JP2018106958A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルなどのような単位蓄電を良好に温調できる蓄電装置を提供する。【解決手段】蓄電装置は、単位蓄電部２０と、単位蓄電部の周囲を取り囲むように配置された枠体２２と、枠体と単位蓄電部との間に配置されたヒータ１２と、枠体と単位蓄電部との間に配置された冷却器１３、１４とを備える。枠体は、ヒータに対して単位蓄電部と反対側に位置する第１部分５２と、冷却器に対して単位蓄電部と反対側に位置する第２部分５０、５１とを含む。第１部分は、ヒータと対向する第１対向部分５７と、第１対向部分に対してヒータと反対側に位置する第１背面部分５８とを有する。第２部分は、冷却器と対向する第２対向部分５３、５５と、第２対向部分に対して冷却器と反対側に位置する第２背面部分５４、５６とを有する。第１対向部分の熱膨張係数は、第１背面部分の熱膨張係数よりも大きく、第２背面部分の熱膨張係数は、第２対向部分の熱膨張係数よりも大きい。【選択図】図３

Description

本開示は、蓄電装置に関する。

従来から複数のバッテリセルと、各バッテリセルの温度を調整する温調装置とを備えた蓄電装置について各種提案されている（特許文献１，２参照）。

たとえば、特開２０１６−９１８００号公報に記載された電池モジュールは、複数の電池セルと、各電池セルの間に配置された温調部材と、各電池セルに設けられた複数のセルホルダとを備える。セルホルダは、電池セルと温調部材とが互いに接触するように取り付けられた枠体を含む。

特開２００９−３０１９６９号公報 特開２０１４−０９３２４５号公報 特開２０１６−９１８００号公報

しかし、特開２０１６−９１８００号公報に記載された電池モジュールにおいては、温調によってセルホルダの温度も変化し、セルホルダが膨らんだりして変形する。その結果、電池セルと温調部材との間に隙間ができやすく、電池セルを良好に温調することができないという課題が生じる。

本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、電池セルなどのような単位蓄電を良好に温調することができる蓄電装置を提供することである。

本開示に係る蓄電装置は、単位蓄電部と、単位蓄電部の周囲を取り囲むように配置された枠体と、枠体と単位蓄電部との間に配置されたヒータと、枠体と単位蓄電部との間に配置された冷却器とを備える。上記記枠体は、ヒータに対して単位蓄電部と反対側に位置する第１部分と、冷却器に対して単位蓄電部と反対側に位置する第２部分とを含む。上記第１部分は、ヒータと対向する第１対向部分と、第１対向部分に対してヒータと反対側に位置する第１背面部分とを有する。上記第２部分は、冷却器と対向する第２対向部分と、第２対向部分に対して冷却器と反対側に位置する第２背面部分とを有する。上記第１対向部分の熱膨張係数は、第１背面部分の熱膨張係数よりも大きい。上記第２背面部分の熱膨張係数は、第２対向部分の熱膨張係数よりも大きい。

上記の蓄電装置によれば、ヒータが駆動すると、第１部分および第２部分の温度が上昇する。第１部分の温度が上昇すると、第１対向部分および第１背面部分の温度が上昇する。第１対向部分の熱膨張係数は、第１背面部分の熱膨張係数よりも大きいため、第１対向部分の方が第１背面部分よりも伸びる。その結果、第１部分は、ヒータ近づくように膨らむように変形し、ヒータを単位蓄電部に押さえつける。

その一方で、冷却器が駆動すると、第２部分の温度が低くなり、第２対向部分および第２背面部分の温度が低くなる。第２背面部分の熱膨張系数は第２対向部分の熱膨張係数よりも高いため、第２背面部分は、第２対向部分よりも縮む。そのため、第２部分は、冷却器に向けて膨らむように変形しやすく、冷却器が単位蓄電部に押圧される。

本開示に係る蓄電装置によれば、単位蓄電を良好に温調することができる。

本実施の形態に係る蓄電装置１を搭載した車両２を模式的に示す模式図である。 蓄電装置１を模式的に示す断面図である。 バッテリセル２０およびその周囲の構成を示す分解斜視図である。 図２に示すＩＶ−ＩＶ線における断面図である。 ヒータ１２を駆動させてバッテリセル２０を昇温しているときの断面図である。 冷却器１３，１４を駆動させて、バッテリセル２０を冷却しているときの断面図である。

図１から図６を用いて、本実施の形態に係る蓄電装置について説明する。なお、図１から図６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場合がある。

