JP2014035971A - Power storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の蓄電セルを積層方向に積層した第1蓄電モジュールおよび第2蓄電モジュールを幅方向に並置して蓄電パックを構成し、前記第1蓄電モジュールの幅方向一方の外面に沿って冷却媒体の吸入ダクトを設けるとともに、前記第2蓄電モジュールの幅方向他方の外面に沿って冷却媒体の排出ダクトを設け、前記吸入ダクトから供給した冷却媒体を前記第1、第2蓄電モジュールの前記蓄電セル間に形成した冷却媒体通路を通過させて前記排出ダクトに排出する蓄電装置に関する。 In the present invention, a first power storage module and a second power storage module in which a plurality of power storage cells are stacked in the stacking direction are juxtaposed in the width direction to form a power storage pack, and along one outer surface in the width direction of the first power storage module A cooling medium suction duct is provided, a cooling medium discharge duct is provided along the other outer surface in the width direction of the second power storage module, and the cooling medium supplied from the suction duct is supplied to the first and second power storage modules. The present invention relates to a power storage device that passes through a cooling medium passage formed between power storage cells and discharges it to the discharge duct.
複数の蓄電セルを蓄電セルホルダを挟んで積層方向に積層して蓄電モジュールを構成し、複数の蓄電モジュールを前記積層方向と直交する並置方向に並置して蓄電パックを構成し、並置方向上流側の蓄電モジュールから並置方向下流側の蓄電モジュールへと冷却媒体を直線状に流して各蓄電セルを冷却するものが、下記特許文献1により公知である。 A plurality of power storage cells are stacked in the stacking direction with a power storage cell holder interposed therebetween to form a power storage module, a plurality of power storage modules are juxtaposed in a juxtaposition direction orthogonal to the stacking direction to form a power storage pack, and the upstream of the juxtaposition direction Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 discloses a cooling medium that flows from a power storage module to a power storage module downstream in the juxtaposition direction to cool each power storage cell.
ところで、上記従来のものは、並置された複数の蓄電モジュールを上流側のものから下流側のものへと冷却媒体が次々に通過するため、下流側に行くに従って冷却媒体の温度が次第に高くなり、上流側の蓄電セルに比べて下流側の蓄電セルの冷却効率が低下してしまい、各蓄電セルの温度が不均一になって耐久性に悪影響が及ぶ可能性があった。 By the way, the above-mentioned conventional one passes through the plurality of juxtaposed power storage modules from the upstream one to the downstream one after another, so that the temperature of the cooling medium gradually increases toward the downstream, Compared to the upstream storage cell, the cooling efficiency of the downstream storage cell is lowered, and the temperature of each storage cell becomes non-uniform, which may adversely affect the durability.
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、蓄電パックを構成する複数の蓄電セルを均等に冷却できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to allow a plurality of power storage cells constituting a power storage pack to be uniformly cooled.
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、複数の蓄電セルを積層方向に積層した第1蓄電モジュールおよび第2蓄電モジュールを幅方向に並置して蓄電パックを構成し、前記第1蓄電モジュールの幅方向一方の外面に沿って冷却媒体の吸入ダクトを設けるとともに、前記第2蓄電モジュールの幅方向他方の外面に沿って冷却媒体の排出ダクトを設け、前記吸入ダクトから供給した冷却媒体を前記第1、第2蓄電モジュールの前記蓄電セル間に形成した冷却媒体通路を通過させて前記排出ダクトに排出する蓄電装置において、前記第1、第2蓄電モジュール間に、前記第1蓄電モジュールの冷却媒体通路および前記第2蓄電モジュールの冷却媒体通路に連通して積層方向に延びる中間ダクトを形成し、前記中間ダクトの積層方向両端部を閉塞したことを特徴とする蓄電装置が提案される。 In order to achieve the above object, according to the invention described in claim 1, a power storage pack is configured by juxtaposing a first power storage module and a second power storage module in which a plurality of power storage cells are stacked in the stacking direction in the width direction. A cooling medium suction duct is provided along one outer surface in the width direction of the first power storage module, and a cooling medium discharge duct is provided along the other outer surface in the width direction of the second power storage module. In the power storage device that discharges the cooling medium supplied from the cooling medium passage formed between the power storage cells of the first and second power storage modules to the discharge duct, between the first and second power storage modules, Forming an intermediate duct that communicates with the cooling medium passage of the first power storage module and the cooling medium passage of the second power storage module and extends in the stacking direction; Power storage device is proposed which is characterized in that it has closed the layer opposite ends.
