JP5772244B2

JP5772244B2 - 蓄電装置

Info

Publication number: JP5772244B2
Application number: JP2011125455A
Authority: JP
Inventors: 英史大石
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2031-06-03
Also published as: WO2012165252A1; JP2012252911A

Description

本発明は、蓄電池モジュールを冷却するための冷却用媒体を流通させる冷媒体用流路と、蓄電池モジュールを加温するための加温用媒体を流通させる温媒体用流路と、を有する蓄電装置に関する。

従来、電気自動車などに搭載されて駆動源となる蓄電装置として、特許文献１の蓄電装置が知られている。特許文献１の蓄電装置には、蓄電装置が低温環境下や高温環境下で使用されることを考慮し、蓄電池の温度を適正範囲に維持するための温度調節機構が装備されている。そして、特許文献１では、温度調節機構として、蓄電池間に温度調節用の媒体を流通させる流路（特許文献１ではヒートパイプ）を配置している。

特開２００３−１９７２７７号公報

ところで、特許文献１では、温度調節用の媒体を流通させる流路が、冷却用と加温用で兼用されている。このため、特許文献１のように流路を兼用してしまうと、冷却状態から加温状態、又は加温状態から冷却状態への切換えに時間を要してしまう。そこで、冷却用の流路と加温用の流路を別構成として専用流路とすれば、時間的な問題は解消されると考えられる。しかしながら、専用流路とした場合には、その流路の配置次第で冷却範囲と加温範囲にムラが生じ、蓄電地の温度の均一化が図れない虞がある。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、蓄電池モジュールの温度調節を好適に行うことができる蓄電装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１及び請求項２に記載の発明は、所定の配設方向に沿って配置した複数の蓄電池モジュールと、前記蓄電池モジュールを冷却するための冷却用媒体を流通させる冷媒体用流路と、前記蓄電池モジュールを加温するための加温用媒体を流通させる温媒体用流路と、を備え、前記冷媒体用流路と前記温媒体用流路を、前記蓄電池モジュールの配設方向に交互に配置している。

これによれば、冷媒体用流路と温媒体用流路を専用流路としたことで、必要時に適正な流路に対して媒体を流通させれば良く、時間効率を向上させることができる。また、冷媒体用流路と温媒体用流路を蓄電池モジュールの配設方向に交互に配置することで、冷却用媒体による冷却作用、及び加温用媒体による加温作用を、各蓄電池モジュールに対して均一に付与することができる。したがって、蓄電池モジュールの温度調節を好適に行うことができる。

特に請求項１に記載の発明は、前記冷媒体用流路及び前記温媒体用流路は、それぞれ前記蓄電池モジュールの外方で折り返されることにより、複数回交互に配置されていることを要旨とする。
特に請求項２に記載の発明は、前記冷媒体用流路と前記温媒体用流路は、前記蓄電池モジュールの配設方向に直交する方向においても交互に配置されていることを要旨とする。

これによれば、冷媒体用流路と温媒体用流路を蓄電池モジュールの配設方向に直交する方向にも配置することで、各蓄電池モジュールに対して冷却作用及び加温作用を付与する領域を増加させることができ、温度調節をより好適に行うことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２において、前記冷媒体用流路と前記温媒体用流路は、前記蓄電池モジュール間に配置されていることを要旨とする。

これによれば、冷媒体用流路と温媒体用流路を蓄電池モジュール間に配置することで、１つの流路を流通する媒体によって複数の蓄電池モジュールを対象に冷却作用及び加温作用を付与することができる。したがって、流路構成を簡素化できる。

本発明によれば、蓄電池モジュールの温度調節を好適に行うことができる。

蓄電装置の平面図。図１のＡ−Ａ線断面図。図１の矢示Ｂ方向の正面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
蓄電装置１０には、複数の蓄電池（二次電池）を直列接続した棒状の蓄電池モジュール１１が、蓄電池モジュール１１の軸方向と直交する方向を配設方向として複数列（図１では、６列）配置されている。また、蓄電装置１０には、各蓄電池モジュール１１を冷却するための冷却用媒体を流通させる冷媒体用流路としての冷媒体用パイプ１２と、各蓄電池モジュール１１を加温するための加温用媒体を流通させる温媒体用流路としての温媒体用パイプ１３と、が設けられている。本実施形態では、冷却用媒体及び加温用媒体として、何れも液体状の媒体（液媒体）が用いられている。

