JP2022017690A

JP2022017690A - 電池システム

Info

Publication number: JP2022017690A
Application number: JP2020120383A
Authority: JP
Inventors: 直弥梅山; Naoya Umeyama
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2020-07-14
Filing date: 2020-07-14
Publication date: 2022-01-26
Anticipated expiration: 2040-07-14
Also published as: JP7388306B2

Abstract

【課題】温調部材と電池積層体との間の伝熱特性の均等化を図って、製造コストを低減することができる電池システムを提供する。
【解決手段】本実施形態の電池システム１は、電池積層体１０、拘束プレート２０、温調部材３０、及び支持体４０を備える。電池積層体１０、は、複数の電池１０ａを積層して構成される。拘束プレート２０は、電池積層体１０を積層方向Ｙに拘束する。温調部材３０は、電池積層体に熱的に接続されて、電池１０ａを温調する。支持体４０は、拘束プレート２０に溶接された締結部材４５を介して、温調部材３０を電池積層体１０に押圧した状態で、温調部材３０を支持する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池システムに関する。

従来、複数の電池を備えた電池システムとして、特許文献１には、電池を積層してなる電池積層体の積層方向両端に一対のエンドプレートを設けるとともに、拘束プレートを一対のエンドプレート同士に接続して電池積層体を拘束する構成が開示されている。当該拘束プレートは、電池積層体の側面を覆う本体部と、エンドプレートに固定される折曲片と、本体部から電池積層体の下面側に突出した爪状の連結部とを有している。そして、電池積層体の下面側には、電池の温度を調節するための温調部材として冷却プレートが設けられており、冷却プレートは拘束プレートの連結部に連結された連結バーにより支持されている。

特開２０１３－０１２４４１号公報

しかしながら、特許文献１に開示の構成では、冷却プレートを支持する連結部と拘束プレートの本体部とが一部品として形成されており、連結部は拘束プレートの本体部に対して予め決まった位置に設けられている。これにより、冷却プレートを支持する連結バーの取り付け位置や連結バーの使用数を変更することが容易ではない。そのため、温調部材の自重等による温調部材の変形を抑制することが困難な場合がある。そして、温調部材が変形すると温調部材と電池との間の伝熱特性にバラツキが生じて、電池の温調における熱効率が低下することとなる。その結果、温調機構の小型化や簡略化を図ることが難しく、製造コストを低減するには改善の余地がある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、温調部材と電池積層体との間の伝熱特性の均等化を図って、製造コストを低減することができる電池システムを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、複数の電池を積層してなる電池積層体と、
上記電池積層体を積層方向に拘束する拘束プレートと、
上記電池積層体に熱的に接続されて、上記電池を温調する温調部材と、
上記拘束プレートに溶接された締結部材を介して、上記温調部材を上記電池積層体に押圧した状態で、上記温調部材を支持する支持体と、
を備える電池システムにある。

上記電池システムにおいては、電池の温調用の温調部材を支持する支持体は、拘束プレートに溶接された締結部材を介して設けられている。それゆえ、締結部材は拘束プレートとは別部品となっており、両者が一部品からなる場合に比べて、締結部材の取り付け位置の変更が容易となっている。これにより、温調部材の自重等を考慮して締結部材の取り付け位置や支持体の使用数を調整することにより、温調部材の変形を抑制して、温調部材と電池との間の伝熱特性の均等化を図ることができる。その結果、電池の加熱・冷却における熱効率が向上するため、電池の温調のための機構の小型化や簡略化することができ、製造コストを低減することができる。

以上のごとく、上記態様によれば、温調部材と電池積層体との間の伝熱特性の均等化を図って、製造コストを低減することができる電池システムを提供することができる。

実施形態１における、電池システムの上側斜視図。実施形態１における、電池システムの下側斜視図。図１における、III-III線位置断面図。実施形態１における、温調部材の組付工程を示す概念図。変形形態１における、温調部材の組付工程を示す概念図。変形形態２における、図３のIII-III線位置相当の断面図。実施形態２における、図３のIII-III線位置相当の断面図。

