JP2021114381A

JP2021114381A - 蓄電装置冷却機構

Info

Publication number: JP2021114381A
Application number: JP2020005635A
Authority: JP
Inventors: 芳昭川上; Yoshiaki Kawakami
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2021-08-05

Abstract

【課題】冷却プレートの取付け、取外しの作業性のよい蓄電装置冷却機構を提供する。【解決手段】蓄電装置冷却機構は、積層された複数の蓄電セルと、冷媒が通流される冷媒流路を有する冷却プレートと、上記複数の蓄電セルの間に挟持され、上記複数の蓄電セルとともに積層方向に拘束される保護材とを備え、上記保護材は、上記冷媒流路が形成された上記冷却プレートの少なくとも一部を受け入れ可能な挿入部を含み、上記複数の蓄電セルおよび上記保護材を積層方向に拘束した状態で上記冷却プレートの少なくとも一部を上記挿入部に対して着脱可能である。【選択図】図８

Description

本開示は、蓄電装置冷却機構に関する。

米国特許第７８５１０８０号明細書（特許文献１）には、電池冷却プレートが開示されている。この冷却プレートには、冷媒供給部および冷媒排出部が形成されており、さらに、冷媒が通流される流路が、冷媒供給部と冷媒排出部とを接続するようにプレート内部にチャネル状に形成されている。このような冷却プレートは、複数の電池セルとともに交互に積層される。

米国特許第７８５１０８０号明細書

上記特許文献１に開示された構成は、複数の冷却プレートと、複数の電池セルとが交互に配置される。複数の冷却プレートは、互いに別個独立した物品であり、冷媒を複数の電池セルに対して効率よく供給するためには複数の冷却プレートを配管などで接続する必要がある。冷媒の漏液を防止または抑制するためには配管と冷却プレートとの間の確実なシール性を多数箇所で確保する必要がある。

本開示は、冷却プレートの取付け、取外しの作業性のよい蓄電装置冷却機構を提供することを目的とする。

本開示に係る蓄電装置冷却機構は、積層された複数の蓄電セルと、冷媒が通流される冷媒流路を有する冷却プレートと、上記複数の蓄電セルの間に挟持され、上記複数の蓄電セルとともに積層方向に拘束される保護材とを備え、上記保護材は、上記冷媒流路が形成された上記冷却プレートの少なくとも一部を受け入れ可能な挿入部を含み、上記複数の蓄電セルおよび上記保護材を積層方向に拘束した状態で上記冷却プレートの少なくとも一部を上記挿入部に対して着脱可能である。

本開示によれば、蓄電装置冷却機構において、冷却プレートの取付け、取外しの作業性を向上させることができる。

本開示の実施の形態に係る蓄電装置冷却機構を含む蓄電装置を示す斜視図である。図１の蓄電装置に含まれる蓄電セルを示す斜視図である。図２に示す蓄電セルを示す分解斜視図である。実施の形態１に係る蓄電装置冷却機構を示す側断面図である。図４に示す蓄電装置冷却機構に用いられる冷却プレートを示す図である。図４に示す冷却プレートを保護材に装着した状態を示す断面図である。実施の形態２に係る蓄電装置冷却機構に用いられる冷却プレートを示す図である。図７に示す冷却プレートを保護材に装着した状態を示す断面図である。比較例に係る蓄電装置を示す斜視図である。比較例に係る蓄電装置の内部構造を示す断面図である。

以下に、本開示の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本開示の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本開示にとって必ずしも必須のものではない。

図１は、蓄電装置１を示す斜視図である。蓄電装置１は、複数の蓄電セル２と、拘束部材３とを備える。複数の蓄電セル２は、配列方向Ｄ１に並ぶように設けられている。

拘束部材３は、拘束板５と、拘束板６と、拘束バンド７とを含む。拘束板５は、配列方向Ｄ１において蓄電装置１の一端に配置されており、拘束板６は、配列方向Ｄ１において蓄電装置１の他端に配置されている。拘束バンド７は、拘束板５および拘束板６を接続するとともに、拘束板５および拘束板６を拘束している。

拘束板５および拘束板６の間に配置された複数の蓄電セル２は、拘束板５および拘束板６によって押圧されており、拘束板５および拘束板６の間で拘束されている。

図２は、蓄電セル２を示す斜視図である。図３は、蓄電セル２を示す分解斜視図である。図２，図３に示すように、蓄電セル２は、平坦面状の直方体形状に形成されている。蓄電セル２は、収容ケース１０と、電極体１１と、電解液１２とを含む。

収容ケース１０は、ケース本体１０Ａと、蓋１０Ｂとを含む。ケース本体１０Ａには、上方に向けて開口する開口部１０Ｃが形成されている。

ケース本体１０Ａは、主板２０，２１と、底板２２と、端面板２３，２４とを含む。主板２０，２１と、端面板２３，２４とは、底板２２の周縁部から上方に向けて延びるように形成されている。主板２０および主板２１は配列方向Ｄ１に配列しており、端面板２３および端面板２４は幅方向Ｗに配列している。

