JP6148202B2 - 蓄電装置の冷却構造 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の蓄電池が積層された蓄電池群を有する蓄電装置の冷却構造に関する。
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）を備えた蓄電モジュールが知られている。この蓄電モジュールは、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。
蓄電モジュールでは、蓄電池の性能及び寿命が温度に依存しており、前記蓄電池が高温になると劣化し易くなる。従って、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こと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の冷却構造が知られている。
この冷却構造では、絶縁性を有するセパレータを間に挟んで複数の角形電池が配列されることにより、組電池が形成されている。そして、組電池の冷却面側には、絶縁性を有する熱伝導シートを介して冷却プレートが設けられている。
特開２０１１−０３４７７５号公報
ところで、上記の冷却構造では、複数の角形電池が配列された組電池と冷却プレートとの間に、１枚の熱伝導シートが押圧された状態で配設されている。このため、熱伝導シートには、圧縮による大きな反力が発生し易く、組電池に大きな荷重が付与され、破損や破壊が惹起されるおそれがある。
そこで、熱伝導シートの厚さを増加させることにより、反力の低減を図ることが考えられる。しかしながら、熱伝導シートが相当に肉厚になり、冷却構造全体が大型化且つ重量化するとともに、経済的ではないという問題がある。
本発明は、この種の問題を解決するものであり、軽量化及びコンパクト化を図るとともに、経済的な構成で、各蓄電池を良好に冷却することが可能な蓄電装置の冷却構造を提供することを目的とする。
本発明は、複数の蓄電池が積層された蓄電池群を有する蓄電装置の冷却構造に関するものである。この冷却構造は、蓄電池群を冷却する冷却プレートと、前記蓄電池群と前記冷却プレートとの間に配置されるとともに、蓄電池毎又は複数の前記蓄電池毎に区分された複数の区画領域を有する仕切り部材とを備えている。そして、各区画領域には、蓄電池と冷却プレートとに一体に接触する熱伝導材が収容されている。また、仕切り部材の側壁には、区画領域の外方に向かって係止部が突出形成され、該側壁を介して区画領域を挟むように配設された一組のスペーサに係止部が圧入される。
また、この冷却構造では、仕切り部材は、蓄電池間に延在する仕切り壁を備え、前記仕切り壁には、該蓄電池に向かって突出し該蓄電池を位置決めするリブ部が設けられることが好ましい。
さらに、この冷却構造では、仕切り壁には、冷却プレートに差し込まれて該冷却プレートとの間に隙間が発生することを抑制する突起部が設けられることが好ましい。
さらにまた、この冷却構造では、区画領域には、熱伝導材が充填されない空間部が形成されることが好ましい。
本発明によれば、仕切り部材に設けられた各区画領域には、蓄電池と冷却プレートとに一体に接触する熱伝導材が収容されている。従って、蓄電池毎に熱伝導材が接触するため、前記蓄電池間の温度のばらつきを抑制することができ、一部の蓄電池が集中的に劣化することを抑制することが可能になる。
しかも、熱伝導ゲルは、薄膜状に設けることができ、軽量化及びコンパクト化を図るとともに、経済的な構成で、各蓄電池を良好に冷却することが可能になる。さらに、蓄電池毎に区分された区画領域を有するため、各区画領域の熱伝導セルの厚さを規定することができる。これにより、外力による厚さ寸法の増減を抑制するとともに、熱伝導ゲルの流出を抑制することが可能になる。
