JP2014093238A - 組電池の熱交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組電池の大型化を伴うことなく熱交換効率を高められる熱交換装置の提供を図る。
【解決手段】組電池１を構成する各電池モジュール２，２の積層面相互の下端部間に溝部８を設け、ここに熱伝導盤７の上面の突起部９を嵌合して伝熱面積を拡大することにより、組電池１の電池モジュール積層寸法の嵩張りを回避して熱交換効率を高める。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気自動車やハイブリッド車に搭載される組電池、とりわけ、複数の電池モジュールを積層配置した組電池の熱交換装置に関する。

特許文献１には、複数の電池モジュールを縦置きに積層配置して構成した組電池の下側に、温調手段として伝熱基板を配設して該組電池を冷却または加熱可能としたものが示されている。

特開２００１−２３７０３号公報

特許文献１の開示技術では、隣接する各電池モジュールの相互間に、下端が上述の伝熱基板上に接合した伝熱フィンを介装して、熱交換効率を高めるようにしている。

このため、組電池の電池モジュール積層寸法が嵩張って大型化し、要求されている組電池の小型，軽量化に逆行してしまう。

そこで、本発明は組電池の大型化を伴うことなく熱交換効率を高めることができる組電池の熱交換装置を提供するものである。

本発明の組電池の熱交換装置は、複数の電池モジュールを積層した組電池と、この組電池に配設されて、各電池モジュールを加熱または冷却する温調手段と、を備えている。

そして、前記組電池は、前記隣接する各電池モジュール相互の端部間に溝部を備えている一方、前記温調手段は、前記組電池の溝部のそれぞれに嵌合する複数の突起部を備えたことを主要な特徴としている。

本発明によれば、隣接する各電池モジュール相互の端部間に設けられた溝部に、温調手段側の突起部が嵌合して伝熱面積を拡大してあるため、組電池の電池モジュール積層寸法の嵩張りを回避して熱交換効率を高めることができる。

本発明の対象とする組電池と温調手段とを分解して示す斜視図。 本発明の第１実施形態の要部を示す断面説明図。 第１実施形態における温調手段の斜視図。 本発明の第２実施形態の要部を示す断面説明図。 本発明の第３実施形態の要部を示す断面説明図。 第３実施形態における温調手段の斜視図。 温調手段に接続される温調回路の一例を示す回路図。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

図１は本発明の対象とする組電池１と温調手段７との関係を示している。

組電池１は、複数の薄型方形状の電池モジュール２を縦置きに積層し、これを積層方向の両側に配置した一対の保持板３と、積層方向と直角方向の両側に配置した一対の結束帯板４とによって一体的に結束固定してある。

電池モジュール２は、図２に示すように複数枚のセル５ａを縦置きに積層して構成したセルユニット５を、アルミ，アルミ合金等の軽量で熱伝導性の良好な金属からなるケース６に収納して構成している。

温調手段７は、組電池１の投影平面とほぼ同一の方形の熱伝導盤として構成して、この組電池１の下面側に配設してある。

熱伝導盤７は、アルミ、アルミ合金，セラミック等の熱伝導性の良好な材料で構成してあり、本実施形態ではこの熱伝導盤７を直接組電池１の下面に重合して組付けるようにしている。

この熱伝導盤７は熱媒体の入口７ａと出口７ｂとを介して、汎用の冷凍サイクルあるいはヒートポンプサイクルに接続されて、内部に液状の熱媒体を導入することによって組電池１を積極的に冷却あるいは加温するようにしている。

即ち、組電池１が充電時や放電時に発熱したときには、冷凍サイクルから熱媒体を導入することにより該組電池１を冷却し、寒冷地等における冷間始動時には、ヒートポンプサイクルから熱媒体を導入することにより組電池１を加温する。

次に、温調回路２００の構成について説明する。

図７は、熱伝導盤７に接続される温調回路２００の回路図である。熱伝導盤７と温調回路２００は、熱伝導盤７の熱媒体の入口７ａと出口７ｂとに接続されるゴムホース等によって連結される。これにより、車両振動によって熱伝導盤７を配設した組電池１と温調回路２００との間の距離が変化しても、各部位に力が作用しないようになっている。

温調回路２００は、低温媒体生成器２１０と、電気ヒータ２２０と、媒体温度センサ２３０と、ポンプ２４０と、これらを接続する温調用媒体通路２５０と、制御装置２６０と、電池温度センサ２７０とで構成される回路であり、車両用空調システム３００と組み合わせられて動作する。

