(57)【要約】【課題】蓄電池ユニットを備え簡単な構成でありながら電池パックを充分に冷却可能な急速充電装置を提供する。【解決手段】急速充電装置１０は、整流器（図示省略）を有してなる充電ユニット１２と、複数の電池パック１４を有してなる蓄電池ユニット１６と、を備え、蓄電池ユニット１６は電池パック１４が上下方向に並んで配置された構成であり、充電ユニット１２と蓄電池ユニット１６が水平方向に並んで配置されている。【選択図】図１
2014123475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流器を有してなる充電ユニットと、複数の電池パックを有してなる蓄電池ユニットと、を備える急速充電装置であって、
前記蓄電池ユニットは前記電池パックが上下方向に並んで配置された構成であり、前記充電ユニットと前記蓄電池ユニットが水平方向に並んで配置されたことを特徴とする急速充電装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記各電池パックは、上下方向に平行に配置された板状体で水平方向に隙間を有して並んで配置された複数の電池セルと、これら電池セルを収容する箱状体で上面部及び下面部に通気孔が形成されたケースと、を有してなる構成であることを特徴とする急速充電装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記蓄電池ユニットは電池室に収容されており、前記電池室の側壁部における最下段の電池パックよりも下の位置に吸気孔が形成され最上段の電池パックよりも上の位置に排気孔が形成されたことを特徴とする急速充電装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
下段の電池パックとその真上の上段の電池パックとの間に、前記下段の電池パックの上面部から上昇する空気を前記上段の電池パックの下面部を避けて前記上段の電池パックの側方に導く整流部材を更に備えることを特徴とする急速充電装置。
【請求項５】
請求項１又は２において、
前記蓄電池ユニットは電池室に収容されており、前記電池室の壁部には孔が形成されておらず前記電池室に外気が入らないようになっており、前記電池室の側壁部と前記電池パックとの間には隙間があり、前記電池室内において空気が前記電池パックに加熱されて上昇し前記側壁部に冷却されて前記側壁部と前記電池パックとの間の隙間を下降する態様で循環するように構成されたことを特徴とする急速充電装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記電池パックは水平方向であって前記蓄電池ユニットと前記充電器とが並ぶ幅方向と直交する奥行方向にも並んで配置されており、前記電池室における前記電池パックの上のスペースを前記奥行方向の一方の電池パックの側と前記奥行方向の他方の電池パックの側とに隔てる整流部材を更に備えることを特徴とする急速充電装置。
【請求項７】
請求項５において、
前記電池パックは水平方向であって前記蓄電池ユニットと前記充電器とが並ぶ幅方向と直交する奥行方向にも並んで配置されており、下段の電池パックとその真上の上段の電池パックとの間に、前記下段の電池パックの上面部から上昇する空気を前記上段の電池パックの下面部を避けて前記上段の電池パックの側方であって前記上段の電池パックに隣合う他の上段の電池パックに対向する側に導く整流部材を更に備えることを特徴とする急速充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車の急速充電等に用いられる、蓄電池ユニットを備える急速充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車が市販されるようになり更なる普及が期待されている。一方、電気自動車は充電に要する時間が長いことが普及を阻害する一因となっており、電気自動車の急速充電に対するニーズが高まっている。急速充電を実現する技術としては、ＡＣ−ＤＣコンバータ（整流器）を有してなる充電ユニットに蓄電池ユニット（電気自動車ではなく充電装置に設置される蓄電池ユニット）を組み合わせ、電力会社の発電所から供給される電力や太陽光、風力発電等の自然エネルギーから得られる電力によって予め蓄電池ユニットを充電しておいて、電気自動車に充電する際には充電装置の蓄電池ユニットから電気自動車の蓄電池に直流電力を供給することによって電気自動車の蓄電池を急速に充電できるようにした技術が知られている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。尚、このような充電装置の用途は電気自動車の充電に限られず、例えば停電時の非常用電源としても有用である。充電ユニットは、ＡＣ−ＤＣコンバータの他に変圧器、制御装置、スイッチ、ブレーカ等を備えている。蓄電池ユニットは一般的に複数の電池パックで構成されている。電池パックは例えばリチウムイオン電池であり複数の電池セルがケースに収容された構成である。従来の急速充電装置では充電ユニットの下に電池室が配置されており、電池室には複数の電池パックが水平方向に並んで配置されていた。
