(57)【要約】【課題】  複数の蓄電素子を備えた蓄電装置において、蓄電素子の温度調節を効率良く行うことができる蓄電装置を提供する。【解決手段】  蓄電装置（１）は、外周面が対向した状態で二次元方向に配置された複数の円筒形の蓄電素子（１０）と、複数の蓄電素子を収容し、蓄電素子の温度調節に用いられる空気が供給されるケース（２０）と、ケース内に配置され、複数の蓄電素子を支持する支持プレート（３０）と、を有している。支持プレートは、少なくとも２つの蓄電素子によって囲まれるスペース（Ｓ）と隣り合う領域において、スペースに対する空気の進入を許容する開口部（３１）を有している。円筒形の蓄電素子とは、長手方向と直交する断面が略円形に形成された蓄電素子である。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向と直交する断面が略円形に形成され、外周面が対向した状態で二次元方向に配置された複数の蓄電素子と、
前記複数の蓄電素子を収容し、前記蓄電素子の温度調節に用いられる空気が供給されるケースと、
前記ケース内に配置され、前記複数の蓄電素子を支持する支持プレートと、を有し、
前記支持プレートは、少なくとも２つの前記蓄電素子によって囲まれるスペースと隣り合う領域において、前記スペースに対する前記空気の進入を許容する開口部を有することを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記スペース内に配置され、前記開口部からの前記空気が進入する管状部材を有しており、
前記管状部材は、前記スペースを形成する前記蓄電素子と対向する領域において、前記管状部材内に進入した前記空気を外部に移動させるための開口部を有することを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記ケース内に配置され、前記ケースに供給される前記空気を前記支持プレートの開口部に導くためのダクトを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気を用いて複数の蓄電素子の温度を調節することができる蓄電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は充放電等によって発熱することがあり、発熱に伴う電池性能（入出力特性）の劣化を抑制するためには、二次電池を冷却する必要がある。ここで、二次電池を冷却するための従来の構造を図８に示す。図８は、従来の電池パックの内部構造を示す概略図である。
【０００３】
図８において、ケース１０１内には、複数の二次電池１０２が配置されており、これらの二次電池１０２は、４つの列を構成している。各列を構成する複数の二次電池１０２は、吸気口１０１ａ側から排気口１０１ｂ側に向かって並んで配置されている。ここで、図８に示す二次電池１０２は、いわゆる円筒形の二次電池である。
【０００４】
図８に示す構造では、ケース１０１の吸気口１０１ａから空気を取り込むことにより、４つの列を構成する複数の二次電池１０２を冷却するようにしている。そして、二次電池１０２の冷却に用いられた空気は、ケース１０１の排気口１０１ｂから排出されるようになっている。図８に示す矢印は、空気の主な移動方向を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０５９９５０号公報（段落００４８）
【特許文献２】特開２００３−０４５５０５号公報
【特許文献３】特開２００６−１８５７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図８に示す構造では、二次電池１０２の２つの列が互いに近づいた状態で配置されており、４つの二次電池１０２で囲まれたスペースＳには、冷却用の空気が進入しにくくなっている。このため、スペースＳを形成する各二次電池１０２の一部の外周面においては、空気を用いた冷却を効率良く行うことができないおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、複数の蓄電素子を備えた蓄電装置において、蓄電素子の温度調節を効率良く行うことができる蓄電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明である蓄電装置は、外周面が対向した状態で二次元方向に配置された複数の円筒形の蓄電素子と、複数の蓄電素子を収容し、蓄電素子の温度調節に用いられる空気が供給されるケースと、ケース内に配置され、複数の蓄電素子を支持する支持プレートと、を有している。そして、支持プレートは、少なくとも２つの蓄電素子によって囲まれるスペースと隣り合う領域において、スペースに対する空気の進入を許容する開口部を有している。ここで、円筒形の蓄電素子とは、長手方向と直交する断面が略円形に形成された蓄電素子である。
【０００９】
