JP2012195208A

JP2012195208A - 電池温調装置

Info

Publication number: JP2012195208A
Application number: JP2011059315A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Watanabe; 慎太郎渡▲辺▼
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2012-10-11

Abstract

【課題】構造が簡単な電池温調装置を提供する。
【解決手段】電池温調装置１０は、内部に電池が配置され、開口部を有する電池ケース２０，２１，２２と、扁平で、かつ、内部に熱媒通路が形成され、扁平面により開口部を塞いで電池ケース２０，２１，２２に固定された熱交換器３０，３１，３２，３３と、熱交換器３０，３１，３２，３３に連結され、熱媒を電池ケース２０，２１，２２の外部から熱媒通路内に供給する熱媒供給パイプ４０と、熱交換器３０，３１，３２，３３に連結され、熱媒通路内の熱媒を電池ケース２０，２１，２２の外部に排出する熱媒排出パイプ５０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池温調装置に関するものである。

特許文献１に開示された電源装置は、複数の電池モジュールと、この電池モジュールを収納しているケースと、ケース内に収納している電池モジュールを循環する冷媒で冷却する冷却機構（内部熱交換器）と、この冷却機構に循環される冷媒を循環させて、冷媒を冷却する放熱器とを備えている。ケースの上面に固定しているトップカバーに液密構造の空洞を設け、この空洞を冷却機構に連結して、冷却機構の冷媒を循環させて、トップカバーを冷媒の放熱器に併用し、トップカバーでもって冷却機構に循環させる冷媒を冷却するようにしている。

特開２００６−１２７９２１号公報

特許文献１はケースがあって、更にケースの中に熱交換器があるため、構造が複雑となっている。
本発明の目的は、構造が簡単な電池温調装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、内部に電池が配置され、開口部を有する電池ケースと、扁平で、かつ、内部に熱媒通路が形成され、扁平面により前記開口部を塞いで前記電池ケースに固定された熱交換器と、前記熱交換器に連結され、熱媒を前記電池ケースの外部から前記熱媒通路内に供給する供給用パイプと、前記熱交換器に連結され、前記熱媒通路内の熱媒を前記電池ケースの外部に排出する排出用パイプと、を備えたことを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、開口部を有する電池ケースの内部に電池が配置され、扁平で、かつ、内部に熱媒通路が形成された熱交換器は、扁平面により開口部を塞いで電池ケースに固定される。供給用パイプは、熱交換器に連結され、熱媒を電池ケースの外部から熱媒通路内に供給し、排出用パイプは、熱交換器に連結され、熱媒通路内の熱媒を電池ケースの外部に排出する。これにより、構造が簡素な電池温調装置を構成することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記電池ケースは環状枠体により構成され、前記環状枠体の各開口部を塞ぐ一対の前記熱交換器が前記環状枠体に固定されていることを要旨とする。

請求項２に記載の発明によれば、電池ケースは環状枠体により構成され、環状枠体の各開口部を塞ぐ一対の熱交換器が環状枠体に固定されているので、構造がより簡素となる。
請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の電池温調装置において、前記電池ケースを複数有し、前記複数の電池ケースの間に前記熱交換器を配置するとよい。

本発明によれば、構造が簡単な電池温調装置を提供することができる。

本実施形態における電池温調装置の斜視図。電池温調装置の平面図。電池温調装置の分解斜視図。電池温調装置の分解斜視図。

以下、本発明を、走行用電池を搭載した車両（自動車）に具体化した一実施形態を図１〜図４に従って説明する。
なお、図面において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。

図１，２に示すように、電池温調装置１０は、全体構成として、四角枠形の電池ケース２０，２１，２２と、薄い四角箱型をなす熱交換器３０，３１，３２，３３を備えている。各電池ケース２０，２１，２２の内部に円筒形電池６０が複数配置され、円筒形電池６０を収納した電池ケース２０，２１，２２と熱交換器３０，３１，３２，３３が交互に積層して配置されている。