図１は、本実施の形態に係る蓄電装置１を搭載した車両２を模式的に示す模式図である。車両２は、蓄電装置１と、補機バッテリ３と、ＰＣＵ（Power. Control Unit）４と、回転電機５，６と、図示しないエンジンと、図示しない動力分割機構を含む。

蓄電装置１は、充放電可能な二次バッテリである。蓄電装置１は、蓄電された電力をＰＣＵ４に供給しており、ＰＣＵ４に供給された電力によって回転電機５が駆動し、車両２が走行する。なお、回転電機６は、主に発電機として機能しており、回転電機６によって発電された電力はＰＣＵ４を通して、蓄電装置１に供給される。

なお、本開示に係る蓄電装置１が適用される車両としては、ハイブリッド車両のみならず、電気自動車や燃料電池車両にも適用することができる。また、ハイブリッド車両においても、シリーズ方式、パラレル方式およびシリーズ・パラレル方式のいずれにも適用することができる。また、回転電機が２つ設けられたハイブリッド車両に限られず、回転電機が１つ設けられた、所謂、ワンモータハイブリッドにも適用することができる。

補機バッテリ３は、たとえば、鉛蓄電池などである。なお、補機バッテリ３のＳＯＣが低下した場合には、蓄電装置１から電力を供給可能としてもよい。

この図１に示す例においては、蓄電装置１は、車両２内に搭載されている。なお、蓄電装置１の搭載位置は、車室内に限られず、たとえば、車両２のフロアパネルの下面のように、車外に配置してもよい。

図２は、蓄電装置１を模式的に示す断面図である。この図２に示すように、蓄電装置１は、一方向に配列する複数のバッテリセル２０を含むバッテリモジュール１０と、ケース１１と、ヒータ１２と、冷却器１３，１４と、拘束具２１と、複数の枠体２２とを含む。

ケース１１は、バッテリモジュール１０と、ヒータ１２と、冷却器１３，１４と、拘束具２１と、複数の枠体２２とを収容する。

拘束具２１は、エンドプレート２５およびエンドプレート２６と、拘束バンド２７とを含む。エンドプレート２５は、バッテリモジュール１０の一端に設けられており、エンドプレート２６は、バッテリモジュール１０の他端に設けられている。拘束バンド２７は、エンドプレート２５およびエンドプレート２６を接続する。

複数のバッテリセル２０は拘束具２１によって拘束されており、具体的には、エンドプレート２５およびエンドプレート２６によって押圧固定されている。

ヒータ１２はバッテリモジュール１０の底面側に配置されている。ヒータ１２は、バッテリモジュール１０の一端から他端に亘って延びるように形成されている。ヒータ１２は、蓄電装置１または補機バッテリ３から供給される電力によって駆動する。ヒータ１２が駆動すると、バッテリモジュール１０の底面が暖められる。

冷却器１３はバッテリモジュール１０の一方の側面に設けられており、バッテリモジュール１０の一端から他端に亘って延びるように形成されている。

なお、バッテリモジュール１０の他方の側面にも、バッテリモジュール１０の一端から他端に亘って延びるように形成された冷却器１４が配置されている。

枠体２２は、各バッテリセル２０毎に設けられており、樹脂などによって形成されている。

図３は、バッテリセル２０およびその周囲の構成を示す分解斜視図であり、図４は、図２に示すＩＶ−ＩＶ線における断面図である。

この図３および図４に示すように、バッテリセル２０は、セルケース３０と、セルケース３０内に収容された図示しない電極体および電解液を含む。電極体は、正極と、負極と、セパレータとを含む。セルケース３０は、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成されている。

セルケース３０は、上面３１と、底面３２と、主側面３３，３４と、端側面３５，３６とを含む。主側面３３および主側面３４は、複数のセルケース３０の配列方向に配列している。

なお、複数のバッテリセル２０の端側面３５によって、バッテリモジュール１０の一方の側面が形成されており、複数のバッテリセル２０の端側面３６によってバッテリモジュール１０の他方の側面が形成されている。

そして、冷却器１３はバッテリセル２０の端側面３５側に配置されており、冷却器１４はバッテリセル２０の端側面３６側に配置されている。ヒータ１２は、バッテリセル２０の底面３２に配置されている。

冷却器１３はアルミニウムなどの筐体内に形成された複数の冷却管４０を含み、冷却器１４も筐体内に形成された複数の冷却管４１を含む。冷却管４０および冷却管４１内には液冷媒などが流れており、冷却器１３，１４は、各バッテリセル２０を冷却する。

