特許 7567610 電池冷却器及び電池パック

(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】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】電池冷却器及び電池パック

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6568 20140101AFI20241008BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20241008BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20241008BHJP

   H01M 10/6557 20140101ALI20241008BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20241008BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6568

H01M10/613

H01M10/625

H01M10/6557

H01M50/204 401H

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021053051

(22)【出願日】2021-03-26

(65)【公開番号】P2022150449

(43)【公開日】2022-10-07

【審査請求日】2023-12-19

(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】川上 芳昭

【審査官】宮本 秀一

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２００４２９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０８２０６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ１０／４２－１０／４８

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における各蓄電セル間を縫うように配置されることが可能であり、前記複数の蓄電セルを冷却可能な電池冷却器であって、
シート部材を含み、前記蓄電セルを冷却可能な冷却媒体が流れる冷却流路が形成されるように前記シート部材同士が互いに溶着ないし接着されたシール部を有する冷却部材と、
前記冷却部材からの前記冷却媒体の漏出を規制するように前記冷却部材の縁部を挟持する挟持部材と、を備え、
前記挟持部材は、前記シール部の下方に前記冷却媒体の排出経路が形成されるように前記冷却部材のうち前記シール部よりも下方の部位を挟持する下クランプを有し、
前記シール部は、
前記シート部材同士が互いに接続された接続部と、
前記冷却媒体の上限温度より高く、かつ、前記接続部の溶融温度よりも低い低溶融温度で溶融する可溶部と、を有し、
前記下クランプには、前記可溶部から前記排出経路に漏出した冷却媒体を前記冷却部材の外部へ排出するための排出口が形成されている、電池冷却器。

【請求項2】

一方向に並ぶように配置された複数の蓄電セルを含む電池モジュールと、
前記電池モジュールを冷却する電池冷却器であって請求項１に記載の前記電池冷却器と、を備え、
前記電池冷却器は、前記複数の蓄電セルにおける各蓄電セル間を縫うように配置されており、
前記可溶部は、前記複数の蓄電セルのうち互いに隣接する一対の蓄電セル間に配置されている、電池パック。

【請求項3】

前記電池冷却器は、平面視において、前記各蓄電セル間を蛇行するように配置されている、請求項２に記載の電池パック。

【請求項4】

前記電池モジュール及び前記電池冷却器を収容するケースをさらに備え、
前記ケースは、前記排出口の下方に形成されており前記排出口から排出された冷却媒体を流すための排出溝を有する、請求項２又は３に記載の電池パック。

【請求項5】

前記ケースに収容されており、前記一方向に並ぶように配置された複数の蓄電セルを含む他の電池モジュールと、
前記他の電池モジュールを冷却する他の電池冷却器であって請求項１に記載の前記電池冷却器と、をさらに備え、
前記他の電池モジュールは、前記一方向及び上下方向の双方に直交する幅方向に前記電池モジュールに隣接するように配置されており、
前記他の電池冷却器は、前記他の電池モジュールの前記複数の蓄電セルにおける各蓄電セル間を縫うように配置されており、
前記電池冷却器の前記下クランプは、前記幅方向に前記他の電池モジュールと対向する対向部を有し、
前記電池冷却器の前記排出口は、前記対向部に形成されており、
前記他の電池冷却器の前記下クランプは、前記幅方向に前記電池冷却器の前記対向部と対向する他の対向部を有し、
前記他の電池冷却器の前記排出口は、前記他の対向部に形成されており、
前記排出溝は、前記電池モジュールと前記他の電池モジュールとの間で、かつ、前記対向部及び前記他の対向部の下方に形成されている、請求項４に記載の電池パック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電池冷却器及び電池パックに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特開２０２０－３１３２号公報には、車両の電池モジュールの冷却に使用可能な樹脂融着製熱交換器が開示されている。樹脂融着製熱交換器は、金属製の伝熱層と、伝熱層の一面側に設けられた樹脂製の熱融着層と、を含む外包ラミネート材で形成された外包材を有している。外包材は、外包ラミネート材が重ね合わされて、外包ラミネート材の周縁部に沿って互いの熱融着層同士が接合一体化されることにより袋状に形成されている。この外包材内に冷媒が流される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－３１３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特開２０２０－３１３２号公報に記載される樹脂融着製熱交換器が電池モジュールの冷却に用いられた場合、電池モジュールに含まれる蓄電セルの発熱時に熱融着層が溶融することによって冷媒が漏出し、これにより蓄電セル間が短絡する懸念がある。

