JP2019169247A - 車両用蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池の冷却と加熱を効率的行うことができる車両用蓄電装置を提供すること。【解決手段】直方体形状のケースを有する複数の蓄電池を備えた蓄電モジュールにより構成された車両用蓄電装置において、蓄電池は、その側面部面積が最大の第１側面部及び第２側面部を有し、１対の蓄電池により蓄電池ペアが構成されている。蓄電モジュールは、複数の蓄電池ペアが所定の間隔を空けて水平方向に１列に並べられてこれらの蓄電池ペア間に形成された冷却風通路を備えている。蓄電池ペアは、一方の蓄電池の第１側面部と他方の蓄電池の第２側面部で平板状のヒータを挟んだ加熱部と、冷却風通路に面した一方の蓄電池の第２側面部と他方の蓄電池の第１側面部からなる放熱部を備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、車両用蓄電装置に関し、特に電気自動車を駆動するための電力を供給する車両用蓄電装置に関する。

近年、走行中には二酸化炭素等を排出しない電気自動車（Electric Vehicle：ＥＶ）についての関心が高まっている。ＥＶは、電力を蓄えるための車両用蓄電装置を備え、この車両用蓄電装置から供給される車両駆動用の電力で電動モータを回転駆動することにより駆動輪を駆動して走行する。また、この車両用蓄電装置の電力により制動装置や操舵装置、前照灯やエアコン等の電装品を作動させる。

ＥＶに搭載される車両用蓄電装置は、最大限に蓄えられた電力で走行可能な距離（航続距離）が長くなるように大容量のものになっている。この車両用蓄電装置を構成する蓄電池には、優れた充放電特性を有して大容量のものを軽量に形成することができるリチウムイオン二次電池が一般的に使用されている。

蓄電池は、正負電極板における可逆的な電気化学反応を利用して充電、放電を行い、この充電、放電の際に発熱する。また、蓄電池には、使用に適した所定の使用温度域が存在し、この使用温度域外では機能しない、又はその性能を十分に発揮できない。そのため、車両用蓄電装置には、蓄電池の温度が所定の使用温度域下限より低温の場合に蓄電池をその使用温度域に加熱するヒータと、使用温度域上限より高温にならないように冷却する空冷ファン等の冷却装置が装備されている。

例えば特許文献１のように、複数の円筒形の蓄電池の外周面の一部に夫々シート状のヒータを当接させて温めることが可能な技術が知られている。また、特許文献２のように、直方体形状の蓄電池の集合体底部に配設されたヒータによって温める技術が知られている。蓄電池の冷却は、一般的に、送風ファン等によって冷却風を蓄電池の周囲に流通させることにより、蓄電池の表面からの放熱を促進させる方法が採用されている。

特開２０１２−２４３５３５号公報 特開２００８−１０３２０７号公報

蓄電池は、一般的に、円筒形や直方体形状のケースに正負の電極板と共に電解液等を収容して構成されている。ヒータは、通電により発生するジュール熱をケースに伝えて蓄電池を温める。特許文献１，２のように、ヒータはケースに当接又は近接する面から伝熱して蓄電池を加熱し、そのヒータの反対側の面から伝えられる熱の多くが蓄電池の加熱に利用されずに空気等に放熱されるため、蓄電池の加熱には改善の余地があった。また、特許文献２のように直方体形状のケースを有する複数の蓄電池を接続して車両用の大容量の蓄電装置を構成する場合には、各蓄電池を密着状に整列させた集合体を形成するので放熱のための表面積が小さくなり、冷却風によって放熱を促進させる冷却にも改善の余地があった。

本発明の目的は、蓄電池の加熱と冷却を効率的行うことができる車両用蓄電装置を提供することである。

請求項１の発明は、直方体形状のケースを有する複数の蓄電池を備えた蓄電モジュールにより構成された車両用蓄電装置において、前記蓄電池は、その側面部面積が最大の第１側面部及び第２側面部を有し、１対の前記蓄電池により蓄電池ペアが構成され、前記蓄電モジュールは、複数の前記蓄電池ペアが所定の間隔を空けて水平方向に１列に並べられてこれらの蓄電池ペア間に形成された冷却風通路を備え、前記蓄電池ペアは、一方の蓄電池の前記第１側面部と他方の蓄電池の前記第２側面部で平板状のヒータを挟んだ加熱部と、前記冷却風通路に面した前記一方の蓄電池の前記第２側面部と前記他方の蓄電池の前記第１側面部からなる放熱部を備えたことを特徴としている。

