JP7480754B2 - 蓄電装置 - Google Patents

Description

本開示は、車両に搭載される蓄電装置に関する。

従来の蓄電装置として、特開２０１９－１２５４４９号公報（特許文献１）には、冷却器と伝熱部材と蓄電スタックとが収容ケースに収容されており、ケース底壁部側からこの順で配置されたものが開示されている。伝熱部材は、蓄電スタックと冷却器とによって挟み込まれており、ゴム粒子と熱伝導性の高い樹脂とを含む。

特開２０１９－１２５４４９号公報

一般的に、特許文献１に開示されるような冷却器と伝熱部材と蓄電スタックとを収容ケースに収容した蓄電装置にあっては、冷却器を収容ケースに固定する固定構造、蓄電スタックを収容ケースに固定する固定構造とを備える。

近年、蓄電装置の高容量化が高容量化が求められており、ケース内に収容される蓄電モジュールも大型化されており、サイズも大きくなっている。上記固定構造の簡素化、または、収容ケース内のスペースを有効に利用するために、冷却器を収容ケースの外部に配置することが考えられる。

このような場合において、何ら手立て無く熱伝導性を有する接着層を用いて蓄電スタックを収容ケースの底壁部に固定する場合には、接着層を介して蓄電スタックを収容ケースに押し付ける際に、収容ケースが変形してしまうこと、あるいは収容ケースを十分に押し付けられないことが起こり得る。また、収容ケース内に結露が発生した場合に、蓄電スタックが短絡することが起こり得る。

本開示は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本開示の目的は、簡素な構成で収容ケースに蓄電スタックを適切に固定でき、収容ケース内で結露が発生した際に蓄電スタックの短絡を抑制できる蓄電装置を提供することにある。

本開示に基づく蓄電装置は、蓄電スタックと、底壁部を有し、上記蓄電スタックを収容する収容ケースと、熱伝導性を有し上記蓄電スタックを上記底壁部に固定する接着層とを、備える。上記底壁部は、上記蓄電スタックが載置される載置面を有する載置部と、上記載置面よりも高さが低い位置にある低壁部と、上記載置部と上記低壁部とを接続する接続部とを含む。上記接着層は、上記載置面と上記蓄電スタックとの間に配置された部分と、上記載置面から上記接続部にはみ出るはみ出し部とを有する。

上記構成によれば、熱伝導性を有する接着層によって蓄電スタックが収容ケースの底壁部に固定されるため、簡素の構成で蓄電スタックを固定することができる。また、接着層が載置面からはみ出すように蓄電スタックを底壁部に固定することにより、蓄電スタックを底壁部に押し付けて固定する際に、押し荷重損失を低減することができる。これにより、蓄電スタックを底壁部に十分に押し付けることができる。さらに、底壁部が載置面と低壁部とを有することにより、底壁部の剛性を高めることができるため、蓄電スタックを底壁部に押し付けて固定する際に、当該底壁部が変形することを抑制できる。

加えて、収容ケース内で結露が発生した場合には、結露水は載置面よりも低い位置にある低壁部に移動する。このため、載置面に載置された蓄電スタックが、結露水によって短絡することを抑制することができる。

上記本開示に基づく蓄電装置にあっては、上記蓄電スタックは、配列方向に並んで配置された複数蓄電セルを含む。この場合には、上記載置面は、上記配列方向に交差する交差方向における上記蓄電スタックの一方側が載置される第１部分と、上記交差方向における上記蓄電スタックの他方側が載置される第２部分と、上記第１部分と第２部分との間に設けられた凹部とを含んでいてもよい。

上記構成によれば、蓄電スタックを接着層に押し付ける際に、第１部分と第２部分との間に設けられた凹部と蓄電スタックとの間の隙間に空気を逃がすことができる。このため、蓄電スタックと接着層との間に空気層が形成されることを抑制できる。これにより、伝熱効率が低下することを抑制することができる。

上記本開示に基づく蓄電装置は、上記収容ケースの外側に配置され、上記蓄電スタックを冷却するための冷却器をさらに備える。この場合には、上記冷却器は、冷却媒体が流れる冷却流路を有する冷却部を含んでいてもよい。さらにこの場合には、上記冷却部は、上記載置面が位置する側とは反対側に位置する上記載置部の裏面に接触するように配置されていることが好ましい。