【0005】

本開示の目的は、冷却媒体の漏出に起因する蓄電セル間の短絡を抑制可能な電池冷却器及び電池パック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電池冷却器は、一方向に並ぶように配置された複数の蓄電セルにおける各蓄電セル間を縫うように配置されることが可能であり、前記複数の蓄電セルを冷却可能な電池冷却器であって、シート部材を含み、前記蓄電セルを冷却可能な冷却媒体が流れる冷却流路が形成されるように前記シート部材同士が互いに溶着ないし接着されたシール部を有する冷却部材と、前記冷却部材からの前記冷却媒体の漏出を規制するように前記冷却部材の縁部を挟持する挟持部材と、を備え、前記挟持部材は、前記シール部の下方に前記冷却媒体の排出経路が形成されるように前記冷却部材のうち前記シール部よりも下方の部位を挟持する下クランプを有し、前記シール部は、前記シート部材同士が互いに接続された接続部と、前記冷却媒体の上限温度より高く、かつ、前記接続部の溶融温度よりも低い低溶融温度で溶融する可溶部と、を有し、前記下クランプには、前記可溶部から前記排出経路に漏出した冷却媒体を前記冷却部材の外部へ排出するための排出口が形成されている。

【0007】

本開示の一局面に従った電池パックは、一方向に並ぶように配置された複数の蓄電セルを含む電池モジュールと、前記電池冷却器と、を備え、前記電池冷却器は、前記複数の蓄電セルにおける各蓄電セル間を縫うように配置されており、前記可溶部は、前記複数の蓄電セルのうち互いに隣接する一対の蓄電セル間に配置されている。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、冷却媒体の漏出に起因する蓄電セル間の短絡を抑制可能な電池冷却器及び電池パックを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の一実施形態の電池パックの構成を概略的に示す平面図である。

【図2】図１に示される電池パックにおける電池冷却器の展開図である。

【図3】電池パックの変形例を概略的に示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。

【0011】

図１は、本開示の一実施形態の電池パックの構成を概略的に示す平面図である。図２は、図１に示される電池パックにおける電池冷却器の展開図である。この電池パック１は、例えば、車両に搭載される。

【0012】

図１に示されるように、電池パック１は、「電池モジュール」に相当する第１電池モジュール１０１と、「他の電池モジュール」に相当する第２電池モジュール１０２と、第１電池冷却器２０１と、第２電池冷却器２０２と、ケース３００と、を備えている。

【0013】

第１電池モジュール１０１は、一方向（図１における左右方向）に並ぶように配置された複数の蓄電セル１１０を有している。

【0014】

各蓄電セル１１０は、筐体１１２と、一対の外部端子１１４と、を有している。筐体１１２は、略直方体形状に形成されている。各蓄電セル１１０は、筐体１１２の厚さ方向（図１における左右方向）に並ぶように配置されている。筐体１１２内には、正極板、負極板、セパレータ、電解液等が収容されている。一対の外部端子１１４は、筐体１１２の上面から上方に突出している。

【0015】

第２電池モジュール１０２は、第１電池モジュール１０１と同じ構造を有している。他の電池モジュール１０２は、一方向に並ぶように配置された複数の蓄電セル１１０を含んでいる。図１に示されるように、他の電池モジュール１０２は、一方向及び上下方向の双方に直交する幅方向（図１における上下方向）に第１電池モジュール１０１に隣接するように配置されている。