上記構成によれば、加熱部では、平板状のヒータの両面から伝わる熱によって１対の蓄電池がその側面部面積が最大の側面部から加熱されるので、ヒータの熱を最大限に利用して効率的に加熱することができる。また、複数の蓄電池ペアの間に形成された冷却風通路に各蓄電池の側面部面積が最大の側面部が面しているので、冷却風通路を通る冷却風によって蓄電池の放熱が促進されて効率的に冷却することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記蓄電モジュールは、複数の前記蓄電池ペアの前記加熱部に平行な方向の移動を規制する１対の支持部材と、複数の前記蓄電池ペアの前記加熱部に垂直な方向の移動を規制するために前記１対の支持部材の両端部を連結する１対のプレート部材及び複数のスペーサ部材を備えたことを特徴としている。
上記構成によれば、車両用蓄電装置を搭載した車両が走行しても各蓄電池は移動が規制されてヒータと蓄電池の当接及び冷却風通路が維持されるので、効率的な加熱及び冷却が可能である。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記蓄電モジュールの下側に、前記１対の支持部材の間から前記冷却風通路へ冷却風を供給する冷却風供給通路を備え、冷却風が下方から上方に向かって流通することを特徴としている。
上記構成によれば、冷却風の流通方向を揃えて効率的に冷却できる。

本発明の車両用蓄電装置によれば、蓄電池の加熱と冷却を効率的行うことができる。

本発明の実施形態によるＥＶ車両の構成を説明するブロック図である。 本発明の実施形態による蓄電装置の要部分解斜視図である。 本発明の実施形態による蓄電モジュールの要部分解斜視図である。 本発明の実施形態による蓄電池ペアの要部分解斜視図である。 図３の蓄電モジュールのV −V 線断面図である。

以下、本発明の実施形態による車両用蓄電装置について説明する。最初に、図１に基づいてＥＶの全体構成について説明する。
ＥＶは、車両駆動用の電動モータ２、制動装置３、車速センサ４、車載カメラ５、蓄電池温度センサ６等を含む各種センサ、これらに供給する直流電力の電圧を調整するＤＣＤＣコンバータ７等を車両側負荷１として備え、車両側負荷１に供給する車両駆動用の電力を蓄える蓄電装置１０（車両用蓄電装置）と、車両側負荷１及び蓄電装置１０を制御する制御部（ＥＣＵ８）を搭載している。

ＥＣＵ８は、ＣＰＵと各種プログラムを記憶するメモリと入出力装置等を備えたコンピュータにより構成されている。このＥＣＵ８は、各種センサから周期的に出力される信号を処理して、電動モータ２、制動装置３、蓄電装置１０等に対して適切に作動させるための制御信号を出力する。蓄電装置１０の充電状態（State Of Charge:ＳＯＣ）は、ＥＣＵ８により管理され、運転者に現在のＳＯＣや走行可能距離等を報知する。

車速センサ４は検知した自車両の走行速度データをＥＣＵ８に出力する。車載カメラ５は、自車両の周囲を撮像した画像データをＥＣＵ８に出力する。蓄電池温度センサ６は、蓄電装置１０の複数の所定箇所の温度を検知して温度データをＥＣＵ８に出力する。

次に、蓄電装置１０について説明する。
蓄電装置１０は、図２に示すようにＥＶ車両のフロアパネルの下方空間に配設するための耐振性（剛性）と耐水性（防水性）を確保できるように、支持パネル部材１１とカバー部材１２からなる蓄電装置ケース１３内に収容されている。図中の矢印Ｕは上方を示し、矢印Ｆは車両前方を示し、矢印Ｌは車両左方を示す。蓄電装置１０から発生する熱は、例えば図示外の冷却ファンによって、蓄電装置ケース１３内に前側から支持パネル部材１１に沿って流通するように導入されて後方に排出される冷却風により蓄電装置ケース１３の外部に排出される。

蓄電装置１０は、複数の蓄電モジュールＭ１〜Ｍｎを複数のバスバー１４によって直列に接続してＥＶの車両駆動用の電力を供給するように構成されている。尚、蓄電装置１０に搭載される蓄電モジュールの数は、その蓄電装置１０が搭載されるＥＶの仕様等に応じて適宜設定される。

蓄電モジュールＭ１〜Ｍｎは夫々同じ構成であり、以下では蓄電モジュールＭ１について説明して他の蓄電モジュールＭ２〜Ｍｎの説明を省略する。
図３に示すように、１対の蓄電池２１（例えばリチウムイオン二次電池）により蓄電池ペア２２が構成され、蓄電モジュールＭ１は複数の蓄電池ペア２２を有する。複数の蓄電池ペア２２は、所定の間隔（例えば１０ｍｍの間隔）を空けて水平方向に１列に並べられ、隣り合う蓄電池ペア２２間に冷却風が通る冷却風通路２３が形成されている。

蓄電モジュールＭ１は、例えば複数のバスバー２４によって１対の蓄電池２１を並列接続した蓄電池ペア２２を６つ直列接続して構成され、その両端部に蓄電モジュールＭ１の正極端子２５と負極端子２６を備えている。

