JP7904069B2 - 蓄電装置 - Google Patents

蓄電装置

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Description

本発明は、車両に搭載される蓄電装置に関する。
車両に搭載される蓄電装置は、二次電池セルが複数直列に接続された電池ブロックと、電池ブロックの下部に設けられ電池ブロックを冷却する冷却プレートと、電池ブロックを上部から覆うカバーとを備える（例えば特許文献１参照）。
特開２０１３－２２９１８２号公報
上記のような蓄電装置では、車両の衝突等によって外力が加えられた場合に冷却プレートが破損し、冷却プレート内を流れる冷媒によって二次電池セルが漏電するおそれがある。
そこで本発明では、二次電池セルの漏電を低減することを目的とする。
本発明の一実施形態に係る蓄電装置は、二次電池セルが収容される電池トレイと、前記電池トレイを囲む電池フレームと、前記電池トレイ及び前記電池フレームの上部に設けられ冷媒が流通する冷媒流路が形成されたプレート部と、前記電池フレームより外側において前記電池フレームと上下方向にオーバーラップするように配置され、前記冷媒流路と内部空間とが連通するように前記プレート部に接続された主配管部とを有する冷却プレートと、を備える。
本発明によれば、二次電池セルの漏電を低減することができる。
図１は、車両の構成を示した図である。 図２は、蓄電装置の構成を説明する分解斜視図である。 図３は、電池トレイに収容された二次電池セルを説明する図である。 図４は、蓄電装置のＡ－Ａ断面図である。 図５は、蓄電装置のＢ－Ｂ断面図である。 図６は、第２の実施形態における蓄電装置の断面図である。 図７は、第２の実施形態における蓄電装置の断面図である。 図８は、変形例の蓄電装置の構成を説明する分解斜視図である。
＜１．第１の実施形態＞
［１．１．車両１の構成］
図１は、車両１の構成を示した図である。図１に示すように、車両１は、モータ２、蓄電装置３、インバータ４を備える電気自動車である。なお、車両１は、ハイブリッド自動車であってもよい。
モータ２は、車両１を走行させる動力源であり、例えば、三相交流モータである。モータ２は、蓄電装置３からインバータ４を介して電力が供給されると駆動力を発生させ、駆動力を駆動輪に伝達することで車両１を走行させる。なお、車両１がハイブリッド自動車である場合、動力源としてエンジンも備えることとなる。
また、モータ２は、回生運転を行うことによって電気（電力）を生成する。モータ２の回生運転によって生成された電気は、インバータ４を介して蓄電装置３に供給される。
蓄電装置３は、いわゆる高電圧バッテリであり、モータ２に供給するための電気を蓄電可能である。蓄電装置３は、例えば車両１のフロア下部に搭載されている。
インバータ４は、蓄電装置３から供給される直流電流を三相の交流電流に変換してモータ２に供給する。また、モータ２が回生運転を行う場合、インバータ４は、モータ２から供給される交流電流を直流電流に変換して蓄電装置３に供給する。
蓄電装置３は、モータ２による回生運転によって充電が可能である。また、蓄電装置３は、不図示の外部装置からの電気供給によっても充電が可能である。
［１．２．第１の実施形態の蓄電装置の構成］
図２は、蓄電装置３の構成を説明する分解斜視図である。図３は、電池トレイ１２に収容された二次電池セル１４を説明する図である。図４は、蓄電装置３のＡ－Ａ断面図である。図５は、蓄電装置３のＢ－Ｂ断面図である。
図２～図５に示すように、蓄電装置３は、電池フレーム１１、電池トレイ１２、冷却プレート１３及び複数の二次電池セル１４を備えている。電池フレーム１１及び電池トレイ１２は、車体に固定されている。
電池フレーム１１は、例えばアルミニウム、鉄又は樹脂材によって形成されている。
電池フレーム１１は、全体として車両１の前後方向に長く左右方向に短い略四角形の枠状となるように本体部１１ａが形成されている。
電池フレーム１１は、本体部１１ａに囲まれた内側の空間内に、前後方向に所定間隔だけ離隔して複数（図では２個）のリブ１１ｂが設けられている。複数のリブ１１ｂは、本体部１１ａに囲まれた空間内において、左右方向の両端がそれぞれ本体部１１ａに溶接等によって接着されている。