低温媒体生成器２１０は、低温媒体生成器２１０に流入する車両用空調システム３００の冷媒と低温媒体生成器２１０に流入する温調用媒体との間で熱交換を行わせ、低温の温調用媒体を生成する熱交換器である。

電気ヒータ２２０は、図示しない電源から電力の供給を受けて温調用媒体通路内を流れる温調用媒体を加熱し、高温の温調用媒体を生成するヒータである。

媒体温度センサ２３０は、熱伝導盤７に供給される温調用媒体の温度を検出するセンサである。

ポンプ２４０は、図示しない電源から電力の供給を受けて駆動され、熱伝導盤７から排
出された温調用媒体を圧送し、温調回路２００から熱伝導盤７に温調用媒体を輸送するポンプである。

電池温度センサ２７０は、組電池１の内部温度を検出するセンサである。

車両用空調システム３００は、コンプレッサ３１０と、コンデンサ３２０と、蒸発器３３０と、流路切換えバルブ３４０と、逆止弁３５０と、これらを接続する冷媒通路３６０とで構成される回路である。

コンプレッサ３１０は冷媒を圧縮するコンプレッサであり、圧縮された冷媒はコンデンサ３２０に送られる。

コンデンサ３２０は、圧縮されて温度が上昇した冷媒と外気との間で熱交換を行わせて冷媒の温度を下げ、冷媒を液化させる熱交換器である。コンデンサ３２０には、外気をコンデンサ３２０に送り込むためのファン３２０ｆが隣接して設けられている。

蒸発器３３０は、液化した冷媒と車内に導入される空気との間で熱交換を行わせ、低温の空気を作り出す熱交換器である。また、蒸発器３３０は、図示しない減圧機構を有している。車両用空調システム３００においては、別途ヒータ（不図示）によって作り出された高温の空気とこの低温の空気とを混合することで、所望の温度の空調用空気を作り出し、車室内に供給する。

流路切換えバルブ３４０は、コンデンサ３２０で冷却・液化された冷媒を蒸発器３３０のみに送る状態、低温媒体生成器２１０のみに送る状態、蒸発器３３０及び低温媒体生成器２１０の両方に送る状態を切り換えるバルブである。

逆止弁３５０は、低温媒体生成器２１０からコンプレッサ３１０への冷媒の流れのみを許容し、蒸発器３３０を通過した冷媒が低温媒体生成器２１０に流入するのを阻止するバルブである。

制御装置２６０には、電池温度センサ２７０から入力される信号に基づき、組電池１の冷却・加温の要否を判断する。

制御装置２６０は、組電池１を冷却する必要があると判断した場合は、流路切換えバルブ３４０を切り換え、冷媒が低温媒体生成器２１０（空調中は蒸発器３３０及び低温媒体生成器２１０）に供給されるようにする。これにより温調用媒体の温度が低下し、これをポンプ２４０で熱伝導壁７に供給することで組電池１を冷却する。このとき、制御装置２６０は、電気ヒータ２２０への通電は行わない。

制御装置２６０は、媒体温度センサ２３０によって温調用媒体の温度を監視し、温調用媒体の温度が組電池１の冷却に適した温度に保たれるように、車両用空調システム３００の負荷をフィードバック制御する。車両用空調システム３００の負荷は車両用空調システム３００の制御装置（不図示）を介して調整される。

逆に、制御装置２６０は、組電池１を加温する必要があると判断した場合は、電気ヒータ２２０への通電を行い、温調用媒体を加温する。そして、加温した温調用媒体をポンプで熱伝導壁７に供給することによって、組電池１を加温する。このとき、制御装置２６０は、冷媒が低温媒体生成器２１０に流れない状態に流路切換えバルブ３４０を切り換える。制御装置２６０は、媒体温度センサ２３０によって温調用媒体の温度を監視し、温調用媒体の温度が組電池１の加温に適した温度に保たれるように、電気ヒータ２２０への通電
をフィードバック制御する。

ここで、本実施形態にあっては、図２に示すように上述の組電池１は、隣接する各電池モジュール２，２相互の下端部間に、積層方向と直交する方向に延在する溝部８を備えている。

この溝部８は、各電池モジュール２のケース６の下端部を絞り加工して凹部６ａを有段成形することにより、隣接する凹部６ａ，６ａにより構成している。

一方、熱伝導盤７は、図３にも示すように上面に上述の組電池１の溝部８のそれぞれに嵌合する複数の突起部９を備えている。

本実施形態では、熱伝導盤７は突起部９を含めて全体を空洞断面として形成し、図３に矢印で示すように入口７ａから供給された熱媒体ａが熱伝導盤７内を一方向に流動して、出口７ｂから排出されるようにしている。

