JP2019200950A - 蓄電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電装置のうち電力端子およびその周囲に位置する部分が高温となることを抑制する。【解決手段】蓄電モジュール１は、第１側面１２と、第１側面１２と反対側に位置する第２側面１３とを含む蓄電装置３と、第１側面１２に設けられた電力端子１６、１７と、電力端子に接続され、第１側面１２側に設けられた第１機器６と、蓄電装置３に設けられたセンサと、センサに接続され、第２側面１３に設けられた第２機器７と、第１側面１２側に設けられており、蓄電装置３を冷却する冷媒を蓄電装置３に供給する冷却装置４とを備え、冷却装置４は、第１側面１２側から蓄電装置３に冷媒を供給する。【選択図】図１

Description

本開示は、蓄電モジュールに関する。

従来から蓄電装置および他の機器を含む蓄電モジュールについて各種提案されている。たとえば、特開２０１４−５８２４９号公報に記載された蓄電モジュールは、バッテリと、バッテリフレームと、ダクトと、シロッコファンと、複数の電気補機部品とを備える。

バッテリは、複数のバッテリセルを含み、各バッテリセルは直列に接続されている。バッテリは、バッテリフレーム内に収容されている。バッテリフレームの上面にはバッテリフレーム内に空気を取り込む取込口が形成されており、バッテリフレームの下面には通気口が形成されている。ダクトは、バッテリフレームに形成された通気口と、シロッコファンとを接続している。

シロッコファンおよび電気補機部品は、バッテリフレームの後面側に配置されている。そして、ダクトは、バッテリフレーム側からシロッコファンに向かうにつれて、上方に湾曲するように曲げられている。なお、電気補機部品は、ジャンクションボックスやコンバータを含む。

そして、シロッコファンが駆動することで吸気口から冷却風が入り込み、バッテリの上方から下方に向けて冷却風が流れる。その後、バッテリを冷却した冷却風は、通気口と、ダクトと、シロッコファンとを通って、外部に排出される。

特開２０１４−５８２４９号公報

ジャンクションボックスは、一般的にバッテリの電力端子に接続されており、このジャンクションボックスには高電圧の電流が流れる。コンバータは、ジャンクションボックスに接続されており、コンバータにも高電圧の電流が流れる。

その一方で、一般に、バッテリには、温度センサ、電流センサおよび電圧センサなどが設けられている。各センサは、当該センサが測定した測定値を検出する検出器に接続されている。

上記のように構成された蓄電モジュールにおいて、バッテリから電力が充放電されると、バッテリ内で電流が流れる。この際、蓄電装置のうち電力端子およびその近傍に位置する部分には、各バッテリセルからの電流が集中しており、電力端子およびその近傍に位置する部分が高温になりやすい。

特開２０１４−５８２４９号公報においては、バッテリの上面側から冷却風を供給しており、バッテリの電力端子およびその周囲に位置する部分の冷却について考慮されておらず、電力端子が高温になるおそれがある。

本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、蓄電装置の
うち電力端子およびその周囲に位置する部分が高温となることが抑制された蓄電モジュールを提供することである。

本開示に係る蓄電モジュールは、第１側面と、第１側面と反対側に位置する第２側面とを含む蓄電装置と、第１側面に設けられた電力端子と、電力端子に接続され、第１側面側に設けられた第１機器と、蓄電装置に設けられたセンサと、センサに接続され、第２側面に設けられた第２機器と、第１側面側に設けられており、蓄電装置を冷却する冷媒を蓄電装置に供給する冷却装置とを備える。上記冷却装置は、第１側面側から蓄電装置に冷媒を供給する。

上記の蓄電モジュールにおいて、蓄電装置内を電流が流れる際に、電力端子に電流が集中しやすく、蓄電装置のうち電力端子およびその周囲に位置する部分の温度が高くなり易い。その一方で、電力端子が設けられている第１側面側から冷媒を供給することで、蓄電装置のうち第１電力端子およびその周囲に位置する部分に、蓄電装置によって暖められる前の冷媒を供給することができる。これにより、電力端子などに比較的温度の低い冷媒を供給することができ、電力端子などの温度が高くなることを抑制することができる。

