JP2012022830A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両振動が入力されても温調用の媒体ジャケットと外部の冷却回路との接続部位に応力が集中しないようにする。
【解決手段】組電池１００は、嵌合孔１１ｆが形成されたタブ１１ｔを縁部に有するバッテリ１０と、温調用媒体を流通させる内部媒体通路ＩＰを内部に有し、バッテリ１０の周辺に配置される媒体ジャケット２０と、温調用媒体を流通させる外部媒体通路ＯＰを内部に有し、嵌合孔１１ｆに嵌合され、嵌合孔１１ｆに嵌合された状態で外部媒体通路ＯＰと内部媒体通路ＩＰとを連通させる固定ブロック７０と、バッテリ１０、媒体ジャケット２０及び固定ブロック７０を連結し固定する固定ボルト８０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用電源装置、特に、その温度調節のための構成に関する。

特許文献１は、バッテリと絶縁冷却スペーサとを交互に積層し、この積層体を両側から端面プレートで挟み、端面プレート同士を積層方向に延びる固定バーによって連結した組電池を開示している。

絶縁冷却スペーサにはそれぞれ冷却パイプが設けられている。各冷却パイプは、連結部材で接続され、連結部材を介して組電池外部に配置される冷却回路に接続される。各冷却パイプには、連結部材を介して冷却回路から供給される冷却液が供給され、これによって絶縁冷却スペーサに接触するバッテリが冷却される。

特開２００９−９８５３号公報

上記構成では、連結部材が固定バーと別部材になっている。このため、車両振動に起因して連結部材と固定バーとの距離が変化すると、連結部材と冷却パイプとの接続部位に力が作用して応力が集中し、ひいては当該部位の劣化、損傷が起こる。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、温調用媒体を流通させる媒体ジャケットを用いてバッテリの温度調節を行う車両用電源装置において、媒体ジャケットを外部の温調回路に接続する部位に応力が集中しないようにすることを目的とする。

本発明のある態様によれば、バッテリ、媒体ジャケット、固定ブロック及び固定手段を備えた車両用電源装置が提供される。

バッテリは、嵌合孔が形成されたタブを縁部に有する。媒体ジャケットは、温調用媒体を流通させる内部媒体通路を内部に有し、バッテリの周辺に配置される。固定ブロックは、温調用媒体を流通させる外部媒体通路を内部に有し、嵌合孔に嵌合され、嵌合孔に嵌合された状態で外部媒体通路と内部媒体通路とを連通させる。固定手段は、バッテリ、媒体ジャケット及び固定ブロックを連結し固定する。

上記態様によれば、外部媒体通路と固定ブロック等との距離が変わることがない。したがって、車両振動等が作用しても外部媒体通路に力が作用して応力が集中することがなく、応力集中による外部媒体通路の劣化・損傷を防止することができる。

本発明の実施形態に係る組電池の全体構成図である。 図１のII-II断面図である。 図１のIII-III断面図である。 図２の丸Ｘで囲んだ部分の分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る組電池に接続される温調回路の回路図である。 本発明の実施形態に係る組電池の一部変形例である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る組電池１００の全体を示している。組電池１００は、組電池１００が搭載される車両の電源となるもので、バッテリ１０と、媒体ジャケット２０と、静電防止シート３０と、補強プレート４０と、バネ部材５０と、端面プレート６０とを備える。各部材は、固定ブロック７０及び固定ボルト８０によって連結・固定される。

バッテリ１０は、ラミネート型のバッテリセル１１を複数（この例では４つ）を積層して構成されるバッテリである。バッテリ１０はこれに限定されず、バッテリセル単体、角形電池であってもよい。

媒体ジャケット２０、静電防止シート３０及び補強プレート４０は、バッテリ１０とバッテリ１０との間に配置、挟持される。また、バネ部材５０は、バッテリ１０と端面プレート６０との間及びバッテリ１０と補強プレート４０との間に配置される（図２参照）。固定ブロック７０は、直接又はブラケットを介して、図示しないケーシング又は車体に取り付けられる。

図中左手前の固定ブロック７０の内部には、温調回路２００（図５参照）から供給される温調用媒体（例えば、絶縁油）を媒体ジャケット２０に供給する供給側媒体通路が形成されている。また、図中右手前の固定ブロック７０の内部には、媒体ジャケット２０から流出する温調用媒体を温調回路２００に戻す排出側媒体通路が形成される。