これにより、電池フレーム１１の内側には、電池トレイ１２を収容する空間が複数（図では３個）分割するように形成される。なお、以下では、本体部１１ａに囲まれた空間であってリブ１１ｂによって分割された空間を収容空間１１ｃと表記する。
本体部１１ａは、左右方向の両側であって前後方向に延びる部分に、前後方向に所定間隔だけ離隔して複数のネジ溝１１ｄが形成されている。
電池トレイ１２は、例えば樹脂材によって形成されている。電池トレイ１２は、底となる底部１２ａと、底部１２ａから略四角形の枠状となるように上方向に突出した枠部１２ｂとが一体に成形されている。そして、底部１２ａ及び枠部１２ｂに囲まれた空間が二次電池セル１４を収容する空間となる。
底部１２ａは、収容空間１１ｃよりも若干大きく形成された板状の部材である。底部１２ａには、左右方向の両端部におけるネジ溝１１ｄと対向する位置に貫通孔１２ｃが形成されている。
枠部１２ｂは、収容空間１１ｃ内に収まるように収容空間１１ｃよりも若干小さく形成されている。
したがって、電池トレイ１２は、車体に固定された電池フレーム１１に対して下方から収容空間１１ｃ内に挿入され、貫通孔１２ｃを介して締結ボルト等がネジ溝１１ｄに螺合されることで電池フレーム１１に固定される。すなわち、電池トレイ１２は、下方から電池フレーム１１に取付可能である。
図３に示すように、電池トレイ１２には、複数の二次電池セル１４が搭載されている。二次電池セル１４は、例えばリチウムイオン電池等であり、充電及び放電を繰り返して使用することが可能である。
二次電池セル１４は、前後方向の長さが枠部１２ｂよりも若干短く、左右方向の長さが枠部１２ｂよりも十分に短く、上下方向の長さ（高さ）が枠部１２ｂよりも若干短く形成されている。そして、複数の二次電池セル１４は、枠部１２ｂ内において左右方向に複数（図では１０個）並べて収容されている。
複数の二次電池セル１４は、バスバー１５によって直列に接続されている。バスバー１５は、伝導率が高い金属材によって形成されている。バスバー１５は、二次電池セル１４の上面における前後方向の両端部であって、左右方向に隣接して配置された二次電池セル１４を接続するように配置されている。そして、前方向に配置されたバスバー１５、及び、後方向に配置されたバスバー１５は、それぞれ左右方向に一直線上に揃うように配置されている。
二次電池セル１４と電池トレイ１２の底部１２ａとの間には、バネ部材１６が設けられている。バネ部材１６は、例えば皿バネや板バネ等でなり弾性変形が可能である。バネ部材１６は、電池トレイ１２が電池フレーム１１内で固定された際に、二次電池セル１４を上方向、即ち冷却プレート１３に押し付ける。
冷却プレート１３は、プレート部２１、及び、プレート部２１の左右方向の両端にそれぞれ接続された主配管部２２を備え、二次電池セル１４を冷却する。
プレート部２１は、例えばアルミニウムでなる２枚の平板２１ａ、２１ｂが上下方向に重ね合わされた板合わせ構造となっている。プレート部２１における上側の平板２１ａは、平らに形成されている。プレート部２１における下側の平板２１ｂは、所定の凹凸加工が施されている。そして、プレート部２１は、このような２枚の平板２１ａ、２１ｂが上下方向から重ね合わされることで、２枚の平板２１ａ、２１ｂ間に冷媒が流れる冷媒流路２１ｃ（隙間）が形成される。
具体的には、冷媒流路２１ｃは、二次電池セル１４を接続するバスバー１５に沿って形成されている。上記したように、バスバー１５が左右方向に一直線上に揃うように配置されているため、バスバー１５と対向するように左右方向に延びる冷媒流路２１ｃが前後方向に離隔して複数（図では６個）形成されている。
主配管部２２は、電池フレーム１１よりも剛性が低い部材により形成されている。主配管部２２は、前後方向においてプレート部２１と略同一の長さを有しており、冷媒が流通する内部空間２２ａが前後方向に沿って形成されている。
そして、主配管部２２は、プレート部２１に形成された冷媒流路２１ｃと内部空間２２ａとが連通するようにプレート部２１に接続されている。