枠体２２は、立壁部分５０と、立壁部分５１と、底壁部分５２とを含む。立壁部分５０はバッテリセル２０の端側面３５側に配置されており、立壁部分５１はバッテリセル２０の端側面３６側に配置されている。底壁部分５２は、バッテリセル２０の底面３２側に配置されている。

バッテリセル２０の端側面３５と、枠体２２の立壁部分５０との間には、冷却器１３が配置されている。すなわち、立壁部分５０は、冷却器１３に対してバッテリセル２０と反対側に配置されている。

バッテリセル２０の端側面３６と、枠体２２の立壁部分５１との間には、冷却器１４が配置されている。このため、立壁部分５１は、冷却器１４に対してバッテリセル２０と反対側に配置されている。

バッテリセル２０の底面３２と、枠体２２の底壁部分５２の間には、ヒータ１２が配置されている。このため、底壁部分５２は、ヒータ１２に対してバッテリセル２０と反対側に配置されている。

立壁部分５０は、対向部分５３と、背面部分５４とを含む。対向部分５３は、立壁部分５０のうち冷却器１３と対向する部分である。背面部分５４は、対向部分５３に対して冷却器１３と反対側に位置する部分である。対向部分５３および背面部分５４は、いずれも樹脂によって形成されている。背面部分５４の熱膨張係数は、対向部分５３の熱膨張係数よりも大きい。

立壁部分５１は、対向部分５５と背面部分５６とを含む。対向部分５５は、立壁部分５１のうち、冷却器１４と対向する部分である。背面部分５６は、対向部分５５に対して冷却器１４と反対側に位置する部分である。対向部分５５および背面部分５６は、いずれも樹脂によって形成されている。背面部分５６の熱膨張係数は、対向部分５５の熱膨張係数よりも大きい。

底壁部分５２は、対向部分５７と、背面部分５８とを含む。対向部分５７は、ヒータ１２と対向する部分である。背面部分５８は、対向部分５７に対してヒータ１２と反対側に位置する部分である。対向部分５７および背面部分５８は、いずれも樹脂によって形成されている。対向部分５７の熱膨張係数は、背面部分５８の熱膨張係数よりも大きい。

この図３および図４に示す例においては、対向部分５３と対向部分５５と背面部分５８とは互いに接続されており、対向部分５３と対向部分５５と背面部分５８とによって枠本体６０が形成されている。

枠本体６０には、凹部６１と、凹部６２と、凹部６３とが形成されている。背面部分５４，５６は、凹部６１，６２に嵌め込まれており、対向部分５７は凹部６３に嵌め込まれている。

上記のように構成された蓄電装置１は、バッテリモジュール１０を昇温するヒータ１２と、バッテリモジュール１０を冷却する冷却器１３，１４とを含む。

このため、低温時において、ヒータ１２を用いてバッテリモジュール１０を暖めることで、バッテリセル２０内の電解液の粘性の上昇抑制を図ると共に、反応速度の上昇を図ることができる。これにより、たとえば、極低温環境下において、車両２を走行させる際に、たとえば、バッテリモジュール１０を予め暖めておくことで、蓄電装置１の始動時の電気特性の向上を図ることができる。

図５は、ヒータ１２を駆動させてバッテリセル２０を昇温しているときの断面図である。この図５において、ヒータ１２が駆動すると、ヒータ１２の温度が上昇する。

ヒータ１２の温度が上昇すると、底壁部分５２の温度が上昇し、背面部分５８および対向部分５７の温度が上昇する。ここで、対向部分５７の熱膨張係数は、背面部分５８の熱膨張係数よりも大きいため、対向部分５７の伸び量は、背面部分５８の伸び量よりも大きい。その結果、図５に示すように、底壁部分５２は、ヒータ１２をバッテリセル２０の底面３２に押さえ付けるように膨らむように変形する。

これにより、ヒータ１２と、バッテリセル２０の底面３２との密着性が向上して、バッテリセル２０を良好に加熱することができる。

さらに、ヒータ１２が底面３２に押圧されるため、たとえば、車両２の走行時に、ヒータ１２やバッテリセル２０が振動したとしても、ヒータ１２とバッテリセル２０とが密着した状態を維持することができる。これにより、走行中においても、バッテリセル２０（バッテリモジュール１０）を良好に昇温することができる。

ここで、バッテリモジュール１０が高温のときには、電極体の活物質などに悪影響がでる場合がある一方で、バッテリモジュール１０を冷却器１３，１４で冷却することで、電極体の劣化を抑制することができる。

図６は、冷却器１３，１４を駆動させて、バッテリセル２０を冷却しているときの断面図である。この図６において、冷却器１３，１４を駆動すると、立壁部分５０，５１も冷却される。

