特開 2024-101399 車載用バッテリー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024101399

(43)【公開日】2024-07-29

(54)【発明の名称】車載用バッテリー

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6556 20140101AFI20240722BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20240722BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20240722BHJP

   H01M 10/6554 20140101ALI20240722BHJP

   B60K 11/02 20060101ALI20240722BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6556

H01M10/613

H01M10/625

H01M10/6554

B60K11/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023005361

(22)【出願日】2023-01-17

(71)【出願人】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】110003410

【氏名又は名称】弁理士法人テクノピア国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】成毛 俊昭

【テーマコード（参考）】

3D038

5H031

【Ｆターム（参考）】

3D038AB01

3D038AC22

5H031KK01

5H031KK08

(57)【要約】

【課題】温調機構の損傷時にも電池セルの温調を維持する。
【解決手段】本発明に係る車載用バッテリーは、複数の電池セルが内部に配置された電池モジュールと、前記電池モジュールの近傍に位置され前記電池モジュールを冷却する温調機構と、を備え、前記温調機構の内部には冷却用の流動体が通過する流路が形成され、前記流路を形成する壁面のうちの前記電池モジュール側の面に凹部又は凸部が形成され、前記電池モジュールと前記温調機構の互いに対向する面が平面状に形成されている。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電池セルが内部に配置された電池モジュールと、
前記電池モジュールの近傍に位置され前記電池モジュールを冷却する温調機構と、を備え、
前記温調機構の内部には冷却用の流動体が通過する流路が形成され、
前記流路を形成する壁面のうちの前記電池モジュール側の面に凹部又は凸部が形成され、
前記電池モジュールと前記温調機構の互いに対向する面が平面状に形成されている
車載用バッテリー。

【請求項2】

伝熱性を有するとともに伸縮性を有する伝熱シートを備え、
前記電池セルは前記伝熱シートを挟んで前記電池モジュールに配置されている
請求項１に記載の車載用バッテリー。

【請求項3】

内部に前記電池モジュールと前記温調機構が配置されている電池パックを備え、
前記電池モジュールと前記温調機構の互いに対向する面同士が接触している
請求項１又は請求項２に記載の車載用バッテリー。

【請求項4】

前記電池モジュールが内部に配置されている電池パックを備え、
前記電池モジュールと前記温調機構が前記電池パックの壁面を挟んで対向して配置され、
前記電池パックの前記電池モジュールと接触する面が平面状に形成され、
前記電池パックの前記温調機構と接触する面が平面状に形成されている
請求項１又は請求項２に記載の車載用バッテリー。

【請求項5】

前記凹部又は前記凸部は前記流動体の流動方向に沿って形成されている
請求項１又は請求項２に記載の車載用バッテリー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は温調機構を備える車載用バッテリーに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば電気自動車やハイブリッド自動車などの車両には、モーター駆動のための電力供給や回生された電力の蓄電、１２Ｖ電源供給など様々な用途に用いられる車載用バッテリーが搭載されている。
車載用バッテリーは複数の電池セルが内蔵された電池モジュールを備えており、特許文献１では当該電池セルを冷却するための温調機構が車両の底面近傍に配置されている車載用バッテリーが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１１４４６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、比較的大きな凹凸が存在する悪路や岩石路などを車両が走行した場合、路面の凸部が車両の底面に衝突してしまうことがある。この場合、車両の底面近傍に配置された温調機構が損傷し、電池セルの冷却等の温調が十分に行えなくなるおそれがある。
また、各電池セルの底面には凹凸のばらつきがあるため、それぞれを配置する際に電池モジュールの底面や温調機構に対して均一に接触できないことがある。この場合、各電池セルの放熱が十分に行われないおそれがある。

