JP7024391B2 - 車両用電池の温調装置構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載された電池の温度を調整する車両用電池の温調装置構造に関する。

電気自動車やガソリン駆動機構と電動機とを備えたハイブリッド車等の電動車両には、走行用に電池が搭載されている。電池は、一般的に容器内に収納され、電池パックとして車体に固定されている。電池は、適切に使用できる温度の範囲があり、その範囲を超えると能力が大きく低下したり、故障の原因となることがある。そのため、電池を所定の温度範囲に保持するため電池パックに温度調整装置を設けることがある。

特開２０１１－１７５９１１号公報

電池パックは、十分な電池能力を確保した上で、小型で軽量であることが望まれている。そのため、電池パックに設けられる温度調整装置も、小型軽量化が望まれている。又、温度調整装置は、異なる形状の電池パックに柔軟に対応できることが、コストを低減させる点から好ましい。

本発明の目的は、小型軽量で、構成が簡易な、車両用電池の温度を調整する温調装置構造を提供することである。

本発明は、上記の課題を解決するために、車両用電池の温調装置構造を次のように構成した。車両用電池の温調装置構造は、車両用の電池に沿って延びる加温部、及び加温部を挟んだ両側に加温部と並行に延びる冷媒通路を有する冷却部を有する熱伝達部材を備えている。冷却部の一方の端部には、加温部の両側に配置される一方の冷媒通路に冷媒を流入させる流入口及び他方の冷媒通路から冷媒を流出させる流出口とが設けられている。又、冷却部の他方の端部には、加温部の両側に配置される一方の冷媒通路と他方の冷媒通路とを連通させる折返部が設けられている。熱伝達部材は、加温部が設けられる位置の厚みが冷却部が設けられる位置の厚みよりも厚く形成されている。

本発明によれば、熱伝達部材の構成が簡易となり、車両用電池の温調装置構造を小型軽量化できる。これにより電池パックを小型軽量化できる。熱伝達部材の長さを任意に設定することにより、電池パックの構造に適合した温度調整装置を容易に形成できる。

本発明にかかる一実施形態の車両用電池の温調装置構造を備えた電池パックを搭載する車両の斜視図。 本発明にかかる一実施形態の熱伝達プレートを備えた電池パックを示す平面図。 同電池パックを破断して示す断面図。 同熱伝達プレートを示す平面図。 同熱伝達プレートを破断して示す断面図。 同熱伝達プレートと電池モジュールとを示す斜視図。 温調装置構造の全体を示す構成図。

本発明にかかる一実施形態の車両用電池の温調装置構造について説明する。図１に、電池パック１２を備える車両１０を示す。車両１０は、電動機を備えた電動車両で、駆動用の電池パック１２が車体の下部に取り付けられている。

電池パック１２には、図２に示すように、８個の電池モジュール１６が電池パック容器１４の内部に２列に収納されている。電池モジュール１６は、図３に示すように５個の電池セル１８で構成され、図３に示すように、電池モジュール１６と底板部４０との間に所定の高さの空間を設けて、電池パック容器１４の底板部４０にボルト４２で固定されている。

又、電池パック容器１４の内部には、電池モジュール１６の他、電池セル１８の充放電を制御する充放電制御装置２０（図３参照）や温度調整装置２４（図７参照）の熱伝達プレート２８が設けられている。充放電制御装置２０は、電池セル１８の充放電を制御する装置で、電池モジュール１６の上に取り付けられている。

尚、電池パック１２は、車両１０の床下に取り付けるものに限るものではない。電池パック容器１４内における電池モジュール１６や電池セル１８の数、配列等はこれに限るものではない。電池パック１２、電池モジュール１６、電池セル１８のそれぞれを広く電池と呼ぶことがある。

図７に、温度調整装置２４の全体構成を示す。図７に示すように温度調整装置２４は、熱伝達プレート２８と、熱伝達プレート２８の内部に設けられた加熱装置３０と、熱伝達プレート２８に接続された冷却装置３２と、温度センサ３４と、温度制御装置３６とを備えている。

冷却装置３２は、コンプレッサ４４とコンデンサ４６とエバポレータ４８とを備え、冷媒を冷却して熱伝達プレート２８に送り出す。加熱装置３０は、例えば電熱機で、熱伝達プレート２８の中央に設けられ、通電により発熱する。温度センサ３４は、各電池モジュール１６に設けられたセンサであり、電池モジュール１６の温度を計測してその計測結果を温度制御装置３６に送り出す。