複数の蓄電池モジュール１１は、図２に示すように、金属製をなす一対の支持部材１４ａ，１４ｂに挟持されているとともに、支持部材１４ａ，１４ｂ同士を接合することによって固定されている。これにより、各蓄電池モジュール１１は、配設方向に所定の間隔をあけた状態で、整列配置される。また、各蓄電池モジュール１１の両端には、端子板１５ａ，１５ｂが接続されている。そして、支持部材１４ａ，１４ｂと端子板１５ａ，１５ｂは、互いが接触し合わないように蓄電池モジュール１１の軸方向に間隔をあけて配置されている。また、複数の蓄電池モジュール１１のうち、所定数（本実施形態では３つ）の蓄電池モジュール１１の外周面には、蓄電池モジュール１１の温度を検出するための温度センサＳがそれぞれ装着されている。

以下、本実施形態の蓄電装置１０の構成について、特に冷媒体用パイプ１２と温媒体用パイプ１３の配置構成を中心に詳しく説明する。
蓄電装置１０には、各１本の冷媒体用パイプ１２と温媒体用パイプ１３が、蓄電池モジュール１１間を通るように、各支持部材１４ａ，１４ｂに配置されている。そして、冷媒体用パイプ１２と温媒体用パイプ１３は、図２に示すように、各支持部材１４ａ，１４ｂにおいて、蓄電池モジュール１１の配設方向（図２において左右方向）に交互に配置されている。つまり、冷媒体用パイプ１２は、各支持部材１４ａ，１４ｂにおいて、１つ分の蓄電池モジュール１１間を挟んで配置されている。同様に、温媒体用パイプ１３も、各支持部材１４ａ，１４ｂにおいて、１つ分の蓄電池モジュール１１間を挟んで配置されている。すなわち、本実施形態では、同一の蓄電池モジュール１１間に、蓄電池モジュール１１の配設方向と直交する方向に２つのパイプが配置されており、支持部材１４ａ及び支持部材１４ｂのそれぞれ、つまり前記配設方向に直交する方向においても、冷媒体用パイプ１２と温媒体用パイプ１３が前記配設方向に交互に配置されている。

そして、冷媒体用パイプ１２は、支持部材１４ａ側と支持部材１４ｂ側を順に通るとともに、その配置が１つの蓄電池モジュール１１間分ずれるように配置されている。同様に、温媒体用パイプ１３も、支持部材１４ａ側と支持部材１４ｂ側を順に通るとともに、その配置が１つの蓄電池モジュール１１間分ずれるように配置されている。すなわち、冷媒体用パイプ１２と温媒体用パイプ１３は、それぞれ一方の支持部材において配置されている蓄電池モジュール１１間には他方の支持部材において配置されておらず、他の支持部材には一方の支持部材において配置されていない蓄電池モジュール１１間に配置されている。これにより、冷媒体用パイプ１２と温媒体用パイプ１３は、同一の蓄電池モジュール１１間において異なる種類のパイプが、支持部材１４ａ側と支持部材１４ｂ側に配置されていることになる。例えば、図２において、最左方の蓄電池モジュール１１間では、支持部材１４ａ側に冷媒体用パイプ１２が配置されている一方で、支持部材１４ｂ側に温媒体用パイプ１３が配置されている。また、図２において、最左方の蓄電池モジュール１１間の右隣の蓄電池モジュール１１間では、支持部材１４ａ側に温媒体用パイプ１３が配置されている一方で、支持部材１４ｂ側に冷媒体用パイプ１２が配置されている。

