JP2013171647A - 電池パック - Google Patents

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Abstract

【課題】小型化を図ることができ、組み付け性に優れた電池パックを提供すること。
【解決手段】電池パック1は、複数の電池セル3と複数の伝熱板4とを積層してなる積層体2と、冷媒を流通させる冷媒流路50を有する冷却器5とを備えている。積層体2は、積層方向Xに押圧された状態で保持されている。伝熱板4は、冷却器5に接合され、冷媒流路50を流通する冷媒に対して伝熱可能に構成されている。伝熱板4には、電池セル3に対して積層される積層部41から冷却器5に向かって積層方向Xに直交する方向に延設され、積層部41と冷却器5との間を接続する接続部42が設けられている。伝熱板4における少なくとも接続部42が積層体2への押圧力に対して変形可能に構成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、車両等に搭載される電池パックに関する。
従来、電動機により車両の駆動力を得る電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車等(以下、これらをまとめてEV等という)に搭載される電池パックが知られている。
電池パックは、例えば、特許文献1のように、複数の電池セルと複数の冷媒流路とを積層して構成されている。そして、電池セルを積層方向の両側から冷媒流路によって挟み込む構造とすることにより、冷媒流路を流通する冷媒によって電池セルを効率よく冷却している。
特許第4510467号公報
しかしながら、上記特許文献1の構造では、以下の問題がある。
すなわち、EV等に搭載される電池パックは、数百ボルトの高電圧を得るため、一般的に数百個もの電池セルを積層して構成される。そうすると、電池セルを冷却する冷媒流路の数も数百となるため、積層方向の厚みが大きくなり、車両への搭載が困難となる場合もある。一方、各冷媒流路の厚みを小さくすることも考えられるが、この場合には、冷媒流路を小さくするための微細な加工や高い寸法精度が必要となり、製造コストが高くなる。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、小型化を図ることができ、組み付け性に優れた電池パックを提供しようとするものである。
本発明の一の態様は、複数の電池セルと複数の伝熱板とを積層してなる積層体と、
冷媒を流通させる冷媒流路を有する冷却器とを備え、
上記積層体は、積層方向に押圧された状態で保持されており、
上記伝熱板は、上記冷却器に接合され、上記冷媒流路を流通する冷媒に対して伝熱可能に構成されており、
上記伝熱板には、上記電池セルに対して積層される積層部から上記冷却器に向かって上記積層方向に直交する方向に延設され、上記積層部と上記冷却器との間を接続する接続部が設けられており、
上記伝熱板における少なくとも上記接続部が上記積層体への押圧力に対して変形可能に構成されていることを特徴とする電池パックにある(請求項1)。
上記電池パックは、複数の電池セルと複数の伝熱板とを積層してなる積層体と、冷媒を流通させる冷媒流路を有する冷却器とを備えている。すなわち、従来のように、電池セルと冷媒流路とを積層する構成ではなく、電池セルと伝熱板とを積層する構成としている。ここで、伝熱板は、冷媒流路に比べて厚みを非常に小さくすることができる。そのため、電池パックの積層方向の小型化を容易に図ることができる。
また、各電池セルは、発熱量そのものが非常に小さい。そのため、冷媒流路を流通する冷媒に対して伝熱可能な伝熱板を介して電池セルを冷却する構成としても、各電池セルを十分に冷却することができる。