本発明の実施形態に係る蓄電モジュールの概略斜視説明図である。 前記蓄電モジュールの要部分解斜視説明図である。 前記蓄電モジュールの、図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 前記蓄電モジュールの、図１中、ＩＶ−ＩＶ線断面図である。 前記蓄電モジュールを構成する仕切り部材の一部拡大斜視説明図である。 前記蓄電モジュールの下部側からの斜視説明図である。
図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る蓄電モジュール１０は、例えば、図示しないハイブリッド自動車又はＥＶ等の電動車両に搭載される。
蓄電モジュール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、矩形状を有するとともに、立位姿勢に配置された状態で、絶縁性を有するセパレータ（ホルダ）１４と交互に矢印Ａ方向に積層される。
図２に示すように、蓄電池群１２Ｍの積層方向両端には、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（又はセパレータ１４でもよい）１６ａ、１６ｂを介装して長方形状のエンドプレート１８ａ、１８ｂが配置される。エンドプレート１８ａ、１８ｂ同士は、矢印Ｂ方向両端に配置され、矢印Ａ方向に延在する、例えば、一対の連結バンド２０ａ、２０ｂにより連結される（図１及び図２参照）。
蓄電池１２は、例えば、リチウムイオンバッテリからなり、長方形（又は正方形）を有する。各蓄電池１２の上面には、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。互いに隣接する蓄電池１２の端子２２ａと端子２２ｂとは、バスバー２４により電気的に接続される。
インシュレータプレート１６ａ、１６ｂは、略平板状（セパレータ１４と同様でもよい）に構成される。エンドプレート１８ａ、１８ｂは、略平板状に構成される。図２及び図４に示すように、エンドプレート１８ａの矢印Ｂ方向両端縁部には、一対の孔部２６ａが矢印Ｃ方向に貫通形成される。一対の孔部２６ａは、連結バンド２０ａ、２０ｂの内方に設けられ、蓄電モジュール１０を設置部位２８に固定するため一対の締結ボルト（締結部材）３０ａを収容する。設置部位２８は、例えば、電動車両の板金により構成され、一対の締結ボルト３０ａが螺合する一対の雌ねじ部２８ａを設ける。
図２に示すように、エンドプレート１８ａのプレート面には、一対の孔部２６ａよりも前記プレート面の中央側に、それぞれ複数、例えば、３個のねじ孔３２ａが矢印Ｃ方向に沿って互いに平行に設けられる。ねじ孔３２ａは、矢印Ａ方向に形成されており、孔部２６ａと干渉しない位置に設定される。
なお、エンドプレート１８ｂ側は、上記のエンドプレート１８ａ側と同様に構成されており、同一の構成要素には、同一の参照数字に符号ａに代えて符号ｂを付し、その詳細な説明は省略する。
図１及び図２に示すように、連結バンド２０ａは、横長形状を有する板金（金属プレート）により形成され、必要に応じて、例えば、軽量化や蓄電池１２の冷却用に冷媒を導入するために開口部２１ａが形成される。連結バンド２０ａは、蓄電池群１２Ｍの積層方向一端から見た正面視で、断面形状コ字状を有する。連結バンド２０ａの長手方向（長辺方向）の各取り付け部（端部）２０ａｔ、２０ａｔは、エンドプレート１８ａ、１８ｂの短辺を覆って配置される。
各取り付け部２０ａｔには、複数の孔部３４ａが一体に形成される。各孔部３４ａは、エンドプレート１８ａ、１８ｂの各ねじ孔３２ａ、３２ｂと同軸上に配置される。ねじ３６ａは、孔部３４ａ、３４ａに挿入されてねじ孔３２ａ、３２ｂに螺合することにより、連結バンド２０ａの各取り付け部２０ａｔとエンドプレート１８ａ、１８ｂとが固定される。取り付け部２０ａｔは、孔部２６ａよりもプレート面の中央部側で該エンドプレート１８ａ、１８ｂに固定される。
連結バンド２０ａの上下両端には、鉛直方向から水平方向内方に屈曲する折り曲げ部２０ａｒが設けられる。折り曲げ部２０ａｒは、蓄電池群１２Ｍの積層方向に延在し、前記蓄電池群１２Ｍの一方の角部を保持する。
