蓄電装置の冷却構造及び車両
【課題】蓄電素子及びその端子を効果的に冷却できる冷却構造を提供する。
【解決手段】複数の蓄電素子１１を積層した蓄電モジュール１２と、蓄電素子１１間に形成される第１の冷媒通路１３ｄと、蓄電モジュール１２の外部に設けられ、蓄電モジュール１２の外面のうち蓄電素子１１の端子１１ａ、１１ｂが位置する側の第１の外面に沿って形成される第２の冷媒通路３１ａとを有する。第１の冷媒通路１３ｄと第２の冷媒通路３１ａとに対して冷媒を分岐供給する吸気チャンバ１７を設ける。
【解決手段】複数の蓄電素子１１を積層した蓄電モジュール１２と、蓄電素子１１間に形成される第１の冷媒通路１３ｄと、蓄電モジュール１２の外部に設けられ、蓄電モジュール１２の外面のうち蓄電素子１１の端子１１ａ、１１ｂが位置する側の第１の外面に沿って形成される第２の冷媒通路３１ａとを有する。第１の冷媒通路１３ｄと第２の冷媒通路３１ａとに対して冷媒を分岐供給する吸気チャンバ１７を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を用いて蓄電装置を冷却する蓄電装置の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車には、駆動用または補助電源として蓄電装置が搭載されている。電気自動車は、蓄電装置に蓄電された電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、電動機によりエンジンをアシストして車両を駆動したりする。燃料電池自動車は、燃料電池による電力を用いて電動機を作動して車両を走行させたり、この燃料電池による電力に加えて蓄電装置に蓄電された電力を用いて電動機を駆動して車両を走行させる。
【０００３】
この種の蓄電装置は、充放電時に発熱し、この発熱状態を放置すると電池劣化が進行するため、冷媒を用いて冷却する必要がある。蓄電装置の冷却構造として、特許文献１は発電要素を隙間なく積層した発電モジュールと、これらの発電要素の端子部材を冷却するための冷却通路とを備えた冷却構造を開示する。
【０００４】
端子部材は、バスバーにより接続されており、バスバーには放熱用のフィンが形成されている。発電要素で発生した熱は、熱伝導によりフィンに伝熱する。発熱したフィンは、冷媒通路に流入した冷媒により冷却される。
【０００５】
また、別の冷却構造として、特許文献２は、単位電池間に冷媒通路を形成した組電池を開示する。特許文献２の図３は、組電池の斜視図であり、組電池の外面のうち冷媒通路の冷媒排出口が位置する側の面には、端子が設置されている。また、特許文献２の図５は、別の組電池の斜視図であり、冷媒通路の流入口及び流出口が形成された面に対して直交する面には端子が設置されている。
【特許文献１】特開２００５−７１６７４号公報（図５など参照）
【特許文献２】特開平１０−１０６６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の構成では、フィンを備えたバスバー及び端子部材のみを冷却しているため、発電要素の冷却が不十分となる。
【０００７】
また、特許文献２の図３に図示する構成では、矢印で示すように冷媒排出口から流出した冷媒が直進し、この冷媒の流出経路から退避した位置に端子が位置しているため、端子の冷却が不十分となる。
【０００８】
さらに、特許文献２の図５に図示する構成では、冷媒通路の流入口及び流出口が形成された面に対して直交する面に端子が位置しているため、端子を直接冷媒で冷却することができない。
【０００９】
そこで、本願発明は、蓄電素子及び端子の双方をより効果的に冷却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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本願発明の蓄電装置の冷却構造は、複数の蓄電素子を積層した蓄電モジュールと、前記蓄電素子間に形成される第１の冷媒通路と、前記蓄電モジュールの外部に設けられ、前記蓄電モジュールの外面のうち前記蓄電素子の端子が位置する側の第１の外面に沿って形成される第２の冷媒通路と、を有することを特徴とする。
【００１１】
これにより、蓄電素子及び端子の双方をより効果的に冷却できる。
【００１２】
ここで、第１及び第２の冷媒通路に冷媒を供給する第１の方法として、第１及び第２の冷媒通路に冷媒を分岐流入させる冷媒供給管を用いることができる。これにより、各冷媒通路に対して独立した冷媒供給手段を設ける必要がなくなり、コストの削減及び小型化を図ることができる。
【００１３】
蓄電素子間にスペーサ部材を配置し、このスペーサ部材に蓄電素子に当接して第１の冷媒通路を形成する複数のガイド部材を設けることができる。これにより、蓄電素子間に第１の冷媒通路を確実に形成することができる。また、スペーサ部材にガイド部材を設けることにより、ユニット化できるため、第１の冷媒通路を有する蓄電モジュールの組み立てが容易となる。
【００１４】
ガイド部材によって蓄電素子を押圧するとよい。これにより、蓄電素子の集電体から活物質が剥がれるのを防止でき、蓄電素子の性能低下を抑制できる。
【００１５】
また、第１及び第２の冷媒通路に冷媒を供給する第２の方法として、前記第１の外面に隣接する二つの異なる第２及び第３の外面を有する蓄電モジュールにおいて、前記第１の冷媒通路を、前記第２及び第３の外面にそれぞれ冷媒流入口及び冷媒排出口を有する第３の冷媒通路と、前記第２及び第１の外面にそれぞれ冷媒流入口及び冷媒排出口を有する第４の冷媒通路とから構成することができる。
【００１６】
これにより、第１の冷媒通路に流入した冷媒の一部が第２の冷媒通路に流入するため、各冷媒通路に対して独立した冷媒供給手段を設ける必要がなくなり、コストの削減及び小型化を図ることができる。
【００１７】
蓄電素子間にスペーサ部材を配置して、このスペーサ部材に蓄電素子に当接することにより第１の冷媒通路を形成する複数のガイド部材を設けることができる。これにより、蓄電素子間に第１の冷媒通路を確実に形成することができる。また、スペーサ部材にガイド部材を設けることにより、ユニット化できるため、第１の冷媒通路を有する蓄電モジュールの組み立てが容易となる。
