JP2023083112A - バッテリーの保持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】振動を吸収しシール性能の長寿命化を図ることができるバッテリーの保持構造を提供する。【解決手段】冷却ケース１内に供給される冷却媒体３によって冷却されるバッテリー２を保持するバッテリーの保持構造であって、冷却ケース１の開口部１ａをシールするとともに冷却媒体に浸漬された前記バッテリーの一方端２ａを保持するシール部４と、前記バッテリーの側面２ｂ（２１，２２）を支持する弾性材製の支持部５とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、冷却ケース内に供給される冷却媒体によって冷却されるバッテリーを保持するバッテリーの保持構造に関する。

従来、バッテリーの保持構造として、空冷タイプと液冷タイプとが知られており、下記特許文献１及び下記特許文献２には、いずれも液冷タイプのバッテリー保持構造が開示されている。具体的には、下記特許文献１には、冷却媒体に浸漬されたバッテリーの上端部側をシールするシール部材（１１）が開示されている。また下記特許文献２には、同じくバッテリーの上端部側をシールするシール部材（１１）に加えて、バッテリーの間にセパレータ（６）が設けられた例が開示されている。

中国特許第１０５９５８１５６号公開公報 中国特許第１０６８４８３４３号公開公報

ところで、上記特許文献１及び上記特許文献２に開示されているようなバッテリーが、車両や船舶、航空機等の駆動バッテリーとして搭載される場合、振動がバッテリーに伝わると、バッテリーをシールするためのシール部材にも振動が伝わってしまう。そうすると、シール部材に負荷がかかって破損したり、シール寿命が縮む等の弊害が生じることが問題となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、振動を吸収しシール性能の長寿命化を図ることができるバッテリーの保持構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るバッテリーの保持構造は、冷却ケース内に供給される冷却媒体によって冷却されるバッテリーを保持するバッテリーの保持構造であって、前記冷却ケースの開口部をシールするとともに前記冷却媒体に浸漬された前記バッテリーの一方端を保持するシール部と、前記バッテリーの側面を支持する弾性材製の支持部とを備えている。

本発明に係るバッテリーの保持構造は、上述の構成としたことで、振動を吸収しシール性能の長寿命化を図ることができる。

（ａ）は本発明の第１実施形態に係るバッテリーの保持構造を説明するための模式的斜視図、（ｂ）は（ａ）の模式的縦断面図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態に係るバッテリーの保持構造を説明するための模式的縦断面図、（ｂ）は（ａ）に示す変形例の模式的縦断面図である。 第２実施形態に係るバッテリーの保持構造の変形例を説明するための模式的斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第２実施形態に係るバッテリーの保持構造のさらなる変形例を説明するための模式的斜視図である。

以下に本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。なお、一部の図では、他図に付している詳細な符号の一部を省略している。
本実施形態に係るバッテリーの保持構造は、冷却ケース１内に供給される冷却媒体３によって冷却されるバッテリー２を保持するバッテリーの保持構造である。冷却ケース１の開口部１ａをシールするとともに冷却媒体３に浸漬されたバッテリー２の一方端２ａを保持するシール部４と、バッテリー２の側面２ｂ（２１，２２）を支持する弾性材製の支持部５とを備えている。以下、詳述する。

まずは図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照しながら、第１実施形態に係るバッテリーの保持構造について説明する。本実施形態のバッテリーの保持構造は、例えば車両や船舶、航空機等の駆動バッテリーを保持する構造として適用することができ、ここでは一例として、ハイブリッド車、電気自動車等の車両に搭載され二次電池として使用されるバッテリーの保持構造について説明する。図１（ａ）に示すバッテリー２は、角形のリチウムイオンセルであり、複数のバッテリー２は、冷却媒体３が供給された冷却ケース１内に複数並設されるとともに、隣接するバッテリー２，２の間には、略直方体で薄状平板形状の仕切り壁１０が設けられている。冷却ケース１は、上方が開口した開口部１ａと、四方を囲むように設けられた側壁部１ｂと、底部１ｃとを有した箱型の直方体からなる。冷却ケース１の素材は、例えば、ＰＡ、ＰＰ、ＰＯＭ等の樹脂材やエラストマー、アルミニウムやマグネシウム等の軽金属等が挙げられ、特に限定されないが、冷却ケース１は、断熱性、耐熱性を備え強度１Ｍｐａ以上の素材からなるものが望ましい。冷却ケース１の構造は、冷却媒体３の流路を確保され、バッテリー２を液冷できれば、その構造自体は特に限定されず、図では簡略化したものを示している。冷却ケース１は、複数のバッテリー２が仕切り壁１０を介在させた状態で極力高密度に並設される大きさを備え、この状態で冷却ケース１の開口部１ａをシールし冷却媒体３の漏れを防止するシール部４の真下まで、冷却媒体３が行き渡る。冷却ケース１の底部１ｃには、冷却ケース１内に冷却媒体３を供給する供給ポートＰ１と、冷却ケース１内を流通した冷却媒体３の排出口となる排出ポートＰ２とが設けられている。

