JP2011198688A - 車両用電池トレーおよびこれを備えた車両用電池装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で冷却効果の優れた車両用電池トレーおよびそれを用いた車両用電池装置を提供する。
【解決手段】熱交換器とポンプとの間に接続され冷媒が循環される第１冷媒通路２５を有し、複数の電池サブモジュール１１を収容する第１枠部材２１と、第１冷媒通路に連通する第２冷媒通路２６を有し、第１枠部材に接合連結されて複数のサブモジュール収容部２２を区画する第２枠部材２３と、第１枠部材に連結され電池サブモジュールを支持する底面部２４とを備え、各サブモジュール収容部内に対応する電池サブモジュールが収容され、第２枠部材は電池サブモジュールに接触して電池サブモジュールを冷却する。
【選択図】図５

Description

本発明は、電気自動車あるいはハイブリッド車に搭載可能な車両用電池トレーおよびこれを備えた車両用電池装置に関するものである。

電気自動車やハイブリッド車に搭載される電池として、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池が実用化されているが、これらの電池は、充放電時の発熱量が大きく、また、電池性能として温度依存性を有するため、温度が上昇した状態で使用を継続すると、電池の寿命が短くなる事態を招来する。特に、多数の電池セルを積層して構成した電池においては、積層された中央部の電池セルに熱がこもって高温の環境下にさらされるため、１つの電池セルが熱的劣化で限界となると、電池全体が使用できなくなり、すべての電池セルを交換する必要が生ずる。

このような車両用電池を冷却するものとして、従来、特許文献１および特許文献２に記載されたものが知られている。

特許文献１に記載のものは、各電池積層体の隙間へ空気を通すことで、電池の温度上昇を抑えるようにしたものであり、また、特許文献２に記載のものは、ウォータジャケットと伝熱部材を組み合わせることで、バッテリボックス内の温度を下げるようにしたものである。

特開２００１−３２５９９６号公報 特開２００３−２９１６５６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものは、空冷によって電池の温度上昇を抑えるものであるため、電池の冷却効果が限定的なものとなる。これに対して、特許文献２に記載のものは、水冷によって電池の温度上昇を抑えるものであるため、特許文献１に記載のものに比べれば、電池の冷却効果を高めることができるが、ウォータジャケットを搭載する必要があることから、電池が大型化する問題がある。

本発明は、上述した従来の問題を解消するためになされたもので、小型で冷却効果の優れた車両用電池トレーおよびそれを用いた車両用電池装置を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、複数の電池サブモジュールを収容する車両用電池トレーであって、各電池サブモジュールは、複数の板状の電池セルが積層されて構成され、熱交換器とポンプとの間に接続され冷媒が循環される第１冷媒通路を有し、前記複数の電池サブモジュールを収容する第１枠部材と、前記第１冷媒通路に連通する第２冷媒通路を有し、前記第１枠部材に接合連結されて複数のサブモジュール収容部を区画する第２枠部材と、前記第１枠部材と連結され前記電池サブモジュールを支持する底面部とを備え、前記各サブモジュール収容部内に対応する電池サブモジュールが収容され、前記第２枠部材は前記電池サブモジュールに接触して当該電池サブモジュールを冷却することである。

請求項２に係る発明の特徴は、請求項１において、前記第１枠部材および前記第２枠部材は、アルミ成形によって中空状に成形されていることである。

請求項３に係る発明の特徴は、請求項１に記載の車両用トレーを備えた車両用電池装置であって、複数の電池セルが起立状態で積層され電気的に直列に接続されて前記電池サブモジュールを構成し、前記各電池サブモジュールの最端部に位置する前記電池セルの少なくとも中央部分が前記第１枠部材および前記第２枠部材に接触することである。

請求項４に係る発明の特徴は、請求項３において、前記電池サブモジュールは、絶縁性を有する熱伝導部材を介して前記第１枠部材および前記第２枠部材に接触することである。

請求項５に係る発明の特徴は、請求項３または請求項４において、前記第２枠部材は複数のうちの１つであり、複数の第２枠部材は少なくとも２つ備え、前記サブモジュール収容部は少なくとも３つに区画され、セル積層方向における各電池サブモジュールの長さは等しく、セル積層方向における前記各第２枠部材の幅は等しいことである。

請求項６に係る発明の特徴は、請求項３または請求項４において、前記第２枠部材は複数のうちの１つであり、複数の第２枠部材は少なくとも３つ備え、前記サブモジュール収容部は少なくとも４つに区画され、セル積層方向における前記第２枠部材の幅はセル積層方向の中央部に位置するものほど大きいことである。

