JP6081399B2 - 蓄電装置 - Google Patents

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Description

本発明は、矩形状を有し、1辺に一対の端子が設けられる複数の蓄電池と、各蓄電池間に挟持されるセパレータとを備える蓄電装置に関する。
一般的に、複数の蓄電池(バッテリセル)が積層された蓄電池群(バッテリモジュール)を備えた蓄電装置が知られている。この蓄電装置は、例えば、ハイブリッド車両やEV等の電動車両に搭載されている。このため、蓄電装置は、大出力及び大容量の電源を構成する必要があり、相当に多数の蓄電池が直列又は並列に接続されている。
大電流が流される蓄電装置では、蓄電池の耐久性の向上を図るために、前記蓄電池を良好に冷却させる冷却制御が必要とされている。そこで、例えば、特許文献1に開示された組電池が知られている。
この組電池は、電極端子を有する複数の電池セルと、前記複数の電池セルを積層した状態で、隣接する電池セル同士の電極端子を各々電気的に接続するための複数のバスバーと、前記電池セルを冷却するための冷却機構と、を備えている。そして、複数のバスバーの内、冷却機構で与えられる冷却能力が平均以上であると予め決定された少なくとも一の電池セルと接続されるバスバーが、該電池セルを加熱可能な加熱機構を備えている。
このため、冷却機構による冷却能力を十分に享受できる位置にある電池セル、言い換えると必要以上に冷却されている電池セルに対しては、加熱機構によって加熱し、温度を上げることができる。これにより、他の電池セルとの温度差を抑制でき、セル温度のばらつきによる電池セル間のアンバランスを軽減できる、としている。
また、特許文献2に開示されている集合電池では、正極及び負極からなる電極体が、正極端子及び負極端子に接続されている。電極体で発生した熱は、正極端子及び負極端子に伝わる一方、前記正極端子及び前記負極端子の少なくともいずれかには、冷却手段が熱的に接続されている。その際、それぞれの冷却手段には、冷媒供給通路を介して冷媒を供給することができる。しかも、それぞれの冷却手段から排出される冷媒を、他の冷却手段に流通されることなく排出することができる。
従って、それぞれの冷却手段に温度差のない冷媒を供給することができ、配置位置に関係なく、集合電池を構成するそれぞれの電池を均一に冷却することができる、としている。
特開2011−23179号公報 特開2008−258027号公報
しかしながら、上記の特許文献1では、冷却機構として、例えば、強制送風機構を備えており、組電池全体が相当に大型化するという問題がある。しかも、冷媒が流入する側と排出する側とでは、電池セルの面内でも温度のばらつきが惹起され易く、前記電池セル全体として均一な冷却が遂行されないという問題がある。
また、上記の特許文献2では、フィンが形成される冷却器が使用されている。このため、冷却のための専用部品が必要になり、重量及び体積が増加したり、コストが高騰するという問題がある。
本発明は、この種の問題を解決するものであり、積層されている複数の蓄電池を効率的に冷却するとともに、前記蓄電池及び該蓄電池間の温度ばらつきを良好に抑制することが可能な蓄電装置を提供することを目的とする。
本発明に係る蓄電装置は、矩形状を有し、1辺に一対の端子が設けられる複数の蓄電池と、各蓄電池間に挟持されるセパレータとを備えている。この蓄電装置では、一対の端子間に位置し、蓄電池の積層方向に沿って冷媒を流通させる冷媒流路を備えている。
セパレータには、冷媒流路から分岐し、冷媒を前記冷媒流路とは交差する方向に流通させるとともに、各蓄電池の一対の端子を構成する一方の端子に前記冷媒を直接吹き付ける第1導入口が設けられている。セパレータには、第1導入口とは反対方向に冷媒を流通させ、各蓄電池の一対の端子を構成する他方の端子に前記冷媒を直接吹き付ける第2導入口が設けられている。