【0005】

そこで本発明として、電池セルの温調機能を維持又は向上させる温調機構を備える車載用バッテリーを提案する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る車載用バッテリーは、複数の電池セルが内部に配置された電池モジュールと、前記電池モジュールの近傍に位置され前記電池モジュールを冷却する温調機構と、を備え、前記温調機構の内部には冷却用の流動体が通過する流路が形成され、前記流路を形成する壁面のうちの前記電池モジュール側の面に凹部又は凸部が形成され、前記電池モジュールと前記温調機構の互いに対向する面が平面状に形成されている。

【0007】

これにより、温調機構が変形し他の壁面が凹部又は凸部と接触した場合であっても、凹部又は凸部と他の壁面により流動体が通過するための空間が形成される。また、電池モジュールと温調機構を略隙間なく接触させることが可能となる。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、温調機構の損傷時においても電池セルの温調を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態の車両を底面から見た斜視図を模式的に示している。

【図2】車載用バッテリーの天面図を模式的に示している。

【図3】車載用バッテリーを左側面から見た断面図を模式的に示している。

【図4】電池モジュールの構造を模式的に示している。

【図5】温調機構の断面の斜視図を模式的に示している。

【図6】車載用バッテリーの断面図の一部を模式的に示している。

【図7】車載用バッテリーの断面図の一部を模式的に示している。

【図8】車載用バッテリーを左側面から見た断面図を模式的に示している。

【図9】車載用バッテリーの断面図の一部を模式的に示している。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図１から図９を参照して実施の形態を説明する。以下の説明では車両１００の進行方向を前方として前後方向を示すものとし、当該進行方向を基準に左右方向を示すものとする。また車両１００の底面側から天面側に向かう方向を上方として上下方向を示すものとする。具体的には各図面に示された方向を参照されたい。

【0011】

なお、各実施の形態の説明にあたり参照する図面に記載された構成は、各実施の形態を実現するにあたり必要な部分及びその周辺の構成を抽出して模式的に示したものである。従って、図面に記載された各構造の厚みと平面寸法の関係、比率等は一例に過ぎず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲であれば設計などに応じて種々な変更が可能である。

【0012】

第１の実施の形態について図１から図７を参照して説明する。
図１に示す車両１００は、例えばモーターの駆動力により駆動される電気自動車やモーター又はエンジンの駆動力により駆動されるハイブリッド自動車等である。

【0013】

車両１００は車載用バッテリー１を備えている。車載用バッテリー１は車両１００の底面１０１の近傍に配置されている。車両１００のモーターは車載用バッテリー１から供給される電力により駆動され、当該モーターの駆動力により車両１００のタイヤが回転する。なお、図１では車両１００のモーター及びタイヤの図示を省略している。

【0014】

図２から図４に示すように、車載用バッテリー１は、電池モジュール２、温調機構３、電池パック４及び伝熱シート５を備えている。

【0015】

図２に示すように、車載用バッテリー１には行列状に複数の電池モジュール２が配置されている。電池モジュール２の近傍には電池モジュール２を調温する温調機構３が位置している。例えば車載用バッテリー１では横長の温調機構３が前後方向に複数配置され、各々の温調機構３の上方に複数の電池モジュール２が左右方向に配列されている。なお、本実施の形態では、主に温調機構３が電池モジュール２を冷却する温調を行う場合について説明する。

【0016】

なお、車載用バッテリー１に設けられる電池モジュール２の数は任意であり、図２に示すように８つに限定されることはない。また温調機構３は縦長に形成され左右方向に複数配置されていてもよい。

【0017】

図３に示すように、電池モジュール２及び温調機構３は電池パック４に内蔵されている。なお、図４に示すように、伝熱シート５は電池モジュール２の内部に配置されている。

【0018】

図４及び図５に示すように、電池モジュール２は、収納ケース２１、複数の電池セル２２，２２，２２，・・・及びカバー２３を備えている。

【0019】

図４に示すように、収納ケース２１は、上方に開口された横長の箱状に形成され、前後方向を向き前後に離隔して位置した横長の前面部２４及び後面部２５と、左右方向を向き左右に離隔した側面部２６，２６と、上下方向を向く横長の下面部２７とを備えている。収納ケース２１の内部空間は収納空間２１ａとして形成されている。