ここで、上記スペース内において、開口部からの空気が進入する管状部材を配置することができる。そして、管状部材のうち、上記スペースを形成する蓄電素子と対向する領域に、１つ又は複数の開口部を形成しておくことができる。これにより、管状部材内に移動した空気を、管状部材の開口部を通過させて、蓄電素子に導くことができる。
【００１０】
また、ケース（蓄電装置）に供給される空気を、ケース内に配置されるダクトを用いて、支持プレートの開口部に導くことができる。これにより、ケースに供給される空気を、ダクトを介して支持プレートの開口部に効率良く導くことができ、開口部から上記スペースに空気を効率良く進入させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、蓄電素子によって囲まれるスペースに対して温度調節用の空気を導くことができるため、蓄電素子のうち上記スペースを形成する部分においても、空気を用いた温度調節を効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１である蓄電装置の構造を示す外観図である。
【図２】実施例１の蓄電装置における一部の内部構造を示す上面図である。
【図３】実施例１の蓄電装置の内部構造を示す図であり、図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の実施例２である蓄電装置における一部の内部構造を示す上面図である。
【図５】実施例２において、ガイド管の構造を示す外観図である。
【図６】実施例２の蓄電装置の内部構造を示す図であり、図４のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】本発明の実施例３である蓄電装置における一部の内部構造を示す概略図である。
【図８】従来の電池パックの内部構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施例１である蓄電装置について、図１から図３を用いて説明する。ここで、図１は、蓄電装置の構造を示す外観図であり、図２は、蓄電装置における一部の内部構造を示す上面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ断面図であり、蓄電装置における一部の内部構造を示す図である。図１から図３において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する軸であり、本実施例では、Ｚ軸を鉛直方向に相当する軸としている。実施例２，３で説明する他の図面においても、同様である。
【００１５】
蓄電装置１は、複数の電気二重層キャパシタ（以下、キャパシタという）１０と、複数のキャパシタ１０を収容するケース２０とを有している。複数のキャパシタ１０は、電気的に直列に接続されている。なお、ケース２０に収容されるキャパシタ１０の数は、適宜設定することができる。また、蓄電装置１は、例えば、車両に搭載することができ、この車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。
【００１６】
ハイブリッド自動車とは、車両の走行に用いられる動力源として、蓄電装置１の他に、内燃機関又は燃料電池を備えた車両である。また、電気自動車とは、車両の走行に用いられる動力源として、蓄電装置１だけを備えた車両である。蓄電装置１を放電させれば、車両の走行に用いられるエネルギを出力することができる。また、車両の制動時に発生する運動エネルギを回生電力として蓄電装置１に蓄えることができる。さらに、車両の外部から電力を供給することによって、蓄電装置１を充電することもできる。
【００１７】
本実施例の蓄電装置１では、ケース２０内に空気を供給することにより、キャパシタ１０の温度を調節するようにしている。具体的には、キャパシタ１０が充放電等によって発熱している場合には、冷却用の空気をキャパシタ１０に接触させることにより、キャパシタ１０の温度上昇を抑制することができる。また、キャパシタ１０が環境温度等によって過度に冷却されている場合には、加温用の空気をキャパシタ１０に接触させることにより、キャパシタ１０の温度低下を抑制することができる。
【００１８】
蓄電装置１に供給される空気としては、例えば、蓄電装置１を車両に搭載した場合には、車室内の空気を用いることができる。車室とは、乗員の乗車するスペースをいう。具体的には、車室内の空気を蓄電装置１に導くための吸気ダクトと、蓄電装置１を通過した空気を車外に排出させるための排気ダクトとを用いることができる。そして、吸気ダクト又は排気ダクトにファンを設け、ファンを駆動することにより、車室内の空気を、吸気ダクトを介して蓄電装置１に導くことができる。
【００１９】
図３に示すように、ケース２０内には、複数のキャパシタ１０を支持するための支持プレート３０が配置されている。支持プレート３０とケース２０の底面２１との間には、温度調節用の空気を移動させるための通路Ｃ１が形成されている。また、支持プレート３０とケース２０の上面２２との間には、複数のキャパシタ１０を収容するためのスペースＣ２が形成されており、このスペースＣ２にも温度調節用の空気が流れるようになっている。ここで、支持プレート３０は、通路Ｃ１およびスペースＣ２を仕切っており、ケース２０内のスペースを２つに分割している。なお、図３に示す矢印は、空気の移動方向（一例）を示している。
