WO2012165252A1

WO2012165252A1 - 蓄電装置

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Publication number: WO2012165252A1
Application number: PCT/JP2012/063158
Authority: WO
Inventors: 英史大石
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2012-12-06
Anticipated expiration: 2013-12-03
Also published as: JP5772244B2; JP2012252911A

Abstract

　蓄電装置は、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を備える。該蓄電装置は、該蓄電池モジュールを冷却するための冷却媒体を流通させる冷却媒体流路と、該蓄電池モジュールを加温するための加温媒体を流通させる加温媒体流路と、をさらに備える。該冷却媒体流路及び該加温媒体流路は、該蓄電池モジュールの配設方向に交互に配置されている。

Description

蓄電装置

　本発明は、蓄電池モジュールと、該蓄電池モジュールを冷却するための冷却媒体を流通させる冷却媒体流路と、該蓄電池モジュールを加温するための加温媒体を流通させる加温媒体流路と、を有する蓄電装置に関する。

　従来では、電気自動車などに搭載されて駆動源となる蓄電装置が知られている。特許文献１に記載の蓄電装置には、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、蓄電装置の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。特許文献１では、蓄電池同士の間には、特許文献１においてヒートパイプと呼ばれているところの、温度調節用の媒体を流通させる流路が温度調節機構として配置されている。

特開２００３－１９７２７７号公報

　特許文献１では、温度調節用の媒体を流通させる流路が、冷却用の流路と加温用の流路とに兼用されている。このため、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とを別としてそれぞれ専用流路とすれば、切換え時間の問題は解消されると考えられる。しかしながら、冷却用の流路と加温用の流路とを別としてそれぞれ専用流路とした場合には、それらの流路の配置次第で冷却範囲と加温範囲とにムラが生じ、蓄電池の温度の均一化が図れない虞がある。

　本発明の目的は、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。

　上記目的を達成するため、本発明の一態様では、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を備える蓄電装置を提供する。該蓄電装置は、前記蓄電池モジュールを冷却するための冷却媒体を流通させる冷却媒体流路と、前記蓄電池モジュールを加温するための加温媒体を流通させる加温媒体流路と、をさらに備える。前記冷却媒体流路及び前記加温媒体流路は、前記蓄電池モジュールの配設方向に交互に配置されている。

蓄電装置の平面図。図１の２－２線に沿った断面図。図１の矢印３に沿った方向から見た正面図。

　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、直列に接続された複数の蓄電池、すなわち二次電池、から形成される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。蓄電装置１０は、各蓄電池モジュール１１を冷却するための冷却媒体を流通させる冷却媒体流路としての冷却媒体パイプ１２と、各蓄電池モジュール１１を加温するための加温媒体を流通させる加温媒体流路としての加温媒体パイプ１３とを備える。本実施形態では、冷却媒体及び加温媒体として、何れも液体状の媒体が用いられている。

　図２に示すように、金属製の一対の支持部材１４ａ，１４ｂは複数の蓄電池モジュール１１を挟持するとともに、該複数の蓄電池モジュール１１を固定するべく互いに接合されている。これにより、複数の蓄電池モジュール１１は、配設方向（図２において左右方向）に所定の間隔をあけた状態で、整列配置される。各蓄電池モジュール１１の軸方向両端には、端子板１５ａ，１５ｂが接続されている。端子板１５ａ，１５ｂは、支持部材１４ａ，１４ｂに接触しないように蓄電池モジュール１１の軸方向に支持部材１４ａ，１４ｂから間隔をあけて配置されている。図１に示すように、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について、特に冷却媒体パイプ１２および加温媒体パイプ１３の配置を中心に詳しく説明する。

　図２に示すように、蓄電装置１０は、１本の冷却媒体パイプ１２と１本の加温媒体パイプ１３とを備える。冷却媒体パイプ１２及び加温媒体パイプ１３の各々は、蓄電池モジュール１１同士の間に対応するように、各支持部材１４ａ，１４ｂに配置されている。すなわち、冷却媒体パイプ１２及び加温媒体パイプ１３の各々は、蓄電池モジュール１１の軸方向（長手方向）に沿って延びる複数の第１の部分１２ａ，１３ａを有し、それら第１の部分１２ａ，１３ａが第２の部分１２ｂ，１３ｂによって連結されることにより、各パイプ１２，１３は蓄電池モジュール１１を挟んで蛇行するように延びている。冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａと加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａとは、各支持部材１４ａ，１４ｂにおいて、蓄電池モジュール１１の配設方向に交互に配置されている。つまり、冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａは、各支持部材１４ａ，１４ｂにおいて、蓄電池モジュール１１同士の間の間隙１つを挟んで配置されている。同様に、加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａは、各支持部材１４ａ，１４ｂにおいて、蓄電池モジュール１１同士の間の間隙１つを挟んで配置されている。