請求項７に係る発明の特徴は、請求項３または請求項４において、前記第２枠部材は複数のうちの１つであり、複数の第２枠部材は少なくとも２つ備え、前記サブモジュール収容部は少なくとも３つに区画され、セル積層方向における前記電池サブモジュールの長さは前記セル積層方向の中央部に位置するものほど短いことである。

請求項８に係る発明の特徴は、請求項３ないし請求項７のいずれか１項において、前記熱交換器として冷却用熱交換器および暖機用熱交換器を備え、これら冷却用熱交換器および暖機用熱交換器が前記第１冷媒通路に選択的に接続可能であることである。

上記のように構成した請求項１に係る発明によれば、熱交換器とポンプとの間に接続され冷媒が循環される第１冷媒通路を有し、複数の電池サブモジュールを収容する第１枠部材と、第１冷媒通路に連通する第２冷媒通路を有し、第１枠部材に接合連結されて複数のサブモジュール収容部を区画する第２枠部材と、第１枠部材と連結され電池サブモジュールを支持する底面部とを備え、各サブモジュール収容部内に対応する電池サブモジュールが収容され、第２枠部材は電池サブモジュールに接触して電池サブモジュールを冷却するように構成されている。

これにより、所要の容量を得るに必要な枚数の電池セルを分割して収容可能で、かつ複数のサブモジュール収容部に収容される複数の電池サブモジュールを両端部より効率的に冷却可能な車両用電池トレーを得ることができる。

請求項２に係る発明によれば、第１枠部材および第２枠部材は、アルミ成形によって中空状に成形されているので、中空部を第１冷媒通路および第２冷媒通路として利用することができるとともに、第１枠部材および第２枠部材の熱伝導性を良好に保つことができ、電池セルを効率的に冷却することができる。

請求項３に係る発明によれば、複数の電池セルが起立状態で積層され電気的に直列に接続されて電池サブモジュールを構成し、各電池サブモジュールの最端部に位置する電池セルの少なくとも中央部分が第１枠部材および第２枠部材に接触する。

これにより、各電池サブモジュールを構成する電池セルの積層枚数を少なくすることができるので、各電池サブモジュールの中央部に位置する電池セルに熱がこもりにくくすることができる。しかも、各電池サブモジュールは、第１枠部材および第２枠部材内を流れる冷媒によってその両端部より効率的に冷却されるため、多数の電池セルの温度上昇を抑制することができ、車両用電池装置の寿命を向上することができる。さらには、電池セルの効率的な冷却によって、電池セルの性能を維持向上できることから、車両用電池装置に要求される出力以上の電池セルを備える必要がなく、車両用電池装置の小型化および軽量化を達成できる。

請求項４に係る発明によれば、電池サブモジュールは、絶縁性を有する熱伝導部材を介して第１枠部材および第２枠部材に接触するので、第１枠部材および第２枠部材と電池セルとの各間を電気的に絶縁しながら、電池セルの熱を熱伝導部材に効率よく伝導することができ、電池セルの冷却効率を高めることができる。

請求項５に係る発明によれば、複数の第２枠部材は少なくとも２つ備え、サブモジュール収容部は少なくとも３つに区画され、セル積層方向における各電池サブモジュールの長さは等しく、セル積層方向における各第２枠部材の幅は等しいので、各電池サブモジュールの電池セル積層方向の両端部からの冷却により、積層された中央部の電池セルに熱がこもって電池セルが熱的劣化する事態を抑制することができ、全ての電池セルの温度上昇を抑制して、電池セル全体の寿命を向上することができる。また、各サブモジュール収容部に収容される電池サブモジュールを、同じ枚数の電池セルを積層した同一構成のものとすることができる。

請求項６に係る発明によれば、複数の第２枠部材は少なくとも３つ備え、サブモジュール収容部は少なくとも４つに区画され、セル積層方向における第２枠部材の幅はセル積層方向の中央部に位置するものほど大きいので、中央部に位置する第２枠部材の第２冷媒通路の流路面積を大きく確保することができる。これによって、中央部に位置する第２冷媒通路を流れる冷媒による冷却効果を高めることができることから、中央部寄りに配置された電池サブモジュールの電池セルの冷却効果を向上でき、電池セル全体の温度をより一層均等化することができる。

請求項７に係る発明によれば、複数の第２枠部材は少なくとも２つ備え、サブモジュール収容部は少なくとも３つに区画され、セル積層方向における電池サブモジュールの長さはセル積層方向の中央部に位置するものほど短いので、中央に位置する電池サブモジュールの電池セル積層枚数を少なくすることができる。これによって、中央寄りに位置する電池サブモジュールほど冷却効果を高めることができ、電池セル全体の温度をより一層均等化することができる。

