JP3891860B2 - Collective battery and battery system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、集合電池および電池システムに関し、より特定的には、電気自動車などの電動機を駆動源として用いる車両に搭載される集合電池および電池システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、電動機を駆動源とした電気自動車や、電動機とガソリンエンジンなど複数種類の駆動源を有する、いわゆるハイブリッドカーが実用化されてきている。このような電気自動車などには、電動機などにエネルギーである電気を供給するための電池が搭載されている。この電池としては、繰返し充放電が可能なニッカド電池(Ni−Cd電池)やニッケル−水素電池などの二次電池が用いられる。このような電池を含む電池システムの例を、図7〜10を参照して説明する。図7は、自動車に搭載された従来の電池システムを示す斜視模式図である。図8は図7に示した電池システムを構成するバッテリパック部分の展開模式図である。図9は図7の線分IX−IXにおけるバッテリパック部分の断面模式図である。図10は図9の線分X−Xにおけるバッテリパック部分の断面模式図である。
【0003】
図7〜10に示すように、自動車の駆動用エネルギー源として利用される従来の電池システムは、自動車の車両の後部タイヤの間に配置され、複数の電池モジュールを積層したモジュール集合体を含むバッテリパック部分105、このバッテリパック部分105に電池冷却用の冷却風を送風するブロアファン131、バッテリパック部分105から排気される冷却風を車外に排出するための排気ダクト130、電池システムを制御するためのバッテリコンピュータ(図示せず)などを備える。
【0004】
図7に示した電池システムのバッテリパック部分105は、図8に示すように、バッテリカバー106およびロワーケース112からなる外装部材の内部にモジュール集合体111が収容された構造となっている。モジュール集合体111は複数の電池モジュール122を積層して形成されている。なお、積層された電池モジュール122の間には、冷却風を流通させることができるように、冷却風流路としての間隙が形成されている。電池モジュール122において隣接する他の電池モジュール122と対向する側壁には、上記間隙を形成するためのスペーサとして作用するスペーサ用凸部121a〜121e(図9参照)が形成されている。モジュール集合体111の両端部には拘束プレート110a、110bが配置されている。拘束プレート110a、110bは、拘束パイプ108a、108bにより互いに接続・固定されている。なお、拘束プレート110a、110bはロワーケース112に固定されている。また、個々の電池モジュール122もロワーケース112に固定されている。
【0005】
モジュール集合体111を構成する電池モジュールのそれぞれの側面には電池モジュールにおいて電流の充放電を行なうための端子116が形成されている。この電池モジュールの端子116を互いに接続するため、モジュール集合体111の側面上にはバスバーモジュール109a、109bが配置されている。バスバーモジュール109a、109bが電池モジュール122のそれぞれの端子116に接続されることにより、モジュール集合体111では電池モジュール122が電気的に直列接続されている。
【0006】
モジュール集合体111の上部表面上には、電池モジュール122から排気される水素ガスなどをバッテリパック部分105の外部へと排出するための排気ホース107が設置されている。排気ホース107は電池モジュール122の排気端子115に接続されている。また、モジュール集合体111の上部表面上には、モジュール集合体111の温度を測定するための温度センサ113が配置されている。この温度センサ113の出力に応じて、モジュール集合体111の温度を所定の範囲に保持するため、バッテリパック部分105へブロアファン131(図7参照)を用いて冷却風が供給される。これは,電池システムの充放電に伴ってモジュール集合体111が発熱するので、電池システムの性能を維持するとともに安全性を確保する目的でモジュール集合体111を冷却するためである。冷却風の供給方法としては、図10に示すようにモジュール集合体111の下部表面側から上部表面側へと冷却風を流している。
【0007】
なお、図10に示すように、モジュール集合体111においては、上述のように電池モジュールの間に冷却風流路としての間隙134が形成されている。そのため、バッテリパック部分105の下側において矢印135の方向から供給された冷却風は、モジュール集合体111における電池モジュール122の間の間隙134を介して、矢印136に示すようにモジュール集合体111の下部表面側から上部表面側へ流通する。その後、モジュール集合体111の上部表面上では、矢印135に示した方向に冷却風が排出される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の電池システムでは、以下のような問題があった。
【0009】
従来の電池システムでは、図9から分かるように、モジュール集合体111の上部表面上および下部表面上にそれぞれ拘束パイプ108a、108が配置されている。そして、モジュール集合体111の上部表面側の空間および下部表面側の空間は、冷却風が流通する流路となっている。つまり、拘束パイプ108a、108bは、冷却風の流路内部に配置されている。
【0010】
