特許 6267571 作業機械及びこれに搭載される蓄電装置の冷却構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6267571

(24)【登録日】2018年1月5日

(45)【発行日】2018年1月24日

(54)【発明の名称】作業機械及びこれに搭載される蓄電装置の冷却構造

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/613 20140101AFI20180115BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20180115BHJP

   H01M 10/6554 20140101ALI20180115BHJP

   H01M 10/653 20140101ALI20180115BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20180115BHJP

   H01M 2/10 20060101ALI20180115BHJP

   B60K 6/28 20071001ALI20180115BHJP

   B60K 6/485 20071001ALI20180115BHJP

【ＦＩ】

   H01M10/613ZHV

   H01M10/625

   H01M10/6554

   H01M10/653

   H01M10/647

   H01M2/10 S

   B60K6/28

   B60K6/485

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-89374(P2014-89374)

(22)【出願日】2014年4月23日

(65)【公開番号】特開2015-207541(P2015-207541A)

(43)【公開日】2015年11月19日

【審査請求日】2017年2月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000442

【氏名又は名称】特許業務法人 武和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】久野 奈柄

(72)【発明者】

【氏名】竹内 健

【審査官】 古河 雅輝

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１２／１６５４９３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−２４８３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０８４４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０３３４１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３０７７８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｋ ６／２０− ６／５４７

Ｂ６０Ｗ １０／００

Ｂ６０Ｗ １０／０２

Ｂ６０Ｗ １０／０６

Ｂ６０Ｗ １０／０８

Ｂ６０Ｗ １０／１０

Ｂ６０Ｗ １０／１８

Ｂ６０Ｗ １０／２６

Ｂ６０Ｗ １０／２８

Ｂ６０Ｗ １０／３０−２０／５０

Ｈ０１Ｍ ２／１０

Ｈ０１Ｍ １０／４２−１０／６６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンと、前記エンジンの動力補助及び前記エンジンからのエネルギ回収を行うモータ・ジェネレータと、前記モータ・ジェネレータとの間で電力の授受を行う蓄電装置と、前記蓄電装置の冷却を行う冷却装置とを備え、
前記蓄電装置は、並列した複数のセルを有し、前記冷却装置は、前記セルの底面と対向に配置した冷却プレートと、前記セルと前記冷却プレートの間に介在した熱伝導シートと、前記熱伝導シートに塗布した熱伝導ペーストを有し、
前記複数のセルのうち、少なくとも１つのセルの直下においては、前記熱伝導シートが凹んでおらず、当該セルの底面と前記熱伝導シートとの間に前記熱伝導ペーストが介在することを特徴とする作業機械。

【請求項2】

請求項１に記載の作業機械において、
前記蓄電装置は、前記複数のセルと、隣接する２つの前記セル間に配置した絶縁性のセルホルダと、これら複数のセル及びセルホルダを一体に組み立てる組立部材とからなり、前記蓄電装置と前記冷却装置は、前記セルの底面と前記冷却プレートの熱交換面との間隔を調整可能な連結部材を用いて一体に連結することを特徴とする作業機械。

【請求項3】

並列した複数のセルを有する蓄電装置と、前記セルの底面と対向に配置した冷却プレート、前記セルと前記冷却プレートの間に介在した熱伝導シート、及び、前記熱伝導シートに塗布した熱伝導ペーストを有する冷却装置とを備え、
前記複数のセルのうち、少なくとも１つのセルの直下においては、前記熱伝導シートが凹んでおらず、当該セルの底面と前記熱伝導シートとの間に前記熱伝導ペーストが介在することを特徴とする蓄電装置の冷却構造。

【請求項4】

請求項３に記載の蓄電装置の冷却構造において、
前記冷却プレートの熱交換面に、前記蓄電装置を収納可能な間隔を隔てて、２条の突条を平行に形成すると共に、当該突条の内面に沿って前記熱伝導シートの端部を折り曲げ、これにより前記熱伝導シートの表面に形成される凹陥部内に前記熱伝導ペースト及び前記蓄電装置の底面を収納して、前記蓄電装置を構成する各セルの底面と前記冷却プレートとを熱的に接続することを特徴とする蓄電装置の冷却構造。

【請求項5】

請求項３に記載の蓄電装置の冷却構造において、
前記冷却プレートの熱交換面に設置された前記熱伝導シートの外周部分を折り上げて、その端部を前記蓄電装置の外周側に配置すると共に、当該折り上げられた前記熱伝導シートの端部を保持する保持部材を備えたことを特徴とする蓄電装置の冷却構造。