上記構成によれば、冷却部によって載置部を効率良く冷却することができ、これにより、載置面に載置された蓄電スタックを効率よく冷却することができる。

本開示によれば、簡素な構成で収容ケースに蓄電スタックを適切に固定でき、収容ケース内で結露が発生した際に蓄電スタックの短絡を抑制できる蓄電装置を提供することができる。

実施の形態１に係る蓄電装置の分解斜視図である。 実施の形態１に係る蓄電装置において、蓄電スタックの一端側を示す蓄電装置の部分断面図である。 実施の形態２に係る蓄電装置の分解斜視図である。 実施の形態２に係る蓄電装置において、収容ケースの底壁部側を示す蓄電装置の断面図である。

以下、本開示の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る蓄電装置の分解斜視図である。図１を参照して、実施の形態１に係る蓄電装置１００について説明する。

蓄電装置１００は、モータとエンジンとの少なくとも一方の動力を用いて走行可能なハイブリッド車両、または、電気エネルギによって得られた駆動力で走行する電動車両に搭載される。

蓄電装置１００は、複数の蓄電スタック１０と、収容ケース２０と、冷却器３０と、接着層４０（図２参照）と、シェアパネル５０とを備える。

複数の蓄電スタック１０の各々は、配列方向ＤＲ１に並んで配置される複数の蓄電セル１１を含む。蓄電装置１００を車両に搭載した搭載状態において、配列方向ＤＲ１は、たとえば、車両の左右方向と略平行となる。複数の蓄電セル１１は、一対のエンドプレート１６（図２参照）によって配列方向ＤＲ１に挟み込まれている。互いに隣り合う蓄電セル１１の間には、スペーサ１５（図２参照）が配置されている。

複数の蓄電スタック１０は、上記配列方向ＤＲ１と交差する交差方向ＤＲ２（より特定的には上記配列方向に直交する方向）に並んで配置されている。上記搭載状態において、上記交差方向ＤＲ２は、たとえば、車両の前後方向と略平行となる。

複数の蓄電スタック１０の各々は、接着層４０（図２参照）によって収容ケース２０の底壁部２３に固定されている。

蓄電セル１１は、たとえば、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の二次電池である。単電池は、たとえば、角型形状を有する。二次電池は、液状の電解質を用いるものであってもよいし、固体状の電解質を用いるものであってもよい。また、蓄電セルは、蓄電可能に構成された単位キャパシタであってもよい。

収容ケース２０は、複数の蓄電スタック１０を内部に収容する。収容ケース２０は、アッパーケース２１およびロアケース２２を含む。アッパーケース２１は、下方に向けて開口する略箱形形状を有する。ロアケース２２は、底壁部２３を含み、上方に向けて開口する略箱形形状を有する。

底壁部２３は、たとえば、載置部２４と、一対の低壁部２５と、一対の接続部２６とを含む。載置部２４は、蓄電スタック１０が載置される載置面２４ａを有する。載置面２４ａは、略平坦となるように設けられている。載置面２４ａは、区画部材２７によって上記交差方向に複数に区画されている。当該区画部材２７によって区画された複数の区画領域Ｒ１の各々に、蓄電スタック１０が配置される。

一対の低壁部２５は、上記配列方向における底壁部２３の両端部に設けられている。低壁部２５は、上記複数の蓄電スタック１０が並ぶ方向（交差方向ＤＲ２）に沿って延在する。低壁部２５は、上記載置面２４ａよりも高さが低い位置にある。なお、高さ方向は、アッパーケース２１とロアケース２２とが並ぶ方向に平行な方向であり、上下方向に相当する。

一対の接続部２６は、一対の低壁部２５と載置部２４とを接続する。一対の接続部２６は、上記配列方向の外側に向かうにつれて高さ位置が低くなるように湾曲している。

冷却器３０は、複数の蓄電スタック１０を冷却するための機器である。冷却器３０は、収容ケース２０の外側に配置されている。具体的には、冷却器３０は、ロアケース２２の底壁部２３の下方に配置されている。

