JP7133348B2 - battery pack - Google Patents
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Description
本発明は、電動車両などに搭載されるバッテリパックに関する。 The present invention relates to a battery pack mounted on an electric vehicle or the like.
従来より電動車両などにはバッテリパックが搭載されている。バッテリパックは、複数のセルが積層されたセル積層体を備えたバッテリモジュールをケースに収容することで構成される。セルは高温状態になると劣化しやすいため冷却する必要がある。例えば、特許文献1では、内部に冷媒が供給される冷却プレート上にバッテリモジュールを設置している。
Electric vehicles and the like have conventionally been equipped with battery packs. A battery pack is configured by housing a battery module having a cell stack in which a plurality of cells are stacked in a case. Cells need to be cooled because they tend to deteriorate at high temperatures. For example, in
しかしながら、特許文献1では、冷却プレートとバッテリモジュールとの間に隙間が生じるため冷却効率に改善の余地があった。冷却効率を上げるためには、冷却プレートをバッテリモジュールに強制的に押し付けるバネばねや隙間を無くすための伝熱シートを設けることが考えられるが、そうするとバッテリパックの構造が複雑になり組み立て工数が増大するという課題がある。
However, in
本発明は、単純な構造でバッテリモジュールを効率良く冷却できるバッテリパックを提供する。 The present invention provides a battery pack that can efficiently cool battery modules with a simple structure.
本発明は、バッテリモジュールと、
前記バッテリモジュールを冷却する冷却機構と、を備えるバッテリパックであって、
前記冷却機構は、内部に液状媒体が充填され、且つ、柔軟性を有する袋状体であり、
前記袋状体は、少なくとも2枚のアルミシートの端部同士が溶着されることで形成され、
前記少なくとも2枚のアルミシートの前記端部同士が溶着された端部溶着部には、前記液状媒体が導入される冷媒入口部及び前記液状媒体が排出される冷媒出口部が設けられ、
前記バッテリモジュールと前記袋状体とは、柔軟性を有する絶縁材を介して間接的に接触している。
The present invention provides a battery module,
a cooling mechanism that cools the battery module,
The cooling mechanism is a bag-shaped body filled with a liquid medium and having flexibility,
The bag-shaped body is formed by welding the ends of at least two aluminum sheets together,
The welded end portion in which the ends of the at least two aluminum sheets are welded together is provided with a coolant inlet portion through which the liquid medium is introduced and a coolant outlet portion through which the liquid medium is discharged,
The battery module and the bag-like body are in indirect contact via a flexible insulating material.
本発明によれば、内部に液状媒体が充填され、且つ、柔軟性を有する袋状体とバッテリモジュールとが、直接又は絶縁材を介して間接的に接触するので、バネや伝熱シートを備えることなく、単純な構造でバッテリモジュールを効率良く冷却できる。 According to the present invention, the flexible bag-shaped body filled with the liquid medium and the battery module are in direct contact with each other or indirectly via an insulating material. Therefore, the battery module can be efficiently cooled with a simple structure.
以下、本発明のバッテリパックの各実施形態を、添付図面に基づいて説明する。 Hereinafter, each embodiment of the battery pack of the present invention will be described based on the accompanying drawings.
