JP2018014205A - 車両用電池パック - Google Patents
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Abstract
【課題】熱伝導部材と蓄熱部材との間の伝熱量を増やすことができる車両用電池パックを提供する。【解決手段】電気車両（ＥＶ）等に搭載される車両用電池パック１は、複数個の電池２と、少なくとも各電池２の外側面２ａと接触する接触部３１を介して各電池２と熱的に接続される熱伝導部材３と、熱伝導部材３と熱的に接続される蓄熱部材４とを備える。熱伝導部材３は、例えばグラファイト等からなり、蓄熱部材４に対して複数の面３３ａで接触する伝熱部３３を有する。【選択図】図１
Description
本発明は、車両用電池パックに関する。
電気車両（ＥＶ）、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車両（ＰＨＥＶ）などの車両は、駆動源であるモータを駆動する電力を供給する電源として、例えば電池パックが搭載されている。電池パックは、複数個の電池（二次電池）が収容されており、各電池が直列および／または並列に電気的に接続されている。各電池は、充放電の際に温度が変化し、車両の走行時間に応じて温度が上昇するため、使用可能温度が定められている。従って、各電池に短時間で高い負荷がかかることで使用可能温度を超えた場合には充放電制限を設けることとなるため、使用可能温度を超えることを抑制することを目的として冷却機能を電池パックに持たせる場合がある（例えば、特許文献１参照）。
電池パックの冷却機能の一例として、熱伝導部材を介して各電池と蓄熱部材とを熱的に接続することにより、電池パックの容積に対するエネルギー密度を低下させることなく小型化することが可能である。
しかしながら、熱伝導部材を介して各電池と蓄熱部材とを熱的に接続する場合、熱抵抗が小さい熱伝導部材を用いることにより電池から熱伝導部材への熱伝導が早くなるが、蓄熱部材は、熱抵抗が大きいことから熱伝導部材から蓄熱部材への熱伝導が遅くなる。そのため、例えば、車両の加速時など電池に短時間で高負荷がかかり電池温度が急上昇したときは、電池の発熱量に対して蓄熱部材への伝熱量が少ないと冷却効果が低下するおそれがある。
本発明は、熱伝導部材と蓄熱部材との間の伝熱量を増やすことができる車両用電池パックを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る車両用電池パックは、複数個の電池と、少なくとも各前記電池の外側面と接触する接触部を介して各前記電池と熱的に接続される熱伝導部材と、前記熱伝導部材と熱的に接続される蓄熱部材とを備え、前記熱伝導部材は、前記蓄熱部材に複数の面で接触する伝熱部を有することを特徴とする。
また、上記車両用電池パックにおいて、前記伝熱部は、前記複数の面で構成される凹凸形状および鋸歯形状の少なくとも一方を有することが好ましい。
また、上記車両用電池パックにおいて、前記熱伝導部材は、厚み方向に立設され、各前記電池の外側面に接触する立設部をさらに有し、前記立設部は、各前記電池と熱的に接続されることが好ましい。
また、上記車両用電池パックにおいて、前記熱伝導部材は、底面に複数の前記接触部が長手方向に一列に配列され、かつ各前記接触部に各前記電池を接触させた状態で収容する収容空間部が形成されており、前記底面と反対側の下面には、複数の前記接触部が長手方向に一列に配列され、前記伝熱部は、前記収容空間部と挟んで前記熱伝導部材の両端に設けられ、かつ、他の前記熱伝導部材が積層された状態である積層状態において、他の前記熱伝導部材の下面が接触するものであり、前記熱伝導部材の積層状態において、各前記電池は、前記底面の接触部と他の前記熱伝導部材の下面の接触部とにより狭持されることが好ましい。
本発明に係る車両用電池パックは、複数個の電池の各外側面と接触する接触部を介して各電池と熱的に接続される熱伝導部材を有し、当該熱伝導部材が、複数の面で蓄熱部材と接触する伝熱部を有する。これにより、車両用電池パックは、熱伝導部材が複数の面で蓄熱部材と接触するので、熱伝導部材と蓄熱部材との接触面積を広くして熱抵抗を小さくすることができ、熱伝導部材と蓄熱部材との間の伝熱量を増やすことができるという効果を奏する。