請求項８に係る発明によれば、熱交換器として冷却用熱交換器および暖機用熱交換器を備え、これら冷却用熱交換器および暖機用熱交換器が第１冷媒通路に選択的に接続可能であるので、冷却用熱交換器を用いて上記した電池セルの温度上昇を抑制できる効果を奏することは勿論、冬季や寒冷地における電池セルの低温時の出力低下を抑制することもできる。

本発明の第１の実施の形態を示す車両用電池装置の概略構成を示す図である。 第１の実施の形態における車両用電池トレーの概略平面図である。 車両用電池トレーを切断した状態を示す断面図である。 車両用電池トレーに収容された電池サブモジュールを示す平面図である。 図４の５−５線に沿って切断した断面図である。 車両用電池トレーのサブモジュール収容部と第２枠部材との構成例を示す図である。 車両用電池トレーのサブモジュール収容部と第２枠部材との別の構成例を示す図である。 車両用電池トレーのサブモジュール収容部と第２枠部材との別の構成例を示す図である。 車両用電池トレーのサブモジュール収容部と第２枠部材とのさらに別の構成例を示す図である。 車両用電池トレーの変形例を示す図である。 第２の実施の形態を示す車両用電池トレーの概略平面図である。

以下本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。車両用電池装置１０は、図１に示すように、後述する車両用電池トレーに間隔を有して収容される複数の電池サブモジュール１１からなる電池モジュール１２を備えている。これら電池サブモジュール１１は板状をなす薄肉の複数の電池セル１３を積層して構成され、積層された電池セル１３同士は電気的に直列に接続されている。隣り合う電池サブモジュール１１同士は、端子ケーブル１４によって電気的に直列に接続されている。両側の電池サブモジュール１１の陽極端子および陰極端子は、端子ケーブル１５、１６を介して電気自動車あるいはハイブリッド車のモータ制御ユニット１７に接続され、モータを駆動する駆動源として供されるようになっている。

車両用電池トレー２０は、図２ないし図５に示すように、第１枠部材としてのメインフレーム２１と、メインフレーム２１の内面に両端を接合連結され、メインフレーム２１を矩形状の複数のサブモジュール収容部２２に分割する第２枠部材としての複数（実施の形態においては５個）のサブステー２３と、各サブモジュール収容部２２に収容される電池サブモジュール１１を支持する底面部２４とを備えている。

メインフレーム２１は、電池セル１３の積層方向に延在する断面矩形状の平行な一対の枠部２１ａと、これら枠部１２ａの両端部に接続された断面矩形状の平行な一対の枠部２１ｂとによって構成され、矩形状の外周面２１ｃと矩形状の内周面２１ｄを備えている。電池セル１３の積層方向と直角な方向に延在する断面矩形状の複数のサブステー２３は、電池セル１３の積層方向に所定の間隔を有して平行に配置され、各両端部をメインフレーム２１の内周面２１ｄ（枠部２１ａの内面）にそれぞれ接合されている。これによって、電池セル１３の積層方向に平面視で縦長のサブモジュール収容部２２を水平方向に複数（実施の形態においては６個）形成している。なお、メインフレーム２１およびサブステー２３は、例えば、アルミ材からなり、アルミ押し出し成形によって製作されている。

メインフレーム２１には、後述する供給ポンプと熱交換器との間に接続され、枠部２１ａ、２１ｂに沿って冷媒を流通（循環）させる第１冷媒通路２５がエンドレス状に形成されている。また、複数のサブステー２３には、冷媒を流通させる第２冷媒通路２６がそれぞれ貫通して形成されている。複数のサブステー２３に形成された各第２冷媒通路２６の両端は、メインフレーム２１に形成された第１冷媒通路２５にそれぞれ開口され、両冷媒通路２５、２６は互いに連通されている。

メインフレーム２１には、図２に示すように、第１冷媒通路２５に供給通路２９を介して冷媒を供給する供給ポンプ２７と、両冷媒通路２５、２６を循環した冷媒を戻り通路３０を介して回収して熱交換（冷却）する熱交換器２８が接続されている。熱交換器２８によって熱交換（冷却）された冷媒は、吸入通路３１を介して供給ポンプ２７に吸入される。熱交換器２８には、冷媒を導入する導入通路３２が接続されている。この場合、冷媒としては、水でも油でもよいが、電池セル１３の劣化に繋がる温度付近（例えば、５０〜７０℃）を沸点とするものを用いるのが望ましい。一例として、住友スリーエム株式会社製のフッ素系液体（商品名：ノベックＨＦＥ７１００、７２００等）が好適である。

