JP6254904B2 - 蓄電モジュール及びその固定構造 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の蓄電池が積層される蓄電池群を備え、前記蓄電池群の積層方向両端にエンドプレートが配置されるとともに、前記エンドプレート同士が連結バンドにより連結される蓄電モジュール及びその固定構造に関する。
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装置が知られている。
この組電池装置は、直方体形状の単電池セルと、熱伝導性及び電気絶縁性を有する熱伝導部材と、が交互に複数個列設された組電池部材を備えている。組電池部材の一表面には、冷却通路と冷媒が流通するトンネル状の冷却通路が形成されている。そして、冷却通路の内部には、熱伝導部材の少なくとも一部が伝熱可能に表出するとともに、前記冷却通路は、断熱性の区画壁により外部から区画されている。
このため、単電池セルから発する熱は、有効に冷却通路を通じて外部へ放出することができ、前記単電池セルの冷却効率が向上する、としている。
特開2009−301877号公報
ところで、上記の組電池装置では、電動車両に搭載する際に、装置外部に張り出して取り付け構造を設ける必要がある。このため、組電池装置全体が相当に大型化する場合があり、特に収容スペースが制約された車両に前記組電池装置を良好に搭載することができないという問題がある。
一方、冷却通路を形成する区画壁を小型化して、取り付け構造の設置スペースを確保することが考えられる。しかしながら、冷却通路が絞られることから、圧力損失が増大し、冷却効率が低下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、ヒートシンクの面積を良好に確保するとともに、設備全体を容易に小型化することが可能な蓄電モジュール及びその固定構造を提供することを目的とする。
本発明に係る蓄電モジュールは、複数の蓄電池が積層される蓄電池群と、前記蓄電池群の積層方向両端に設けられるエンドプレートと、前記エンドプレート同士を連結する連結バンドと、を備えている。
蓄電モジュールは、締結部材収容部とヒートシンクとを備えている。締結部材収容部は、連結バンドの内方に位置してエンドプレートに直接又は隣接して設けられ、蓄電モジュールを設置部位に固定する一対の締結部材を収容している。ヒートシンクは、蓄電池群に接触し、締結部材収容部から延在する一対の締結部材間に配置されている。
そして、連結バンドは、蓄電池群の側部側からエンドプレートのプレート面側に屈曲する取り付け部を有し、前記取り付け部は、締結部材収容部よりも前記プレート面の中央部側で該エンドプレートに固定されている。
また、本発明は、設置部位を有するフレームに固定される蓄電モジュールに関するものである。蓄電モジュールは、フレームに沿って複数の蓄電池が積層される蓄電池群と、前記蓄電池群の積層方向両端に設けられるエンドプレートとを備えている。蓄電モジュールは、さらに一対のエンドプレート同士を連結する連結バンドと、フレームと蓄電池群の間に設けられ、前記蓄電池群に接触するヒートシンクと、を備えている。
一対のエンドプレートは、一対の締結部材を介して設置部位に固定される第1のエンドプレートを含むとともに、前記第1のエンドプレートは、前記一対の締結部材がそれぞれ収容される一対の締結部材収容部を有している。連結バンドは、フレームに対して垂直となる蓄電池群の側面に沿って延在する本体部と、前記本体部からプレート面側に屈曲する取り付け部と、を有している。
取り付け部は、第1のエンドプレートのプレート面において、一対の締結部材収容部よりも内側に固定されている。一方、ヒートシンクは、内部に冷媒が流通される流路を有するとともに、前記流路は、第1のエンドプレートから設置部位に向けて延在する一対の締結部材の間を通っている。
さらに、蓄電モジュールでは、一対のエンドプレートは、さらに一対の締結部材を介して設置部位に固定される第2のエンドプレートを含むとともに、前記第2のエンドプレートは、前記一対の締結部材がそれぞれ収容される一対の締結部材収容部を有することが好ましい。その際、ヒートシンクは、流路が第2のエンドプレートから設置部位に向けて延在する一対の締結部材の間を通ることが好ましい。
さらにまた、本発明に係る蓄電モジュールの固定構造は、連結バンドの内方に位置してエンドプレートに直接又は隣接して設けられる一対の締結部材収容部と、前記締結部材収容部に挿入され、設置部位に締結される一対の締結部材と、を備えている。
また、この固定構造では、蓄電モジュールは、蓄電池群に接触し、締結部材収容部から延在する一対の締結部材間に配置されるヒートシンクを備えることが好ましい。その際、連結バンドは、蓄電池群の側部側からエンドプレートのプレート面側に屈曲する取り付け部を有し、前記取り付け部は、締結部材収容部よりも前記プレート面の中央部側で該エンドプレートに固定される。
本発明によれば、連結バンドの取り付け部は、締結部材収容部よりもエンドプレートのプレート面の中央部側で前記エンドプレートに固定されている。このため、一対の締結部材は、取り付け部の外方に配置され、前記締結部材間の間隔を大きく設定することができる。従って、一対の締結部材間に配置されるヒートシンクの面積を確保することが可能になり、前記ヒートシンクは、冷媒の圧力損失が有効に低減されて冷却効率の向上が容易に図られる。
