(57)【要約】【課題】蓄電部が膨張及び収縮した際に発生する音波が騒音となって外部に伝達するのを抑制する。【解決手段】充放電電流に含まれる電流リプルに基づき膨張及び収縮する電池セル１１と、蓄電素子１１を冷却するための冷媒通路１７と、冷媒通路１７内に並設される複数の吸音部材１６とを有し、互いに隣接する吸音部材１６の間隔が、電池セル１１の膨張及び収縮に基づき冷媒通路１７内で発生する音波の半波長の整数倍であることを特徴とする蓄電装置。【選択図】図１
2009231042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電電流に含まれる電流リプルに基づき膨張及び収縮する蓄電部と、
前記蓄電部を冷却するための冷媒通路と、
前記冷媒通路内に並設される複数の音低減手段とを有し、
互いに隣接する前記音低減手段の間隔が、前記蓄電部の膨張及び収縮に基づき前記冷媒通路内で発生する音波の半波長の整数倍であることを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
電流リプルを含む充放電電流により充放電が行われる蓄電部と、
前記蓄電部を冷却するための冷媒通路と、
前記冷媒通路内に並設される複数の音低減手段とを有し、
互いに隣接する前記音低減手段の間隔をＤ、前記電流リプルの周波数をｆ、音速をＶ、ｎを１以上の整数としたときに、式（１）を満足することを特徴とする蓄電装置。
Ｄ＝（Ｖ／２ｆ）×ｎ・・・・・・・（１）
【請求項３】
前記蓄電部は、複数の蓄電素子を積層することにより構成されており、前記複数の音低減手段は、前記積層方向に直交する方向に並設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記蓄電素子間に配置されるスペーサと、
前記スペーサに設けられ、前記蓄電部に当接することにより前記冷媒通路を形成するリブとを有し、
前記音低減手段は、前記リブの前記積層方向に直交する方向の端面に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記音低減手段は、吸音部材であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載の蓄電装置。
【請求項６】
前記音低減手段は、音波を反射して互いに干渉させる干渉部材であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載の蓄電装置。
【請求項７】
請求項１乃至６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、充放電電流に含まれる電流リプルに基づき膨張及び収縮する蓄電部を有する蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車の駆動源として、蓄電装置から電力が供給されるインバータ駆動モータが提案されている。蓄電装置は充放電により発熱し、高温になると劣化が進行するため、冷却する必要がある。このような冷却構造を開示したものとして、特許文献２がある。
【０００３】
特許文献２は、蓄電装置を構成する複数の蓄電素子の表面に多数の突起を設けた蓄電装置を開示している。多数の突起が互いに当接することにより冷媒通路が形成される。この種の蓄電装置とインバータ駆動モータとの間には、インバータ回路や昇圧コンバータなどを備えたモータ駆動装置が設けられる。
【０００４】
このようなモータ駆動装置の一例を図４に示す。ここで、図４はモータ駆動装置の概略構成を示す回路図である。
【０００５】
同図において、モータ駆動装置２００は、直流電源２０１と、システムリレーＳＲ２０２と、昇圧コンバータ２０３と、コンデンサ２０４と、インバータ２０５とを含む。昇圧コンバータ２０３は、リアクトル２０３ａと、スイッチング素子としてのＮＰＮトランジスタ２０３ｂ、２０３ｃと、ダイオード２０３ｄ、２０３ｅとを含む。
【０００６】
ＮＰＮトランジスタ２０３ｂ、２０３ｅは、インバータ２０５の電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。ＮＰＮトランジスタ２０３ｂのうち、コレクタは電源ラインに接続され、エミッタはＮＰＮトランジスタ２０３ｃのコレクタに接続される。ＮＰＮトランジスタ２０３ｃのエミッタは、アースラインに接続される。
【０００７】
ダイオード２０３ｄ、２０３ｅは、エミッタ側からコレクタ側へ電流が流れるようにそれぞれＮＰＮトランジスタ２０３ｃとの中間点に接続される。
【０００８】
直流電源２０１は、直流電圧を出力する。システムリレーＳＲは、制御装置（図示せず）からの制御信号によってオンされると、直流電源２０１から出力された直流電圧を昇圧コンバータ２０３へ供給する。昇圧コンバータ２０３は、制御装置（図示せず）からの制御信号によってＮＰＮトランジスタ２０３ｂ、２０３ｃがオン／オフされ、直流電源２０１から供給された直流電圧を昇圧して出力電圧をコンデンサ２０４に供給する。
