JP7490964B2

JP7490964B2 - バッテリーパック

Info

Publication number: JP7490964B2
Application number: JP2020008886A
Authority: JP
Inventors: 紅弼閔; 義雄平岩
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2020-01-23
Filing date: 2020-01-23
Publication date: 2024-05-28
Anticipated expiration: 2040-01-23
Also published as: JP2021118051A

Description

本発明は、車両に搭載される二次電池のバッテリーパックに関する。

従来、車両に搭載されるバッテリーパックにおいて、容器を発泡性樹脂で形成することで周囲からの輻射熱を遮断できるようにしたものが提案されている。すなわち、断熱性能の高い材料で二次電池を囲み、外気温の影響を受けにくくしたものである。発泡性樹脂の素材としては、発泡ポリプロピレン，発泡ポリエチレン，発泡ポリスチレンなどが挙げられる。これらの発泡性樹脂は鋼材と比較してクッション性が高く、例えば二次電池に作用する外力を減少させるのに有用である（特許文献１参照）。

特開2005-85668号公報

バッテリーパック内に収容される二次電池は、充放電に伴い発熱し、温度が徐々に上昇する。また、バッテリーパック内にインバーターやコンバーターなどの変換回路が内蔵されている場合には、これらの変換回路も作動中に発熱する。一方、容器を断熱性能の高い材料形成すると、バッテリーパック内で発生した熱が放熱されにくくなる。したがって、バッテリーパック内で発生した熱が効率よく排出される構造にすることが望ましい。

本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、緩衝性能を向上させつつ冷却効率を改善できるようにしたバッテリーパックを提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。

開示のバッテリーパックは、車両に搭載される二次電池のバッテリーパックにおいて、発泡性樹脂で二次電池の周囲を被覆する形状に形成された容器を備える。容器は、二次電池に嵌合する嵌合部と、二次電池の表面に対し冷媒が流れる隙間をあけて、二次電池の表面に沿った形状に型取られた型取り部と、二次電池の表面に接触する複数の突条が列をなして設けられたリブ部とを有する。

開示のバッテリーパックによれば、緩衝性能を向上させつつ冷却効率を改善することができる。

実施例としてのバッテリーパックの分解斜視図である。図１に示す上部カバーを裏返した斜視図である。図１に示す下部トレイの斜視図である。図１に示すバッテリーパック（二次電池）の断面図である。図１に示すバッテリーパック（電装品）の断面図である変形例としてのバッテリーパック（二次電池）の断面図である。

［１．構成］
図１～図６を参照して、実施例及び変形例としてのバッテリーパック１０を説明する。図中に示す上下方向は、車両に搭載された状態を基準とした方向を表す。バッテリーパック１０は、車両に搭載される二次電池３のバッテリーパック１０であり、少なくとも発泡性樹脂で二次電池３の周囲を被覆する形状に形成された容器１，２を備える。発泡性樹脂の素材としては、発泡ポリプロピレン(EPP)，発泡ポリエチレン(EPE)，発泡ポリスチレン(EPS)などが挙げられる。

図１に示すバッテリーパック１０の容器１，２の内部には、二次電池３と電装品４とが内蔵されているが、電装品４は省略可能である。これらの二次電池３及び電装品４は、バッテリーパック１０の内部において、図示しない電線で互いに接続される。また、二次電池３及び電装品４は、図示しないワイヤーハーネスやバスバーなどを介して、バッテリーパック１０の外部に設けられる各種車載装置に接続される。

二次電池３は、例えばリチウムイオン二次電池，リチウムイオンポリマー電池，ニッケル水素二次電池，鉛蓄電池などである。ここでいう二次電池３には、単電池（電池セル）だけでなく組電池（電池モジュール）が含まれる。また、電装品４は、例えばインバーターやコンバーターなどの変換回路を含む電力変換装置である。二次電池３に蓄えられている電力の一部は、電力変換装置で変換された後に各種車載装置へと給電される。図１に示す電装品４はDC-DCコンバーターであり、多数のトランジスタ（半導体素子）が実装された基板５とこれを冷却するための放熱器６とを有する。

図１に示すバッテリーパック１０の容器１，２は、下部トレイ１と上部カバー２とを組み合わせて形成される。下部トレイ１は、二次電池３の下部を支持する容器であり、上部カバー２は、下部トレイ１の上部に取り付けられる容器である。上部カバー２は、その下面２１が下部トレイ１の上面１１に面接触するように取り付けられる。また、これらの容器１，２の下方にはフレーム３０が設けられる。フレーム３０は、車体に固定される部材であり、バッテリーパック１０の容器１，２を介して二次電池３を間接的に支持する機能を持つ。図１中の梁フレーム３１は、例えば車両のサイドメンバーやクロスメンバーに固定される水平材である。また、図１中の面フレーム３２は、下部トレイ１の下方を支持する面状のフレームである。

