WO2016135967A1

WO2016135967A1 - 電池モジュール構造及び車両

Info

Publication number: WO2016135967A1
Application number: PCT/JP2015/055933
Authority: WO
Inventors: 宮本　英則; 貴志榎本; 昌昭川田
Original assignee: 株式会社東芝
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2016-09-01

Abstract

　実施形態によれば、電池モジュール構造は、断熱壁と、電池モジュールと、を備える。電池モジュールは、乗物に搭載された熱源体と離間して配置される。断熱壁は、前記熱源体及び前記電池モジュールの間に配置され、前記熱源体から前記電池モジュールに放射される放射熱を遮る。

Description

電池モジュール構造及び車両

　本発明の実施形態は、車両等の乗物に搭載される電池モジュール構造及び車両に関する。

　電気エネルギを用いる乗物、特に自動車等の車両において、電池モジュールを用いる構成が知られている。例えば、自動車に電池モジュールを搭載する場合には、エンジンが収容されるエンジンルーム内に電池モジュールが配置される。

日本国特開２００１－２３６１４５号公報

　本発明が解決しようとする課題は、温度上昇を抑制することが可能な電池モジュール構造及び車両を提供することである。

図１は、第１の実施形態に係る車両の構成を示す斜視図である。図２は、同車両に用いられる熱源体及び電池モジュール構造の構成を示す斜視図である。図３は、同熱源体及び電池モジュール構造の配置を示す説明図である。図４は、電池モジュール構造に用いられる電池モジュールの構成を示す断面図である。図５は、第２の実施形態に係る車両の電池モジュールの構成を示す斜視図である。

　以下、第１の実施形態に係る車両１について、図１乃至図４を用いて説明する。

　図１は、第１の実施形態に係る車両１の構成であって、一部断面とすることでエンジンコンパートメント２２内部を示す斜視図、図２は車両１に用いられるエンジン１３及び電池モジュール構造１４の構成を示す斜視図、図３はエンジン１３並びに電池モジュール構造１４に用いられる断熱壁３１及び電池モジュール３２の配置を示す説明図、図４は、電池モジュール３２の構成を示す断面図である。

　車両１は、例えば４輪自動車である。図１に示すように、車両１は、車体１１と、車体１１に設けられた４つの車輪１２と、車体１１に設けられたエンジン１３と、車体１１に設けられた電池モジュール構造１４と、を備えている。

　車体１１は、客室２１と、客室２１前方に配置されたエンジンコンパートメント２２と、エンジンコンパートメント２２の上部を覆うボンネット２３と、エンジンコンパートメント２２の前方に設けられたフロントグリル２４と、を備えている。

　エンジンコンパートメント２２は、所謂エンジンルームである。エンジンコンパートメント２２は、車両１の前方に設けられる。エンジンコンパートメント２２は、エンジン１３及び電池モジュール構造１４を収容する。エンジンコンパートメント２２は、その内部に、冷却ファン、ラジエター、及び電装品等を収容する。

　ボンネット２３は、エンジンコンパートメント２２の上部を開閉可能に覆う。

　フロントグリル２４は、車体１１前方に形成されたエンジンコンパートメント２２と連通する開口である。フロントグリル２４は、車両１の走行時にエンジンコンパートメント２２内に走行風を導入する。

　エンジン１３は、熱源体である。エンジン１３は、エンジンコンパートメント２２内に固定される。

　図２に示すように、電池モジュール構造１４は、断熱壁３１と、電池モジュール３２と、を備えている。電池モジュール構造１４は、エンジンコンパートメント２２内に固定される。

　断熱壁３１は、例えば、平板状に形成される。断熱壁３１は、車体１１に固定される脚部３１ａを単数又は複数有している。断熱壁３１は、エンジン１３に車幅方向で隣接して配置される。断熱壁３１は、電池モジュール３２に車幅方向で隣接して配置される。また、断熱壁３１は、その主面の面方向が車体１１の前後方向、換言すると車両１の走行方向に沿って配置される。

