JP2019197647A - バッテリパック - Google Patents

Abstract

【課題】構造を複雑化することなくバッテリモジュールを効率良く冷却できるバッテリパックを提供する。【解決手段】バッテリパック１は、バッテリモジュール１０と、冷却機構７０と、を備える。冷却機構７０は、内部に液状媒体Ｗが充填され、且つ、柔軟性を有する袋状体７１である。バッテリモジュール１０と袋状体と７１は、直接接触するか又は柔軟性を有する絶縁材７２を介して間接的に接触している。【選択図】図１

Description

本発明は、電動車両などに搭載されるバッテリパックに関する。

従来より電動車両などにはバッテリパックが搭載されている。バッテリパックは、複数のセルが積層されたセル積層体を備えたバッテリモジュールをケースに収容することで構成される。セルは高温状態になると劣化しやすいため冷却する必要がある。例えば、特許文献１では、内部に冷媒が供給される冷却プレート上にバッテリモジュールを設置している。

特開２０１３−１２２８１８号公報

しかしながら、特許文献１では、冷却プレートとバッテリモジュールとの間に隙間が生じるため冷却効率に改善の余地があった。冷却効率を上げるためには、冷却プレートをバッテリモジュールに強制的に押し付けるバネばねや隙間を無くすための伝熱シートを設けることが考えられるが、そうするとバッテリパックの構造が複雑になり組み立て工数が増大するという課題がある。

本発明は、単純な構造でバッテリモジュールを効率良く冷却できるバッテリパックを提供する。

本発明は、バッテリモジュールと、
前記バッテリモジュールを冷却する冷却機構と、を備えるバッテリパックであって、
前記冷却機構は、内部に液状媒体が充填され、且つ、柔軟性を有する袋状体であり、
前記バッテリモジュールと前記袋状体とは、直接接触するか、又は柔軟性を有する絶縁材を介して間接的に接触している。

本発明によれば、内部に液状媒体が充填され、且つ、柔軟性を有する袋状体とバッテリモジュールとが、直接又は絶縁材を介して間接的に接触するので、バネや伝熱シートを備えることなく、単純な構造でバッテリモジュールを効率良く冷却できる。

本発明の第１実施形態のバッテリパックの断面図である。 図１に示すバッテリパックのバッテリモジュールを斜め上方から見た斜視図である。 図１に示すバッテリパックのバッテリモジュールを斜め下方から見た斜視図である。 図１に示すバッテリパックのバッテリモジュール及び冷却機構を模式的に示す正面図である。 図１に示すバッテリパックのバッテリモジュール及び冷却機構を模式的に示す平面図である。 本発明の第２実施形態のバッテリパックの断面図である。

以下、本発明のバッテリパックの各実施形態を、添付図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
＜バッテリパック＞
図１に示すように、本発明の第１実施形態のバッテリパック１は、バッテリモジュール１０と、バッテリモジュール１０を冷却する冷却機構７０と、バッテリモジュール１０及び冷却機構７０を収容するバッテリケース８０と、を備える。

＜バッテリケース＞
バッテリケース８０は、内部にモジュール収容部８１ａが形成されたケース本体８１と、該ケース本体８１の開口部８１ｂを封止するケースカバー８２と、を備える。バッテリモジュール１０とバッテリケース８０の底部８３との間には、冷却機構７０が設けられている。なお、本実施形態では、バッテリケース８０の内部に２つのバッテリモジュール１０が配置されているが、バッテリモジュール１０は１つでもよく、３つ以上であってもよい。

＜バッテリモジュール＞
バッテリモジュール１０は、図２及び図３に示すように、前後方向に複数のセル２１を積層して構成され、前面、後面、左面、右面、上面、及び下面を有するセル積層体２０と、セル積層体２０の前面及び後面に配置される一対のエンドプレート３０と、一対のエンドプレート３０を連結するサイドプレート５０と、セル積層体２０の下面に配置されるボトムプレート６０と、を備える。サイドプレート５０は、セル積層体２０の右面に配置される右サイドプレート５０Ｒと、セル積層体２０の左面に配置される左サイドプレート５０Ｌと、を備える。

なお、本明細書等では説明を簡単且つ明確にするためにセル２１の積層方向を前後方向と定義し、セル２１の積層方向に直交する方向を左右方向及び上下方向と定義したものであり、バッテリモジュール１０が搭載される製品の前後方向等とは無関係である。即ち、バッテリモジュール１０が車両に搭載される場合、セル２１の積層方向は、車両の前後方向に一致してもよく、車両の上下方向、左右方向であってもよく、これらの方向から傾斜した方向であってもよい。図面には、バッテリモジュール１０の前方をＦｒ、後方をＲｒ、左側をＬ、右側をＲ、上方をＵ、下方をＤ、として示す。