また、本発明に係る蓄電装置では、1辺に前記蓄電池の積層方向に延在して配置される流路部材を備え、前記流路部材には、一対の端子間に位置し、積層方向に沿って冷媒を流通させる冷媒流路が設けられている。流路部材は、冷媒流路から分岐し、冷媒を前記冷媒流路とは交差する方向に流通させるとともに、各蓄電池の前記一対の端子を構成する一方の端子に前記冷媒を直接吹き付ける第1導入口を備えている。流路部材は、第1導入口とは反対方向に冷媒を流通させ、各蓄電池の一対の端子を構成する他方の端子に前記冷媒を直接吹き付ける第2導入口を備えている。
さらに、この蓄電装置では、セパレータには、隣接する蓄電池間に、一方の端子間又は他方の端子間に対応して冷媒を流通させるための切り欠き部が設けられることが好ましい。
さらにまた、この蓄電装置では、第1導入口及び第2導入口は、冷媒流路の流れ方向に沿って異なる開口面積に設定されることが好ましい。
また、本発明に係る蓄電装置は、冷媒流路と、前記冷媒流路から分岐する第1導入口及び第2導入口とを備えている。そして、セパレータには、隣接する蓄電池間に、一方の端子間又は他方の端子間に対応して冷媒を流通させるための切り欠き部が設けられている。
さらに、この蓄電装置では、セパレータは、蓄電池の一方の主面を覆って設けられる面板部を有するとともに、前記面板部には、一方の端子又は他方の端子に対向する角部周辺を切り欠いて切り欠き部が形成されることが好ましい。
本発明によれば、冷媒流路に沿って積層方向に流通する冷媒は、第1導入口及び第2導入口から各一対の端子に直接吹き付けられている。このため、全ての蓄電池に対して比較的低温の冷媒を供給することができ、前記蓄電池の冷却効率が向上する。
しかも、冷媒は、冷媒流路を一対の端子間に沿って流通するとともに、前記冷媒流路から分岐する第1導入口及び第2導入口に分配されている。従って、蓄電池の面内での温度ばらつきを良好に抑制することが可能になる。さらに、各蓄電池は、セパレータ間に配置されるため、絶縁性能を確保することができる。また、各蓄電池とセパレータとが密着して配置されるため、隣り合う蓄電池の受熱性が高く、蓄電装置内の温度が均一化され易い。
本発明の第1の実施形態に係る蓄電装置の要部分解斜視説明図である。 前記蓄電装置の平面説明図である。 前記蓄電装置を構成する蓄電池とホルダ部材との分解斜視説明図である。 前記ホルダ部材に設けられる切り欠き部の他の構成説明図である。 前記切り欠き部の別の構成説明図である。 前記切り欠き部のさらに別の構成説明図である。 前記切り欠き部のまた別の構成説明図である。 本発明の第2の実施形態に係る蓄電装置の要部斜視説明図である。 前記蓄電装置の要部分解斜視説明図である。 本発明の第3の実施形態に係る蓄電装置の要部分解斜視説明図である。 前記蓄電装置を構成する蓄電池と流路部材との要部分解斜視説明図である。
図1及び図2に示すように、本発明の第1の実施形態に係る蓄電装置10は、例えば、図示しないハイブリッド自動車(又は、電気自動車)に搭載される。蓄電装置10は、複数の蓄電池(バッテリセル)12が水平方向(矢印A方向)に積層される蓄電池群(バッテリモジュール)12Mを備える。
蓄電池12は、幅狭な(厚さ方向の寸法が短い)矩形状を有する。複数の蓄電池12は、立位姿勢に配置された状態で、絶縁性を有するホルダ部材(セパレータ)14を介して保持される。
図1に示すように、蓄電池群12Mの積層方向一端には、断熱機能及び絶縁機能を有するインシュレータプレート16aを介装してエンドプレート18aが配置される。蓄電池群12Mの積層方向他端には、断熱機能及び絶縁機能を有するインシュレータプレート16bを介装してエンドプレート18bが配置される。エンドプレート18a、18b間は、矢印B方向(矢印A方向に交差する水平方向)両端に配置される保持フレーム20a、20bにより積層方向に一体に保持される。
蓄電池12は、例えば、リチウムイオンバッテリからなり、図3に示すように、長方形又は正方形の主面12a、12bを有する。蓄電池12は、上面(1辺)12c、底面12d及び両方の側面12e、12fを有する。上面12cには、一対の端子であるプラス極(又はマイナス極)の端子22aとマイナス極(又はプラス極)の端子22bとが設けられる。積層方向に隣接する蓄電池12では、一方の蓄電池12の端子22aと他方の蓄電池12の端子22bとが、接続板24により電気的に直列に接続される。