【００１８】
ガイド部材によって蓄電素子を押圧するとよい。これにより、蓄電素子の集電体から活物質が剥がれるのを防止でき、蓄電素子の性能低下を抑制できる。
【００１９】
互いに隣接する蓄電素子の端子を接続する接続部材を有し、この接続部材に、凸形状の放熱部を設けるとよい。これにより、接続部材の放熱面積が増し、端子の放熱量を増やすことができる。
【００２０】
前記蓄電素子は、角型で構成することができる。また、上記蓄電装置の冷却構造は、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車などの車両に適用することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、蓄電素子及び端子の双方をより効果的に冷却できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００２３】
（実施例１）
図１乃至図３を参照しながら、本発明の実施例である蓄電装置の冷却構造の概略構成について説明する。ここで、図１は蓄電装置の斜視図であり、吸気チャンバ及び排気チャンバを接続する天板（図３参照）を省略して図示している。図２は蓄電装置の分解斜視図である。図３は、蓄電装置のＹ―Ｚ断面図である。
【００２４】
これらの図において、蓄電装置１は、蓄電素子１１とスペーサ１３とを交互に積層した蓄電モジュール１２を含み、この蓄電モジュール１２はＹ軸方向に二つ並んで設けられている。蓄電素子１１のＺ軸方向の端面には、正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂが設けられている。
【００２５】
図１に図示するように、蓄電モジュール１２のＸ軸方向の両端面には、エンドプレート１４、１５が固定されている。エンドプレート１４、１５には、蓄電素子１１の積層方向に延びる拘束バンド１６が取り付けられている。拘束バンド１６をエンドプレート１４、１５に取り付けることにより、蓄電モジュール１２に対して積層方向の圧縮力が付与される。
【００２６】
ここで、蓄電素子１１は、充放電により発熱し、この発熱状態を放置すると蓄電素子１１に収容された発電要素の劣化が進行する。また、端子１１ａ、１１ｂは、充放電時の化学反応や電気抵抗によって蓄電素子１１の発電要素よりも高い温度に昇温され、端子１１ａ、１１ｂの熱が発電要素に伝熱することにより、同様の問題が生じる。この温度上昇の問題は、蓄電装置の高密度化及び高出力化に伴い、より一層顕在化する。そこで、本実施例では、下記の構成により、蓄電素子１１の発電要素及び端子１１ａ、１１ｂの双方を冷却している。
【００２７】
本実施例では、吸気チャンバ（冷媒供給管）１７に吸気された冷媒を、隣接する蓄電素子１１間に形成された第１の冷媒通路１３ｄと、蓄電モジュール１２の外部に設けられ、蓄電モジュール１２の外面のうち端子が位置する側の面、つまり、端子設置面（第１の外面）に沿って形成される第２の冷媒通路３１ａとに分岐流入させている。これにより、蓄電素子１１に収容された発電要素及び端子１１ａ、１１ｂの双方をより効果的に冷却することができる。以下、図１乃至図３を参照しながら、詳細に説明する。
【００２８】
蓄電素子１１は、角型であり、発電要素を有している。発電要素は、電極板（正極板及び負極板）と、セパレータと、電解質とで構成されており、公知の構成を適宜、適用することができる。
【００２９】
ここで、正極板としては、アルミニウム等の金属（合金を含む）で形成された集電体の表面に正極層を形成したものを用い、負極板としては、アルミニウム等の金属（合金を含む）で形成された集電体の表面に負極層を形成したものを用いることができる。より具体的には、ニッケル−水素電池では、正極層の活物質として、ニッケル酸化物を用い、負極層の活物質として、ＭｍＮｉ（５−ｘ−ｙ−ｚ）ＡｌｘＭｎｙＣｏｚ（Ｍｍ：ミッシュメタル）等の水素吸蔵合金を用いることができる。また、リチウムイオン電池では、正極層の活物質として、リチウム−遷移金属複合酸化物を用い、負極層の活物質として、カーボンを用いることができる。
【００３０】
蓄電素子１１のＺ軸方向一端面には、突状の正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂがＹ軸方向に並んで設けられている。Ｘ軸方向に隣接する蓄電素子１１は、互いに正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂの向きがＹ軸方向において反対向きとなるように配列されている。また、Ｙ軸方向に隣接する蓄電素子１１は、互いに正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂの向きがＹ軸方向において同じ向きとなるように配列されている。
【００３１】
正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂの間にはガス放出弁１１ｃが形成されている（図２参照）。ガス放出弁１１ｃは、過充電などの際に電解液が電気分解することにより発生したガスにより蓄電素子１１の内圧が高まると破壊するように構成されている。これにより、蓄電素子１１の内部のガスを蓄電素子１１の外部に放出して、蓄電素子１１の内圧上昇を抑制できる。
【００３２】
隣接する蓄電素子１１は、バスバー（接続部材）１９（図３参照）により直列に接続されている。なお、図１及び図２では、バスバー１９を省略して図示している。図４（Ａ）はバスバーの斜視図である。同図に示すように、バスバー１９には、二つの貫通穴１９ａ，１９ｂが形成されており、これらの貫通穴１９ａ，１９ｂには蓄電素子１１の端子１１ａ，１１ｂが挿入される。端子１１ａ，１１ｂの外周面には、雌ネジが形成されており、この雌ネジに対して不図示のナットを締結することにより、端子１１ａ，１１ｂに対してバスバー１９が固定される。
【００３３】
