JP2014225426A - バッテリ冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの冷却装置において、冷却時に生成される凝縮水による絶縁性の低下、短絡、電子部品の故障といった問題を回避する。【解決手段】バッテリ２を収容するバッテリケース１と、バッテリケース１内に配置されてバッテリケース１内の空気を冷却する冷却器６と、バッテリケース１内に配置されて冷却器６により冷却された空気をバッテリケース１内で循環させる循環手段３と、冷却器６から滴下する凝縮水Ｗを受けるよう構成される貯留部７と、バッテリ２の熱を凝縮水Ｗに伝達する熱伝達手段９と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車両等に搭載されるバッテリの冷却技術に関する。

ハイブリッド車両や電気自動車等の動力源としてのバッテリは、一般的に、水密構造のバッテリケースに収められる。そして、充放電時に高温となるバッテリを冷却する冷却装置として、空気を冷却する冷却器及び冷却器に空気を送る送風機がバッテリとともに収められる。ところで、このような冷却装置では、空気が冷却される際に熱交換器で発生した凝縮水が電子部品の絶縁不良や腐食といった不具合の原因となる。そこで、特許文献１には、凝縮水の発生を抑制するために、密閉されたバッテリケース内に不活性ガスを封入する構成が記載されている。

特開２００９−２５９７８５号公報

しかしながら、シール部材等は経時劣化するため、バッテリケースの密閉度を長期にわたって維持することは難しく、水分を含んだ空気が侵入すると凝縮水が発生してしまう。そこで、本発明ではバッテリケース内における凝縮水による不具合の発生を回避し得るバッテリ冷却装置を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、バッテリを収容するバッテリケースと、バッテリケース内に配置されてバッテリケース内の空気を冷却する冷却器と、バッテリケース内に配置されて冷却器により冷却された空気をバッテリケース内で循環させる循環手段と、冷却器から滴下する凝縮水を受ける貯留部と、バッテリの熱を凝縮水に伝達する熱伝達手段と、を備えるバッテリ冷却装置が提供される。

本発明の別の態様によれば、バッテリを収容するバッテリケースと、バッテリケース内に配置されてバッテリケース内の空気を冷却する冷却器と、バッテリケース内に配置されて冷却器により冷却された空気をバッテリケース内で循環させる循環手段と、冷却器から滴下する凝縮水を受けるよう構成される貯留部と、冷間時にバッテリを加熱するための加熱手段と、加熱手段の熱を凝縮水に伝達する熱伝達手段と、を備えるバッテリ冷却装置が提供される。

本発明の上記態様によれば、熱伝達手段によりバッテリの熱又は加熱手段の熱が凝縮水に伝達されることで、凝縮水は温度上昇して蒸発し易くなるので、バッテリケース内における凝縮水による不具合の発生を回避し得る。

図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用バッテリ冷却装置の構成図である。 図２は、車両用バッテリ冷却装置の他の例を示す図である。 図３は、本発明の第２実施形態に係る車両用バッテリ冷却装置の構成図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用バッテリ冷却装置（以下、「冷却装置」という。）の概略構成図である。この冷却装置は、紙面上方が上、紙面下方が下となるように車両に搭載される。

なお、本冷却装置が作動するのは、主にバッテリ２の温度が上昇する充放電時である。

冷却装置１００は、バッテリケース１を備え、バッテリケース１内には、電気的に相互接続された複数のセルで構成されるバッテリ２と、ブロアファン及びモータからなるブロアファンユニット３が収めされる。また、バッテリケース１内には、バッテリ２の外周に沿って空気が流れる冷却流路１２と、バッテリ２の冷却に供された空気をブロアファンユニット３に導く上流側流路４と、ブロアファンユニット３から送出される空気をバッテリ２に導く下流側流路５が形成される。そして、下流側流路５には冷却器６が配置される。なお、上流側流路４と下流側流路５は隔壁１０により仕切られている。

冷却器６は、冷凍サイクル（エアコンサイクル）のエバポレータである。冷却器６は、ブロアファンユニット３から送出された空気とエバポレータ内部を流通する冷媒（例えば、Ｒ−１３４ａ）との間で熱交換を行わせることで、ブロアファンユニット３から送出された空気を冷却する。

上流側流路４には、冷却器６での熱交換により発生し冷却器６から滴下する凝縮水Ｗを受ける凹状の貯留部７が形成される。貯留部７は、冷却流路１２の出口に近い位置に設けることが望ましい。

