(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-16
(45)【発行日】2024-07-24
(54)【発明の名称】蓄電装置
(51)【国際特許分類】
H01M 10/6554 20140101AFI20240717BHJP
H01M 10/613 20140101ALI20240717BHJP
H01M 10/617 20140101ALI20240717BHJP
H01M 10/625 20140101ALI20240717BHJP
H01M 10/647 20140101ALI20240717BHJP
H01M 10/652 20140101ALI20240717BHJP
H01M 10/6556 20140101ALI20240717BHJP
H01M 10/6568 20140101ALI20240717BHJP
H01M 50/204 20210101ALI20240717BHJP
H01M 50/209 20210101ALI20240717BHJP
H01M 50/249 20210101ALI20240717BHJP
H01M 50/289 20210101ALI20240717BHJP
【FI】
H01M10/6554
H01M10/613
H01M10/617
H01M10/625
H01M10/647
H01M10/652
H01M10/6556
H01M10/6568
H01M50/204 401H
H01M50/209
H01M50/249
H01M50/289
H01M50/289 101
(21)【出願番号】P 2021115663
(22)【出願日】2021-07-13
【審査請求日】2023-04-13
(73)【特許権者】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】後飯塚 真也
【審査官】宮本 秀一
(56)【参考文献】
【文献】特開2021-051894(JP,A)
【文献】特開2017-111913(JP,A)
【文献】特開2020-053148(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M10/52-10/667
H01M50/20-50/298
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
一方向に並ぶように配置された複数の蓄電セルを含む蓄電モジュールと、
前記蓄電モジュールを収容するケースと、
前記ケースの下方に設けられており、前記ケースを介して前記蓄電モジュールを冷却するための冷却器と、
前記蓄電モジュールの下面と前記ケースとの間に配置された熱伝導材と、を備え、
前記冷却器は、前記一方向に沿って冷却媒体が流れる冷却流路を有し、
前記蓄電モジュールは、
前記冷却流路の流れ方向における上流側に配置されており、前記複数の蓄電セルのうち一部の蓄電セルを含む上流側スタックと、
前記流れ方向における前記上流側スタックの下流側に配置されており、前記複数の蓄電セルのうち前記上流側スタックに含まれる蓄電セル以外の蓄電セルを含む下流側スタックと、
前記上流側スタックと前記下流側スタックとの間に配置された中間プレートと、を有し、
前記ケースは、前記蓄電モジュールの下方に配置された底壁を有し、
前記底壁は、前記中間プレートに向かって隆起する隆起部を有し、
前記熱伝導材は、
前記流れ方向における前記隆起部の上流側でかつ前記上流側スタックと前記底壁との間に配置された上流側熱伝導部と、
前記流れ方向における前記隆起部の下流側でかつ前記下流側スタックと前記底壁との間に配置された下流側熱伝導部と、を有し、
前記下流側熱伝導部は、前記上流側熱伝導部の厚みよりも小さな厚みを有する、蓄電装置。
【請求項2】
前記下流側熱伝導部の厚みは、前記流れ方向における下流側に向かうにしたがって次第に小さくなる、請求項1に記載の蓄電装置。
【請求項3】
前記蓄電モジュールを前記底壁に向けて押し付ける押付け部材をさらに備え、
前記押付け部材は、
前記流れ方向における前記上流側スタックの上流側の端部を前記底壁に向けて押し付ける上流側押付け部と、
前記流れ方向における前記下流側スタックの下流側の端部を前記底壁に向けて押し付ける下流側押付け部と、を有し、
前記下流側押付け部は、前記下流側熱伝導部の厚みが前記上流側熱伝導部の厚みよりも小さくなるように前記下流側スタックの前記下流側の端部を前記底壁に向けて押し付けている、請求項1又は2に記載の蓄電装置。
【請求項4】
前記上流側押付け部は、
前記上流側スタックを前記ケースに取り付けるための上流側ブラケットと、
前記上流側ブラケットを前記上流側スタックに締結する第1上流側締結部材と、
前記上流側ブラケットを前記ケースに締結する第2上流側締結部材と、を有し、
前記下流側押付け部は、
前記下流側スタックを前記ケースに取り付けるための下流側ブラケットと、
前記下流側ブラケットを前記下流側スタックに締結する第1下流側締結部材と、