なお、供給ポンプ２７より供給された冷媒が、両冷媒通路２５、２６を隈なく循環して熱交換器２８に回収されるように、実施の形態においては、図２に示すように、供給ポンプ２７は、メインフレーム２１の一方の枠部２１ａの一端（図２の右端）に接続され、熱交換器２８は、メインフレーム２１の他方の枠部２１ａの一端（図２の右端）に接続されている。この際、供給ポンプ２７より供給された冷媒を第１冷媒通路２５に効率よく流通させるために、メインフレーム２１の一方の枠部２１ｂ（図２の右側）の途中の通路面積を制限するようにすることもできる。

各サブモジュール収容部２２は、図４および図５に示すように、メインフレーム２１とサブステー２３とによって区画形成される。各電池サブモジュール１１を構成する複数の電池セル１３が底面部２４上に起立状態で水平方向に積層されて対応するサブモジュール収容部２２内に収容され、複数の電池セル１３は電気的に直列に接続されている。各電池サブモジュール１１の最端部に位置する電池セル１３と対向するメインフレーム２１の内周面２１ｄとの間、同じく最端部に位置する電池セル１３と対向するサブステー２３の端面との間には、絶縁性を有する板状の熱伝導部材３３が介挿され、電池サブモジュール１１とメインフレーム２１およびサブステー２３との間を電気的に絶縁している。熱伝導部材３３は、電池セル１３とほぼ同じ大きさを有し、熱伝導部材３３の一方の面は、最端部の電池セル１３とほぼ全面で接触し、熱伝導部材３３の他方の面は、少なくともその中央部分でメインフレーム２１の内周面２１ｄあるいはサブステー２３の端面に接触している。絶縁性を有する熱伝導部材３３は、例えば、絶縁材料（樹脂）内に熱伝導性の高い粒状の金属材料を混在させたもので、一例として、Bergquist社製の「Gap Pad 3000」を使用できる。

なお、図中３４は、車両用電池トレー２０が設置される車両フレームの前部あるいは後部に設けられたトレー置台を示す。

上記した構成の車両用電池装置１０の組み立て手順について説明する。メインフレーム２１内をサブステー２３によって複数に区画された車両用トレー２０の各サブモジュール収容部２２には、複数の電池セル１３が起立状態で積層された電池サブモジュール１１が収容され、電池サブモジュール１１とメインフレーム２１の内周面２１ｄあるいはサブステー２３の端面との各間にはそれぞれ熱伝導部材３３が介挿される。これにより、複数の電池サブモジュール１１は、セル積層方向に間隔を有して収容される。各電池サブモジュール１１を構成する複数の電池セル１３同士は電気的に直列に接続され、隣合う電池サブモジュール１１同士は端子ケーブル１４を介して電気的に直列に接続される。

この場合、電池セル１３を車両用トレー２０の各サブモジュール収容部２２に収容するのに先立って、複数の電池セル１３を挟んで、両側の熱伝導部材３３間をボルト等により一体的に結合して、電池サブモジュール１１をサブアッシ化し、この状態で、熱伝導部材３３を含む電池サブモジュール１１を車両用トレー２０の各サブモジュール収容部２２に収容することもできる。

次に、第１の実施の形態の車両用電池装置１０の作用について説明する。複数の電池サブモジュール１１を分割して収容した車両用電池トレー２０が、車両フレームのトレー置台３４に設置され、供給ポンプ２７に接続された供給通路２９および熱交換器２８に接続された戻り通路３０が、メインフレーム２１に接続される。

供給ポンプ２７が駆動されると、供給通路２０を介して冷媒が車両用電池トレー２０の第１冷媒通路２５に供給され、第１冷媒通路２５および第２冷媒通路２６を循環する。両冷媒通路２５、２６を循環した冷媒は、戻り通路３０を介して熱交換器２８に戻される。

充放電によって複数の電池サブモジュール１１を構成する電池セル１３が発熱するが、電池セル１３から発生した熱は、電池サブモジュール１１の両側に配置された熱伝導部材３３に伝導されて放熱され、熱伝導部材３３が温度上昇する。第１枠部材２１および第２枠部材２３と接触する熱伝導部材３３の中央付近は、第１枠部材２１および第２枠部材２３内を流れる冷媒によって冷却され、第１枠部材２１および第２枠部材２３と接触しない熱伝導部材３３の部分は空冷され、電池セル１３の温度上昇が抑制される。

特に、本実施の形態においては、複数の電池サブモジュール１１に分割されているため、１つの電池サブモジュール１１を構成する電池セル１３の積層枚数を少なくすることができる。これによって、各電池サブモジュール１１の中央部に位置する電池セル１３に熱がこもりにくくすることができる。しかも、各電池サブモジュール１１は、２つの熱伝導部材３３の間に配置され、電池セル１３から発生した熱は熱伝導部材３３に効率よく伝導して放熱することができるとともに、温度上昇した熱伝導部材３３がメインフレーム２１およびサブステー２３内を流れる冷媒によって冷却されるため、多数の電池セル１３の温度上昇を効果的に抑制することができる。