バスバー１９の上面には、貫通穴１９ａ，１９ｂを挟んで対向する位置（三箇所）に、放熱フィン（凸状の放熱部）２１が形成されている。放熱フィン２１には、熱伝導性に優れた素材を用いることができる。例えば、銅、アルミニウム、ステンレスなどである。バスバー１９及び放熱フィン２１は、プレス成型、押し出し成型、鋳造などにより一体的に形成することができる。また、ろう付け、溶接などの手段により、放熱フィン２１をバスバー１９に接続してもよい。
【００３４】
上述の構成によれば、複数の放熱フィン２１を設けることによりバスバー１９の放熱面積が増すため、バスバー１９から放熱される端子１１ａ，１１ｂの放熱量を増やすことができる。
【００３５】
ここで、図４（Ｂ）に図示するように、放熱フィン２１の代わりにルーバー形状の放熱部２２をバスバー１９に設けることもできる。ルーバー形状の放熱部２２を用いた場合であっても、バスバー１９の放熱面積が増すため、放熱量を増やすことができる。また、バスバー１９に放熱グリスを塗布することにより、放熱層を設けても良い。
【００３６】
次に、スペーサ１３の構成について詳細に説明する。図２に図示するように、スペーサ１３のＸ軸方向（蓄電素子１１の積層方向）の両端面には、複数の突起部（ガイド部材）１３ｃが櫛歯状に形成されている。スペーサ１３には、樹脂を用いることができる。
【００３７】
突起部１３ｃは、Ｙ軸方向に延びており、Ｚ軸方向に一定の間隔を隔てて並設されている。突起部１３ｃが蓄電素子１１の外面に当接することにより、蓄電素子１１とスペーサ１３との間に第１の冷媒通路１３ｄが形成される。吸気チャンバ１７から第１の冷媒通路１３ｄに流入した冷媒は、蓄電素子１１の外面に沿ってＹ軸方向に移動する。これにより、蓄電素子１１の発電要素をより効果的に冷却することができる。
【００３８】
突起部１３ｃ及び蓄電素子１１の発電要素は、Ｙ軸方向の寸法が略同じに設定されている。蓄電モジュール１２の組立状態において（図１参照）、突起部１３ｃのＸ軸方向の端面は、蓄電素子１１の外面に当接して、蓄電素子１１の発電要素を押圧している。これにより、集電体から正極層及び負極層の活物質が剥がれるのを防止して、蓄電装置１の性能低下を抑制できる。
【００３９】
次に、図１及び図３を参照しながら、吸気チャンバ１７及び排気チャンバ１８の構成を詳細に説明する。吸気チャンバ１７及び排気チャンバ１８の上端部は、天板３１により接続されている。この天板３１と蓄電モジュール１２の端子設置面との間に第２の冷媒通路３１ａが形成される。
【００４０】
吸気チャンバ１７には、不図示の吸気ファンにより吸気された冷媒を排出するための開口部１７aが形成されている。この開口部１７aは、Ｙ軸方向から、第１の冷媒通路１３ｄ及び第２の冷媒通路３１ａに接続されている。吸気チャンバ１７の先端部（Ｘ軸方向の先端部）は塞がれているため、吸気チャンバ１７に吸気された冷媒は、全て開口部１７ａから排出される。
【００４１】
上述の構成によれば、吸気チャンバ１７に吸気された冷媒を、第１の冷媒通路１３ｄと第２の冷媒通路３１ａとに分岐流入させることができる。このように、発熱要素に接触する前の冷却能力の高い冷媒を用いて蓄電素子１１の発電要素及び端子１１ａ、１１ｂの双方を冷却できるため、蓄電素子１１に対する冷却効果を高めることができる。
【００４２】
排気チャンバ１８は、吸気チャンバ１７と同一形状に形成されており、開口部１８ａを有する。この排気チャンバ１８の開口部１８ａは、Ｙ軸方向から、第１の冷媒通路１３ｄ及び第２の冷媒通路３１ａに接続されている。第１の冷媒通路１３ｄ及び第２の冷媒通路３１ａに流入した冷媒は、端子１１ａ，１１ｂなどの発熱要素を冷却した後に、開口部１８ａから排気チャンバ１８に排気される。
【００４３】
上述の構成によれば、一つの吸気チャンバ１７により蓄電素子１１の発電要素及び端子１１ａ、１１ｂの双方を冷却することができる。これにより、蓄電素子１１の発電要素及び端子１１ａ、１１ｂをそれぞれ冷却するための独立した冷却手段を設ける必要がなくなり、コストの削減及び小型化をはかることができる。
【００４４】
なお、上述の実施例では、チャンバ１７、１８及び天板３１を別部材で構成したが、プレス成型、押し出し成型、鋳造などにより一体的に形成することもできる。
【００４５】
（実施例２）
次に、図５を参照しながら、実施例２の蓄電装置を説明する。ここで、図５は蓄電装置
のＹ−Ｚ断面図であり、冷媒の流れる方向を矢印で示している。なお、説明の便宜上、冷媒通路などを投影して図示しており、実施例１と同一の構成要素については同一符号を付している。
【００４６】
ここで、蓄電モジュール１２の外面のうち端子１１ａ、１１ｂの位置する側の面（端子設置面）が、特許請求の範囲に記載の「第１の外面」に相当する。蓄電モジュール１２の外面のうち冷媒流入口４１ａ、４２ａの形成された面が、特許請求の範囲に記載の「第２の外面」に相当する。蓄電モジュール１２の外面のうち冷媒排出口４１ｂの形成された面が、特許請求の範囲に記載の「第３の外面」に相当する。
【００４７】
スペーサ１３のＸ軸方向の両端面には、Ｙ軸方向に延びる複数のガイド部材４３がＺ軸方向に並設されている。これらのガイド部材４３が蓄電素子１１の外面に当接することにより、第３の冷媒通路４１が形成される。第３の冷媒通路４１の流入口４１ａは吸気チャンバ５１の開口部５１ａに接続されており、流出口４１ｂは排気チャンバ５２の開口部５２ａに接続されている。
【００４８】
吸気チャンバ５１から第３の冷媒通路４１に流入した冷媒は、ガイド部材４３にガイドされながら蓄電素子１１の外面をＹ軸方向に移動する。これにより、蓄電素子１１の発電要素をより効果的に冷却することができる。
【００４９】
また、スペーサ１３のＸ軸方向の両端面には、吸気チャンバ５１から流入する冷媒を端子設置面に向かってガイドするガイド部材４４が設けられている。これらのガイド部材が蓄電素子１１の外面に当接することにより、第４の冷媒通路４２が形成される。
【００５０】
蓄電モジュール１２の端子設置面の上部には、両端部がＬ字状に折れ曲がった天板６１が設けられており、この天板６１の曲げ部６１ａは、スペーサ１３のＹ軸方向の両端面に固定されている。固定手段としては、溶接などの公知の方法を用いることができる。天板６１と蓄電モジュール１２の端子設置面との間に形成される、端子設置面に沿った領域が第２の冷媒通路６２となる。
