JP6373103B2 - 蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、充電、放電が行われる蓄電装置に関する。

特許文献１には、複数のラミネート電池が積層してケース内に収容されたラミネート電池パックが開示されている。

上記ラミネート電池パックは、ケース内に冷却風通路が形成されており、外部から取り込まれる冷却風がラミネート電池の電極タブに導かれるようになっている。

特開２００８−２８２５４５号公報

しかしながら、このような従来の蓄電装置にあっては、冷却風が電極タブに導かれる構成のため、冷却風に含まれる塵埃などが電極タブに付着すると、結露時に漏電を起こす心配がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、漏電を防止できる蓄電装置の冷却構造を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、蓄電セルの充電、放電が行われる蓄電装置であって、蓄電セルは、電荷を蓄える蓄電体と、蓄電体を収容するセルケースと、蓄電体に電流を導く電極タブと、を備え、セルケースに結合されるセル枠体と、セルケースとセル枠体との間に設けられ、蓄電セルの熱をセルケースの外部に伝える伝熱体と、を備えたことを特徴とする蓄電装置が提供される。

上記態様によれば、蓄電体に発生する熱は、セルケースから伝熱体を通じてセルケースの外部に逃がされる。これにより、電極タブを外気に晒すことなく蓄電体を冷却することが可能となり、電極タブに塵埃などが堆積して漏電を起こすことを防止できる。

本発明の第１実施形態に係る蓄電セルの冷却構造を示す斜視図である。 図１のII−II線に沿う断面図である。 図１のIII−III線に沿う断面図である。 図１のIV−IV線に沿う断面図である。 蓄電装置を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る蓄電装置を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、蓄電セル３の冷却構造を示す斜視図である。蓄電装置１は、複数の蓄電セル３を備える。

まず、蓄電セル３の構成について説明する。蓄電セル３は、化学反応により充電及び放電を行う二次電池であり、リチウムイオン電池が用いられる。なお、蓄電セル３は、これに限らず、他の電池であってもよい。また、蓄電セル３は、静電容量により電荷を蓄えるキャパシタ（コンデンサ）であっても良い。

図２は、図１のII−II線に沿う蓄電セル３の断面図である。蓄電セル３は、電荷を蓄える蓄電体５と、蓄電体５を収容する袋状のセルケース６と、を備える。

蓄電体５は、複数の正極体及び負極体が積層され、電解液と共にセルケース６の中に収容される。

セルケース６の材料となるラミネート材は、金属箔（アルミニウム箔）の中間層と、これを挟む樹脂の表層との３層以上の多層構造をもつ。

セルケース６は、蓄電体５と電解液を収容する四角形の袋状をした袋部７と、ラミネート材の端部を張り合わせた端部８とを有する。端部８は、ラミネート材の端部を溶着によって張り合わせて形成され、袋部７のまわりからフランジ状に突出する。

蓄電体５の左右端部から一対の電極タブ９が延設される。一方の電極タブ９（正極端子）の基端部は、蓄電体５の正極体に接続されている。他方の電極タブ９（負極端子）の基端部は、蓄電体５の負極体に接続されている。各電極タブ９の先端部は、セルケース６の端部８からセルケース６の外側に突出して図示しない電源回路に接続される。蓄電セル３は、電源回路の作動によって各電極タブ９を介して充電、放電が行われる。

蓄電装置１は、複数の蓄電セル３がセル枠体１０を介して積層される。蓄電セル３の積層方向について、蓄電セル３の両側には、一対のセル枠体１０が設けられる。

セル枠体１０は、セルケース６の袋部７を囲むように四角形の枠状に形成される。セル枠体１０は、セルケース６の端部８の左辺に沿って形成される左辺部１１と、セルケース６の端部８の右辺に沿って形成される右辺部１２と、セルケース６の端部８の上辺に沿って形成される上辺部１３と、セルケース６の端部８の下辺に沿って形成される下辺部１４と、を有する。

