JP5089814B2 - バッテリ温度調節システム及びバッテリ温度調節ユニット - Google Patents

Description

本発明は、バッテリ温度調節システム及びバッテリ温度調節ユニットに関する。

近年開発が進んでいるハイブリッド自動車や電気自動車では、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの蓄電池（バッテリ）が搭載されている。

これらの電池には、最適使用温度範囲があり、例えば０℃以下の低温状態においてバッテリ出力が低下することが知られている。

この様な問題に対処するために、特許文献１には、エアボックス１０１と、送風機としてのブロアファン１０２と、ブロアファン１０２によって送風されるエアを冷却自在のクーリングユニット１０３と、クーリングユニット１０３を通過したエアを加温可能なサブコンデンサ１０４と、サブコンデンサ１０４を通過したエアを車室内に導く室内用ダクト１０５とを備え、バッテリフレーム１５０にエアを導くべく室内用ダクト１０５から、バッテリダクト１０６を分岐させると共に、室内用ダクト１０５とバッテリダクト１０６との分岐位置に、サブコンデンサ１０４を通過したエアを室内用ダクト１０５側へ又はバッテリダクト１０６側へ切り換え自在かつ切り換え開度調節自在のバッテリドア１０７を設けたことにより、車室内の空調を行うためのエアを利用してバッテリフレーム１５０内のバッテリ１５１を冷却又は加温を可能にした電気自動車の空調装置１００が開示されている（図１８参照）。

また、特許文献２には、キャビンの空調に使用されたエアを、導入用流路を経て電池収納ケース内部に導入し、電池収納ケース内部に収納されている車両推進用の電池の冷却又は暖気を行う様に構成した電動車両搭載電池温度調整装置が開示されている。特許文献３には、寒冷時や寒冷地におけるバッテリの温度低下を防止するために、バッテリを断熱材で覆い、これに加えて電気ヒータ等の加熱手段を併用することが記載されている。さらに、特許文献４には、複数の単位電池と、相隣接する単位電池の間に配置される隔壁と、単位電池及び隔壁が内蔵され、かつ、熱伝達媒体が流出する流入口及び排出口が形成されたハウジングと、隔壁と単位電池との間に設けられたＰＴＣヒータとを含む二次電池モジュールが開示されている。

特許第３０５００５１号公報 特許第３７３３６８２号公報 特開平１０−３２０２１号公報 特開２００６−２６９４２６号公報

特許文献１や特許文献２の様に、バッテリに空気を流して温度調節する場合、熱伝導媒体となる空気は、バッテリの収容部材等の周辺部材も加熱又は冷却してしまうため、熱の一部をロスし、バッテリの加温効率等が低下してしまうという問題があった。

さらに、バッテリに空気を流した場合、風上と風下で空気温度に差が生じることから、バッテリ内部での温度差が発生し、例えばバッテリを構成する一部のセルに負荷が集中し、当該セルで障害が発生するという可能性がある。

また、特許文献３及び特許文献４の様に、ヒータを用いてバッテリを加熱する場合にも、ヒータとの接触部に近い箇所と離れた箇所で温度差が生じるという問題がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、効率的にバッテリを加温及び／又は冷却することが可能なバッテリ温度調節システム及びバッテリ温度調節ユニットを提供することにある。

本発明は上述の課題に鑑みなされたものであり、本発明の第１の態様は、バッテリの温度を調節するシステムであって、前記バッテリと熱的に接続された熱伝導部材と、前記熱伝導部材を介して前記バッテリを加熱する加熱手段及び／又は前記熱伝導部材を介して前記バッテリを冷却する冷却手段と、を備えたことを特徴とするバッテリ温度調節システムである。

本発明の第２の態様は、前記バッテリが、複数のバッテリセルを並べてなり、前記熱伝導部材が隣り合う前記バッテリセルの間に配置され、前記熱伝導部材に熱的に接続されたフィンと、前記加熱手段としての、前記フィンに暖気を送る暖気供給手段と、を備えるバッテリ温度調節システムである。

本発明の第３の態様は、前記加熱手段として、さらに、前記暖気供給手段とは異なる加熱手段を備える、バッテリ温度調節システムである。

本発明の第４の態様は、前記暖気供給手段とは異なる加熱手段による加熱時に、前記フィンからの熱放出を抑制する熱拡散抑制手段を備える、バッテリ温度調節システムである。

本発明の第５の態様は、前記バッテリが、一のバッテリセルからなるか、複数の前記バッテリセルを並べてなるバッテリ要素を複数備え、前記熱伝導部材が、隣り合う前記バッテリ要素の間に、両端部が前記バッテリ要素の間から突出した状態で配置され、かつ、前記熱伝導部材の一の端部にフィンが熱的に接続され、前記加熱手段が、前記フィンに暖気を送る暖気供給手段及び前記熱伝導部材の他の端部に熱的に接続されたヒータである、バッテリ温度調節システムである。

本発明の第６の態様は、前記熱伝導部材が、前記バッテリセルの間に配置されたヒートパイプであることを特徴とする、バッテリ温度調節システムである。

本発明の第７の態様は、前記熱伝導部材が、金属及び／又はグラファイトである、バッテリ温度調節システムである。

本発明の第８の態様は、前記加熱手段が、エンジン排気供給手段、空調装置、温水供給手段及びヒータから選択される少なくとも１つであり、前記冷却手段が、空調装置、熱電素子、及び冷却水供給手段から選択される少なくとも１つである、バッテリ温度調節システムである。