【0020】

下面部２７の内面２７ａには平板状に形成された伝熱シート５が配置されている。伝熱シート５は伝熱性を有するとともに伸縮性を有しており、例えばウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などの樹脂により形成されている。

【0021】

複数の電池セル２２，２２，２２，・・・は、例えば厚み方向が左右方向とされる向きで左右に等間隔に並んだ状態で収納空間２１ａに収納されて収納ケース２１に保持されている。

【0022】

電池セル２２が保持された状態において、各電池セル２２は伝熱シート５を挟んで下面部２７に配置されている。これにより、電池セル２２で発生した熱が伝熱シート５を介して収納ケース２１に効率的に伝えられる。

【0023】

また下面部２７の外面２７ｂは、図５に示すように電池モジュール２が温調機構３の上に配置された状態において、後述する温調機構３の天面部３３の外面３３ｄと接触する面である。外面２７ｂは前後方向及び左右方向に延びる平面状に形成されている。

【0024】

ここで、本開示における平面状に形成された面とは、面全域が完全に同一平面であることを含むがこれに限られず、面全体として平面性を維持している態様も含まれる。従って、平面状には、例えば上下方向に数ミリ程度の非常に小さい段差が形成されている態様や、面の一部に機能上必要な穴などの凹部が形成されている態様なども含まれる。また平面状には、面全域のうち少なくとも他の物体と接触している面が同一平面である態様も含まれる。

【0025】

図４に示すように、カバー２３は横長の平板状に形成され、収納ケース２１の上側の開口を閉塞する状態で収納ケース２１に取り付けられている。なお、収納ケース２１及びカバー２３は樹脂又は鋼板等により形成されている。

【0026】

なお、電池モジュール２は例えば上方に開口された縦長の箱状に形成されていてもよい。この場合、複数の電池セル２２，２２，２２，・・・は、例えば厚み方向が前後方向とされる向きで前後に等間隔に並んだ状態で収納空間２１ａに収納される。

【0027】

図５及び図６に示すように、温調機構３は、前後方向を向き前後に離隔して位置した横長の前面部３１及び後面部３２と、上下方向を向き上下に離隔して位置した横長の天面部３３及び底面部３４とを少なくとも備えている。

【0028】

温調機構３の内部空間は流動体２００が通過する流路３ａとして形成されている。流動体２００は収納ケース２１に配置された電池セル２２を温調するための媒体であり、例えば水である。

【0029】

図示しないが、例えば温調機構３の左右方向における一端部には流路３ａへの流動体２００の流入口が設けられており、他端部には流路３ａを通過した流動体２００の流出口が設けられている。これにより、流動体２００は、例えば図６の矢印で示すように、流入口から流出口に向かって主に左右方向に流動することになる。

【0030】

例えば電池モジュール２の温度が適正な温度よりも高いときには流動体２００を温調機構３の流路３ａに流入させ、電池モジュール２からの熱を流動体２００に吸収させる。これにより、電池モジュール２が冷却され、電池モジュール２の温度が適正に保たれる。

【0031】

天面部３３の内面３３ａには下方向に突出する複数の凸部３３ｂ，３３ｂ，３３ｂ，・・・が形成されている。各々の凸部３３ｂは左右方向に延びて形成されており、それぞれが前後方向に隣り合うように設けられている。また隣り合う凸部３３ｂ，３３ｂの間には左右方向に延びる凹部３３ｃが形成される。

【0032】

天面部３３の内面３３ａに凸部３３ｂと凹部３３ｃが形成されることで、内面３３ａが平面状に形成されている場合に比べて内面３３ａの表面積が大きくなる。

【0033】

図５に示す電池モジュール２に収納された電池セル２２から生じた熱は、伝熱シート５及び収納ケース２１を介して天面部３３に伝達される。このとき、上記のように内面３３ａの表面積が大きくされることで流動体２００との接触面積が増加する。従って、天面部３３に伝達された熱の流動体２００への熱伝導効率を向上させることができる。