また、本発明によれば、連結バンドの内方に位置してエンドプレートに直接又は隣接して設けられる一対の締結部材収容部を備え、前記締結部材収容部には、設置部位に締結される締結部材が挿入されている。これにより、蓄電モジュール全体が良好に小型化されるとともに、狭小な設置スペース内に前記蓄電モジュールを確実に設置することができる。
本発明の第1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一方のエンドプレート側からの正面説明図である。 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の底面図である。 本発明の第2の実施形態に係る蓄電モジュール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モジュールの一部断面側面図である。 前記蓄電モジュールの底面図である。
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〜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、固定構造25aを構成する締結部材収容部である一対の孔部26aが矢印C方向に貫通形成される。
図2及び図3に示すように、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。図3及び図4に示すように、設置部位28は、例えば、電動車両を構成する板金(フレーム)に設けられ、一対の締結ボルト30aが螺合する一対の雌ねじ部28aを有する。
なお、蓄電モジュール10を図示しない外装ケースに収容した状態で、電動車両に搭載する際には、前記外装ケースを構成する板金(フレーム)に一対の雌ねじ部28aを設けることができる。従って、一対の締結ボルト30aは、一対の雌ねじ部28aに螺合することにより、蓄電モジュール10を外装ケースに固定することが可能になる。
図2及び図3に示すように、エンドプレート(第1のエンドプレート)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して2列に設けられる。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(第2のエンドプレート)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)により形成される。連結バンド20aは、蓄電池群12Mの側面に位置する本体部20amと、前記本体部20amの長手方向(積層方向)両端からプレート面側に屈曲する取り付け部(端部)20at、20atとを有する。本体部20amには、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、蓄電池群12Mに接触し、一対の孔部26aから延在する一対の締結ボルト30a間に、及び一対の孔部26bから延在する一対の締結ボルト30b間に、位置してヒートシンク38が配置される。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。図3に示すように、ヒートシンク38の矢印B方向の幅寸法h1は、一対の締結ボルト30aの互いに対向する外周面間の寸法h2及び一対の締結ボルト30bの互いに対向する外周面間の寸法h2と同等以下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40aと冷媒排出ポート40bとが設けられる。図5に示すように、ヒートシンク38は、内部に冷媒が流通される流路42を有する。流路42は、エンドプレート18b側で折り返すU字状を有するとともに、エンドプレート18aから設置部位28に向けて延在する一対の締結ボルト30aの間を通っている。ヒートシンク38の流路42は、エンドプレート18bから設置部位28に向けて延在する一対の締結ボルト30b間を通っている。
上記の構成では、一対の締結ボルト30a又は一対の締結ボルト30bは、エンドプレート18a、18bから設置部位28に向けて延在しているが、ヒートシンク38を前記一対の締結ボルト30a間又は前記一対の締結ボルト30b間に配置することができる。
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がセパレータ14を介装して積層されるとともに、積層方向両端には、インシュレータプレート16a、16bを介装してエンドプレート18a、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。なお、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。
次いで、図3及び図4に示すように、固定構造25aを構成する一対の締結ボルト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、固定構造25bを構成する一対の締結ボルト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。