本開示に係る蓄電モジュールによれば、蓄電装置のうち電力端子およびその周囲に位置する部分が高温となることを抑制することができる。

蓄電モジュール１およびその周囲の構成を示す斜視図である。 蓄電装置３を示す分解斜視図である。 蓄電スタック２５を示す分解斜視図である。 蓄電ユニット５７を示す断面図である。 長側面１４側から視たときの蓄電スタック２５および長側板３４を示す側面図である。 蓄電装置３を示す断面図である。 蓄電スタック２５内を電流が流れている状態を模式的に示す模式図である。 送風機４と、冷却ダクト５と、端側板３２とを模式的に示す斜視図である。

図１から図８を用いて、本実施の形態に係る蓄電モジュールについて説明する。図１から図８に示す構成のうち、同一または実質的に同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。なお、実施の形態に示す構成において、請求項に記載された構成に対応する構成には、括弧書きで請求項の構成を併記する場合がある。

図１は、蓄電モジュール１およびその周囲の構成を示す斜視図である。本実施の形態のに係る蓄電モジュール１は、車両のフロアパネル１００の上面に設けられている。

蓄電モジュール１は、ベース板２と、蓄電装置３と、送風機（冷却装置）４と、冷却ダクト５と、ジャンクションボックス（第１機器）６と、監視ユニット（第２機器）７とを備える。

ベース板２は、フロアパネル１００の上面に固定されている。蓄電装置３は、略直方体形状に形成されている。蓄電装置３は、下面１０と、上面１１と、端側面（第１側面）１２および端側面（第２側面）１３と、長側面１４，１５とを含む。端側面１２および端側面１３は、蓄電装置３の長手方向Ｌに配列しており、長側面１４および長側面１５は、蓄
電装置３の幅方向Ｗに配列している。

送風機４およびジャンクションボックス６は、蓄電装置３の端側面１２側に設けられている。ジャンクションボックス６は、送風機４および蓄電装置３の間に配置されている。

送風機４は、中空状のケース８と、ケース８内に収容されたファン９とを含む。ケース８には、吸気口８ａおよび供給口８ｂが形成されている。供給口８ｂは蓄電装置３の端側面１２に向けて開口している。

冷却ダクト５の一端は送風機４の供給口８ｂに接続されており、冷却ダクト５の他端は蓄電装置３の端側面１２に接続されている。なお、供給口８ｂは、ジャンクションボックス６よりも上方に位置しており、冷却ダクト５は、ジャンクションボックス６の上方を通って、蓄電装置３に接続されている。

そして、ファン９が駆動することで、吸気口８ａから空気が吸入され、供給口８ｂおよび冷却ダクト５を通して、冷却風が蓄電装置３内に供給される。

蓄電装置３の端側面１２には、電力端子１６および電力端子１７が設けられている。電力端子１６には電力配線１８が接続されており、電力端子１７には電力配線１９が接続されている。電力配線１８，１９は、ジャンクションボックス６に接続されている。

監視ユニット７は、蓄電装置３の端側面１３側に配置されており、監視ユニット７には、複数の配線２０が接続されている。

図２は、蓄電装置３を示す分解斜視図である。蓄電装置３は、蓄電スタック２５と、蓄電ケース２６と、絶縁部材２７，２８とを含む。

蓄電ケース２６は、蓄電スタック２５および絶縁部材２７，２８を内部に収容している。蓄電ケース２６は、底板３０と、天板３１と、端側板３２，３３と、長側板３４，３５とを含む。図１および図２において、底板３０は、蓄電装置３の下面１０に配置されており、天板３１は上面１１に配置されている。端側板３２，３３は、端側面１２，１３に配置されており、長側板３４，３５は、長側面１４，１５に配置されている。なお、底板３０、天板３１、端側板３２，３３および長側板３４，３５は、鉄などによって形成されている。

図２に戻って、端側板３２の上辺には、凹部３８および凹部３９が間隔をあけて形成されており、端側板３２の側面には複数の開口部４０が形成されている。なお、複数の開口部４０のうち、最も長側板３４側に位置する開口部４０Ａには、図１に示す冷却ダクト５が挿入されている。端側板３３にも複数の開口部４１が形成されており、長側板３５にも複数の開口部４３が形成されている。長側板３４には、１つの開口部４２が形成されており、この開口部４２は、端側板３３の近傍に形成されている。

