JP4356129B2

JP4356129B2 - バッテリ用電槽

Info

Publication number: JP4356129B2
Application number: JP223299A
Authority: JP
Inventors: 壽木庭
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-01-07
Filing date: 1999-01-07
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2019-01-07
Also published as: JP2000200626A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両に搭載されている電気機器などに供給する電力を貯蔵しておくためのバッテリ用電槽に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ハイブリッド車または電気自動車には、動力源としての電動機が搭載されているとともに、照明装置、ワイパー、スタータモータなどを含む補機が搭載されており、これらの電動機または補機に対して、バッテリから電力が供給される。このバッテリは電気エネルギを化学エネルギに変換して貯蔵するとともに、必要に応じて電気エネルギを取り出すことが可能であり、このバッテリは、電解液および極板ならびにセパレータを有する電槽を備えている。
【０００３】
ところで、バッテリは放電・充電により発熱が生じるとともに、電槽を液密に密封しているために、電槽の内部温度が上昇し易い。すると、発電要素の劣化や性能低下が生じたり、内圧が高まって電槽本体の強度が低下する可能性もある。そこで、電槽内部の熱を外部に放熱するために、電槽の外表面に放熱フィンを形成した発明の一例が特開平９−１９９０９３号公報に記載されている。
【０００４】
この公報に記載されたバッテリ用電槽は、合成樹脂または金属からなる電槽本体と、電槽本体の外表面に対して接着剤を介して接合された放熱部材とを備えており、この放熱部材には、放熱部材の厚さ方向に突出した複数の突条部が、電槽本体の外表面に沿って並設されている。そして、各突条部同士の間には凹部が形成されている。この公報に記載されたバッテリ用電槽によれば、突条部同士の間に形成された放熱路に空気を流通することにより、強制対流により放熱がおこなわれるるとともに、突条部により電槽本体の放熱面積が増大されて放熱効率が高められ、温度上昇による問題を防止できるものとされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報によれば、各突条部同士の間に形成されている放熱面の形状がほぼ矩形であるために、電槽全体として肉厚が平面方向においてほぼ均一になっている。この公報に記載された発明において、内圧の上昇に対する電槽の厚さ方向の強度を向上させるためには、電槽全体の肉厚を増加することも考えられる。しかしながら、この構成を採用した場合には、電槽が重量化するとともに、放熱フィンに各突条部同士の間における熱抵抗が高まり、バッテリの冷却性能が悪化する。また、各突条部の基端部がほぼ直角に形成されているため、放熱路を通過する空気流に澱みが生じ、冷却性能上、不利であった。
【０００６】
この発明は、上記の事情を背景としてなされたものであり、冷却機能を損なうことなく強度を向上させ、かつ、軽量なバッテリ用電槽を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するためこの発明は、蓄電機能を有する発電要素を収容し、かつ、両端を保持部材により保持された電槽本体と、この電槽本体の外側に一方の保持部材側から他方の保持部材側に向けて配置され複数の放熱フィンと、各放熱フィンの間に形成された凹部とを有するバッテリ用電槽において、前記電槽本体自体に前記放熱フィンおよび前記凹部が形成されており、前記電槽本体における前記凹部に臨む領域が、前記電槽本体の内部に向けて突出する方向に湾曲されて湾曲面を形成しているとともに、前記湾曲面のほぼ中央で前記電槽本体の厚さ方向の肉厚が最も薄い構成であることを特徴とするものである。
