WO2018047337A1 - バッテリユニットおよび車両用蓄電池装置 - Google Patents

バッテリユニットおよび車両用蓄電池装置 Download PDF

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陽介 金山
元嗣 上條
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株式会社東芝
東芝インフラシステムズ株式会社
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Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a battery unit and a vehicle storage battery device.
  • a vehicle storage battery device is attached to a train traveling in a non-electrified section.
  • This type of vehicle storage battery device stores electric power as motive power when a train travels in a non-electric section.
  • the vehicle storage battery device is used while being cooled because the battery cells generate heat by repeated charging and discharging.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a battery unit and a vehicle storage battery device that can increase the capacity while ensuring the cooling capacity.
  • the battery unit of the embodiment includes a battery module, a heat transfer member, a heat dissipation member, a bracket, and a support member.
  • the battery module has a cell and a container.
  • a container accommodates a cell.
  • the container has a bottom wall with which the cell is in thermal contact and a side wall connected to the bottom wall.
  • the heat transfer member has a first facing surface and a second facing surface. The first facing surface is disposed along the outer surface of the bottom wall of the first battery module. The second facing surface is disposed along the outer surface of the bottom wall of the second battery module.
  • the heat transfer member is disposed in a state where the first facing surface is in contact with the outer surface of the bottom wall of the first battery module and the second facing surface is in contact with the outer surface of the bottom wall of the second battery module.
  • the heat dissipation member has a heat dissipation surface facing outward.
  • the heat dissipation member is connected to the heat transfer member on the back surface opposite to the heat dissipation surface.
  • the bracket is arrange
  • the bracket is fixed to each of the battery module and the heat transfer member.
  • the support member has a fastening member insertion portion.
  • the fastening member insertion part is formed so that the fastening member can be inserted.
  • the support member is fixed to the heat transfer member.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a cross section taken along line IV-IV in FIG. 2.
  • the perspective view of the partition member in 1st Embodiment. The side view which fractured
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a side surface of a train in the first embodiment.
  • the train 1 is disposed under a floor of the vehicle body 3, a carriage 2 traveling on the rail R, a vehicle body 3 supported by the vehicle 2, a pantograph 4 provided on the upper portion of the vehicle body 3.
  • Vehicle storage battery device 5 Vehicle storage battery device 5.
  • the carriage 2 includes a main motor (not shown). The main motor drives the wheels by the electric power supplied from the overhead line through the pantograph 4 or the electric power supplied from the vehicle storage battery device 5.
  • a reference symbol X is assigned to the vehicle travel direction
  • a reference symbol Y is assigned to the vehicle width direction orthogonal to the vehicle travel direction X
  • Z is attached to.
  • the rail R side in the vehicle height direction Z means a direction from the vehicle body 3 toward the rail R in the vehicle height direction Z.
  • the vehicle body 3 side in the vehicle height direction Z means a direction from the rail R to the vehicle body 3 in the vehicle height direction Z.
  • FIG. 2 is a perspective view of the vehicle storage battery device according to the first embodiment as viewed from the vehicle body side in the vehicle height direction Z.
  • the vehicle storage battery device 5 includes a plurality of battery units 6 including cells (not shown), a control device 7 that controls the battery unit 6, and a housing 8 that holds the battery unit 6 and the control device 7. It is equipped with.
  • the control device 7 includes a high voltage device 7a and a low voltage device 7b.
  • the housing 8 is formed in a rectangular parallelepiped shape extending in the vehicle traveling direction X, the vehicle width direction Y, and the vehicle height direction Z.
  • the longitudinal direction of the housing 8 coincides with the vehicle traveling direction X.
  • the housing 8 includes a main body 20 that is provided in the center of the housing 8 and formed in a rectangular parallelepiped shape, a high-pressure device housing 21 that is provided on one side in the vehicle width direction Y of the main body 20, and the main body 20.
  • a low-pressure device housing part 22 provided on the other side in the vehicle width direction Y and an outfitting connector housing part 23 provided on one side of the main body part 20 in the vehicle traveling direction X are provided.
  • the main body 20 accommodates the battery unit 6.
  • the top plate 20d of the main body 20 is detachably provided.
  • the top plate 20d is divided into a plurality (seven in this embodiment) in the vehicle traveling direction X along a plurality of dividing lines along the vehicle width direction Y.
  • FIG. 3 is a bottom view of the vehicle storage battery device according to the first embodiment.
  • the main body 20 has a work opening 20 a that opens to the rail R side in the vehicle height direction Z.
  • the work opening 20a is covered with a cover member 24 that is detachably provided.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a cross section taken along line IV-IV in FIG.
  • a partition member 26 is provided inside the main body portion 20 to partition the internal space of the main body portion 20 into the vehicle body 3 side and the rail R side in the vehicle height direction Z so as to be independent from each other. .
  • FIG. 5 is a perspective view of the partition member in the first embodiment.
  • the partition member 26 extends along the vehicle travel direction X and the vehicle width direction Y, and protrudes along the vehicle height direction Z from the base portion 26 a toward the vehicle body 3.
  • a plurality of fins 26b extending along the vehicle width direction Y.
  • the front ends of the fins 26b face each other so as to be close to the top plate 20d of the main body 20.
  • the partition member 26 is divided into a plurality (seven in this embodiment) in the vehicle traveling direction X along a plurality of dividing lines along the vehicle width direction Y. ing.
  • the space located on the rail R side in the vehicle height direction Z with respect to the partition member 26 constitutes an accommodation space S ⁇ b> 1 in which a plurality of battery units 6 are arranged. Yes.
  • the space located on the vehicle body 3 side in the vehicle height direction Z with respect to the partition member 26 constitutes a cooling space S ⁇ b> 2 for cooling the battery unit 6 via the partition member 26.
  • a plurality of ladder-like frames 25 are arranged in the accommodation space S1.
  • the plurality of frames 25 have a width in the vehicle height direction Z and extend in the vehicle width direction Y.
  • the plurality of frames 25 are arranged at equal intervals in the vehicle traveling direction X. Both ends of each frame 25 in the vehicle width direction Y are joined to the inner surface of the main body 20.
  • a partition member 26 (see FIG. 5) divided so as to straddle between adjacent frames 25 is disposed.
  • a plurality (five in this embodiment) of battery units 6 are arranged in the vehicle width direction Y.
  • the cooling space S ⁇ b> 2 communicates with the external space through ventilation openings 20 b and 20 c formed on both side portions of the main body portion 20 in the vehicle width direction Y, respectively.
  • Each of the vent openings 20b and 20c extends over substantially the entire vehicle traveling direction X at both sides of the main body 20 in the vehicle width direction Y.
  • a plurality of fans 19 for sending outside air from the external space toward the cooling space S2 are installed side by side in the vehicle traveling direction X.
  • a plurality of fins 26b protruding from the base portion 26a of the partition member 26 are arranged.
  • FIG. 6 is a side view with a part broken away in the direction of arrow VI in FIG. 2.
  • the high-voltage device accommodating portion 21 accommodates the high-voltage device 7 a including, for example, a fuse and a contactor.
  • the high-voltage device accommodating portion 21 is formed in a rectangular parallelepiped shape having a long side in the vehicle traveling direction X.
  • the high-voltage device accommodating portion 21 is disposed along one side portion of the main body portion 20 in the vehicle width direction Y.
  • the high-voltage device accommodating portion 21 has a plurality of openings 21 a that open to the outside in the vehicle width direction Y.
  • the plurality of openings 21a are formed side by side in the vehicle traveling direction X.
  • Each opening 21a is covered with a cover 21b that is detachably provided.
  • the inside of the high-voltage device accommodating portion 21 is a high-voltage device space S3 (control device space) in which the high-voltage device 7a is arranged.
  • FIG. 7 is a side view with a part broken away, as viewed in the direction of arrow VII in FIG. 2.
  • pressure apparatus accommodating part 22 accommodates the low voltage
  • the low-pressure device accommodating portion 22 is formed in a rectangular parallelepiped shape having a long side in the vehicle traveling direction X.
  • the low-pressure device accommodating portion 22 is disposed along the other side portion of the main body portion 20 in the vehicle width direction Y.
  • the low-pressure device housing part 22 has a plurality of openings 22a that open to the outside in the vehicle width direction Y.
  • the plurality of openings 22a are formed side by side in the vehicle traveling direction X.
  • Each opening 22a is covered with a cover 22b that is detachably provided.
  • the inside of the low-voltage device accommodating portion 22 is a low-pressure device space S4 (control device space) in which the low-voltage device 7b is arranged.
  • the low-pressure device space S4 is a space separated from the high-pressure device space S3 (see FIG. 6), and is located on the opposite side of the high-pressure device space S3 with the vehicle traveling direction X in between.
  • the outfitting connector accommodating portion 23 is formed in a rectangular parallelepiped shape having a long side in the vehicle width direction Y.
  • the outfitting connector housing portion 23 is disposed along one side portion of the main body portion 20 in the vehicle traveling direction X.
  • the inside of the outfitting connector housing portion 23 is an outfitting connector space in which a connector for connecting the vehicle storage battery device 5 to another device is arranged.
  • the accommodation space S ⁇ b> 1 is independent of the cooling space S ⁇ b> 2 by the partition member 26.
  • the accommodation space S1 is independent of the external space by the cover member 24 provided on the opposite side of the partition member 26 across the accommodation space S1 and the side walls on both sides of the main body portion 20 in the vehicle width direction Y.
