CN111837292A - 电源装置和具备电源装置的电动车辆 - Google Patents

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Abstract

为了在切断电源装置的输出的状态下也有效地阻止热失控的连锁发生而保障较高的安全性，设于与多个电池单体热耦合的冷却板(3)的制冷剂通路(8)包括与制冷剂的流入侧和排出侧连结的纵向制冷剂通路(8A)和将纵向制冷剂通路(8A)并联地连结的横向制冷剂通路(8B)，使制冷剂在纵向制冷剂通路(8A)和横向制冷剂通路(8B)这两者流动而借助冷却板(3)冷却电池单体。

Description

电源装置和具备电源装置的电动车辆
技术领域
本发明涉及使多个电池单体与冷却板热耦合来进行冷却的电源装置和具备该电源装置的电动车辆。
背景技术
在搭载于混合动力车、电动汽车等车辆并向行驶电动机供给电力的大电力的电源装置中，充放电的电流较大，另外在各种各样的外部条件下使用，因此有时构成电池模块的电池单体的温度上升。电池单体的温度上升成为使电池单体的寿命减少的原因。开发了具备用于抑制电池单体的温度上升的冷却机构的电源装置。(参照专利文献1)
在专利文献1所记载的电源装置中，使多个电池单体与冷却板热耦合，将电池单体的热能传递至冷却板而释放。冷却板借助在制冷剂通路循环的制冷剂强制地冷却而释放自电池单体传导来的热能。制冷剂使用水、不冻液等冷却水，在外部冷却制冷剂而冷却冷却板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-94376号公报
发明内容
发明要解决的问题
与冷却板热耦合而释放电池单体的热能的电源装置利用循环的制冷剂冷却冷却板，利用冷却的冷却板冷却电池单体。该构造的电源装置在正常的使用状态下能够冷却发热的电池单体而将各个电池单体维持在理想的温度范围。不过，该电源装置在未使制冷剂在冷却板循环的状态，例如，车辆停止时等电源装置未起动的状态下，无法有效地阻止电池单体的热失控的连锁发生。
本发明是以解决以上的缺点为目的而开发的，本发明的目的之一在于，提供一种在电源装置未起动的状态下也能够有效地阻止热失控的连锁发生而保障较高的安全性的技术。
用于解决问题的方案
本发明的一技术方案的电源装置包括：多个电池单体1；冷却板3，其与各个电池单体1热耦合且设有制冷剂通路8；以及循环器9，其使制冷剂在冷却板3的制冷剂通路8循环。冷却板3的单面与电池单体1热耦合，制冷剂通路8包括与制冷剂的流入侧和排出侧连结的纵向制冷剂通路8A和将纵向制冷剂通路8A并联地连结的横向制冷剂通路8B，冷却板3设为使制冷剂在纵向制冷剂通路8A和横向制冷剂通路8B这两者流动而进行冷却的构造。
本发明的另一技术方案的电源装置包括：多个电池单体1；冷却板3，其与各个电池单体1热耦合且设有制冷剂通路8；以及循环器9，其使制冷剂在冷却板3的制冷剂通路8循环。冷却板3的至少单面与电池单体1热耦合，制冷剂通路8在与电池单体1热耦合的热耦合部分设有突出部37、38，设为使制冷剂沿着突出部37、38的表面流动而进行冷却的构造。
本发明的另一技术方案的电源装置包括：多个电池单体1；冷却板3，其与各个电池单体1热耦合且设有制冷剂通路8；以及循环器9，其使制冷剂在冷却板3的制冷剂通路8循环。冷却板3的至少单面与电池单体1热耦合，制冷剂通路8在与电池单体1热耦合的热耦合部分设有倾斜面39，设为使制冷剂沿着倾斜面39流动而进行冷却的构造。
并且，装备具备以上的技术方案的结构的电源装置的电动车辆包括电源装置100、由电源装置100供给电力的行驶用的电动机93、搭载有电源装置100和电动机93的车辆主体90以及被电动机93驱动而使车辆主体90行驶的车轮97。
发明的效果
以上的一技术方案的电源装置具有如下特征：即使在电源装置未起动的状态下，任一电池单体发生热失控，也能够可靠地阻止热失控的连锁发生而确保较高的安全性。其原因在于，以上的电源装置在设于与电池单体热耦合的冷却板的制冷剂通路除了设有与制冷剂的流入侧和排出侧连结的纵向制冷剂通路以外，设有将纵向制冷剂通路并联地连结的横向制冷剂通路，使制冷剂向纵向制冷剂通路和横向制冷剂通路这两者流动而冷却冷却板。特别是，以上的电源装置具有如下特征：在未对电池进行充放电的状态下，在搭载于车辆的电源装置中，即使在未使车辆行驶的状态下电池单体发生热失控，也能够有效地阻止热失控的连锁发生。其原因在于，以上的电源装置在冷却板的内部设有纵向制冷剂通路和横向制冷剂通路，因此当任一电池单体发生热失控而温度异常地升高时，热失控的电池单体局部地加热冷却板，加热的制冷剂在纵向制冷剂通路或横向制冷剂通路流动而自主循环。特别是，当制冷剂在加热部分处沸腾而汽化时，利用较大的汽化热冷却冷却板，进而汽化的制冷剂的体积膨胀至高达1000倍而自加热部分快速地推出。自加热部分推出的制冷剂在比沸点低的区域流动而液化而放热。液化的制冷剂向加热部分回流而再次冷却加热部分。在该状态下，自主循环的制冷剂利用汽化热冷却与热失控的电池单体热耦合的加热部分，进而在与加热部分分开的区域中释放加热部分的热而液化，反复汽化和液化并自主循环，同时防止热失控的连锁发生。