本実施形態において冷媒体用パイプ１２と温媒体用パイプ１３は、同一形状とされている。そして、図２に示すように、冷媒体用パイプ１２と温媒体用パイプ１３は、隣り合う蓄電池モジュール１１において、両蓄電池モジュール１１からの離間距離が同距離（図中の「Ｘ」、「Ｙ」）となるように配置されている。なお、図中の「Ｘ」と「Ｙ」は同距離である。このため、同一の蓄電池モジュール１１間に配置される冷媒体用パイプ１２と温媒体用パイプ１３は、隣り合う蓄電池モジュール１１に対する離間距離が同距離となる。また、図２に示すように、冷媒体用パイプ１２と温媒体用パイプ１３は、蓄電池モジュール１１の配設方向において等間隔（図中の「Ｚ」）となるように配置されている。これにより、本実施形態の蓄電装置１０では、各蓄電池モジュール１１の中心を配設方向に結ぶ線分を中心とした場合に、同一の蓄電池モジュール１１間で配置されるパイプの種類は異なるが、パイプの位置については対象構造となっている。

また、冷媒体用パイプ１２と温媒体用パイプ１３は、各支持部材１４ａ，１４ｂに形成されたパイプ孔に挿通されている。そして、冷媒体用パイプ１２と温媒体用パイプ１３は、図３に示すように、端子板１５ｂ（１５ａ）の外方で折り返されることにより、一方の支持部材から他方の支持部材へ挿通されている。例えば、図３に示すように、温媒体用パイプ１３は、その上流側から見ると、支持部材１４ｂを通って端子板１５ａの外方で折り返されて支持部材１４ａに挿通されるとともに、支持部材１４ａから端子板１５ｂの外方で折り返されて支持部材１４ｂに挿通されている。

このように構成した本実施形態の蓄電装置１０は、車両（電気自動車など）に搭載される場合、図１に二点鎖線で図示するケース体Ｃに収容された状態とされる。そして、搭載時、冷媒体用パイプ１２は車両に装備されている冷却用媒体を生成する冷媒体生成機構に接続されるとともに、温媒体用パイプ１３は車両に装備されている加温用媒体を生成する温媒体生成機構に接続される。また、各温度センサＳは車両の制御コントローラに接続されるとともに、当該制御コントローラに対して蓄電池モジュール１１の温度情報を出力する。そして、制御コントローラは、温度情報から蓄電池モジュール１１を冷却する必要があると判断すると、冷媒体生成機構を介して冷媒体用パイプ１２に冷却用媒体を供給する一方で、温度情報から蓄電池モジュール１１を加温する必要があると判断すると、温媒体生成機構を介して温媒体用パイプ１３に加温用媒体を供給する。なお、冷却する必要がある場合とは主に蓄電池の使用時であり、加温する必要がある場合とは主に車両始動時である。また、蓄電装置１０は、車両に複数個搭載される。

次に、本実施形態の蓄電装置１０の作用を説明する。
本実施形態の蓄電装置１０では、蓄電池モジュール１１の冷却時に冷却用媒体を冷媒体用パイプ１２に流通させるとともに、蓄電池モジュール１１の加温時に加温用媒体を温媒体用パイプ１３に流通させる。すなわち、蓄電装置１０においては、冷却用媒体の流路と加温用媒体の流路を専用流路（独立流路）として配置していることから、冷却用媒体の流通と加温用媒体の流通とを効率的に切換えることが可能となる。

そして、蓄電池モジュール１１の冷却時には、蓄電池モジュール１１間にそれぞれ配置されている冷媒体用パイプ１２を流通する冷却用媒体によって各蓄電池モジュール１１が冷却される。一方、蓄電池モジュール１１の加温時には、蓄電池モジュール１１間にそれぞれ配置されている温媒体用パイプ１３を流通する加温用媒体によって各蓄電池モジュール１１が加温される。このとき、本実施形態の蓄電装置１０では、各支持部材１４ａ，１４ｂにおいて冷媒体用パイプ１２と温媒体用パイプ１３が交互に配置されているから、冷却時及び加温時の何れでも蓄電池モジュール１１の温度の均一化を図ることが可能となる。具体的に言えば、図２において、例えば、左から数えて１つ目と２つ目の蓄電池モジュール１１は、冷却時において支持部材１４ａ側に配置されている冷媒体用パイプ１２を流通する冷却用媒体によって冷却されるとともに、加温時において支持部材１４ｂ側に配置されている温媒体用パイプ１３を流通する加温用媒体によって加温される。