  • the accommodation space S1 is independent of the high-pressure device space S3 by the side wall on one side of the main body portion 20 in the vehicle width direction Y.
  • the accommodation space S1 is independent of the low-pressure device space S4 by the other side wall of the main body 20 in the vehicle width direction Y.
  • the accommodation space S ⁇ b> 1 is formed to be openable on the side opposite to the partition member 26 with the battery unit 6 interposed therebetween.
  • the accommodation space S1 is accessible from the external space through the work opening 20a with the cover member 24 removed.
  • the housing 8 has a plurality of hanging ears 27 protruding toward both sides in the vehicle width direction Y.
  • the hanging ears 27 are arranged side by side along both side edges in the vehicle width direction Y of the top plate of the housing 8.
  • the hanging ears 27 are disposed at the same position in the vehicle traveling direction X, for example, with the plurality of frames 25 (see FIG. 3).
  • the housing 8 is suspended from the vehicle body 3 by the suspension ears 27 being fastened under the floor of the vehicle body 3 (see FIG. 1).
  • FIG. 8 is a perspective view of the battery unit according to the first embodiment.
  • the battery unit 6 includes a plurality (four in this embodiment) of battery modules 30, a heat transfer member 50, a heat dissipation member 60, a first bracket 71 (bracket), and a plurality of (this And four support members 80 in the embodiment.
  • the battery module 30 includes a plurality of cells (not shown) and a housing (case) 32 that houses the plurality of cells inside.
  • the cell is a secondary battery formed in a rectangular parallelepiped shape. Each cell is arranged side by side with the top surface provided with the plus terminal and the minus terminal directed in the same direction. Each cell is connected in series with each other to form a battery pack.
  • the container 32 is made of, for example, a resin material.
  • the container 32 is formed in a rectangular parallelepiped shape that is long in a predetermined direction.
  • the container 32 has a bottom wall 32a in which all of the plurality of cells housed in the container 32 are in thermal contact, and four side walls connected to the bottom wall 32a.
  • the bottom wall 32 a extends along the longitudinal direction of the container 32.
  • the bottom surface of the bottom wall 32a facing the side opposite to the top surface where the plus terminal and the minus terminal of each cell are provided is in thermal contact with the inner surface of the bottom wall 32a.
  • an adhesive or grease is interposed between the inner surface of the bottom wall 32a and the bottom surface of each cell.
  • the direction from the bottom surface to the top surface of the cell (that is, the normal direction of the bottom wall 32a) is the y direction
  • the longitudinal direction of the bottom wall 32a viewed from the y direction is the z direction
  • the z direction and the y direction is the direction orthogonal to.
  • the first side wall 32b located at one end in the z direction has a main circuit connector 32c (connection portion) electrically connected to the main circuit (external device). And a control circuit connector 32d (connection portion) that is electrically connected to the control circuit (external device).
  • Each connector 32c, 32d is formed so as to be visible from the side opposite to the heat dissipation member 60 in the z direction.
  • Each connector 32c, 32d is provided at the end of the first side wall 32b opposite to the connection location with the bottom wall 32a.
  • the four battery modules 30 are arranged in a grid in both the x and y directions.
  • Each battery module 30 is arranged with the outer surface of the bottom wall 32a of the container 32 facing the battery module 30 adjacent in the y direction and sandwiching a heat transfer member 50 described later.
  • each battery module 30 is arrange
  • a pair of battery modules 30 arranged on one side in the y direction among the four battery modules 30 will be referred to as first battery modules 30, respectively.
  • the pair of battery modules 30 arranged on the other side in the y direction are referred to as second battery modules 30, respectively.
  • the heat transfer member 50 is formed of a material having high thermal conductivity. As the material having high thermal conductivity, a metal material such as aluminum is suitable.
  • the heat transfer member 50 is formed in a rectangular plate shape that extends in both the x and z directions.
  • the heat transfer member 50 is disposed between a pair of battery modules 30 arranged in the y direction.
  • the heat transfer member 50 is disposed along the outer surface of the bottom wall 32 a of the housing body 32 in each battery module 30.
  • the heat transfer member 50 is disposed along the outer surface of the bottom wall 32 a of the first battery module 30, and faces the one side in the y direction, and the outer surface of the bottom wall 32 a of the second battery module 30. And a second facing surface 50b facing the other side in the y direction.
  • the first facing surface 50a is brought into contact with the outer surface of the bottom wall 32a of the first battery module 30, and the second facing surface 50b is brought into contact with the outer surface of the bottom wall 32a of the second battery module 30.
  • the first facing surface 50a is brought into contact with the outer surface of the bottom wall 32a of the first battery module 30
  • the second facing surface 50b is brought into contact with the outer surface of the bottom wall 32a of the second battery module 30.
  • Both end portions of the heat transfer member 50 in the x direction protrude outward in the x direction from the four battery modules 30.
  • the heat radiating member 60 is made of a material having high thermal conductivity. As the material having high thermal conductivity, a metal material such as aluminum is suitable.
  • the heat radiating member 60 is formed in a rectangular plate shape extending in both directions in the x direction and the y direction.
  • the heat dissipating member 60 is disposed at a position facing the outer surface of the second side wall 32e located at the end opposite to the first side wall 32b of the container 32 of the four battery modules 30.
  • the heat dissipating member 60 is disposed with a gap with respect to the second side wall 32e of the container 32 of the four battery modules 30.
  • the heat dissipating member 60 has a heat dissipating surface 60a facing the outside in the z direction and an outer edge 60b positioned outside the four battery modules 30 when viewed from the z direction.
  • a through hole (not shown) that penetrates in the thickness direction (z direction) of the heat dissipation member 60 is formed at each corner of the heat dissipation member 60.
  • the heat dissipation member 60 is connected to the heat transfer member 50 on the back surface 60c opposite to the heat dissipation surface 60a.
  • the heat transfer member 50 and the heat dissipation member 60 are fastened and fixed by a plurality of (four in this embodiment) bolts 74.
  • the plurality of bolts 74 are arranged at equal intervals in the x direction.
  • Each bolt 74 is inserted into a through-hole penetrating the heat transfer member 50 in the z direction from the inside of a lightening portion 71 a described later of the first bracket 71 and screwed into a female screw formed in the heat radiating member 60. ing.
  • the first bracket 71 is disposed on the opposite side of the heat dissipation member 60 with the heat transfer member 50 interposed therebetween.
  • the first bracket 71 is formed in a rectangular plate shape extending in both the x direction and the y direction.
  • the 1st bracket 71 is arrange
  • the first bracket 71 is fixed to each battery module 30 and the heat transfer member 50.
  • the first bracket 71 is fastened to the end surface of the heat transfer member 50 by a plurality of (three in this embodiment) bolts 72 at an intermediate position in the y direction.
  • first bracket 71 is fastened to the first side wall 32 b of the housing body 32 of each battery module 30 by a plurality of (four in this embodiment) bolts 73.
  • the first bracket 71 is formed with a lightening portion 71a so as to avoid a portion where the bolt 72 and the bolt 73 are inserted.
  • the lightening part 71a exposes a part of the end face of the heat transfer member 50.
  • the four support members 80 are respectively disposed on the side portions of the battery modules 30. Each support member 80 is fixed to the heat transfer member 50 in the z direction between the connection portion between the heat transfer member 50 and the heat dissipation member 60 and the fixing portion between the heat transfer member 50 and the first bracket 71. Each support member 80 is fixed to an end surface of the heat transfer member 50 in the x direction.
  • the support member 80 is made of a metal material such as SUS.
  • the support member 80 includes a plate-shaped plate portion 81 and a cylindrical bolt guide portion 82.
  • the plate part 81 is formed in a flat plate shape along a plane orthogonal to the x direction.
  • the plate portion 81 includes a base portion 81a extending along the z direction, a first extending portion 81b extending from the portion on the heat dissipation member 60 side in the z direction in the base portion 81a toward the heat transfer member 50, and a z direction in the base portion 81a.
  • a second extension portion 81c extending toward the heat transfer member 50 from a portion opposite to the first extension portion 81b.
  • the first extending portion 81b is fastened to the end surface of the heat transfer member 50 facing the x direction by a bolt 75a.
  • the first extending portion 81 b is fastened by a single bolt 75 b to a bracket (not shown) that connects the second side wall 32 e of the container 32 of the first battery module 30 and the plate portion 81. Yes.
  • the first extending portion 81b may be directly fastened to the housing body 32 of the first battery module 30 by a bolt 75b.
  • the second extending portion 81c is fastened to the end surface of the heat transfer member 50 facing the x direction by two bolts 75c.
  • a first bent portion 83 and a second bent portion 84 are formed on the base portion 81 a of the plate portion 81.
  • the 1st bending part 83 is formed in the edge part by the side of the heat radiating member 60 of the z direction in the base 81a.
  • the first bent portion 83 is bent at a substantially right angle toward the battery module 30.
  • the 1st bending part 83 is arrange
  • the second bent portion 84 is formed at the end of the base portion 81a opposite to the first bent portion 83 in the z direction.
  • the second bent portion 84 is bent at a substantially right angle toward the battery module 30 side.
  • the second bent portion 84 is disposed at a position protruding in the z direction from the battery module 30, the heat transfer member 50, and the first bracket 71.