【請求項6】

請求項３に記載の蓄電装置の冷却構造において、
前記冷却プレートの熱交換面に設置された前記熱伝導シートの外周部分に、前記熱伝導ペーストの流出を防止するための枠体を設置したことを特徴とする蓄電装置の冷却構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動式又はハイブリッド式の作業機械と、これに搭載される蓄電装置の冷却構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

電動式作業機械やハイブリッド式作業機械の蓄電装置としては、体積エネルギ密度の高いリチウムイオン二次電池やキャパシタが用いられる。この種の蓄電装置は、セルを単体で用いるのではなく、複数個のセルを組み合わせてモジュール化し、所定の電圧や容量に調整した上で使用される。また、この種の蓄電装置は、所定電流で充放電するため、及び、過充電や過放電を防止するため、制御回路や保護回路を組み込んだコントロール部と接続して使用される。

【0003】

ところで、リチウムイオン二次電池やキャパシタは、時間の経過や充放電の繰り返しによって電圧及び容量などの特性が低下し、やがて寿命を迎える。モジュール化された蓄電装置の寿命は、最も短命なセルの寿命に倣うので、蓄電装置の長寿命化を図るためには、個々のセルの寿命を均一化する必要がある。セルの特性劣化は、温度上昇が一因となるので、蓄電装置の長寿命化を図るためには、蓄電装置を冷却し、充放電時のジュール発熱による温度上昇を許容値以下に抑制する必要がある。また、セル単体についても温度分布が大きいと電極が局部的に劣化してセルの短命化の原因となる。このため、蓄電装置の冷却に際しては、単に蓄電装置を構成する複数のセルの平均温度を許容値以下にするだけでは足りず、セル単体についても各部の温度を許容値以下にする必要がある。

【0004】

従来、この種の蓄電装置の冷却構造としては、蓄電装置を構成する電池セルの底面側にシリコン樹脂シート等の熱伝導性を有する絶縁層(以下、この絶縁層を「熱伝導シート」という。)を介して冷却プレートを配置し、これら電池セルと熱伝導シートと冷却プレートを熱結合状態に固定したものが提案されている。また、電池セルと冷却プレートとの間の熱伝導をより効率良くするため、熱伝導シートと電池セルとの間、及び、熱伝導シートと冷却プレートとの間に、シリコンオイル等の熱伝導ペーストを塗布するものも提案されている。さらに、電池セル間の温度差を少なくするため、蓄電装置の中央部に配置される電池セルを効率よく冷却し、両端部に配置される電池セルの冷却を少なくするように断熱層を形成する技術も提案されている（特許文献１の段落００３２及び図５、特許文献１の段落００３４及び図７、図８参照。）。

【0005】

一方、特許文献２には、蓄電装置の底面は完全な同一平面とすることが困難で段差状となっていることに鑑み、全ての電池セルの底面を均一な状態で冷却プレートに接触させるため、熱伝導シートの電池積層体との接触面に、電池積層体により押圧されて弾性変形する複数の変形体を設ける技術が開示されている。また、この特許文献２にも、熱伝導シートに加えて熱伝導ペースト等を利用できるとの記載がある。さらに、この特許文献２には、複数の電池セルを組み合わせて組電池を構成すると共に、下ケースと上ケースと端面プレートとからなる外装ケース内に、複数の組電池を収納する技術が開示されている（特許文献２の要約書及び段落００１７、００３４、図１、図５、図６参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１０−２７７８６３号公報

【特許文献2】国際公開第２０１２／１４７８０１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１の図５には、面一に揃えられた電池セルの底面を熱伝導シートの表面に塗布された熱伝導ペーストに接して配置した図が記載され、かつ、特許文献１の段落００３２には、「熱伝導シートの表裏面に熱伝導ペーストを塗布することにより、効率よく熱伝導できる構造にできる」旨、記載されている。

【0008】

しかしながら、特許文献１には、電池セルの底面を面一に整列して蓄電装置を組み立てる技術、及び、蓄電装置の底面を熱伝導ペーストに接して配置する技術が何も開示されていないので、図５に示されるような理想的な状態で電池セルと熱伝導シートと熱伝導ペーストと冷却プレートとを配置することは、実際上著しく困難であるか不可能である。即ち、上述したように、作業機械等に用いられる蓄電装置は、複数の電池セルを外装ケース等の組立部材を用いて一体に組み立てられるが、組立作業を慎重に行ったとしても、各電池セルの底面を面一に配列することは実際上不可能であり、各セルの底面が必然的に段差状になったり、所定の基準面に対して傾斜することが避けられない。このため、従来においては、蓄電装置の底面を熱伝導シートに押圧して熱伝導シートに圧縮力を付与し、全ての電池セルを熱伝導シートに押し付けるという組立方法がとられるのが一般的である。

