり、換言すれば、空気層である。

空気層の伝熱効率は良好ではなく、断熱作用を営む。すなわち、ケース内に熱が滞留し易くなる。熱が長時間にわたって滞留すると、単セルが劣化する懸念がある。そこで、ケースの熱容量を大きくしてバッテリコアパックから弾性熱伝導シートを介してのケースへの伝熱を促進することが想起されるが、この場合、ケースの厚みが大きくなり、その結果としてバッテリパックの重量が大となるという不都合を招く。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、ケース内に複数個のバッテリコアパックを収容するにも関わらず放熱性が良好であり、しかも、重量が大となることを回避し得るバッテリパックを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、複数個の単セルを有するバッテリコアパックと、複数個の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、外枠と、前記外枠に対して一体的に連なり、前記ケースの中空内部を複数個の内室に区画する隔壁とを有し、
前記隔壁により、前記内室が前記バッテリコアパックの個数と同数個で形成され、
個々の前記バッテリコアパックが、個々の前記内室に収容されていることを特徴とする。

この構成では、隣り合うバッテリコアパック同士の間に隔壁が介在する。このため、バッテリコアパックの熱が隔壁を介して外枠に速やかに伝熱され、さらに外枠から外気に放散される。このように、バッテリコアパック同士の間に断熱作用を営む空気層が存在する場合に比して、放熱性が向上する。従って、単セルが劣化する懸念を払拭することができる。

また、隔壁が外枠と一体的に連なっている（換言すれば、ケースは単一部材からなる）ので、ケース、ひいてはバッテリコアパックの部品点数が増加することや、バッテリコアパックの組立工程数が増加すること等が回避される。従って、低コスト化を図りながら、放熱性が良好であり、しかも、重量が大となることを回避し得るバッテリパックを構成することができる。

バッテリコアパックと、内室の内壁との間には放熱部材を介挿することが好ましい。この場合、バッテリコアパックからケースへの伝熱が放熱シートを介して進行するので、放熱性が一層向上する。

また、外枠又は隔壁に、内室に対して平行に延在する中空部を形成することが好ましい。この場合、上記と同様にバッテリコアパックからケースへの伝熱が速やかになされるとともに、ケースの一層の軽量化がなされる。従って、バッテリパックの一層の軽量化を図ることができる。

ケースは、アルミニウム又はアルミニウム合金の押出成形材から構成することが好ましい。この場合、強度に優れ且つ軽量なケースを低コストで得ることができるからである。

また、ケースの押出方向が前記単セルの長手方向と直交するように、前記バッテリコアパックを内室に収容することが好ましい。単セルの電極端子は、該単セルの長手方向端部である底面に設けられ、且つ電極端子同士はバスバーを介して電気的に接続される。従って、上記した位置関係によれば、発熱体である電極端子、熱伝導体であるバスバーとケースとの距離が近くなる。すなわち、伝熱距離が短くなるので、伝熱効率が向上する。

本発明によれば、ケースに隔壁を設けて中空内部をバッテリコアパックと同一個数の内室に区画し、且つ各内室にバッテリコアパックを個々に収容するようにしているので、該隔壁が、隣り合うバッテリコアパック同士の間に介在する。このため、バッテリコアパックの熱が隔壁を介して外枠に速やかに伝熱され、さらに外枠から外気に放散される。

すなわち、この構成により、バッテリコアパック同士の間に断熱作用を営む空気層が存在する場合に比して、放熱性を向上させることができる。従って、単セルが劣化する懸念が払拭される。

しかも、隔壁を外枠と一体的に構成するので、バッテリコアパックの部品点数が増加することや、バッテリコアパックの組立工程数が増加することを回避することもできる。

本発明の実施の形態に係るバッテリパックの概略全体斜視図である。 図１のバッテリパックの概略分解斜視図である。 図１のバッテリパックの、長手方向に対して直交する方向の断面図である。 中空部が形成されたケースを備えるバッテリパックの、長手方向に対して直交する方向の断面図である。

以下、本発明に係るバッテリパックにつき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１及び図２は、それぞれ、本実施の形態に係るバッテリパック１０ａの概略全体斜視図、概略分解斜視図である。なお、バッテリパック１０ａの構成についての理解を容易にするべく、図１及び図２ではバッテリパック１０ａを横臥姿勢としているが、バッテリパック１０ａは主に、長手方向が重力方向に沿って延在する姿勢、又は、長手方向が重力方向に対して傾斜した姿勢で用いられる。