前記下流側ブラケットを前記ケースに締結する第2下流側締結部材と、を有し、
前記中間プレートが前記隆起部に載置され、前記下流側ブラケットが前記第1下流側締結部材によって前記下流側スタックに固定され、かつ、前記下流側ブラケットが前記第2下流側締結部材によって前記ケースに固定される前の状態における前記下流側ブラケット及び前記ケース間の寸法は、前記中間プレートが前記隆起部に載置され、前記上流側ブラケットが前記第1上流側締結部材によって前記上流側スタックに固定され、かつ、前記上流側ブラケットが前記第2上流側締結部材によって前記ケースに固定される前の状態における前記上流側ブラケット及び前記ケース間の寸法よりも大きい、請求項3に記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、蓄電装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、特開2020-53148号公報には、一方向に沿って並ぶように配置された複数の電池セルを含む電池モジュールと、電池モジュールの下方に配置された冷却器と、電池モジュールと冷却器との間に設けられたグリスと、を備える電池ユニットが開示されている。冷却器は、冷媒(冷却水)が流れる冷媒流路を有している。冷媒流路は、一方向に沿って延びる形状を有している。冷媒は、一方向における冷媒流路の一端側から他端側に向かって流れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特開2020-53148号公報に記載される電池ユニットでは、冷媒流路を流れる冷媒の温度は、冷媒流路の下流側に向かうほど高くなる。このため、冷媒流路の下流側において、冷媒による蓄電セルの冷却量が小さくなる。よって、冷却流路の上流側に配置された蓄電セルの温度と下流側に配置された蓄電セルの温度とにバラツキが生じる懸念がある。
【0005】
本開示の目的は、冷却流路の上流側に配置された蓄電セルの温度と下流側に配置された蓄電セルの温度とにバラツキが生じるのを抑制可能な蓄電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一局面に従った蓄電装置は、一方向に並ぶように配置された複数の蓄電セルを含む蓄電モジュールと、前記蓄電モジュールを収容するケースと、前記ケースの下方に設けられており、前記ケースを介して前記蓄電モジュールを冷却するための冷却器と、前記蓄電モジュールの下面と前記ケースとの間に配置された熱伝導材と、を備え、前記冷却器は、前記一方向に沿って冷却媒体が流れる冷却流路を有し、前記蓄電モジュールは、前記冷却流路の流れ方向における上流側に配置されており、前記複数の蓄電セルのうち一部の蓄電セルを含む上流側スタックと、前記流れ方向における前記上流側スタックの下流側に配置されており、前記複数の蓄電セルのうち前記上流側スタックに含まれる蓄電セル以外の蓄電セルを含む下流側スタックと、前記上流側スタックと前記下流側スタックとの間に配置された中間プレートと、を有し、前記ケースは、前記蓄電モジュールの下方に配置された底壁を有し、前記底壁は、前記中間プレートに向かって隆起する隆起部を有し、前記熱伝導材は、前記流れ方向における前記隆起部の上流側でかつ前記上流側スタックと前記底壁との間に配置された上流側熱伝導部と、前記流れ方向における前記隆起部の下流側でかつ前記下流側スタックと前記底壁との間に配置された下流側熱伝導部と、を有し、前記下流側熱伝導部は、前記上流側熱伝導部の厚みよりも小さな厚みを有する。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、冷却流路の上流側に配置された蓄電セルの温度と下流側に配置された蓄電セルの温度とにバラツキが生じるのを抑制可能な蓄電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【
図1】本開示の一実施形態の蓄電装置の構成を概略的に示す斜視図である。
【
図3】
図1におけるIII-III線での断面図である。
【
図4】ロアケースに蓄電モジュールが載置される前の状態を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
【0010】
図1は、本開示の一実施形態の蓄電装置の構成を概略的に示す斜視図である。この蓄電装置1は、例えば、車両に搭載される。
【0011】
図1~
図3に示されるように、蓄電装置1は、複数の蓄電モジュール100と、ケース200と、冷却器300と、熱伝導材400と、押付け部材500と、を備えている。
【0012】
図3に示されるように、各蓄電モジュール100は、複数の蓄電セル110と、一対のエンドプレート120と、を有している。
【0013】
複数の蓄電セル110は、一方向に並ぶように配置されている。蓄電セル110として、例えば、リチウムイオン電池が挙げられる。各蓄電セル110は、直方体に形成されている。