複数のバッテリー２は、冷却ケース１の上方に被さるように設けられる不図示の電極接続板によって電気的に互いに接続され、これにより電池モジュールを構成する。バッテリー２の外装は、アルミニウムやアルミニウム合金等からなり、バッテリー２は略長方体形状に形成され、上面２０と、長側面２１，２１と、短側面２２，２２と、底面２３とを備えている。上面２０には正極端子２０ａと負極端子２０ｂとが設けられ、上面２０に対向する位置に底面２３が配置される。長側面２１は、対向して一対配置され、短側面２２より面積が広い側面である。長側面２１と仕切り壁１０とは対向して設けられ、互いの対向面の形状及び大きさは、ほぼ同じである。短側面２２は、対向して一対配置され、長側面２１より面積が狭い側面である。図１（ｂ）に示すとおり、バッテリー２の長側面２１，２１、短側面２２，２２及び底面２３は、冷却ケース１内に供給された冷却媒体３に浸漬されている。そしてバッテリー２はシール部４及び支持部５によって保持され、仕切り壁１０は底部１ｃに至らない大きさとされているので、冷却ケース１の底部１ｃ側はバッテリー２や仕切り壁１０がなく、冷却媒体３が流通する空間となっている。このようにバッテリー２の上面２０を除くほとんどが冷却媒体３に浸かっているので、充電及び放電による熱発生を冷却媒体３によって効率よく冷却することができる。

バッテリー２の一方端２ａ、具体的にはバッテリー２の上面２０側の上方端２ａには、冷却ケース１の開口部１ａをシールするとともに、バッテリー２の上方端２ａを保持するシール部４が設けられている。シール部４は、環状体からなり、弾性材による加硫成型体により構成され、シール部４は、バッテリー２の上方端２ａの周方向に沿って弾性的に圧嵌めされる。シール部４の内寸法は、バッテリー２の上方端２ａの周囲と略同等もしくは上方端２ａの周方向の寸法より若干小さく形成し、強固に装着できる構成としてもよい。よって、シール部４はバッテリー２の側面１ｂ（長側面２１，２１及び短側面２２，２２）に隙間なく弾接するので、冷却媒体３の冷却ケース１外への漏出を防止している。冷却ケース１の開口部１ａから冷却媒体３が漏れないように密封するともに、冷却媒体３に浸漬されたバッテリー２の上方端２ａを所定の位置でしっかりと保持することができる。またシール部４は、冷却ケース１の側壁部１ｂとバッテリー２の長側面２１との間及びバッテリー２の長側面２１と仕切り壁１０との間に空隙が確保されるように設けられる。シール部４の材料は冷却媒体３の漏れを防ぎ、バッテリー２の長側面２１及び短側面２２の熱膨張及び収縮を吸収できるものであれば、特に限定されないが、例えばエチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム等のゴム材、熱可塑性エラストマー（例えばＪＳＲ株式会社製 ＥＸＣＥＬＩＮＫ １８００Ｂ、１８１０Ｂ、リケンテクノス株式会社製・アクティマーＨＴ ＬＨＡ９９９８Ｎ，ＬＨＡ９９９９Ｎ、アロン化成株式会社製・エステラールＥＡ-Ａ５５Ｎ、ＥＡ－Ａ７０ＣＲ等）等が挙げられる。シール部４の断面形状は、円形状のＯリングを図示しているが、これに限定されず、略方形状や菱形形状、方形の角を面取りした形状等としてもよい。シール部４とバッテリー２の上方端２ａとの間、シール部４と冷却ケース１の側壁部１ｂとの間、さらにはシール部４と仕切り壁１０との間には、シール性を高めるため、ＣＩＰＧ（Cured-In-Place-Gasket）を施してもよい。

