JP6997673B2 - バッテリパック - Google Patents

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Description

本発明は、電動車両などに搭載されるバッテリパックに関する。
従来より電動車両などにはバッテリパックが搭載されている。バッテリパックは、複数のセルを積層してなるセル積層体を備えたバッテリモジュールをケースに収容することで構成される。セルは高温状態になると劣化しやすいため冷却する必要がある。例えば、特許文献1では、内部に冷媒が供給される冷却プレート上にバッテリモジュールを設置している。
特開2013-122818号公報
しかしながら、特許文献1では、冷却プレートがバッテリモジュールと別体であるため、バッテリモジュールを冷媒で直接冷却することができず、冷却効率が良くないという課題があった。
本発明は、部品点数の増加を抑えながらバッテリモジュールを効率良く冷却できるバッテリパックを提供する。
本発明は、
複数のセルを積層することで構成されるセル積層体と、該セル積層体を搭載するボトムプレートと、を備えるバッテリモジュールと、
前記バッテリモジュールを冷却する冷却機構と、
前記ボトムプレートの下方に配置される板状部材と、を備えるバッテリパックであって、
前記冷却機構は、液状媒体が通過する冷媒流路であって、
前記板状部材の上面と前記ボトムプレートの下面とによって前記冷媒流路が形成され、

前記板状部材の上面及び前記ボトムプレートの下面の少なくとも一方には、複数の凸部が設けられ、
前記板状部材上には、少なくとも2つの前記バッテリモジュールが配置され、
前記少なくとも2つの前記バッテリモジュールは、前記セルの積層方向と直交する方向に並べて配置された第1バッテリモジュールと第2バッテリモジュールとを含み、
前記第1バッテリモジュールは、積層方向一端部に設けられた第1冷媒入口部と、積層方向他端部に設けられた第1冷媒出口部と、を備え、
前記第2バッテリモジュールは、前記積層方向他端部に設けられた第2冷媒入口部と、前記積層方向一端部に設けられた第2冷媒出口部と、を備え、
前記第1冷媒出口部は、前記積層方向と直交する方向において前記第2バッテリモジュール側に設けられ、
前記第2冷媒入口部は、前記積層方向と直交する方向において前記第1バッテリモジュール側に設けられ、
前記第1冷媒出口部と前記第2冷媒入口部とが、接続流路で接続され、
前記第1冷媒入口部は、前記積層方向と直交する方向において前記第2バッテリモジュール側とは反対側に設けられ、
前記第2冷媒出口部は、前記積層方向と直交する方向において前記第1バッテリモジュール側とは反対側に設けられ、
前記第1バッテリモジュールの前記複数の凸部は、前記第1冷媒入口部から前記第1冷媒出口部に向かって前記積層方向に対し傾斜し、
前記第2バッテリモジュールの前記複数の凸部は、前記第2冷媒入口部から前記第2冷媒出口部に向かって前記積層方向に対し傾斜している
本発明によれば、バッテリモジュールを冷却する冷却機構が液状媒体が通過する冷媒流路であって、セル積層体を搭載するボトムプレートが冷媒流路の少なくとも一部を構成することで、部品点数の増加を抑えながらバッテリモジュールを効率良く冷却することができる。
本発明の第1実施形態のバッテリパックの断面図である。 図1のバッテリパックのバッテリモジュール及び板状部材を斜め上方から見た斜視図である。 図2に示すバッテリモジュール及び板状部材を斜め下方から見た分解斜視図である。 本発明の第2実施形態のバッテリパックの断面図である。 図4に示すバッテリパックのバッテリモジュール及び板状部材を斜め上方から見た斜視図である。 本発明の第3実施形態のバッテリパックの断面図である。 図6に示すバッテリパックの冷却機構の概念図である。 本発明の第4実施形態のバッテリパックの冷却機構の概念図である。
以下、本発明のバッテリパックの各実施形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
[第1実施形態]
<バッテリパック>
本発明の第1実施形態のバッテリパック10は、図1に示すように、バッテリモジュール1と、バッテリモジュール1を収容するバッテリケース30と、バッテリモジュール1を冷却するための冷却機構40と、を備える。