このとき、蓄電モジュール10の蓄電池群12Mを構成する蓄電池12は、設置部位28が設けられるフレーム(図示せず)に沿って積層されている。また、連結バンド20a、20bがフレームに対して垂直となるように、蓄電モジュール10は、前記フレーム上に配置されている。従って、連結バンド20a、20bの本体部20am、20bmは、フレームと対向する蓄電池群12Mの面(底面)に対して隣接する蓄電池群12Mの面(側面)に沿って延在する構成を有する。一方、ヒートシンク38は、蓄電池群12Mと設置部位28が設けられるフレームとの間に配置される構成を有する。
この場合、第1の実施形態では、図1及び図3に示すように、連結バンド20a、20bの取り付け部20at、20btは、エンドプレート18aの孔部26a、26aよりもプレート面の中央部側で固定されている。すなわち、一対の孔部26aは、各ねじ孔32aよりもエンドプレート18aの幅方向(矢印B方向)外方に配置されている。
このため、図3に示すように、一対の締結ボルト30aの間隔(一対の締結ボルト30aの互いに対向する外周面間の寸法h2)を大きく設定することができる。同様に、一対の孔部26bは、各ねじ孔32bよりもエンドプレート18bの幅方向(矢印B方向)外方に配置されている。従って、一対の締結ボルト30bの間隔を大きく設定することができる。
これにより、一対の締結ボルト30a間及び一対の締結ボルト30b間に配置されるヒートシンク38は、幅寸法h1が有効に拡大され、前記ヒートシンク38の面積を確保することが可能になる。このため、ヒートシンク38は、冷媒供給ポート40aの近傍及び冷媒排出ポート40bの近傍の形状自由度が増加し、冷媒の圧力損失が有効に低減され、冷却効率の向上が容易に図られるという効果が得られる。
また、連結バンド20a、20bの取り付け部20at、20btは、エンドプレート18a、18bの幅方向中央側に比較的長尺に延在している。従って、取り付け部20at、20btをエンドプレート18a、18bのプレート面に沿って容易に倣わせることができる。これにより、ねじ36a、36bの螺合により取り付け部20at、20btをプレート面に圧着させるための締結力を削減させることが可能になり、前記ねじ36a、36bの締結力を連結バンド20a、20bの固定に有効に利用することができる。
しかも、図5に示すように、ヒートシンク38の流路42は、エンドプレート18aから設置部位28に向けて延在する一対の締結ボルト30aの間、及びエンドプレート18bから設置部位28に向けて延在する一対の締結ボルト30b間を通っている。このため、流路42の断面積を有効に確保することが可能になり、冷媒を循環させる際の損失を抑制することができるという効果が得られる。
さらに、第1の実施形態に係る固定構造25a、25bでは、連結バンド20a、20bの内方に位置して、エンドプレート18a、18bに孔部26a、26bが直接設けられている。そして、孔部26a、26bには、雌ねじ部(設置部位)28a、28bに締結される締結ボルト30a、30bが挿入されている。このため、蓄電モジュール10全体が良好に小型化されるとともに、狭小な設置スペース内に前記蓄電モジュール10を確実に設置することが可能になるという効果が得られる。
図6は、本発明の第2の実施形態に係る蓄電モジュール50の要部分解斜視説明図である。なお、第1の実施形態に係る蓄電モジュール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。また、以下に説明する第3の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
蓄電モジュール50では、エンドプレート18a、18bよりも幅方向(矢印B方向)の寸法が小さなエンドプレート52a、52bを備える。エンドプレート52aの幅方向両側には、角柱状のボルト収容部材(締結部材収容部)54aが配置される。エンドプレート52aの幅方向両端縁部には、それぞれ複数のねじ孔32a、32aが形成されるとともに、各ボルト収容部材54aには、矢印C方向に貫通して孔部26aが形成される。
エンドプレート52bの幅方向両側には、角柱状のボルト収容部材(締結部材収容部)54bが配置される。エンドプレート52bの幅方向両端縁部には、それぞれ複数のねじ孔32b、32bが形成されるとともに、各ボルト収容部材54bには、矢印C方向に貫通して孔部26bが形成される。
このように構成される第2の実施形態では、一対の孔部26a及び一対の孔部26bは、各ねじ孔32a、32bよりもエンドプレート52a、52bの幅方向(矢印B方向)外方に配置されている。このため、ヒートシンク38の面積を良好に確保することができ、冷却効率の向上が容易に図られる等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。
さらに、連結バンド20a、20bの内方に位置して、エンドプレート52a、52bの両側には、ボルト収容部材54a、54bが設けられ、前記ボルト収容部材54a、54bに孔部26a、26bが形成されている。従って、蓄電モジュール50全体が良好に小型化されるとともに、狭小な設置スペース内に前記蓄電モジュール50を確実に設置することが可能になる等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。