【００５１】
天板６１には、第２の冷媒通路６２に流入した冷媒を排出するための排出口（不図示）が形成されている。この排出口は、天板６１のＹ軸方向の端部（排気チャンバ５２側の端部）に形成することができる。
【００５２】
吸気チャンバ５１から第４の冷媒通路４２に流入した冷媒は、ガイド部材４４にガイドされながら、流出口４２ｂに向かい、第２の冷媒通路６２に流入する。第２の冷媒通路６２に流入した冷媒は、Ｙ軸方向に移動しながら、端子設置面に沿って移動する。これにより、蓄電素子１１の端子１１ａ、１１ｂをより効果的に冷却することができる。
【００５３】
上述の構成によれば、蓄電素子１１の発電素子及び端子１１ａ、１１ｂの双方をより効果的に冷却することができる。しかも、一つの吸気チャンバ５１により蓄電素子１１の発電要素及び端子１１ａ、１１ｂの双方を冷却できるため、蓄電素子１１の発電要素及び端子１１ａ、１１ｂをそれぞれ冷却するための冷却手段を独立して設ける必要がなくなり、コストの削減及び小型化をはかることができる。
【００５４】
また、ガイド部材４３、４４により蓄電素子１１の外面は押圧されている。これにより、集電体から正極層及び負極層の活物質が剥がれるのを防止して、蓄電装置の性能低下を抑制できる。
【００５５】
（他の実施例）
上述の実施例では、吸気チャンバ１７、５１、蓄電モジュール１２及び排気チャンバ１８、５２内を移動する冷媒の移動軌跡を平面視Ｕ字状としたが、これに限定されるものではない。例えば、蓄電素子１１間に流入する前の冷媒の移動方向と、蓄電素子１１間から流出した冷媒の移動方向とが同一である冷却構造にも、本願発明は適用することができる。
【００５６】
また、スペーサ１３を省略することもできる。この場合、蓄電素子１１の外面にガイド部材１３ｃ、４３、４４を直接設けるとよい。また、蓄電素子１１は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。キャパシタは、活性炭と電解液との界面に発生する電気２重層を動作原理とした電気２重層キャパシタのことである。固体として活性炭、液体として電解液（希硫酸水溶液）を用いて、これを接触させるとその界面にプラス、マイナスの電極が極めて短い間隔を隔てて相対的に分布する。イオン性溶液中に一対の電極を浸して電気分解が起こらない程度に電圧を負荷させると、それぞれの電極の表面にイオンが吸着され、プラスとマイナスの電気が蓄えられる（充電）。外部に電気を放出すると、正負のイオンが電極から離れて中和状態に戻る。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】蓄電装置の斜視図である。
【図２】蓄電装置の分解斜視図である。
【図３】蓄電装置のＹ―Ｚ断面図である。
【図４】バスバーに形成された放熱部の概略図である。
【図５】実施例２の蓄電装置のＹ−Ｚ断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１１ スペーサ
１２ 蓄電モジュール
１３ スペーサ
１３ｄ 第１の冷媒通路
１７ ５１ 吸気チャンバ
１８ ５２ 排気チャンバ
３１ａ ６２ 第２の冷媒通路
４１ 第３の冷媒通路
４２ 第４の冷媒通路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を用いて蓄電装置を冷却する蓄電装置の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車には、駆動用または補助電源として蓄電装置が搭載されている。電気自動車は、蓄電装置に蓄電された電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、電動機によりエンジンをアシストして車両を駆動したりする。燃料電池自動車は、燃料電池による電力を用いて電動機を作動して車両を走行させたり、この燃料電池による電力に加えて蓄電装置に蓄電された電力を用いて電動機を駆動して車両を走行させる。
【０００３】
この種の蓄電装置は、充放電時に発熱し、この発熱状態を放置すると電池劣化が進行するため、冷媒を用いて冷却する必要がある。蓄電装置の冷却構造として、特許文献１は発電要素を隙間なく積層した発電モジュールと、これらの発電要素の端子部材を冷却するための冷却通路とを備えた冷却構造を開示する。
【０００４】
端子部材は、バスバーにより接続されており、バスバーには放熱用のフィンが形成されている。発電要素で発生した熱は、熱伝導によりフィンに伝熱する。発熱したフィンは、冷媒通路に流入した冷媒により冷却される。
【０００５】
また、別の冷却構造として、特許文献２は、単位電池間に冷媒通路を形成した組電池を開示する。特許文献２の図３は、組電池の斜視図であり、組電池の外面のうち冷媒通路の冷媒排出口が位置する側の面には、端子が設置されている。また、特許文献２の図５は、別の組電池の斜視図であり、冷媒通路の流入口及び流出口が形成された面に対して直交する面には端子が設置されている。
【特許文献１】特開２００５−７１６７４号公報（図５など参照）
【特許文献２】特開平１０−１０６６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の構成では、フィンを備えたバスバー及び端子部材のみを冷却しているため、発電要素の冷却が不十分となる。
【０００７】
また、特許文献２の図３に図示する構成では、矢印で示すように冷媒排出口から流出した冷媒が直進し、この冷媒の流出経路から退避した位置に端子が位置しているため、端子の冷却が不十分となる。
【０００８】
さらに、特許文献２の図５に図示する構成では、冷媒通路の流入口及び流出口が形成された面に対して直交する面に端子が位置しているため、端子を直接冷媒で冷却することができない。
【０００９】