（セル積層体）
セル積層体２０は、複数のセル２１と絶縁部材（図示省略）とを前後方向に交互に積層して構成される。セル積層体２０の前面及び後面には、それぞれ一対のエンドプレート３０が配置され、セル積層体２０の下面には、ボトムプレート６０が配置される。また、セル積層体２０の左面及び右面には、それぞれ僅かな隙間を介した絶縁状態で右サイドプレート５０Ｒ及び左サイドプレート５０Ｌが配置される。

セル２１は、温度変化や経年劣化によって膨張することが知られている。セル２１は、前後方向の長さよりも上下方向の長さが長く、上下方向の長さよりも左右方向の長さが長い直方体形状を有する。そのため、セル２１は前面及び後面の面積が、左面、右面、上面及び下面の面積よりもはるかに大きく、セル２１の前面及び後面で、その左右方向中央部及び上下方向中央部が膨張しやすい。

（エンドプレート）
一対のエンドプレート３０は、それぞれセル積層体２０の前面及び後面に当接し、セル積層体２０のセル積層方向の荷重を受け止める。セル積層体２０のセル積層方向の荷重は、主に温度変化や経年劣化によるセル２１の膨張に起因するものであり、上述したように、セル２１の前面及び後面では、その左右方向中央部及び上下方向中央部が膨張しやすいため、エンドプレート３０の左右方向中央部及び上下方向中央部に大きな荷重が入力される。

エンドプレート３０は、アルミ押出材を用いて形成されている。エンドプレート３０は、セル積層体２０からセル積層方向の大きな荷重を受けるため、セル積層体２０と当接する内方の面が平坦であるのに対し、セル積層体２０と当接しない外方の面は外方に膨出した形状となっている。各エンドプレート３０の左右両端近傍には、左サイドプレート５０Ｌ及び右サイドプレート５０Ｒを締着するためのボルトＢ１が取り付けられる複数のねじ孔（図示省略）が設けられている。

（サイドプレート）
左サイドプレート５０Ｌ及び右サイドプレート５０Ｒは、金属板材をプレス加工して形成されており、セル積層体２０の左面又は右面に沿うサイドプレート本体５１と、サイドプレート本体５１の前端から前側のエンドプレート３０の前面に沿って互いに近づく方向に延びる前フランジ部５２Ｆと、サイドプレート本体５１の後端から後側のエンドプレート３０の後面に沿って互いに近づく方向に延びる後フランジ部５２Ｒと、サイドプレート本体５１の上端からセル積層体２０の上面に沿って互いに近づく方向に延びる上フランジ部５３と、サイドプレート本体５１の下端からボトムプレート６０の下面に沿って互いに近づく方向に延びる下フランジ部５４と、を備える。

前フランジ部５２Ｆ及び後フランジ部５２Ｒには、前側のエンドプレート３０又は後側のエンドプレート３０にボルトＢ１を介して締結される複数の締結部５２ａが設けられる。締結部５２ａは、ボルトＢ１が挿通される丸孔を有し、該丸孔に挿通したボルトＢ１を前側のエンドプレート３０又は後側のエンドプレート３０のねじ孔にねじ込むことで、前フランジ部５２Ｆ及び後フランジ部５２Ｒが前側のエンドプレート３０又は後側のエンドプレート３０に締結される。これにより、セル積層体２０及び一対のエンドプレート３０は、左サイドプレート５０Ｌ及び右サイドプレート５０Ｒの前フランジ部５２Ｆ及び後フランジ部５２Ｒによってセル積層方向に保持される。

上フランジ部５３と下フランジ部５４は、セル積層体２０の左端部及び右端部においてセル積層体２０及びボトムプレート６０を上下方向から挟持している。上フランジ部５３は、前後方向に並ぶ複数の弾性片５３ａにより構成されており、弾性片５３ａの個数及び位置は、前後方向に積層されるセル２１の個数及び位置に対応している。

下フランジ部５４には、ボトムプレート６０にボルトＢ２を介して締結される複数の締結部５４ａが設けられる。これにより、サイドプレート５０を構成する左サイドプレート５０Ｌ、右サイドプレート５０Ｒ及びボトムプレート６０が一体的に連結される。

右サイドプレート５０Ｒの下フランジ部５４に設けられる締結部５４ａは、左方向に開口する切欠部であり、左サイドプレート５０Ｌの下フランジ部５４に設けられる締結部５４ａは、右方向に開口する切欠部である。これにより、ボルトＢ２をボトムプレート６０に仮止めした状態で右サイドプレート５０Ｒ及び左サイドプレート５０Ｌを左右方向から装着することができる。