従って、多数の電池セル１３によって構成される電池モジュール１２であっても、電池セル１３全体を効率よく冷却することができ、セル積層方向の中央部に位置する電池セル１３の熱的劣化を防止し、すべての電池セル１３の寿命を向上することができるようになる。このように、電池セル１３の性能を維持向上することができることから、車両用電池装置１０に要求される出力以上の電池セル１３を備える必要がなく、車両用電池装置１０の小型かつ軽量化に寄与する。

この際、冷媒として、電池セル１３の劣化に繋がる温度付近を沸点とするものを用いれば、電池セル１３の劣化が始まる温度付近まで冷媒の温度が上昇した場合、局部的に冷媒が沸騰して気化することで、冷却効果をさらに高めることができる。

第１冷媒通路２５および第２冷媒通路２６を循環して温度上昇した冷媒は、戻り通路３０を介して熱交換器２８に戻され、熱交換器２８において冷風等によって冷却された状態で、再び供給ポンプ２７に送り込まれる。

上記した第１の実施の形態によれば、熱交換器２８と供給ポンプ２７との間に接続され冷媒が循環される第１冷媒通路２５を有し、複数の電池サブモジュール１１を収容するメインフレーム（第１枠部材）２１と、第１冷媒通路２５に連通する第２冷媒通路２６を有し、メインフレーム２１の内周面２１ｄに接合連結されて複数のサブモジュール収容部２２を区画するサブステー（第２枠部材）２３と、メインフレーム２１に連結され電池サブモジュール１１を支持する底面部２４とを備え、各サブモジュール収容部２２内に対応する電池サブモジュール１１が収容され、サブステー２３は電池サブモジュール１１に接触して電池サブモジュール１１を冷却するように構成されている。

これにより、所要の容量を得るに必要な枚数の電池セル１３を分割して収容可能で、かつ複数のサブモジュール収容部２２に収容される複数の電池サブモジュール１１を両端部より効率的に冷却可能な車両用電池トレー２０を得ることができる。

また、上記した第１の実施の形態によれば、メインフレーム２１およびサブステー２３が、アルミ成形によって中空状に成形されているので、中空部を第１冷媒通路２５および第２冷媒通路２６として利用することができるとともに、メインフレーム２１およびサブステー２３の熱伝導性を良好に保つことができ、電池セル１３を効率的に冷却することができる。

また、上記した第１の実施の形態によれば、上記した車両用電池トレー２０の複数のサブモジュール収容部２２に、複数の板状の電池セル１３が起立状態で積層され電気的に直列に接続されてそれぞれ収容される複数の電池サブモジュール１１を有し、各電池サブモジュール１１の最端部に位置する電池セル１３の中央部分が熱伝導部材３３を介してメインフレーム２１およびサブステー２３に接触されている。

このように、複数の電池サブモジュール１１に分割したことによって、各電池サブモジュール１１を構成する電池セル１３の積層枚数を少なくすることができるので、各電池サブモジュール１１の中央部に位置する電池セル１３に熱がこもりにくくすることができる。

しかも、各電池サブモジュール１１は、メインフレーム２１およびサブステー２３内を流れる冷媒によってその両端部より効率的に冷却されるため、多数の電池セル１３の温度上昇を抑制することができ、車両用電池装置１０の寿命を向上することができる。

さらには、電池セル１３の効率的な冷却によって、電池セル１３の性能を維持向上できることから、車両用電池装置１０に要求される出力以上の電池セル１３を余裕をもって備える必要がなく、車両用電池装置１０の小型化および軽量化を達成できる。

さらに、上記した第１の実施の形態によれば、電池サブモジュール１１は、絶縁性を有する熱伝導部材３３を介してメインフレーム１２およびサブステー２３に接触するので、メインフレーム１２およびサブステー２３と電池セル１３との各間を電気的に絶縁しながら、電池セル１３の熱を熱伝導部材３３に効率よく伝導して冷却することができ、電池セル１３の冷却効率を高めることができる。

図６ないし図９は、車両用電池トレー２０の各種の構成を示すもので、図６は、電池サブモジュール１１が収容される複数のサブモジュール収容部２２の電池セル積層方向の長さ寸法Ｐ１を全て同一にするとともに、サブモジュール収容部２２を複数に区画する複数のサブステー２３の電池セル積層方向の幅寸法ｎ１を全て同一にしたものである。

