(57)【要約】【課題】電池容量が異なる多様な車種に容易に適用可能な電池モジュールを提供する。【解決手段】複数セルを有する一つの電池スタックが一つの温調プレート１２を備え、前記電池スタックが複数集合して一つのモジュールを形成し、各温調プレート１２は、温調用冷媒の入口ヘッダー３１と、出口ヘッダー３３と、出入口ヘッダー間を連通する複数本の流路３５と、ヘッダー３１の対角位置に設けた接続ポート３７，３９とを備え、これらポートは接続コネクタで接続されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数セルを有する一つの電池スタックが一つの温調プレートを備え、前記電池スタックが複数集合して一つのモジュールを形成し、各温調プレートは、温調用冷媒の入口ヘッダーと、出口ヘッダーと、出入口ヘッダー間を連通する複数本の流路と、ヘッダーの対角位置に設けた出入口接続ポートとを備えたことを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
前記温調プレートの出口接続ポートは、他の温調プレートの入口接続ポートに対し、接続コネクタで接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記接続コネクタは両端にコネクタ部を備え、各コネクタ部をＯリングを介して前記接続ポートに嵌合して接続することを特徴とする請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記温調プレートの下面に断熱体を備え、この断熱体で前記接続コネクタを押圧し、保持することを特徴とする請求項３に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記温調プレートの冷却流路が直列に接続されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電気自動車駆動用のバッテリー装置等の電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の電池（セル）を配列した組電池を備える、例えば電気自動車駆動用のバッテリー装置等が知られている。この種のバッテリー装置には、複数の電池スタック（例えば、１８セル。）を上下方向に嵌合接続（凹凸組み合わせ。）にて重ねて配置し、この嵌合接続部分に冷却プレートを配置して制御系、冷却系を含めて完結する電池モジュールが提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８１７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の構成では、電池モジュールを、例えば電池容量が異なる多様な車種に適用する場合、複数の電池スタックを重ねた後、これら嵌合接続部分に冷却プレートを配置しており、この構成では、冷却プレート間の接続が困難である。
この課題は、冷却プレートを用いたときだけでなく、加温プレートを用いた電池の加温時における加温プレート間の接続でも同様の課題となっている。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、電池容量が異なる多様な車種に容易に適用可能な電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、複数セルを有する一つの電池スタックが一つの温調プレートを備え、前記電池スタックが複数集合して一つのモジュールを形成し、各温調プレートは、温調用冷媒の入口ヘッダーと、出口ヘッダーと、出入口ヘッダー間を連通する複数本の流路と、ヘッダーの対角位置に設けた出入口接続ポートとを備えたことを特徴とする。
前記温調プレートの出口接続ポートは、他の温調プレートの入口接続ポートに対し、接続コネクタで接続されていてもよい。
前記接続コネクタは両端にコネクタ部を備え、各コネクタ部をＯリングを介して前記接続ポートに嵌合して接続してもよい。
前記温調プレートの下面に断熱体を備えておいて、この断熱体で前記接続コネクタを押圧、保持する構成としてもよい。
