JP7127624B2

JP7127624B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP7127624B2
Application number: JP2019141952A
Authority: JP
Inventors: 太朗松下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-08-01
Filing date: 2019-08-01
Publication date: 2022-08-30
Anticipated expiration: 2039-08-01
Also published as: JP2021026841A

Description

本開示は、電池パックに関する。

たとえば、特開２０１１－９６４６５号公報（特許文献１）には、交互に積層された２次電池および冷却板を備えるバッテリシステムが開示されている。冷却板は、その両側に配置された２次電池の主面部に接触して設けられ、可撓性を有する第１の平板および第２の平板と、第１の平板および第２の平板の間に介在する中間樹脂部とを有する。第１の平板および第２の平板と、中間樹脂部の隔壁部とに囲まれた位置には、冷媒が流れる通路が形成されている。

このほか、従来の電池パックを開示する文献として、特開２０１７－１８３０７１号公報（特許文献２）、特開２００８－１２４０３３号公報（特許文献３）および特開２０１２－５９３８０号公報（特許文献４）がある。

特開２０１１－９６４６５号公報特開２０１７－１８３０７１号公報特開２００８－１２４０３３号公報特開２０１２－５９３８０号公報

上述の特許文献１に開示されたバッテリシステムにおいては、２次電池の膨張に伴って、第１の平板および第２の平板が撓むとともに、中間樹脂部の隔壁部が弾性変形することによって、２次電池の膨張を冷却板により吸収する。この際、冷媒が流れる通路が押しつぶされるため、冷媒の流量が減少し、２次電池の冷却効率が低下する可能性がある。

そこで本開示の目的は、上記の課題を解決することであり、単電池の膨張時であっても、単電池の冷却効率が高く維持される電池パックを提供することである。

本開示に従った電池パックは、第１単電池と、第１単電池に対して積層される第２単電池と、第１単電池および第２単電池の間を通るように設けられ、第１単電池および第２単電池の間において、第１単電池および第２単電池の積層方向における外力を受けた場合に弾性変形が可能な配管部材とを備える。配管部材は、第１単電池および第２単電池の間に配置され、冷媒が流通する第１冷媒通路と、第１単電池および第２単電池の間に配置される第２冷媒通路とを形成する。電池パックは、配管部材に設けられ、第１冷媒通路内の圧力が上昇した場合に開弁して、第２冷媒通路に冷媒を流通させる弁部材をさらに備える。

このように構成された電池パックによれば、配管部材が、第１単電池および第２単電池の膨縮運動に伴って弾性変形することによって、第１単電池および第２単電池の寸法変動を吸収することができる。また、配管部材の変形に伴って、冷媒が流通する第１冷媒通路が押しつぶされると、第１冷媒通路内の圧力が上昇する。これにより、弁部材が開弁し、冷媒が流通する通路として第２冷媒通路が追加される。結果、第１単電池および第２単電池の膨張時にあっても、第１単電池および第２単電池の間における冷媒の流量が十分に確保されるため、第１単電池および第２単電池の冷却効率を高く維持することができる。

以上に説明したように、本開示に従えば、単電池の膨張時であっても、単電池の冷却効率が高く維持される電池パックを提供することができる。

実施の形態における電池パックを示す上面図である。図１中のＩＩ－ＩＩ線上の矢視方向に見た電池パックを示す側面図である。図１中のＩＩＩ－ＩＩＩ線上の矢視方向に見た電池パックを示す側面図である。図３中のＩＶ－ＩＶ線上の矢視方向に見た電池パックを示す断面図である。単電池の膨張時における電池パックを示す側面図である。図５中のＶＩ－ＶＩ線上の矢視方向に見た電池パックを示す断面図である。

本開示の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、実施の形態における電池パックを示す上面図である。図１を参照して、本実施の形態における電池パック１０は、車両駆動用の電源を構成している。電池パック１０は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能なバッテリから電力供給されるモータとを動力源とするハイブリッド自動車、外部充電が可能なプラグインハイブリッド自動車、もしくは、電気自動車などに搭載される。

電池パック１０は、複数の電池スタック２１（２１Ｘ，２１Ｙ，２１Ｚ）と、ケース体１２とを有する。

電池スタック２１は、複数の単電池（２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ，２６Ｅ，２６Ｆ，２６Ｇ）と、エンドプレート２２およびエンドプレート２３と、拘束バンド（不図示）とを有する。