温調回路２００から供給される温調用媒体は、供給側媒体通路を介して媒体ジャケット２０に供給され、媒体ジャケット２０の周囲に配置されるバッテリ１０の冷却・加温に供される。バッテリ１０との熱交換によって温度が上昇又は低下した温調用媒体は、排出側媒体通路を介して温調回路２００に戻される。温調回路２００から供給される温調用媒体の温度を調整することにより、バッテリ１０の温度が適温に保たれる。

本実施形態では、図中左手前の固定ブロック７０に供給側媒体通路、図中右手前の固定ブロック７０に排出側媒体通路がそれぞれ形成しているが、これらの位置関係は逆でもよい。あるいは、対角線上に配置される固定ブロック７０にそれぞれ供給側媒体通路と、排出側媒体通路とを形成してもよい。

図２は図１のII-II断面を示し、図３は図１のIII-III断面を示している。また、図４は図２の丸Ｘで囲んだ部分の分解斜視図である。これらを参照しながら組電池１００の構成について詳しく説明する。

図２、図３に示されるように、固定ブロック７０は、温調回路２００との接続管７１ｐを側面に有するヘッド部７１と、ヘッド部７１からバッテリ１０の積層方向に延びる筒状部７２と、筒状部７２の途中から積層方向に対して直角方向に延び、筒状部７２に対して着脱可能な矩形フランジ部７３と、を備える。筒状部７２は矩形フランジ部７３が設けられる位置で上下に分割され、この結果、固定ブロック７０は第１ブロック７０ａ〜第４ブロック７０ｄに４分割される。

図２に示されるように、第１〜第３ブロック７０ａ〜７０ｃの内部には、温調用媒体を流通させる媒体通路（以下、「外部媒体通路」という。）ＯＰが形成されている。また、第１〜第４ブロック７０ａ〜７０ｄの内部には、図３に示されるように、固定ボルト８０を挿通するためのボルト孔８１が形成されている。

第１ブロック７０ａの矩形フランジ部７３の底面、第３ブロック７０ｃの矩形フランジ部７３の底面には、それぞれ媒体ジャケット２０の縁部２１を受け入れるための受け部７３ｒが形成されている（図２、４参照）。受け部７３ｒの形状・深さは、媒体ジャケット２０の縁部２１を隙間なく受け入れることができるよう、媒体ジャケット２０の縁部２１の形状・厚さと同じである。

媒体ジャケット２０の内部には、温調用媒体を流通させるための媒体流路（以下、「内部媒体通路」という。）ＩＰが形成されている。内部媒体通路ＩＰは、媒体ジャケット２０の縁部２１に形成される開口２２に接続している。温調用媒体は、この開口２２を介して媒体ジャケット２０内に供給される。

図２には温調用媒体の流れ方向を矢印で示している。温調回路２００から固定ブロック７０内の外部媒体通路ＯＰに流入した温調用媒体は、上下の媒体ジャケット２０へとそれぞれ分配され、それぞれの媒体ジャケット２０内へと供給される。

内部媒体通路ＩＰは媒体ジャケット２０の内部を蛇行するように配置され、これによって媒体ジャケット２０に接触するバッテリ１０の温度調節を面方向に均一に行われるようにする。内部媒体通路ＩＰの他端（不図示）は、媒体ジャケット２０の別の縁部に形成される開口（不図示）に接続し、この開口を介して媒体ジャケット２０外に温調用媒体が排出される。

媒体ジャケット２０の縁部２１が第１ブロック７０ａと第２ブロック７０ｂとの間、及び、第３ブロック７０ｃと第４ブロック７０ｄとの間に挟持されると、媒体ジャケット２０の縁部に開口する開口２２が外部媒体通路ＯＰと整列し、これによって外部媒体通路ＯＰと内部媒体通路ＩＰとが連通する。

各ブロック７０ａ〜７０ｄの矩形フランジ部７３は、第４ブロック７０ｄを除き、図４に示されるように、外部媒体通路ＯＰ及び開口よりも大きな径の環状溝７３ｇが形成されている。環状溝７３ｇにはゴム材料でできたＯリング９０が収装されている。Ｏリング９０が媒体ジャケット２０及び補強プレート４０に密着し、これらの部材の間の隙間がＯリング９０によって封止されることによって、各ブロックと媒体ジャケット２０との間、及び、各ブロックと補強プレート４０との間で液密が保たれる。

各バッテリセル１１は、図２、図３に示されるように、縁部から外側に延びるタブ１１ｔを有している。タブ１１ｔは固定ブロック７０の筒状部７２の外径と略同じ径の嵌合孔１１ｆを有している。嵌合孔１１ｆに固定ブロック７０の筒状部７２を嵌合させることによって、各バッテリ１０が固定ブロック７０に連結される。なお、嵌合孔１１ｆに筒状部７２を嵌合させる時には、当該嵌合を可能にすべく、矩形フランジ部７３が筒状部７２から一時的に取り外される。

