JP7028090B2 - 蓄電装置 - Google Patents
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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。
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。
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)
- 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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