単電池２６は、リチウムイオン電池である。単電池２６は、直方体形状の薄板形状を有する。単電池２６は、拘束面３１および拘束面３２と、頂面３３と、底面３４とを有する。拘束面３１および拘束面３２は、単電池２６の外観をなす複数の側面（６つの側面）のうちで最も大きい面積を有する。拘束面３１および拘束面３２は、互いに水平方向における反対方向を向いている。頂面３３は、上方を向いている。底面３４は、下方を向いている。

複数の単電池２６は、一方向（図１中の矢印１０１に示す方向であり、以下、「単電池２６の積層方向」ともいう）に積層されている。複数の単電池２６は、積層方向において互いに隣り合う単電池２６，２６間において、拘束面３１と拘束面３２とが向かい合わせとなるように積層されている。各電池スタック２１において、単電池２６Ａ、単電池２６Ｂ、単電池２６Ｃ、単電池２６Ｄ、単電池２６Ｅ、単電池２６Ｆおよび単電池２６Ｇは、挙げた順に、単電池２６の積層方向に並んでいる。なお、電池スタック２１を構成する単電池２６の数は、特に限定されない。

単電池２６は、正極端子２７と、負極端子２８とを有する。正極端子２７および負極端子２８は、頂面３３から突出している。複数の単電池２６は、積層方向において互いに隣り合う単電池２６，２６間において、正極端子２７と負極端子２８とが並ぶように積層されている。積層方向において互いに隣り合う単電池２６，２６間において、正極端子２７と負極端子２８とがバスバー（不図示）により接続されることによって、複数の単電池２６は、互いに電気的に直列に接続されている。

エンドプレート２２およびエンドプレート２３は、単電池２６の積層方向において、複数の単電池２６の両側に配置されている。エンドプレート２２は、単電池２６の積層方向において、単電池２６Ａと隣り合って配置されている。エンドプレート２３は、単電池２６の積層方向において、単電池２６Ｇと隣り合って配置されている。エンドプレート２２およびエンドプレート２３は、単電池２６の積層方向が厚み方向となる平板からなる。エンドプレート２２およびエンドプレート２３は、単電池２６の積層方向に延びる拘束バンドによって互いに連結されている。

複数の単電池２６は、単電池２６の積層方向において、エンドプレート２２およびエンドプレート２３により挟持されている。複数の単電池２６は、エンドプレート２２およびエンドプレート２３の間において、単電池２６の積層方向における拘束力を受けている。

電池スタック２１は、全体として、直方体形状を有する。電池スタック２１は、図１に示される上面視において、単電池２６の積層方向が長手方向となり、単電池２６の積層方向に直交する方向（矢印１０２に示す方向）が短手方向となる矩形形状を有する。

電池スタック２１Ｘ、電池スタック２１Ｙおよび電池スタック２１Ｚは、挙げた順に、単電池２６の積層方向に直交する方向（図１中の矢印１０２に示す方向）に並んでいる。なお、電池パック１０を構成する電池スタック２１の数は、特に限定されない。

ケース体１２は、筐体からなる（図１中では、図示の便宜上、ケース体１２の上面が透視されている）。複数の電池スタック２１は、ケース体１２に収容されている。

図２は、図１中のＩＩ－ＩＩ線上の矢視方向に見た電池パックを示す側面図である。図３は、図１中のＩＩＩ－ＩＩＩ線上の矢視方向に見た電池パックを示す側面図である。図４は、図３中のＩＶ－ＩＶ線上の矢視方向に見た電池パックを示す断面図である。

図１から図４を参照して、電池パック１０は、配管部材４１と、弁部材５１とをさらに有する。

配管部材４１は、冷媒が流通可能な通路を形成する部材である。冷媒は、液体であってもよいし、気体であってもよい。弁部材５１は、配管部材４１に設けられている。弁部材５１は、配管部材４１における冷媒流れを制御する。

配管部材４１は、積層方向において互いに隣り合う単電池２６，２６間を通るように設けられている。配管部材４１は、積層方向において互いに隣り合う単電池２６，２６間において、単電池２６の拘束面３２と、その単電池２６に隣り合って配置された単電池２６の拘束面３１とに接触している。一例として、図４に示される断面位置でいえば、配管部材４１は、単電池２６Ｂおよび単電池２６Ｃの間を通るように設けられている。配管部材４１は、単電池２６Ｂの拘束面３２と、単電池２６Ｃの拘束面３１とに接触するように設けられている。