  • the first bent portion 83 and the second bent portion 84 are formed with through holes 83 a and 84 a that are coaxial with through holes (not shown) formed at the corners of the heat dissipation member 60.
  • the bolt guide portion 82 is formed in a cylindrical shape and extends along the z direction.
  • the bolt guide portion 82 is disposed between the first bent portion 83 and the second bent portion 84. Both end portions of the bolt guide portion 82 are welded to the first bent portion 83 and the second bent portion 84.
  • the bolt guide portion 82 is disposed coaxially with the through holes 83 a and 84 a formed in the first bent portion 83 and the second bent portion 84.
  • the support member 80 has a fastening member insertion portion 85 formed so that a long bolt 77 (bolt, see FIG. 4) can be inserted.
  • the fastening member insertion portion 85 is provided at a position separated from the fixing portion between the support member 80 and the heat transfer member 50 in the y direction.
  • the fastening member insertion portion 85 is formed by the bolt guide portion 82, the first bent portion 83, and the second bent portion 84, and extends continuously in the z direction.
  • the fastening member insertion portion 85 is formed so that it can be inserted from the direction in which the heat dissipation member 60 is present to the direction in which the first bracket 71 is present.
  • the fastening member insertion portion 85 is formed so that the fastening member can be inserted in the z direction.
  • the fastening member insertion portion 85 projects beyond the battery module 30, the heat transfer member 50, and the first bracket 71 in the direction from the heat dissipation member 60 to the first bracket 71 in the z direction.
  • FIG. 9 is a perspective view of the vehicle storage battery device according to the first embodiment viewed from the rail side in the vehicle height direction Z.
  • FIG. FIG. 9 shows a state where the cover member 24 is removed.
  • each battery unit 6 configured as described above is installed in the accommodation space S ⁇ b> 1 from the rail R side through the work opening 20 a of the housing 8. At this time, each battery unit 6 is installed in a state where the x direction coincides with the vehicle traveling direction X, the y direction coincides with the vehicle width direction Y, and the z direction coincides with the vehicle height direction Z.
  • the battery unit 6 installed in the accommodation space S ⁇ b> 1 has the partition member 26 in a state where the heat dissipation surface 60 a of the heat dissipation member 60 is in contact with the main surface on the rail R side in the base portion 26 a of the partition member 26. It is fixed to.
  • the battery unit 6 is formed by inserting a fastening member insertion portion 85 into a long bolt 77 suspended from the partition member 26 and fastening the end of the long bolt 77 on the rail R side with a nut 78. 26 is fixed. At this time, the long bolt 77 is inserted into a through hole (not shown) formed in a corner portion of the heat dissipation member 60.
  • the fastening member insertion portion 85 is in contact with the heat radiating member 60 from the rail R side.
  • the fastening member insertion portion 85 and the heat radiating member 60 are fastened together by a long bolt 77 and a nut 78. Since the heat dissipation member 60 is fixed to the heat transfer member 50, the support member 80 is fixed to the heat transfer member 50, and the support member 80 is fixed to the partition member 26, the heat dissipation member 60 is in close contact with the partition member 26. Thereby, heat conduction from the heat radiating member 60 to the partition member 26 can be secured.
  • the battery unit 6 is connected to the frame 25 via the second bracket 28.
  • the second bracket 28 is a metal fitting extending along the vehicle traveling direction X, and is disposed so as to straddle the end of the frame 25 on the rail R side.
  • the second bracket 28 is fastened to the frame 25 by a bolt 29a inserted from the rail R side at the center thereof.
  • the 2nd bracket 28 is fastened by the edge part of the x direction in the heat transfer member 50 of the battery unit 6 by the volt
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an assembly method for the vehicle storage battery device according to the first embodiment.
  • the battery unit 6 is lifted by the jack 91 or the like while the housing 8 is suspended by the assembly suspension frame 92, and the work opening is opened. It puts in accommodation space S1 through 20a.
  • the jack 91 supports the end portion on the rail R side of each fastening member insertion portion 85 in the battery unit 6, that is, the second bent portion 84. Since the end of each fastening member insertion portion 85 on the rail R side is formed so as to receive the load of the battery unit 6 when the battery unit 6 is fixed to the partition member 26, it is supported by the jack 91. It is possible to
  • the battery unit 6 of the present embodiment includes the battery module 30, the heat transfer member 50, and the heat dissipation member 60.
  • the battery module 30 includes a housing 32 having a bottom wall 32a with which the cells come into thermal contact.
  • the heat transfer member 50 includes a first facing surface 50 a disposed along the outer surface of the bottom wall 32 a of the first battery module 30, and a first surface disposed along the outer surface of the bottom wall 32 a of the second battery module 30. It has two opposing surfaces 50b. In the heat transfer member 50, the first facing surface 50a is brought into contact with the outer surface of the bottom wall 32a of the first battery module 30, and the second facing surface 50b is brought into contact with the outer surface of the bottom wall 32a of the second battery module 30.
  • the heat dissipating member 60 has a heat dissipating surface facing the outside, and is connected to the heat transfer member 50 on the back surface 60c opposite to the heat dissipating surface 60a. According to this configuration, the heat generated in the cell is transferred to the heat radiating member 60 through the heat transfer member 50. Since the heat radiating member 60 is connected to the heat transfer member 50 having the opposing surfaces 50a and 50b along the outer surface of the bottom wall 32a of the housing 32, the plurality of battery modules 30 are densely arranged so as to sandwich the heat transfer member 50. Even if it arranges, the heat radiating member 60 is arrange
  • the battery unit 6 can be inserted through the first bracket 71 disposed on the opposite side of the heat radiating member 60 across the heat transfer member 50 and fixed to each of the battery module 30 and the heat transfer member 50 and the long bolt 77.
  • a plurality of battery units 6 can be two-dimensionally arranged and arranged such that the side surfaces of the heat radiating surface 60a of the heat radiating member 60 face each other while ensuring the cooling capacity.
  • the capacity can be increased in the storage battery device 5.
  • the plurality of battery units 6 can be arranged with high density, it is possible to cope with a reduction in the floor of the vehicle, where the arrangement space is restricted when the battery units 6 are arranged under the floor of the vehicle.
  • a plurality of fastening member insertion portions 85 are provided at positions spaced apart from both sides in the y direction from the fixing portion between the support member 80 and the heat transfer member 50.
  • the heat dissipating member 60 has an outer edge 60b located outside the plurality of battery modules 30 when viewed from the z direction.
  • the plurality of battery units 6 are arranged two-dimensionally so that the side surfaces of the heat radiating surface 60a of the heat radiating member 60 face each other, the outer edge of the heat radiating member is viewed from the z direction by the plurality of battery modules 30.
  • the heat radiation surface 60a of the heat radiation member 60 can be provided more widely. Therefore, it can be set as the battery unit 6 which can enlarge capacity
  • the fastening member insertion portion 85 protrudes from the plurality of battery modules 30, the heat transfer member 50, and the first bracket 71 in the direction from the heat radiating member 60 toward the first bracket 71.
  • the fastening member insertion portion 85 is jacked. 91 can be supported. Therefore, it is possible to prevent the entire load of the battery unit 6 from being applied to the battery module 30, the heat transfer member 50, and the first bracket 71 when the battery unit 6 is installed.
  • the main circuit connector 32c and the control circuit connector 32d are configured to be visible from the side opposite to the heat dissipation member 60 in the z direction.
  • the connectors 32c and 32d are arranged so as not to be covered by the heat radiation member 60. can do. Therefore, it can be set as the battery unit 6 which has the outstanding workability
  • the battery unit 6 is arranged in the housing space S1 independent of the external space and the cooling space S2. According to this configuration, since the accommodation space S1 is independent from the external space and the cooling space S2, the entry of dust, moisture, or the like into the accommodation space S1 is suppressed, so that deterioration or failure of the battery unit 6 is prevented. Is done. Therefore, the reliability of the vehicle storage battery device 5 can be improved.
  • the accommodation space S1 or the high-voltage equipment space S3 communicates with another space, when an unexpected situation occurs in the accommodation space S1 or the high-voltage equipment space S3, the equipment arranged in the other space is affected. May reach.
  • the accommodation space S1 is independent of the external space, the high-voltage device space S3, and the low-voltage device space S4, the influence of an unexpected situation such as leakage in the battery unit 6 is affected by the high-pressure device space S3 and the low-pressure device space S4. It is possible to prevent the control device 7 arranged in the device space S4 and the outside. Moreover, it is prevented that the influence of the unexpected situation which arose in high voltage
  • the partition member 26 is moved by the cooling air flowing through the cooling space S2.
  • the heat radiating member 60 is cooled via the partition member 26. Therefore, the battery unit 6 arranged in the accommodation space S1 independent of the cooling space S2 can be cooled.
  • the battery unit 6 is fixed by the long bolts 77 inserted into the fastening member insertion portion 85, the battery unit 6 is installed so that the plurality of battery modules 30 are positioned vertically below the heat dissipation member 60.
  • the load of the battery module 30 is suppressed from being applied to the heat dissipation member 60 through the heat transfer member 50. Therefore, inhibition of heat conduction from the heat transfer member 50 to the heat dissipation member 60 is prevented. Therefore, the cooling capacity for the battery unit 6 can be ensured.
  • the battery unit 6 is being fixed and arranged in the partition member 26 in the state mentioned above, it became possible to arrange the battery unit 6 in high density while enabling the cooling of the battery unit 6, and the capacity was increased.