【0009】

熱伝導シートを介して電池セルの熱を冷却プレートに効率よく放熱するためには、電池セルと熱伝導シートとの間に空気層が介在しないように、電池セルを熱伝導シートに強く押圧して、熱伝導シートの圧縮率を高める必要がある。従来知られている熱伝導シートにおいて、所定の低い熱抵抗を実現するためには、熱伝導シートの圧縮率が２０％になるように蓄電装置を押圧する必要がある。このため、底面が段差状や傾斜面になった蓄電装置を押圧すると、熱伝導シートに圧縮率が高い部分と低い部分が生じ、電池セルに対する反力が過剰となる。熱伝導シートから蓄電装置に高い反力が加わると、蓄電装置内部の部品を破損する可能性が高まるので、熱伝導シートに付与可能な押圧力には自ずと限界がある。また、過大な段差や傾斜を生じた部分では、電池セルの底面が熱伝導シートに押圧されない部分を生じたり、底面が全く熱伝導シートに接触しない電池セルが発生したりすると、電池セルの冷却状況にばらつきが生じ、蓄電装置内での電池セルの温度のばらつきが大きくなる。

【0010】

電池セルと冷却プレートとの間の放熱効率を維持しつつ、蓄電装置に加わる反力を低減する方法としては、厚い熱伝導シートを使用して、熱伝導シートの圧縮率を低下させる方法も考えられるが、熱伝導シートの熱抵抗が大きくなり、放熱性が損なわれるので好ましくない。

【0011】

一方、特許文献２に記載の技術によれば、熱伝導シートに電池積層体により押圧されて弾性変形する複数の変形体を設けるので、電池積層体に含まれる電池セルの底面の状態に段差や傾斜がある場合でも、全ての電池セルを熱伝導シートに接触させやすくできる。

【0012】

しかしながら、特許文献２に記載の熱伝導シートは、構造が複雑で、製造に複雑な加工が必要となるので、製造コストが高価となり、作業機械には適用し難い。

【0013】

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、安価にして、蓄電装置に過大な反力を及ぼさず、しかも複数のセル間及びセル単体内の温度分布を均一化可能な蓄電装置の冷却構造を提供すること、及び、このような蓄電装置の冷却構造を備えた作業機械を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明は、上記課題を解決するため、作業機械については、エンジンと、前記エンジンの動力補助及び前記エンジンからのエネルギ回収を行うモータ・ジェネレータと、前記モータ・ジェネレータとの間で電力の授受を行う蓄電装置と、前記蓄電装置の冷却を行う冷却装置とを備え、前記蓄電装置は、並列した複数のセルを有し、前記冷却装置は、前記セルの底面と対向に配置した冷却プレートと、前記セルと前記冷却プレートの間に介在した熱伝導シートと、前記熱伝導シートに塗布した熱伝導ペーストを有し、前記複数のセルのうち、少なくとも１つのセルの直下においては、前記熱伝導シートが凹んでおらず、当該セルの底面と前記熱伝導シートとの間に前記熱伝導ペーストが介在することを特徴とする。

【0015】

かかる構成によると、蓄電装置を構成する複数のセルの少なくとも１つについて、熱伝導シートを変形させないように配置するので、各セルの底面に段差や傾斜がある場合にも、熱伝導シートの圧縮率を小さくでき、熱伝導シートから蓄電装置に加わる反力を低下できる。また、当該セルの底面と熱伝導シートとの間には熱伝導ペーストを介在するので、セルの熱を効率的に冷却プレート側に放熱できる。熱伝導ペースト単独では、電池セルの底面と冷却プレートの間の電気絶縁性に懸念が生じるが、熱伝導シートが介在するため、電気絶縁性も長期間にわたって確保できる。以上の点からも蓄電装置の長寿命化を図ることができる。よって、作業機械に搭載した蓄電装置の寿命を延ばすことができて、作業機械の稼働率を高めることができる。

【0016】

また本発明は、前記構成の作業機械において、前記蓄電装置は、前記複数のセルと、隣接する２つの前記セル間に配置した絶縁性のセルホルダと、これら複数のセル及びセルホルダを一体に組み立てる組立部材とからなり、前記蓄電装置と前記冷却装置は、前記セルの底面と前記冷却プレートの熱交換面との間隔を調整可能な連結部材を用いて一体に連結することを特徴とする。