本発明の第９の態様は、一のバッテリセルからなるか、複数のバッテリセルを並べてなるバッテリ要素を複数備えたバッテリの温度調節に用いられるバッテリ温度調節ユニットであって、ヒートパイプが、少なくとも一の部分を突出させた状態で固定されたヒートパイプ固定部と、当該ヒートパイプ固定部の少なくとも片側に設けられ、隣り合う前記バッテリ要素の一を構成するバッテリセルを固定する、バッテリ要素固定部と、を備え、前記ヒートパイプは、前記バッテリセルが前記バッテリ要素固定部に固定された際に、前記バッテリセルと熱的に接続可能となっていることを特徴とする、バッテリ温度調節ユニットである。

本発明の第１０の態様は、前記ヒートパイプ固定部を挟んだ両側に設けられ、それぞれ、隣り合う前記バッテリ要素の一を構成するバッテリセルを固定する、一対のバッテリ要素固定部を備えたことを特徴とする、バッテリ温度調節ユニットである。

本発明の第１１の態様は、前記ヒートパイプが、少なくとも２の部分を突出させた状態で前記ヒートパイプ固定部に固定されており、前記ヒートパイプの一の部分にはフィンが熱的に接続されており、前記ヒートパイプの他の部分にはヒータが熱的に接続されている、バッテリ温度調節ユニットである。

本発明の第１２の態様は、前記バッテリセルが、角柱型バッテリセル、ラミネート型バッテリセル、又は円柱型バッテリセルである、バッテリ温度調節ユニットである。

本発明のバッテリ温度調節システムは、バッテリと熱的に接続された熱伝導部材と、前記熱伝導部材を介して前記バッテリを加熱する加熱手段及び／又は前記熱伝導部材を介して前記バッテリを冷却する冷却手段と、を備えたので、効率的にバッテリを加温及び／又は冷却することができる。

図１は、第１実施形態に係るバッテリ温度調節システムを説明する斜視図である。 図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。 図３は、第１実施形態に係るバッテリ温度調節システムが組み込まれたバッテリを、バッテリ収容ボックスに収容した場合の概略構成図である。 図４は、第２実施形態に係るバッテリ温度調節システムを説明する斜視図である。 図５は、図４のＢ−Ｂ断面図である。 図６は、第３実施形態に係るバッテリ温度調節システムを説明する斜視図である。 図７は、第３実施形態に係るバッテリ温度調節システムが備えるバッテリ温度調節ユニット及び固定手段を説明する斜視図である。 図８は、本発明の第４実施形態に係るバッテリ温度調節システムを説明する斜視図である。 図９は、第４実施形態のバッテリ温度調節システムが備えるバッテリ温度調節ユニット及び固定手段を説明する斜視図である。 図１０は、バッテリセルとして円柱形バッテリセルを用いる場合のバッテリ温度調節ユニットの形態例を説明する斜視図である。 図１１は、図１０のバッテリ温度調節ユニットにバッテリを固定した状態の斜視図及び図１０のバッテリ温度調節ユニットが備える固定手段を説明する斜視図である。 図１２は、ヒートパイプ等の配置方法の変更例を示す断面図である。 図１３は、ヒートパイプ等の配置方法の変更例を示す断面図である。 図１４は、ヒートパイプの形状の変更例を示す断面図である。 図１５は、ヒートパイプの形状の変更例を示す断面図である。 図１６は、バッテリ温度調節システムを説明する概略構成図である。 図１７は、実施例のシミュレーションにおいて、セル間の温度ばらつきを測定したデータを示す図である。 従来例に係るバッテリ用温度調節装置を説明する概略図である。

以下、本発明を実施形態に即して詳細に説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明の第１実施形態に係るバッテリ温度調節システムを説明するための斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、図１のバッテリをバッテリ収容ボックスに収容した場合の概略構成図である。

バッテリ１は、バッテリ要素２Ａを１４個整列配置してなる。

各バッテリ要素２Ａは、それぞれ、バッテリセル２ａを整列配置してなる（便宜上、ヒータ１２側のバッテリセルを２ａ１、フィン１３側のバッテリセルを２ａ２とした）。

バッテリセル２ａ１及び２ａ２は、同一形状の角柱型バッテリであり、バッテリセル２ａ１及び２ａ２の上面には、それぞれ、＋端子６ａ及び−端子６ｂが設けられている。

バッテリ温度調節システム１０は、ヒートパイプ１１と、加熱手段としてのヒータ１２と、フィン１３と、を備えている。

ヒートパイプ１１は、隣り合うバッテリセル要素２Ａの間に構成される空間（隙間部５）に、これら隣り合うバッテリセル要素２Ａと熱的に接続した状態（本実施形態では、４個のバッテリセル２ａに直接接している状態）で水平配置されている。また、ヒートパイプ１１は、それぞれ両端（端部１１ａ及び１１ｂが、それぞれ、隣り合うバッテリセル要素２Ａの間に構成される隙間部５から、水平方向に突出するように配置されている。上記のヒートパイプ１１は、例えば、銅、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属製または上記金属からなる合金製である密閉されたコンテナの内部に、作動液が減圧状態で封入されてなる。コンテナの形状には、本実施形態の断面略長方形状の他、断面扁平状型、丸形、板状型等がある。ヒートパイプには、コンテナ内面に、金属ワイヤのメッシュやコイル、多孔性金属などによりウィックを形成したものや、コンテナ内面にグルーブ加工（溝加工）をしたものがある。また、ヒートパイプ１１の内部には、作動液の流路となる空間が設けられている。この空間に収容された作動液が蒸発（受熱部）・凝縮（放熱部）の相変化と内部移動をすることによって、熱輸送が行われる。