[第1実施形態]
<バッテリパック>
図1に示すように、本発明の第1実施形態のバッテリパック1は、バッテリモジュール10と、バッテリモジュール10を冷却する冷却機構70と、バッテリモジュール10及び冷却機構70を収容するバッテリケース80と、を備える。
[First embodiment]
<Battery pack>
As shown in FIG. 1, a
<バッテリケース>
バッテリケース80は、内部にモジュール収容部81aが形成されたケース本体81と、該ケース本体81の開口部81bを封止するケースカバー82と、を備える。バッテリモジュール10とバッテリケース80の底部83との間には、冷却機構70が設けられている。なお、本実施形態では、バッテリケース80の内部に2つのバッテリモジュール10が配置されているが、バッテリモジュール10は1つでもよく、3つ以上であってもよい。
<Battery case>
The
<バッテリモジュール>
バッテリモジュール10は、図2及び図3に示すように、前後方向に複数のセル21を積層して構成され、前面、後面、左面、右面、上面、及び下面を有するセル積層体20と、セル積層体20の前面及び後面に配置される一対のエンドプレート30と、一対のエンドプレート30を連結するサイドプレート50と、セル積層体20の下面に配置されるボトムプレート60と、を備える。サイドプレート50は、セル積層体20の右面に配置される右サイドプレート50Rと、セル積層体20の左面に配置される左サイドプレート50Lと、を備える。
<Battery module>
As shown in FIGS. 2 and 3, the
なお、本明細書等では説明を簡単且つ明確にするためにセル21の積層方向を前後方向と定義し、セル21の積層方向に直交する方向を左右方向及び上下方向と定義したものであり、バッテリモジュール10が搭載される製品の前後方向等とは無関係である。即ち、バッテリモジュール10が車両に搭載される場合、セル21の積層方向は、車両の前後方向に一致してもよく、車両の上下方向、左右方向であってもよく、これらの方向から傾斜した方向であってもよい。図面には、バッテリモジュール10の前方をFr、後方をRr、左側をL、右側をR、上方をU、下方をD、として示す。
In this specification and the like, the stacking direction of the
(セル積層体)
セル積層体20は、複数のセル21と絶縁部材(図示省略)とを前後方向に交互に積層して構成される。セル積層体20の前面及び後面には、それぞれ一対のエンドプレート30が配置され、セル積層体20の下面には、ボトムプレート60が配置される。また、セル積層体20の左面及び右面には、それぞれ僅かな隙間を介した絶縁状態で右サイドプレート50R及び左サイドプレート50Lが配置される。
(cell laminate)
The
セル21は、温度変化や経年劣化によって膨張することが知られている。セル21は、前後方向の長さよりも上下方向の長さが長く、上下方向の長さよりも左右方向の長さが長い直方体形状を有する。そのため、セル21は前面及び後面の面積が、左面、右面、上面及び下面の面積よりもはるかに大きく、セル21の前面及び後面で、その左右方向中央部及び上下方向中央部が膨張しやすい。
It is known that the
(エンドプレート)
一対のエンドプレート30は、それぞれセル積層体20の前面及び後面に当接し、セル積層体20のセル積層方向の荷重を受け止める。セル積層体20のセル積層方向の荷重は、主に温度変化や経年劣化によるセル21の膨張に起因するものであり、上述したように、セル21の前面及び後面では、その左右方向中央部及び上下方向中央部が膨張しやすいため、エンドプレート30の左右方向中央部及び上下方向中央部に大きな荷重が入力される。
(end plate)
The pair of
エンドプレート30は、アルミ押出材を用いて形成されている。エンドプレート30は、セル積層体20からセル積層方向の大きな荷重を受けるため、セル積層体20と当接する内方の面が平坦であるのに対し、セル積層体20と当接しない外方の面は外方に膨出した形状となっている。各エンドプレート30の左右両端近傍には、左サイドプレート50L及び右サイドプレート50Rを締着するためのボルトB1が取り付けられる複数のねじ孔(図示省略)が設けられている。
The
(サイドプレート)
左サイドプレート50L及び右サイドプレート50Rは、金属板材をプレス加工して形成されており、セル積層体20の左面又は右面に沿うサイドプレート本体51と、サイドプレート本体51の前端から前側のエンドプレート30の前面に沿って互いに近づく方向に延びる前フランジ部52Fと、サイドプレート本体51の後端から後側のエンドプレート30の後面に沿って互いに近づく方向に延びる後フランジ部52Rと、サイドプレート本体51の上端からセル積層体20の上面に沿って互いに近づく方向に延びる上フランジ部53と、サイドプレート本体51の下端からボトムプレート60の下面に沿って互いに近づく方向に延びる下フランジ部54と、を備える。
(side plate)
The
前フランジ部52F及び後フランジ部52Rには、前側のエンドプレート30又は後側のエンドプレート30にボルトB1を介して締結される複数の締結部52aが設けられる。締結部52aは、ボルトB1が挿通される丸孔を有し、該丸孔に挿通したボルトB1を前側のエンドプレート30又は後側のエンドプレート30のねじ孔にねじ込むことで、前フランジ部52F及び後フランジ部52Rが前側のエンドプレート30又は後側のエンドプレート30に締結される。これにより、セル積層体20及び一対のエンドプレート30は、左サイドプレート50L及び右サイドプレート50Rの前フランジ部52F及び後フランジ部52Rによってセル積層方向に保持される。
The
上フランジ部53と下フランジ部54は、セル積層体20の左端部及び右端部においてセル積層体20及びボトムプレート60を上下方向から挟持している。上フランジ部53は、前後方向に並ぶ複数の弾性片53aにより構成されており、弾性片53aの個数及び位置は、前後方向に積層されるセル21の個数及び位置に対応している。
The
下フランジ部54には、ボトムプレート60にボルトB2を介して締結される複数の締結部54aが設けられる。これにより、サイドプレート50を構成する左サイドプレート50L、右サイドプレート50R及びボトムプレート60が一体的に連結される。
The