また、伝熱板は、冷却器に接合されている。すなわち、積層体と冷却器とは、伝熱板を介して接続されている。ここで、伝熱板には、電池セルに対して積層される積層部から冷却器に向かって延設され、積層部と冷却器との間を接続する接続部が設けられている。また、伝熱板は、少なくとも接続部が積層体への押圧力に対して変形可能に構成されている。そのため、積層体を積層方向に押圧して保持した場合に、フレキシブル性を有する伝熱板の接続部は、積層体や冷却器に追従して変形することができる。これにより、積層体と冷却器との間に位置ずれが生じても、その位置ずれを伝熱板の接続部によって容易に吸収することができる。よって、組み付け性に優れた構造となる。
このように、小型化を図ることができ、組み付け性に優れた電池パックを提供することができる。
実施例1における、電池パックの構成を示す説明図。 実施例1における、冷却器の冷却部の断面を示す説明図。 図1におけるA−A線矢視断面説明図。 図1におけるB−B線矢視断面説明図。 実施例2における、電池パックの構成を示す説明図。 実施例3における、電池パックの構成を示す説明図。 図6におけるC−C線矢視断面説明図。
上記電池パックにおいて、上記積層体は、積層方向に押圧された状態で保持されている。ここで、積層体は、積層方向の一方側から押圧されていてもよいし、積層方向の両側から押圧されていてもよい。
また、上記積層体を押圧保持する手段としては、積層体を積層方向に圧着する圧着装置やバネ等の弾性部材等、様々な手段を用いることができる(後述する実施例参照)。
また、上記積層体は、伝熱板を介して電池セルを効率よく冷却し、かつ、電池パックの積層方向の小型化を図るために、電池セルと伝熱板とを交互に積層する構成とすることが望ましい。
また、上記電池セルは、伝熱板を介して効率よく冷却することができるように、積層方向の両側から伝熱板によって挟持された構成とすることが望ましい。
また、上記伝熱板は、電池セルの熱を伝達することができるように、電池セルと熱的に接続していることを要する。この場合、伝熱板は、電池セルに対して直接接触する構成としてもよいし、他の部材を介して間接的に接触する構成としてもよい。
また、上記伝熱板は、冷却器の冷媒流路を流通する冷媒に対して伝熱可能に構成されている。この場合、伝熱板は、冷媒流路を流通する冷媒に対して直接接触する構成としてもよいし、他の部材を介して間接的に接触する構成としてもよい。
また、上記伝熱板の上記接続部は、積層体への押圧力に対して変形可能に構成されている。すなわち、積層体への押圧力に対して弾性変形又は塑性変形することができるよう構成されている。
また、上記伝熱板の上記接続部を構成する材料としては、例えば、変形可能なアルミニウム、銅等の金属板、グラファイトシート等を用いることができる。
また、上記伝熱板全体が上記積層体への押圧力に対して変形可能に構成されていてもよい(請求項2)。
すなわち、電池セルの内部は、電極が何十層にも巻かれた巻回体により構成されているため、各電池セルの積層方向の厚み寸法にばらつきが生じる。また、使用中の充電放電の状態で電池セルの厚み寸法が変化することもある。そのため、電池セルの積層方向の寸法公差を吸収する何らかの構造が必要となる。
上述した特許文献1では、冷媒流路を形成する部材にフレキシブル性を持たせて電池セルの寸法公差を吸収しようとしているが、冷媒流路を形成する部材にフレキシブル性を持たせる場合には、ベローズ等の高価な機構が必要となったり、長期的な耐久性に問題が生じたりする。
一方、上記構成では、伝熱板全体がフレキシブル性を有するため、積層体への押圧力に対して伝熱板の積層部が変形することにより、電池セルの積層方向の寸法公差を容易に吸収することができる。また、電池セルと伝熱板との密着性も高めることができ、電池セルから伝熱板への伝熱を良好なものとすることができる。
また、上記冷却器は、上記各伝熱板に対応する複数の冷却部を有し、該冷却部の内部には、上記冷媒流路が形成されており、上記伝熱板は、該伝熱板に対応する上記冷却部の上記冷媒流路を流通する冷媒に対して伝熱可能に構成されていてもよい(請求項3)。
この場合には、各伝熱板に対応する冷却部を設けることにより、伝熱板を介した電池セルの冷却をより一層効率よく行うことができる。
また、上記伝熱板の上記積層方向の厚みは、上記冷却器の上記冷却部の上記積層方向の厚みよりも小さくすることができる(請求項4)。
