JP2012199148A - 電池温調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】両面に電池が配置された状態となる熱交換器を容易に組付けことができる電池温調装置を提供する。
【解決手段】電池温調装置１０は、扁平で、かつ、内部に熱媒通路が形成された熱交換器（５０，５１）と、熱交換器（５０，５１）の第１扁平面側に位置する第１電池３０ａ，３０ｃと、熱交換器（５０，５１）の第２扁平面側に位置する第２電池３０ｂ，３０ｄと、第１電池３０ａ，３０ｃと第２電池３０ｂ，３０ｄを囲む電池ケース２０，２１と、を備えている。電池ケース２０，２１に、熱交換器（５０，５１）を挿入する開口部が形成されている。
【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、車両用の電源装置が開示されている。この車両用の電源装置は、車両を走行させるモータに電力を供給する組電池と、この組電池を冷却する冷却機構とを備えている。組電池が、所定の隙間で互いに積層状態に配置されてなる複数の角型電池と、隣接する角型電池の対向面に挟まれて接触する角型電池を絶縁して冷却する絶縁冷却スペーサとを備えている。絶縁冷却スペーサは水密構造の冷却液通路を備えており、この冷却液通路は冷却機構に連結されて、冷却機構から供給される冷却液で絶縁冷却スペーサが冷却され、この絶縁冷却スペーサが角型電池を絶縁しながら対向面を冷却する。

特開２００９−９８５３号公報

ところで、熱交換器に熱媒を流すことにより電池を温調するためには、熱交換器には熱媒の供給パイプと排出パイプが接続されている必要がある。このとき、熱交換器と熱媒の供給・排出パイプとを連結した構造体を用いて熱交換器の両面に電池を配置する場合、組付けが困難となる。

本発明の目的は、両面に電池が配置された状態となる熱交換器を容易に組付け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熱交換器と、前記熱交換器の第１扁平面側に位置する第１電池と、前記熱交換器の第２扁平面側に位置する第２電池と、前記第１電池と前記第２電池を囲む電池ケースと、を備えた電池温調装置であって、前記電池ケースに、前記熱交換器を挿入する挿入口が形成されていることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、熱交換器は扁平で、かつ、内部に熱媒通路が形成されている。熱交換器の第１扁平面側に第１電池が位置し、熱交換器の第２扁平面側に第２電池が位置し、電池ケースが第１電池と第２電池を囲んでいる。そして、電池ケースに挿入口を通して熱交換器が挿入される。これにより、両面に電池が配置された状態となる熱交換器を容易に組付けことができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の電池温調装置において、熱媒を前記熱媒通路を通して流すためのパイプが、前記熱交換器に接続されており、前記熱交換器は、前記パイプとの接続部を固定端とした片持ち構造にて前記パイプにより支持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、熱交換器は、パイプとの接続部を固定端とした片持ち構造にてパイプにより支持されている。この場合においても、両面に電池が配置された状態となる熱交換器を容易に組付けことができる。

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、前記挿入口は前記電池ケースに形成された開口部であるとよい。
請求項４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、前記電池ケースは、前記挿入口から前記熱交換器の扁平面に沿って延出する壁部を有するものであってもよい。

本発明によれば、両面に電池が配置された状態となる熱交換器を容易に組付けことができる。

（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。 電池温調装置の分解斜視図。 電池温調装置の分解図。 別例の電池温調装置の分解斜視図。 電池温調装置の分解斜視図。 別例の電池温調装置の断面図。 別例の電池温調装置の分解斜視図。 比較のための電池温調装置の断面図。

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。また、電池ケース２０，２１は樹脂の射出成型にて形成しても、各パーツを切削物で作り各パーツを接着して形成もよいし、あるいは、金属物を鋳造、鍛造、板金等で作ってもよい。

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。

図２に示すように、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Ｒ１（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Ｒ２（図１（ａ）参照）が形成され、Ｘ方向に延びる熱媒通路Ｒ１と、Ｘ方向に延びる熱媒通路Ｒ２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。即ち、熱媒を熱媒通路を通して流すためのパイプ６０，６１が、熱交換器５０，５１に接続されており、熱交換器５０，５１は、パイプ６０，６１との接続部を固定端とした片持ち構造にてパイプ６０，６１により支持されている。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。

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。

図２，３に示すように、電池ケース２０における正面側には熱交換器５０を挿入するための開口部２５が形成されている。即ち、電池ケース２０は、熱交換器挿入型の電池ケースとなっている。また、電池ケース２０の一側面にはスリット２７が形成されている。そして、下側熱交換器５０は、図２，３に示すように、電池ケース２０の開口部２５からＹ方向にスリット２７を通して電池ケース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、円筒形電池３０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３０の保持が行われるようになっている。

同様に、図２，３に示すように、電池ケース２１における正面側には熱交換器５１を挿入するための開口部２６が形成されている。即ち、電池ケース２１は、熱交換器挿入型の電池ケースとなっている。また、電池ケース２１の一側面にはスリット２８が形成されている。そして、上側熱交換器５１は、図２，３に示すように、電池ケース２１の開口部２６からＹ方向にスリット２８を通して電池ケース２１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、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、円筒形電池３０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３０の保持が行われるようになっている。

図１に示す本実施形態では、熱交換器５０の第１扁平面側に位置する第１電池３０ａと、熱交換器５０の第２扁平面側に位置する第２電池３０ｂと、第１電池３０ａと第２電池３０ｂを囲む電池ケース２０を備える。また、熱交換器５１の第１扁平面側に位置する第１電池３０ｃと、熱交換器５１の第２扁平面側に位置する第２電池３０ｄと、第１電池３０ｃと第２電池３０ｄを囲む電池ケース２１を備える。