連結バンド２０ｂは、上記の連結バンド２０ａと同様に構成されており、同一の構成要素には、同一の参照数字に符号ａに代えて符号ｂを付し、その詳細な説明は省略する。
蓄電モジュール１０の底部には、冷却構造３７が装着される。冷却構造３７は、図２〜図４に示すように、蓄電池群１２Ｍを冷却する冷却プレート、例えば、ヒートシンク３８と、前記蓄電池群１２Ｍと前記ヒートシンク３８との間に配置される仕切り部材４０とを備える。
ヒートシンク３８は、例えば、連結バンド２０ａ、２０ｂの下端側の折り曲げ部２０ａｒ、２０ｂｒの底部にねじ止め等により固定される。ヒートシンク３８は、矢印Ａ方向の寸法が蓄電池群１２Ｍの矢印Ａ方向の寸法と略同一の寸法に設定される。ヒートシンク３８の長尺方向一端、例えば、エンドプレート１８ａ側の端部には、冷媒供給ポート３８ａと冷媒排出ポート３８ｂとが設けられる。
仕切り部材４０は、蓄電池１２毎に区分された複数の区画領域４０ａを有するとともに、各区画領域４０ａには、前記蓄電池１２とヒートシンク３８とに一体に接触する熱伝導材として熱伝導ゲル４２が収容される。熱伝導ゲル４２としては、例えば、シリコーンゲルが用いられるが、これに限定されるものではない。図４及び図５に示すように、仕切り部材４０は、幅狭なフレーム形状を有し、蓄電池１２間に延在する複数の仕切り壁４０ｐを備える。各仕切り壁４０ｐの両側には、蓄電池１２に向かって突出し前記蓄電池１２を位置決めするリブ部４０ｒが、矢印Ｂ方向に所定の間隔ずつ離間して設けられる。
図４に示すように、仕切り壁４０ｐには、ヒートシンク３８側（リブ部４０ｒとは反対側）に膨出し、前記ヒートシンク３８に差し込まれる突起部４０ｔが設けられる。突起部４０ｔは、図６に示すように、矢印Ｂ方向及び矢印Ａ方向に延在するとともに、ヒートシンク３８と仕切り部材４０との間に隙間が発生することを抑制する機能を有する。
図５に示すように、仕切り部材４０の矢印Ｂ方向両端には、それぞれ矢印Ａ方向に所定の間隔ずつ離間して複数の係止部４０ｋが外方に向かって突出形成される。仕切り部材４０の板厚ｔは、熱伝導ゲル４２の膜厚を設定するとともに、区画領域４０ａには、前記熱伝導ゲル４２が充填されない空間部Ｓが形成される。熱伝導ゲル４２による応力を緩和させるためである。
図２に示すように、連結バンド２０ａ、２０ｂの下端側の折り曲げ部２０ａｒ、２０ｂｒと蓄電池群１２Ｍの底面との間には、矢印Ａ方向に長尺な略板状のスペーサ４４ａ、４４ｂが介装される。図６に示すように、スペーサ４４ａ、４４ｂには、仕切り部材４０の矢印Ｂ方向の両端が固定される。仕切り部材４０の各係止部４０ｋは、スペーサ４４ａ、４４ｂに圧入され、各区画領域４０ａを液密に保持する（図３参照）。
このように構成される蓄電モジュール１０を製造する際には、複数の蓄電池１２が積層されて蓄電池群１２Ｍが形成される。蓄電池群１２Ｍの積層方向一端には、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、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。さらに、エンドプレート１８ａ、１８ｂには、一対の連結バンド２０ａ、２０ｂの各取り付け部２０ａｔ、２０ｂｔがねじ３６ａ、３６ｂを介して固定される。
蓄電池群１２Ｍの下端部には、冷却構造３７が装着される。仕切り部材４０は、スペーサ４４ａ、４４ｂを介して蓄電池群１２Ｍに底面に略接触して配置される。ヒートシンク３８は、連結バンド２０ａ、２０ｂの下端側の折り曲げ部２０ａｒ、２０ｂｒに保持された状態で、例えば、ねじ止めされるとともに、仕切り部材４０を介して熱伝導ゲル４２が配置される。
次いで、一対の締結ボルト３０ａは、エンドプレート１８ａの一対の孔部２６ａに挿入されるとともに、先端部が一対の雌ねじ部２８ａに螺合する。一方、一対の締結ボルト３０ｂは、エンドプレート１８ｂの一対の孔部２６ｂに挿入されるとともに、先端部が一対の雌ねじ部２８ｂに螺合する。従って、蓄電モジュール１０は、設置部位２８に固定される。
