JP6975943B2 - 冷却装置および電池温調システム - Google Patents

Description

本開示は、冷却技術に関し、特に電池を冷却する冷却装置および電池温調システムに関する。

ハイブリッド車および電気自動車には、駆動源であるモータに電力を供給する電池システムが搭載される。こうした電池システムでは、例えば、複数の電池セルからなる電池モジュールを複数個有し、各電池モジュールは、電池モジュールの温度上昇を抑制するために、冷却装置（熱交換器）上に設置される。冷却装置では、その内部の冷媒の気化熱によって電池モジュールの冷却がなされる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−２２９４８０号公報

上記電池システムでは、電池モジュールは冷却装置における冷媒により冷却されるが、複数個の電池モジュール全体をカバーする大面積の冷却装置において冷媒を均等に流すことが困難である。そのため、冷却時には、冷却装置における冷媒の温度にばらつき（面内ばらつき）が生じてしまい、電池モジュール内あるいは電池モジュール間での電池温度のばらつきにつながることが懸念される。

本開示はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、車載電池を冷却する冷却装置において、電池冷却時における電池温度の面内ばらつきを抑制する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本開示のある態様の冷却装置は、車載電池を冷却する冷却装置であって、筐体と、筐体の内部に設けられ、冷却液を流す冷却液通路と、筐体の内部に設けられ、冷媒を流す冷媒通路であって、筐体の車載電池が搭載される第１面側において筐体と接合して設けられ、第１方向に延びる複数の冷媒通路とを備える。複数の冷媒通路は、第１方向とは異なった第２方向において、隣接した冷媒通路と離間して並べられ、冷却液通路は、隣接した冷媒通路の間において筐体と接合して設けられ、第１方向に延びる複数の第１冷却液通路を含む。

本開示によれば、車載電池を冷却する冷却装置において、電池冷却時における電池温度の面内ばらつきを抑制できる。

図１（ａ）−（ｂ）は、実施例に係る電池温調システムの構造を示す図である。 図２（ａ）−（ｂ）は、図１の冷却液槽の内部構造を示す図である。 図３（ａ）−（ｃ）は、図１の冷却液槽の内部構造を示す図である。 図３（ｃ）の冷却液槽の内部構造を示す断面図である。 図５（ａ）−（ｂ）は、図１の冷却液槽の別の内部構造を示す図である。 図６（ａ）−（ｃ）は、図１の冷却液槽のさらに別の内部構造を示す図である。 図１の電池温調システムの構成を示すブロック図である。 図８（ａ）−（ｃ）は、図１の電池温調システムにおける電池モジュールの配置を示す上面図である。

本開示の実施例を具体的に説明する前に、概要を説明する。実施例は、車両に搭載されている電池温調システムにおける複数の電池モジュールを冷却するための冷却装置に関する。前述のごとく、冷媒により電池モジュールを冷却する構造では、複数の電池モジュール全体をカバーする大面積の冷却装置に冷媒を均等に流すことが困難となり、冷却装置に流れる冷媒の温度にばらつき（面内ばらつき）が生じる。このような冷媒の温度のばらつきは、電池モジュール内あるいは電池モジュール間での電池温度のばらつきにつながる。すなわち、冷却時において電池温調システム内での電池温度が不均一となり、冷却効率および電池信頼性において好ましくない。このため、電池モジュールの冷却時における電池温度の面内ばらつきを抑制することが求められる。

本実施例では、冷却装置を構成する筐体の電池モジュールと接する冷却面側には複数の冷媒通路が接合されるとともに、複数の冷媒通路における電池モジュールとは反対側の面側と、隣接する冷媒通路間とには、冷却液通路が配置される。冷却液通路は、冷媒通路の温度のばらつきを抑制するために冷却液を流す。冷却液通路は、冷媒通路に接するだけではなく、冷却装置の筐体の冷却面側にも接するので、電池モジュールから受け取った熱を冷媒通路の低温部に伝熱し、冷媒通路の高温部の熱を冷媒通路の低温部に伝熱する。その結果、冷媒のみで電池モジュールと熱交換するよりも温度の面内ばらつきが抑制される。また、冷却装置の筐体を介して冷媒通路が電池モジュールと接するので、冷却液の熱抵抗の影響を受けずに冷媒が電池モジュールと直接熱交換可能であり、冷却液のみで電池モジュールと熱交換するよりも熱交換効率が向上する。

