JP2019087377A - 組電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】剛性を向上させつつ、冷却構造を簡素にできる組電池を提供する。【解決手段】組電池1は、複数の二次電池2と、底板3と、側壁7と、リインフォースとを備える。複数の二次電池2は、隙間2aを空けて積層されている。発泡樹脂製の中間材5は、上板4と下板6との間に充填されている。中間材5には、凹部5aが形成されている。凹部5aは、積層方向DR1と中間材5の厚み方向DR2とに直交する奥行方向に延びている。上板4には、貫通孔4aが形成されている。リインフォースの内部には、第一中空空間が形成されている。リインフォースには、連通孔が形成されている。側壁7の内部には、第二中空空間7aが形成されている。複数の二次電池2を冷却する冷媒は、凹部5a、貫通孔4a、隙間2a、連通孔、第一中空空間、および第二中空空間7aを、この順に経由して流れる。【選択図】図2

Description

本開示は、組電池に関する。
従来の組電池において、冷媒配管を通過する冷媒により電池を冷却する技術が、たとえば特開2009−134938号公報(特許文献1)に開示されている。
特開2009−134938号公報
上記特許文献1に開示される組電池の場合、冷媒を流すための配管が必要であり、組電池の重量が大きくなる。
また、プラグインハイブリッド車または電気自動車向けの大容量化を狙った大型の組電池は、車両の床下に搭載される構造が多いため、組電池の下部に路面から負荷を受ける場合がある。そのため、組電池の下部の剛性を向上させる必要がある。
本開示では、剛性を向上させつつ、冷却構造を簡素にできる組電池が提供される。
本開示に係る組電池は、複数の二次電池と、底板と、側壁と、リインフォースとを備える。複数の二次電池は、隙間を空けて積層されている。底板には、複数の二次電池が搭載されている。底板は、平板状の上板と、平板状の下板と、発泡樹脂製の中間材と、を含む。中間材は、上板と下板との間に充填されている。側壁は、複数の二次電池を囲って配置されている。リインフォースは、複数の二次電池の積層方向に延在している。リインフォースの両端は、側壁の内周面と連結されている。中間材には、上板に接触する表面が溝状に窪んだ凹部が形成されている。凹部は、積層方向と中間材の厚み方向とに直交する奥行方向に延びている。上板には、上板を厚み方向に貫通し凹部と隙間とを連通する貫通孔が形成されている。リインフォースの内部には、第一中空空間が形成されている。リインフォースには、二次電池に向く面に開口し隙間と第一中空空間とを連通する連通孔が形成されている。側壁の内部には、第一中空空間と連通する第二中空空間が形成されている。複数の二次電池を冷却する冷媒は、凹部、貫通孔、隙間、連通孔、第一中空空間、および第二中空空間を、この順に経由して流れる。
上記の組電池によると、複数の二次電池を底板に搭載することにより、組電池の下部の剛性を向上させている。底板の中間材に形成した凹部が冷風路として機能するため、別途配管を用いて冷風路を構成しなくてもよい。したがって、組電池の下部の剛性を向上させつつ、組電池の冷却構造を簡素にすることができる。
本開示に従えば、剛性を向上させつつ、冷却構造を簡素にできる組電池を実現することができる。
実施の形態1に従う組電池の平面図である。 図1に示すII−II線に沿う組電池の断面図である。 図1に示すIII−III線に沿う組電池の断面図である。 実施の形態1に従う中間材の斜視図である。 図4に示すV−V線に沿う中間材の断面の一部を拡大した図である。 底板の内部における冷風の流路を説明する平面図である。 底板から排出口までの冷風の流路を説明する平面図である。 図7に示すVIII−VIII線に沿う組電池の断面図である。 実施の形態2に従う中間材の平面図である。 図9に示す領域Xの拡大図である。 実施の形態3に従う組電池の断面図である。 実施の形態4に従う組電池の断面図である。
