JP2018163732A - バッテリーケース - Google Patents

Abstract

【課題】電池モジュールの冷却効率を向上する。【解決手段】主流路４４は、主流路４４の延在方向に延在する４つの流路壁面で囲まれて形成され、４つの流路壁面のうちの１つは、複数の電池セル３０の底側端面３００４を含んで構成されている。副流路４６は、モジュールハウジング２８の一対の第２側板２８０６間で、かつ、隣り合う電池セル３０の厚さ方向の端部に位置する側面３００６間に形成されている。隣り合う電池セル３０のケース３０Ａの底側端面３００４間は、主流路４４と副流路４６とを接続する開口５２となっており、底側端面３００４は副流路４６と直交している。複数の電池セル３０の底側端面３００４を含んで形成された流路壁面で各開口５２よりも熱交換媒体の流れの上流箇所毎に、主流路４４の断面積を縮小する凸部５４が設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、複数の電池モジュールを収容するバッテリーケースに関する。

モータを駆動源とした電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車においてモータに電力を供給する車両用電源装置が使用されている。
車両用電源装置は、高圧の直流電力をモータに供給することから複数の電池セルを直列に接続した電池モジュールを複数接続して構成された組電池と、組電池を収容するバッテリーケースとを備えている。
充電あるいは放電に伴い電池セルは熱を生じるため、電池セルの冷却を行なう必要がある。
そこで、収容された複数の電池モジュールをそれぞれ構成する複数の電池セルに熱交換媒体を供給する供給路を設け、供給路を、電池セルが並べられた方向に延在する主流路と、主流路から分岐し隣り合う電池セルの側面間を延在する複数の副流路とで構成したバッテリーケースが提供されている。

特開２０１４−１３５２３７号公報

しかしながら、上記従来技術では、主流路を流れる熱交換媒体が副流路に円滑に流れにくく、電池モジュールの冷却効率を確保する上で不利がある。
そのため、熱交換媒体を主流路から副流路に向けて案内するガイド片を主流路に設けることが考えられるが、このようなガイド片を設けると主流路を流れる熱交換媒体に圧損が生じ、主流路および副流路を流れる熱交換媒体の流量を低下させる不利がある。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、電池モジュールの冷却効率を向上する上で有利なバッテリーケース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、請求項１記載の発明は、収容された複数の電池モジュールをそれぞれ構成する複数の電池セルに熱交換媒体を供給する供給路を備え、前記供給路は、前記電池セルが並べられた方向に延在する主流路と、前記主流路から分岐し隣り合う電池セルの間を延在する複数の副流路とを有し、前記熱交換媒体は前記主流路の延在方向に沿って流れると共に前記主流路から前記各副流路に流れるバッテリーケースであって、前記主流路の延在方向において隣り合う電池セルの間は前記主流路と前記副流路とを接続する開口となっており、前記主流路において前記各開口よりも前記熱交換媒体の流れの上流箇所毎に、前記主流路の断面積を縮小する凸部が設けられていることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、前記主流路は、この主流路の延在方向に延在する複数の流路壁面で囲まれて形成され、前記複数の流路壁面のうちの一つの流路壁面は、前記副流路に直交する複数の電池セルの面を含んで構成され、前記凸部は前記複数の電池セルの面にそれぞれ設けられていることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、前記一つの流路壁面を構成する複数の電池セルの面に、パッドを介在させて前記主流路の延在方向に延在し前記一つの流路壁面を除いた前記主流路の残りの流路壁面を構成する中空状のダクト部材が配置され、前記パッドと、前記パッドに弾接される前記ダクト部材の壁部の双方に互いに一致した輪郭で、前記各開口毎に前記開口を含み前記開口よりも大きい輪郭の開口部が複数設けられ、前記パッドおよび前記ダクト部材の壁部の双方に設けられた前記各開口部の間の箇所は、互いに一致した輪郭で前記主流路の延在方向と交差する方向に延在する細長状の壁部が位置しており、前記凸部は前記パッドと前記ダクト部材の双方の前記細長状の壁部で構成されていることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、熱交換媒体による電池モジュールの冷却時、熱交換媒体は、主流路において凸部の箇所で流速が上昇することで圧力が低下し、凸部が設けられていない箇所で流速が低下することで圧力が上昇する。
そのため、凸部が設けられていない箇所に位置する開口付近では、熱交換媒体の圧力が上昇するため、開口から副流路に流入する熱交換媒体の流量が大きくなり、電池モジュールの冷却効率を高める上で有利となる。
請求項２記載の発明によれば、断面積の狭い凸部の箇所を通過した熱交換媒体に、電池セルの面の箇所に向かって流れる剥離流れが生じるため、開口から副流路に流入する熱交換媒体の流量を大きくする上でより有利となり、電池モジュールの冷却効率を高める上でより有利となる。
請求項３記載の発明によれば、ダクト部材とパッドを利用することで凸部を簡単に形成でき、軽量化を図る上で有利となる。

