JP2021125346A - バッテリパック - Google Patents

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Shige Shimazaki
樹 島▲崎▼
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Ryo Fujii
遼 藤井
皓大 長谷部
Kodai Hasebe
皓大 長谷部
剛 渡邊
Takeshi Watanabe
剛 渡邊
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Abstract

【課題】バッテリモジュールの冷却効率を向上させたバッテリパックを提供する。
【解決手段】冷媒流路41は、隔壁部70の凹部72に形成され、前後方向及び左右方向に沿って千鳥状に配置された複数の凸部61と、左右方向において中央部に位置する流路中央部45と、左右方向において流路中央部45の両側に位置する流路端部46と、カバープレート80に設けられ、凹部72に向かって膨出する流路高調整部82と、を有する。隔壁部70及びカバープレート80の締結部90は、冷媒流路41を挟んで前後方向で略同じ位置に設けられた一対の締結部91、92を一組として、前後方向に沿って複数組設けられる。一対の締結部91、92が設けられた領域における流路高調整部82の幅よりも、冷媒流路41の他の領域の流路高調整部82の幅が広い。
【選択図】図7A

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、複数のセルを積層することで構成されるバッテリモジュールを備える。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、空冷式の冷却プレートを用いているためさほど高い冷却効率は望めない。冷却効率の点では水冷式の方が優れているが、水冷式においてもバッテリモジュールの冷却効率をより高める必要がある。
本発明は、バッテリモジュールの冷却性能を向上させたバッテリパックを提供する。
本発明は、
第1方向に複数のセルを積層することで構成されるバッテリモジュールと、
前記第1方向に直交する上下方向において隔壁部を挟んで前記バッテリモジュールと反対側に設けられ、液状媒体によって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、前記隔壁部の下面に設けられた凹部がカバープレートによって封止されることで形成され、前記第1方向に沿って前記液状媒体が流れる冷媒流路を有し、
前記冷媒流路は、
前記隔壁部の前記凹部に設けられ、前記第1方向と、前記第1方向及び前記上下方向と直交する第2方向とによって形成される平面に千鳥状に配置された複数の凸部と、
前記第2方向において中央部に位置する流路中央部と、
前記第2方向において前記流路中央部の両側に位置する流路端部と、
前記カバープレートに設けられ、前記凹部に向かって膨出する流路高調整部と、を有し、
前記隔壁部及び前記カバープレートの締結部は、前記冷媒流路を挟んで前記第1方向で略同じ位置に設けられた一対の締結部を一組として、前記第1方向に沿って複数組設けられ、
前記一対の締結部が設けられた領域における前記流路高調整部の幅よりも、前記冷媒流路の他の領域における前記流路高調整部の幅が広い。
本発明によれば、バッテリモジュールを適切に冷却することができる。
本発明の一実施形態のバッテリパックを備えるバッテリユニットの斜視図である。 図1のバッテリユニットの分解斜視図である。 図1に示す第1バッテリパックのカバー部材を取り外した状態の底面図である。 図1に示す第2バッテリパックの底面図である。 図1のバッテリユニットの冷媒流路の斜視図である。 冷媒流路の凹部の部分拡大図である。 本実施形態のカバー部材で覆われた図6の冷媒流路を下方から見た底面図である。 図7AのP−P線断面図である。 参考例のカバー部材で覆われた図6の冷媒流路を下方から見た底面図である。 図8AのQ−Q線断面図である。 図6の冷媒流路における液状冷媒の流れ方についての説明図である。
