JP5285489B2 - 組電池装置 - Google Patents
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Description
そこで、従来、複数の角型の電池のそれぞれを独立したケース内に個別に収納すると共に、これらの電池入りケースを並べて重ね合わせる際に、ケース同士の間にコルゲート板を配置した組電池装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
このような組電池装置によれば、ケース同士の間に配置されたコルゲート板によって、ケースの変形が防止されるので、電池性能の低下を抑制することができる。また、この組電池装置によれば、充放電時に電池が発熱した際に、コルゲート板が配置されたケース同士の間に冷却風を通すことによって電池を冷却することもできる。つまり、この組電池装置によれば、熱による電池性能の低下(電池の劣化)をも抑制することができる。
そこで、複数の電池を一体に防水ケース内に収納することも考えられるが、このような組電池装置では、充放電時に発熱した各電池を効率よく冷却することができないという新たな問題が生じる。
複数の前記凸部を有し、前記凸部が並べて配置されている防水ケースと、前記防水ケース内で、前記複数の電池間を電気的に接続する導電部材と、前記防水ケースを囲うユニットケースと、隣り合う前記凸部同士を連結する連結部材と、前記ユニットケースの内面に隣接した前記凸部の最も大きい面積を有する面と、当該ユニットケースの内面との間に配置され、当該凸部の当該ユニットケースの内面側への変位を抑制する拘束部材と、を備え、前記連結部材が、隣り合う前記凸部同士の間で複数設けられたことを特徴とする。
つまり、本発明の組電池装置では、充放電時に電池が発熱した際に、ユニットケースの内面とこれに隣接する凸部との間、及び凸部同士の間に冷媒(例えば冷却風)を通すことによって凸部(電池)を冷却することもできる。そして、この組電池装置では、連結部材及び拘束部材によって、冷媒に対する凸部の伝熱面積が高められるので凸部(電池)の冷却効率が更に向上することとなる。その結果、この組電池装置によれば、熱による電池性能の低下(電池の劣化)をも効果的に抑制することができる。
本発明の組電池装置によれば、端部よりも中央部のほうが連結部材の断面積を大きくし、中央部よりも端部のほうが連結部材の数を多くしているので、ケースの変形をより効果的に抑制することができると共に、電池の冷却をより効果的に行うことができる。
このような組電池装置によれば、冷却風の入口側の連結部材の数が出口側よりも少ないので、入口側に冷却風が入り易くなっている。
また、一般に、冷媒の温度は、熱交換によって入口側よりも出口側が高くなる。これに対して、本発明の組電池装置によれば、出口側の連結部材の数が多くなっているので、出口側においても凸部を効果的に冷却することができる。
このような組電池装置によれば、電気部品に対する防水を別途に施す必要がないので、製造コストを更に低減することができる。
このような組電池装置によれば、電池を凸部内に簡単に固定することができる。
このような組電池装置によれば、冷却風の入口側の前記連結部材に対して出口側の連結部材が傾斜することとなって、出口側の連結部材が冷却風と効率よく接触することができるので熱交換性能に優れる。
なお、本実施形態では、燃料電池自動車に搭載される組電池装置を例にとって説明するが、本発明の組電池装置は、車両(自動車)や船舶等の駆動用電動機の電源となる組電池装置のみならず、種々の組電池装置に適用することができる。
以下の説明において前後上下左右の方向は、組電池装置を搭載する燃料電池自動車の前後上下左右の方向に一致させた図2に示す前後上下左右の方向を基準とする。