なお、以下の説明において、「平行」、「垂直」は、完全な平行、垂直だけではなく、誤差の範囲で平行、垂直からずれている場合も含むものとする。また、「略」は、おおよその範囲で同一であるという意味である。さらに、以下の実施例では、同一の構成要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面では、説明の便宜のため、構成要素の一部を適宜省略する。

図１（ａ）−（ｂ）は、電池温調システム１００の構造を示す。図１（ａ）は電池温調システム１００の構造を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線の断面図である。図１（ａ）に示すように、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸からなる直交座標系が規定される。ｘ軸、ｙ軸は、電池温調システム１００の底面内において互いに直交する。ｚ軸は、ｘ軸およびｙ軸に垂直であり、電池温調システム１００の高さ方向に延びる。また、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のそれぞれの正の方向は、図１（ａ）における矢印の方向に規定され、負の方向は、矢印と逆向きの方向に規定される。ここで、ｘ軸の正方向側が「前側」と呼ばれ、ｘ軸の負方向側が「後側」と呼ばれ、ｙ軸の正方向側が「右側」と呼ばれ、ｙ軸の負方向側が「左側」と呼ばれ、ｚ軸の正方向側が「上側」と呼ばれ、ｚ軸の負方向側が「下側」と呼ばれることもある。また、ｘ軸方向を前後方向と呼び、ｙ軸方向を左右方向と呼ぶこともある。そのため、図１（ａ）は、電池温調システム１００の前側を含む斜視図である。なお、ｘ軸の「前側」または「後側」、ｙ軸の「左側」または「右側」は、車両への電池温調システム設置時の搭載方向を規定するものではない。

図１（ａ）に示すように、電池温調システム１００は、電池モジュール１０と総称される第１電池モジュール１０ａ、第２電池モジュール１０ｂ、および第３電池モジュール１０ｃと、冷却装置２０とを備える。電池モジュール１０は、冷却装置２０の上側の面に設置される。

電池モジュール１０は、例えば、ハイブリット車または電気自動車における走行用モータの駆動源となる電気エネルギーを蓄積する二次電池である。電池モジュール１０は、冷却など温度調節を要する部品である。各電池モジュール１０は、左右方向よりも前後方向に長い箱形形状を有し、冷却装置２０の左右方向に並べられる。冷却装置２０は電池モジュール１０を冷却するための装置である。冷却装置２０の高さ方向の長さは、前後方向および左右方向の長さよりも短いので、冷却装置２０は高さの低い板形形状を有する。冷却装置２０は冷却プレートと呼ばれることもある。冷却装置２０の上側の面には３つの電池モジュール１０が設置される。そのため、冷却装置２０の上側の面と各電池モジュール１０の下側の面とが接触する。なお、各電池モジュール１０の形状は、これに限定するものではなく、左右方向よりも前後方向に短い箱形形状、正方形状、あるいは円筒形状であってもよい。

また、冷却装置２０の右側の面には、冷却液パイプ２２と総称される第１冷却液パイプ２２ａ、第２冷却液パイプ２２ｂが配置される。特に、前側に第１冷却液パイプ２２ａが配置され、後側に第２冷却液パイプ２２ｂが配置される。また、冷却装置２０の前側の面には、冷媒パイプ２４と総称される第１冷媒パイプ２４ａ、第２冷媒パイプ２４ｂとが配置される。特に、左側に第１冷媒パイプ２４ａが配置され、右側に第２冷媒パイプ２４ｂが配置される。ここでは、第１冷却液パイプ２２ａから冷却液が流入され、第２冷却液パイプ２２ｂから冷却液が流出される。また、第１冷媒パイプ２４ａから冷媒が流入され、第２冷媒パイプ２４ｂから冷媒が流出される。冷媒の一例は、ＨＦＣ（Ｈｙｄｒｏ Ｆｌｕｏｒｏ Ｃａｒｂｏｎ）である。また、冷却液の一例は、エチレングリコールを含む不凍液である。なお、白色の矢印が冷却液の流れを示し、黒色の矢印が冷媒の流れを示す。

図１（ｂ）に示すように、冷却装置２０は、冷却液槽２６と天板２８とを組み合わせて構成される。具体的には、冷却装置２０は、上側が開口して中央部が窪んだ桶形形状を有する冷却液槽２６に対して、冷却液槽２６の開口を塞ぐように天板２８を取り付けることによって構成される。また、冷却液槽２６と天板２８とは、冷却装置２０の外部筐体として機能する。冷却装置２０の内部空間には、天板２８に接して設けられた冷媒通路４２と、冷却液槽２６に設けられた冷却液通路３０とが形成される。なお、冷媒通路４２は、冷却装置２０の内部において冷媒が流れる通路（流路）であり、冷却液通路３０は、冷却装置２０において冷却液が流れる通路（流路）である。