図４に示すように、四角枠形の電池ケース２０は、対向する一対の側板２０ａ，２０ｂと、対向する一対の側板２０ｃ，２０ｄとから構成されている。一対の側板２０ａ，２０ｂはＸ方向に延び、一対の側板２０ｃ，２０ｄはＺ方向に延びている。これら側板２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄで囲まれた領域が円筒形電池６０の配置領域となっている。このとき、四角枠形の電池ケース２０は、対向する面がそれぞれ開口しており、開口部２５，２６となっている。即ち、電池ケース２０は蓋と底のないケースとなっている。電池ケース２０は、樹脂、または、絶縁性コーティング膜が形成された金属、または、シリコン等よりなる。

電池ケース２０の内部には、円筒形電池６０がその軸線がＺ方向になる状態、即ち、立設した状態で、Ｘ方向に一列に並べて隣接して配置されている（図３参照）。また、図４に示すように、円筒形電池６０は電池ケース２０内においてＹ方向において２段に、かつ千鳥配置されている。即ち、円筒形電池６０を、位相をずらして配置することにより千鳥配置されている。

なお、電池ケース２０には、円筒形電池６０と同じ径の座ぐり穴が設けられており、この座ぐり穴により円筒形電池６０が位置決めされている。また、電池ケース２０の内部に、ケース内の各電池の電極（正極、負極）をつなぐ端子プレート（正極用端子プレート、負極用端子プレート）が配置されている。集合極７０，７１（図１参照）が、ケース内に配した電極プレート（正極用端子プレート、負極用端子プレート）とつながっている。

このように、電池ケース２０は、内部に電池６０が配置され、開口部２５，２６を有する。
他の電池ケース２１，２２についても、電池ケース２０と同じ構成となっており、電池ケース２０と同様にその内部に円筒形電池６０が同様に収納されている。各円筒形電池６０は二次電池である。

熱交換器３０，３１，３２，３３により電池ケース２０，２１，２２の内部の円筒形電池６０を温調することができるようになっている。
各熱交換器３０，３１，３２，３３は同じ構成をなしている。各熱交換器３０，３１，３２，３３は、扁平で、かつ、内部に熱媒通路が形成され、円筒形電池６０を温調する。詳しくは、各熱交換器３０，３１，３２，３３は、２枚のプレートを用いて構成され、一対のプレートを重ね合わせてロウ付けすることにより内部に熱媒通路が形成されている。つまり、一方の外殻プレートと他方の外殻プレートは外周縁部が鍔状に形成され、この外周縁部（鍔部）において接合され、一方の外殻プレートと他方の外殻プレートとの間に熱媒通路が形成されている。

各熱交換器３０，３１，３２，３３には、熱媒供給パイプ４０と熱媒排出パイプ５０が接続されている。詳しくは、各熱交換器３０，３１，３２，３３にはブロック３５が設けられ、ブロック３５には配管接続部３６が設けられている。ホースＨによりブロック３５の配管接続部３６と熱媒供給パイプ４０の接続部４１とをつないでいる。同様に、各熱交換器３０，３１，３２，３３にはブロック３７が設けられ、ブロック３７には配管接続部３８が設けられている。ホースＨによりブロック３７の配管接続部３８と熱媒排出パイプ５０の接続部５１とをつないでいる。

各熱交換器３０，３１，３２，３３はＹ方向において互いに対向する状態で配置される。熱媒供給パイプ４０と熱媒排出パイプ５０は共に丸パイプであり、Ｙ方向に延びる状態で配置されている。１本の熱媒供給パイプ４０および１本の熱媒排出パイプ５０は、各熱交換器３０，３１，３２，３３につながっており、熱媒供給パイプ４０および熱媒排出パイプ５０は、各熱交換器３０，３１，３２，３３の集合配管となっている。

また、熱媒供給パイプ４０は、長尺状の熱交換器３０，３１，３２，３３における一方の片側において接近して配置されているとともに、熱媒排出パイプ５０は、長尺状の熱交換器３０，３１，３２，３３におけるもう一方の片側において接近して配置されている。

熱媒供給パイプ４０は、各熱交換器３０，３１，３２，３３に熱媒通路と連通するように接続されている。同様に、熱媒排出パイプ５０も、各熱交換器３０，３１，３２，３３に熱媒通路と連通するように接続されている。熱媒としてクーラント（ＬＬＣ）を用いることができる。

