JP7028090B2 - 蓄電装置 - Google Patents

Description

本開示は、蓄電モジュールを冷却可能な蓄電装置に関する。

従来、蓄電モジュールを冷却可能な蓄電装置が各種提案されている。たとえば、米国特許出願公開第２０１５／００４４５４０号明細書（特許文献１）に開示された蓄電装置においては、蓄電モジュールの下方に配置された直線状の冷却ラインが、押圧部材によって蓄電モジュールに向けて押圧されている。

米国特許出願公開第２０１５／００４４５４０号明細書

一方向に配列された複数の蓄電セルを拘束バンド等によって拘束することにより蓄電モジュールを形成した場合には、いくらかの蓄電セルが高さ方向にずれる場合がある。この場合には、高さ方向にずれた蓄電セルとこれと隣り合う蓄電セルとの間に段差が形成される。

冷却ラインが直線状に延びる形状である場合には、冷却ラインの変形の自由度が低く、上記段差に追従するように冷却ラインを変形させることが困難である。このような場合には、一部の蓄電セルと冷却ラインとの熱接触が不十分となり、冷却性能が低下する。このため、冷却ラインの変形の自由度を高めるために、冷却ラインを蛇行させることが考えられる。

しかしながら、冷却ラインを蛇行させた場合には、冷媒流路の長さが長くなるため、冷却ラインを流れる冷媒の量が増加する。この場合には、冷媒の増加に伴い、冷媒を貯留するためにレシーバ、アキュームレータ、およびマフラー等の機器を設ける場合があり、製造コストが増加する。

本開示は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本開示の目的は、冷媒量の増加を抑制しつつ、冷却性能を向上させることができる蓄電装置を提供することにある。

本開示の蓄電装置は、第１方向に配列された複数の蓄電セルを含み、上記第１方向に直交する第２方向に互いに対向する一対の面を有する蓄電モジュールと、上記一対の面の少なくとも一方を冷却する冷却機構と、を備える。上記冷却機構は、上記第１方向に沿って延びるように設けられた冷媒流路と、上記一対の面の少なくとも一方に当接するヒートパイプとを含む。上記ヒートパイプは、上記第１方向に沿って連続して延びる幹部と、上記幹部から分岐して上記第１方向および上記第２方向に直交する第３方向に向けて延びる複数の枝部を含む櫛歯形状を有する。上記複数の枝部は、上記一対の面の少なくとも一方に当接するとともに、上記冷媒流路に当接する。

上記の構成によれば、ヒートパイプは櫛歯形状を有するため、櫛歯を構成する複数の枝部の変形の自由度が高くなる。このため、複数の枝部の各々を蓄電モジュールの側面に容易に接触させることができる。これにより、複数の枝部は、蓄電モジュールから熱を確実に奪うことができる。さらに、複数の枝部が冷媒流路に当接することにより、蓄電モジュールからの熱によって気化したヒートパイプ内の作動液を冷却して液化することができる。これにより、蓄電モジュールを繰り返し冷却できる。

このように、複数の枝部の各々を蓄電モジュールの側面に接触させることにより、蓄電モジュールを確実に冷却させることができ、冷却性能を向上させることができる。

また、冷媒流路は、第１方向に沿って延びるように設けられているため、冷媒流路を蛇行させたり、はしご形状に形成したりする場合と比較して、冷媒流路長が増加することを抑制することができる。このように、冷媒流路長の増加を抑制しつつ、ヒートパイプ内の作動液を冷媒流路によって冷却することにより、冷却システムの冷媒量が増加することを抑制することができる。

本開示によれば、冷媒量の増加を抑制しつつ、冷却性能を向上させることができる蓄電装置を提供することができる。

実施の形態に係る蓄電装置を搭載した車両の模式図である。 実施の形態に係る蓄電装置の断面図である。 実施の形態に係るヒートパイプを示す図である。 図２に示すＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。