実施の形態に係るバッテリーケースを備える車両用電源装置の平面図である。 実施の形態に係る電池モジュールの分解図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 （Ａ）は図３のＡ−Ａ線断面図、（Ｂ）は図３のＢ−Ｂ線断面図である。 変形例の説明図で図１のＡ−Ａ線断面に対応した図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本実施の形態のバッテリーケースは、モータのみを駆動源とする電気自動車、あるいは、ハイブリッド車、あるいは、プラグインハイブリッド車などのモータを駆動源とした電動車に搭載され車両用電源装置を構成するものである。
図１に示すように、車両用電源装置１０は、組電池１２と、組電池１２を収容するバッテリーケース１４とを含んで構成されている。
組電池１２は、互いに接続された複数の電池モジュール１６で構成され、本実施の形態では、３つの電池モジュール１６が並べられた電池モジュール列１８が４つ設けられている。
図１〜図４に示すように、バッテリーケース１４は、トレー２０と、上カバー２２と、ダクト部材２４と、パッド２６と、モジュールハウジング２８とを含んで構成されている。

図２に示すように、電池モジュール１６は、複数の電池セル３０が並べられて構成され、それら電池セル３０は不図示のバスバーを介して相互に接続されている。
電池セル３０は、二次電池で構成されており、二次電池としてリチウムイオン二次電池など従来公知の様々な二次電池が使用可能である。
電池セル３０は、電極体（不図示）と、該電極体を収容するケース３０Ａとを備えている。
ケース３０Ａは、横長の矩形板状を呈し、ケースの材料としては、ステンレス、アルミニウム、スチールなど従来公知の様々な金属材料が使用可能である。
電池セル３０は、厚さＴと、幅Ｗと、高さＨとを有している。
電池セル３０は、高さＨ方向の両端に位置する端面（ケースの端面）３００２、３００４と、厚さＴ方向の両端に位置する側面（ケースの側面）３００６と、幅Ｗ方向の両端に位置する側面（ケースの側面）３００８とを有し、厚さ方向の両端に位置する側面３００６の面積が最も大きい。
高さＨ方向の両端に位置する端面３００２、３００４のうちの上方に位置する端面３００２は端子部３２が設けられた端子側端面３００２とされ、下方に位置する端面３００４は底側端面３００４とされ、それら端子側端面３００２と底側端面３００４とは、側面３００６，３００８に対して直交している。

電池モジュール１６は、複数の電池セル３０がそれらの端子側端面３００２を上方に向け、それらの底側端面３００４を下方に向け、それらの厚さＴ方向に等間隔をおいて並べられてそれぞれ位置決めされ、モジュールハウジング２８に収容されている。
モジュールハウジング２８は、図２、図４に示すように、互いに対向し複数の電池セル３０の底側端面３００４の幅方向の両側が載置される一対の底板２８０２と、一対の底板２８０２の長手方向から起立する一対の第１側板２８０４と、一対の底板２８０２の長手方向両端から起立する一対の第２側板２８０６とを備え、複数の電池セル３０がモジュールハウジング２８に収容された状態を図３、図４に示す。
図１に示すように、トレー２０は、底壁２００２および底壁２００２の周囲から起立された側壁２００４を備え、上部が開放されている。
モジュールハウジング２８は、図３に示すように、第２側板２８０６に設けられたフランジ２８１０が、トレー２０から上方に突出するブラケット２１にボルトＢ、ナットＮで締結されることによりトレー２０の底壁２００２上で支持されている。
また、図３に示すように、複数の電池セル３０の端子側端面３００２上に電池セル３０の電圧を検出する基板３４が取り付けられている。
図３、図４に示すように、上カバー２２は、トレー２０の側壁２００４に結合され、トレー２０と上カバー２２の内部に密閉された空間Ｓが形成される。