ヒータ１２は、それぞれ、端部１１ａ（受熱部）と熱的に接続している。ヒータ１２は、図示しない電力供給手段からの電力によりヒートパイプ１１を加熱するものである。また、本実施形態では、ヒータ１２の周囲には、ヒータ１２からの熱を効率よくヒートパイプ１１に伝えるために、断熱材１４が設けられている。ヒータ１２としては、特に制限されず、電熱線を下端部１１ａに巻回することにより形成したものなどがあげられる。なお、ヒータ１２はヒートパイプ１１に直接接続することが望ましいが、ヒートパイプ１２の形状が扁平などの場合は金属板などを介して接続しても良い。

フィン１３は、ヒートパイプ１１を媒体として輸送される、バッテリセル２ａが放出した熱を、効率的に放熱するための部材であり、それぞれ、端部１１ｂ（放熱部）と熱的に接続した複数の板からなる。なお、フィン１３は押出のヒートシンクをハンダ等で固定することにより形成しても良く、アルミや銅の薄い金属板の中央部にバーリング加工を施し、当該薄板にヒートパイプ１１を圧入することにより形成しても良い。

なお、本実施形態では、ヒータ１２をヒートパイプ１１毎に設け、フィン１３及び断熱材１４を、２本のヒートパイプ１１毎に設ける構成としているが、必ずしもこの様な構成にする必要はない。すなわち、例えば、一つのヒータ１２が、すべてのヒートパイプ１１を一括して加温する構成や、一つのフィン１３が、全てのヒートパイプ１１と熱的に接続する構成等を適宜採用することができる。

本実施形態に係るバッテリ温度調節システム１０によれば、加熱手段（ヒータ１２）からの熱を輸送する熱伝導部材であるヒートパイプ１１を備えたことにより、加熱手段（ヒータ１２）からの熱を、バッテリ１に効率的に輸送してバッテリ１を効率的に加温することができる。特に、隣り合うバッテリセル要素２Ａの間に構成される空間（隙間部５）にヒートパイプ１１を配置したことにより、バッテリ１内部まで均一に加温することができる。

さらに、本実施形態にかかるバッテリ温度調節システム１０によれば、ヒートパイプ１１を、ヒータ１２及びフィン１３に熱的に接続しているので、加熱手段として、ヒータ１２に加えて、例えば、エンジン排熱（排気）供給手段、空調装置等の暖気供給手段を備えるようにして、エンジン及び／又は空調装置（暖房）からの空気（暖気）をフィン１３に送るようにすれば、さらに効率的にバッテリ１の加温が可能になる。なお、空調装置としては、特許文献１に記載された様な、車室内空調装置を兼ねたものでも良い。

また、バッテリ１が駆動している場合や、高温条件下等でバッテリ１が所定温度以上の過熱状態になっている場合には、ヒートパイプ１１により輸送されたバッテリ１の熱が、フィン１３から雰囲気へと効率的に放散される。この場合、空調装置（冷却手段）による冷気をフィン１３に曝すことにより、さらに、バッテリ１の冷却効率を向上させることができる。なお、冷却手段としての空調装置は、加熱手段としての空調装置と同一のものでも良い。また、この場合も空調装置としては、特許文献１に記載された様な、車室内空調装置を兼ねたものでも良い。

なお、図３に示すように、バッテリ１は、通常、バッテリ１と略同一の寸法を有するバッテリボックス２０に収容されて車載等されるため、バッテリユニット同士、ヒートパイプとバッテリセル等を、必ずしも固定する必要はないが、これらを接着剤等で適宜固定することも可能である。また、バッテリセルにヒートパイプを固定するための溝を形成することも可能である。

［実施形態２］
図４は、本発明の第２実施形態に係るバッテリ温度調節システム３０を説明する斜視図である。図５は、図４のＢ−Ｂ断面図である。なお、実施形態１と共通する部材の一部については、共通の符号を付した。

本実施形態では、バッテリ５０は、バッテリセル２ａ（バッテリ要素２Ａ）を、計２８個（１４個×２個）配置してなる。

バッテリセル２ａは、いずれも同一形状の角柱型バッテリであり、それぞれの側面には、＋端子６ａ及び−端子６ｂが設けられている。

バッテリ温度調節システム３０は、ヒートパイプ２１と、加熱手段としてのヒータ１２と、フィン１３と、を備えている。

ヒートパイプ２１は、隣り合うバッテリ要素２Ａ（バッテリセル２ａ）の間に構成される隙間部５に、これら二つのバッテリセル２ａと熱的に接続された状態（本実施形態ではこれら二つのバッテリセル２ａに直接接している状態）で鉛直に配置されている。また、ヒートパイプ２１は、下端部２１ａが、それぞれ、２つのバッテリセル２ａの間、すなわち、バッテリセル２ａの下面から、鉛直方向に突出するように配置されている。また、ヒートパイプ２１は、上端部２１ｂが、それぞれ、２つのバッテリセル２ａの間、すなわち、バッテリセル２ａの上面から鉛直方向に突出するように配置されている。