この拘束パイプ108a、108bは、電池モジュール122を固定することによりモジュール集合体111の形状を維持するとともにモジュール集合体111に所定の強度を持たせるために用いられる。したがって、拘束パイプ108a、108bの配置は、モジュール集合体111に所定の強度を持たせることができるように強度計算などに基づいて決定されていた。
【0011】
上述のように、拘束パイプ108a、108bは冷却風の流路内に配置されているので、拘束パイプ108a、108bは冷却風の流れを妨げる抵抗になっている。しかし、拘束パイプ108a、108bの配置や形状などはモジュール集合体111の強度基準に基づいて決定されており、冷却風の流れについては特に考慮されていなかった。このため、モジュール集合体111を冷却風により冷却する際の冷却効率が、拘束パイプ108a、108bの存在により低下する場合があった。そして、モジュール集合体111の冷却が充分行われない場合、電池システムの性能が劣化する、あるいは電池システムのモジュール集合体111が破損するといった問題が発生する恐れがあった。
【0012】
この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、冷却効率の低下を抑制することが可能な集合電池および電池システムを提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
この発明に従った集合電池は、複数の電池セルまたは電池モジュールからなる電池集合体と、複数の電池セルまたは電池モジュールを拘束する複数の拘束部材と、電池集合体を冷却する冷却材を電池集合体に供給する冷却材供給手段とを備え、電池セルまたは電池モジュールの表面において、冷却材が流通する表面には凸部が形成され、複数の拘束部材は、冷却材の流れる方向において電池集合体を挟むように配置されるとともに、凸部の近傍における冷却材の流れる方向において凸部と重なるように配置されている。
【0014】
このようにすれば、拘束部材の周囲にも冷却材が流通する場合に、冷却材が流れる方向において、凸部と拘束部材とが互いに重ならない領域に形成されていることに起因して拘束部材が冷却材の流れの妨げになることを抑制できる。このため、拘束部材の存在に起因して電池集合体の冷却効率が低下することを抑制できる。
【0015】
上記集合電池において、電池セルまたは電池モジュールの冷却材が流通する表面には凸部が複数形成されていてもよく、複数の拘束部材のそれぞれは、複数の凸部の近傍における冷却材の流れる方向において、複数の凸部のうちのいずれか1つと重なるように配置されていてもよい。
【0016】
この場合、複数の凸部のいずれかに重なるように拘束部材を配置するので、複数の拘束部材の配置の自由度を大きくすることができる。
【0017】
上記集合電池において、電池集合体は複数の電池セルまたは電池モジュールを互いに間隙を隔てて積層することにより構成されていてもよく、凸部は間隙内に配置されていてもよい。上記集合電池において、冷却材は間隙を流通してもよく、電池集合体の外周面上の領域であって、間隙内を冷却材が流れる方向において凸部と重なる領域に拘束部材は配置されていてもよい。
【0018】
この場合、電池集合体の外周面上に拘束部材を配置するので、電池集合体の内部を貫通するように拘束部材を配置する場合より、電池集合体の構造を簡略化できる。そして、上述のような構成とすることにより、電池セルまたは電池モジュールの間の間隙を流れる冷却材が、拘束部材の配置された電池集合体の外周面上の領域へ流れ出す場合、あるいは拘束部材の配置された電池集合体の外周面上の領域から、電池セルまたは電池モジュールの間の上記間隙に冷却材が流れ込む場合に、拘束部材と凸部とが同時に冷却材の流れを妨げる抵抗となることを防止できる。つまり、冷却材の流れる方向において、拘束部材と凸部とが重ならないように配置されている場合、冷却材の流れる方向の上流側から見た際の拘束部材と凸部との面積(冷却材の流路を塞ぐ部分の面積)は大きくなるが、本発明のように冷却材の流れる方向において拘束部材と凸部とが重なるように配置されている場合、冷却材の流路を塞ぐ部分の面積は相対的に小さくなる。この結果、電池集合体の冷却効率の低下を抑制することができる。
【0019】
上記集合電池において、複数の拘束部材は、上記間隙内を冷却材が流れる方向において電池集合体を挟むように配置されるとともに、電池集合体から見て非対称な位置にそれぞれ配置されていてもよい。
【0020】
また、この発明に従った集合電池は、複数の電池セルまたは電池モジュールからなり、上部表面および当該上部表面とは反対側に位置する下部表面を有する電池集合体と、下部表面上に位置し、複数の電池セルまたは電池モジュールを拘束する拘束部材と、上部表面上に位置し、複数の電池セルまたは電池モジュールを拘束する他の拘束部材と、電池集合体を冷却する冷却材を上部表面側から電池集合体に供給する冷却材供給手段とを備え、電池セルまたは電池モジュールの表面において、冷却材が接触する領域には凸部が形成され、凸部の近傍における冷却材の流れる方向において、凸部と重なるように拘束部材および他の拘束部材が配置されている。
【0021】
このようにすれば、拘束部材の周囲にも冷却材が流通する場合に、冷却材が流れる方向において凸部と拘束部材とが互いに重ならない領域に形成されていることに起因して拘束部材が冷却材の流れの妨げになることを防止できる。このため、拘束部材の存在に起因して電池集合体の冷却効率が低下することを抑制することができる。
【0022】
上記集合電池において、拘束部材と他の拘束部材とは、電池集合体から見て非対称な位置にそれぞれ配置されていてもよい。
【0023】
上記集合電池において、凸部は電池モジュールを構成する複数の電池セルを隔離する隔壁の一部であってもよい。
【0024】
