(57)【要約】【課題】蓄電モジュールに含まれる蓄電素子間の温度差を少なくすることを目的とする。【解決手段】蓄電素子１１、１２を並列に接続した第１蓄電モジュール５と、蓄電素子２１、２２を並列に接続した第蓄電モジュール６とを直列に接続した蓄電装置１において、第１及び第２蓄電モジュール５、６間に配置されることにより冷媒が流れる冷媒通路を形成する第１モジュール間スペーサ１５と、隣接する蓄電素子１１、１２間に配置されることにより冷媒が流れる冷媒通路を形成する第１モジュール内スペーサ１４とを有し、第１モジュール内スペーサ１４は、第１モジュール間スペーサ１５よりも熱伝導性が高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の蓄電素子を並列に接続した蓄電モジュールを複数有し、これらの蓄電モジュールを直列に接続した蓄電装置において、
隣接する前記蓄電モジュール間に配置されることにより冷媒が流れる第１の冷媒通路を形成する第１のスペーサ部と、
前記蓄電モジュール内の隣接する蓄電素子間に配置されることにより冷媒が流れる第２の冷媒通路を形成する第２のスペーサ部とを有し、
前記第２のスペーサ部は、前記第１のスペーサ部よりも熱伝導性が高いことを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記第２のスペーサ部は、前記第１のスペーサ部よりも熱伝導率が高い材料で構成されてい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】
前記第２のスペーサ部は、前記第１のスペーサ部よりも前記複数の蓄電素子の配列方向の厚みが薄いことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記１のスペーサ部は、前記蓄電素子の外面に当接して、前記第１の冷媒通路形成する第１のリブ形状部を有し、
前記第２のスペーサ部は、前記蓄電素子の外面に当接して、前記第２の冷媒通路を形成する第２のリブ形状部を有することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記第１及び第２のスペーサ部は、前記蓄電素子の外面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の蓄電装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちいずれか一つに記載の蓄電装置を搭載した車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の蓄電素子を有する蓄電装置及び蓄電装置を搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池などの蓄電素子からなるバッテリを動力源として用いたハイブリッド自動車、電気自動車などが提案されている。ハイブリッド自動車は、モータと内燃機関とを動力機構として兼用した自動車であり、モータはバッテリから出力された電流によって駆動される。
【０００３】
バッテリとして、複数の蓄電素子を並列に接続した蓄電モジュールを複数有し、これらの蓄電モジュールを直列に接続した蓄電装置が知られている。蓄電素子には、温度が高くなると劣化が進行し、温度が低くなると内部抵抗の上昇により出力が低下するという特性がある。
【０００４】
特許文献１及び２は、隣接する蓄電素子間に風路を形成するためのスペーサを配置し、前記風路に冷媒を流すことにより、各蓄電素子の温度制御を行う組電池の温度調節構造を開示する。
【特許文献１】特開２００９−０５４４０３号公報
【特許文献２】特開２００５−００５１６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
蓄電モジュールに含まれる蓄電素子間において、温度差がある場合には、より温度の高い蓄電素子（以下、異常蓄電素子という）の内部抵抗値が下がり、電流値が上がる。これにより、異常蓄電素子の温度がさらに上昇し、温度差が拡大する。その結果、異常蓄電素子の劣化が進行し、蓄電装置に蓄電される蓄電量が制約される。このような問題を回避するために、蓄電モジュールに含まれる蓄電素子間の温度差を更に少なくする方法が求められる。そこで、本発明は、蓄電モジュールに含まれる蓄電素子間の温度差を少なくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の蓄電装置は、（１）複数の蓄電素子を並列に接続した蓄電モジュールを複数有し、これらの蓄電モジュールを直列に接続した蓄電装置において、隣接する蓄電モジュール間に配置されることにより冷媒が流れる冷媒通路を形成する第１のスペーサ部と、蓄電モジュール内の隣接する蓄電素子間に配置されることにより冷媒が流れる冷媒通路を形成する第２のスペーサ部とを有し、前記第２のスペーサ部は、前記第１のスペーサ部よりも熱伝導性が高いことを特徴とする。