図２に示すように、下部トレイ１には、下部トレイ１の上面１１から下方に向かって凹んだ形状に設けられた嵌合部１２及び型取り部１３が設けられる。嵌合部１２は、二次電池３に嵌合する部位である。嵌合部１２は、例えば二次電池３の底面を囲む四辺のうち、互いに対向する二辺に嵌合するように形成される。また、型取り部１３は、二次電池３の表面に対して冷媒が流れる隙間をあけて形成される部位であって、二次電池３の表面に沿った形状に型取られた部位である。

型取り部１３の形状は、二次電池３に嵌合する形状を外側に拡大した形状とされる。図４に示すように、型取り部１３は、二次電池３が下部トレイ１に収容された状態において、二次電池３の底面に対して所定の間隔をあけて設けられる。二次電池３の底面から型取り部１３の表面までの距離（隙間寸法）は、例えば数ミリメートルから数センチメートルまでの範囲内で設定され、好ましくはほぼ一定の値に設定される。

下部トレイ１には、外気導入部１４，載せ部１５，穴部１６，第二型取り部１７，通路部１８が設けられる。外気導入部１４は、バッテリーパック１０の外部と型取り部１３とを連通接続する通路になる部位である。外気導入部１４には、例えば図１に示すダクト７が接続され、空調装置で冷却された空気がバッテリーパック１０の内部へと導入される。載せ部１５は、電装品４が載せられる部位であり、下部トレイ１の上面１１よりも下方において平面状に形成される。載せ部１５には、後述する上部カバー２の係合部２６と係合する複数の穴部１６が設けられる。穴部１６の形状は、例えば円筒穴状に形成され、あるいは下方側が縮径された円錐台穴状に形成される。穴部１６に係合部２６を係合させることで、下部トレイ１と上部カバー２との間に電装品４の基板５が固定されるようになっている。

第二型取り部１７は、下部トレイ１の上面１１から下方に向かって凹んだ形状に設けられた部位であって、電装品４が下部トレイ１に収容された状態において、電装品４の底面に対して所定の間隔をあけて設けられる部位である。言い換えれば、第二型取り部１７は電装品４の表面に対して冷媒が流れる隙間をあけて形成され、電装品４の表面に沿った形状に型取られた部位である。図５に示すように、第二型取り部１７の形状は、電装品４に嵌合する形状を外側に拡大した形状とされる。電装品４の底面から第二型取り部１７の表面までの距離（隙間寸法）は、例えば数ミリメートルから数センチメートルまでの範囲内で設定され、好ましくはほぼ一定の値に設定される。

通路部１８は、型取り部１３と第二型取り部１７とを連通接続する通路になる部位である。外気導入部１４から型取り部１３の中へ導入された空気は、二次電池３を冷却した後に通路部１８を通過し、基板５の下面側を冷却するように機能する。また、基板５を冷却した空気は、基板５と第二型取り部１７との隙間から上方へと移動し、放熱器６を冷却するように機能する。このように、バッテリーパック１０の外部から導入された空気によって電装品４の全体が冷却される。

図３に示すように、上部カバー２には、上部カバー２の下面２１から上方に向かって凹んだ形状に設けられた嵌合部２２及び型取り部２３が設けられる。嵌合部２２は、下部トレイ１の嵌合部１２と同様に、二次電池３に嵌合する部位である。嵌合部２２は、例えば二次電池３の頂面を囲む四辺のうち、互いに対向する二辺に嵌合するように形成される。また、型取り部２３は、下部トレイ１の型取り部１３と同様に、二次電池３の表面に対して冷媒が流れる隙間をあけて形成される部位であって、二次電池３の表面に沿った形状に型取られた部位である。

型取り部２３の形状は、二次電池３に嵌合する形状を外側に拡大した形状とされる。型取り部２３は、二次電池３が上部カバー２に収容された状態において、二次電池３の頂面に対して所定の間隔をあけて設けられる。二次電池３の頂面から型取り部２３の表面までの距離（隙間寸法）は、例えば数ミリメートルから数センチメートルまでの範囲内で設定され、好ましくはほぼ一定の値に設定される。