ヒータ１２は、それぞれ、下端部２１ａ（受熱部）と熱的に接続している。ヒータ１２は、図示しない電力供給手段からの電力によりヒートパイプ２１を加熱するものである。
また、本実施形態では、ヒータ１２の周囲には、ヒータ１２からの熱を効率よくヒートパイプ２１に伝えるために、断熱材１４が設けられている。

フィン１３は、ヒートパイプ２１を媒体として輸送される、バッテリセル２ａが放出した熱を、効率的に放熱するための部材であり、それぞれ、上端部２１ｂ（放熱部）と熱的に接続した複数の板からなる。

なお、本実施形態でも、ヒータ１２をヒータパイプ２１毎に設け、フィン１３及び断熱材１４を、２本のヒートパイプ２１毎に構成としているが、実施形態１と同様、この様な構成に限られるものではない。

本実施形態に係るバッテリ温度調節システム３０によれば、加熱手段（ヒータ１２）からの熱を輸送する熱伝導部材であるヒートパイプ２１を備えたことにより、加熱手段（ヒータ１２）からの熱を、バッテリ５０に効率的に輸送して、バッテリ５０を効率的に加温することができる。特に、バッテリセル２ａの間に構成される空間（隙間部５）にヒートパイプを配置したことにより、バッテリ５０内部まで均一に加温することができる。また、実施形態１と同様、加熱手段として、ヒータ１２に加えて、例えば、エンジン排熱（排気）供給手段、空調装置等の暖気供給手段を備えることも可能である。

さらに、本実施形態では、ヒートパイプ２１の下端部２１ａにヒータ１２を熱的に接続し、上端部２１ｂにフィン１３を熱的に接続する構造としている。一般にヒートパイプは、トップヒートモード（作動液の蒸発部が上になる様な設置方法）で、熱輸送効率が低下することが知られている。本実施形態の様な構造では、ヒータ１２で加温していく過程でバッテリセルの温度がヒータ１２の温度よりも高くなった場合には、トップヒートモードとなることから、そのままヒータ１２による加熱を続けるとヒートパイプの最大熱輸送量を超えてしまい、熱輸送できない状況となる。この様な状況ではヒータ１２の温度が急速に上昇することになる。よって、バッテリ温度調節システム３０の構成要素として、ヒータ１２の温度をモニタするモニタ手段と、当該モニタ手段の結果（急激な昇温があるか否か等）に基づいて、ヒータ１２の稼働／停止制御を行う稼働／停止制御手段を備えることにより、より効率的なバッテリの温度調節を行うことができる。

また、バッテリ５０が駆動している場合や、高温条件下等でバッテリ５０が所定温度以上の過熱状態になっている場合には、ヒートパイプ２１により輸送されたバッテリ５０の熱が、フィン１３から雰囲気へと効率的に放散される。また、この場合、空調装置（冷却手段）による空気（好ましくは冷気）をフィン１３に曝すことにより、さらに、バッテリ１の冷却効率を向上させることができる。なお、この場合も空調装置としては、特許文献１に記載された様な、車室内空調装置を兼ねたものでも良い。

［実施形態３］
図６は、本発明の第３実施形態に係るバッテリ温度調節システム４０を説明する斜視図である。なお、実施形態１と共通する部材の一部については、共通の符号を付した。

図６において、バッテリ３１の構成は、実施形態１のバッテリ１の構成と同様である。

図６に係るバッテリ温度調節システム４０は、本発明のバッテリ温度調節ユニット２２を備えている。

図７（ａ）は、本発明に係るバッテリ温度調節ユニット２２の斜視図であり、図７（ｂ）はバッテリ温度調節ユニット２２が備える固定手段７０を説明する斜視図である。

図７（ａ）に示すように、バッテリ温度調節ユニット２２は、固定手段７０と、ヒートパイプ１１と、加熱手段としてのヒータ１２と、フィン１３とを備えている。

固定手段７０は、収容部材７１Ａ及び収容部材７１Ｂと、が一体となることで構成されている。

収容部材７１Ａは、隣り合うバッテリ要素２Ａの間に介装される介装部７３と、枠部７４Ａと、を備える。

本実施形態では、介装部７３は、それぞれ平板状の介装部７３ａ、７３ｂ、及び７３ｃから構成されている。介装部７３ａ及び７３ｂの間には、ヒートパイプ１１を挿通（嵌合）した状態で保持可能なヒートパイプ固定部７６が形成されている。同様に、介装７３ｂ及び７３ｃの間にも、ヒートパイプ１１が挿通（嵌合）した状態で保持可能なヒートパイプ固定部７６が形成されている。

枠部７４Ａは、バッテリセル２ａ１及び２ａ１の周囲を囲う様に設けられている。また、枠部７４Ａと介装部７３により、それぞれ、バッテリセル２ａ１及び２ａ１が嵌合するバッテリセル収容（固定）部７５ａ１及び７５ａ１が形成される。また、７５ａ１及び７５ａ２がバッテリ要素固定部７５を構成する。

収容部材７１Ｂは、枠部７４Ｂを備えている。枠部７４Ｂは、バッテリセル２ａ１及び２ａ２の周囲を囲う様に設けられている。また、枠部７４Ｂと、収容部材７１Ａの介装部７３により、それぞれ、バッテリセル２ａ１及び２ａ２が嵌合するバッテリセル収容（固定）部７５ａ１及び７５ａ２が形成される。また、７５ａ１及び７５ａ２がバッテリ要素固定部７５を構成する。なお、本例では、一対のバッテリ要素固定部７５がヒートパイプ固定部７６を挟む構成としているが、ヒートパイプ固定部７６（介装部７３）の片側部のみにバッテリ要素固定部７５を設ける構成としても良い。