蓄電セル３の積層方向について、左辺部１１及び右辺部１２の厚さは、上辺部１３及び下辺部１４の厚さより大きく形成される。薄板状の上辺部１３には１つの凸部１３Ａが形成される。同じく薄板状の下辺部１４には２つの凸部１４Ａが形成される。凸部１３Ａ、凸部１４Ａは、蓄電セル３の積層方向について、左辺部１１及び右辺部１２と同等の厚さを有する。蓄電セル３が積層された状態で、隣り合うセル枠体１０の左辺部１１同士、右辺部１２同士、凸部１３Ａ同士、凸部１４Ａ同士が、互いに並んで接触するようになっている。

セルケース６の端部８の４隅には、ケース孔１８が形成される。セル枠体１０の４隅には枠体孔１５が形成され、各枠体孔１５には筒状のスペーサ１６が挿入される。複数の蓄電セル３とセル枠体１０とは、互いに積層された状態で、各ケース孔１８及びスペーサ１６に挿入される４本のボルト１９を介して締結される（図５参照）。これにより、蓄電セル３は、セルケース６の端部８が一対のセル枠体１０の間に挟まれることで保持される。

蓄電装置１は、各蓄電セル３を冷却する冷却構造を有する。以下、蓄電セル３の冷却構造について説明する。

蓄電装置１は、セルケース６の端部８とセル枠体１０との間に伝熱体２０を備える。伝熱体２０は、セル枠体１０に比べて熱伝導性が高いゲル（ＧＥＬ）からなり、例えばアクリル樹脂が用いられる。

伝熱体２０は、セル枠体１０の表面に塗布されることによって層状に形成される。こうして、セル枠体１０と伝熱体２０とが一体となる枠体アッシ１７が設けられる。

蓄電装置１は、一対の枠体アッシ１７がセルケース６の両側に結合される。セル枠体１０とセルケース６とは、超音波接合によって結合する。なお、これに限らず、両者はレーザ溶着によって結合してもよい。また、両者は接着剤を介して結合してもよい。また、両者は前記ボルト１９の締結によって結合してもよい。

セルケース６とセル枠体１０とが結合することにより、セルケース６がセル枠体１０に対してズレることが抑えられる。これにより、ラミネート材の樹脂の表層が摩耗することが防止され、セルケース６の絶縁性が維持される。

伝熱体２０は、セル枠体１０とセルケース６の端部８との間に挟まれる状態で、セルケース６の端部８に密着する。

図３は、図１のIII−III線に沿うセル枠体１０の左辺部１１及び伝熱体２０の断面図である。図４は、図１のIV−IV線に沿うセル枠体１０の下辺部１４及び伝熱体２０の断面図である。伝熱体２０は、セルケース６の端部８に接触する吸熱部２１と、セルケース６の外部に面する放熱部２２と、を有する。吸熱部２１と放熱部２２とは、互いに連接して形成される。

セル枠体１０は、セルケース６の端部８に対峙する四角形の対峙面１０Ａを有する。伝熱体２０の吸熱部２１は、セル枠体１０の対峙面１０Ａに沿って形成される。

図２に示すように、電極タブ９は、セルケース６の端部８を貫通する貫通部９Ａを有する。伝熱体２０の吸熱部２１は、セルケース６の端部８を介して電極タブ９の貫通部９Ａに対峙する電極タブ吸熱部２１Ａを有する。電極タブ吸熱部２１Ａは、吸熱部２１の一部として形成される。

放熱部２２は、セル枠体１０のセルケース６の端部８に対峙しない非対峙面（下面）１０Ｂに沿って形成され、セルケース６の外部に面する。放熱部２２には、図５に示す放熱器３０が接触するようになっている。

図５は、蓄電装置１を示す斜視図である。蓄電装置１は、複数の蓄電セル３からなる蓄電モジュール２と、蓄電モジュール２の放熱を促す放熱器３０と、を備える。

蓄電モジュール２は、両端に設けられる一対のプレート２５、２６の間に複数の蓄電セル３がセル枠体１０を介して積層され、これらの隅部を貫通する４本のボルト１９を介して締結される。各蓄電セル３は、各ボルト１９の引張力によりその積層方向について互いに押圧される。