隔壁１０の、凝縮水Ｗが滴下する部位には連通孔１１が設けられ、さらに、冷却器６から滴下して連通孔１１を通過した凝縮水Ｗを貯留部７へ導く誘導板１０Ａが設けられる。

バッテリ２の端子２Ａが設けられる面には、伝熱部材９の一端部側の一部が接続される。伝熱部材９の他端側は、貯留部７の底面に沿うように形成される。ただし、貯留部７の底面と伝熱部材９の他端側の部分との間隔は、貯留部７に凝縮水Ｗが溜まっても伝熱部材９が凝縮水Ｗに埋没しない程度にあける。

伝熱部材９は、熱伝導性に優れる部材、例えば銅やアルミ等といった金属で形成される。なお、伝熱部材９は、板状部材であってもよいし、棒状や筒状の部材であってもよい。

また、バッテリケース１には、ケース内外を連通する連通孔１ｔが形成されている。連通孔１ｔには、液相の水は通さないが水蒸気は通す膜（透湿膜）８が設けられており、透湿膜８によってケース内外が仕切られている。

続いて、上記冷却装置１００の動作及び作用効果について説明する。

ブロアファンユニット３から吐出された空気は、下流側流路５を介して冷却器６へ送られ、冷却される。冷却された空気は冷却流路１２へと流入し、バッテリ２の外周に沿って流れることでバッテリ２の冷却に供される。バッテリ２の冷却に供された空気は、冷却流路１２から上流側流路４へ流入し、貯留部７の直上を通過してブロアファンユニット３に吸い込まれる。

なお、図面のバッテリケース１内の白抜き矢印は空気の流れ方向を示しており、このようにバッテリケース１内を空気が循環することで、バッテリ２の冷却が行われる。

なお、バッテリケース１の壁面と伝熱部材９の間や、伝熱部材９には隙間があるため、バッテリ２の冷却に供された空気は伝熱部材９により堰き止められることなく上流側流路４へ流入する。

空気が冷却器６を通過することで発生し冷却器６から滴下する凝縮水Ｗは、連通孔１１を通過し、誘導板１０Ａを介して貯留部７へ滴下する。凝縮水Ｗが滴下する際に、まず伝熱部材９の他端側部分に接触してから貯留部７に溜まるようにしてもよい。

伝熱部材９は、一端がバッテリ２に接続されているため、バッテリ２の熱により温度上昇する。このため、伝熱部材９に接した凝縮水Ｗは温度上昇し、蒸発し易くなる。すなわち、伝熱部材９の他端側は貯留部７の底面に沿うように配置されているので、貯留部７に溜まった凝縮水Ｗは伝熱部材９により加温され、蒸発が促進される。本実施形態では、伝熱部材９はバッテリ２の表面の中でも特に高温になる端子２Ａを設けた面に接続されるので、伝熱部材９の温度は、より上昇しやすくなる。

バッテリ２の熱を利用して凝縮水Ｗの蒸発を促進することで、凝縮水Ｗを蒸発させるための加湿器やヒータ等といった装置が不要となり、バッテリケース１の小型化を図ることができる。

また、凝縮水Ｗが蒸発し易いので、貯留部７のスペースを小さくすることができ、その結果、バッテリケース１の小型化を図ることができる。

ところで、貯留部７に溜まった凝縮水Ｗは、伝熱部材９により加温されているとはいえ、バッテリ２の冷却に供された空気よりも低温である。したがって、バッテリ２の冷却に供された空気は、貯留部７の直上を通る際に凝縮水Ｗと熱交換することで温度が低下してから、ブロアファンユニット３に再度流入することになる。これにより、冷却器６の冷却効率が向上する。ここで、貯留部７が冷却流路１２の出口に近いほど、バッテリ２の冷却に供されて温度上昇した空気が、温度上昇した状態のまま貯留部７の直上を通過することとなるので、凝縮水Ｗはより蒸発し易くなる。

また、伝熱部材９の凝縮水Ｗとの接触部以外の部位に断熱処理を施してもよい。これにより、伝熱部材９の熱がバッテリケース１内の空気中に放出されることなく凝縮水Ｗへ伝わるようになり、凝縮水Ｗの蒸発を促進させることができる。断熱処理は、例えば断熱性を有する樹脂等をコーティングしてもよいし、断熱材を巻きつけるようにしてもよい。