したがって、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）冷媒体用パイプ１２と温媒体用パイプ１３を専用流路とすることにより、蓄電池モジュール１１の冷却時には冷媒体用パイプ１２に冷却用媒体を流通させる一方で、蓄電池モジュール１１の加温時には温媒体用パイプ１３に加温用媒体を流通させることができる。すなわち、両流路を兼用流路とした場合には当該流路に流通させる媒体を切り換えるために時間を要するが、本実施形態のように専用流路とすれば必要時に適正な流路に対して媒体を流通させれば良く、時間効率を向上させることができる。その結果、蓄電池モジュール１１の温度調節を好適に行うことができる。

（２）また、兼用流路の場合には、加温から冷却又は冷却から加温への切り換えに際して、切り換え前に流通させていた媒体の影響を受けることになる。具体的に言えば、加温から冷却に切り換える場合、その流路は加温用媒体によって温められた状態とされているので、冷却用媒体を流通させても直ちにその効果を発揮し難い。しかし、本実施形態のように専用流路とした場合には、その流路に対して同じ媒体しか流通しないので、切り換え前に流通していた媒体の影響を受け難い。したがって、蓄電池モジュール１１の温度調節を好適に行うことができる。

（３）冷媒体用パイプ１２と温媒体用パイプ１３を蓄電池モジュール１１の配設方向に交互に配置することにより、冷却用媒体による冷却作用、及び加温用媒体による加温作用を、各蓄電池モジュール１１に対して均一に付与することができる。したがって、各蓄電池モジュール１１の温度の均一化を図ることができる。その結果、蓄電池モジュール１１の温度調節を好適に行うことができる。

（４）冷媒体用パイプ１２と温媒体用パイプ１３を、蓄電池モジュール１１の配設方向に直交する方向にも配置している。これにより、各蓄電池モジュール１１に対して冷却作用及び加温作用を付与する領域を増加させることができ、温度調節をより好適に行うことができる。

（５）そして、蓄電池モジュール１１の配設方向に直交する方向においても、冷媒体用パイプ１２と温媒体用パイプ１３を交互に配置することで、冷却作用及び加温作用を、各蓄電池モジュール１１に対して均一に付与することができる。

（６）また、同一の蓄電池モジュール１１間では、前記配設方向に直交する方向に異なる種類の媒体を流通させる流路を配置している。このため、流路の配置を簡素化できる。具体的に言えば、図２において、左から数えて一つ目及び二つ目の蓄電池モジュール１１には、冷却時、支持部材１４ａ側の冷媒体用パイプ１２を流通する冷却用媒体から冷却作用を付与する一方で、加温時、支持部材１４ｂ側の温媒体用パイプ１３を流通する加温用媒体から加温作用を付与することができる。つまり、蓄電池モジュール１１の配設方向において両隅に配置される蓄電池モジュール１１には、その外側に冷却用媒体又は加温用媒体を流通させる流路が存在していなくても、異なる種類の媒体が流通する流路によって冷却作用又は加温作用を付与することができる。

（７）冷媒体用パイプ１２と温媒体用パイプ１３を蓄電池モジュール１１間に配置することで、１つの流路を流通する媒体（冷却用媒体又は加温用媒体）によって複数の蓄電池モジュール１１を対象に冷却作用及び加温作用を付与することができる。したがって、流路構成を簡素化できる。

（８）本実施形態の蓄電装置１０を車両（電気自動車）に搭載した場合には、蓄電装置１０が上記（１）〜（７）の効果を奏することにより、蓄電池モジュール１１の長寿命化によるランニングコストの削減や、蓄電池モジュール１１の出力増加に伴う加速性能や最高速性能の向上を実現できる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 冷媒体用パイプ１２や温媒体用パイプ１３を、蓄電池モジュール１１間ではなく、１つの蓄電池モジュール１１に対応させて配置しても良い。これによれば、例えば、図２においては支持部材１４ａ，１４ｂに配置する流路の本数が５本から６本に増加するが、各流路による冷却作用や加温作用は１つの蓄電池モジュール１１に集中して作用することになる。