互いに隣接する蓄電池12は、積層方向に沿って端子22aと端子22bとが交互に配置される。蓄電池群12Mの矢印B1方向の端部側において、積層方向に沿って交互に配置される端子22a、22bを一方の端子と称する。蓄電池群12Mの矢印B2方向の端部側において、積層方向に沿って交互に配置される端子22a、22bを他方の端子と称する。
ホルダ部材14は、上部に矢印A方向に長尺な流路本体部26を設けるとともに、前記流路本体部26には、蓄電池12の積層方向(矢印A方向)に延在して冷媒流路28が形成される。冷媒流路28は、一対の端子間、すなわち、各蓄電池12の端子22a、22b間に位置し、冷媒(例えば、空気)を矢印A1方向に流通させる。冷媒流路28の入口28in及び出口28outは、いずれも蓄電装置10の上面に形成される。
冷媒流路28の矢印B方向(矢印A方向に交差する方向)両側には、ブロック部30a、30bが矢印A方向に延在して設けられる。ブロック部30aには、矢印B方向に切り欠いて複数の第1導入口32aが形成される一方、ブロック部30bには、矢印B方向に切り欠いて複数の第2導入口32bが形成される。
第1導入口32a及び第2導入口32bは、矢印B方向で且つ互いに反対方向に冷媒を流通させるとともに、各蓄電池12の端子22a、22bに前記冷媒を直接吹き付ける位置に設けられる。第1導入口32a及び第2導入口32bは、冷媒流路28の流れ方向上流側から流れ方向下流側(矢印A1方向)に離間する程、開口面積が大きく設定される。
流路本体部26には、各第1導入口32a及び各第2導入口32bを挟んで複数のセパレータ板(面板部)34が一体に設けられる。各セパレータ板34は、積層される各蓄電池12間に挟持されるとともに、前記蓄電池12の主面12a、12bを覆って設けられる。
一枚置きのセパレータ板34には、隣接する蓄電池12間に、一方の端子間に対応して冷媒を流通させる冷媒通路35aを形成するための切り欠き部34aが設けられる。他の1枚置きのセパレータ板34には、隣接する蓄電池12間に、他方の端子間に対応して冷媒を流通させる冷媒通路35bを形成するための切り欠き部34bが設けられる。積層方向に沿って、切り欠き部34a、34bが交互に配置される。
切り欠き部34aは、セパレータ板34の一方の端子に対向する角部周辺を、例えば、略三角形状に切り欠いて形成される。切り欠き部34bは、セパレータ板34の他方の端子に対向する角部周辺を、例えば、略三角形状に切り欠いて形成される。
切り欠き部34a、34bの形状は、種々変更可能であり、例えば、図4に示すように、傾斜面と垂直面と水平面との組み合わせでもよい。また、切り欠き部34a、34bの形状は、図5に示すように、垂直面と水平面との組み合わせでもよく、図6に示すように、階段状であってもよい。さらに、切り欠き部34a、34bの形状は、図7に示すように、円弧状であってもよい。後述する第2の実施形態でも、同様である。
図1に示すように、エンドプレート18a、18bは、金属プレートにより構成され、水平方向両端縁部には、それぞれ上下に配列して複数(例えば、2個)のねじ孔36が形成される。エンドプレート18a、18bには、図示しないが、車両内の搭載部位に固定するためのマウント構造が設けられる。
保持フレーム20aは、略長方形状の金属プレートからなり、両短辺が内方に折り曲げられて取り付け板部20a1、20a2が形成される。取り付け板部20a1、20a2には、それぞれねじ孔36と同軸上に孔部36aが形成される。取り付け板部20a1、20a2は、エンドプレート18a、18bの外面に配置される。各孔部36aにねじ38が一体に挿入され、前記ねじ38の先端が各ねじ孔36に螺合することにより、保持フレーム20aの両端は、エンドプレート18a、18bに固定される。
なお、保持フレーム20bは、上記の保持フレーム20aと同様に構成されており、同一の構成要素には、符号aに代えて符号bを付し、その詳細な説明は省略する。