各電池モジュール１０は、冷却装置２０の天板２８の上側の面に設置される。冷却装置２０を構成する冷却液槽２６には、上述の通り冷却液パイプ２２と冷媒パイプ２４とが形成される。冷却液パイプ２２は、冷却装置２０の内部において冷却液通路３０に通じており、冷媒パイプ２４は、冷却装置２０の内部において冷媒通路４２に通じている。すなわち、冷却液通路３０には冷却液が流れ、冷媒通路４２には冷媒が流れるように構成される。

図２（ａ）−（ｂ）は、冷却液槽２６の内部構造を示す。ここでは、冷媒通路４２の数を「４」とする。図２（ａ）は、冷却液槽２６の内部構造を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ’線の断面図である。上側の面が冷却面３４ａと示され、下側の面が内底面３４ｂと示される。冷却面３４ａは、図１（ａ）−（ｂ）の電池モジュール１０側の面であり、図１（ｂ）の天板２８を介して電池モジュール１０に接する。以下では、説明を明瞭にするために、天板２８を省略することもある。ここで、冷却面３４ａを第１面と呼ぶ場合、内底面３４ｂは第２面と呼ばれる。冷却液槽２６は、冷却液通路３０、冷媒通路４２と総称される第１冷媒通路４２ａから第４冷媒通路４２ｄを含む。冷媒通路４２のそれぞれは、冷却液槽２６の前後方向に延びる棒形状を有する。複数の冷媒通路４２は、冷却液槽２６の左右方向において、隣接した冷媒通路４２と離間しながら並べられる。また、冷媒通路４２には冷媒が流される。また、図１（ｂ）に示すように、複数の冷媒通路４２は、電池モジュール１０が設置される天板２８の下側の面に接するように設けられる。つまり、複数の冷媒通路４２は、冷却液槽２６の冷却面３４ａ側に設けられる。

以下では、第１冷媒通路４２ａと第２冷媒通路４２ｂとの間に挟まれた冷却液通路３０の部分が第１上段通路４４ａと定義される。また、第２冷媒通路４２ｂと第３冷媒通路４２ｃとの間に挟まれた冷却液通路３０の部分が第２上段通路４４ｂと定義される。さらに、第３冷媒通路４２ｃと第４冷媒通路４２ｄとの間に挟まれた冷却液通路３０の部分が第３上段通路４４ｃと定義される。これらの第１上段通路４４ａから第３上段通路４４ｃは上段通路４４と総称される。また、冷却液通路３０において、複数の冷媒通路４２および複数の上段通路４４以外の部分は下段通路４６と定義される。下段通路４６は、複数の冷媒通路４２および複数の上段通路４４の下側の部分に相当する。ここで、上段通路４４を第１冷却液通路と呼ぶ場合、下段通路４６は第２冷却液通路と呼ばれる。なお、複数の上段通路４４と下段通路４６を別に定義したが、これらは連続した空間である。そのため、複数の上段通路４４と下段通路４６との間を冷却液は自由に移動可能である。ここで、冷却液槽２６の左右方向における冷媒通路４２の幅を「Ｗ」と示し、隣接した冷媒通路４２間の距離、つまり上段通路４４の幅を「Ｗ’」と示す場合、Ｗ’はＷよりも大きくされる。これは、冷却液による効果的な温度の面内ばらつき抑制効果を得るためである。

このような構造における冷媒、冷却液の流れを説明するために、図３（ａ）−（ｃ）を使用する。図３（ａ）−（ｃ）は、冷却液槽２６の内部構造を示す。図３（ａ）は、冷媒通路４２の内部構造の上面図を示し、図３（ｂ）は、冷却液通路３０の下段通路４６の内部構造の上面図を示し、図３（ｃ）は、冷却液槽２６の内部構造の上面図を示す。図３（ａ）において、前述の４つの冷媒通路４２が前後方向に延びる。また、第１冷媒通路４２ａと第２冷媒通路４２ｂの前側端に接続された第１冷媒ヘッダ４０ａが左右方向に延びる。４つの冷媒通路４２の後側端に接続された第２冷媒ヘッダ４０ｂが左右方向に延びる。第３冷媒通路４２ｃと第４冷媒通路４２ｄの前側端に接続された第３冷媒ヘッダ４０ｃが左右方向に延びる。第１冷媒ヘッダ４０ａから第３冷媒ヘッダ４０ｃは冷媒ヘッダ４０と総称される。第１冷媒ヘッダ４０ａは図１（ａ）の第１冷媒パイプ２４ａに接続され、第３冷媒ヘッダ４０ｃは図１（ａ）の第２冷媒パイプ２４ｂに接続される。

