JPWO2018047851A1 - バッテリユニットおよび車両用蓄電池装置 - Google Patents
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Abstract
Description
その一手段として、例えば、複数のバッテリと、一方の端部でバッテリの1つの面に熱的に接続されるとともに他方の端部でバッテリから突出した複数のヒートシンクと、バッテリの1つの面に熱的に接続される金属製の複数の伝熱板と、ヒートシンクの他方の端部に設けられた複数の放熱部と、複数の放熱部に風を送る送風部と、を備えたものがある。
また、バッテリの重量によって伝熱板等が変形し、各部の接触が不十分になり、効率よく放熱部に熱が伝達されない可能性があった。
図1は、第1の実施形態における電車の側面の模式図である。
図1に示すように、電車1は、レールR上を走行する台車2と、台車2に支持された車体3と、車体3の上部に設けられたパンタグラフ4と、車体3の床下に配置された車両用蓄電池装置5と、を備えている。台車2は、図示しない主電動機を備えている。主電動機は、パンタグラフ4を通じて架線から供給された電力、または車両用蓄電池装置5から供給された電力により、車輪を駆動する。なお、以下の説明では、車両走行方向に符号Xを付し、車両走行方向Xに直交する車幅方向に符号Yを付し、車両走行方向Xおよび車幅方向Yに直交する車両高さ方向に符号Zを付す。また、以下の説明において、車両高さ方向ZにおけるレールR側とは、車両高さ方向Zにおける車体3からレールRに向かう方向を意味する。また、車両高さ方向Zにおける車体3側とは、車両高さ方向ZにおけるレールRから車体3に向かう方向を意味する。
図2に示すように、車両用蓄電池装置5は、図示しないセルを含む複数のバッテリユニット6と、バッテリユニット6を制御する制御機器7と、バッテリユニット6および制御機器7を保持するハウジング8と、を備えている。制御機器7は、高圧機器7aと、低圧機器7bと、を含む。
図3に示すように、本体部20の内部には、本体部20の内部空間を車両高さ方向Zの車体3側とレールR側とに仕切って互いに独立させる仕切部材26と、バッテリユニット6と、複数のファン19と、が設けられている。そして、本体部20の車幅方向Yにおける一側部に沿って高圧機器収容部21が配置されているとともに、本体部20の車幅方向Yにおける他側部に沿って低圧機器収容部22が配置されている。
また、仕切部材26によって、本体部20内は、車両高さ方向Zに位置する冷却空間S2と、車両高さ方向ZにおけるレールR側に位置する収容空間S1とに仕切られている。
図4に示すように、本体部20は、車両高さ方向ZにおけるレールR側に開口する作業用開口20aを有する。作業用開口20aは、着脱可能に設けられたカバー部材24により覆われている。このカバー部材24を取り外した状態で、作業用開口20aを通じて外部空間から収容空間S1にアクセス可能となる。
図5に示すように、収容空間S1の隣り合うフレーム25の間には、それぞれ複数(本実施形態では5個)のバッテリユニット6が車幅方向Yに並んで配置されている。そして、バッテリユニット6は、フレーム25に対して第2ブラケット28を介して連結されている。
図6に示すように、仕切部材26は、車両走行方向Xおよび車幅方向Yに沿って延びるベース部26aと、ベース部26aから車体3に向かって車両高さ方向Zに沿って突出するとともに車幅方向Yに沿って延びる複数のフィン26bと、を有する。各フィン26bの先端部は、本体部20の天板20dに近接するように対向している。これにより、冷却空間S2に、仕切部材26の複数のフィン26bが配置された形になる。
また、仕切部材26は、本体部20の天板20dと同様に(図2参照)、車幅方向Yに沿う複数の分割線において、車両走行方向Xに複数(本実施形態では7個)に分割されている。
図7に示すように、高圧機器収容部21は、例えばヒューズやコンタクタ等を含む高圧機器7aを収容する。高圧機器収容部21は、車両走行方向Xに長辺を有する直方体状に形成されている。高圧機器収容部21は、本体部20の車幅方向Yにおける一側部に沿って配置されている。高圧機器収容部21は、車幅方向Yの外側に開口する開口部21aを複数有する。複数の開口部21aは、車両走行方向Xに並んで形成されている。各開口部21aは、着脱可能に設けられたカバー21bによりそれぞれ覆われている。高圧機器収容部21の内部は、高圧機器7aが配置された高圧機器空間S3(制御機器空間)となっている。この高圧機器空間S3は、本体部20の車幅方向Yの一方側の側壁によって収容空間S1から独立している。
