JP4525695B2 - 蓄電装置 - Google Patents
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Description
本発明は、密閉容器に蓄電体及びこの蓄電体を冷却する冷却液を収容した蓄電装置に関する。
近年、電気自動車、ハイブリッド自動車などの電動車両の開発が活発に行われている。この電動車両の駆動用又は補助電源として、性能、信頼性、安全性に優れた二次電池の要望が高まっている。
これらの電動車両において、駆動用又は補助電源には高い電力密度を有することが求められており、一つの観点として複数の単電池を直列及び／又は並列に接続した組電池とこの組電池を冷却する冷却液を密閉容器に収容した蓄電装置が知られている。この密閉容器は、上側が開口した容器本体と、該開口を覆う上蓋とから構成される。
充放電の際に組電池が発熱すると、冷却液が加熱され、この冷却液の熱は密閉容器から蓄電装置の外部に放熱される。これにより組電池の温度上昇を抑制している。
特許文献１には、複数の電池モジュールと、この電池モジュールを収納しているケースと、ケース内に収納している電池モジュールを循環する冷媒で冷却する冷却機構と、この冷却機構に循環される冷媒を循環させて、冷媒を冷却する放熱器とを有する電源装置が開示されている。
特開２００６−１２７９２１号公報
しかしながら、上蓋と冷却液との間に空間層が存在すると、冷却液から収容容器への熱伝導率が低下し、組電池の冷却が不十分になるおそれがある。そのため、収容容器に冷却液を注入する際に、収容容器の上蓋に冷却液が接触するように、冷却液の液量を正確に測定しなければならない。
また、加熱された冷却液は、密閉容器内部を上側に移動するため、上蓋と冷却液との間に空気層があると、放熱が遅くなるおそれがある。
さらに、収容容器に冷却液を少なめに注入しておき、収容容器に上蓋を取り付けた後、上蓋に形成された冷却液注入口から冷却液を補充的に注入する方法も考えられるが、この方法では、上蓋取り付け後に冷却液を注入したり、冷却液注入口を封止する手間がかかるとともに、冷却液注入口を形成することによって上蓋が強度不足になるおそれがある。
さらにまた、収容容器の上限一杯に冷却液を注入し、その後上蓋を収容容器に取り付ける方法も考えられるが、この方法では、上蓋取り付け時に収容容器から冷却液が漏れ出し、結果的に空気の混入による放熱不足を招くおそれがある。
そこで、本発明は、冷却液の放熱性能に優れた蓄電装置を簡易な工程で製造することを目的とする。
上記課題を解決するために、本願発明は、密閉容器と、前記密閉容器に収容される蓄電体と、前記密閉容器に収容され、前記蓄電体を浸漬して冷却するための冷却液と、前記密閉容器の上蓋から前記冷却液内に延出し、前記冷却液の熱を前記上蓋に伝熱する突起部と、を有し、前記突起部における下端部を含む一部が前記冷却液と接触していることを特徴とする。
ここで、前記突起部を、複数形成するのが好ましい。
前記上蓋の内面は、前記冷却液の液面に対して平行になっている。
前記蓄電体は、複数の蓄電要素を直列又は並列に接続した蓄電要素集合体である。ここで、各前記蓄電要素は、筒型形状であり、各前記突起部は、前記蓄電要素の長手方向に対して直交する水平方向に延びており、自然対流する前記冷却液をガイドするためのガイド部を兼ねている。
容器本体及び上蓋からなる密閉容器に蓄電体および該蓄電体を冷却するための冷却液を収容した蓄電装置の製造方法であって、前記上蓋の内面には突起部が形成されており、前記突起部における下端部を含む一部を、前記容器本体内に注入された前記冷却液に接触させることを特徴とする。
本発明によれば、突起部を介して冷却液の熱を上蓋に伝熱し、上蓋から放熱させることができる。また、突起部に冷却液が接触していればよいため、冷却液の液量調整を容易化することができる。