以下、本発明の一実施形態のバッテリパックを備えるバッテリユニットについて添付図面に基づいて説明する。図面には、バッテリユニットの前方を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。なお、このバッテリユニットの前後左右上下は、バッテリユニットが搭載される車両の前後左右上下とは無関係である。
(バッテリユニット)
図1及び図2に示すように、本実施形態のバッテリユニット1は、第1バッテリパック10と、第1バッテリパック10の上部に配置される第2バッテリパック20と、を備える。
図2に示すように、第1バッテリパック10は、複数(この例では4つ)のバッテリモジュール11(11A、11B、11C、11D)と、バッテリモジュール11を収容する第1バッテリケース本体12と、第1バッテリケース本体12の開口部を塞ぐ第1バッテリケースカバー13と、バッテリモジュール11を冷却する第1冷却機構40A(図5参照)と、を備える。
各バッテリモジュール11(11A、11B、11C、11D)は、前後方向に複数のセル11aを積層することで構成されるセル積層体である。4つのバッテリモジュール11(11A、11B、11C、11D)は、前後方向と直交する左右方向に並べて配置されている。
4つのバッテリモジュール11(11A、11B、11C、11D)のうち、2つのバッテリモジュール11A、11Bは、第1バッテリケース本体12の右側の領域に収容され、残りの2つのバッテリモジュール11C、11Dは、第1バッテリケース本体12の左側の領域に収容されている。
第2バッテリパック20は、2つのバッテリモジュール21、22を搭載する第2バッテリケース本体23と、第2バッテリケース本体23を覆う第2バッテリケースカバー24と、バッテリモジュール21、22を冷却する第2冷却機構40B(図5参照)と、を備える。バッテリモジュール21、22は、それぞれ左右方向に複数のセル21a、22aを積層することで構成されるセル積層体である。第2バッテリパック20のバッテリモジュール21、22は、左右方向に並べて配置されている。
図2に示すように、第1バッテリケースカバー13の左右方向の両端近傍には、第1連通孔13a及び第2連通孔13bが設けられている。第2バッテリケース本体23の左右方向の両端近傍には、第1バッテリケースカバー13の第1連通孔13a及び第2連通孔13bと連通する第1連通孔23a及び第2連通孔23bが設けられている。第1バッテリパック10のバッテリモジュール11と第2バッテリパック20のバッテリモジュール21、22とは、第1連通孔13a、23a及び第2連通孔13b、23bを通る不図示の導通部材によって電気的に接続されている。
(冷却機構)
図3〜図5に示すように、バッテリモジュール11を冷却する第1冷却機構40A及びバッテリモジュール21、22を冷却する第2冷却機構40Bは、液状媒体Wが通過する一続きの冷媒流路41を構成する。液状媒体Wは、水、油、ATF(Automatic Transmission Fluid)等である。さらに詳しく説明すると、冷媒流路41は、第1バッテリケース本体12の右側の領域に収容されたバッテリモジュール11A、11Bを冷却するための下部右側流路部41Aと、第1バッテリケース本体12の左側の領域に収容されたバッテリモジュール11C、11Dを冷却するための下部左側流路部41Bと、第2バッテリパック20のバッテリモジュール21、22を冷却するための上部流路部41Cと、により構成される。なお、図3〜図5中に示す白抜き矢印は、液状媒体Wとその流れの向きを概念的に示している。
この例では、液状媒体Wは、冷媒入口42inから下部左側流路部41Bに流入し、第1バッテリケース本体12の左側の領域に収容されたバッテリモジュール11C、11Dを冷却した後、第1バッテリケース本体12の左側壁内に設けられた縦管43L内を上って上部流路部41Cに入り、第2バッテリパック20のバッテリモジュール21、22を冷却した後、第1バッテリケース本体12の右側壁内に設けられた縦管43R内を下って下部右側流路部41Aに入り、第1バッテリケース本体12の右側の領域に収容されたバッテリモジュール11A、11Bを冷却した後、冷媒出口42outから流出する。この構成により、バッテリユニット1の全てのバッテリモジュール11、21、22が液状媒体Wによって冷却される。