熱交換器３０は、図３に示すように、電池ケース２０の一方の開口部２５において円筒形電池６０と直接熱的に接合するように配置され、開口部２５の蓋を兼ねている。よって、電池ケース２０の内部においてＹ方向において２段に配置された円筒形電池６０のうち一方の段の円筒形電池６０と熱交換器３０の間で熱が移動する。またこのとき、円筒形電池６０の隙間には高熱伝導性の樹脂等が注入（充填）されており、この樹脂等により熱伝導と円筒形電池６０の保持が行われるようになっている。

熱交換器３１は、図４に示すように、電池ケース２０の他方の開口部２６において円筒形電池６０と直接熱的に接合するように配置され、開口部２６の蓋を兼ねている。同時に、熱交換器３１は、電池ケース２１の一方の開口部（２５）において円筒形電池６０と直接熱的に接合するように配置され、開口部（２５）の蓋を兼ねている。よって、電池ケース２０の内部においてＹ方向において２段に配置された円筒形電池６０のうち他方の段の円筒形電池６０と熱交換器３１の間で熱が移動する。またこのとき、円筒形電池６０の隙間には高熱伝導性の樹脂等が注入（充填）されており、この樹脂等により熱伝導と円筒形電池６０の保持が行われるようになっている。また、電池ケース２１の内部においてＹ方向において２段に配置された円筒形電池６０のうち一方の段の円筒形電池６０と熱交換器３１の間で熱が移動する。またこのとき、円筒形電池６０の隙間には高熱伝導性の樹脂等が注入（充填）されており、この樹脂等により熱伝導と円筒形電池６０の保持が行われるようになっている。

同様に、熱交換器３２は、電池ケース２１の他方の開口部（２６）において円筒形電池６０と直接熱的に接合するように配置され、開口部（２６）の蓋を兼ねている。同時に、熱交換器３２は、電池ケース２２の一方の開口部（２５）において円筒形電池６０と直接熱的に接合するように配置され、開口部（２５）の蓋を兼ねている。よって、電池ケース２１の内部においてＹ方向において２段に配置された円筒形電池６０のうち他方の段の円筒形電池６０と熱交換器３２の間で熱が移動する。またこのとき、円筒形電池６０の隙間には高熱伝導性の樹脂等が注入（充填）されており、この樹脂等により熱伝導と円筒形電池６０の保持が行われるようになっている。また、電池ケース２２の内部においてＹ方向において２段に配置された円筒形電池６０のうち一方の段の円筒形電池６０と熱交換器３２の間で熱が移動する。またこのとき、円筒形電池６０の隙間には高熱伝導性の樹脂等が注入（充填）されており、この樹脂等により熱伝導と円筒形電池６０の保持が行われるようになっている。

また、熱交換器３３は、電池ケース２２の他方の開口部（２６）において円筒形電池６０と直接熱的に接合するように配置され、開口部（２６）の蓋を兼ねている。よって、電池ケース２２の内部においてＹ方向において２段に配置された円筒形電池６０のうち他方の段の円筒形電池６０と熱交換器３３の間で熱が移動する。またこのとき、円筒形電池６０の隙間には高熱伝導性の樹脂等が注入（充填）されており、この樹脂等により熱伝導と円筒形電池６０の保持が行われるようになっている。

このように、熱交換器３０，３１，３２，３３は、扁平で、かつ、内部に熱媒通路が形成され、扁平面により電池ケースの開口部２５，２６を塞いで電池ケース２０，２１，２２に固定される。

各熱交換器３０，３１，３２，３３と電池ケース２０，２１，２２とは、接着剤等で固定されている。
組み立ては次のようにして行われる。

円筒形電池６０を入れた電池ケース２０，２１，２２と、熱交換器３０，３１，３２，３３とを積層して配置し、熱交換器３０，３１，３２，３３と電池ケース２０，２１，２２とを接着剤等で固定する。そして、電池ケース２０，２１，２２に形成した樹脂注入口（図示略）から樹脂を注入する。

その後に、集合管としての熱媒供給パイプ４０および熱媒排出パイプ５０と各熱交換器３０，３１，３２，３３をホースＨ等でつなぐ。
次に、このように構成した電池温調装置１０の作用について説明する。

熱媒が外部から熱媒供給パイプ４０を通して供給される。この熱媒は各熱交換器３０，３１，３２，３３の内部に形成された熱媒通路に入る。熱媒は各熱交換器３０，３１，３２，３３の熱媒通路をＸ方向に流れる。この熱媒は熱媒排出パイプ５０に入り、熱媒排出パイプ５０を通して外部に排出される。

