JP5119936B2 - 蓄電装置 - Google Patents

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Description

蓄電体を積層した蓄電装置に関する。
電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車には、駆動用または補助電源として二次電池が搭載されている。電気自動車は、この二次電池に蓄電された電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、電動機によりエンジンをアシストして車両を駆動したりする。燃料電池自動車は、燃料電池による電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、この燃料電池による電力に加えて二次電池に蓄電された電力を用いて電動機を駆動して車両を走行させる。
この種の二次電池として、特許文献1には図5に図示する二次電池の構成が開示されている。特許文献1に開示された二次電池の構成を、図5を用いて説明する。図5は、二次電池の縦断面図である。
発電要素102を収納して仕切板108で内部を密閉したケース本体103aの上端開口部には、ケース蓋103bが取り付けられている。この際、正極端子106と負極端子107は、仕切板108と同様に、ケース蓋103bの両端に形成された2箇所の貫通孔を通して上方に突出する。
電池ケース103には、ケース本体103aの上端部の注入口103cと排出口103dに図示しない冷却装置が接続されている。冷却装置は、冷却液を注入口103cから電池ケース103の内部の冷却部に送り込むとともに、排出口103dから排出された冷却液を放熱させて再び循環する装置である。
また、特許文献2には、図6に図示する蓄電装置が開示されている。特許文献2に開示された蓄電装置の構造を、図6を用いて説明する。図6は従来の蓄電装置の平面図である。
バッテリバック1000は、第1のバッテリユニット2000と第2のバッテリユニット3000とを含む。各バッテリユニット2000、3000は、バッテリセル1010を直列に接続したバッテリモジュールを隙間2100、3100を隔てて積層される。
各バッテリモジュール端面に端子2010、3010を有しており、その端面が対向している。これらの端面の間には、冷却風の通るチャンバ部4100が形成されている。冷却ファン4000から供給された冷却風は、チャンバ部4100を流れて、各隙間2100、3100間に分岐流入する。
特開2001−60465号公報 特開2004−311157号公報
しかしながら、特許文献1の構成では、冷却液の流れる通路を形成するために仕切板108を設ける必要があるため、二次電池の構造が複雑化してコストが増大する。さらに、ケース本体103aを直接冷却する構成ではないため、ケース本体103aの内部に収容された発電要素102を十分に冷却できないおそれがある。
また、一般的に電池では、充電時に生じる電極での化学反応や充放電電流を流す正負極端子などでの電気抵抗による発熱によって電池温度が上昇し、端子電極では、発電要素よりも温度が高くなると考えられている。
特許文献2の構成では、端子2010、3010の冷却に用いられた冷却風により各バッテリユニット2000、3000を冷却しており、温度の高い部位(つまり、端子2010、3010)を温度の低い部位(つまり、バッテリユニット2000、3000)よりも先に冷却しているため、バッテリユニット2000、3000の冷却が不十分になるおそれがある。
そこで、本願発明は、蓄電体及び端子電極の双方を効率良く冷却できる冷却構造を備えた蓄電装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本願発明の蓄電装置は、下記の構成を有する。
