JP2014093245A - バッテリユニット - Google Patents

Abstract

【課題】電極に熱冷媒が掛かってしまう可能性を低減すると共に、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、電池モジュール群１０を収納すると共に、一部に切り欠きＣ１を有するケースＣと、ケースＣの外側に設けられ、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とを、ケースＣの切り欠きＣ１を介して熱的に接触させるゲル３０とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、バッテリユニットに関する。

従来、多数の貯蔵セルを冷却するために、貯蔵セルの周囲に熱交換チャネルを配置し、その熱交換チャネル内に冷却水を流すバッテリユニットが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００５−２２２９３９号公報

しかし、従来のバッテリユニットは、バッテリケース内において冷却水が漏れた場合、電極に冷却水が掛かってしまう可能性があった。そこで、冷却水をバッテリケースの外側に配置して、ケース外側から冷却を行う構造とすると、ケース等が介在する分、冷却効果の低下を招いてしてしまう。なお、上記問題は、冷却を行う場合に限らずバッテリを加熱する場合にも同様に生じるものである。

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、電極に熱冷媒が掛かってしまう可能性を低減すると共に、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、熱冷媒が供給される温調手段をケースの外側に設けると共にケースの一部に切り欠きを有し、電池モジュール群と温調手段とを、伝熱性部材によりケースの切り欠きを介して熱的に接触させる。

本発明によれば、たとえ温調手段に供給される熱冷媒が漏れたとしても温調手段自体がケース外に設けられているため、熱冷媒がケース内の電極に掛かってしまうことを防止することができる。また、温調手段が電池モジュール群とは伝熱性部材によりケースの切り欠きを介して熱的に接触しているため、電池モジュール群と温調手段とはケースの壁が介在しない状態で熱的に接触することとなり、ケースの外側に温調手段を配置したことによる温調効果の低下を抑制することができる。従って、電極に熱冷媒が掛かってしまう可能性を低減すると共に、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。 本実施形態に係るバッテリユニットを示す概略模式図である。 切り欠きＣ１の具体的形状を示す正面図であり、（ａ）は第１の例を示し、（ｂ）は第２の例を示し、（ｃ）は第３の例を示し、（ｄ）は第４の例を示している。 第２実施形態に係るバッテリユニットを示す概略模式図である。 本実施形態に係るバッテリユニットの変形例を示す概略構成図である。

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、本実施形態に係るバッテリユニットを示す概略模式図である。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、ゲル（伝熱性部材）３０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。

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の下壁の外側から留め具Ｂにより固定されるようになっている。

ゲル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伝熱性のゲルである。このゲル３０は、両者の間に設けられることにより、電池モジュール群１０とウォータジャケット２０との熱的接触を確保する役割を果たすものである。すなわち、電池モジュール群１０とウォータジャケット２０とを直接接触させると、例えば両者の面同士の接触となり、両者間に空気層ができやすくなる。空気層は断熱効果を有するこ
とから、結果として熱的接触が確保し難くなる。しかし、ゲル３０を介在させることにより空気層ができてしまうことを防止し、熱的接触を図ることができる。

ケースＣは、電池モジュール群１０、及び伝熱性のゲル３０を収納するものであって、上ケース（不図示）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、及び伝熱性のゲル３０を収納するケースＣとして機能することとなる。

さらに、本実施形態においてケースＣは、一部に切り欠きＣ１を有している。具体的に切り欠きＣ１は、ケースＣの下壁に形成されている。図３は、切り欠きＣ１の具体的形状を示す正面図である。切り欠きＣ１は、図３（ａ）に示すように正方形状（四角形状）であってもよく、図３（ｂ）に示すように正方形の対向する辺同士を接続する橋渡し部Ｃ２を有していてもよい。また、図３（ｃ）に示すように、橋渡し部Ｃ２は、設置方向に制限があるものではなく、図３（ｂ）に示す方向と直交方向に設けられていてもよい。さらに、橋渡し部Ｃ２は、複数（２つ）あり、図３（ｄ）に示すようにクロスするように設けられていてもよい。このように、橋渡し部Ｃ２を備えることにより、切り欠きＣ１を設けたことによる強度低下を抑制することができる。なお、切り欠きＣ１及び橋渡し部Ｃ２の形状は、図３に示したものに限られるものではない。

また、図３に示すような橋渡し部Ｃ２を有する場合において、上記ウォータジャケット２０は、切り欠きＣ１の形状と合致するように凹凸を備えていてもよい。例えば図３（ｂ）に示すように、１つの橋渡し部Ｃ２を有する場合、ウォータジャケット２０は、２つの長方形状を為す凸部を有し、この凸部が丁度２つの切り欠きＣ１に嵌り込む形状となっていてもよい。なお、ウォータジャケット２０は、特に凹凸を有しなくともよい。

ここで、本実施形態に係るウォータジャケット２０は、ケースＣの外側に設けられている。このため、ウォータジャケット２０に供給される熱冷媒が漏れたとしても熱冷媒がケースＣ内の電極（不図示）に掛かってしまうことを防止することができる。

しかし、ウォータジャケット２０がケースＣの外側に設けられる場合、電池モジュール群１０とウォータジャケット２０との間にケースＣが介在することとなり、熱伝導性の低下を招くことから、温調効果が低下することとなってしまう。

そこで、本実施形態において電池モジュール群１０とウォータジャケット２０とは、ケースＣの切り欠きＣ１を介してゲル３０により熱的に接触することとなる。これにより、電池モジュール群１０とウォータジャケット２０とはケースＣの壁が介在しない状態で熱的に接触することとなり、ケースＣの外側にウォータジャケット２０を配置したことによる温調効果の低下を抑制することができる。