【0034】

また流動体２００は左右方向に流動することから、凸部３３ｂ及び凹部３３ｃの形状は流動体２００の流動方向に沿って形成されていると換言することもできる。

【0035】

凸部３３ｂ及び凹部３３ｃの上記形状により、放熱を受けた流動体２００は、凸部３３ｂ又は凹部３３ｃにより流れを阻害されることなく図示しない流出口に向けて淀みなく流動する。従って、天面部３３に伝達された熱を効率的に放熱することができる。

【0036】

また凸部３３ｂの先端は底面部３４の内面３４ａと離隔して位置している。底面部３４の外面３４ｂは電池パック４の底部４１の内面４１ａと接しているため、例えば路面からの熱など電池パック４の外部からの熱が底面部３４に伝達されることがある。

【0037】

そのため、凸部３３ｂの先端と底面部３４の内面３４ａとが接していると、例えば路面からの熱などが天面部３３を介して電池モジュール２に伝達され、電池モジュール２に内蔵された電池セル２２の冷却効率を阻害してしまうおそれがある。従って、凸部３３ｂの先端と底面部３４の内面３４ａとを離隔させ、外部からの熱が電池モジュール２に伝達されにくくなるようにしている。

【0038】

また天面部３３の内面３３ａに凸部３３ｂを形成することで、温調機構３が変形した場合であっても温調機構３の放熱機能を維持することができる。例えば車両１００が凹凸の大きい悪路や岩石路などを走行する場合に、路面に存在する石や突出物が車両１００の底面１０１に衝突することがある。ここで下方からの衝撃が車両１００に作用すると、図７に示すように、電池パック４の底部４１及び温調機構３の底面部３４が変形し、温調機構３の底面部３４がその天面部３３に接触してしまうことがある。

【0039】

このとき、本実施の形態では天面部３３に形成された複数の凸部３３ｂ,３３ｂ，３３ｂ，・・・の表面は曲面であるため、天面部３３と底面部３４が接触した状態において凹部３３ｃと底面部３４の内面３４ａとの間に隙間３ｂが形成される。

【0040】

このように隙間３ｂが形成されることで、温調機構３の変形後も流動体２００の流路３ａを隙間３ｂにより確保することができ、天面部３３に伝達された熱の放熱効率を維持することができる。なお、本実施の形態では凸部３３ｂの断面形状が半円状である例について説明したが、凸部３３ｂの形状は、底面部３４が天面部３３に接触した状態において隙間３ｂが生じるものであればよく、例えば凸部３３ｂの断面形状を矩形状や三角形状等、様々な形状になるように設けてもよい。

【0041】

また図５に示すように、温調機構３の天面部３３の外面３３ｄは、電池モジュール２が温調機構３の上方に配置された状態において、電池モジュール２の下面部２７の外面２７ｂと接触している。外面３３ｄは前後方向及び左右方向に延びる平面状に形成されている。

【0042】

外面２７ｂ及び外面３３ｄは互いに平面状に形成されているため、外面２７ｂと外面３３ｄは略隙間なく接触している状態となる。これにより、電池セル２２からの熱を下面部２７から天面部３３に効率よく伝達することができる。従って、電池セル２２の冷却効率を向上させることができる。

【0043】

なお、温調機構３は前後方向に延びる縦長に形成されていてもよい。この場合、例えば温調機構３の前後方向における一端部には流路３ａへの流動体２００の流入口が設けられ、他端部には流路３ａを通過した流動体２００の流出口が設けられることになる。このとき流動体２００は流入口から流出口に向けて主に前後方向に流動することになる。

