JP6717189B2

JP6717189B2 - 蓄電装置

Info

Publication number: JP6717189B2
Application number: JP2016249225A
Authority: JP
Inventors: 健悟岩倉; 暁丸井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2020-07-01
Anticipated expiration: 2036-12-22
Also published as: JP2018106822A

Description

本開示は、蓄電装置に関する。

従来から複数の単位電池を含む電池モジュールと、この電池モジュールを冷却する冷却装置とを備えた蓄電装置について各種提案されている。

特開２０１４−１９２０１０号公報に記載された蓄電装置は、電池モジュールと、電池モジュールの底面に配置されたヒートシンクと、ヒートシンクおよび電池モジュールの間に配置された熱伝導部材とを備える。ヒートシンクは、上方に向けて突出する凸部が形成されており、熱伝導部材は凸部によって電池に押し当てられている。熱伝導部材は、弾性変形するシリコンなどの材料によって形成されており、ヒートシンクからの押圧力によって変形する。

特開２０１３−６９６９０号公報に記載された蓄電装置は、電池モジュールと、電池モジュールの底面に間隔をあけて配置された冷却配管と、各冷却配管を電池モジュールの底面に押し付ける挟持部材とを備える。電池モジュールは長尺に形成されており、冷却配管も電池モジュールの長手方向に延びるように形成されている。

特開２０１４−１９２０１０号公報特開２０１３−６９６９０号公報

電池モジュールは、一方向に配列する複数の単位電池を含み、各単位電池は拘束部材によって拘束されている。単位電池を拘束する際に、各単位電池の底面を一致させることは困難であり、各単位電池の底面の高さ位置にばらつきが生じやすい。その結果、電池モジュールには、上方に浮き上がった状態で固定された単位電池が含まれる場合が多い。

そのため、特開２０１３−６９６９０号公報のように冷却配管を電池モジュールの下面に押さえ付けたとしても、上方に浮き上がった単位電池の底面に冷却配管が接触せず、当該単位電池を良好に冷却することができないという課題があった。

本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、複数の単位電池を含む電池モジュールを備えた蓄電装置において、各単位電池を良好に冷却することができる蓄電装置を提供することである。

本開示に係る蓄電装置は、一方向に配列する複数の単位蓄電部を含む蓄電モジュールと、前記一方向に延びると共に、前記蓄電モジュールに配置された冷却管と、前記冷却管を前記蓄電モジュールに押圧する押圧部材とを備える。上記押圧部材は、前記複数の単位蓄電部の各々に設けられた樹脂枠と、前記樹脂枠ごとに設けられると共に前記冷却管に設けられた複数の係合部材とを含む。上記単位蓄電部は、ケースと、前記ケース内に収容された電極体を含む。上記ケースは、複数の壁部と、隣り合う前記壁部によって形成された辺部とを含む。上記冷却管の剛性は前記辺部の剛性よりも低い。

上記蓄電装置によれば、各単位蓄電部に設けられた樹脂枠が係合部材と係合することで、冷却管が各単位蓄電部に押圧される。たとえば、上方にずれた単位蓄電部がある場合には、この単位蓄電部と隣り合う単位蓄電部の辺部によって冷却管が曲げられる。ケースの辺部の剛性は、冷却管の剛性よりも高いためである。その結果、冷却管は、上方にずれたケースの壁に沿うように曲げられる。このように、他の単位蓄電部から位置ずれした単位蓄電部があったとしても、当該単位蓄電部も含めて冷却することができる。