　冷却媒体パイプ１２は、支持部材１４ａ及び支持部材１４ｂを順に通るように蓄電池モジュール１１の周辺に配置されている。冷却媒体パイプ１２は、各支持部材１４ａ，１４ｂにおける隣接する冷却媒体パイプ１２の部分同士が、蓄電池モジュール１１の配設方向において、隣り合う一対の蓄電池モジュール１１の配列間隔の２倍ずつずれるように配置されている。同様に、加温媒体パイプ１３は、支持部材１４ａ及び支持部材１４ｂを順に通るように蓄電池モジュール１１の周辺に配置されている。加温媒体パイプ１３は、各支持部材１４ａ，１４ｂにおける隣接する加温媒体パイプ１３の部分同士が、前記配設方向において、隣り合う一対の蓄電池モジュール１１の配列間隔の２倍ずつずれるように配置されている。すなわち、支持部材１４ａ，１４ｂのうちの第１の支持部材について、冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａが、蓄電池モジュール１１の配設方向において、隣り合う一対の蓄電池モジュール１１同士の間に配置されている場合、第２の支持部材には冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａではなく加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａが配置される。同様に、支持部材１４ａ，１４ｂのうちの第１の支持部材について、加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａが、蓄電池モジュール１１の配設方向において、隣り合う一対の蓄電池モジュール１１同士の間に配置されている場合、第２の支持部材には加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａではなく冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａが配置される。これにより、冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａと加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａとは、隣り合う一対の蓄電池モジュール１１同士の間に異なる種類のパイプが配置されるように、支持部材１４ａ，１４ｂに配置される。例えば、図２において、前記配設方向において最左方の一対の蓄電池モジュール１１、すなわち、左から第１番目及び第２番目の蓄電池モジュール１１については、冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａと加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａとが該一対の蓄電池モジュール１１同士の間に配置されるとともに、冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａが支持部材１４ａに配置されている一方で、加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａが支持部材１４ｂに配置されている。また、図２において、最左方の一対の蓄電池モジュール１１の右隣の一対の蓄電池モジュール１１、すなわち、左から第２番目及び第３番目の蓄電池モジュール１１については、支持部材１４ａに加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａが配置されている一方で、支持部材１４ｂに冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａが配置されている。

　本実施形態において冷却媒体パイプ１２と加温媒体パイプ１３とは、同一形状とされている。図２に示すように、冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａと加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａとは、隣り合う一対の蓄電池モジュール１１同士の間に配置されている。第１の部分１２ａ，１３ａは、各蓄電池モジュール１１からの離間距離、すなわち図中のＸ、Ｙ、が同一であるように配置されている。なお、図中のＸ及びＹは等しい。図２に示すように、冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａと加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａとは、蓄電池モジュール１１の配設方向において所定の間隔、すなわち図中のＺをあけて配置されている。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軸線とした場合に、隣り合う蓄電池モジュール１１同士の間を通り蓄電池モジュール１１の配設方向に垂直な平面に配置されるパイプの種類は異なるが、パイプの位置は前記中心軸線について対称である。冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａおよび加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａは、蓄電池モジュール１１の配設方向に沿って同蓄電池モジュール１１の列を挟んでそれぞれ千鳥状に配列されている。冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａと加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａとは、蓄電池モジュール１１の列を挟んで対称に配置されている。

　冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａと加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａとは、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。冷却媒体パイプ１２と加温媒体パイプ１３とは、蓄電池モジュール１１の軸方向において端子板１５ａ，１５ｂより外側で折り返されることにより、支持部材１４ａ，１４ｂのうちの一方から支持部材１４ａ，１４ｂのうちの他方へ挿通されている。例えば、図３に示すように、加温媒体パイプ１３は、その上流側から見ると、支持部材１４ｂを通って蓄電池モジュール１１の軸方向において端子板１５ａより外側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から蓄電池モジュール１１の軸方向において端子板１５ｂより外側で折り返されて支持部材１４ｂに挿通されている。