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記中間ダクトの積層方向両端部は、前記第1、第2蓄電モジュールの積層方向両端部にそれぞれ配置したエンドプレートにより閉塞され、前記中間ダクトの上下部は、前記エンドプレート間を接続する上部拘束部材および下部拘束部材により閉塞されることを特徴とする蓄電装置が提案される。
According to the invention described in
また請求項3に記載された発明によれば、請求項2の構成に加えて、前記第1、第2蓄電モジュールを前記上部拘束部材に向けて付勢する付勢手段を備えることを特徴とする蓄電装置が提案される。
According to the invention described in
また請求項4に記載された発明によれば、請求項3の構成に加えて、前記第1、第2蓄電モジュールと前記下部拘束部材との間に配置された弾性を有するシール部材を備えることを特徴とする蓄電装置が提案される。
According to the invention described in claim 4, in addition to the configuration of
また請求項5に記載された発明によれば、請求項1〜請求項4の何れか1項の構成に加えて、前記第2蓄電モジュールの冷却媒体通路の上流端が前記中間ダクトに開口する面積は、前記第1蓄電モジュールの冷却媒体通路の下流端が前記中間ダクトに開口する面積よりも小さいことを特徴とする蓄電装置が提案される。
According to the invention described in
また請求項6に記載された発明によれば、請求項1〜請求項4の何れか1項の構成に加えて、前記第1蓄電モジュールの冷却媒体通路と前記第2蓄電モジュールの冷却媒体通路とを積層方向にずらしたことを特徴とする蓄電装置が提案される。
According to the invention described in
また請求項7に記載された発明によれば、請求項1〜請求項6の何れか1項の構成に加えて、一対の前記蓄電パックを上下2段に重ね合わせ、下段の前記蓄電パックは前記吸入ダクトの積層方向一端側から冷却媒体を吸入して前記排出ダクトの積層方向他端側から冷却媒体を排出し、上段の前記蓄電パックは前記吸入ダクトの積層方向他端側から冷却媒体を吸入して前記排出ダクトの積層方向一端側から冷却媒体を排出することを特徴とする蓄電装置が提案される。
According to the invention described in
また請求項8に記載された発明によれば、請求項1〜請求項7の何れか1項の構成に加えて、前記中間ダクトは分割部において積層方向に2分割され、吸入ダクトの冷却媒体の流れ方向に対して、前記分割部の上流側の前記蓄電セルの積層数よりも、前記分割部の下流側の前記蓄電セルの積層数を大きく設定したことを特徴とする蓄電装置が提案される。 According to the invention described in claim 8, in addition to the configuration of any one of claims 1 to 7, the intermediate duct is divided into two in the stacking direction at the dividing portion, and the cooling medium of the suction duct A power storage device is proposed in which the number of stacked storage cells downstream of the dividing unit is set larger than the number of stacked storage cells upstream of the dividing unit with respect to the flow direction. The
尚、実施の形態のセンタープレート25は本発明の分割部に対応し、実施の形態の第3上部拘束部材33は本発明の拘束部材に対応し、実施の形態の板ばね37は本発明の付勢手段に対応する。
The
請求項1の構成によれば、複数の蓄電セルを積層方向に積層した第1蓄電モジュールおよび第2蓄電モジュールを幅方向に並置して蓄電パックを構成する。第1蓄電モジュールの幅方向一方の外面に沿って設けた吸入ダクトから供給した冷却媒体は、第1蓄電モジュールの蓄電セルを冷却して中間ダクトに流入し、中間ダクトで混合して温度が均一化された冷却媒体は第2蓄電モジュールの蓄電セルを冷却した後、第2蓄電モジュールの幅方向他方の外面に沿って設けた排出ダクトに排出される。第1、第2蓄電モジュールとも、吸入ダクトの上流側の蓄電セルは冷却風の流量が小さいために冷却され難く、吸入ダクトの下流側の蓄電セルは冷却風の流量が大きいために冷却され易いが、第1蓄電モジュールを通過して温度が不均一になった冷却媒体を中間ダクトで混合して温度を均一化した後に第2蓄電モジュールに供給することで、各蓄電セルを均一に冷却して温度差を最小限に抑えることができる。しかも中間ダクトの積層方向両端部を閉塞したので、中間ダクトの冷却媒体が外部に漏れるのを防止して蓄電セルの冷却効率を高めることができる。 According to the configuration of claim 1, the power storage pack is configured by juxtaposing the first power storage module and the second power storage module in which the plurality of power storage cells are stacked in the stacking direction in the width direction. The cooling medium supplied from the suction duct provided along one outer surface in the width direction of the first power storage module cools the power storage cell of the first power storage module, flows into the intermediate duct, and mixes in the intermediate duct so that the temperature is uniform. The cooled cooling medium cools the power storage cell of the second power storage module, and then is discharged to a discharge duct provided along the other outer surface in the width direction of the second power storage module. In both the first and second power storage modules, the storage cell upstream of the suction duct is difficult to be cooled because the flow rate of the cooling air is small, and the storage cell downstream of the suction duct is easily cooled because the flow rate of the cooling air is large. However, the cooling medium that has passed through the first power storage module and has become non-uniform in temperature is mixed in the intermediate duct to equalize the temperature, and then supplied to the second power storage module to uniformly cool each power storage cell. Temperature difference can be minimized. In addition, since both ends of the intermediate duct in the stacking direction are closed, the cooling medium of the intermediate duct can be prevented from leaking to the outside, and the cooling efficiency of the storage cell can be increased.
また請求項2の構成によれば、中間ダクトの積層方向両端部は、第1、第2蓄電モジュールの積層方向両端部にそれぞれ配置したエンドプレートにより閉塞され、中間ダクトの上下部は、エンドプレート間を接続する上部拘束部材および下部拘束部材により閉塞されるので、特別のシール部材を必要とせずに冷却媒体の漏れを防止することができる。 According to the second aspect of the present invention, both ends of the intermediate duct in the stacking direction are closed by the end plates disposed at both ends of the first and second power storage modules in the stacking direction, and the upper and lower portions of the intermediate duct are the end plates. Since it is obstruct | occluded by the upper restraint member and lower restraint member which connect between, the leakage of a cooling medium can be prevented, without requiring a special sealing member.
また請求項3の構成によれば、第1、第2蓄電モジュールを上部拘束部材に向けて付勢する付勢手段を備えるので、第1、第2蓄電モジュールを上部拘束部材に密着させることで、特別のシール部材を必要とせずに冷却媒体の漏れを防止することができる。 According to the third aspect of the present invention, since the first and second power storage modules are provided with biasing means for biasing the first and second power storage modules toward the upper restraining member, the first and second power storage modules are brought into close contact with the upper restraining member. Further, it is possible to prevent leakage of the cooling medium without requiring a special seal member.
また請求項4の構成によれば、第1、第2蓄電モジュールと下部拘束部材との間に配置された弾性を有するシール部材を備えるので、第1、第2蓄電モジュールを付勢手段で上部拘束部材に向けて付勢しても、第1、第2蓄電モジュールと下部拘束部材との間から冷却媒体が漏れるのを防止することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the elastic sealing member disposed between the first and second power storage modules and the lower restraining member is provided, the first and second power storage modules are moved upward by the urging means. Even if it urges | biases toward a restraint member, it can prevent that a cooling medium leaks from between a 1st, 2nd electrical storage module and a lower restraint member.