上記締結部材は、ボルト及びナットからなり、該ボルト及び該ナットの一方が上記拘束プレートに溶接されていることとすることができる。この場合には、簡易な構成により、締結部材を介して上記支持体を拘束プレートに取り付けることができる。中でも、上記ボルトが上記拘束プレートに溶接されていることが好ましい。締結部材としてのナットが拘束プレートに溶接されている場合には、当該ナットにボルトを締結する際に、ボルトを深く螺入すると、ボルト先端が拘束プレートに干渉する恐れがあるが、上記ボルトが上記拘束プレートに溶接されている場合には、ボルトを締結する際にボルト先端が拘束プレートに干渉する恐れがない。そのため、締結する際にボルトの長さを考慮する必要がなく組付の作業性がよい。

上記支持体は上記温調部材に接合されていることとすることができる。この場合、温調部材の取り付けに際して、支持体と温調部材との位置決めが不要となるとともに、組付作業性が向上する。

上記支持体と上記拘束プレートとの間には弾性変形可能な弾性部材が介在していることが好ましい。この場合には、支持体に保持された温調部材を電池積層体に押圧させやすくなるため、温調部材による電池の温調効果を向上させることができる。

上記支持体は、上記電池積層体における上記電池の積層方向に所定間隔をおいて複数設けられていることが好ましい。この場合には、温調部材を電池積層体の積層方向において均等に電池積層体に押圧させることができるため、温調部材による電池の温調効果を一層向上させることができる。

（実施形態１）
上記電池システムの実施形態について、図１～図４を用いて説明する。
本実施形態の電池システム１は、電池積層体１０、拘束プレート２０、温調部材３０、及び支持体４０を備える。
電池積層体１０、は、複数の電池１０ａを積層して構成される。
拘束プレート２０は、電池積層体１０を積層方向Ｙに拘束する。
温調部材３０は、電池積層体に熱的に接続されて、電池１０ａを温調する。
支持体４０は、拘束プレート２０に溶接された締結部材４５を介して、温調部材３０を電池積層体１０に押圧した状態で、温調部材３０を支持する。

以下、本実施形態の電池システム１について、詳述する。
図１、図２に示すように、電池１０ａは、複数備えられてＹ方向に積層されている。電池１０ａの数は特に限定されないが、本実施形態１では１４個の電池１０ａを備える。電池１０ａの種類は限定されず、充放電可能な二次電池とすることができる。当該複数の電池１０ａが積層されることにより、電池積層体１０が形成される。本実施形態１では、電池１０ａは上面１１に端子１１ａが設けられており、電池１０ａの下面１２は平面となっている。電池積層体１０において各電池１０ａは端子１１ａが同じ側に位置するように形を揃えて積層されている。なお、電池積層体１０において隣り合う電池１０ａ同士の間に図示しないスペーサが介在していてもよい。

図１、図２に示すように、電池積層体１０の積層方向Ｙの両端側には、それぞれ一対のエンドプレート１５が設けられている。本実施形態１では、エンドプレート１５の外形は平面視において電池１０ａよりも若干大きくなっている。エンドプレート１５は、剛性の高い金属製とすることができる。

図１、図２に示すように、拘束プレート２０は、電池積層体１０の両端に位置するエンドプレート１５にそれぞれ接続されて、エンドプレート１５によって電池積層体１０を挟持させる。拘束プレート２０は金属製の長板からなる。本実施形態１では、拘束プレート２０はエンドプレート１５の高さ方向Ｚにおける上面と下面のそれぞれ２箇所に取り付けられて、合計４つ設けられている。拘束プレート２０は、ボルト２１によりエンドプレート１５に締結されている。電池積層体１０は、拘束プレート２０を介して一対のエンドプレート１５によって挟持されて積層方向Ｙに拘束されることにより、積層状態に維持されるとともに電池１０ａが積層方向Ｙに膨張することが抑制されている。

図１、図２に示すように、電池積層体１０の下方Ｚ２には、温調部材３０が設けられている。温調部材３０は、図３に示すように、内部に熱媒体が流通可能な流路３１を備える。なお、図示しないが、温調部材３０には、熱媒体を温調部材３０に導入するための熱媒体導入部と、熱媒体を温調部材３０から導出するための熱媒体導出部が備えられている。本実施形態１では、温調部材３０は、電池積層体１０の下方Ｚ２に位置する一対の拘束プレート２０の間において、電池積層体１０の下面１２に沿って積層方向Ｙに延在している。