(1)第1方向に延びて冷媒流れる第1の冷媒通路を介して、前記第1方向に直交する第2方向に蓄電体を積層した蓄電群であって、前記第1、第2方向に直交する第3方向側に端子電極が位置する第1の面がある蓄電群と、前記蓄電群の前記第1方向一方側にあって前記第2方向に延び、前記第2方向一方側に向かって流れる冷媒を各前記第1の冷媒通路に分岐流入させる第2の冷媒通路と、前記蓄電群および前記第2の冷媒通路が内側にあるケース部材と、前記ケース部材と前記蓄電群の前記第1方向他方側端部との間にあって前記第2方向に延び、前記各第1の冷媒通路から流出した冷媒が流入する第3の冷媒通路と、前記第3の冷媒通路内にあり、冷媒を前記第1の面に向けてガイドするガイド部材と、前記蓄電体の積層方向視において少なくとも一部が前記第1の面よりも上側にあり、前記ガイド部材により前記第3の冷媒通路から前記第1の面の上側にガイドされた冷媒を前記ケース部材の外部に排出する冷媒排出路と、を有する。ここで、「第1の冷媒通路」は図1の冷媒通路50に対応しており、「蓄電体」は図1の電池セル11に対応しており、「端子電極」は図1の端子電極11a、11bに対応しており、「蓄電群」は図1の組電池12、13に対応しており、「第1の面」は図1の組電池12、13の上端面12A、13Aに対応しており、「ガイド部材」は図1のガイド部材15A1、15A2に対応している。「冷媒排出路」は図2の冷媒排出管52に対応している。「ケース部材」は、図2の電池パック31に対応している。「第2の冷媒通路」は図2の供給路51に対応している。
(1)の構成によれば、端子電極よりも温度の低い蓄電体を冷却した冷媒を用いて該端子電極を冷却できるため、端子電極及び蓄電体の双方を効率良く冷却することができる。(1)の構成によれば、前記第1の面に沿って前記冷媒をスムーズに流すことができる。
(2)(1)の構成において、前記第1の冷媒通路にスペーサ部材を配置することもできる。このスペーサ部材は、前記第1の冷媒通路を流れる前記冷媒の流出側の端部に前記ガイド部材を有している。ここで、「スペーサ部材」は図1の第1のスペーサ部材15Aに対応している。
(2)の構成によれば、スペーサ部材とは別にガイド部材を設ける必要がなくなるため、蓄電装置の構造が複雑化するのを防止できる。また、蓄電装置の組み立て工程を簡素化することができる。
)(1)又は(2)の構成において、前記蓄電体の積層方向視において、前記冷媒排出路は、前記端子電極を挟んで前記ガイド部材の反対側の対応した領域に位置している
)の構成によれば、前記第1の外面にガイドされた冷媒を、確実に端子電極に向かわせることができる。
)(1)乃至()の構成において、前記ガイド部材は、前記ケース部材の内面に沿って当接する当接部を有している。
)の構成によれば、第1の冷媒通路から流出した冷媒が、ガイド部材とケース部材との隙間から流出するのを防止できる。
()(1)乃至()の構成において、前記第2の冷媒通路を流れる冷媒を各前記第1の冷媒通路に分岐流入させるための分岐流入手段とを有し、前記第2の冷媒通路の両側にそれぞれ、前記蓄電群が位置する構成にすることもできる。「分岐流入手段」は図1のエンドプレート16Cに対応している。
)の構成によれば、第2の冷媒通路を流れる冷媒を用いて、前記第2の冷媒通路の両側に位置する少なくとも二つの蓄電群を冷却することができる。
)()の構成において、前記ガイド部材は、少なくとも前記第2の冷媒通路の最も上流側に位置する前記第1の冷媒通路から流出する前記冷媒に当接する。
)の構成によれば、第1の外面のより広い範囲に冷媒を供給できるため、各端子電極に対する冷却効果のバラツキを抑制することができる。
)(1)乃至()のうちいずれか一つに記載の蓄電装置は、例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車の駆動用または補助電源として使用することができる。
本発明によれば、蓄電体及び端子電極の双方を効率良く冷却可能な蓄電装置を提供することができる。
以下、本発明の実施例について説明する。