【００２０】
本実施例の蓄電装置１では、ケース２０に供給された空気は、通路Ｃ１に導かれる空気と、複数のキャパシタ１０が位置するスペースＣ２に導かれる空気とに分かれるようになっている。
【００２１】
各キャパシタ１０の底面は、支持プレート３０に接触している。また、各キャパシタ１０の上面には、正極端子（電極端子）および負極端子（電極端子）が設けられており、これらの電極端子は、隣り合って配置された他のキャパシタ１０の電極端子と電気的に接続されている。これにより、ケース２０内に収容される複数のキャパシタ１０は、電気的に直列に接続されることになる。
【００２２】
ケース２０内に収容される複数のキャパシタ１０は、図８で説明した場合と同様に、４つの列で構成されている。すなわち、Ｚ方向（鉛直方向）から見たときに、複数のキャパシタ１０は、マトリクス状に配置されており、各キャパシタ１０の外周面は、隣り合って配置された他のキャパシタ１０の外周面と向かい合うようになっている。
【００２３】
そして、キャパシタ１０の２つの列は、互いに近づいた状態で配置されている。このように、キャパシタ１０の列を互いに近づけて配置することにより、複数のキャパシタ１０をコンパクトにまとめることができ、ケース２０（蓄電装置１）を小型化することができる。
【００２４】
一方、支持プレート３０には、複数の開口部３１が形成されており、Ｚ方向（鉛直方向）から見たときに、各開口部３１は、４つのキャパシタ１０で囲まれたスペースＳの領域内に位置している。また、支持プレート３０のうち、通路Ｃ１を形成する面には、通路Ｃ１内に突出した突起部３２が設けられている。突起部３２は、支持プレート３０の面（Ｘ−Ｙ平面）に対して傾斜した面を有しており、通路Ｃ１を移動する空気を開口部３１に導く機能を有している。なお、支持プレート３０の面に対する突起部３２の傾斜角度は、適宜設定することができる。
【００２５】
通路Ｃ１からの空気は、開口部３１を通過してから、４つのキャパシタ１０によって囲まれたスペースＳに移動する。そして、空気は、各キャパシタ１０のうち、スペースＳを形成する外周面に接触しながら、上方に向かって移動する。このとき、空気が各キャパシタ１０に接触することにより、空気およびキャパシタ１０の間で熱交換が行われ、キャパシタ１０の温度を調節することができる。なお、キャパシタ１０の上面に到達した空気は、ケース２０の上面２２に沿って移動して、吸気口に向かうことになる。
【００２６】
なお、本実施例では、支持プレート３０に突起部３２を形成しているが、突起部３２を省略することもできる。この場合であっても、支持プレート３０の開口部３１を介して、４つのキャパシタ１０によって囲まれたスペースＳに空気を進入させることができる。
【００２７】
本実施例の蓄電装置１では、支持プレート３０に形成された開口部３１を介して、４つのキャパシタ１０によって囲まれたスペースＳに空気を導いているため、各キャパシタ１０のうち、スペースＳを形成する一部の外周面との間で、熱交換を行うことができる。ここで、各キャパシタ１０における他の外周面には、ケース２０のうち、キャパシタ１０が位置するスペースＣ２に直接供給された空気が接触することになる。
【００２８】
このように、各キャパシタ１０の外周面に対して空気を接触させることにより、各キャパシタ１０の温度調節を効率良く行うことができる。これにより、キャパシタ１０の入出力特性を向上させることができる。また、複数のキャパシタ１０をまとめて配置しているため、蓄電装置１が大型化してしまうのを抑制することができる。
【００２９】
なお、本実施例では、鉛直方向から見たときに、４つのキャパシタ１０によって囲まれたすべてのスペースＳの領域内に開口部３１を位置させるようにしているが、これに限るものではない。すなわち、複数の領域Ｓのうち、少なくとも１つの領域Ｓ内に開口部３１を位置させるだけでもよい。そして、４つのキャパシタ１０によって囲まれた複数の領域Ｓのうち、排気口側に位置する領域Ｓ内にのみ開口部３１を位置させることができる。言い換えれば、複数の領域Ｓのうち、吸気口側に位置する領域Ｓにおいては、開口部３１を設けなくてもよい。
【００３０】
また、本実施例では、支持プレート３０に形成された複数の開口部３１の大きさ（開口面積）を略等しくしているが、これに限るものではなく、複数の開口部３１の大きさを互いに異ならせることもできる。ここで、各開口部３１の大きさは、鉛直方向から見たときに、４つのキャパシタ１０によって囲まれた領域Ｓ内に各開口部３１が収まる大きさとすることができる。なお、鉛直方向から見たときに、開口部３１内にキャパシタ１０の一部が位置していてもよい。
【００３１】