蓋１０Ｂは、板状に形成されている。蓋１０Ｂの上面には、正極外部端子３０と、負極外部端子３１とが幅方向Ｗに間隔をあけて配置されている。

蓋１０Ｂの下面には、正極集電板３２および負極集電板３３が配置されている。正極集電板３２は、正極外部端子３０に接続されており、負極集電板３３は負極外部端子３１に接続されている。

電極体１１は、正極３４と、負極３５とを含む。正極３４は、正極集電板３２と電気的に接続され、負極３５は、負極集電板３３と電気的に接続される。

蓄電装置１は、典型的にはリチウムイオン電池であるが、本開示はニッケル水素電池にも適用可能である。

（実施の形態１）
図４は、実施の形態１に係る蓄電装置冷却機構を示す側断面図であり、図５は、図４に示す蓄電装置冷却機構に用いられる冷却プレートを示す図であり、図６は、図４に示す冷却プレートを保護材に装着した状態を示す断面図（図４におけるＶI−ＶI断面図）である。

図４〜図６に示すように、蓄電装置冷却機構１００は、積層された複数の蓄電セル１１０と、冷却プレート１２０と、冷却プレート１２０内に形成され、冷媒が通流される冷媒流路１３０と、複数の蓄電セルの間に挟持される保護材１４０とを含む。

冷却プレート１２０は、アルミロールボンドパネル製のスリット入マルチフロー型冷却器である。冷却プレート１２０は、本体部１２１と、保護材１４０内に挿入され、保護材１４０とともに複数の蓄電セル１１０の間に挟持される支流部１２２と、本体部１２１と支流部１２２とを接続する接続部１２３とを含む。アルミロールボンドパネルが折り曲げられ、本体部１２１に対して支流部１２２が垂直方向に立ち上がる。支流部１２２は、蓄電セル１１０の主板（腹面）と平行に延在する。

冷媒流路１３０は、本体部１２１内に形成された本流１３１と、支流部１２２内に形成された支流１３２と、本流１３１と支流１３２とを接続する接続部１３３とを含む。図５中の矢印ＤＲ１方向から本流１３１に流れる冷媒は、接続部１３３を介して支流１３２に流入する。支流１３２に流入した冷媒は蓄電セル１１０の冷却に寄与した後、流出側（図５中の上側）の本流１３１から図５中の矢印ＤＲ２方向に流出する。

保護材１４０は、冷却プレート１２０を保持する。保護材１４０は、樹脂製の枠部材などから構成される。冷却プレート１２０の支流部１２２が保護材１４０に挿入された状態で複数の蓄電セル１１０と保護材１４０とが積層方向に拘束される。保護材１４０が冷却プレート１２０を保持することにより、複数の蓄電セル１１０に加えられる拘束力により冷却プレート１２０（冷媒流路１３０）が潰れて変形することを抑制できる。

本実施の形態に係る蓄電装置冷却機構１００においては、本体部１２１と、接続部１２３と、蓄電セル１１０間に設けられる複数の支流部１２２とを１枚の冷却プレート１２０から構成することができる。この結果、後述の比較例のような構造において問題となり得る冷媒の漏れを防止ないし抑制することができる。

また、本実施の形態に係る蓄電装置冷却機構１００においては、保護材１４０（樹脂製枠）が蓄電セル１１０の拘束力を吸収し、冷却プレート１２０（冷媒流路１３０）が潰れて変形することを抑制しながら、冷却プレート１２０の支流部１２２と蓄電セル１１０との接触を保持することができる。

また、本実施の形態に係る蓄電装置冷却機構１００においては、複数の蓄電セル１１０用の冷却器および間の流路を一体製造することが可能であり、部品点数を低減することができる。

平板上のアルミロールボンドパネルを冷却器として複数の蓄電セルに当接させる冷却機構においては、各蓄電セルと冷却器との接触を保つ付勢力を加える弾性部材が必要とされるが、本実施の形態に係る蓄電装置冷却機構１００においては、そのような弾性部材が不要であるため、製造コストを低減することができる。

また、本実施の形態に係る蓄電装置冷却機構１００においては、蓄電セル１１０の最も広い面である主板（腹面）を介して冷却を行なうことができるので、高い冷却性能を得ることができる。

（実施の形態２）
図７は、実施の形態２に係る蓄電装置冷却機構に用いられる冷却プレートを示す図である。図８は、図７に示す冷却プレートを保護材に装着した状態を示す断面図である。図７は、実施の形態１における図５に相当するものであり、図８は、実施の形態１における図６に相当するものである。

図７、図８に示すように、本実施の形態に係る蓄電装置冷却機構も、実施の形態１に係る蓄電装置冷却機構と同様の構成を有するが、保護材１４０として冷却プレート１２０の支流部１２２を受け入れ可能なフォルダ１４０Ａ（挿入部）を含むものを用い、保護材１４０を複数の蓄電セル１１０とともに積層方向に拘束してモジュール化した後に、冷却プレート１２０の支流部１２２をフォルダ１４０Ａに嵌合させることで冷却機構を構成することを特徴とする。

