JP2012199147A - 電池温調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池をケース内に複数並べた場合であっても省スペース化することができる電池温調装置を提供する。
【解決手段】扁平で、かつ、内部に熱媒通路が形成された複数の熱交換器５０，５１と、複数の熱交換器５０，５１を離間した状態で、且つ、隣り合う熱交換器５０，５１の扁平面同士が対向した状態に支持する熱媒供給パイプ６０および熱媒排出パイプ６１と、隣り合う熱交換器５０，５１の対向する扁平面のそれぞれに沿って配置された複数の電池３０と、を備える。隣り合う熱交換器５０，５１の対向する一方の扁平面に沿って配置された複数の電池３０と、他方の扁平面に沿って配置された複数の電池３０はそれぞれ異なるケース２０，２１で囲われている。両ケース２０，２１は、外面が電池３０の外周形状に沿った凹凸形状をなし、一方のケースの凹凸形状外面における凹に他方のケースの凹凸形状外面における凸が嵌め込まれるように配置されている。
【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には、電池モジュールが開示されている。この電池モジュールにおいては、相互に電気的に連結される複数個の単位電池と、単位電池にそれぞれ対応して単位電池を収容する複数個の貫通ホールが形成されたハウジングと、ハウジングに結合されて単位電池の電極端子をカバーするダクト部材とを含んでいる。ダクト部材には、貫通ホールに向かって冷却媒体を注入するための冷却流路が形成されると共に、単位電池から発生するガスを所定の方向に排出させるガス排出通路が形成されている。

特開２００９−１２３７０１号公報

ところで、特許文献１のように円筒形電池をケース（ハウジング）内に複数並べる場合、スペースを多くとってしまうという問題がある。
本発明の目的は、電池をケース内に複数並べた場合であっても省スペース化することができる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、扁平で、かつ、内部に熱媒通路が形成された複数の熱交換器と、前記複数の熱交換器を離間した状態で、且つ、隣り合う熱交換器の扁平面同士が対向した状態に支持する支持部材と、前記隣り合う熱交換器の対向する扁平面のそれぞれに沿って配置された複数の電池と、を備えた電池温調装置であって、前記隣り合う熱交換器の対向する一方の扁平面に沿って配置された複数の電池と、他方の扁平面に沿って配置された複数の電池はそれぞれ異なるケースで囲われ、当該両ケースは、外面が前記電池の外周形状に沿った凹凸形状をなし、一方のケースの凹凸形状外面における凹に他方のケースの凹凸形状外面における凸が嵌め込まれるように配置してなることを要旨とする。

「ケースの外面が電池の外周形状に沿った」とは、ケースの外面が電池の外周形状と同一の形状となることを意味するのではなく、１列に並んだ電池の外周をつなぐことで形成される凹凸と、ケース外面に形成される凹凸のそれぞれの凹の位置と凸の位置が一致していることを意味する。

請求項１に記載の発明によれば、複数の熱交換器は、扁平で、かつ、内部に熱媒通路が形成され、支持部材により複数の熱交換器を離間した状態で、且つ、隣り合う熱交換器の扁平面同士が対向した状態に支持される。複数の電池が、隣り合う熱交換器の対向する扁平面のそれぞれに沿って配置される。隣り合う熱交換器の対向する一方の扁平面に沿って配置された複数の電池と、他方の扁平面に沿って配置された複数の電池はそれぞれ異なるケースで囲われる。両ケースは、外面が電池の外周形状に沿った凹凸形状をなし、一方のケースの凹凸形状外面における凹に他方のケースの凹凸形状外面における凸が嵌め込まれるように配置されている。よって、電池をケース内に複数並べた場合であっても省スペース化することができる。

請求項２に記載に記載のように、請求項１に記載の電池温調装置において、電池は断面が円または楕円の筒状をなす場合に適用するとよい。

本発明によれば、電池をケース内に複数並べた場合であっても省スペース化することができる。

（ａ）は本実施形態における電池温調装置の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での電池温調装置の縦断面図。 電池温調装置の一部断面図。 比較のための電池温調装置の一部断面図。 別例の電池温調装置の一部断面図。 （ａ）は別例の電池温調装置の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での電池温調装置の縦断面図。 別例の電池温調装置の一部断面図。 比較のための電池温調装置の一部断面図。