温度制御装置３６は、例えば温度センサ３４から送られてきた計測結果と記憶されている閾値とを比較し、電池モジュール１６の温度が下限の閾値より低いと判断すると加熱装置３０を作動させ、電池モジュール１６の温度が上限の閾値より高いと判断すると冷却装置３２を作動させる。熱伝達プレート２８は、図６に示すように、電池モジュール１６と電池パック容器１４の底板部４０との間に形成された間隙の間に設けられている。

次に、熱伝達プレート２８について詳しく説明する。熱伝達プレート２８は、熱伝達部材としての本体部５０と折返部５２と入出口部５４とを備え、電池モジュール１６の下面に密接した状態で設けられている。

本体部５０は、平板状で、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等の軽量で熱伝導性に優れた材質で形成されている。本体部５０は、例えば押し出し成形で形成されている。本体部５０の中央には、加温部５６が設けられ、加温部５６の左右両側に冷却部５８が設けられている。

加温部５６は、本体部５０のほぼ全長にわたって設けられ、内部に加熱装置３０が組み込まれている。加熱装置３０には、温度制御装置３６の操作により電力が供給される。加熱装置３０に電力が供給されると、加熱装置３０が発熱し、加温部５６の温度が上昇する。

冷却部５８は、加温部５６の左右両側に一体に、かつ平板状に設けられている。冷却部５８の内部には、図５に示すように冷媒を通す冷媒通路６０が複数本、互いに、かつ加温部５６に対して並行に設けられている。冷媒通路６０は、本体部５０を貫通し、本体部５０の両端でそれぞれ開口している。冷媒通路６０の本数や大きさ、形状等は特に問わない。加温部５６と冷却部５８とを比較すると、加温部５６の方が厚みを厚く形成してある。

折返部５２は、内部に連通路６２を備え、図４に示すように本体部５０の一方の端部に取り付けられている。折返部５２を本体部５０の端部に取り付けると、本体部５０に設けられている左右の冷媒通路６０どうしが連通路６２により連通される。

入出口部５４は、流入口６６と流出口６８とを有し、折返部５２が取り付けられている側と逆側の本体部５０の端部に取り付けられている。入出口部５４を本体部５０の端部に取り付けると、本体部５０の一方に設けられた冷媒通路６０の開口端に流入口６６を形成させ、他方に設けられた冷媒通路６０の開口端に流出口６８を形成させる。

尚、入出口部５４の流入口６６と流出口６８は固定的なものではなく、逆に用いることもできる。入出口部５４の流入口６６及び流出口６８には、冷却装置３２の冷媒配管７０がそれぞれ連結される。冷却装置３２から送り出された低温のガス冷媒が入出口部５４を通って冷媒通路６０を通過すると、冷却部５８の温度が低下する。

折返部５２と入出口部５４には、取付片７２が設けられている。取付片７２は、図５に示すように底板部４０に設けられたボルト７３に、適度な弾性及び断熱性を有するブッシュ７６を介して取り付けられている。

又、図５に示すように熱伝達プレート２８の下部には、例えばセラミックからなる断熱部材７４と弾性部材７８が設けられている。断熱部材７４は、熱伝達プレート２８の下面全体を覆うように設けられている。弾性部材７８は、各電池モジュール１６の配列方向に沿って、図２に示すように間隔をあけて複数設けられている。弾性部材７８は、底板部４０と断熱部材７４の間で適度に押圧されており、その復元力で熱伝達プレート２８を電池モジュール１６の下面に押し付けている。尚、熱伝達プレート２８は、熱伝達プレート２８の下面に断熱部材７４が設けられず、弾性部材７８で直接支持されていてもよい。又、熱伝達プレート２８の下面に弾性部材７８が設けられていなくともよい。

更に熱伝達プレート２８は、図５に示すように、加温部５６が冷却部５８より厚く形成され、一部が冷却部５８より下方に突出している。これにより、熱伝達プレート２８は、冷却部５８を横の棒とし、加温部５６を縦の棒として断面がＴ字状に見えるように形成されている。