　具体的には、図３に示すように、断熱壁３１は、エンジン１３との間に、及び、電池モジュール３２との間に、フロントグリル２４からエンジンコンパートメント２２内に導入された走行風が通過可能な空気層を構成する位置に配置される。

　なお、本実施形態において、走行風とは、車両１の走行時にフロントグリル２４から導入される外気であるが、エンジンコンパートメント２２内の冷却ファンの駆動によってエンジンコンパートメント２２内に導入された冷却風も含まれる。

　断熱壁３１は、エンジン１３から放射された放射熱を遮蔽可能に形成されている。断熱壁３１は、内部に減圧された空間を有する真空構造を有する。断熱壁３１は、エンジン１３の放射熱を遮蔽可能な位置に配置される。例えば、図３に示すように断熱壁３１は、エンジン１３と電池モジュール３２とを結ぶ線上に跨がって配置される。なお、ここで、エンジン１３と電池モジュール３２とを結ぶ線とは、エンジン１３の最外部と電池モジュール３２との最外部との連結線等であり、エンジン１３から放射された放射熱の進行方向である。換言すると、断熱壁３１は、電池モジュール３２がエンジン１３に向かって露出しない範囲で、電池モジュール３２を覆う。

　図２及び図４に示すように、電池モジュール３２は、ケース４１と、ケース４１内に配置されたセル４２と、セル４２に接続された電装体４３と、ケース４１を車体１１に固定する脚部４４と、を備えている。

　ケース４１は、ダイキャストケース４１ａと、ダイキャストケース４１ａを覆う蓋体４１ｂと、ダイキャストケース４１ａ及び蓋体４１ｂの間に介在されるパッキン４１ｃと、を備えている。

　ダイキャストケース４１ａは、例えば、アルミニウム材料でダイキャストにより成形される。ダイキャストケース４１ａは、セル４２を収容可能に形成されている。ダイキャストケース４１ａは、例えば、有底角筒状に、換言すると一面が開口する箱状に形成される。ダイキャストケース４１ａは、セル４２と当接する面の少なくとも一部が、セル４２と熱的に接続される。

　例えば、ダイキャストケース４１ａは、電池モジュール構造１４がエンジンコンパートメント２２内に配置されたときに開口側が車幅方向でエンジン１３と対向して配置される。ダイキャストケース４１ａは、電池モジュール構造１４がエンジンコンパートメント２２内に配置されたときに、車幅方向でエンジン１３とは相反する側に底面が配置される。また、ダイキャストケース４１ａは、底面に、換言すると電池モジュール構造１４がエンジンコンパートメント２２内に配置されたときにエンジン１３と相反する方向で車体１１側に位置する内面に、高熱伝導性の樹脂の配置又は熱伝導性グリスの塗布により形成される伝熱層４１ｄを有する。

　蓋体４１ｂは、パッキン４１ｃを介してダイキャストケース４１ａに固定される。蓋体４１ｂは、例えば、アルミニウム材料でダイキャストにより成形される。蓋体４１ｂは、ボルト等の締結部材により、ダイキャストケース４１ａに固定される。

　セル４２は、単数又は複数設けられる。セル４２は、ダイキャストケース４１ａ内に配置される。セル４２は、一方の端面に電極を有する。セル４２は、電極を有する端面がダイキャストケース４１ａの開口側に配置される。セル４２は、電極を有する端面と相対する端面である底面が、ダイキャストケース４１ａの底面に設けられた伝熱層４１ｄと当接して配置される。