この場合には、従来のような、電池セルと冷媒流路(冷却部)とを積層する構成に比べて、電池パックの積層方向の体格を十分かつ確実に小さくすることができる。これにより、電池パックの小型化をより一層容易に図ることができる。
また、上記伝熱板と該伝熱板に対応する上記冷却部とは、ろう付けにより接合されていてもよい(請求項5)。
この場合には、伝熱板から冷却部への伝熱を良好なものとすることができる。また、製造時において、各冷却部に伝熱板を接合した後、その伝熱板同士の間に電池セルを配置することにより、電池パックの製造が容易となり、製造コストの低減を図ることができる。
また、上記電池セルと上記伝熱板との間には、上記積層体への押圧力に対して変形可能に構成された絶縁材が配置されていてもよい(請求項6)。
この場合には、電池セルと伝熱板との間の絶縁性を十分に確保することができる。また、積層体への押圧力に対して絶縁材が変形することにより、電池セルと伝熱板との密着性を高めることができ、電池セルから伝熱板への伝熱を良好なものとすることができる。
また、上記絶縁材は、上記電池セルの表面に接着されていてもよい(請求項7)。
この場合には、電池セルと伝熱板とに位置ずれが生じた際に、両者の間の絶縁性が失われる可能性を低くすることができる。すなわち、電池セルと伝熱板とに位置ずれが生じても、両者の間の絶縁性を十分に確保することができる。
なお、上記絶縁材は、伝熱板の表面に接着することもできる。
また、上記絶縁材としては、例えば、ポリイミド膜等のフレキシブル性を有する電気絶縁体等を用いることができる。
また、上記絶縁材と上記電池セル又は上記伝熱板との間には、電池セルと伝熱板との間の伝熱性を向上させるために、例えば、グリース等の熱伝導材料を介在させてもよい。
(実施例1)
上記電池パックにかかる実施例について、図を用いて説明する。
本例の電池パック1は、図1〜図4に示すごとく、複数の電池セル3と複数の伝熱板4とを積層してなる積層体2と、冷媒を流通させる冷媒流路50を有する冷却器5とを備えている。積層体2は、積層方向Xに押圧された状態で保持されている。伝熱板4は、冷却器5に接合され、冷媒流路50を流通する冷媒に対して伝熱可能に構成されている。
また、伝熱板4には、電池セル3に対して積層される積層部41から冷却器5に向かって積層方向Xに直交する方向に延設され、積層部41と冷却器5との間を接続する接続部42が設けられている。また、伝熱板4における少なくとも接続部42が積層体2への押圧力に対して変形可能に構成されている。
以下、これを詳説する。
図1に示すごとく、本例の電池パック1は、電動機により車両の駆動力を得るEV等に搭載されるものであり、積層体2及び冷却器5を備えている。
積層体2は、電池セル3と伝熱板4とを交互に積層して構成されており、各電池セル3が積層方向Xの両側から伝熱板4によって挟持されている。また、積層体2は、後述する圧着装置60によって、積層方向Xに押圧された状態で保持されている。
同図に示すごとく、電池セル3は、伝熱板4に対して積層される板状の本体部31と、その本体部31から外側に突出させた一対の端子部32とを有する。本体部31の内部には、シート状の正極板と負極板とをシート状のセパレータを介して積層巻回させてなる巻回体(図示略)が内装されている。巻回体は、端子部32に接続されている。また、一対の端子部32は、電池パック1の高さ方向Zに突出している(図4)。
同図に示すごとく、伝熱板4は、電池セル3に対して積層される積層部41と、積層部41から冷却器5に向かって高さ方向Zに延設され、積層部41と冷却器5との間を接続する接続部42と、接続部42からさらに高さ方向Zに延設され、冷却器5に接合される接合部43とを有する。
また、伝熱板4は、接続部42を含むその全体が積層体2への押圧力に対して変形可能に構成されている。このような伝熱板4としては、例えば、フレキシブル性を有する板厚の金属板(例えば、厚み0.3mm程度のアルミニウム板)等を用いることができる。また、伝熱板4の積層方向Xの厚みD1は、後述する冷却器5の冷却部51の積層方向Xの厚みD2よりも小さい。