また、主配管部２２には冷媒配管を介して不図示のラジエターが接続されており、ラジエターで冷却された冷媒が一方の主配管部２２に供給される。そして、一方の主配管部２２に供給された冷媒は、プレート部２１の冷媒流路２１ｃに分配される。分配された冷媒は、それぞれの冷媒流路２１ｃを通過した後に他方の主配管部２２に集められる。その後、他方の主配管部２２からラジエターに冷媒が排出され、ラジエターによって冷媒が冷却された後に一方の主配管部２２に冷媒が供給される。
このように、冷媒は、一方の主配管部２２、プレート部２１、他方の主配管部２２、ラジエター、一方の主配管部２２と循環する。
冷却プレート１３は、電池フレーム１１を上側から覆うように電池フレーム１１に固定される。このとき、冷却プレート１３は、冷媒流路２１ｃを形成する平板２１ｂ部分が絶縁材１７を介してバスバー１５と接触するように電池フレーム１１に対して固定される。絶縁材１７は、熱伝統率が高い絶縁体である。これにより、蓄電装置３では、発熱が大きいバスバー１５を効率よく冷却することができ、冷却効率を向上することができる。
冷却プレート１３が電池フレーム１１に固定される際、主配管部２２は、電池フレーム１１よりも左右方向の外側に配置されている。また、主配管部２２は、電池フレーム１１の上面よりも下方向まで延びるように形成されている。すなわち、主配管部２２は、上下方向で電池フレーム１１とオーバーラップするように配置されている。
そして、車両１が例えば側方（左右方向）から衝突した際に蓄電装置３に外力が働いたとする。このとき、主配管部２２が電池フレーム１１と上下方向にオーバーラップするように配置されることで、蓄電装置３に働いた外力は、左右方向において最も外側に配置された主配管部２２に加えられることになる。
そして、主配管部２２に加えられた外力により主配管部２２が破損すると、主配管部２２から冷媒が漏れることになる。このとき、主配管部２２が電池フレーム１１より外側に配置されているため、電池フレーム１１の内側に配置された電池トレイ１２内に冷媒が浸入することを回避することができる。すなわち、二次電池セル１４が冷媒に触れて漏電するおそれを低減することができる。
また、プレート部２１には、前後方向における冷媒流路２１ｃの間に、二次電池セル１４と上下方向に離隔した排気流路２１ｄが形成される。排気流路２１ｄは、プレート部２１の平板２１ｂが上方向に窪むように形成されている。これにより、二次電池セル１４から煙が発生しても、排気流路２１ｄを通して煙を外部に排出することが可能となる。
＜２．第２の実施形態＞
図６及び図７は、第２の実施形態における蓄電装置１０３の断面図である。なお、図６は、第１の実施形態における図４と同一方向の断面図（Ａ－Ａ断面図）である。また、図７は、第１の実施形態における図５と同一方向の断面図（Ｂ－Ｂ断面図）である。
第２の実施形態における蓄電装置１０３は、第１の実施形態における蓄電装置３と比べて、冷却プレート１１３が異なり、他の構成は同一である。そこで、ここでは、主に冷却プレート１１３の構造について説明し、第１の実施形態と同一の構造には同一の符号を付してその説明を省略する。
図６及び図７に示すように、蓄電装置１０３は、電池フレーム１１、電池トレイ１２、冷却プレート１１３及び複数の二次電池セル１４を備えている。
冷却プレート１１３は、プレート部１２１、及び、プレート部１２１の左右方向の両端にそれぞれ接続された主配管部２２を備える。
プレート部１２１は、左右方向に延びる複数の冷媒流路１２１ａ、及び、左右方向に延びる複数の排気流路１２１ｂが形成されるように、例えばアルミニウムが左右方向に押し出される押出成形により形成されている。
具体的には、冷媒流路１２１ａは、二次電池セル１４を接続するバスバー１５に沿って形成されている。上記したように、バスバー１５が左右方向に一直線上に揃うように配置されているため、バスバー１５と対向するように左右方向に延びる冷媒流路１２１ａが前後方向に離隔して複数（図では６個）形成されている。
冷媒流路１２１ａは、主配管部２２の内部空間２２ａと連通している。したがって、冷媒は、一方の主配管部２２、プレート部１２１の冷媒流路１２１ａ、他方の主配管部２２、ラジエター、一方の主配管部２２と循環する。
冷却プレート１１３は、電池フレーム１１を上側から覆うように電池フレーム１１に固定される。このとき、冷却プレート１１３は、冷媒流路１２１ａを形成するプレート部１２１部分が絶縁材１７を介してバスバー１５と接触するように電池フレーム１１に対して固定される。これにより、蓄電装置１０３では、発熱が大きいバスバー１５を効率よく冷却することができ、冷却効率を向上することができる。