ヒートパイプ１１は、ヒートパイプ収容部７６に挿通されたことにより、隣り合うバッテリ要素２Ａの間に、これらバッテリ要素２Ａ、収容部材７１Ａ及び７１Ｂと熱的に接続した状態（本実施形態では４個のバッテリセル２ａ、収容部材７１Ａ及び７１Ｂに直接接している状態）で水平配置されている。また、ヒートパイプ１１は、それぞれ両端（端部１１ａ及び端部１１ｂ）が、それぞれ、隣り合うバッテリセル要素２Ａの間から、水平方向に突出するように配置されている。なお、本例では、ヒートパイプ１１を、収容部材７１Ａ及び／又は７１Ｂに固着していないが、半田付け等の手段を用いてこれらを固着しても良い。

ヒータ１２及びフィン１３は、実施形態１と同様、それぞれ、端部１１ａ（受熱部）及び１１ｂと熱的に接続している。

バッテリ温度調節システム４０は、各固定手段７０に設けられた固定ピン挿通孔７２を互いに連通させた状態で、固定ピン７９を挿通して、７個のバッテリ温度調節ユニット２２を固定することにより形成される。なお、固定ピン７９を固定ピン挿通孔７２に固着する方法は、接着剤等を用いて適宜行うことができる。また、バッテリ温度調節ユニット２２同士を固定するのに、ネジ等、他の固定部材を用いることも可能である。

第１実施形態のバッテリ温度調節システム１０と同様の効果を奏することができる。また、本実発明のバッテリ温度調節ユニット２２によれば、隣り合うバッテリセル要素２Ａを構成するバッテリセル２ａ及びヒートパイプ１１（さらには、ヒータ１２、フィン１３及び断熱材１４）を、あらかじめ固定手段７０により一体的に固定できるので、組み付け作業の効率性を著しく向上させることができる。また、介装部７３ａ〜７３ｃを、ヒートパイプ１１の側面と熱的に接触させれば、これらヒートパイプ１１の側面における伝熱ロスを低減することができる。

［実施形態４］
図８は、本発明の第４実施形態に係るバッテリ温度調節システムを説明する斜視図であるなお、実施形態１〜３と共通する部材の一部については、共通の符号を付した。

図８おいて、バッテリ５１の構成は、実施形態２のバッテリ５０の構成と同様である。 図８に係るバッテリ温度調節システム８０は、バッテリ温度調節ユニット３２を備えている。

図９（ａ）は、本発明に係るバッテリ温度調節ユニット３２の斜視図であり、図９（ｂ）はバッテリ温度調節ユニット３２が備える固定手段７０を説明する斜視図である。

バッテリ温度調節ユニット３２は、固定手段７０と、ヒートパイプ１１と、加熱手段としてのヒータ１２と、フィン１３とを備えている。

固定手段７０は、収容部材７１Ａ及び収容部材７１Ｂと、が一体となることで構成されている。

収容部材７１Ａは、隣り合うバッテリ要素２Ａ（バッテリセル２ａ）に介装される介装部７３と、枠部７４Ａと、枠部７４Ａを閉塞する閉塞板７７を備える（なお、図９では説明のため閉塞板７７を省略した）。

介装部７３は、隣り合うバッテリ要素２Ａ（バッテリセル２ａ）の間に介装される。本実施形態では、介装部７３は、それぞれ平板状の介装部７３ａ、７３ｂ、及び７３ｃから構成されている。介装部７３ａ及び７３ｂの間、並びに介装部７３ｂ及び７３ｃの間には、それぞれ、ヒートパイプ１１を挿通（嵌合）した状態で保持可能なヒートパイプ固定部７６が形成されている。

枠部７４Ａは、バッテリセル２ａの周囲を囲う様に設けられている。また、枠部７４Ａと介装部７３及び閉塞板７７で囲まれた空間が、バッテリセル２ａが嵌合するバッテリセル固定部（バッテリ要素固定部）７５ａとなる。

収容部材７１Ｂは、枠部７４Ｂからなる。枠部７４Ｂは、バッテリセル２ａの周囲を囲う様に設けられている。また、枠部７４Ｂと、収容部材７１Ａの介装部７３により、バッテリセル２ａが嵌合するバッテリセル固定（バッテリ要素固定）部７５ａが形成される。

ヒートパイプ２１は、ヒートパイプ固定部７６に挿通されたことにより、隣り合うバッテリ要素２Ａの間に、これらバッテリ要素２Ａを構成するバッテリセル２ａ、収容部材７１Ａ及び７１Ｂと熱的に接続した状態（２つのバッテリセル２ａ、並びに収容部材７１Ａ及び７１Ｂに直接接している状態）で鉛直配置されている。また、ヒートパイプ２１は、それぞれ両端（端部２１ａ及び２１ｂ）が、それぞれ、隣り合うバッテリ要素２Ａの間から、鉛直方向に突出するように配置されている。なお、本例では、ヒートパイプ２１を、収容部材７１Ａ及び／又は７１Ｂに固着していないが、半田付け等の手段を用いてこれらを固着しても良い。