前記温調プレートの冷却流路が直列に接続されていてもよい。
【０００６】
これら構成では、複数セルを有する一つの電池スタックが一つの温調プレートを備えるため、前記電池スタックが複数集合して一つのモジュールを形成するときには、温調プレート同士が近接することになり、温調プレートが近接すると、各温調プレートのヘッダーの対角位置に設けた出入口接続ポートが近接するため、出入口接続ポートを例えば短い接続コネクタ等を用いて簡単に接続できる。また、それぞれの電池スタックは制御系、温調系を含めて完結させておいて、これらを複数集合して一つのモジュールを形成するときには、各温調プレートの出入口接続ポートを例えば接続コネクタ等を用いて接続することにより、一つのモジュールを簡単に形成できるようにすれば、電池容量が異なる多様な車種にきわめて容易に対応できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電池スタックが複数集合して一つのモジュールを形成するときには、温調プレート同士が近接し、温調プレートが近接すると、各温調プレートのヘッダーの対角位置に設けた出入口接続ポートが近接するため、出入口接続ポートを例えば短い接続コネクタ等を用いて簡単に接続でき、したがって、例えば電池容量が異なる多様な車種にきわめて容易に対応できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１及び図２は、本実施形態に係る電池スタック１の構成を示す図である。
この電池スタック１は、複数の角形電池（セル）１０が前後に配列されて構成された組電池１１と、この組電池１１を冷却するための冷却（温調）プレート１２と、を備えている。複数の角形電池１０の間には、図２に示すように、セパレーター２０が介装され、このセパレーター２０は、組電池１１において、互いに隣接する角形電池１０を電気的に絶縁するための部材であり、例えば樹脂材料によって形成されている。２３は、角形電池１０の端子である。なお、以下の説明において、前後、上下、左右は、図１に示す前後、上下、左右を基準とするものとする。
【０００９】
図１及び図２に示す例では、１つの冷却プレート１２の上に、複数の角形電池１０が前後に配列され、左右には保持プレート８５，８５が宛がわれ、その前後には保持プレート８６，８６が宛がわれ、各保持プレート８５，８６同士をボルト（不図示）で締結して構成されている。そして、冷却プレート１２は下面に横長の凹所８８を備え、冷却プレート１２と、保持プレート８５，８６とが、凹所８８を貫通するボルト９０により結合されている。４０は、冷却プレート１２の熱交換面２２と、角形電池１０の冷却面４１との間に介装される熱伝導シートである。
【００１０】
冷却プレート１２は薄板状に形成されており、例えば、冷媒が流通するチューブ（不図示）が複数左右方向に沿って平行に配列された扁平多穴型（マイクロチャネル型）の冷却プレートを好適に用いることができる。
このような扁平多穴型（マイクロチャネル型）の冷却プレートを用いれば、熱交換面２２の面積を広くとった場合でも、冷却プレート１２の厚みを薄くすることができ、電池スタック１のコンパクト化を図ることができる。
【００１１】
本実施の形態では、上述した複数の電池スタック１、１、１…を複数集合し、これらを結合具（不図示）により結合させて、図３及び図４に示すように、一つの電池モジュール５１を構成できる。この電池モジュール５１は４つの電池スタック１を集合させており、電池スタック１の４倍容量のモジュールである。
この形態において、各電池スタック１は制御系、冷却系を含めて完結されており、これらを複数集合して一つのモジュール５１を形成する際には、後述するように、各冷却プレート１２の出入口接続ポートを、接続コネクタ等を用いて接続することにより、一つのモジュール５１を簡単に形成できる。
【００１２】
冷却プレート１２は、図５に示すように、第１冷却プレート１２Ａ、第２冷却プレート１２Ｂ、第３冷却プレート１２Ｃ、第４冷却プレート１２Ｄに対応する。このうち、第１冷却プレート１２Ａ、第３冷却プレート１２Ｃは同一の構成であり、第２冷却プレート１２Ｂ、第４冷却プレート１２Ｄは同一の構成である。