前述のごとく、冷却液槽２６には、第１冷媒パイプ２４ａから冷媒が流入される。冷媒は第１冷媒ヘッダ４０ａに流れ込む。また、冷媒は、第１冷媒ヘッダ４０ａから第１冷媒通路４２ａと第２冷媒通路４２ｂに分岐されて、第１冷媒通路４２ａと第２冷媒通路４２ｂを流れてから、第２冷媒ヘッダ４０ｂにおいて合流する。第２冷媒ヘッダ４０ｂにおける冷媒は、第３冷媒通路４２ｃと第４冷媒通路４２ｄに分岐されて、第３冷媒通路４２ｃと第４冷媒通路４２ｄを流れてから、第３冷媒ヘッダ４０ｃにおいて合流する。さらに、冷媒は、第３冷媒ヘッダ４０ｃを流れて第２冷媒パイプ２４ｂから流出する。

このような冷媒通路４２内では、冷媒の飽和温度の気液二相領域と、冷媒が気化した過熱蒸気領域との間に温度差が生じるほか、各冷媒通路４２の冷媒流量、特に液冷媒（液体状態の冷媒）の流量のばらつきによる温度差も発生する。例えば、冷媒の流入直後の第１冷媒通路４２ａにおけるポイントＰ３は気液二相領域となり、冷媒の流出直前の第４冷媒通路４２ｄにおけるポイントＰ１は過熱蒸気領域になる。こうした冷媒の状態の違いにより、ポイントＰ３とポイントＰ１との間に温度差が生じる可能性がある。また、冷媒流速が比較的速い場合には、その通路に流れる液冷媒が多くなる可能性があるため、例えば、第４冷媒通路４２ｄにおけるポイントＰ６の液冷媒の流量は、第３冷媒通路４２ｃにおけるポイントＰ５の液冷媒の流量よりも多くなる。こうした液冷媒の流量の違いにより、第４冷媒通路４２ｄにおいてポイントＰ１に至る冷媒と、第３冷媒通路４２ｃにおいてポイントＰ２に至る冷媒との間に温度差が生じる可能性がある。

図３（ｂ）における冷却液通路３０には、冷却液槽２６の底面から天板２８に至る仕切り板３６が立設される。仕切り板３６は、冷却液槽２６の右側の側壁から複数の冷媒通路４２を横切って左側に向かって、冷却液槽２６の左側の側壁に未到達の位置まで延びる。仕切り板３６は、図３（ｂ）に示すように、下段通路４６を仕切るとともに、上段通路４４も同様に仕切っている。すなわち、仕切り板３６によって、上段通路４４、下段通路４６の内部が仕切られる。なお、複数の冷媒通路４２（特に第２冷媒通路４２ｂから第４冷媒通路４２ｄ）は仕切り板３６を貫通するように設けられる。

このように、冷却液通路３０（上段通路４４、下段通路４６）の内部は、仕切り板３６によって第１冷却液パイプ２２ａ側の空間と第２冷却液パイプ２２ｂ側の空間に仕切られる。なお、これらの空間は、冷却液槽２６の左側においてつながる。そのため、冷却液通路３０の内部では、仕切り板３６によって仕切られた流路が形成される。冷却液は、第１冷却液パイプ２２ａから左側に流れてから、後側に流れた後、右側に流れることによって第２冷却液パイプ２２ｂに至る。第２冷却液パイプ２２ｂは、冷却液槽２６において、第１冷却液パイプ２２ａとは流路の反対側に設けられている。冷却液は第１冷却液パイプ２２ａから上段通路４４、下段通路４６内に流入され、前述の流路を流れて、第２冷却液パイプ２２ｂから上段通路４４、下段通路４６外に流出される。このように冷却液は主として冷却液槽２６の左右方向に流れる。