【０００８】
したがって、この発明によれば、湾曲面により放熱フィンの基端部側の断面積が拡大されて熱抵抗が小さくなるため、電槽の内部から電槽を介して外部に伝導される熱通過量（熱貫流量）が増加する。また、湾曲面が形成されているため、凹部に冷却流を発生させた場合に、冷却流の澱みが抑制される。さらに、電槽本体の内部の温度上昇により電槽本体の内圧が上昇すると、電槽本体の両端が保持されているため、電槽本体に対して厚さ方向に作用する荷重の一部が、湾曲面に沿う方向の成分に変換される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
つぎにこの発明を図に示す具体例に基づいて説明する。図１はバッテリ（組電池）１の部分的な平面図、図２は図１の部分的な拡大図、図３はバッテリ１の全体構成を示す平面図、図４は図３の側面図である。バッテリ１は、複数の電槽（セル）２と、これらの電槽２の配列方向の両端に配置された２枚のエンドプレート３と、各電槽２の両側を挟持するように配置され、かつ、エンドプレート３に対してボルト４により固定された拘束バンド（保持部材）５とを有する。このエンドプレート３は、例えばアルミニウム、鉄などの金属材料により構成され、拘束バンド５は、例えば鉄などの金属材料により構成されている。
【００１０】
前記各電槽２の電槽本体６は熱伝導率の低い合成樹脂材料、例えばポリプロピレン樹脂などにより構成されている。具体的には電槽本体６はほぼ長方形の底板７と、底板７の２つの長辺に立設された側板８と、底板７の２つの短辺に立設され、かつ、側板８の長手方向の両端同士を接続した接続板９とを有する。このようにして、電槽本体６の平面的な外周形状がほぼ長方形に構成されている。そして、電槽本体６の内部には電解液、陰極板、陽極板などの発電要素（図示せず）が収納され、電槽本体６の開口部が、蓋１０により液密に密閉されている。
【００１１】
さらに、各電槽２は、幅方向に直列に配列された、いわゆる積層型の電槽であり、各電槽２の側板８同士が当接されている。そして、電槽２の長手方向の両端、つまり各接続板９に対して拘束バンド５が当接されている。このようにして、拘束バンド５により、各電槽２における長手方向の相対移動が規制されている。また、エンドプレート３により、拘束バンド５同士の間隔（電槽２の長手方向の間隔）が設定されている。
【００１２】
一方、各側板８の外側にはその長手方向に沿って所定間隔おきに放熱フィン１１が複数形成されている。すなわち、各放熱フィン１１は側板８の厚さ方向に突出しており、各放熱フィン１１同士の間には凹部１２が形成されている。そして、各放熱フィン１１同士の間における凹部１２に臨む領域には、アーチ形に湾曲された湾曲面（言い換えれば円弧面）１３がそれぞれ形成されている。各湾曲面１３は、電槽本体６の内部に向けて突出する方向に湾曲している。さらに、各電槽本体６の長手方向における各放熱フィン１１および各凹部１２ならびに各湾曲面１３の配置位置が同一に設定されている。
【００１３】
上記構成に加えて、隣接する電槽本体６同士の各放熱フィン１１の先端同士が当接し、隣接する電槽本体６同士の湾曲面１３が対面している。そして、隣接する電槽本体６同士の凹部１２同士の間に通気路Ａ１が形成されている。つまり、通気路Ａ１は電槽本体６の深さ方向に形成されている。なお、各電槽２の配列方向の両端に位置する電槽２は、その放熱フィン１１の先端がエンドプレート３に当接し、エンドプレート３と凹部１２との間に通気路Ｂ１が形成されている。さらに、各電槽２には正極端子および負極端子（いずれも図示せず）が取り付けられている。そして、これらの端子が発電機もしくは補機に接続され、かつ、接地されている。なお、バッテリ１の近傍には、通気路Ａ１，Ｂ１に空気を強制的に送り込むファン（図示せず）が設けられている。
【００１４】
上記構成のバッテリ１においては、発電機により発電された電気エネルギが化学エネルギに変換されて貯蔵されるとともに、必要に応じて電気エネルギとして取り出し、電気機器に供給される。そして、電槽２は、その充電・放電により発熱するとともに、電槽２の内部の熱が電槽本体６を通過して外部に放熱される。ここで、ファンにより通気路Ａ１，Ｂ１に対して空気が送り込まれており、電槽２が強制対流により冷却される。