ダクト部材２４とパッド２６は、トレー２０の底壁２００２上で各モジュールハウジング２８毎に各モジュールハウジング２８の下部に配置され、言い換えると、ダクト部材２４とパッド２６は、電池モジュール１６毎に各電池モジュール１６の下部に配置されている。
図２に示すように、ダクト部材２４は中空状を呈し、電池セル３０が並べられた方向に延在する本体部２４０２と、本体部２４０２の長手方向の一端に設けられた熱交換媒体供給口２４０４と、本体部２４０２の長手方向の他端に設けられた熱交換媒体排出口２４０６とを備えている。
本実施の形態では、熱交換媒体として空気が用いられ、熱交換媒体は各電池モジュール１６の電池セル３０を冷却する循環路に循環される。
図１、図３、図４に示すように、循環路３６は、熱交換部で冷却された熱交換媒体を複数の電池セル３０に供給する第１流路３６Ａと、電池セル３０に供給された熱交換媒体を熱交換部に戻す第２流路３６Ｂとを含んで構成されている。
第１流路３６Ａは、不図示のファンと、ファンの下流側に配置された接続管３８と、接続管３８の下流に配置され熱交換媒体を冷却する熱交換部としてのエバポレータ４０と、エバポレータ４０の下流側に配置され冷却された熱交換媒体を４つの電池モジュール列１８に分配する分岐管４２と、分岐管４２に接続する主流路４４と、主流路４４に接続する副流路４６とを含んで構成されている。
第２流路３６Ｂは、トレー２０と上カバー２２で形成されたバッテリーケース１４内の空間Ｓを含んで構成され、各電池セル３０を冷却した熱交換媒体は、ファンにより吸い込まれる。
各電池モジュール列１８において、分岐管４２側に位置する電池モジュール１６の下方に配置されるダクト部材２４の熱交換媒体供給口２４０４は、それぞれ分岐管４２に接続される。
また、各電池モジュール列１８において、隣り合う電池モジュール１６の熱交換媒体供給口２４０４と熱交換媒体排出口２４０６とは接続される。
さらに、分岐管４２から最も離れた電池モジュール１６の下方に配置されるダクト部材２４の熱交換媒体排出口２４０６は閉塞されている。

ダクト部材２４の本体部２４０２は、図２〜図４に示すように、横長状を呈し、一定の幅で電池セル３０が並べられた方向に延在する底壁２４０２Ａと、底壁２４０２Ａの両側から起立する一対の側壁２４０２Ｂと、一対の側壁２４０２Ｂの上端間を接続する上壁２４０２Ｃとを有している。
上壁２４０２Ｃには、電池セル３０の底側端面３００４にほぼ対応してそれぞれ複数の開口部４８が設けられ、隣り合う複数の開口部４８間は、本体部２４０２の一対の側壁２４０２Ｂ間を接続する接続壁２４０２Ｄが位置している。したがって、上壁２４０２Ｃは、複数の開口部４８と複数の接続壁２４０２Ｄとを含んで構成されている。
底壁２４０２Ａおよび上壁２４０２Ｃの幅は、モジュールハウジング２８の一対の底板２８０２間の寸法よりも小さい寸法で形成され、上壁２４０２Ｃは、一対の底板２８０２間の下方に配置され、複数の開口部４８は一対の底板２８０２間に位置している。
パッド２６は、上壁２４０２Ｃの輪郭に対応した横長の矩形枠部２６０２と、矩形枠部２６０２の長さ方向に間隔をおいた箇所で矩形枠部２６０２の一対の側部間を接続する複数の接続部２６０４と、それら矩形枠部２６０２と複数の接続部２６０４との間に形成された複数の開口部５０とを有している。
パッド２６の複数の開口部５０と本体部２４０２の上壁２４０２Ｃの複数の開口部４８とは互いに一致した輪郭で形成され、また、パッド２６の接続部２６０４と本体部２４０２の接続壁２４０２Ｄとは互いに一致した輪郭で一定幅で延在する細長状の壁部となっている。
パッド２６の矩形枠部２６０２は、ダクト部材２４の本体部２４０２の上壁２４０２Ｃに載置され、電池モジュール１６を構成する複数の電池セル３０の底側端面３００４と上壁２４０２Ｃとにより挟持され、主流路４４が電池モジュール１６の底部部分で密閉された状態で形成されるように図られている。
この状態で、パッド２６の開口部５０と本体部２４０２の上壁２４０２Ｃの開口部４８は、後述する主流路４４と副流路４６とを接続する開口５２を含み開口５２よりも大きい輪郭を呈している。
なお、ハウジングとパッド２６、ダクト部材２４は、不図示の結合部を介して、ハウジングをトレー２０に組み込む前に予め結合される。