【０００３】
ところでリチウムイオン電池等の蓄電池が本来の性能を発揮するためには蓄電池が所定の範囲内の温度環境下で使用される必要がある。一方、蓄電池は充電や放電に伴って発熱する。従って、従来の急速充電装置では冷却ファン等の冷却手段によって電池パックを冷却していた。より詳細には、電池室に水平方向に並んで配置されている複数の電池パックの周囲に空気が水平方向に流れるように冷却ファン等によって空気を送り各電池パックを冷却していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１９６０２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“電気自動車用急速充電器「ＲＡＰＩＤＡＳ」”、［online］、ＪＦＥエンジニアリング株式会社、［平成２４年１２月２０日検索］、インターネット（http://www.jfe-eng.co.jp/products/machine/mac47.html）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、電池室に水平方向に並んで配置されている電池パックの周囲に空気が水平方向に流れるように冷却ファンによって空気を送っても電池パックが充分に冷却されないことがあった。尚、冷却ファンの設置数を増やしたり大型の冷却ファンを用いれば電池パックを充分に冷却しうるが装置構成が複雑になったり装置が大型になるという問題がある。又、コストアップ要因になるという問題もある。
【０００７】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであって、蓄電池ユニットを備え簡単な構成でありながら電池パックを充分に冷却可能な急速充電装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、整流器を有してなる充電ユニットと、複数の電池パックを有してなる蓄電池ユニットと、を備える急速充電装置であって、蓄電池ユニットは電池パックが上下方向に並んで配置された構成であり、充電ユニットと蓄電池ユニットが水平方向に並んで配置された急速充電装置により上記課題を解決するものである。
【０００９】
この急速充電装置の蓄電池ユニットは電池パックが上下方向に並んで配置された構成であるので電池パックの発熱によって暖められる空気の上昇により自然対流が生じやすい。又、充電ユニットと蓄電池ユニットが水平方向に並んで配置されているので、全体をコンパクトに保ちつつ蓄電池ユニットを収容する電池室の上下方向の長さを長くすることができ、この点でも電池パックの発熱によって暖められる空気の上昇による自然対流が生じやすい。このような空気の自然対流によって電池パックを充分に冷却可能である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蓄電池ユニットを備え簡単な構成でありながら電池パックを充分に冷却可能な急速充電装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る急速充電装置の概略構成を模式的に示す一部断面図を含む前面図
【図２】同急速充電装置の電池室の構成を模式的に示す側方から見た断面図
【図３】同急速充電装置の蓄電池ユニットの電池パックの概略構成を模式的に示す前後方向から見た断面図
【図４】同電池パックの上面図
【図５】本発明の第２実施形態に係る急速充電装置の概略構成を模式的に示す一部断面図を含む前面図
【図６】同急速充電装置の電池室の構成を模式的に示す側方から見た断面図
【図７】本発明の第３実施形態に係る急速充電装置の概略構成を模式的に示す一部断面図を含む前面図
【図８】同急速充電装置の電池室の構成を模式的に示す側方から見た断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して詳細に説明する。本発明の第１実施形態は図１及び２に示されるような急速充電装置１０に関する。急速充電装置１０は、整流器（図示省略）を有してなる充電ユニット１２と、複数の電池パック１４を有してなる蓄電池ユニット１６と、を備え、蓄電池ユニット１６は電池パック１４が上下方向に並んで配置された構成であり、充電ユニット１２と蓄電池ユニット１６が水平方向に並んで配置されている。これら充電ユニット１２及び蓄電池ユニット１６は上下方向に長い直方体の筐体に収容されており、充電ユニット１２は筐体の左右方向の一方側の部分に配置され、蓄電池ユニット１６は筐体の左右方向の他方側の部分を占める電池室１８に収容されている。尚、充電ユニット１２の構成については本第１実施形態の理解のために重要とは思われないため省略する。