図1を参照しながら、本発明の実施例である蓄電装置の概要を説明する。ここで、図1は、蓄電装置の平面図であり必要に応じて蓄電装置の内部構造を投影して図示している。なお、黒矢印は、冷却風の流れる方向を示している。
本蓄電装置1は、ハイブリッド車両、電気車両、燃料電池車両の駆動電源又は補助電源として使用され、第1の組電池(蓄電群)12と、この第1の組電池12のX軸方向に並設された第2の組電池(蓄電群)13とを含む。
第1及び第2の組電池12、13は、Y軸方向に電池セル11を積層することにより構成されており、電池パック31の中に収容されている。第1及び第2の組電池12、13の間には、冷媒としての冷却風を供給するための供給路(第2の冷媒通路)51が設けられている。なお、図1では、電池セル11及び供給路51を点線により図示している。
Y軸方向に隣接する電池セル11の間にはスペーサ部材15が配置されている。スペーサ部材15と電池セル11との間には、X軸方向に冷却風を導通させるための冷媒通路(第1の冷媒通路)50が形成されている。
第1のスペーサ部材15Aには、ガイド部材15A1が形成されており、冷媒通路50から流出した冷却風は、ガイド部材15A1に当接して、第1及び第2の組電池12、13の上端面12A、13A(第1の面)、つまり、これらの組電池12、13の端子電極11a、11bが形成された面にガイドされる。
これにより、端子電極11a、11bよりも温度の低い電池セル11を先に冷却できるため、端子電極11a、11b及び電池セル11の双方を効率良く冷却することができる。また、ガイド部材15A1により冷却風の向きを変えるだけで端子電極11a、11b及び電池セル11の双方を冷却できるため、従来技術のように、個々の電池セルに仕切板を設ける必要がなくなり、構造を簡素化することができる。
次に、蓄電装置1の各部の構成を詳細に説明する。第1及び第2の組電池12、13を構成する電池セル11は、角型であり、発電要素を有している。発電要素は、電極板(正極板及び負極板)と、セパレータと、電解質とで構成されており、公知の構成を適宜、適用することができる。
ここで、正極板としては、アルミニウム等の金属(合金を含む)で形成された集電体の表面に正極層を形成したものを用い、負極板としては、アルミニウム等の金属(合金を含む)で形成された集電体の表面に負極層を形成したものを用いることができる。より具体的には、ニッケル−水素電池では、正極層の活物質として、ニッケル酸化物を用い、負極層の活物質として、MmNi(5−x−y−z)AlxMnyCoz(Mm:ミッシュメタル)等の水素吸蔵合金を用いることができる。また、リチウムイオン電池では、正極層の活物質として、リチウム−遷移金属複合酸化物を用い、負極層の活物質として、カーボンを用いることができる。
電池セル11として、キャパシタを使用することもできる。また、電池セル11に代えて、複数の電池セルを積層することにより構成される電池モジュールを用いることもできる。
Y軸方向に隣接する電池セル11の間には、スペーサ部材15が配置されている。スペーサ部材15の構成について、図3及び図4を用いて説明する。図3は第1のスペーサ部材15Aの斜視図であり、図4は第2のスペーサ部材15Bの斜視図である。
スペーサ部材15には、第1のスペーサ部材15Aと第2のスペーサ部材15Bとがある。供給路51の上流側から1個目、3個目、6個目、10個目に配列されるスペーサ部材15が第1のスペーサ部材15Aであり、供給路の上流側から2個目、4個目、5個目、7個目、8個目、9個目に配列されるスペーサ部材15が第2のスペーサ部材15Bである。
第1のスペーサ部材15AのX軸方向の一端部には、冷媒通路50から流出する冷却風を第1の組電池12の第1の上端面12A(第1の面)に向けてガイドするためのガイド部材15A2が形成されている。第1のスペーサ部材15AのX軸方向の他端部には、冷媒通路50から流出する冷却風を第2の組電池13の第2の上端面13Aに向けてガイドするためのガイド部材15A1が形成されている。
これらのガイド部材15A1、15A2は、第1のスペーサ部材15Aに一体的に形成されており、その資材としては、例えば樹脂を用いることができる。