ヒータ１２及びフィン１３は、実施形態２と同様、それぞれ端部１１ａ及び１１ｂと熱的に接続している。

バッテリ温度調節システム８０は、各固定手段７０にそれぞれ設けられた固定ピン挿通孔７２を互いに連通させた状態で、固定ピン７９を挿通して、７個のバッテリ温度調節ユニット２２を固定することにより形成される。なお、固定ピン７９を固定ピン層通孔７２に固着する方法は、接着剤等を用いて適宜行うことができる。また、バッテリ温度調節ユニット２２同士を固定するのに、ネジ等、他の固定部材を用いることも可能である。

バッテリ温度調節システム８０の作用は、第２実施形態のバッテリ温度調節システム３０と同様の効果を奏することができる。また、本発明のバッテリ温度調節ユニット３２によれば、隣り合うバッテリセル要素２Ａを構成するバッテリセル２ａ及びヒートパイプ１１（さらには、ヒータ１２、フィン１３及び断熱材１４）を、あらかじめ固定手段７０により一体的に固定できるので、組み付け作業の効率性を著しく向上させることができる。また、介装部７３ａ〜７３ｃを、ヒートパイプ１１の側面と熱的に接触させれば、これらヒートパイプ１１の側面における伝熱ロスを低減することができる。

［実施形態５］
図１０は、バッテリセルとして円柱形バッテリセルを用いる場合のバッテリ温度調節ユニット５２を説明する斜視図である。図１１（ａ）は、バッテリ温度調節ユニット５２にバッテリが固定された状態を示す斜視図であり、図１１（ｂ）は、バッテリ温度調節ユニット５２が備える固定手段８０を説明する斜視図である。

バッテリ温度調節ユニット５２は、固定手段８０と、ヒートパイプ４１と、ヒータ６２と、フィン６３と、を備えている。

固定手段８０は、隣り合うバッテリ要素２Ａの間に介装される介装部８３と、バッテリ要素２Ａを構成するバッテリセル４２を、介装部８３を挟んで形成され、介装部８３と一体となって固定する一対のバッテリ要素固定部８４とを備える。

介装部８３には、ヒートパイプ４１を挿通して保持するヒートパイプ固定部８６が形成されている。

各円筒形バッテリセル４２は、円筒形バッテリセル４２の周面の形状に合わせて介装部８３に設けられた断面半円弧状の凹み８５に嵌合するとともに、介装部８３に設けられた一対の係止爪８７ａ及び８７ｂによって係止されて、介装部８３に固定される。係止爪８７ａ及び８７ｂは、弾性部材であり、バッテリセル４２が凹み８５に嵌合している状態において、非嵌合状態よりも開いた状態（弾性変形）となっており、この状態による弾性復帰力がバッテリセル４２を押圧することによりバッテリ４２が凹み８５に嵌合している状態が保たれる様になっている。なお、バッテリセル４２の固定方法としては、凹み８５と同じ様な凹みを有する別部材でバッテリセル４２を押さえた後に、当該別部材をネジ止め等により介装部８３と固定する様にしても良い。

ヒートパイプ４１は、ヒートパイプ固定部８６に挿通されたことにより、隣り合うバッテリ要素２Ａの間に、これら隣り合うバッテリ要素２Ａを構成するすべてのバッテリセル４２及び固定手段８０と熱的に接続した状態（本実施形態では固定手段８０に直接接している状態）で水平配置される。また、ヒートパイプ４１は、それぞれ両端が、バッテリ要素２Ａの間から、水平方向に突出するように配置されている。なお、本例では、ヒートパイプ４１を、固定手段８０に固着していないが、半田付け等の手段を用いてこれらを固着しても良い。また、固定手段８０は、バッテリセルおよびヒートパイプと接する部分のみを金属とし、固定部４０を樹脂としてもよい。

［実施形態６及び７］
上記の実施形態では、熱伝導部材としてのヒートパイプの両端部に、それぞれ、フィン及びヒータを接続しているが、フィン及びヒータの配置は、上記実施形態に示された態様に制限されるものではない。他の態様について、図１２及び図１３を用いて説明する。

実施形態６（図１２）では、隣り合うバッテリ要素の間に、ヒートパイプ１１の、少なくとも一の部分がその間から突出する様に配置されており、かつ当該突出した一の部分に、フィン１３と加熱手段としてのヒータ１２の両方を熱的に接続している。

また、実施形態７（図１３）も、実施形態６と同様、隣り合うバッテリ要素の間に、ヒートパイプ１１の、少なくとも一の部分がその間から突出する様に配置されており、かつ当該突出した部分に、フィン１３と加熱手段としてのヒータ１２の両方を熱的に接続している。ヒートパイプ１１に熱的に接続したフィン１３は、バッテリセル２の水平方向の両側に配置されている。また、本例ではヒートパイプ１１に熱的に接続したヒータ１２も、バッテリセル２の水平方向の両側に配置されている。本実施形態では、例えば、車両などが傾いた場合においても、２本のヒートパイプ１１のどちらかが確実にボトムヒートモード（熱源が下側に配置される状態）となる。これにより、車両傾斜時等でも、バッテリの加熱効率が悪化するのを防止することができる。

以上の実施形態１〜７については、熱伝導部材としてヒートパイプを用いる例について説明したが、本発明の熱伝導部材は特に制限されるものではなく、この他、通常公知の熱伝導部材、例えば、銅、アルミニウムなどの金属、グラファイト等を使用することができる。ただし、本発明の目的とする効果を十分に発揮するためには、熱伝導率２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の高熱伝導部材を用いることが好ましい。