【0017】

かかる構成によると、蓄電装置と冷却装置を一体に連結する連結部材をもってセルの底面と冷却プレートの熱交換面との間隔を調整するので、セルの底面と冷却プレートの熱交換面との間隔を調整するための特別な部材を別途備える必要がなく、蓄電装置の冷却構造を簡易に構成することができる。

【0018】

一方、蓄電装置の冷却構造に関しては、並列した複数のセルを有する蓄電装置と、前記セルの底面と対向に配置した冷却プレート、前記セルと前記冷却プレートの間に介在した熱伝導シート、及び、前記熱伝導シートに塗布した熱伝導ペーストを有する冷却装置とを備え、前記複数のセルのうち、少なくとも１つのセルの直下においては、前記熱伝導シートが凹んでおらず、当該セルの底面と前記熱伝導シートとの間に前記熱伝導ペーストが介在することを特徴とする。

【0019】

かかる構成によると、蓄電装置を構成する複数のセルの少なくとも１つについて、熱伝導シートを変形させないように配置するので、各セルの底面に段差や傾斜がある場合にも、熱伝導シートの圧縮率を相対的に小さくすることができ、熱伝導シートから蓄電装置に加わる反力を低減できる。また、当該セルの底面と熱伝導シートとの間には熱伝導ペーストを介在するので、セルの熱を効率的に冷却プレート側に放熱でき、この点からも蓄電装置の長寿命化を図ることができる。

【0020】

また本発明は、前記構成の蓄電装置の冷却構造において、前記冷却プレートの熱交換面に、前記蓄電装置を収納可能な間隔を隔てて、２条の突条を平行に形成すると共に、当該突条の内面に沿って前記熱伝導シートの端部を折り曲げ、これにより前記熱伝導シートの表面に形成される凹陥部内に前記熱伝導ペースト及び前記蓄電装置の底面を収納して、前記蓄電装置を構成する各セルの底面と前記冷却プレートとを熱的に接続することを特徴とする。

【0021】

かかる構成によると、熱伝導シートの表面に形成される凹陥部内に熱伝導ペーストを収納できるので、セルの底面と冷却プレートの表面との間に形成される空隙内からの熱伝導ペーストの流出を防止でき、セルの放熱性能を安定に保つことができる。

【0022】

また本発明は、前記構成の蓄電装置の冷却構造において、前記冷却プレートの熱交換面に設置された前記熱伝導シートの外周部分を折り上げて、その端部を前記蓄電装置の外周側に配置すると共に、当該折り上げられた前記熱伝導シートの端部を保持する保持部材を備えたことを特徴とする。

【0023】

かかる構成によると、熱伝導シートの外周部分を折り上げて、その端部を蓄電装置の外周側に配置するので、セルの底面と冷却プレートの表面との間に形成される空隙内からの熱伝導ペーストの流出を防止でき、セルの放熱性能を安定に保つことができる。

【0024】

また本発明は、前記冷却プレートの熱交換面に設置された前記熱伝導シートの外周部分に、前記熱伝導ペーストの流出を防止するための枠体を設置したことを特徴とする。

【0025】

かかる構成によると、熱伝導シートの外周部分に前記熱伝導ペーストの流出を防止するための枠体を設置したので、セルの底面と冷却プレートの表面との間に形成される空隙内からの熱伝導ペーストの流出を防止でき、セルの放熱性能を安定に保つことができる。

【発明の効果】

【0026】

本発明によれば、蓄電装置を構成する複数のセルの底面に段差や傾斜がある場合にも、セルの熱を効率的に冷却プレート側に放熱できると共に、熱伝導シートからの反発力を低減できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】実施の形態に係るハイブリッド式油圧ショベルの側面図である。