また請求項5の構成によれば、第2蓄電モジュールの冷却媒体通路の上流端が中間ダクトに開口する面積は、第1蓄電モジュールの冷却媒体通路の下流端が中間ダクトに開口する面積よりも小さいので、第1蓄電モジュール側から中間ダクトに流入した冷却媒体が第2蓄電モジュール側に流出し難くすることで中間ダクトにおける冷却媒体の混合を促進し、蓄電セルの均等な冷却を可能にすることができる。
According to the configuration of
また請求項6の構成によれば、第1蓄電モジュールの冷却媒体通路と第2蓄電モジュールの冷却媒体通路とを積層方向にずらしたので、第1蓄電モジュール側から中間ダクトに流入した冷却媒体が第2蓄電モジュール側に流出し難くすることで中間ダクトにおける冷却媒体の混合を促進し、蓄電セルの均等な冷却を可能にすることができる。
According to the configuration of
また請求項7の構成によれば、一対の蓄電パックを上下2段に重ね合わせ、下段の蓄電パックは吸入ダクトの積層方向一端側から冷却媒体を吸入して排出ダクトの積層方向他端側から冷却媒体を排出し、上段の蓄電パックは吸入ダクトの積層方向他端側から冷却媒体を吸入して排出ダクトの積層方向一端側から冷却媒体を排出するので、冷却媒体の流れ方向上流側の冷え難い部分と冷却媒体の流れ方向下流側の冷え易い部分とが上段の蓄電パックおよび下段の蓄電パックで逆になり、上下段の蓄電パックの高温部および低温部を対向させて熱交換を行うことで蓄電セルの均等な冷却を可能にすることができる。
According to the configuration of
また請求項8の構成によれば、中間ダクトは分割部において積層方向に2分割され、吸入ダクトの冷却媒体の流れ方向に対して、分割部の上流側の蓄電セルの積層数よりも、分割部の下流側の蓄電セルの積層数を大きく設定したので、冷却媒体の流量が小さい分割部の上流側に配置される蓄電セルの数を小さくし、冷却媒体の流量が大きい分割部の下流側に配置される蓄電セルの数を大きくすることで、蓄電セルの均等な冷却を可能にすることができる。 According to the configuration of claim 8, the intermediate duct is divided into two in the stacking direction in the split section, and is divided more than the number of stacked storage cells upstream of the split section in the flow direction of the cooling medium in the suction duct. Since the number of stacked storage cells on the downstream side of the unit is set to be large, the number of storage cells arranged on the upstream side of the dividing unit with a small flow rate of the cooling medium is reduced, and the downstream side of the dividing unit with the large flow rate of the cooling medium By increasing the number of power storage cells arranged in the battery, it is possible to cool the power storage cells evenly.
以下、図1〜図12に基づいて本発明の第1の実施の形態を説明する。尚、本明細書において、前後方向、左右方向(車幅方向)および上下方向とは、運転席に着座した乗員を基準として定義される(図1参照)。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present specification, the front-rear direction, the left-right direction (vehicle width direction), and the up-down direction are defined based on an occupant seated in the driver's seat (see FIG. 1).
図1および図2に示すように、ハイブリッド車両のモータ・ジェネレータに電力を供給する蓄電ユニットUは、実質的に同一の構造を有して上下に重ね合わされた一対の蓄電パックP,Pを備える。上面を平板状のカバー11で覆われた蓄電ユニットUは、シートクッション12aおよびシートバック12bよりなるリヤシート12の後部の荷室に搭載される。上段の蓄電パックPの前面右側から前方に延びる吸入通路13は、リヤシート12のシートバック12bの右側面において車室内に開口する吸入口13aを備え、前記蓄電パックPの後面左側から後方に延びる排出通路14の中間部には冷却ファン15が設けられ、下流端には排出口14aが形成される。同様に、下段の蓄電パックPの前面左側から前方に延びる吸入通路16は、リヤシート12のシートバック12bの左側面において車室内に開口する吸入口16aを備え、前記蓄電パックPの後面右側から後方に延びる排出通路17の中間部には冷却ファン18が設けられ、下流端には排出口17aが形成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, a power storage unit U that supplies power to a motor / generator of a hybrid vehicle includes a pair of power storage packs P and P that have substantially the same structure and are stacked one above the other. . The power storage unit U, the upper surface of which is covered with the
次に、図3〜図11に基づいて蓄電パックP,Pの構造を説明する。上段の蓄電パックPおよび下段の蓄電パックPは実質的に同じ構造であるため、主として上段の蓄電パックPの構造を説明する。 Next, the structure of the electricity storage packs P and P will be described with reference to FIGS. Since the upper storage pack P and the lower storage pack P have substantially the same structure, the structure of the upper storage pack P will be mainly described.