并且，以上的另一技术方案的电源装置具有如下特征：即使在电源装置未起动的状态下，任一电池单体发生热失控，也够能可靠地阻止热失控的连锁发生而确保较高的安全性。其原因在于，设于与电池单体热耦合的冷却板的制冷剂通路在与电池单体热耦合的热耦合部分设有突出部或倾斜面，使制冷剂沿着突出部的表面或沿着倾斜面流动而进行冷却。特别是，以上的电源装置具有如下特征：在未对电池进行充放电的状态下，在搭载于车辆的电源装置中，即使在未使车辆行驶的状态下电池单体发生热失控，也能够有效地阻止热失控的连锁发生。其原因在于，在设于冷却板的内部的制冷剂通路设有突出部或倾斜面，因此当任一电池单体发生热失控而温度异常地升高时，热失控的电池单体局部地加热冷却板，加热的制冷剂沿着突出部的表面或倾斜面流动，从而在制冷剂通路的内部进行自主循环。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的电源装置的概略立体图。
图2是表示图1所示的电源装置的电池模块的一例的立体图。
图3是图2所示的电池模块的分解立体图。
图4是表示冷却板和循环器的一例的水平剖视图。
图5是与发生了热失控的电池单体热耦合的冷却板的放大纵剖视图。
图6是表示冷却板的另一例的放大纵剖视图。
图7是表示冷却板的另一例的放大纵剖视图。
图8是表示冷却板的另一例的放大纵剖视图。
图9是表示冷却板的另一例的放大纵剖视图。
图10是本发明的另一实施方式的电源装置的概略结构图。
图11是本发明的另一实施方式的电源装置的概略剖视图。
图12是本发明的另一实施方式的电源装置的概略立体图。
图13是本发明的另一实施方式的电源装置的概略主视图。
图14是表示冷却板的连结端与冷却剂管的连结构造的放大剖视图。
图15是表示将电源装置搭载于利用发动机和电动机行驶的混合动力汽车的例子的框图。
图16是表示将电源装置搭载于仅利用电动机行驶的电动汽车的例子的框图。
具体实施方式
首先，说明本发明的一个着眼点。与冷却板热耦合而释放电池单体的热能的电源装置利用循环的制冷剂冷却冷却板，利用冷却的冷却板冷却电池单体。特别是，使许多个电池单体与冷却板热耦合而进行冷却的电源装置能够高效地释放电池单体的热能，并且多用作大容量、大输出的电源装置，因此电池单体也能够使用高性能的锂离子二次电池等。这种电池单体在发生热失控时成为异常的高温，因此从确保安全性的观点来看，阻止热失控的连锁发生是极为重要的。特别是，该电源装置在未使制冷剂在冷却板循环的状态，例如，车辆停止时等电源装置未起动的状态下阻止电池单体的热失控的连锁发生是极为重要的。其原因在于，在该状态下，未利用循环泵强制地使制冷剂在冷却板循环，无法利用循环的制冷剂冷却热失控的电池的热能。电池单体的热失控在电源装置的使用状态上没有特别限定，在未对电池单体进行充放电的状态下也无法完全消除热失控的发生。
在使相邻的电池单体与冷却板热耦合的电源装置中，将电池单体的热能传导至冷却板而释放，但由于使相邻的电池单体与冷却板热耦合，热失控的电池单体的热能经由冷却板而传导至相邻的电池单体，该导热路径成为相邻的电池单体的热失控的连锁发生的原因。特别是，在未使制冷剂在冷却板循环的状态，即未对电源装置进行充放电的状态下，当任一电池单体发生热失控时，冷却板未被制冷剂强制冷却，因此热失控的电池单体的热能向相邻的电池单体传导而连锁发生热失控的概率升高。鉴于以上的实际情况，对于电源装置而言，在电源装置未起动的状态下也有效地阻止热失控的连锁发生而保障较高的安全性是重要的。
本发明的一形态的电源装置也可以由以下的结构特定。电源装置包括：多个电池单体1；冷却板3，其与各个电池单体1热耦合且设有制冷剂通路8；以及循环器9，其使制冷剂在冷却板3的制冷剂通路8循环。冷却板3的至少单面与电池单体1热耦合，制冷剂通路8包括与制冷剂的流入侧和排出侧连结的纵向制冷剂通路8A和将纵向制冷剂通路8A并联地连结的横向制冷剂通路8B，冷却板3设为使制冷剂在纵向制冷剂通路8A和横向制冷剂通路8B这两者流动而进行冷却的构造。