上部カバー２には、外気導入部２４，押さえ部２５，係合部２６，通気孔２７，リブ部２８が設けられる。外気導入部２４は、外気導入部１４とともに、バッテリーパック１０の外部と型取り部２３とを連通接続する通路になる部位である。外気導入部２４には、例えば図１に示すダクト７が接続される。押さえ部２５は、電装品４を載せ部１５に押し付ける部位であり、上部カバー２の下面２１よりも下方において平面状に形成される。押さえ部２５には、穴部１６に係合する形状を持つ複数の係合部２６が突設される。係合部２６の形状は、穴部１６に対応する形状（例えば下方側が縮径された円錐台状や円筒状）に形成される。

通気孔２７は、バッテリーパック１０の外部と第二型取り部１７とを連通接続する通路になる部位である。通気孔２７は、図５に示すように、電装品４が下部トレイ１に収容された状態において、電装品４の上方からバッテリーパック１０の上面に向かって上部カバー２を上下に貫通するように形成される。また、通気孔２７の上にはファン８が取り付けられる。ファン８は、図１に示すように、バッテリーパック１０の内部から空気を吸引して遠心方向へ吹き出すように機能する。

リブ部２８は、図４に示すように、二次電池３の表面に接触する複数の突条（リブ）が列をなして設けられた部位である。各リブの下端面は、二次電池３の上面に接触し、わずかに圧縮変形した状態で二次電池３を弾性的に支持するように機能する。また、各リブに挟まれた空間は、バッテリーパック１０の内部へ導入された空気の流路として機能する。したがって、二次電池３の下面だけでなく上面も、冷たい空気によって効率的に冷却される。

［２．作用，効果］
（１）上記の実施例では、バッテリーパック１０の容器１，２が発泡性樹脂で形成され、嵌合部１２，２２と型取り部１３，２３とが設けられる。型取り部１３，２３の形状が二次電池３の表面に沿った形状であることから、冷却用の空気が容器１，２の内部で滞留（あるいは循環）することがなくなり、空気を効率よく二次電池３に接触させることができる。したがって、二次電池３の外力に対する保護性能（緩衝性能）を向上させつつ、二次電池３の冷却効率を改善することができる。また、二次電池３の誤組み付けを抑制することができ、製造時の作業効率を向上させることができる。

（２）上記の実施例では、型取り部１３，２３が二次電池３に嵌合する形状を外側に拡大した形状に形成される。例えば、図４に示す断面における型取り部１３，２３の形状は、二次電池３の輪郭形状を拡大した形状に対応するように設定される。このような設定により、例えば特許文献１に記載の箱状ケースを使用した場合と比較して、冷却用の空気が流れる空間の体積を減少させることができる。したがって、二次電池３の冷却効率を向上させることができる。また、発泡性樹脂の厚み（容器１，２の外表面から内表面までの寸法）を増加させることができ、外力に対する二次電池３の保護性能を向上させることができる。さらに、容器１，２の内表面から二次電池３の表面までの寸法（隙間寸法）がほぼ一定の値になるため、冷却用の空気の流れを均一にでき、二次電池３の冷却効率をさらに向上させることができる。

（３）上記の実施例では、下部トレイ１の嵌合部１２が二次電池３の底面を囲む辺に嵌合する形状に形成される。また、下部トレイ１の型取り部１３は、二次電池３の底面に対して所定の間隔をあけて設けられる。このような構造により、二次電池３の支持状態を安定させつつ冷却性能を確保することができる。また、二次電池３の下方に隙間を設けておくことで、例えば容器１，２の内部で結露が発生した場合に、結露水を二次電池３から離隔させることができ、二次電池３の表面の汚損や腐食の発生を防止することができる。

（４）上記の実施例の上部カバー２には、二次電池３の表面に接触する複数の突条が列をなして設けられたリブ部２８が設けられる。このような構造により、上部カバー２から二次電池３へと適度な圧力を付与することができ、二次電池３の支持状態をさらに安定させることができる。また、二次電池３が弾性的に支持されることから、二次電池３の外力に対する保護性能（緩衝性能）をさらに向上させることができる。加えて、リブ部２８の各リブに挟まれた空間を利用して二次電池３を冷却することができ、二次電池３の冷却効率をさらに改善することができる。

（５）上記の実施例では、リブ部２８の各リブが冷媒の流通方向に沿って延設される。例えば図３に示すように、各リブの延在方向は、外気導入部２４から導入される空気の流通方向と平行に設定される。このような設定により、各リブに沿った空気の流れを形成しやすくすることができ、空気をよどみなくスムーズに流通させることができる。したがって、二次電池３の冷却効率をさらに改善することができる。