また、メンテナンス時には、保護材１４０を複数の蓄電セル１１０とともに積層方向に拘束したまま冷却プレート１２０の支流部１２２をフォルダ１４０Ａから取外すことができる。

すなわち、本実施の形態に係る冷却機構においては、複数の蓄電セル１１０および保護材１４０を積層方向に拘束した状態で冷却プレート１２０の支流部１２２をフォルダ１４０Ａに対して着脱可能である。換言すれば、蓄電装置をモジュール化した後の冷却プレート１２０の着脱が可能である。

このように、本実施の形態に係る冷却機構においては、冷却プレート１２０を除いた状態で複数の蓄電セル１１０の拘束を行なうことができるので、従来の設備を用いて蓄電セル１１０の拘束を行なうことができる。

また、蓄電装置をモジュール化した後に冷却プレート１２０の取付けを行なうことができるので、冷却プレート１２０の取付け作業も容易化される。

また、蓄電装置がモジュール化された状態のまま冷却プレート１２０を取り外すことができるので、メンテナンス作業も容易化される。

（比較例）
図９は、比較例に係る蓄電装置１０１０Ｚを示す斜視図である。図１０は、比較例に係る蓄電装置１０１０Ｚの内部構造を示す断面図である。蓄電装置１０１０Ｚは、エンドプレート１０１１、樹脂フレーム１０１２、冷却プレート１０１３、シート型電池セル１０１４、およびセルダンパ１０１５を備える。複数のシート型電池セル１０１４が、複数の冷却プレート１０１３および複数のセルダンパ１０１５と共に積層され、積層構造が複数の樹脂フレーム１０１２によって固定されている。

図９に示すように、エンドプレート１０１１には、冷媒供給部１０１１ａ、冷媒排出部１０１１ｂが形成されている。図示されていないが、樹脂フレーム１０１２にも同様に、冷媒供給部および冷媒排出部が形成されている。冷却プレート１０１３には冷媒供給部１０１３ａ、冷媒排出部１０１３ｂが形成されており、さらに、冷媒が通流される流路１０１３ｃが冷媒供給部１０１３ａと冷媒排出部１０１３ｂとを接続するようにプレート内部にチャネル状に形成されている。

蓄電装置１０１０Ｚに備えられている電池冷却装置においては、面積の大きな側面を利用して冷却を行うことが可能であり、シート型電池セル１０１４と冷却プレート１０１３との間に接着剤や熱伝導材が不要であり、高い冷却性能を発揮できる。しかし、パッキンや接着剤などを用いて複数の冷媒供給部および複数の冷媒排出部などを液密状に密閉する必要がある。冷媒の漏液を防止または抑制するためには、確実なシール性を多数箇所で確保する必要がある。

冷却プレート１０１３は、一般的には金属等の剛体であり、各冷却プレート１０１３を個々に製造し、冷却プレート１０１３間を別部品で接続することで冷媒流路が形成される。セル温度等によりセル間距離が増減したり、外部（たとえば車両）からの振動が発生したり、厳しい環境下に置かれることも想定され、確実なシール性を多数箇所で得るのは容易ではない。また、蓄電装置１０１０Ｚに備えられている電池冷却装置は、本開示の実施の形態に係る蓄電装置冷却機構に比べて多くの部品点数を有しており、製造費用を削減することも容易ではない。

これに対して、実施の形態１，２に係る蓄電装置冷却機構によれば、上述のとおり、部品点数が上記比較例の場合に比べて少なく、製造費用の削減を図りやすい。

以上、本開示の実施の形態について説明したが、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。本開示の範囲は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すべての変更が含まれることが意図される。

１蓄電装置、２蓄電セル、３拘束部材、５，６拘束板、７拘束バンド、１０収容ケース、１０Ａケース本体、１０Ｂ蓋、１０Ｃ開口部、１１電極体、１２電解液、２０，２１主板、２２底板、２３，２４端面板、３０正極外部端子、３１負極外部端子、３２正極集電板、３３負極集電板、３４正極、３５負極、１００蓄電装置冷却機構、１１０蓄電セル、１２０冷却プレート、１２１本体部、１２２支流部、１２３接続部、１３０冷媒流路、１３１本流、１３２支流、１３３接続部、１４０保護材、１４０Ａフォルダ、１０１０Ｚ蓄電装置、１０１１エンドプレート、１０１１ａ，１０１３ａ冷媒供給部、１０１１ｂ，１０１３ｂ冷媒排出部、１０１２樹脂フレーム、１０１３冷却プレート、１０１３ｃ流路、１０１４シート型電池セル、１０１５セルダンパ。

Claims

積層された複数の蓄電セルと、
冷媒が通流される冷媒流路を有する冷却プレートと、
前記複数の蓄電セルの間に挟持され、前記複数の蓄電セルとともに積層方向に拘束される保護材とを備え、
前記保護材は、前記冷媒流路が形成された前記冷却プレートの少なくとも一部を受け入れ可能な挿入部を含み、
前記複数の蓄電セルおよび前記保護材を積層方向に拘束した状態で前記冷却プレートの少なくとも一部を前記挿入部に対して着脱可能である、蓄電装置冷却機構。