図8に示すように、低圧機器収容部22は、例えばバッテリーマネジメントユニット等を含む低圧機器7bを収容する。低圧機器収容部22は、車両走行方向Xに長辺を有する直方体状に形成されている。低圧機器収容部22は、本体部20の車幅方向Yにおける他側部に沿って配置されている。低圧機器収容部22は、車幅方向Yの外側に開口する開口部22aを複数有する。複数の開口部22aは、車両走行方向Xに並んで形成されている。各開口部22aは、着脱可能に設けられたカバー22bによりそれぞれ覆われている。低圧機器収容部22の内部は、低圧機器7bが配置された低圧機器空間S4(制御機器空間)となっている。低圧機器空間S4は、高圧機器空間S3(図7参照)から分離された空間であって、車両走行方向Xを挟んで高圧機器空間S3とは反対側に位置している。また、低圧機器空間S4は、本体部20の車幅方向Yの他方側の側壁によって、収容空間S1から独立している。
図9に示すように、バッテリユニット6は、複数(本実施形態では4個)のバッテリモジュール30と、伝熱部材50と、放熱部材60と、第1ブラケット71(ブラケット)と、複数(本実施形態では4個)の支持部材80と、を主構成としている。
セルは、直方体状に形成された二次電池である。各セルは、そのプラス端子およびマイナス端子が設けられた頂面を同一方向に向けた状態で並んで配置されている。各セルは、例えば互いに直列接続されて組電池を構成している。
図10に示すように、収容体32は、例えば樹脂材料等により形成されている。収容体32は、所定方向に長い直方体状に形成されている。収容体32は、収容体32の内部に収容された複数のセルの全てが熱的に接触する底壁32aと、底壁32aに接続された4つの側壁と、を有する。底壁32aは、収容体32の長手方向に沿って延びている。底壁32aの内面には、各セルのプラス端子およびマイナス端子が設けられた頂面とは反対側を向く底面が熱的に接触している。底壁32aの内面と各セルの底面との間には、例えば接着剤やグリース等が介在している。以下の説明では、セルの底面から頂面に向かう方向(すなわち底壁32aの法線方向)をy方向とし、y方向から見た底壁32aの長手方向をz方向とし、z方向およびy方向に直交する方向をx方向とする。
また、プレート体92の短手方向両側には、放熱部材60側に向かって屈曲延出する縦壁94が一体形成されている。縦壁94は、プレート体92の機械的強度を高めるとともに、プレート体92と放熱部材60との間に、ボルト93の頭部を配置するスペースを確保する役割を有している。
図11に示すように、バッテリユニット6を収容空間S1に設置する際には、ハウジング8を組み立て用の吊枠92により吊り下げた状態で、バッテリユニット6をジャッキ91等で持ち上げて作業用開口20aを通じて収容空間S1に入れる。この際、ジャッキ91は、バッテリユニット6における各締結部材挿通部85のレールR側の端部、すなわち第2屈曲部84を支持する。各締結部材挿通部85のレールR側の端部は、バッテリユニット6を仕切部材26に固定した際にバッテリユニット6の荷重を受けることができるように形成されているので、ジャッキ91により支持されることが可能となっている。
換言すれば、バッテリユニット6は、伝熱部材50を挟んで放熱部材60の反対側に配置されバッテリモジュール30および伝熱部材50のそれぞれに固定された第1ブラケット71と、バッテリモジュール30および支持部材80のそれぞれに固定された第2ブラケット91と、長尺ボルト77を挿通可能に形成された締結部材挿通部85を有し伝熱部材50に固定された支持部材80と、を備える。
このように、放熱部材60の変形を抑制できるうえに、伝熱部材50に各バッテリモジュール30が密着される。このため、バッテリモジュール30の熱が、伝熱部材50および放熱部材60を介して効率よく仕切部材26に伝達される。よって、バッテリユニット6の冷却効率を確実に高めることができる。
さらに、各バッテリモジュール30を別々の支持部材80によって支持することにより、伝熱部材50の各対向面50a,50bに対する各バッテリモジュール30の底壁32aの密着性を高めることができる。このため、バッテリモジュール30の熱を、伝熱部材50に効率よく伝達することができる。