また、伝熱部材９の貯留部７内に配置される部位を、公知の手法で親水処理したり、スポンジで覆ったりしてもよい。これらの処理によって伝熱部材９の親水性や濡れ性を向上させることで、凝縮水Ｗと伝熱部材９の接触面積、及び凝縮水Ｗとバッテリ２の冷却に供された空気との接触面積が増大するので、凝縮水Ｗの蒸発をさらに促進させることができる。

また、図２に示すように伝熱部材９としてヒートパイプ２０を用いてもよい。ヒートパイプ２０を用いる場合は、バッテリ２の下面２Ｂ側が高温部、貯留部７上方に突出する部分が低温部となる。この場合でも、上述したものと同様の効果が得られる。

なお、外部からバッテリケース１内への水蒸気の侵入は許容されているので、バッテリケース１を水密にする必要はなく、その分、製造コストを低減することができる。また、バッテリケース１内の湿度がバッテリケース１外の湿度よりも高くなった場合には、バッテリケース１内の水蒸気が膜８を介してバッテリケース１外へと排出されるので、バッテリケース１内の湿度を一定に保つことができ、過剰な結露を防止することができる。

（第２実施形態）
本実施形態は、本発明の第２実施形態に係る冷却装置の概略構成図である。この冷却装置は、図１、２と同様に紙面上方が上、紙面下方が下となるように車両に搭載される。

図３に示す冷却装置は、ヒータ２１を備えること、及び、伝熱部材９がバッテリ２ではなくヒータ２１の熱を凝縮水に伝達する構成になっていることが、図１に示す冷却装置と異なる。以下、この相違点を中心に説明する。

ヒータ２１は、例えばＰＴＣヒータのような電気ヒータであり、ヒータ２１を通過する空気を加熱する構成となっている。図３においては、ブロアファンユニット３から送出された空気の一部がヒータ２１を通過し、その後冷却器６を通過するように、冷却器６及びヒータ２１が配置されている。なお、冷却器６を通過した空気の一部がヒータ２１を通過する配置としても構わない。

伝熱部材９は、ヒータ２１に接続される部分と、第１実施形態と同様に貯留部７の底面に沿う部分と、ヒータ２１に接続された部分と貯留部７の底面に沿う部分とを接続する上下方向に延びる部分（以下、「上下方向部分９Ａ」ともいう）と、で構成されている。なお、伝熱部材９は、一つの部材に折り曲げ加工等を施すことにより成形してもよいし、複数の部材を接続して成形してもよい。

次に、上記構成による作用効果について説明する。

バッテリ温度は、バッテリ本来の性能を発揮し得る温度範囲（例えば３０℃−４０℃程度）に保たれることが望ましい。しかし、例えば低外気温での始動時のように、バッテリ温度が上記温度範囲の下限よりも低くなる状況がある。このような状況においてヒータ２１を作動させると、ヒータ２１により加熱された空気がバッテリケース１内を循環することとなり、バッテリ温度の上昇を促進させることができる。なお、冷却器６に冷媒を流さないようにすれば、バッテリ温度の上昇をより促進させることができる。

そして、伝熱部材９を上記構成のようにすることで、ヒータ２１を第１実施形態におけるバッテリ２と同様に凝縮水の蒸発を促進させるための熱源として使用できる。すなわち、冷却器６が作動して凝縮水が発生する状況においてヒータ２１が作動すると、ヒータ２１の熱が伝熱部材９を介して凝縮水に伝達され、凝縮水の蒸発が促進される。

本実施形態の構成では、伝熱部材９の上下方向部分９Ａの長さはヒータ２１と貯留部７との位置関係により定まるので、仮にバッテリ２から貯留部７までの距離が図３に示した構成より長くなったとしても、上下方向部分９Ａの長さは変わらない。上下方向部分９Ａの長さが変わらなければ、ヒータ２１に接続される部分から貯留部７の底面に沿う部分までの熱抵抗が増大することもないので、熱伝達効率が低下することもない。すなわち、本実施形態の構成によれば、凝縮水の蒸発を促進するという効果を維持しつつ、バッテリケース１内におけるバッテリ２のレイアウトの自由度が高まり、その結果、バッテリケース１の車載レイアウトの自由度が高まる。