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３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、電池ケース２０，２１を備えている。各電池ケース２０，２１は四角箱形（直方体形状）をなしている。電池ケース２０の上に電池ケース２１が重ねて配置されている。各電池ケース２０，２１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３０がその軸線が水平になる状態で、水平方向に一列に並べて隣接して配置されている。また、円筒形電池３０は電池ケース２０の内部において上下２段に、かつ千鳥配置されている。即ち、円筒形電池３０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。

同様に、電池ケース２１の内部には、円筒形電池３０がその軸線が水平になる状態で、水平方向に一列に並べて隣接して配置されている。また、円筒形電池３０は電池ケース２１の内部において上下２段に、かつ千鳥配置されている。即ち、円筒形電池３０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。

各円筒形電池３０は二次電池である。
なお、電池ケース２０および電池ケース２１の内部に、電池ケース内の各円筒形電池３０の電極（正極、負極）をつなぐ端子プレート（正極端子プレート、負極端子プレート）が配置されている。また、電池ケース２０および電池ケース２１には、円筒形電池３０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３０が位置決めされている。

電池温調装置１０には多段式熱交換装置４０が備えられている。多段式熱交換装置４０により電池ケース２０，２１の内部の円筒形電池３０を温調することができるようになっている。

多段式熱交換装置４０は、扁平な長方形をなす下側熱交換器５０と、扁平な長方形をなす上側熱交換器５１を備えている。
下側熱交換器５０と上側熱交換器５１とは同じ構成をなしている。下側熱交換器５０および上側熱交換器５１は、扁平で、かつ、内部に熱媒通路が形成され、円筒形電池３０を温調する。詳しくは、下側熱交換器５０および上側熱交換器５１は、２枚のプレートを用いて構成され、上下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、下側の外殻プレートと上側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、下側の外殻プレートと上側の外殻プレートとの間に熱媒通路が形成されている。

下側熱交換器５０と上側熱交換器５１はＸ方向に延設されている。熱交換器５０，５１の内部においてＸ方向に延びる熱媒通路７０（図１（ａ）参照）が形成されているとともにＸ方向に延びる熱媒通路７１（図１（ａ）参照）が形成され、Ｘ方向に延びる熱媒通路７０と、Ｘ方向に延びる熱媒通路７１とは先端側で連通している。つまり、熱媒通路は１回折り返されている。よって、折り返された熱媒通路を流れる熱媒は対向流となり、各円筒形電池３０は対向流となった熱媒との間で熱交換が行われることになる。

下側熱交換器５０と上側熱交換器５１には、熱媒供給パイプ６０と熱媒排出パイプ６１が接続されている。下側熱交換器５０と上側熱交換器５１は水平に、かつ互いに対向する状態で配置されている。熱媒供給パイプ６０と熱媒排出パイプ６１は共に丸パイプであり、立設された状態で配置され、垂直方向に延びている。１本の熱媒供給パイプ６０および１本の熱媒排出パイプ６１は、上側熱交換器５１および下側熱交換器５０を貫通している。即ち、熱媒供給パイプ６０および熱媒排出パイプ６１は、熱交換器を多段にした多段式熱交換装置４０の集合配管となっている。

また、熱媒供給パイプ６０および熱媒排出パイプ６１は、長尺状の下側熱交換器５０および上側熱交換器５１おける片側において接近して配置されている。よって、熱媒供給パイプ６０および熱媒排出パイプ６１は、下側熱交換器５０および上側熱交換器５１に対し片持ち構造にて連結されている。片持ち構造とすることにより電池ケース２０，２１の内部に下側熱交換器５０および上側熱交換器５１を配置した状態（図１参照）において省スペース化を図ることができる。下側熱交換器５０と上側熱交換器５１とは一定の間隔を保った状態で水平方向に延びている。

支持部材としての熱媒供給パイプ６０および熱媒排出パイプ６１は、複数の熱交換器５０，５１を離間した状態で、且つ、隣り合う熱交換器５０，５１の扁平面同士が対向した状態に支持している。また、複数の電池３０が、隣り合う熱交換器５０，５１の対向する扁平面のそれぞれに沿って配置されている。

熱媒供給パイプ６０は、上側熱交換器５１および下側熱交換器５０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６１も、上側熱交換器５１および下側熱交換器５０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。

下側熱交換器５０は、図１に示すように、電池ケース２０の内部に挿入され、電池ケース２０の内部において上下２段に配置された円筒形電池３０の間に位置している。よって、下側熱交換器５０の上下両面に円筒形電池３０が配列され、円筒形電池３０と下側熱交換器５０の間で熱が移動する。またこのとき、図２に示すように円筒形電池３０の隙間には高熱伝導性の樹脂Ｒが注入（充填）されており、この樹脂Ｒにより熱伝導と円筒形電池３０の保持が行われるようになっている。