図1に示されるように、複数の蓄電モジュール100は、一方向及び上下方向の双方と直交する直交方向に並ぶように配置されている。
【0014】
一対のエンドプレート120は、一方向における複数の蓄電セル110の両側に配置されている。各エンドプレート120は、金属(アルミニウム等)からなる。
【0015】
ケース200は、複数の蓄電モジュール100を収容している。ケース200は、ロアケース201と、アッパーケース202(
図3を参照)と、を有している。なお、
図1及び
図2では、アッパーケース202の図示は省略されている。
【0016】
ロアケース201は、上方に開口する形状を有している。ロアケース201は、金属からなる。ロアケース201は、底壁210と、周壁220と、フランジ230と、仕切壁240(
図2を参照)と、補強ブラケット250と、を有している。
【0017】
底壁210は、複数の蓄電モジュール100の下方に配置されている。
図2及び
図3に示されるように、底壁210のうち一方向における中央部には、上方に向かって隆起する隆起部212が形成されている。隆起部212の頂部は、平坦に形成されている。
【0018】
周壁220は、底壁210の周縁部から起立するとともに、複数の蓄電モジュール100の周囲を囲んでいる。
【0019】
フランジ230は、周壁220の上端部から外側に向かって張り出す形状を有している。
【0020】
図2に示されるように、仕切壁240は、直交方向に互いに隣接する一対の蓄電モジュール100間を仕切っている。一方向における仕切壁240の両端部は、周壁220に接続されている。すなわち、仕切壁240は、周壁220を補強する機能を有している。
【0021】
補強ブラケット250は、一方向における周壁220と蓄電モジュール100との間に配置されている。補強ブラケット250は、蓄電モジュール100の底壁210への取り付けを補強する。
図3に示されるように、補強ブラケット250の下端部は、溶接等によって底壁210に接続されている。
図1及び
図2に示されるように、補強ブラケット250の上端部は、溶接等によってフランジ230に固定されている。
【0022】
図3に示されるように、アッパーケース202は、下方に開口する形状を有している。アッパーケース202は、ロアケース201とともに複数の蓄電モジュール100を収容している。アッパーケース202は、金属からなる。
【0023】
図3に示されるように、冷却器300は、ケース200の下方に設けられており、ケース200を介して蓄電モジュール100を冷却する。冷却器300は、底壁210の下面に接している。冷却器300と底壁210との間には、熱伝導部材が設けられることが好ましい。冷却器300は、一方向に沿って冷却媒体(水等)が流れる冷却流路302を有している。
【0024】
図2及び
図3に示されるように、各蓄電モジュール100は、上流側スタック101と、下流側スタック102と、中間プレート103と、を有している。
【0025】
上流側スタック101は、冷却流路302の流れ方向における上流側に配置されている。上流側スタック101は、当該蓄電モジュール100に含まれる複数の蓄電セル110のうち一部の蓄電セル110を含んでいる。
【0026】
下流側スタック102は、流れ方向における上流側スタック101の下流側に配置されている。下流側スタック102は、当該蓄電モジュール100に含まれる複数の蓄電セル110のうち上流側スタック101に含まれる蓄電セル110以外の蓄電セル110を含んでいる。本実施形態では、下流側スタック102に含まれる蓄電セル110の数は、上流側スタック101に含まれる蓄電セル110の数と同じである。
図3に示されるように、下流側スタック102は、流れ方向における下流側に向かうにしたがって次第に底壁210に近づくように底壁210に対して傾斜している。
【0027】
中間プレート103は、上流側スタック101と下流側スタック102との間に配置されている。換言すれば、中間プレート103は、一方向における蓄電モジュール100の中央に配置されており、上流側スタック101は、流れ方向における中間プレート103の上流側に配置されており、下流側スタック102は、流れ方向における中間プレート103の下流側に配置されている。
図3に示されるように、中間プレート103は、底壁210の隆起部212上に載置されている。
【0028】
熱伝導材400は、蓄電モジュール100の下面とケース200との間に配置されている。より詳細には、熱伝導材400は、各蓄電セル110の下面と底壁210の上面との間に配置されている。熱伝導材400は、グリス等からなる。
図2及び
図3に示されるように、熱伝導材400は、上流側熱伝導部410と、下流側熱伝導部420と、を有している。
【0029】
上流側熱伝導部410は、流れ方向における隆起部212の上流側でかつ上流側スタック101と底壁210との間に配置されている。上流側熱伝導部410は、一方向に略均一の厚みを有している。
【0030】