この場合、電池モジュールを構成する隔壁の一部のような、電池モジュールの動作に必要な構成部材を凸部として利用するので、本発明における凸部として新たな部材を集合電池に追加する必要が無い。このため、本発明による集合電池の構造が複雑化することを防止できる。この結果、製造コストの増大を招くことなく、本発明による集合電池を実現できる。
【0025】
上記集合電池において、凸部は電池集合体における電池セルまたは電池モジュールの間の距離を規定するためのスペーサであってもよい。
【0026】
この場合、電池セルまたは電池モジュールの間の間隙を形成するために必要なスペーサを凸部として利用するので、本発明における凸部として新たな部材を集合電池に追加する必要が無い。このため、本発明による集合電池の構造が複雑化することを防止できる。この結果、製造コストの増大を招くことなく、本発明による集合電池を実現できる。
【0027】
また、上記スペーサは冷却材の流路に予め形成されている場合が多いが、この場合、流路に凸部として新たな部材を追加する必要が無い。したがって、冷却材供給手段に含まれる冷却材の流路において、冷却材の流れを妨げる部材が増えることを防止できる。
【0028】
さらに、この発明に従った電池システムは上記集合電池を含む。
この場合、性能の劣化や破損を防止することが可能な電池システムを実現できる。
【0029】
上記電池システムは自動車に搭載されるものであってもよい。
ここで、自動車に搭載される電池システムは、振動条件や温度条件が通常の据付型の電池システムなどより過酷であり、さらに一時的に高負荷がかかる場合があるなど、通常より厳しい使用条件下で使用される。また、いわゆるハイブリッドカーなどでは、電池システムの充放電が頻繁に繰返されるため、この充放電に伴って電池システムから発生する熱を確実に除去する必要がある。このような厳しい使用条件下では、電池システムの安全性および健全性を確保するため、電池システムを構成する電池集合体の温度制御は極めて重要であり、電池システムの冷却効率を高く保つことが求められる。このため、本発明を自動車に搭載する電池システムに適用することは特に効果的である。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【0031】
図1は、本発明による電池システムの実施の形態を構成するバッテリパック部分を示す斜視模式図である。図2は、図1に示したバッテリパック部分を含む電池システムを用いた自動車の構成を示すブロック図である。図3は図1に示したバッテリパック部分の構成を説明するための展開模式図である。図4は、図1の線分IV−IVにおける断面模式図である。図5は図4に示したバッテリパック部分の部分拡大斜視模式図である。図1〜図5を参照して、本発明による電池システムの実施の形態を説明する。
【0032】
本発明による電池システムは、自動車の車両に搭載される電池システムであって、図1に示すようなバッテリパック部分5と、このバッテリパック部分5に冷却風を供給するためのファンおよび冷却風を自動車の外部へと排出する排気ダクト、電池システムのメンテナンスなどのために用いられる安全装置、さらには電池システムを制御するためのバッテリコンピュータなどを備える。
【0033】
図2に示すように、本発明による電池システムを適用した自動車1は、制御部2と、本発明による電池システムを含む電池部3と、駆動部4とを備える。制御部2は電池部3および駆動部4を制御する。駆動部4は、電池部3から供給される電流によって駆動するモータなどの電動機を備える。なお、駆動部4は電動機以外にガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関を備えていてもよい。すなわち、自動車1としては電池部3から供給される電流によって駆動するモータなどの電動機のみを駆動源とする電気自動車のみではなく、駆動源としてガソリンエンジンなど電動機以外の駆動手段を備えたいわゆるハイブリッドカーも含まれる。
【0034】
図1に示したバッテリパック部分5は、図3に示すように複数の部材から構成される。図3を参照して、バッテリパック部分5は、バッテリカバー6およびロアケース12からなる外装部材の内部に、箱型の電池モジュール22を複数個積層して構成されるモジュール集合体11が配置されている。電池集合体としての電池モジュール22として、たとえばニッケル―水素電池を用いることができる。なお、電池モジュール22としては充放電可能な二次電池であれば他の種類の電池を用いてもよい。電池モジュール22はいわゆる角型平板状の外形を有している。
【0035】
モジュール集合体11の両端部には、積層された電池モジュールを固定するための拘束プレート10a、10bが配置されている。拘束プレート10a、10bは、拘束部材としての拘束パイプ8a、8bにより互いに接続固定されている。なお、拘束プレート10a、10bはロワーケース12に固定されている。また、個々の電池モジュール22もロワーケース12に固定されている。拘束パイプ8a、8bは、それぞれモジュール集合体11の上部表面上および下部表面上に配置される。このように、拘束パイプ8a、8bがモジュール集合体11の表面上に配置されているので、モジュール集合体11の内部を貫通するように拘束パイプを配置する場合よりモジュール集合体11の構造を簡略化できる。
【0036】
モジュール集合体11の上部表面では、電池モジュール22内部から放出される水素ガスなどの気体を放出するための排気端子15がそれぞれの電池モジュール22に形成されている。排気端子15上には、それぞれの排気端子15に接続され、上記排気端子15から排出されるガスをバッテリパック部分5の外部へ排出するための排気ホース7が設置されている。また、モジュール集合体11の温度を検出するための温度センサ13がモジュール集合体11の上部表面上に配置されている。