このようにして、熱交換器５０の両面に配した円筒形電池３０は電池ケース２０で囲われた構成となっている。
また、電池ケース２０は、複数の円筒形電池３０を並べた状態で収納するとともに上面側の外面２０ａおよび下面側の外面２０ｂが円筒形電池３０の外周形状に沿った凹凸形状として波型をなしている。

同様に、上側熱交換器５１は、図１に示すように、電池ケース２１の内部に挿入され、電池ケース２１の内部において上下２段に配置された円筒形電池３０の間に位置している。よって、上側熱交換器５１の上下両面に円筒形電池３０が配列され、円筒形電池３０と上側熱交換器５１の間で熱が移動する。またこのとき、図２に示すように円筒形電池３０の隙間には高熱伝導性の樹脂Ｒが注入（充填）されており、この樹脂Ｒにより熱伝導と円筒形電池３０の保持が行われるようになっている。

このようにして、熱交換器５１の両面に配した円筒形電池３０は電池ケース２１で囲われた構成となっている。よって、隣り合う熱交換器５０，５１の対向する一方の扁平面に沿って配置された複数の電池３０と、他方の扁平面に沿って配置された複数の電池３０はそれぞれ異なるケース２０，２１で囲われている。

また、電池ケース２１は、複数の円筒形電池３０を並べた状態で収納するとともに上面側の外面２１ａおよび下面側の外面２１ｂが円筒形電池３０の外周形状に沿った凹凸形状として波型をなしている。

さらに、電池ケース２０の上面側の外面（凹凸形状外面）２０ａにおける凹に電池ケース２１の下面側の外面（凹凸形状外面）２１ｂにおける凸が嵌め込まれるように配置している。換言すると、電池ケース２１の下面側の外面（凹凸形状外面）２１ｂにおける凹に電池ケース２０の上面側の外面（凹凸形状外面）２０ａにおける凸が嵌め込まれるように配置している。また、電池ケース２０の上面側の外面（凹凸形状面）２０ａと電池ケース２１の下面側の外面（凹凸形状面）２１ｂとは接近または接触する状態となっている。

電池ケース２０，２１の多段式熱交換装置４０への挿入方法について言及する。
多段式熱交換装置４０を固定しておき、多段式熱交換装置４０に対し上側の電池ケース２１をＸ方向に挿入する。次に、多段式熱交換装置４０に対し下側の電池ケース２０をＹ方向に挿入する。このようにすると、密に電池を配置することができる。

多段式熱交換装置４０（下側熱交換器５０、上側熱交換器５１）と電池ケース２０，２１とは、接着剤、ボルト、ベルト等で固定されている。
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６０を通して供給される。この熱媒は上側熱交換器５１および下側熱交換器５０の内部に形成された熱媒通路に入る。熱媒は上側熱交換器５１および下側熱交換器５０の熱媒通路をＸ方向に流れて上側熱交換器５１および下側熱交換器５０の先端側において折り返してＸ方向に流れる。この熱媒は熱媒排出パイプ６１に入り、熱媒排出パイプ６１を通して外部に排出される。

電池ケース２０，２１の内部の配置された円筒形電池３０は多段式熱交換装置４０における下側熱交換器５０および上側熱交換器５１との熱交換により温調される。
より具体的には、始動時においては多段式熱交換装置４０の上側熱交換器５１および下側熱交換器５０を用いて円筒形電池３０を加熱する。始動後においては多段式熱交換装置４０の上側熱交換器５１および下側熱交換器５０を用いて円筒形電池３０を冷却する。

このようにして、波型の外表面を持つ電池ケース２０，２１を、体積効率良く熱交換器５０，５１と組合せることにより、円筒形電池のケースの省スペースを図ることができる。

詳しく説明する。
円筒形電池を電池ケースに一列に並べて配置する構造の場合、図３に示すように電池ケースを直方体形状にする場合と、図２に示すように電池外周形状に沿った電池ケースの形状にする場合を考える。図３の場合には熱交換器５０，５１間の距離はＬ１となり、図２の場合には熱交換器５０，５１間の距離はＬ２となる。図２の距離Ｌ２よりも図３の距離Ｌ１の方が大きくなり、図３に示すように電池ケースを直方体形状にすると体積効率が悪い。一方、図２に示すように電池外周形状に沿ったケースの形状にすることにより熱交換器５０，５１間の距離を小さくすることができ、体積効率を向上させることができる。