【０００７】
（１）の構成において、前記第２のスペーサ部の熱伝導性を、前記第１のスペーサ部よりも高くする方法として、熱伝導率の異なる材料を使用する方法、スペーサの厚みを変える方法が考えられる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、蓄電モジュールに含まれる蓄電素子間の温度差を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】蓄電装置の断面図である。
【図２】変形例１の蓄電装置の断面図である。
【図３】変形例２の蓄電装置の断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、蓄電装置の断面図である。蓄電装置１は、第１蓄電モジュール５、第２蓄電モジュール６及び第３蓄電モジュール７を含む。これらの第１〜第３蓄電モジュール５〜７は直列に接続される。蓄電装置１に含まれる蓄電モジュールの個数は複数であればよい。したがって、蓄電モジュールの個数は、３個に限定されない。
【００１１】
第１蓄電モジュール５は、第１蓄電素子１１及び第２蓄電素子１２を含む。第１蓄電モジュール５に含まれる蓄電素子の個数は複数であればよい。したがって、蓄電素子の個数は、２個に限定されない。第１蓄電素子１１及び第２蓄電素子１２は互いに導電部材１３を介して並列に接続される。導電部材１３は、第１蓄電素子１１及び第２蓄電素子１２の各端子電極１１Ａ、１２Ａに接続される。蓄電素子１１は、角型のケース内に発電要素を収容する。発電要素は、正極体と、負極体と、正極体及び負極体の間に配置されたセパレータとを含む。
【００１２】
ここで、正極体は、正極用集電体と、正極用集電体の表面に塗布された正極層とで構成されている。正極層とは、正極に応じた活物質や導電剤等を含む層である。正極用集電体には、アルミニウムを用いることができる。正極層の活物質には、リチウム−遷移金属複合酸化物を用いることができる。また、導電剤として、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、カーボンナノチューブを用いることができる。
【００１３】
負極体は、負極用集電体と、負極用集電体の表面に塗布された負極層とで構成されている。負極層とは、負極に応じた活物質や導電剤等を含む層である。負極用集電体には、銅を用いることができる。負極層の活物質には、カーボンを用いることができる。また、導電剤として、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、カーボンナノチューブを用いることができる。
【００１４】
電解液は、セパレータの中に含浸させることができる。ただし、粒子で形成された固体電解質を用いることもできる。固体電解質としては、高分子固体電解質や無機固体電解質がある。
【００１５】
第２蓄電素子１２は、第１蓄電素子１１と同じ構成である。第１蓄電素子１１及び第２蓄電素子１２の間には、第１モジュール内スペーサ（第２のスペーサ部）１４が位置する。第１モジュール内スペーサ１４は、複数のリブ形状部１４Ａを有する。これらのリブ形状部１４Ａは、Ｚ軸方向に略一定の間隔を隔てて並ぶ。各リブ形状部１４Ａは、Ｘ軸方向に延びる。Ｚ軸方向に隣接するリブ形状部１４Ａに挟まれた空間部は、冷媒が移動する冷媒通路（第２の冷媒通路）を形成する。この冷媒通路に沿って、冷媒がＸ軸方向に流れる。これにより、第１の蓄電素子１１及び第２の蓄電素子１２を冷却できる。
【００１６】
第２蓄電モジュール６は、第１蓄電素子２１及び第２蓄電素子２２を含む。第１蓄電素子２１及び第２蓄電素子２２は互いに導電部材２３を介して並列に接続される。導電部材２３は、第１蓄電素子２１及び第２蓄電素子２２の各端子電極２１Ａ、２２Ａに接続される。第１蓄電素子２１及び第２蓄電素子２２の間には、第２モジュール内スペーサ１６が位置する。第２モジュール内スペーサ１６は、複数のリブ形状部１６Ａを有する。第１蓄電素子２１及び第２蓄電素子２２の構成は、第１蓄電モジュール５の第１蓄電素子１１と同様であり、詳細な説明を省略する。第２モジュール内スペーサ１６の構成は、第１モジュール内スペーサ１４と同様であり、詳細な説明を省略する。
【００１７】