右サイドプレート50Rの下フランジ部54に設けられる締結部54aは、左方向に開口する切欠部であり、左サイドプレート50Lの下フランジ部54に設けられる締結部54aは、右方向に開口する切欠部である。これにより、ボルトB2をボトムプレート60に仮止めした状態で右サイドプレート50R及び左サイドプレート50Lを左右方向から装着することができる。
The
(ボトムプレート)
ボトムプレート60は、アルミ押出材を用いて形成されており、セル積層体20及びエンドプレート30の下面に沿って延びるボトムプレート本体61と、ボトムプレート本体61の左右両端部から上方に突出し、且つ前後方向に沿って延びるガイド部(図示省略)と、下フランジ部54の締結部54aに締結されるボルトB2が貫通する貫通孔61fと、を備える。ボトムプレート本体61は、平面視長方形であり、前後方向の長さ寸法が前後のエンドプレート30の前後両端間の距離と略等しく選定されている。
(bottom plate)
The
<冷却機構>
図1に戻って、冷却機構70は、内部に液状媒体Wが充填され、且つ、柔軟性を有する袋状体71で構成される。この例では、袋状体71上に、2つのバッテリモジュール10が左右(セル21の積層方向と直交する方向)に並べて配置されている。バッテリモジュール10と袋状体71とは、柔軟性を有する絶縁材72を介して間接的に接触している。絶縁材72は、バッテリモジュール10と袋状体71とを電気的に絶縁し且つ熱伝導性の良好な材質でできている。
<Cooling mechanism>
Returning to FIG. 1, the
袋状体71は、図4に示すように、2枚のアルミシート73の端部73a同士が溶着されることで形成されており、容易に製造できる。袋状体71の2枚のアルミシート73の端部73a同士が溶着された端部溶着部74には、図5に示すように、液状媒体Wが導入される冷媒入口部75i及び液状媒体Wが排出される冷媒出口部75oが設けられている。これにより、アルミシート73に孔をあけることなく冷媒入口部75i及び冷媒出口部75oが形成されるので、袋状体71のシール性が低下しにくい構造になっている。
As shown in FIG. 4, the bag-
また、袋状体71の内部には、2枚のアルミシート73の対向するシート面同士を溶着した複数の溶着部76により、液状媒体Wの流路77が形成されている。2枚のアルミシート73の対向するシート面同士の所望の位置を溶着することにより、袋状体71の内部に溶着部76からなる壁を設けて、所望の形状の流路77を容易に形成することができる。この例では、溶着部76が、袋状体71の左右方向の一方の端部から他方の端部近傍に延び、隣り合う溶着部76が、袋状体71の左右方向の他方の端部から一方の端部近傍に延びており、これが繰り返されることで左右に蛇行した流路77が形成されている。液状媒体Wの流路77を蛇行させたことにより、冷却効率の高い冷却機構70が実現される。
Inside the bag-shaped
上記のように構成された第1実施形態のバッテリパック1によれば、内部に液状媒体Wが充填され、且つ、柔軟性を有する袋状体71で冷却機構70を構成し、袋状体71上に絶縁材72を介してバッテリモジュール10を設置したことにより、液状媒体Wの圧力で膨らむ袋状体71をバッテリモジュール10の下面に押し付けて密着させることができる。これにより、バネや伝熱シートを設けることなく、単純な構造でバッテリモジュール10を効率良く冷却できる。また、このバッテリパック1は、袋状体71に供給する液状媒体Wの圧力を調節することで、袋状体71の膨らみを制御できるので、冷却機構70のレイアウトの自由度が高い。
According to the
[第2実施形態]
第2実施形態のバッテリパック2は、図6に示すように、冷却機構70が、バッテリモジュール10とバッテリケース80の天井部84との間に配置されている。一般的なウォータージャケットであれば、バッテリケース80内のバッテリモジュール10の下部にしか配置できないが、冷却機構70を構成する袋状体71は、内部の液状媒体Wの圧力を調節して膨らみを制御できるので、バッテリモジュール10の上部に冷却機構70を配置することが可能となる。バッテリモジュール10の上部に冷却機構70を配置したことで、熱が溜まりやすい上部からバッテリモジュール10を冷却できるので、バッテリモジュール10をより効率良く冷却できる。
[Second embodiment]
In the
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記実施形態では、袋状体71を2枚のアルミシート73を用いて形成したが、2枚以上のアルミシート73を用いて形成してもよく、1枚のアルミシートを折り曲げて端部同士を溶着することにより形成してもよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified, improved, etc. as appropriate. For example, in the above embodiment, the bag-
また、第2実施形態では、冷却機構70を構成する袋状体71をバッテリモジュール10とバッテリケース80の天井部84との間に配置したが、袋状体71は膨らみを自在に調節できるので、バッテリモジュール10の側部とバッテリケース80の側部との間に配置することも可能である。また、袋状体71を、バッテリケース80内におけるバッテリモジュール10の上部及び側部に配置することも可能である。
In addition, in the second embodiment, the bag-
また、上記実施形態では、バッテリモジュール10と袋状体71とが絶縁材72を介して間接的に接触しているが、袋状体71に絶縁性を持たせることで絶縁材72を省略し、バッテリモジュール10と袋状体71とを直接接触させてもよい。
In the above embodiment, the
また、本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。 In addition, at least the following matters are described in this specification. In addition, although the parenthesis shows the components corresponding to the above-described embodiment, the present invention is not limited to this.