以下、本発明の実施例について説明する。
図１乃至図３を参照しながら、本発明の実施例である電池装置（蓄電装置）の構成につ
いて説明する。ここで、図１は電池装置の分解斜視図であり、図２は電池装置の断面図であり、図３は図２の点線Ｐで囲んだ領域を拡大した電池装置の部分拡大図である。本実施例の電池装置は、電気自動車、ハイブリッド自動車の駆動用又は補助電源として使用される。
いて説明する。ここで、図１は電池装置の分解斜視図であり、図２は電池装置の断面図であり、図３は図２の点線Ｐで囲んだ領域を拡大した電池装置の部分拡大図である。本実施例の電池装置は、電気自動車、ハイブリッド自動車の駆動用又は補助電源として使用される。
上側が開口した容器本体１３の内部には、組電池（蓄電体）１２及びこの組電池１２を
冷却する冷却液２３が収容されており、容器本体１３の蓋取付面１３ｅには、前記開口を
覆うように上蓋１４が取付けられている。上蓋１４及び容器本体１３により、密閉容器１
１が構成される。
冷却する冷却液２３が収容されており、容器本体１３の蓋取付面１３ｅには、前記開口を
覆うように上蓋１４が取付けられている。上蓋１４及び容器本体１３により、密閉容器１
１が構成される。
この組電池１２は、複数の円筒型電池（蓄電要素）１２２を電池フォルダ１２３間に並
設することにより構成されている。各円筒型電池１２２は、充放電の際に発熱し、発熱温
度の過剰な上昇により電池劣化が進行するため、冷却液２３の熱を電池装置の外部に速や
かに放熱させる必要がある。
設することにより構成されている。各円筒型電池１２２は、充放電の際に発熱し、発熱温
度の過剰な上昇により電池劣化が進行するため、冷却液２３の熱を電池装置の外部に速や
かに放熱させる必要がある。
そこで、本実施例では、図２に図示するように、上蓋１４の内面に冷却液２３内に延出
する複数の突起部１４１を形成している。
する複数の突起部１４１を形成している。
これにより、上蓋１４と冷却液２３との間に空気層が介在している場合であっても、冷却液２３の熱を突起部１４１を介して上蓋１４に伝熱できるため、上蓋１４から十分な放熱を行うことができる。
また、冷却液２３の液面が、突起部１４１の下端部と上端部との間に位置していれば、突起部１４１を介して上蓋１４から十分な放熱を行うことができる。したがって、容器本体１３に冷却液２３を注入する際に、正確に冷却液２３の液量を測定する必要がなくなる。
次に、電池装置１の各部の構成を詳細に説明する。容器本体１３の外周面には、外気との接触面積を増加させることにより組電池１２の放熱を促進する多数の放熱フィン３１が形成されている。
上蓋１４及び容器本体１３に適用される資材としては、熱伝導性の高いステンレスなどの金属材料を例示することができる。
容器本体１３は、不図示の締結部材により車両の座席下部のフロアパネル２に設置されている。
次に、図１乃至図４を参照しながら、上蓋１４の構成について詳細に説明する。ここで、図４は上蓋１４の斜視図である。
上蓋１４の内面には、内板部１４０が一体形成されており、上蓋１４及び容器本体１３の取り付け状態において、内板部１４０の水平方向の端面（ＸＹ平面に直交する端面）は、容器本体１３の内面に接触している。
上蓋１４の内面のうち内板部１４０の外側の領域は、容器本体１３の蓋取付面１３eに接触しており、上蓋１４は、蓋取付面１３eに対して不図示の締結部材により固定されている。なお、取り付け手段として、溶接、接着剤による接着を用いてもよい。
内板部１４０には複数の突起部１４１が一体形成されており、各突起部１４１は、ＹＺ断面の形状が矩形であり、円筒型電池１２２の長手方向に対して直交する水平方向（Ｘ軸方向）に延びている。隣接する各突起部１４１の間隔は、等ピッチに設定されている。