静電防止シート３０は、バッテリ１０又は媒体ジャケット２０に接着される樹脂製のシートであり、組電池１００内部での静電気発生を防止する。補強プレート４０は、上下の端面プレート６０の略中間に配置され、固定ブロック７０同士を連結して補強するとともに、後述する端面プレート６０と同様にバネ部材５０を支持する板状部材である。

バネ部材５０は、端面プレート６０とバッテリ１０との間、及び、補強プレート４０とバッテリ１０との間、すなわち、媒体ジャケット２０からみてバッテリ１０の反対側に配置され、バッテリ１０を媒体ジャケット２０に向けて付勢する。バネ部材５０は、バッテリ１０の最大膨張量を吸収できるだけの十分な変形代を有しており、また、図２、３では簡略化して描かれているが、その付勢力が面方向で均一になるよう、複数かつ等間隔に配置される。バネ部材５０は、例えば、アルミ製の板バネである。

バネ部材５０がバッテリ１０を媒体ジャケット２０に向けて付勢することにより、バッテリ１０、静電防止シート３０及び媒体ジャケット２０が密着し、これにより、媒体ジャケット２０内を流れる温調用媒体とバッテリ１０との熱交換が効果的に行われる。

また、バネ部材５０は、充電による自己発熱、経時劣化等によるバッテリ１０の膨張を吸収し、膨張したバッテリ１０が他の部品に接触してバッテリ１０や他の部品が損傷しないようにする。また、バッテリ１０の膨張によって固定ブロック７０及び媒体ジャケット２０が変形するのを抑え、外部媒体通路ＯＰに応力が集中しないようにする。

端面プレート６０は、組電池１００の積層方向両端に配置され、組電池１００の上面全体及び下面全体を覆う板状部材である。図３に示されるように、ボルト孔８１にボルトスペーサ８２を嵌合させ、これに固定ボルト８０を挿入して締め付けることによって、組電池１００の各構成部品が連結・固定される。端面プレート６０は、バネ部材５０をバッテリ１０の反対側から支持し、バネ部材５０の付勢力を受けて変形しないよう、端面プレート６０には、バッテリ１０、バネ部材５０、よりも高剛性の部材が用いられる。

次に、温調回路２００の構成について説明する。

図５は、組電池１００に接続される温調回路２００の回路図である。組電池１００と温調回路２００は、固定ブロック７０の接続管７１ｐに接続されるゴムホース等によって連結される。これにより、車両振動によって組電池１００と温調回路２００との間の距離が変化しても、各部位に力が作用しないようになっている。

温調回路２００は、低温媒体生成器２１０と、電気ヒータ２２０と、媒体温度センサ２３０と、ポンプ２４０と、これらを接続する温調用媒体通路２５０と、制御装置２６０と、電池温度センサ２７０とで構成される回路であり、車両用空調システム３００と組み合わせられて動作する。

低温媒体生成器２１０は、低温媒体生成器２１０に流入する車両用空調システム３００の冷媒と低温媒体生成器２１０に流入する温調用媒体との間で熱交換を行わせ、低温の温調用媒体を生成する熱交換器である。

電気ヒータ２２０は、図示しない電源から電力の供給を受けて温調用媒体通路内を流れる温調用媒体を加熱し、高温の温調用媒体を生成するヒータである。

媒体温度センサ２３０は、組電池１００に供給される温調用媒体の温度を検出するセンサである。

ポンプ２４０は、図示しない電源から電力の供給を受けて駆動され、組電池１００から排出された温調用媒体を圧送し、温調回路２００から媒体ジャケット２０に温調用媒体を輸送するポンプである。

電池温度センサ２７０は、組電池１００の内部温度を検出するセンサである。

車両用空調システム３００は、コンプレッサ３１０と、コンデンサ３２０と、蒸発器３３０と、流路切換えバルブ３４０と、逆止弁３５０と、これらを接続する冷媒通路３６０とで構成される回路である。

コンプレッサ３１０は冷媒を圧縮するコンプレッサであり、圧縮された冷媒はコンデンサ３２０に送られる。

コンデンサ３２０は、圧縮されて温度が上昇した冷媒と外気との間で熱交換を行わせて冷媒の温度を下げ、冷媒を液化させる熱交換器である。コンデンサ３２０には、外気をコンデンサ３２０に送り込むためのファン３２０ｆが隣接して設けられている。