【0044】

第２の実施の形態について図８及び図９を参照して説明する。なお、以降の説明において、第１の実施の形態の車載用バッテリー１と共通する構成については説明を省略する。

【0045】

本実施の形態の車載用バッテリー１Ａは、図８に示すように、温調機構３が電池パック４の外側に配置されている点で第１の実施の形態と構成が異なる。電池モジュール２が電池パック４に内蔵され、電池モジュール２と温調機構３は電池パック４を介して互いに対向するように配置されている。

【0046】

このように温調機構３を電池パック４の外側に配置することで、例えば車両１００の下方から衝撃により温調機構３が破損し、温調機構３から流動体２００が漏れ出した場合であっても、その流動体２００が電池モジュール２の活電部である電池セル２２等に流入してしまうことを防止することができる。

【0047】

また図９に示すように、電池モジュール２の下面部２７の外面２７ｂは、電池パック４の底部４１の内面４１ａと接触している。このとき外面２７ｂと内面４１ａは互いに平面状に形成され、略隙間なく接触した状態とされている。

【0048】

加えて温調機構３の天面部３３の外面３３ｄは、電池パック４の底部４１の外面４１ｂと接触している。このとき外面３３ｄと外面４１ｂは互いに平面状に形成され、略隙間なく接触した状態とされている。

【0049】

従って、電池モジュール２、電池パック４及び温調機構３が略隙間なく接触された状態となる。これにより、電池セル２２から生じた熱が、下面部２７から底部４１を介して天面部３３に効率よく伝達される。従って、電池パック４の外部に温調機構３を配置した状態における電池セル２２の冷却効率を向上させることができる。

【0050】

以上の各実施の形態のまとめ及び変形例を記載する。
各実施の形態の車載用バッテリー１，１Ａは、図２、図３、図８等に示すように、複数の電池セル２２，２２，２２，・・・が内部に配置された電池モジュール２と、電池モジュール２の近傍に位置され電池モジュール２を冷却する温調機構３と、を備えている。

【0051】

また図５、図６、図９等に示すように、温調機構３の内部には冷却用の流動体２００が通過する流路３ａが形成されている。流路３ａを形成する前面部３１、後面部３２、天面部３３及び底面部３４等の壁面のうち、電池モジュール２側の天面部３３の内面３３ａには凸部３３ｂ、凹部３３ｃが形成されている。

【0052】

これにより、図７に示すように、温調機構３が変形して底面部３４が天面部３３に接触した場合であっても、天面部３３の内面３３ａに形成された凸部３３ｂ、凹部３３ｃにより隙間３ｂが形成され、流動体２００の流路３ａが確保される。

【0053】

従って、例えば車両１００が下方から衝撃を受けることにより車両１００の底面１０１の近傍に配置された温調機構３が変形してしまった場合であっても、電池モジュール２から天面部３３に伝達された熱の放熱効率を維持することができる。

【0054】

また図６等に示すように、天面部３３の内面３３ａに形成された凸部３３ｂ、凹部３３ｃは流動体２００の流動方向に沿って延在している。

【0055】

これにより、放熱を受けた流動体２００が凸部３３ｂ又は凹部３３ｃにより流れを阻害されることなく流路３ａを通過する。従って、温調機構３の放熱効率を向上させることができる。

【0056】

なお、各実施の形態では図５、図９に示すように、天面部３３の内面３３ａに複数の凸部３３ｂ，３３ｂ，３３ｂ，・・・を設けることで凹部３３ｃを形成する例について説明したが、例えば凸部３３ｂを設けずに内面３３ａに溝を形成することで凹部３３ｃを形成してもよい。

【0057】

第１の実施の形態の車載用バッテリー１は、図３、図５等に示すように、電池モジュール２と温調機構３が内部に配置されている電池パック４を備えている。また電池モジュール２と温調機構３の互いに対向する外面２７ｂ及び外面３３ｄは平面状に形成され、外面２７ｂが外面３３ｄに接触されている。