図3に示すように、第1バッテリケース本体12の底部121の下面121aには、右側部分と左側部分とに分けて凹部122R、122Lが設けられており、右側部分の凹部122Rが図2に示す右側のカバー部材14Rで封止されることにより下部右側流路部41Aが形成され、左側部分の凹部122Lが図2に示す左側のカバー部材14Lで封止されることにより下部左側流路部41Bが形成されている。このように、第1バッテリケース本体12の底部121の下面121aに設けた凹部122R、122Lをカバー部材14R、14Lで封止することにより、第1バッテリケース本体12の凹部122R、122Lとカバー部材14R、14Lとにより、冷媒流路41の一部を構成する下部右側流路部41A及び下部左側流路部41Bを容易に形成することができる。なお、カバー部材14R、14Lは一体であってもよい。
図4に示すように、第2バッテリケース本体23の底部232の下面232aには、凹部231が設けられており、凹部231が第1バッテリケースカバー13(図2)で封止されることにより上部流路部41Cが形成されている。このように、第2バッテリケース本体23の下面232aに設けた凹部231を第1バッテリケースカバー13で封止することにより、第2バッテリケース本体23の凹部231と第1バッテリケースカバー13とにより、冷媒流路41の一部を構成する上部流路部41Cを容易に形成することができる。
上記のように、バッテリユニット1の構成要素である第1バッテリケース本体12及び第2バッテリケース本体23により冷媒流路41の一部を構成したことにより、部品点数の増加を抑えながら、バッテリユニット1を液状媒体Wで効率良く冷却することができる。
図3及び図4に示すように、凹部122R、122L、231には、前後方向と左右方向とによって形成される平面に複数の凸部61が千鳥状に配置されている。図9に示すように、各凸部61は角錐であり、角錐の2本の対角線61a、61bのうち1本すなわち対角線61aが前後方向と一致するように配置され、角錐の2本の対角線61a、61bのうち他の1本すなわち対角線61bが左右方向と一致するように配置されている。
このように、複数の凸部61が、前後方向及びそれと直交する方向である左右方向に沿って千鳥状に配置されていることより、液状媒体Wが乱流となって冷媒流路41を流れるので、液状媒体Wと第1バッテリケース本体12及び第2バッテリケース本体23との熱交換効率が高められ、冷却性能が向上する。
また、各凸部61は底面を正方形とする四角錐であり、下部右側流路部41A及び下部左側流路部41Bにおいては、2本の対角線61a、61bのうちの1本の対角線61aがセルの積層方向である前後方向と一致させて配置されている。これにより、冷媒のセルの積層方向への流れF1を適度に阻害し、それと交差する方向への流れF2を生じさせて、乱流を生じさせやすくできる。したがって、下部右側流路部41A及び下部左側流路部41Bの全体に液状媒体Wを行き渡らせることができる。また、第1バッテリケース本体12の底部121を介して行われる液状媒体Wとバッテリモジュール11との熱交換の効率が高められるため、冷却性能がより向上する。
同様に、上部流路部41Cにおいては、2本の対角線61a、61bのうちの1本の対角線61bがセルの積層方向である左右方向と一致させて配置されている。これにより、冷媒のセルの積層方向への流れを適度に阻害し、それと交差する方向への流れを生じさせて、乱流を生じさせやすくできる。したがって、上部流路部41Cの全体に液状媒体Wを行き渡らせることができる。また、第2バッテリケース本体23を介して行われる液状媒体Wとバッテリモジュール21、22との熱交換の効率が高められるため、冷却性能がより向上する。
以下、冷媒流路41についてより詳しく説明するが、下部右側流路部41A、下部左側流路部41B、上部流路部41Cは同様の構成を有するので、これらを区別しないで冷媒流路41として説明する。これに伴って、これら下部右側流路部41A、下部左側流路部41B、及び上部流路部41Cを形成する、第1バッテリケース本体12の底部121、及び第2バッテリケース本体23の底部232を隔壁部70と、底部121の下面121a、及び底部232の下面232aを下面70aと、凹部122R、122L、231を凹部72と、カバー部材14R、14L、第1バッテリケースカバー13をカバープレート80と、称する。また、冷媒の流れ方向を前後方向とし、冷媒の流れ方向に直交する方向を左右方向とする。