  • the vehicle storage battery device 5 can be provided.
  • the fastening member insertion portion 85 and the heat radiating member 60 are fastened together with the partition member 26 by the long bolts 77. Thereby, the heat radiating member 60 is firmly fixed to the partition member 26. Therefore, since the state where the heat radiating member 60 is in contact with the partition member 26 is maintained, the heat radiating member 60 can be reliably cooled via the partition member 26.
  • the fastening member insertion portion 85 continuously extends in the z direction. For this reason, it is suppressed that the fastening member insertion part 85 bends with the fastening force in alignment with the z direction produced when the long volt
  • the housing space S1 is formed to be openable on the opposite side of the partition member 26 with the battery unit 6 interposed therebetween.
  • the battery unit 6 is arranged in the accommodation space S ⁇ b> 1 in a state where it is not covered with the partition member 26 when viewed from the external space with the cover member 24 removed. Therefore, the work for the battery unit 6 can be easily performed from the external space, and the vehicle storage battery device 5 having excellent workability for the battery unit 6 can be obtained.
  • the housing space S1 is formed to be openable on the opposite side of the partition member 26 with the battery unit 6 interposed therebetween.
  • the partition member 26 is disposed at a position close to the vehicle body 3 in the accommodation space S1
  • the cover member 24 is disposed at a position close to the rail R.
  • pressure apparatus 7b is isolate
  • the high-pressure device space S3 and the low-pressure device space S4 are arranged on both sides in the vehicle width direction Y with respect to the accommodating space S1, so that the operator can perform maintenance during the maintenance of the high-pressure device 7a and the low-pressure device 7b. It becomes possible to work from the side of the train 1. Therefore, workability can be improved.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of a side surface of a train in the second embodiment.
  • a vehicle storage battery device 5 is disposed under the floor of the vehicle body 3.
  • the train 101 of the second embodiment shown in FIG. 11 is different from the first embodiment in that the vehicle storage battery device 5 is disposed on the top plate of the vehicle body 3.
  • the vehicle storage battery device 5 is turned upside down with respect to the first embodiment, and the above-described suspension ear 27 is fastened to the top plate of the vehicle body 3.
  • the heavy battery unit 6 can be suspended by a crane or the like. For this reason, workability
  • operativity can be improved compared with the case where the battery unit 6 is put into an accommodation space from a horizontal direction.
  • the cooling space S2 communicates with the external space through the ventilation openings 20b and 20c formed on both sides in the vehicle width direction Y, respectively, but is not limited thereto.
  • the cooling space may be communicated with the external space through ventilation openings formed on both sides of the housing main body in the vehicle traveling direction X, respectively.
  • working wind can be taken in in cooling space and a fan can be abbreviate
  • the partition member 26 and the heat radiating member 60 are configured as separate members, but may be integrally formed. That is, the heat radiating member may also serve as the partition member. In this case, it is desirable to form fins on the heat dissipation member. Moreover, the partition member does not need to be provided with a fin.
  • the battery unit 6 is installed in a state in which the x direction is matched with the vehicle traveling direction X, the y direction is matched with the vehicle width direction Y, and the z direction is matched with the vehicle height direction Z. It is not limited to this.
  • the battery unit 6 may be mounted such that the x direction matches the vehicle width direction Y, the y direction matches the vehicle travel direction X, and the z direction matches the vehicle height direction Z.
  • the battery unit includes a battery module, a heat transfer member, and a heat dissipation member.
  • the battery module includes a container having a bottom wall with which the cells are in thermal contact.
  • the heat transfer member has a first facing surface disposed along the outer surface of the bottom wall of the first battery module and a second facing surface disposed along the outer surface of the bottom wall of the second battery module. The heat transfer member is disposed in a state where the first facing surface is in contact with the outer surface of the bottom wall of the first battery module and the second facing surface is in contact with the outer surface of the bottom wall of the second battery module.
