JP7348145B2 - バッテリー熱交換構造 - Google Patents

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Description

本発明は、電気自動車等のバッテリーに対して熱交換を行うバッテリー熱交換構造に関する。
従来、自動車のバッテリーに対して熱交換を行うものとして、バッテリーの熱を取り出すための冷媒回路を設け、冷媒を介して熱を移送し、移送した熱を空調装置に供給するものが知られている（特許文献１、２参照）。
特開２０１１－２３０６４８号公報 特開２０１５－１８２４８７号公報
ところで、特許文献１、２のように熱の有効利用を図る等の目的でバッテリーの熱を取り出して効率的に回収するためには、熱交換効率の高い熱交換構造をバッテリーに設置することが必要となる。
また、バッテリーは、寒冷時期や寒冷地による外部環境の低温時には、出力電圧の低下や放電容量の低下が生じて一時的にバッテリー性能が低下するという問題を生じ、他方でバッテリーは高温状態が持続すると格段にバッテリーの恒久的な性能が劣化してバッテリーの寿命が短くなるという別の問題を生ずるため、バッテリーの温度を適温範囲に制御可能にする構造も求められている。
本発明は上記課題に鑑み提案するものであって、熱交換パネルと電池セルとの間の熱交換効率を高めることができると共に、バッテリーの温度を適温範囲に制御することができるバッテリー熱交換構造を提供することを目的とする。
本発明のバッテリー熱交換構造は、電池セルの側面に熱交換パネルの熱交換面を沿わせるようにして前記電池セルと前記熱交換パネルが密接して並置され、前記熱交換パネル内に、前記熱交換面に沿って冷媒を環流する流路を画定する流路壁が設けられ、前記流路壁で囲まれる収容空間に冷媒供給時の冷媒の温度よりも低い温度で相変化する潜熱蓄熱材が充填されていることを特徴とする。
これによれば、所要の電池セルの側面に熱交換パネルの熱交換面を沿わせるようにして密接させることにより、熱交換パネル内の潜熱蓄熱材と電池セルとの間と、熱交換パネルを環流する冷媒と電池セルとの間で、高い熱交換効率で熱交換を行うことができる。更に、低温時には、潜熱蓄熱材の相変化による放熱との熱交換により、電池セルの過剰な温度低下を抑制することができ、出力電圧の低下や放電容量の低下が生じて一時的にバッテリー性能が低下することを防止できる。また、高温時には、熱交換パネルを環流する冷媒との熱交換により、電池セルの過剰な温度上昇を抑制することができ、バッテリー性能の恒久的な劣化、寿命の短命化を防止することができる。即ち、バッテリーの温度を適温範囲に制御することができる。
本発明のバッテリー熱交換構造は、前記流路の分岐流路が３経路以上で形成され、前記分岐流路のそれぞれが前記熱交換面に沿って冷媒を環流するように設けられ、少なくとも、前記分岐流路相互の間毎に、前記潜熱蓄熱材が充填された前記収容空間が設けられていることを特徴とする。
これによれば、熱交換パネルの熱交換面に対し、例えば熱伝導率が冷媒より低い潜熱蓄熱材等の潜熱蓄熱材の配置に対応する領域をより平準化して分布させることができると共に、冷媒の環流に対応する領域をより平準化して分布させることができ、低温時に過剰な温度低下を抑制する熱交換と、高温時に過剰な温度上昇を抑制する熱交換の双方をより確実に行うことができる。従って、バッテリーの温度を適温範囲により確実に制御することができる。また、潜熱蓄熱材がより平準化した分布で広範囲に或いは複数領域に配置されることになるから、例えば熱伝導率に劣る潜熱蓄熱材を用いた場合にも、潜熱蓄熱材の能力を最大限発揮させることができる。
本発明のバッテリー熱交換構造は、前記熱交換パネルと前記電池セルが並置される方向に圧縮されるように弾性的に付勢されて設けられていることを特徴とする。
これによれば、熱交換パネルと電池セルを並置方向に圧縮して押し当てるように弾性的に付勢することにより、熱交換パネル内の潜熱蓄熱材と電池セルとの間の熱交換効率と、熱交換パネルを環流する冷媒と電池セルとの間の熱交換効率を一層高めることができると共に、これらの熱交換の安定性を高めることができる。また、熱交換パネルと電池セルを並置方向に弾性的に付勢することにより、バッテリーの熱膨張や温度低下時の収縮に追随して、熱交換パネルと電池セルを並置方向に押し当てる状態を確保することができる。また、熱交換パネルと電池セルの並置方向における弾性的な付勢でバッテリーの熱膨張時の膨張量を吸収し、熱交換構造の内圧上昇による破損を防止し、安全性を向上することができる。
本発明のバッテリー熱交換構造は、前記電池セルと前記熱交換パネルで構成されるバッテリー体と、前記バッテリー体を支持する支持部が断熱容器に収容されていることを特徴とする。
これによれば、バッテリー体を断熱容器に収容することにより、バッテリーに対する外部環境の温度の影響を低減し、外部環境が低温時に対応可能な低温の温度レベルと外部環境が高温時に対応可能な高温の温度レベルの範囲を拡張することができ、バッテリーの温度を適温範囲に制御可能な温度範囲を拡張することができる。また、バッテリー体に非常に高温時に出力規制する保護回路が搭載されている場合には、夏場の非常な高温時等に意図しない保護回路の作動を防止することができる。