これら第１冷却プレート１２Ａ〜第４冷却プレート１２Ｄの下面には、下面全域を覆って、断熱体５２が配置されている。
第１冷却プレート１２Ａ〜第４冷却プレート１２Ｄは、共に、冷媒が流通するチューブ（流路）３５が複数左右方向に沿って平行に配列された扁平多穴型（マイクロチャネル型）の冷却プレートであり、各チューブ３５は、前後方向に延出した入口ヘッダー３１と、出口ヘッダー３３との間を、互いに平行に連通している。そして、ヘッダー３１，３３の対角位置には、入口接続ポート３７，出口接続ポート３９が配置されている。
【００１３】
第１冷却プレート１２Ａは、図中で左下に入口接続ポート３７Ａが配置され、右上に出口接続ポート３９Ａが配置されている。第２冷却プレート１２Ｂは、図中で左上に入口接続ポート３７Ｂが配置され、右下に出口接続ポート３９Ｂが配置されている。第３冷却プレート１２Ｃは、図中で右上に入口接続ポート３７Ｃが配置され、左下に出口接続ポート３９Ｃが配置されている。第４冷却プレート１２Ｄは、図中で右下に入口接続ポート３７Ｄが配置され、左上に出口接続ポート３９Ｄが配置されている。
これら構成では、複数セルを有する一つの電池スタック１が一つの冷却プレート１２を備えるため、電池スタック１が複数集合して一つのモジュール５１を形成するときには、冷却プレート１２同士が近接することになり、冷却プレート１２が近接すると、各冷却プレート１２Ａ〜１２Ｄのヘッダー３１，３３の対角位置に設けた出入口接続ポート３７，３９が近接するため、出入口接続ポートを簡単に接続できる。
【００１４】
図６及び図７は、第１冷却プレート１２Ａの出口接続ポート３９Ａと、第２冷却プレート１２Ｂの入口接続ポート３７Ｂとの接続部分の構造を示す。なお、他の接続部分においても、図６の構成と略同様構成となっている。
第１冷却プレート１２Ａの出口接続ポート３９Ａは、出口ヘッダー３３に連通して、第１冷却プレート１２Ａの下面に真下に向けて開口し、第２冷却プレート１２Ｂの入口接続ポート３７Ｂは、入口ヘッダー３１に連通して、第２冷却プレート１２Ｂの下面に真下に向けて開口している。これら接続ポート３９Ａ、３７Ｂの間は、接続コネクタ５５により接続されている。接続コネクタ５５は、全体として略Ｕ字状に形成され、両端に、略Ｌ字状の一対のコネクタ部５５Ａ，５５Ｂを備えている。
これらコネクタ部５５Ａ，５５Ｂの間は、環状の弾性部材５７で連結されており、この弾性部材５７を中心に、一対のコネクタ部５５Ａ，５５Ｂは、矢印Ａ，Ｂの方向にそれぞれ弾発自在の構成となっている。
【００１５】
上記コネクタ部５５Ａ，５５Ｂは、Ｏリング５９を介して、出口接続ポート３９Ａ、及び、入口接続ポート３７Ｂに対し、下方から上向きに挿入されて接続されている。そして、この接続コネクタ５５は、上述の断熱体５２の一部に設けた弾性部材５２Ａ（図７参照。）により上方に押圧されて、下方への脱落がないように保持されている。
この実施の形態では、仮に、第１冷却プレート１２Ａと、第２冷却プレート１２Ｂとの水平位置にずれδ（図６参照。）が生じていても、コネクタ部５５Ａ，５５Ｂの挿入寸法が上下に変位することで、ずれδを許容した状態で、出口接続ポート３９Ａ、及び、入口接続ポート３７Ｂを簡単に接続できる。また、図示は省略したが、仮に、第１冷却プレート１２Ａと、第２冷却プレート１２Ｂとが、共に、傾いた状態になっていても、一対のコネクタ部５５Ａ，５５Ｂは、弾性部材５７を中心にして、矢印Ａ，Ｂの方向にそれぞれ弾発自在であるため、当該傾きを許容した状態で、出口接続ポート３９Ａ、及び、入口接続ポート３７Ｂを簡単に接続できる。
【００１６】
この実施の形態では、図５を参照し、第１冷却プレート１２Ａの入口６１、及び第４冷却プレート１２Ｄの出口６３に対し、図示は省略したが、冷媒配管を介して、圧縮機、凝縮器及び減圧器が接続され、これら機器によって冷凍サイクルが構成されている。