  • the heat dissipating member has a heat dissipating surface facing the outside, and is connected to the heat transfer member on the back surface opposite to the heat dissipating surface. According to this configuration, the heat generated in the cell is transferred to the heat dissipation member through the heat transfer member. Since the heat dissipating member is connected to the heat transfer member having each facing surface along the outer surface of the bottom wall of the container, even if a plurality of battery modules are arranged closely so as to sandwich the heat transfer member, the heat dissipating member is exposed to the outside. A heat dissipation member is disposed. Further, the battery unit includes a first bracket and a support member.
  • the first bracket is disposed on the opposite side of the heat dissipation member with the heat transfer member interposed therebetween, and is fixed to each of the battery module and the heat transfer member.
  • the support member has a fastening member insertion portion formed so that the long bolt can be inserted, and is fixed to the heat transfer member.

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Abstract

実施形態のバッテリユニットは、バッテリモジュールと、伝熱部材と、放熱部材と、ブラケットと、支持部材と、を持つ。伝熱部材は、第1対向面を第1のバッテリモジュールの底壁の外面に接触させ、第2対向面を第2のバッテリモジュールの底壁の外面に接触させた状態で配置されている。放熱部材は、外側に面する放熱面を有する。放熱部材は、放熱面とは反対側の裏面において伝熱部材に接続されている。ブラケットは、伝熱部材を挟んで放熱部材とは反対側に配置されている。ブラケットは、バッテリモジュールおよび伝熱部材のそれぞれに固定されている。支持部材は、締結部材挿通部を有する。締結部材挿通部は、締結部材を挿通可能に形成されている。支持部材は、伝熱部材に固定されている。

Description

バッテリユニットおよび車両用蓄電池装置
 本発明の実施形態は、バッテリユニットおよび車両用蓄電池装置に関する。
 従来、無電化区間を走行する電車に車両用蓄電池装置が取り付けられている。この種の車両用蓄電池装置は、電車が無電化区間を走行する際の動力としての電力を蓄電する。車両用蓄電池装置は、充放電が繰り返されることによりバッテリのセルが発熱するので、冷却しながら使用される。
 ところで、近年では、車両用蓄電池装置の大容量化や大出力化が要求されている。大容量化のためには、セル数を増やすことが考えられる。一方で、車両用蓄電池装置は、電車の低床化等により配置スペースの制約が多いので、複数のセルを高密度に並べて配置する必要がある。しかしながら、複数のセルを高密度に並べて配置すると、単位体積当たりの発熱量が増加するので、セルの冷却能力が不足する可能性があった。
日本国特開2016-62705号公報
 本発明が解決しようとする課題は、冷却能力を確保しつつ大容量化できるバッテリユニットおよび車両用蓄電池装置を提供することである。
 実施形態のバッテリユニットは、バッテリモジュールと、伝熱部材と、放熱部材と、ブラケットと、支持部材と、を持つ。バッテリモジュールは、セルおよび収容体を持つ。収容体は、セルを収容する。収容体は、セルが熱的に接触する底壁および底壁に接続された側壁を持つ。伝熱部材は、第1対向面および第2対向面を有する。第1対向面は、第1のバッテリモジュールの底壁の外面に沿って配置されている。第2対向面は、第2のバッテリモジュールの底壁の外面に沿って配置されている。伝熱部材は、第1対向面を第1のバッテリモジュールの底壁の外面に接触させ、第2対向面を第2のバッテリモジュールの底壁の外面に接触させた状態で配置されている。放熱部材は、外側に面する放熱面を有する。放熱部材は、放熱面とは反対側の裏面において伝熱部材に接続されている。ブラケットは、伝熱部材を挟んで放熱部材とは反対側に配置されている。ブラケットは、バッテリモジュールおよび伝熱部材のそれぞれに固定されている。支持部材は、締結部材挿通部を有する。締結部材挿通部は、締結部材を挿通可能に形成されている。支持部材は、伝熱部材に固定されている。
第1の実施形態における電車の側面の模式図。 第1の実施形態における車両用蓄電池装置の斜視図。 第1の実施形態における車両用蓄電池装置の底面図。 図2のIV-IV線における断面を示す模式図。 第1の実施形態における仕切部材の斜視図。 図2のVI矢視において、一部を破断した側面図。 図2のVII矢視において、一部を破断した側面図。 第1の実施形態におけるバッテリユニットの斜視図。 第1の実施形態における車両用蓄電池装置の斜視図。 第1の実施形態における車両用蓄電池装置の組み立て方法を説明する図。 第2の実施形態における電車の側面の模式図。
 以下、実施形態のバッテリユニットおよび車両用蓄電池装置を、図面を参照して説明する。
 (第1の実施形態)
 図1は、第1の実施形態における電車の側面の模式図である。
 図1に示すように、電車1は、レールR上を走行する台車2と、台車2に支持された車体3と、車体3の上部に設けられたパンタグラフ4と、車体3の床下に配置された車両用蓄電池装置5と、を備えている。台車2は、図示しない主電動機を備えている。主電動機は、パンタグラフ4を通じて架線から供給された電力、または車両用蓄電池装置5から供給された電力により、車輪を駆動する。なお、以下の説明では、車両走行方向に符号Xを付し、車両走行方向Xに直交する車幅方向に符号Yを付し、車両走行方向Xおよび車幅方向Yに直交する車両高さ方向に符号Zを付す。また、以下の説明において、車両高さ方向ZにおけるレールR側とは、車両高さ方向Zにおける車体3からレールRに向かう方向を意味する。また、車両高さ方向Zにおける車体3側とは、車両高さ方向ZにおけるレールRから車体3に向かう方向を意味する。
 図2は、第1の実施形態における車両用蓄電池装置を車両高さ方向Zの車体側から見た斜視図である。
 図2に示すように、車両用蓄電池装置5は、図示しないセルを含む複数のバッテリユニット6と、バッテリユニット6を制御する制御機器7と、バッテリユニット6および制御機器7を保持するハウジング8と、を備えている。制御機器7は、高圧機器7aと、低圧機器7bと、を含む。
 ハウジング8は、車両走行方向X、車幅方向Yおよび車両高さ方向Zに延びる直方体状に形成されている。ハウジング8の長手方向は、車両走行方向Xに一致している。ハウジング8は、ハウジング8の中央部に設けられて直方体状に形成された本体部20と、本体部20の車幅方向Yの一方側に設けられた高圧機器収容部21と、本体部20の車幅方向Yの他方側に設けられた低圧機器収容部22と、本体部20の車両走行方向Xにおける一方側に設けられた艤装コネクタ収容部23と、を備えている。
 本体部20は、バッテリユニット6を収容する。本体部20の天板20dは、着脱可能に設けられている。天板20dは、車幅方向Yに沿う複数の分割線において、車両走行方向Xに複数(本実施形態では7個)に分割されている。
 図3は、第1の実施形態における車両用蓄電池装置の底面図である。
 図3に示すように、本体部20は、車両高さ方向ZにおけるレールR側に開口する作業用開口20aを有する。作業用開口20aは、着脱可能に設けられたカバー部材24により覆われている。
 図4は、図2のIV-IV線における断面を示す模式図である。
 図4に示すように、本体部20の内部には、本体部20の内部空間を車両高さ方向Zの車体3側とレールR側とに仕切って互いに独立させる仕切部材26が設けられている。
 図5は、第1の実施形態における仕切部材の斜視図である。
 図5に示すように、仕切部材26は、車両走行方向Xおよび車幅方向Yに沿って延びるベース部26aと、ベース部26aから車体3に向かって車両高さ方向Zに沿って突出するとともに車幅方向Yに沿って延びる複数のフィン26bと、を有する。各フィン26bの先端部は、本体部20の天板20dに近接するように対向している。仕切部材26は、本体部20の天板20dと同様に(図2参照)、車幅方向Yに沿う複数の分割線において、車両走行方向Xに複数(本実施形態では7個)に分割されている。
 図4に示すように、本体部20内において、仕切部材26に対して車両高さ方向ZにおけるレールR側に位置する空間は、複数のバッテリユニット6が配置される収容空間S1を構成している。一方、本体部20内において、仕切部材26に対して車両高さ方向Zにおける車体3側に位置する空間は、仕切部材26を介してバッテリユニット6を冷却する冷却空間S2を構成している。
 図3に示すように、収容空間S1には、梯子状のフレーム25が複数(本実施形態では8個)配置されている。複数のフレーム25は、車両高さ方向Zに幅を有するとともに、車幅方向Yに延びている。複数のフレーム25は、車両走行方向Xに等間隔に配置されている。各フレーム25の車幅方向Yの両端部は、本体部20の内面に接合されている。フレーム25上には、隣り合うフレーム25の間に跨ぐように分割された仕切部材26(図5参照)が配置されている。隣り合うフレーム25の間には、それぞれ複数(本実施形態では5個)のバッテリユニット6が車幅方向Yに並んで配置されている。
 図4に示すように、冷却空間S2は、本体部20の車幅方向Yの両側部にそれぞれ形成された通気用開口部20b,20cを通じて、外部空間と連通している。それぞれの通気用開口部20b,20cは、本体部20の車幅方向Yの両側部における車両走行方向Xの略全体に亘って延びている。車幅方向Yの他方側の通気用開口部20cには、外部空間から冷却空間S2に向けて外気を送り込む複数のファン19が、車両走行方向Xに並んで設置されている。冷却空間S2には、仕切部材26のベース部26aから突出した複数のフィン26b(図5参照)が配置されている。
 図6は、図2のVI矢視において、一部を破断した側面図である。