以下、図面に基づいて本開示の実施の形態を説明する。以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
[実施の形態1]
(組電池1)
図1は、実施の形態1に従う組電池1の平面図である。組電池1は、ハイブリッド自動車に搭載されている。組電池1は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関とともに、ハイブリッド自動車の動力源とされている。組電池1は、車両の床下に配置されている。別の例として、組電池1は、電気自動車または燃料電池自動車に搭載されている。
図1に示すように、組電池1は、複数の電池モジュール20と、側壁7と、複数のリインフォース8とを備える。電池モジュール20は、積層された二次電池2からなる積層体20a(図1中点線部)を含む。電池モジュール20は、積層体20aが2列に並んで構成されている。組電池1は、8つの電池モジュール20を備えている。
側壁7は、複数の電池モジュール20を囲って配置されている。側壁7は、平面視において、角が面取りされたほぼ矩形状の形状を有する。側壁7は、前縁部7e、側縁部7f、および後縁部7gを有する。側縁部7fは、後述する奥行方向DR3に延びる形状を有する。
側縁部7fの一方の端部には、前縁部7eが設けられている。側壁7のうち前縁部7eが設けられている側は、組電池1が搭載される車両の前側である。側縁部7fの他方の端部には、後縁部7gが設けられている。側壁7のうち後縁部7gが設けられている側は、組電池1が搭載される車両の後側である。後縁部7gには、後述する冷媒が排出される排出口7hが形成されている。
図中に両矢印で示された積層方向DR1は、複数の二次電池2が積層されている方向であり、図1においては左右方向である。奥行方向DR3は、積層体20aが2列に並んでいる方向であり、図1においては上下方向である。奥行方向DR3は、積層方向DR1と直交している。組電池1は、奥行方向DR3が車両の前後方向に沿うように配置されている。
リインフォース8は、電池モジュール20を挟むように配置されている。複数のリインフォース8は、奥行方向DR3に並んで配置されている。リインフォース8は、積層方向DR1に延在している。リインフォース8の積層方向DR1における両端は、側壁7の内周面と連結されている。リインフォース8は、側壁7を補強している。
図2は、図1に示すII−II線に沿う組電池1の断面図である。図3は、図1に示すIII−III線に沿う組電池1の断面図である。
図2および図3に示すように、隣り合う二次電池2の間には、隙間2aが形成されている。複数の二次電池2は、隙間2aを空けて積層されている。二次電池2は、略矩形箱状の外形を有する。二次電池2は、一対の側面2bおよび一対の狭面2cを有する。
側面2bは、二次電池2の側面のうち面積が大きい面である。側面2bは、隣の二次電池2の側面2bと向かい合っている。積層体20a(図1)の端にある二次電池2の側面2bは、側壁7と向かい合っている。狭面2cは、二次電池2の側面のうち面積が小さい面である。一対の狭面2cのうち一方は、リインフォース8と向かい合っている。一対の狭面2cのうち他方は、隣の積層体20aに含まれる二次電池2における一対の狭面2cのうちの他方と向かい合っている。
組電池1は、底板3を備える。複数の二次電池2は、底板3に搭載されている。複数の二次電池2は、底板3の上に載せ置かれている。底板3は、平板状の上板4と、平板状の下板6と、発泡樹脂製の中間材5と、を含む。中間材5は、上板4と下板6との間に充填されている。底板3は、発泡材である中間材5を金属板である上板4および下板6で挟んだいわゆるサンドイッチパネルである。
図2,3中に上下方向に延びる両矢印で示された厚み方向DR2は、底板3の厚み方向、すなわち上板4、下板6、および中間材5の各々の厚み方向である。厚み方向DR2は、積層方向DR1と直交し奥行方向DR3と直交する方向である。組電池1は、厚み方向DR2が上下方向(鉛直方向)に沿うように配置されている。