そこで、本願発明は、蓄電素子及び端子の双方をより効果的に冷却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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本願発明の蓄電装置の冷却構造は、複数の蓄電素子を積層した蓄電モジュールと、前記蓄電素子間に形成される第１の冷媒通路と、前記蓄電モジュールの外部に設けられ、前記蓄電モジュールの外面のうち前記蓄電素子の端子が位置する側の第１の外面に沿って形成される第２の冷媒通路と、を有することを特徴とする。
【００１１】
これにより、蓄電素子及び端子の双方をより効果的に冷却できる。
【００１２】
ここで、第１及び第２の冷媒通路に冷媒を供給する第１の方法として、第１及び第２の冷媒通路に冷媒を分岐流入させる冷媒供給管を用いることができる。これにより、各冷媒通路に対して独立した冷媒供給手段を設ける必要がなくなり、コストの削減及び小型化を図ることができる。
【００１３】
蓄電素子間にスペーサ部材を配置し、このスペーサ部材に蓄電素子に当接して第１の冷媒通路を形成する複数のガイド部材を設けることができる。これにより、蓄電素子間に第１の冷媒通路を確実に形成することができる。また、スペーサ部材にガイド部材を設けることにより、ユニット化できるため、第１の冷媒通路を有する蓄電モジュールの組み立てが容易となる。
【００１４】
ガイド部材によって蓄電素子を押圧するとよい。これにより、蓄電素子の集電体から活物質が剥がれるのを防止でき、蓄電素子の性能低下を抑制できる。
【００１５】
また、第１及び第２の冷媒通路に冷媒を供給する第２の方法として、前記第１の外面に隣接する二つの異なる第２及び第３の外面を有する蓄電モジュールにおいて、前記第１の冷媒通路を、前記第２及び第３の外面にそれぞれ冷媒流入口及び冷媒排出口を有する第３の冷媒通路と、前記第２及び第１の外面にそれぞれ冷媒流入口及び冷媒排出口を有する第４の冷媒通路とから構成することができる。
【００１６】
これにより、第１の冷媒通路に流入した冷媒の一部が第２の冷媒通路に流入するため、各冷媒通路に対して独立した冷媒供給手段を設ける必要がなくなり、コストの削減及び小型化を図ることができる。
【００１７】
蓄電素子間にスペーサ部材を配置して、このスペーサ部材に蓄電素子に当接することにより第１の冷媒通路を形成する複数のガイド部材を設けることができる。これにより、蓄電素子間に第１の冷媒通路を確実に形成することができる。また、スペーサ部材にガイド部材を設けることにより、ユニット化できるため、第１の冷媒通路を有する蓄電モジュールの組み立てが容易となる。
【００１８】
ガイド部材によって蓄電素子を押圧するとよい。これにより、蓄電素子の集電体から活物質が剥がれるのを防止でき、蓄電素子の性能低下を抑制できる。
【００１９】
互いに隣接する蓄電素子の端子を接続する接続部材を有し、この接続部材に、凸形状の放熱部を設けるとよい。これにより、接続部材の放熱面積が増し、端子の放熱量を増やすことができる。
【００２０】
前記蓄電素子は、角型で構成することができる。また、上記蓄電装置の冷却構造は、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車などの車両に適用することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、蓄電素子及び端子の双方をより効果的に冷却できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００２３】
（実施例１）
図１乃至図３を参照しながら、本発明の実施例である蓄電装置の冷却構造の概略構成について説明する。ここで、図１は蓄電装置の斜視図であり、吸気チャンバ及び排気チャンバを接続する天板（図３参照）を省略して図示している。図２は蓄電装置の分解斜視図である。図３は、蓄電装置のＹ―Ｚ断面図である。
【００２４】
これらの図において、蓄電装置１は、蓄電素子１１とスペーサ１３とを交互に積層した蓄電モジュール１２を含み、この蓄電モジュール１２はＹ軸方向に二つ並んで設けられている。蓄電素子１１のＺ軸方向の端面には、正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂが設けられている。
【００２５】
図１に図示するように、蓄電モジュール１２のＸ軸方向の両端面には、エンドプレート１４、１５が固定されている。エンドプレート１４、１５には、蓄電素子１１の積層方向に延びる拘束バンド１６が取り付けられている。拘束バンド１６をエンドプレート１４、１５に取り付けることにより、蓄電モジュール１２に対して積層方向の圧縮力が付与される。
【００２６】
ここで、蓄電素子１１は、充放電により発熱し、この発熱状態を放置すると蓄電素子１１に収容された発電要素の劣化が進行する。また、端子１１ａ、１１ｂは、充放電時の化学反応や電気抵抗によって蓄電素子１１の発電要素よりも高い温度に昇温され、端子１１ａ、１１ｂの熱が発電要素に伝熱することにより、同様の問題が生じる。この温度上昇の問題は、蓄電装置の高密度化及び高出力化に伴い、より一層顕在化する。そこで、本実施例では、下記の構成により、蓄電素子１１の発電要素及び端子１１ａ、１１ｂの双方を冷却している。
【００２７】
本実施例では、吸気チャンバ（冷媒供給管）１７に吸気された冷媒を、隣接する蓄電素子１１間に形成された第１の冷媒通路１３ｄと、蓄電モジュール１２の外部に設けられ、蓄電モジュール１２の外面のうち端子が位置する側の面、つまり、端子設置面（第１の外面）に沿って形成される第２の冷媒通路３１ａとに分岐流入させている。これにより、蓄電素子１１に収容された発電要素及び端子１１ａ、１１ｂの双方をより効果的に冷却することができる。以下、図１乃至図３を参照しながら、詳細に説明する。
【００２８】
蓄電素子１１は、角型であり、発電要素を有している。発電要素は、電極板（正極板及び負極板）と、セパレータと、電解質とで構成されており、公知の構成を適宜、適用することができる。
【００２９】