この場合、本実施形態では、図２〜図４に示すように、仕切り部材４０に設けられた各区画領域４０ａには、蓄電池１２とヒートシンク３８とに一体に接触する熱伝導ゲル４２が収容されている。従って、蓄電池１２毎に熱伝導ゲル４２が接触するため、前記蓄電池１２間の温度のばらつきを抑制することができ、一部の蓄電池１２が集中的に劣化することを抑制することが可能になるという利点が得られる。
しかも、熱伝導ゲル４２は、薄膜状に設けることができ、軽量化及びコンパクト化を図るとともに、経済的な構成で、各蓄電池１２を良好に冷却することが可能になる。さらに、蓄電池１２毎に区分された区画領域４０ａを有するため、各区画領域４０ａの熱伝導ゲル４２の厚さを規定することができる。これにより、外力による厚さ寸法の増減を抑制するとともに、例えば、蓄電モジュール１０が傾斜しても、熱伝導ゲル４２の流出を確実に抑制することが可能になるという効果が得られる。
また、図４及び図５に示すように、仕切り部材４０は、蓄電池１２間に延在する複数の仕切り壁４０ｐを備え、各仕切り壁４０ｐの両側には、蓄電池１２に向かって突出するリブ部４０ｒが設けられている。このため、簡単且つコンパクトな構成で、各蓄電池１２を確実に位置決めすることができるという利点が得られる。
さらにまた、仕切り壁４０ｐには、ヒートシンク３８側（リブ部４０ｒとは反対側）に膨出し、前記ヒートシンク３８に差し込まれる突起部４０ｔが設けられている。従って、ヒートシンク３８と仕切り部材４０との間に隙間が発生することを抑制することが可能になる。
なお、本実施形態では、熱伝導材としてゲル状のものを使用したが、これに限定されるものではなく、例えば、ゴム状タイプやパテ状タイプ等を用いてもよい。また、本実施形態では、仕切り部材４０は、蓄電池１２毎に区分されているが、これに限定されるものではなく、複数の前記蓄電池１２毎に区分してもよい。例えば、２つの蓄電池１２毎に区分してもよい。
１０…蓄電モジュール １２…蓄電池
１２Ｍ…蓄電池群 １４…セパレータ
１８ａ、１８ｂ…エンドプレート ２０ａ、２０ｂ…連結バンド
２０ａｔ、２０ｂｔ…取り付け部 ２８…設置部位
３０ａ、３０ｂ…締結ボルト ３７…冷却構造
３８…ヒートシンク ４０…仕切り部材
４０ａ…区画領域 ４０ｋ…係止部
４０ｐ…仕切り壁 ４０ｒ…リブ部
４０ｔ…突起部 ４２…熱伝導ゲル
４４ａ、４４ｂ…スペーサ

Claims (4)

  1. 複数の蓄電池が積層された蓄電池群を有する蓄電装置の冷却構造であって、
    前記蓄電池群を冷却する冷却プレートと、
    前記蓄電池群と前記冷却プレートとの間に配置されるとともに、前記蓄電池毎又は複数の前記蓄電池毎に区分された複数の区画領域を有する仕切り部材と、
    各区画領域に収容され、前記蓄電池と前記冷却プレートとに一体に接触する熱伝導材と、
    を備え、
    前記仕切り部材の側壁には、前記区画領域の外方に向かって係止部が突出形成され、該側壁を介して前記区画領域を挟むように配設された一組のスペーサに前記係止部が圧入されることを特徴とする蓄電装置の冷却構造。
  2. 請求項１記載の冷却構造において、前記仕切り部材は、前記蓄電池間に延在する仕切り壁を備え、
    前記仕切り壁には、該蓄電池に向かって突出し該蓄電池を位置決めするリブ部が設けられることを特徴とする蓄電装置の冷却構造。
  3. 請求項２記載の冷却構造において、前記仕切り壁には、前記冷却プレートに差し込まれて該冷却プレートとの間に隙間が発生することを抑制する突起部が設けられることを特徴とする蓄電装置の冷却構造。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却構造において、前記区画領域には、前記熱伝導材が充填されない空間部が形成されることを特徴とする蓄電装置の冷却構造。
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