　電装体４３は、例えば、内部に複数の電装部品が実装されている。電装体４３は、ケース４１の蓋体側に配置される。

　このような電池モジュール３２は、電装体４３が車幅方向で断熱壁３１側に配置され、セル４２が車幅方向で断熱壁３１側とは相反する方向に配置される。

　このように構成された車両１の走行時のエンジンコンパートメント２２内の伝熱について以下説明する。

　車両１が走行すると、車体１１の前後方向に沿ってフロントグリル２４から外気がエンジンコンパートメント２２内に導入される。このとき、図４に矢印で示すように、走行風の一部は、エンジン１３と断熱壁３１の間の間隙、及び、断熱壁３１及び電池モジュール３２の間の間隙を通過する。これにより、エンジン１３及び電池モジュール３２で発生した熱は、走行風に熱伝達され、エンジン１３及び電池モジュール３２が冷却される。

　また、車両１の走行により熱源体であるエンジン１３から発生し、放射された熱は、エンジン１３から放射（輻射）する。この放射熱の一部は、エンジン１３から電池モジュール３２に向かって放射されるが、当該放射された放射熱は、断熱壁３１により遮断される。

　断熱壁３１は、真空構造を有することから、断熱壁３１のエンジン１３側の主面が放射熱により加熱されても、断熱壁３１の電池モジュール３２側の主面への伝熱が極力防止される。また、エンジン１３と断熱壁３１の間の間隙、及び、断熱壁３１及び電池モジュール３２の間の間隙により、エンジン１３，断熱壁３１及び電池モジュール３２の間には、空気層が介在することになり、エンジン１３側から電池モジュール３２までの伝熱が、当該空気層及び断熱壁３１により、阻まれる。

　セル４２で発生した熱は、ダイキャストケース４１ａに伝熱される。また、電装体４３は、その内部に複数の電装部品が配置されることから、空気層を構成するため、セル４２で発生した熱は、電装体４３及び蓋体４１ｂ側へ伝達される熱量よりも、伝熱層４１ｄを介してダイキャストケース４１ａに伝達される熱量が大きくなる。結果、ダイキャストケース４１ａを介して走行風と熱伝達される。

　このように、車両１の走行時のエンジンコンパートメント２２内の電池モジュール３２は、エンジン１３からの放射熱が断熱壁３１により遮蔽される。また、電池モジュール３２のセル４２により発生する熱は、ケース４１ダイキャストケース４１ａによって放熱される。

　このように構成された車両１によれば、熱源体であるエンジン１３と電池モジュール３２との間に、電池モジュール３２をエンジン１３に対して覆う範囲に断熱壁３１を設ける。これにより、エンジン１３で発生した放射熱を断熱壁３１で遮断し、電池モジュール３２に伝熱されることを防止することができる。

　断熱壁３１及びエンジン１３の間、並びに、断熱壁３１及び電池モジュール３２の間には、所定の間隙を設けることから、エンジン１３と電池モジュール３２の間には、空気層、断熱壁３１及び空気層が順次配置される。また、電池モジュール３２は、空気層を構成する電装体４３を断熱壁３１側に配置することで、エンジン１３及びセル４２の間にさらに電装体４３による空気層が配置される。結果、エンジン１３からセル４２への伝熱を極力防止することができる。

　断熱壁３１の両主面側に空気層が形成されることで、当該空気層を走行風が通過する。この走行風により、エンジン１３及び電池モジュール３２を冷却することが可能となる。

　電池モジュール３２は、ダイキャストケース４１ａ及び蓋体４１ｂの間にパッキン４１ｃを介在させることで、ケース４１を密封することが可能となるとともに、ダイキャストケース４１ａ側の熱が蓋体４１ｂに伝熱することを極力防止できる。即ち、よりエンジン１３に近い蓋体４１ｂが高温となった場合に、ダイキャストケース４１ａへ伝熱することを防止する。このように、パッキン４１ｃは、ダイキャストケース４１ａ及び蓋体４１ｂの間の防水及び断熱を行う。