【０００９】
また、昇圧コンバータ２０３は、車両の回生制動時において、交流モータＭ１によって発電され、インバータ２０５によって変換された直流電圧を降圧して直流電源２０１へ供給する。
【００１０】
コンデンサ２０４は、昇圧コンバータ２０３から供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ２０５へ供給する。
【００１１】
インバータ２０５は、コンデンサ２０４から供給された直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モールＭ１は、トルク指令値によって指定されたトルクを発生するように駆動される。
【００１２】
また、インバータ２０５は、車両の回生制動時において、交流モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサ２０４を介して昇圧コンバータ２０３へ供給する。
【００１３】
このように、モータ駆動装置２００は、直流電源２０１から出力された直流電圧を昇圧して交流モータＭ１を駆動するとともに、交流モータＭ１が発電した電力により直流電源２０１を充電する。
【００１４】
モータ駆動装置２００のスイッチング素子としてのＮＰＮトランジスタ３１２、３１３がオン／オフされる周波数にしたがって、充放電電流には電流リプルが発生する（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−１９５３１１号公報
【特許文献２】特開２００１−１１０３８５号公報
【特許文献３】特開２００４−３２７１４２号公報
【特許文献４】特開２００７−５９８１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
蓄電装置は、電流リプルの影響により、充放電時に膨張収縮を繰り返す。この周波数は、電流リプルの周波数と一致する。電流リプルの周波数は、スイッチング素子のオン／オフを切り替えるスイッチング周波数と一致するので、蓄電装置の膨張収縮周波数は、スイッチング素子のスイッチング周波数と一致する。
【００１６】
スイッチングは、通常１〜１００ｋＨｚオーダの高速で行われ、このような高い周波数で蓄電装置が膨張収縮を繰り返すと、蓄電装置を冷却するための冷媒通路内で圧力変動が発生し、これらがノイズとなって車内に伝達するおそれがある。
【００１７】
そこで、本願発明は、蓄電部が膨張及び収縮した際に発生する音波が騒音となって外部に伝達するのを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明の蓄電装置は、一つの観点として、充放電電流に含まれる電流リプルに基づき膨張及び収縮する蓄電部と、前記蓄電部を冷却するための冷媒通路と、前記冷媒通路内に並設される複数の音低減手段とを有し、互いに隣接する前記音低減手段の間隔が、前記蓄電部の膨張及び収縮に基づき前記冷媒通路内で発生する音波の半波長の整数倍であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の蓄電装置は、別の観点として、電流リプルを含む充放電電流により充放電が行われる蓄電部と、前記蓄電部を冷却するための冷媒通路と、前記冷媒通路内に並設される複数の音低減手段とを有し、互いに隣接する前記音低減手段の間隔をＤ、前記電流リプルの周波数をｆ、音速をＶ、ｎを整数としたときに、式（１）を満足することを特徴とする蓄電装置。
Ｄ＝（Ｖ／２ｆ）×ｎ・・・・・・・（１）
【００２０】
ここで、前記蓄電部は、複数の蓄電素子を積層することにより構成することができる。この場合、前記複数の音低減手段を、前記積層方向に直交する方向に並設することができる。これにより、蓄電素子の積層方向に蓄電装置を小型化することができる。
【００２１】
より具体的には、前記蓄電素子間に配置されるスペーサと、このスペーサに設けられ、前記蓄電部に当接することにより前記冷媒通路を形成するリブとを有し、前記音低減手段を、前記リブの前記積層方向に直交する方向の端面に設けることができる。スペーサの前記積層方向の寸法を小さく設定できるため、蓄電装置を小型化することができる。
【００２２】
前記音低減手段としては、吸音部材や、音波を反射して互いに干渉させる干渉部材を用いることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、蓄電部が膨張及び収縮した際に発生する音波が騒音となって外部に伝達するのを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
図１及び図２を参照しながら、本発明の蓄電装置の概略構成を説明する。図１は蓄電装置の分解斜視図であり、図２は電池セル間に形成された冷媒通路の断面図である。
【００２５】