下流側熱伝導部420は、流れ方向における隆起部212の下流側でかつ下流側スタック102と底壁210との間に配置されている。下流側熱伝導部420は、上流側熱伝導部410の厚みよりも小さな厚みを有している。
図3に示されるように、下流側熱伝導部420の厚みは、流れ方向における下流側に向かうにしたがって次第に小さくなっている。ただし、下流側熱伝導部420は、上流側熱伝導部410の厚みよりも小さな厚みであれば、一方向に略均一の厚みを有していてもよい。隆起部212は、上流側熱伝導部410の厚み及び下流側熱伝導部420の厚みの基準として機能する。
【0031】
押付け部材500は、蓄電モジュール100を底壁210に向けて押し付ける部材である。押付け部材500は、熱伝導材400が押し潰されるように蓄電モジュール100を底壁210に向けて押し付けた状態で当該蓄電モジュール100をケース200に取り付けている。押付け部材500は、上流側押付け部510と、下流側押付け部520と、を有している。
【0032】
上流側押付け部510は、流れ方向における上流側スタック101の上流側の端部(エンドプレート120)を底壁210に向けて押し付けている。上流側押付け部510は、上流側ブラケット512と、第1上流側締結部材514と、第2上流側締結部材516と、を有している。
【0033】
上流側ブラケット512は、上流側スタック101をケース200に取り付けるための部材である。上流側ブラケット512は、金属からなる。一方向における上流側ブラケット512の内側の端部は、上流側スタック101の上流側の端部(エンドプレート120)に第1上流側締結部材514によって固定されている。一方向における上流側ブラケット512の外側の端部は、補強ブラケット250の上端部に第2上流側締結部材516によって固定されている。
【0034】
下流側押付け部520は、流れ方向における下流側スタック102の下流側の端部(エンドプレート120)を底壁210に向けて押し付けている。下流側押付け部520は、下流側熱伝導部420の厚みが上流側熱伝導部410の厚みよりも小さくなるように下流側スタック102の下流側の端部を底壁210に向けて押し付けている。下流側押付け部520は、下流側ブラケット522と、第1下流側締結部材524と、第2下流側締結部材526と、を有している。
【0035】
下流側ブラケット522は、下流側スタック102をケース200に取り付けるための部材である。下流側ブラケット522は、金属からなる。一方向における下流側ブラケット522の内側の端部は、下流側スタック102の下流側の端部(エンドプレート120)に第1下流側締結部材524によって固定されている。一方向における下流側ブラケット522の外側の端部は、補強ブラケット250の上端部に第2下流側締結部材526によって固定されている。
【0036】
図4は、中間プレート103が隆起部212に載置され、各ブラケット512,522の外側の端部が締結される前の状態を示している。
図4に示されるように、中間プレート103が隆起部212に載置され、下流側ブラケット522の内側の端部が第1下流側締結部材524によってエンドプレート120に固定され、かつ、下流側ブラケット522の外側の端部が補強ブラケット250の上端部に固定される前の状態における下流側ブラケット522及び補強ブラケット250の上端部間の寸法h2は、中間プレート103が隆起部212に載置され、上流側ブラケット512の内側の端部が第1上流側締結部材514によってエンドプレート120に固定され、かつ、上流側ブラケット512の外側の端部が補強ブラケット250の上端部に固定される前の状態における上流側ブラケット512及び補強ブラケット250の上端部間の寸法h1よりも大きい。また、エンドプレート120に対する第1上流側締結部材514の締結点及びエンドプレート120に対する第1下流側締結部材524の締結点の底壁210からの高さは、互いに等しい。すなわち、上下方向における下流側ブラケット522の寸法は、上下方向における上流側ブラケット512の寸法よりも小さい。このため、第2上流側締結部材516及び第2下流側締結部材526が締め付けられると、
図3に示されるように、下流側熱伝導部420の厚みが上流側熱伝導部410の厚みよりも小さくなる。
【0037】
以上のように、本実施形態の蓄電装置1では、下流側熱伝導部420の厚みが上流側熱伝導部410の厚みよりも小さいため、冷却媒体による下流側スタック102の冷却量が増大する。よって、上流側スタック101に含まれる蓄電セル110の温度と下流側スタック102に含まれる蓄電セル110の温度とにバラツキが生じることが抑制される。
【0038】
上記実施形態において、補強ブラケット250が省略され、一方向における各ブラケット512,522の外側の端部がケース200のフランジ230等に固定されてもよい。
【0039】
また、上流側ブラケット512と下流側ブラケット522とが互いに同じ形状を有し、エンドプレート120に対する第1下流側締結部材524の締結点の底壁210からの高さが、エンドプレート120に対する第1上流側締結部材514の締結点の底壁210からの高さよりも大きくてもよい。