本開示に係る蓄電装置によれば、複数の単位蓄電部を含む電池モジュールを備えた蓄電装置において、各単位蓄電部を良好に冷却することができる。

本実施の形態に係る蓄電装置１が搭載された車両２を模式的に示す模式図である。蓄電装置１を模式的に示す断面図である。単位電池１０および固定枠１５を模式的に示す分解斜視図である。図３に示す状態から樹脂枠２０および係合部材２１を互いに係合させて、バッテリモジュール４に冷却管５を密着させた状態を示す断面図である。バッテリモジュール４の一部を拡大視した側面図である。単位電池１０Ａ，１０Ｂの底壁３５Ａ，３５Ｂおよびその周囲の構成を示す側面図である。単位電池１０Ｃ，１０Ｄの底壁３５Ｃ，３５Ｄおよびその周囲の構成を示す側面図である。固定枠１５の変形例を示す断面図である。

図１から図８を用いて、本実施の形態に係る蓄電装置について説明する。なお、図１から図８に示す構成のうち、同一の構成および実質的に同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。

図１は、本実施の形態に係る蓄電装置１が搭載された車両２を模式的に示す模式図である。この図１に示すように、蓄電装置１は車両２に搭載されている。なお、蓄電装置１の搭載位置は、車室内に限られず、フロアパネルの下面などのように車室外に配置されていてもよい。

図２は、蓄電装置１を模式的に示す断面図である。この図２に示すように、蓄電装置１は、バッテリケース３と、バッテリモジュール４と、冷却管５と、押圧部材６とを備える。

バッテリケース３内には、バッテリモジュール４、冷却管５および押圧部材６が収容されている。

バッテリモジュール４は、一方向に配列する複数の単位電池１０と、複数の単位電池１０を拘束する拘束具１１とを含む。

拘束具１１は、バッテリモジュール４の一端側に配置されたエンドプレート１２と、バッテリモジュール４の他端側に配置されたエンドプレート１３と、拘束バンド１４とを含む。拘束バンド１４は、エンドプレート１２およびエンドプレート１３を連結しており、拘束バンド１４は、エンドプレート１２およびエンドプレート１３が互いに近づくように付勢している。

エンドプレート１２およびエンドプレート１３の間には、複数の単位電池１０が配置されている。エンドプレート１２はバッテリモジュール４の一端側に位置する単位電池１０をエンドプレート１３に向けて押圧しており、エンドプレート１３は、バッテリモジュール４の他端側に位置する単位電池１０をエンドプレート１２に向けて押圧している。

これにより、エンドプレート１２およびエンドプレート１３の間に位置する複数の単位電池１０がエンドプレート１２，１３の間で押圧固定されている。

冷却管５は、バッテリモジュール４の下面側に配置されており、単位電池１０の配列方向に延びるように形成されている。冷却管５は、アルミニウムによって形成されている。

押圧部材６は、複数の固定枠１５を含む。各固定枠１５は単位電池１０ごとに設けられている。固定枠１５は、単位電池１０に設けられた樹脂枠２０と、樹脂枠２０ごとに設けられると共に冷却管５に設けられた係合部材２１とを含む。

図３は、単位電池１０および固定枠１５を模式的に示す分解斜視図である。この図３に示すように、単位電池１０は、金属ケース２５と、電極体２６と、端子２７と、端子２８とを含む。金属ケース２５は、複数の壁部と、隣り合う壁部によって辺部が形成されている。

具体的には、金属ケース２５は、上壁３０と、側壁３１，３２と、端壁３３，３４と、底壁３５とを含む。そして、たとえば、端壁３３および底壁３５によって辺部４０が形成されており、端壁３４および底壁３５によって辺部４１が形成されている。

金属ケース２５はアルミニウムなどによって形成されている。辺部４１においては、底壁３５および端壁３４が直交するように接続されているため、たとえば、辺部４１は底壁３５などの壁部の中央部分よりも剛性が高くなっている。辺部４０においても辺部４１と同様に剛性が高くなっている。そして、本実施の形態においては、辺部４０，４１の剛性は、冷却管５の剛性よりも高い。

