JP2015069845A

JP2015069845A - 電池の温調装置

Info

Publication number: JP2015069845A
Application number: JP2013203173A
Authority: JP
Inventors: 善明西尾; Yoshiaki Nishio; 拓也諸石; Takuya Moroishi; 匠齋藤; Takumi Saito; 仁史室田; Hitoshi Murota
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Nifco Inc; T Rad Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Nifco Inc; T Rad Co Ltd
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2015-04-13
Anticipated expiration: 2033-09-30
Also published as: JP6110268B2

Abstract

【課題】冷却効率を維持して冷却水の電池セルへの浸入をなくす。
【解決手段】作動液１０の蒸発潜熱により冷却を行う周壁部１２で閉断面空間１３を形成し、閉断面空間１３に冷却管１５を配し、周壁部１２の外壁１７の外側面１２ａに電池セル４を面接触させ、周壁部１２の内壁１６の内側面１２ｂに冷却管１５の矩形面を面接触させ、冷却管１５から冷却水が万一漏れても閉断面空間１３から外に漏出しないようにすると同時に、作動液１０の蒸発潜熱を効率よく吸収して、冷却水、及び、電池セル４を効率良く冷却する。
【選択図】図５

Description

本発明は、電池の温調装置に関する。

環境へ排出される排ガスを削減するため、電気自動車が種々開発されている。電気自動車は、モータの駆動により動力を得ているため、電源となる車両用電池（電池セル）を搭載している。電気自動車では、限られたスペースに多くの電池セルを搭載する必要があるため、複数の電池セルを積層して電池パックを形成し、電池パックをフロア下等に収納している。

電気自動車に搭載される車両用電池は、走行に応じて充放電が繰り返されて温度が上昇するため、温調装置により冷却されている。車両用電池の冷却を行う温調装置としては、冷却効率が高い水冷の温調装置が従来から用いられている（例えば、特許文献１）。

水冷の温調装置を備えた車両用電池では、電池パックの内部の適宜箇所に冷却配管を配置し、冷却配管に冷却水を流通させて車両用電池を冷却するようになっている。冷却水は外部の熱交換器（例えば、蒸発器）により冷却され、冷媒として機能する冷却水が流通される。

車両用電池は高電圧の電気回路が構築されているため、水冷の温調装置を用いた場合、漏水に対する対策を講じる必要がある。例えば、漏水を検出するための検出装置を備え、検出装置により電池パックの漏水を検出している。このため、漏水の対策のための部品、及び、検出のための制御が必要になり、温調装置のコストが嵩んでしまう。

冷却配管を金属板等で遮蔽して、漏水があっても水を車両用電池側に浸入させない構成とすることも考えられるが、冷却配管と車両用電池の間に部材が介在することになり、冷却性能が維持できなくなる虞があった。

車両用電池に限らず、各種の電池装置（非常用電源等）についても温調装置に関しては課題があるのが現状である。

特開２００９−１３４９０１号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、冷却効率を維持して冷却媒体の電池への浸入をなくした電池の温調装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の電池の温調装置は、電池と、内壁と外壁とで形成され、前記内壁と前記外壁との間にヒートパイプの作動液封入空間が設けられた周壁部を有するヒートパイプ構造体と、冷却媒体が流通する冷却管とを備え、前記ヒートパイプ構造体は、前記周壁部を形成する前記内壁の内側に閉断面空間を形成すると共に、前記周壁部を形成する前記外壁の外側に前記電池が配され、前記冷却管は、前記閉断面空間に配されることを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、ヒートパイプ構造体の閉断面空間に配された冷却管を流通する冷却媒体により車両用電池の冷却が行われる。冷却管が閉断面空間に配されることで、万一、冷却管から冷却媒体が漏れても、断面空間から外部に漏れることが防止される。同時に、閉断面空間を形成する周壁部に封入されたヒートパイプ作動液が蒸発することで潜熱を吸収して冷却管を流通する冷却媒体、及び、電池を冷却する。

このため、冷却効率を維持して（高くして）冷却媒体の電池への浸入をなくすことが可能になる。

因みに、特開２０１１−２４３３５８号公報には、積層して設けられる電池セルの間に熱伝導性に優れたヒートパイプ構造の熱輸送部材を備えた電池パックが開示されている。この技術は、ヒートパイプ構造により電池パックの熱を外部に輸送し、機器を大型化することなく電池パックの冷却性能を確保している。つまり、冷却管を配置せずに小型化を図り、冷却管を省略しても電池パックの冷却が行えるようにした技術であり、冷却媒体を流通させて冷却を行う技術とは異なり、冷却効率を維持して冷却媒体の漏れの不具合をなくすための本願発明とは相違する。