【0037】
モジュール集合体11の側面側においては、電池モジュール22の側面上に電池モジュール22へ充放電を行うための端子16が配置されている。電池モジュール22のそれぞれの端子16を接続するため、バスバーモジュール9a、9bが配置されている。このバスバーモジュール9a、9bによって電池モジュール22のそれぞれの端子16が接続されることにより、モジュール集合体11を構成する複数の電池モジュール22は電気的に直列接続された状態となっている。
【0038】
バッテリパック部としてのモジュール集合体11は、上述のように電池モジュール22が複数個積層されて構成されている。そして、電池モジュール22の間には、冷却風を流通させるための間隙が形成されている。電池モジュール22の上記間隙に面する側面(モジュール集合体11において電池モジュール22を積層した積層方向に対してほぼ垂直な方向に延びる面)には、図4に示すようにスペーサ用凸部21a〜21eが形成されている。スペーサ用凸部21a〜21eは、電池モジュール22の側壁面から所定の高さだけ突出した状態になっている。なお、電池モジュール22は複数の電池セルを組合わせたものであり、隣接する電池セルの間には隔壁が形成されている。上記スペーサ用凸部21a〜21eは上記隔壁の一部を構成している。
【0039】
そして、電池モジュール22を複数個積層する際、電池モジュール22のスペーサ用凸部21a〜21eが存在することにより、隣接して配置された電池モジュール22の間には間隙が形成されることになる。この間隙を介して、図1に示した矢印14のように、冷却材としての冷却風がモジュール集合体11の上部表面側に位置する流路25(図4参照)からモジュール集合体11を構成する電池モジュール22の間の間隙を通ってモジュール集合体11の下側の流路24(図4参照)へと流れる。このとき、モジュール集合体11の熱が冷却風により除去される。なお、流路25へ冷却風を送風するためのファン、流路24、25、冷却風を外部へ排出するため流路24に接続された排気ダクトなどから冷却材供給手段が構成される。
【0040】
なお、図4に示すように、流路25はバッテリカバー6とモジュール集合体11の上部表面とにより囲まれた領域である。また、流路24は、モジュール集合体11の下部表面とカバーケース12との間に形成された空間である。ロアケース12に形成された凸部26a、26bがそれぞれモジュール集合体11の下部表面の両端部に接触した状態となっている。凸部26a、26bは、図4の紙面垂直方向(モジュール集合体11において電池モジュール22が積層した積層方向)に延在するように形成されている。また、バッテリカバー6に形成された凹部27a、27bの底壁面はモジュール集合体11の上部表面の両端部にそれぞれ接触するように配置されている。凹部27a、27bも、モジュール集合体11の電池モジュール22が積層した方向に沿って延在するように形成されている。つまり、流路24、25は、モジュール集合体11において電池モジュール22が積層した積層方向において、モジュール集合体11に沿って延在するように形成されている。また、凹部27a、27bおよび凸部26a、26bがモジュール集合体11の表面と接触しているため、流路25から電池モジュール22の間の間隙を介して(図4の矢印14に示す方向に流れて)流路24へと流れる冷却風は、モジュール集合体11の側壁面上に形成された間隙23a、23bにほとんど流入しない。
【0041】
図4に示すように、モジュール集合体11を拘束するため、モジュール集合体11の上部表面上に配置された他の拘束部材としての拘束パイプ8aは、それぞれスペーサ用凸部21b、21dと冷却風が流れる方向(図4における矢印14で示した方向)においてほぼ重なる位置に配置されている。また、矢印14により示した冷却風が流れる方向において、拘束部材としての拘束パイプ8bはスペーサ用凸部21a、21eと重なる位置であって下流側に配置されている。拘束パイプ8a、8bは、冷却風が流れる方向においてモジュール集合体11を挟むように配置されるとともに、モジュール集合体11から見て非対称な位置にそれぞれ配置されている。なお、ここで冷却風が流れる方向とは、電池モジュール22の間の間隙における冷却風の流れる方向を意味している。
【0042】
この結果、図5に示すように、矢印14に示した方向に冷却風が流れる場合に、スペーサ用凸部21aの下流側に重なるように拘束パイプ8bが配置されているので、冷却風の流れを拘束パイプ8bが妨げることを抑制できる。この結果、拘束パイプ8bが存在することにより冷却効率が低下するといった問題の発生を防止できる。
【0043】
また、拘束パイプ8aについても、スペーサ用凸部21b、21dと重なる位置に配置されていることにより、拘束パイプ8aがスペーサ用凸部21b、21dとは冷却風の流れる方向において重ならない位置に配置されている場合より、冷却風が流れる冷却流路における抵抗を低減することができる。この結果、拘束パイプ8aの存在によって冷却効率が低下することを抑制できる。なお、拘束パイプ8aを、流路25の幅方向(電池モジュール22の積層方向に対してほぼ垂直な方向)において流路25を等分するような位置に配置することが好ましい。たとえば、図1〜5に示した電池システムでは、拘束パイプ8aは流路25を幅方向に3等分するような位置に配置されている。この場合、モジュール集合体11の上部表面において、流路25の幅方向に均等に冷却風を供給することができる。
【0044】
また、図4に示すように、電池モジュールの排気端子15、排気ホース7などを拘束パイプ8aの近傍に集中的に配置することにより、冷却風に対するこれらの構造物による抵抗をさらに低減することができる。
【0045】