本実施形態の車両用蓄電池装置5では、バッテリユニット6が、外部空間と冷却空間S2とから独立した収容空間S1に配置されている構成とした。この構成によれば、収容空間S1が外部空間と冷却空間S2とから独立しているので、収容空間S1への塵埃や湿気等の侵入が抑制されるので、バッテリユニット6の劣化や故障が防止される。したがって、車両用蓄電池装置5の信頼性を向上させることができる。
本実施形態では、収容空間S1が外部空間と高圧機器空間S3と低圧機器空間S4とから独立しているので、バッテリユニット6における漏液等の予期せぬ事態の影響が高圧機器空間S3および低圧機器空間S4に配置された制御機器7や外部に及ぶことが防止される。また、高圧機器空間S3において生じた予期せぬ事態の影響が収容空間S1に配置されたバッテリユニット6に及ぶことが防止される。したがって、車両用蓄電池装置5の信頼性および安全性を向上させることができる。
そして、バッテリユニット6は上述した状態で仕切部材26に固定されて並んでいるので、バッテリユニット6の冷却を可能としつつ、バッテリユニット6を高密度に並べることが可能となり、大容量化でき、かつ冷却効率を高めることができる車両用蓄電池装置5を提供できる。
しかも、本実施形態では、高圧機器空間S3および低圧機器空間S4が収容空間S1に対して車幅方向Yの両側に配置されているので、高圧機器7aおよび低圧機器7bのメンテナンス時には、作業者が電車1の側方から作業することが可能となる。したがって、作業性を向上させることができる。
図12は、第2の実施形態における電車の側面の模式図である。
ここで、図1に示す第1の実施形態の電車1では、車両用蓄電池装置5が車体3の床下に配置されている。これに対して、図12に示す第2の実施形態の電車101では、車両用蓄電池装置5が車体3の天板上に配置されている点で、第1の実施形態と異なっている。この場合、車両用蓄電池装置5を第1実施形態とは上下反転させて、上述した吊耳27を車体3の天板に締結する。これにより、バッテリユニット6を収容空間S1に設置する際に、高重量であるバッテリユニット6をクレーン等で吊り下げて入れることができる。このため、バッテリユニット6を水平方向から収容空間に入れる場合と比較して、作業性を向上させることができる。
換言すれば、バッテリユニットは、伝熱部材を挟んで放熱部材の反対側に配置されバッテリモジュールおよび伝熱部材のそれぞれに固定された第1ブラケットと、バッテリモジュールおよび支持部材のそれぞれに固定された第2ブラケットと、長尺ボルトを挿通可能に形成された締結部材挿通部を有し伝熱部材に固定された支持部材と、を備える。
このように、放熱部材の変形を抑制できるうえに、伝熱部材に各バッテリモジュールが密着される。このため、バッテリモジュールの熱が、伝熱部材および放熱部材を介して効率よく仕切部材に伝達される。よって、バッテリユニットの冷却効率を確実に高めることができる。
さらに、各バッテリモジュールを別々の支持部材によって支持することにより、伝熱部材の各対向面に対する各バッテリモジュールの底壁の密着性を高めることができる。このため、バッテリモジュールの熱を、伝熱部材に効率よく伝達することができる。
Claims (11)
- 一面が放熱部に取り付けられる板状の放熱部材と、
一端が前記放熱部材の他面に当接するように、かつ前記放熱部材の面方向に対して交差する方向に沿って延在するように設けられ、対向する第1対向面、および第2対向面を有する板状の伝熱部材と、
前記伝熱部材の前記第1対向面に接触する第1側面を有する第1のバッテリモジュールと、
前記伝熱部材の前記第2対向面に接触する第2側面を有する第2のバッテリモジュールと、
前記伝熱部材の前記一端と対向する他端、前記伝熱部材の前記他端と同一方向を向く前記第1のバッテリモジュールの第1端面、および前記第1のバッテリモジュールの第1端面と同一方向を向く前記第2のバッテリモジュールの第2端面を連結する第1のブラケットと、
前記伝熱部材の前記第1対向面、前記第2対向面、前記一端、および前記他端とは別の第3側面と、前記第1のバッテリモジュールの前記第3側面と同一方向を向く第4側面とを連結する第1の支持部材と、
前記伝熱部材の前記第3側面と、前記第2のバッテリモジュールの前記第3側面と同一方向を向く第5側面とを連結する第2の支持部材と、
前記第1の支持部材の前記伝熱部材とは反対側の第1側部、および前記第2の支持部材の前記伝熱部材とは反対側の第2側部にそれぞれ設けられ、かつ前記伝熱部材の延在方向と同一方向に沿って延在するように設けられ、延在方向に貫通する第1貫通孔を有する締結部材挿通部と、
を備え、