配管部材４１は、複数の電池スタック２１間に渡って、積層方向において互いに隣り合う単電池２６，２６間を通るように設けられている。

より具体的には、配管部材４１は、複数の直線区間部６１と、複数の反転区間部６２とを有する。配管部材４１は、直線区間部６１において、単電池２６の積層方向に直交する方向に沿って直線状に延びている。配管部材４１は、反転区間部６２において、単電池２６の積層方向に直交する方向に沿った一方向から、その逆方向に反転するように延びている。直線区間部６１と、反転区間部６２とは、配管部材４１の経路上において交互に並んでいる。配管部材４１は、全体として、ミアンダ状に延びている。

配管部材４１は、直線区間部６１において、エンドプレート２２および単電池２６Ａの間を通りながら、電池スタック２１Ｘ、電池スタック２１Ｙおよび電池スタック２１Ｚを挙げた順に通り過ぎている。配管部材４１は、反転区間部６２において進行方向を反転させた後、単電池２６Ａおよび単電池２６Ｂの間を通りながら、電池スタック２１Ｚ、電池スタック２１Ｙおよび電池スタック２１Ｘを挙げた順に通り過ぎている。

配管部材４１は、先と同様に、反転区間部６２における反転を挟みながら、直線区間部６１において、単電池２６Ｂ、単電池２６Ｃ、単電池２６Ｄ、単電池２６Ｅ、単電池２６Ｆおよび単電池２６Ｇのうちの互いに隣り合う単電池２６，２６間を通るように設けられている。配管部材４１は、単電池２６Ｆおよび単電池２６Ｇの間を通り、反転区間部６２において進行方向を反転させた後、単電池２６Ｇおよびエンドプレート２３の間を通りながら、電池スタック２１Ｚ、電池スタック２１Ｙおよび電池スタック２１Ｘを挙げた順に通り過ぎている。

配管部材４１は、積層方向において互いに隣り合う単電池２６，２６間において、単電池２６の積層方向における外力を受けた場合に弾性変形が可能なように構成されている。

より具体的には、配管部材４１は、少なくとも直線区間部６１において、樹脂製のチューブから構成されている。配管部材４１は、たとえば、ポリエステル糸によって補強された内周面を有するシリコーンゴム製チューブから構成されている。

配管部材４１は、集合通路４２と、複数の第１冷媒通路４６と、第２冷媒通路４７とを形成している。

集合通路４２は、反転区間部６２に設けられている。集合通路４２には、複数の第１冷媒通路４６に供給される冷媒が集合し、複数の第１冷媒通路４６から排出された冷媒が集合する。

複数の第１冷媒通路４６は、直線区間部６１に設けられている。複数の第１冷媒通路４６は、積層方向において互いに隣り合う単電池２６，２６間に配置されている。複数の第１冷媒通路４６は、上下方向（図２中の矢印１０３に示す方向）に並んでいる。複数の第１冷媒通路４６は、単電池２６の積層方向に直交する方向に延びる両端において、集合通路４２，４２に接続されている。

なお、図２から図４中には、４本の第１冷媒通路４６が示されているが、第１冷媒通路４６の数は、１本であってもよいし、４本以外の複数本であってもよい。複数の第１冷媒通路４６は、図２から図４中に示されるように別々のチューブによって設けられてもよいし、１本のチューブの内部に区画されて設けられてもよい。

第２冷媒通路４７は、直線区間部６１に設けられている。第２冷媒通路４７は、積層方向において互いに隣り合う単電池２６，２６間に配置されている。第２冷媒通路４７は、複数の第１冷媒通路４６と上下方向に並んでいる。第２冷媒通路４７は、単電池２６の積層方向に直交する方向に延びる両端において、集合通路４２，４２に接続されている。第２冷媒通路４７は、図１中の位置Ｐ（各直線区間部６１における冷媒流れの上流側に対応）および位置Ｑ（各直線区間部６１における冷媒流れの下流側に対応）において、集合通路４２，４２に接続されている。

本実施の形態では、第２冷媒通路４７が、上下方向において、正極端子２７および負極端子２８が設けられた頂面３３よりも、底面３４に近い側に設けられている。第２冷媒通路４７は、上下方向に並ぶ複数の第１冷媒通路４６のうち最も下側に配置された第１冷媒通路４６の下方に設けられている。

第１冷媒通路４６および第２冷媒通路４７は、円形断面の通路形状を有する。複数の第１冷媒通路４６は、互いに等しい通路面積を有する。第１冷媒通路４６および第２冷媒通路４７は、互いに等しい通路面積を有する。第１冷媒通路４６および第２冷媒通路４７は、互いに異なる通路面積を有してもよい。

図５は、単電池の膨張時における電池パックを示す側面図である。図６は、図５中のＶＩ－ＶＩ線上の矢視方向に見た電池パックを示す断面図である。図５および図６は、それぞれ、通常時における電池パック１０を示す図３および図４に対応している。