<バッテリケース>
バッテリケース30は、内部にモジュール収容部35aが形成されたケース本体35と、該ケース本体35の開口部35bを封止するケースカバー36と、を備える。バッテリモジュール1とケース本体35の底部30aを構成する板状部材31とが固定されることで、バッテリモジュール1がバッテリケース30のモジュール収容部35aに収容される。
<バッテリモジュール>
バッテリモジュール1は、図2及び図3に示すように、前後方向に複数のセル21を積層して構成され、前面、後面、左面、右面、上面、及び下面を有するセル積層体2と、セル積層体2の前面及び後面に配置される一対のエンドプレート3と、一対のエンドプレート3を連結するサイドプレート5と、セル積層体2の下面に配置されるボトムプレート6と、を備える。サイドプレート5は、セル積層体2の右面に配置される右サイドプレート5Rと、セル積層体2の左面に配置される左サイドプレート5Lと、を備える。
なお、本明細書等では説明を簡単且つ明確にするためにセル21の積層方向を前後方向と定義し、セル21の積層方向に直交する方向を左右方向及び上下方向と定義したものであり、バッテリモジュール1が搭載される製品の前後方向等とは無関係である。即ち、バッテリモジュール1が車両に搭載される場合、セル21の積層方向は、車両の前後方向に一致してもよく、車両の上下方向、左右方向であってもよく、これらの方向から傾斜した方向であってもよい。図面には、バッテリモジュール1の前方をFr、後方をRr、左側をL、右側をR、上方をU、下方をD、として示す。
(セル積層体)
セル積層体2は、複数のセル21と絶縁部材(図示省略)とを前後方向に交互に積層して構成される。セル積層体2の前面及び後面には、それぞれ一対のエンドプレート3が配置され、セル積層体2の下面には、ボトムプレート6が配置される。また、セル積層体2の左面及び右面には、それぞれ僅かな隙間を介した絶縁状態で右サイドプレート5R及び左サイドプレート5Lが配置される。
セル21は、温度変化や経年劣化によって膨張することが知られている。セル21は、前後方向の長さよりも上下方向の長さが長く、上下方向の長さよりも左右方向の長さが長い直方体形状を有する。そのため、セル21は前面及び後面の面積が、左面、右面、上面及び下面の面積よりもはるかに大きく、セル21の前面及び後面で、その左右方向中央部及び上下方向中央部が膨張しやすい。
(エンドプレート)
一対のエンドプレート3は、それぞれセル積層体2の前面及び後面に当接し、セル積層体2のセル積層方向の荷重を受け止める。セル積層体2のセル積層方向の荷重は、主に温度変化や経年劣化によるセル21の膨張に起因するものであり、上述したように、セル21の前面及び後面では、その左右方向中央部及び上下方向中央部が膨張しやすいため、エンドプレート3の左右方向中央部及び上下方向中央部に大きな荷重が入力される。
エンドプレート3は、アルミ押出材を用いて形成されている。エンドプレート3は、セル積層体2からセル積層方向の大きな荷重を受けるため、セル積層体2と当接する内方の面が平坦であるのに対し、セル積層体2と当接しない外方の面は外方に膨出した形状となっている。各エンドプレート3の左右両端近傍には、左サイドプレート5L及び右サイドプレート5Rを締着するためのボルトB1が取り付けられる複数(この例では3つ)のねじ孔(図示省略)が設けられている。
(サイドプレート)
左サイドプレート5L及び右サイドプレート5Rは、金属板材をプレス加工して形成されており、セル積層体2の左面又は右面に沿うサイドプレート本体51と、サイドプレート本体51の前端から前側のエンドプレート3の前面に沿って互いに近づく方向に延びる前フランジ部52Fと、サイドプレート本体51の後端から後側のエンドプレート3の後面に沿って互いに近づく方向に延びる後フランジ部52Rと、サイドプレート本体51の上端からセル積層体2の上面に沿って互いに近づく方向に延びる上フランジ部53と、サイドプレート本体51の下端からボトムプレート6の下面6aに沿って互いに近づく方向に延びる下フランジ部54と、を備える。