図３（ｃ）は、図３（ａ）と図３（ｂ）とを組み合わせた場合に相当する。また、図４は、冷却液槽２６の内部構造を示す図３（ｃ）のＣ−Ｃ’線の断面図である。図示のごとく、冷却液通路３０には、冷媒通路４２と直交方向に冷却液が流される。そのため、冷却液により冷媒通路４２の温度のばらつきが抑制され、さらに冷却液のＵターンにより冷媒通路４２の入口側と出口側の温度差が抑制される。ここで、冷却面３４ａにおける冷媒通路４２の部分の伝熱量が大きくなり、冷却面３４ａにおける上段通路４４の部分の伝熱量が小さくなる。以下では、このような伝熱量の違いを小さくするための構造を図５（ａ）−（ｂ）を使用しながら説明する。

図５（ａ）−（ｂ）は、冷却液槽２６の別の内部構造を示す。図５（ａ）は、図３（ｃ）と同様に示される。なお、図５（ａ）における冷媒の流れも図３（ｃ）と同様であるので、ここでは図示を省略する。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＤ−Ｄ’線の断面図である。冷却液槽２６の内底面３４ｂには複数の突起部４８が設けられる。具体的には、冷却液通路３０、特に下段通路４６の内部における内底面３４ｂのうち、複数の冷媒通路４２に非対向の部分、つまり複数の上段通路４４に対向した部分には、前後方向に延びる第１突起部４８ａから第７突起部４８ｇが設けられる。第１突起部４８ａから第７突起部４８ｇは、突起部４８と総称され、上側に向いて突出したリブである。突起部４８によって冷却液の流れが上側に変えられることによって、上段通路４４内での冷却液の流れが増加する。その結果、上段通路４４における冷却効果が向上し、複数の冷媒通路４２における温度のばらつきが抑制される。さらに、温度のばらつきが抑制されることによって、冷却液による熱拡散と電池モジュール１０との熱交換が促進される。ここで、冷却面３４ａにおける冷媒通路４２の部分の伝熱量が大きくなり、冷却面３４ａにおける上段通路４４の部分の伝熱量が中程度になる。なお、突起部４８の数を「７」とされているが、それに限定されない。

図６（ａ）−（ｃ）は、冷却液槽２６のさらに別の内部構造を示す。これまでは、冷媒の流れの方向と冷却液の流れの方向とが垂直であるが、ここでは、それらが逆行している場合に相当する。図６（ａ）−（ｃ）は、図３（ａ）−（ｃ）と同様に示される。なお、冷却液パイプ２２および冷媒パイプ２４の設置位置はそれぞれ変更される。図６（ａ）において、４つの冷媒通路４２が前後方向に延びる。また、４つの冷媒通路４２の後側端に接続された第１冷媒ヘッダ４０ａが左右方向に延びる。４つの冷媒通路４２の前側端に接続された第２冷媒ヘッダ４０ｂが左右方向に延びる。第１冷媒ヘッダ４０ａには第１冷媒パイプ２４ａが接続され、第２冷媒ヘッダ４０ｂには第２冷媒パイプ２４ｂが接続される。冷媒は第１冷媒パイプ２４ａを通って第１冷媒ヘッダ４０ａに流入する。また、冷媒は、第１冷媒ヘッダ４０ａから第１冷媒通路４２ａ〜第４冷媒通路４２ｄに分岐されて、第１冷媒通路４２ａ〜第４冷媒通路４２ｄを流れてから、第２冷媒ヘッダ４０ｂにおいて合流する。さらに、冷媒は、第２冷媒ヘッダ４０ｂから第２冷媒パイプ２４ｂを通って流出する。このような冷媒通路４２内では、これまでと同様に、冷媒の飽和温度の気液二相領域と、冷媒が気化した過熱蒸気領域との間に温度差が生じるほか、各冷媒通路４２の冷媒流量、特に液冷媒（液体状態の冷媒）の流量のばらつきによる温度差も発生する。

図６（ｂ）に示すように、冷却液通路３０の内部では、第１冷却液パイプ２２ａから冷却液が流入して後側に流れた後、第２冷却液パイプ２２ｂから流出する流路が形成される。冷却液は第１冷却液パイプ２２ａから上段通路４４、下段通路４６内に流入され、前述の流路を流れて、第２冷媒パイプ２４ｂから上段通路４４、下段通路４６外に流出される。このように冷却液は前後方向に流れる。