ここで、正極板としては、アルミニウム等の金属（合金を含む）で形成された集電体の表面に正極層を形成したものを用い、負極板としては、アルミニウム等の金属（合金を含む）で形成された集電体の表面に負極層を形成したものを用いることができる。より具体的には、ニッケル−水素電池では、正極層の活物質として、ニッケル酸化物を用い、負極層の活物質として、ＭｍＮｉ（５−ｘ−ｙ−ｚ）ＡｌｘＭｎｙＣｏｚ（Ｍｍ：ミッシュメタル）等の水素吸蔵合金を用いることができる。また、リチウムイオン電池では、正極層の活物質として、リチウム−遷移金属複合酸化物を用い、負極層の活物質として、カーボンを用いることができる。
【００３０】
蓄電素子１１のＺ軸方向一端面には、突状の正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂがＹ軸方向に並んで設けられている。Ｘ軸方向に隣接する蓄電素子１１は、互いに正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂの向きがＹ軸方向において反対向きとなるように配列されている。また、Ｙ軸方向に隣接する蓄電素子１１は、互いに正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂの向きがＹ軸方向において同じ向きとなるように配列されている。
【００３１】
正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂの間にはガス放出弁１１ｃが形成されている（図２参照）。ガス放出弁１１ｃは、過充電などの際に電解液が電気分解することにより発生したガスにより蓄電素子１１の内圧が高まると破壊するように構成されている。これにより、蓄電素子１１の内部のガスを蓄電素子１１の外部に放出して、蓄電素子１１の内圧上昇を抑制できる。
【００３２】
隣接する蓄電素子１１は、バスバー（接続部材）１９（図３参照）により直列に接続されている。なお、図１及び図２では、バスバー１９を省略して図示している。図４（Ａ）はバスバーの斜視図である。同図に示すように、バスバー１９には、二つの貫通穴１９ａ，１９ｂが形成されており、これらの貫通穴１９ａ，１９ｂには蓄電素子１１の端子１１ａ，１１ｂが挿入される。端子１１ａ，１１ｂの外周面には、雌ネジが形成されており、この雌ネジに対して不図示のナットを締結することにより、端子１１ａ，１１ｂに対してバスバー１９が固定される。
【００３３】
バスバー１９の上面には、貫通穴１９ａ，１９ｂを挟んで対向する位置（三箇所）に、放熱フィン（凸状の放熱部）２１が形成されている。放熱フィン２１には、熱伝導性に優れた素材を用いることができる。例えば、銅、アルミニウム、ステンレスなどである。バスバー１９及び放熱フィン２１は、プレス成型、押し出し成型、鋳造などにより一体的に形成することができる。また、ろう付け、溶接などの手段により、放熱フィン２１をバスバー１９に接続してもよい。
【００３４】
上述の構成によれば、複数の放熱フィン２１を設けることによりバスバー１９の放熱面積が増すため、バスバー１９から放熱される端子１１ａ，１１ｂの放熱量を増やすことができる。
【００３５】
ここで、図４（Ｂ）に図示するように、放熱フィン２１の代わりにルーバー形状の放熱部２２をバスバー１９に設けることもできる。ルーバー形状の放熱部２２を用いた場合であっても、バスバー１９の放熱面積が増すため、放熱量を増やすことができる。また、バスバー１９に放熱グリスを塗布することにより、放熱層を設けても良い。
【００３６】
次に、スペーサ１３の構成について詳細に説明する。図２に図示するように、スペーサ１３のＸ軸方向（蓄電素子１１の積層方向）の両端面には、複数の突起部（ガイド部材）１３ｃが櫛歯状に形成されている。スペーサ１３には、樹脂を用いることができる。
【００３７】
突起部１３ｃは、Ｙ軸方向に延びており、Ｚ軸方向に一定の間隔を隔てて並設されている。突起部１３ｃが蓄電素子１１の外面に当接することにより、蓄電素子１１とスペーサ１３との間に第１の冷媒通路１３ｄが形成される。吸気チャンバ１７から第１の冷媒通路１３ｄに流入した冷媒は、蓄電素子１１の外面に沿ってＹ軸方向に移動する。これにより、蓄電素子１１の発電要素をより効果的に冷却することができる。
【００３８】
突起部１３ｃ及び蓄電素子１１の発電要素は、Ｙ軸方向の寸法が略同じに設定されている。蓄電モジュール１２の組立状態において（図１参照）、突起部１３ｃのＸ軸方向の端面は、蓄電素子１１の外面に当接して、蓄電素子１１の発電要素を押圧している。これにより、集電体から正極層及び負極層の活物質が剥がれるのを防止して、蓄電装置１の性能低下を抑制できる。
【００３９】
次に、図１及び図３を参照しながら、吸気チャンバ１７及び排気チャンバ１８の構成を詳細に説明する。吸気チャンバ１７及び排気チャンバ１８の上端部は、天板３１により接続されている。この天板３１と蓄電モジュール１２の端子設置面との間に第２の冷媒通路３１ａが形成される。
【００４０】
吸気チャンバ１７には、不図示の吸気ファンにより吸気された冷媒を排出するための開口部１７aが形成されている。この開口部１７aは、Ｙ軸方向から、第１の冷媒通路１３ｄ及び第２の冷媒通路３１ａに接続されている。吸気チャンバ１７の先端部（Ｘ軸方向の先端部）は塞がれているため、吸気チャンバ１７に吸気された冷媒は、全て開口部１７ａから排出される。
【００４１】
上述の構成によれば、吸気チャンバ１７に吸気された冷媒を、第１の冷媒通路１３ｄと第２の冷媒通路３１ａとに分岐流入させることができる。このように、発熱要素に接触する前の冷却能力の高い冷媒を用いて蓄電素子１１の発電要素及び端子１１ａ、１１ｂの双方を冷却できるため、蓄電素子１１に対する冷却効果を高めることができる。
【００４２】
排気チャンバ１８は、吸気チャンバ１７と同一形状に形成されており、開口部１８ａを有する。この排気チャンバ１８の開口部１８ａは、Ｙ軸方向から、第１の冷媒通路１３ｄ及び第２の冷媒通路３１ａに接続されている。第１の冷媒通路１３ｄ及び第２の冷媒通路３１ａに流入した冷媒は、端子１１ａ，１１ｂなどの発熱要素を冷却した後に、開口部１８ａから排気チャンバ１８に排気される。
【００４３】