本実施形態１では、図１～図３に示すように、温調部材３０と電池積層体１０との間には、熱伝導材３５が介在している。熱伝導材３５は、高い熱伝導度を有する材料からなり、温調部材３０と電池積層体１０との両方に密着した状態となっている。

図２に示すように、支持体４０は、締結部材４５を介して拘束プレート２０に取り付けられている。これにより、図３に示すように、支持体４０は電池システム１の筐体２に直接固定されておらず、支持体４０と筐体２とは離間した状態となっている。

本実施形態１では、図３に示すように、電池積層体１０の下方Ｚ２に設けられた一対の拘束プレート２０を幅方向Ｘに繋ぐように取り付けられている。支持体４０は、金属製の板材からなり、幅方向Ｘの両端に拘束プレート２０と締結される締結部４１を有し、幅方向Ｘの中央側に温調部材３０を支持する支持部４２を有する。締結部４１と支持部４２との間には、支持部４２を締結部４１よりも下方Ｚ２に位置させる段差部４３を有する。締結部４１には、後述の締結部材４５としてのボルトを挿通させる貫通孔４１ａが形成されている。支持体４０を設ける数は限定されず、温調部材３０の支持及び温調部材３０の電池１０ａへの押圧に必要とされる数とすることができる。複数の支持体４０を設ける場合は、温調部材３０の電池１０ａへの押圧力が均等となるようにすることが好ましい。本実施形態１では、４つの支持体４０を設けるとともに、４つの支持体４０を積層方向Ｙにおいて等間隔となるように設けている。

図３に示すように、電池積層体１０の下方Ｚ２に位置する拘束プレート２０には、下側、すなわち電池積層体１０と反対側に締結部材４５が溶接されている。締結部材４５の構成は限定されないが、本実施形態では、締結部材４５はボルト４５１からなり、ボルト４５１の軸方向の上端部４５ａが拘束プレート２０に下側面に接合されている。そして、当該ボルト４５１に支持体４０の貫通孔４１ａが挿通された状態でナット４５２をボルト４５１に螺入することにより、支持体４０が拘束プレート２０に取り付けられている。ボルト４５１の溶接位置は限定されず、取り付けられる支持体４０の数に応じて適宜設定できる。なお、本実施形態１では、ボルト４５１は上端に頭部を有しない形状となっている。本実施形態１では、支持体４０の締結部４１にそれぞれ一つの貫通孔４１ａを設けて、支持体４０の幅方向Ｘの両端をそれぞれ一つの締結部４１で締結することとしたが、これに限らず、支持体４０の締結部４１にそれぞれ２つ以上の貫通孔４１ａを設けるとともにこれに応じて締結部材４５を用いて支持体４０を取り付けることとしてもよい。

図２、図３に示すように、本実施形態１では、支持体４０と温調部材３０との間に、弾性部材５０が介在している。弾性部材５０の材質は特に限定されず、所定の弾性を有する材料からなる。弾性部材５０の大きさも特に限定されないが、本実施形態１では、図２に示すように、弾性部材５０において、幅方向Ｘの大きさは温調部材３０と同等であって、積層方向Ｙの大きさは支持体４０と同等としている。

次に、本実施形態１における温調部材３０の組付方法について、説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、まず、電池積層体１０に拘束プレート２０を取り付けて、電池積層体１０を積層方向Ｙに拘束した後、電池積層体１０の下面１２が上を向くように上下反転させる。そして、締結部材４５としてのボルト４５１を用意し、ボルト４５１の上端部４５ａを電池積層体１０の下面１２側の拘束プレート２０における所定の位置に溶接する。当該溶接位置は、取り付ける支持体４０や拘束プレート２０、温調部材３０及び電池積層体１０の形状や大きさなどを考慮して適宜設定することができる。これにより、図４（ｂ）に示すように、ボルト４５１と拘束プレート２０との間に両者を接合する溶接部４５ｂを形成する。