そして、請求項２に係る本発明の電池の温調装置は、請求項１に記載の電池の温調装置において、前記ヒートパイプ構造体は、前記周壁部の前記外壁の外側面が前記電池に面接触し、前記閉断面空間を形成する前記内壁の内側面が前記冷却管の外周面に面接触していることを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、電池がヒートパイプ構造体の周壁部の外壁の外側面に面接触し、冷却管の外周面が閉断面空間を形成する内壁の内側面に面接触しているので、潜熱を効率よく吸収して、冷却媒体、及び、電池を冷却することができる。

例えば、ヒートパイプ構造体の閉断面空間を矩形状態に形成することで、車両用電池の平面部にヒートパイプ構造体の周壁部の外壁の外面を面接触させることができ、冷却管を矩形管（扁平管）に形成することにより、冷却管の矩形面（扁平面）をヒートパイプ構造体の矩形の閉断面空間を形成する内壁の内側面に面接触させることができる。

また、請求項３に係る本発明の電池の温調装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の電池の温調装置において、前記電池は、複数の電池セルにより構成され、前記ヒートパイプ構造体は、前記電池セルの間に配されていることを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、複数の電池セルにより構成された電池の冷却に適用することができる。

また、請求項４に係る本発明の電池の温調装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電池の温調装置において、前記電池及び前記冷却管が配された前記ヒートパイプ構造体を収容するケースを備え、前記冷却管は、前記ケースの外側で冷却媒体の循環経路に接続されていることを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、冷却管がケースの外側で冷却媒体の循環経路に接続されているので、冷却媒体の循環経路と冷却管の接続部から冷却媒体が漏れても、冷却管は、ケースの外側で冷却媒体の循環経路に接続されているので、ケースの内部に冷却媒体が浸入することがない。つまり漏水が生じる虞がある冷却管と循環経路との接続部位で、万一、漏水が生じても、ケースの内部に冷却媒体が浸入することがない。

また、請求項５に係る本発明の電池の温調装置は、請求項４に記載の電池の温調装置において、前記電池は、車両に搭載される車両用電池であり、前記ケースには、前記ヒートパイプ構造体の部位に外気を案内する外気導入路が形成され、前記外気導入路の外気導入口は、外気温度が所定温度以下になった際に開かれることを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、外気温度が所定温度以下、例えば、車両用電池の作動に適した温度域になった際に、外気導入路の外気導入口が開かれ、外気導入（走行風）によって冷却を補助する。

本発明の電池の温調装置は、冷却効率を維持して冷却媒体の電池への浸入をなくすことが可能になる。

本発明の一実施例に係る電池の温調装置を備えた電気自動車の外観図である。電池パックの分解斜視図である。ヒートパイプ構造体の外観図である。図３の分解状態図である。図２中のＶ−Ｖ線矢視図である。図２中のＶＩ−ＶＩ線矢視図である。

図１から図４に基づいて本発明の一実施例に係る電池の温調装置を備えた電気自動車を説明する。

図１には電池としての車両用電池を収容した電気自動車の外観を表す分解斜視、図２には電池パックの分解斜視を示してある。

図１に示すように、車両としての電気自動車１のフレーム（図示省略）には電池パック２が取り付けられている。電池パック２は、ケースとしてのバッテリーケース３の内部に電池として多数の電池セルが固定され、電池セルは温調装置によって冷却される構成となっている。

図２に示すように、バッテリーケース３の内部には多数の電池セル４が積層配置されて収容され、多数の電池セル４が接続されることにより、走行駆動用等の動力源となる高圧電圧回路が形成される。電池セル４の積層列の間にはヒートパイプ構造体５が配されている。ヒートパイプ構造体５には冷却媒体としての冷却水が循環される冷却管（具体的には後述する）が備えられている。

バッテリーケース３の外側におけるヒートパイプ構造体５の端部の部位には配管フランジ６が取付けられ、配管フランジ６には冷却管に接続される循環配管７（後述する循環経路に繋がる配管）が設けられている。循環配管７を介してヒートパイプ構造体５の冷却管に冷却水が送られる。

ヒートパイプ構造体５には作動液が封入され、作動液の蒸発により潜熱を吸収、即ち、作動液の蒸発により電池セル４の熱を吸熱する。そして、作動液の凝縮により、吸熱した熱を冷却水が流通する冷却管へ放出する。これにより、電池セル４の冷却が実施される。