また、電池モジュール22には、複数のスペーサ用凸部21a〜21eが形成されている。そのため、拘束パイプ8a、8bのそれぞれを、上記複数のスペーサ用凸部21a〜21eのいずれかと冷却風の流れる方向において重なるように配置することができる。この場合、拘束パイプ8a、8bの配置の自由度を大きくすることができる。
【0046】
また、電池モジュール22に当初から設置されている構成部材(たとえばスペーサ用凸部21a〜21e)の下流側に拘束パイプ8bを配置するので、従来の電池システムに比べて新たな部材を追加する必要が無い。このため、本発明による電池システムの製造コストが増大することを防止できる。また、冷却風の流路に初めから存在するスペーサ用凸部21a〜21eを利用するので、冷却風の流通を妨げる部材が増える事は無い。
【0047】
また、電気自動車などに搭載される電池システムについては、安全性や健全性の確保のためその温度制御が極めて重要である。そのため、電池システムの冷却効率を高く保つことが求められる。したがって、本発明による電池システムを自動車に適用することは特に効果的である。
【0048】
図6は、図1〜5に示した本発明による電池システムの変形例を示す断面模式図である。図6は図4に対応する。図6を参照して、本発明による電池システムの実施の形態の変形例を説明する。
【0049】
図6を参照して、電池システムを構成するバッテリパック部分5は、基本的には図1〜5に示した電池システムのバッテリパック部分5と同様の構造を備えるが、拘束パイプ8bの配置が異なる。すなわち、拘束パイプ8bは、冷却風の流れる方向(矢印14で示す方向)において、電池モジュール22のスペーサ用凸部21b、21dと重なる位置であって下流側に配置されている。
【0050】
このようにすれば、拘束パイプ8a、スペーサ用凸部21b、21dおよび拘束パイプ8bを、冷却風が流れる方向から見てすべて重なる位置に配置することができる。このため、これらの構造物により冷却風の受ける抵抗をより低減することができる。この結果、図1〜5に示した電池システムと同様に、拘束パイプ8a、8bの存在に起因して冷却風の流れが悪くなることにより冷却効率が低下するといった問題の発生を抑制できる。
【0051】
なお、本発明の実施の形態では冷却材として気体を用いた場合を説明したが、冷却材として気体以外の状態の物質、たとえば液状の冷却材を用いてもよい。この場合も、同様の効果を得ることができる。
【0052】
また、拘束パイプ8a、8bの位置は、図1〜6に示した位置以外であっても、冷却風の流れる方向においてスペーサ用凸部21a〜21eと重なる位置であれば他の位置でもよい。
【0053】
また、上述した本発明の実施の形態では、電池モジュール22(図4参照)の積層体であるモジュール集合体11(図3参照)を用いて説明したが、上記電池モジュール22ではなく電池セルを積層した積層体を用いた電池システムに対しても、本発明は適用可能である。
【0054】
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。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて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。
【0055】
【発明の効果】
本発明によれば、冷却材の流路に位置する凸部と、電池モジュールを構成する電池集合体の拘束部材とを冷却材の流れる方向において重なるように配置するので、冷却材の流れに対する抵抗を低減できる。この結果、集合電池および電池システムの冷却効率が低下することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による電池システムの実施の形態を構成するバッテリパック部分を示す斜視模式図である。
【図2】 図1に示したバッテリパック部分を含む電池システムを用いた自動車の構成を示すブロック図である。
【図3】 図1に示したバッテリパック部分の構成を説明するための展開模式図である。
【図4】 図1の線分IV−IVにおける断面模式図である。
【図5】 図4に示したバッテリパック部分の部分拡大斜視模式図である。
【図6】 図1〜5に示した本発明による電池システムの変形例を示す断面模式図である。
【図7】 自動車に搭載された従来の電池システムを示す斜視模式図である。
【図8】 図7に示した電池システムを構成するバッテリパック部分の展開模式図である。
【図9】 図7の線分IX−IXにおけるバッテリパック部分の断面模式図である。
【図10】 図9の線分X−Xにおけるバッテリパック部分の断面模式図である。
【符号の説明】
1 自動車、2 制御部、3 電池部、4 駆動部、5 バッテリパック部分、6 バッテリカバー、7 排気ホース、8a,8b 拘束パイプ、9a,9bバスバーモジュール、10a,10b 拘束プレート、11 モジュール集合体、12 ロワーケース、13 温度センサ、14 矢印、15 排気端子、16 端子、21a〜21e スペーサ用凸部、22 電池モジュール、23a,23b 間隙、24,25 流路、26a,26b 凸部、27a,27b 凹部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an assembled battery and a battery system, and more particularly to an assembled battery and a battery system mounted on a vehicle using an electric motor such as an electric vehicle as a drive source.