図１において、蓄電装置１は、Ｙ軸方向に並んで配列される二つの蓄電群（蓄電部）１０Ａ、１０Ｂを含む。蓄電群１０Ａは、電池セル（蓄電素子）１１をスペーサ１３を介してＸ軸方向に積層することにより構成されている。蓄電群１０Ｂも、蓄電群１０Ａと同じ構成である。
【００２６】
図２に詳細を図示するように、スペーサ１３のＸ軸方向の両端面には、リブ１５が設けられている。リブ１５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複数（本実施例では各スペーサ１３に３本）設けられている。
【００２７】
リブ１５のＺ軸方向の両端面には、吸音部材（音低減手段）１６が設けられている。リブ１５のＸ軸方向の端面が電池セル１１の外面に当接することにより、冷媒通路１７が形成される。不図示のチャンバから送風された冷却風は、冷媒通路１７の内部をＹ軸方向に移動しながら、各電池セル１１を冷却する。
【００２８】
ここで、図４で説明したスイッチング素子によりオン／オフを繰り返すことにより、巨視的には電流値が一定に制御される。しかし、実際には、スイッチング素子によりオン／オフを繰り返すことにより、図５に示す電流リプルが生じる。この電流リプルの周波数ｆは、スイッチング素子のスイッチング周波数と一致する。
【００２９】
電池セル１１の充放電電流に電流リプルが重畳されると、電池セル１１の正極及び負極がこれに反応して膨張および収縮する。その結果、電池セル１１の外装ケース１１ｄが膨張及び収縮する。外装ケース１１ｄが膨張及び収縮することにより、外装ケース１１ｄに沿って流れる冷却風に圧力変動が生じる。この圧力変動が音波となって、キャビン内の乗員への騒音となる。
【００３０】
電池セル１１の膨張及び収縮の周波数は、スイッチング素子のスイッチング周波数と一致する。電池セル１１の膨張及び収縮に伴って発生する音波の周波数は、スイッチング素子のスイッチング周波数と一致する。
【００３１】
ここで、冷媒通路１７内で発生する音波の波長をλ、音速をＶ、図４に示すスイッチング素子のスイッチング周波数をｆとおくと、λ＝Ｖ／ｆの関係式が成立する。図２に図示する吸音部材１６の配置間隔Ｄは、Ｄ＝（λ／２）×ｎ（ｎは１以上の整数）に設定されている。これにより、波の振幅が最大となる位置に吸音部材１６が配置され、冷媒通路１７内で発生した音波を効果的に吸収することができる。
【００３２】
次に、図１及び図２を参照しながら、蓄電装置の構成を詳細に説明する。これらの図において、電池セル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。
【００３３】
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。
【００３４】
電池セル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軸方向に隣接する電池セル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軸方向に隣接する電池セル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。
【００３５】
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。ガス放出弁１１ｃは、電池異常時に電池セル１１の外部にガスを放出して内圧上昇を抑制する。ここで、電池異常とは、過充電などの際に電解液が電気分解してガスが発生する現象を意味する。
【００３６】
Ｙ軸方向に隣接する電池セル１１は、不図示のバスバーにより直列に接続されている。具体的には、各電池セル１１の端子１１ａ、１１ｂのうち蓄電装置１のＹ軸方向中央側に位置する端子１１ａ及び端子１１ｂを、前記バスバーにより接続している。
【００３７】
Ｘ軸方向に隣接する電池セル１１は、不図示のバスバーにより直列に接続されている。
具体的には、各電池セル１１の端子１１ａ、１１ｂのうち蓄電装置１のＹ軸方向外側に位置する端子１１ａ及び１１ｂを、前記バスバーにより接続している。
【００３８】
蓄電群１０Ａ及び１０Ｂの積層方向の両端部には、一対のエンドプレート１４が取り付けられており、このエンドプレート１４により蓄電群１０Ａ及び１０Ｂは固定される。なお、これらの蓄電群１０Ａ及びＢを積層方向から拘束する拘束バンド（不図示）を設けてもよい。
【００３９】
吸音部材１６としては、ペット材、ＥＰＤＭ、グラスウール、連続気泡を用いることができる。吸音部材１６の配置間隔Ｄは、Ｄ＝（λ／２）×ｎ（ｎは１以上の整数）に設定されている。図２（Ａ）では、吸音部材１６の配置間隔ＤがＤ=λ/２に設定されており、図２（Ｂ）では、吸音部材１６の配置間隔ＤがＤ=λに設定されている。
【００４０】