図４に示すように、蓄電池２１は、直方体形状のケース２１ａを有し、上面部２１ｂに蓄電池２１の正極端子と負極端子が配設されている。蓄電池２１は、さらにその側面部面積が最大の互いに平行な第１側面部２１ｃ及び第２側面部２１ｄと、これら第１，第２側面部２１ｃ、２１ｄに直交し且つ互いに平行な第３側面部２１ｅ及び第４側面部２１ｆと、上面部２１ｂに平行な底面部２１ｇを有する。図示を省略するが、正極板と負極板とをセパレータを介して巻回した巻回体及び電解液がこのケース２１ａ内に収容されている。

蓄電池ペア２２は、一方の蓄電池２１の第１側面部２１ｃと他方の蓄電池２１の第２側面部２１ｄで平板状のヒータ２８を挟んで蓄電池ペア２２の加熱部を形成している。ヒータ２８と反対側の１対の側面部（一方の蓄電池２１の第２側面部２１ｄと他方の蓄電池２１の第１側面部２１ｃ）は、複数の蓄電池ペア２２の間に所定の間隔で形成された冷却風通路２３に面し、冷却風によって放熱が促進される冷却部になっている。

ヒータ２８は、通電によりジュール熱が発生するように構成され、加熱部ではヒータ２８の両面からその熱を伝えることにより蓄電池ペア２２を構成する１対の蓄電池２１を加熱する。図示を省略するが、ヒータ２８は、そのヒータ２８が加熱する蓄電池ペア２２の正極端子と負極端子にその作動と非作動を切替えるヒータスイッチを介して接続され、ＥＣＵ８がこのヒータスイッチの切替えを制御する。尚、蓄電モジュールＭ１〜Ｍｎ毎に各ヒータ２８の作動と非作動を切替えるように構成してもよく、蓄電装置１０の全体を一括して各ヒータ２８の作動と非作動を切替えるように構成してもよい。

図３，図５に示すように、蓄電モジュールＭ１は、１対の支持部材３０と、この１対の支持部材３０の両端部を連結する１対のプレート部材３１によって、複数の蓄電池ペア２２が一体化されている。１対の支持部材３０は、複数の蓄電池ペア２２の加熱部に平行な方向（第１，第２側面部２１ｃ，２１ｄに平行な方向）の移動を規制する。蓄電池ペア２２間には、夫々所定の間隔として例えば１０ｍｍの幅の冷却風通路２３を確保するための複数のスペーサ部材３２が配設されている。

スペーサ部材３２は、例えば１対の支持部材３０に夫々形成された突起部又は１対の支持部材３０に夫々装着された突起状部材である。１対のプレート部材３１は、これら複数のスペーサ部材３２と共に複数の蓄電池ペア２２の加熱部に垂直な方向の移動を規制する。尚、スペーサ部材３２は、蓄電池ペア２２の冷却部（蓄電池２１の第２側面部２１ｄ）に装着するものであってもよい。尚、プレート部材３１と蓄電池ペア２２の間にも冷却風の通路が設けられていることが好ましい。

蓄電モジュールＭ１は、この蓄電モジュールＭ１の複数の所定箇所の温度を検知するために配設された蓄電池温度センサ６を構成する温度センサハーネス３３を含めて、上側を覆う例えば合成樹脂製のアッパプレート３４を備えている。アッパプレート３４には、冷却風通路２３に対応する位置に冷却風が通る開口部３４ａが設けられ、正極端子２５と負極端子２６に対応する位置に、正極端子２５と負極端子２６が露出し且つ温度センサハーネス３３を挿通する切欠部を備えている。アッパプレート３４は、例えば図示外の複数のクランプ部材によって、１対の支持部材３０と１対のプレート部材３１の上端に載置された状態で固定される。

一体化された蓄電モジュールＭ１は、図２、図５に示すように支持パネル部材１１の所定の位置に載置され、例えば図示外の締結部材によって支持パネル部材１１に締結固定されている。このとき、蓄電モジュールＭ１の下側の複数の蓄電池２１と支持パネル部材１１との間には、１対の支持部材３０の間から冷却風通路２３へ冷却風を供給する冷却風供給通路３５が形成されている。この冷却風供給通路３５からの冷却風が蓄電池ペア２２間の冷却風通路２３を下方から上方に向かって流通し、アッパプレート３４の開口部から排出される。尚、支持パネル部材１１に冷却風供給通路３５の通路断面積を大きくするための溝部を形成してもよい。