各突起部１４１は、その下端部を含む大部分が冷却液２３に接触しており、残りの部分が冷却液２３に非接触となっている。つまり、図３に図示するように、冷却液２３と内板部１４０との間に空気層が存在する状態となっている。
上蓋１４に突起部１４１を形成することにより、密閉容器１１の耐圧強度を高めることができる。これにより、過充電の際に円筒型電池１２２から発生したガスにより密閉容器１１の内圧が上昇しても、強度的に問題のない電池装置１を提供することができる。
次に、図１及び図２を参照しながら、組電池１２の構成について詳細に説明する。
組電池１２は、複数の円筒型電池１２２を並設した電池集合体であり、一対の電池フォルダ１２３間に支持されている。
円筒型電池１２２は、正極活物質としてコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、負極活物質としてカーボンを使用したリチウムイオン電池であるが、他の二次電池を使用してもよい。また、円筒型電池１２２にかえて電気二重層キャパシタを使用することもできる。電気二重層キャパシタにおいては、例えば、集電体としてアルミ箔、正極活物質及び負極活物質として活性炭、セパレータとしてポリエチレンからなる多孔質膜を用いることができる。
各円筒型電池１２２のネジ電極１３１、１３２は、一対の電池フォルダ１２３から突出しており、バスバー１２４を介して電気的に接続されている。このバスバー１２４は、ネジ電極１３１、１３２に締結される締結ナット１２５により固定されている。
電池フォルダ１２３の上端面は、上蓋１４の内面に固定されており、上蓋１４及び組電池１２はユニット化されている。なお、電池フォルダ１２３の固定方法としては、締結部材による締結、溶接固定、接着剤により接着を例示することができる。
複数の円筒型電池１２２を並設することにより構成される車両の駆動用又は補助電源は、充放電の際に発熱温度が高くなるため、冷却風を用いた気体冷却のみでは冷却不足となるおそれがある。そこで、本願発明では、気体よりも熱伝導率の高い冷却液２３内に組電池１２を浸漬させることにより、組電池１２を冷却している。
ここで、冷却液２３としては、比熱、熱伝導性と沸点が高く、容器本体１３、組電池１２を腐食させず、熱分解、空気酸化、電気分解などを受けにくい物質が適している。さらに、電極端子間の短絡を防止するために、電気的絶縁性の液体が望ましい。例えば、フッ素系不活性液体を使用することができる。フッ素系不活性液体としては、スリーエム社製フロリナート、Ｎｏｖｅｃ ＨＦＥ（ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｏｅｔｈｅｒ）、Ｎｏｖｅｃ１２３０を用いることができる。また、フッ素系不活性液体以外の液体（例えば、シリコンオイル）を用いることもできる。
次に、電池装置１の組立工程について簡単に説明する。最初に容器本体１３の内部に冷却液２３を注入し、その後容器本体１３の蓋取付面１３ｅに上蓋１４を載置する。上蓋１４及び組電池１２はユニット化されているため、上蓋１４を蓋取付面１３ｅに載置することにより、組電池１２の組み込み作業も同時に行うことができる。これにより、組電池１２の位置決め作業を容易化することができる。
次に、上蓋１４を蓋取付面１３ｅに固定する。固定方法としては、不図示の締結部材による締結、接着剤による接着、溶接を例示することができる。なお、上蓋１４と蓋取付面１３ｅとの間にオイルシール（不図示）を介在させることにより、確実に冷却液２３を封止するとよい。
ここで、冷却液２３の液量は、冷却液２３の液面が突起部１４１の下端部と上端部との間に位置するように設定されていればよい。したがって、容器本体１３の内部に冷却液２３を注入する際に液量を正確に測定する必要がなくなる。これにより、効率良く電池装置１を組み立てることができる。