 図6に示すように、高圧機器収容部21は、例えばヒューズやコンタクタ等を含む高圧機器7aを収容する。高圧機器収容部21は、車両走行方向Xに長辺を有する直方体状に形成されている。高圧機器収容部21は、本体部20の車幅方向Yにおける一側部に沿って配置されている。高圧機器収容部21は、車幅方向Yの外側に開口する開口部21aを複数有する。複数の開口部21aは、車両走行方向Xに並んで形成されている。各開口部21aは、着脱可能に設けられたカバー21bによりそれぞれ覆われている。高圧機器収容部21の内部は、高圧機器7aが配置された高圧機器空間S3(制御機器空間)となっている。
 図7は、図2のVII矢視において、一部を破断した側面図である。
 図7に示すように、低圧機器収容部22は、例えばバッテリーマネジメントユニット等を含む低圧機器7bを収容する。低圧機器収容部22は、車両走行方向Xに長辺を有する直方体状に形成されている。低圧機器収容部22は、本体部20の車幅方向Yにおける他側部に沿って配置されている。低圧機器収容部22は、車幅方向Yの外側に開口する開口部22aを複数有する。複数の開口部22aは、車両走行方向Xに並んで形成されている。各開口部22aは、着脱可能に設けられたカバー22bによりそれぞれ覆われている。低圧機器収容部22の内部は、低圧機器7bが配置された低圧機器空間S4(制御機器空間)となっている。低圧機器空間S4は、高圧機器空間S3(図6参照)から分離された空間であって、車両走行方向Xを挟んで高圧機器空間S3とは反対側に位置している。
 図2に示すように、艤装コネクタ収容部23は、車幅方向Yに長辺を有する直方体状に形成されている。艤装コネクタ収容部23は、本体部20の車両走行方向Xにおける一側部に沿って配置されている。艤装コネクタ収容部23の内部は、車両用蓄電池装置5を他の機器に接続させるためのコネクタが配置された艤装コネクタ空間となっている。
 図4に示すように、収容空間S1は、仕切部材26によって冷却空間S2から独立している。また、収容空間S1は、収容空間S1を挟んで仕切部材26とは反対側に設けられたカバー部材24、および本体部20の車幅方向Yの両側の側壁によって外部空間から独立している。また、収容空間S1は、本体部20の車幅方向Yの一方側の側壁によって高圧機器空間S3から独立している。また、収容空間S1は、本体部20の車幅方向Yの他方側の側壁によって低圧機器空間S4から独立している。収容空間S1は、バッテリユニット6を挟んで仕切部材26とは反対側に開放可能に形成されている。収容空間S1は、カバー部材24を取り外した状態で、作業用開口20aを通じて外部空間からアクセス可能とされている。
 図2に示すように、ハウジング8には、複数の吊耳27が車幅方向Yの両側に向けて突設されている。吊耳27は、ハウジング8の天板の車幅方向Yにおける両側縁に沿って並んで配置されている。吊耳27は、例えば複数のフレーム25(図3参照)と車両走行方向Xにおける同じ位置に配置されている。ハウジング8は、吊耳27が車体3(図1参照)の床下に締結されることで、車体3に吊り下げられている。
 図8は、第1の実施形態におけるバッテリユニットの斜視図である。
 図8に示すように、バッテリユニット6は、複数(本実施形態では4個)のバッテリモジュール30と、伝熱部材50と、放熱部材60と、第1ブラケット71(ブラケット)と、複数(本実施形態では4個)の支持部材80と、を備えている。
 バッテリモジュール30は、図示しない複数のセルと、複数のセルを内部に収容する収容体(ケース)32と、を有する。
 セルは、直方体状に形成された二次電池である。各セルは、そのプラス端子およびマイナス端子が設けられた頂面を同一方向に向けた状態で並んで配置されている。各セルは、例えば互いに直列接続されて組電池を構成している。
 収容体32は、例えば樹脂材料等により形成されている。収容体32は、所定方向に長い直方体状に形成されている。収容体32は、収容体32の内部に収容された複数のセルの全てが熱的に接触する底壁32aと、底壁32aに接続された4つの側壁と、を有する。底壁32aは、収容体32の長手方向に沿って延びている。底壁32aの内面には、各セルのプラス端子およびマイナス端子が設けられた頂面とは反対側を向く底面が熱的に接触している。底壁32aの内面と各セルの底面との間には、例えば接着剤やグリース等が介在している。以下の説明では、セルの底面から頂面に向かう方向(すなわち底壁32aの法線方向)をy方向とし、y方向から見た底壁32aの長手方向をz方向とし、z方向およびy方向に直交する方向をx方向とする。
 収容体32の4つの側壁のうち、z方向の一方側の端部に位置する第1側壁32bには、主回路(外部機器)に電気的に接続される主回路用コネクタ32c(接続部)と、制御回路(外部機器)に電気的に接続される制御回路用コネクタ32d(接続部)と、が設けられている。各コネクタ32c,32dは、z方向における放熱部材60とは反対側から見えるように形成されている。各コネクタ32c,32dは、第1側壁32bにおける底壁32aとの接続箇所とは反対側の端部に設けられている。
 4個のバッテリモジュール30は、x方向およびy方向の双方向に格子状に並んでいる。各バッテリモジュール30は、y方向に隣り合うバッテリモジュール30に対して、収容体32の底壁32aの外面を向け、かつ後述する伝熱部材50を挟んだ状態で配置されている。また、各バッテリモジュール30は、x方向に隣り合うバッテリモジュール30に対して、僅かに隙間をあけた状態で配置されている。以下の説明では、4個のバッテリモジュール30のうち、y方向の一方側に配置された一対のバッテリモジュール30をそれぞれ第1のバッテリモジュール30という。また、4個のバッテリモジュール30のうち、y方向の他方側に配置された一対のバッテリモジュール30をそれぞれ第2のバッテリモジュール30という。
 伝熱部材50は、熱伝導率の高い材料により形成されている。熱伝導率の高い材料としては、例えばアルミニウム等の金属材料が好適である。伝熱部材50は、x方向およびz方向の双方向に延びる矩形板状に形成されている。伝熱部材50は、y方向に並ぶ一対のバッテリモジュール30の間に配置されている。伝熱部材50は、各バッテリモジュール30における収容体32の底壁32aの外面に沿って配置されている。伝熱部材50は、第1のバッテリモジュール30の底壁32aの外面に沿って配置されy方向の一方側に面する第1対向面50aと、第2のバッテリモジュール30の底壁32aの外面に沿って配置されy方向の他方側に面する第2対向面50bと、を有する。伝熱部材50は、第1対向面50aを第1のバッテリモジュール30の底壁32aの外面に接触させ、第2対向面50bを第2のバッテリモジュール30の底壁32aの外面に接触させた状態で配置されている。伝熱部材50のx方向における両端部は、4個のバッテリモジュール30よりもx方向の外側に突出している。
 放熱部材60は、熱伝導率の高い材料により形成されている。熱伝導率の高い材料としては、例えばアルミニウム等の金属材料が好適である。放熱部材60は、x方向およびy方向の双方向に延びる矩形板状に形成されている。放熱部材60は、4個のバッテリモジュール30の収容体32の第1側壁32bとは反対側の端部に位置する第2側壁32eの外面に対向する位置に配置されている。放熱部材60は、4個のバッテリモジュール30の収容体32の第2側壁32eに対して隙間を開けて配置されている。放熱部材60は、z方向の外側に面する放熱面60aと、z方向から見て4個のバッテリモジュール30よりも外側に位置する外縁60bと、を有している。放熱部材60の各角部には、放熱部材60の厚さ方向(z方向)に貫通する貫通孔(不図示)がそれぞれ形成されている。
 放熱部材60は、放熱面60aとは反対側の裏面60cにおいて、伝熱部材50に接続されている。伝熱部材50と放熱部材60とは、複数(本実施形態では4個)のボルト74により締結固定されている。複数のボルト74は、x方向に等間隔で配置されている。各ボルト74は、第1ブラケット71の後述する肉抜部71aの内側から、伝熱部材50をz方向に貫通する貫通孔に挿通されて、放熱部材60に形成された雌ねじに捩じ込まれている。
 第1ブラケット71は、伝熱部材50を挟んで放熱部材60とは反対側に配置されている。第1ブラケット71は、x方向およびy方向の双方向に延びる矩形板状に形成されている。第1ブラケット71は、各バッテリモジュール30の収容体32における第1側壁32bの外面に対向する位置に配置されている。第1ブラケット71は、各バッテリモジュール30および伝熱部材50のそれぞれに固定されている。第1ブラケット71は、y方向の中間位置において、複数(本実施形態では3個)のボルト72により、伝熱部材50の端面に対して締結されている。また、第1ブラケット71は、各バッテリモジュール30の収容体32の第1側壁32bに対して、複数(本実施形態では4個)のボルト73により締結されている。第1ブラケット71には、ボルト72およびボルト73が挿通される部分を避けて肉抜部71aが形成されている。肉抜部71aは、伝熱部材50の端面の一部を露出している。
 4個の支持部材80は、それぞれ各バッテリモジュール30の側部に配置されている。各支持部材80は、z方向における伝熱部材50と放熱部材60との接続箇所、および伝熱部材50と第1ブラケット71との固定部の間において、伝熱部材50に固定されている。各支持部材80は、伝熱部材50のx方向における端面に固定されている。支持部材80は、SUS等の金属材料により形成されている。支持部材80は、板状のプレート部81と、円筒状のボルトガイド部82と、を備えている。
 プレート部81は、x方向に直交する平面に沿う平板状に形成されている。プレート部81は、z方向に沿って延びる基部81aと、基部81aにおけるz方向の放熱部材60側の部分から伝熱部材50に向かって延びる第1延出部81bと、基部81aにおけるz方向の第1延出部81bとは反対側の部分から伝熱部材50に向かって延びる第2延出部81cと、を備える。第1延出部81bは、伝熱部材50のx方向を向く端面に対してボルト75aにより締結されている。また、第1延出部81bは、第1のバッテリモジュール30の収容体32の第2側壁32eとプレート部81とを連結するブラケット(不図示)に対して1個のボルト75bにより締結されている。なお、第1延出部81bは、第1のバッテリモジュール30の収容体32に対してボルト75bにより直接締結されていてもよい。第2延出部81cは、伝熱部材50のx方向を向く端面に対して2個のボルト75cにより締結されている。
 プレート部81の基部81aには、第1屈曲部83と、第2屈曲部84と、が形成されている。第1屈曲部83は、基部81aにおけるz方向の放熱部材60側の端部に形成されている。第1屈曲部83は、バッテリモジュール30に向かって略直角に屈曲している。第1屈曲部83は、放熱部材60の裏面60cに沿って配置され、裏面60cに接触している。第2屈曲部84は、基部81aにおけるz方向の第1屈曲部83とは反対側の端部に形成されている。第2屈曲部84は、バッテリモジュール30側に向かって略直角に屈曲している。第2屈曲部84は、バッテリモジュール30、伝熱部材50および第1ブラケット71よりもz方向に突出した位置に配置されている。第1屈曲部83および第2屈曲部84には、放熱部材60の角部に形成された貫通孔(不図示)と同軸の貫通孔83a,84aが形成されている。