蓄電パックPは、積層方向に積層された25個の蓄電セルC…よりなる前側の第1蓄電モジュールM1と後側の第2蓄電モジュールM2とを備える。図4から明らかなように、第1、第2蓄電モジュールM1,M2を構成する蓄電セルCは、例えば直方体状に形成されたリチウムイオンバッテリからなるもので、その金属ケース21は、相互に対向する一対の主面21a,21aと、主面21a,21aに対して直交して相互に対向する一対の側面21b,21bと、主面21a,21aおよび側面21b,21bに対して直交して相互に対向する頂面21cおよび底面21dとを備えており、頂面21cには正負の電極21e,21eが設けられる。
The power storage pack P includes a front first power storage module M1 and a rear second power storage module M2 made up of 25 power storage cells C ... stacked in the stacking direction. As is apparent from FIG. 4, the storage cell C constituting the first and second storage modules M1, M2 is made of, for example, a lithium ion battery formed in a rectangular parallelepiped shape, and the
各蓄電セルCのアルミニウム合金製の金属ケース21の一対の主面21a,21aおよび一対の側面21b,21bは合成樹脂製の絶縁シート22で覆われており、金属ケース21を他の部材から絶縁している。但し、各蓄電セルCの頂面21cおよび底面21dは絶縁シート22で覆われておらず、金属の表面が露出している。
The pair of
尚、本明細書において、蓄電セルCの積層方向に直交して頂面21cおよび底面21dを結ぶ方向を上下方向と定義し、積層方向に直交して蓄電セルCの一対の側面21b,21bを結ぶ方向を幅方向と定義する(図2参照)。
In this specification, the direction connecting the
蓄電パックPの第1、第2蓄電モジュールM1,M2は、それぞれ一対のエンドプレート23,23および一対のクオータプレート24,24を備えるとともに、第1、第2蓄電モジュールM1,M2は共通の1個のセンタープレート25を備える。第1、第2蓄電モジュールM1,M2は、エンドプレート23,23、クオータプレート24,24およびセンタープレート25間に、基本的に6個ずつの蓄電セルC…が配置されるが、図10および図11から明らかなように、例外的に、上段の蓄電パックPでは左側のエンドプレート23と左側のクオータプレート24との間に7個の蓄電セルC…が配置され、下段の蓄電パックPでは右側のエンドプレート23と右側のクオータプレート24との間に7個の蓄電セルC…が配置される。
The first and second power storage modules M1 and M2 of the power storage pack P include a pair of
図4から明らかなように、隣接する蓄電セルC…の間には絶縁体である合成樹脂製の蓄電セルホルダ26…が挟持され、これと同じ蓄電セルホルダ26…が、エンドプレート23,23、クオータプレート24,24およびセンタープレート25と蓄電セルC…との間にも挟持される。蓄電セルホルダ26は、波板状のプレート部26aと、プレート部26aの四隅から積層方向に突出する4個の係合部26b…と、プレート部26aの上縁から積層方向一方に突出する板状の頂面当接部26cと、プレート部26aの幅方向一方の側縁から積層方向一方に突出する板状の側面当接部26dとを備える。係合部26b…が相互に係合することで隣接する蓄電セルホルダ26,26どうしが相互に位置決めされるとともに、係合部26b…が蓄電セルCの四隅に係合し、かつ頂面当接部26cおよび側面当接部26dが蓄電セルCの頂面21cおよび一方の側面21bに当接することで、蓄電セルホルダ26に対して蓄電セルCが位置決めされる。そして波板状のプレート部26aと蓄電セルC,Cの主面21a,21aとの間に、幅方向に延びる複数の冷却媒体通路27…(図9参照)が形成される。
As is clear from FIG. 4, a synthetic resin
図9から明らかなように、蓄電セルホルダ26のプレート部26aの上縁および下縁はS字状断面に屈曲しており、その先端のシール突起26e…が蓄電セルCの絶縁シート22に食い込むように圧接されることで、冷却媒体通路27…の上部および下部から冷却空気よりなる冷却媒体が漏れないようにシールされる。
As is clear from FIG. 9, the upper edge and the lower edge of the
蓄電セルCの金属ケース21の内部には、ロール状に巻いた電極シート28が電解液を含浸した状態で収納される。また電極シート28の外周には、更に図示しない絶縁性の部材が巻かれている。電極シート28の上下方向の中間部28aは金属ケース21の一対の主面21a,21aの内面に沿って上下方向に延びており、上部28bおよび下部28cは中間部28aの上下端からU字状に湾曲している。電極シート28は自己の弾性でロール状に巻かれる前の平坦な形状に戻ろうとするため、上部28bおよび下部28cの積層方向幅W1は、中間部28aの積層方向幅W2よりも僅かに大きくなっており、その結果、上部28bおよび下部28cは金属ケース21の一対の主面21a,21aの内面に押し付けられる。
Inside the
上述のように構成された蓄電セルC…および蓄電セルホルダ26…は、一対のエンドプレート23,23、一対のクオータプレート24,24およびセンタープレート25によって所定個数ずつ挟まれた状態で積層方向に積層され、第1蓄電モジュールM1および第2蓄電モジュールM2を幅方向に並置した蓄電パックPを構成する。即ち、図6〜図8から明らかなように、1枚の平坦な金属板材よりなる下部拘束部材29上に一対のエンドプレート23,23、一対のクオータプレート24,24およびセンタープレート25を載置してボルト30…で締結するとともに、金属棒材よりなる3本の第1、第2、第3上部拘束部材31,32,33を一対のエンドプレート23,23、一対のクオータプレート24,24およびセンタープレート25の上面にボルト34…で締結することで、第1、第2蓄電モジュールM1,M2が一体化されて蓄電パックPが構成される。幅方向中央の第3上部拘束部材33は幅方向両端の第1、第2上部拘束部材31,32よりも幅広になっており、それを一対のエンドプレート23、一対のクオータプレート24およびセンタープレート25に跨がるように締結することで蓄電パックPの剛性が高められる。
The storage cells C... And the
図11から明らかなように、蓄電パックPの第1、第2蓄電モジュールM1,M2は、それぞれ一対のエンドプレート23,23、一対のクオータプレート24,24およびセンタープレート25によって、右側から左側に第1蓄電セル群G1、第2蓄電セル群G2、第3蓄電セル群G3および第4蓄電セル群G4に分割されており、前述したように、上段の蓄電パックPでは、第1〜第3蓄電セル群G1,G2,G3が各6個の蓄電セルC…を備え、第4蓄電セル群G4だけが7個の蓄電セルC…を備えている。それに対し、下段の蓄電パックPでは、第2〜第4蓄電セル群G2,G3,G4が各6個の蓄電セルC…を備え、第1蓄電セル群G1だけが7個の蓄電セルC…を備えている。