バッテリー２の側面２ｂ、具体的にはバッテリー２の長側面２１及び短側面２２の略中央部位（図例のものは長側面２１及び短側面２２の略中央部位より底面２３寄り）には、長側面２１及び短側面２２の周方向に沿って、支持部５が設けられている。支持部５は環状体からなり、弾性材による加硫成形体により構成される。支持部５は、冷却ケース１の側壁部１ｂとバッテリー２の長側面２１との間及びバッテリー２の長側面２１と仕切り壁１０との間に弾接して支持部５が介在することで、これらの間に空隙が確保され、冷却媒体３を流通させることができる。支持部５の材料は、バッテリー２の長側面２１及び短側面２２の熱膨張及び収縮を吸収できるものであれば、特に限定されないが、シール部４と同様に例えばエチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム等のゴム材、熱可塑性エラストマー（例えばＪＳＲ株式会社製 ＥＸＣＥＬＩＮＫ １８００Ｂ、１８１０Ｂ、リケンテクノス株式会社製・アクティマーＨＴ ＬＨＡ９９９８Ｎ，ＬＨＡ９９９９Ｎ、アロン化成株式会社製・エステラールＥＡ-Ａ５５Ｎ、ＥＡ－Ａ７０ＣＲ等）等が挙げられる。特にバッテリー２の側面のうち、面積が広い長側面２１，２１は熱膨張するときに変形が大きいため、支持部５は、長側面２１の熱膨張を吸収できる弾性を備えている。支持部５の断面形状は、円形状のＯリングを図示しているが、これに限定されず、略方形状や菱形形状、方形の角を面取りした形状等としてもよい。

上記構成によれば、シール部４に加えて、バッテリー２の長側面２１，２１及び短側面２２，２２を支持する弾性材製の支持部５を備えているので、車両の走行等により振動が発生しても、シール部４及び支持部５が、振動を吸収し、バッテリー２の動きを抑制しながらバッテリー２を冷却することができる。またシール部４及び支持部５を備えることで、各部にかかる負荷を軽減することができ、シール部４のみ、もしくは支持部５のみでバッテリー２を保持する場合と比べて、シール部４及び支持部５の長寿命化を図ることができる。

また上記構成によれば、シール部４だけでなく、支持部５によっても、冷却ケース１の側壁部１ｂとバッテリー２の長側面２１との間及びバッテリー２の長側面２１と仕切り壁１０との間に空隙を確保できるので、冷却媒体３をバッテリー２の外表面の大部分に行き渡らせることができる。よって、バッテリー２の温度分布を調整でき、冷却効率の向上を図ることができる。また支持部５がバッテリー２同士等の間に介在してクッション的な役割をすることで、バッテリー２が熱膨張した場合でも、冷却ケース１の側壁部１ｂや仕切り壁１０が変形する等の影響を緩和することができる。さらに側壁部１ｂとバッテリー２、バッテリー２と仕切り壁１０の間に支持部５が設けられるので、冷却ケース１全体の剛性を向上させることができる。

次に図２～図４を参照しながら、第２実施形態に係るバッテリーの保持構造について説明する。なお、以下では第１実施形態と異なる点を主に説明し、共通する部分の構成及び効果の説明は適宜省略する。
第２実施形態に係るバッテリーの保持構造は、シール部４及び支持部５に加えて冷却ケース１Ａ，１Ａ’の底部１ｃ側に配されバッテリー２の他方端２ｃを保持する底面支持部６を備える点で第１実施形態と異なる。また仕切り壁１０に複数の溝部１０ａ・・・を備え、支持部５は、溝部１０ａに嵌合されて装着される点でも第１実施形態と異なる。さらに仕切り壁１０がバッテリー２とバッテリー２の間に設けられる点は共通するが、仕切り壁１０が冷却ケース１Ａに一体に形成されている点でも第１実施形態と異なる。