[0002]
[Prior art]
In recent years, an electric vehicle using an electric motor as a drive source and a so-called hybrid car having a plurality of types of drive sources such as an electric motor and a gasoline engine have been put into practical use. Such an electric vehicle or the like is equipped with a battery for supplying electricity as energy to an electric motor or the like. As this battery, a secondary battery such as a nickel-cadmium battery (Ni-Cd battery) or a nickel-hydrogen battery that can be repeatedly charged and discharged is used. An example of a battery system including such a battery will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a schematic perspective view showing a conventional battery system mounted on an automobile. FIG. 8 is a developed schematic view of a battery pack portion constituting the battery system shown in FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the battery pack portion taken along line IX-IX in FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the battery pack portion taken along line XX in FIG.
[0003]
As shown in FIGS. 7 to 10, a conventional battery system used as an energy source for driving a car is arranged between rear tires of a car and includes a module assembly in which a plurality of battery modules are stacked. A
[0004]
As shown in FIG. 8, the
[0005]
[0006]
On the upper surface of the
[0007]
As shown in FIG. 10, in the
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional battery system described above has the following problems.
[0009]
In the conventional battery system, as can be seen from FIG. 9, the
[0010]
The
[0011]
As described above, since the
[0012]
This invention was made in order to solve the above problems, and the objective of this invention is to provide the assembled battery and battery system which can suppress the fall of cooling efficiency.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
An assembled battery according to the present invention includes a battery assembly comprising a plurality of battery cells or battery modules, a plurality of restraining members that restrain the plurality of battery cells or battery modules, and a coolant that cools the battery assembly. A coolant supply means for supplying to the body, and on the surface of the battery cell or battery module, a convex portion is formed on the surface through which the coolant flows, and the plurality of restraining members are It is arranged so as to sandwich the battery assembly in the direction in which the coolant flows, It arrange | positions so that it may overlap with a convex part in the flow direction of the coolant in the vicinity of a convex part.
[0014]
In this way, when the coolant flows around the restraint member, the restraint member is formed in a region where the convex portion and the restraint member do not overlap each other in the direction in which the coolant flows. Can be prevented from obstructing the flow of coolant. For this reason, it can suppress that the cooling efficiency of a battery assembly falls resulting from presence of a restraint member.
[0015]
In the above assembled battery, a plurality of convex portions may be formed on the surface through which the coolant of the battery cell or battery module circulates, and each of the plurality of restraining members is in the direction in which the coolant flows in the vicinity of the plurality of convex portions. In, it may be arrange | positioned so that any one of several convex parts may overlap.
[0016]
In this case, since the restraining member is disposed so as to overlap any one of the plurality of convex portions, the degree of freedom in arranging the plurality of restraining members can be increased.
[0017]
In the above assembled battery, the battery assembly may be configured by stacking a plurality of battery cells or battery modules with a gap therebetween, and the convex portion may be arranged in the gap. In the above assembled battery, the coolant may circulate through the gap, and the restraining member is disposed in an area on the outer peripheral surface of the battery assembly that overlaps the convex portion in the direction in which the coolant flows in the gap. May be.
[0018]
In this case, since the restraining member is disposed on the outer peripheral surface of the battery assembly, the structure of the battery assembly can be simplified as compared with the case where the restraining member is disposed so as to penetrate the inside of the battery assembly. With the above configuration, when the coolant flowing through the gap between the battery cells or the battery modules flows out to the region on the outer peripheral surface of the battery assembly where the restraint member is disposed, When the coolant flows from the region on the outer peripheral surface of the battery assembly disposed into the gap between the battery cells or the battery modules, the restraining member and the convex portion simultaneously become a resistance that hinders the flow of the coolant. Can be prevented. That is, when the restraining member and the convex portion are arranged so as not to overlap in the direction in which the coolant flows, the area of the restraining member and the convex portion (coolant) when viewed from the upstream side in the coolant flowing direction. However, when the restraining member and the convex portion are arranged so as to overlap in the coolant flow direction as in the present invention, the area of the portion that blocks the coolant flow path is increased. The area is relatively small. As a result, it is possible to suppress a decrease in cooling efficiency of the battery assembly.
[0019]
In the battery assembly, the plurality of restraining members may be disposed so as to sandwich the battery assembly in the direction in which the coolant flows in the gap, and may be disposed at asymmetric positions when viewed from the battery assembly. .