このように構成される蓄電装置10の動作について、以下に説明する。
図1及び図2に示すように、蓄電装置10に供給された冷媒は、冷媒流路28に沿って積層方向に流通するとともに、前記冷媒流路28に連通する第1導入口32a及び第2導入口32bに分配されている。第1導入口32a及び第2導入口32bは、積層方向に交差する矢印B方向に向かっており、冷媒は、前記第1導入口32a及び前記第2導入口32bから各蓄電池12の端子22a、22bに直接吹き付けられている。
このため、第1の実施形態では、蓄電池群12Mを構成する全ての蓄電池12に対して比較的低温の冷媒を供給することができ、前記蓄電池12の冷却効率が向上するという効果が得られる。冷媒流路28を流通する冷媒は、昇温されることがなく、各第1導入口32a及び各第2導入口32bから各蓄電池12の端子22a、22bに直接吹き付けられるからである。
しかも、冷媒は、冷媒流路28を一対の端子22a、22b間に沿って流通するとともに、前記冷媒流路28から分岐する第1導入口32a及び第2導入口32bに分配されている。従って、蓄電池12の面内での温度ばらつきを良好に抑制することが可能になる。さらに、各蓄電池12は、セパレータ板34間に配置されるため、絶縁性能を確保することができる。さらにまた、各蓄電池12とセパレータ板34とが密着して配置されるため、隣り合う蓄電池12の受熱性が高く、蓄電装置10内の温度が均一化され易い。
また、第1の実施形態では、第1導入口32a及び第2導入口32bに分配された冷媒は、セパレータ板34に形成された切り欠き部34a、34bに沿って冷媒通路35a、35bに供給されている。冷媒通路35a、35bは、隣接する蓄電池12間に、一方の端子間及び他方の端子間に対応して冷媒を流通させている。これにより、端子22a、22bの近傍に発生し易い高温部を確実に冷却することが可能になり、蓄電池12の冷却効率が一層向上するという利点が得られる。
さらにまた、第1の実施形態では、冷媒流路28の入口28in及び出口28outがいずれも蓄電装置10の上面に形成されている。第1導入口32a及び第2導入口32bは、冷媒流路28の流れ方向上流側から流れ方向下流側に離間する程、開口面積が大きく設定されている。冷媒流路28の入口28in側では、出口28out側に比べて流量が多く、第1導入口32a及び第2導入口32bに冷媒が流れ易くなっている。
このため、入口側の第1導入口32a及び第2導入口32bの開口面積が出口側に比べて小さく設定されることにより、各蓄電池12に冷媒を均等に分配することができる。従って、全ての蓄電池12を良好且つ均等に冷却することが可能になる。
なお、第1の実施形態では、冷媒は、蓄電装置10の上面に設けられた冷媒流路28に沿って前記上面を流通し、左右に分散されて各蓄電池12の側面12e、12fを通って下側に流通している。本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、蓄電装置10の下面に冷媒流路を設けたり、前記蓄電装置10の上面に吸引ポンプを配置したりすることができる。
これらの構成では、冷媒は、蓄電装置10の下面に沿って流通し、左右に分散されて上方に流通するとともに、各蓄電池12の側面12e、12f及び端子22a、22bを冷却することが可能になる。すなわち、冷媒流路28と同様の効果が得られる。また、以下に説明する第2及び第3の実施形態でも同様である。
図8に示すように、本発明の第2の実施形態に係る蓄電装置40は、例えば、図示しないハイブリッド自動車(又は、電気自動車)に搭載される。なお、第1の実施形態に係る蓄電装置10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
蓄電装置40は、複数の蓄電池(バッテリセル)12が水平方向(矢印A方向)に積層される蓄電池群(バッテリモジュール)12Mを備える。各蓄電池12間には、セパレータ部材(セパレータ)42が挟持される。各セパレータ部材42は、各蓄電池12と交互に矢印A方向に積層される。