上述の構成によれば、一つの吸気チャンバ１７により蓄電素子１１の発電要素及び端子１１ａ、１１ｂの双方を冷却することができる。これにより、蓄電素子１１の発電要素及び端子１１ａ、１１ｂをそれぞれ冷却するための独立した冷却手段を設ける必要がなくなり、コストの削減及び小型化をはかることができる。
【００４４】
なお、上述の実施例では、チャンバ１７、１８及び天板３１を別部材で構成したが、プレス成型、押し出し成型、鋳造などにより一体的に形成することもできる。
【００４５】
（実施例２）
次に、図５を参照しながら、実施例２の蓄電装置を説明する。ここで、図５は蓄電装置
のＹ−Ｚ断面図であり、冷媒の流れる方向を矢印で示している。なお、説明の便宜上、冷媒通路などを投影して図示しており、実施例１と同一の構成要素については同一符号を付している。
【００４６】
ここで、蓄電モジュール１２の外面のうち端子１１ａ、１１ｂの位置する側の面（端子設置面）が、特許請求の範囲に記載の「第１の外面」に相当する。蓄電モジュール１２の外面のうち冷媒流入口４１ａ、４２ａの形成された面が、特許請求の範囲に記載の「第２の外面」に相当する。蓄電モジュール１２の外面のうち冷媒排出口４１ｂの形成された面が、特許請求の範囲に記載の「第３の外面」に相当する。
【００４７】
スペーサ１３のＸ軸方向の両端面には、Ｙ軸方向に延びる複数のガイド部材４３がＺ軸方向に並設されている。これらのガイド部材４３が蓄電素子１１の外面に当接することにより、第３の冷媒通路４１が形成される。第３の冷媒通路４１の流入口４１ａは吸気チャンバ５１の開口部５１ａに接続されており、流出口４１ｂは排気チャンバ５２の開口部５２ａに接続されている。
【００４８】
吸気チャンバ５１から第３の冷媒通路４１に流入した冷媒は、ガイド部材４３にガイドされながら蓄電素子１１の外面をＹ軸方向に移動する。これにより、蓄電素子１１の発電要素をより効果的に冷却することができる。
【００４９】
また、スペーサ１３のＸ軸方向の両端面には、吸気チャンバ５１から流入する冷媒を端子設置面に向かってガイドするガイド部材４４が設けられている。これらのガイド部材が蓄電素子１１の外面に当接することにより、第４の冷媒通路４２が形成される。
【００５０】
蓄電モジュール１２の端子設置面の上部には、両端部がＬ字状に折れ曲がった天板６１が設けられており、この天板６１の曲げ部６１ａは、スペーサ１３のＹ軸方向の両端面に固定されている。固定手段としては、溶接などの公知の方法を用いることができる。天板６１と蓄電モジュール１２の端子設置面との間に形成される、端子設置面に沿った領域が第２の冷媒通路６２となる。
【００５１】
天板６１には、第２の冷媒通路６２に流入した冷媒を排出するための排出口（不図示）が形成されている。この排出口は、天板６１のＹ軸方向の端部（排気チャンバ５２側の端部）に形成することができる。
【００５２】
吸気チャンバ５１から第４の冷媒通路４２に流入した冷媒は、ガイド部材４４にガイドされながら、流出口４２ｂに向かい、第２の冷媒通路６２に流入する。第２の冷媒通路６２に流入した冷媒は、Ｙ軸方向に移動しながら、端子設置面に沿って移動する。これにより、蓄電素子１１の端子１１ａ、１１ｂをより効果的に冷却することができる。
【００５３】
上述の構成によれば、蓄電素子１１の発電素子及び端子１１ａ、１１ｂの双方をより効果的に冷却することができる。しかも、一つの吸気チャンバ５１により蓄電素子１１の発電要素及び端子１１ａ、１１ｂの双方を冷却できるため、蓄電素子１１の発電要素及び端子１１ａ、１１ｂをそれぞれ冷却するための冷却手段を独立して設ける必要がなくなり、コストの削減及び小型化をはかることができる。
【００５４】
また、ガイド部材４３、４４により蓄電素子１１の外面は押圧されている。これにより、集電体から正極層及び負極層の活物質が剥がれるのを防止して、蓄電装置の性能低下を抑制できる。
【００５５】
（他の実施例）
上述の実施例では、吸気チャンバ１７、５１、蓄電モジュール１２及び排気チャンバ１８、５２内を移動する冷媒の移動軌跡を平面視Ｕ字状としたが、これに限定されるものではない。例えば、蓄電素子１１間に流入する前の冷媒の移動方向と、蓄電素子１１間から流出した冷媒の移動方向とが同一である冷却構造にも、本願発明は適用することができる。
【００５６】
また、スペーサ１３を省略することもできる。この場合、蓄電素子１１の外面にガイド部材１３ｃ、４３、４４を直接設けるとよい。また、蓄電素子１１は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。キャパシタは、活性炭と電解液との界面に発生する電気２重層を動作原理とした電気２重層キャパシタのことである。固体として活性炭、液体として電解液（希硫酸水溶液）を用いて、これを接触させるとその界面にプラス、マイナスの電極が極めて短い間隔を隔てて相対的に分布する。イオン性溶液中に一対の電極を浸して電気分解が起こらない程度に電圧を負荷させると、それぞれの電極の表面にイオンが吸着され、プラスとマイナスの電気が蓄えられる（充電）。外部に電気を放出すると、正負のイオンが電極から離れて中和状態に戻る。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】蓄電装置の斜視図である。
【図２】蓄電装置の分解斜視図である。
【図３】蓄電装置のＹ―Ｚ断面図である。
【図４】バスバーに形成された放熱部の概略図である。
【図５】実施例２の蓄電装置のＹ−Ｚ断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１１ スペーサ
１２ 蓄電モジュール
１３ スペーサ
１３ｄ 第１の冷媒通路
１７ ５１ 吸気チャンバ
１８ ５２ 排気チャンバ
３１ａ ６２ 第２の冷媒通路
４１ 第３の冷媒通路
４２ 第４の冷媒通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の蓄電素子を積層した蓄電モジュールと、
前記蓄電素子間に形成される第１の冷媒通路と、
前記蓄電モジュールの外部に設けられ、前記蓄電モジュールの外面のうち前記蓄電素子の端子が位置する側の第１の外面に沿って形成される第２の冷媒通路と、を有することを特徴とする蓄電装置の冷却構造。
【請求項２】