同図に示すごとく、積層体2において、電池セル3と伝熱板4との間には、絶縁材21が配置されている。絶縁材21は、積層体2への押圧力に対して変形可能に構成されている。このような絶縁材21としては、例えば、フレキシブル性を有するポリイミド膜等の電気絶縁体等を用いることができる。また、絶縁材21は、電池セル3の表面に接着されている。本例においては、電池セル3の本体部31の主面311に接着されている。
同図に示すごとく、冷却器5は、積層体2に対して積層方向Xに直交する方向(本例では、高さ方向Z)に配置されている。また、冷却器5は、各伝熱板4にそれぞれ対応する複数の管状の冷却部51を有する。
図2に示すごとく、冷却部51の内部には、冷媒を流通させる冷媒流路50が形成されている。具体的には、各冷却部51は、積層方向Xに分割された一対の流路形成部511を組み合わせて構成されており、その一対の流路形成部511の間に冷媒流路50が形成されている。また、一対の流路形成部511は、冷媒流路50内に伝熱板4の接合部43が配置されるように、高さ方向Zの両端部において、伝熱板4の接合部43を挟持している。これにより、伝熱板4は、冷却部51の冷媒流路50を流通する冷媒に対して直接接触し、伝熱可能となっている。
また、同図に示すごとく、伝熱板4とその伝熱板4に対応する冷却部51とは、ろう付けにより接合されている。具体的には、伝熱板4の接合部43は、冷却部51を構成する一対の流路形成部511によって挟持された部分において、ろう付けにより接合されている。また、伝熱板4の接合部43には、断面波形状の金属製のフィン431が設けられている。フィン431は、伝熱板4の接合部43の積層方向Xの両側に設けられている。これにより、伝熱板4の接合部43から冷媒への伝熱効率を高めることができる。
また、図1に示すごとく、冷却部51は、所定の間隔を設けながら積層方向Xに並んで配置されている。隣り合う冷却部51同士は、冷却部51の長手方向(電池パック1の幅方向Y)の両端部において、変形可能な管状の連結部52によって連結されている。積層方向Xの一端に配置された冷却部51の両端部には、外部から冷媒を導入する管状の冷媒導入部53と外部に冷媒を排出する管状の冷媒排出部54(図3)とが連結されている。
そして、図3に示すごとく、冷却器5において、冷媒導入管53から導入された冷媒は、冷媒導入管53側の連結部52を適宜通り、各冷却部51に分配され、冷却部51の長手方向(幅方向Y)に流通する。また、冷媒は、各冷却部51内を流通する間に、電池セル3から熱が伝達された伝熱板4との間で熱交換を行う。また、熱交換により温度上昇した冷媒は、冷媒排出部54側の連結部52を適宜通り、冷媒排出部54から排出される。
なお、各冷却部51において、伝熱板4を挟んで積層方向Xの両側にある冷媒流路50は、伝熱板4の接合部43に設けた連通孔(図示略)によって連通されている。また、図3では、フィン431の図示を省略している。
また、冷媒としては、例えば、水、エチレングリコール水溶液、フロン系流体等を用いることができる。
また、図1に示すごとく、積層体2は、圧着板61、ボルト62、ナット63及びワッシャ64により構成された圧着装置60によって、積層方向Xの両側から圧着(押圧)された状態で拘束(保持)されている。具体的に説明すると、積層体2の積層方向Xの両側には、一対の圧着板61が配置されている。各圧着板61の幅方向Yの両端部には、それぞれボルト62を挿通させるボルト孔611(図4)が設けられている。そして、積層体2は、一対の圧着板61のボルト孔611にボルト62を挿通し、積層方向Xの一方側からワッシャ64を介してナット63で締め付けることにより、一対の圧着板61によって積層方向Xの両側から圧着(押圧)された状態で拘束(保持)される。
本例の電池パック1における作用効果について説明する。
本例の電池パック1は、複数の電池セル3と複数の伝熱板4とを積層してなる積層体5と、冷媒を流通させる冷媒流路50を有する冷却器5とを備えている。すなわち、従来のように、電池セル3と冷媒流路50とを積層する構成ではなく、電池セル3と伝熱板4とを積層する構成としている。ここで、伝熱板4は、冷媒流路50に比べて厚みを非常に小さくすることができる。そのため、電池パック1の積層方向Xの小型化を容易に図ることができる。