　本実施形態の蓄電装置１０は、電気自動車などの車両に搭載される場合、図１に二点鎖線によって示すケース体Ｃに収容される。該車両には、冷却媒体を生成する冷却媒体生成機構と、加温媒体を生成する加温媒体生成機構とが装備されている。搭載時、冷却媒体パイプ１２は該冷却媒体生成機構に接続されるとともに、加温媒体パイプ１３は該加温媒体生成機構に接続される。前記各温度センサ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対応する蓄電池モジュール１１の温度情報を出力する。制御コントローラは、該温度情報に基づき蓄電池モジュール１１を冷却する必要があると判断すると、冷却媒体生成機構を介して冷却媒体パイプ１２に冷却媒体を供給する。また、制御コントローラは、前記温度情報に基づき蓄電池モジュール１１を加温する必要があると判断すると、加温媒体生成機構を介して加温媒体パイプ１３に加温媒体を供給する。なお、蓄電池モジュール１１を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、蓄電池モジュール１１を加温する必要がある場合とは主に車両始動時である。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の冷却時に冷却媒体が冷却媒体パイプ１２を流通するとともに、蓄電池モジュール１１の加温時に加温媒体が加温媒体パイプ１３を流通する。すなわち、蓄電装置１０においては、冷却媒体の流路と加温媒体の流路とがそれぞれ専用流路、すなわち独立流路、として配置されている。このため、冷却媒体の流通と加温媒体の流通とを効率的に切換えることが可能となる。

　蓄電池モジュール１１の冷却時には、蓄電池モジュール１１同士の間にそれぞれ配置されている冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａを冷却媒体が流通し、これ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同士の間にそれぞれ配置されている加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａを加温媒体が流通し、これ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において冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａと加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａとが前記配設方向に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。例えば、図２において、左から第１番目及び第２番目の蓄電池モジュール１１は、冷却時において支持部材１４ａに配置されている冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａを流通する冷却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に配置されている加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａを流通する加温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、以下に示す利点を得ることができる。

　（１）冷却媒体パイプ１２と加温媒体パイプ１３とを専用流路とすることにより、蓄電池モジュール１１の冷却時には冷却媒体パイプ１２に冷却媒体を流通させる一方で、蓄電池モジュール１１の加温時には加温媒体パイプ１３に加温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よく、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）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、その流路は加温媒体によって温められた状態とされているので、冷却媒体を流通させても直ちにその冷却効果を発揮し難い。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種類の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低減できる。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）冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａと加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａと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、冷却媒体による冷却作用、及び加温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）冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａと加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａとを、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。すなわち、冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａと加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａとは、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、蓄電池モジュール１１の列を挟んで互いに対向するように配置されている。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）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、冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａと加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａと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）隣り合う一対の蓄電池モジュール１１同士の間の間隙に対応し、蓄電池モジュール１１の配設方向に直交する方向に離間して配置される一対の流路は、互いに異なる種類の媒体を流通させる流路である。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、左から第１番目及び第２番目の蓄電池モジュール１１については、冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａを支持部材１４ａに配置するとともに、加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａを支持部材１４ｂに配置する。冷却時、冷却媒体パイプ１２を流通する冷却媒体は蓄電池モジュール１１に冷却作用を付与する一方で、加温時、加温媒体パイプ１３を流通する加温媒体は蓄電池モジュール１１に加温作用を付与することができる。つまり、蓄電装置１０における蓄電池モジュール１１の配設方向の両端に配置される蓄電池モジュール１１には、その配設方向外側に冷却媒体又は加温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前記一対の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）冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａと加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａとを隣り合う一対の蓄電池モジュール１１同士の間に配置することで、１つの流路を流通する媒体（冷却媒体又は加温媒体）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を電気自動車などの車両に搭載した場合には、蓄電装置１０が上記（１）～（７）の利点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の出力増加に伴う車両の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。