図６に示す車両用電池トレー２０によれば、所要の出力を得るに必要な枚数の電池セル１３を隙間なく配設する場合に比べ、各電池サブモジュール１１の電池セル積層方向の両端部からの冷却により、積層された中央部の電池セル１３に熱がこもって電池セル１３が熱的劣化する事態を抑制することができ、全ての電池セル１３の温度上昇を抑制して、電池セル１３全体の寿命を向上することができる。また、各サブモジュール収容部２２に収容される電池サブモジュール１１を、同じ枚数の電池セル１３を積層した同一構成のものとすることができる。

なお、図６においては、５つのサブステー２３によって電池サブモジュール１１を収容するサブモジュール収容部２２を６つに区画した例で示しているが、車両用電池トレー２０は、少なくとも２つのサブステー２３によって、サブモジュール収容部２２を３つに区画するものであればよい。

また、図７は、サブモジュール収容部２２を複数に仕切る複数のサブステー２３の電池セル積層方向の幅寸法を、中央に近いものほど大きくして、第２冷媒通路２６の流路面積を大きくできるようにし、中央側に位置するサブモジュール収容部２２に収容される電池サブモジュール１１の冷却効果をより高めるようにしたものである。すなわち、複数（図７においては５つ）のサブステー２３のうち、中央に位置するサブステー２３の幅寸法を最も大きなｎ３とし、両側に位置する２つのサブステー２３の幅寸法を最も小さなｎ１とし、中央と両側の中間に位置する２つのサブステー２３の幅寸法をｎ１とｎ３の中間の大きさのｎ２（ｎ１＞ｎ２＞ｎ３）としたものである。なお、電池サブモジュール１１が収容される複数のサブモジュール収容部２２の電池セル積層方向の長さ寸法Ｐ１は、図６に示したものと同様に全て同一にしている。

図７に示す車両用電池トレー２０によれば、第２冷媒通路２６の流路面積を大きくできることから、各電池サブモジュール１１を等間隔に配設したものに比べ、中央に位置するサブステー２３を流れる冷媒による冷却効果が高められる。すなわち、電池モジュール１２が複数の電池サブモジュール１１に分割されてそれらの間で冷却されるといえども、中央寄りに位置する電池サブモジュール１１ほど、両側に位置する電池サブモジュール１１より温度上昇しやすくなるが、図７に示すように構成することにより、中央部に位置する電池サブモジュール１１の電池セル１３の冷却効果を高めて、電池セル１３全体をより均等に冷却することができる。

なお、図７に示す車両用電池トレー２０は、少なくとも３つのサブステー２３によって、サブモジュール収容部２２を４つに分割するものに適用可能である。

図８は、電池サブモジュール１１が収容される複数のサブモジュール収容部２２の電池セル積層方向の長さ寸法を、中央に近いものほど小さくして、中央側に位置するサブモジュール収容部２２に収容される電池サブモジュール１１の冷却効果をより高めるようにしたものである。なお、サブモジュール収容部２２を複数に区画する複数のサブステー２３の電池セル積層方向の幅寸法ｎ１は全て同一にしている。

すなわち、図８に示す車両用電池トレー２０においては、複数（図８においては６つ）のサブモジュール収容部２２のうち、中央に位置する２つのサブモジュール収容部２２の長さ寸法を最も小さなＰ３として、電池セル１３の積層枚数を少なくし、両側に位置する２つのサブモジュール収容部２２の長さ寸法を最も大きなＰ１として、電池セル１３の積層枚数を多くし、中央と両側の中間に位置する２つのサブモジュール収容部２２の長さ寸法をＰ１とＰ３の中間の大きさのＰ２（Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３）としたものである。なお、図８に示す車両用電池トレー２０は、少なくとも２つのサブステー２３によって、サブモジュール収容部２２を３つに区画するものに適用可能である。

図８に示す車両用電池トレー２０によれば、中央に位置する電池サブモジュール１１の電池セル積層枚数を少なくできることにより、中央寄りに位置する電池サブモジュール１１ほど冷却効果を高めることができ、図７に示す車両用電池トレー２０と同様に、電池セル１３全体をより均等に冷却することができる。

さらに、図９は、上記した図７と図８の構成を組み合わせたもので、複数のサブモジュール収容部２２に区画する複数のサブステー２３の電池セル積層方向の幅寸法を、中央に近いものほど大きくするとともに、電池サブモジュール１１が収容される複数のサブモジュール収容部２２の電池セル積層方向の長さ寸法を、中央に近いものほど小さくしたものであり、これによれば、図７あるいは図８に示した車両用電池トレー２０に比較して、電池セル１３をさらに一層均等に冷却できるようになる。

なお、図９に示す車両用電池トレー２０は、少なくとも３つのサブステー２３によって、サブモジュール収容部２２を４つに分割するものに適用可能である。

図１０は、車両用電池トレー２０の変形例を示すもので、上記した実施の形態と異なる点は、実施の形態においては、電池セル積層方向に複数のサブモジュール収容部２２を配置した例について述べたが、変形例においては、電池セル積層方向およびそれと直角方向に複数のサブモジュール収容部２２を配置したことである。