第１冷却プレート１２Ａの入口６１には、上述の圧縮機、凝縮器及び減圧器を経た、液冷媒が流入し、この液冷媒は、第１冷却プレート１２Ａの入口ヘッダー３１内を流通し、そこから各チューブ３５を経て、出口ヘッダー３３に至り、出口接続ポート３９Ａから、第２冷却プレート１２Ｂの入口接続ポート３７Ｂ、及び入口ヘッダー３１に流入する。入口ヘッダー３１に流入した液冷媒は、第１冷却プレート１２Ａと同様に、各チューブ３５を経て、出口ヘッダー３３に至り、出口接続ポート３９Ｂから、第３冷却プレート１２Ｃの入口接続ポート３７Ｃ、及びその入口ヘッダー３１に流入する。これら循環を順次行い、第１冷却プレート１２Ａ〜第４冷却プレート１２Ｄ間を、直列に循環し、その間に液冷媒は蒸発しガス冷媒となって圧縮機に戻される。
【００１７】
この実施の形態では、電池モジュール５１を、例えば電池容量が異なる多様な車種に適用する場合、複数の電池スタック１の組み合わせ数量を変えることで、容量を簡単に変更でき、その組み替えの自由度が増すと共に、多様な車種への適用が簡単になる。この場合、電池スタック１が複数集合して一つのモジュール５１を形成するときには、冷却プレート１２同士が近接することになり、冷却プレート１２が近接すると、各冷却プレート１２のヘッダー３１，３３の対角位置に設けた出入口接続ポート３７，３９が近接するため、出入口接続ポート３７，３９を、長さの短い接続コネクタ５５を用いて簡単に接続できるると共に、この接続コネクタ５５を用いることで、冷却プレート１２の高さのずれδや、冷却プレート１２の傾きを吸収できる。また、接続コネクタ５５は、一対のコネクタ部５５Ａ，５５Ｂを、出口接続ポート３９Ａ、及び、入口接続ポート３７Ｂに下方から挿入するだけで、各接続ポート３７，３９を簡単に接続できる。
【００１８】
この実施の形態では、冷却プレート１２において、チューブ３５が複数左右方向に沿って平行に配列され、各チューブ３５の長さが等しく設定されることで、各チューブ３５を流れる流量が等しくなり、セル間温度差が低減できる。また、液冷媒が、第１冷却プレート１２Ａ〜第４冷却プレート１２Ｄ間を、直列に循環すると共に、ヘッダー３１，３３内は、組電池１１の前後に沿って流れ、各チューブ３５内は、組電池１１の左右に沿って流れるため、角形電池１０は幅方向に均等に冷却される。また、第１冷却プレート１２Ａ〜第４冷却プレート１２Ｄの下面には、下面全域を覆って、断熱体５２が配置されているため、露出面積が縮小し、結露が防止できる。
【００１９】
また、図５に示すように、電池モジュール５１は、２種類の冷却プレート１２により構成されている。すなわち、一の形態の冷却プレート（以下、第１形態という。）は、第１冷却プレート１２Ａと、第３冷却プレート１２Ｃに対応し、これら第１形態の冷却プレート１２Ａ，１２Ｃは、図５からも明らかなように、出入口接続ポート３７，３９が、右上がりの対角線（第１対角線）上の対角位置に配置されている。他の形態の冷却プレート（以下、第２形態という。）は、第２冷却プレート１２Ｂと、第４冷却プレート１２Ｄに対応し、これら第２形態の冷却プレート１２Ｂ，１２Ｄは、出入口接続ポート３７，３９が、右下がりの対角線（第２対角線）上の対角位置に配置されている。
ここで、冷却プレート内の流路には方向性がなく、冷却プレート単体で見たとき、入口と出口は規定されておらず、電池モジュール５１を構成する際に、入口接続ポート３７或いは出口接続ポート３９が規定される。
この２種類の冷却プレート１２を任意に組み合わせることで、例えば、図８Ａ〜図８Ｆに示すように、多様の電池モジュール５１を構成できる。図８Ａ〜図８Ｆ中の各符号は冷媒が流れる順番を示している。図８Ａは、上記実施の形態と同じ組み合わせであり、４枚の冷却プレートを、冷媒の流れる順（符号１〜４）に、第１形態、第２形態、第１形態、第２形態の各プレートを接続している。この例では、図８Ａに示すように、出入口接続ポート３７，３９が、電池モジュール５１の短辺の内側にまとめて配置されている。
この組み合わせでは、図８Ｄに示すように、電池モジュール５１の長手方向に、さらに４つの電池スタック１を、図６及び図７の接続コネクタ５５を適用することで、簡単に連設できる。この例では、符号１〜８の順に冷媒が流れる。
【００２０】
図８Ｂでは、６枚の冷却プレートを、冷媒の流れる順（符号１〜６）に、第２形態、第１形態、第２形態、第１形態、第２形態、第１形態の各プレートを接続している。この例では、図８Ｂから明らかなように、出入口接続ポート３７，３９が、電池モジュール５１の短辺の両外側に大きく離間して配置されている。