立壁部分５０，５１が冷却されると、対向部分５３，５５および背面部分５４，５６が冷却される。背面部分５４，５６の熱膨張係数は対向部分５３，５５の熱膨張係数よりも大きいため、背面部分５４，５６の縮み量は、対向部分５３，５５の縮み量よりも大きい。

そのため、立壁部分５０は、冷却器１３をバッテリセル２０の端側面３５に押圧するように湾曲変形する。これにより、冷却器１３の駆動時に、冷却器１３は立壁部分５０によって端側面３５に押圧され、冷却器１３および端側面３５の密着性の向上を図ることができる。

同様に、立壁部分５１は、冷却器１４をバッテリセル２０の端側面３６に押圧するように湾曲変形する。これにより、冷却器１４の駆動時に、冷却器１４は立壁部分５１によって端側面３６に押圧され、冷却器１４および端側面３６の密着性の向上を図ることができる。

このように、バッテリセル２０（バッテリモジュール１０）の冷却時に、各冷却器１３，１４と、バッテリセル２０との密着性を向上させることができるので、たとえば、車両２の走行中にバッテリセル２０などが振動したとしても、冷却器１３，１４をバッテリモジュール１０に良好に密着させることができる。これにより、車両２の走行中などにおいても、各バッテリセル２０を良好に冷却することができる。

このように、本実施の形態に係る蓄電装置１においては、枠体２２によって、ヒータ１２および冷却器１３，１４と、バッテリセル２０との密着性を確保することができ、蓄電装置１を効率的に昇温および冷却することができる。これにより、蓄電装置１の電気特性を向上させることができ、回転電機５のみによる高速走行性能の向上を図ることができる。

さらに、冷却器１３，１４による冷却効率の向上やヒータ１２による昇温効率の向上を図ることができるので、冷却器１３，１４やヒータ１２を駆動させる際に必要な電力量を低減させることができる。

その結果、ヒータ１２および冷却器１３，１４での電力消費量を低減することができ、回転電機５のみでのＥＶ走行距離の向上を図ることができる。

なお、本実施の形態においては、蓄電装置としてバッテリである例について説明したが、バッテリ以外にもキャパシタにも適用することができる。なお、このキャパシタは、キャパシタモジュールと、冷却器と、ヒータとを含む。キャパシタモジュールは、一方向に配列する複数の単位キャパシタ（単位蓄電部）と、各単位キャパシタに設けられた複数の枠体とを含む。各単位キャパシタは、単位キャパシタ本体と、この単位キャパシタ本体を収容する収容ケースとを含む。そして、枠体は、上記図３および図４などに示す枠体２２と同様に形成されている。

このように構成されたキャパシタにおいても、枠体によって、昇温時にヒータをキャパシタモジュールに密着させることができると共に、冷却時に、冷却器をキャパシタモジュールに密着させることができる。

なお、今回開示された実施の形態は全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。本開示の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 蓄電装置、２ 車両、３ 補機バッテリ、５，６ 回転電機、１０ バッテリモジュール、１１ ケース、１２ ヒータ、１３，１４ 冷却器、２０ バッテリセル、２１ 拘束具、２２ 枠体、２５，２６ エンドプレート、２７ 拘束バンド、３０ セルケース、３１ 上面、３２ 底面、３３，３４ 主側面、３５，３６ 端側面、４０，４１ 冷却管、５０，５１ 立壁部分、５２ 底壁部分、５３，５５，５７ 対向部分、５４，５６，５８ 背面部分、６０ 枠本体、６１，６２，６３ 凹部。

Claims (1)

1. 単位蓄電部と、
   前記単位蓄電部の周囲を取り囲むように配置された枠体と、
   前記枠体と前記単位蓄電部との間に配置されたヒータと、
   前記枠体と前記単位蓄電部との間に配置された冷却器と、
   を備え、
   前記枠体は、前記ヒータに対して前記単位蓄電部と反対側に位置する第１部分と、前記冷却器に対して前記単位蓄電部と反対側に位置する第２部分とを含み、
   前記第１部分は、前記ヒータと対向する第１対向部分と、前記第１対向部分に対して前記ヒータと反対側に位置する第１背面部分とを有し、
   前記第２部分は、前記冷却器と対向する第２対向部分と、前記第２対向部分に対して前記冷却器と反対側に位置する第２背面部分とを有し、
   前記第１対向部分の熱膨張係数は、前記第１背面部分の熱膨張係数よりも大きく、
   前記第２背面部分の熱膨張係数は、前記第２対向部分の熱膨張係数よりも大きい、蓄電装置。

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