蒸発器３３０は、液化した冷媒と車内に導入される空気との間で熱交換を行わせ、低温の空気を作り出す熱交換器である。また、蒸発器３３０は、図示しない減圧機構を有している。車両用空調システム３００においては、別途ヒータ（不図示）によって作り出された高温の空気とこの低温の空気とを混合することで、所望の温度の空調用空気を作り出し、車室内に供給する。

流路切換えバルブ３４０は、コンデンサ３２０で冷却・液化された冷媒を蒸発器３３０のみに送る状態、低温媒体生成器２１０のみに送る状態、蒸発器３３０及び低温媒体生成器２１０の両方に送る状態を切り換えるバルブである。

逆止弁３５０は、低温媒体生成器２１０からコンプレッサ３１０への冷媒の流れのみを許容し、蒸発器３３０を通過した冷媒が低温媒体生成器２１０に流入するのを阻止するバルブである。

制御装置２６０には、電池温度センサ２７０から入力される信号に基づき、組電池１００の冷却・加温の要否を判断する。

制御装置２６０は、組電池１００を冷却する必要があると判断した場合は、流路切換えバルブ３４０を切り換え、冷媒が低温媒体生成器２１０（空調中は蒸発器３３０及び低温媒体生成器２１０）に供給されるようにする。これにより温調用媒体の温度が低下し、これをポンプ２４０で組電池１００に供給することで組電池１００を冷却する。このとき、制御装置２６０は、電気ヒータ２２０への通電は行わない。

制御装置２６０は、媒体温度センサ２３０によって温調用媒体の温度を監視し、温調用媒体の温度が組電池１００の冷却に適した温度に保たれるように、車両用空調システム３００の負荷をフィードバック制御する。車両用空調システム３００の負荷は車両用空調システム３００の制御装置（不図示）を介して調整される。

逆に、制御装置２６０は、組電池１００を加温する必要があると判断した場合は、電気ヒータ２２０への通電を行い、温調用媒体を加温する。そして、加温した温調用媒体をポンプで組電池１００に供給することによって、組電池１００を加温する。このとき、制御装置２６０は、冷媒が低温媒体生成器２１０に流れない状態に流路切換えバルブ３４０を切り換える。制御装置２６０は、媒体温度センサ２３０によって温調用媒体の温度を監視し、温調用媒体の温度が組電池１００の加温に適した温度に保たれるように、電気ヒータ２２０への通電をフィードバック制御する。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。

本実施形態では、媒体ジャケット２０内の内部媒体通路ＩＰを外部の温調機構に接続するための接続部として機能する外部媒体通路ＯＰを、組電池１００の構成部品の連結・固定に用いられる固定ブロック７０内に形成した。

すなわち、固定ブロック７０と外部媒体通路ＯＰとが一体となっているので、車両振動が入力される等しても、固定ブロック７等と外部媒体通路ＯＰとの距離が変わることがない。したがって、外部媒体通路ＯＰに力が作用して応力が集中するのが防止され、応力集中による外部媒体通路ＯＰの劣化・損傷が防止される。また、固定ブロック７０の外部に外部媒体通路ＯＰを別途設ける構成と比べて、部品点数が削減され構成が簡素化されるので、レイアウト性・組み立て性が向上し、重量・コストを低減することができる。

また、固定ブロック７０と媒体ジャケット２０との間の液密構造を、両者を結合するのではなく、両者を分離したまま両者の間にＯリング９０を配置することによって実現している。これにより、仮に固定ブロック７０と媒体ジャケット２０との距離が変化しても、外部媒体通路ＯＰに力が作用するのが抑えられ、応力集中による外部媒体通路ＯＰの劣化・損傷を防止することができる。ここではＯリング９０を用いているが、液密構造が実現できれば、シーリング剤、パッキン等、他のシール部材を用いてもよい。

また、媒体ジャケット２０からみてバッテリ１０よりも外側にバネ部材５０を配置したので、バネ部材５０によってバッテリ１０の膨張を吸収することができ、バッテリ１０の膨張によって固定ブロック７０及び媒体ジャケット２０が変形するのを抑えることができる。これにより、外部媒体通路ＯＰに力が作用しないようにし、応力集中による外部媒体通路ＯＰの劣化・損傷をさらに防止することができる。

なお、この実施形態では、バッテリ１０を媒体ジャケット２０に向けて付勢するのにバネ部材５０を用いているが、弾力性のある樹脂材料等、他の部材を用いてもよい。また、バネ部材５０の形状も板バネ形状に限定されず、コイルバネ等であってもよい。