【図2】実施の形態に係るハイブリッド式油圧ショベルに搭載されるパワーユニットの構成図である。

【図3】実施の形態に係る蓄電装置の分解斜視図である。

【図4】実施の形態に係る蓄電装置に備えられるセルとセルホルダとの組立方法を示す図である。

【図5】実施の形態に係る蓄電装置の冷却構造を示す図である。

【図6】実施の形態に係る蓄電装置と冷却装置に組立方法を示す図である。

【図7】実施の形態に係る蓄電装置の冷却構造における、セルの底面と熱伝導シートと熱伝導ペーストとの位置関係を示す図である。

【図8】図７の要部拡大図である。

【図9】図７のＡ−Ａ’断面図である。

【図10】実施の形態に係る蓄電装置の冷却構造における、冷却プレートに対するセルの取付状態の他の例を示す図である。

【図11】実施の形態に係る冷却プレートの冷却サイクルを示す図である。

【図12】実施の形態に係る熱伝導ペーストの塗布方法の第１例を示す図である。

【図13】実施の形態に係る熱伝導ペーストの塗布方法の第２例を示す図である。

【図14】実施の形態に係る熱伝導ペースト流出防止構造の他の例を示す図である。

【図15】実施の形態に係る熱伝導ペースト流出防止構造のさらに他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、本発明に係る作業機械及びこれに搭載される蓄電装置冷却構造の実施の形態を、ハイブリッド式油圧ショベル及びこれに搭載される蓄電装置冷却構造を例にとって説明する。なお、本発明は、以下に記載する実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で任意に変更して実施することができる。

【0029】

まずは、実施の形態に係るハイブリッド式油圧ショベルの構成を、図１及び図２を用いて説明する。図１は実施の形態に係るハイブリッド式油圧ショベルの側面図であり、図２はハイブリッド式油圧ショベルに搭載されるパワーユニットの構成図である。図１に示すように、実施の形態に係るハイブリッド式油圧ショベルは、クローラ１１及びその駆動輪１２を備えた走行体１０と、走行体１０上に旋回可能に設けた旋回体２０と、旋回体２０に搭載したパワーユニット３０と、一端を旋回体２０に回動自在に連結したフロント装置４０を備えている。駆動輪１２及び旋回体２０は、図示しない油圧モータを用いて駆動される。なお、図１の例では走行体１０にクローラ１１が備えられているが、クローラ１１に代えてホイールを走行体１０に備えることもできる。

【0030】

旋回体２０は、旋回フレーム２１と、旋回フレーム２１の前部に設けた運転室２２と、旋回フレーム２１の後部に設けた原動機室２３を有している。運転室２２内には、パワーユニット３０の操作装置２４と、操作装置２４の操作量及び操作方向に応じたパワーユニット３０の制御信号を出力するコントローラ２５を備える。一方、原動機室２３内には、パワーユニット３０を備える。

【0031】

パワーユニット３０は、図２に示すように、エンジン３１と、エンジン３１の動力補助及びエンジン３１からのエネルギ回収を行うモータ・ジェネレータ３２と、エンジン３１で又はエンジン３１及びモータ・ジェネレータ３２の双方で駆動される油圧ポンプ３３を有する。モータ・ジェネレータ３２には、インバータ３４を介して蓄電装置１００を接続する。蓄電装置１００には、冷却装置２００を付設する。油圧ポンプ３３には、油圧ポンプ３３が吐出する圧油を所要の油圧アクチュエータ（駆動輪１２及び旋回体２０を駆動する油圧モータ及びフロント装置４０を駆動する油圧シリンダの総称）に分配するバルブ装置３５を接続する。蓄電装置１００及び冷却装置２００の構成については、後に図を用いて説明する。

【0032】

フロント装置４０は、一端を旋回体２０の前部に回動自在に連結したブーム４１と、ブーム４１を駆動するブーム用油圧シリンダ４２と、ブーム４１の先端部に回動自在に連結したアーム４３と、アーム４３を駆動するアーム用油圧シリンダ４４と、アーム４３の先端に回動可能に連結したバケット４５と、バケット４５を駆動するバケット用油圧シリンダ４６等から構成される。なお、バケット４５に代えて、ブレーカ、クラッシャ、カッタ、グラップル又はリフティングマグネット等の他のアタッチメントを取り付けることもできる。上述の各油圧シリンダ４２、４４、４６及び油圧モータは、操作装置２４の操作量に応じた速度で、操作装置２４の操作方向に応じた方向に駆動される。

【0033】

モータ・ジェネレータ３２は、蓄電装置１００からの電気エネルギの供給を受けて駆動し、エンジン３１の出力不足をアシストすると共に、エンジン３１より回収される回生エネルギを電気エネルギに変換して蓄電装置１００に蓄電する。モータ・ジェネレータ３２と蓄電装置１００との間の電力の授受は、インバータ３４を介して行われる。インバータ３４は、コントローラ２５が出力する制御信号に基づいて、モータ・ジェネレータ３２に供給する電力の電圧値及び周波数を制御する。