【００１３】
蓄電池ユニット１６を構成する各電池パック１４は図３及び４に拡大して示されるように、上下方向に平行に配置された板状体で水平方向に隙間を有して並んで配置された複数の電池セル２０と、これら電池セル２０を収容する箱状体で上面部及び下面部に通気孔２２が形成されたケース２４と、を有してなる構成である。電池セル２０は、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等である。尚、図１では便宜上、電池セル２０や通気孔２２の数を図３及び４よりも少なく描いている。ケース２４は上下方向に長い直方体である。本第１実施形態では蓄電池ユニット１６は４個の電池パック１４を備えており、上下方向に並んで配置された２個の電池パック１４と上下方向に並んで配置された他の２個の電池パック１４が左右方向（充電ユニット１２と蓄電池ユニット１６とが並ぶ方向）に並んで配置されている。
【００１４】
電池室１８の後面側の側壁部２６における下段の電池パック１４よりも下の位置には吸気孔２８が形成され、上段の電池パック１４よりも上の位置には排気孔３０が形成されている。
【００１５】
又、下段の電池パック１４とその真上の上段の電池パック１４との間には、下段の電池パック１４の上面部から上昇する空気を上段の電池パック１４の下面部を避けて上段の電池パック１４の側方に導く整流部材３２が備えられている。整流部材３２は上下方向に並んで配置された２個の電池パック１４の間と、上下方向に並んで配置された他の２個の電池パック１４の間に１個ずつ配置されており、下段の電池パック１４の上面部から上昇する空気を上段の２個の電池パック１４の間の隙間に導くようになっている。より詳細には整流部材３２は矩形の板状体で一辺が下段の電池パック１４の上面部におけるもう一個の下段の電池パック１４から遠い側の端部の近傍に配置され、対向する他の一辺は上段の電池パック１４の下面部におけるもう一個の上段の電池パック１４に近い側の端部の近傍に配置されている。
【００１６】
次に、急速充電装置１０の作用について説明する。電池パック１４は充電や放電に伴って発熱する。この熱により電池パック１４の周囲や電池パック１４の内側の空気は暖められて比重が軽くなり上昇する。暖められた空気は電池室１８の上部まで上昇すると排気孔３０から外部に放出される。又、排気孔３０から外部へ空気が放出されることに伴って吸気孔２８からは外部の冷たい空気が吸い込まれる。このように急速充電装置１０では電池パック１４の発熱によって暖められる空気の上昇により、暖められた空気が電池室１８の上部の排気孔３０から外部に排出され、又、電池室１８の下部の吸気孔２８からは外部の冷たい空気が電池室１８の中に吸い込まれる態様の自然対流が生じる。特に、蓄電池ユニット１６は電池パック１４が上下方向に並んで配置された構成であるので電池パック１４の発熱によって暖められる空気の上昇による自然対流が生じやすい。又、充電ユニット１２と蓄電池ユニット１６とが水平方向に並んで配置されているので、全体をコンパクトに保ちつつ蓄電池ユニット１６を収容する電池室１８の上下方向の長さを長くできており、この点でも電池室１８内の空気の上昇による自然対流が生じやすい。このような空気の自然対流によって電池パック１４は充分に冷却される。
【００１７】
又、電池パック１４のケース２４の上面部及び下面部には通気孔２２が形成されており、自然対流する空気は電池パック１４の外側だけでなく電池パック１４の内側も通るようになっているので電池セル２０を冷却する効果が高い。尚、急速充電装置１０は例えば外気温が−１０℃〜４０℃の環境下で使用されることが想定されており、電池パック１４の温度は外部の空気の温度に対して２０℃以下に（２０℃以上低く）保たれることが好ましく、１０℃以下に（１０℃以上低く）保たれれば更に好ましい。
【００１８】
又、下段の電池パック１４と上段の電池パック１４との間に整流部材３２が備えられ、下段の電池パック１４の上面部から上昇する空気による上段の電池パック１４の加熱が抑制されるので、下段の電池パック１４と上段の電池パック１４の温度差が生じにくい。尚、電池パック１４同士の温度差は１０℃以下であることが好ましく、５℃以下であれば更に好ましい。