前記放熱部材には、前記締結部材挿通部の前記第1貫通孔に対応する位置に、厚さ方向に貫通するとともに前記第1貫通孔に連通する第2貫通孔が形成されており、
前記第1貫通孔および前記第2貫通孔に締結部材が挿通されて、前記放熱部に、前記放熱部材および前記締結部材挿通部が固定される
バッテリユニット。 - 前記第1の支持部材の前記第1側部には、前記締結部材挿通部の延在方向両端部に、前記第1の支持部材から屈曲延出された2つの第1屈曲部が設けられており、
前記第2の支持部材の前記第2側部には、前記締結部材挿通部の延在方向両端部に、前記第2の支持部材から屈曲延出された2つの第2屈曲部が設けられており、
前記締結部材挿通部は、前記2つの第1屈曲部の間に渡って延在されているとともに、前記2つの第2屈曲部の間に渡って延在されており、
前記第1屈曲部および前記第2屈曲部には、前記締結部材挿通部の前記第1貫通孔に対応する位置に、それぞれ前記第1貫通孔に連通する第3貫通孔が形成されており、
前記第1貫通孔、前記第2貫通孔および前記第3貫通孔に前記締結部材が挿通されて、前記放熱部に、前記放熱部材、前記締結部材挿通部、前記第1の支持部材および前記第2の支持部材が固定される
請求項1に記載のバッテリユニット。 - 前記第1のバッテリモジュールは、前記伝熱部材の前記第1対向面に沿って、かつ前記放熱部材の前記他面に沿って2つ並んで配置されており、
前記第2のバッテリモジュールは、前記伝熱部材の前記第2対向面に沿って、かつ前記放熱部材の前記他面に沿って2つ並んで配置されており、
2つの前記第1のバッテリモジュールの前記放熱部材側の第4端面同士を連結するとともに、前記第1のバッテリモジュールの前記第3側面と、前記第1の支持部材との間に介在される第2のブラケットと、
2つの前記第2のバッテリモジュールの前記放熱部材側の第5端面同士を連結するとともに、前記第2のバッテリモジュールの前記第5側面と、前記第2の支持部材との間に介在される第3のブラケットと、
を備える
請求項1または2に記載のバッテリユニット。 - 前記放熱部材は、前記第1のバッテリモジュールおよび前記第2のバッテリモジュールの各々と前記放熱部材とが並ぶ方向から見て前記第1のバッテリモジュールおよび前記第2のバッテリモジュールよりも外側に位置する外縁を有する、
請求項1から3のいずれか1項に記載のバッテリユニット。 - 前記締結部材挿通部は、前記放熱部材から前記第1のブラケットよりも突出している、
請求項1から4のいずれか1項に記載のバッテリユニット。 - 前記第1のバッテリモジュールおよび前記第2のバッテリモジュールの各々は、外部機器に電気的に接続される接続部を備え、
前記接続部は、前記第1のバッテリモジュールおよび前記第2のバッテリモジュールの各々を挟んで前記放熱部材とは反対側から見える、
請求項1から5のいずれか1項に記載のバッテリユニット。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載のバッテリユニットと、
前記バッテリユニットを制御する制御機器と、
を備え、
前記バッテリユニットは、外部空間と、前記制御機器が配置された制御機器空間と、前記放熱部材を冷却する冷却風が流れる冷却空間と、から独立した収容空間に配置されている、
車両用蓄電池装置。 - 前記収容空間と前記冷却空間とを仕切って互いに独立させる仕切部材と、
複数の前記バッテリユニットと、
を備え、
前記放熱部材の前記一面は、前記仕切部材に対して接触し、
前記複数のバッテリユニットは、前記締結部材挿通部に挿通された前記締結部材により前記仕切部材に固定されて並んでいる、
請求項7に記載の車両用蓄電池装置。 - 前記締結部材挿通部および前記放熱部材は、前記締結部材により前記仕切部材に対して共締めされている、
請求項8に記載の車両用蓄電池装置。 - 前記収容空間は、前記バッテリユニットを挟んで前記仕切部材とは反対側に開放可能に形成されている、
請求項8または9に記載の車両用蓄電池装置。 - 前記バッテリユニットおよび前記制御機器を保持するハウジングを備え、
前記制御機器は、高圧機器と低圧機器とを含み、
前記低圧機器は、前記制御機器空間のうち、前記高圧機器が配置された高圧機器空間から分離され、前記ハウジングの長手方向を挟んで前記高圧機器空間とは反対側に位置する低圧機器空間に配置されている、
請求項7から10のいずれか1項に記載の車両用蓄電池装置。
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