まずは第２実施形態のうち、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す例について、説明する。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す底面支持部６は、環状体からなり、弾性材による加硫成形体により構成され、バッテリー２の他方端２ｃ、すなわち下方端２ｃの周方向に沿って設けられる。底面支持部６は、バッテリー２の下方端２ｃ側の角部を保護するように形成され、底面支持部６の角部がバッテリー２の角部に弾接し変形した状態に設けられている。よって、バッテリー２の下方端２ｃの長側面２１，短側面２２及び底面２３が底面支持部６によって支持される。底面支持部６の内寸法は、バッテリー２の下方端２ｃの周囲と略同等もしくは下方端２ｃの周方向の寸法より若干小さく形成されている。

冷却ケース１Ａの側壁部１ｂ、底部１ｃ及び仕切り壁１０には、複数の溝部１ｂａ，１ｃａ，１０ａが設けられている。具体的には、側壁部１ｂの内面側（バッテリー２が配設される側）には、シール部４及び支持部５が嵌合される溝部１ｂａが設けられている。また底部１ｃの内面側（バッテリー２が配設される側）には、底面支持部６が嵌合される溝部１ｃａが設けられている。また仕切り壁１０の両側面にも、バッテリー２の長側面２１及び短側面２２に対向して開口し、シール部４及び支持部５が嵌合される溝部１０ａが設けられている。図２（ｂ）に示す溝部１ｂａ，１ｃａ，１０ａは、いずれも凹状で、シール部４、支持部５及び底面支持部６の形状・大きさに応じて形成される。溝部１ｂａ，１ｃａ，１０ａに、シール部４、支持部５及び底面支持部６を嵌合させ、バッテリー２を所定の位置に配すれば、シール部４、支持部５及び底面支持部６によって、冷却ケース１Ａの側壁部１ｂとバッテリー２の長側面２１，短側面２２との間、冷却ケース１Ａの底部１ｃとバッテリー２の底面２３との間、さらには、バッテリー２の長側面２１，短側面２２と仕切り壁１０との間に、冷却媒体３が流通する空隙が確保された状態でバッテリー２を保持できる。

冷却ケース１Ａの開口部１ａ側の側壁部１ｂ及び仕切り壁１０の溝部１ｂａ，１０ａには、環状体のシール部４が嵌合されている。すなわち、第２実施形態のシール部４は、バッテリー２の上方端２ａに弾性的に圧嵌めされているのではなく、溝部１ｂａ，１０ａ内に嵌合された状態でバッテリー２の上方端２ａに弾接し（図２（ｂ）Ｘ部拡大図参照）、冷却ケース１Ａ内の冷却媒体３が冷却ケース１Ａ外へ漏出しないようにシールするとともにバッテリー２の上方端２ａを保持している。また冷却ケース１Ａの側壁部１ｂ及び仕切り壁１０の上下方向の略中央部位の溝部１ｂａ，１０ａには、支持部５が嵌合されている。ここに示す支持部５は第１実施形態のように環状体ではなく、図２（ａ）に示すように長側面２１の上下方向の略中央部位に且つ長側面２１の表面に沿って部分的に設けられている。シール部４及び支持部５の素材は第１実施形態と同様である。シール部４及び支持部５の断面形状は、略方形状とされた例を示しているが、図例に限定されず、溝部１ｂａ，１０ａに嵌合する部位は溝部１ｂａ，１０ａの形状とし、バッテリー２の長側面２１及び短側面２２に向けて突出する部位は円弧形状等であってもよい。

底面支持部６は、底面支持部６の材料は、バッテリー２の長側面２１、短側面２２及び底面２３の熱膨張及び収縮を吸収できるものであれば、特に限定されず、上述のシール部４及び支持部５と同様の材料を用いることができる。底面支持部６の断面形状は、略正方形のものを図示しているが、これに限定されず、略円形状や長方形状、菱形形状、方形の角を面取りした形状等としてもよい。