図4は、実施の形態1に従う中間材5の斜視図である。図5は、図4に示すV−V線に沿う中間材5の断面の一部を拡大した図である。中間材5は、表面5bと裏面5cとを有する。表面5bは、上板4と接触している。中間材5には、表面5bが溝状に窪んだ複数の凹部5aが形成されている。複数の凹部5aは、積層方向DR1に並んで形成されている。凹部5aは、奥行方向DR3に延びている。
図2に示すように、上板4は、凹部5aを覆うように設けられている。上板4は、中間材5の表面5bに設置されている。上板4には、貫通孔4aが複数形成されている。貫通孔4aは、上板4を厚み方向DR2に貫通している。貫通孔4aは、凹部5aと隙間2aとを連通する。複数の貫通孔4aは、積層方向DR1に並んで形成されている。
下板6は、中間材5の裏面5cに設けられている。下板6は、中間材5と接触している。下板6は、組電池1の下部に設けられている。下板6は、組電池1のうち最も下方向に設けられている。下板6は、車両の床下に配置された組電池1のうち、路面に最も近い位置に配置されている。
断面視した側縁部7fは、上部7b、下部7c、および仕切り部7dを有する。上部7bおよび下部7cは、一体に設けられている。下部7cは、上板4および下板6の間に挟まれている。上部7bは、下部7cから上方向に突出している。上部7bの内部には、第二中空空間7aが形成されている。上部7bの内部には、第二中空空間7aを上下に仕切るように仕切り部7dが設けられている。
組電池1は、スペーサ9をさらに備える。スペーサ9は、絶縁材である。図2に示すように、スペーサ9は、上端部9aおよび突出部9gを有する。上端部9aは、二次電池2の上側に設けられている。突出部9gは、上端部9aから下方に突出している。隣り合う二次電池2の間に突出部9gが設けられていることにより、隙間2aが形成されている。
図3に示すように、スペーサ9は、側壁部9e、下端部9b、第一仕切り部9c、および第二仕切り部9dをさらに有する。側壁部9eは、一対の狭面2cのうち他方を覆っている。側壁部9eは、電池モジュール20に含まれる2つの積層体20a(図1)の間に介在して、2つの積層体20aを互いに絶縁している。側壁部9eは、上端部9aと連結している。側壁部9eは、厚み方向DR2に延びている。
下端部9bは、二次電池2の下側に設けられている。第一仕切り部9cは、下端部9bから上端部9aに向かって上方に突出している。第二仕切り部9dは、上端部9aから下端部9bに向かって下方に突出している。第一仕切り部9cは、第二仕切り部9dよりも一対の狭面2cのうちの他方に近く、したがって側壁部9eに近い位置に設けられている。
第二仕切り部9dは、第一仕切り部9cよりも一対の狭面2cのうち一方に近く、したがってリインフォース8に近い位置に設けられている。第一仕切り部9c、および第二仕切り部9dは、側面2bに沿って厚み方向DR2に延びている。第二仕切り部9dおよび下端部9bの間には、吹き出し口9fが形成されている。スペーサ9は、貫通孔4aを塞がないように設けられている。これにより、貫通孔4aは凹部5aと隙間2aとを確実に連通する。
リインフォース8は、上板4上に設置されている。断面視したリインフォース8は、ほぼ矩形状の形状を有している。リインフォース8の内部には、第一中空空間8aが形成されている。リインフォース8の両端において、第一中空空間8aは開口している。側壁7のうち、側壁7とリインフォース8とが連結する部分には、開口が形成されている。これにより、第一中空空間8aは、側壁7の内部に形成される第二中空空間7aと連通している。リインフォース8は、対向面8cを有する。対向面8cは、複数の二次電池2に向く面である。対向面8cは、二次電池2の一対の狭面2cのうちの一方と対向している。
リインフォース8には、複数の連通孔8bが形成されている。複数の連通孔8bは、厚み方向DR2に並んで形成されている。連通孔8bは、リインフォース8の、対向面8cが設けられている壁面を奥行方向DR3に貫通している。連通孔8bは、対向面8cに開口している。連通孔8bは、隙間2aと第一中空空間8aとを連通する。