次に、図２及び図５を参照しながら、組電池１２を充放電させたときの冷却液２３の挙動を説明する。ここで、図５は図２の電池装置１のＺ−Ｚ´断面図であり、矢印は自然対流する冷却液２３の流動方向を示している。なお、図面を簡素化するため冷却液２３を省略して図示している。
充放電により発熱した組電池１２を冷却することにより温度上昇した冷却液２３は、比重差により容器本体１３の内部を上側に移動する。このとき、上蓋１４と冷却液２３との間には空気層（図３参照）が存在する場合には、熱伝導率が低下して、上蓋１４から冷却液２３の熱を直接放熱しにくくなっている。
冷却液２３の熱は、冷却液２３に延出する突起部１４１に伝熱され、内板部１４０を介して上蓋１４から放熱される。これにより、冷却液２３の温度が下がり、組電池１２の電池寿命を延ばすことができる。
突起部１４１近傍の冷却液２３は、電池装置１の中心面Ｍ―Ｍ´を境界として、異なる方向に自然対流する。具体的には、中心面Ｍ―Ｍ´よりも左側の冷却液２３は、突起部１４１にガイドされながら概ね水平方向左側に流動し、中心線Ｍよりも右側の冷却液２３は突起部１４１にガイドされながら概ね水平方向右側に流動する。このとき、冷却液２３の熱は突起部１４１を介して上蓋１４から放熱される。
これらの冷却液２３は、組電池１２の水平方向外側の領域に達すると、流動方向が徐々に下向きに変化し、容器本体１３の内側面に接触した後、組電池１２の下方領域に流入する。
このように、冷却液２３が自然対流する方向に沿って突起部１４１を配置することにより、冷却液２３の流れを整えることができる。これにより、冷却液２３が十分に攪拌され、冷却液２３の温度のバラツキを抑制することができる。その結果、組電池１２の電池寿命を延ばすことができる。
図６及び図７を参照しながら、上蓋１４の変形例を説明する。ここで、図６及び図７は、上蓋１４の変形例を示す斜視図である。
（変形例１）
変形例１として、図６（ａ）では、突起部１４１のＹＺ断面の形状を三角形にしている。これにより、実施例１と同様の効果を得ることができる。
（変形例２）
変形例２として、図６（ｂ）では、内板部１４０に円柱状の突起部１４１をマトリクス状に形成している。変形例２は、実施例１、変形例１の構成よりも、自然対流する冷却液２３の流れを整える能力に劣るが、突起部１４１を介して冷却液２３の熱を上蓋１４に伝熱することができる。
（変形例３）
変形例３として、図６（ｃ）では、内板部１４０に円錐台状の突起部１４１をマトリクス状に形成している。変形例３によれば、変形例２と同様の効果を得ることができる。
（変形例４）
変形例４として、図７では、内板部（突起部）１４０に多数のホール部１４０ａを形成している。内板部１４０の高さ方向（Ｚ軸方向）の寸法は、実施例１よりも大きく設定されている。したがって、内板部１４０の下端面は冷却液２３に浸漬しており、ホール部１４０ａの一部（全部でもよい）に冷却液２３が流入しており、ホール部１４０ａ内の空間は、空気及び冷却液２３により二層化されている。これにより、変形例２及び３と同様の効果をえることができる。
（他の変形例）
上述の実施例では、上蓋１４、内板部１４０及び突起部１４１を一体形成したが、別体で形成してもよい。この場合、内板部１４０及び突起部１４１を一体形成した部材を、上蓋１４の内面に固定したり、上蓋１４の内面に接触させた状態で容器本体１３の内側面に固定させることができる。つまり、突起部１４１で受熱した冷却液２３の熱を上蓋１４に伝熱できる構成であれば、突起部１４１を必ずしも上蓋１４に一体形成する必要はない。
（変形例１）
変形例１として、図６（ａ）では、突起部１４１のＹＺ断面の形状を三角形にしている。これにより、実施例１と同様の効果を得ることができる。
（変形例２）