As is apparent from FIG. 11, the first and second power storage modules M1 and M2 of the power storage pack P are moved from the right side to the left side by the pair of
図4から明らかなように、第1、第2蓄電モジュールM1,M2の第1蓄電セル群G1の下面にはトレー状の下部インシュレータ35…が嵌合するとともに、それらの上面には蓄電セルC…の電極21e…を露出させる開口を有するトレー状の上部インシュレータ36…が嵌合する。下部インシュレータ35…および上部インシュレータ36…は絶縁性を有する薄肉の合成樹脂で構成されており、蓄電セルC…の金属ケース21…が下部拘束部材29および第1〜第3上部拘束部材31,32,33に液絡するのを防止する。下部インシュレータ35は、底壁35aと、その周縁から立ち上がる側壁35b…とを備えており、底壁35aの上面には6個(あるいは7個)の蓄電セルC…の底面21d…を支持する支持凸部35c…が、各蓄電セルCに対して2個ずつ突設される。側壁35bには複数の水抜き孔35d…が形成されており、それらの水抜き孔35d…の高さは支持凸部35c,35c上に支持された蓄電セルCの底面21dよりも僅かに低い位置に設定される(図9参照)。第2蓄電セル群G2、第3蓄電セル群G3および第4蓄電セル群G4についても同様である。
As apparent from FIG. 4, tray-like
図3および図6から明らかなように、下部拘束部材29の上面には弾性を有する金属板よりなる8個の板ばね37…が配置される。6個の蓄電セルC…あるいは7個の蓄電セルC…について1個ずつ設けられた板ばね37は、直線状の取付部37aと、取付部37aから幅方向に櫛歯状に突出する複数の腕部37b…とを備えており、各2個の腕部37b,37bが下部インシュレータ35を介して蓄電セルCの底面21dに弾発的に当接することで、蓄電セルCを上向きに付勢する。
As is apparent from FIGS. 3 and 6, eight plate springs 37 made of a metal plate having elasticity are arranged on the upper surface of the lower restraining
図3および図6から明らかなように、蓄電パックPの前側に位置する第1蓄電モジュールM1の前面に左右方向に延びる吸入ダクト38が配置され、蓄電パックPの後側に位置する第2蓄電モジュールM2の後面に左右方向に延びる排出ダクト39が配置される。吸入ダクト38および排出ダクト39の上縁はそれぞれ第1、第2上部拘束部材31,32にボルト40…で締結され、それらの下縁は下部拘束部材29にボルト41…で締結される。上段の蓄電パックPは、吸入ダクト38の右端に吸入通路13が接続されて排出ダクト39の左端に排出通路14が接続されるが、下段の蓄電パックPは、吸入ダクト38の左端に吸入通路16が接続されて排出ダクト39の右端に排出通路17が接続される。吸入ダクト38および排出ダクト39は、第1、第2蓄電モジュールM1,M2の蓄電セルC…間に挟持された蓄電セルホルダ26…により区画される冷却媒体通路27…(図9および図10参照)に連通する。
As apparent from FIGS. 3 and 6, a
図5〜図7から明らかなように、蓄電パックPの第1、第2蓄電モジュールM1,M2間に、積層方向に延びる中間ダクト42が形成される。中間ダクト42の積層方向の両端部は、それぞれ一対のエンドプレート23,23の突き合わせ部によりシールされる。即ち、第1、第2蓄電モジュールM1,M2のエンドプレート23,23が対向する部分に突起23a,23aが相互に隙間を有して噛み合うように形成されており、これらの突起23a,23aにより形成されたラビリンスに弾性を有するシール部材43(図5参照)が挟持されてシールされる。
As apparent from FIGS. 5 to 7, an
また中間ダクト42の上部は、上部インシュレータ36が第3上部拘束部材33の下面に当接することでシールされるが(図6参照)、このとき板ばね37の弾発力で押し上げられた蓄電セルCの頂面21cが蓄電セルホルダ26の上側の係合部26bを介して上部インシュレータ36を第3上部拘束部材33の下面に押し付けることで、その部分のシール性が高められる。一方、中間ダクト42の下部は、上述した板ばね37の弾発力によるシール機能が望めないため、下部拘束部材29の上面と第1、第2蓄電モジュールM1,M2の下部インシュレータ35,35の対向部との間に弾性を有するシール部材44を配置することでシールされる(図6参照)。
The upper part of the
このようにして、中間ダクト42は積層方向両端部、上部および下部がそれぞれエンドプレート23…、第3上部拘束部材33および下部拘束部材29に囲まれて閉塞され、幅方向のみが冷却媒体通路27…を介して吸入ダクト38および排出ダクト39に連通する。また第1、第2蓄電モジュールM1,M2は1枚のセンタープレート25を共有しているため、中間ダクト42はセンタープレート25によって上流側部分および下流側部分に分断されている。
In this way, the
次に、上記構成を備えた本発明の第1の実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of the first embodiment of the present invention having the above configuration will be described.
図11から明らかなように、ハイブリッド車両の走行に伴って蓄電ユニットUの蓄電セルC…は発熱するが、上段の蓄電パックPの冷却ファン15により吸入通路13の吸入口13aから吸入された冷却媒体は吸入ダクト38を右から左に向かって流れ、その間に後方に向きを変えて第1蓄電モジュールM1の冷却媒体通路27…(図9参照)を前から後に流れて蓄電セルC…を冷却した後、中間ダクト42において合流する。中間ダクト42の冷却媒体は第2蓄電モジュールM2の冷却媒体通路27…を前から後に流れて蓄電セルC…を冷却した後に排出ダクト39において合流し、排出ダクト39を右から左に流れて排出通路14の排出口14aから排出される。
As is apparent from FIG. 11, the storage cells C of the storage unit U generate heat as the hybrid vehicle travels, but the cooling sucked from the
一方、下段の蓄電パックPの冷却ファン18により吸入通路16の吸入口16aから吸入された冷却媒体は吸入ダクト38を左から右に向かって流れ、その間に後方に向きを変えて第1蓄電モジュールM1の冷却媒体通路27…を前から後に流れて蓄電セルC…を冷却した後.中間ダクト42において合流する。中間ダクト42の冷却媒体は第2蓄電モジュールM2の冷却媒体通路27…を前から後に流れて蓄電セルC…を冷却した後に排出ダクト39において合流し、排出ダクト39を左から右に流れて排出通路17の排出口17aから排出される。
On the other hand, the cooling medium sucked from the