（ボトムプレート）
ボトムプレート６０は、アルミ押出材を用いて形成されており、セル積層体２０及びエンドプレート３０の下面に沿って延びるボトムプレート本体６１と、ボトムプレート本体６１の左右両端部から上方に突出し、且つ前後方向に沿って延びるガイド部（図示省略）と、下フランジ部５４の締結部５４ａに締結されるボルトＢ２が貫通する貫通孔６１ｆと、を備える。ボトムプレート本体６１は、平面視長方形であり、前後方向の長さ寸法が前後のエンドプレート３０の前後両端間の距離と略等しく選定されている。

＜冷却機構＞
図１に戻って、冷却機構７０は、内部に液状媒体Ｗが充填され、且つ、柔軟性を有する袋状体７１で構成される。この例では、袋状体７１上に、２つのバッテリモジュール１０が左右（セル２１の積層方向と直交する方向）に並べて配置されている。バッテリモジュール１０と袋状体７１とは、柔軟性を有する絶縁材７２を介して間接的に接触している。絶縁材７２は、バッテリモジュール１０と袋状体７１とを電気的に絶縁し且つ熱伝導性の良好な材質でできている。

袋状体７１は、図４に示すように、２枚のアルミシート７３の端部７３ａ同士が溶着されることで形成されており、容易に製造できる。袋状体７１の２枚のアルミシート７３の端部７３ａ同士が溶着された端部溶着部７４には、図５に示すように、液状媒体Ｗが導入される冷媒入口部７５ｉ及び液状媒体Ｗが排出される冷媒出口部７５ｏが設けられている。これにより、アルミシート７３に孔をあけることなく冷媒入口部７５ｉ及び冷媒出口部７５ｏが形成されるので、袋状体７１のシール性が低下しにくい構造になっている。

また、袋状体７１の内部には、２枚のアルミシート７３の対向するシート面同士を溶着した複数の溶着部７６により、液状媒体Ｗの流路７７が形成されている。２枚のアルミシート７３の対向するシート面同士の所望の位置を溶着することにより、袋状体７１の内部に溶着部７６からなる壁を設けて、所望の形状の流路７７を容易に形成することができる。この例では、溶着部７６が、袋状体７１の左右方向の一方の端部から他方の端部近傍に延び、隣り合う溶着部７６が、袋状体７１の左右方向の他方の端部から一方の端部近傍に延びており、これが繰り返されることで左右に蛇行した流路７７が形成されている。液状媒体Ｗの流路７７を蛇行させたことにより、冷却効率の高い冷却機構７０が実現される。

上記のように構成された第１実施形態のバッテリパック１によれば、内部に液状媒体Ｗが充填され、且つ、柔軟性を有する袋状体７１で冷却機構７０を構成し、袋状体７１上に絶縁材７２を介してバッテリモジュール１０を設置したことにより、液状媒体Ｗの圧力で膨らむ袋状体７１をバッテリモジュール１０の下面に押し付けて密着させることができる。これにより、バネや伝熱シートを設けることなく、単純な構造でバッテリモジュール１０を効率良く冷却できる。また、このバッテリパック１は、袋状体７１に供給する液状媒体Ｗの圧力を調節することで、袋状体７１の膨らみを制御できるので、冷却機構７０のレイアウトの自由度が高い。

［第２実施形態］
第２実施形態のバッテリパック２は、図６に示すように、冷却機構７０が、バッテリモジュール１０とバッテリケース８０の天井部８４との間に配置されている。一般的なウォータージャケットであれば、バッテリケース８０内のバッテリモジュール１０の下部にしか配置できないが、冷却機構７０を構成する袋状体７１は、内部の液状媒体Ｗの圧力を調節して膨らみを制御できるので、バッテリモジュール１０の上部に冷却機構７０を配置することが可能となる。バッテリモジュール１０の上部に冷却機構７０を配置したことで、熱が溜まりやすい上部からバッテリモジュール１０を冷却できるので、バッテリモジュール１０をより効率良く冷却できる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記実施形態では、袋状体７１を２枚のアルミシート７３を用いて形成したが、２枚以上のアルミシート７３を用いて形成してもよく、１枚のアルミシートを折り曲げて端部同士を溶着することにより形成してもよい。

また、第２実施形態では、冷却機構７０を構成する袋状体７１をバッテリモジュール１０とバッテリケース８０の天井部８４との間に配置したが、袋状体７１は膨らみを自在に調節できるので、バッテリモジュール１０の側部とバッテリケース８０の側部との間に配置することも可能である。また、袋状体７１を、バッテリケース８０内におけるバッテリモジュール１０の上部及び側部に配置することも可能である。

また、上記実施形態では、バッテリモジュール１０と袋状体７１とが絶縁材７２を介して間接的に接触しているが、袋状体７１に絶縁性を持たせることで絶縁材７２を省略し、バッテリモジュール１０と袋状体７１とを直接接触させてもよい。