このバッテリパック１０ａは、両端が開口した中空四角柱形状のケース１２ａと、該ケース１２ａの中空内部に収容される第１バッテリコアパック１４、第２バッテリコアパック１６とを有する。この中、ケース１２ａの底側の開口はボトムケース１８で閉塞され、天井側の開口はトップケース２０で閉塞される。ボトムケース１８には、第１バッテリコアパック１４、第２バッテリコアパック１６に対して充放電を行うためのコネクタ２２が設けられる。一方、トップケース２０には、ユーザがバッテリパック１０ａを持ち上げたり、搬送したりするときに把持するための取っ手２４がアーチ形状に形成される。

第１バッテリコアパック１４は、複数の単セル３０が第１セルホルダ３２に保持されることで構成される。この場合、単セル３０は円柱形状をなし、軸方向の両端部に正極端子、負極端子（いずれも図示せず）がそれぞれ設けられている。単セル３０の好適な例としてはリチウムイオン二次電池が挙げられるが、特にこれに限定されるものではなく、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等、他の二次電池であってもよい。

第１セルホルダ３２には、複数個の収容孔３４が、単セル３０の直径及び高さに対応する直径及び長さで貫通形成されており、単セル３０は各収容孔３４に個別に挿入されて保持されている。第２バッテリコアパック１６も第１バッテリコアパック１４と同様に、収容孔３４が形成された第２セルホルダ３６を有し、前記収容孔３４に単セル３０が保持されることで構成されている。また、第１バッテリコアパック１４、第２バッテリコアパック１６は、単セル３０が、その長手方向がバッテリパック１０ａの上下方向に対して直交する姿勢となるようにしてケース１２ａ内に収容される。長手方向の端面である両底面には、正極端子、負極端子がそれぞれ設けられる。

収容孔３４は、第１セルホルダ３２、第２セルホルダ３６の横方向（図２における縦方向）に沿って並列される。以下、横方向に並ぶ収容孔３４によって形成される一列を「収容孔列」と表記し、その参照符号を３７とすると、第１バッテリコアパック１４の任意の収容孔列３７では、単セル３０は、例えば、正極端子が第２バッテリコアパック１６を臨むようにして収容孔３４に収容される。また、該収容孔列３７に隣接する別の収容孔列３７では、これとは逆に、単セル３０が、負極端子が第２バッテリコアパック１６を臨むようにして収容孔３４に収容される。この交互配置が繰り返されるので、隣接する収容孔列３７では、逆極性の電極端子が同一方向を臨む。

そして、任意の収容孔列３７の正極端子と、これに隣接する別の収容孔列３７の負極端子とが、同一のバスバー３８によって電気的に直列接続される。第２バッテリコアパック１６においても同様である。第１バッテリコアパック１４の最下の収容孔列３７内の単セル３０と、第２バッテリコアパック１６の最下の収容孔列３７内の単セル３０とを接続するバスバー３８は、ボトムケース１８に臨む部位が湾曲した形状で第１バッテリコアパック１４と第２バッテリコアパック１６の間のクリアランスから突出している。

第１バッテリコアパック１４及び第２バッテリコアパック１６を収容するケース１２ａは、外枠４０と、該外枠４０に対して一体的に連なる隔壁４２とを有する。隔壁４２は、ケース１２ａの上下方向に沿って延在し、該ケース１２ａの中空内部を、略同一容積の第１内室４４と第２内室４６に区画している。このようなケース１２ａは、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる素材に対して押出成形を施すことで作製される。この場合、ケース１２ａは、強度に優れるとともに軽量であり、且つ熱伝導度が高いために伝熱効率に優れる。しかも、安価であるので、ケース１２ａを低コストで得ることができる。

そして、このケース１２ａにおいて、第１バッテリコアパック１４は第１内室４４に収容され、且つ第２バッテリコアパック１６は第２内室４６に収容されている。すなわち、本実施の形態において、ケース１２ａの中空内部は、隔壁４２によってバッテリコアパックの個数と同一個数の内室に区画されており、且つ各バッテリコアパック（第１バッテリコアパック１４及び第２バッテリコアパック１６）は、各内室（第１内室４４及び第２内室４６）に個別に収容される。