主流路４４は、ダクト部材２４の本体部２４０２の内部と、電池モジュール１６を構成する複数の電池セル３０の底側端面３００４とで構成され、電池セル３０が並べられた方向に延在している。
より詳細に説明すると、主流路４４は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、この主流路４４の延在方向に延在する４つの流路壁面で囲まれて形成されている。
４つの流路壁面のうちの１つは、ダクト部材２４の本体部２４０２の底壁２４０２Ａで形成された面である。
４つの流路壁面のうちの他の２つは、図４（Ａ）に示すように、ダクト部材２４の本体部２４０２の開口部４８およびパッド２６の開口部５０が位置している箇所では、ダクト部材２４の本体部２４０２の一対の側壁２４０２Ｂおよびパッド２６の矩形枠部２６０２の一対の側部の面２６０２Ａを含んで形成された面であり、図４（Ｂ）に示すように、ダクト部材２４の本体部２４０２の開口部４８およびパッド２６の開口部５０が位置していない箇所では、ダクト部材２４の本体部２４０２の一対の側壁２４０２Ｂの面で形成されている。

４つの流路壁面のうちの残りの１つは、図４（Ａ）に示すように、ダクト部材２４の本体部２４０２の開口部４８およびパッド２６の開口部５０が位置している箇所では、電池モジュール１６を構成する複数の電池セル３０の底側端面３００４およびそれら底側端面３００４の両側に位置するダクト部材２４の上壁２４０２Ｃ部分の面で形成され、図４（Ｂ）に示すように、ダクト部材２４の本体部２４０２の開口部４８およびパッド２６の開口部５０が位置していない箇所では、ダクト部材２４の上壁２４０２Ｃの接続壁２４０２Ｄの面で形成されている。
したがって、図３、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、４つの流路壁面のうちの残りの１つは、電池モジュール１６を構成する複数の電池セル３０の底側端面３００４を含んで構成されている。
副流路４６は、モジュールハウジング２８の一対の第２側板２８０６間で、かつ、隣り合う電池セル３０の厚さ方向の端部に位置する側面（ケース３０Ａの側面）３００６間に形成されている。
また、隣り合う電池セル３０のケース３０Ａの底側端面３００４間は、主流路４４と副流路４６とを接続する開口５２となっており、底側端面３００４は副流路４６と直交している。
後述するように熱交換媒体は主流路４４の延在方向に沿って流れると共に主流路４４から各副流路４６に流れる。

そして、図３に示すように、複数の電池セル３０の底側端面３００４を含んで形成された流路壁面に、主流路４４の延在方向において、開口５２を挟んだ箇所毎に主流路４４の断面積を縮小する凸部５４が設けられている。言い換えると、主流路４４において各開口５２よりも熱交換媒体の流れの上流箇所毎に、主流路４４の断面積を縮小する凸部５４が設けられている。
本実施の形態では、この凸部５４は、図３、図４（Ｂ）に示すように、互いに一致した輪郭で延在するダクト部材２４の細長状の接続壁２４０２Ｄと、パッド２６の細長状の接続部２６０４とで構成されている。

不図示のファンが作動することにより、エバポレータ４０により冷却された熱交換媒体が分岐管４２、熱交換媒体供給口２４０４を介して各電池モジュール列１８を構成する複数の電池モジュール１６の下方の主流路４４へ供給される。
これにより、熱交換媒体は、各電池モジュール１６の主流路４４に流れると共に、開口５２から副流路４６にも分岐して流れる。
主流路４４を流れる熱交換媒体は、主流路４４を形成する電池セル３０の底側端面３００４に沿って流れることにより電池セル３０を底側端面３００４から冷却する。
副流路４６を流れる熱交換媒体は、副流路４６を形成する電池セル３０の側面（ケース３０Ａの側面）に沿って流れることにより電池セル３０を側面から冷却する。
各電池モジュール１６の副流路４６を流れた熱交換媒体は、副流路４６から上方に流れ、各電池モジュール１６の上部と上カバー２２との間に至り、ファンに吸引される。
このようにして熱交換媒体が第１流路３６Ａと第２流路３６Ｂとを循環して流れ、電池セル３０の冷却がなされる。

次に作用効果について説明する。
熱交換媒体による電池モジュール１６の冷却時、凸部５４が設けられた箇所で主流路４４の断面積が縮小される一方、凸部５４が設けられていない箇所で主流路４４の断面積が急拡大するため、熱交換媒体は、主流路４４において凸部５４の箇所で流速が上昇することで圧力が低下し、凸部５４が設けられていない箇所で流速が低下することで圧力が上昇する。
そのため、凸部５４が設けられていない箇所に位置する開口５２付近では、熱交換媒体の圧力が上昇するため、開口５２から副流路４６に流入する熱交換媒体の流量を大きくする上で有利となる。