【００１５】
以下、電槽２における伝熱状態を具体的に説明する。まず、電槽２の内部から側板８に対して熱Ｑが伝達される。すると、図５に示すように、電槽本体６において肉厚が最も厚い各放熱フィン１１に対応する領域の熱は、矢印ｑ１で示すように、側板８の内面８Ａに対してほぼ直交して放熱フィン１１側に伝導され、通気路Ａ１，Ｂ１に放熱される。さらにまた、電槽本体６で肉厚が最も薄い湾曲面１３のほぼ中央に対応する領域の熱は、矢印ｑ２で示すように、内面８Ａに対してほぼ直交して湾曲面１３側に伝導され、通気路Ａ１，Ｂ１に放熱される。
【００１６】
ところで、放熱フィン１１以外の領域と、放熱フィン１１に相当する領域との間には、湾曲面１３が形成されていることにより、放熱フィン１１以外の領域と、放熱フィン１１に相当する領域とを接続する熱伝導領域Ｅ１が形成されている。言い換えれば、内面８Ａと平行な平面方向の断面積（熱伝導面積）が可及的に拡大されている。このため、放熱フィン１１以外の領域と、放熱フィン１１に相当する領域との間の熱が、矢印ｑ３で示すように放熱フィン１１側に誘導されて電槽２の熱抵抗が小さくなり、電槽２の熱通過量（熱貫流量）が多くなり、放熱フィン１１による放熱作用が促進される。さらにまた、凹部１２に面して湾曲面１３が配置されているため、通気路Ａ１，Ｂ１を通過する冷却流（空気）の澱みが抑制される。上記の作用により、電槽２の冷却性能が向上する。
【００１７】
つぎに、電槽２の強度について説明する。電槽２の内部温度の上昇にともない、側板８の内面８Ａに対して、図２のように内圧Ｐ１が作用する。しかしながら、電槽本体６には湾曲面１３が形成されて、かつ、電槽本体６の長手方向の両端が拘束バンド５により挟持されているため、内圧Ｐ１に対応する荷重が、側板８の内部において厚さ方向成分Ｃ１と水平方向成分Ｄ１とに分散される。つまり、側板８の内部に水平方向成分Ｄ１同士による圧縮荷重が発生し、厚さ方向成分Ｃ１の荷重（鉛直荷重）が弱められる。このようにして、電槽本体６の厚さ方向（図２の上下方向）の耐圧強度が向上する。また、電槽２の肉厚を抑制してバッテリ１の軽量化を図ることができる。
【００１８】
【発明の効果】
この発明によれば、湾曲面により放熱フィンの基端部側の断面積が拡大されて熱抵抗が小さくなるため、電槽の内部から電槽を介して外部に伝導される熱通過量（熱貫流量）が増加する。また、湾曲面が形成されているため、凹部に冷却流を発生させた場合に、冷却流の澱みが抑制される。したがって、電槽の冷却機能が向上する。
【００１９】
さらに、電槽本体の内部の温度上昇により電槽本体の内圧が上昇すると、電槽本体の両端が保持されているため、電槽本体に対して厚さ方向に作用する荷重の一部が、湾曲面に沿う方向の成分に変換される。言い換えれば、電槽本体の内部で長手方向の圧縮荷重が発生する。したがって、電槽本体の内部における厚さ方向の荷重が、湾曲面に沿う方向の荷重により弱められ、厚さ方向の耐圧強度が向上する。その結果、電槽の肉厚が抑制されバッテリの軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のバッテリ用電槽の部分的な平面図である。
【図２】図１に示すバッテリ用電槽の拡大平面図である。
【図３】図１に示すバッテリ用電槽の全体的な平面図である。
【図４】図３に示すバッテリ用電槽の全体的な平面図である。
【図５】図２に示すバッテリ用電槽の拡大平面図である。
【符号の説明】
１…バッテリ、２…電槽、５…拘束バンド、６…電槽本体、１１…放熱フィン、１３…湾曲面。

Claims

蓄電機能を有する発電要素を収容し、かつ、両端を保持部材により保持された電槽本体と、この電槽本体の外側に一方の保持部材側から他方の保持部材側に向けて配置された複数の放熱フィンと、各放熱フィンの間に形成された凹部とを有するバッテリ用電槽において、
前記電槽本体自体に前記放熱フィンおよび前記凹部が形成されており、前記電槽本体における前記凹部に臨む領域が、前記電槽本体の内部に向けて突出する方向に湾曲されて湾曲面を形成しているとともに、前記湾曲面のほぼ中央で前記電槽本体の厚さ方向の肉厚が最も薄い構成であることを特徴とするバッテリ用電槽。