また、本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。

（１） バッテリモジュール（バッテリモジュール１０）と、
前記バッテリモジュールを冷却する冷却機構（冷却機構７０）と、を備えるバッテリパック（バッテリパック１、２）であって、
前記冷却機構は、内部に液状媒体（液状媒体Ｗ）が充填され、且つ、柔軟性を有する袋状体（袋状体７１）であり、
前記バッテリモジュールと前記袋状体とは、直接接触するか、又は柔軟性を有する絶縁材（絶縁材７２）を介して間接的に接触している、バッテリパック。

（１）によれば、内部に液状媒体が充填され、且つ、柔軟性を有する袋状体で冷却機構を構成し、バッテリモジュールと袋状体とを直接又は柔軟性を有する絶縁材を介して間接的に接触させたことにより、液状媒体の圧力で膨らむ袋状体をバッテリモジュールに押し付けて密着させることができる。これにより、バネや伝熱シートを設けることなく、単純な構造でバッテリモジュールを効率良く冷却できる。また、液状媒体の圧力で袋状体の膨らみを制御できるので、冷却機構のレイアウトの自由度が高い。

（２） （１）に記載のバッテリパックであって、
前記袋状体は、少なくとも２枚のアルミシート（アルミシート７３）の端部（端部７３ａ）同士が溶着されることで形成されている、バッテリパック。

（２）によれば、袋状体を容易に製造できる。

（３） （２）に記載のバッテリパックであって、
前記少なくとも２枚のアルミシートの前記端部同士が溶着された端部溶着部（端部溶着部７４）には、液状媒体が導入される冷媒入口部（冷媒入口部７５ｉ）及び液状媒体が排出される冷媒出口部（冷媒出口部７５ｏ）が設けられている、バッテリパック。

（３）によれば、アルミシートに孔をあけることなく冷媒入口部及び冷媒出口部が形成されるので、袋状体のシール性が低下しにくい。

（４） （３）に記載のバッテリパックであって、
少なくとも２枚のアルミシートの対向するシート面同士が溶着された溶着部（溶着部７６）によって、前記袋状体の内部に前記液状媒体の流路（流路７７）が形成されている、バッテリパック。

（４）によれば、２枚のアルミシートの対向するシート面同士を所望の位置で溶着させることで流路を容易に形成できる。

（５） （１）〜（４）のいずれか１に記載のバッテリパックであって、
前記バッテリパックは、前記バッテリモジュール及び前記冷却機構を収容するバッテリケース（バッテリケース８０）をさらに備え、
前記冷却機構は、前記バッテリモジュールの側部又は前記バッテリモジュールの上部（天井部８４）と、前記バッテリケースとの間に配置されている、バッテリパック。

（５）によれば、一般的なウォータージャケットはバッテリモジュールの下部にしか配置できないが、袋状体はその内部の液状媒体の圧力を調節して膨らみを制御できるので、バッテリモジュールの側部又はバッテリモジュールの上部と、バッテリケースとの間に配置することができる。

１、２ バッテリパック
１０ バッテリモジュール
７０ 冷却機構
７１ 袋状体
７２ 絶縁材
７３ アルミシート
７３ａ 端部
７４ 端部溶着部
７５ｉ 冷媒入口部
７５ｏ 冷媒出口部
７６ 溶着部
７７ 流路
８０ バッテリケース
８４ 天井部（上部）
Ｗ 液状媒体

Claims (5)

1. バッテリモジュールと、
   前記バッテリモジュールを冷却する冷却機構と、を備えるバッテリパックであって、
   前記冷却機構は、内部に液状媒体が充填され、且つ、柔軟性を有する袋状体であり、
   前記バッテリモジュールと前記袋状体とは、直接接触するか、又は柔軟性を有する絶縁材を介して間接的に接触している、バッテリパック。
2. 請求項１に記載のバッテリパックであって、
   前記袋状体は、少なくとも２枚のアルミシートの端部同士が溶着されることで形成されている、バッテリパック。
3. 請求項２に記載のバッテリパックであって、
   前記少なくとも２枚のアルミシートの前記端部同士が溶着された端部溶着部には、前記液状媒体が導入される冷媒入口部及び前記液状媒体が排出される冷媒出口部が設けられている、バッテリパック。
4. 請求項３に記載のバッテリパックであって、
   少なくとも２枚のアルミシートの対向するシート面同士が溶着された溶着部によって、前記袋状体の内部に前記液状媒体の流路が形成されている、バッテリパック。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のバッテリパックであって、
   前記バッテリパックは、前記バッテリモジュール及び前記冷却機構を収容するバッテリケースをさらに備え、
   前記冷却機構は、前記バッテリモジュールの側部又は前記バッテリモジュールの上部と、前記バッテリケースとの間に配置されている、バッテリパック。