特許 7636144 蓄電セル冷却構造

(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】2025-02-17

(45)【発行日】2025-02-26

(54)【発明の名称】蓄電セル冷却構造

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6557 20140101AFI20250218BHJP

   H01M 10/6567 20140101ALI20250218BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20250218BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20250218BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20250218BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6557

H01M10/6567

H01M10/647

H01M10/625

H01M10/613

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2020134694

(22)【出願日】2020-08-07

(65)【公開番号】P2022030581

(43)【公開日】2022-02-18

【審査請求日】2023-07-18

(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

(73)【特許権者】

【識別番号】308013436

【氏名又は名称】小島プレス工業株式会社

(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】後藤 雄太郎

(72)【発明者】

【氏名】神谷 誠

(72)【発明者】

【氏名】後藤 光晴

【審査官】鈴木 智之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０１０９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０４０３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２２８５８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２２－５３１３５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／６５５７

Ｈ０１Ｍ １０／６５６７

Ｈ０１Ｍ １０／６４７

Ｈ０１Ｍ １０／６２５

Ｈ０１Ｍ １０／６１３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに間隔を隔てて対向するように配列された複数の蓄電セルと、
前記蓄電セルの間に位置する一対の弾性体と、
前記一対の弾性体の間に位置し、互いに接離可能に相対する一対の内側面を有し、前記一対の内側面が相互に相対する当接部と前記当接部より凹んだ相互に相対する溝とを有する仕切り板と、を備え、
前記仕切り板は、前記相対する一対の内側面の前記相互に相対する当接部が互いに接触して前記溝に冷却水が流れる第１の状態と、前記内側面が互いに離間して前記溝および前記当接部に冷却水が流れる第２の状態をとる、蓄電セル冷却構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、蓄電セル冷却構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から各種の蓄電セル冷却構造が提案されている。特許文献１（特開２０１５－６９８４５号公報）に記載された蓄電セル冷却構造は、一方向に配列された複数の蓄電セルと、蓄電セル間に配置された蓄電セルを冷却するための冷却装置を備えている。冷却装置は循環配管を有し、循環配管には冷媒が流れている。循環配管を流れる冷媒により隣接して配置された蓄電セルを冷却する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－６９８４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

蓄電セルは、経年変化や使用条件等によってその厚みが増加するように膨張することが知られている。この従来の蓄電セル冷却構造によると、蓄電セルの初期状態（未膨張状態）と膨張状態とで蓄電セルの厚みが異なることから、冷却装置と蓄電セルとの接触状態が変化する。特に、蓄電セルが未膨張の状態においては、蓄電セルと冷却装置との接触圧が不足し、蓄電セルを安定して冷却することができない。

【0005】

本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、蓄電セルが未膨張の状態から膨張状態に変化することによる蓄電セルの厚みの変化の影響を受けにくく、安定して蓄電セルを冷却することができる蓄電セル冷却構造を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る蓄電セル冷却構造は、互いに間隔を隔てて対向するように配列された複数の蓄電セルと、上記蓄電セルの間に位置する一対の弾性体と、上記一対の弾性体の間に位置し互いに接離可能に相対する内側面を有し上記内側面に溝を有する仕切り板とを備えている。上記仕切り板は、上記相対する内側面の上記溝以外の部分が互いに接触して上記溝に冷却水が流れる第１の状態と、上記内側面が互いに離間して上記溝および上記溝以外の部分に冷却水が流れる第２の状態をとる。

【0007】

上記の蓄電セル冷却構造によれば、上記蓄電セルが膨張した状態においては、上記蓄電セル間の間隔が狭くなり、上記蓄電セルが未膨張の状態においては、上記蓄電セル間の間隔が広くなる。上記蓄電セルの間隔が狭い状態においては、上記弾性体を介して蓄電セルに上記仕切り板が圧迫される。このとき上記仕切り板は、上記相対する内側面の上記溝以外の部分が互いに接触して上記溝に冷却水が流れる第１の状態となる。上記蓄電セル間の間隔が広がった状態においては、冷却水の圧力により、上記内側面が互いに離間して上記溝および上記溝以外の部分に冷却水が流れる第２の状態となる。第２の状態においては、上記仕切り板の内側面が互いに離間して仕切り板の厚みが増すことで、冷却水と蓄電セルとの距離が近くなる。上記仕切り板が第１の状態と第２の状態をとることにより、蓄電セルの膨張および未膨張による影響を緩和し、安定して蓄電セルを冷却することができる。