【0016】

第１電池冷却器２０１は、第１電池モジュール１０１の各蓄電セル１１０を冷却可能である。第１電池冷却器２０１は、各蓄電セル１１０間を縫うように配置されることが可能である。図１に示されるように、第１電池冷却器２０１は、平面視において、各蓄電セル１１０間を蛇行するように配置されている。第１電池冷却器２０１は、冷却部材２１０と、挟持部材２２０と、を有している。

【0017】

冷却部材２１０は、柔軟性を有するシート部材２１１（図２を参照）を含んでいる。シート部材２１１は、アルミニウム等の金属からなる金属層と、金属層に積層された樹脂層と、を有している。冷却部材２１０は、蓄電セル１１０を冷却可能な冷却媒体（水等）が流れる冷却流路２１０Ｐが形成されるようにシート部材２１１同士が互いに溶着ないし接着されたシール部２１２（図２を参照）を有している。シール部２１２は、シート部材２１１の樹脂層同士が互いにヒートシールされることによって形成されてもよいし、シート部材２１１同士が接着部材によって接着されることによって形成されてもよい。なお、図２では、冷却流路２１０Ｐが斜線で示されている。冷却部材２１０は、一方向に隣接する一対の蓄電セル１１０の各筐体１１２のうち互いに対向する両側面に接するように配置されている。

【0018】

図２に示されるように、シール部２１２は、各蓄電セル１１０の下方に位置している。シール部２１２は、接続部２１４と、可溶部２１６と、を有している。

【0019】

接続部２１４は、シート部材２１１同士が互いに接続された部位である。本実施形態では、図２に示されるように、接続部２１４は、直線状に延びる形状を有している。なお、図２では、接続部２１４がドット模様で示されている。

【0020】

可溶部２１６は、接続部２１４につながっている。可溶部２１６は、冷却媒体の上限温度より高く、かつ、接続部２１４の溶融温度よりも低い低溶融温度で溶融する。冷却媒体の上限温度は、使用時の目標温度を意味し、例えば、４０℃程度である。また、接続部２１４の溶融温度は、例えば、１１０℃～１４０℃程度であり、低融点温度は、例えば、６０℃～１００℃程度である。

【0021】

シート部材２１１の樹脂層同士を互いにヒートシールすることによってシール部２１２が形成されている場合、可溶部２１６は、接続部２１４のシール幅よりも小さなシール幅とすることによって形成されてもよい。また、シート部材２１１同士を接着部材によって接着することによってシール部２１２が形成されている場合、可溶部２１６は、接続部２１４の形成に用いられる接着部材よりも低い融点を有する接着部材を用いることによって形成されてもよい。

【0022】

図１及び図２に示されるように、可溶部２１６は、互いに隣接する一対の蓄電セル１１０間に配置されている。より詳細には、可溶部２１６は、一対の蓄電セル１１０のうち互いに対向する筐体１１２の側面の中央部の下方に配置されている。

【0023】

挟持部材２２０は、冷却部材２１０からの冷却媒体の漏出を規制するように冷却部材２１０の縁部を挟持している。挟持部材２２０は、金属からなる。挟持部材２２０は、上クランプ２２２と、下クランプ２２４と、を有している。

【0024】

上クランプ２２２は、冷却部材２１０の上端部を挟持している。図２に示されるように、上クランプ２２２は、各蓄電セル１１０の上方に位置している。

【0025】

下クランプ２２４は、各蓄電セル１１０の下端部を挟持している。より詳細には、下クランプ２２４は、シール部２１２の下方に冷却媒体の排出経路２１０Ｃ（図２を参照）が形成されるように冷却部材２１０のうちシール部２１２よりも下方の部位を挟持している。下クランプ２２４には、可溶部２１６から排出経路２１０Ｃに漏出した冷却媒体を冷却部材２１０の外部へ排出するための排出口２２５ｈが形成されている。