ここで、スイッチング周波数（電流リプルの周波数）ｆを１０ｋＨｚ、音速Ｖを３４０（ｍ／ｓ）とした場合に、吸音部材１６の配置間隔Ｄは、Ｄ＝（λ／２）×ｎ＝（Ｖ／２ｆ）×ｎ＝１７ｎ（ｎは１以上の整数）である。なお、ｎは電池セル１１のサイズなどに応じて適宜変更することができる。
【００４１】
このように、吸音部材１６の配置間隔Ｄを、冷媒通路１７内で発生する波の半波長の整数倍に設定することにより、波の振幅が最大となる位置に吸音部材１６を配置することができる。これにより、冷媒通路１７内の音波を効果的に吸収することができる。
【００４２】
ここで、各電池セル１１は積層方向に膨張及び収縮する。そのため、電池セル１１の積層方向に吸音部材を配置することにより、外装ケース１１ｄの外面から当該積層方向に向かう音波を効果的に吸収することができる。しかしながら、この方法では、隣接する電池セル１１間の隙間が大きくなり、蓄電装置を小型化することができない。
【００４３】
他方、冷媒通路１７内における音波は三次元的に伝播するため、本実施例のようにリブ１５のＺ軸方向の端面に吸音部材１６を設けた構成であっても、高い吸音効果を得ることができる。さらに、リブ１５のＺ軸方向の端面に吸音部材１６を配置することにより、蓄電群１０Ａ、Ｂを積層方向（Ｘ軸方向）に小型化することもできる。このように、本実施例の構成によれば、蓄電装置を大型化することなく、冷媒通路１７内で発生する音波を効果的に吸収することができる。
【００４４】
本実施例では、リブ１５のＺ軸方向の端面に吸音部材１６を設けたが、リブ１５自体を吸音材料とすることもできる。この場合、独立した吸音部材１６を不要とすることができる。
【００４５】
リブ１５及び電池セル１１の内部に収容された発電要素のＹ軸方向の寸法は互いに、略同じに設定されている。また、蓄電装置１の組立状態において（図１参照）、リブ１５のＸ軸方向の端面は、電池セル１１の外装ケース１１ｄに当接しており（図２参照）、電池セル１１の内部に収容された発電要素を押圧している。これにより、蓄電装置１の振動時などにおいて、集電体から正極層及び負極層の活物質が剥がれるのを抑制できる。その結果、蓄電装置１の性能低下を抑制できる。
【００４６】
また、リブ１５のＺ軸方向の端面に設けられた吸音部材１６により、冷媒通路１７が形成される。冷媒通路１７に流入した冷却風は、吸音部材１６に沿ってＹ軸方向に移動しながら各電池セル１１を冷却する。このように、本実施形態の構成によれば、冷却風をガイドするガイド部材として吸音部材１６を用いることもできる。
【００４７】
（実施例２）
次に、図３を参照しながら、本発明の蓄電装置の実施例２を説明する。ここで、図３は電池セル間に形成された冷媒通路の断面図であり、（Ａ）がＸ−Ｚ断面図、（Ｂ）がＹ−Ｚ断面図である。
【００４８】
本実施例では、実施例１の吸音部材１６に相当する位置に音波を反射して互いに干渉させる干渉部材（音低減手段）４１を設けている。なお、干渉部材４１以外の構成は、実施例１と同様である。
【００４９】
干渉部材４１は、リブ１５の長手方向の中央部に向かってＺ軸方向の寸法が漸次減少するようにテーパー状に形成されている。これにより、干渉部材４１に入射した音波を冷媒通路１７の中央側、つまり、冷媒通路１７の入口又は出口に向かう方向とは反対方向に反射することができる。
【００５０】
干渉部材４１のテーパー面は、反射された音波が互いに干渉する際に位相が１８０度ずれるように形成されている。また、Ｚ軸方向に隣接する干渉部材４１の間隔は、実施例１と同様に冷媒通路１７内で発生する音波の半波長の整数倍、すなわち、（λ／２）×ｎ（ｎは１以上の整数）に設定されている。
【００５１】
これにより、干渉部材４１のテーパー面で反射された音波が互いに打ち消し合い、消音効果を得ることができる。さらに、実施例１で説明した他の効果も得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】蓄電装置の分解斜視図である。
【図２】電池セル間に形成された冷媒通路のＸ−Ｚ断面図であり、（Ａ）がＤ=λ/２、（Ｂ）がＤ=λの場合を図示している。
【図３】電池セル間に形成された冷媒通路の断面図であり、（Ａ）がＸ−Ｚ断面図、（Ｂ）がＹ−Ｚ断面図である。
【図４】モータ駆動装置の概略構成を示す回路図である。
【図５】電流リプルの波形図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  蓄電装置
１０Ａ  １０Ｂ  蓄電群
１１  電池セル
１１ａ  １１ｂ  端子
１１ｃ  ガス放出弁
１１ｄ  外装ケース
１３  スペーサ
１４  エンドプレート
１５  リブ
１６  吸音部材
１７  冷媒通路
４１  干渉部材
【図１】
2009231042.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009231042.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009231042.tif 000007