冷却器３０は、アルミニウム等の金属材料によって構成されてる。冷却器３０は、複数の冷却部３２と、保持枠部３４とを含む。

複数の冷却部３２は、上記交差方向ＤＲ２と平行な方向に並んで配置されている。複数の冷却部３２の各々は、底壁部２３を挟んで蓄電スタック１０と対向する位置に配置されている。冷却部３２は、上記載置面２４ａが位置する側とは反対側に位置する載置部２４の裏面２４ｂ（図２参照）に熱的接触するように配置される。これにより、冷却部３２によって載置部２４を効率良く冷却することができ、上記接着層４０を介して、載置面２４ａに載置された蓄電スタック１０を効率よく冷却することができる。

なお、冷却部３２には、蓄電スタック１０を冷却するための冷却媒体（水等）が流れる冷却流路３２ａ（図４参照）を有している。

保持枠部３４は、各冷却部３２を保持している。保持枠部３４は、複数の冷却部３２を囲む環状に形成されている。本実施形態では、保持枠部３４は、略矩形状に形成されている。各冷却部３２は、上記配列方向における両端部で保持枠部３４に接続されている。

シェアパネル５０は、冷却器３０を下方側から覆うように配置される。シェアパネル５０は、冷却器３０を保護する。シェアパネル５０は、金属材料によって構成されている。

図２は、実施の形態１に係る蓄電装置において、蓄電スタックの一端側を示す蓄電装置の部分断面図である。なお、蓄電スタック１０の一端側とは、上記配列方向ＤＲ１の一端側である。また、図２においては、便宜上、冷却器３０およびシェアパネル５０を省略している。

図２に示すように、底壁部２３は、載置部２４が低壁部２５よりも全体的に高い位置に位置するように設けられている。これにより、底壁部２３の剛性を高めることができる。

また、蓄電スタック１０は、エンドプレート１６が低壁部２５の上方に位置するように載置部２４に載置される。低壁部２５には、蓄電スタック１０を保護する保護部材２８が配置されている。

上述のように、蓄電スタック１０は、接着層４０によって底壁部２３に固定されている。これより、簡素な構成で蓄電スタック１０を固定することができる。

接着層４０は、熱伝導性を有する樹脂部材によって構成されている。接着層４０としては、たとえば、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、または、エポキシ樹脂等を含む接着剤を採用することができる。なお、接着層４０は、接着剤が硬化することで形成される。

接着層４０は、蓄電スタック１０と載置面２４ａとの間に配置された部分４１と、載置面２４ａから接続部２６にはみ出るはみ出し部４２とを有する。

蓄電スタック１０を底壁部２３に固定する際には、載置面２４ａに接着部材を塗布し、蓄電スタック１０を底壁部２３に向けて押し付ける。蓄電スタック１０によって接着剤を押し広げて、載置面２４ａからはみ出すように接着層４０を形成することにより、押し荷重損失を低減することができる。これにより、蓄電スタック１０を底壁部２３に十分に押し付けることができる。

蓄電スタック１０の底部には、複数の蓄電セル１１の底面部の高さ位置がずれることで凹凸が形成される場合がある。このような場合であっても、上述のように、蓄電スタック１０を底壁部２３に押し付けることにより、接着剤を上記凹凸に追従するように変形させることができる。これにより、接着層４０を蓄電スタック１０の底部に密着させることができ、良好な熱伝導性を確保することができる。

また、底壁部２３が高さ位置の異なる載置部２４と低壁部２５とを有することにより、底壁部２３の剛性が高くなっている。このため、蓄電スタック１０を底壁部２３に押し付けて固定する際に、底壁部２３が変形することを抑制できる。

加えて、収容ケース２０内で結露が発生した場合には、結露水は載置面２４ａよりも低い位置にある低壁部２５に移動する。このため、載置面２４ａに載置された蓄電スタック１０が、結露水によって短絡することを抑制することができる。

（実施の形態２）
図３は、実施の形態２に係る蓄電装置の分解斜視図である。図４は、実施の形態２に係る蓄電装置において、収容ケースの底壁部側を示す蓄電装置の断面図である。図３および図４を参照して、実施の形態２に係る蓄電装置１００Ａについて説明する。

