JP2014093242A - バッテリユニット - Google Patents

Abstract

【課題】温調効果の低下を抑制することが可能なバッテリユニットを提供する。
【解決手段】バッテリユニット１は、複数の単電池を収納した電池モジュール１１を複数個積層してなる電池モジュール群１０と、電池モジュール１１の積層方向と直交する方向に設けられ、内部に供給される熱冷媒により電池モジュール群１０を加熱又は冷却するウォータジャケット２０と、電池モジュール群１０とウォータジャケット２０との間に介在される伝熱板３０と、を備え、ウォータジャケット２０は、直交する方向の投影面積が電池モジュール群１０の投影面積よりも小さく、伝熱板３０は、少なくとも電池モジュール群１０とウォータジャケット２０との投影面積の差分となる部位に亘って設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、バッテリユニットに関する。

従来、多数の角型電池からなる電池ブロックを冷却するバッテリシステムが提案されている。このバッテリシステムは、冷媒が供給される冷却パイプを電池ブロックの表面に熱結合状態で配設する構造となっている。また、バッテリシステムは、電池ブロックと冷却パイプとの間には、熱伝導性を有する絶縁材を設ける構造となっている（特許文献１参照）。

特開２００９−１３４９０１号公報

しかし、従来装置では、電池ブロックよりも冷却パイプの設置面積が小さい場合、冷却パイプから外れる外側の電池ブロックについて冷却効果が弱まってしまう。なお、この問題は、冷却に限らず、電池ブロックを加熱したい場合にも同様に生じる問題である。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、温調効果の低下を抑制することが可能なバッテリユニットを提供することにある。

本発明のバッテリユニットは、電池モジュール群と温調手段との間に伝熱板を介在し、伝熱板は、少なくとも電池モジュール群と温調手段との投影面積の差分となる部位に亘って設けられている。

本発明によれば、少なくとも電池モジュール群と温調手段との投影面積の差分となる部位に亘って設けられている伝熱板を有するため、電池モジュール群の端部側の電池モジュールは伝熱板を通じて温調手段により温調されることとなる。従って、温調効果の低下を抑制することができる。

本発明の実施形態に係るバッテリユニットに接続される温調回路の回路図である。 第１実施形態に係るバッテリユニットの概略断面図である。 第２実施形態に係るバッテリユニット１を示す要部断面図である。 第３実施形態に係るバッテリユニット１を示す要部断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るバッテリユニットに接続される温調回路２００の回路図である。なお、図１では後述するバッテリユニット１（図２参照）のうちウォータジャケット２０（図２参照）のみを図示して説明する。

図１に示すように、ウォータジャケット２０と温調回路２００は、ウォータジャケット２０の接続管２１，２２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、車両振動によってウォータジャケット２０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（以下熱冷媒という）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熱冷媒を加熱し、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、ウォータジャケット２０に供給される熱冷媒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、ウォータジャケット２０から排出された熱冷媒を圧送し、温調回路２００からウォータジャケット２０に熱冷媒を輸送するポンプである。

電池温度センサ２７０は、バッテリユニット１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は、電池温度センサ２７０から入力される信号に基づき、バッテリユニット１の冷却・加熱の要否を判断する機能を有している。

この制御装置２６０は、バッテリユニット１を冷却する必要があると判断した場合、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。これにより熱冷媒の温度が低下し、これをポンプ２４０によりウォータジャケット２０に供給することでバッテリユニット１が冷却される。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によって熱冷媒の温度を監視し、熱冷媒の温度がバッテリユニット１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、バッテリユニット１を加熱する必要があると判断した場合、電気ヒータ２２０への通電を行い、熱冷媒を加熱する。そして、加熱した熱冷媒をポンプ２４０によりウォータジャケット２０に供給することによって、バッテリユニット１を加熱する。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によって熱冷媒の温度を監視し、熱冷媒の温度がバッテリユニット１の加熱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。