図7は、本発明の第3の実施形態に係る蓄電モジュール60の一部断面側面図である。
図7及び図8に示すように、蓄電モジュール60は、ヒートシンク62を備えるとともに、前記ヒートシンク62は、エンドプレート18a側の端部に冷媒供給ポート40aが設けられるとともに、エンドプレート18b側に端部に冷媒排出ポート40bが設けられる。ヒートシンク62は、内部に冷媒を流通させる流路42aを有し、前記流路42aは、エンドプレート18a側からエンドプレート18b側に直線的に延在する。流路42aは、一対の締結ボルト30a間、及び一対の締結ボルト30b間を通っている。
このように構成される第3の実施形態では、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、50、60…蓄電モジュール 12…蓄電池
12M…蓄電池群 14…セパレータ
18a、18b、52a、52b…エンドプレート
20a、20b…連結バンド 20at、20bt…取り付け部
25a、25b…固定構造 26a、26b、34a…孔部
28…設置部位 28a、28b…雌ねじ部
30a、30b…締結ボルト 32a、32b…ねじ孔
38、62…ヒートシンク 40a…冷媒供給ポート
40b…冷媒排出ポート 42、42a…流路
54a、54b…ボルト収容部材

Claims (4)

  1. 複数の蓄電池が積層される蓄電池群と、
    前記蓄電池群の積層方向両端に設けられるエンドプレートと、
    前記エンドプレート同士を連結する連結バンドと、
    を備える蓄電モジュールであって、
    前記連結バンドの内方に位置して前記エンドプレートに直接又は隣接して設けられ、前記蓄電モジュールを設置部位に固定する一対の締結部材を収容する締結部材収容部と、
    前記蓄電池群に接触し、前記締結部材収容部から延在する前記一対の締結部材間に配置されるヒートシンクと、
    を備え、
    前記連結バンドは、前記蓄電池群の側部側から前記エンドプレートのプレート面側に屈曲する取り付け部を有し、前記取り付け部は、前記締結部材収容部よりも前記プレート面の中央部側で該エンドプレートに固定されることを特徴とする蓄電モジュール。
  2. 設置部位を有するフレームに固定される蓄電モジュールであって、
    前記フレームに沿って複数の蓄電池が積層される蓄電池群と、
    前記蓄電池群の積層方向両端に設けられるエンドプレートと、
    一対のエンドプレート同士を連結する連結バンドと、
    前記フレームと前記蓄電池群の間に設けられ、前記蓄電池群に接触するヒートシンクと、
    を備え、
    前記一対のエンドプレートは、一対の締結部材を介して前記設置部位に固定される第1のエンドプレートを含むとともに、前記第1のエンドプレートは、前記一対の締結部材がそれぞれ収容される一対の締結部材収容部を有し、
    前記連結バンドは、前記フレームに対して垂直となる前記蓄電池群の側面に沿って延在する本体部と、
    前記本体部からプレート面側に屈曲する取り付け部と、
    を有し、前記取り付け部は、前記第1のエンドプレートのプレート面において、前記一対の締結部材収容部よりも内側に固定され、
    前記ヒートシンクは、内部に冷媒が流通される流路を有するとともに、前記流路は、前記第1のエンドプレートから前記設置部位に向けて延在する前記一対の締結部材の間を通ることを特徴とする蓄電モジュール。
  3. 請求項2記載の蓄電モジュールにおいて、前記一対のエンドプレートは、さらに一対の締結部材を介して前記設置部位に固定される第2のエンドプレートを含むとともに、前記第2のエンドプレートは、前記一対の締結部材がそれぞれ収容される一対の締結部材収容部を有し、
    前記ヒートシンクは、該流路が前記第2のエンドプレートから前記設置部位に向けて延在する前記一対の締結部材の間を通ることを特徴とする蓄電モジュール。
  4. 複数の蓄電池が積層される蓄電池群と、
    前記蓄電池群の積層方向両端に設けられるエンドプレートと、
    前記エンドプレート同士を連結する連結バンドと、
    を備える蓄電モジュールを設置部位に固定するための蓄電モジュールの固定構造であって、
    前記連結バンドの内方に位置して前記エンドプレートに直接又は隣接して設けられる一対の締結部材収容部と、
    前記締結部材収容部に挿入され、前記設置部位に締結される一対の締結部材と、を備え
    前記蓄電モジュールは、前記蓄電池群に接触し、前記締結部材収容部から延在する前記一対の締結部材間に配置されるヒートシンクを備え、
    前記連結バンドは、前記蓄電池群の側部側から前記エンドプレートのプレート面側に屈曲する取り付け部を有し、前記取り付け部は、前記締結部材収容部よりも前記プレート面の中央部側で該エンドプレートに固定されることを特徴とする蓄電モジュールの固定構造。
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