この第１実施形態の構造によれば、隣接する各電池モジュール２，２相互の下端部間に設けられた溝部８に、熱伝導盤７の上面の突起部９が嵌合して伝熱面積を拡大してあるため、組電池１の熱交換効率を高めることができる。

しかも、隣接する各電池モジュール２，２の積層面間には介在物が存在しないため、組電池１の電池モジュール積層寸法が嵩張ることがなく、組電池１の熱交換効率の向上と、組電池１の小型化とを両立することができる。

図４は本発明の第２実施形態を示すもので、本実施形態にあっては、前記第１実施形態における電池モジュール２のケース６の凹部６ａの内面と、セルユニット５との間に、接着性を有する適宜のゲル状の熱伝導材１０を介装してある。

熱伝導材１０は、その上側がケース６の積層面の内面とセルユニット５の側面との間にまで延在すると共に、下側はケース６の凹部６ａの内面を経由して熱伝導盤７の一般面に接触するケース６の曲折下縁の内面にまで延在している。

従って、この第２実施形態によれば、前記第１実施形態の効果に加えて、ケース６の凹部６ａ周りで、ケース６の内面とセルユニット５との間の隙間をゲル状の熱伝導材１０で埋めるため、熱伝導盤７とセルユニット５との伝熱効率を高めることができる。

図５，図６は本発明の第３実施形態を示している。

本実施形態では、熱伝導盤７を所要厚みの板状に形成し、突起部９のみを中空に形成して、該突起部９を熱媒体の流通路９ａとしている。

熱伝導盤７の幅方向両側には、長さ方向に延在する熱媒体の集合部としての第１タンク７Ａと第２タンク７Ｂとを備え、これら第１，第２タンク７Ａ，７Ｂに各突起部９の流通路９ａ端を連通接続している。

第１タンク７Ａの長さ方向両端部に熱媒体の入口７ａと出口７ｂとを設けてあると共に、該第１タンク７Ａの長さ方向中央部に仕切り板７ｃを設けて上流室７Ａ_１と下流室７Ａ_２とに隔成している。

これにより、入口７ａから第１タンク７Ａの上流室７Ａ_１に供給された熱媒体は、図６
に矢印ａに示すように上流室７Ａ_１に対応した複数の突起部９の流通路９ａを第２タンク７Ｂに向けて一方向に流通させる。

そして、第２タンク７Ｂに集合した熱媒体は、第１タンク７Ａの下流室７Ａ_２に対応した複数の突起部９の流通路９ａを第２タンク７Ｂから下流室７Ａ_２に向けて流通して、出口７ｂから排出される。

従って、この第３実施形態によれば、前記第１実施形態または第２実施形態の効果に加えて、熱伝導盤７内における熱媒体の流通を整流させ、各突起部９の流通路９ａ内を方向性をもって流通させるため、組電池１との熱交換効率を高めることができる。

なお、本実施形態では第１，第２タンク７Ａ，７Ｂ間における熱媒体の流通経路をターンフロータイプとして構成しているが、クロスフロータイプとして構成してもよく、この場合第１，第２タンク７Ａ，７Ｂの一方に入口７ａを、他方に出口７ｂを設け、第１タンク７Ａの仕切板７ｃは除くことになる。

１…組電池
２…電池モジュール
５…セルユニット
６…ケース
６ａ…凹部
７…熱伝導盤（温調手段）
７Ａ…第１タンク（集合部）
７Ｂ…第２タンク（集合部）
８…溝部
９…突起部
９ａ…流通路
１０…熱伝導材

Claims (3)

1. 複数の電池モジュールを積層した組電池と、
   前記組電池に配設されて、各電池モジュールを加熱または冷却する温調手段と、を備え、
   前記組電池は、前記隣接する各電池モジュール相互の端部間に溝部を備えている一方、
   前記温調手段は、前記組電池の溝部のそれぞれに嵌合する複数の突起部を備えたことを特徴とする組電池の熱交換装置。
2. 前記溝部は、前記隣接する電池モジュールのそれぞれのケースの端部に形成された凹部で構成され、該ケースの凹部の内面と、該ケースに収納されたセルユニットとの間に熱伝導材を介装したことを特徴とする請求項１に記載の組電池の熱交換装置。
3. 前記温調手段は、前記複数の突起部を熱媒体の流通路として形成し、その両端部にはこれら流通路に一方向に熱媒体を流通させる集合部を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の組電池の熱交換装置。

Images