底板３０および天板３１は板状に形成されている。底板３０および天板３１は、複数のボルト４５，４６によって、端側板３２，３３および長側板３４，３５に固定されている。

絶縁部材２７は、底板３０の上面に設けられており、絶縁部材２８は、天板３１の下面に設けられている。蓄電スタック２５は、絶縁部材２７および絶縁部材２８の間に配置されており、絶縁部材２７，２８によって、蓄電スタック２５と、底板３０および天板３１との間の絶縁性が確保されてる。

絶縁部材２８は、主板５０と、主板５０の下面から下方に向けて延びる複数の支持柱４７，４８，４９とを含む。主板５０は平板板状に形成されている。支持柱４７，４８，４９は、蓄電スタック２５の周面を支持して、蓄電スタック２５が絶縁部材２７および絶縁部材２８の間で位置ずれすることを抑制している。

絶縁部材２７は、板状に形成された主板５１と、主板５１の上面に形成された支持リブ５２とを含む。支持リブ５２は蓄電スタック２５に沿って形成されており、支持リブ５２には切欠部５３が形成されている。この切欠部５３には、電力端子１７が配置される。

蓄電スタック２５は、略直方体形状に形成されている。蓄電スタック２５は、下面６０と、上面６１と、端側面６２，６３と、長側面６４，６５とを含む。電力端子１６，１７は、端側面６２に形成されている。

図３は、蓄電スタック２５を示す分解斜視図である。蓄電スタック２５は、集電板５５，５６と、複数の蓄電ユニット５７と、複数の冷却板５８とを含む。

集電板５５は、蓄電スタック２５の下面６０に配置されており、集電板５６は、蓄電スタック２５の上面６１に配置されている。集電板５５および集電板５６は、板状に形成されている。電力端子１６は、端側面６２側に位置する集電板５５の辺部に接続されている。

電力端子１６は、突出部６６と、立上部６７と、突出部６８と、先端部６９とを含む。突出部６６は、集電板５５から長手方向Ｌに延びており、立上部６７は突出部６６の端部から上方に向けて延びている。突出部６８は、立上部６７の端部から長手方向Ｌに延びるように形成されている。先端部６９は、突出部６８の端部に位置している。

絶縁スリーブ７０は、突出部６６の付根部分から先端部６９の近傍に亘って、電力端子１６の周面を被覆している。先端部６９は、絶縁スリーブ７０から露出している。

電力端子１６の突出部６８は、図２に示す凹部３９に配置されており、電力端子１６の先端部６９は端側板３２から長手方向Ｌに離れた位置に配置されている。そして、絶縁スリーブ７０は、端側板３２および電力端子１６の間を絶縁している。

図３に戻って、電力端子１７は、集電板５６の外周辺のうち端側面６２側に位置する辺部に接続されている。電力端子１７の外周面には、絶縁スリーブ７１が設けられており、絶縁スリーブ７１は、電力端子１７の付け根部から先端部７２の近傍に亘って設けられている。そして、先端部７２は絶縁スリーブ７１から露出している。電力端子１７は、図２に示す凹部３８に設けられており、絶縁スリーブ７１によって電力端子１７および端側板３２は絶縁されている。

高さ方向Ｈに配列する複数の蓄電ユニット５７および冷却板５８が集電板５５および集電板５６の間に配置されている。

冷却板５８は、高さ方向Ｈに間隔をあけて配置されており、蓄電ユニット５７は、冷却板５８の間に配置されている。集電板５５に上面には、冷却板５８が配置されており、集電板５６の下面にも冷却板５８が配置されている。冷却板５８は、アルミニウムや銅などの金属によって形成されており、高さ方向Ｈに隣り合う蓄電ユニット５７を直列に接続している。

図４は、蓄電ユニット５７を示す断面図である。蓄電ユニット５７は、複数のバイポーラ電極板７５と、枠体７６と、複数のセパレータ８３とを含む。バイポーラ電極板７５は、高さ方向Ｈに間隔をあけて配置されており、各バイポーラ電極板７５の間にセパレータ８３が配置されている。

各バイポーラ電極板７５は、電極板７７と、正極層７８と、負極層７９とを含む。電極板７７は、ニッケルなどの金属材料によって形成されている。負極層７９は負極活物質を含み、負極活物質としては水素吸着合金などが採用される。正極層７８は、正極活物質を含み、正極活物質としては、水酸化ニッケルなどが採用される。電極板７７の外周縁部８０は、正極層７８および負極層７９が形成されていない未塗布部とされている。