（６）上記の実施例では、容器１，２の下方にフレーム３０が設けられる。フレーム３０は車体に固定される部材であり、容器１，２を介して二次電池３を間接的に支持する機能を持つ。このようなフレーム３０を設けることで、車両に対するバッテリーパック１０の取付強度を確保しつつ、二次電池３の保護性能を高めることができる。なお、金属製のフレーム３０を用いれば、バッテリーパック１０の取付強度を高めることが容易である。また、図４，図５に示すように、バッテリーパック１０の下方をフレーム３０で支える構造にすることで、バッテリーパック１０の取付強度を確保しつつ、二次電池３の保護性能を高めることができる。

［３．変形例］
上記の実施例はあくまでも例示に過ぎず、本実施例で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施例の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。

例えば、フレーム３０は金属製であってもよいし樹脂製であってもよい。二次電池３や電装品４についても同様である。また、上述の実施例では下部トレイ１，上部カバー２の各々に嵌合部１２，２２や型取り部１３，２３が設けられているが、嵌合部１２，２２を下部トレイ１，上部カバー２のいずれか一方に設けるとともに、型取り部１３，２３を下部トレイ１，上部カバー２のいずれか一方に設けてもよい。少なくとも、発泡性樹脂で形成された容器１，２に嵌合部１２，２２及び型取り部１３，２３を設けることで、上記の実施例と同様の効果を奏するものとなる。

図６は、変形例としてのバッテリーパック１０の断面図である。このバッテリーパック１０のフレーム３０には、金属製の上フレーム３３と下フレーム３４とが含まれる。上フレーム３３は、上部カバー２の内部を通過するように装入される部材であり、下フレーム３４は、下部トレイ１の内部を通過するように装入される部材である。これらのフレーム３３，３４は、締結具３５で締結固定される。このように、二つのフレーム３３，３４で二次電池３を挟み込む構造にすることで、リブ部２８の圧縮代を一定にすることができ、二次電池３の支持状態を安定させることができる。

また、図６に示すように、二次電池３の上方だけでなく下方にも第二リブ部１９を設けてもよい。第二リブ部１９の上端面は、二次電池３の下面に接触し、わずかに圧縮変形した状態で二次電池３を弾性的に支持するように機能する。したがって、二次電池３の外力に対する保護性能（緩衝性能）をさらに向上させることができる。また、第二リブ部１９の各リブに挟まれた空間を利用して二次電池３を冷却することができ、二次電池３の冷却効率をさらに改善することができる。

また、二次電池の３の上方や下方だけでなく側方に型取り部１３，２３を配置してもよい。すなわち、冷却用の空気を二次電池の３の側方に流通させてもよい。この場合、図６に示すように、下部トレイ１と上部カバー２との境界をまたぐように型取り部１３，２３を形成することで、二次電池３の周囲に構造的な余裕を持たせることができ、二次電池３を容器１，２の内部に収容する作業が容易となる。したがって、バッテリーパック１０の生産性を向上させることができる。また、二次電池３の冷却効率をさらに改善することができる。

１下部トレイ（容器）
２上部カバー（容器）
３二次電池
４電装品
５基板
６放熱器
７ダクト
８ファン
１０バッテリーパック
１１上面
１２嵌合部
１３型取り部
１４外気導入部
１５載せ部
１６穴部
１７第二型取り部
１８通路部
１９第二リブ部
２１下面
２２嵌合部
２３型取り部
２４外気導入部
２５押さえ部
２６係合部
２７通気孔
２８リブ部
３０フレーム

Claims

車両に搭載される二次電池のバッテリーパックにおいて、
発泡性樹脂で前記二次電池の周囲を被覆する形状に形成された容器を備え、
前記容器が、前記二次電池に嵌合する嵌合部と、前記二次電池の表面に対し冷媒が流れる隙間をあけて、前記二次電池の表面に沿った形状に型取られた型取り部と、前記二次電池の表面に接触する複数の突条が列をなして設けられたリブ部とを有する
ことを特徴とする、バッテリーパック。
前記型取り部が、前記二次電池に嵌合する形状を外側に拡大した形状に形成される
ことを特徴とする、請求項１記載のバッテリーパック。
前記嵌合部が、前記二次電池の底面を囲む辺に嵌合し、
前記型取り部が、前記二次電池の底面に対して所定の間隔をあけて設けられる
ことを特徴とする、請求項１または２記載のバッテリーパック。
前記突条が、前記冷媒の流通方向に沿って延設される
ことを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載のバッテリーパック。
前記容器を介して前記二次電池を間接的に支持するとともに、車体に固定されるフレームを備える
ことを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載のバッテリーパック。
前記容器が、前記二次電池の下部を支持する下部トレイと、前記下部トレイの上部に取り付けられる上部カバーとを有し、
前記型取り部が、前記下部トレイと前記上部カバーとの境界をまたいで形成される
ことを特徴とする、請求項１～５のいずれか１項に記載のバッテリーパック。