　○　冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａ及び加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａのうちの少なくとも一方を、蓄電池モジュール１１同士の間ではなく、１つの蓄電池モジュール１１に対応させて配置してもよい。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に集中することになる。

　○　蓄電装置１０における蓄電池モジュール１１の配設方向の両端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よい。

　○　隣り合う一対の蓄電池モジュール１１同士の間に配置される流路は、同一の種類の媒体を流通させる流路としてもよい。具体的に言えば、図２において、左から第１番目及び第２番目の蓄電池モジュール１１の間に、一対の冷却媒体パイプ１２の第１の部分１２ａ（又は加温媒体パイプ１３の第１の部分１３ａ）のみを配置してもよい。この場合、蓄電装置１０における蓄電池モジュール１１の配設方向の両端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、冷却媒体パイプ１２や加温媒体パイプ１３を独立させた構成としてもよい。さらにまた、支持部材１４ａに配置される冷却媒体パイプ１２と加温媒体パイプ１３をそれぞれ１本の流路とし、支持部材１４ｂに配置される冷却媒体パイプ１２と加温媒体パイプ１３をそれぞれ１本の流路としてもよい。すなわち、支持部材１４ａ，１４ｂに別個の冷却媒体パイプ１２が配置されてもよく、同様に、支持部材１４ａ，１４ｂに別個の加温媒体パイプ１３が配置されてもよい。

　○　冷却媒体及び加温媒体は、何れも気体状の媒体としてもよい。また、冷却媒体及び加温媒体のうち、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よい。

　○　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よい。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よい。

　○　蓄電池モジュール１１は、１本の蓄電池のみを備えてもよい。また、蓄電池モジュール１１を構成する蓄電池は、円筒型電池及び角型電池の何れでもよい。

　○　支持部材１４ａ，１４ｂを金属製に代えて樹脂製としてもよい。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との間に間隔をあけてもよいし、支持部材と端子板１５ａ，１５ｂが接していてもよい。

　○　温度センサＳを、全ての蓄電池モジュール１１に装着してもよい。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から出力される温度情報に基づく制御に代えて、車両始動時には一義的に加温が行なわれ、所定時間経過後に冷却が行なわれるようにしてもよい。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から出力される温度情報に代えて、外気温に基づき蓄電池モジュール１１の冷却又は加温を行うようにしてもよい。

　○　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に固定してもよいし、樹脂充填によってケース体Ｃに固定してもよい。

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媒体を流通させる冷却媒体流路と、
　前記蓄電池モジュールを加温するための加温媒体を流通させる加温媒体流路と、を備え、
　前記冷却媒体流路及び前記加温媒体流路は、前記蓄電池モジュールの配設方向に交互に配置されている蓄電装置。
　前記冷却媒体流路と前記加温媒体流路とは、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請求項１に記載の蓄電装置。
　前記冷却媒体流路と前記加温媒体流路とは、前記蓄電池モジュールの配設方向において、隣り合う一対の蓄電池モジュール同士の間に配置されている請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。
　前記冷却媒体流路と前記加温媒体流路は、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、蓄電池モジュールの列を挟んで互いに対向するように配置されている請求項１～請求項３のうち何れか一項に記載の蓄電装置。
　前記冷却媒体流路は、前記蓄電池モジュールの配設方向において、隣り合う一対の蓄電池モジュール同士の間に配置されているとともに、同隣り合う一対の蓄電池モジュールそれぞれからの離間距離が同一であるように配置されている請求項１～請求項４のうち何れか一項に記載の蓄電装置。
　前記加温媒体流路は、前記蓄電池モジュールの配設方向において、隣り合う一対の蓄電池モジュール同士の間に配置されているとともに、同隣り合う一対の蓄電池モジュールそれぞれからの離間距離が同一であるように配置されている請求項１～請求項５のうち何れか一項に記載の蓄電装置。
　前記冷却媒体流路は複数であって、前記蓄電池モジュールの配設方向に沿って同蓄電池モジュールの列を挟んで千鳥状に配列され、
　前記加温媒体流路は複数であって、前記蓄電池モジュールの配設方向に沿って同蓄電池モジュールの列を挟んで千鳥状に配列され、
　前記冷却媒体流路と前記加温媒体流路とは、蓄電池モジュールの列を挟んで対称に配置される、請求項１～請求項６のうち何れか一項に記載の蓄電装置。