第３蓄電モジュール７は、第１蓄電素子３１及び第２蓄電素子３２を含む。第１蓄電素子３１及び第２蓄電素子３２は互いに導電部材３３を介して並列に接続される。導電部材３３は、第１蓄電素子３１及び第２蓄電素子３２の各端子電極３１Ａ、３２Ａに接続される。第１蓄電素子３１及び第２蓄電素子３２の間には、第３モジュール内スペーサ１８が位置する。第３モジュール内スペーサ１８は、複数のリブ形状部１８Ａを有する。第１蓄電素子３１及び第２蓄電素子３２の構成は、第１蓄電モジュール５の第１蓄電素子１１と同様であり、詳細な説明を省略する。第３モジュール内スペーサ１８の構成は、第１モジュール内スペーサ１４と同様であり、詳細な説明を省略する。
【００１８】
第１蓄電モジュール５及び第２蓄電モジュール６の間には、第１モジュール間スペーサ（第１のスペーサ部）１５が位置する。第１モジュール間スペーサ１５は、複数のリブ形状部１５Ａを有する。第１モジュール間スペーサ１５は、形状及び寸法が第１モジュール内スペーサ１４と同様である。したがって、Ｚ軸方向に隣接するリブ形状部１５Ａに挟まれた空間部は、冷媒が移動する冷媒通路（第１の冷媒通路）を形成する。この冷媒通路に沿って、冷媒がＸ軸方向に流れる。これにより、第２の蓄電素子１２及び第１の蓄電素子２１を冷却できる。
【００１９】
第１モジュール内スペーサ１４及び第１モジュール間スペーサ１５は、互いに絶縁性の樹脂であってもよい。第１モジュール内スペーサ１４は、第１モジュール間スペーサ１５よりも熱伝導率が高い材料で構成される。
【００２０】
第２蓄電モジュール６及び第３蓄電モジュール７の間には、第２モジュール間スペーサ１７が位置する。第２モジュール間スペーサ１７は、複数のリブ形状部１７Ａを有する。第２モジュール間スペーサ１７は、第１モジュール間スペーサ１５と同じ構成であり、詳細な説明を省略する。
【００２１】
次に、第１蓄電モジュール５の第２蓄電素子１２が異常発熱した時の放熱動作について説明する。ここで、異常発熱とは、第２蓄電素子１２が、第１蓄電素子１１よりも温度が高くなることを意味する。異常発熱の原因として、端子電極に導電部材を締結固定する際の締結不良が考えられるが、これに限られるものではない。
【００２２】
温度が高くなった第２蓄電素子１２は、内部抵抗が低下する。第２蓄電素子１２の内部抵抗が低下すると、第１蓄電素子１１よりも大きな電流が第２蓄電素子１２に流れる。第２蓄電素子１２に流れる電流が大きくなると、第２蓄電素子１２の発熱温度が高くなる。第２蓄電素子１２の温度が高くなると、第２蓄電素子１２の内部抵抗がさらに低下する。
【００２３】
このような温度上昇のサイクルにより、第２蓄電素子１２は、第１蓄電素子１１と比べて発熱温度が高くなる。ここで、第２蓄電素子１２は、Ｙ軸方向の一方側が第１モジュール間スペーサ１５に接触し、他方側が第１モジュール間スペーサ１５よりも熱伝導率が高い第１モジュール内スペーサ１４に接触する。したがって、第２蓄電素子１２から第１モジュール内スペーサ１４を介して第１蓄電素子１１に伝熱する熱の熱量をＷ１、第２蓄電素子１２から第１モジュール間スペーサ１５を介して第１蓄電素子２１に伝熱する熱の熱量をＷ２としたときに、Ｗ１はＷ２よりも大きい。
【００２４】
したがって、第２蓄電素子１２から発熱したより多くの熱が第１蓄電素子１１に伝熱して、第１蓄電素子１１及び第２蓄電素子１２間の温度差を少なくすることができる。換言すると、第１蓄電素子１１及び第２蓄電素子１２間の電池劣化の差を少なくすることができる。通常、蓄電モジュールに劣化の進んだ蓄電素子が含まれる場合、この蓄電素子が基準となり、蓄電量が制約される。したがって、電池劣化の差が少なくなることにより、ＥＶ（Electric Vehicle）走行への悪影響が軽減される。
【００２５】
次に、蓄電素子１が極低温状態にあるときの第１蓄電モジュール５の昇温動作について説明する。図１において、Ｙ軸方向は車両の車幅方向に対応するものとする。車両が極低温状態にあるとき、外気により近い第１蓄電モジュール５の第１蓄電素子１１の温度が最も低下する。第１蓄電素子１１の温度が低下すると、第１蓄電素子１１の内部抵抗が高くなる。そのため、車両出力に対応した所望の電池出力が得られなくなるおそれがあり、電池出力を向上させるためには、蓄電装置１を昇温させる必要がある。
【００２６】
蓄電装置１を昇温させる方法は、蓄電装置１を強制的に充放電させる方法であってもよい。ここで、蓄電装置１を充放電させることにより、第１蓄電モジュール５の第２蓄電素子１２の温度が上昇する。第２蓄電素子１２から第１モジュール内スペーサ１４を介して第１蓄電素子１１に伝熱する熱の熱量をＷ３、第２蓄電素子１２から第１モジュール間スペーサ１５を介して第１蓄電素子２１に伝熱する熱の熱量をＷ４としたときに、Ｗ３はＷ４よりも大きい。したがって、第２蓄電素子１２から第１蓄電素子１１への伝熱が促進され、極低温状態にある第１蓄電素子１１を早期に昇温させることができる。これにより、早期に電池出力を高めることができる。