【発明の効果】

【0008】

本開示に係る蓄電セル冷却構造によれば、蓄電セルが未膨張の状態から膨張状態に変化することによる蓄電セルの厚みの変化の影響を受けにくく、安定して蓄電セルを冷却することができる蓄電セル冷却構造を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】比較例における蓄電セルが未膨張状態の蓄電セル冷却構造を模式的に示す側面図である。

【図2】比較例における蓄電セルが膨張状態の蓄電セル冷却構造を模式的に示す側面図である。

【図3】本実施の形態における蓄電セルが未膨張状態の蓄電セル冷却構造を模式的に示す側面図である。

【図4】本実施の形態における蓄電セルが膨張状態の蓄電セル冷却構造を模式的に示す側面図である。

【図5】本実施の形態の仕切り板の構造を示す図である。

【図6】本実施の形態の弾性体および仕切り板の構造を示す斜視図である。

【図7】本実施の形態の弾性体および仕切り板の構造を示す、図６におけるＶＩＩ－ＶＩＩ矢視断面図である。

【図8】本実施の形態の弾性体および膨張した仕切り板を模式的に示す側面図である。

【図9】本実施の形態の弾性体および膨張した仕切り板を模式的に示す、図６におけるＶＩＩ－ＶＩＩ矢視断面図である。

【図10】蓄電セルの膨張と仕切り板の膨張との関係を示す図である。

【図11】蓄電セルと冷却水との距離と、時間との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１から図１１を用いて、本実施の形態に係る蓄電セル冷却構造について説明する。図１から図１１に示す構成のうち、同一または実質的に同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

【0011】

図１および図２は、本実施の形態の課題を説明するための比較例を示す図である。図１は、蓄電セルが未膨張の状態を示し、図２は、蓄電セルが膨張状態を示す。

【0012】

図１および図２に示すように、比較例の蓄電セル冷却構造は互いに間隔を隔てて対向するように配列された複数の蓄電セル５と、蓄電セル５，５の間に位置する一対の弾性体１５０，１５０と、一対の弾性体１５０，１５０の間に位置する仕切り板１２０と、を備えている。

【0013】

図１および図２においては右端および左端に仕切り板１２０，１２０が示されているが、この外側にも蓄電セル５と、仕切り板１２０および弾性体１５０とが交互に配列されていてもよい。仕切り板１２０は、蓄電セル５の厚み方向（図１および図２における左右方向）に位置ずれしないように構成されている。

【0014】

比較例の仕切り板１２０には、複数個の孔１３０が設けられている。複数個の孔１３０は、蓄電セル５を冷却する冷却水が流れる流路となる。仕切り板１２０は比較的硬質の樹脂成型品などで構成されており、その厚みＳ２は一定である。

【0015】

仕切り板１２０と蓄電セル５との間には弾性体１５０が配置されている。弾性体１５０は蓄電セル５と仕切り板１２０とに接触するように設けられている。弾性体１５０は比較的軟質の樹脂成型品などで構成されており、蓄電セル５および仕切り板１２０に加圧されることにより厚みが減少するように変形する。

【0016】

図１に示すように、蓄電セル５が初期状態（未膨張状態）においては、蓄電セル５の厚みＴ１は比較的小さい。図２に示すように蓄電セル５が膨張した状態においては、蓄電セル５の厚みＴ２は未膨張状態の厚みＴ１より大きくなる。

【0017】

配列された仕切り板１２０は位置ずれしないので、蓄電セル５の厚みがＴ１からＴ２に増加するとその増加分は、弾性体１５０が圧縮されて厚みａ１（図１）から厚みｂ１（図２）に減少することにより吸収される。弾性体１５０は蓄電セル５を位置ずれしないように拘束する。

【0018】

図１と図２の状態を比較すると、蓄電セル５が膨張した図２の状態においては、弾性体１５０が圧縮されて厚みｂ１が比較的小さい。これにより冷却水流路である孔１３０と、蓄電セル５との距離が比較的小さく（蓄電セル５と孔１３０との間の熱抵抗が比較的小さく）、蓄電セル５を冷却水により十分に冷却することができる。

【0019】

その一方、蓄電セル５が未膨張の状態の図１の状態においては、弾性体１５０の厚みａ１が比較的大きい。これにより孔１３０と蓄電セル５との距離が比較的大きく（蓄電セル５と孔１３０との間の熱抵抗が比較的大きく）、蓄電セル５を冷却水により十分に冷却することができない。