○ 蓄電池モジュール１１の配設方向において両隅に配置される蓄電池モジュール１１の外側にも流路を配置しても良い。
○ 同一の蓄電池モジュール１１間に配置する流路は、同一の媒体を流通させる流路としても良い。具体的に言えば、図２において、左から数えて１つ目と２つ目の蓄電池モジュール１１の間に、冷媒体用パイプ１２（又は温媒体用パイプ１３）のみを配置しても良い。この構成の場合は、蓄電池モジュール１１の配設方向において両隅に配置される蓄電池モジュール１１の外側にも流路を配置する。

○ 各流路の配置において、冷媒体用パイプ１２や温媒体用パイプ１３を独立させた構成としても良い。また、支持部材１４ａ側の冷媒体用パイプ１２と温媒体用パイプ１３をそれぞれ１本の流路とし、支持部材１４ｂ側の冷媒体用パイプ１２と温媒体用パイプ１３をそれぞれ１本の流路としても良い。

○ 冷却用媒体及び加温用媒体は、何れも気体状の媒体としても良い。また、冷却用媒体及び加温用媒体のうち、何れか一方の媒体を液体状の媒体とし、他方を気体状の媒体としても良い。

○ 支持部材１４ａ，１４ｂに配置する流路の形状や本数を異ならせても良い。また、支持部材１４ａ，１４ｂのうち、何れか一方の支持部材にのみ流路を配置しても良い。
○ 蓄電池モジュール１１は、１本の蓄電池から構成しても良い。また、蓄電池モジュール１１を構成する蓄電池は、円筒型電池や角型電池の何れでも良い。

○ 支持部材１４ａ，１４ｂを金属製に代えて樹脂製としても良い。樹脂製の支持部材とする場合は、その支持部材と端子板１５ａ，１５ｂの間に間隔をあけても良いし、支持部材と端子板１５ａ，１５ｂが接していても良い。

○ 温度センサＳを、全ての蓄電池モジュール１１に装着しても良い。また、蓄電装置１０を車両に搭載する場合において、温度センサＳに代えて、車両始動時には一義的に加温を行い、所定時間経過後に冷却を行うようにしても良い。また、蓄電装置１０を車両に搭載する場合において、温度センサＳの温度情報に代えて、外気温をもとに蓄電池モジュール１１の冷却又は加温を行うようにしても良い。

○ 蓄電装置１０をケース体Ｃに収容する場合、蓄電装置１０はボルトなどの締結具によってケース体Ｃに固定しても良いし、樹脂充填によってケース体Ｃに固定しても良い。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。

（イ）同一の蓄電池モジュール間には、蓄電池モジュールの配設方向に直交する方向に異なる種類の流路が配置されている蓄電装置。

（ロ）蓄電池モジュール間に配置されている流路は、隣り合う蓄電池モジュールからの離間距離が同一距離となるように配置されている蓄電装置。

１０…蓄電装置、１１…蓄電池モジュール、１２…冷媒体用流路としての冷媒体用パイプ、１３…温媒体用流路としての温媒体用パイプ。

Claims

所定の配設方向に沿って配置した複数の蓄電池モジュールと、
前記蓄電池モジュールを冷却するための冷却用媒体を流通させる冷媒体用流路と、
前記蓄電池モジュールを加温するための加温用媒体を流通させる温媒体用流路と、を備え、
前記冷媒体用流路と前記温媒体用流路を、前記蓄電池モジュールの配設方向に交互に配置し、
前記冷媒体用流路及び前記温媒体用流路は、それぞれ前記蓄電池モジュールの外方で折り返されることにより、複数回交互に配置されていることを特徴とする蓄電装置。
所定の配設方向に沿って配置した複数の蓄電池モジュールと、
前記蓄電池モジュールを冷却するための冷却用媒体を流通させる冷媒体用流路と、
前記蓄電池モジュールを加温するための加温用媒体を流通させる温媒体用流路と、を備え、
前記冷媒体用流路と前記温媒体用流路を、前記蓄電池モジュールの配設方向に交互に配置し、
前記冷媒体用流路と前記温媒体用流路は、前記蓄電池モジュールの配設方向に直交する方向においても交互に配置されていることを特徴とする蓄電装置。
前記冷媒体用流路と前記温媒体用流路は、前記蓄電池モジュール間に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。