冷媒流路41は、図6〜図7Bに示すように、隔壁部70の下面70aに設けられた凹部72がカバープレート80で封止されることにより形成される。隔壁部70には、凹部72を区画形成する流路壁73が設けれ、流路壁73に設けられたボルト穴74にカバープレート80側からボルトが締結されることで、隔壁部70にカバープレート80が固定される。
ボルト穴74の周囲には円柱状のボス75が設けられ、ボス75の一部(以下、張出部75aと称する)が冷媒流路41側に半円柱状に張り出すように形成される。即ち、隔壁部70とカバープレート80との締結部90は、ボス75の中心に位置するボルト穴74にボルトを締結することで構成される。
締結部90は、冷媒流路41を挟んで前後方向で略同じ位置に設けられた一対の締結部91、92を一組として、前後方向に沿って複数組設けられている。
冷媒流路41は、左右方向において中央部に位置する流路中央部45と、左右方向において流路中央部45の両側に位置する流路端部46と、を備え、冷媒流路41のおうぶ72には、この流路中央部45及び流路端部46に渡って前述の凸部61が千鳥状に形成されている。
凹部72を覆うカバープレート80は、締結部90を構成する平面部81と、凹部72に向かって膨出し、平面部81と平行に延びる流路高調整部82と、を備える。流路高調整部82の左右の両端部には、流路端部46側から流路中央部45側に向かって上方に傾斜する傾斜部82aが設けられる。流路高調整部82は、冷媒流路41の高さを調整し、凸部61への液状媒体Wの通過を促す。流路高調整部82により、流路中央部45における冷媒流路41の高さが、流路端部46における冷媒流路41の高さよりも低くなっている。
ここで、流路高調整部82は、一対の締結部91、92が設けられた領域Aにおける流路高調整部82の幅L1よりも、冷媒流路41の他の領域B、即ち一対の締結部91、92が設けられた領域Aを除いた領域Bの流路高調整部82の幅L2が広くなっている。
以下、この流路高調整部82の作用について説明する。
先ず、比較のため参考例のカバープレート80を用いた場合の作用について図8A及び図8Bを参照しながら説明する。図8Aは、参考例のカバープレート80で覆われた図6の冷媒流路を下方から見た底面図であり、図8Bは、図8AのA−A線断面図である。
参考例のカバープレート80は、流路高調整部82の左右両側の傾斜部82aが流路壁73と平行に延びており、流路高調整部82の幅L1(左右方向の長さ)が一定となっている。流路高調整部82の幅L1(左右方向の長さ)は、流路壁73から膨出する半円柱状のボス75の張出部75aに干渉しないように設定され、流路端部46において、ボス75の張出部75aと流路高調整部82の左右両側の傾斜部82aとの間に隙間Sが形成される。この隙間Sは、領域A、Bに渡って前後方向に連通する。
したがって、参考例のカバープレート80によれば、流路端部46において、ボス75の張出部75aとカバープレート80の傾斜部82aとの間に形成される隙間Sが領域A、Bに渡って前後方向に連通するため隙間Sにおいて液状媒体Wが流れやすく、流路端部46における液状媒体の流速が早くなる。そのため、流路端部46に比べて、流路中央部45における液状媒体の流速が遅く、バッテリモジュール11の冷却性能の点で改善の余地があった。
これに対し、本実施形態のカバープレート80は、流路高調整部82の構成が参考例の流路高調整部82と相違する。図7Aは、本実施形態のカバープレート80で覆われた図6の冷媒流路を下方から見た底面図であり、図7Bは、図7AのA−A線断面図である。
本実施形態のカバープレート80は、図7A及び図7Bに示すように、流路高調整部82の左右両側の傾斜部82aが下方から見て凹凸形状をなしており、一対の締結部91、92が設けられた領域Aにおける流路高調整部82の幅L1よりも、冷媒流路41の他の領域B、即ち一対の締結部91、92が設けられた領域Aを除いた領域Bの流路高調整部82の幅L2が広くなっている。
一対の締結部91、92が設けられた領域Aにおける流路高調整部82の幅L1は、参考例のカバープレート80の流路高調整部82の幅L1と同等であり、流路壁73から膨出する半円柱状のボス75の張出部75aに干渉しないように設定される。