【0020】

このように比較例の蓄電セル冷却構造においては、蓄電セル５が膨張状態においては蓄電セル５を十分に冷却できるのに対し、蓄電セル５が未膨張の状態においては蓄電セル５を十分に冷却することができず、蓄電セル５の状態によって冷却性能にばらつきが生じるという問題がある。以下に説明する実施の形態は、比較例のこのような問題点を解決するものである。

【0021】

図３および図４は、本実施の形態の蓄電セル冷却構造を模式的に示す側面図であり、図３は蓄電セル５が未膨張の状態、図４は蓄電セル５が膨張した状態を示す。

【0022】

図３および図４に示すとおり、本開示に係る蓄電セル冷却構造は、互いに間隔を隔てて対向するように配列された複数の蓄電セル５と、蓄電セル５，５の間に位置する一対の弾性体５０，５０と、一対の弾性体５０，５０の間に位置し互いに接離可能に相対する内側面を有し内側面に溝３０を有する仕切り板２０とを備えている。

【0023】

仕切り板２０は、相対する内側面の溝３０以外の部分が互いに接触して溝３０に冷却水が流れる第１の状態（図４）と、内側面が互いに離間して溝３０および溝３０以外の部分に冷却水が流れる第２の状態（図３）をとる。この蓄電セル冷却構造について以下に詳述する。

【0024】

図３および図４に示す実施の形態においては、２つの蓄電セル５と、３つの仕切り板２０とそれらの間に設けられた弾性体５０とで蓄電モジュールを構成している。蓄電セル５は一対の弾性体５０に挟まれることにより拘束される。

【0025】

図３および図４においては右端および左端に仕切り板２０，２０が示されている。仕切り板２０の外側にもさらに蓄電セル５と、仕切り板２０および弾性体５０とが交互に配列されていてもよい。

【0026】

両方の最外端に位置する蓄電セル５または仕切り板２０は、拘束部材により蓄電セル５の厚み方向（図３および図４における左右方向）に位置ずれしないように拘束されていてもよい。本実施の形態の蓄電モジュールはたとえば車両に搭載される。

【0027】

蓄電セル５は、互いに外側を向く主表面を有する。主表面は平坦に形成されている。蓄電セル５は一例として全体として略板状である。蓄電セル５を構成する二次電池としてはたとえばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池が挙げられる。複数の蓄電セル５が、それらの主表面が互いに対向するように互いに間隔を隔てて配列されている。

【0028】

蓄電セル５，５の間には、一対の弾性体５０，５０と弾性体５０，５０に挟まれた仕切り板２０が配置されている。仕切り板２０は底板６０に固定されている。これにより仕切り板２０は、蓄電セル５の配列方向（図３および図４の左右方向）に位置ずれしない。なお仕切り板２０は、底板６０に固定せずに他の構造体により保持してもよい。たとえば、上記のように拘束部材で蓄電モジュールを拘束することで仕切り板２０を保持してもよい。

【0029】

図５は仕切り板２０の構造を示す図であり、（ａ）は仕切り板２０の分解図、（ｂ）は仕切り板２０の接合箇所を示す図である。仕切り板２０は、弾性体５０よりも硬質の樹脂材料で構成されている。

【0030】

図５（ａ）に示すように、仕切り板２０は、仕切り板構成部材２０Ａと仕切り板構成部材２０Ｂの二枚の板状部材からなる。

【0031】

図５において、仕切り板構成部材２０Ａの左側面は平坦に構成され、仕切り板構成部材２０Ｂと相対する仕切り板構成部材２０Ａの右側面には複数の溝３０が設けられている。仕切り板構成部材２０Ｂの右側面は平坦に構成され、仕切り板構成部材２０Ａと相対する仕切り板構成部材２０Ｂの左側面には複数の溝３０が設けられている。

【0032】

仕切り板構成部材２０Ａと仕切り板構成部材２０Ｂとは、図５（ｂ）に示すように相互に貼り合わされる。そのとき仕切り板構成部材２０Ａと仕切り板構成部材２０Ｂとは接合箇所２２および当接部２４において相互に接触する。

【0033】

図５（ｂ）に示すように、接合箇所２２において仕切り板構成部材２０Ａと仕切り板構成部材２０Ｂとは接合されている。この接合は、たとえば両者を溶着または接着することにより行なう。本実施の形態の仕切り板構成部材２０Ａ，２０Ｂにおいては、これらが相対する面の上下端に接合箇所２２が設けられている。仕切り板構成部材２０Ａと仕切り板構成部材２０Ｂとはそれらの上下端において接合されている。