前フランジ部52F及び後フランジ部52Rには、前側のエンドプレート3又は後側のエンドプレート3にボルトB1を介して締結される複数の締結部52aが設けられる。締結部52aは、ボルトB1が挿通される丸孔を有し、該丸孔に挿通したボルトB1を前側のエンドプレート3又は後側のエンドプレート3のねじ孔にねじ込むことで、前フランジ部52F及び後フランジ部52Rが前側のエンドプレート3又は後側のエンドプレート3に締結される。これにより、セル積層体2及び一対のエンドプレート3は、左サイドプレート5L及び右サイドプレート5Rの前フランジ部52F及び後フランジ部52Rによってセル積層方向に保持される。
上フランジ部53と下フランジ部54は、セル積層体2の左端部及び右端部においてセル積層体2及びボトムプレート6を上下方向から挟持している。上フランジ部53は、前後方向に並ぶ複数の弾性片53aにより構成されており、弾性片53aの個数及び位置は、前後方向に積層されるセル21の個数及び位置に対応している。
下フランジ部54には、ボトムプレート6にボルトB2を介して締結される複数の締結部54aが設けられる。これにより、サイドプレート5を構成する左サイドプレート5L、右サイドプレート5R及びボトムプレート6が一体的に連結される。
(ボトムプレート)
ボトムプレート6は、セル積層体2及びエンドプレート3の下面に沿って延び、セル積層体2を搭載する平面視長方形のプレート部材である。ボトムプレート6の周縁部62には、ボルトB2が取り付けられる複数のねじ孔(雌ねじ)62aが設けられている。ボトムプレート6が固定されるケース本体35の底部30a(板状部材31)には、ボトムプレート6のねじ孔62aと重なる位置に、ボトムプレート6のねじ孔62aと同数の貫通孔37が設けられている。
<冷却機構>
ボトムプレート6は、冷却機構40としての冷媒流路41の一部を構成する。より詳細には、ボトムプレート6の下面6aと板状部材31の上面31bとによって、液状媒体Wが通過する冷媒流路41が設けられている。冷媒流路41は、ボトムプレート6の下面6aに形成され、ボトムプレート6の周縁部62を除く大部分を占めている。また、ボトムプレート6の下面6aには、冷媒流路41内に突出する複数の凸部6bが設けられている。
板状部材31の前後方向(セル21の積層方向)の一端部(前部)には、冷媒流路41への液状媒体Wの流入口となる冷媒入口部32が設けられている。板状部材31の前後方向の他端部(後部)には、冷媒流路41からの液状媒体Wの流出口となる冷媒出口部33が設けられている。板状部材31とボトムプレート6との間には、両者間を全周に亘ってシールするシール部材(図示省略)が設けられる。
上記のように構成された第1実施形態のバッテリパック10は、サイドプレート5、ボトムプレート6及び板状部材31を互いに位置合わせした後、板状部材31の各貫通孔37にボルトB2を下方から挿入し、ボトムプレート6のねじ孔62aにボルトB2を締め込むことにより、サイドプレート5、ボトムプレート6及び板状部材31がボルトB2で共締めされた状態で一体的に接合される。そして、互いに接合されたボトムプレート6と板状部材31とにより液状媒体Wが流れる冷媒流路41が形成される。
このように、第1実施形態によれば、バッテリモジュール1の構成要素であるボトムプレート6が冷媒流路41の一部を構成するので、部品点数の増加を抑えながら、バッテリモジュール1を液状媒体Wで冷却することができる。また、ボトムプレート6の下面6aに複数の凸部6bが設けられているので、液状媒体Wとボトムプレート6との接触面積が増大し、冷却性能がより向上する。
つぎに、本発明の他の実施形態のバッテリパックについて、図4~図8を参照して説明する。ただし、第1実施形態との相違点のみを説明し、第1実施形態と共通の構成については、第1実施形態と同じ符号を用いることにより、第1実施形態の説明を援用する。
[第2実施形態]
図4に示すように、第2実施形態のバッテリパック10は、バッテリケース30に、第1バッテリモジュール1A及び第2バッテリモジュール1Bが収容されている。両バッテリモジュール1は、板状部材31上に左右(セル21の積層方向と直交する方向)に並べて配置されている。