図1に示すように、底板3の内部にチャンバー部10が設けられている。チャンバー部10は、車両の前側に設けられている。チャンバー部10は、底板3の内部において、凹部5aと連通している。チャンバー部10には、冷媒導入口11が設けられている。図示しない冷媒供給装置から、冷媒導入口11を経由して、チャンバー部10に冷媒が導入される。実施の形態1において、冷媒は空気(冷風)である。冷媒供給装置から導入される冷風は、複数の二次電池2を冷却する。
(冷風の流路)
図6は、底板3の内部における冷風の流路を説明する平面図である。図7は、底板3から排出口7hまでの冷風の流路を説明する平面図である。図8は、図7に示すVIII−VIII線に沿う組電池1の断面図である。図6から図8を参照して、チャンバー部10から流入する冷風の流路について説明する。
チャンバー部10に導入された冷風は、凹部5aに流入する。凹部5aに流入した冷風は、奥行方向DR3において、後縁部7gに向かって流れる(図6中の点線矢印方向、図8中の白抜き矢印方向)。冷風は、後縁部7gに向かう途中で、奥行方向DR3に並んで形成されている各貫通孔4aを通って、各二次電池2の隙間2aに流入する。
貫通孔4aから隙間2aに流入した冷風は、上端部9aに向かって側壁部9eおよび第一仕切り部9cの間を通過する。その後、冷風は、上端部9aおよび第一仕切り部9cの間を通過し、下端部9bに向かって、第一仕切り部9cおよび第二仕切り部9dの間を通過する。その後、冷風は、吹き出し口9fから複数の連通孔8bを通過する。このように、冷風は、スペーサ9によって形成された流路を流れる。冷風が二次電池2の側面2bを沿うように流れることにより、充電等により発熱した二次電池2が冷却される。
各隙間2aを通過して各二次電池2から発生する熱を吸収した冷風は、複数の連通孔8bを通って、第一中空空間8aに流入して合流する。第一中空空間8aで合流した冷風は、側縁部7fに向かって第一中空空間8a中を流れる。側縁部7fで合流した冷風は、後縁部7gに向かって第二中空空間7a中を流れる。その後、冷風は排出口7hから排出される。冷風は、図示しないフィルターを通して外部に排出される。
このように、冷風は、チャンバー部10、凹部5a、貫通孔4a、隙間2a、連通孔8b、第一中空空間8a、および第二中空空間7aを、この順に経由して流れる。
(作用効果)
実施の形態1に従う組電池1は、車両の床下に搭載されているため、組電池1の下部は路面から負荷を受ける場合がある。組電池1の耐久性を向上させるため、図2に示すように、複数の二次電池2を底板3に搭載して、組電池1の下部の剛性を向上させている。さらに、中間材5に凹部5aを形成し、凹部5aから貫通孔4aを通じて隙間2aに冷風を送り込み二次電池2を冷却する構成としている。底板3の内部に凹部5aからなる冷風路(組電池1中の冷風の通路)を構成することにより、別途配管を用いて冷風路を構成しなくてもよい。これにより、組電池1の冷却構造を簡素にすることができる。
大型の組電池において、急速充電時等に多くの熱が発生する。空冷(冷風)冷却の場合、二次電池を冷却する能力(冷却能力)が不足し、二次電池の温度上昇を抑制できずに、二次電池の寿命が短くなる場合がある。冷却能力を確保するには、冷風路のうち外気に接している部分に断熱材を設けること、二次電池に一定量の冷風を吹き付けて二次電池を均一に冷却すること等が好ましい。
図2に示すように、凹部5aからなる冷風路は、発泡樹脂製の中間材5の表面5bが溝状に窪んで形成されているため、下板6に接していない。これにより、外気から下板6に伝達された熱が冷風路に伝達し、冷風路の温度が上昇することを抑制することができる。したがって、冷風路の断熱性を確保できる。
凹部5aは、奥行方向DR3に延びている。凹部5aは、積層方向DR1に複数配置されている。チャンバー部10と凹部5aとは、底板3の内部で連通している。チャンバー部10を通して、複数の凹部5aに冷風が供給される。複数の凹部5aに供給された冷風は、複数の凹部5aのそれぞれに対応する各貫通孔4aを通過して各隙間2aに流入し、各二次電池2の側面2bに沿って流れる。これにより、複数の二次電池2を均一に冷却することができる。