【0034】

仕切り板構成部材２０Ａ，２０Ｂの相対する面の接合箇所２２以外の部分は接合されていない。したがって、貼り合わされた仕切り板構成部材２０Ａ，２０Ｂは、上下端以外の部分においては互いに離間することができる。仕切り板構成部材２０Ａ，２０Ｂが貼り合わされて仕切り板２０が形成された状態において、複数の溝３０および複数の当接部２４が仕切り板２０の内側面を構成する。上記のとおり相対する内側面は互いに接離可能である。

【0035】

仕切り板構成部材２０Ａ，２０Ｂの溝３０，３０は互いに対応する箇所に設けられている。仕切り板構成部材２０Ａ，２０Ｂが貼り合わされることで、それぞれの溝３０，３０がつながり、一つの冷却水流路となる孔を構成する。仕切り板２０においては、複数対の溝３０，３０により複数の孔が形成される。

【0036】

本実施の形態においては仕切り板２０を二枚の板状部材で構成したが、一体の板状部材の厚み方向の略中央部を上下端を残して切断することで、互いに接離可能に相対する内側面を有する仕切り板２０を形成してもよい。また、仕切り板２０は、冷却水流路となる複数の孔および孔の間をつなぐ切れ目が予め形成された、互いに離間可能な内側面を有する一体の部材を樹脂成型することで形成してもよい。

【0037】

図６は、本実施の形態の弾性体５０および仕切り板２０の構造を示す斜視図である。仕切り板２０の両主表面には板状の弾性体５０，５０が配置されている。本実施の形態においては、弾性体５０は、仕切り板２０の側面の中央部に配置されている。言い換えると、仕切り板２０の主表面の外周部には弾性体５０は設けられていない。必要に応じて弾性体５０を仕切り板２０の主表面の全面に設けてもよい。

【0038】

弾性体５０は比較的軟質の樹脂材料で構成された樹脂成型品である。弾性体５０を構成する樹脂材料は、仕切り板２０を構成する樹脂材料よりも軟質である。弾性体５０は、蓄電セル５および仕切り板２０に加圧されることにより厚みが減少するように変形する。

【0039】

図７は、本実施の形態の弾性体および仕切り板の構造を示す、図６におけるＶＩＩ－ＶＩＩ矢視断面図である。図７に示すように、弾性体５０は、板状の弾性体本体５３と弾性体本体５３から延びる弾性体脚部５５とを有している。弾性体脚部５５は、弾性体５０の幅方向（図７における紙面に垂直な方向）に連続して延びるようにしてもよいし、弾性体５０の幅方向に断続的に設けてもよい。弾性体本体５３と弾性体脚部５５とは一体に成型してもよいし、別々に成型して相互に接合してもよい。

【0040】

弾性体本体５３と弾性体脚部５５とは相互に接合されまたは連続しており、両者間で熱伝導が行われる。弾性体脚部５５の弾性体本体５３とは反対側の端部は、仕切り板２０の内側面に露出している。

【0041】

図８は、本実施の形態の弾性体および仕切り板の膨張した状態を模式的に示す側面図である。図９は、本実施の形態の弾性体および仕切り板の膨張した状態を模式的に示す、図６におけるＶＩＩ－ＶＩＩ矢視断面図である。

【0042】

仕切り板２０は互いに接離可能に相対する内側面を有している。仕切り板２０および弾性体５０，５０に対する圧力が小さい状態（蓄電セル５，５間の距離が大きい状態）においては、冷却水の圧力により、仕切り板２０の内側面間が押し広げられる。これにより一対の溝３０，３０で形成される孔だけでなく、溝３０の間がつながり相対する内側面間の全体が冷却水流路となる。

【0043】

図９に示すように、内側面に露出した弾性体脚部５５の先端は冷却水により直接冷却される。これにより冷却水により弾性体脚部５５を介して弾性体５０を効率的に冷却することができる。

【0044】

図３，４，１０および１１を参照して、本実施の形態の蓄電セル冷却構造により蓄電セル５を冷却する作用について説明する。

【0045】

図３に示すように、蓄電セル５が初期状態（未膨張状態）においては、その厚みＴ１は比較的小さい。図４に示すように蓄電セル５が膨張した状態においては、その厚みＴ２は未膨張状態の厚みＴ１より大きくなる。