【0034】

実施の形態に係るハイブリッド式油圧ショベルは、運転室２２に搭乗したオペレータが操作装置２４を操作することにより運転する。即ち、オペレータが操作装置２４を操作すると、操作装置２４の操作量及び操作方向に応じた信号がコントローラ２５に入力する。コントローラ２５は、入力信号に基づいて生成した制御信号を出力し、バルブ装置３５を切り換える。これにより、油圧ポンプ３３から吐出した圧油が、操作装置２４により指示された流量、方向及び圧力で、所要の油圧シリンダ４２、４４、４６及び図示しない油圧モータに選択的に供給され、所要の作業が実行される。

【0035】

次に、蓄電装置１００及び冷却装置２００について説明する。

【0036】

実施の形態に係る蓄電装置１００は、図３に示すように、セルホルダ１２０を介して厚さ方向に並列した複数のセル１１０と、外端のセルホルダ１２０の外面に突き当てた２枚のエンドプレート１３０と、これら２枚のエンドプレートをネジ１４１で連結し、上述した複数のセル１１０及びセルホルダ１２０を一体に組み立てるフレーム１４０からなる。セル１１０は、リチウムイオン二次電池等の電池セルのほか、キャパシタセルを用いることもできる。エンドプレート１３０には、フレーム１４０を締結するためのねじ穴１４０ａと、後述するブラケット１５０を締結するためのねじ穴１５０ａとを設ける。

【0037】

セルホルダ１２０は、絶縁材料からなり、セル１１０の側面１１１と対向する部分は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、所定間隔の空隙を隔てて平行に配列された複数のリブ１２１をもって形成する。よって、図４（ｂ）に示すように、セル１１０の側面１１１にセルホルダ１２０を装着した後においても、セルホルダ１２０に形成されたリブ１２１間の空隙からセル１１０の側面１１１の一部が外気に露出する。また、フレーム１４０は、開口部１４２を有する枠形に形成してある。このように構成することにより、開口部１４２を通してセルホルダ１２０のリブ１２１間に冷却風を取り込めるので、セル１１０の蓄熱を効率的に放熱することができる。

【0038】

複数のセル１１０を電気的に直列接続する場合には、正極端子１１２ａの隣に負極端子１１３ｂが来るように、隣接するセル１１０の向きを交互に反転させる。また、図示しないバスバーで、セル１１０の積層方向に配列された２列の各正極端子１１２ａ及び負極端子１１３ｂをそれぞれ接続し、正負の２端子を取り出す。なお、端子の上部には制御用の基板やカバーなどを配置するが、これについては公知の技術であり、かつ本発明の要旨でもないので、図示を省略する。

【0039】

蓄電装置１００の底面、即ち、蓄電装置１００を構成する各セル１１０の電極形成面と反対側の面には、図５に示すように、ブラケット（連結部材）１５０を用いて冷却装置２００を固定する。ブラケット１５０は、側面形状がＬ字形の金属板からなり、図３に示すように、各面の所定の位置にネジ穴１５１ａ、１５１ｂを形成してある。このうち、ネジ穴１５０ａの開設位置は、ブラケット１５０を介して蓄電装置１００と冷却装置２００をネジ１３１で連結したとき、ブラケットの底面１５２がセル１１０の底面１１１より下方に位置し、かつセル１１０の底面１１１と後に説明する熱伝導シート４００との位置関係が、後に説明する所定の位置関係となるように調節する。

【0040】

冷却装置２００は、図５乃至図９に示すように、冷却プレート２０１と、冷却プレート２０１の放熱面上に配置した熱伝導シート４００と、熱伝導シート４００の表面に塗布した熱伝導ペースト３００とからなる。本発明において、熱伝導シート４００は、主としてセル１１０と冷却プレート２０１との間の絶縁性を確保する機能を発揮し、熱伝導ペースト３００は、主としてセル１１０と冷却プレート２０１との間の熱伝導性を確保する機能を発揮する。

【0041】

冷却プレート２０１は、内部に冷却媒体流路（図示省略）を有しており、図５及び図６に示すように、その端部には、冷却媒体の流入口２３０及び流出口２４０を備えている。冷却プレート２０１は、図１１に示すように、流入口２３０及び流出口２４０に接続した配管２０２と、当該配管の他端側に接続した冷却媒体用ラジエータ２０３と、配管２０２内の冷却媒体を循環する循環ポンプ２０４とからなる冷却サイクルにより冷却する。冷却プレート２０１の熱交換面２１０、即ち、蓄電装置１００を搭載する側の面には、図６及び図９に示すように、２条の突条２２０を平行に突設する。突条２２０の内面は、上方に至るほど間隔が広くなる傾斜面とし、突条２２０の設定間隔は、蓄電装置１００を挿入可能な大きさとする。