さらに、上記の実施形態では、熱伝導部材として、まっすぐな棒状のヒートパイプを用いているが、熱伝導部材の形状はこれに制限されるものではない。例えば、熱伝導部材（ヒートパイプ）を略コの字状（略Ｃ字状）（図１４）又は略環状（図１５）に成型しても良い。フィン及びヒータを取り付ける位置についても、上記の実施形態で示した例に限らず、フィンをヒートパイプの中間部に設けても良い（図１４）。また、フィン及びヒータをヒートパイプの中間部に設けても良い（図１５）。さらに、フィン及びヒータを必ずしも同一のヒートパイプに熱的に接続する必要はなく、フィンが接続されるヒートパイプと異なるヒートパイプにヒータを接続しても良い。

また、ヒータのみによる加熱を行うことが想定される場合には、フィンからの熱拡散を抑制する熱拡散抑制機構を設けてもよい。熱拡散抑制機構としては、例えば、フィンの周囲の空間、特に上部空間を塞ぐことにより、自然対流を抑止する閉塞機構があげられる。

熱伝導部材としてヒートパイプを用いる場合の作動液としては、特に制限されるものではないが、水、ＨＣＦＣ−２２などのハイドロクロロフルオロカーボン、ＨＦＣＲ１３４ａ、ＨＦＣＲ４０７Ｃ、ＨＦＣＲ４１０Ａ、ＨＦＣ３２などのハイドロフルオロカーボン、ＨＦＯ１２３４ｙｆなどのハイドロフルオロオレフィン、炭酸ガス、アンモニア、およびプロパンなどがあげられる。これらの中でも、性能及び地球環境への影響を考慮すると、水や炭酸ガス、ハイドロフルオロオレフィンなどが好ましい。

また、上記実施形態では、加熱手段として、ヒータ並びに、空調装置及びエンジン排熱（排気）供給手段等の暖気供給手段を用いる実施形態を説明したが、本発明はこの様な実施形態に制限されるものではなく、通常公知の一以上の加熱手段を用いることができる。ヒートパイプと直接接続できる、加熱手段としては熱電素子、電磁誘導加熱手段があげられる。また、ヒートパイプの加熱媒体として温水を用いる場合には、温水供給手段を本発明のバッテリ温度調節システムの加熱手段とできる。また、ヒートパイプの冷却を行う場合の冷却手段としても、特に制限されるものではなく、空調装置、熱電素子を上げることができる。また、ヒートパイプを冷却する媒体として冷却水を用いる場合には、冷却水供給手段を本発明のバッテリ温度調節システムの冷却手段とできる。ハイブリッド自動車の場合、エンジンとモーターを併用していることから、エンジンの排熱を、温水供給手段の熱源として利用することが可能である（図１６参照）。図１６で示されたバッテリ温度調節システムは、温水供給手段（加熱手段）の構成として、エンジンを通過して加熱されたエンジン冷却水と、バッテリを加熱するためのバッテリ加温水との熱交換を行う熱交換手段と、この熱交換手段とバッテリとの間で前記バッテリ加温水を循環させる循環手段とを備えている。

なお、図１６ではバッテリ加熱時のバッテリ加温水の循環系を示しているが、バッテリ冷却時にはラジエータから流出直後の冷却水との熱交換を行う熱交換手段を備える構成となる。バッテリ温度調節システムを、加熱用・冷却用の両系統を具備するように構成し、バッテリの状態によってどちらの系統を稼動させるかを切り替える構造としてもよい。

なお、上記バッテリセル同士の電気的接続方法については、直列接続、並列接続、及びこれらの併用のいずれでも良いことは言うまでもない。

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。

本実施例では、本発明の効果をシミュレーションにより解析した。すなわち、１１０ｍｍ×２０ｍｍ×８０ｍｍのバッテリセルを２８個配置（７個×４列）したと仮定した。各セルからの発熱量を、１０Ｗと仮定し、−４０℃下におけるバッテリシステム起動時のバッテリセルの温度変化を、以下のそれぞれの条件下でシミュレーションした。

条件１：ヒートパイプ無しのバッテリセルに直接エアコンの温風（４０℃）をあてた。

条件２：実施形態１と同様の配置方法で、バッテリセル間に２本ずつ、計１４本のヒートパイプを配置した。ただし、各ヒートパイプはヒータには接続せず、両端部にフィンを設置した。この条件下で、フィンに温風（４０℃）をあてた。

条件３：実施形態１と同様の配置方法で、バッテリセル間に２本ずつ、計１４本のヒートパイプを配置した。ただし、各ヒートパイプはフィンには接続せず、両端部にヒータを設置して、ヒータのみで加熱した。

条件４：実施形態１と同様の配置方法で、バッテリセル間に２本ずつ、計１４本のヒートパイプを配置し、フィンへの温風（条件４−１：３０℃、条件４−２：０℃）とヒータを組み合わせて加熱した。

結果を、表１に示した。表１において、温風用熱量は、エアコンの空気を−４０℃から所定の温度まで上昇させるために必要な熱量をあらわしており、ヒータ熱量はヒータに投入する熱量、トータル熱量は温風用熱量とヒータ熱量の和を表す。また、昇温時間は、システム起動からすべてのバッテリセルの温度が０℃に達するまでの時間とした。