以下に、本発明に係る車両用電池パックの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、下記実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、いわゆる当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、下記の実施形態における構成要素は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
［実施形態］
実施形態に係る車両用電池パックについて説明する。図１は、実施形態に係る車両用電池パックの概略構成を示す縦断面図である。図２は、実施形態に係る車両用電池パックの熱伝導部材の概略構成を示す斜視図である。なお、図１（図３、図５も同様）は、車両用電池パックの断面を奥行き方向から見た図である。以下の説明において、図示のＸ方向は、本実施形態における車両用電池パックの幅方向である。Ｙ方向は、本実施形態における車両用電池パックの奥行き方向であり、幅方向と直交する方向である。Ｚ方向は、本実施形態における車両用電池パックの上下方向であり、幅方向および奥行き方向と直交する方向である。
実施形態に係る車両用電池パックについて説明する。図１は、実施形態に係る車両用電池パックの概略構成を示す縦断面図である。図２は、実施形態に係る車両用電池パックの熱伝導部材の概略構成を示す斜視図である。なお、図１（図３、図５も同様）は、車両用電池パックの断面を奥行き方向から見た図である。以下の説明において、図示のＸ方向は、本実施形態における車両用電池パックの幅方向である。Ｙ方向は、本実施形態における車両用電池パックの奥行き方向であり、幅方向と直交する方向である。Ｚ方向は、本実施形態における車両用電池パックの上下方向であり、幅方向および奥行き方向と直交する方向である。
本実施形態に係る車両用電池パック１は、図示しない車両、特に、電気車両（ＥＶ）、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車両（ＰＨＥＶ）などの、駆動源としてモータを用いる車両に搭載され、駆動源に電力を供給する電源となるものである。車両用電池パック１は、図１に示すように、複数個の電池２と、熱伝導部材３と、蓄熱部材４とを含んで構成される。
複数個の電池２は、充放電可能な電池であり、すなわち二次電池である。本実施形態における複数個の電池２は、それぞれの外側面２ａが奥行き方向に延びる円筒型のリチウムイオン電池であり、上下方向（Ｚ方向）に積み重ねられた複数の熱伝導部材３により千鳥格子状に保持されている。
熱伝導部材３は、熱伝導性を有する熱伝導材料で構成される。熱伝導材料としては、例えばグラファイト、熱伝導性フィラーを含有する樹脂、銅やアルミニウムなどの金属がある。本実施形態における熱伝導部材３は、少なくとも各電池２と熱的に接続されるものである。ここで、熱伝導部材３が各電池２と熱的に接続されるとは、各電池２と接触することで熱伝導部材３と各電池２との間で熱の授受が可能な場合、絶縁体等を介して熱伝導部材３と各電池２との間で熱の授受が可能な場合が含まれる。熱伝導部材３は、長手方向の両端が外気に接している。熱伝導部材３は、複数の接触部３１と、収容空間部３２と、伝熱部３３とを含んで構成される。
複数の接触部３１は、それぞれが熱伝導部材３の厚み方向に形成された円弧状のくぼみである。複数の接触部３１は、それぞれが各電池２の外側面２ａと隙間なく接触するように形成され、各電池２の外側面２ａと接触することで、熱伝導部材３と各電池２とが熱的に接続される。複数の接触部３１は、熱伝導部材３の底面（Ｚ１方向の面）３４の長手方向（Ｘ方向）と、底面３４と反対側にある下面３５の長手方向にそれぞれ一列に配列されている。また、複数の接触部３１は、それぞれが各電池２と接触した状態で、各電池２同士が接触しないように所定の間隔を置いて配置されている。