すなわち、変形例における車両用電池トレー２０は、図１０に示すように、水平方向に包囲する断面矩形状の第１枠部材としてのメインフレーム１２１の内周面に、電池セル積層方向と直角の方向に延在された断面矩形状の第２枠部材としての第１のサブステー１２３ａの両端を接合連結し、この第１のサブステー１２３ａの中央部両側とメインフレーム２１の内周面とをそれぞれ接合連結する第２のサブステー１２３ｂと、複数のサブモジュール収容部２２にそれぞれ収容される複数の電池サブモジュール１１を支持する底面部１２４とを備えている。

メインフレーム１２１には、第１の実施の形態で述べたと同様に、外枠部に沿って冷媒を流通させる第１冷媒通路２５がエンドレス状に形成され、また、第１および第２のサブステー１２３ａ、１２３ｂには、冷媒を流通させる第２冷媒通路２６ａ、２６ｂが貫通して形成され、これら冷媒通路２５、２６ａ、２６ｂは互いに連通されている。メインフレーム１２１には、第１冷媒通路２５に冷媒を供給する供給ポンプ２７と、両冷媒通路２５、２６ａ、２６ｂを循環した冷媒を回収して熱交換（冷却）する熱交換器２８がそれぞれ接続されている。なお、第１の実施の形態で述べたと同一の構成部品については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。

このように、変形例においては、サブステー１２３ａ、１２３ｂを格子状に配置したことにより、複数のサブモジュール収容部２２を電池セル積層方向およびそれと直角方向に配置することができる。これによって、車両の設置スペースに応じた車両用トレー２０を容易に構成することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態を図１１に基づいて説明する。上記した第１の実施の形態と異なる点は、熱交換器として、冷却用熱交換器２８ａおよび暖気用熱交換器２８ｂを備え、図略のコントローラからの指令に応じて、冷却用熱交換器２８ａおよび暖気用熱交換器２８ｂを選択的に使用できるようにしたことである。

図１１において、第１枠部材としてのメインフレーム２１には、第１の実施の形態で述べたと同様に、外枠部に沿って冷却用媒体あるいは暖気用媒体を流通させる第１流通路１２５がエンドレス状に形成され、第２枠部材としての複数のサブステー２３には、枠部に沿って冷却用媒体あるいは暖気用媒体を流通させる第２流通路１２６が形成され、これら流通路１２５、１２６は互いに接続されている。

メインフレーム２１の第１流通路１２５に供給通路２９を介して冷却用媒体あるいは暖気用媒体を供給する供給ポンプ２７には、コントローラからの指令に応じて切替えられる切替弁４１を介して冷却用熱交換器２８ａおよび暖気用熱交換器２８ｂが接続されている。また、第１流通路１２５に接続する戻り通路３０には、コントローラからの指令に応じて切替えられる切替弁４２を介して冷却用熱交換器２８ａおよび暖気用熱交換器２８ｂが接続されている。そして、コントローラからの指令に応じて、冷却用熱交換器２８ａおよび暖気用熱交換器２８ｂが選択的に作動されるとともに、切替弁４１、４２が切替えられるようになっている。

第２の実施の形態においては、通常時には、図略のコントローラからの指令に基づいて冷却用熱交換器２８ａが選択作動されるとともに、切替弁４１が切替えられ、供給ポンプ２７より冷却用媒体が供給通路２９を介してメインフレーム２１の第１流通路１２５内に供給される。そして、冷却用媒体はメインフレーム２１およびサブステー２３の各流通路１２５、１２６を循環して、戻り通路３０より切替弁４２を介して冷却用熱交換器２８ａに戻される。これによって、第１の実施の形態で述べたと同様に、車両用電池装置１０の充放電によって温度上昇する電池セル１３を冷却して電池セル１３の熱的劣化を抑制し、車両用電池装置１０の寿命を向上する。

一方、冬季や寒冷地において車両を使う場合には、コントローラからの指令に基づいて暖気用熱交換器２８ｂが選択作動されるとともに、切替弁４１が切替えられ、供給ポンプ２７より暖気用媒体が供給通路２９を介してメインフレーム２１の第１流通路１２５内に供給される。そして、暖気用媒体はメインフレーム２１およびサブステー２３の各流通路１２５、１２６を循環して、戻り通路３０を介して暖気用熱交換器２８ｂに戻される。これによって、電池セル１３の低温時の出力低下を抑制し、車両用電池装置１０の効率を向上することができる。