図1及び図2に図示するように、ガイド部材15A1、15A2のX軸方向の端面(供給路51から遠い側の端面)は、電池パック31の内面に沿って当接している。このように、ガイド部材15A1、15A2の端面を電池パック31の内面に当接させることにより、冷媒通路50から流出した冷却風をZ軸方向(上側方向)に向けて確実にガイドすることができる。すなわち、冷却風が、電池パック31とガイド部材15A1、15A2との間の隙間から流出するのを防止して、冷却風を第1及び第2の上端面12A、13Aに向かって確実にガイドすることができる。
また、図3に図示するように、ガイド部材15A1の上端部には、供給路51の下流方向に湾曲した曲部15A11が形成されている。同様に、ガイド部材15A2の上端部には、供給路51の下流方向に湾曲した曲部15A21が形成されている。これにより、ガイド部材15A1、15A2にガイドされた冷却風を、第1及び第2の組電池12、13の第1及び第2の上端面12A、13Aに沿った方向に向かわせることができる。
図3に図示するように、スペーサ部材本体15A3は、内側に電池セル11を収容するための収容部を有しており、スペーサ部材本体15A3の上端面15A33には、電池セル11の端子電極11a,bを挿入するための挿入開口部15A31がX軸方向に並んで形成されている。なお、スペーサ部材本体15A3の上端面15A33が組電池12、13の上端面12A、13A(第1の面)に相当する。
図2は、図1の蓄電装置のX1−X2断面図であり、必要に応じて蓄電装置の構成要素を投影して図示している。図2及び図3に図示するように、スペーサ部材本体15A3の収容部に電池セル11を収容した状態において、電池セル11の端子電極11a、bは、挿入開口部15A31の内部に位置しておりスペーサ部材本体15A3の上端面15A33から突出している。
スペーサ部材本体15A3のY軸方向一端面におけるX軸方向の略中央には、供給路51が形成されており、この供給路51のX軸方向両側には、X軸方向に延びる突起部15A32がZ軸方向に並んで設けられている。これらの突起部15A32は、Y軸方向に隣接する電池セル11の外面に当接している(図1参照)。これにより、電池セル11の内部において集電体から活物質が剥離するのを防止して、電池セル11の性能低下を抑制することができる。
これらの突起部15A32が電池セル11の外面に当接した状態において、Z軸方向に隣接する突起部15A32の間には、供給路51から分岐流入した冷却風を導通させるための冷媒通路50が形成される。
図1に図示するように、供給路51の上流側には、冷却ファン41が配置されている。この冷却ファン41は、車室内に設けられた開口部から車室内の空気を吸気する。この開口部は、たとえば、後部座席の車両後方に配置することができる。
第2のスペーサ部材15Bは、図4に図示するように、挿入開口部15B31、突起部15B32及び供給路51を有する点で、第1のスペーサ部材15Aと共通する。第2のスペーサ部材15Bは、図4に図示するように、ガイド部材15A1、A2を有しない点で第1のスペーサ部材15Aと相違する。したがって、第2のスペーサ部材15Bの詳細な説明は、省略する。
図1に図示するように、第1の組電池12のY軸方向の一端部(供給路51の上流側の端部)には、エンドプレート16Aが取り付けられており、第2の組電池13のY軸方向の一端部(供給路51の上流側の端部)には、エンドプレート16Bが取り付けられている。第1及び第2の組電池12、13の他端部には、エンドプレート(分岐流入手段)16Cが取り付けられており、このエンドプレート16Cは供給路51の終端部を構成している。
エンドプレート16Cに当接することにより冷却風の流れは遮断されるため、供給路51を流れる冷却風は、隣接する電池セル11の隙間に形成された冷媒通路50に分岐流入する。