図１から図６を参照して、弁部材５１は、第２冷媒通路４７における冷媒流れを制御する。弁部材５１は、第１冷媒通路４６内の圧力が上昇した場合に開弁して、第２冷媒通路４７に冷媒を流通させる。

弁部材５１は、図１中の位置Ｐ（各直線区間部６１における冷媒流れの上流側に対応）において、集合通路４２に対して第２冷媒通路４７が接続される部分に設けられている。

弁部材５１は、弁体５２と、コイルバネ等の弾性体５３とを有する。弁体５２は、集合通路４２から第２冷媒通路４７に向けての冷媒の流入を規制する閉弁位置と、集合通路４２から第２冷媒通路４７に向けての冷媒の流入を許容する開弁位置との間で動作可能である。弾性体５３は、弁体５２を閉弁位置に向けて付勢している。

図３および図４に示されるように、通常時、複数の第１冷媒通路４６に冷媒が流通することによって、その両側に配置された単電池２６が冷却される。

図５および図６に示されるように、単電池２６における充放電時のＳＯＣ（State of charge）変動または温度変動に伴って、単電池２６の膨縮運動が発生する。これに対して、本実施の形態では、配管部材４１が、積層方向において互いに隣り合う単電池２６，２６間において、単電池２６の積層方向における外力を受けた場合に弾性変形が可能なように構成されている。このような構成により、配管部材４１の弾性変形を通じて、単電池２６の膨縮時の寸法変動を吸収することができる。

また、単電池２６の膨張量が増すと、第１冷媒通路４６がその両側の単電池２６によって押しつぶされる。この場合、第１冷媒通路４６における通路面積が小さくなって、複数の第１冷媒通路４６における冷媒の流量が減少してしまう。

これに対して、本実施の形態では、弁部材５１が、第１冷媒通路４６内の圧力が上昇することによって開弁し、第２冷媒通路４７に冷媒を流通させる。より具体的には、第１冷媒通路４６における通路面積が小さくなると、第１冷媒通路４６内を流通する冷媒の圧力が上昇する。このような冷媒の圧力が、集合通路４２を通じて弁部材５１に作用することによって、弁体５２が、弾性体５３の弾性力に抗しながら閉弁位置から開弁位置に向けて動作する。これにより、集合通路４２から第２冷媒通路４７に向けての冷媒の流入が許容され、冷媒が流通する通路として第２冷媒通路４７が追加される。結果、単電池２６の膨張時にあっても、積層方向において互いに隣り合う単電池２６，２６間を流れる冷媒の流量が十分に確保されるため、単電池２６の冷却効率を高く維持することができる。

また、本実施の形態では、第２冷媒通路４７が、上下方向において、正極端子２７および負極端子２８が設けられた頂面３３よりも、底面３４に近い側に設けられている。このような構成により、通常時には、複数の第１冷媒通路４６を流通する冷媒により、発熱部である正極端子２７および負極端子２８を優先的に冷却する一方、単電池２６の膨張時に追加される第２冷媒通路４７は、単電池２６の底面３４側に配置することによって、正極端子２７および負極端子２８をより効率的に冷却することができる。

今回開示された実施の形態はすべ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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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すべての変更が含まれることが意図される。

本開示は、たとえば、車両駆動用の電池パックに適用される。

１０電池パック、１２ケース体、２１，２１Ｘ，２１Ｙ，２１Ｚ電池スタック、２２，２３エンドプレート、２６，２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ，２６Ｅ，２６Ｆ，２６Ｇ単電池、２７正極端子、２８負極端子、３１，３２拘束面、３３頂面、３４底面、４１配管部材、４６第１冷媒通路、４７第２冷媒通路、５１弁部材、５２弁体、５３弾性体、６１直線区間部、６２反転区間部。

Claims

第１単電池と、
前記第１単電池に対して積層される第２単電池と、
前記第１単電池および前記第２単電池の間を通るように設けられ、前記第１単電池および前記第２単電池の間において、前記第１単電池および前記第２単電池の積層方向における外力を受けた場合に弾性変形が可能な配管部材とを備え、
前記配管部材は、
前記第１単電池および前記第２単電池の間に配置され、冷媒が流通する第１冷媒通路と、
前記第１単電池および前記第２単電池の間に配置される第２冷媒通路とを形成し、さらに、
前記配管部材に設けられ、前記第１冷媒通路内の圧力が上昇した場合に開弁して、前記第２冷媒通路に冷媒を流通させる弁部材を備える、電池パック。