前記ユニットケース3には、冷媒40としての空気(冷却風)を吸入する吸入ダクト3aと、冷媒40を排出する排出ダクト3bとが接続されている。ちなみに、本実施形態では、吸入ダクト3aの冷媒40の吸入口、及び排出ダクト3bの冷媒40の排出口は、それぞれのダクト3a,3bの後方に開口している。そして、排出ダクト3bの冷媒40の排出口に取り付けられたファン3cが作動した際に、吸入ダクト3aが冷媒40をユニットケース3内に導き入れると共に、排出ダクト3bがユニットケース3外に冷媒40を排出する。具体的には、吸入ダクト3aは、組電池装置1aよりも後方に位置するトランクルーム(図示省略)内の空気(冷媒40)を吸入するようになっている。
前記基体部5は、前後方向に薄く、その内部が中空の略直方体で形成されている。
凸部4は、基体部5の前面から更に前方に突出するように形成されており、左右方向に薄く、その内部に形成された略直方体の中空部分8(図4参照)には後記する電池10a(図4参照)が配置されている。この中空部分8は、特許請求の範囲にいう「凸部内に形成された凹部」に相当する。そして、これらの複数の凸部4は、相互に等間隔となるように左右方向に並べて配置されている。
この凸部4の数は、特に制限はなく、後記する電池10a(単電池)の数に合わせられ、本実施形態での防水ケース2には7つの凸部4が設けられている。
前記拘束部材6は、冷媒40の上流側から下流側に向かって、第1拘束部材6aと、第2拘束部材6bと、第3拘束部材6cとを備えている。
また、図2には示されていないが、凸部4,4同士の間隙のそれぞれにも、凸部4aの拘束部材6に対応する位置に、後記する連結部材7(図5(a)参照)が形成されている。つまり、図3に示すように、凸部4,4同士の間には、冷媒40(図2参照)の上流側から下流側に向かって、第1連結部材7aと、第2連結部材7bと、第3連結部材7cとを備えている。
これらの凸部4a及び凸部4bに形成された拘束部材6、並びに凸部4,4同士の間隙に形成された連結部材7の詳細については後記する。
本体部11の図4に示す前側部分(底部)には、凸部4の中空部分8に臨む開口16が形成されている。
ここでは、先ず凸部4の中空部分8について説明すると、この中空部分8は、組電池10aを構成する電池10aの外形と略同形状の左右方向に薄い略直方体の空間となっており、本体部11の底部に形成された開口16は、電池10aの断面形状と略同形状となっている。更に詳しくは、本実施形態での電池10aは、この中空部分8に圧入して挿嵌されていることから、中空部分8は、電池10aの外寸よりも、やや小さめに形成されている。
本実施形態での電池10a(単電池)は、前記したように、薄い略直方体のいわゆる角型の電池である。前記した7つの凸部4内に配置された7つの電池10aによって本実施形成での組電池10aは構成されている。
この電池10aは、一端面に設けられた一対の端子P,Pが、本体部11の内側に臨むように凸部4の中空部分8に配置されている。ちなみに、この電池10aは、例えば燃料電池自動車に搭載される燃料電池スタック(図示省略)をアシストするために放電し、又は駆動用電動機(走行モータ)等からの回生電力を充電するように構成されている。このような電池10aは、例えばリチウムイオン型、ニッケル水素型などの二次電池等で構成することができる。
なお、組電池10aを構成する電池10aの数は、前記した7つに限定されず、例えば燃料電池自動車に搭載される駆動用電動機(走行モータ)の定格出力に基づいて決定される。
ちなみに、本実施形態での基体部5を構成する本体部11内には、ECU、均等化回路等の制御部品を含む電気部品19aや、その他の電気部品19aを搭載した回路板19が配置されている。
図2に示す拘束部材6は、前記したように、ユニットケース3の左側の内面と対向する凸部4aの面(以下、「対向面」ということがある)上であって、前記した冷媒40(冷却風)の入口20の近傍に第1拘束部材6aが形成され、冷媒40(冷却風)の出口21の近傍に第3拘束部材6cが形成され、入口20と出口21の間の中央部22に第2拘束部材6bが形成されている。
なお、凸部4aのユニットケース3の対向面における冷媒40(冷却風)の入口20の近傍は、特許請求の範囲にいう「冷却風の入口側の端部」に相当し、冷媒40(冷却風)の出口21の近傍は、「冷却風の出口側の端部」に相当する。