[実施の形態2]
図9は、実施の形態2に従う中間材5の平面図である。図10は、図9に示す領域Xの拡大図である。実施の形態2に従う中間材5は、複数の支柱5dを有する。支柱5dは、円柱状の形状を有している。複数の支柱5dは、積層方向DR1に間隔を空けて並んで配置されている。複数の支柱5dは、奥行方向DR3に間隔を空けて並んで配置されている。複数の支柱5dは、積層方向DR1および奥行方向DR3に対して傾斜する方向に間隔を空けて並んで配置されている。
複数の支柱5dの間には凹部5aが形成されている。実施の形態2に従う凹部5aは、網目状に形成されている。実施の形態2において、網目状に形成される凹部5aが冷風路を構成している。
複数の支柱5dが三方向に間隔を空けて並んで配置されていることにより、冷風路の有効断面積(冷風路内を実際に冷風が流れることができる面積)が大きくなる。これにより、冷風路の圧力損失を小さくすることができる。
凹部5a(冷風路)の圧力損失が低減されることにより、凹部5aから貫通孔4aに流入する冷風の流量が均一化される。これにより、冷風を二次電池2の隙間2aに効率良く分配することができる。したがって、複数の二次電池2を効率良く冷却することができる。
実施の形態1に従う凹部5aは、奥行方向DR3に延びている。凹部5aが一方向に延びている場合、負荷の方向による底板3の剛性の強弱差は大きい。たとえば、実施の形態1において、積層方向DR1に力が加わる際の底板3の剛性は相対的に小さく、奥行方向DR3に力が加わる際の底板3の剛性は相対的に大きい。一方、実施の形態2では、支柱5dが二次元的に配置されており、凹部5aが網目状に形成されているため、負荷の方向による剛性の強弱差は小さい。これにより、底板3の剛性が向上する。
以上のように、中間材5に複数の支柱5dを設けることにより、簡素な冷却構造を維持しながら、組電池1の下部の剛性を向上できる。
なお、図10に示すような複数の支柱5dが、チャンバー部10に設けられていてもよい。実施の形態において、中間材5およびチャンバー部10の少なくとも一方に、複数の支柱5dが設けられていてもよい。
[実施の形態3]
図11は、実施の形態3に従う組電池1の断面図である。実施の形態1に従う組電池1と比較して、実施の形態3に従う組電池1は、高熱伝導性の絶縁材12をさらに備える。絶縁材12は、上板4と二次電池2との間に配置される。絶縁材12は、二次電池2と上板4とを絶縁している。二次電池2は、底面2dを有する。底面2dは、絶縁材12と面接触している。
上板4には、熱伝導性が良好である金属が用いられる。上板4は、絶縁材12に面接触している。上板4は、冷風路(凹部5a)に面している。凹部5aを通過する冷風により冷却された上板4は、絶縁材12を冷却する。上板4により冷却された絶縁材12は、底面2dを冷却する。
隙間2aに冷風を通過させて二次電池2の側面2bを冷却することに加えて、冷却された絶縁材12により底面2dを冷却することで、冷却能力を向上することができる。
上板4にはフィン13が設けられている。フィン13は、厚み方向DR2において、上板4から下板6に向かって下方に突出している。フィン13は、凹部5aに設けられている。フィン13は、凹部5aを流れる冷風との接触面積が大きいため冷却されやすい。凹部5aを流れる冷風によりフィン13が冷却されることにより、上板4が冷却されやすくなる。これにより、冷却能力をより向上することができる。
[実施の形態4]
図12は、実施の形態4に従う組電池1の断面図である。実施の形態4に従うリインフォース8には、連通孔8b1、連通孔8b2、および連通孔8b3が形成されている。連通孔8b1は、最も吹き出し口9fに近い最下部に形成されている。連通孔8b3は、吹き出し口9fから最も離れた最上部に形成されている。連通孔8b2は、厚み方向DR2において、連通孔8b1と連通孔8b3との間に形成されている。
