JP2004022267A - 蓄電器冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、コスト、重量及び容積を大きくすることなく、蓄電器全体を従来よりも均一に冷却することが可能な蓄電器冷却構造を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、筐体４ａ，４ｂに収納された所定個数の蓄電セル２からなる蓄電器１，１を冷媒により冷却するための蓄電器冷却構造において、前記蓄電器１，１が、複数の筐体４ａ，４ｂに分割して収納され、これらの筐体４ａ，４ｂのそれぞれが、前記冷媒の入口９ａ，９ｂ及び出口６ａ，６ｂを有しており、前記入口９ａ，９ｂ又は前記出口６ａ，６ｂの一方が冷媒流路１６により前記複数の筐体４ａ，４ｂの間で接続されており、前記冷媒流路１６に冷媒移動手段１１が設けられていることを特徴とする蓄電器冷却構造を提供する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池自動車等に搭載される蓄電素子である蓄電器の冷却構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池自動車やハイブリッド車には、燃料電池や内燃機関の補助電源として電気２重層コンデンサや、組電池等の蓄電器が搭載されたものが知られている。
【０００３】
蓄電器には、適切な作動温度が存在し、蓄電器が高温となると、劣化が進み充分な起電力が得られなくなってしまう。このため、蓄電器には、冷却のための冷却構造が設けられている。
【０００４】
図２に、従来用いられていた蓄電器の冷却構造を模式的に示した。この例では、蓄電器として、蓄電セルである単電池が複数接続された組電池を用いている。
組電池１００は、円筒形の単電池１０１を直列に接続し、筐体１０３中に納めたものである。尚、図２は、円筒形の単電池１０１を端面方向から見た図面である。
【０００５】
組電池１００が発熱するのは、電流の流入及び流出が行われたときである。組電池１００は、燃料電池自動車の補助電源として使用されるので、絶えず電流の出入りが行われ、運転中は常に発熱している。
【０００６】
従来の冷却構造は、筐体１０３の一端部に冷媒（空気等）の入口１０４を設け、筐体１０３の他端部に冷媒の出口１０５を設け、出口１０５に設置したファン１０６又はポンプにより入口１０４より冷媒を吸引し、筐体１０３内部に納められた組電池１００を冷却していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来の冷却機構においては、筐体１０３中に単電池１０１が密に収納されているために、筐体１０３中を冷媒（空気等）が流通する際の抵抗が大きく、筐体１０３内で発生する圧力損失のため、冷媒の流通が滞る。さらに、入口１０４付近の単電池１０１は冷却されるものの、筐体１０３内を流通する過程で冷媒の温度が上昇してしまい、出口１０５付近に存在する単電池１０１が冷却不足となるという現象が発生することがあった。
【０００８】
このように、冷却不足の単電池１０１が存在すると、その単電池１０１が異常劣化を起こしてしまい、定格通りの出力が得られなくなってしまい、結果として組電池１００の出力が低下するという問題が発生する。
【０００９】
また、組電池１００には、単電池１０１の劣化を抑制するための劣化防止システムを有しているものがある。この劣化防止システムは、個々の単電池１０１の電圧を監視し、単電池１０１の電圧を、最も劣化の進んだ単電池１０１の電圧で制限して、最も劣化の進んだ単電池１０１のそれ以上の劣化を防止する機能を有している。
【００１０】
このような劣化防止システムが存在する組電池１００では、一部の単電池１０１において異常劣化が進行すると、通常よりも早期に劣化防止システムが働いて、組電池１００全体の出力が制限されてしまうという問題が発生する。
【００１１】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、コスト、重量及び容積を大きくすることなく、蓄電器全体を従来よりも均一に冷却することが可能な蓄電器冷却構造を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために以下のように構成した。
請求項１に記載の発明は、筐体に収納された所定個数の蓄電セルからなる蓄電器を冷媒により冷却するための蓄電器冷却構造において、前記蓄電器が、複数の筐体に分割して収納され、これらの筐体のそれぞれが、前記冷媒の入口及び出口を有しており、前記入口又は前記出口の一方が冷媒流路により前記複数の筐体の間で接続されており、前記冷媒流路に冷媒移動手段が設けられていることを特徴とする蓄電器冷却構造である。
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、従来１つの筐体に納められていた所定個数の蓄電セルからなる蓄電器を複数の筐体に分割して収納する。これらの筐体の一つ一つには、それぞれ、空気等の冷媒の入口と出口とが設けられているので、筐体内部に冷媒を流通させることで、蓄電器を冷却することが可能である。