そして、この第2拘束部材6bの断面積(立設方向に直交する方向の切断面における断面積、以下、同じ)は、第1拘束部材6aの断面積よりも大きくなっている。
そして、凸部4a及び凸部4bに形成された拘束部材6は、ユニットケース3の左右の内面と接触している。ちなみに、拘束部材6は、後記するようにユニットケース3の左右の内面と連結する構成であってもよい。また、拘束部材6は、後記するように、ユニットケース3の内面との間に僅かなクリアランスが設けられていてもよい。
つまり、図5(a)に示すように、凸部4,4同士の間隙25には、図2に示す前記第1拘束部材6a、第2拘束部材6b、及び第3拘束部材6cと同じ形状のものが、左右対称位置に第1連結部材7a、第2連結部材7b、及び第3連結部材7cとして設けられている。
本発明の組電池装置1aによれば、複数の電池10aが、一つの防水ケース2内に配置されることとなる。したがって、この組電池装置1aは、電池10aを確実に防水することができる。そして、この組電池装置1aによれば、例えば従来の組電池装置(例えば、特許文献1参照)のように、複数の電池のそれぞれを、独立したケース内に個別に収納し、かつケースごとに防水を行うものと異なって、防水構造が簡素であって製造コストを低減することができる。
つまり、本実施形態に係る組電池装置1aにおいては、図1に示すファン3cが作動すると、冷媒40が吸入ダクト3aを介してユニットケース3内に導かれると共に、冷媒40が排出ダクト3bを介してユニットケース3外に排出される。
一般に、角型の電池は、充放電時の電池内部の圧力が変動することによって電池を収納するケースが変形し、電池性能が低下する傾向が大きい。そして、この変形は、電池の表面のうち面積が大きい面ほど大きい。これに対して、本実施形態に係る組電池装置1aにおいては、電池10aの最も大きい面積を有する面同士が対向し合うように凸部4,4内に配置されているので、凸部4の変形を効果的に抑制する。
また、一般に、冷媒40の温度は、熱交換によって入口20側よりも出口21側が高くなる。これに対して、本実施形態の組電池装置1aによれば、出口21側の連結部材7の数が多くなっているので、出口21側においても凸部4を効果的に冷却することができる。
また、この組電池装置1aによれば、冷媒40の出口21側に配置された連結部材7は、入口20側に配置された連結部材7の間、又は中央部22に配置された連結部材7の間の下流側に配置されているので、入口20側及び中央部22の連結部材7の間を流れた冷媒40は、出口21側の連結部材7に効率よく接触する。その結果、冷媒40の温度が入口20側よりも高くなる出口21側においても凸部4を効果的に冷却することができる。
前記実施形態では、第3拘束部材6c及び第3連結部材7cを、冷媒40の流れ方向に沿うように延びる長いフィン状の板状体を使用したが、本発明はこれに限定されることなく、例えば図6に示すように、第3拘束部材6c及び第3連結部材7cは、冷媒40の流れ方向Fに対して、角度θで傾斜して延びるように形成されたものであってもよい。
このように傾斜する第3拘束部材6c及び第3連結部材7cは、冷媒40と効率よく接触することができるので熱交換性能に優れる。
更に詳しく説明すると、この組電池装置1bは、拘束部材6(図2参照)を備えていないほかは、前記実施形態と同様に構成されており、図示しないが、凸部4,4同士の間に、前記実施形態と同様の連結部材7(図5(a)参照)を備えている。また、この組電池装置1bは、図示しないが、前記実施形態に係る組電池装置1aと同様にユニットケース3(図2参照)内に配置することで、冷媒40の通流路41が形成される。
このことは前記組電池装置1bも同様であって、保持部材30と凸部4aとの左右方向の間、及び保持部材30と凸部4bとの左右方向の間に僅かなクリアランスがあってもよい。
1b 組電池装置
2 防水ケース
3 ユニットケース
4 凸部
4a 凸部
4b 凸部
6 拘束部材
6a 第1拘束部材
6b 第2拘束部材
6c 第3拘束部材
7 連結部材
7a 第1連結部材
7b 第2連結部材
7c 第3連結部材
8 中空部分
10 組電池
10a 電池
12 導電部材