また、バッテリ２の発熱量は充放電状態により変動し、充放電状態はシステムの運転状態に左右されるのに対して、ヒータ２１の発熱量は通電量によって定まり、通電量は運転状態に左右されずに調整可能である。したがって、ヒータ２１の熱を凝縮水に伝達する本実施形態の構成によれば、バッテリ２の熱を凝縮水に伝達する構成に比べて、蒸発を促進させるために凝縮水に伝達させる熱量の制御が容易である。

なお、ヒータ２１は電気ヒータに限られず、バッテリケース１内を循環する空気を加熱できるものであればよい。例えば、車両がエンジンを備える場合には、エンジン冷却水が内部を流れるよう構成された熱交換器としてもよい。この場合、エンジンとの熱交換により温度上昇したエンジン冷却水と、ヒータ２１を通過する空気との間で熱交換が行われることで、ヒータ２１を通過した後の空気は温度上昇する。

また、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。例えば、上記実施形態では車両に搭載されるバッテリの冷却装置について説明したが、これに限られるものではなく、車両以外のものに搭載されるバッテリについても同様に適用可能である。

１ バッテリケース
２ バッテリ
３ ブロアファンユニット
６ 冷却器
７ 貯留部
９ 伝熱部材（熱伝達手段）
２０ ヒートパイプ（熱伝達手段）
２１ ヒータ（加熱手段）

Claims (9)

1. バッテリを収容するバッテリケースと、
   前記バッテリケース内に配置されて前記バッテリケース内の空気を冷却する冷却器と、
   前記バッテリケース内に配置されて前記冷却器により冷却された空気を前記バッテリケース内で循環させる循環手段と、
   前記冷却器から滴下する凝縮水を受けるよう構成される貯留部と、
   前記バッテリの熱を前記凝縮水に伝達する熱伝達手段と、
   を備えることを特徴とするバッテリ冷却装置。
2. 請求項１に記載のバッテリ冷却装置において、
   前記熱伝達手段は、一端側の少なくとも一部が前記バッテリに接触し、他端側の少なくとも一部が前記貯留部内で前記凝縮水と接触するよう配置される熱伝導性の部材であることを特徴とするバッテリ冷却装置。
3. 請求項１に記載のバッテリ冷却装置において、
   前記貯留部は前記バッテリの熱を吸収した空気が前記循環手段に戻るまでの経路に設けられ、前記熱伝達手段は前記バッテリの熱を吸収した空気であることを特徴とするバッテリ冷却装置。
4. 請求項１に記載のバッテリ冷却装置において、
   前記熱伝達手段は、一端側の少なくとも一部が前記バッテリに接触し、他端側の少なくとも一部が前記冷却器と前記貯留部との間に位置する、または前記貯留部の底面に沿うように位置するヒートパイプであることを特徴とするバッテリ冷却装置。
5. バッテリを収容するバッテリケースと、
   前記バッテリケース内に配置されて前記バッテリケース内の空気を冷却する冷却器と、
   前記バッテリケース内に配置されて前記冷却器により冷却された空気を前記バッテリケース内で循環させる循環手段と、
   前記冷却器から滴下する凝縮水を受けるよう構成される貯留部と、
   冷間時に前記バッテリを加熱するための加熱手段と、
   前記加熱手段の熱を前記凝縮水に伝達する熱伝達手段と、
   を備えることを特徴とするバッテリ冷却装置。
6. 請求項５に記載のバッテリ冷却装置において、
   前記加熱手段は、前記循環手段により送風された空気を加熱可能に配置される加熱用熱交換器であることを特徴とするバッテリ冷却装置。
7. 請求項２または５に記載のバッテリ冷却装置において、
   前記熱伝導性の部材の、前記バッテリまたは前記加熱手段との接触部及び前記凝縮水と接触する部分を除く部分が断熱材で覆われていることを特徴とするバッテリ冷却装置。
8. 請求項２または５に記載のバッテリ冷却装置において、
   前記熱伝導性の部材は、前記バッテリの表面または前記加熱手段の表面のうち相対的に温度が高い部分に接触することを特徴とするバッテリ冷却装置。
9. 請求項２または５に記載のバッテリ冷却装置において、
   前記熱伝導性の部材は、前記バッテリまたは前記加熱手段との接触部及び前記凝縮水との接触部のうち、一端側の少なくとも一部に親水性または濡れ性を向上させるための加工が施されていることを特徴とするバッテリ冷却装置。

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