 ボルトガイド部82は、円筒状に形成され、z方向に沿って延びている。ボルトガイド部82は、第1屈曲部83と第2屈曲部84との間に配置されている。ボルトガイド部82の両端部は、第1屈曲部83および第2屈曲部84に溶接されている。ボルトガイド部82は、第1屈曲部83および第2屈曲部84に形成された貫通孔83a,84aと同軸上に配置されている。
 また、支持部材80は、長尺ボルト77(ボルト、図4参照)を挿通可能に形成された締結部材挿通部85を有する。締結部材挿通部85は、支持部材80と伝熱部材50との固定部からy方向に離間した位置に設けられている。締結部材挿通部85は、ボルトガイド部82、第1屈曲部83および第2屈曲部84により形成され、z方向に連続して延びている。締結部材挿通部85は、放熱部材60がある方向から第1ブラケット71がある方向に挿通可能に形成されている。本実施形態では、締結部材挿通部85は、締結部材をz方向に挿通可能に形成されている。締結部材挿通部85は、z方向における放熱部材60から第1ブラケット71に向かう方向に、バッテリモジュール30、伝熱部材50および第1ブラケット71よりも突出している。
 図9は、第1の実施形態における車両用蓄電池装置を車両高さ方向Zのレール側から見た斜視図である。なお、図9では、カバー部材24が取り外された状態を示している。
 図9に示すように、上述のように構成された各バッテリユニット6は、ハウジング8の作業用開口20aを通じてレールR側から収容空間S1に設置される。この際、各バッテリユニット6は、x方向を車両走行方向X、y方向を車幅方向Y、z方向を車両高さ方向Zに一致させた状態で設置される。
 図4に示すように、収容空間S1に設置されたバッテリユニット6は、放熱部材60の放熱面60aが仕切部材26のベース部26aにおけるレールR側の主面に接触した状態で、仕切部材26に固定されている。バッテリユニット6は、仕切部材26から垂れ下げられた長尺ボルト77に締結部材挿通部85を挿通して、長尺ボルト77のレールR側の端部をナット78で締結することによって、仕切部材26に固定されている。この際、長尺ボルト77は、放熱部材60の角部に形成された貫通孔(不図示)に挿通されている。締結部材挿通部85は、放熱部材60にレールR側から接触している。締結部材挿通部85および放熱部材60は、長尺ボルト77およびナット78により共締めされている。放熱部材60が伝熱部材50に固定され、伝熱部材50に支持部材80が固定され、支持部材80が仕切部材26に固定されるので、放熱部材60が仕切部材26と密着する。これにより、放熱部材60から仕切部材26への熱伝導を確保できる。
 図9に示すように、バッテリユニット6は、フレーム25に対して第2ブラケット28を介して連結されている。第2ブラケット28は、車両走行方向Xに沿って延びる金具であって、フレーム25のレールR側の端部を跨ぐように配置されている。第2ブラケット28は、その中央部においてレールR側から挿通されたボルト29aによりフレーム25に対して締結されている。また、第2ブラケット28は、その両端部においてそれぞれレールR側から挿通されたボルト29bにより、バッテリユニット6の伝熱部材50におけるx方向の端部に締結されている。
 図10は、第1の実施形態における車両用蓄電池装置の組み立て方法を説明する図である。
 図10に示すように、バッテリユニット6を収容空間S1に設置する際には、ハウジング8を組み立て用の吊枠92により吊り下げた状態で、バッテリユニット6をジャッキ91等で持ち上げて作業用開口20aを通じて収容空間S1に入れる。この際、ジャッキ91は、バッテリユニット6における各締結部材挿通部85のレールR側の端部、すなわち第2屈曲部84を支持する。各締結部材挿通部85のレールR側の端部は、バッテリユニット6を仕切部材26に固定した際にバッテリユニット6の荷重を受けることができるように形成されているので、ジャッキ91により支持されることが可能となっている。
 以上詳述したように、本実施形態のバッテリユニット6は、バッテリモジュール30と、伝熱部材50と、放熱部材60と、を備える。バッテリモジュール30は、セルが熱的に接触する底壁32aを有する収容体32を備える。伝熱部材50は、第1のバッテリモジュール30の底壁32aの外面に沿って配置された第1対向面50a、および第2のバッテリモジュール30の底壁32aの外面に沿って配置された第2対向面50bを有する。伝熱部材50は、第1対向面50aを第1のバッテリモジュール30の底壁32aの外面に接触させ、第2対向面50bを第2のバッテリモジュール30の底壁32aの外面に接触させた状態で配置されている。放熱部材60は、外側に面する放熱面を有し、放熱面60aとは反対側の裏面60cにおいて伝熱部材50に接続されている。
 この構成によれば、セルの発熱は、伝熱部材50を通じて放熱部材60に伝熱する。放熱部材60は、収容体32の底壁32aの外面に沿う各対向面50a,50bを有する伝熱部材50に接続しているので、伝熱部材50を挟むようにして複数のバッテリモジュール30を密に並べても、外側に露出する位置に放熱部材60が配置される。
 さらに、バッテリユニット6は、伝熱部材50を挟んで放熱部材60の反対側に配置されバッテリモジュール30および伝熱部材50のそれぞれに固定された第1ブラケット71と、長尺ボルト77を挿通可能に形成された締結部材挿通部85を有し伝熱部材50に固定された支持部材80と、を備える。
 この構成によれば、複数のバッテリモジュール30が放熱部材60の鉛直下方に位置するようにバッテリユニット6を配置する場合に、各バッテリモジュール30の荷重は、第1ブラケット71を介して伝熱部材50に支持され、伝熱部材50にかかる荷重は、支持部材80を介して締結部材挿通部85に挿通された長尺ボルト77により支持される。このため、各バッテリモジュール30の荷重が伝熱部材50を通じて放熱部材60にかかることが抑制される。よって、伝熱部材50と放熱部材60との接続箇所に各バッテリモジュール30の荷重がかかって放熱部材60が歪むことにより伝熱部材50と放熱部材60との接触面積が減少することが抑制され、伝熱部材50から放熱部材60への熱伝導の阻害が防止される。
 以上により、冷却能力を確保しつつ、放熱部材60の放熱面60aの側面が互いに対向するように複数のバッテリユニット6を2次元的に並べて配置でき、複数のバッテリユニット6が搭載される車両用蓄電池装置5において大容量化できる。また、複数のバッテリユニット6を高密度に並べることができるので、車両の床下に配置される場合に、配置スペースに制約が生じる車両の低床化に対応できる。
 また、締結部材挿通部85は、支持部材80と伝熱部材50との固定部から、y方向の両側に離間した位置に複数設けられている。これにより、複数のバッテリモジュール30が放熱部材60の鉛直下方に位置するようにバッテリユニット6を配置する場合に、伝熱部材50にかかる各バッテリモジュール30の荷重は、伝熱部材50を挟んだ両側から支持部材80を介して長尺ボルト77に支持される。したがって、バッテリユニット6をバランスよく支持して安定させることが可能となる。
 また、放熱部材60は、z方向から見て複数のバッテリモジュール30よりも外側に位置する外縁60bを有する。これにより、放熱部材60の放熱面60aの側面が互いに対向するように複数のバッテリユニット6を2次元的に並べて配置する際に、放熱部材の外縁がz方向から見て複数のバッテリモジュール30よりも内側に位置する構成と比較して、放熱部材60の放熱面60aをより広く設けることができる。したがって、冷却能力を確保しつつ大容量化できるバッテリユニット6とすることができる。
 また、締結部材挿通部85は、放熱部材60から第1ブラケット71に向かう方向に、複数のバッテリモジュール30、伝熱部材50、および第1ブラケット71よりも突出している。これにより、複数のバッテリモジュール30が放熱部材60の鉛直下方に位置するようにバッテリユニット6を配置する場合において、ジャッキ91によりバッテリユニット6を持ち上げて設置する際に、締結部材挿通部85をジャッキ91に支持させることができる。したがって、バッテリユニット6の設置時に、バッテリユニット6の全荷重がバッテリモジュール30、伝熱部材50および第1ブラケット71にかかることを防止できる。
 また、主回路用コネクタ32cおよび制御回路用コネクタ32dがz方向における放熱部材60とは反対側から見える構成とした。これにより、放熱部材60の放熱面60aの側面が互いに対向するように複数のバッテリユニット6を2次元的に並べて配置しても、各コネクタ32c,32dが放熱部材60に覆われないように配置することができる。したがって、接続作業時における優れた作業性を有するバッテリユニット6とすることができる。
 ところで、例えばバッテリユニットに直接冷却風を当ててバッテリユニットを冷却する構成とした場合には、バッテリユニットの周囲に塵埃や湿気等が侵入し、バッテリユニットの劣化や故障が発生する可能性がある。
 本実施形態の車両用蓄電池装置5では、バッテリユニット6が、外部空間と冷却空間S2とから独立した収容空間S1に配置されている構成とした。この構成によれば、収容空間S1が外部空間と冷却空間S2とから独立しているので、収容空間S1への塵埃や湿気等の侵入が抑制されるので、バッテリユニット6の劣化や故障が防止される。したがって、車両用蓄電池装置5の信頼性を向上させることができる。
 また、収容空間S1や高圧機器空間S3が他の空間と連通していると、収容空間S1や高圧機器空間S3において予期せぬ事態が生じた場合に、他の空間に配置された機器に影響が及ぶ可能性がある。
 本実施形態では、収容空間S1が外部空間と高圧機器空間S3と低圧機器空間S4とから独立しているので、バッテリユニット6における漏液等の予期せぬ事態の影響が高圧機器空間S3および低圧機器空間S4に配置された制御機器7や外部に及ぶことが防止される。また、高圧機器空間S3において生じた予期せぬ事態の影響が収容空間S1に配置されたバッテリユニット6に及ぶことが防止される。したがって、車両用蓄電池装置5の信頼性および安全性を向上させることができる。
 また、バッテリユニット6の放熱部材60の放熱面60aが収容空間S1と冷却空間S2とを仕切って互いに独立させる仕切部材26に接触しているので、冷却空間S2を流れる冷却風により仕切部材26を冷却することで、放熱部材60が仕切部材26を介して冷却される。したがって、冷却空間S2から独立した収容空間S1に配置されたバッテリユニット6を冷却することができる。
 しかも、バッテリユニット6は、締結部材挿通部85に挿通された長尺ボルト77により固定されているので、複数のバッテリモジュール30が放熱部材60の鉛直下方に位置するようにバッテリユニット6を設置する場合に、上述したように、バッテリモジュール30の荷重が伝熱部材50を通じて放熱部材60にかかることが抑制される。よって、伝熱部材50から放熱部材60への熱伝導の阻害が防止される。したがって、バッテリユニット6に対する冷却能力を確保できる。
 そして、バッテリユニット6は上述した状態で仕切部材26に固定されて並んでいるので、バッテリユニット6の冷却を可能としつつ、バッテリユニット6を高密度に並べることが可能となり、大容量化された車両用蓄電池装置5を提供できる。
 また、締結部材挿通部85および放熱部材60は、長尺ボルト77により仕切部材26に対して共締めされている。これにより、放熱部材60が仕切部材26に対して強固に固定される。したがって、放熱部材60が仕切部材26に対して接触した状態が維持されるので、仕切部材26を介して放熱部材60を確実に冷却できる。