电源装置也可以设为将纵向制冷剂通路8A和横向制冷剂通路8B呈棋盘格子状连结的结构。
本发明的另一形态的电源装置包括：多个电池单体1；冷却板3，其与各个电池单体1热耦合且设有制冷剂通路8；以及循环器9，其使制冷剂在冷却板3的制冷剂通路8循环。冷却板3的至少单面与电池单体1热耦合，制冷剂通路8在与电池单体1热耦合的热耦合部分设有突出部37、38，设为使制冷剂沿着突出部37、38的表面流动而进行冷却的构造。
本发明的另一形态的电源装置包括：多个电池单体1；冷却板3，其与各个电池单体1热耦合且设有制冷剂通路8；以及循环器9，其使制冷剂在冷却板3的制冷剂通路8循环。冷却板3的至少单面与电池单体1热耦合，制冷剂通路8在与电池单体1热耦合的热耦合部分设有倾斜面39，设为使制冷剂沿着该倾斜面39流动而进行冷却的构造。
电源装置也可以设为如下结构：将电池单体1设为方形电池单体，将方形电池单体的底面1A和侧面1B中的任一者或两者以热耦合状态固定于冷却板3。
并且，根据装备一形态的电源装置的电动车辆，能够包括电源装置100、由电源装置100供给电力的行驶用的电动机93、搭载有电源装置100和电动机93的车辆主体90以及被电动机93驱动而使车辆主体90行驶的车轮97。
以下，基于附图说明本发明的实施方式。其中，以下所示的实施方式是用于将本发明的技术思想具体化的例示，本发明不特定于以下的实施方式。另外，本说明书绝非将权利要求书所示的构件特定于实施方式的构件。特别是，对于实施方式所记载的构成构件的尺寸、材质、形状、其相对配置等而言，只要没有特别进行特定的记载，就并非旨在将本发明的范围仅限定于此，只不过是单纯的说明例。另外，为了使说明清楚而有时夸张各附图所示的构件的大小、位置关系等。并且，在以下的说明中，同一名称、附图标记表示相同或实质相同的构件，适当省略详细说明。并且，构成本发明的各要素既可以设为利用同一构件构成多个要素而利用一个构件兼用多个要素的形态，相反也能够利用多个构件分担并实现一个构件的功能。另外，在一部分实施例、实施方式中说明的内容有时也能够利用于其他实施例、实施方式等。
(实施方式1)
图1的概略结构图所示的电源装置100包括电池模块2和冷却板3，该电池模块2由多个电池单体1构成，该冷却板3以热耦合状态固定于该电池模块2的各个电池单体1而释放电池单体1的热能。
(电池模块2)
在电池模块2中，如图2和图3所示，在层叠多个电池单体1而成的电池层叠体7的两端面配置端板4，利用连结件5连结一对端板4。将连结件5的两端固定于端板4而将层叠的电池单体1固定为按压状态。图中的电池单体1为方形电池。在电池层叠体7中，在方形电池的电池单体1间夹着绝缘材料的隔板6地沿着厚度方向层叠方形电池的电池单体1。电池单体1是锂离子二次电池。不过，电池单体不特定于锂离子二次电池，能够设为镍氢电池单体等能够充电的全部的电池。
(电池单体1)
在电池单体1中，将层叠正负的电极板而成的电极体(未图示)收纳于外装罐并填充电解液而气密地密闭。在外装罐中，利用封口板气密地封闭开口部。外装罐是对铝、铝合金等的金属板进行深拉深加工而得到的，在封口板绝缘地固定有正负的电极端子11。对于金属制的外装罐而言，导热较佳，将电池模块2的底面2A或侧面2B设为热耦合面而以热耦合状态固定于冷却板3的表面。
(隔板6)
隔板6由塑料等绝缘材料成形，将相互层叠的电池单体1彼此以绝缘状态层叠。该隔板6夹装于各个电池单体1之间而使相邻的电池单体1绝缘。在电池模块2中，将汇流条12固定于层叠的电池单体1的电极端子11，利用汇流条12将电池单体1串联地连接，或者将并联地连接多个电池单体1而得到的结构串联地连接。在电池模块2中，能够将电池单体1相互串联地连接而提高输出电压并增大输出，能够将相邻的电池单体1并联地连接而增大充放电的电流。
在电源装置100中，在电池模块2的底面2A和侧面2B中的任一者或两者配置冷却板3，释放冷却板3的热能而限制电池模块2的温度上升。在图1所示的电源装置100中，在电池模块2的底面2A配置冷却板3。在电源装置中，也能够在电池模块之间配置垂直姿态的冷却板，而且，在电池模块之间和底面这两者配置冷却板，从而释放电池单体的热能。在图1的电源装置中，使电池单体1正立而在上表面配置电极端子11，但也能够横倒地配置或上下翻转地配置电池单体，在电池模块的底面、电池模块之间配置冷却板。
(冷却板3)
冷却板3以热耦合状态固定于各个电池单体1的底面1A、侧面1B而释放各电池单体1的热能。如图4所示，冷却板3使制冷剂在设于内部的制冷剂通路8循环而强制地冷却。制冷剂使用冷却水。冷却水使用混合有乙醇等的不冻液以降低冻结温度。不过，制冷剂也能够使用在电池单体1的发热温度下汽化的其他液体。冷却板3在内部设有供制冷剂循环的制冷剂通路8。