図２は、第１実施形態に係るバッテリユニット１の概略断面図である。図２に示すように、バッテリユニット１は、電池モジュール群１０と、ウォータジャケット（温調手段）２０と、伝熱板３０と、ゲル４０と、ケースＣとから構成されている。

電池モジュール群１０は、複数の単電池を収納した電池モジュール１１が複数個積層されてなるものである。各電池モジュール１１は、単電池が電池モジュール１１の積層方向と同じ方向に複数積層されており、この積層された単電池を缶体で覆う構造となっている。

電池モジュール群１０は、上記のような電池モジュール１１を複数個積層してなるものである。また、電池モジュール群１０の積層方向の両端側には、電池モジュール群１０をケースＣに取り付けるための電池側ブラケット１２が設けられている。この電池側ブラケット１２は、図２に示すように断面略Ｌ字状に折られた形状となっており、Ｌ字の一方の平板部が電池モジュール群１０に取り付けられ、Ｌ字の他方の平板部が後述のケース側ブラケットＣ１にボルト締めされるようになっている。

ウォータジャケット２０は、内部に熱冷媒が供給されるものであり、この熱冷媒により電池モジュール群１０を冷却又は加熱して、電池モジュール群１０の温度を適切化するものである。このウォータジャケット２０は、電池モジュール群１０の積層方向と直交する方向、具体的にはケースＣの下壁側に設けられている。なお、本実施形態においてウォータジャケット２０は、ケースＣの下壁の外側からボルト固定されるようになっているが、これに限らず、ケースＣ内に収納され、ケースＣの下壁にボルト固定されるようになっていてもよい。

伝熱板３０は、電池モジュール群１０とウォータジャケット２０との間に介在されるものであって、例えばアルミやグラファイトシートなどの板材により構成されている。この
伝熱板３０は、少なくとも電池モジュール群１０とウォータジャケット２０との投影面積の差分となる部位に亘って設けられている。ここで、投影面積は、高さ方向（直交する方向）への投影時における面積である。特に、本実施形態において伝熱板３０は、少なくとも電池モジュール群１０の投影面積よりも大きい投影面積を有し、電池モジュール群１０の下側で電池モジュール群１０の全体を覆うように配置されている。

ゲル４０は、伝熱板３０の両面、すなわち電池モジュール群１０側及びウォータジャケット２０側の双方に塗布される伝熱性のゲルである。このゲル４０は、図２に示すように、上層ゲル４１と下層ゲル４２とからなり、上層ゲル４１は、隣接する電池モジュール１１間の位置に対応して塗布されており、下層ゲル４２は、例えばウォータジャケット２０の投影面積と略同じ面積で伝熱板３０の下面に塗布されている。なお、図２においては図示を省略するが、ウォータジャケット２０とケースＣの下壁との間にも伝熱性のゲルなどが設けられてもよい。

ケースＣは、電池モジュール群１０、伝熱板３０及び伝熱性のゲル４０を収納するものであって、上ケースと下ケースとから構成されている。上ケースは下側壁が開放された箱型部材であり、下ケースは上側壁が開放された箱型部材である。これら上ケースと下ケースとは、両者が合致するように組み付けられることにより、電池モジュール群１０、伝熱板３０及び伝熱性のゲル４０を収納するケースＣとして機能することとなる。また、ケースＣは、その内部にケース側ブラケットＣ１を備えている。ケース側ブラケットＣ１は、２回９０°に折り曲げられて断面階段形状となった部材であり、階段の１段目がケースＣの下壁に取り付けられ、階段の２段目が電池側ブラケット１２にボルト固定されている。

ここで、本実施形態に係るウォータジャケット２０は、高さ方向の投影面積が電池モジュール群１０の投影面積よりも小さい。このため、ウォータジャケット２０は、電池モジュール群１０のうち、積層端部となる電池モジュール１１’に対して温調効果の低下が懸念される。しかし、本実施形態では上記伝熱板３０を備えるため、端部電池モジュール１１’の冷却又は加熱については伝熱板３０を介して好適に行われることとなり、温調効果の低下が抑制されるようになっている。