また、上記実施形態では、媒体ジャケット２０からみてバネ部材５０よりもさらに外側に、バッテリ１０、前記媒体ジャケット２０及びバネ部材５０よりも剛性の高い端面プレート６０を配置した。これにより、バネ部材５０を確実に支えることができ、バネ部材５０を設けたことによる上記効果を高めることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例を示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、固定ブロック７０に形成される外部媒体通路ＯＰの流路面積はどの位置をとっても同じであるが、この場合、下流にいくほど温調用媒体の圧力が高く、下流側に配置される媒体ジャケット２０に温調用媒体が流れやすいという傾向がある。しかしながら、バッテリ１０の温度調節を均一に行うには、温調用媒体が各媒体ジャケット２０に均等に分配されるのが好ましい。

そこで、図６に示すように、外部媒体通路ＯＰの流路面積（流路断面が円形の場合内径）を温調用媒体の流れ方向下流側に行くほど小さくなるようにしてもよい。これにより、上流側の媒体ジャケット２０に温調用媒体が流れやすくなり、バッテリ１０の温度調節をより均一に行うことができる。各電池の熱膨張の程度が揃えられることから、電池の熱膨張によって外部媒体通路ＯＰに作用する力を抑え、応力集中による外部媒体通路ＯＰの劣化・損傷をさらに防止することができる。

さらに、排出側の外部媒体通路ＯＰを同様の形状としてもよい。各媒体ジャケット２０から排出される温調用媒体が下流側から順次外部媒体通路ＯＰに流入し、下流側ほど温調用媒体の流量が増大するので、上記形状とすることで温調用媒体を滞りなく流すことができる。

なお、ここでは、外部媒体通路ＯＰの形状を逆円錐型としているが、温調用媒体が均等に配分されるのであれば、他の形状（例えば、傾斜が連続的又は段階的に変化する形状）がであってもよい。

また、上記実施形態は、媒体ジャケット２０に温調用媒体を流通させてバッテリ１０の冷却・加温の両方を行うが、冷却・加温のうちいずれか一方のみを行うものであってもよい。

また、媒体ジャケット２０は積層されるバッテリ１０の間に配置されるが、媒体ジャケット２０を配置する位置はこれに限定されず、バッテリ１０との熱交換が可能な位置であればよい。

１０ バッテリ
１１ バッテリセル
１１ｔ タブ
１１ｆ 嵌合孔
２０ 媒体ジャケット
５０ バネ部材（弾性部材）
６０ 端面プレート
７０ 固定ブロック
８０ 固定ボルト
８１ ボルト孔（固定孔）
９０ Ｏリング（シール部材）
１００ 組電池（車両用電源装置）
２００ 温調回路
３００ 車両用空調システム
ＯＰ 外部媒体通路
ＩＰ 内部媒体通路

Claims (5)

1. 車両用電源装置であって、
   嵌合孔が形成されたタブを縁部に有するバッテリと、
   温調用媒体を流通させる内部媒体通路を内部に有し、前記バッテリの周辺に配置される媒体ジャケットと、
   温調用媒体を流通させる外部媒体通路を内部に有し、前記嵌合孔に嵌合され、前記嵌合孔に嵌合された状態で前記外部媒体通路と前記内部媒体通路とを連通させる固定ブロックと、
   前記バッテリ、前記媒体ジャケット及び前記固定ブロックを連結し固定する固定手段と、
   を備えたことを特徴とする車両用電源装置。
2. 請求項１に記載の車両用電源装置であって、
   前記固定ブロックと前記媒体ジャケットとの間にシール部材を配置したことを特徴とする車両用電源装置。
3. 請求項１又は２に記載の車両用電源装置であって、
   前記媒体ジャケットからみて前記バッテリよりも外側に弾性部材を配置したことを特徴とする車両用電源装置。
4. 請求項３に記載の車両用電源装置であって、
   前記媒体ジャケットからみて前記弾性部材よりもさらに外側に、前記バッテリ、前記媒体ジャケット及び弾性部材よりも剛性の高い端面プレートを配置したことを特徴とする車両用電源装置。
5. 請求項１から４のいずれか一つに記載の車両用電源装置であって、
   前記媒体ジャケットを複数有し、
   前記外部媒体通路は温調用媒体を前記外部媒体通路から前記複数の媒体ジャケットに配分する通路であり、前記外部媒体通路の流路面積は温調用媒体の流れ方向下流に行くほど小さくなる、
   ことを特徴とする車両用電源装置。