【0026】

本実施形態では、下クランプ２２４は、幅方向に第２電池モジュール１０２と対向する対向部２２５を有しており、この対向部２２５に排出口２２５ｈが形成されている。

【0027】

第２電池冷却器２０２は、第１電池冷却器２０１と対応する構造を有している。このため、第２電池冷却器２０２の説明を簡略化する。第２電池冷却器２０２は、第２電池モジュール１０２の各蓄電セル１１０を冷却可能である。第２電池冷却器２０２は、各蓄電セル１１０間を縫うように配置されている。

【0028】

第２電池冷却器２０２の下クランプは、幅方向に第１電池冷却器２０１の対向部２２５と対向する他の対向部２２６（図１を参照）を有している。第２電池冷却器２０２の排出口２２６ｈは、他の対向部２２６に形成されている。

【0029】

ケース３００は、第１電池モジュール１０１、第２電池モジュール１０２、第１電池冷却器２０１及び第２電池冷却器２０２を収容している。図１に示されるように、ケース３００は、各冷却器２０１，２０２の排出口２２５ｈ，２２６ｈから排出された冷却媒体を流すための排出溝３１０を有している。排出溝３１０は、ケース３００の底部に形成されている。排出溝３１０は、各排出口２２５ｈ，２２６ｈの下方に形成されている。本実施形態では、排出溝３１０は、第１電池モジュール１０１と第２電池モジュール１０２との間で、かつ、対向部２２５及び他の対向部２２６の下方に形成されている。排出溝３１０は、前記一方向に延びる形状を有している。排出溝３１０に至った冷却媒体は、電池パック１外の安全な場所へ導かれる。

【0030】

以上のように、本実施形態の電池パック１における各電池冷却器１０１，１０２では、蓄電セル１１０の温度が上昇した場合、接続部２１４の溶融温度よりも低い低溶融温度で可溶部２１６が溶融するため、接続部２１４が溶融する前に可溶部２１６を通じて冷却媒体が排出経路２１０Ｃに漏出する。排出経路２１０Ｃに漏出した冷却媒体は、排出口２２５ｈ，２２６ｈを通じて適切に冷却部材２１０外に排出される。よって、接続部２１４が溶融する温度となるまで蓄電セル１１０の温度が上昇した場合においても、冷却部材２１０から漏出した冷却媒体によって蓄電セル１１０間が短絡することが抑制される。

【0031】

また、冷却部材２１０の縁部が挟持部材２２０によって挟持されているため、冷却流路２１０Ｐからの冷却媒体の漏出が抑制される。

【0032】

さらに、排出溝３１０は、第１電池モジュール１０１と第２電池モジュール１０２との間で、かつ、対向部２２５及び他の対向部２２６の下方に形成されているため、単一の排出溝３１０によって各電池冷却器２０１，２０２から排出された冷却媒体を流すことができる。

【0033】

なお、図３に示されるように、電池パック１は、単一の電池モジュール１０１のみを有していてもよい。この場合、排出口２２５ｈは、可溶部２１６の下方に設けられ、排出溝３１０は、各排出口２２５ｈの下方に形成されてもよい。

【0034】

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。

【0035】

上記実施形態における電池冷却器は、一方向に並ぶように配置された複数の蓄電セルにおける各蓄電セル間を縫うように配置されることが可能であり、前記複数の蓄電セルを冷却可能な電池冷却器であって、シート部材を含み、前記蓄電セルを冷却可能な冷却媒体が流れる冷却流路が形成されるように前記シート部材同士が互いに溶着ないし接着されたシール部を有する冷却部材と、前記冷却部材からの前記冷却媒体の漏出を規制するように前記冷却部材の縁部を挟持する挟持部材と、を備え、前記挟持部材は、前記シール部の下方に前記冷却媒体の排出経路が形成されるように前記冷却部材のうち前記シール部よりも下方の部位を挟持する下クランプを有し、前記シール部は、前記シート部材同士が互いに接続された接続部と、前記冷却媒体の上限温度より高く、かつ、前記接続部の溶融温度よりも低い低溶融温度で溶融する可溶部と、を有し、前記下クランプには、前記可溶部から前記排出経路に漏出した冷却媒体を前記冷却部材の外部へ排出するための排出口が形成されている。