　ダイキャストケース４１ａ及びセル４２は、伝熱層４１ｄにより熱的に接続される。この伝熱層４１ｄにより、セル４２で発生した熱は、ダイキャストケース４１ａに効率的に伝達され、放熱される。また、ケース４１は、アルミニウム材料によるダイキャストによってダイキャストケース４１ａ及び蓋体４１ｂを成形することで、高い熱伝達性を有する。

　これらのことにより、電池モジュール３２は高い放熱性を有する。結果、電池モジュール３２の温度上昇を抑制することが可能となり、エンジン１３等の熱源体の近傍に電池モジュール３２を配置しても、セル４２の寿命の低下を防止することが可能となる。このため、エンジンコンパートメント２２内への電池モジュール３２の配置の自由度を向上することが可能となり、各種構成が密集するエンジンコンパートメント２２に電池モジュール３２を配置することが可能となる。

　上述したように、第１の実施形態に係る車両１によれば、断熱壁３１をエンジン１３及び電池モジュール３２の間に所定の間隙を有して配置し、且つ、電池モジュール３２の伝熱効率を向上することで、電池モジュール３２の温度上昇を抑制することが可能となる。

　次に、図５を用いて第２の実施形態に係る車両１に用いられる電池モジュール構造１４Ａを説明する。なお、図５中の第２の実施形態に係る電池モジュール構造１４Ａのうち、上述した図１乃至図４の第１の実施形態に係る車両１と同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

　図５は、第２の実施形態に係る車両１に用いられる電池モジュール構造１４Ａの構成を示す斜視図である。

　車両１は、車体１１と、４つの車輪１２と、エンジン１３と、車体１１に設けられた電池モジュール構造１４Ａと、を備えている。電池モジュール構造１４Ａは、断熱壁３１と、電池モジュール３２Ａと、を備えている。

　電池モジュール３２Ａは、ケース４１Ａと、ケース４１Ａ内に配置されたセル４２及び電装体４３と、ケース４１Ａを車体１１に固定する脚部４４と、を備えている。

　ケース４１Ａは、ダイキャストケース４１ａと、蓋体４１ｂと、パッキン４１ｃと、伝熱層４１ｄと、ダイキャストケース４１ａの外周面に形成された凹凸部４１ｅと、を備えている。

　凹凸部４１ｅは、例えば、波状、ピン状及び櫛状等に形成されている。凹凸部４１ｅは、ダイキャストケース４１ａに一体に形成される。凹凸部４１ｅは、走行風に対して接触する面積を増加させることで、放熱性を向上させる放熱フィンである。

　このように構成された電池モジュール構造１４Ａを有する車両１は、上述した電池モジュール構造１４を有する車両１と同様の効果を有するとともに、凹凸部４１ｅによりケース４１Ａの放熱性をさらに向上することが可能となる。結果、電池モジュール３２の温度上昇を抑制することが可能となる。

　なお、電池モジュール構造１４、１４Ａを有する車両１は、上述した第１の実施形態及び第２の実施形態において記載された例に限定されない。例えば、上述した例では、車両１は自動車である構成を説明したがこれに限定されない。即ち、車両１は、車体１１の前方に走行風を取り入れる空間に熱源体１３及び電池モジュール構造１４を有する構成であれば適宜設定可能である。車両１は、電気車や全地形型車両（ＡＴＶ）等であっても良い。また、車両１は、車輪を有さない乗物であってもよい。

　また、上述した例では、平板状の断熱壁３１を用いる構成を説明したが、これに限定されない。断熱壁３１は、空気層を構成する所定の間隙を有して電池モジュール３２がエンジン１３に対向する範囲が覆われる構成であればよい。例えば、断熱壁３１は、上面視でＬ字状に形成され、電池モジュール３２の電装品側及び車体１１の前後方向及び車幅方向の一部に渡って覆う構成であってもよい。但し、好ましくは、断熱壁３１は、走行風が断熱壁３１及び電池モジュール３２の間を通過可能な配置及び形状に形成される。