【0042】

冷却プレート２０１の放熱面から突条２２０の傾斜面に亘る部分には、図６（ｂ）、図７乃至図９に示すように、絶縁性の熱伝導シート４００を密着して配置する。また、熱伝導シート４００の表面には、図７乃至図９に示すように、絶縁性の熱伝導ペースト３００を塗布する。熱伝導シート４００には各種のものがあるが、セル１１０の底面１１１との密着性を高めるため、例えばシリコン樹脂などの弾性材料からなるものが好ましい。また、熱伝導ペースト３００としては、シリコンオイルやグリスなどを用いることができる。

【0043】

熱伝導ペースト３００の塗布方法としては、図１２に示すように、熱伝導シート４００の表面に熱伝導ペースト３００を塗布する方法と、図１３に示すように、蓄電装置を構成する各セル１１０の底面１１１に熱伝導ペースト３００を塗布する方法とがある。図１２の例では、冷却プレート２００の放熱面上に熱伝導シート４００を設置した後、当該熱伝導シート４００の上に、図示しないシリンジなどで吐出量を調整しながら、熱伝導ペースト３００を波型に塗布している。塗布した熱伝導ペースト３００上にモジュール化されたセル１１０を搭載すると、熱伝導ペースト３００が押し広げられると共に、気泡が押し出され、蓄電装置１００と冷却装置２００とが熱的に結合する。なお、余剰の熱伝導ペースト３００は、セル１１０間に形成される溝１１５などに移動する。溝１１５には空気がたまっても熱的に問題がない。

【0044】

また、図１３の例では、セル１１０の底面１１１を上にして、図示しないシリンジなどで吐出量を調整しながら、各底面１１１に熱伝導ペースト３００を塗布する。次いで、セル１１０の底面１１１に熱伝導ペースト３００を塗布した蓄電装置１００を、冷却プレート２００の放熱面上に設置した熱伝導シート４００に押圧すると、熱伝導ペースト３００が押し広げられると共に、気泡が押し出され、蓄電装置１００と冷却装置２００とが熱的に結合する。この場合にも、余剰の熱伝導ペースト３００は、セル１１０間に形成される溝１１５などに移動する。溝１１５には空気がたまっても熱的に問題がない。

【0045】

蓄電装置１００を構成する各セル１１０の底面１１１は、蓄電装置１００の組立時に慎重に作業したとしても、図７に示すように、面一には配列できず、段差状になるのが普通である。また、図１０に示すように、各セル１１０の底面１１１が基準面、例えば冷却プレート２００の放熱面と平行にできず、傾斜面となることも普通である。従って、蓄電装置１００を構成する各セル１１０の底面１１１が面一に配列されず、段差状又は傾斜面となった場合にも、各セル１１０の底面１１１を均一に冷却する必要がある。また、機器の破損を防止するため、熱伝導シート４００からの反力を極力小さくする必要がある。

【0046】

本実施の形態においては、蓄電装置１００を構成する複数のセル１１０のうち、少なくとも１つのセルについては、その直下における熱伝導シート４００に凹みが生じないように配置し、当該セルの底面１１１と熱伝導シート４００との間に熱伝導ペースト３００が介在するようにして、これらの課題を解決している。冷却プレート２０１の熱交換面２１０に対するセル１１０の実装高さの調整は、ブラケット１５０に形成するネジ穴１５０ａの開設位置を調整することで行う。

【0047】

以下、図８を用いて、本実施の形態をより詳細に説明する。図８においては、隣接して配置した３つのセルを符号１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃで表し、各セルの底面を符号１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃで表している。また、図中の符号ｔｓ０は、熱伝導シート４００の初期厚さ又は凹みを生じていない部分の厚さを示す。図８の例においては、セル１１０ｃの実装高さはｃｒｓ＿ｃであり、ｔｓ０よりも大きいため、この部分では熱伝導シート４００は圧縮されず、したがって熱伝導シート４００に凹みが発生せず、熱伝導ペースト３００がｔｇ＿ｃの厚さで存在する。セル１１０ａについても、これとほぼ同様である。熱伝導ペースト３００は、非常に柔らかく、段差に追従して自由に変形できるので、セル１１０ａ、１１０ｃにほとんど反力を及ぼさない。一方、セル１１０ｂは、実装高さがｔｓ０よりもやや小さいため、熱伝導シート４００がやや圧縮されて凹みを生じ、該部の厚さがｔｓ＿ｂとなる。ここでは、熱伝導シート４００からの反力がセル１１０ｂに作用するが、セル１１０ａ、１１０ｃの実装高さを熱伝導シート４００に凹みを生じない位置としたため、熱伝導シート４００の圧縮量が少なく、反力もそれに応じた小さなものとなる。