【００１４】
本発明の蓄電器冷却構造によれば、蓄電器は、複数の筐体に分割して収納されるので、１つの筐体中に全ての蓄電セルを収納する場合と比べ、個々の筐体に充填される蓄電セルの個数は、少なくなる。これにより、冷媒が筐体を流通する際の抵抗を低減することが可能となり、筐体中を流通する冷媒の流速を増加させることができるので、筐体中を流通する冷媒の温度上昇が抑制され、冷媒は筐体の出口付近においても蓄電器を充分に冷却することが可能となる。
【００１５】
つまり、蓄電器を複数の筐体に分割して収納することで、単位時間あたりの冷媒の流量を増加させることができるので、筐体を流通する過程における冷媒の温度上昇が抑制され、蓄電セル間の温度のバラツキが抑制される。すなわち、筐体の出口付近に存在する蓄電器をも充分に冷却することが可能となる。
【００１６】
ところで、入口又は出口のどちらか一方は、冷媒流路により複数の筐体の間で接続されており、冷媒流路には、冷媒を筐体内部に流通するためのファン、ポンプ等の冷媒移動手段が設けられている。同じ換気能力を有するファン又はポンプを用いた場合には、複数の筐体における冷媒流通時の抵抗の総和を、１つの筐体中に全ての蓄電セルを収納する場合と比べ少なくすることができるため、単位時間あたりの冷媒の流量を大きくすることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を適宜図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、本発明の蓄電器冷却構造の第１の実施形態を示す模式図であり、図１（ｂ）は、本発明の蓄電器冷却構造の第２の実施形態を示す模式図である。
【００１８】
図１（ａ）を参照しながら、本発明の蓄電器冷却構造の構造について説明する。
本実施の形態においては、蓄電セルとして単電池２を用い、蓄電器として、この単電池２が複数個接続された組電池１，１を用いた場合を例示する。
組電池１，１は、燃料電池自動車等に補助電源として搭載され、燃料電池の出力が要求された出力に対して不足している場合に、燃料電池自動車用の駆動モータ等に電流を供給し、燃料電池の出力が要求された出力に対して過剰なときには、その過剰電力を蓄電する働きを有する。
【００１９】
本発明の蓄電器冷却構造は、定格の電圧を得ることができるように所定個数の単電池２が直列に接続された組電池１，１と、この組電池１，１を２等分して収納する、同じ形状の２つの筐体４ａ，４ｂと、筐体４ａと筐体４ｂとの間を接続する冷媒流路１６と、この冷媒流路１６に設けられ、筐体４ａ，４ｂ中に空気等の冷媒を流通させるための冷媒移動手段であるファン１１とからなる。
【００２０】
それぞれの筐体４ａ，４ｂには、冷媒を筐体４ａ，４ｂ中に導入するための入口９ａ，９ｂ及び冷媒を筐体中から排出するための出口６ａ，６ｂが設けられている。本実施の形態においては、出口６ａ，６ｂは、２つの筐体４ａ，４ｂの間で共有されており、共有された出口６ａ，６ｂは、冷媒流路１６で接続され、この冷媒流路１６に前記したファン１１が設置されている。
【００２１】
第１実施形態の蓄電器冷却構造の動作について説明する。ファン１１が作動することにより、空気等の冷媒は、各筐体４ａ，４ｂの入口９ａ，９ｂから吸引されて、組電池１，１を冷却しながら出口に向かって筐体４ａ，４ｂ内部を流通し、２つの筐体４ａ，４ｂで共有された出口６ａ，６ｂより排出され、筐体４ａ，４ｂ間を接続する冷媒流路１６を流通し、ファン１１により蓄電器冷却構造外部に放出される。ここで、各筐体４ａ，４ｂは同形であり、内部に同数の単電池２が収納されているので、各筐体４ａ，４ｂの入口９ａ，９ｂから単位時間当たりに導入される冷媒の量は等しくなる。
【００２２】
蓄電器冷却構造の冷却能力は、筐体４ａ，４ｂ中における単位時間当たりの冷媒の流量等により決定されるものである。ここで、冷媒と組電池１，１との温度差等の他の条件が等しい場合には、冷媒の流量が大きいほど冷却能力が高く、冷媒の流量が小さくなるほど冷却能力は低下する。
【００２３】
本発明の蓄電器冷却構造は、組電池１，１を２等分して別々の筐体４ａ，４ｂ中に収納しているので、１つの筐体４ａ，４ｂに収納される単電池２の個数は全体の１／２となっている。そして、２つの筐体４ａ，４ｂは、独立した冷媒の入口９ａ，９ｂと、筐体４ａ，４ｂ間で共有された冷媒の出口６ａ，６ｂとを有し、この出口６ａ，６ｂは冷媒流路１６で接続され、冷媒流路１６には冷媒を吸引するためのファン１１が設置されている。
【００２４】
本発明の蓄電器冷却構造では、筐体４ａ，４ｂ、１個当たりに充填する単電池２を分割し、１つのファン１１により、２つの入口９ａ，９ｂから冷媒を吸引することにより、冷媒が１個の筐体４ａ，４ｂを通過する際に受ける抵抗が大幅に低減されるので、単位時間当たりに筐体４ａ，４ｂを通過する冷媒の流量を大きくすることができる。
【００２５】