ここで、ゲル３０は切り欠きＣ１の全域を覆うことが望ましい。切り欠きＣ１がゲル３０により塞がれることとなり、例えばウォータジャケット２０から熱冷媒が漏れたとしてもゲル３０によりケースＣ内への熱冷媒の流入を防止することができるからである。

さらに、ゲル３０は接着性を有するものであることが望ましい。これにより、ゲル３０は切り欠きＣ１の全域を覆った状態からずれ難くなり、シール性の向上を図ることができるからである。

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、切り欠きＣ１を有した下ケースを用意し、ケースＣの外側から留め具Ｂによりウォ
ータジャケット２０を下ケースに取り付ける。次いで、作業者は、切り欠きＣ１の全域を覆うようにウォータジャケット２０上にゲル３０を塗布する。

その後、作業者は電池モジュール群１０をゲル３０上に載置し、ボルト等により電池モジュール群１０を下ケースに固定する。その後、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、たとえウォータジャケット２０に供給される熱冷媒が漏れたとしてもウォータジャケット２０自体がケースＣ外に設けられているため、熱冷媒がケースＣ内の電極に掛かってしまうことを防止することができる。また、ウォータジャケット２０が電池モジュール群１０とはゲル３０によりケースＣの切り欠きＣ１を介して熱的に接触しているため、電池モジュール群１０とウォータジャケット２０とはケースＣの壁が介在しない状態で熱的に接触することとなり、ケースＣの外側にウォータジャケット２０を配置したことによる温調効果の低下を抑制することができる。従って、電極に熱冷媒が掛かってしまう可能性を低減すると共に、温調効果の低下を抑制することができる。

また、伝熱性を有するゲル３０により切り欠きＣ１の全域を覆うため、切り欠きＣ１がゲル３０により塞がれることとなり、例えばウォータジャケット２０から熱冷媒が漏れたとしてもゲル３０によりケースＣ内への熱冷媒の流入を防止することができる。

また、ゲル３０は接着性を有するものでため、ゲル３０は切り欠きＣ１の全域を覆った状態からずれ難くなり、シール性の向上を図ることができる。

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４は、第２実施形態に係るバッテリユニットを示す概略模式図である。本実施形態においてウォータジャケット２０は切り欠きＣ１全域を塞ぐ大きさを有し、ケースＣの外側の切り欠きＣ１周囲にシール材４０を設けて、ケースＣとウォータジャケット２０とによりシール材４０を挟持することにより、ケースＣ内を密閉する構造となっている。これにより、外部からの水等の浸入を防ぐことができ、一層シール性の向上を図ることができる。なお、図４に示す例においてシール材４０は、ゴムガスケットが用いられるが、液状ガスケット又は金属ガスケットが用いられてもよい。

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、切り欠きＣ１を有した下ケースを用意し、ケースＣの外側から留め具Ｂによりウォータジャケット２０を下ケースに取り付ける。このとき、作業者は、シール材４０が切り欠きＣ１の周囲に配置されるようにし、ケースＣとウォータジャケット２０とでシール材４０を挟持させる。次いで、作業者は、切り欠きＣ１の全域を覆うようにウォータジャケット２０上にゲル３０を塗布する。

その後、作業者は電池モジュール群１０をゲル３０上に載置し、ボルト等により電池モジュール群１０を下ケースに固定する。その後、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、電極に熱冷媒が掛かってしまう可能性を低減すると共に、温調効果の低下を抑制することができる。また、ゲル３０によりケースＣ内への熱冷媒の流入を防止することがで
きる。

さらに、第２実施形態によれば、ケースＣとウォータジャケット２０とによりシール材４０を挟持することにより、ケースＣ内を密閉するため、外部からの水等の浸入を防ぐことができ、一層シール性の向上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ゲル３０は切り欠きＣ１の全域を覆っているが、これに限らず、切り欠きＣ１の内側の一部に設けられていてもよい。さらに、ゲル３０に限らず、熱伝導性を有する部材であれば、固形物であっても流動性を有するものであってもよい。

また、バッテリユニット１は以下のようになっていてもよい。図５は、本実施形態に係るバッテリユニットの変形例を示す概略構成図である。図５に示すように、変形例においてケース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いる。また、ケースＣの外側においてはエンボス部Ｅの凹部にウォータジャケット２０が配置されている。このため、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。なお、変形例において切り欠きＣ１は、エンボスＥの凸部に形成されている。

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
２０…ウォータジャケット（温調手段）
２１，２２…接続管
３０…ゲル
４０…シール材
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
Ｂ…留め具
Ｃ…ケース
Ｅ…エンボス部

Claims (4)

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群を収納すると共に、一部に切り欠きを有するケースと、
   前記ケースの外側に設けられ、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を、前記ケースの切り欠きを介して熱的に接触させる伝熱性部材と、
   を備えることを特徴とするバッテリユニット。
2. 前記伝熱性部材は、伝熱性を有するゲルであって、前記切り欠きの全域を覆う
   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. 前記ゲルは、接着性を有するものである
   ことを特徴とする請求項２に記載のバッテリユニット。
4. 前記温調手段は前記切り欠き全域を塞ぐ大きさを有し、ケースＣの外側の切り欠き周囲にシール材を設けて、ケースと前記温調手段とによりシール材を挟持することにより、ケース内を密閉する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のバッテリユニット。

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