図６（ｃ）は、図６（ａ）と図６（ｂ）とを組み合わせた場合に相当する。図示のごとく、冷媒通路４２に沿って冷媒とは逆方向に冷却液が流される。そのため、冷却液により冷媒通路４２の温度のばらつきが抑制され、さらに冷却液ポンプ（ＷＰ：Ｗａｔｅｒ Ｐｏｍｐ）による冷却液の混合により複数の冷媒通路４２間の温度差が抑制される。なお、図６（ａ）−（ｃ）の場合において、図５（ａ）−（ｂ）と同様、冷却液通路３０、特に下段通路４６の内部における内底面３４ｂのうち、複数の冷媒通路４２に対向した部分に、リブとして、左右方向に延びる１つ以上の突起部４８が設けられてもよい。このような突起部４８によって、上段通路４４にも冷却液が流れやすくなる。

図７は、電池温調システム１００の構成を示すブロック図である。本実施例の電池温調システム１００は、車載電池の温度制御を行う電池温調装置２０Ａに対して車両空調システム（特に冷媒回路）を共用するシステムである。電池温調システム１００は、電池温調装置２０Ａ、コンプレッサ６０、コンデンサ６２、第１膨張弁６４、ＨＶＡＣ（Ｈｅａｔｉｎｇ， Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ， ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）６６、第２膨張弁６８、ＷＰ７０、ヒーター７２を含む。なお、図１（ａ）の電池モジュール１０は省略される。電池温調システム１００では、図７におけるコンプレッサ６０、コンデンサ６２、第１膨張弁６４、ＨＶＡＣ６６、第２膨張弁６８が冷媒回路に含まれ、ＷＰ７０、ヒーター７２が冷却液回路に含まれる。なお、コンプレッサ６０、コンデンサ６２、ＨＶＡＣ６６、第２膨張弁６８は車両空調システムの冷媒回路を構成する。

冷媒回路では、電池温調装置２０Ａに冷媒を供給し、この冷媒の気化熱で電池温調装置２０Ａを冷却する。なお、電池温調装置２０Ａは、電池冷却時には、前述の冷却装置２０に相当する。また、冷媒回路は、ＨＶＡＣ６６に冷媒を供給し、この冷媒の気化熱で車室内に送風する空気を冷却する。冷媒回路において、コンプレッサ６０は、気化された冷媒を加圧し、コンデンサ６２に供給する。コンデンサ６２は、コンプレッサ６０で加圧された冷媒を冷却して液化させ、第１膨張弁６４または第２膨張弁６８に供給する。第１膨張弁６４に冷媒が供給される場合、第１膨張弁６４は、液化した冷媒を減圧して電池温調装置２０Ａに供給する。供給された冷媒は電池温調装置２０Ａ内で気化する。気化した冷媒は、第１膨張弁６４を介してコンプレッサ６０に供給される。第２膨張弁６８に冷媒が供給される場合、第２膨張弁６８は、液化した冷媒を減圧してＨＶＡＣ６６に供給する。供給された冷媒はＨＶＡＣ６６内で気化する。気化した冷媒は、第２膨張弁６８を介してコンプレッサ６０に供給される。ここで、第１膨張弁６４および第２膨張弁６８は、冷媒温度に応じて冷媒の流量を制御できる調整弁である温度式膨張弁である。

冷却液回路では、電池温調装置２０Ａに冷却液を供給し、電池冷却時には電池温調装置２０Ａ内の冷媒と電池モジュール１０との間で冷却液を介して熱交換を行い、電池加温時には電池温調装置２０Ａ内の加熱された冷却液と電池モジュール１０との間で熱交換を行う。冷却液回路において、ＷＰ７０は、冷却液回路内の冷却液を循環させる。ヒーター７２は、車載電池が低温時に充電するもしくは駆動モータに電力を供給する際に冷却液を加温する。

以下では、冷却装置２０における複数の電池モジュール１０の配置を説明する。ここでは、隣接した電池モジュール１０を密着して配置せずに、間隔をあけて配置する場合を想定する。前述のごとく、冷媒通路４２の部分の伝熱量は、冷却液の上段通路４４の部分の伝熱量よりも大きい。そのため、冷媒通路４２の部分と電池モジュール１０との天板２８を介した接触面積（冷却装置２０の上側から見て冷媒通路４２が電池モジュール１０と重畳する部分の面積）を大きくするほど冷却効率が向上する。これは、電池モジュール１０に接触しない冷媒通路４２の部分の面積（冷却装置２０の上側から見て冷媒通路４２が電池モジュール１０と重畳しない部分の面積）を小さくするほど冷却効率が向上することに相当する。