枠体７６は、枠体８１および枠体８２を含む。枠体８１は、電極板７７の外周縁部８０を覆うように形成されており、枠体８１は外周縁部８０に沿って環状に形成されている。

枠体８１は、各電極板７７に設けられており、複数の枠体８１が高さ方向Ｈに配列している。そして、枠体８２は、蓄電ユニット５７の上端側に位置する枠体８１に係合すると共に、蓄電ユニット５７の下端側に位置する枠体８１に係合している。さらに、枠体８１は、積層された枠体８１の周面を覆うように形成されている。

セパレータ８３は、シート状に形成されている。セパレータ８３は、たとえば、ポリオレフィン系樹脂から形成された多孔質フィルム等からなる織布および不織布等から形成されている。

上記のように構成された蓄電ユニット５７において、高さ方向Ｈに隣り合う電極板７７と、枠体８１とによって、収容空間８４が形成されている。

この収容空間８４内には、セパレータ８３と、正極層７８と、負極層７９と、図示されていない電解液が配置されている。電解液はたとえば、水酸化カリウム水溶液などのアルカリ溶液などである。

そして、セパレータ８３と、負極層７９と、正極層７８と、電解液とによって蓄電セル８５が形成されている。蓄電セル８５は、高さ方向Ｈに複数配列しており、各蓄電セル８５は、電極板７７によって直列に接続されている。

図５は、長側面１４側から視たときの蓄電スタック２５および長側板３４を示す側面図である。なお、図５において、長側板３４の一部は省略されている。

蓄電スタック２５の各冷却板５８には、端側面６２側から端側面６３側に向けて複数の冷却通路８８が形成されている。冷却通路８８の一方の開口部は、長側面６４に位置しており、他方の開口部は長側面６５に位置している。

各冷却板５８には、センサ８７が挿入されており、各センサ８７には配線２０が接続されている。各配線２０は、各冷却通路８８から長側面６４に引き出されており、その後、端側面６２側から端側面６３側に向けて延びている。そして、長側板３４の開口部４２から引き出されている。

図６は、蓄電装置３を示す断面図である。蓄電スタック２５は、蓄電ケース２６から間隔をあけて配置されており、蓄電スタック２５の長側面６４と、長側板３４の内壁面との間に隙間が形成されている。そして、端側板３２の開口部４０Ａに挿入された冷却ダクト５から冷却風Ｃが上記の隙間に供給されている。このように、蓄電スタック２５の長側面
６４および長側板３４の間に形成された隙間は、通風路９０として機能する。冷却ダクト５から通風路９０内に供給された冷却風Ｃは、長側面６４に位置する冷却通路８８の開口部から冷却通路８８内に入り込む。

冷却通路８８内を冷却風Ｃが流れることで、冷却板５８と高さ方向Ｈに隣り合う蓄電ユニット５７が冷却される。そして、冷却風Ｃは、長側面６５側の開口部から吹き出し、長側板３５の開口部４３などから蓄電装置３の外部に排気される。

冷却風Ｃが通風路９０内を流れる過程において、冷却風Ｃは蓄電スタック２５の側面と触れあいながら流れ、端側面６３側に向けて流れるにつれて、冷却風Ｃの温度が高くなり易い。すなわち、通風路９０において、端側面６２側に位置する冷却風Ｃの温度は、端側面６３側に位置する冷却風Ｃの温度よりも低い。

その結果、複数の冷却通路８８において、端側面６２側に位置する冷却通路８８の方が、端側面６３側に位置する冷却通路８８よりも、内部を流れる冷却風Ｃの温度は低い。

上記のように構成された蓄電スタック２５内を電流が流れるときについて説明する。図７は、蓄電スタック２５内を電流が流れている状態を模式的に示す模式図である。

この図７に示す例においては、電力端子１６から電流が入り込み、電力端子１７から電流Ｉが出ていく状態を示す。

電流Ｉは、電力端子１６を通り、集電板５５内に入り込む。そして、集電板５５内に入り込んだ電流Ｉは、集電板５５内に広がる。そして、冷却板５８および蓄電ユニット５７を通って、集電板５６に入り込む。集電板５６内に入り込んだ電流Ｉは、電力端子１７に向けて集約され、その後、電力端子１７から出ていく。