ＥＣＵ８は、蓄電池温度センサ６の温度データに基づいて、ＥＣＵ８が蓄電装置１０の所定の使用温度域内で蓄電装置１０がその性能を発揮できるように冷却又は加熱を制御する。例えば、蓄電池温度センサ６が使用温度域の下限温度（例えば−２０℃）未満の温度を検知した場合には、その使用温度域の下限温度より高い温度を維持するようにヒータを作動させる。一方、蓄電池温度センサ６が、使用温度域の上限温度（例えば６０℃）以上の温度を検知又は検知温度の上昇態様からその上限温度を超えることが予測された場合に、その使用温度域の上限温度より低い温度を維持するように冷却ファンを作動させる、又はその送風量を増加させる。

次に、本発明の作用、効果について説明する。
１対の蓄電池２１により構成された複数の蓄電池ペア２２を有する蓄電モジュールＭ１〜Ｍｎによって蓄電装置１０が構成され、複数の蓄電池ペア２２の間に冷却風通路２３を備えている。蓄電池ペア２２の１対の蓄電池２１は、その側面部面積が最大である一方の蓄電池２１の第１側面部２１ｃと他方の蓄電池２１の第２側面部２１ｄとで平板状のヒータ２８を挟んで加熱部を形成している。そしてこの蓄電池ペア２２は、冷却風通路２３に面した蓄電池２１の側面部面積が最大である一方の蓄電池２１の第２側面部２１ｄと他方の蓄電池２１の第１側面部２１ｃからなる放熱部を備えている。

従って、加熱部では１つの平板状のヒータ２８の両面から熱を伝えることにより１対の蓄電池２１がその最大面積の側面部から加熱されるので、ヒータ２８の熱を有効に利用して蓄電池ペア２２を効率的に加熱することができる。また、複数の蓄電池ペア２２の間に形成された冷却風通路２３に蓄電池２１の最大面積の側面部が面しているので、冷却風通路２３を通る冷却風によって蓄電池ペア２２の放熱が促進されて効率的に冷却することができる。即ち、蓄電モジュールＭ１〜Ｍｎの効率的な加熱と冷却が可能であり、これらで構成された蓄電装置１０の効率的な加熱と冷却が可能である。

その上、各蓄電モジュールＭ１〜Ｍｎは、１対の支持部材３０と１対のプレート部材３１と複数のスペーサ部材３２によって複数の蓄電池ペア２２が移動しないように一体化されている。従って、車両が走行してもヒータ２８と蓄電池２１の当接及び冷却風通路２３の間隔が維持され、効率的な加熱及び冷却が可能である。

また、蓄電モジュールＭ１〜Ｍｎの下側に、１対の支持部材３０の間から冷却風通路２３へ冷却風を供給する冷却風供給通路３５が形成されているので、下方から上方に向かう方向に冷却風の流通方向を揃えて円滑に熱が排出され、効率的な冷却が可能である。

その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく上記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はその種の変更形態をも包含するものである。

１ ：車両側負荷
６ ：蓄電池温度センサ
８ ：ＥＣＵ
１０ ：蓄電装置
１１ ：支持パネル部材
１２ ：カバー部材
１３ ：蓄電装置ケース
２１ ：蓄電池
２１ａ ：ケース
２１ｃ ：第１側面部
２１ｄ ：第２側面部
２２ ：蓄電池ペア
２３ ：冷却風通路
２４ ：バスバー
２８ ：ヒータ
３０ ：支持部材
３１ ：プレート部材
３２ ：スペーサ部材
３５ ：冷却風供給通路
Ｍ１〜Ｍｎ ：蓄電モジュール

Claims (3)

1. 直方体形状のケースを有する複数の蓄電池を備えた蓄電モジュールにより構成された車両用蓄電装置において、
   前記蓄電池は、その側面部面積が最大の第１側面部及び第２側面部を有し、
   １対の前記蓄電池により蓄電池ペアが構成され、
   前記蓄電モジュールは、複数の前記蓄電池ペアが所定の間隔を空けて水平方向に１列に並べられてこれらの蓄電池ペア間に形成された冷却風通路を備え、
   前記蓄電池ペアは、一方の蓄電池の前記第１側面部と他方の蓄電池の前記第２側面部で平板状のヒータを挟んだ加熱部と、前記冷却風通路に面した前記一方の蓄電池の前記第２側面部と前記他方の蓄電池の前記第１側面部からなる放熱部を備えたことを特徴とする車両用蓄電装置。
2. 前記蓄電モジュールは、複数の前記蓄電池ペアの前記加熱部に平行な方向の移動を規制する１対の支持部材と、複数の前記蓄電池ペアの前記加熱部に垂直な方向の移動を規制するために前記１対の支持部材の両端部を連結する１対のプレート部材及び複数のスペーサ部材を備えたことを特徴とする請求項１に記載の車両用蓄電装置。
3. 前記蓄電モジュールの下側に、前記１対の支持部材の間から前記冷却風通路へ冷却風を供給する冷却風供給通路を備え、冷却風が下方から上方に向かって流通することを特徴とする請求項２に記載の車両用蓄電装置。