電池ケース２０，２１，２２の内部の配置された円筒形電池６０は各熱交換器３０，３１，３２，３３との熱交換により温調される。
より具体的には、始動時においては各熱交換器３０，３１，３２，３３を用いて円筒形電池６０を加熱する。始動後においては各熱交換器３０，３１，３２，３３を用いて円筒形電池６０を冷却する。

以上のごとく本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）電池温調装置１０は、内部に電池６０が配置され、開口部２５，２６を有する電池ケース２０，２１，２２と、扁平で、かつ、内部に熱媒通路が形成され、扁平面により開口部２５，２６を塞いで電池ケース２０，２１，２２に固定された熱交換器３０，３１，３２，３３を備える。さらに、熱交換器３０，３１，３２，３３に連結され、熱媒を電池ケース２０，２１，２２の外部から熱媒通路内に供給する供給用パイプとしての熱媒供給パイプ４０と、熱交換器３０，３１，３２，３３に連結され、熱媒通路内の熱媒を電池ケース２０，２１，２２の外部に排出する排出用パイプとしての熱媒排出パイプ５０を備える。これにより、構造が簡素な電池温調装置を構成することができる。

詳しく説明する。
一般的に、熱交換器と電池の間には接触熱抵抗が存在するので、熱交換器と電池の間には伝熱グリス等を介す必要がある。また、熱交換器と円筒型電池の直接的な接触・接合は難しく、間に樹脂やグリス等を介す必要がある。

本実施形態においては、電池ケースをフレームで構成することにより、円筒形電池６０をコンパクトに集合させ、かつ、高い電池の温調性能を有する。また、電池ケースと熱交換器の距離を縮めて熱抵抗の低減を図ることができる。さらに、電池ケースの蓋を廃止し、熱交換器に電池ケースを直接固定することで、小型化、省部品を図ることができる。

（２）電池ケース２０，２１，２２は環状枠体により構成され、環状枠体の各開口部２５，２６を塞ぐ一対の熱交換器が環状枠体に固定されている。これにより、ケースの蓋と底の両方が熱交換器となり、構造がより簡素となる。

（３）電池ケースを複数有し、複数の電池ケース２０，２１，２２の間に熱交換器３０，３１，３２，３３を配置したので、実用上好ましいものとなる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。

・電池は、円筒形電池に限らず、例えば角形電池等であってもよい。
・電池ケースにおける樹脂注入口はケースの上面に設けても、側面に設けてもよく、要は樹脂を熱交換器と電池との間の隙間を埋めるように注入できればよい。

・上記実施形態では電池ケース２０，２１，２２は対向する面がそれぞれ開口していたが、少なくとも一面が開口していればよく、この開口部に熱交換器を直接熱的に結合するように配置すればよい。即ち、ケースの蓋と底の少なくとも一方を熱交換器として、構造の簡素化を図ることができる。

・上記実施形態では走行用電池を搭載した車両に具体化したが、これに限ることなく、例えば家庭用の電池温調装置に具体化してもよい。

１０…電池温調装置、２０…電池ケース、２１…電池ケース、２２…電池ケース、２５…開口部、２６…開口部、３０…熱交換器、３１…熱交換器、３２…熱交換器、３３…熱交換器、４０…熱媒供給パイプ、５０…熱媒排出パイプ、６０…円筒形電池。

Claims

内部に電池が配置され、開口部を有する電池ケースと、
扁平で、かつ、内部に熱媒通路が形成され、扁平面により前記開口部を塞いで前記電池ケースに固定された熱交換器と、
前記熱交換器に連結され、熱媒を前記電池ケースの外部から前記熱媒通路内に供給する供給用パイプと、
前記熱交換器に連結され、前記熱媒通路内の熱媒を前記電池ケースの外部に排出する排出用パイプと、
を備えたことを特徴とする電池温調装置。
前記電池ケースは環状枠体により構成され、
前記環状枠体の各開口部を塞ぐ一対の前記熱交換器が前記環状枠体に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の電池温調装置。
前記電池ケースを複数有し、
前記複数の電池ケースの間に前記熱交換器を配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の電池温調装置。