図８（ａ）−（ｃ）は、電池温調システム１００における電池モジュール１０の配置を示す上面図である。図８（ａ）は、電池モジュール１０を配置させていない場合の冷却装置２０を示す上面図である。ここで、冷却装置２０は左右方向よりも前後方向に長い矩形状を有する。また、前後方向に延びる複数の冷媒通路４２が左右方向に４つ離間しながら並べられる。

図８（ｂ）は、図８（ａ）の冷却装置２０の上に、電池モジュール１０を４つ配置させる場合を示す。ここでは、電池モジュール１０の長辺を前後方向に向けながら、短辺を左右方向に向ける。また、前後方向に２つの電池モジュール１０が並べられ、左右方向に２つの電池モジュール１０が並べられる。ここで、各冷媒通路４２が延びる方向は電池モジュール１０の長辺の方向にされる。このように並べた場合、電池モジュール１０に接触しない冷媒通路４２の部分である非接触部分５０が４カ所になる。

図８（ｃ）では、電池モジュール１０の長辺を左右方向に向けながら、短辺を前後方向に向け、前後方向に４つの電池モジュール１０が並べられる。ここで、各冷媒通路４２が延びる方向は電池モジュール１０の短辺の方向にされる。このように並べた場合、非接触部分５０が１２カ所になる。つまり、冷媒と電池モジュール１０の熱交換の伝熱面積を効率よく確保するために、各冷媒通路４２が延びる方向を電池モジュール１０の長辺の方向とすることが望ましい。

本実施例によれば、冷却液通路は、冷媒通路と、冷却装置の筐体の冷却面側に接するので、電池モジュールの熱を冷媒通路の低温部に伝熱するとともに、冷媒通路の高温部の熱を冷媒通路の低温部に伝熱して、電池冷却時における電池温度の面内ばらつきを抑制できる。また、上段通路の幅を冷媒通路の幅よりも大きくするので、上段通路に流される冷却液によって温度のばらつきを抑制できる。また、冷媒が流れる方向に直交するように冷却液を流すので、冷媒通路間の温度のばらつきを抑制できる。また、突起部によって冷却液の流れが変わるので、上段通路における冷却液の流量を増加できる。また、上段通路における冷却液の流量が増加するので、上段通路の伝熱量を増加できる。また、冷媒と冷却液の流れ方向を直交させるので、冷媒通路間の冷媒流量の偏りに起因する温度のばらつきを、冷媒通路を横断するように流れる冷却液により均一化できる。また、冷媒通路内における液冷媒の偏りや加熱蒸気に起因する温度のばらつきをＷＰにて冷却液の混合を促進することによって抑制できる。

また、冷媒が流れる方向に冷却液を流すので、冷媒通路内の温度のばらつきを抑制できる。また、突起部によって冷却液の流れが変わるので、冷媒が流れる方向以外にも冷却液を流すことができる。また、冷媒が流れる方向以外にも冷却液が流れるので、冷媒通路間の温度のばらつきを抑制できる。また、冷媒と冷却液を同一方向の流れとするので、冷媒通路内における液冷媒の偏りや加熱蒸気に起因する温度のばらつきを、冷媒通路の周囲に流れる冷却液により均一化できる。また、冷媒通路間の冷媒流量の偏りに起因する温度のばらつきを、冷却液攪拌リブやＷＰにて冷却液の混合を促進することによって抑制できる。また、電池モジュールと冷却装置とを備えるので、電池モジュールを冷却する冷却装置において、電池冷却時における電池温度の面内ばらつきを抑制できる。

本開示の一態様の概要は、次の通りである。本開示のある態様の冷却装置は、車載電池を冷却する冷却装置であって、筐体と、筐体の内部に設けられ、冷却液を流す冷却液通路と、筐体の内部に設けられ、冷媒を流す冷媒通路であって、筐体の車載電池が搭載される第１面側において筐体と接合して設けられ、第１方向に延びる複数の冷媒通路とを備える。複数の冷媒通路は、第１方向とは異なった第２方向において、隣接した冷媒通路と離間して並べられ、冷却液通路は、隣接した冷媒通路の間において筐体と接合して設けられ、第１方向に延びる複数の第１冷却液通路を含む。