一方、冷媒流路41の他の領域B、即ち一対の締結部91、92が設けられた領域Aを除いた領域Bの流路高調整部82の幅L2は、一対の締結部91、92が設けられた領域Aにおける流路高調整部82よりも流路壁73側に張り出している。図7Bに示すように、液状媒体の流れ方向(前後方向)から見ると、一対の締結部91、92間を除いた領域Bの流路高調整部82の左右両側の傾斜部82aは、半円柱状のボス75の張出部75aの壁面とほぼ一致する。
このような本実施形態のカバープレート80によれば、領域Bの流路端部46を流れる液状媒体Wは、ボス75の張出部75aとぶつかり、領域Aにおいて流路中央部45側へ流れ方向が変化する。このように本実施形態では、比較例に比べて流路端部46の流路断面積が小さくなり、流路中央部45における液状媒体の流速が早くなる。これにより、バッテリモジュール11,21,22を適切に冷却することができる。
また、カバープレート80に設けられた流路高調整部82の幅を、一対の締結部91、92が設けられた領域Aとその他の領域Bで変えることで、カバープレート80には凹凸が形成される。これにより、カバープレート80の剛性が向上する。
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、バッテリユニット1は、第1バッテリパック10と第2バッテリパック20とを備える二階建て構造になっているが、第1バッテリパック10のみからなる一階建て構造であってもよい。
また、上記実施形態における各凸部61は底面を正方形とする四角錐であるが、底面を長方形とする四角錐であってもよい。
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) 第1方向(前後方向)に複数のセル(セル11a、21a、22a)を積層することで構成されるバッテリモジュール(バッテリモジュール11、21、22)と、
前記第1方向に直交する上下方向において隔壁部(隔壁部70)を挟んで前記バッテリモジュールと反対側に設けられ、液状媒体(液状媒体W)によって前記バッテリモジュールを冷却する冷却機構(第1冷却機構40A、第2冷却機構40B)と、を備えるバッテリパック(第1バッテリパック10、第2バッテリパック20)であって、
前記冷却機構は、前記隔壁部の下面(下面70a)に設けられた凹部(凹部72)がカバープレート(カバープレート80)によって封止されることで形成され、前記第1方向に沿って前記液状媒体が流れる冷媒流路(冷媒流路41)を有し、
前記冷媒流路は、
前記隔壁部の前記凹部に設けられ、前記第1方向と、前記第1方向及び前記上下方向と直交する第2方向(左右方向)とによって形成される平面に千鳥状に配置された複数の凸部(凸部61)と、
前記第2方向において中央部に位置する流路中央部(流路中央部45)と、
前記第2方向において前記流路中央部の両側に位置する流路端部(流路端部46)と、
前記カバープレートに設けられ、前記凹部に向かって膨出する流路高調整部(流路高調整部82)と、を有し、
前記隔壁部及び前記カバープレートの締結部(締結部90)は、前記冷媒流路を挟んで前記第1方向で略同じ位置に設けられた一対の締結部(締結部91、92)を一組として、前記第1方向に沿って複数組設けられ、
前記一対の締結部が設けられた領域(領域A)における前記流路高調整部の幅(幅L1)よりも、前記冷媒流路の他の領域における前記流路高調整部の幅(幅L2)が広い、バッテリパック。
カバープレートに設けられた流路高調整部により、流路中央部における冷媒流路の高さは流路端部における冷媒流路の高さよりも低くなっているので、流路端部側の方が流路中央部よりも液状媒体が流れやすく、流路中央部における液状媒体の流速が遅くバッテリモジュールの冷却性能の点で改善の余地があった。そこで、(1)に記載の発明によれば、一対の締結部が設けられた領域における流路高調整部の幅よりも、冷媒流路の他の領域における流路高調整部の幅を広くすることにより、流路端部の流路断面積が小さくなり、流路中央部における液状媒体の流速が早くなる。これにより、バッテリモジュールを適切に冷却することができる。
また、カバープレートに設けられた流路高調整部の幅を、一対の締結部が設けられた領域とその他の領域とで変えることで、カバープレートには凹凸が形成される。これにより、カバープレートの剛性が向上する。
(2) (1)に記載のバッテリパックであって、
前記隔壁部の締結部には、ボス(ボス75)が設けられ、