図8及び図9に示すように、セパレータ部材42は、上部に流路本体部44を設けるとともに、前記流路本体部44には、矩形状の膨出部46a、46b間に冷媒流路48が形成される。冷媒流路48は、一対の端子間、すなわち、各蓄電池12の端子22a、22b間に位置し、冷媒(例えば、空気)を矢印A方向に流通させる。
膨出部46aには、矢印B方向に貫通して矩形状の第1導入口50aが形成される一方、膨出部46bには、矢印B方向に貫通して矩形状の第2導入口50bが形成される。第1導入口50a及び第2導入口50bは、各蓄電池12の端子22a、22bに冷媒を直接吹き付ける位置に設定される。
セパレータ部材42では、流路本体部44にセパレータ板(面板部)52が一体に設けられる。セパレータ板52は、蓄電池12の主面12a(又は12b)を覆って設けられる。
一枚置きのセパレータ部材42のセパレータ板52には、隣接する蓄電池12間に、一方の端子間に対応して冷媒を流通させる冷媒通路35aを形成するための切り欠き部52aが設けられる。他の1枚置きのセパレータ部材42のセパレータ板52には、隣接する蓄電池12間に、他方の端子間に対応して冷媒を流通させる冷媒通路35bを形成するための切り欠き部52bが設けられる。
積層方向に沿って、切り欠き部52a、52bが交互に配置される。切り欠き部52a、52bは、セパレータ板52の一方の端子又は他方の端子に対向する角部周辺を、例えば、略三角形状に切り欠いて形成される。
セパレータ部材42では、セパレータ板52の下部に水平方向に延在して支持板54が設けられる。支持板54は、蓄電池12の底面12dを載置する。蓄電池12の上面12cは、流路本体部44に当接されており、前記蓄電池12は、セパレータ部材42に収容配置される。
この第2の実施形態では、全ての蓄電池12に対して比較的低温の冷媒を供給することができ、前記蓄電池12の冷却効率が向上するとともに、温度ばらつきを抑制する等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。
図10に示すように、本発明の第3の実施形態に係る蓄電装置60は、例えば、図示しないハイブリッド自動車(又は、電気自動車)に搭載される。なお、第1の実施形態に係る蓄電装置10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
蓄電装置60は、複数の蓄電池(バッテリセル)12が水平方向(矢印A方向)に積層される蓄電池群(バッテリモジュール)12Mを備える。各蓄電池12間には、平板状のセパレータ板(セパレータ)62が挟持される。各セパレータ板62は、各蓄電池12と交互に矢印A方向に積層される。
蓄電装置60は、一対の端子22a、22bが設けられる1辺に、すなわち、上面に、積層方向(矢印A方向)に延在して流路部材64が配置される。流路部材64は、幅方向(矢印B方向)中央側に凹部が設けられることにより、矢印A方向に延在する冷媒流路28が形成される。冷媒流路28の幅方向両側には、垂直壁面66a、66bが矢印A方向に延在して設けられる。
図10及び図11に示すように、垂直壁面66aには、矢印B方向に貫通して矩形状の第1導入口68aが形成される一方、垂直壁面66bには、矢印B方向に貫通して矩形状の第2導入口68bが形成される。第1導入口68a及び第2導入口68bは、各蓄電池12の端子22a、22bに冷媒を直接吹き付ける位置に設定される。
一枚置きのセパレータ板62には、隣接する蓄電池12間に、一方の端子間に対応して冷媒を流通させる冷媒通路35aを形成するための切り欠き部70aが設けられる。他の1枚置きのセパレータ板62には、隣接する蓄電池12間に、他方の端子間に対応して冷媒を流通させる冷媒通路35bを形成するための切り欠き部70bが設けられる。
積層方向に沿って、切り欠き部70a、70bが交互に配置される。切り欠き部70a、70bは、セパレータ板62の一方の端子又は他方の端子に対向する角部周辺を、例えば、略三角形状に切り欠いて形成される。