この図７に示されるように、電力端子１６と、集電板５５のうち電力端子１６との接続部分の近傍と、電力端子１７と、集電板５６のうち電力端子１７との接続部分の近傍とにおいて、電流密度が高いことが分かる。その結果、上記の部分において、温度が高くなり易い。

その一方で、図６において、複数の冷却通路８８のうち端側面６２側に位置する冷却通路８８を流れる冷却風Ｃの温度は、端側面６３側に位置する冷却通路８８内を流れる冷却風Ｃの温度よりも低い。

このため、図７に示す電力端子１６と、集電板５５のうち電力端子１６との接続部分の近傍と、電力端子１７と、集電板５６のうち電力端子１７との接続部分の近傍の温度が高くなることを抑制することができる。

図１において、本実施の形態においては、蓄電装置３の端側面１２側に、送風機４と、冷却ダクト５と、ジャンクションボックス６とを配置し、端側面１３側に監視ユニット７を配置している。

このため、監視ユニット７に接続される複数の配線２０や監視ユニット７は、蓄電装置３の端側面１２側に設けられておらず、冷却ダクト５を配置するスペースに余裕がある。そのため、冷却ダクト５は、送風機４の供給口８ｂおよび蓄電装置３の開口部４０Ａとを直線状に接続することができる。

図８は、送風機４と、冷却ダクト５と、端側板３２とを模式的に示す斜視図である。こ
の図８に示す「Ｏ１」は、供給口８ｂの中心点であり、「Ｏ２」は、開口部４０Ａの中心点である。そして、「Ｌ１」は、中心点Ｏ１および中心点Ｏ２を通る仮想直線である。

冷却ダクト５の全長に亘って、仮想直線Ｌ１は、冷却ダクト５内に位置しており、冷却ダクト５は直線状に延びている。

このように冷却ダクト５が直線状に形成されているため、送風機４からの冷却風が冷却ダクト５内を流れる際に生じる流通損失を低減することができ、蓄電装置３内に良好に冷却風を供給することができる。

なお、上記の実施の形態においては、冷媒として、冷却風Ｃを用いた例について説明したが、液冷媒などを用いてもよい。

今回開示された実施の形態はすべ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。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 蓄電モジュール、２ ベース板、３ 蓄電装置、４ 送風機、５ 冷却ダクト、６
ジャンクションボックス、７ 監視ユニット、８ ケース、８ａ 吸気口、８ｂ 供給口、９ ファン、１０，６０ 下面、１１，６１ 上面、１２，１３，６２，６３ 端側面、１４，１５，６４，６５ 長側面、１６，１７ 電力端子、１８，１９ 電力配線、２０ 配線、２５ 蓄電スタック、２６ 蓄電ケース、２７，２８ 絶縁部材、３０ 底板、３１ 天板、３２，３３ 端側板、３４，３５ 長側板、３８，３９ 凹部、４０，４０Ａ，４１，４２，４３ 開口部、４５，４６ ボルト、４７，４８，４９ 支持柱、５０，５１ 主板、５２ 支持リブ、５３ 切欠部、５５，５６ 集電板、５７ 蓄電ユニット、５８ 冷却板、６６，６８ 突出部、６７ 立上部、６９，７２ 先端部、７０，７１ 絶縁スリーブ、７５ バイポーラ電極板、７６ 枠体、７７ 電極板、７８ 正極層、７９ 負極層、１００ フロアパネル、Ｈ さ方向、Ｌ 長手方向、Ｗ 幅方向。

Claims (1)

1. 第１側面と、前記第１側面と反対側に位置する第２側面とを含む蓄電装置と、
   前記第１側面に設けられた電力端子と、
   前記電力端子に接続され、前記第１側面側に設けられた第１機器と、
   前記蓄電装置に設けられたセンサと、
   前記センサに接続され、前記第２側面に設けられた第２機器と、
   前記第１側面側に設けられており、前記蓄電装置を冷却する冷媒を前記蓄電装置に供給する冷却装置と、
   を備え、
   前記冷却装置は、前記第１側面側から前記蓄電装置に冷媒を供給する、蓄電モジュール。