上記のように構成された第2実施形態のバッテリパック10によれば、2つのバッテリモジュール1A、1Bのボトムプレート6とバッテリケース30の底部30aを構成する板状部材31とにより冷媒流路41が形成されるので、バッテリパック10の部品点数を削減することができ、且つ、2つのバッテリモジュール1A、1Bを一体に取り扱うことができる。
[第3実施形態]
図6及び図7に示すように、第3実施形態のバッテリパック10は、第1バッテリモジュール1Aの冷媒流路41と第2バッテリモジュール1Bの冷媒流路41とが接続されている。より詳細には、第1バッテリモジュール1Aは、前後方向(セル21の積層方向)の一端部(前部)に設けられた第1冷媒入口部32Aと、前後方向の他端部(後部)に設けられた第1冷媒出口部33Aと、を備え、第2バッテリモジュール1Bは、前後方向の他端部(後部)に設けられた第2冷媒入口部32Bと、前後方向の一端部(前部)に設けられた第2冷媒出口部33Bと、を備える。第1冷媒出口部33Aは、左右方向(積層方向と直交する方向)において第2バッテリモジュール1B側に設けられ、第2冷媒入口部32Bは、左右方向において第1バッテリモジュール1A側に設けられている。そして、第1冷媒出口部33Aと第2冷媒入口部32Bとが、板状部材31内に設けられた接続流路34で接続されている。また、各冷媒流路41内には、前後方向に沿って延びる複数の凸部6bが左右方向に等間隔に配置されている。
上記のように構成された第3実施形態のバッテリパック10によれば、第1冷媒出口部33Aと第2冷媒入口部32Bとが接続流路34で接続されているので、第1バッテリモジュール1Aの冷媒流路41と第2バッテリモジュール1Bの冷媒流路41とを直列に接続できる。また、第1冷媒出口部33Aと第2冷媒入口部32Bとはいずれも前後方向において同じ側(他端部)であって、左右方向において互いに近接する側に設けられているので、接続流路34を短くできる。
また、第1冷媒出口部33Aと第2冷媒入口部32Bを接続する接続流路34が板状部材31内に設けられているので、接続流路34を構成する配管が不要であり、接続流路34を配管で構成する場合に比べてバッテリケース30の底部30a上のスペースを有効に利用できる。また、各冷媒流路41内に前後方向に沿って凸部6bが設けられていることにより、液状媒体Wの流れを阻害することなく、液状媒体Wとボトムプレート6との熱交換効率を向上させて、冷却効率を向上させることができる。また、第1バッテリモジュール1A及び第2バッテリモジュール1Bのボトムプレート6に前後方向に沿って設けられた複数の凸部6bがリブの役割を果たすことで強度が増大し、第1バッテリモジュール1A及び第2バッテリモジュール1Bの上下方向のたわみを防止できる。
[第4実施形態]
図8に示すように、第4実施形態のバッテリパック10では、複数の凸部6bが前後方向に対し傾斜して延びている。より詳細には、第1バッテリモジュール1Aの複数の凸部6bは、第1冷媒入口部32Aから第1冷媒出口部33Aに向かって前後方向に対して傾斜し、第2バッテリモジュール1Bの複数の凸部6bは、第2冷媒入口部32Bから第2冷媒出口部33Bに向かって前後方向に対して傾斜している。第4実施形態によれば、冷媒流路41の流路抵抗を低減させて冷却効率を向上させることができる。
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記実施形態では、複数の凸部6bがボトムプレート6の下面6aに設けられているが、複数の凸部6bは板状部材31の上面31bに設けられてもよい。
また、上記実施形態では、ボトムプレート6と共に冷媒流路41を形成する板状部材31がバッテリケース30の底部30aを構成しているが、板状部材31がバッテリケース30の底部30aを構成する部材とは別の部材であってもよい。
また、上記実施形態では、サイドプレート5、ボトムプレート6及び板状部材31を共通のボルトB2で共締めしているが、例えば、サイドプレート5とボトムプレート6とを、ボルトB2とは別のボルトで固定してもよい。
また、本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。