图4是表示设于内部的制冷剂通路8的冷却板3的水平剖视图，用虚线表示电池单体1的外形。该图的制冷剂通路8包括与制冷剂的流入侧和排出侧连结的多个纵向制冷剂通路8A和将相邻的纵向制冷剂通路8A并联地连结的横向制冷剂通路8B。该冷却板3使流入制冷剂通路8的流入侧的制冷剂通过纵向制冷剂通路8A而向排出侧流动而排出。该制冷剂通路8不仅使制冷剂在纵向制冷剂通路8A流动，而且能够使在纵向制冷剂通路8A流动的制冷剂经由横向制冷剂通路8B而向相邻的纵向制冷剂通路8A流动。
在特定的电池单体1异常地温度上升的状态下，例如，在特定的电池单体1发生热失控而电池单体1的温度成为数百℃以上的极高的温度的状态下，横向制冷剂通路8B使制冷剂快速地流动而高效地释放温度上升的电池单体1的热能。这对于冷却板3而言是极为重要的。其原因在于，特定的电池单体1发生热失控而加热相邻的电池单体1的情况成为许多个电池单体1的热失控的连锁发生的原因。当在许多个电池单体1连锁发生热失控时，产生的热能极大程度增大。能够利用冷却板3高效地释放热失控的电池单体1瞬间产生的热能而防止该弊害。为了利用冷却板3高效地释放热失控的电池单体1瞬间产生的过大的热能，重要的是使制冷剂快速地流动。其原因在于，冷却板3能够被制冷剂强制冷却。特别是，重要的是在循环泵21停止的状态下高效地释放电池单体1发生热失控而瞬间产生的热能。其原因在于，在循环泵21停止的状态下，不使制冷剂强制地循环。
设有横向制冷剂通路8B的冷却板3不仅在强制地使制冷剂循环的状态下释放发生热失控而温度异常地上升的电池单体1的热能而防止热失控的连锁发生，在循环泵21停止而不使制冷剂强制地循环的状态下也释放发生热失控而温度异常地上升的电池单体1的热能而防止热失控的连锁发生。冷却板3利用成为异常的高温的电池单体1的热能使制冷剂自主循环而进行冷却。特别是，当热失控的电池单体1的热能较大且制冷剂沸腾时，利用沸腾的制冷剂的较大的汽化热高效地吸收热失控的电池单体1的热能。当发生热失控而温度上升的电池单体1的温度成为数百℃的高温时，制冷剂沸腾。制冷剂所使用的冷却水的汽化热为约540cal/g的极大热能，吸收使水温上升10℃的热能的高达54倍的热能，因此沸腾的制冷剂吸收较大的热能而冷却热失控的电池单体1。
电池单体1的热失控以极低的概率发生。因而，多个电池单体1不会自主发热而同时热失控。冷却板3仅快速地释放热失控的特定的电池单体1瞬间产生的热能就足够了。另外，利用制冷剂沸腾的汽化热进行的冷却板3的强制冷却能够使冷却板3的局部快速地散热就足够了，不必像在内部循环的制冷剂那样连续地将冷却板3冷却为设定温度。
利用沸腾的汽化热局部地冷却冷却板3的制冷剂成为气体而膨胀，以加热部分为中心而在横向制冷剂通路8B和纵向制冷剂通路8A循环而自加热部分向周围推出。其原因在于，沸腾而汽化的制冷剂的体积在大气压下增大至高达1200倍。图5是与热失控的电池单体1热耦合的冷却板3的放大纵剖视图。实线表示横向制冷剂通路8B，虚线表示纵向制冷剂通路8A。该图表示在上表面热耦合电池单体1的冷却板3的加热部分的截面。在图5中，对于冷却板3的加热部分，从上方向其传导热能，上部被加热至比下部高的温度。当电池单体1发生热失控而加热至数百℃以上时，与制冷剂通路8的内表面接触的制冷剂沸腾而汽化。沸腾的制冷剂利用汽化热强制冷却冷却板3。沸腾而汽化的制冷剂膨胀，在纵向制冷剂通路8A中如箭头A所示那样自加热部分向两侧推出，在横向制冷剂通路8B中沿着与纸面正交的方向移动。自加热部分向周围移动的制冷剂输送至与加热部分分开的区域而被冷却板3冷却，在成为比制冷剂的沸点低的温度的区域中液化。热失控瞬间产生较大的热能，但在充放电停止的状态下，不自外部供给能量，因此因热失控而产生的热能的总量由热失控的电池的剩余容量决定。因此，只要能够使因热失控而产生的热能被沸腾的制冷剂的较大的汽化热吸收，则即使在例如电源装置未起动的状态那样的无法使泵工作的情况下，也能够防止相邻的电池单体的热失控的连锁发生。采用上述结构，热失控的电池单体1瞬间加热冷却板3的加热部分，但该热能被沸腾的制冷剂的较大的汽化热吸收。具体而言，冷却板3在与热失控的电池单体1热耦合的加热部分的温度异常地升高时，利用沸腾的制冷剂的汽化热进行冷却。另外，热失控局部地加热冷却板3，因此在与加热部分分开的区域中冷却板3的温度上升低于加热部分的温度上升。特别是，利用沸腾的制冷剂的较大的汽化热强制冷却加热部分的冷却板3的与加热部分分开的区域的温度上升较小。