収容空間部３２は、複数個の電池２を収容する空間である。収容空間部３２は、複数の接触部３１が長手方向（Ｘ方向）に一列に配列されている。収容空間部３２は、各電池２を各接触部３１に接触させた状態で収容する。収容空間部３２は、少なくとも２つの熱伝導部材３が複数個の電池２を上下方向から挟持することで形成される。例えば、図１に示すように、収容空間部３２は、一の熱伝導部材３の底面３４と他の熱伝導部材３の下面３５が５個の電池２を上下方向から挟持することで形成される。収容空間部３２は、隣接する収容空間部３２に収容される各電池２が上下方向で同一線上に位置しないように、幅方向（Ｘ方向）にずらして形成されている。
伝熱部３３は、収容空間部３２を挟んで熱伝導部材３の長手方向の両端に設けられている。伝熱部３３は、複数の面３３ａで構成される凹凸形状を有する。伝熱部３３は、図２に示すように、複数の凹部３３ｂと、複数の凸部３３ｃと、複数の面３３ａに囲まれた内部空間３３ｄを含んで構成される。複数の凹部３３ｂおよび複数の凸部３３ｃは、熱伝導部材３の長手方向および奥行き方向（Ｙ方向）に沿って形成されている。内部空間３３ｄは、上方向に隣接する熱伝導部材３の下面３５により、その開口部が閉塞される。伝熱部３３は、他の熱伝導部材３が積層された状態である積層状態において、他の熱伝導部材３の下面が接触するものであり、熱伝導部材３の積層状態において、各電池２は、底面３４の接触部３１と他の熱伝導部材３の下面３５の接触部とにより狭持される。
蓄熱部材４は、熱伝導部材３よりも熱抵抗が大きく、顕熱または潜熱を行うことができる蓄熱材料で構成されている。蓄熱材料としては、主に顕熱を行うことができる油、鉄、アルミニウムなどの金属、セラミック、セメント、レンガ、主に潜熱を行うことができるパラフィン、脂肪酸、糖アルコール、無機塩水和物、二酸化バナジウム、顕熱および潜熱を行うことができる水などである。蓄熱材料は、蓄熱部材４の主成分として含まれている材料であることが好ましい。本実施形態における蓄熱部材４は、熱伝導部材３と熱的に接続されるものである。蓄熱部材４は、伝熱部３３の内部空間３３ｄに隙間なく充填され、複数の面３３ａと接触することで熱伝導部材３と熱的に接続される。
上記のように構成される車両用電池パック１では、収容空間部３２に収容された各電池２で発生した熱は、各電池２の外側面２ａから、各電池２の上下方向にある各接触部３１を介して熱伝導部材３に伝わる。熱伝導部材３に伝わった熱は、当該熱伝導部材３の長手方向の両端に設けられた伝熱部３３にそれぞれ移動し、当該伝熱部３３を構成する複数の面３３ａと面接触している蓄熱部材４に伝わるので、熱伝導部材３から蓄熱部材４に移動する伝熱量が増えて、電池２の冷却効果を上げることができる。また、熱伝導部材３に伝わった熱は、熱伝導部材３の長手方向の両端から外気へ放熱される。
また、上記のように構成される車両用電池パック１では、車両の走行当初は、複数個の電池２と蓄熱部材４との温度差がないため熱の移動は発生しないが、電池温度が上昇すると、電池２で発生した熱は、上述のように熱伝導部材３から蓄熱部材４に伝わる。電池２は、熱伝導部材３から蓄熱部材４に熱を奪われ続けることで温度上昇が緩やかになる。本実施形態では、熱伝導部材３と蓄熱部材４との接触面積を広くすることで熱抵抗が小さくなっていることから、熱伝導部材３から蓄熱部材４に移動する伝熱量が増えるので、電池２に短時間で高負荷がかかり電池温度が上昇したときでも、電池２の温度上昇が緩やかになり、電池温度が適正範囲に保持される時間が長くなる。
また、上記のように構成される車両用電池パック１では、車両の冷間時において、蓄熱部材４に蓄えられていた熱が、伝熱部３３を構成する複数の面３３ａを介して熱伝導部材３に伝わり、各接触部３１を介して各電池２に伝わる。本実施形態では、熱伝導部材３と蓄熱部材４との接触面積を広くすることで熱抵抗が小さくなっていることから、蓄熱部材４から熱伝導部材３に移動する伝熱量が増えるので、車両の冷間時でも電池２の温度を適正範囲に保持することが可能となる。
以上説明した車両用電池パック１は、複数個の電池２と、少なくとも各電池２の外側面２ａと接触する接触部３１を介して各電池２と熱的に接続される熱伝導部材３と、熱伝導部材３と熱的に接続される蓄熱部材４とを備え、熱伝導部材３は、蓄熱部材４に複数の面３３ａで接触する伝熱部３３を有する。上記構成により、車両用電池パック１は、熱伝導部材３が複数の面３３ａで蓄熱部材４と接触するので、熱伝導部材３と蓄熱部材４との接触面積を広くして熱抵抗を小さくすることができ、熱伝導部材３と蓄熱部材４との間の伝熱量を増やすことができる。このため、車両用電池パック１は、例えば、車両の加速時などにより短時間で電池２に高負荷がかかり、電池温度が急上昇した場合でも、電池２の増加した発熱量に対応することができ、冷却効果の低下を抑制することができる。