前記液状媒体の流れ方向から見て、前記冷媒流路の他の領域における前記流路高調整部の端部(傾斜部82a)は、前記ボスの張出部(張出部75a)の壁面と略一致する、バッテリパック。
(2)によれば、液状媒体の流れ方向から見て、冷媒流路の他の領域における流路高調整部の端部は、ボスの張出部の壁面と略一致するので、他の領域の流路端部を流れる液状媒体は、ボスの張出部とぶつかり、一対の締結部が設けられた領域において流路中央部側へ流れ方向が変化する。これにより、流路中央部における液状媒体の流速が早くなり、バッテリモジュールを適切に冷却することができる。
(3) (1)又は(2)に記載のバッテリパックであって、
各凸部は角錐であり、
前記角錐の2本の対角線のうち1本(対角線61a)が前記第1方向と一致するように配置され、
前記角錐の前記2本の対角線のうち他の1本(対角線61b)が前記第2方向と一致するように配置されている、バッテリパック。
(3)によれば、隔壁部に設けられた複数の凸部の2本の対角線のうち1本がセルの積層方向(第1方向)と一致し、2本の対角線のうち他の1本が積層方向と直交する方向(第2方向)と一致するように配置されているので、冷媒流路の隅部にまで冷媒を行き渡らせることができる。これにより、隔壁部を介して行われる液状媒体とバッテリモジュールとの熱交換の効率が高められるため、バッテリモジュールの冷却性能が向上する。
10 第1バッテリパック(バッテリパック)
11a、21a、22a セル
11、21、22 バッテリモジュール
20 第2バッテリパック(バッテリパック)
40A 第1冷却機構(冷却機構)
40B 第2冷却機構(冷却機構)
41 冷媒流路
45 流路中央部
46 流路端部
61 凸部
61a、61b 対角線
70 隔壁部
70a 下面
72 凹部
75 ボス
75a 張出部
80 カバープレート
82 流路高調整部
82a 傾斜部(流路高調整部の端部)
W 液状媒体
90(91、92) 締結部
A 一対の締結部が設けられた領域
B 一対の締結部が設けられた領域を除いた領域(他の領域)
幅L1 一対の締結部が設けられた領域における流路高調整部の幅
幅L2 一対の締結部が設けられた領域を除いた領域(他の領域)における流路高調整部の幅

Claims (3)

  1. 第1方向に複数のセルを積層することで構成されるバッテリモジュールと、
    前記第1方向に直交する上下方向において隔壁部を挟んで前記バッテリモジュールと反対側に設けられ、液状媒体によって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、前記隔壁部の下面に設けられた凹部がカバープレートによって封止されることで形成され、前記第1方向に沿って前記液状媒体が流れる冷媒流路を有し、
    前記冷媒流路は、
    前記隔壁部の前記凹部に設けられ、前記第1方向と、前記第1方向及び前記上下方向と直交する第2方向とによって形成される平面に千鳥状に配置された複数の凸部と、
    前記第2方向において中央部に位置する流路中央部と、
    前記第2方向において前記流路中央部の両側に位置する流路端部と、
    前記カバープレートに設けられ、前記凹部に向かって膨出する流路高調整部と、を有し、
    前記隔壁部及び前記カバープレートの締結部は、前記冷媒流路を挟んで前記第1方向で略同じ位置に設けられた一対の締結部を一組として、前記第1方向に沿って複数組設けられ、
    前記一対の締結部が設けられた領域における前記流路高調整部の幅よりも、前記冷媒流路の他の領域における前記流路高調整部の幅が広い、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、
    前記隔壁部の締結部には、ボスが設けられ、
    前記液状媒体の流れ方向から見て、前記冷媒流路の他の領域における前記流路高調整部の端部は、前記ボスの張出部の壁面と略一致する、バッテリパック。
  3. 請求項1又は2に記載のバッテリパックであって、
    各凸部は角錐であり、
    前記角錐の2本の対角線のうち1本が前記第1方向と一致するように配置され、
    前記角錐の前記2本の対角線のうち他の1本が前記第2方向と一致するように配置されている、バッテリパック。
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