また、車両１が例えば側方から衝突した際に蓄電装置３に外力が働いたとする。このとき、第１の実施形態と同様に、主配管部２２が電池フレーム１１と上下方向にオーバーラップするように配置されることで、蓄電装置１０３に働いた外力は、左右方向において最も外側に配置された主配管部２２に加えられることになる。
そして、主配管部２２に加えられた外力により主配管部２２が破損すると、主配管部２２から冷媒が漏れることになる。このとき、主配管部２２が電池フレーム１１より外側に配置されているため、電池フレーム１１の内側に配置された電池トレイ１２内に冷媒が浸入することを回避することができる。すなわち、二次電池セル１４が冷媒に触れて漏電するおそれを低減することができる。
また、プレート部１２１が左右方向に押し出される押出成形により形成されているため、左右方向の外力に対して剛性が高いので、二次電池セル１４の圧壊を低減することができる。
排気流路１２１ｂは、前後方向における冷媒流路１２１ａの間であって、プレート部１２１が上方向に窪むように形成されている。これにより、二次電池セル１４から煙が発生しても、排気流路１２１ｂを通して煙を外部に排出することが可能となる。
＜３．変形例＞
なお、以上の実施形態は本発明を実施する一例で有り、本発明の実施は以上の例に限定されず、各種の変形例が考えられる。
例えば、上記した実施形態では、プレート部２１、１２１がバスバー１５に絶縁材１７を介して接触するようにした。しかしながら、プレート部２１、１２１は、バスバー１５及び二次電池セル１４の上面に接触するようにしてもよい。また、プレート部２１、１２１は、二次電池セル１４の上面に接触するようにしてもよい。
また、上記した実施形態では、複数の電池トレイ１２が設けられるようにしたが、電池トレイ１２は１つであってもよい。ただし、複数の電池トレイ１２が設けられることにより、車種ごとに大きさの異なる電池トレイ１２を製造する必要がなく、搭載する電池トレイ１２の数によりバッテリ容量を変更することができる。また、蓄電装置３、１０３が故障したときに、故障した電池トレイ１２のみを交換するだけでよく、作業効率を向上することができる。さらに、電池トレイ１２（二次電池セル１４）をリパーパスして使用する場合に、電池トレイ１２を分割して組み替えることが可能となる。
また、上記した実施形態では、二次電池セル１４と電池トレイ１２の底部１２ａとの間にバネ部材１６が設けられるようにしたが、バネ部材１６は設けられていなくてもよい。
また、上記した実施形態では、電池フレーム１１及び電池トレイ１２の上部に冷却プレート１３、１１３が設けられるようにした場合について説明した。しかしながら、図８に示すように、変形例としての蓄電装置２０３のように、冷却プレート２１３は、電池フレーム１１及び電池トレイ１２の下部に設けられるようにしてもよい。
蓄電装置２０３は、電池フレーム１１、電池トレイ１２、冷却プレート２１３及びアッパーカバー１８を備える。冷却プレート２１３は、電池フレーム１１及び電池トレイ１２の下部に設けられ、下側から二次電池セル１４を冷却する。この場合であっても、主配管部２２は、電池フレーム１１より外側において電池フレーム１１と上下方向にオーバーラップするように配置されている。また、蓄電装置２０３では、電池トレイ１２の上部の開口を塞ぐアッパーカバー１８が取り付けられている。なお、電池トレイ１２には、図８に示すように、底部１２ａに貫通孔が設けられ、冷却効果を向上させるようにしてもよい。また、蓄電装置２０３は、アッパーカバー１８を設けることなく、電池トレイ１２を下方向に開口させて冷却プレート２１３でその開口を塞ぐようにしてもよい。また、二次電池セル１４は、バスバー１５が下面に配置されるようにしてもよい。
＜４．まとめ＞
上記のように実施形態の蓄電装置３、１０３は、車両１のフロア下部に搭載される蓄電装置３、１０３であって、二次電池セル１４が収容される電池トレイ１２と、電池トレイ１２を囲む電池フレーム１１と、電池トレイ１２及び電池フレーム１１の上部に設けられ冷媒が流通する冷媒流路２１ｃが形成されるプレート部２１、１２１と、電池フレーム１１より外側において電池フレーム１１と上下方向にオーバーラップするように配置され、冷媒流路２１ｃと内部空間２２ａとが連通するようにプレート部２１に接続された主配管部２２とを有する冷却プレート１３、１１３と、を備える。