また、以上説明した車両用電池パック１は、伝熱部３３が、複数の面３３ａで構成される凹凸形状を有するので、熱伝導部材３と蓄熱部材４との接触面積がより広くなり、両者間の熱抵抗を小さくすることができる。
また、以上説明した車両用電池パック１は、熱伝導部材３が、底面３４に複数の接触部３１が長手方向に一列に配列され、かつ各接触部３１に各電池２を接触させた状態で収容する収容空間部３２が形成されており、底面３４と反対側の下面３５には、複数の接触部３１が長手方向に一列に配列されている。伝熱部３３は、収容空間部３２と挟んで熱伝導部材３の両端に設けられ、かつ、他の熱伝導部材３が積層された状態である積層状態において、他の熱伝導部材３の下面３５が接触するものであり、熱伝導部材３の積層状態において、各電池３は、底面３４の接触部３１と他の熱伝導部材３の下面３５の接触部３１とにより狭持される。上記構成により、収容空間部３２に収容された複数個の電池２で発生した熱を、底面３４の各接触部３１および下面３５の各接触部３１から熱伝導部材３に効率よく伝熱することができると共に、熱伝導部材３に伝わった熱を容易に伝熱部３３に移動させることができる。
［変形例］
次に、上記実施形態の変形例１に係る車両用電池パックについて説明する。図３は、実施形態の変形例１に係る車両用電池パックの縦断面図である。図４は、変形例１に係る車両用電池パックの熱伝導部材の概略構成を示す斜視図である。
次に、上記実施形態の変形例１に係る車両用電池パックについて説明する。図３は、実施形態の変形例１に係る車両用電池パックの縦断面図である。図４は、変形例１に係る車両用電池パックの熱伝導部材の概略構成を示す斜視図である。
図３、図４に示す変形例１に係る車両用電池パック１００は、熱伝導部材３０における伝熱部３３０の形状等が上述の車両用電池パック１と異なる。伝熱部３３０は、複数の面３３０ａで構成される鋸歯形状を有する。伝熱部３３０は、図４に示すように、複数の谷部３３０ｂと、複数の山部３３０ｃと、複数の面３３０ａで囲まれた内部空間３３０ｄを含んで構成される。複数の谷部３３０ｂおよび複数の山部３３０ｃは、熱伝導部材３０の底面３４および下面３５にそれぞれ形成されている。内部空間３３０ｄには、蓄熱部材４が隙間なく充填され、複数の面３３０ａと接触することで熱伝導部材３０と熱的に接続される。熱伝導部材３０の底面３４側の内部空間３３０ｄは、上方向に隣接する熱伝導部材３０の下面３５側の内部空間３３０ｄと一体的に形成される。また、熱伝導部材３０の下面３５側の内部空間３３０ｄは、下方向（Ｚ２方向）に隣接する熱伝導部材３０の底面３４側の内部空間３３０ｄと一体的に形成される。
以上説明した車両用電池パック１００は、伝熱部３３０が、複数の面３３０ａで構成される鋸歯形状を有するので、熱伝導部材３０と蓄熱部材４との接触面積が広くなり、両者間の熱抵抗を小さくすることができる。
次に、上記実施形態の変形例２に係る車両用電池パックについて説明する。図５は、実施形態の変形例２に係る車両用電池パックの縦断面図である。
図５に示す変形例２に係る車両用電池パック１０１は、熱伝導部材３００の形状等が上述の車両用電池パック１と異なる。熱伝導部材３００は、厚み方向に立設され、各電池２の外側面２ａに接触する立設部３６を複数有する。立設部３６は、各電池２の外側面２ａが各接触部３１に接触した状態で、各電池２を幅方向から挟むように立設されており、各電池２と熱的に接続される。立設部３６は、上方向の端部の端面が、上方向に隣接する熱伝導部材３００の下面３５に当接するように形成される。さらに、立設部３６は、各電池２の奥行き方向に延びる外側面２ａと接触するように、奥行き方向に延設されている。
以上説明した車両用電池パック１０１は、熱伝導部材３００が、厚み方向に立設され、各電池２の外側面２ａに接触する立設部３６を有し、当該立設部３６が各電池２と熱的に接続されるので、電池２と熱伝導部材３００との接触面積が広くなり、両者間の熱移動を容易ならしめることができる。