(1) 複数のセル(セル21)を積層することで構成されるセル積層体(セル積層体2)と、該セル積層体を搭載するボトムプレート(ボトムプレート6)と、を備えるバッテリモジュール(バッテリモジュール1)と、
前記バッテリモジュールを冷却する冷却機構(冷却機構40)と、を備えるバッテリパック(バッテリパック10)であって、
前記冷却機構は、液状媒体(液状媒体W)が通過する冷媒流路(冷媒流路41)であって、
前記ボトムプレートが、前記冷媒流路の少なくとも一部を構成する、バッテリパック。
(1)によれば、バッテリモジュールを冷却する冷却機構は液状媒体が通過する冷媒流路であって、セル積層体を搭載するボトムプレートが冷媒流路の少なくとも一部を構成することで、部品点数の増加を抑えながらバッテリモジュールを冷却することができる。
(2) (1)に記載のバッテリパックであって、
前記バッテリパックは、前記ボトムプレートの下方に配置される板状部材(板状部材31)をさらに備え、
前記板状部材の上面(上面31b)と前記ボトムプレートの下面(下面6a)とによって前記冷媒流路が形成され、
前記板状部材の上面及び前記ボトムプレートの下面の少なくとも一方には、複数の凸部(凸部6b)が設けられている、バッテリパック。
(2)によれば、ボトムプレートと該ボトムプレートの下方に配置される板状部材とにより冷媒流路を形成することで、容易に冷媒流路を形成できる。また、板状部材の上面及びボトムプレートの下面の少なくとも一方には複数の凸部が設けられているので、液状冷媒との接触面積が増え、冷却性能が向上する。
(3) (1)に記載のバッテリパックであって、
前記複数の凸部は、前記ボトムプレートの下面から下方に突出し、前記セルの積層方向に沿って設けられている、バッテリパック。
(3)によれば、バッテリモジュールの冷却性能がより向上する。また、バッテリモジュールの上下方向のたわみを防止できる。
(4) (2)又は(3)に記載のバッテリパックであって、
前記板状部材上には、少なくとも2つの前記バッテリモジュール(第1バッテリモジュール1A、第2バッテリモジュール1B)が配置されている、バッテリパック。
(4)によれば、板状部材上に配置された少なくとも2つのバッテリモジュールを組立体として一体に取り扱うことができる。
(5) (4)に記載のバッテリパックであって、
前記板状部材は、前記バッテリモジュールを収容するバッテリケースの底部である、バッテリパック。
(5)によれば、バッテリモジュールのボトムプレートと、バッテリモジュールを収容するバッテリケースとで冷媒流路を形成することで、部品点数を削減できる。
(6) (4)又は(5)に記載のバッテリパックであって、
前記少なくとも2つの前記バッテリモジュールは、前記セルの積層方向と直交する方向に並べて配置された第1バッテリモジュール(第1バッテリモジュール1A)と第2バッテリモジュール(第2バッテリモジュール1B)とを含み、
前記第1バッテリモジュールは、積層方向一端部に設けられた第1冷媒入口部(第1冷媒入口部32A)と、積層方向他端部に設けられた第1冷媒出口部(第1冷媒出口部33A)と、を備え、
前記第2バッテリモジュールは、前記積層方向他端部に設けられた第2冷媒入口部(第2冷媒入口部32B)と、前記積層方向一端部に設けられた第2冷媒出口部(第2冷媒出口部33B)と、を備え、
前記第1冷媒出口部は、前記積層方向と直交する方向において前記第2バッテリモジュール側に設けられ、
前記第2冷媒入口部は、前記積層方向と直交する方向において前記第1バッテリモジュール側に設けられ、
前記第1冷媒出口部と前記第2冷媒入口部とが、接続流路(接続流路34)で接続されている、バッテリパック。
(6)によれば、第1冷媒出口部と第2冷媒入口部とが接続流路で接続されているので、第1バッテリモジュールの冷媒流路と第2バッテリモジュールの冷媒流路とを直列に接続できる。また、第1冷媒出口部と第2冷媒入口部とはいずれも積層方向において同じ側であって、積層方向と直交する方向において互いに近接する側に設けられているので、接続流路を短くできる。
(7) (6)に記載のバッテリパックであって、
前記第1冷媒入口部は、前記積層方向と直交する方向において前記第2バッテリモジュール側とは反対側に設けられ、
前記第2冷媒出口部は、前記積層方向と直交する方向において前記第1バッテリモジュール側とは反対側に設けられ、