図３および図４に示すように、実施の形態２に係る蓄電装置１００Ａは、実施の形態１に係る蓄電装置１００と比較した場合に、載置部２４の形状、および冷却器３０の構成が相違する。その他の構成については、実施の形態１とほぼ同様である。

各区画領域Ｒ１においては、載置面２４ａは、第１部分２４１と、第２部分２４２と、凹部２４３とを有する。

第１部分２４１には、交差方向ＤＲ２における蓄電スタック１０の一方側が載置される。第２部分２４２には、交差方向ＤＲ２における蓄電スタック１０の他方側が載置される。凹部２４３は、第１部分２４１と第２部分２４２との間に設けられている。凹部２４３は、配列方向ＤＲ１において載置面２４ａの一端から他端にかけて連続するように設けられている。

また、実施の形態２においては、各区画領域Ｒ１において、上方から見た場合に、載置面２４ａを取り囲むように、低壁部２５が設けられている。

冷却器３０は、実施の形態１と比較して冷却部３２の個数が相違する。複数の冷却部３２は、各区画領域Ｒ１において第１部分２４１と第２部分２４２とに対応するように設けられている。複数の冷却部３２は、第１部分２４１と第２部分２４２とは反対側に位置する部分の裏面２４ｂに、熱伝導層６０を介して熱的に接触する。熱伝導層６０としては、たとえば、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、または、エポキシ樹脂等を採用することができる。なお、熱伝導層６０は、省略されてもよい。

実施の形態２においても、接着層４０は、第１部分２４１および第２部分２４２と蓄電スタック１０との間に配置された部分と、載置面２４ａから接続部２６にはみ出すはみ出し部４２を有しており、これにより、実施の形態１とほぼ同様の効果が得られる。

加えて、蓄電スタック１０を固定する際に、第１部分２４１および第２部分２４２に接着部材を塗布し、蓄電スタック１０を底壁部２３に向けて押し付ける際に、凹部２４３と蓄電スタック１０との間の隙間Ｓに空気を逃がすことができる。このため、蓄電スタック１０と接着層４０との間に空気層が形成されることを抑制できる。これにより、伝熱効率が低下することを抑制することができる。

以上、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本開示の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１０ 蓄電スタック、１１ 蓄電セル、１５ スペーサ、１６ エンドプレート、２０ 収容ケース、２１ アッパーケース、２２ ロアケース、２３ 底壁部、２４ 載置部、２４ａ 載置面、２４ｂ 裏面、２５ 低壁部、２６ 接続部、２７ 区画部材、２８ 保護部材、３０ 冷却器、３２ 冷却部、３２ａ 冷却流路、３４ 保持枠部、４０ 接着層、４２ はみ出し部、５０ シェアパネル、６０ 熱伝導層、１００，１００Ａ 蓄電装置、２４１ 第１部分、２４２ 第２部分、２４３ 凹部。

Claims (3)

1. 蓄電スタックと、
   底壁部を有し、前記蓄電スタックを収容する収容ケースと、
   熱伝導性を有し、前記蓄電スタックを前記底壁部に固定する接着層とを、備え、
   前記底壁部は、前記蓄電スタックが載置される載置面を有する載置部と、前記載置面よりも高さが低い位置にある低壁部と、前記載置部と前記低壁部とを接続する接続部とを含み、
   前記接着層は、前記載置面と前記蓄電スタックとの間に配置された部分と、前記載置面から前記接続部にはみ出るはみ出し部とを有する、蓄電装置。
2. 前記蓄電スタックは、配列方向に並んで配置された複数蓄電セルを含み、
   前記載置面は、前記配列方向に交差する交差方向における前記蓄電スタックの一方側が載置される第１部分と、前記交差方向における前記蓄電スタックの他方側が載置される第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間に設けられた凹部とを含む、請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記収容ケースの外側に配置され、前記蓄電スタックを冷却するための冷却器をさらに備え、
   前記冷却器は、冷却媒体が流れる冷却流路を有する冷却部を含み、
   前記冷却部は、前記載置面が位置する側とは反対側に位置する前記載置部の裏面に熱的に接触するように配置されている、請求項１または２に記載の蓄電装置。

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