冷却媒体が冷却媒体通路27…を流れるとき、冷却媒体通路27…の上部および下部から冷却媒体が漏れてしまうと蓄電セルC…の冷却効果が低下してしまうが、本実施の形態によれば、絶縁シート22…および蓄電セルホルダ26…によって冷却媒体の漏れを防止することができる。即ち、蓄電セルCおよび蓄電セルホルダ26が重ね合わされて積層方向に締結されると、蓄電セルホルダ26の上下のシール突起26e…が蓄電セルCの金属ケース21の主面21aを覆う絶縁シート22に食い込むことで、その部分がシールされて冷却媒体通路27…からの冷却媒体の漏れが防止される(図9参照)。このように、特別のシール部材を必要とせずに冷却媒体通路27…をシールすることができるので、部品点数の削減に寄与することができる。しかも弾性を有する絶縁シート22に蓄電セルホルダ26のシール突起26e…が食い込むので、蓄電セルCの主面21aの歪みを絶縁シート22の弾性変形で吸収してシール効果を確保することができる。
When the cooling medium flows through the cooling
また蓄電セルホルダ26のシール突起26e…を絶縁シート22に確実に食い込ませるには蓄電セルCの主面21aが充分な剛性を備えることが必要であるが、図9から明らかなように、蓄電セルCのシール突起26e…の近傍の金属ケース21の主面21aの内側に、電極シート28の剛性が高い上部28bおよび下部28cが対峙しており、これらの上部28bおよび下部28で主面21aを内側から支持して変形しないように支えることで、主面21aの剛性を高めることができる。特に、電極シート28の上部28bおよび下部28cの積層方向の幅W1は、中間部28aの積層方向の幅W2よりも僅かに大きくなっているため、上部28bおよび下部28cを金属ケース21の一対の主面21a,21aの内面に押し付けて剛性を更に効果的に高めることができる。
Further, in order for the sealing
ところで、図11から明らかなように、上段の蓄電パックPでは、吸入ダクト38を右から左に流れる冷却媒体は慣性で直進しようとし、吸入ダクト38の下流端(左端)に突き当たってから後方に向きを変えて冷却媒体通路27…に流入する傾向があるため、その上流側(第1蓄電セル群G1側)で冷却媒体通路27…を流れる冷却媒体の流量が小さくなり、その下流側(第4蓄電セル群G4側)で冷却媒体通路27…を流れる冷却媒体の流量が大きくなる。このように、冷却媒体の流量が大きくなる下流側の第4蓄電セル群G4の蓄電セルC…の数(7個)を、他の第1〜第3蓄電セル群G1〜G3の蓄電セルC…の数(6個)よりも多くすることで、各蓄電セルC…をできるだけ均一に冷却して温度差を減少させ、蓄電セルC…の寿命を延長することができる。
As is apparent from FIG. 11, in the upper storage pack P, the cooling medium flowing from the right to the left in the
また下段の蓄電パックPでは、冷却媒体は吸入ダクト38を左から右に流れるため、下流側の第1蓄電セル群G1を流れる冷却媒体の流量が最大になるが、その第1蓄電セル群G1の蓄電セルC…の数(7個)を他の第2〜第4蓄電セル群G2〜G4側の蓄電セルC…の数(6個)よりも多くすることで、各蓄電セルC…をできるだけ均一に冷却して温度差を減少させ、蓄電セルC…の寿命を延長することができる。
In the lower storage pack P, since the cooling medium flows from the left to the right through the
また上段の蓄電パックPでは、吸入ダクト38の上流側の第1蓄電モジュールM1の第1蓄電セル群G1を流れる冷却媒体は流量が小さいため、第1蓄電モジュールM1の第1蓄電セル群G1を通過した冷却媒体は比較的に高温になり、その比較的に高温の冷却媒体がそのまま第2蓄電モジュールM2の第1蓄電セル群G1に流入すると、その第1蓄電セル群G1の蓄電セルC…の冷却効率が低下してしまう。一方、吸入ダクト38の下流側の第1蓄電モジュールM1の第4蓄電セル群G4を流れる冷却媒体は流量が大きいため、第1蓄電モジュールM1の第4蓄電セル群G4を通過した冷却媒体は比較的に低温になり、その比較的に低温の冷却媒体がそのまま第2蓄電モジュールM2の第4蓄電セル群G4に流入すると、その第4蓄電セル群G4の蓄電セルC…の冷却効率が高くなり、第2蓄電モジュールM2の第1蓄電セル群G1の蓄電セルC…と第4蓄電セル群G4の蓄電セルC…との間の温度差が著しくなる問題がある。
In the upper storage pack P, since the cooling medium flowing through the first storage cell group G1 of the first storage module M1 upstream of the
しかしながら、本実施の形態によれば、第1蓄電モジュールM1および第2蓄電モジュールM2間に中間ダクト42が設けられているため、第1蓄電モジュールM1を通過した温度差を有する冷却媒体は中間ダクト42において混合して温度が均一になり、第2蓄電モジュールM2の第1〜第4蓄電セル群G1〜G4に均一な温度の冷却媒体を供給して蓄電セルC…間の温度差を最小限に抑えることができる。尚、本実施の形態では、中間ダクト42がセンタープレート25で分断されているため、中間ダクト42が冷却媒体の温度を均一化する効果は若干低下するが、それでもなお充分な効果を達成することができる。よって、センタープレート25に開口を形成する等の手段で中間ダクト42を分断しないように構成すれば、冷却媒体の温度を更に均一化することができる。
However, according to the present embodiment, since the
また中間ダクト42を、特別のダクト部材を設けることなく、エンドプレート23…と、下部拘束部材29と、第3上部拘束部材33と、蓄電セルC…の側面21b…とで取り囲んで構成したので部品点数の削減に寄与することができる。しかも中間ダクト42の積層方向両端部を、一対のエンドプレート23,23の突起23a,23aよりなるラビリンスと、そのラビリンスに嵌合するシール部材43(図5参照)とでシールするので、簡単な構造で中間ダクト42の積層方向両端部からの冷却媒体の漏れを確実に防止することができる。
Further, since the
また中間ダクト42の上部を、板ばね37の弾発力で押し上げられた蓄電セルCの頂面21cが蓄電セルホルダ26の上側の係合部26bを介して上部インシュレータ36を第3上部拘束部材33の下面に押し付けることでシールし(図6参照)、かつ中間ダクト42の下部を、下部拘束部材29の上面と第1、第2蓄電モジュールM1,M2の下部インシュレータ35,35の対向部との間に弾性を有するシール部材44を配置することでシールするので(図6参照)、簡単な構造で中間ダクト42の上部および下部をシールして冷却媒体の漏れを防止することができる。
In addition, the
また図11から明らかなように、上段の蓄電パックPは吸入ダクト38の右端側から冷却媒体を吸入して排出ダクト39の左端側から冷却媒体を排出するため、冷却媒体の流量が少ない右半部(第1、第2蓄電セル群G1,G2側)が高温になり、冷却媒体の流量が多い左半部(第3、第4蓄電セル群G3,G4側)が低温になる。一方、下段の蓄電パックPは吸入ダクト38の左端側から冷却媒体を吸入して排出ダクト39の右端側から冷却媒体を排出するため、冷却媒体の流量が少ない左半部(第3、第4蓄電セル群G3,G4側)が高温になり、冷却媒体の流量が多い右半部(第1、第2蓄電セル群G1,G2側)が低温になる。よって、下段の蓄電パックPの低温部および高温部に、上段の蓄電パックPの高温部および低温部がそれぞれ重なり合うことで、下段および上段の蓄電パックP,P間で熱交換を行って各蓄電セルC…の温度を均一化することができる。