前記第1バッテリモジュールの前記複数の凸部は、前記第1冷媒入口部から前記第1冷媒出口部に向かって前記積層方向に対し傾斜し、
前記第2バッテリモジュールの前記複数の凸部は、前記第2冷媒入口部から前記第2冷媒出口部に向かって前記積層方向に対し傾斜している、バッテリパック。
(7)によれば、冷媒流路の流路抵抗を低減できる。
(8) (6)又は(7)に記載のバッテリパックであって、
前記接続流路は、前記バッテリモジュールを収容するバッテリケース(バッテリケース30)の底部(底部30a)に形成されている、バッテリパック。
(8)によれば、接続流路を構成する配管が不要で、接続流路を配管で構成する場合に比べてバッテリケースの底部上のスペースを有効に利用できる。
1 バッテリモジュール
1A 第1バッテリモジュール
1B 第2バッテリモジュール
2 セル積層体
21 セル
3 エンドプレート
5 サイドプレート
5L 左サイドプレート
5R 右サイドプレート
6 ボトムプレート
6a 下面
6b 凸部
10 バッテリパック
30 バッテリケース
30a 底部
31 板状部材
31b 上面
32A 第1冷媒入口部
32B 第2冷媒入口部
33A 第1冷媒出口部
33B 第2冷媒出口部
34 接続流路
40 冷却機構
41 冷媒流路
W 液状媒体

Claims (4)

  1. 複数のセルを積層することで構成されるセル積層体と、該セル積層体を搭載するボトムプレートと、を備えるバッテリモジュールと、
    前記バッテリモジュールを冷却する冷却機構と、
    前記ボトムプレートの下方に配置される板状部材と、を備えるバッテリパックであって、
    前記冷却機構は、液状媒体が通過する冷媒流路であって、
    前記板状部材の上面と前記ボトムプレートの下面とによって前記冷媒流路が形成され、
    前記板状部材の上面及び前記ボトムプレートの下面の少なくとも一方には、複数の凸部が設けられ、
    前記板状部材上には、少なくとも2つの前記バッテリモジュールが配置され、
    前記少なくとも2つの前記バッテリモジュールは、前記セルの積層方向と直交する方向に並べて配置された第1バッテリモジュールと第2バッテリモジュールとを含み、
    前記第1バッテリモジュールは、積層方向一端部に設けられた第1冷媒入口部と、積層方向他端部に設けられた第1冷媒出口部と、を備え、
    前記第2バッテリモジュールは、前記積層方向他端部に設けられた第2冷媒入口部と、前記積層方向一端部に設けられた第2冷媒出口部と、を備え、
    前記第1冷媒出口部は、前記積層方向と直交する方向において前記第2バッテリモジュール側に設けられ、
    前記第2冷媒入口部は、前記積層方向と直交する方向において前記第1バッテリモジュール側に設けられ、
    前記第1冷媒出口部と前記第2冷媒入口部とが、接続流路で接続され、
    前記第1冷媒入口部は、前記積層方向と直交する方向において前記第2バッテリモジュール側とは反対側に設けられ、
    前記第2冷媒出口部は、前記積層方向と直交する方向において前記第1バッテリモジュール側とは反対側に設けられ、
    前記第1バッテリモジュールの前記複数の凸部は、前記第1冷媒入口部から前記第1冷媒出口部に向かって前記積層方向に対し傾斜し、
    前記第2バッテリモジュールの前記複数の凸部は、前記第2冷媒入口部から前記第2冷媒出口部に向かって前記積層方向に対し傾斜している、バッテリパック。
  2. 請求項に記載のバッテリパックであって、
    前記複数の凸部は、前記ボトムプレートの下面から下方に突出し、前記セルの積層方向に沿って設けられている、バッテリパック。
  3. 請求項1又は2に記載のバッテリパックであって、
    前記板状部材は、前記バッテリモジュールを収容するバッテリケースの底部である、バッテリパック。
  4. 請求項1~3のいずれか一項に記載のバッテリパックであって、
    前記接続流路は、前記バッテリモジュールを収容するバッテリケースの底部に形成されている、バッテリパック。
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