前記第１及び第２の冷媒通路に対して冷媒を分岐供給する冷媒供給管を有することを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置の冷却構造。
【請求項３】
前記第１及び第２の冷媒通路は、同一方向に設けられることを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置の冷却構造。
【請求項４】
前記蓄電素子間に配置されるスペーサ部材と、
前記スペーサ部材に設けられ、前記蓄電素子に当接して前記第１の冷媒通路を形成する複数のガイド部材と、
を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の蓄電装置の冷却構造。
【請求項５】
前記ガイド部材は前記蓄電素子を押圧する押圧部材を兼ねることを特徴とする請求項４に記載の蓄電装置の冷却構造。
【請求項６】
前記蓄電モジュールは、前記第１の外面に隣接する二つの異なる第２及び第３の外面を有し、
前記第１の冷媒通路は、前記第２及び第３の外面にそれぞれ冷媒流入口及び冷媒排出口を有する第３の冷媒通路と、前記第２及び第１の外面にそれぞれ冷媒流入口及び冷媒排出口を有する第４の冷媒通路とからなることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置の冷却構造。
【請求項７】
前記蓄電素子間に配置されるスペーサ部材と、
前記スペーサ部材に形成され、前記蓄電素子の外面に当接することにより前記第１の冷媒通路を形成する複数のガイド部材と、を有することを特徴とする請求項６に記載の蓄電装置の冷却構造。
【請求項８】
前記ガイド部材は前記蓄電素子を押圧する押圧部材を兼ねることを特徴とする請求項７に記載の蓄電装置の冷却構造。
【請求項９】
互いに隣接する前記蓄電素子の端子を接続する接続部材を有し、前記接続部材は、凸形状の放熱部を有することを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか一つに記載の蓄電装置の冷却構造。
【請求項１０】
前記蓄電素子は、角型であることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか一つに記載の蓄電装置の冷却構造。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のうちいずれか一つに記載の蓄電装置の冷却構造を備えた車両。
【請求項１】
複数の蓄電素子を積層した蓄電モジュールと、
前記蓄電素子間に形成される第１の冷媒通路と、
前記蓄電モジュールの外部に設けられ、前記蓄電モジュールの外面のうち前記蓄電素子の端子が位置する側の第１の外面に沿って形成される第２の冷媒通路と、を有することを特徴とする蓄電装置の冷却構造。
【請求項２】
前記第１及び第２の冷媒通路に対して冷媒を分岐供給する冷媒供給管を有することを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置の冷却構造。
【請求項３】
前記第１及び第２の冷媒通路は、同一方向に設けられることを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置の冷却構造。
【請求項４】
前記蓄電素子間に配置されるスペーサ部材と、
前記スペーサ部材に設けられ、前記蓄電素子に当接して前記第１の冷媒通路を形成する複数のガイド部材と、
を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の蓄電装置の冷却構造。
【請求項５】
前記ガイド部材は前記蓄電素子を押圧する押圧部材を兼ねることを特徴とする請求項４に記載の蓄電装置の冷却構造。
【請求項６】
前記蓄電モジュールは、前記第１の外面に隣接する二つの異なる第２及び第３の外面を有し、
前記第１の冷媒通路は、前記第２及び第３の外面にそれぞれ冷媒流入口及び冷媒排出口を有する第３の冷媒通路と、前記第２及び第１の外面にそれぞれ冷媒流入口及び冷媒排出口を有する第４の冷媒通路とからなることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置の冷却構造。
【請求項７】
前記蓄電素子間に配置されるスペーサ部材と、
前記スペーサ部材に形成され、前記蓄電素子の外面に当接することにより前記第１の冷媒通路を形成する複数のガイド部材と、を有することを特徴とする請求項６に記載の蓄電装置の冷却構造。
【請求項８】
前記ガイド部材は前記蓄電素子を押圧する押圧部材を兼ねることを特徴とする請求項７に記載の蓄電装置の冷却構造。
【請求項９】
互いに隣接する前記蓄電素子の端子を接続する接続部材を有し、前記接続部材は、凸形状の放熱部を有することを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか一つに記載の蓄電装置の冷却構造。
【請求項１０】
前記蓄電素子は、角型であることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか一つに記載の蓄電装置の冷却構造。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のうちいずれか一つに記載の蓄電装置の冷却構造を備えた車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２５２４７３（Ｐ２００９−２５２４７３Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９７７２７（Ｐ２００８−９７７２７）
【出願日】平成２０年４月４日（２００８．４．４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月４日（２００８．４．４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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