因而，在加热部分处沸腾且汽化膨胀而向周围推出的汽化的制冷剂在与加热部分分开的区域中冷却为比制冷剂的沸点低的温度而液化。对于液化的制冷剂而言，体积减小，在制冷剂通路8的底面沿着用箭头B表示的方向流动而朝向加热部分回流。在加热部分和与加热部分分开的区域循环的制冷剂在加热部分处沸腾，在与加热部分分开的区域中液化，在冷却板3的内部自主循环而冷却加热部分。自主循环而冷却加热部分的制冷剂利用汽化热冷却加热部分，在与加热部分分开的区域中被冷却板3冷却而液化。制冷剂自主循环而强制冷却电池单体1的冷却板3即使在无法利用循环泵21强制地使制冷剂循环的状态下，也能够将起因于热失控的瞬间且局部地产生的较大的热能快速地传导至冷却板3的周围，有效地防止热失控的连锁发生。
当处于加热部分的制冷剂通路8的内表面的温度在其下部处也为比制冷剂的沸点高的温度时，制冷剂不会以液化的状态回流至加热部分。不过，在加热部分处沸腾而汽化、膨胀的制冷剂在与加热部分分开的区域中液化，因此朝向加热部分回流的液化的制冷剂在回流的中途再次沸腾而利用汽化热冷却冷却板3。该制冷剂不会以液化的状态回流至加热部分，因此不会利用汽化热冷却加热部分，但在向加热部分回流的中途沸腾而利用汽化热冷却冷却板3，因此在加热部分的附近利用制冷剂的汽化热冷却冷却板3。因而，对于处于该状态的冷却板3而言，即使未利用制冷剂的汽化热冷却加热部分，也利用汽化热冷却加热部分的附近。加热部分的附近被冷却的冷却板3的冷却部分吸收加热部分的热能而使加热部分的温度降低。因而，即使液化的制冷剂未回流至加热部分，也能够利用沸腾的制冷剂的汽化热降低加热部分的温度而防止热失控的连锁发生。
在加热部分中，当制冷剂通路8的下部为比制冷剂的沸点低的温度时，制冷剂在冷却板3的低温部分中液化而回流至发热部分。回流至加热部分的液化的制冷剂再次沸腾而利用汽化热冷却冷却板3的加热部分，向汽化的周围推出。在冷却板3的加热部分中，当制冷剂通路8的下部的温度比制冷剂的沸点高时，制冷剂不会以液化的状态回流至加热部分。不过，在该状态下也是，汽化的制冷剂流动至与加热部分分开的区域，在该区域中冷却而液化。液化的制冷剂在制冷剂通路8的下部朝向加热部分流动，但当加热部分的下部为比沸点高的温度时，在回流的中途再次沸腾而利用汽化热冷却冷却板3。在回流的中途沸腾的制冷剂利用汽化热在靠近加热部分的区域中冷却冷却板3。
如上所述，在纵向制冷剂通路8A和横向制冷剂通路8B自主循环的制冷剂反复汽化和液化，在冷却板3的加热部分处沸腾而吸收汽化热，在与加热部分分开的区域中液化而释放汽化热。在加热部分处沸腾的制冷剂自冷却板3吸收热能而冷却冷却板3，在与加热部分分开的区域中液化的制冷剂释放汽化热而将吸收的热能传递至冷却板3。该冷却板3通过使制冷剂在纵向制冷剂通路8A和横向制冷剂通路8B这两者快速地自主循环而将加热部分的热能快速地传递至周围而释放。
制冷剂通路8连结于循环泵21和散热器22，将制冷剂的循环通路20设为闭环。因而，当制冷剂在加热部分处沸腾时，闭环内的内压上升。沸腾的制冷剂的沸点当内压上升时升高。例如，冷却水的沸点在1个大气压下为100℃，但在成为两个大气压时上升至120℃。当制冷剂在闭环内沸腾时，制冷剂通路8的内压上升而制冷剂的沸点也上升。冷却水的沸点随着内压升高而上升，但闭环的制冷剂通路8内的制冷剂在与加热部分分开的区域中冷却为比沸点低的温度而液化，因此制冷剂沸腾而内压上升，制冷剂液化而内压下降。特别是，当制冷剂通路8的内压升高时，沸点升高而制冷剂难以沸腾，因此沸腾的制冷剂自加热部分移动而冷却，从而易于液化。在制冷剂通路8中，制冷剂在加热部分处沸腾，自加热部分移动而液化，因此对于制冷剂通路8内的压力而言，在一部分处制冷剂沸腾，并且在其他部分处制冷剂液化，从而成为平衡状态。冷却板3与循环泵21与散热器22连结成闭环，因此制冷剂在加热部分处沸腾而吸收热能，另外，在与加热部分分开的状态下冷却为比沸点低的温度而液化，同时在闭环内自主循环。在反复沸腾和液化的同时自主循环的制冷剂向远离加热部分的热能的区域扩散，高效地冷却加热部分，并且制冷剂沸腾而膨胀，从而高效地自主循环而冷却加热部分。
图5的放大纵剖视图所示的冷却板3在金属制的板部30的内部设有将横截面形状设为圆形的制冷剂通路8。该冷却板3设为在制冷剂通路8之间利用上下连结部32连结上下的两面的形状。上下连结部32处于相邻的制冷剂通路8之间，将自电池单体1传导来的热能向下表面传导。当上下连结部32的上表面被热失控的电池单体1加热时，热能自上向下传导。上下连结部32使两侧暴露于相邻的制冷剂通路8而与制冷剂接触。如图5所示，与制冷剂通路8的内表面接触而沸腾的气态的制冷剂通过上部而自加热部分推出，在与加热部分分开的部分处冷却而液化的制冷剂朝向下部回流。在加热部分中，上下连结部32的下部的暴露面与液化的制冷剂接触而加热制冷剂而使制冷剂沸腾。因而，回流至加热部分的制冷剂在上下连结部32的暴露面加热制冷剂而使制冷剂沸腾，利用冷却水的汽化热冷却。