　また、上述した例では、電池モジュール３２の伝熱層４１ｄは、高熱伝導性の樹脂の配置又は熱伝導性グリスの塗布による伝熱層４１ｄである構成を説明したがこれに限定されない。伝熱層４１ｄは、ダイキャストケース４１ａ及びセル４２の間の伝熱効率を向上可能な構成であればよい。例えば、ダイキャストケース４１ａ及びセル４２の互いの当接する面の平面度を高くすることで、ダイキャストケース４１ａ及びセル４２を密着させる構成であってもよい。

　また、上述した例では、電池モジュール構造１４Ａの電池モジュール３２Ａは、凹凸部４１ｅをダイキャストケース４１ａの外周面に設ける構成を説明したがこれに限定されない。例えば、凹凸部４１ｅを蓋体４１ｂに備える構成であってもよい。

　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims

　乗物に搭載された熱源体と離間して配置される電池モジュールと、
　前記熱源体及び前記電池モジュールの間に配置され、前記熱源体から前記電池モジュールに放射される放射熱を遮る断熱壁と、
　を備えることを特徴とする電池モジュール構造。
　前記熱源体及び前記断熱壁、並びに、前記断熱壁及び前記電池モジュールは、前記乗物の走行風が通過可能に離間して配置されることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール構造。
　前記断熱壁は、内部が真空構造に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール構造。
　前記電池モジュールは、電装体と、前記電装体に隣接して配置されるセルと、前記電装体及び前記セルを収容するケースと、を備え、
　前記電装体が前記ケース内の前記断熱壁側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール構造。
　前記ケースは、複数の前記セルを収容するダイキャストケースと、前記ダイキャストケースを覆う蓋体と、を備えることを特徴とする請求項４に記載の電池モジュール構造。
　前記ダイキャストケース及び複数の前記セルの少なくとも一部は、熱的に接続されることを特徴とする請求項５に記載の電池モジュール構造。
　前記蓋体は、ダイキャストで形成されることを特徴とする請求項５に記載の電池モジュール構造。
　前記ケースは、少なくともその一部に、放熱フィンを有することを特徴とする請求項４に記載の電池モジュール構造。
　前記ケースは、前記ダイキャストケース及び前記蓋体の間にパッキンが設けられることを特徴とする請求項５に記載の電池モジュール構造。
　エンジンと、
　エンジンを収容するエンジンコンパートメントを有する車体と、
　前記エンジンコンパートメント内に配置され、前記エンジンと離間して配置される電池モジュールと、
　前記エンジンコンパートメント内であって、且つ、前記エンジン及び前記電池モジュールの間に配置され、前記エンジンから前記電池モジュールに放射される放射熱を遮る断熱壁と、
　を備えることを特徴とする車両。
　前記エンジン及び前記断熱壁、並びに、前記断熱壁及び前記電池モジュールは、走行風が通過可能に離間して配置されることを特徴とする請求項１０に記載の車両。
　前記断熱壁は、内部が真空構造に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の車両。
　前記電池モジュールは、電装体と、前記電装体に隣接して配置されるセルと、前記電装体及び前記セルを収容するケースと、を備え、
　前記電装体が前記ケース内の前記断熱壁側に配置されることを特徴とする請求項１０に記載の車両。
　前記ケースは、複数の前記セルを収容するダイキャストケースと、前記ダイキャストケースを覆う蓋体と、を備えることを特徴とする請求項１３に記載の車両。
　前記ダイキャストケース及び複数の前記セルの少なくとも一部は、熱的に接続されることを特徴とする請求項１４に記載の車両。
　前記蓋体は、ダイキャストで形成されることを特徴とする請求項１４に記載の車両。
　前記ケースは、少なくともその一部に、放熱フィンを有することを特徴とする請求項１３に記載の車両。
　前記ケースは、前記ダイキャストケース及び前記蓋体の間にパッキンが設けられることを特徴とする請求項１４に記載の車両。