前記したように、蓄電器冷却構造の冷却能力は、筐体中４ａ，４ｂにおける単位時間当たりの冷媒の流量により決定される。本発明の蓄電器冷却構造は、組電池１，１を複数の筐体４ａ，４ｂに分割して収納し、冷媒の入口又は出口を共有することで、冷媒の流路長を短縮することができるので、筐体４ａ，４ｂの出口６ａ，６ｂ付近においても充分に組電池１，１を冷却することが可能となる。
【００２６】
尚、本実施の形態の蓄電器冷却構造において、２個の筐体４ａ，４ｂ中に収納される単電池２の収納方法（並べ方）は、筐体４ａ，４ｂ間で冷媒流通時の抵抗に差が生じないように、対称形とすることが望ましい。
【００２７】
続いて、図１（ｂ）を参照して本発明の蓄電器冷却構造の第２の実施形態について説明する。尚、図１（ｂ）において、図１（ａ）と同様の構造には同符号を付し、その説明は省略する。
【００２８】
第２の実施形態は、ファン１１の送風方向を逆転した以外は、実質的に第１実施形態と同様の構成である。つまり、定格の電圧を得ることができるように所定個数の単電池２が直列に接続された組電池１，１と、この組電池１，１を２等分して収納する、同じ形状の２つの筐体４ａ，４ｂと、これらの筐体４ａ，４ｂ間を接続する冷媒流路１６と、この冷媒流路１６に設けられ、筐体４ａ，４ｂに空気等の冷媒を流通させるためのファン１１とからなる。
【００２９】
それぞれの筐体４ａ，４ｂには、冷媒を筐体４ａ，４ｂ中から排出するための出口９ａ，９ｂ及び冷媒を筐体４ａ，４ｂ中に導入するための入口６ａ，６ｂが設けられている。本実施の形態においては、入口６ａ，６ｂが冷媒流路１６により接続されており、冷媒流路１６に、第１の実施形態とは逆に冷媒を吸気するように回転するファン１１が設けられている。
第２の実施形態における作用効果は、第１の実施形態と実質的に同様であるので、その説明を省略する。
【００３０】
第１及び第２の実施形態の蓄電器冷却構造は、燃料電池自動車等の補助電源として好適に使用できる。この際、筐体４ａと筐体４ｂとを車両の左右の中心軸に対称に配置し、中心軸上にファン１１を配置すれば、車両の重量バランスが良好となるため好適である。
【００３１】
本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の技術的思想を具現化する種々の変更が可能である。
【００３２】
例えば、第１及び第２の実施形態においては、２個の筐体４ａ，４ｂを用いているが、冷媒の入口及び出口がそれぞれの筐体に設けられ、冷媒の入口及び出口の少なくとも一方が冷媒流路によって接続されて、全ての筐体において共有されていれば、筐体数は３個以上であっても構わない。筐体数を増加することによって、さらに冷媒の流路長を短くすることができるので、冷媒の流速が増加し、冷却性能が向上するとともに、各蓄電セルを均一に冷却することができる。
【００３３】
また、第１及び第２の実施形態においては、２個の筐体４ａ，４ｂ内部に収納される単電池２の個数が等しくなるように構成しているが、各筐体４ａ，４ｂに収納される単電池２の個数は異なっていても構わない。このとき、各筐体４ａ，４ｂ間で冷媒の流量を等しくするように冷媒の入口９ａ，９ｂ及び／又は出口６ａ，６ｂの開口面積を調整することが好ましい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、次のような顕著な効果を奏する。
本発明の蓄電器冷却構造は、蓄電器を収納するための複数の筐体を備え、これらの筐体のそれぞれが冷媒の入口及び出口を有し、入口又は出口のどちらか一方が冷媒流路により複数の筐体間で接続されている。
【００３５】
このように、蓄電器を分割して筐体に収納することにより、一個の筐体に収納される蓄電セルの個数を減少させることが可能となる。これにより、冷媒が筐体内部を流通する際の抵抗を減少させることが可能となり、単位時間当たりの冷媒の流量を増加させることができる。よって、筐体内部に収納された蓄電器を均一に冷却することが可能となる。
【００３６】
また、本発明の蓄電器冷却構造で必要とされるファン又はポンプは一台とすることができるので、蓄電器冷却構造のコスト、重量及び容積を大きくすること無く、蓄電器を効率的に冷却することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蓄電器冷却構造の第１の実施形態を示す模式図（ａ）と、本発明の蓄電器冷却構造の第２の実施形態を示す模式図（ｂ）である。
【図２】従来用いられていた蓄電器冷却構造の模式図である。
【符号の説明】
１　組電池
２　単電池
４ａ，４ｂ　筐体
６ａ，６ｂ　出口
９ａ，９ｂ　入口
１１　ファン
１６　冷媒流路

Claims (1)

1. 筐体に収納された所定個数の蓄電セルからなる蓄電器を冷媒により冷却するための蓄電器冷却構造において、
   前記蓄電器が、複数の筐体に分割して収納され、これらの筐体のそれぞれが、前記冷媒の入口及び出口を有しており、前記入口又は前記出口の一方が冷媒流路により前記複数の筐体の間で接続されており、
   前記冷媒流路に冷媒移動手段が設けられていることを特徴とする蓄電器冷却構造。

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