これにより、蓄電装置３、１０３では、車両１が側方から衝突した際に外力が左右方向において最も外側に配置された主配管部２２に加えられることになる。そのため、主配管部２２に加えられた外力により主配管部２２が破損しても、電池フレーム１１の内側に配置された電池トレイ１２内に冷媒が浸入することを回避することができる。かくして、蓄電装置３、１０３は、二次電池セル１４が冷媒に触れて漏電するおそれを低減することができる。
また、蓄電装置３、１０３では冷却プレート１３、１１３が上蓋を兼ねているため、上蓋を別途設ける場合と比較して、部品点数を減らすことができるとともに、軽量化及びコスト削減を図ることができる。
また、プレート部２１、１２１がバスバー１５に絶縁材１７を介して接触しているため、発熱が大きいバスバー１５を効率よく冷却することができ、冷却効率を向上することができる。
また、電池フレーム１１及び冷却プレート１３が車両１に固定され、電池トレイ１２は、下方から電池フレーム１１に取付可能である。
これにより、例えば二次電池セル１４の故障時に、冷却配管を外さないで、電池トレイ１２だけを車両１から取り外すことができる。かくして、蓄電装置３、１０３は、整備性を向上することができる。
プレート部２１は、２枚の平板２１ａ、２１ｂが合わされることにより冷媒が流通する冷媒流路２１ｃが形成される。
これにより、プレート部２１は、冷媒流路２１ｃを任意の形状に容易にすることができる。
プレート部１２１は、冷媒が流通する冷媒流路１２１ａが形成されるように押出成形によって形成される。
これにより、プレート部１２１は、左右方向に延びる冷媒流路１２１ａを容易に形成することができる。また、プレート部１２１は、左右方向の外力に対する剛性を高めることができる。かくして、蓄電装置１０３は、二次電池セル１４が冷媒に触れて漏電するおそれをさらに低減することができる。
電池トレイ１２は、二次電池セル１４を上方向に押し付けるバネ部材１６を備える。
これにより、二次電池セル１４を冷却プレート１３、１１３に押し付けることができ、より安定して二次電池セル１４を冷却プレート１３、１１３に密着させることができる。かくして、蓄電装置３、１０３は、冷却性能を向上することができる。
１ 車両
３ 蓄電装置
１１ 電池フレーム
１２ 電池トレイ
１３ 冷却プレート
１４ 二次電池セル
１５ バスバー
１６ バネ部材
２１、１２１ プレート部
２２ 主配管

Claims (5)

  1. 車両のフロア下部に搭載される蓄電装置であって、
    二次電池セルが収容される電池トレイと、
    前記電池トレイを囲む電池フレームと、
    前記電池トレイ及び前記電池フレームの上部に設けられ冷媒が流通する冷媒流路が形成されたプレート部と、前記電池フレームより外側において前記電池フレームと上下方向にオーバーラップするように配置され、前記冷媒流路と内部空間とが連通するように前記プレート部に接続された主配管部とを有する冷却プレートと、
    を備える蓄電装置。
  2. 前記電池フレーム及び前記冷却プレートは前記車両に固定され、
    前記電池トレイは、下方から前記電池フレームに取付可能である
    請求項１に記載の蓄電装置。
  3. 前記プレート部は、２枚の平板が合わされることにより前記冷媒流路が形成される
    請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。
  4. 前記プレート部は、前記冷媒流路が形成されるように押出成形によって形成される
    請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。
  5. 前記電池トレイは、前記二次電池セルを上方向に押し付けるバネ部材を備える
    請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。
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