上記構成によれば、底面支持部６によって、冷却媒体３に浸漬されたバッテリー２の下方端２ｃを所定の位置でしっかりと保持することができる。よって、バッテリー２をシール部４、支持部５及び底面支持部６で保持できるので、振動が発生する場所に用いられても振動を吸収し、バッテリー２の動きを抑制しながらバッテリー２を冷却することができる。また上記構成によれば、シール部４、支持部５及び底面支持部６を溝部１ｂａ，１ｃａ，１０ａに嵌合すればよいので、位置決めしやすく、装着が容易である。シール部４及び支持部５による効果は第１実施形態と同様である。

次に図３を参照しながら、第２実施形態の変形例を説明する。図３には第２実施形態の変形例を説明するための図として、冷却ケース１Ａ’を示している。図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照しながら説明した第２実施形態とは異なる点を主に説明し、共通する部分の構成及び効果の説明は適宜省略する。図３では説明のため、バッテリー２は一部のみ二点鎖線で所定の位置に挿入される過程を示している。この変形例は、シール部４、支持部５、底面支持部６が嵌合される溝部１ｂａ，１ｃａ，１０ａ以外に、側壁部１ｂ及び底部１ｃの内面側、仕切り壁１０の両側面に、冷却媒体３の流路となる複数の溝部１ｂａ，１ｃａ，１０ａが設けられている点で上述の例とは異なる。また底面支持部６が環状体ではなく、バッテリー２の長側面２１に沿った方向に延びるように設けられ、バッテリー２の底面２３に弾接するように設けられている点でも上述の例とは異なる。

上記構成によれば、側壁部１ｂ及び底部１ｃの内面側、仕切り壁１０の両側面に、冷却媒体３の流路となる複数の溝部１ｂａ，１ｃａ，１０ａが設けられているので、冷却媒体３の流れをコントロールできる。また図３に示すように複数の溝部１ｂａ，１ｃａ，１０ａが設けられていれば、バッテリー２の構成によって、支持部５、底面支持部６の配設位置を自在に変更したり、増やしたりすることができ、容易に装着できる。シール部４、支持部５及び底面支持部６の断面形状は、略円形状のものを図示しているが、これに限定されず、略正方形状や長方形状、菱形形状、方形の角を面取りした形状等としてもよい。上記構成によれば、底面支持部６によって、冷却媒体３に浸漬されたバッテリー２の底面２３を所定の位置でしっかりと保持することができる。この他、底面支持部６による効果は第２実施形態と同様であり、シール部４及び支持部５による効果は第１実施形態と同様である。

次に図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照しながら、第２実施形態のさらなる変形例を説明する。ここでも第２実施形態とは異なる点を主に説明し、共通する部分の構成及び効果の説明は適宜省略する。図４（ａ）及び図４（ｂ）では、バッテリー２に対して、シール部４、支持部５、底面支持部６がどのように設けられるかを説明するため、冷却ケース１や仕切り壁１０等の図示は省略する。

まず図４（ａ）に示す変形例は、支持部５の変形例であり、シール部４及び底面支持部６は、図３に示すものと同様である。支持部５は、棒状の支持部５がバッテリー２の高さ方向に沿って上下に複数配されている。支持部５と支持部５との間は適宜間隔が空けられている。支持部５は、断面が扁平な半円状とされ、シール部４と間隔を空けて設けられている。支持部５の長さは、長側面２１及び短側面２２の高さ方向より小さく形成された例を示しているが、長側面２１及び短側面２２の高さ方向に対してシール部４を除くほぼ全長に亘るような長さとしてもよいし、バッテリー２の側面２ｂを支持できれば、図例の支持部５の半分以下の長さであってもよい。また図４（ａ）では同じ寸法の支持部５，５同士が略平行になるように並べて配置しているが、異なる寸法であってもよいし、支持部５,５を互い違いにずらして配置してもよい。さらに支持部５は、バッテリー２の充電及び放電に生じる熱による変形（膨張、収縮）を支持部５で吸収し抑制するため、より変形が大きい長側面２１，２１に支持部５を設け、短側面２２は冷却媒体３が流通しやすいように支持部５を設けないようにしてもよい。また逆にバッテリー２の温度上昇を抑制し冷却機能向上を図るため、冷却媒体３と接触する面積が大きい長側面２１，２１に支持部５を設けず、短側面２２，２２に支持部５を設けるようにしてもよい。図４（ａ）に示す例では扁平な半円形状の支持部５の平面な面が側面２ｂに弾接するように配されているが、湾曲面側を側面２ｂに弾接するようにしてもよい。