(1) バッテリモジュール(バッテリモジュール10)と、
前記バッテリモジュールを冷却する冷却機構(冷却機構70)と、を備えるバッテリパック(バッテリパック1、2)であって、
前記冷却機構は、内部に液状媒体(液状媒体W)が充填され、且つ、柔軟性を有する袋状体(袋状体71)であり、
前記バッテリモジュールと前記袋状体とは、直接接触するか、又は柔軟性を有する絶縁材(絶縁材72)を介して間接的に接触している、バッテリパック。
(1) a battery module (battery module 10);
A battery pack (battery packs 1 and 2) comprising a cooling mechanism (cooling mechanism 70) that cools the battery module,
The cooling mechanism is a bag-shaped body (bag-shaped body 71) filled with a liquid medium (liquid medium W) and having flexibility,
A battery pack in which the battery module and the bag-shaped body are in direct contact or in indirect contact via a flexible insulating material (insulating material 72).
(1)によれば、内部に液状媒体が充填され、且つ、柔軟性を有する袋状体で冷却機構を構成し、バッテリモジュールと袋状体とを直接又は柔軟性を有する絶縁材を介して間接的に接触させたことにより、液状媒体の圧力で膨らむ袋状体をバッテリモジュールに押し付けて密着させることができる。これにより、バネや伝熱シートを設けることなく、単純な構造でバッテリモジュールを効率良く冷却できる。また、液状媒体の圧力で袋状体の膨らみを制御できるので、冷却機構のレイアウトの自由度が高い。 According to (1), the inside is filled with a liquid medium, the cooling mechanism is configured by a flexible bag-shaped body, and the battery module and the bag-shaped body are directly connected or via a flexible insulating material. The indirect contact allows the bag-shaped body, which expands under the pressure of the liquid medium, to be pressed against the battery module and brought into close contact. As a result, the battery module can be efficiently cooled with a simple structure without providing a spring or a heat transfer sheet. In addition, since the pressure of the liquid medium can be used to control the expansion of the bag-shaped body, the layout of the cooling mechanism has a high degree of freedom.
(2) (1)に記載のバッテリパックであって、
前記袋状体は、少なくとも2枚のアルミシート(アルミシート73)の端部(端部73a)同士が溶着されることで形成されている、バッテリパック。
(2) The battery pack according to (1),
The bag-shaped body is a battery pack formed by welding ends (ends 73a) of at least two aluminum sheets (aluminum sheets 73).
(2)によれば、袋状体を容易に製造できる。 According to (2), the bag-shaped body can be easily manufactured.
(3) (2)に記載のバッテリパックであって、
前記少なくとも2枚のアルミシートの前記端部同士が溶着された端部溶着部(端部溶着部74)には、液状媒体が導入される冷媒入口部(冷媒入口部75i)及び液状媒体が排出される冷媒出口部(冷媒出口部75o)が設けられている、バッテリパック。
(3) The battery pack according to (2),
At the end welded portion (end welded portion 74) where the ends of the at least two aluminum sheets are welded together, a refrigerant inlet portion (
(3)によれば、アルミシートに孔をあけることなく冷媒入口部及び冷媒出口部が形成されるので、袋状体のシール性が低下しにくい。 According to (3), since the coolant inlet and coolant outlet are formed without making holes in the aluminum sheet, the sealing performance of the bag-shaped body is less likely to deteriorate.