電池パック31のY軸方向の一端部には、冷媒を排出するための冷媒排出管52が接続されている。この冷媒排出管52の終端部は、車両のクォータベントに形成されており、蓄電装置1の冷却に用いられた冷却風はクォータベントに形成された排出口から車外に排出される。ただし、冷却風の一部を車室内に戻しても良い。
図2に図示するように、冷媒排出管52の中心部(XZ面内の中心部)は、第1の組電池12の電極11a、11bが位置する側の面、つまり、スペーサ部材本体15A3、15B3の上端面(第1の面)15A33、15B33よりも上側に形成されている。これにより、スペーサ部材本体15A3、15B3の上端面15A33、15B33に沿って、冷却風をスムーズに流すことができる。
また、冷却排出管52の中心部は、蓄電体11の端子電極11a、bを挟んでガイド部材15A2の反対側に位置している。そのため、ガイド部材15A2にガイドされた冷却風は、スペーサ部材本体15A3、15B3の上端面(第1の面)15A33、15B33を流れる際に、第1の組電池12をX軸方向に横断する。これにより、第1の組電池12を構成する各電池セル11の端子電極11a、11bを確実に冷却することができる。
同様に、冷媒排出管52の中心部は、蓄電体11の端子電極11a、bを挟んでガイド部材15A1の反対側に位置している。そのため、ガイド部材15A1にガイドされた冷却風は、スペーサ部材本体15A3、15B3の上端面(第1の面)15A33、15B33を流れる際に、第2の組電池13をX軸方向に横断する。これにより、第2の組電池13を構成する各電池セル11の端子電極11a、11bを確実に冷却することができる。
次に、図1及び図2を参照しながら、蓄電装置1の冷却方法について説明する。不図示のコントローラは、蓄電装置1の温度を常時監視しており、蓄電装置1の温度が所定温度を超えると、冷却ファン41を作動させる。
冷却ファン41により吸気された車室内の冷却風は、供給路51に供給され、隣接する電池セル11の間に形成された冷媒通路50に分岐流入する。この冷媒通路50に分岐流入した冷却風は、電池セル11と熱交換を行い、温度上昇する。充放電時などの際に、端子電極11a、bは電池セル11の発電要素よりも温度が高い。したがって、電池セル11の冷却後の冷却風であっても、端子電極11a、bを冷却するのに十分な冷却能力を有している。
冷媒通路50から流出した冷却風は、電池パック31と組電池12、13との間に形成された通路を下流に向かって流れ、ガイド部材15A1又はガイド部材15A2に当接する。
ここで、上述したように、本実施例では、供給路51の上流側から1個目に配列されるスペーサ部材15に、ガイド部材15A1、15A2を設けている。これにより、組電池12、13の上端面12A、13Aに対してより上流側(供給路51の上流側)から冷却風を供給することができる。その結果、各端子電極11a、bに対する冷却効果のバラツキを抑制することができる。
ガイド部材15A1に当接した冷却風は、ガイド部材15A1に沿って上側に移動し、ガイド部材15A1の曲部15A11に達すると、第2の組電池13の上端面、つまり、スペーサ部材本体15A3、15B3の上端面(第1の面)15A33、15B33に沿って下流に向かい、冷媒排出管52から排出される。
この際に、冷却風は第2の組電池13をX軸方向に横断するための、第2の組電池13を構成する電池セル11の端子電極11a、bを確実に冷却することができる。
ガイド部材15A2に当接した冷却風は、ガイド部材15A2に沿って上側に移動し、ガイド部材15A2の曲部15A21に達すると、第1の組電池12の上端面、つまり、スペーサ部材本体15A3、15B3の上端面(第1の面)15A33、15B33に沿って下流に向かい、冷媒排出管52に流入する。
この際に、冷却風は第1の組電池12をX軸方向に横断するための、第1の組電池12を構成する電池セル11の電極11a、bを確実に冷却することができる。
このように、本実施例では、隣接する電池セル11の隙間に形成された冷媒通路50に冷却風を分岐流入させて、電池セル11を一旦冷却した後、この冷却後の冷却風を用いて電池セル11よりも温度の高い端子電極11a、11bを冷却している。これにより、電池セル11の発電要素及び端子電極11a、11bを効率良く冷却することができる。