なお、以上の説明では、車両用電池パックは、複数の熱伝導部材を上下方向に積層した構成について説明したが、これに限定されるものではなく、複数の熱伝導部材を幅方向に積層した構成であってもよい。
また、以上の説明では、電池は、円筒型のリチウムイオン電池である場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、四角柱型の電池であってもよいし、リチウムイオン電池以外の電池であってもよい。
また、以上の説明では、熱伝導部材は、グラファイト等の熱伝導材料で構成される場合について説明したが、少なくとも表面全体が熱伝導材料により覆われていればよい。また、熱伝導部材は、モジュール部品で構成されてもよい。モジュール部品は、例えば、上述した車両用電池パックを構成するひとまとまりの部品であり、形状や仕様等が規格化または標準化されたものをいう。熱伝導部材は、上下方向（または幅方向）に積み重ねられて箱状に形成されることで、１つの車両用電池パックが構成される。
また、以上の説明では、伝熱部が凹凸形状または鋸歯形状を有する場合について説明したが、これらに限定されるものではなく、表面積を広くならしめる形状であれば、例えば、プレート形状、ピン形状、格子形状などであってもよい。
１ 車両用電池パック
２ 電池
３ 熱伝導部材
４ 蓄熱部材
３１ 接触部
３３ 伝熱部
３３ａ 面
３３ｂ 凹部
３３ｃ 凸部
３３ｄ 内部空間
３４ 底面
３５ 下面
３６ 立設部
２ 電池
３ 熱伝導部材
４ 蓄熱部材
３１ 接触部
３３ 伝熱部
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３３ｂ 凹部
３３ｃ 凸部
３３ｄ 内部空間
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３５ 下面
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Claims (4)
- 複数個の電池と、
少なくとも各前記電池の外側面と接触する接触部を介して各前記電池と熱的に接続される熱伝導部材と、
前記熱伝導部材と熱的に接続される蓄熱部材とを備え、
前記熱伝導部材は、前記蓄熱部材に複数の面で接触する伝熱部を有することを特徴とする車両用電池パック。 - 前記伝熱部は、前記複数の面で構成される凹凸形状および鋸歯形状の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電池パック。
- 前記熱伝導部材は、厚み方向に立設され、各前記電池の外側面に接触する立設部をさらに有し、
前記立設部は、各前記電池と熱的に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用電池パック。 - 前記熱伝導部材は、
底面に複数の前記接触部が長手方向に一列に配列され、かつ各前記接触部に各前記電池を接触させた状態で収容する収容空間部が形成されており、
前記底面と反対側の下面には、複数の前記接触部が長手方向に一列に配列され、
前記伝熱部は、前記収容空間部と挟んで前記熱伝導部材の両端に設けられ、かつ、他の前記熱伝導部材が積層された状態である積層状態において、他の前記熱伝導部材の下面が接触するものであり、
前記熱伝導部材の積層状態において、各前記電池は、前記底面の接触部と他の前記熱伝導部材の下面の接触部とにより狭持されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用電池パック。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018032507A (ja) * | 2016-08-24 | 2018-03-01 | 矢崎総業株式会社 | 車両用電池パック |
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2016
- 2016-07-20 JP JP2016142338A patent/JP6730119B2/ja active Active
Patent Citations (8)
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