【００１９】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図５及び６に示されるように本第２実施形態に係る急速充電装置５０は、前記第１実施形態と異なり電池室１８の壁部に孔が形成されておらず電池室１８に外気が入らないようになっており、電池室１８内において空気が電池パック１４に加熱されて上昇し側壁部２６に冷却されて側壁部２６と電池パック１４との間の隙間を下降する態様で空気が自然対流するように構成されている。又、各電池パック１４は前記第１実施形態に対して上下方向の軸回りに９０度回転した姿勢で配置されており、上下方向に並んで配置された２個の電池パック１４と上下方向に並んで配置された他の２個の電池パック１４が左右方向ではなく奥行方向（水平方向であって充電ユニット１２と蓄電池ユニット１６とが並ぶ方向と直交する方向）に並んで配置されている。又、電池室１８の上部には、電池室１８における電池パック１４の上のスペースを奥行方向の一方の電池パック１４の側と奥行方向の他方の電池パック１４の側とに隔てる整流部材５２が備えられている。尚、前記第１実施形態に係る整流部材３２は備えられていない。他の構成は前記第１実施形態に係る急速充電装置１０と同じであるので同じ構成要素については図１〜４と同一符号を付することとして説明を省略する。
【００２０】
整流部材５２は上段の２個の電池パック１４の上に１個ずつ配置されており、電池パック１４の上面部から上昇する空気をもう一個の上段の電池パック１４から遠い側に導くようになっている。より詳細には整流部材５２は板状体で上段の各電池パック１４の上にもう一個の上段の電池パック１４から離れる側に傾斜する姿勢で配置され、一辺が電池パック１４の上面部におけるもう一個の上段の電池パック１４に近い側の端部の近傍に配置されており、対向する他の一辺は電池室１８の天板部の近傍に配置されている。
【００２１】
次に、本第２実施形態の急速充電装置５０の作用について説明する。前記第１実施形態と同様に電池パック１４が充電や放電に伴って発熱すると、電池パック１４の周囲や電池パック１４の内側の空気は暖められて比重が軽くなり上昇する。本第２実施形態では下段の電池パック１４の中を通り抜けた空気は上段の２個の電池パック１４の間の隙間ではなく上段の電池パック１４の中を通って電池室１８の上部まで上昇する。電池室１８の上部まで上昇した空気はそれ以上は上昇することができないため側壁部２６の方に流れ、側壁部２６への伝熱によって冷却されて側壁部２６と電池パック１４との間の隙間を下降する。冷却されて下降した空気は電池パック１４に暖められることで再度上昇する。本第２実施形態ではこのような態様で電池室１８内で空気が自然対流する。本第２実施形態でも蓄電池ユニット１６は電池パック１４が上下方向に並んで配置された構成であり、又、充電ユニット１２と蓄電池ユニット１６とが水平方向に並んで配置されていることにより全体をコンパクトに保ちつつ蓄電池ユニット１６を収容する電池室１８の上下方向の長さを長くできているので、電池パック１４の発熱によって暖められる空気の上昇による自然対流が生じやすい。又、上段の電池パック１４の上面部と電池室１８の天板部との間に整流部材５２が備えられているので、電池室１８の上部に到達した空気が前面側及び後面側の側壁部２６の方に流れやすい。このような空気の自然対流によって本第２実施形態でも電池パック１４は充分に冷却される。又、電池室１８の壁部に孔が形成されておらず電池室１８に外部の空気が入らないようになっているので、電池室１８内の汚れや錆の発生を抑制できる。
【００２２】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図７及び８に示されるように本第３実施形態に係る急速充電装置６０は前記第２実施形態に対して整流部材５２が備えられていない一方、前記第１実施形態に係る整流部材３２が備えられている。他の構成は前記第２実施形態に係る急速充電装置５０と同じであるので同じ構成要素については図１〜６と同一符号を付することとして説明を省略する。
【００２３】
本第３実施形態では下段の電池パック１４の中を通り抜けた空気は前記第２実施形態と異なり上段の電池パック１４の中ではなく上段の２個の電池パック１４の間の隙間を通って電池室１８の上部まで上昇する。電池室１８の上部まで上昇した空気はそれ以上は上昇することができないため側壁部２６の方に流れ、側壁部２６によって冷却されて側壁部２６と電池パック１４との間の隙間を下降する。冷却されて下降する空気は途中で一部が上段の電池パック１４にその下面部から吸い込まれ、残りは電池室１８の下部まで下降して下段の電池パック１４にその下面部から吸い込まれる。上段の電池パック１４や下段の電池パック１４に吸い込まれた空気は電池パック１４によって暖められることにより再度上昇する。このような空気の自然対流によって本第３実施形態でも電池パック１４は充分に冷却される。又、本第３実施形態でも電池室１８の壁部に孔が形成されておらず電池室１８に外気が入らないようになっているので、電池室１８内の汚れや錆の発生を抑制できる。又、本第３実施形態では前記第１実施形態と同様に下段の電池パック１４と上段の電池パック１４との間に整流部材３２が備えられ、下段の電池パック１４の上面部から上昇する空気による上段の電池パック１４の加熱が抑制されるので、下段の電池パック１４と上段の電池パック１４の温度差が生じにくい。