また、各電池セル3は、発熱量そのものが非常に小さい。そのため、冷媒流路50を流通する冷媒に対して伝熱可能な伝熱板4を介して電池セル3を冷却する構成としても、各電池セル3を十分に冷却することができる。
また、伝熱板4は、冷却器5に接合されている。すなわち、積層体2と冷却器5とは、伝熱板4を介して接続されている。ここで、伝熱板4には、電池セル3に対して積層される積層部41から冷却器5に向かって延設され、積層部41と冷却器5との間を接続する接続部42が設けられている。また、伝熱板4は、少なくとも接続部42が積層体2への押圧力に対して変形可能に構成されている。そのため、積層体2を積層方向Xに押圧して保持した場合に、フレキシブル性を有する伝熱板4の接続部42は、積層体2や冷却器5に追従して変形することができる。これにより、積層体2と冷却器5との間に位置ずれが生じても、その位置ずれを伝熱板4の接続部42によって容易に吸収することができる。よって、組み付け性に優れた構造となる。
また、本例では、伝熱板4全体が積層体2への押圧力に対して変形可能に構成されている。そのため、積層体2への押圧力に対して伝熱板4の積層部41が変形することにより、電池セル3の積層方向Xの寸法公差を容易に吸収することができる。また、電池セル3と伝熱板4との密着性も高めることができ、電池セル3から伝熱板4への伝熱を良好なものとすることができる。
また、積層体2は、圧着装置60によって積層方向Xに押圧された状態で保持されている。ここで、圧着装置60における圧着板61として弾性を有する圧着板を用いたり、ワッシャ64としてスプリングワッシャを用いたりすることにより、その圧着板61やワッシャ64が積層体2への押圧力に追従して変形し、電池セル3の寸法公差を吸収するという上述の効果をさらに高めることができる。
また、冷却器5は、各伝熱板4に対応する複数の冷却部51を有し、その冷却部51の内部には、冷媒流路50が形成されており、伝熱板4は、その伝熱板4に対応する冷却部51の冷媒流路50を流通する冷媒に対して伝熱可能に構成されている。すなわち、各伝熱板4に対応する冷却部51を設けることにより、伝熱板4を介した電池セル3の冷却をより一層効率よく行うことができる。
また、伝熱板4の積層方向Xの厚みD1は、冷却器5の冷却部51の積層方向Xの厚みD2よりも小さい。そのため、従来のような、電池セル3と冷媒流路50(冷却部51)とを積層する構成に比べて、電池パック1の積層方向Xの体格を十分かつ確実に小さくすることができる。これにより、電池パック1の小型化をより一層容易に図ることができる。
また、伝熱板4とその伝熱板4に対応する冷却部51とは、ろう付けにより接合されている。そのため、伝熱板4から冷却器5(冷却部51)への伝熱を良好なものとすることができる。また、製造時において、各冷却部51に伝熱板4を接合した後、その伝熱板4同士の間に電池セル3を配置することにより、電池パック1の製造が容易となり、製造コストの低減を図ることができる。
また、電池セル3と伝熱板4との間には、積層体2への押圧力に対して変形可能に構成された絶縁材21が配置されている。そのため、電池セル3と伝熱板4との間の絶縁性を十分に確保することができる。また、積層体2への押圧力に対して絶縁材21が変形することにより、電池セル3と伝熱板4との密着性を高めることができ、電池セル3から伝熱板4への伝熱を良好なものとすることができる。
また、絶縁材21は、電池セル3の表面(本例では、本体部31の主面311)に接着されている。そのため、電池セル3と伝熱板4とに位置ずれが生じた際に、両者の間の絶縁性が失われる可能性を低くすることができる。すなわち、電池セル3と伝熱板4とに位置ずれが生じても、両者の間の絶縁性を十分に確保することができる。
このように、本例によれば、小型化を図ることができ、組み付け性に優れた電池パック1を提供することができる。
(実施例2)
本例は、図5に示すごとく、積層体2を押圧する手段を変更した例である。