端子２７，２８は、上壁３０に設けられている。電極体２６は金属ケース２５内に配置されている。なお、電極体２６は、正極と、セパレータと、負極とを含む。

固定枠１５は樹脂枠２０および係合部材２１を含み、樹脂枠２０は枠片４５および枠片４６を含む。

枠片４５は単位電池１０の端壁３４に装着されており、枠片４６は単位電池１０の端壁３３に装着されている。枠片４５は、係合片５０と、側壁部５１と、係合片５２と、係合爪５３とを含む。係合片５０は上壁３０に配置され、係合片５２は底壁３５に配置される。側壁部５１は端壁３４に配置される。係合爪５３は係合片５２の端部に形成されている。

枠片４６は上壁３０に配置される係合片５５と、端壁３３に配置される側壁部５６と、底壁３５に配置される係合片５７と、係合片５７の先端部に形成された係合爪５８とを含む。

係合部材２１は、底板６０と、底板６０の側辺から上方に立ち上がるように形成された側壁板６１と、側壁板６１の上端部に形成された係合部６２と、底板６０の側辺から上方に立ち上がるように形成された側壁板６３と、側壁板６３の上端に形成された係合部６４とを含む。係合部６２は、側壁板６１の上端部から横方向に張り出すように形成されている。係合部６４は、側壁板６３の上端部から横方向に張り出すように形成されている。

図４は、図３に示す状態から樹脂枠２０および係合部材２１を互いに係合させて、バッテリモジュール４に冷却管５を密着させた状態を示す断面図である。

この図４に示すように、係合部材２１の係合部６２と枠片４５の係合爪５３とを係合させ、さらに、係合部材２１の係合部６４と枠片４６の係合爪５８とを係合させることで、係合部材２１の底板６０が冷却管５を底壁３５に押圧する。

そして、各単位電池１０において樹脂枠２０および係合部材２１を係合させることで、バッテリモジュール４に冷却管５が押圧される。

図５は、バッテリモジュール４の一部を拡大視した側面図である。この図５に示すように、単位電池１０の底壁３５の位置にばらつきが生じる場合がある。

この図５に示すように、単位電池１０Ａと単位電池１０Ｂとは互いに隣り合うように配置されていると共に、単位電池１０Ｂの方が単位電池１０Ａよりも上方に突出した状態で固定されている。また、単位電池１０Ｃおよび単位電池１０Ｄは、互いに隣り合うように配置されており、単位電池１０Ｄは単位電池１０Ｃよりも下方に突出するように固定されている。

図６は、単位電池１０Ａ，１０Ｂの底壁３５Ａ，３５Ｂおよびその周囲の構成を示す側面図である。

この図６に示すように、冷却管５は、単位電池１０Ａに設けられた固定枠１５Ａによって、単位電池１０Ａの底壁３５Ａに押圧されており、単位電池１０Ｂに設けられた固定枠１５Ｂによって底壁３５Ｂに押圧されている。

底壁３５Ｂは底壁３５Ａよりも上方に位置しているため、冷却管５は、単位電池１０Ａの辺部４１Ａにおいて、湾曲するように曲げられている。

すなわち、冷却管５の剛性は、辺部４１Ａの剛性よりも低いため、固定枠１５Ａおよび固定枠１５Ｂによって冷却管５が底壁３５Ａおよび底壁３５Ｂに押圧されることで、冷却管５が辺部４１Ａにおいて湾曲するように変形している。

このように、冷却管５を変形させることで、冷却管５は、単位電池１０Ａ，１０Ｂの底壁３５Ａ，３５Ｂのいずれにも接触することができ、単位電池１０Ａ，１０Ｂを良好に冷却することができる。

図７は、単位電池１０Ｃ，１０Ｄの底壁３５Ｃ，３５Ｄおよびその周囲の構成を示す側面図である。この図７に示すように、冷却管５は固定枠１５Ｃによって底壁３５Ｃに押圧されている。同様に、冷却管５は固定枠１５Ｄによって底壁３５Ｄに押圧されている。そして、単位電池１０Ｄの辺部４０Ｄは冷却管５よりも剛性が高いため、冷却管５は単位電池１０Ｄの辺部４０Ｄにおいて湾曲するように曲げられている。