【００２７】
（実施例）
以下、実施例を示して本発明について具体的に説明する。
実施形態の蓄電装置１に電流を流して、各蓄電素子１１〜３２の温度を測定した。蓄電素子の電池容量を１０Ａｈｒ、内部抵抗を３ｍΩ、蓄電素子の初期温度３６℃、蓄電素子の熱容量を３４０Ｊ／Ｋ、蓄電装置に流れる電流を２５Ａ、冷媒の温度を３６℃、冷媒の風速を０．８ｍ／ｓに設定した。ただし、第１蓄電素子２１は、抵抗異常により内部抵抗が無限大に高くなっている。したがって、第２蓄電モジュール６においては、第２蓄電素子２２に電流が集中している。実施例では、第１〜第３モジュール内スペーサ１４〜１８の熱伝導率を０．８Ｗ／ｍ・Ｋに設定し、第１〜第２モジュール間スペーサ１５〜１７の熱伝導率を０．２Ｗ／ｍ・Ｋに設定した。比較例では、第１〜第３モジュール内スペーサ１４〜１８、第１〜第２モジュール間スペーサ１５〜１７の熱伝導率を全て０．２Ｗ／ｍ・Ｋに設定した。比較例の結果を表１に示し、実施例の結果を表２に示す。
【表１】
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【表２】
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【００２８】
表１及び表２に示すように、比較例では、第１蓄電素子２１と第２蓄電素子２２との温度差が１３．５℃もあったが、実施例では、第１蓄電素子２１と第２蓄電素子２２との温度差が６．０℃に縮小した。したがって、蓄電モジュール内において並列接続される蓄電素子間の温度差を少なくできるということが証明された。
【００２９】
第２蓄電素子１２から第１蓄電素子１１に伝熱する熱量（つまり、蓄電モジュール内で伝熱する熱量）を、第２蓄電素子１２から第１蓄電素子２１に伝熱する熱量（つまり、蓄電モジュール間で伝熱する熱量）よりも大きくする方法として、他の方法を用いることもできる。当該他の方法は、以下の変形例１乃至３であってもよい。
（変形例１）
図２は、変形例１の蓄電装置２の断面図である。変形例１は、第１〜第２モジュール間スペーサ１５〜１７、第１〜第３モジュール内スペーサ１４〜１８の構成が、上記実施形態とは異なる。その他の構成は、上記実施形態と同様であり、詳細な説明を省略する。第１モジュール間スペーサ１５は、第１モジュール内スペーサ１４と同じ材料で構成される。第１モジュール内スペーサ１４及び第１モジュール間スペーサ１５のＹ軸方向の長さをそれぞれＹ１及びＹ２としたときに、Ｙ２はＹ１よりも大きい。これにより、第１モジュール内スペーサ１４は、第１モジュール間スペーサ１５よりも熱伝導性が高くなる。変形例１の構成によれば、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
（変形例２）
図３は、変形例２の蓄電装置３の断面図である。変形例２は、第１〜第３モジュール内スペーサ１４〜１８の構成が、上記変形例１と異なる。その他の構成は、変形例１と同様であり、詳細な説明を省略する。第１モジュール内スペーサ１４は、Ｙ軸方向の端面に熱伝導率が第１モジュール間スペーサ１５よりも高い伝熱促進シート４１を有する。これにより、第１モジュール内スペーサ１４は、第１モジュール間スペーサ１５よりも熱伝導性が高くなる。なお、第２モジュール内スペーサ１６は、Ｙ軸方向の端面に熱伝導率が第１モジュール間スペーサ１５よりも高い伝熱促進シート４２を有する。第３モジュール内スペーサ１８は、Ｙ軸方向の端面に熱伝導率が第１モジュール間スペーサ１５よりも高い伝熱促進シート４３を有する。変形例２の構成によれば、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
（変形例３）
第１モジュール内スペーサ１４及び第１モジュール間スペーサ１５が蓄電素子に接触する面積を変えることにより、第１モジュール内スペーサ１４の熱伝導性を、第１モジュール間スペーサ１５より高めてもよい。
（変形例４）
第１〜第２モジュール間スペーサ１５〜１７、第１〜第３モジュール内スペーサ１４〜１８は、蓄電素子の外面に形成してもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１  蓄電装置  ５  第１蓄電モジュール  ６  第２蓄電モジュール
１１、２１  第１蓄電素子  １２、２２  第２蓄電素子  
１４  第１モジュール内スペーサ  １５  第１モジュール間スペーサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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