その後、図４（ｂ）に示すように、電池積層体１０の下面１２に熱伝導材３５、温調部材３０、弾性部材５０の順に配置して、支持体４０の締結部４１に形成された貫通孔４１ａに拘束プレート２０に溶接されたボルト４５１を挿通させる。なお、弾性部材５０は支持体４０の支持部４２に対向する位置に配置する。

そして、図４（ｃ）に示すように、拘束プレート２０に溶接されたボルト４５１にナット４５２を取り付けて支持体４０を拘束プレート２０に締結する。これにより、支持体４０の支持部４２が熱伝導材３５、温調部材３０及び弾性部材５０を電池積層体１０の下面１２に押圧した状態で、温調部材３０が支持されることとなる。

次に、本実施形態１の電池システムによる作用効果について、説明する。
本実施形態１の電池システム１では、電池１０ａの温調用の温調部材３０を支持する支持体４０は、拘束プレート２０に溶接された締結部材４５を介して設けられている。それゆえ、締結部材４５は拘束プレート２０とは別部品となっており、両者が一部品からなる場合に比べて、締結部材４５の取り付け位置の変更や支持体４０の使用数の変更が容易となっている。これにより、温調部材３０の自重等を考慮して締結部材４５の取り付け位置や支持体４０の使用数を調整することにより、温調部材３０の変形を抑制して、温調部材３０と電池１０ａとの間の伝熱特性の均等化を図ることができる。その結果、電池１０ａの加熱・冷却における熱効率が向上するため、電池１０ａの温調のための機構を小型化や簡略化することができ、製造コストを低減することができる。

さらに、温調部材３０を支持する支持体４０は拘束プレート２０に固定されており、筐体２には直接固定されていない。これにより、例えば、当該電池システム１が車両に搭載された場合に、車両の下部から電池システム１を突き上げるような外力が筐体２に加わっても、支持体４０及び温調部材３０、電池１０ａにかかる外力が伝達されにくくすることができ、電池１０ａにダメージが生じることを抑制することができる。

また、温調部材３０と筐体２の底部との間に弾性部材を介在させて当該弾性部材の弾性力で電池積層体１０に押し当てる構成とした場合には、当該筐体２の底部の変形や凹凸により面精度が低いと、温調部材３０の電池積層体１０への押し付け力にバラツキが生じてしまう。これに対して、本実施形態１では、弾性部材５０は温調部材３０と、拘束プレート２０に固定された支持体４０との間に設けられているため、筐体２の底部の面精度が低くてもその影響を受けることなく、温調部材３０の電池積層体１０への押し付け力のバラツキを低減することができる。これにより、温調部材３０と電池積層体１０との間の伝熱特性の均等化を図ることができ、電池１０ａを加熱・冷却する際の熱効率が向上するため、電池１０ａの温調機構の小型化や簡略化が図れ、製造コストを低減できる。

また、本実施形態１では、締結部材４５としてのボルト４５１が拘束プレート２０に溶接されている。これにより、簡易な構成により、締結部材４５を介して支持体４０を拘束プレート２０に取り付けることができる。さらに、締結部材４５としてナット４５２が拘束プレート２０に溶接されている場合には、ナット４５２にボルト４５１を締結する際に、ボルト４５１を深く螺入すると、ボルト４５１の先端が拘束プレート２０に干渉するおそれがあるが、本実施形態１のようにボルト４５１が拘束プレート２０に溶接されていることにより、ボルト４５１を締結する際にボルト４５１の先端が拘束プレート２０に干渉するおそれがない。そのため、締結する際にボルト４５１の長さを考慮する必要がなく組付の作業性がよい。

また、本実施形態１では、支持体４０は、電池積層体１０における電池１０ａの積層方向Ｙに所定間隔をおいて複数設けられている。これにより、温調部材３０を電池積層体１０における積層方向Ｙにおいて均等に電池積層体１０に押圧させることができるため、温調部材３０と電池１０ａとの間の伝熱特性の均等化を一層図ることができる。