(4) (3)に記載のバッテリパックであって、
少なくとも2枚のアルミシートの対向するシート面同士が溶着された溶着部(溶着部76)によって、前記袋状体の内部に前記液状媒体の流路(流路77)が形成されている、バッテリパック。
(4) The battery pack according to (3),
The battery, wherein a flow path (flow path 77) for the liquid medium is formed inside the bag-shaped body by a welded portion (welded portion 76) in which the facing sheet surfaces of at least two aluminum sheets are welded together. pack.
(4)によれば、2枚のアルミシートの対向するシート面同士を所望の位置で溶着させることで流路を容易に形成できる。 According to (4), the flow path can be easily formed by welding the facing sheet surfaces of the two aluminum sheets at desired positions.
(5) (1)~(4)のいずれか1に記載のバッテリパックであって、
前記バッテリパックは、前記バッテリモジュール及び前記冷却機構を収容するバッテリケース(バッテリケース80)をさらに備え、
前記冷却機構は、前記バッテリモジュールの側部又は前記バッテリモジュールの上部(天井部84)と、前記バッテリケースとの間に配置されている、バッテリパック。
(5) The battery pack according to any one of (1) to (4),
The battery pack further comprises a battery case (battery case 80) that houses the battery module and the cooling mechanism,
The battery pack, wherein the cooling mechanism is arranged between a side portion of the battery module or an upper portion (ceiling portion 84) of the battery module and the battery case.
(5)によれば、一般的なウォータージャケットはバッテリモジュールの下部にしか配置できないが、袋状体はその内部の液状媒体の圧力を調節して膨らみを制御できるので、バッテリモジュールの側部又はバッテリモジュールの上部と、バッテリケースとの間に配置することができる。 According to (5), a general water jacket can only be placed at the bottom of the battery module, but the bag-like body can control the swelling by adjusting the pressure of the liquid medium inside. It can be arranged between the top of the battery module and the battery case.
1、2 バッテリパック
10 バッテリモジュール
70 冷却機構
71 袋状体
72 絶縁材
73 アルミシート
73a 端部
74 端部溶着部
75i 冷媒入口部
75o 冷媒出口部
76 溶着部
77 流路
80 バッテリケース
84 天井部(上部)
W 液状媒体
1, 2
W liquid medium
Claims (3)
前記バッテリモジュールを冷却する冷却機構と、を備えるバッテリパックであって、
前記冷却機構は、内部に液状媒体が充填され、且つ、柔軟性を有する袋状体であり、
前記袋状体は、少なくとも2枚のアルミシートの端部同士が溶着されることで形成され、
前記少なくとも2枚のアルミシートの前記端部同士が溶着された端部溶着部には、前記液状媒体が導入される冷媒入口部及び前記液状媒体が排出される冷媒出口部が設けられ、
前記バッテリモジュールと前記袋状体とは、柔軟性を有する絶縁材を介して間接的に接触している、バッテリパック。 a battery module;
a cooling mechanism that cools the battery module,
The cooling mechanism is a bag-like body filled with a liquid medium and having flexibility,
The bag-shaped body is formed by welding the ends of at least two aluminum sheets together,
The welded end portion in which the ends of the at least two aluminum sheets are welded together is provided with a coolant inlet portion through which the liquid medium is introduced and a coolant outlet portion through which the liquid medium is discharged,
A battery pack in which the battery module and the bag-like body are in indirect contact via a flexible insulating material.
少なくとも2枚のアルミシートの対向するシート面同士が溶着された溶着部によって、前記袋状体の内部に前記液状媒体の流路が形成されている、バッテリパック。 The battery pack according to claim 1,
A battery pack, wherein a flow path for the liquid medium is formed inside the bag-shaped body by a welded portion in which opposing sheet surfaces of at least two aluminum sheets are welded together.
前記バッテリパックは、前記バッテリモジュール及び前記冷却機構を収容するバッテリケースをさらに備え、
前記冷却機構は、前記バッテリモジュールの側部又は前記バッテリモジュールの上部と、前記バッテリケースとの間に配置されている、バッテリパック。 The battery pack according to claim 1 or 2,
The battery pack further includes a battery case that houses the battery module and the cooling mechanism,
The battery pack, wherein the cooling mechanism is arranged between a side portion of the battery module or an upper portion of the battery module and the battery case.
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