この組み合わせでは、図８Ｆに示すように、電池モジュール５１の長手方向に、さらに４つの電池スタック１を、図６及び図７の接続コネクタ５５を適用することで、簡単に連設できる。この例では、符号１〜１０の順に冷媒が流れる。
【００２１】
以上の構成は、電池スタック１を、電池スタック１の長手方向に連設したが、これとは逆に、図８Ｃに示すように、短手方向に連設が可能である。
図８Ｃでは、６枚の冷却プレートを、冷媒の流れる順（符号１〜６）に、第２形態、第１形態、第２形態、第１形態、第２形態、第１形態の各プレートを接続している。この例では、図８Ｃに示すように、出入口接続ポート３７，３９が、電池モジュール５１の一辺の両外側に大きく離間して配置されている。この例でも、図６及び図７の接続コネクタ５５を適用することで、電池スタック１を簡単に連設できる。図８Ｅの組み合わせでは、符号１〜１２の順に冷媒が流れる。１２枚の冷却プレートを、冷媒の流れる順（符号１〜１２）に、第１形態、第２形態、第１形態、第２形態、第１形態、第２形態、第１形態、第２形態、第１形態、第２形態、第１形態、第２形態の各プレートを接続している。この例では、図８Ｅに示すように、出入口接続ポート３７，３９が、電池モジュール５１の短辺の両外側に大きく離間して配置されている。この場合も、図６及び図７の接続コネクタ５５を適用することで、簡単に連設できる。
この実施の形態では、電池スタック１に使用する冷却プレート１２に、２種類の冷却プレート１２を採用し、各接続ポート３７，３９を接続コネクタ５５で接続する構成としたため、多様な電池モジュール５１に簡単に対応できる。
【００２２】
上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。
例えば、上述した実施形態では、冷却プレート１２は、蒸発器として機能することにより、組電池１１を冷却していたが、これにかぎらず、冷却プレート１２内を冷却水やブライン等の熱媒体が循環するようにし、この熱媒体の作用によって組電池１１を冷却（温調）するようにしてもよい。また、組電池１１には冷却だけでなく加温等の温調の要求がある。すなわち冷却プレート１２を用いたときだけでなく、例えば加温プレート（不図示）を用いた電池の加温時における加温プレート間の接続でも同様の構成で加温プレート間を接続することが可能である。また、図１に示すように、１つの冷却プレート１２の上に、１つの組電池１１が載置された状態で固定されているが、冷却プレート１２における組電池１１の位置や、組電池１１の個数、組電池１１が備える角形電池１０の個数は、その設置される状況等に応じて任意に変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】一実施形態に係る電池スタックの構成を示す図である。
【図２】同電池スタックの正面図である。
【図３】一実施形態に係る電池モジュールを示す斜視図である。
【図４】同電池モジュールの側面図である。
【図５】冷却プレートを並べた状態の斜視図である。
【図６】接続コネクタを模式的に示す断面図である。
【図７】同接続コネクタを模式的に示す斜視図である。
【図８】Ａ〜Ｆは、電池モジュールの多様な組み合わせを示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  電池スタック
１０  角形電池
１１  組電池
１２  冷却（温調）プレート
１２Ａ  第１冷却（温調）プレート
１２Ｂ  第２冷却（温調）プレート
１２Ｃ  第３冷却（温調）プレート
１２Ｄ  第４冷却（温調）プレート
３５  チューブ（流路）３５
３１  入口ヘッダー
３３  出口ヘッダー
３７  入口接続ポート
３９  出口接続ポート
５１  電池モジュール
５２  断熱体
５５  接続コネクタ
５５Ａ，５５Ｂ  コネクタ部
５７  弾性部材
５９  Ｏリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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