以下、本開示の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

図１は、実施の形態に係る蓄電装置を搭載した車両を示した模式図である。図１を参照して、実施の形態に係る蓄電装置１を搭載した車両２について説明する。

図１に示すように、車両２は、蓄電装置１と、ＰＣＵ（Power. Control Unit）４と、回転電機５，６と、図示しないエンジンと、図示しない動力分割機構を含む。

蓄電装置１は、充放電可能な二次バッテリである。蓄電装置１は、蓄電された電力をＰＣＵ４に供給しており、ＰＣＵ４に供給された電力によって回転電機５が駆動し、車両２が走行する。なお、回転電機６は、主に発電機として機能しており、回転電機６によって発電された電力はＰＣＵ４を通して、蓄電装置１に供給される。

本開示に係る蓄電装置１が適用される車両としては、ハイブリッド車両のみならず、電気自動車や燃料電池車両にも適用することができる。また、ハイブリッド車両においても、シリーズ方式、パラレル方式およびシリーズ・パラレル方式のいずれにも適用することができる。また、回転電機が２つ設けられたハイブリッド車両に限られず、回転電機が１つ設けられた、所謂、ワンモータハイブリッドにも適用することができる。

図１に示す例においては、蓄電装置１は、車両２内に搭載されている。なお、蓄電装置１の搭載位置は、車室内に限られず、たとえば、車両２のフロアパネルの下面のように、車外に配置してもよい。

図２は、実施の形態に係る蓄電装置の断面図である。図２を参照して、実施の形態１に係る蓄電装置１について説明する。

図２に示すように、蓄電装置１は、蓄電モジュールとしてもバッテリモジュール１０と、ケース１１と、拘束具２１と、冷却機構３０とを含む。

バッテリモジュール１０は、第１方向（図中ＤＲ１方向）に配列する複数のバッテリセル２０を含む。バッテリセルは、たとえば、ニッケル水素電池、またはリチウムイオン電池等の二次電池である。単電池は、たとえば角型形状を有する。なお、単電池は、角型形状に限定されず、円筒型形状であってもよい。二次電池は、液状の電解質を用いるものであってもよいし、固体状の電解質を用いるものであってもよい。

バッテリモジュール１０は、第１方向に互いに対向する一対の端面１０ａ、第１方向に直交する第２方向（図中ＤＲ２方向）に対向する一対の側面１０ｂ、ならびに、第１方向および第２方向に直交する第３方向（図中ＤＲ３方向）に対向する一対の主面１０ｃを有する。

第１方向は、たとえば、車両の前後方向である。第２方向は、たとえば車両の幅方向である。第３方向は、たとえば上下方向である。

ケース１１は、バッテリモジュール１０と、拘束具２１と、冷却機構３０の少なくとも一部とを収容する。

拘束具２１は、エンドプレート２５およびエンドプレート２６と、拘束バンド２７とを含む。エンドプレート２５は、第１方向におけるバッテリモジュール１０の一端に設けられており、エンドプレート２６は、第１方向におけるバッテリモジュール１０の他端に設けられている。拘束バンド２７は、エンドプレート２５およびエンドプレート２６を接続する。

複数のバッテリセル２０は拘束具２１によって拘束されており、具体的には、エンドプレート２５およびエンドプレート２６によって押圧固定されている。

冷却機構３０は、バッテリモジュール１０を主として冷却する。冷却機構３０は、一対の側面１０ｂの少なくとも一方を冷却することにより、バッテリモジュール１０を冷却する。

冷却機構３０は、冷媒流路４０と、ヒートパイプ５０とを含む。冷媒流路４０は、第１方向に沿って延在するように設けられている。冷媒流路４０は、たとえば車両室内の温度を調整する空調装置における冷却サイクルに接続されている。冷媒流路４０の内部には、冷媒が流れる。

冷媒流路４０は、バッテリモジュール１０の側面１０ｂに向かい合うケース１１の側面とヒートパイプ５０との間に配置されている。冷媒流路４０は、ケース１１の底面から離れて配置されている。冷媒流路４０は、ヒートパイプ５０の外側からヒートパイプ５０に当接する。