なお、本実施形態において伝熱板３０の端部は、電池側ブラケット１２及びケース側ブラケットＣ１の位置まで延びている。このため、電池モジュール群１０と伝熱板３０とは、同一のボルト（留め具）によりケースに固定されている。故に、伝熱板３０のケースＣに固定するための専用の留め具を用いることなく、部品点数の削減により構成を簡素化することができる。

また、図２に示すように、ケースＣの下壁は、ケースＣの内側に凸となるエンボス加工がされており、ケースＣの剛性を高める構成となっている。また、ケースＣの外側においてはエンボスの凹部にウォータジャケット２０が配置されているため、ケースＣの外側にウォータジャケット２０を配置した場合であっても例えば車両メンバーによりケースＣを下側から支持し易くすることができる。

さらに、本実施形態において電池モジュール群１０は、隣接する電池モジュール１１間の位置に凹形状となる逃げ部１３を有している。このため、上層ゲル４１は組み付け時に逃げ部１３に流入することとなり、伝熱性の向上に寄与することができる。

次に、本実施形態に係るバッテリユニット１の組み付けの様子を説明する。まず、作業者は、ウォータジャケット２０が取り付けられた下ケースを用意すると共に、上層ゲル４１及び下層ゲル４２が塗布された伝熱板３０を用意する。次いで、作業者、ゲル４０が塗布された伝熱板３０を下ケース内の下壁に載置する。このとき、作業者は、伝熱板３０の
端部とケース側ブラケットＣ１との位置（例えばボルト穴）が合致するように、伝熱板３０を下ケース内の下壁に載置する。

その後、作業者は電池モジュール群１０を上層ゲル４１上に載置し、電池側ブラケット１２とケース側ブラケットＣ１とをボルト固定する。このとき、伝熱板３０が電池側ブラケット１２とケース側ブラケットＣ１と挟持される形でケースＣに固定されることとなる。また、伝熱板３０の両面にはゲル４０が塗布されていることから、組み付け公差が大きくなったとしても、伝熱板と電池モジュール群やウォータジャケット２０との伝熱性を確保することができる。次いで、作業者は上ケースと下ケースが合致させボルト等により両者を固定する。

このようにして、第１実施形態に係るバッテリユニット１によれば、少なくとも電池モジュール群１０とウォータジャケット２０との投影面積の差分となる部位に亘って設けられている伝熱板３０を有するため、電池モジュール群１０の端部側の電池モジュール１１’は伝熱板３０を通じてウォータジャケット２０により温調されることとなる。従って、温調効果の低下を抑制することができる。

また、電池モジュール群１０及び伝熱板３０は、ケースＣに対して同一の留め具により、ケースＣに固定されているため、構成の簡素化を図れると共に、別々の留め具により固定する場合と比較して高さ方向の公差を抑えることができる。

また、伝熱板３０の少なくとも一面に設けられた伝熱性のゲル４０を有するため、各部品の取付公差が大きくなったとしても伝熱板３０と電池モジュール群１０やウォータジャケット２０との伝熱性を確保することができる。

また、伝熱板３０にアルミやグラファイトシートなどの面方向に熱伝導率が高い材料を用いるため、電池モジュール１１間に高さのバラつきがあっても横方向の温度のバラつきを抑えることができる。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態に係るバッテリユニットは第１実施形態のものと同様であるが、一部構成が異なっている。以下、第１実施形態との相違点を説明する。

図３は、第２実施形態に係るバッテリユニット１を示す要部断面図である。図３に示すように、第２実施形態において伝熱板３０は、一枚の大きな金属板ではなく、積層端部となる電池モジュール１１’から、ウォータジャケット２０の端部近傍まで延びる板材３１で構成されている。この板材３１は、一側がケースＣの下壁に押圧しており、他側が電池側ブラケット１２とケース側ブラケットＣ１により挟持されてボルト固定されている。ここで、図３はバッテリユニット１の一側のみを示しているが、板材３１は、図示しない反対側にも設けられている。このため、図３に示す例において伝熱板３０は、２枚の上記板材３１により構成されることとなる。なお、板材３１は、２枚に限らず、例えば図３に示す奥行き方向に分割されるなどして３枚以上によって構成されてもよい。