なお、本実施形態１では、締結部材４５として頭部を有さないボルト４５１を用いたがこれに替えて、図５に示す変形形態１のように、締結部材４５として頭部４５３を有するボルト４５１を用いて、頭部４５３の上面を拘束プレート２０に溶接することとしてもよい。かかるボルト４５１としては、例えば、ウェルドボルトを採用することができる。この場合は、溶接部４５ｂの領域をより大きくすることができるため、締結部材４５の溶接強度を向上することができる。

なお、本実施形態１では、長板状の拘束プレート２０を４つ使用したが、これに限らず、例えば、図６に示す変形形態２のように、積層方向Ｙにおける断面がコ字状の拘束プレート２０を２つ用いて、電池積層体１０の両側面を覆うように設けてもよい。この場合も、本実施形態１と同等の作用効果を奏する。また、変形形態２の場合において、支持体４０は必ずしも電池積層体１０の下方Ｙ２において固定される必要はなく、支持体４０の締結部４１をコ字状の拘束プレート２０の側壁部２２に回り込ませて側壁部２２に固定することとしてもよい。

以上のごとく、上記態様によれば、電池積層体１０に対する温調部材３０の組み付けにおいて、温調部材３０を支持するための支持体４０の取り付け位置を容易に変更でき、製造コストを低減できる電池システム１を提供することができる。

（実施形態２）
上述の本実施形態１では、支持体４０と温調部材３０とは別体としたが、これに替えて、図７に示す実施形態２では、支持体４０は温調部材３０に接合される接合部４４を有する。なお、本実施形態２において、実施形態１と同等の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。

図７に示すように、実施形態２では、支持体４０は板状をなしており、接合部４４と締結部４１とを有する。接合部４４は、温調部材３０の幅方向Ｘの縁部に接合されている。接合部４４の接合方法は特に限定されないが、本実施形態２では、温調部材３０に溶接されている。締結部４１は、接合部４４からさらに幅方向Ｘに突出して拘束プレート２０に締結されている。

また、実施形態１では、図３に示すように支持体４０の支持部４２と温調部材３０との間に弾性部材５０を備えていたが、本実施形態２では、これに替えて、支持体４０の締結部４１と拘束プレート２０との間に弾性部材５５を備える。

本実施形態２の電池システム１によれば、支持体４０が温調部材３０に接合されて一体となっている。これにより、温調部材３０の取り付けに際して、支持体４０と温調部材３０との位置決めが不要となるとともに、温調部材３０を組み付ける際の部品点数が削減されるため、組付の作業性が一層向上する

また、本実施形態２では、支持体４０と拘束プレート２０との間に弾性変形可能な弾性部材５５が介在している。これにより、支持体４０に支持された温調部材３０を電池積層体１０に押圧させやすくなるため、温調部材３０による電池１０ａの温調効果を向上させることができる。なお、本実施形態２においても実施形態１と同様の作用効果を奏する。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

１電池システム
１０電池積層体
１０ａ電池
１５エンドプレート
２０拘束プレート
３０温調部材
３５熱伝導材
４０支持体
４５締結部材
４５ａ上端部
４５ｂ溶接部
４５１ボルト
４５２ナット
５０弾性部材
５５弾性部材

Claims

複数の電池を積層してなる電池積層体と、
上記電池積層体を積層方向に拘束する拘束プレートと、
上記電池積層体に熱的に接続されて、上記電池を温調する温調部材と、
上記拘束プレートに溶接された締結部材を介して、上記温調部材を上記電池積層体に押圧した状態で、上記温調部材を支持する支持体と、
を備える電池システム。
上記締結部材は、ボルト及びナットからなり、該ボルト及び該ナットの一方が上記拘束プレートに溶接されている、請求項１に記載の電池システム。
上記ボルトが上記拘束プレートに溶接されている、請求項２に記載の電池システム。
上記支持体は上記温調部材に接合されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池システム。
上記支持体と上記拘束プレートとの間には弾性変形可能な弾性部材が介在している、請求項１～４のいずれか一項に記載の電池システム。
上記支持体は、上記電池積層体における上記電池の積層方向に所定間隔をおいて複数設けられている、請求項１～５のいずれか一項に記載の電池システム。