条件１の場合バッテリセルを０℃に達するために消費される電力量は１４３９Ｗｈとなった。この結果と、同じようにエアコンの風を用いた条件２の結果から、ヒートパイプを用いることで昇温時間が短縮され、消費電力量も削減できていることが分かる。

また、条件３の場合の消費電力量は条件１の場合の約１０分の１程度に削減できるが、昇温時間は９２０秒かかった。これに対して、条件４−１の場合、昇温時間が条件１の場合の約半分程度にすることができた。さらに条件４−２の場合、昇温時間は７３０秒であるが、消費電力量は６２８Ｗｈとなり条件１の場合の約４４％とすることができた。

これらの結果から、バッテリ温度調整装置にヒートパイプを配置し、ファン及びヒータを併用することで、昇温時間特性及び消費電力量特性のバランスのとれたバッテリの加温が実現できることが分かった。

また、図１７に、上記シミュレーションにおいて、セル間の温度ばらつきを測定したデータを示した。温度ばらつきは、バッテリパック内のセルの最高温度から最低温度を引いた値である。その結果、条件１の場合、セル間の温度差が２０℃近くになるのに対して、条件２−１及び条件２−２の場合は１℃程度で抑えることができている。

１、５０、３１、５１ バッテリ
２２、３２、５２ バッテリ温度調節ユニット
２Ａ バッテリ要素
２ａ（２ａ１、２ａ２） バッテリセル
１０、３０、４０、８０ バッテリ温度調節システム
１１、２１、４１、 ヒートパイプ
１２、６２ ヒータ
１３、６３ フィン
１４ 断熱材
２０ バッテリボックス
４２ 円柱型バッテリセル
７０、８０ 固定手段
７１Ａ、７１Ｂ 収容部材
７２ 固定ピン挿通孔
７３ 介装部
７４Ａ、７４Ｂ 枠部
７５ａ バッテリセル固定部
７６ ヒートパイプ固定部

Claims (9)

1. 一のバッテリセルからなるか、複数のバッテリセルを並べてなるバッテリ要素を複数備えたバッテリの温度を調節するシステムであって、
   隣り合う前記バッテリ要素の間に配置され、前記バッテリと熱的に接続されたヒートパイプと、
   前記ヒートパイプに熱的に接続されたフィンと、
   前記フィンに暖気を送る暖気供給手段と、
   前記ヒートパイプに熱的に接続された、前記暖気供給手段とは異なる加熱手段と、
   を備えたことを特徴とするバッテリ温度調節システム。
2. さらに、前記フィンに冷気を供給する冷却手段を備えたことを特徴とする、請求項１記載のバッテリ温度調節システム。
3. 前記ヒートパイプが、隣り合う前記バッテリ要素の間に、両端部が前記バッテリ要素の間から突出した状態で配置され、かつ、前記ヒートパイプの一の端部に前記フィンが熱的に接続され、
   前記暖気供給手段とは異なる加熱手段が、前記ヒートパイプの他の端部に熱的に接続されている、請求項１又は２に記載のバッテリ温度調節システム。
4. 前記ヒートパイプが、隣り合う前記バッテリ要素の間に、上端部と下端部が前記バッテリ要素の間から突出した状態で配置され、かつ、前記ヒートパイプの上端部に前記フィンが熱的に接続され、
   前記暖気供給手段とは異なる加熱手段が、前記ヒートパイプの下端部に熱的に接続され、かつ、
   前記暖気供給手段とは異なる加熱手段の温度をモニタするモニタ手段と、
   前記モニタ手段による結果に基づいて、前記暖気供給手段とは異なる加熱手段の稼働／停止制御を行う稼働／停止制御手段と、を備えたことを特徴とする、請求項１又は２に記載のバッテリ温度調節システム。
5. 前記フィンからの熱拡散を抑制する熱拡散抑制機構を設け、当該熱拡散抑制機構により、暖気供給手段とは異なる加熱手段のみによる加熱時に、前記フィンからの熱拡散を抑制したことを特徴とする、請求項１〜４何れかに記載のバッテリ温度調節システム。
6. 暖気供給手段とは異なる加熱手段が、熱電素子及びヒータから選択される少なくとも１つである、請求項１〜５いずれかに記載のバッテリ温度調節システム。
7. 一のバッテリセルからなるか、複数のバッテリセルを並べてなるバッテリ要素を複数備えたバッテリの温度調節に用いられるバッテリ温度調節ユニットであって、
   ヒートパイプが、少なくとも２の部分を突出させた状態で固定されたヒートパイプ固定部と、
   当該ヒートパイプ固定部の少なくとも片側に設けられ、隣り合う前記バッテリ要素の一を構成するバッテリセルを固定する、バッテリ要素固定部と、を備え、
   前記２の部分の一方にはフィンが熱的に接続されており、他方には加熱手段が熱的に接続されており、
   前記ヒートパイプは、前記バッテリセルが前記バッテリ要素固定部に固定された際に、前記バッテリセルと熱的に接続可能となっていることを特徴とする、バッテリ温度調節ユニット。
8. 前記ヒートパイプ固定部を挟んで両側に設けられ、それぞれ、隣り合う前記バッテリ要素の一を構成するバッテリセルを固定する、一対のバッテリ要素固定部を備えたことを特徴とする、請求項７記載のバッテリ温度調節ユニット。
9. 前記バッテリセルが、角柱型バッテリセル、ラミネート型バッテリセル、又は円柱型バッテリセルである、請求項７又は８に記載のバッテリ温度調節ユニット。

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