さらに、第２実施形態において複数の板材３１は、熱伝導性を有する樹脂により構成されている。ここで、複数の板材３１は、留め具により片持ち状に支持されている。このため、振動等によって板材３１の一側端が跳ね上がるなどの可能性があり、このような場合、板材３１が金属製などであると電池モジュール群１０を傷つけてしまう可能性がある。しかし、複数の板材３１を樹脂にて構成することにより、たとえ板材３１の一側端が跳ね上がり電池モジュール群１０に接触してしまったとしても、電池モジュール群１０を傷つけてしまう可能性を低減することができる。

また、第２実施形態においてゲル４０は、電池モジュール１１間の位置に対応するケースＣの下壁、及び、電池モジュール１１間の位置に対応する板材３１の上面に塗布されている。また、板材３１は一側がケースＣの下壁に押圧されているため、ケースＣと板材３１とはゲル４０を介さず例えばポイントＰにおいて熱的に結合しているが、より望ましくは図３に示すように、板材３１の一側端Ｅがゲル４０に接触するようになっている。

次に、第２実施形態に係るバッテリユニット１の組み付けの様子を説明する。まず、作業者は、ウォータジャケット２０が取り付けられた下ケースを用意する。次いで、下ケースの下壁のうち、電池モジュール１１間となる位置にゲル４０を塗布する。そして、作業者は、電池モジュール１１間となる位置にゲル４０が塗布された複数の板材３１を用意し、板材３１のボルト穴とケース側ブラケットＣ１のボルト穴とが合致するように、板材３１をケースＣ内の下壁に載置する。

その後、作業者は電池モジュール群１０をゲル４０上に載置し、電池側ブラケット１２とケース側ブラケットＣ１とをボルト固定する。このとき、複数の板材３１が電池側ブラケット１２とケース側ブラケットＣ１と挟持される形でケースＣに固定されることとなる。また、複数の板材３１の上面及びケースＣの下壁にはゲル４０が塗布されていることから、組み付け公差が大きくなったとしても、これらの伝熱性を確保することができる。次いで、作業者は上ケースと下ケースが合致させボルト等により両者を固定する。

このようにして、第２実施形態に係るバッテリユニット１によれば、第１実施形態と同様に、温調効果の低下を抑制することができ、構成の簡素化を図れると共に、別々の留め具により固定する場合と比較して高さ方向の公差を抑えることができる。また、各部品の取付公差が大きくなったとしても伝熱板３０と電池モジュール群１０やウォータジャケット２０との伝熱性を確保することができる。

さらに、第２実施形態によれば、伝熱板３０は、積層端部となる電池モジュール１１’から、ウォータジャケット２０の端部近傍まで延びる複数の板材３１により構成されているため、一枚の大きい伝熱板を使用する場合と比較して伝熱板３０を小さく構成して、軽量化及び低コスト化を図ることができる。

また、複数の板材３１は、熱伝導性を有する樹脂により構成されている。ここで、伝熱板３０を複数の板材３１で構成し、板材３１が片持ち状に支持される場合には、振動等により一端側が電池モジュール群１０を傷つけてしまう可能性があるが、熱伝導性を有する樹脂により構成されているため、たとえ板材３１が電池モジュール群１０に接触したとしても、電池モジュール群１０を傷つけてしまう可能性を低減することができる。

次に、本発明の第３実施形態を説明する。第２実施形態に係るバッテリユニットは第１実施形態のものと同様であるが、一部構成が異なっている。以下、第１実施形態との相違点を説明する。