この第3の実施形態では、全ての蓄電池12に対して比較的低温の冷媒を供給することができ、前記蓄電池12の冷却効率が向上するとともに、温度ばらつきを抑制する等、上記の第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られる。
10、40、60…蓄電装置 12…蓄電池
12a、12b…主面 12c…上面
12d…底面 12e、12f…側面
12M…蓄電池群 14…ホルダ部材
22a、22b…端子 26、44…流路本体部
28、48…冷媒流路
32a、32b、50a、50b、68a、68b…導入口
34、52、62…セパレータ板
34a、34b、52a、52b、70a、70b…切り欠き部
35a、35b…冷媒通路 42…セパレータ部材
54…支持板 64…流路部材
66a、66b…垂直壁面

Claims (6)

  1. 矩形状を有し、1辺に一対の端子が設けられる複数の蓄電池と、各蓄電池間に挟持されるセパレータとを備える蓄電装置であって、
    前記一対の端子間に位置し、前記蓄電池の積層方向に沿って冷媒を流通させる冷媒流路を備え、
    前記セパレータには、前記冷媒流路から分岐し、前記冷媒を前記冷媒流路とは交差する方向に流通させるとともに、各蓄電池の前記一対の端子を構成する一方の端子に前記冷媒を直接吹き付ける第1導入口と、
    前記第1導入口とは反対方向に前記冷媒を流通させ、各蓄電池の前記一対の端子を構成する他方の端子に前記冷媒を直接吹き付ける第2導入口と、
    が設けられることを特徴とする蓄電装置。
  2. 矩形状を有し、1辺に一対の端子が設けられる複数の蓄電池と、各蓄電池間に挟持されるセパレータとを備える蓄電装置であって、
    前記1辺に前記蓄電池の積層方向に延在して配置される流路部材を備え、
    前記流路部材には、前記一対の端子間に位置し、前記積層方向に沿って冷媒を流通させる冷媒流路と、
    前記冷媒流路から分岐し、前記冷媒を前記冷媒流路とは交差する方向に流通させるとともに、各蓄電池の前記一対の端子を構成する一方の端子に前記冷媒を直接吹き付ける第1導入口と、
    前記第1導入口とは反対方向に前記冷媒を流通させ、各蓄電池の前記一対の端子を構成する他方の端子に前記冷媒を直接吹き付ける第2導入口と、
    が設けられることを特徴とする蓄電装置。
  3. 請求項1又は2記載の蓄電装置において、前記セパレータには、隣接する前記蓄電池間に、前記一方の端子間又は前記他方の端子間に対応して前記冷媒を流通させるための切り欠き部が設けられることを特徴とする蓄電装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄電装置において、前記第1導入口及び前記第2導入口は、前記冷媒流路の流れ方向に沿って異なる開口面積に設定されることを特徴とする蓄電装置。
  5. 矩形状を有し、1辺に一対の端子が設けられる複数の蓄電池と、各蓄電池間に挟持されるセパレータとを備える蓄電装置であって、
    前記一対の端子間に位置し、前記蓄電池の積層方向に沿って冷媒を流通させる冷媒流路と、
    前記冷媒流路から分岐し、前記冷媒を前記冷媒流路とは交差する方向に流通させるとともに、各蓄電池の前記一対の端子を構成する一方の端子に前記冷媒を直接吹き付ける第1導入口と、
    前記第1導入口とは反対方向に前記冷媒を流通させ、各蓄電池の前記一対の端子を構成する他方の端子に前記冷媒を直接吹き付ける第2導入口と、
    を備え、
    前記セパレータには、隣接する前記蓄電池間に、前記一方の端子間又は前記他方の端子間に対応して前記冷媒を流通させるための切り欠き部が設けられることを特徴とする蓄電装置。
  6. 請求項5記載の蓄電装置において、前記セパレータは、前記蓄電池の一方の主面を覆って設けられる面板部を有するとともに、
    前記面板部には、前記一方の端子又は前記他方の端子に対向する角部周辺を切り欠いて前記切り欠き部が形成されることを特徴とする蓄電装置。
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