图6的放大纵剖视图所示的冷却板3在板部30的内部设有将横截面形状设为四边形的制冷剂通路8。该冷却板3设为在制冷剂通路8之间利用上下连结部32连结上下的两面的形状。上下连结部32处于相邻的制冷剂通路8之间，将自电池单体1传导来的热能向下表面传导。当上下连结部32的上表面被热失控的电池单体1加热时，热能自上向下传导。上下连结部32使两侧暴露于相邻的制冷剂通路8而与制冷剂接触。对于图6的冷却板3而言，制冷剂通路8的内表面的上部与沸腾而汽化的制冷剂接触，下部与液化的制冷剂接触。在加热部分中，上下连结部32的下部表面与液化的制冷剂接触而加热制冷剂而使制冷剂沸腾。因而，回流至加热部分的制冷剂在上下连结部32的制冷剂通路8的暴露面加热制冷剂而使制冷剂沸腾，利用冷却水的汽化热冷却。
图7的放大剖视图所示的冷却板3设有以热耦合状态与电池单体1的表面接触的冷却突出部35。冷却突出部35突出地设于供电池单体1载置的表面侧，配置于相邻的电池单体1之间。在冷却突出部35中，使两面以热耦合状态与电池单体1的表面接触，使内部的中空部36与制冷剂通路8连结。冷却突出部35利用制冷剂通路8的制冷剂冷却中空部36的内表面，冷却与表面接触的电池单体1。并且，冷却突出部35的中空部36也作为被热失控的电池单体1加热而沸腾的气态的制冷剂的气体积存部而发挥功能。在图中，在冷却突出部35的上表面配设有相同厚度的隔板6，在隔板6之间配置有电池单体1。
并且，图8和图9所示的冷却板3在制冷剂通路8的上表面且与电池单体1热耦合的热耦合部分设有突出部37、38。图8的冷却板3设有自制冷剂通路8的上表面朝向下方突出的多列突出部37。图中的突出部37设为沿着电池单体1的宽度方向延伸的板状，以相互平行的姿态设置多列突出部37。这样设置多列突出部37的构造扩大突出部整体的表面积，从而能够作为扩大与制冷剂接触的接触面积的冷却鳍片高效地进行冷却，同时使制冷剂沿着其表面流动。图8所示的突出部37设为沿着电池单体1的宽度方向延伸的形状，但突出部也能够设为沿着电池单体的厚度方向延伸的形状，沿着宽度方向排列地设置。
图9所示的冷却板3设有自制冷剂通路8的上表面朝向下方突出的山形的突出部38。图中的突出部38是沿着电池单体1的宽度方向延伸的凸条，设为随着朝向下方而宽度逐渐变窄的形状，将其表面设为倾斜面39。该形状的突出部38使制冷剂沿着倾斜面39流动，从而能够在制冷剂通路8内有效地自主回流。图9所示的突出部38设为沿着电池单体1的宽度方向延伸的形状，但突出部也能够设为沿着电池单体的厚度方向延伸的形状。沿着电池单体的厚度方向延伸的山形的突出部能够沿着宽度方向排列地设置多个。该构造能够利用多个突出部将沿着电池单体的宽度方向延伸的制冷剂通路划分为多个区域，同时在各个区域中利用沿着倾斜面流动的制冷剂促进自主回流。另外，沿着电池单体的厚度方向延伸的山形的突出部也能够设为自电池单体的宽度方向的中央部朝向两侧部倾斜的形状。该突出部能够利用自电池单体的宽度方向的中央部沿着倾斜面朝向两侧部流动的制冷剂促进自主回流。
如上所述，图8和图9的冷却板3以将自制冷剂通路8的上表面朝向下方突出的突出部37、38浸渍于制冷剂的状态配置，从而能够高效地冷却。特别是，即使成为制冷剂通路8内的制冷剂汽化而产生的气体在制冷剂通路8的上表面与制冷剂的液面之间形成气体层的状态，也能够通过使设于制冷剂通路8的突出部37、38、倾斜面39的下部与制冷剂接触而防止冷却效率降低，从而高效地冷却。
另外，在图9所示的例子中，在自冷却通路8的上表面朝向下方突出的突出部38的表面设有倾斜面39，对于冷却通路而言，虽未图示，但也能够将上下连结部的表面设为倾斜面，使制冷剂沿着该倾斜面流动而促进自主回流。另外，在本说明书中，倾斜面是指也包含弯曲面的广义的意思。
在图10的电源装置200中，平行地排列多个冷却板3，连结各个冷却板3的制冷剂通路8。虽未图示，但在各个冷却板3之上以热耦合状态载置有电池模块，强制地冷却电池模块的电池单体。在相邻的冷却板3中，如图10的虚线所示，利用纵横延伸的制冷剂通路8呈格子状连结。在该电源装置中，在与任一冷却板3热耦合的特定的电池单体发生热失控而发热时，发热的电池单体加热制冷剂通路8的制冷剂而使制冷剂汽化。汽化的制冷剂膨胀而强制地在制冷剂通路8流动。在冷却板3内流动的汽化的制冷剂在与未发生热失控的电池单体热耦合的其他部分处冷却而液化。液化的制冷剂在制冷剂通路循环，冷却热失控的电池单体附近的电池单体而防止热失控的引发。