As is clear from FIG. 11, the upper storage pack P sucks the cooling medium from the right end side of the
ところで、蓄電セルCの金属ケース21は負の電位を有するため、それが下部拘束部材29や第1、第2、第3上部拘束部材31,32,33に接触すると漏電が発生するが、蓄電セルCの金属ケース21と下部拘束部材29および第1、第2、第3上部拘束部材31,32,33との間に絶縁性の下部インシュレータ35および上部インシュレータ36を配置することで漏電の発生が防止される。
By the way, since the
また蓄電セルCの温度が低下すると金属ケース21の表面に空気中の水分が凝縮して結露水が発生する。蓄電セルCの主面21a,21aおよび側面21b,21bは絶縁シート22で覆われているが結露水の発生を完全に防止することはできず、この結露水が下方に流れて金属製の下部拘束部材29に接触すると液絡による漏電が発生する可能性がある。しかしながら、本実施の形態によれば、第1〜第4蓄電セル群G1〜G4の6個乃至7個の蓄電セルC…の下部がトレー状の下部インシュレータ35によって覆われているため、結露水を下部インシュレータ35内に保持して下部拘束部材29に液絡するのを防止することができる。
Further, when the temperature of the storage cell C decreases, moisture in the air condenses on the surface of the
また電気的に直列に接続された複数の蓄電セルC…のアルムニウム合金製の金属ケース21…が下部インシュレータ35内に溜まった結露水に浸かると、各蓄電セルC…間に存在する電位差によって下記反応が起こって金属ケース21の表面が電食され、金属ケース21から電解液が漏れ出す虞がある。
Further, when the
Al→Al3++3e-
2H2 O+2e- →H2 +2OH-
Al3++3OH- →Al(OH)3
Al → Al 3+ + 3e −
2H 2 O + 2e − → H 2 + 2OH −
Al 3+ + 3OH − → Al (OH) 3
しかしながら、本実施の形態によれば、下部インシュレータ35に溜まった結露水を側壁35bに形成した水抜き孔35d…(図4および図9参照)から排出することで、蓄電セルC…の下部が結露水に浸からないようにして電食に対する耐久性を高めることができる。
However, according to the present embodiment, the condensed water accumulated in the
尚、水抜き孔35d…を下部インシュレータ35の側壁35bに設けて底壁35aに設けないのは、底壁35aの下面には下部拘束部材29が位置しており、水抜き孔35d…から出た結露水により液絡する虞があるためである。
The reason why the
上述のようにしても、蓄電セルC…の下部が結露水に浸かるのを完全に防止するのは困難であるため電食の発生が懸念されるが、本実施の形態では以下のようにして電食の被害を最小限に抑えることができる。本実施の形態の各蓄電パックPの50個の蓄電セルC…は電気的に直列に接続されているため、その両端の蓄電セルC,Cの金属ケース21,21間の電位差は大きなものとなり、仮に結露水によって両端の蓄電セルC,C間の液絡が発生すると電食の被害は大きなものとなる。しかしながら、本実施の形態によれば、各蓄電パックPの50個の蓄電セルC…は8個の第1〜第4蓄電セル群G1〜G4に分割され、各々の群が独立した下部インシュレータ35…を備えるため、両端の蓄電セルC,Cの金属ケース21,21間の電位差は蓄電セルC…の6個分あるいは7個分に抑えられる。これにより、蓄電セルC…の金属ケース21…に発生する電食の被害を最小限に抑えて耐久性を高めることができる。
Even as described above, since it is difficult to completely prevent the lower part of the storage cells C ... from being immersed in the dew condensation water, there is a concern about the occurrence of electrolytic corrosion. However, in the present embodiment, as follows. Damage to electric corrosion can be minimized. Since 50 storage cells C of each storage pack P of the present embodiment are electrically connected in series, the potential difference between the
図12のグラフは、50°Cの雰囲気下で3.5重量%のNaCl水溶液にアルミニウム製およびステンレス製の金属ケース21を有する蓄電セルCを直列に接続した蓄電モジュール7日間浸した場合において、前記蓄電モジュールの総電圧と金属ケース21と電食による孔食の深さとの関係を示すものであり、何れの場合も総電圧の増加に応じて孔食の深さが増加し、かつアルミニウム製の方がステンレス製よりも孔食の深さが大きいことが分かる。
The graph of FIG. 12 shows a case where the storage cell C having the
よって、蓄電セル群の総電圧と、蓄電セルCの金属ケーシング21の厚さ(特に、金属ケース21のうち、結露水が接触し易い底面21d、主面21aおよび側面21bの厚さ)と、蓄電セルCの金属ケーシング21の材質と、予め設定した蓄電セルCの想定環境温度と、予め設定した蓄電セルCの耐用期間とに基づいて、蓄電セル群を構成する蓄電セルC…の最大個数を設定することができる。
Therefore, the total voltage of the storage cell group and the thickness of the
表1に示すように、厚さ1mmのアルミニウム合金製の金属ケース21を採用すると、総電圧23.35Vの場合(蓄電セルC…を7個直列に接続した場合)には、総電圧167.5Vの場合(蓄電セルC…を50個直列に接続した場合)に比べて、雰囲気温度(環境温度)が25°C、50°Cの何れの場合でも、孔食が金属ケース21を貫通するまでの期間が7倍以上に延長されることが分かる。例えば、金属ケース21がその底面21d、主面21aおよび側面21bの厚さが1mmのアルミニウム合金製であり、環境温度が50°Cで、715日の耐用期間とする場合には、蓄電セルCの個数を最大7個以下とすることが好ましいことが分かる。
As shown in Table 1, when a
以下、図13〜図15に基づいて本発明の第2の実施の形態を説明する。 Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
第1蓄電モジュールM1の冷却媒体通路27…から中間ダクト42に流入した冷却媒体が、直ちに第2蓄電モジュールM2の冷却媒体通路27…に流出してしまうと、中間ダクト42における冷却媒体の混合を充分に行えなくなり、第2蓄電モジュールM2の蓄電セルC…を均一に冷却できなくなる。