開口部３１の大きさを異ならせる場合として、例えば、吸気口側から排気口側に向かって、開口部３１の大きさを大きくすることができる。このように構成すれば、開口部３１を通過する空気の量は、排気口側が吸気口側よりも多くなり、複数のキャパシタ１０で構成される列（図８の左右方向に延びる列に相当する）において、キャパシタ１０の温度バラツキを抑制することができる。
【００３２】
ここで、吸気口側から排気口側に向かって、複数のキャパシタ１０を配列させると、排気口側に位置するキャパシタ１０には、吸気口側に位置するキャパシタ１０との間で熱交換された空気が接触することがある。この場合には、キャパシタ１０の列において、温度のバラツキが発生してしまう。そこで、上述したように、開口部３１の大きさを異ならせることにより、排気口側に位置するキャパシタ１０に対してより多くの空気を供給することができ、キャパシタ１０の温度バラツキを抑制することができる。
【００３３】
また、本実施例では、開口部３１を位置させる領域として、４つのキャパシタ１０によって囲まれた領域としているが、これに限るものではない。例えば、３つのキャパシタ１０によって囲まれた領域内に開口部３１を位置させることもできるし、２つのキャパシタ１０とケース２０とによって囲まれた領域内に開口部３１を位置させることもできる。すなわち、少なくともキャパシタ１０によって空気の移動が妨げられるスペースに対して、支持プレート３０の開口部３１を介して空気を導くようにすればよい。
【００３４】
さらに、本実施例では、キャパシタ１０を用いているが、これに限るものではなく、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることもできる。ここで、二次電池としては、円筒形の電池を用いることができる。
【００３５】
円筒形の二次電池を用いる場合には、二次電池の長手方向が鉛直方向と直交するように、二次電池を配置することができる。そして、二次電池の両端面に、正極端子および負極端子が設けられている場合には、二次電池の両端側を支持する支持プレートを用いて、複数の二次電池を支持することができる。このような構成であっても、二次電池によって囲まれた領域に空気が進入しにくいことがあるため、上述した支持プレートに開口部（開口部３１に相当する）を形成しておくことにより、二次電池によって囲まれた領域に空気を進入させることができる。
【００３６】
また、本実施例では、キャパシタ１０に空気を接触させることにより、キャパシタ１０の温度を調節するようにしているが、これに限るものではない。すなわち、キャパシタ１０との間で熱交換を行って、キャパシタ１０の温度を調節することができるものであればよく、例えば、空気以外の気体を用いたり、液体を用いたりすることができる。
【実施例２】
【００３７】
次に、本発明の実施例２である蓄電装置について、図４から図６を用いて説明する。ここで、図４は、蓄電装置における一部の内部構造を示す上面図であり、図５は、本実施例で用いられるガイド管の構造を示す外観図である。また、図６は、図４のＢ−Ｂ断面図であり、蓄電装置における一部の内部構造を示す図である。なお、実施例１で説明した部材と同一の部材については、同一符号を用い、詳細な説明は省略する。以下、実施例１と異なる点について、主に説明する。本実施例では、実施例１で説明した構造に加えて、以下に説明する構造を有している。
【００３８】
本実施例の蓄電装置１において、４つのキャパシタ１０によって囲まれたスペースＳには、Ｚ方向（鉛直方向）に延びるガイド管（管状部材）４０が配置されている。ガイド管４０は、円筒状に形成されているとともに、複数の開口部４１を有している。複数の開口部４１は、スペースＳを形成するキャパシタ４の外周面と向かい合っている。
【００３９】
ガイド管４０の一端部４２は、支持プレート３０に接触しており、鉛直方向から見たときに、ガイド管４０の内部領域および開口部３１が互いに重なるようになっている。言い換えれば、ガイド管４０の内径および開口部３１の内径が略等しくなっている。
【００４０】
これにより、支持プレート３０の開口部３１を通過した空気は、ガイド管４０の内部に進入することになる。なお、ガイド管４０の内径は、開口部３１の内径よりも大きくすることもできる。すなわち、開口部３１を通過した空気が、ガイド管４０内に進入できればよい。
【００４１】
一方、ガイド管４０の他端部４３は、キャパシタ１０の上面と同一面内に位置しており、閉じた状態（言い換えれば、塞がれた状態）となっている。このため、ガイド管４０内に進入した空気は、開口部４１だけを通過してガイド管４０の外側に移動することになる。なお、ガイド管４０の他端部４３は、キャパシタ１０の上面と同一面内に位置している必要はなく、キャパシタ１０の上面よりも上方又は下方に位置していてもよい。また、ガイド管４０の他端部４３に開口部を形成しておき、空気が他端部４３を通過するようにしてもよい。
【００４２】