このように、本実施の形態に係る冷却管５は、単位電池１０の辺部４０，４１よりも剛性が低く、各単位電池１０に冷却管５を各底壁３５に押圧する固定枠１５が設けられている。このため、上下方向において単位電池１０の固定位置がずれたとしても、当該位置ずれが生じた単位電池１０およびその周囲の単位電池１０の辺部において、冷却管５を変形させることができ、冷却管５を各単位電池１０の底壁３５に沿って配置することができる。

その結果、各単位電池１０を良好に冷却することができ、一部の単位電池１０の温度が上昇するなどの弊害が生じることを抑制することができる。

図８は、固定枠１５の変形例を示す断面図である。この図８に示す固定枠１５も、樹脂枠２０と、係合部材２１とを含む。

樹脂枠２０は、枠片４５と、枠片４６とを含む。枠片４５は、係合片５２から下方に向けて延びる係合壁７０を含む。係合壁７０には係合穴７１が形成されている。

同様に、枠片４６は、係合片５７から下方に延びる係合壁７２を含み、係合壁７２には、係合穴７３が形成されている。

係合部材２１は、側壁板６１の上端部に形成された係合爪６６と、側壁板６３の上端部に形成された係合爪６７とを含む。

そして、係合爪６６が係合穴７１と係合し、係合爪６７が係合穴７３と係合することで、係合部材２１が枠片４５，４６と係合する。

なお、今回開示された実施の形態は全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。本開示の範囲は上記した説明ではなく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全ての変更が含まれることが意図される。

１蓄電装置、２車両、３バッテリケース、４バッテリモジュール、５冷却管、６押圧部材、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ単位電池、１１拘束具、１２，１３エンドプレート、１４拘束バンド、１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ固定枠、２０樹脂枠、２１係合部材、２５金属ケース、２６電極体、２７，２８端子、３０，３０Ｄ上壁、３１，３２側壁、３３，３４端壁、３５，３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄ底壁、４０，４０Ｄ，４１，４１Ａ辺部、４５，４６枠片、５０，５２，５５，５７係合片、５１，５６側壁部、５３，５８，６６，６７係合爪、６０底板、６１，６３側壁板、６２，６４係合部、７０，７２係合壁、７１，７３係合穴。

Claims

一方向に配列する複数の単位蓄電部を含む蓄電モジュールと、
前記一方向に延びると共に、前記蓄電モジュールに配置された冷却管と、
前記単位蓄電部毎に設けられると共に前記冷却管を前記蓄電モジュールに押圧する押圧部材と、
を備え、
前記押圧部材は、前記複数の単位蓄電部の各々に設けられた複数の樹脂枠と、前記樹脂枠ごとに設けられると共に前記冷却管に設けられた複数の係合部材とを含み、
前記単位蓄電部は、ケースと、前記ケース内に収容された電極体を含み、
前記ケースは、第１端壁および第２端壁と底壁とを含む複数の壁部と、隣り合う前記壁部である前記第１端壁および前記底壁によって形成された辺部とを含み、
前記冷却管の剛性は前記辺部の剛性よりも低く、
前記係合部材は、
底板と、
前記底板の一方の側辺から上方に立ち上がるように形成された第１側壁板と、
前記第１側壁板の上端に形成されると共に前記樹脂枠のうち前記第１端壁に配置された第１枠片と係合する第１係合部と、
前記底板の他方の側辺から上方に立ち上がるように形成された第２側壁板と、
前記第２側壁板の上端に形成されると共に前記樹脂枠のうち前記第２端壁に配置された第２枠片と係合する第２係合部と、
を含み、
前記底板は、前記冷却管の底面側に配置された、蓄電装置。