この態様によると、冷却液通路は、冷媒通路と、冷却装置の筐体の冷却面側に接するので、車載電池の熱を冷媒通路の低温部に伝熱するとともに、冷媒通路の高温部の熱を冷媒通路の低温部に伝熱して、電池冷却時における電池温度の面内ばらつきを抑制できる。

第２方向において、隣接した冷媒通路の間の距離は、冷媒通路の幅よりも大きい。この場合、隣接した冷媒通路間の距離を冷媒通路の幅よりも大きくするので、隣接した冷媒通路間に流される冷却液によって温度のばらつきを抑制できる。

冷却液通路は、筐体の第１面に対向する第２面側において筐体と接合して設けられ、第１冷却液通路との間で冷却液の移動が可能な第２冷却液通路を含んでもよい。第２冷却液通路は、第２方向に冷却液が流れる。この場合、冷媒が流れる方向に交わるように冷却液を流すので、冷媒通路間の温度のばらつきを抑制できる。

第２冷却液通路には、第２面側において筐体と接合し、第１冷却液通路に向かって突出する突起部が設けられてもよい。この場合、突起部によって冷却液の流れが変わるので、隣接した冷媒通路間における冷却液の流量を増加できる。

冷却液通路は、筐体の第１面に対向する第２面側において筐体と接合して設けられ、第１冷却液通路との間で冷却液の移動が可能な第２冷却液通路を含んでもよい。第２冷却液通路は、第１方向に冷却液が流れる。この場合、冷媒が流れる方向に冷却液を流すので、冷媒通路内の温度のばらつきを抑制できる。

第２冷却液通路には、第２面側において筐体と接合し、第１冷却液通路に向かって突出する突起部が設けられてもよい。この場合、突起部によって冷却液の流れが変わるので、冷媒通路間の温度のばらつきを抑制できる。

冷却装置と、冷却装置の第１面に設置される複数の車載電池と、を備えてもよい。この場合、車載電池を冷却する冷却装置において、電池冷却時における電池温度の面内ばらつきを抑制できる。

以上、本開示を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１０ 電池モジュール、 ２０ 冷却装置、 ２２ 冷却液パイプ、 ２４ 冷媒パイプ、 ２６ 冷却液槽、 ２８ 天板、 ３０ 冷却液通路、 ３４ａ 冷却面、 ３４ｂ 内底面、 ３６ 仕切り板、 ３８ 開口、 ４０ 冷媒ヘッダ、 ４２ 冷媒通路、 ４４ 上段通路、 ４６ 下段通路、 １００ 電池温調システム。

本開示によれば、車載電池を冷却する冷却装置において、電池冷却時における電池温度の面内ばらつきを抑制できる。

Claims (7)

1. 車載電池を冷却する冷却装置であって、
   筐体と、
   前記筐体の内部に設けられ、冷却液を流す冷却液通路と、
   前記筐体の内部に設けられ、冷媒を流す冷媒通路であって、前記筐体の前記車載電池が搭載される第１面側において前記筐体と接合して設けられ、第１方向に延びる複数の冷媒通路とを備え、
   前記複数の冷媒通路は、第１方向とは異なった第２方向において、隣接した冷媒通路と離間して並べられ、
   前記冷却液通路は、隣接した冷媒通路の間において前記筐体と接合して設けられ、前記第１方向に延びる複数の第１冷却液通路を含むことを特徴とする冷却装置。
2. 前記第２方向において、隣接した冷媒通路の間の距離は、前記冷媒通路の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記冷却液通路は、前記筐体の前記第１面に対向する第２面側において前記筐体と接合して設けられ、前記第１冷却液通路との間で冷却液の移動が可能な第２冷却液通路を含み、
   前記第２冷却液通路は、前記第２方向に冷却液が流れることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却装置。
4. 前記第２冷却液通路には、前記第２面側において前記筐体と接合し、前記第１冷却液通路に向かって突出する突起部が設けられることを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
5. 前記冷却液通路は、前記筐体の前記第１面に対向する第２面側において前記筐体と接合して設けられ、前記第１冷却液通路との間で冷却液の移動が可能な第２冷却液通路を含み、
   前記第２冷却液通路は、前記第１方向に冷却液が流れることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却装置。
6. 前記第２冷却液通路には、前記第２面側において前記筐体と接合し、前記第１冷却液通路に向かって突出する突起部が設けられることを特徴とする請求項５に記載の冷却装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の冷却装置と、
   前記冷却装置の前記第１面に設置される複数の車載電池と、
   を備えることを特徴とする電池温調システム。

Images