(変形例)
上述の実施例では、ガイド部材15A1、15A2及び第1のスペーサ部材15Aを一体的に形成したが、ガイド部材15A1、15A2を第1のスペーサ部材15Aとは別に設けてもよい。この場合、ガイド部材15A1、15A2を電池パック31の内面に固定することができる。
スペーサ部材15を省略することもできる。この場合、隣接する電池セル11の間に冷却風を導通させるための隙間(第1の冷媒通路)を形成するとよい。また、この隙間から流出した冷却風を組電池12、13の上端面12A、13Aに向けてガイドするためのガイド部材を設ける必要がある。
ガイド部材15A1、15A2は、組電池12、13の上端面12A、13Aに冷却風をガイドできる形状であればよく、上記実施例のガイド部材15A1、15A2に様々な変更や改良が加えられて使用することができる。例えば、各端子電極11a、bに対する冷却効果を均一化する観点から、ガイド部材15A1、15A2の変更や改良を検討することができる。
蓄電装置の平面図である。 図1の蓄電装置のX1−X2断面図である。 第1のスペーサ部材の斜視図である。 第2のスペーサ部材15Bの斜視図である。 従来の二次電池の縦断面図である。 従来の蓄電装置の平面図である。
符号の説明
1 蓄電装置
11 電池セル
12 13 組電池
15 スペーサ部材
15A1 15A2 ガイド部材
31 電池パック
41 冷却ファン
50 冷媒通路
51 供給路
52 冷媒排出管

Claims (7)

  1. 第1方向に延びて冷媒が流れる第1の冷媒通路を介して、前記第1方向に直交する第2方向に蓄電体を積層した蓄電群であって、前記第1、第2方向に直交する第3方向側に端子電極が位置する第1の面がある蓄電群と、
    前記蓄電群の前記第1方向一方側にあって前記第2方向に延び、前記第2方向一方側に向かって流れる冷媒を各前記第1の冷媒通路に分岐流入させる第2の冷媒通路と、
    前記蓄電群および前記第2の冷媒通路が内側にあるケース部材と、
    前記ケース部材と前記蓄電群の前記第1方向他方側端部との間にあって前記第2方向に延び、前記各第1の冷媒通路から流出した冷媒が流入する第3の冷媒通路と
    前記第3の冷媒通路内にあり、冷媒を前記第1の面に向けてガイドするガイド部材と
    前記蓄電体の積層方向視において少なくとも一部が前記第1の面よりも上側にあり、前記ガイド部材により前記第3の冷媒通路から前記第1の面の上側にガイドされた冷媒を前記ケース部材の外部に排出する冷媒排出路と、
    を有することを特徴とする蓄電装置。
  2. 前記第1の冷媒通路に配置されるスペーサ部材を有し、
    前記スペーサ部材は、前記第1の冷媒通路を流れる前記冷媒の流出側の端部に前記ガイド部材を有することを特徴とする請求項1に記載の蓄電装置。
  3. 記蓄電体の積層方向視において、前記冷媒排出路は、前記端子電極を挟んで前記ガイド部材の反対側の対応した領域に位置することを特徴とする請求項1又は2に記載の蓄電装置。
  4. 前記ガイド部材は、前記ケース部材の内面に沿って当接する当接部を有することを特徴とする請求項1乃至のうちいずれか一つに記載の蓄電装置。
  5. 記第2の冷媒通路を流れる冷媒を各前記第1の冷媒通路に分岐流入させるための分岐流入手段を有し、
    前記第2の冷媒通路の両側にそれぞれ、前記蓄電群が位置することを特徴とする請求項1乃至のうちいずれか一つに記載の蓄電装置。
  6. 前記ガイド部材は、少なくとも前記第2の冷媒通路の最も上流側に位置する前記第1の冷媒通路から流出する前記冷媒に当接することを特徴とする請求項に記載の蓄電装置。
  7. 請求項1乃至6のうちいずれか一つに記載の蓄電装置を搭載した車両。
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