次に、熱伝達プレート２８及び温度制御装置３６の作用効果について説明する。車両１０には、図１に示すように温度制御装置３６を備えた電池パック１２が固定されている。電池パック１２には、図２、図３に示すように複数の電池モジュール１６が電池パック容器１４の内部に収納されている。電池パック容器１４の内部に収納された電池モジュール１６の下面には、図６に示すように温度制御装置３６の熱伝達プレート２８が取り付けられている。

熱伝達プレート２８は、図４に示すように両端に取付片７２を備え、
図５に示すようにブッシュ７６を介して電池パック容器１４の底板部４０に取付片７２を取り付けて、電池パック容器１４に固定されている。取付片７２は、ボルト７３によりブッシュ７６を介して底板部４０に取り付けられるので、熱伝達プレート２８は縦方向（底板部４０に対して垂直な方向）に若干の移動が許容された状態で取り付けられている。

熱伝達プレート２８の下部には、断熱部材７４が取り付けられている。更に断熱部材７４と底板部４０との間には、圧縮された状態で弾性部材７８が配置されている。これにより、熱伝達プレート２８は、弾性部材７８の復元力により電池モジュール１６の下面に密着した状態で電池パック容器１４に取り付けられている。

熱伝達プレート２８の流入口６６及び流出口６８には、図７に示すように冷却装置３２の冷媒配管７０がそれぞれ接続されている。又、加温部５６の加熱装置３０には、温度制御装置３６が接続されている。

熱伝達プレート２８は、全体が薄板状であるので、電池パック容器１４の底板部４０と電池モジュール１６の間に容易に配置できる。熱伝達プレート２８は、電池モジュール１６の下面に密着しているので、熱が良好に伝達される。

温度制御装置３６は、例えば電池モジュール１６の温度が上限の閾値より高くなっていると判断すると、冷却装置３２に作動信号を送り作動させる。すると、冷却装置３２は、低温の冷媒を熱伝達プレート２８の流入口６６から一方の冷却部５８の冷媒通路６０に流入させる。一方の冷媒通路６０に流入された冷媒は、冷媒通路６０を通過すると折返部５２に流入し、流通方向を反転させて他方の冷却部５８の冷媒通路６０に流入する。そして、その冷媒通路６０を通過すると流出口６８から流出し、冷却装置３２の冷媒配管７０内に流入し、コンプレッサ４４に戻る。

冷媒通路６０を低温の冷媒が流通することで、電池モジュール１６の下面が冷却され、電池モジュール１６の温度が低下する。温度制御装置３６は、電池モジュール１６の温度が低下し、上限の閾値を下回ったら、冷却装置３２の作動を停止させる。

又、寒冷期等で電池モジュール１６の温度が下限の閾値を下回っていると温度制御装置３６が判断したときは、温度制御装置３６は加熱装置３０に通電を行う。加熱装置３０へ通電を行うことで発熱し、加温部５６の温度が上昇する。すると、熱伝達プレート２８から電池モジュール１６に温熱が伝達され、電池モジュール１６の温度が上昇する。加温部５６の温熱は、加温部５６から直接電池モジュール１６に伝達される他、加温部５６から冷却部５８に伝わり、冷却部５８を通って、熱伝達プレート２８の幅方向に広がり、広く電池モジュール１６に伝達される。

加温部５６の作用により電池モジュール１６の温度が下限の閾値を上回ったと温度制御装置３６が判断したなら、温度制御装置３６は加熱装置３０の作動を停止させる。このように、熱伝達プレート２８によれば、電池モジュール１６の温度を容易、かつ確実に調整できる。

熱伝達プレート２８は、折返部５２により、加温部５６を挟んだ両側に往復する冷媒通路６０が形成され、本体部５０の同一の端部に流入口６６と流出口６８が設けられる。これに対して、仮に、流入口と流出口とが熱伝達プレートのそれぞれの端部に個別に設けられているものでは、流出口から流出された冷媒を流入口側に戻す通路を熱伝達プレートの外側に配設することが必要となり構成が複雑となる。これに比べて、本発明の温調装置構造は、別途冷媒を戻すための通路を熱伝達プレート２８の外側に配設する必要がなく、温調装置を簡素化しつつ、電池を確実に冷却することができる。

熱伝達プレート２８は、厚みを厚くした部分に加温部５６を設けたことで、加温部５６を下方に延ばし、延ばしたことにより加温部５６を大きくできる。このように大きな加温部５６を熱伝達プレート２８に設けることで、熱伝達プレート２８内部に複数の加温部を設けることなく、電池モジュール１６に温熱を十分に伝達させることができ、複雑な構成を必要としない。