If the cooling medium flowing into the
本実施の形態によれば、第2蓄電モジュールM2の蓄電セルホルダ26が中間ダクト42に臨む部分の一部に仕切り板26f…設けられており、中間ダクト42に流入した冷却媒体を仕切り板26f…で阻止して第2蓄電モジュールM2の冷却媒体通路27…に流出し難くすることで、冷却媒体が中間ダクト42に滞留する時間が長くして混合を促進し、第2蓄電モジュールM2の冷却媒体通路27…を流れる冷却媒体の温度を一層均一化することが可能となる。本実施の形態の仕切り板26f…の数は各蓄電セルホルダ26について3個であり、各蓄電セルホルダ26の6個の冷却媒体通路27…のうちの3個を閉塞しているが、仕切り板26f…の数はそれに限定されるものではない。
According to the present embodiment, the
以下、図16に基づいて本発明の第3の実施の形態を説明する。 Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
第2の実施の形態では、蓄電セルホルダ26に仕切り板26f…を設けることで、第1蓄電モジュールM1の冷却媒体通路27…が中間ダクト42に開口する開口面積に対して、中間ダクト42が第2蓄電モジュールM2の冷却媒体通路27…に開口する開口面積を小さくしているが、第3の実施の形態では、第1蓄電モジュールM1の蓄電セルC…と第2蓄電モジュールM2の蓄電セルC…とを積層方向にずらし、第1蓄電モジュールM1の冷却媒体通路27…と第2蓄電モジュールM2の冷却媒体通路27…とを中間ダクト42においてクランク状に屈曲させたものである。
In the second embodiment, the
この第3の実施の形態によっても、冷却媒体が中間ダクト42に滞留する時間を長くして混合を促進することで、第2蓄電モジュールM2の冷却媒体通路27…を流れる冷却媒体の温度を一層均一化することが可能となる。
Also in the third embodiment, the temperature of the cooling medium flowing through the cooling
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。 The embodiments of the present invention have been described above, but various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、実施の形態の蓄電セルCはリチウムイオンバッテリに限定されず、他種のバッテリやキャパシタであっても良い。 For example, the storage cell C of the embodiment is not limited to a lithium ion battery, and may be another type of battery or capacitor.
また実施の形態では中間ダクト42をエンドプレート23…、下部拘束部材29、第3上部拘束部材33および蓄電セルC…の側面21b…で囲んで構成しているが、吸入ダクト38や排出ダクト39のような特別のダクトを設けても良い。
In the embodiment, the
また実施の形態では、上段の蓄電パックPでは左側のエンドプレート23と左側のクオータプレート24との間に7個の蓄電セルC…が配置され、下段の蓄電パックPでは右側のエンドプレート23と右側のクオータプレート24との間に7個の蓄電セルC…が配置されるが、上段および下段とも同様に、左側のエンドプレート23と左側のクオータプレート24との間に7個の蓄電セルC…が配置されても良いし、右側のエンドプレート23と右側のクオータプレート24との間に7個の蓄電セルC…が配置されても良い。
In the embodiment, in the upper storage pack P, seven storage cells C are arranged between the
23 エンドプレート
25 センタープレート(分割部)
27 冷却媒体通路
29 下部拘束部材
33 第3上部拘束部材(拘束部材)
37 板ばね(付勢手段)
38 吸入ダクト
39 排出ダクト
42 中間ダクト
44 シール部材
C 蓄電セル
P 蓄電パック
M1 第1蓄電モジュール
M2 第2蓄電モジュール
23
27
37 Leaf spring (biasing means)
38
Claims (8)
前記第1、第2蓄電モジュール(M1,M2)間に、前記第1蓄電モジュール(M1)の冷却媒体通路(27)および前記第2蓄電モジュール(M2)の冷却媒体通路(27)に連通して積層方向に延びる中間ダクト(42)を形成し、前記中間ダクト(42)の積層方向両端部を閉塞したことを特徴とする蓄電装置。 A first storage module (M) having a plurality of storage cells (C) stacked in the stacking direction is juxtaposed in the width direction to form a storage pack (P), and the first storage module ( A cooling medium suction duct (38) is provided along one outer surface in the width direction of M1), and a cooling medium discharge duct (39) is provided along the other outer surface in the width direction of the second power storage module (M2). The cooling medium supplied from the suction duct (38) is allowed to pass through the cooling medium passage (27) formed between the storage cells (C) of the first and second storage modules (M1, M2) and the discharge duct. In the power storage device discharged to (39),
The first and second power storage modules (M1, M2) communicate with the cooling medium passage (27) of the first power storage module (M1) and the cooling medium passage (27) of the second power storage module (M2). And forming an intermediate duct (42) extending in the stacking direction and closing both ends of the intermediate duct (42) in the stacking direction.
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