図３から図６に基づいてヒートパイプ構造体５を具体的に説明する。

図３にはヒートパイプ構造体５の外観状況、図４にはヒートパイプ構造体５の構成部材を分解して示した状況、図５にはヒートパイプ構造体５の長手方向（電池セル４の積層方向）に直交する方向の断面状況（図２中のＶ−Ｖ線矢視）、図６にはヒートパイプ構造体５の長手方向（電池セル４の積層方向）に沿った方向のヒートパイプ構造体５の断面状況（図２中のＶＩ−ＶＩ線矢視）を示してある。

図に示すように、ヒートパイプ構造体５は、中空の真空空間の封入空間１１が備えられ、封入空間１１にヒートパイプの作動液１０が封入されている。封入空間１１が矩形に連続する状態に配置されて周壁部１２とされ（図５参照）、周壁部１２の内側に矩形の閉断面空間１３が存在する状態になっている。つまり、周壁部１２は内壁１６と外壁１７とで形成され、内壁１６と外壁１７との間にヒートパイプの作動液１０の封入空間１１が設けられている。

周壁部１２の外壁１７の外側面１２ａには電池セル４が面接触し、周壁部１２を介して伝わる作動液１０の蒸発潜熱により電池セル４が冷却される。

ヒートパイプ構造体５の矩形の閉断面空間１３には、冷却水が流通する冷却管１５が配されている。冷却管１５は断面が矩形の管とされ、冷却管１５の矩形面が周壁部１２の内壁１６の内側面１２ｂに面接触している。これにより、周壁部１２を介して伝わる作動液１０の蒸発潜熱により冷却管１５の冷却水が冷却されて冷却効果が効率良く維持される。

ヒートパイプ構造体５の周壁部１２の外壁１７の外側面１２ａに電池セル４が面接触し、冷却管１５の矩形面が周壁部１２の内壁１６の内側面１２ｂに面接触しているので、潜熱を効率よく吸収して、冷却水、及び、電池セル４を効率良く冷却することができる。

冷却管１５は、ヒートパイプ構造体５の端部の開口から奥の他端側に延び、他端側で折り返されて端部の開口まで延びている。つまり、ヒートパイプ構造体５の端部の開口には、冷却管１５の入口部と出口部が臨んだ状態になっている。

冷却管１５の入口部と出口部には配管フランジ６の循環配管７が接続され、循環配管７を介して冷却管１５に冷却水が送られる。バッテリーケース３の外側の壁面部位で冷却管１５が冷却水の循環配管７に接続されている。つまり、冷却管１５は、バッテリーケース３ケースの外側で冷却水（冷却媒体）の循環経路に接続されている。

尚、冷却管１５と冷却水の循環配管７の接続は、バッテリーケース３の外側であれば、壁面部位に限定されない。

ヒートパイプ構造体５の周壁部１２で形成される閉断面空間１３に冷却管１５が配されているので、万一、冷却管１５から冷却水が漏れても、閉断面空間１３から冷却水が電池セル４側に漏れることがない。また、冷却水が循環される経路の循環配管７と冷却管１５がバッテリーケース３の外側で接続されているので、万一、接続部で漏水が生じても、バッテリーケース３の内部に冷却水が浸入することがない。

従って、冷却管１５から冷却水が万一漏れたとしても、電池セル４側に冷却水が漏れることが防止され、更に、バッテリーケース３の外側で、水漏れの虞がある冷却管１５と循環配管７を接続しているので、バッテリーケース３の内部に冷却水が浸入することがない。

そして、冷却管１５から冷却水が万一漏れたとしても、電池セル４側に冷却水が漏れることが防止されているので、水漏れの虞がある冷却管１５と循環配管７との接続部位をバッテリーケース３から離す必要がなく、バッテリーケース３の壁面部位で冷却管１５と循環配管７を接続しても漏水の影響が電池セル４に及ぶことがない。

このため、冷却水漏れの対策のために、冷却管１５をバッテリーケース３から外に延ばす必要がなく、バッテリーケース３のスペースがコンパクトになるので、バッテリーケース３（電池セル４）を搭載する際の作業性が阻害されることがなく、メンテナンス等で電池パック２を外す際も、作業性が低下することがない。

図６に示すように、循環配管７には、バッテリーケース３の外部に備えられた循環経路２１が接続されている。循環経路２１には電池パック２を冷却した後の冷却水を冷却する熱交換器（例えば、蒸発器）２３が備えられている。熱交換器２３で冷却された冷却水は給水ポンプ２４により循環経路２１を介して循環配管７に圧送され、冷却管１５に送られる。