図４は、第３実施形態に係るバッテリユニット１を示す要部断面図である。図４に示すように、第３実施形態において伝熱板３０は柔軟性を有するシート材により構成されており、電池モジュール群１０の下面に張り付けられている。このため、第３実施形態では伝熱板３０を留め具により固定する必要がなく、構成が簡素化されている。

このような第３実施形態に係るバッテリユニット１の組み付ける場合、まず、作業者は、ウォータジャケット２０が取り付けられた下ケースを用意する。次いで、下ケースの下壁のうち、電池モジュール１１間となる位置にゲル４０を塗布する。次いで、作業者、伝
熱板３０が貼り付けられた電池モジュール群１０を用意し、電池モジュール群１０をゲル４０上に載置する。次いで、作業者は、電池側ブラケット１２とケース側ブラケットＣ１とをボルト固定する。このとき、伝熱板３０の下面にはゲル４０が塗布されていることから、組み付け公差が大きくなったとしても、これらの伝熱性を確保することができる。次いで、作業者は上ケースと下ケースが合致させボルト等により両者を固定する。

このようにして、第３実施形態に係るバッテリユニット１によれば、第１実施形態と同様に、温調効果の低下を抑制することができる。また、各部品の取付公差が大きくなったとしても伝熱板３０と電池モジュール群１０やウォータジャケット２０との伝熱性を確保することができる。

さらに、第３実施形態によれば、伝熱板３０は、柔軟性を有するシート部材により構成され、電池モジュール群１０のウォータジャケット２０側の面に張り付けられているため、留め具が不要となって構成を簡素化できると共に軽量化及び低コスト化を図ることができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。例えば本実施形態においてはバッテリユニット１は、伝熱板３０が熱伝導率の高いゴム製であって、ゲル４０を有しない構成であってもよい。

１…バッテリユニット
１０…電池モジュール群
１１…電池モジュール
１２…電池側ブラケット
１３…逃げ部
２０…ウォータジャケット（温調手段）
２１，２２…接続管
３０…伝熱板
３１…板材
４０…ゲル
４１…上層ゲル
４２…下層ゲル
２００…温調回路
２１０…低温媒体生成器
２２０…電気ヒータ
２３０…媒体温度センサ
２４０…ポンプ
２５０…温調用媒体通路
２６０…制御装置
２７０…電池温度センサ
３００…車両用空調システム
３１０…コンプレッサ
３２０…コンデンサ
３２０ｆ…ファン
３３０…蒸発器
３４０…流路切換えバルブ
３５０…逆止弁
３６０…冷媒通路
Ｃ…ケース
Ｃ１…ケース側ブラケット

Claims (6)

1. 複数の単電池を収納した電池モジュールを複数個積層してなる電池モジュール群と、
   前記電池モジュールの積層方向と直交する方向に設けられ、内部に供給される熱冷媒により前記電池モジュール群を加熱又は冷却する温調手段と、
   前記電池モジュール群と前記温調手段との間に介在される伝熱板と、を備え、
   前記温調手段は、前記直交する方向の投影面積が前記電池モジュール群の投影面積よりも小さく、
   前記伝熱板は、少なくとも前記電池モジュール群と前記温調手段との投影面積の差分となる部位に亘って設けられている
   ことを特徴とするバッテリユニット。
2. 前記電池モジュール群、及び前記伝熱板を収納するケースをさらに備え、
   前記電池モジュール群、及び前記伝熱板は、前記ケースに対して同一の留め具により、前記ケースに固定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリユニット。
3. 前記伝熱板は、前記電池モジュール群を構成する複数の電池モジュールのうち積層端部となる電池モジュールから、前記温調手段の端部近傍まで延びる複数の板材により構成されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のバッテリユニット。
4. 前記複数の板材は、熱伝導性を有する樹脂により構成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載のバッテリユニット。
5. 前記伝熱板は、柔軟性を有するシート部材により構成され、前記電池モジュール群の前記温調手段側の面に張り付けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリユニット。
6. 前記伝熱板の少なくとも一面に設けられた伝熱性のゲルを
   さらに備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のバッテリユニット。

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