蓄電モジュール２の下面には、各伝熱体２０の放熱部２２が露出しており、放熱部２２に接触するようにして放熱器３０が取り付けられる。

放熱器３０は、伝熱体２０の放熱部２２に接触するヒートシンク部３１と、ヒートシンク部３１から突出する複数の放熱フィン部３２と、を有する。ヒートシンク部３１は、蓄電モジュール２の下面に沿って延びる四角形の平板状に形成される。放熱フィン部３２は、ヒートシンク部３１から下方に突出して直線状に延びるリブ状に形成される。放熱器３０は、アルミ材や銅材などの熱伝導率が高い金属板が用いられる。

放熱フィン部３２は、上述した構成に限らず、金属板を波状に折り曲げたコルゲートフィンを用いてもよい。また、放熱フィン部３２は、金属板に切り込みを形成したスリットフィンを用いてもよい。また、放熱フィン部３２は、金属板を波状に折り曲げ、波状の部位が互いにオフセットして並ぶオフセットフィンを用いてもよい。

蓄電装置１は、放熱器３０に送風する図示しないブロアファンを備える。蓄電装置１では、ブロアファンによる送風が、図５に矢印で示すように、放熱フィン部３２に当たるようになっている。

なお、車両に搭載される蓄電装置１にあっては、上述した構成に限らず、車両の走行風が放熱フィン部３２に当たるようにしてもよい。

蓄電装置１では、電源回路の作動によって各蓄電セル３の充電、放電が行われる。これに伴って蓄電体５及び電極タブ９に生じる熱は、セルケース６の端部８から伝熱体２０の吸熱部２１に吸収される。伝熱体２０において、吸熱部２１から放熱部２２へと伝えられる熱が放熱部２２から放熱器３０のヒートシンク部３１へと逃がされる。放熱器３０において、ヒートシンク部３１から放熱フィン部３２へと伝えられる熱が放熱フィン部３２に導かれる外気へと逃がされる。

なお、蓄電装置１は、放熱器３０を備えずに、伝熱体２０の放熱部２２に外気が導かれる構成としてもよい。その場合には、伝熱体２０において、吸熱部２１の熱が放熱部２２から外気へと逃がされる。

次に、第１実施形態の作用効果について説明する。

本実施形態によれば、セルケース６とセル枠体１０との間に伝熱体２０を備える蓄電セル３の冷却構造が提供される。蓄電体５に発生する熱は、セルケース６から伝熱体２０を通じてセルケース６の外部に逃がされる。これにより、電極タブ９を外気に晒すことなく蓄電体５を冷却することが可能となり、電極タブ９に塵埃などが堆積して漏電を起こすことを防止できる。さらに、蓄電セル３の冷却が伝熱体２０を介して有効に行われるため、蓄電セル３が過熱されることを抑えられ、蓄電セル３の耐久性を高められる。

また、伝熱体２０は、セルケース６に接触する吸熱部２１と、セルケース６の外部に面する放熱部２２と、を備える。蓄電セル３に発生する熱はセルケース６から吸熱部２１に吸収され、吸熱部２１の熱は放熱部２２からセルケース６の外部に逃がされる。こうして、蓄電セル３の放熱が放熱部２２を介して有効に行われるため、放熱部２２を伝熱体２０の片側（下面側）のみに設けて、蓄電装置１の小型化が図れる。

なお、上述した構成に限らず、伝熱体２０の放熱部２２を伝熱体２０の両側（上面側と下面側）に設けて、蓄電セル３の放熱を促すようにしてもよい。

また、吸熱部２１は、セルケース６を介して電極タブ９に対峙する電極タブ吸熱部２１Ａを有する。蓄電体５及び電極タブ９に発生する熱は、電極タブ９からセルケース６を通じて電極タブ吸熱部２１Ａに吸収され、蓄電セル３の冷却が有効に行われる。

また、伝熱体２０がセル枠体１０の表面に沿って層状に形成され、伝熱体２０とセル枠体１０が一体となる枠体アッシ１７が設けられる。枠体アッシ１７をセルケース６に結合することにより、伝熱体２０をセルケース６の端部８に沿って精度よく配置することができる。これにより、伝熱体２０をセルケース６の表面に沿って層状に形成する場合に比べて、伝熱体２０の使用量を減らし、製品のコストダウンが図れる。