ヒートパイプ５０は、バッテリモジュール１０が有する一対の側面１０ｂのうち少なくとも一方に当接する。ヒートパイプ５０は、熱伝導性が高い金属材料により形成される。ヒートパイプ５０の内部には、Ｒ１２３４ｚｅ等の作動液が封入されている。ヒートパイプ５０は、内部に後述する封入部５３が形成されるようにロールボンド法によって形成される。

図３は、実施の形態に係るヒートパイプを示す図である。図３に示すように、ヒートパイプ５０は、櫛歯形状を有する。ヒートパイプ５０は、櫛歯の部分がバッテリモジュール１０の第１方向に平行な面に当接するように設けられ、櫛歯の先端側に上記冷媒流路３０が当接するように設けられている。ヒートパイプ５０は、幹部５１と、複数の枝部５２と、封入部５３とを含む。

幹部５１は、上記第３方向におけるヒートパイプ５０の一端（下端）側に設けられている。幹部５１は、第１方向に沿って連続して延びる。複数の枝部５２は、幹部５１から分岐して第３方向に向けて延びる。具体的には、複数の枝部５２は、幹部５１から上方に向けて延びる。複数の枝部５２は、互いに離間するように第１方向に並んで配置されている。互いに隣り合う枝部５２の間には、隙間が形成されている。複数の枝部５２は、複数のバッテリセル２０に対応するように設けられている。

封入部５３は、ヒートパイプ５０の内部に設けられている。封入部５３には、上記作動液が封入されている。封入部５３は、幹部５１内に設けられた第１部分５３ａと、複数の枝部５２内に設けられた複数の第２部分５３ｂとを含む。

第１部分５３ａを設けることにより、作動液は、第１方向に移動可能となる。第２部分５３ｂを設けることにより、気化した作動液の一部が、第２部分５３ｂの上端側に滞留可能となる。

図４は、図２に示すＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。図４に示すように、ヒートパイプ５０は、第２方向に向けて突出する突出部５４を有する。突出部５４は、バッテリモジュール１０に向けて突出する。

突出部５４は、複数の枝部５２の各々に設けられている。突出部５４は、枝部５２の下端側から上端側にかけて広範囲に設けられている。突出部５４の頂面は、略平坦に形成されている。このように、突出部５４を設けることにより、枝部５２を広範囲にバッテリモジュール１０の側面１０ｂに当接させることができる。複数の枝部５２は、１対１で対応して複数のバッテリセル２０の側面に当接することが好ましい。

枝部５２に設けられた封入部５３の第２部分５３ｂは、バッテリモジュール１０の側面１０ｂを向く枝部５２の表面に沿うように設けられている。第２部分５３ｂは、突出部５４に対応して突出するように設けられている。

冷媒流路４０は、バッテリモジュール１０の側面に当接する部分の枝部５２の位置よりも高い位置で、当該枝部５２に当接する。冷媒流路４０は、上記第３方向におけるヒートパイプ５０の他端（上端）側に当接する。冷媒流路４０は、複数の枝部５２をバッテリモジュール１０の側面１０ｂに向けて押圧する。

ここで、複数の枝部５２の各々は、第１方向に互いに離間しているため、変形の自由度が高くなっている。このため、上記のように複数の枝部５２をバッテリモジュール１０の側面１０ｂに押圧することにより、複数の枝部５２の各々をバッテリモジュール１０の側面１０ｂに容易に接触させることができる。上述のように、突出部５４を設けることにより、枝部５２をより確実にバッテリモジュール１０の側面１０ｂに接触させることができる。

これにより、複数の枝部５２は、バッテリモジュール１０から熱を確実に奪うことができる。バッテリモジュール１０からの熱は、枝部５２の内部に位置する作動液に伝達される。この際、作動液が熱を奪い気化する。気化した作動液は、第２部分５３ｂの上端側に滞留する。枝部５２の上端側には、冷媒流路４０が当接しているため、気化した作動液は冷却されて液化する。このようなサイクルにより、バッテリモジュール１０を繰り返し冷却することができる。