つまり、熱交換器２３で冷却された冷却水が給水ポンプ２４により冷却管１５に送られ、ヒートパイプ構造体５の閉断面空間１３を循環し、電池セル４を冷却した後の冷却水が熱交換器２３に循環される冷却系が構築されている。

一方、バッテリーケース３は、電池セル４、及び、冷却管１５が配されたヒートパイプ構造体５を密閉して収容している。バッテリーケース３の底面側には、ヒートパイプ構造体５の長手方向に沿って（電気自動車１の走行方向に沿って）外気導入路１８が形成されている。

外気導入路１８の外気導入口には図示しない開閉部材が設けられ、外気温度が所定温度以下になった際に開閉部材が開かれ、外気導入路１８に外気が導入される。開閉部材が開かれることで、電気自動車１の走行に伴って、外気導入路１８に外気が導入されて走行風が流通し、ヒートパイプ構造体５が空冷される。

上述した車両用電池の温調装置は、ヒートパイプ構造体５として、ヒートパイプの作動液１０が封入される封入空間１１で周壁部１２を構成し、周壁部１２での作動液１０の蒸発潜熱により電池セル４、及び、冷却水の冷却を行うようにしている。

そして、ヒートパイプ構造体５の閉断面空間１３に冷却水が流通する冷却管１５を配したので、万一、冷却管１５（循環配管７との接続部）から冷却水が漏れても、閉断面空間１３から外に冷却水が漏出することがなく、電池セル４に漏水の影響が及ぶことがない。

更に、ヒートパイプ構造体５の周壁部１２の外壁１７の外側面１２ａに電池セル４が面接触し、周壁部１２の内壁１６の内側面１２ｂに冷却管１５の矩形面が面接触しているので、作動液１０の蒸発潜熱を効率よく吸収して、冷却水、及び、電池セル４を効率良く冷却することができる。

このため、冷却効率を維持して（高くして）冷却水の電池セル４への浸入をなくすことが可能になる。

尚、上述した実施例では、電池セル４の冷却を例に挙げて説明したが、電池セル４を加温する電池の温調装置に適用してもよい。この場合は、冷却管１５に流通させる冷却水を温水とする。そして、この温水の熱を作動液の蒸発により吸熱する。さらに作動液の凝縮により、吸熱した熱を電池セル４へ放熱する。これにより、電池セル４の加温が実施される。

そして、上述した実施例では、電池として車両用の電池パックを例に挙げて説明したが、据え置き式の非常用電源に用いられる電池等、他の機器の電池の温調装置に適用することも可能である。

本発明は、電池の温調装置の産業分野で利用することができる。

１電気自動車
２電池パック
３バッテリーケース
４電池セル
５ヒートパイプ構造体
６配管フランジ
７循環配管
１０作動液
１１封入空間
１２周壁部
１３閉断面空間
１５冷却管
１６内壁
１７外壁
１８外気導入路
２１循環経路
２３熱交換器
２４給水ポンプ

Claims

電池と、
内壁と外壁とで形成され、前記内壁と前記外壁との間にヒートパイプの作動液封入空間が設けられた周壁部を有するヒートパイプ構造体と、
冷却媒体が流通する冷却管とを備え、
前記ヒートパイプ構造体は、
前記周壁部を形成する前記内壁の内側に閉断面空間を形成すると共に、前記周壁部を形成する前記外壁の外側に前記電池が配され、
前記冷却管は、前記閉断面空間に配される
ことを特徴とする電池の温調装置。
請求項１に記載の電池の温調装置において、
前記ヒートパイプ構造体は、
前記周壁部の前記外壁の外側面が前記電池に面接触し、前記閉断面空間を形成する前記内壁の内側面が前記冷却管の外周面に面接触している
ことを特徴とする電池の温調装置。
請求項１もしくは請求項２に記載の電池の温調装置において、
前記電池は、複数の電池セルにより構成され、
前記ヒートパイプ構造体は、前記電池セルの間に配されている
ことを特徴とする電池の温調装置。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電池の温調装置において、
前記電池及び前記冷却管が配された前記ヒートパイプ構造体を収容するケースを備え、
前記冷却管は、前記ケースの外側で冷却媒体の循環経路に接続されている
ことを特徴とする電池の温調装置。
請求項４に記載の電池の温調装置において、
前記電池は、車両に搭載される車両用電池であり、
前記ケースには、前記ヒートパイプ構造体の部位に外気を案内する外気導入路が形成され、
前記外気導入路の外気導入口は、外気温度が所定温度以下になった際に開かれる
ことを特徴とする電池の温調装置。