また、本実施形態によれば、伝熱体２０に接触し、伝熱体２０の熱を外気に逃がす放熱器３０を備える蓄電モジュール２の冷却構造が提供される。蓄電モジュール２に発生する熱は、伝熱体２０を通じて放熱器３０から外気に逃がされ、蓄電モジュール２の冷却が有効に行われる。

＜第２実施形態＞
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。以下では、上記第１実施形態と異なる点を中心に説明し、上記第１実施形態の蓄電装置と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

上記第１実施形態に係る蓄電装置１は、蓄電モジュール２の熱を外気に放出する放熱器３０を備えている。これに対して、第２実施形態に係る蓄電装置１００は、蓄電モジュール２の熱を図示しない冷却回路を循環する媒体に放出する熱交換器４０を備える。

冷却回路には、媒体を送る図示しない冷却ポンプと、媒体の熱を外気に逃がす図示しないラジエータと、蓄電モジュール２に取り付けられる熱交換器４０と、が設けられる。

熱交換器４０は、図６に矢印で示すように媒体が流入する筒状のタンク４１（入口管）と、タンク４１から導かれる媒体が循環する熱交換部４２（ウォータジャケット）と、熱交換部４２から出た媒体を図６に矢印で示すように流出させるタンク４３（出口管）と、を備える。

熱交換器４０は、熱交換部４２が蓄電モジュール２の下面に臨む各伝熱体２０の放熱部２２に接触するように設けられる。熱交換器４０の熱交換部４２を循環する媒体と各伝熱体２０の放熱部２２との間で熱交換が行われる。

媒体として冷却水が用いられるが、これに限らず、媒体として他の流体を用いてもよい。また、車両の空調装置を循環するガスが熱交換器４０に導かれる構成としてもよい。

また、蓄電装置１００の作動状態に応じて熱交換器４０に高温の媒体を循環させ、媒体の放熱によって蓄電モジュール２をすばやく温める構成としてもよい。

本実施形態によれば、伝熱体２０と熱交換する媒体を循環させる熱交換器４０を備える蓄電モジュール２の温度調整構造が提供される。熱交換器４０にはラジエータを通過して温度が調整された媒体が流入するため、熱交換器４０によって蓄電モジュール２の温度が有効に調整される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

本発明は、車両に搭載される蓄電装置として好適であるが、車両以外に使用される蓄電装置にも適応できる。

１、１００ 蓄電装置
２ 蓄電モジュール
３ 蓄電セル
５ 蓄電体
６ セルケース
９ 電極タブ
１０ セル枠体
２０ 伝熱体
２１ 吸熱部
２１Ａ 電極タブ吸熱部
２２ 放熱部
３０ 放熱器
４０ 熱交換器

Claims (4)

1. 蓄電セルの充電、放電が行われる蓄電装置であって、
   前記蓄電セルは、
   電荷を蓄える蓄電体と、
   前記蓄電体を収容するセルケースと、
   前記蓄電体に電流を導く電極タブと、を備え、
   前記セルケースに結合されるセル枠体と、
   前記セルケースと前記セル枠体との間に設けられ、前記蓄電セルの熱を前記セルケースの外部に伝える伝熱体と、
   を備え、
   前記伝熱体は、
   前記セルケースに接触する吸熱部と、
   前記セルケースの外部に面する放熱部と、を備え、
   前記吸熱部は、前記セルケースを介して前記電極タブに対峙する電極タブ吸熱部を有することを特徴とする蓄電装置。
2. 請求項１に記載の蓄電装置であって、
   前記伝熱体は、前記セル枠体の表面に沿って形成されることを特徴とする蓄電装置。
3. 請求項１又は２に記載の前記蓄電セルを積層した蓄電モジュールを備える蓄電装置であって、
   前記伝熱体の熱を外気に逃がす放熱器を備えることを特徴とする蓄電装置。
4. 請求項１又は２に記載の前記蓄電セルを積層した蓄電モジュールを備える蓄電装置であって、
   前記伝熱体と熱交換する媒体を循環させる熱交換器を備えることを特徴とする蓄電装置。

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