【0040】
上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
【0041】
上記実施形態における蓄電装置は、一方向に並ぶように配置された複数の蓄電セルを含む蓄電モジュールと、前記蓄電モジュールを収容するケースと、前記ケースの下方に設けられており、前記ケースを介して前記蓄電モジュールを冷却するための冷却器と、前記蓄電モジュールの下面と前記ケースとの間に配置された熱伝導材と、を備え、前記冷却器は、前記一方向に沿って冷却媒体が流れる冷却流路を有し、前記蓄電モジュールは、前記冷却流路の流れ方向における上流側に配置されており、前記複数の蓄電セルのうち一部の蓄電セルを含む上流側スタックと、前記流れ方向における前記上流側スタックの下流側に配置されており、前記複数の蓄電セルのうち前記上流側スタックに含まれる蓄電セル以外の蓄電セルを含む下流側スタックと、前記上流側スタックと前記下流側スタックとの間に配置された中間プレートと、を有し、前記ケースは、前記蓄電モジュールの下方に配置された底壁を有し、前記底壁は、前記中間プレートに向かって隆起する隆起部を有し、前記熱伝導材は、前記流れ方向における前記隆起部の上流側でかつ前記上流側スタックと前記底壁との間に配置された上流側熱伝導部と、前記流れ方向における前記隆起部の下流側でかつ前記下流側スタックと前記底壁との間に配置された下流側熱伝導部と、を有し、前記下流側熱伝導部は、前記上流側熱伝導部の厚みよりも小さな厚みを有する。
【0042】
この蓄電装置では、下流側熱伝導部の厚みが上流側熱伝導部の厚みよりも小さいため、冷却媒体による下流側スタックの冷却量が増大する。よって、上流側スタックに含まれる蓄電セルの温度と下流側スタックに含まれる蓄電セルの温度とにバラツキが生じることが抑制される。
【0043】
また、前記下流側熱伝導部の厚みは、前記流れ方向における下流側に向かうにしたがって次第に小さくなることが好ましい。
【0044】
このようにすれば、上流側スタックに含まれる蓄電セルの温度と下流側スタックに含まれる蓄電セルの温度とにバラツキが生じることがより確実に抑制される。
【0045】
また、前記蓄電装置において、前記蓄電モジュールを前記底壁に向けて押し付ける押付け部材をさらに備え、前記押付け部材は、前記流れ方向における前記上流側スタックの上流側の端部を前記底壁に向けて押し付ける上流側押付け部と、前記流れ方向における前記下流側スタックの下流側の端部を前記底壁に向けて押し付ける下流側押付け部と、を有し、前記下流側押付け部は、前記下流側熱伝導部の厚みが前記上流側熱伝導部の厚みよりも小さくなるように前記下流側スタックの前記下流側の端部を前記底壁に向けて押し付けていることが好ましい。
【0046】
また、前記上流側押付け部は、前記上流側スタックを前記ケースに取り付けるための上流側ブラケットと、前記上流側ブラケットを前記上流側スタックに締結する第1上流側締結部材と、前記上流側ブラケットを前記ケースに締結する第2上流側締結部材と、を有し、前記下流側押付け部は、前記下流側スタックを前記ケースに取り付けるための下流側ブラケットと、前記下流側ブラケットを前記下流側スタックに締結する第1下流側締結部材と、前記下流側ブラケットを前記ケースに締結する第2下流側締結部材と、を有していてもよい。この場合において、前記中間プレートが前記隆起部に載置され、前記下流側ブラケットが前記第1下流側締結部材によって前記下流側スタックに固定され、かつ、前記下流側ブラケットが前記第2下流側締結部材によって前記ケースに固定される前の状態における前記下流側ブラケット及び前記ケース間の寸法は、前記中間プレートが前記隆起部に載置され、前記上流側ブラケットが前記第1上流側締結部材によって前記上流側スタックに固定され、かつ、前記上流側ブラケットが前記第2上流側締結部材によって前記ケースに固定される前の状態における前記上流側ブラケット及び前記ケース間の寸法よりも大きいことが好ましい。
【0047】
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【0048】
1 蓄電装置、100 蓄電モジュール、101 上流側スタック、102 下流側スタック、103 中間プレート、110 蓄電セル、120 エンドプレート、200 ケース、201 ロアケース、202 アッパーケース、210 底壁、212 隆起部、220 周壁、230 フランジ、240 仕切壁、250 補強ブラケット、300 冷却器、302 冷却流路、400 熱伝導材、410 上流側熱伝導部、420 下流側熱伝導部、500 押付け部材、510 上流側押付け部、512 上流側ブラケット、514 第1上流側締結部材、516 第2上流側締結部材、520 下流側押付け部、522 下流側ブラケット、524 第1下流側締結部材、526 第2下流側締結部材。