また、片側に集合配管（パイプ６０，６１）を持ち、熱交換器と集合管を一体ロウ付けして成型する二次電池用熱交換器の場合、熱交換器のひずみや公差を吸収するために、図７に示すように熱交換器５０，５１の間に電池３０（電池ケース２００）を入れるのではなく、図１に示すように熱交換器５０（５１）の上下両面に電池３０を配して熱交換器５０（５１）を電池３０で挟み込む形態が望ましい。

しかし、上記２点を実施するだけでは、デッドスペースが生まれ、体積効率が良いとは言えない。
本実施形態においては、両ケース２０，２１は、複数の電池３０を並べた状態で収納するとともに外面（２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ）が円筒形電池３０の外周形状に沿った凹凸形状としての波型をなし、電池ケース２０，２１のうちの一方のケースの凹凸形状外面における凹に他方のケースの凹凸形状外面における凸が嵌め込まれるように配置している。これにより、円筒形電池３０を体積効率よく配置できる。また、デッドスペースが減るので、注入する樹脂量を減らすことができ、コスト、重量を低減することができる。

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の構成として、扁平で、かつ、内部に熱媒通路が形成された複数の熱交換器５０，５１と、複数の熱交換器５０，５１を離間した状態で、且つ、隣り合う熱交換器５０，５１の扁平面同士が対向した状態に支持する熱媒供給パイプ６０および熱媒排出パイプ６１と、隣り合う熱交換器５０，５１の対向する扁平面のそれぞれに沿って配置された複数の電池３０と、を備える。隣り合う熱交換器５０，５１の対向する一方の扁平面に沿って配置された複数の電池３０と、他方の扁平面に沿って配置された複数の電池３０はそれぞれ異なるケース２０，２１で囲われている。両ケース２０，２１は、外面（２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ）が電池３０の外周形状に沿った凹凸形状をなし、一方のケース２０（またはケース２１）の凹凸形状外面における凹に他方のケース２１（またはケース２０）の凹凸形状外面における凸が嵌め込まれるように配置されている。これにより、電池３０を体積効率よく配置することができ、円筒形電池３０をケース内に複数並べた場合であっても省スペース化することができる。

（２）電池は断面が円の筒状をなす円筒形電池３０であるので、ケース２０，２１の外面を円筒形電池３０の外周形状に沿った波型にするのがよい。
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。

・図２においては電池ケース２０，２１は波型としたが、これに代わり、図４に示すように山型でもよい。
・電池３０間の間隔であるピッチ（図２でＰで示す）は任意である。

・図５に示すように、熱交換器５０の下側に第１の電池ケース８１を、熱交換器５０の上側に第２の電池ケース８２を、熱交換器５１の下側に第３の電池ケース８３を、熱交換器５１の上側に第４の電池ケース８４を配置してもよい。

・電池は、断面が円の筒状のものに限らず、楕円の筒状または図６に示すように矩形の筒状をなす電池３１であってもよい。
・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、２０ａ…外面、２０ｂ…外面、２１…電池ケース、２１ａ…外面、２１ｂ…外面、３０…円筒形電池、３１…電池、５０…下側熱交換器、５１…上側熱交換器、６０…熱媒供給パイプ、６１…熱媒排出パイプ、８１…電池ケース、８２…電池ケース、８３…電池ケース、８４…電池ケース。

Claims (2)

1. 扁平で、かつ、内部に熱媒通路が形成された複数の熱交換器と、
   前記複数の熱交換器を離間した状態で、且つ、隣り合う熱交換器の扁平面同士が対向した状態に支持する支持部材と、
   前記隣り合う熱交換器の対向する扁平面のそれぞれに沿って配置された複数の電池と、
   を備えた電池温調装置であって、
   前記隣り合う熱交換器の対向する一方の扁平面に沿って配置された複数の電池と、他方の扁平面に沿って配置された複数の電池はそれぞれ異なるケースで囲われ、
   当該両ケースは、外面が前記電池の外周形状に沿った凹凸形状をなし、一方のケースの凹凸形状外面における凹に他方のケースの凹凸形状外面における凸が嵌め込まれるように配置してなることを特徴とする電池温調装置。
2. 前記電池は断面が円または楕円の筒状をなすことを特徴とする請求項１に記載の電池温調装置。

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