なお、押出成形時の押出方向は、隔壁４２の延在方向である。すなわち、本実施の形態では、第１バッテリコアパック１４及び第２バッテリコアパック１６は、ケース１２ａの押出方向が単セル３０の長手方向と直交するようにして第１内室４４、第２内室４６に収容されている。

第１バッテリコアパック１４の両側面、すなわち、バスバー３８と、第１内室４４の、バスバー３８に臨む両内壁との間には、放熱部材としての放熱シート５０がそれぞれ介挿される。同様に、第２バッテリコアパック１６の両側面に取り付けられたバスバー３８と、第２内室４６の、バスバー３８に臨む両内壁（外枠４０及び隔壁４２）との間に放熱シート５０がそれぞれ介挿される。放熱シート５０は、弾性に富み且つ第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と、第１内室４４又は第２内室４６の内壁との間で圧縮された状態を維持し得るものが好適に選定される。この場合、放熱シート５０が、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と、第１内室４４又は第２内室４６の内壁とに対して広面積で密着するからである。

第１バッテリコアパック１４（第１セルホルダ３２）及び第２バッテリコアパック１６（第２セルホルダ３６）の上面と、トップケース２０との間には、第１バッテリコアパック１４、第２バッテリコアパック１６の温度や電圧を管理するコントロールユニットであるバッテリマネージメントユニット５２（ＢＭＵ）が挿入される。ＢＭＵ５２は、電動車両及び充電装置との通信を行う通信部を兼ねる。

本実施の形態に係るバッテリパック１０ａは、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。

バッテリパック１０ａの充電が必要な場合、ユーザは、取っ手２４を把持してバッテリパック１０ａを充電装置に搬送し、コネクタ２２と充電装置の充電端子とを電気的に接続すればよい。これにより、ケース１２ａ内の各単セル３０に対して充電がなされる。充電が終了すると、充電装置に設けられたインジケータの表示が変化することにより、ユーザが「充電終了」を認識することができる。この際、ユーザは、取っ手２４を把持してバッテリパック１０ａを充電装置から離脱させるとともに、例えば、バッテリパック１０ａを電動車両に搭載する。このときにコネクタ２２が電力取出端子に対して電気的に接続され、各単セル３０から電動車両に対して電力が供給される。すなわち、各単セル３０から放電がなされる。

以上の充放電の過程では、各単セル３０の正極又は負極に所定の酸化反応又は還元反応が生起される。これに伴って各単セル３０が発熱する。この熱が第１セルホルダ３２、第２セルホルダ３６やバスバー３８に伝熱されることにより、第１バッテリコアパック１４、第２バッテリコアパック１６が熱を帯びる。

ここで、本実施の形態においては、上記したように、第１バッテリコアパック１４及び第２バッテリコアパック１６のそれぞれの両側面と、第１内室４４又は第２内室４６の各内壁との間に放熱シート５０が介挿される。このため、図３に示すように、第１バッテリコアパック１４、第２バッテリコアパック１６の熱は、放熱シート５０を介して直接、又は隔壁４２を介して間接的に外枠４０に伝熱される。

このように、従来技術では第１バッテリコアパック１４、第２バッテリコアパック１６の間に断熱作用を営む空気層が存在するのに対し、本実施の形態では、第１バッテリコアパック１４、第２バッテリコアパック１６の間に隔壁４２が配設されている。この隔壁４２に放熱シート５０を介して第１バッテリコアパック１４、第２バッテリコアパック１６を当接させることができるので、該隔壁４２を介して第１バッテリコアパック１４、第２バッテリコアパック１６の熱を、矢印に従って速やかに外枠４０に伝導させることができる。すなわち、ケース１２ａの中空内部に隔壁４２を設けたことにより、空気層が存在する従来技術に比して放熱性が十分に向上する。このことと、放熱シート５０が第１バッテリコアパック１４、第２バッテリコアパック１６から外枠４０又は隔壁４２に放熱を促進することとが相俟って、単セル３０が熱に起因して劣化する懸念が払拭される。