在图11的电源装置300中，在连结相邻的冷却板3的循环通路20设有散热器26。散热器26冷却循环的制冷剂并使制冷剂在各个冷却板3循环。在该电源装置300中，即使特定的电池单体1发生热失控而发热，发热的电池单体1加热特定的冷却板3，加热的冷却板3的制冷剂加热，也能够在相邻的冷却板3利用散热器26冷却制冷剂而使制冷剂循环。因而，能够降低自与发生热失控的电池单体1热耦合的冷却板3向其他冷却板3循环的制冷剂的温度并使制冷剂循环。在图11所示的电源装置300中，在循环通路20的外周面设有向外侧方向突出的散热器26。不过，在电源装置中，也能够在循环通路的内周面设有向内侧方向突出的散热器。
在图12的电源装置400中，将冷却板3配置为垂直姿态，在图13的电源装置500中，将冷却板3配置为倾斜的姿态。在图12的电源装置400中，以使与配置为垂直姿态的冷却板3热耦合的各个电池单体1的侧面1B沿着冷却板3的上下方向延伸的方式配置。在图13的电源装置500中，以使与冷却板3热耦合的各个电池单体1的底面1A沿着冷却板3的倾斜方向延伸的方式配置。在以上的电源装置400、500中，在制冷剂的一部分沸腾而汽化的状态下，液化的制冷剂积存于冷却板3的下部，因此液化的制冷剂能够更高效地吸收热失控的电池单体1的热能。其原因在于，积存于冷却板3的下部的液化的制冷剂经由冷却板3而与热失控的电池单体1热耦合。
冷却板3在其内部埋设有不锈钢制的金属管31而作为纵向制冷剂通路8A和横向制冷剂通路8B。在金属管31中，使两端部自板部30突出而设为连结端31A。该冷却板3利用在不锈钢管循环的制冷剂冷却板部30。板部30以热耦合状态配置于电池模块2而冷却电池单体1。这样，内置供制冷剂循环的金属管31的冷却板3能够可靠地阻止内部的漏液。另外，在将金属管31埋设于板部30的冷却板3中，金属管31与板部30的导热优异，能够利用在金属管31循环的制冷剂高效地冷却板部30而高效地冷却电池单体1。另外，将金属成形为板状的板部30的热容量较大，能够高效地吸收电池单体1的发热而限制电池单体1的温度上升。另外，在停止制冷剂的循环之后也能够冷却电池单体1。不过，本发明不将冷却板3的构造特定于以上的构造。冷却板例如能够设为在金属板的表面固定金属管的构造或在两片金属板之间配置金属管的构造等能够循环制冷剂而冷却表面的全部的构造。
(循环器9)
在以上的电源装置中，如图1和图4所示，具备使制冷剂在冷却板3的制冷剂通路8循环的循环器9。循环器9包括强制地使制冷剂在制冷剂通路8流动的循环泵21和使循环的制冷剂散热而冷却的散热器22。如图1和图4所示，冷却板3经由冷却剂管33而与循环器9连结。冷却剂管33为金属管。不过，冷却剂管不必一定设为金属管，能够使用橡胶状弹性体的软管等能够循环制冷剂的全部的管。因而，在本说明书中“管”是指包含软管的广义的意思。
图14是表示设于冷却板3的连结端31A与冷却剂管33的连结构造的剖视图。在该图的连结构造中，将冷却剂管33插入连结端31A，在连结端31A与冷却剂管33之间配置O型密封圈34而连结为液密构造。在该连结构造中，能够将冷却剂管33设为金属管而更可靠地以液密构造连结于连结端31A。为了将O型密封圈34配置于固定位置，在冷却剂管33的外侧面设置环形槽，或者在连结端31A的内表面设置环形槽，能够在该环形槽内配置O型密封圈34而设为不错位的构造。在该连结构造中，能够将冷却剂管33插入而简单地连结于连结端31A。另外，也能够将冷却剂管33拔出而简单地卸下。对于制冷剂而言，不像通常制冷剂那样加压为高压，因此能够利用以上的图所示的连结构造简单地装卸。
散热器22冷却循环的液态的制冷剂。图1和图4的散热器22包括热交换器23和风扇24，利用风扇24强制送风而冷却在热交换器23循环的制冷剂。风扇24和循环泵21的运转由检测电池温度的控制电路25控制。控制电路25利用温度传感器(未图示)检测电池温度而控制循环泵21和风扇24的运转，从而控制冷却板3的冷却状态。当电池温度变得比设定温度高时，控制电路25使循环泵21和风扇24进行运转。当循环泵21运转时，制冷剂在冷却板3循环。当电池温度变得比设定温度低时，控制电路25停止循环泵21和风扇24的运转。在该状态下，制冷剂不在冷却板3循环，冷却板3成为未被强制地冷却的状态。控制电路25存储使循环泵21运转的设定温度，以该设定温度控制循环泵21的运转而将电池温度控制在设定范围。
(混合动力汽车用电源装置)