図４（ｂ）に示す支持部５は、図４（ａ）に示す例のさらなる変形例で、この例では、支持部５がバッテリー２の側面２ｂに対して斜め方向に沿って延出して複数配されている。シール部４は図３と同様である。底面支持部６は図２（ａ）、図２（ｂ）とほぼ同様であるが、断面形状が円形状である点で異なるものを示している。支持部５は、断面が扁平な半円状とされ、その長さは、長側面２１及び短側面２２の大きさに応じて長短異なる長さとされており、バッテリー２の側面２ｂを支持できれば、図例の配列に限定されるものではない。この場合も、支持部５は、バッテリー２の充電及び放電に生じる熱による変形（膨張、収縮）を支持部５で吸収し抑制するため、より変形が大きい長側面２１，２１に支持部５を設け、短側面２２は冷却媒体３が流通しやすいように支持部５を設けないようにしてもよい。また逆にバッテリー２の温度上昇を抑制し冷却機能向上を図るため、冷却媒体３と接触する面積が大きい長側面２１，２１に支持部５を設けず、短側面２２，２２に支持部５を設けるようにしてもよい。さらに扁平な半円形状の支持部５の平面な面が側面２ｂに弾接するように配されているが、湾曲面側を側面２ｂに弾接するようにしてもよい。

なお、前記実施形態に係るバッテリーの保持構造は、上述の実施形態に限定されるものではない。冷却ケース１，１Ａ，１Ａ’の構成・構造は図例に限定されず、例えば放熱板を備えたものであってもよいし、底部１ｃ側に冷却ユニットが設けられたものであってもよい。冷却ケース１に供給される冷却媒体３も冷却媒体としているが、バッテリー２が過冷却になりすぎない温度に維持したり、所定の温度（例えば４０℃等）に維持するための温度調整媒体も含む。またシール部４、支持部５、底面支持部６の構成・形状も図例に限定されず、バッテリー２の大きさ、形状に応じて支持部５、底面支持部６を複数設けてもよいし、一つの取付面（例えば一つの長側面２１）に対して一つ設ける構成としてもよい。また、側壁部１ｂ及び底部１ｃの内面側、仕切り壁１０の両側面に設けられる溝部１ｂａ，１ｃａ，１０ａの態様も図例に限定されるものではない。

１，１Ａ，１Ａ’ 冷却ケース
１ａ 開口部
２ バッテリー
２ａ 一方端（上方端）
２ｂ 側面
３ 冷却媒体
４ シール部
５ 支持部

Claims (5)

1. 冷却ケース内に供給される冷却媒体によって冷却されるバッテリーを保持するバッテリーの保持構造であって、
   前記冷却ケースの開口部をシールするとともに前記冷却媒体に浸漬された前記バッテリーの一方端を保持するシール部と、
   前記バッテリーの側面を支持する弾性材製の支持部とを備えているバッテリーの保持構造。
2. 請求項１において、
   前記バッテリーは、前記冷却ケース内に複数並設されるとともに、隣接する前記バッテリーの間には仕切り壁が配置されており、
   前記支持部は、前記冷却ケースの側壁部と前記バッテリーの前記側面との間及び前記バッテリーの前記側面と前記仕切り壁との間に空隙が確保されるように設けられるバッテリーの保持構造。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記冷却ケースの底部側に配され前記バッテリーの他方端を保持する底面支持部を備えるバッテリーの保持構造。
4. 請求項２または請求項３において、
   前記仕切り壁は、複数の溝部を備え、
   前記支持部は、前記溝部に嵌合されて装着されるバッテリーの保持構造。
5. 請求項１～請求項４のいずれか１項において、
   前記バッテリーは、アルミニウムで外装されたリチウムイオンセルであるバッテリーの保持構造。

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