上記した実施の形態においては、絶縁性を有する熱伝導部材３３を、第１枠部材（メインフレーム）２１および第２枠部材（サブステー）２３と電池サブモジュール１１とのセル積層方向の各間に配置した例について述べたが、熱熱伝導部材３３は、セル積層方向と直交する第１枠部材（メインフレーム）２１の内周面２１ｄと電池サブモジュール１１との各間、あるいは／および、電池サブモジュール１１の下面とこれを支持する底面部２４との各間に配置してもよい。

また、上記した実施の形態においては、複数のサブモジュール収容部２２に、複数の電池セル１３を積層した電池サブモジュール１１の両側に、絶縁性を有する熱伝導部材３３を配置した例について述べたが、本発明にとって必ずしも熱伝導部材３３は必要ではなく、第１枠部材（メインフレーム）２１および第２枠部材（サブステー）２３として、絶縁性を有しかつ熱伝導性の優れた材質のものを用いる場合には、電池サブモジュール１１の両側を直接第１枠部材２１や第２枠部材２３に接触させることもできる。

さらに、上記した実施の形態においては、５個のサブステー２３によって、サブモジュール収容部２２を６つに分割する例で説明したが、電池サブモジュール１１を幾つに分割するかは、要求される電池容量や冷却効率に応じて適宜決定すればよく、最小限電池サブモジュール１１を２つに分割することによって上述した効果を奏することができる。

斯様に、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の形態を採り得るものである。

本発明に係る車両用電池トレーおよびこれを備えた車両用電池装置は、複数の電池セルを積層した複数の電池サブモジュールを分割して収容する電池トレーを用いるものに適している。

１０…車両用電池装置、１１…電池サブモジュール、１２…電池セル、２０…車両用電池トレー、２１…第１枠部材（メインフレーム）、２２…サブモジュール収容部、２３…第２枠部材（サブステー）、２４…底面部、２５…第１冷媒通路、２６…第２冷媒通路、２７…供給ポンプ、２８…熱交換器、３３…熱伝導部材。

Claims (8)

1. 複数の電池サブモジュールを収容する車両用電池トレーであって、各電池サブモジュールは、複数の板状の電池セルが積層されて構成され、
   熱交換器とポンプとの間に接続され冷媒が循環される第１冷媒通路を有し、前記複数の電池サブモジュールを収容する第１枠部材と、
   前記第１冷媒通路に連通する第２冷媒通路を有し、前記第１枠部材に接合連結されて複数のサブモジュール収容部を区画する第２枠部材と、
   前記第１枠部材と連結され前記電池サブモジュールを支持する底面部と、
   を備え、
   前記各サブモジュール収容部内に対応する電池サブモジュールが収容され、前記第２枠部材は前記電池サブモジュールに接触して当該電池サブモジュールを冷却することを特徴とする車両用電池トレー。
2. 請求項１において、前記第１枠部材および前記第２枠部材は、アルミ成形によって中空状に成形されていることを特徴とする車両用電池トレー。
3. 請求項１に記載の車両用トレーを備えた車両用電池装置であって、
   複数の電池セルが起立状態で積層され電気的に直列に接続されて前記電池サブモジュールを構成し、
   前記各電池サブモジュールの最端部に位置する前記電池セルの少なくとも中央部分が前記第１枠部材および前記第２枠部材に接触することを特徴とする車両用電池装置。
4. 請求項３において、前記電池サブモジュールは、絶縁性を有する熱伝導部材を介して前記第１枠部材および前記第２枠部材に接触することを特徴とする車両用電池装置。
5. 請求項３または請求項４において、前記第２枠部材は複数のうちの１つであり、複数の第２枠部材は少なくとも２つ備え、前記サブモジュール収容部は少なくとも３つに区画され、セル積層方向における各電池サブモジュールの長さは等しく、セル積層方向における前記各第２枠部材の幅は等しいことを特徴とする車両用電池装置。
6. 請求項３または請求項４において、前記第２枠部材は複数のうちの１つであり、複数の第２枠部材は少なくとも３つ備え、前記サブモジュール収容部は少なくとも４つに区画され、セル積層方向における前記第２枠部材の幅はセル積層方向の中央部に位置するものほど大きいことを特徴とする車両用電池装置。
7. 請求項３または請求項４において、前記第２枠部材は複数のうちの１つであり、複数の第２枠部材は少なくとも２つ備え、前記サブモジュール収容部は少なくとも３つに区画され、セル積層方向における前記電池サブモジュールの長さは前記セル積層方向の中央部に位置するものほど短いことを特徴とする車両用電池装置。
8. 請求項３ないし請求項７のいずれか１項において、前記熱交換器として冷却用熱交換器および暖機用熱交換器を備え、これら冷却用熱交換器および暖機用熱交換器が前記第１冷媒通路に選択的に接続可能であることを特徴とする車両用電池装置。

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