图15表示将电源装置搭载于利用发动机和电动机这两者行驶的混合动力汽车的例子。该图所示的搭载有电源装置100的车辆HV包括使车辆HV行驶的发动机96和行驶用的电动机93、向电动机93供给电力的电源装置100、对电源装置100的电池进行充电的发电机94、搭载有发动机96、电动机93、电源装置100以及发电机94的车辆主体90以及被发动机96或电动机93驱动而使车辆主体90行驶的车轮97。电源装置100经由DC/AC逆变器95而与电动机93和发电机94连接。车辆HV在对电源装置100的电池进行充放电的同时利用电动机93和发动机96这两者行驶。电动机93在发动机效率较差的区域，例如加速时、低速行驶时被驱动而使车辆HV行驶。自电源装置100向电动机93供给电力而驱动电动机93。发电机94被发动机96驱动或被对车辆施加制动时的再生制动驱动而对电源装置100的电池进行充电。
(电动汽车用电源装置)
另外，图16表示将电源装置搭载于仅利用电动机行驶的电动汽车的例子。该图所示的搭载有电源装置100的车辆EV包括使车辆EV行驶的行驶用的电动机93、向该电动机93供给电力的电源装置100、对该电源装置100的电池进行充电的发电机94、搭载有电动机93、电源装置100以及发电机94的车辆主体90以及被电动机93驱动而使车辆主体90行驶的车轮97。电源装置100经由DC/AC逆变器95而与电动机93和发电机94连接。自电源装置100向电动机93供给电力而驱动电动机93。发电机94被对车辆EV进行再生制动时的能量驱动而对电源装置100的电池进行充电。
产业上的可利用性
本发明的电源装置能够适当地利用为驱动混合动力车、插电式混合动力车、电动汽车等汽车的电动机的电源。
附图标记说明
100、200、300、400、500、电源装置；1、电池单体；1A、底面；1B、侧面；2、电池模块；2A、底面；2B、侧面；3、冷却板；4、端板；5、连结件；6、隔板；7、电池层叠体；8、制冷剂通路；8A、纵向制冷剂通路；8B、横向制冷剂通路；9、循环器；11、电极端子；12、汇流条；20、循环通路；21、循环泵；22、散热器；23、热交换器；24、风扇；25、控制电路；26、散热器；30、板部；31、金属管；31A、连结端；32、上下连结部；33、冷却剂管；34、O型密封圈；35、冷却突出部；36、中空部；37、突出部；38、突出部；39、倾斜面；90、车辆主体；93、电动机；94、发电机；95、DC/AC逆变器；96、发动机；97、车轮；HV、车辆；EV、车辆。

Claims (6)

1.一种电源装置，其包括：
多个电池单体；
冷却板，其与各个电池单体热耦合且设有制冷剂通路；以及
循环器，其使制冷剂在所述冷却板的制冷剂通路循环，
其特征在于，
所述冷却板的至少单面与所述电池单体热耦合，
所述制冷剂通路包括与制冷剂的流入侧和排出侧连结的纵向制冷剂通路和将所述纵向制冷剂通路并联地连结的横向制冷剂通路，
所述冷却板设为使制冷剂在所述纵向制冷剂通路和所述横向制冷剂通路这两者流动而进行冷却的构造。
2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，
所述纵向制冷剂通路和所述横向制冷剂通路呈棋盘格子状连结。
3.一种电源装置，其包括：
多个电池单体；
冷却板，其与各个电池单体热耦合且设有制冷剂通路；以及
循环器，其使制冷剂在所述冷却板的制冷剂通路循环，
其特征在于，
所述冷却板的至少单面与所述电池单体热耦合，
所述制冷剂通路在与所述电池单体热耦合的热耦合部分设有突出部，
设为使制冷剂沿着所述突出部的表面流动而进行冷却的构造。
4.一种电源装置，其包括：
多个电池单体；
冷却板，其与各个电池单体热耦合且设有制冷剂通路；以及
循环器，其使制冷剂在所述冷却板的制冷剂通路循环，
其特征在于，
所述冷却板的至少单面与所述电池单体热耦合，
所述制冷剂通路在与所述电池单体热耦合的热耦合部分设有倾斜面，
设为使制冷剂沿着所述倾斜面流动而进行冷却的构造。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的电源装置，其特征在于，
所述电池单体为方形电池单体，方形电池单体的底面和侧面中的任一者或两者以热耦合状态固定于所述冷却板。
6.一种电动车辆，其装备权利要求1～5中任一项所述的电源装置，其特征在于，
该电动车辆包括所述电源装置、由该电源装置供给电力的行驶用的电动机、搭载有所述电源装置和所述电动机的车辆主体以及被所述电动机驱动而使所述车辆主体行驶的车轮。
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