【0058】

これにより、外面２７ｂと外面３３ｄが略隙間なく接触した状態となり、電池セル２２から伝達された熱を下面部２７から天面部３３に効率よく伝達することができる。従って、温調機構３による電池モジュール２の冷却効率を向上させることができる。

【0059】

一方、第２の実施の形態の車載用バッテリー１Ａは、図８、図９に示すように、電池モジュール２が内部に配置されている電池パック４を備え、電池モジュール２と温調機構３が電池パック４の壁面である底部４１を挟んで対向して配置されている。

【0060】

これにより、外部からの衝撃等の要因により温調機構３が破損し流動体２００が漏れ出した場合であっても、電池モジュール２が電池パック４に内蔵されているため、漏れ出した流動体２００が電池モジュール２の電池セル２２等の活電部に流入することがなくなる。従って、温調機構３が故障した場合等に電池モジュール２の活電部を保護することができる。

【0061】

また電池パック４の外部に温調機構３を配置することで、破損した温調機構３を交換する際にも、電池パック４を取り外すことなく温調機構３のみを取り外して交換することができる。従って、車載用バッテリー１Ａの修理における工程を削減し、作業性を向上させることができる。

【0062】

また車載用バッテリー１Ａでは、図９等に示すように、電池パック４の電池モジュール２と接触する底部４１の内面４１ａが平面状に形成され、電池パック４の温調機構３と接触する外面４１ｂが平面状に形成されている。

【0063】

これにより、電池モジュール２の下面部２７と電池パック４の底部４１が略隙間なく接触された状態となり、かつ電池パック４の底部４１と温調機構３の天面部３３が略隙間なく接触された状態となる。従って、互いの接触面積を確保することができるため、電池モジュール２から発生した熱を、電池パック４を介して温調機構３に効率的に伝達することができるようになる。

【0064】

また各実施の形態における車載用バッテリー１，１Ａは、図４、図５、図９等に示すように、伝熱性を有するとともに弾性又は塑性を有する伝熱シート５を備え、電池セル２２が伝熱シート５を挟んで電池モジュール２に配置されている。

【0065】

伝熱シート５は電池セル２２から生じる熱を、収納ケース２１を介して温調機構３に効率的に伝達することができる。従って、発熱する電池セル２２を適温に保つことができる。

【0066】

このとき伝熱シート５は電池セル２２に接しているため、電池セル２２から生じる熱を直接吸収することができる。これは特に、故障等により電池セル２２が急激に発熱した場合にも直に熱を吸収できるため有効である。

【0067】

また伝熱シート５は例えばゲル又はゴム状に形成され弾性又は塑性を有しているため、伝熱シート５に配列した各電池セル２２の底面の凹凸を吸収する。従って、収納ケース２１に複数の電池セル２２，２２，２２，・・・を安定して配置することができる。

【0068】

また伝熱シート５は熱容量が多いため、例えば車外が寒冷環境下において車両１００が停車した場合などにおいて、電池セル２２の温度が適正な温度より低くなることを一定時間抑えることができる。例えば車両１００が停車した状態においては温調機構３の温調機能も停止するが、このような場合であっても停止前に吸収していた伝熱シート５の熱により、各電池セル２２を適温に保つことができる。

【0069】

最後に、本開示に記載された効果はあくまで例示でありこれに限定されるものではなく、他の効果を奏するものであってもよいし、本開示に記載された効果の一部を奏するものであってもよい。また、実施の形態で説明されている構成の組み合わせの全てが課題の解決に必須であるとは限らない。

【符号の説明】

【0070】

１，１Ａ 車載用バッテリー
２ 電池モジュール
３ 温調機構
３ａ 流路
３ｂ 隙間
４ 電池パック
５ 伝熱シート
２２ 電池セル
２７ 底面部
２７ｂ 外面
３３ 天面部
３３ａ 内面
３３ｂ 凸部
３３ｃ 凹部
３３ｄ 外面
４１ 底部
４１ａ 内面
４１ｂ 外面
１００ 車両
１０１ 底面
２００ 流動体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】