連通孔8b1は、連通孔8b2よりも径が小さい。連通孔8b2は、連通孔8b3よりも径が小さい。また、排出口7hから外部へ繋がる排気経路が減圧されており、チャンバー部10から排出口7hへ至る冷風路を冷風が流れやすくなっている。
複数の連通孔8bの形状が同一であれば、吹き出し口9fから第一中空空間8aに流入する冷風は、最も吹き出し口9fに近い最下部の連通孔8bを通過しやすい。連通孔8b1の径を連通孔8b2および連通孔8b3の径よりも小さくすることにより、連通孔8b1を通過する冷風量(単位時間あたりにある断面を通過する冷風の量、以下同じ)が小さくなる。そのため、連通孔8b1よりも吹き出し口9fから離れて形成される連通孔8b2および連通孔8b3を通過する冷風量が大きくなる。連通孔8b2の径を連通孔8b3の径よりも小さくすることにより、連通孔8b2を通過する冷風量が小さくなる。そのため、連通孔8b2よりも吹き出し口9fから離れて形成される連通孔8b3を通過する冷風量が大きくなる。
さらに、冷風は、スペーサ9によって形成された冷風路を側面2bに沿うように流れる。
第二仕切り部9dから第一中空空間8aへの冷風の流れにおいて、下方にある吹き出し口9fから上方に形成されている連通孔8b2および連通孔8b3に冷風が流れやすくなっている。これにより、冷風が厚み方向DR2において均一に第一中空空間8aに流入することができる。したがって、冷風は側面2b全体を通過することになるため、冷却能力を向上することができる。
複数の連通孔8bが開口する対向面8cは、狭面2cと対向している。冷風が狭面2cとリインフォース8との間を通過することにより、狭面2cが冷却される。側面2bだけでなく狭面2cも冷却することにより、冷却能力を向上することができる。
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
1 組電池、2 二次電池、2a 隙間、2b 側面、2c 狭面、2d 底面、3 底板、4 上板、4a 貫通孔、5 中間材、5a 凹部、5b 表面、5c 裏面、5d 支柱、6 下板、7 側壁、7a 第二中空空間、7b 上部、7c 下部、7d 仕切り部、7e 前縁部、7f 側縁部、7g 後縁部、7h 排出口、8 リインフォース、8a 第一中空空間、8b 連通孔、8c 対向面、9 スペーサー、9a 上端部、9b 下端部、9c 第一仕切り部、9d 第二仕切り部、9e 側壁部、9f 吹き出し口、9g 突出部、10 チャンバー部、11 冷媒導入口、12 絶縁材、13 フィン、20 電池モジュール、20a 積層体、DR1 積層方向、DR2 厚み方向、DR3 奥行方向。

Claims (1)

  1. 隙間を空けて積層された複数の二次電池と、
    前記複数の二次電池が搭載された底板とを備え、
    前記底板は、平板状の上板と、平板状の下板と、前記上板と前記下板との間に充填された発泡樹脂製の中間材とを含み、
    さらに、前記複数の二次電池を囲って配置された側壁と、
    前記複数の二次電池の積層方向に延在し、両端が前記側壁の内周面と連結されている、リインフォースとを備え、
    前記中間材には、前記上板に接触する表面が溝状に窪んだ凹部が形成されており、前記積層方向と前記中間材の厚み方向とに直交する奥行方向に前記凹部は延び、
    前記上板には、前記上板を厚み方向に貫通し前記凹部と前記隙間とを連通する貫通孔が形成され、
    前記リインフォースの内部には、第一中空空間が形成され、前記リインフォースには、前記二次電池に向く面に開口し前記隙間と前記第一中空空間とを連通する連通孔が形成され、
    前記側壁の内部には、前記第一中空空間と連通する第二中空空間が形成され、
    前記複数の二次電池を冷却する冷媒は、前記凹部、前記貫通孔、前記隙間、前記連通孔、前記第一中空空間、および前記第二中空空間を、この順に経由して流れる、組電池。
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