本例において、同図に示すごとく、積層体2及び冷却器5は、ケース10内に収容されている。また、積層体2の積層方向Xの両側には、一対の保持板65が配置されている。一方の保持板65は、ケース10の内壁面100に当接している。また、他方の保持板65とケース10の内壁面100との間には、コイルバネからなる弾性部材66が配置されている。そして、積層体2は、弾性部材66によって積層方向Xの一方側から押圧された状態でケース10内に保持されている。
その他は、実施例1と同様の構成であり、同様の作用効果を有する。
(実施例3)
本例は、図6、図7に示すごとく、冷却器5の構成を変更した例である。
本例において、同図に示すごとく、積層体2の高さ方向Zの両側には、それぞれ冷却器5(第1冷却器5a、第2冷却器5b)が配置されている。第1冷却器5aの冷媒排出部54と第2冷却器5bの冷媒導入部53とは、流路接続部55によって接続されている。また、積層体2の高さ方向Zの両側にそれぞれ冷却器5(第1冷却器5a、第2冷却器5b)を配置したことにより、電池セル3の端子部32を本体部31から幅方向Yに突出させている。
同図に示すごとく、伝熱板4は、積層部41の高さ方向Zの両側に、それぞれ冷却器5a、5bとの間を接続する接続部42を有する。また、伝熱板4は、積層部41の高さ方向Zの両側に、それぞれ冷却器5a、5bに接合される接合部43を有する。
その他は、実施例1と同様の構成である。
本例の場合には、積層体2の高さ方向Zの両側にそれぞれ冷却器5(第1冷却器5a、第2冷却器5b)を配置したことにより、伝熱板4を介した電池セル3の冷却をさらに効率よく行うことができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
1 電池パック
2 積層体
3 電池セル
4 伝熱板
41 積層部
42 接続部
5 冷却器
50 冷媒流路

Claims (7)

  1. 複数の電池セルと複数の伝熱板とを積層してなる積層体と、
    冷媒を流通させる冷媒流路を有する冷却器とを備え、
    上記積層体は、積層方向に押圧された状態で保持されており、
    上記伝熱板は、上記冷却器に接合され、上記冷媒流路を流通する冷媒に対して伝熱可能に構成されており、
    上記伝熱板には、上記電池セルに対して積層される積層部から上記冷却器に向かって上記積層方向に直交する方向に延設され、上記積層部と上記冷却器との間を接続する接続部が設けられており、
    上記伝熱板における少なくとも上記接続部が上記積層体への押圧力に対して変形可能に構成されていることを特徴とする電池パック。
  2. 請求項1に記載の電池パックにおいて、上記伝熱板全体が上記積層体への押圧力に対して変形可能に構成されていることを特徴とする電池パック。
  3. 請求項1又は2に記載の電池パックにおいて、上記冷却器は、上記各伝熱板にそれぞれ対応する複数の冷却部を有し、該冷却部の内部には、上記冷媒流路が形成されており、上記伝熱板は、該伝熱板に対応する上記冷却部の上記冷媒流路を流通する冷媒に対して伝熱可能に構成されていることを特徴とする電池パック。
  4. 請求項3に記載の電池パックにおいて、上記伝熱板の上記積層方向の厚みは、上記冷却器の上記冷却部の上記積層方向の厚みよりも小さいことを特徴とする電池パック。
  5. 請求項3又は4に記載の電池パックにおいて、上記伝熱板と該伝熱板に対応する上記冷却部とは、ろう付けにより接合されていることを特徴とする電池パック。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の電池パックにおいて、上記電池セルと上記伝熱板との間には、上記積層体への押圧力に対して変形可能に構成された絶縁材が配置されていることを特徴とする電池パック。
  7. 請求項6に記載の電池パックにおいて、上記絶縁材は、上記電池セルの表面に接着されていることを特徴とする電池パック。
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