【００２４】
尚、本第３実施形態では上段の電池パック１４の上には整流部材が備えられていないが、上段の電池パック１４の上面部との間に隙間があるように整流部材を設置し、上段の電池パック１４の上面部から上昇する空気をもう一個の上段の電池パック１４から遠い側に導くようにしてもよい。具体的には前記第２実施形態の整流部材５２に対し下端が上段の電池パック１４の上面部よりも上に配置されて下端と上段の電池パック１４の上面部との間に隙間が形成されるような整流部材を設置してもよい。又、前記第２実施形態でもこのような整流部材を整流部材５２に換えて設置してもよい。
【００２５】
又、前記第１〜第３実施形態において整流部材３２、５２は板状体であるが所望の空気の流れが得られれば整流部材は例えば中空又は中実の三角柱のような部材であってもよい。又、整流部材が設置されていなくても各電池パック１４を充分に冷却できる場合は整流部材が設置されない構成としてもよい。
【００２６】
又、前記第１実施形態において吸気孔２８及び排気孔３０は電池室１８の後面側の側壁部２６に形成されているが、後面側の側壁部に換えて、又は後面側の側壁部に加えて、前面側の側壁部や左右方向の側壁部に吸気孔や排気孔が形成されていてもよい。尚、左右方向の側壁部は充電ユニットと隣り合う側ではない方の側壁部であることが好ましい。
【００２７】
又、前記第１〜第３実施形態において蓄電池ユニット１６は４個の電池パック１４で構成され、上下方向に並んで配置された２個の電池パック１４の組が左右方向、或いは奥行方向に２組並んで配置されているが、複数の電池パックが上下方向に並んで配置された構成であれば電池パックの個数や配置は特に限定されない。例えば、蓄電池ユニットが、上下方向に並んで配置された２個の電池パック１４の組が左右方向、或いは奥行方向に３組以上並んで配置されている構成である場合にも本発明は適用可能である。又、上下方向に並んで配置された２個の電池パック１４の組が左右方向及び奥行方向に３列以上並んで配置されている構成である場合にも本発明は適用可能である。又、蓄電池ユニットが上下方向に並んで配置された２個の電池パック１４だけで構成される場合にも本発明は適用可能である。又、蓄電池ユニットが、上下方向に３段以上並んで配置され、平面視において上記のいずれかのパターンで配列された複数の電池パック１４で構成される場合にも本発明は適用可能である。尚、急速充電装置１０、５０、６０は電池パック１４の発熱によって暖められる空気の上昇による自然対流を利用して電池パック１４を冷却する簡単な構成であるので電池パックの増設は容易である。
【００２８】
又、前記第１〜第３実施形態において電池室１８に冷却ファンは設置されていないが、電池室１８内における空気の自然対流を促すための冷却ファンが設置された構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、電気自動車の急速充電等に用いられる、蓄電池ユニットを備える急速充電装置に利用できる。
【符号の説明】
【００３０】
１０、５０、６０…急速充電装置
１２…充電ユニット
１４…電池パック
１６…蓄電池ユニット
１８…電池室
２０…電池セル
２２…通気孔
２４…ケース
２６…側壁部
２８…吸気孔
３０…排気孔
３２、５２…整流部材
【図１】
2014123475.tif 000003
【図２】
2014123475.tif 000004
【図３】
2014123475.tif 000005
【図４】
2014123475.tif 000006
【図５】
2014123475.tif 000007
【図６】
2014123475.tif 000008
【図７】
2014123475.tif 000009
【図８】
2014123475.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月21日(2012.12.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
又、電池パック１４のケース２４の上面部及び下面部には通気孔２２が形成されており、自然対流する空気は電池パック１４の外側だけでなく電池パック１４の内側も通るようになっているので電池セル２０を冷却する効果が高い。尚、急速充電装置１０は例えば外気温が−１０℃〜４０℃の環境下で使用されることが想定されており、電池パック１４の温度は外部の空気の温度に対して２０℃以下に保たれることが好ましく、１０℃以下に保たれれば更に好ましい。