このように、複数の枝部５２の各々をバッテリモジュール１０の側面１０ｂに接触させることにより、バッテリモジュール１０を確実に冷却させることができ、冷却性能を向上させることができる。

また、冷媒流路４０は、第１方向に沿って延びるように設けられているため、冷媒流路４０を蛇行させたり、はしご形状に形成したりする場合と比較して、冷媒流路長が増加することを抑制することができる。このように、冷媒流路長の増加を抑制しつつ、ヒートパイプ５０内の作動液を冷媒流路４０によって冷却することにより、冷却システムの冷媒量が増加することを抑制することができる。

なお、上述の実施の形態においては、ヒートパイプ５０が冷媒流路４０によってバッテリモジュール１０の側面１０ｂに向けて押圧される場合を例示して説明したが、これに限定されない。バッテリモジュール１０の側面と、これに対向するケース１１の側面との間に弾性部材が設けられており、当該弾性部材によって、ヒートパイプ５０がバッテリモジュール１０の側面１０ｂに向けて押圧されてもよい。

上述の実施の形態においては、複数の枝部５２に突出部５４が設けられており、当該突出部５４がバッテリモジュール１０の側面１０ｂに当接する場合を例示して説明したが、これに限定されない。複数の枝部５２をバッテリモジュール１０の側面１０ｂに接触させることができる限り、突出部５４は省略されて複数の枝部５２が扁平に形成されていてもよい。

上述の実施の形態においては、封入部５３を規定するヒートパイプ５０の内壁にウィックが設けられておらず、冷媒流路４０が、バッテリモジュール１０の側面に当接する部分の枝部５２の位置よりも高い位置で、当該枝部５２に当接する場合を例示して説明したがこれに限定されない。ヒートパイプ５０の内壁にウィックが設けられ、ウィックによって作動液の移動を案内するようにしてもよい。この場合には、冷媒流路４０が、バッテリモジュール１０の側面に当接する部分の枝部５２の位置よりも高い位置で枝部５２に当接させなくてもよい。ウィックを設ける場合には、ヒートパイプ５０は、バッテリモジュール１０の底面に接触させてもよい。なお、ヒートパイプ５０の内壁にウィックを設けない場合には、ヒートパイプ５０の構成を簡素化することができる。

上述した実施の形態においては、蓄電装置１がバッテリである場合を例示して説明したが、バッテリ以外にも一方向に配列する複数の単位キャパシタ（単位蓄電部）を含むキャパシタモジュール（蓄電モジュール）を備えたキャパシタであってもよい。

以上、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ 蓄電装置、２ 車両、５，６ 回転電機、１０ バッテリモジュール、１０ａ 端面、１０ｂ 側面、１０ｃ 主面、１１ ケース、２０ バッテリセル、２１ 拘束具、２５，２６ エンドプレート、２７ 拘束バンド、３０ 冷却機構、４０ 冷媒流路、５０ ヒートパイプ、５１ 幹部、５２ 枝部、５３ 封入部、５３ａ 第１部分、５３ｂ 第２部分、５４ 突出部。

Claims (1)

1. 第１方向に配列された複数の蓄電セルを含み、前記第１方向に直交する第２方向に互いに対向する一対の面を有する蓄電モジュールと、
   前記一対の面の少なくとも一方を冷却する冷却機構と、を備え、
   前記冷却機構は、前記第１方向に沿って延びるように設けられた冷媒流路と、前記一対の面の少なくとも一方に当接するヒートパイプとを含み、
   前記ヒートパイプは、前記第１方向に沿って連続して延びる幹部と、前記幹部から分岐して前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向に沿って延びる複数の枝部を含む櫛歯形状を有し、
   前記複数の枝部は、前記一対の面の少なくとも一方に当接するとともに、前記冷媒流路に当接する、蓄電装置。

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