【0046】

上記の通り配列された仕切り板２０は底板６０に固定されているので、仕切り板２０は位置ずれしない。蓄電セル５も、仕切り板２０および弾性体５０に拘束されているので殆ど位置ずれしない。そのため、蓄電セル５の厚みがＴ１からＴ２に増加すると、蓄電セル５，５間の距離が小さくなり、仕切り板２０および弾性体５０に対する圧力が大きくなる。

【0047】

本実施の形態においては、蓄電セル５，５の距離が比較的大きい状態（図３）においては、仕切り板２０は比較的大きい厚みＳ２を有し、蓄電セル５，５の距離が比較的小さい状態においては、仕切り板２０は比較的小さい厚みＳ１を有している。これらの関係を図１０に示す。図１０に示すように蓄電セルの膨張状態変化（これに伴う蓄電セル５，５間の距離の変化）に対応して、仕切り板２０は膨張および収縮することができる。

【0048】

たとえば、蓄電セル５が経年変化により徐々に膨張した場合、仕切り板２０は膨張した状態からその厚みを徐々に減らすように収縮することができる。

【0049】

このように本実施の形態の蓄電セル冷却構造によれば、蓄電セル５，５の間隔が狭い状態においては、弾性体５０を介して仕切り板２０が圧迫される。このとき仕切り板２０は、相対する内側面の溝３０以外の部分（当接部２４）が互いに接触して溝３０のみに冷却水が流れる第１の状態となる。

【0050】

蓄電セル５，５の間隔が広がった状態においては、冷却水の圧力により、内側面が互いに離間して溝３０および溝３０以外の部分（当接部２４）に冷却水が流れる第２の状態となる。第２の状態においては、仕切り板２０の内側面が互いに離間して仕切り板２０の厚みが増す。

【0051】

図３から明らかなように、仕切り板２０の内側面が互いに離間して仕切り板２０の厚みが増す（仕切り板２０が膨張する）ことにより、図１に示す比較例の場合よりも、冷却水と蓄電セル５との距離が近づき、冷却水と蓄電セル５との間の熱抵抗が小さくなる。言い換えると、図１における弾性部材の厚みａ１よりも、図３における弾性部材の厚みａ２が小さくなる。これにより、蓄電セル５が未膨張で蓄電セル５，５間の距離が比較的大きい場合でも、蓄電セル５を冷却水により効果的に冷却することができる。

【0052】

図４に示すように蓄電セル５が膨張して蓄電セル５，５の距離が小さくなった場合には、仕切り板２０が図３の場合よりも収縮する。これにより、図３に示す蓄電セル５の未膨張状態（厚みＴ１）における弾性体５０の厚みａ２と、図４に示す蓄電セル５の膨張状態（厚みＴ２）における弾性体５０の厚みｂ２とが等しく（または略等しく）なる。これにより図３に示す蓄電セル５の未膨張状態と図４に示す蓄電セル５の膨張状態とで、蓄電セル５と冷却水との間の熱抵抗が略等しくなる。

【0053】

このように、本実施の形態の蓄電セル冷却構造においては、仕切り板２０が上記の第１の状態と第２の状態をとることにより、蓄電セルの膨張および未膨張による影響を緩和し、安定して蓄電セルを冷却することができる。

【0054】

図１１に示すように、たとえば経年変化により蓄電セル５が徐々に膨張した（厚みが増した）場合でも、蓄電セル５と冷却水との距離を一定に保つことができる（蓄電セル５と冷却水との間の熱抵抗を一定に保つことができる）。これにより、蓄電セル５が未膨張の状態から膨張した状態に徐々に変化しても、安定して蓄電セルを冷却することができる。

【0055】

上記実施の形態においては、仕切り板２０の幅方向端部（図３における紙面垂直方向の端部）も、仕切り板２０の中間部と同じように離間可能としたが、仕切り板２０の幅方向端部を相互に接合して離間しないようにしてもよい。この場合には、仕切り板２０の端部で厚みが変化しないので、仕切り板２０に冷却水を供給する冷却水供給チャンバなどの接続が容易となる。

【0056】

今回開示された実施の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。本開示の範囲は請求の範囲によって示され、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ことが意図される。

【符号の説明】

【0057】

５ 蓄電セル、２０，１２０ 仕切り板、２０Ａ，２０Ｂ 仕切り板構成部材、２２ 接合箇所、２４ 当接部、３０ 溝、５０，１５０ 弾性体、５３ 弾性体本体、５５ 弾性体脚部、６０ 底板、１３０ 孔。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】