【0048】

このように、本実施の形態によると、蓄電装置１００を構成する全てのセル１１０の底面１１１と冷却プレート２０１の放熱面との間に、熱伝導シート４００及び熱伝導ペースト３００を介在すると共に、熱伝導シート４００の圧縮量を小さな値に制限したので、蓄電装置１００を構成する各セル１１０の底面に段差や傾斜がある場合にも、各セル１１０と冷却プレート２０１との間の電気絶縁性を確保しつつ、各セル１１０の底面１１１を高効率かつ均等に冷却できる。また、熱伝導シート４００の圧縮率を低減できるので、熱伝導シート４００からの反力による機器の破損を防止できる。よって、蓄電装置１００の寿命を延長できて、作業機械の作業効率を高めることができる。

【0049】

また、本実施の形態に係る冷却装置２００は、冷却プレート２０１の放熱面に２条の突条２２０を平行に突設し、これら２条の突条２２０の内面と冷却プレート２０１の放熱面とをもって構成される凹嵌部内に蓄電装置１００を配置するので、蓄電装置１００によって熱伝導ペースト３００が押し広げられた場合にも、熱伝導ペースト３００が凹嵌部外に流出しにくい。よって、突条２２０を有しない場合よりも多量の熱伝導ペースト３００を塗布することが可能となり、セル１１０の底面１１１に段差や傾斜がある場合にも、セル１１０の底面１１１と熱伝導シート４００との間に確実に熱伝導ペースト３００を充填できて、セル１１０を均一に冷却することができる。

【0050】

図１４に、本発明に係る蓄電装置の冷却構造の第２例を示す。本実施の形態に係る蓄電装置の冷却構造は、冷却プレート２０１に突条２２０を形成せず、冷却プレート２０１の熱交換面２１０上に設置された熱伝導シート４００の外周部分を折り上げて、その端部を蓄電装置１００の外周側に配置すると共に、当該折り上げられた熱伝導シート４００の端部を保持部材１６０にて保持することを特徴とする。本構成においても、熱伝導ペースト３００の外部への流出を防止できるので、冷却プレート２０１に突条２２０を形成した場合と同様の効果を発揮できる。

【0051】

図１５に、本発明に係る蓄電装置の冷却構造の第３例を示す。本実施の形態に係る蓄電装置の冷却構造は、冷却プレート２０１の熱交換面２１０に設置された熱伝導シート４００の外周部分に、熱伝導ペースト３００の流出を防止するための枠体１７０を設置することを特徴とする。本構成においても、熱伝導ペースト３００の外部への流出を防止できるので、冷却プレート２０１に突条２２０を形成した場合、及び、熱伝導シート４００の端部を折り上げる場合と同様の効果を発揮できる。

【0052】

なお、上述の実施の形態においては、作業機械としてハイブリッド式油圧ショベルを例にとって説明したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、電気式油圧ショベルにも適用することができる。また、油圧ショベルだけでなく、ホイールローダ、ブルドーザ、クレーン、ダンプトラック等の他のハイブリッド式及び電気式の作業機械に適用することもできる。

【0053】

また、上述の実施の形態においては、ブラケット１５０におけるネジ穴１５０ａの開設位置を調整することで、冷却プレート２０１の熱交換面２１０に対するセル１１０の実装高さを調整したが、ブラケット１５０と冷却プレート２０１の熱交換面２１０との間にスペーサを介在させて、冷却プレート２０１の熱交換面２１０に対するセル１１０の実装高さを調整する構成とすることもできる。また、ネジ穴１５０ａを長穴とすることで、冷却プレート２０１の熱交換面２１０に対するセル１１０の実装高さを適宜変更可能な構成とすることもできる。

【0054】

さらに、上述の実施の形態においては、熱伝導シート４００の表面側にのみ熱伝導ペースト３００を塗布したが、気泡の抜けをよくして熱伝導効率を高めるため、熱伝導シート４００の裏面側にも熱伝導ペースト３００を塗布することができる。

【符号の説明】

【0055】

３１ エンジン
３２ モータ・ジェネレータ（モータ・ジェネレータ）
３３ 油圧ポンプ
１００ 蓄電装置
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ セル
１１１、１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ セルの底面
１２０ セルホルダ
１６０ 保持部材
１７０ 枠体
２００ 冷却装置
２０１ 冷却プレート
２１０ 放熱面
３００ 熱伝導ペースト
４００ 熱伝導シート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】