本実施例の蓄電装置１では、実施例１と同様に、ケース２０に供給された空気は、通路Ｃ１に導かれる空気と、複数のキャパシタ１０が位置するスペースＣ２に導かれる空気とに分かれる。キャパシタ１０の位置するスペースＣ２に導かれた空気は、キャパシタ１０と接触することにより、キャパシタ１０の温度を調節する。また、通路Ｃ１に導かれた空気は、開口部３１を通過して、ガイド管４０内に移動した後、開口部４１を通過して、キャパシタ１０の外周面に接触する。これにより、開口部４１からの空気を用いて、キャパシタ１０の温度を調節することができる。
【００４３】
本実施例によれば、ガイド管４０を用いることにより、４つのキャパシタ１０によって囲まれたスペースＳにも、温度調節用の空気を導くことができ、実施例１と同様に、キャパシタ１０の温度調節を効率良く行うことができる。また、開口部４１を備えたガイド管４０を用いることにより、ガイド管４０を囲む４つのキャパシタ１０に対して、温度調節用の空気を効率良く接触させることができる。
【００４４】
なお、本実施例では、ガイド管４０を円筒状に形成しているが、これに限るものではない。すなわち、ガイド管４０の形状は、４つのキャパシタ１０によって囲まれたスペースＳに配置できる形状であればよい。例えば、ガイド管４０のうち、長手方向と直交する断面形状を、多角形や楕円形に形成することができる。また、ガイド管４０を、例えば、円錐状又は四角錐状に形成することもできる。
【００４５】
また、ガイド管４０に形成される開口部４１の形状も適宜設定することができる。すなわち、ガイド管４０内を移動する空気を、開口部４１を介してキャパシタ１０の外周面に到達させることができればよい。例えば、開口部４１を、多角形や楕円形に形成したり、ガイド管４０の長手方向に延びるスリット状に形成したりすることができる。
【実施例３】
【００４６】
次に、本発明の実施例３である蓄電装置について、図７を用いて説明する。ここで、図７は、蓄電装置における一部の内部構造を示す概略図である。なお、実施例１で説明した部材と同一の部材については、同一符号を用い、詳細な説明は省略する。以下、実施例１と異なる点について、主に説明する。本実施例では、実施例１で説明した構造に加えて、以下に説明する構造を有している。
【００４７】
本実施例の蓄電装置１では、支持プレート３０とケース２０の底面２１との間に形成された通路Ｃ１において、図７に示すダクト５１，５２が設けられている。図７は、底面２１の側から支持プレート３０を見たときの概略図である。各ダクト５１，５２は、支持プレート３０の表面とともに、空気の移動通路を形成している。すなわち、各ダクト５１，５２の内壁面と支持プレート３０の表面とによって、空気を移動させるための通路が形成されている。なお、各ダクト５１，５２を閉断面の構造として、各ダクト５１，５２だけで空気の移動通路を構成することもできる。
【００４８】
第１ダクト５１の先端部は、２つに分岐しており、２つの分岐ダクト５１ａは、支持プレート３０に形成された２つの開口部３１に接続されている。また、第１ダクト５１の基端部は、ケース２０の吸気口と接続されている。これにより、ケース２０に供給される空気の一部は、第１ダクト５１内に進入するようになっており、第１ダクト５１を介して２つの開口部３１に導かれるようになっている。
【００４９】
第１ダクト５１の両側には、２つの第２ダクト５２が配置されている。第２ダクト５２の先端部は、支持プレート３０に形成された開口部３１と接続されており、第２ダクト５２の基端部は、ケース２０の吸気口と接続されている。これにより、ケース２０に供給される空気の一部は、第２ダクト５２内に進入するようになっており、第２ダクト５２を介して、対応する開口部３１に導かれるようになっている。
【００５０】
本実施例では、各ダクト５１，５２を用いることにより、支持プレート３０に形成された各開口部３１に対して、温度調節用の空気を効率良く導くことができる。そして、開口部３１を通過させた空気によって、キャパシタ１０の温度調節を効率良く行うことができる。
【００５１】
なお、本実施例では、実施例１で説明した構造を前提としているが、これに限るものではなく、実施例２で説明した構造に対しても、本実施例を適用することができる。また、各ダクト５１，５２の形状や、各ダクト５１，５２を配置させる経路は、適宜設定することができる。すなわち、ケース２０に供給される空気を、ダクトを介して、支持プレート３０の開口部３１に導くようにすればよい。
【００５２】
一方、支持プレート３０のうち、通路Ｃ１を形成する面に対して、フィンを形成することにより、温度調節用の空気を支持プレート３０の開口部３１に導くことができる。すなわち、フィンを用いることにより、通路Ｃ１内を移動する空気を整流させることができ、開口部３１に対して空気を効率良く導くことができる。
【符号の説明】
【００５３】
１：蓄電装置
１０：電気二重層キャパシタ（蓄電素子）
２０：ケース
２１：底面
２２：上面
３０：支持プレート
３１：開口部
３２：突起部
４０：ガイド管（管状部材）
４１：開口部
５１，５２：ダクト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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