 また、締結部材挿通部85は、z方向に連続して延びている。このため、長尺ボルト77およびナット78を締め込んだ際に生じるz方向に沿う締結力により、締結部材挿通部85が撓むことが抑制される。よって、長尺ボルト77およびナット78を締め込んだ際の締結力が締結部材挿通部85において吸収されることを抑制できる。したがって、バッテリユニット6と仕切部材26とを強固に固定することが出来る。
 また、収容空間S1は、バッテリユニット6を挟んで仕切部材26とは反対側に開放可能に形成されている。これにより、カバー部材24を取り外した状態で外部空間から見て、バッテリユニット6が仕切部材26により覆われない状態で収容空間S1に配置される。したがって、バッテリユニット6に対する作業を外部空間から容易に行うことが可能となり、バッテリユニット6に対する優れた作業性を有する車両用蓄電池装置5とすることができる。
 また、収容空間S1は、バッテリユニット6を挟んで仕切部材26とは反対側に開放可能に形成されている。これにより、バッテリユニット6を収容空間S1に設置する際に、カバー部材24を取り外した状態で外部空間から収容空間S1へ直接バッテリユニット6を入れることができる。その際に、バッテリユニット6をバッテリユニット6における放熱部材60が位置する端部から収容空間S1へ入れる動作と、放熱部材60を仕切部材26に接触させる動作と、を同時に行うことができる。バッテリユニット6の取り外しの際も同様である。したがって、作業性を向上させることができる。
 しかも、本実施形態では、車両高さ方向Zにおいて、仕切部材26が収容空間S1の車体3に近い位置に配置され、カバー部材24がレールRに近い位置に配置されている。このため、バッテリユニット6を収容空間S1に設置する際には、高重量であるバッテリユニット6をジャッキ91等で持ち上げて入れることができる。このため、バッテリユニット6を水平方向から収容空間に入れる場合と比較して、作業性を向上させることができる。
 また、低圧機器7bは、高圧機器7aが配置された高圧機器空間S3から分離され、ハウジング8の長手方向を挟んで高圧機器空間S3とは反対側に位置する低圧機器空間S4に配置されているので、低圧機器7bのメンテナンス時に作業者が高圧機器7aに触れることを防止できる。したがって、作業性を向上させることができる。
 しかも、本実施形態では、高圧機器空間S3および低圧機器空間S4が収容空間S1に対して車幅方向Yの両側に配置されているので、高圧機器7aおよび低圧機器7bのメンテナンス時には、作業者が電車1の側方から作業することが可能となる。したがって、作業性を向上させることができる。
 (第2の実施形態)
 図11は、第2の実施形態における電車の側面の模式図である。
 図1に示す第1の実施形態の電車1では、車両用蓄電池装置5が車体3の床下に配置されている。これに対して、図11に示す第2の実施形態の電車101では、車両用蓄電池装置5が車体3の天板上に配置されている点で、第1の実施形態と異なっている。この場合、車両用蓄電池装置5を第1実施形態とは上下反転させて、上述した吊耳27を車体3の天板に締結する。これにより、バッテリユニット6を収容空間S1に設置する際に、高重量であるバッテリユニット6をクレーン等で吊り下げて入れることができる。このため、バッテリユニット6を水平方向から収容空間に入れる場合と比較して、作業性を向上させることができる。
 なお、上記各実施形態においては、冷却空間S2は、車幅方向Yの両側にそれぞれ形成された通気用開口部20b,20cを通じて、外部空間と連通しているが、これに限定されない。冷却空間は、ハウジングの本体部における車両走行方向Xの両側部にそれぞれ形成された通気用開口部を通じて外部空間と連通していてもよい。このように構成することで、走行風を冷却空間に取り込むことができ、ファンを省略できる。この場合、仕切部材のフィンは、車両走行方向Xに沿って延びる構成とすることが望ましい。これにより、冷却空間において冷却風が車両走行方向Xに沿って流れ、仕切部材を効率よく冷却することができる。
 また、上記各実施形態においては、仕切部材26と放熱部材60とが別部材で構成されているが、一体形成されていてもよい。すなわち、放熱部材が仕切部材を兼ねてもよい。この場合には、放熱部材にフィンを形成することが望ましい。また、仕切部材はフィンを備えていなくてもよい。
 また、上記各実施形態においては、バッテリユニット6が、x方向を車両走行方向X、y方向を車幅方向Y、z方向を車両高さ方向Zに一致させた状態で設置されているが、これに限定されない。例えば、x方向を車幅方向Y、y方向を車両走行方向X、z方向を車両高さ方向Zに一致させて、バッテリユニット6を搭載してもよい。
 以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、バッテリユニットは、バッテリモジュールと、伝熱部材と、放熱部材と、を備える。バッテリモジュールは、セルが熱的に接触する底壁を有する収容体を備える。伝熱部材は、第1のバッテリモジュールの底壁の外面に沿って配置された第1対向面、および第2のバッテリモジュールの底壁の外面に沿って配置された第2対向面を有する。伝熱部材は、第1対向面を第1のバッテリモジュールの底壁の外面に接触させ、第2対向面を第2のバッテリモジュールの底壁の外面に接触させた状態で配置されている。放熱部材は、外側に面する放熱面を有し、放熱面とは反対側の裏面において伝熱部材に接続されている。この構成によれば、セルの発熱は、伝熱部材を通じて放熱部材に伝熱する。放熱部材は、収容体の底壁の外面に沿う各対向面を有する伝熱部材に接続しているので、伝熱部材を挟むようにして複数のバッテリモジュールを密に並べても、外側に露出する位置に放熱部材が配置される。
 さらに、バッテリユニットは、第1ブラケットと、支持部材と、を備える。第1ブラケットは、伝熱部材を挟んで放熱部材の反対側に配置されバッテリモジュールおよび伝熱部材のそれぞれに固定されている。支持部材は、長尺ボルトを挿通可能に形成された締結部材挿通部を有し伝熱部材に固定されている。この構成によれば、複数のバッテリモジュールが放熱部材の鉛直下方に位置するようにバッテリユニットを配置する場合に、各バッテリモジュールの荷重は、第1ブラケットを介して伝熱部材に支持され、伝熱部材にかかる荷重は、支持部材を介して締結部材挿通部に挿通された長尺ボルトにより支持される。このため、各バッテリモジュールの荷重が伝熱部材を通じて放熱部材にかかることが抑制される。よって、伝熱部材と放熱部材との接続箇所に各バッテリモジュールの荷重がかかって放熱部材が歪むことにより伝熱部材と放熱部材との接触面積が減少することが抑制され、伝熱部材から放熱部材への熱伝導の阻害が防止される。
 以上により、冷却能力を確保しつつ、放熱部材の放熱面の側面が互いに対向するように複数のバッテリユニットを2次元的に並べて配置でき、複数のバッテリユニットが搭載される車両用蓄電池装置において大容量化できる。また、複数のバッテリユニットを高密度に並べることができるので、車両の床下に配置される場合に、配置スペースに制約が生じる車両の低床化に対応できる。
 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同様に、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ものである。

Claims (10)

  1.  セルおよび前記セルを内部に収容する収容体を有し、前記収容体は前記セルが熱的に接触する底壁および前記底壁に接続された側壁を有する、複数のバッテリモジュールと、
     第1の前記バッテリモジュールの前記底壁の外面に沿って配置された第1対向面、および第2の前記バッテリモジュールの前記底壁の外面に沿って配置された第2対向面を有し、前記第1対向面を前記第1のバッテリモジュールの前記底壁の外面に接触させ、前記第2対向面を前記第2のバッテリモジュールの前記底壁の外面に接触させた状態で配置された伝熱部材と、
     外側に面する放熱面を有し、前記放熱面とは反対側の裏面において前記伝熱部材に接続された放熱部材と、
     前記伝熱部材を挟んで前記放熱部材とは反対側に配置され、前記バッテリモジュールおよび前記伝熱部材のそれぞれに固定されたブラケットと、
     締結部材を挿通可能に形成された締結部材挿通部を有し、前記伝熱部材に固定された支持部材と、を備える、
     バッテリユニット。
  2.  前記締結部材挿通部は、前記支持部材と前記伝熱部材との固定部から、前記第1のバッテリモジュールと前記第2のバッテリモジュールとが並ぶ方向の両側に離間した位置に複数設けられている、
     請求項1に記載のバッテリユニット。
  3.  前記放熱部材は、前記バッテリモジュールと前記放熱部材とが並ぶ方向から見て前記複数のバッテリモジュールよりも外側に位置する外縁を有する、
     請求項1または2に記載のバッテリユニット。
  4.  前記締結部材挿通部は、前記放熱部材から前記ブラケットに向かう方向に、前記複数のバッテリモジュール、前記伝熱部材、および前記ブラケットよりも突出している、
     請求項1から3のいずれか1項に記載のバッテリユニット。
  5.  前記バッテリモジュールは、外部機器に電気的に接続される接続部を備え、
     前記接続部は、前記バッテリモジュールを挟んで前記放熱部材とは反対側から見える、
     請求項1から4のいずれか1項に記載のバッテリユニット。
  6.  請求項1から5のいずれか1項に記載のバッテリユニットと、
     前記バッテリユニットを制御する制御機器と、
     を備え、
     前記バッテリユニットは、外部空間と、前記制御機器が配置された制御機器空間と、前記放熱部材を冷却する冷却風が流れる冷却空間と、から独立した収容空間に配置されている、
     車両用蓄電池装置。
  7.  前記収容空間と前記冷却空間とを仕切って互いに独立させる仕切部材と、
     複数の前記バッテリユニットと、
     を備え、
     前記放熱部材の前記放熱面は、前記仕切部材に対して接触し、
     前記複数のバッテリユニットは、前記締結部材挿通部に挿通された前記締結部材により前記仕切部材に固定されて並んでいる、
     請求項6に記載の車両用蓄電池装置。
  8.  前記締結部材挿通部および前記放熱部材は、前記締結部材により前記仕切部材に対して共締めされている、
     請求項7に記載の車両用蓄電池装置。
  9.  前記収容空間は、前記バッテリユニットを挟んで前記仕切部材とは反対側に開放可能に形成されている、
     請求項7または8に記載の車両用蓄電池装置。
  10.  前記バッテリユニットおよび前記制御機器を保持するハウジングを備え、
     前記制御機器は、高圧機器と低圧機器とを含み、
     前記低圧機器は、前記制御機器空間のうち、前記高圧機器が配置された高圧機器空間から分離され、前記ハウジングの長手方向を挟んで前記高圧機器空間とは反対側に位置する低圧機器空間に配置されている、
     請求項6から9のいずれか1項に記載の車両用蓄電池装置。
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