更に、熱伝達プレート２８は、加温部５６を中央に設けて、その両側に冷却部５８をほぼ均一に延ばした構成とすることで、複数の加温部５６を設けなくても、加温部５６の温熱が冷却部５８を通して確実に熱伝達プレート２８の全体に伝えられる。

熱伝達プレート２８の本体部５０は、厚みの厚い加温部５６を中央に設けることで、断面がＴ字状に形成され、剛性が高く、高い耐久性が実現される。又、熱伝達プレート２８の剛性が高いので、熱伝達プレート２８の両端に設けられた取付片７２で熱伝達プレート２８を支持でき、支持部を介して熱が電池パック容器１４等に放散するのを抑制できる。

熱伝達プレート２８は、弾性部材７８で常に上方に付勢されているので、電池モジュール１６の下面に常に密着し、高い伝熱効率が維持される。走行中に万一電池パック容器１４が振動や衝撃を受けても弾性部材７８がそれを吸収することで、電池モジュール１６が受ける衝撃が緩和される。又、電池モジュール１６の温度変動で電池モジュール１６や電池パック容器１４等に膨張や収縮が生じても、それに追従して熱伝達プレート２８は電池モジュール１６への密着を維持させることができる。本体部５０の下部に断熱部材７４が設けられているので、熱伝達プレート２８の下方への熱の放散や下方からの熱の吸収等を防止できる。

更に、本体部５０を例えば押し出し成形で長尺に形成すると、長尺材を任意の長さで切断したり、規定の長さのものを適宜切断して、その端部に折返部５２及び入出口部５４を取り付けたりすることで、任意の長さの熱伝達プレート２８を製造できる。又、電池パック１２の形状に変更があったときなどには、長さの異なる熱伝達プレート２８を容易に製造し、電池パック容器１４等の変化に柔軟に対応し、低コスト化が実現できる。

入出口部５４に接続される配管を変更することで、複数の熱伝達プレート２８を適宜並行に連結でき、電池パック１２に設けられた電池モジュール１６の列に簡易に対応させることができる。

熱伝達プレート２８は、加温部５６を下方に延ばしたことにより、加温の能力を低下させることなく、熱伝達プレート２８の横幅を狭くするとともに、剛性を高くできる。したがって電池パック１２を薄形化し、かつ軽量化させることができる。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。

本発明は、車両に搭載された走行用の電池パックに利用できる。

１０…車両、１２…電池パック、１４…電池パック容器、１６…電池モジュール、１８…電池セル、２０…充放電制御装置、２４…温度調整装置、２８…熱伝達プレート、３０…加熱装置、３２…冷却装置、３４…温度センサ、３６…温度制御装置、４０…底板部、４２…ボルト、４４…コンプレッサ、４６…コンデンサ、４８…エバポレータ、５０…本体部、５２…折返部、５４…入出口部、５６…加温部、５８…冷却部、６０…冷媒通路、６２…連通路、６６…流入口、６８…流出口、７０…冷媒配管、７２…取付片、７３…ボルト、７４…断熱部材、７６…ブッシュ、７８…弾性部材。

Claims (3)

1. 車両用の電池に沿って延びる加温部と、前記加温部を挟んだ両側に前記加温部と並行に延びる冷媒通路を含む冷却部と、を有する熱伝達部材を備え、
   前記冷却部の一方の端部は、前記加温部の両側に配置される一方の前記冷媒通路に冷媒を流入させる流入口と他方の前記冷媒通路から前記冷媒を流出させる流出口とが設けられ、
   前記冷却部の他方の端部は、前記加温部の両側に配置される一方の前記冷媒通路と他方の前記冷媒通路とを連通させる折返部が設けられ、
   前記熱伝達部材は、前記加温部が設けられる位置の厚みが前記冷却部が設けられる位置の厚みよりも厚く形成されていることを特徴とする車両用電池の温調装置構造。
2. 前記熱伝達部材は、前記電池に接する面とは逆側の面に断熱部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用電池の温調装置構造。
3. 前記電池は容器内部に収納され、前記熱伝達部材と前記容器との間に弾性部材を備え、
   前記弾性部材により前記熱伝達部材は前記電池に押し付けられる方向に付勢されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用電池の温調装置構造。

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