電池ケース２０，２１における正面側の開口部２５，２６は図２に示す１枚のカバープレート２３で塞がれるようになっている。
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、熱交換器５０，５１の両面に円筒形電池３０が配列され、円筒形電池３０と熱交換器５０，５１の間で熱が移動する。電池ケース２０，２１には、熱交換器５０，５１を挿入するための開口部２５，２６が設けられている。その結果、片持ち構造の熱交換器５０，５１、即ち、片側の剛性が高い熱交換器５０，５１の間に円筒形電池３０を配置することができる。

より詳しく説明する。
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した二次電池用熱交換器について、このような熱交換器５０，５１間に電池（電池ケース）を配置する場合、熱交換器と集合管との接合部の精度により、熱交換器５０，５１間の距離Ｌ１（図２参照）が一意に決まらず、公差ができる。そのため、組付けが困難となる。無理に組付ける場合、熱交換器の破損につながる。

これに対し本実施形態においては、熱交換器挿入型の電池ケース２０，２１となっており、図２等に示したようにパイプ６０，６１は熱交換器５０，５１に対して片持ち構造にて連結されている構造の熱交換器であっても、熱交換器５０，５１間の距離Ｌ１、角度θ（図２参照）の公差を気にせず組み合わせることができる。

また、図８に示すように熱交換器５０，５１間に電池ケース２００を配置した場合に比べ、図１（ｂ）のように熱交換器５０（５１）における上下両面にケースを介さずに直接電池３０を配置することにより、電池・熱交換器間の距離を短くでき、熱交換性能を高めることができる。

さらに、電池ケース２０，２１に電池の位置決め用の座ぐりを設けたことにより、電池と熱交換器との相互の位置決めが可能となり、その結果、熱交換性能を高めることができる。

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は、扁平で、かつ、内部に熱媒通路が形成された熱交換器（５０，５１）と、熱交換器（５０，５１）の第１扁平面側に位置する第１電池３０ａ，３０ｃと、熱交換器（５０，５１）の第２扁平面側に位置する第２電池３０ｂ，３０ｄと、第１電池３０ａ，３０ｃと第２電池３０ｂ，３０ｄを囲む電池ケース２０，２１と、を備えている。電池ケース２０，２１に、熱交換器５０，５１を挿入する挿入口としての開口部２５，２６が形成されている。これにより、両面に円筒形電池３０が配置された状態となる熱交換器５０，５１を容易に組付けことができる。

（２）熱媒を熱媒通路を通して流すためのパイプ６０，６１が、熱交換器５０，５１に接続されており、熱交換器５０，５１は、パイプ６０，６１との接続部を固定端とした片持ち構造にてパイプ６０，６１により支持されている。この場合においても、両面に円筒形電池３０が配置された状態となる熱交換器５０，５１を容易に組付けことができる。

（３）挿入口は電池ケース２０，２１に形成された開口部２５，２６であるので、よりよい。
（４）熱交換器と電池とは、その間にケースはなく、熱交換器５０，５１と円筒形電池３０とは、直接熱的に結合している。これにより、熱交換器５０，５１と円筒形電池３０との熱交換が効率よく行われる。

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。
・図４に示すように、電池ケースの上面が蓋２９となっている構成において、電池ケース２０，２１に開口部７０，７１を形成して、Ｘ方向から熱交換器５０，５１を挿入するようにしてもよい。

要は、図５に示すように、ケース開口部８０からＸ方向に挿入しても、ケース開口部８１からＹ方向から挿入しても、Ｘ，Ｙいずれの方向から挿入することができる。
・図６に示すように、電池ケース２０内の電池３０と熱交換器５０との間、電池ケース２１内の電池３０と熱交換器５１との間に壁部２０ａ，２１ａが存在している形態にて実施してもよい。つまり、電池ケースは、挿入口から熱交換器５０，５１の扁平面に沿って延出する壁部２０ａ，２１ａを有する構成としてもよい。

・図７に示すように、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に対し両持ち構造にて連結されている場合に適用してもよい。この場合には、ケース開口部９０，９１からＹ方向に挿入する。

・電池の形状については限定されず、円筒形以外のもの、例えば角形等でもよい。
・上記実施形態では下側熱交換器５０と上側熱交換器５１を有する２段式熱交換装置としたが、１段のみの熱交換器、あるいは、３段以上の熱交換器を備えた多段式熱交換装置としてもよい。

・上記実施形態では熱交換器の扁平面に沿って複数の電池が配置されていたが、これに限ることなく、熱交換器の扁平面に１つの電池だけが配置されてもよい。
・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、２１…電池ケース、２５…開口部、２６…開口部、３０…円筒形電池、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、７０…開口部、７１…開口部、８０…開口部、８１…開口部、９０…開口部、９１…開口部、Ｒ１…熱媒通路、Ｒ２…熱媒通路。

Claims (4)

1. 扁平で、かつ、内部に熱媒通路が形成された熱交換器と、
   前記熱交換器の第１扁平面側に位置する第１電池と、
   前記熱交換器の第２扁平面側に位置する第２電池と、
   前記第１電池と前記第２電池を囲む電池ケースと、
   を備えた電池温調装置であって、
   前記電池ケースに、前記熱交換器を挿入する挿入口が形成されていることを特徴とする電池温調装置。
2. 熱媒を前記熱媒通路を通して流すためのパイプが、前記熱交換器に接続されており、前記熱交換器は、前記パイプとの接続部を固定端とした片持ち構造にて前記パイプにより支持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。
3. 前記挿入口は前記電池ケースに形成された開口部である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。
4. 前記電池ケースは、前記挿入口から前記熱交換器の扁平面に沿って延出する壁部を有する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。

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