19 回路板
19a 電気部品
20 入口
21 出口
22 中央部
40 冷媒
41 通流路
V 燃料電池自動車
P 端子
Claims (10)
- 内部に電池が配置された複数の凸部と、
複数の前記凸部を有し、前記凸部が並べて配置されている防水ケースと、
前記防水ケース内で、前記複数の電池間を電気的に接続する導電部材と、
前記防水ケースを囲うユニットケースと、
隣り合う前記凸部同士を連結する連結部材と、
前記ユニットケースの内面に隣接した前記凸部の最も大きい面積を有する面と、当該ユニットケースの内面との間に配置され、当該凸部の当該ユニットケースの内面側への変位を抑制する拘束部材と、
を備え、
前記連結部材が、隣り合う前記凸部同士の間で複数設けられたことを特徴とする組電池装置。 - 前記電池は角型の電池であり、前記角型の電池は、最も大きい面積を有する面同士が対向し合うように前記凸部内に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の組電池装置。
- 前記複数の連結部材のうち、隣り合う前記凸部同士が向き合う面の中央部に配置される前記連結部材は、当該面の端部に配置される前記連結部材よりも断面積を大きくし、かつ当該面の端部に配置される前記連結部材は、当該面の中央部に配置される前記連結部材よりも数を多くしたことを特徴とする請求項2に記載の組電池装置。
- 前記ユニットケース内で、前記防水ケースの外側が冷却風の通流路になっており、
前記冷却風の入口側の前記連結部材は、前記冷却風の出口側の前記連結部材よりも数を少なくしたことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の組電池装置。 - 前記ユニットケース内で、前記防水ケースの外側が冷却風の通流路になっており、
前記凸部同士の間隙における前記冷却風の入口側と、この入口側に対向する位置に前記間隙における前記冷却風の出口側と、が規定され、
前記冷却風の前記出口側の前記端部に配置された前記連結部材は、前記冷却風の前記入口側の前記端部に配置された前記連結部材の間、又は前記中央部に配置された複数の前記連結部材の間の下流側に配置されたことを特徴とする請求項3に記載の組電池装置。 - 前記防水ケース内に、電気部品が収納されたことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の組電池装置。
- 前記電池は、前記凸部内に形成された凹部に対して圧入して挿嵌されたことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の組電池装置。
- 前記冷却風の入口側の前記連結部材は、前記冷却風の流れ方向に沿って延びるように形成され、前記冷却風の出口側の前記連結部材は、前記冷却風の流れ方向に対して鋭角をなして延びるように形成されていることを特徴とする請求項4から請求項7のいずれか1項に記載の組電池装置。
- 内部に電池が配置された複数の凸部と、
複数の前記凸部を有し、前記凸部が並べて配置されている防水ケースと、
前記防水ケース内で、前記複数の電池間を電気的に接続する導電部材と、
前記防水ケースを囲うユニットケースと、
隣り合う前記凸部同士を連結する連結部材と、
並んだ前記複数の凸部のうち、一端の前記凸部と他端の前記凸部との間が広がることを防止するように一端の前記凸部及び他端の前記凸部同士を保持する保持部材と、
を備えたことを特徴とする組電池装置。 - 内部に電池が配置された複数の凸部と、
複数の前記凸部を有し、前記凸部が並べて配置されている防水ケースと、
前記防水ケース内で、前記複数の電池間を電気的に接続する導電部材と、
前記防水ケースを囲うユニットケースと、
隣り合う前記凸部同士を連結する連結部材と、
並んだ前記複数の凸部のうち、一端の前記凸部と他端の前記凸部とがそれぞれ前記凸部の突出方向に対して直交する方向に広がることを防止する拘束構造と、
を備えたことを特徴とする組電池装置。
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