変形例２として、図６（ｂ）では、内板部１４０に円柱状の突起部１４１をマトリクス状に形成している。変形例２は、実施例１、変形例１の構成よりも、自然対流する冷却液２３の流れを整える能力に劣るが、突起部１４１を介して冷却液２３の熱を上蓋１４に伝熱することができる。
（変形例３）
変形例３として、図６（ｃ）では、内板部１４０に円錐台状の突起部１４１をマトリクス状に形成している。変形例３によれば、変形例２と同様の効果を得ることができる。
（変形例４）
変形例４として、図７では、内板部（突起部）１４０に多数のホール部１４０ａを形成している。内板部１４０の高さ方向（Ｚ軸方向）の寸法は、実施例１よりも大きく設定されている。したがって、内板部１４０の下端面は冷却液２３に浸漬しており、ホール部１４０ａの一部（全部でもよい）に冷却液２３が流入しており、ホール部１４０ａ内の空間は、空気及び冷却液２３により二層化されている。これにより、変形例２及び３と同様の効果をえることができる。
（他の変形例）
上述の実施例では、上蓋１４、内板部１４０及び突起部１４１を一体形成したが、別体で形成してもよい。この場合、内板部１４０及び突起部１４１を一体形成した部材を、上蓋１４の内面に固定したり、上蓋１４の内面に接触させた状態で容器本体１３の内側面に固定させることができる。つまり、突起部１４１で受熱した冷却液２３の熱を上蓋１４に伝熱できる構成であれば、突起部１４１を必ずしも上蓋１４に一体形成する必要はない。
また、電池異常の際に円筒型電池１２２から発生したガスを電池装置１の外部に排出するための排出パイプを、上蓋１４に接続するとよい。これにより、電池異常の際に密閉容器１１の内圧上昇を抑制することができる。
本願発明は、蓄電体としての角型電池にも適用することができる。
１ 電池装置
１１ 密閉容器
１２ 組電池
１３ 容器本体
１３ｅ 蓋取付面
１４上蓋
２３ 冷却液
３１ 放熱フィン
１２２ 円筒型電池
１２３ 電池フォルダ
１２４ バスバー
１４０ 内板部
１４１ 突起部
１１ 密閉容器
１２ 組電池
１３ 容器本体
１３ｅ 蓋取付面
１４上蓋
２３ 冷却液
３１ 放熱フィン
１２２ 円筒型電池
１２３ 電池フォルダ
１２４ バスバー
１４０ 内板部
１４１ 突起部
Claims (6)
- 密閉容器と、
前記密閉容器に収容される蓄電体と、
前記密閉容器に収容され、前記蓄電体を浸漬して冷却するための冷却液と、
前記密閉容器の上蓋から前記冷却液内に延出し、前記冷却液の熱を前記上蓋に伝熱する突起部と、を有し、
前記突起部における下端部を含む一部が前記冷却液と接触していることを特徴とする蓄電装置。 - 前記突起部を複数有することを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
- 前記上蓋の内面は、前記冷却液の液面に対して平行であることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置。
- 前記蓄電体は、複数の蓄電要素を直列又は並列に接続した蓄電要素集合体であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の蓄電装置。
- 各前記蓄電要素は、筒型形状であり、
各前記突起部は、前記蓄電要素の長手方向に対して直交する水平方向に延びており、自然対流する前記冷却液をガイドするためのガイド部を兼ねることを特徴とする請求項４に記載の蓄電装置。 - 容器本体及び上蓋からなる密閉容器に、蓄電体および該蓄電体を浸漬して冷却するための冷却液を収容した蓄電装置の製造方法であって、
前記上蓋の内面には突起部が形成されており、
前記突起部における下端部を含む一部を、前記容器本体内に注入された前記冷却液に接触させることを特徴とする蓄電装置の製造方法。
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