[0020]
The assembled battery according to the present invention comprises a plurality of battery cells or battery modules, and has an upper surface. And the lower surface located opposite to the upper surface A battery assembly having Located on the lower surface, A restraining member for restraining a plurality of battery cells or battery modules; Another restraining member located on the upper surface and restraining a plurality of battery cells or battery modules; And a coolant supply means for supplying a coolant for cooling the battery assembly from the upper surface side to the battery assembly, and on the surface of the battery cell or battery module, a convex portion is formed in a region where the coolant contacts, In the direction of coolant flow in the vicinity of the protrusion, it overlaps with the protrusion. Like Restraint member And other restraints Is arranged.
[0021]
In this way, when the coolant flows around the restraint member, the restraint member is formed in the region where the convex portion and the restraint member do not overlap each other in the direction in which the coolant flows. It is possible to prevent obstruction of the coolant flow. For this reason, it can suppress that the cooling efficiency of a battery assembly falls resulting from presence of a restraint member.
[0022]
In the above assembled battery , The bundle member and the other restraining members may be arranged at positions that are asymmetric when viewed from the battery assembly.
[0023]
In the above assembled battery, the convex portion may be a part of a partition wall that separates a plurality of battery cells constituting the battery module.
[0024]
In this case, since a component necessary for the operation of the battery module, such as a part of the partition wall constituting the battery module, is used as the convex portion, it is necessary to add a new member to the assembled battery as the convex portion in the present invention. No. For this reason, it can prevent that the structure of the assembled battery by this invention becomes complicated. As a result, the assembled battery according to the present invention can be realized without increasing the manufacturing cost.
[0025]
In the above assembled battery, the convex portion may be a spacer for defining a distance between battery cells or battery modules in the battery assembly.
[0026]
In this case, since the spacer necessary for forming the gap between the battery cells or the battery modules is used as the convex portion, it is not necessary to add a new member to the assembled battery as the convex portion in the present invention. For this reason, it can prevent that the structure of the assembled battery by this invention becomes complicated. As a result, the assembled battery according to the present invention can be realized without increasing the manufacturing cost.
[0027]
In many cases, the spacer is previously formed in the flow path of the coolant, but in this case, it is not necessary to add a new member as a convex portion to the flow path. Therefore, it is possible to prevent an increase in the number of members that obstruct the flow of the coolant in the coolant flow path included in the coolant supply means.
[0028]
Furthermore, the battery system according to the present invention includes the above assembled battery.
In this case, a battery system capable of preventing performance deterioration and breakage can be realized.
[0029]
The battery system may be mounted on an automobile.
Here, battery systems installed in automobiles are more severe than usual, such as vibration conditions and temperature conditions are more severe than ordinary installation type battery systems, and there may be a temporary high load. Used in. Also, in so-called hybrid cars and the like, charging / discharging of the battery system is frequently repeated, so it is necessary to reliably remove the heat generated from the battery system along with this charging / discharging. Under such severe usage conditions, the temperature control of the battery assembly constituting the battery system is extremely important in order to ensure the safety and soundness of the battery system, and it is required to keep the cooling efficiency of the battery system high. It is done. For this reason, it is particularly effective to apply the present invention to a battery system mounted on an automobile.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
[0031]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a battery pack portion constituting an embodiment of a battery system according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an automobile using a battery system including the battery pack portion shown in FIG. FIG. 3 is a developed schematic view for explaining the configuration of the battery pack portion shown in FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 5 is a partially enlarged perspective schematic view of the battery pack portion shown in FIG. With reference to FIGS. 1-5, embodiment of the battery system by this invention is described.
[0032]
The battery system according to the present invention is a battery system mounted on a vehicle of an automobile, and includes a
[0033]
As shown in FIG. 2, the automobile 1 to which the battery system according to the present invention is applied includes a
[0034]
The
[0035]
[0036]
On the upper surface of the
[0037]
On the side surface side of the
[0038]
The
[0039]
When a plurality of
[0040]
As shown in FIG. 4, the
[0041]
As shown in FIG. 4, in order to restrain the
[0042]
As a result, as shown in FIG. 5, when the cooling air flows in the direction indicated by the
[0043]
Further, the
[0044]
Further, as shown in FIG. 4, by intensively arranging the
[0045]
The
[0046]
In addition, since the
[0047]
In addition, for battery systems mounted on electric vehicles and the like, temperature control is extremely important for ensuring safety and soundness. Therefore, it is required to keep the cooling efficiency of the battery system high. Therefore, it is particularly effective to apply the battery system according to the present invention to an automobile.
[0048]
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a modification of the battery system according to the present invention shown in FIGS. FIG. 6 corresponds to FIG. A modification of the embodiment of the battery system according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0049]
Referring to FIG. 6,
[0050]
If it does in this way,
[0051]
In addition, although the case where gas was used as a coolant was described in the embodiment of the present invention, a substance other than gas, such as a liquid coolant, may be used as the coolant. In this case, the same effect can be obtained.
[0052]
Further, the positions of the restraining
[0053]
In the embodiment of the present invention described above, the module assembly 11 (see FIG. 3), which is a stacked body of the battery modules 22 (see FIG. 4), has been described. The present invention can also be applied to a battery system using a stacked laminate.