従って、ケース１２ａの熱容量を大きくするために該ケース１２ａを肉厚とする必要がない。このため、ケース１２ａの重量が大となることを有効に回避することができる。

しかも、隔壁４２は外枠４０と一体的に連なる。すなわち、ケース１２ａは単一部材からなる。このようなケース１２ａは押出成形等で作製することができるので、バッテリパック１０ａの部品点数が増加することや、組立工数が増加することもない。

加えて、この場合、単セル３０の各底面に設けられた正極端子及び負極端子が、ケース１２ａの押出方向と直交する方向となるように、第１バッテリコアパック１４及び第２バッテリコアパック１６がケース１２ａ内に収容されている。このため、発熱体である正極端子及び負極端子、熱伝導体であるバスバー３８が外枠４０又は隔壁４２に近接する。すなわち、電極端子とケース１２ａの内壁との距離が近くなる。このために伝熱距離が短くなるので、伝熱効率が向上する。

また、放熱シート５０が楔として機能するので、第１バッテリコアパック１４、第２バッテリコアパック１６が第１内室４４、第２内室４６から脱落することが困難となる。すなわち、第１バッテリコアパック１４、第２バッテリコアパック１６を、ケース１２ａ内の所望の位置に停止させることが容易となる。

さらに、外枠４０及び隔壁４２の少なくとも一方、好ましくは図４に示すように双方に、第１内室４４、第２内室４６と平行に延在する中空部６０を形成したケース１２ｂを採用してバッテリパック１０ｂを構成するとよい。なお、このような形状のケース１２ｂは、上記したケース１２ａと同様に、アルミニウム合金からなる素材に対して押出成形を行うことで作製することができる。

このケース１２ｂを用いたバッテリパック１０ｂにおいても、バッテリパック１０ａと同様に、第１バッテリコアパック１４、第２バッテリコアパック１６の熱が外枠４０に直接、又は隔壁４２を介して間接的に伝熱される。中空部６０は断熱作用を営むが、中空部６０によりケース１２ｂの全表面積が増大して大気に接触する面積が大きくなることから、ケース１２ｂと大気との熱伝達効率、すなわち、放熱効果が高くなる。また、隣り合う中空部６０、６０間の隔壁が外枠４０に一体的に連なっているため、ケース１２ｂの全体に対して伝熱されることから、第１バッテリコアパック１４及び第２バッテリコアパック１６の熱が矢印に従って速やかに放散される。すなわち、バッテリパック１０ａと同様の効果が得られる。

しかも、この場合、中空部６０がいわゆる肉抜きとなるので、この分、ケース１２ｂが軽量となる。すなわち、バッテリパック１０ｂの軽量化を図ることができるという利点もある。この場合、ユーザが、バッテリパック１０ｂを持ち上げたり、搬送したりすることが著しく容易となる。

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、第１バッテリコアパック１４、第２バッテリコアパック１６の、バスバー３８が設けられていない側面と、第１内室４４、第２内室４６の内壁との間にも放熱シート５０を介挿するようにしてもよい。

１０ａ、１０ｂ…バッテリパック １２ａ、１２ｂ…ケース
１４、１６…バッテリコアパック ３０…単セル
３２、３６…セルホルダ ３４…収容孔
３８…バスバー ４０…外枠
４２…隔壁 ４４、４６…内室
５０…放熱シート ５２…ＢＭＵ
６０…中空部

Claims (5)

1. 複数個の単セルを有するバッテリコアパックと、複数個の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、外枠と、前記外枠に対して一体的に連なり、前記ケースの中空内部を複数個の内室に区画する隔壁とを有し、
   前記隔壁により、前記内室が前記バッテリコアパックの個数と同数個で形成され、
   個々の前記バッテリコアパックが、個々の前記内室に収容されていることを特徴とするバッテリパック。
2. 請求項１記載のバッテリパックにおいて、前記バッテリコアパックと、前記内室の内壁との間に放熱部材が介挿されていることを特徴とするバッテリパック。
3. 請求項１又は２記載のバッテリパックにおいて、前記外枠又は前記隔壁に、前記内室に対して平行に延在する中空部が形成されていることを特徴とするバッテリパック。
4. 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、前記ケースがアルミニウム又はアルミニウム合金の押出成形材からなることを特徴とするバッテリパック。
5. 請求項４記載のバッテリパックにおいて、前記ケースの押出方向と、前記単セルの長手方向とが直交するように、前記バッテリコアパックが前記内室に収容されていることを特徴とするバッテリパック。

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