【0036】

この電池冷却器では、蓄電セルの温度が上昇した場合、接続部の溶融温度よりも低い低溶融温度で可溶部が溶融するため、接続部が溶融する前に可溶部を通じて冷却媒体が排出経路に漏出する。排出経路に漏出した冷却媒体は、排出口を通じて適切に冷却部材外に排出される。よって、接続部が溶融する温度となるまで蓄電セルの温度が上昇した場合においても、冷却部材から漏出した冷却媒体によって蓄電セル間が短絡することが抑制される。

【0037】

また、上記実施形態における電池パックは、一方向に並ぶように配置された複数の蓄電セルを含む電池モジュールと、前記電池冷却器と、を備え、前記電池冷却器は、前記複数の蓄電セルにおける各蓄電セル間を縫うように配置されており、前記可溶部は、前記複数の蓄電セルのうち互いに隣接する一対の蓄電セル間に配置されている。

【0038】

この電池パックでは、蓄電セルのうち相対的に高温になる部位の近傍に可溶部が配置されるため、蓄電セルの温度の上昇時に有効に可溶部が溶融する。

【0039】

また、前記電池冷却器は、平面視において、前記各蓄電セル間を蛇行するように配置されていることが好ましい。

【0040】

また、前記電池パックにおいて、前記電池モジュール及び前記電池冷却器を収容するケースをさらに備え、前記ケースは、前記排出口の下方に形成されており前記排出口から排出された冷却媒体を流すための排出溝を有することが好ましい。

【0041】

この場合において、前記電池パックは、前記ケースに収容されており、前記一方向に並ぶように配置された複数の蓄電セルを含む他の電池モジュールと、前記他の電池モジュールを冷却する他の電池冷却器と、をさらに備え、前記他の電池モジュールは、前記一方向及び上下方向の双方に直交する幅方向に前記電池モジュールに隣接するように配置されており、前記他の電池冷却器は、前記他の電池モジュールの前記複数の蓄電セルにおける各蓄電セル間を縫うように配置されており、前記電池冷却器の前記下クランプは、前記幅方向に前記他の電池モジュールと対向する対向部を有し、前記電池冷却器の前記排出口は、前記対向部に形成されており、前記他の電池冷却器の前記下クランプは、前記幅方向に前記電池冷却器の前記対向部と対向する他の対向部を有し、前記他の電池冷却器の前記排出口は、前記他の対向部に形成されており、前記排出溝は、前記電池モジュールと前記他の電池モジュールとの間で、かつ、前記対向部及び前記他の対向部の下方に形成されている。

【0042】

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】

【0043】

１ 電池パック、１０１ 第１電池モジュール（電池モジュール）、１０２ 第２電池モジュール（他の電池モジュール）、１１０ 蓄電セル、１１２ 筐体、１１４ 外部端子、２０１ 第１電池冷却器（電池冷却器）、２０２ 第２電池冷却器（他の電池冷却器）、２１０ 冷却部材、２１１ シート部材、２１２ シール部、２１４ 接続部、２１６ 可溶部、２２０ 挟持部材、２２２ 上クランプ、２２４ 下クランプ、２２５ 対向部、２２５ｈ 排出口、２２６ 他の対向部、２２６ｈ 排出口、３００ ケース、３１０ 排出溝３１０。

【図1】

【図2】

【図3】