また、凸部５４は、複数の電池セル３０の底側端面３００４を含んで形成された流路壁面に設けられているので、主流路４４の断面積が電池セル３０の底側端面３００４側に向かって急拡大している。
そのため、断面積の狭い凸部５４の箇所を通過した熱交換媒体に、電池セル３０の底側端面３００４の箇所に向かって流れる剥離流れＦが生じる。
この剥離流れＦは電池セル３０の底側端面３００４側に向かって、すなわち、開口５２に向かって流れることになり、開口５２から副流路４６に流入する熱交換媒体の流量を大きくする上でより一層有利となる。

したがって、開口５２付近で熱交換媒体の圧力が上昇すること、また、電池セル３０の底側端面３００４の箇所に向かって流れる剥離流れＦが生じることから、開口５２から副流路４６に流入する熱交換媒体の流量を大きくでき、電池モジュール１６の冷却効率を高める上で有利となる。
また、開口５２から副流路４６に流入する熱交換媒体の流量を大きくできることから、冷却効率を従来と同一に保つ場合に、主流路４４および副流路４６の断面積を共に小さくすることができ、バッテリーケース１４のコンパクト化、軽量化を図る上で有利となる。

なお、凸部５４は、電池セル３０の底側端面３００４を含んで形成された流路壁面以外の流路壁面、例えば、図５に示すようにダクト部材２４の底壁２４０２Ａや、或いは側壁２４０２Ｂに設けても良いが、凸部５４を本実施の形態のように電池セル３０の底側端面３００４を含んで形成された流路壁面に設けると、熱交換媒体の剥離流れＦによって主流路４４から副流路４６に流入する熱交換媒体の流量を大きくする上でより有利となる。
また、凸部５４を本実施の形態のように電池セル３０の底側端面３００４を含んで形成された流路壁面に設けると、ダクト部材２４およびパッド２６を利用して凸部５４を簡単に設けることができ、軽量化を図る上で有利となる。
また、主流路４４が電池モジュール１６を構成する複数の電池セル３０の底側端面３００４に沿って延在している場合について説明したが、主流路４４の延在方向は任意であり、電池モジュール１６の配置構造に対応して種々変更される。

１４ バッテリーケース
１６ 電池モジュール
２４ ダクト部材
２６ パッド
３０ 電池セル
３０Ａ ケース
３００４ 底側端面
３００６ 側面
４４ 主流路
４６ 副流路
５２ 開口
５４ 凸部

Claims (3)

1. 収容された複数の電池モジュールをそれぞれ構成する複数の電池セルに熱交換媒体を供給する供給路を備え、
   前記供給路は、前記電池セルが並べられた方向に延在する主流路と、前記主流路から分岐し隣り合う電池セルの間を延在する複数の副流路とを有し、
   前記熱交換媒体は前記主流路の延在方向に沿って流れると共に前記主流路から前記各副流路に流れるバッテリーケースであって、
   前記主流路の延在方向において隣り合う電池セルの間は前記主流路と前記副流路とを接続する開口となっており、
   前記主流路において前記各開口よりも前記熱交換媒体の流れの上流箇所毎に、前記主流路の断面積を縮小する凸部が設けられている、
   ことを特徴とするバッテリーケース。
2. 前記主流路は、この主流路の延在方向に延在する複数の流路壁面で囲まれて形成され、
   前記複数の流路壁面のうちの一つの流路壁面は、前記副流路に直交する複数の電池セルの面を含んで構成され、
   前記凸部は前記複数の電池セルの面にそれぞれ設けられている、
   ことを特徴とする請求項１記載のバッテリーケース。
3. 前記一つの流路壁面を構成する複数の電池セルの面に、パッドを介在させて前記主流路の延在方向に延在し前記一つの流路壁面を除いた前記主流路の残りの流路壁面を構成する中空状のダクト部材が配置され、
   前記パッドと、前記パッドに弾接される前記ダクト部材の壁部の双方に互いに一致した輪郭で、前記各開口毎に前記開口を含み前記開口よりも大きい輪郭の開口部が複数設けられ、
   前記パッドおよび前記ダクト部材の壁部の双方に設けられた前記各開口部の間の箇所は、互いに一致した輪郭で前記主流路の延在方向と交差する方向に延在する細長状の壁部が位置しており、
   前記凸部は前記パッドと前記ダクト部材の双方の前記細長状の壁部で構成されている、
   ことを特徴とする請求項２記載のバッテリーケース。

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