[0054]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims for patent, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
[0055]
【The invention's effect】
According to the present invention, the convex portion positioned in the coolant flow path and the battery assembly restraining member constituting the battery module are arranged so as to overlap in the direction in which the coolant flows. Can be reduced. As a result, it can suppress that the cooling efficiency of an assembled battery and a battery system falls.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a battery pack portion constituting an embodiment of a battery system according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an automobile using a battery system including the battery pack portion shown in FIG.
3 is a developed schematic view for explaining the configuration of the battery pack portion shown in FIG. 1. FIG.
4 is a schematic cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 1. FIG.
5 is a partially enlarged perspective schematic view of the battery pack portion shown in FIG. 4. FIG.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a modification of the battery system according to the present invention shown in FIGS.
FIG. 7 is a schematic perspective view showing a conventional battery system mounted on an automobile.
8 is a developed schematic view of a battery pack portion constituting the battery system shown in FIG.
9 is a schematic cross-sectional view of a battery pack portion taken along line IX-IX in FIG.
10 is a schematic cross-sectional view of a battery pack portion taken along line XX in FIG. 9. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Automobile, 2 Control part, 3 Battery part, 4 Drive part, 5 Battery pack part, 6 Battery cover, 7 Exhaust hose, 8a, 8b Restraint pipe, 9a, 9b Bus bar module, 10a, 10b Restraint plate, 11 Module assembly , 12 Lower case, 13 Temperature sensor, 14 Arrow, 15 Exhaust terminal, 16 Terminal, 21a-21e Spacer convex part, 22 Battery module, 23a, 23b Gap, 24, 25 Flow path, 26a, 26b Convex part, 27a, 27b recess.
Claims (10)
前記複数の電池セルまたは電池モジュールを拘束する複数の拘束部材と、
前記電池集合体を冷却する冷却材を前記電池集合体に供給する冷却材供給手段とを備え、
前記電池セルまたは電池モジュールの表面において、前記冷却材が流通する表面には凸部が形成され、
前記複数の拘束部材は、前記冷却材の流れる方向において前記電池集合体を挟むように配置されるとともに、前記凸部の近傍における前記冷却材の流れる方向において、前記凸部と重なるように配置されている、集合電池。A battery assembly comprising a plurality of battery cells or battery modules;
A plurality of restraining members for restraining the plurality of battery cells or battery modules;
A coolant supply means for supplying a coolant for cooling the battery assembly to the battery assembly;
On the surface of the battery cell or battery module, a convex portion is formed on the surface through which the coolant flows.
The plurality of restraining members are disposed so as to sandwich the battery assembly in a direction in which the coolant flows, and are disposed so as to overlap the convex portions in the direction in which the coolant flows in the vicinity of the convex portions. The assembled battery.
前記複数の拘束部材のそれぞれは、前記複数の凸部の近傍における前記冷却材の流れる方向において、前記複数の凸部のうちのいずれか1つと重なるように配置されている、請求項1に記載の集合電池。A plurality of the protrusions are formed on the surface of the battery cell or battery module through which the coolant flows.
Each of the plurality of restraining members is arranged to overlap with any one of the plurality of convex portions in a direction in which the coolant flows in the vicinity of the plurality of convex portions. Collective battery.
前記凸部は前記間隙内に配置され、
前記冷却材は前記間隙を流通し、
前記電池集合体の外周面上の領域であって、前記間隙内を前記冷却材が流れる方向において前記凸部と重なる領域に前記拘束部材は配置されている、請求項1または2に記載の集合電池。The battery assembly is configured by stacking a plurality of the battery cells or battery modules with a gap therebetween,
The convex portion is disposed in the gap;
The coolant flows through the gap;
3. The assembly according to claim 1, wherein the restraining member is disposed in a region on an outer peripheral surface of the battery assembly, the region being overlapped with the convex portion in a direction in which the coolant flows in the gap. battery.
前記下部表面上に位置し、前記複数の電池セルまたは電池モジュールを拘束する拘束部材と、
前記上部表面上に位置し、前記複数の電池セルまたは電池モジュールを拘束する他の拘束部材と、
前記電池集合体を冷却する冷却材を前記上部表面側から前記電池集合体に供給する冷却材供給手段とを備え、
前記電池セルまたは電池モジュールの表面において、前記冷却材が流通する表面には凸部が形成され、
前記凸部の近傍における前記冷却材の流れる方向において、前記凸部と重なるように前記拘束部材および前記他の拘束部材が配置されている、集合電池。A battery assembly comprising a plurality of battery cells or battery modules, and having an upper surface and a lower surface located opposite to the upper surface ;
A restraining member located on the lower surface and restraining the plurality of battery cells or battery modules;
Another restraining member located on the upper surface and restraining the plurality of battery cells or battery modules;
A coolant supply means for supplying a coolant for cooling the battery assembly from the upper surface side to the battery assembly;
On the surface of the battery cell or battery module, a convex portion is formed on the surface through which the coolant flows.
The assembled battery, wherein the restraining member and the other restraining member are arranged so as to overlap the convex portion in a direction in which the coolant flows in the vicinity of the convex portion.
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