本発明のバッテリー熱交換構造は、前記電池セルの温度を検出する温度センサーを前記電池セルに近接して設け、前記温度センサーの検出温度に応じて冷媒制御部が所要温度の冷媒を供給することを特徴とする。
これによれば、温度センサーの検出温度に応じて必要時に必要な温度の冷媒を環流させ、バッテリーの温度を低下させて適温範囲に自動的に制御することができる。
本発明のバッテリー熱交換構造によれば、熱交換パネルと電池セルとの間の熱交換効率を高めることができると共に、バッテリーの温度を適温範囲に制御することができる。
本発明による実施形態のバッテリー断熱構造の平面図。 図１のＡ－Ａ拡大断面図。 図２のＢ－Ｂ部分の拡大図。 図３のＣ部の拡大図。 実施形態のバッテリー熱交換構造における熱交換パネルの縦断説明図。 実施形態のバッテリー熱交換構造と冷媒の制御構成を示すブロック図。
〔実施形態のバッテリー熱交換構造〕
本発明による実施形態のバッテリー熱交換構造は、図１～図４に示すように、断熱容器本体２と断熱蓋体３で構成される二重壁の断熱容器１と、断熱容器１に収容されるバッテリー体４を備える。バッテリー体４では、後述するように、電池セル４１と熱交換パネル４２内の潜熱蓄熱材４２７との間、及び電池セル４１と熱交換パネル４２に流れる冷媒Ｆとの間で熱交換が行なわれる。
断熱容器本体２は、上面開放で略矩形箱型で形成され、上面開放で略矩形箱型の内壁２１と上面開放で略矩形箱型の外壁２２の二重壁になっている。内壁２１の底部２１１と外壁２２の底部２２１、内壁２１の周側部２１２と外壁２２の周側部２２２はそれぞれ離間して配置され、内壁２１と外壁２２との間に断熱空間Ｓ１が設けられている。断熱空間Ｓ１は真空引きされた減圧空間とする好適であるが、空気層とすることも可能であり、又、本実施形態の断熱空間Ｓ１は空洞にしているが、断熱空間Ｓ１内に固体状の断熱材を充填して設けることも可能である。
内壁２１の周側部２１２の上端には外方に突出する平面状のフランジ２１３が形成され、外壁２２の周側部２２の上端には外方に突出する平面状のフランジ２２３が形成されている。そして、フランジ２１３をフランジ２２３上に載置するように重ねて、内壁２１と外壁２２の端部が封止されるようにして、重ねた箇所で溶接等で固着することにより、容器側平面フランジ２３が形成されている。
断熱蓋体３は、略平板状で形成され、中央が周縁より凹んだ薄皿形状の内蓋３１と、平板状の外蓋３２の二重壁になっている。内蓋３１は、基板３１１と、基板３１１の周囲で起立する起立部３１２と、起立部３１２の上端から外方に突出するフランジ３１３を有する。そして、内蓋３１の基板３１１と外蓋３２が離間して配置され、内蓋３１の基板３１１と外蓋３２との間、換言すれば内蓋３１と外蓋３２との間に断熱空間Ｓ２が設けられている。断熱空間Ｓ２も真空引きされた減圧空間とする好適であるが、空気層とすることも可能であり、又、本実施形態の断熱空間Ｓ２は空洞にしているが、断熱空間Ｓ２内に固体状の断熱材を充填して設けることも可能である。
外蓋３２は、内蓋３１のフランジ３１３上に載置するように重ねて設けられている。そして、内蓋３１と外蓋３２の端部が封止されるようにして、外蓋３２を内蓋３１のフランジ３１３に重ねた箇所で溶接等で固着することにより、蓋側平面フランジ３３が形成されている。
断熱容器１は、断熱容器本体２の断熱空間Ｓ１の上端位置の平面面積よりも平面面積が大きい容器側平面フランジ２３の上面に、断熱蓋体３の容器側平面フランジ２３以上の平面面積を有する蓋側平面フランジ３３の下面を載置して重ね、断熱蓋体３を断熱容器本体２に係合するようにして閉塞される。断熱空間Ｓ１の上端位置の平面面積よりも平面接触面積が大きい状態で重ねられた容器側平面フランジ２３と蓋側平面フランジ３３は、図示省略するボルトとナット等の固定部材で着脱可能に固着される。
このように断熱容器本体２と断熱蓋体３の接触箇所における相互接触面積を大きくして断熱容器１を閉塞することで、断熱容器本体２と断熱蓋体３の接触箇所における気密性、封止性、断熱性が高められている。尚、容器側平面フランジ２３と蓋側平面フランジ３３との間にシール材を設け、容器側平面フランジ２３にシール材を介して蓋側平面フランジ３３を載置するようにしても良好である。
また、断熱蓋体３の内蓋３１の基板３１１と起立部３１２の外周寸法は、断熱容器本体２の内壁２１の上端位置の内周寸法よりも僅かに小さく形成されており、断熱容器１の閉塞状態では、断熱蓋体３の内蓋３１の基板３１１と起立部３１２が断熱容器本体２の内壁２１の内側に嵌合或いは遊嵌されて、断熱蓋体３が断熱容器本体２に係合される。
本実施形態におけるバッテリー体４は、所定間隔を開けて並べて設けられる複数の電池セル４１と、各電池セル４１の並置方向の両側に設けられる熱交換パネル４２を有し、電池セル４１と熱交換パネル４２が密接して交互に積層された積層構造体になっている。そして、バッテリー体４では、電池セル４１の側面４１１に熱交換パネル４２の熱交換面４２１を沿わせるようにして電池セル４１と熱交換パネル４２が密接して交互に並置されている。
バッテリー体４の電池セル４１と熱交換パネル４２が並置される方向の両端に位置する熱交換パネル４２・４２のそれぞれの外側には挟持板５１、５２が設けられている。換言すれば、電池セル４１と熱交換パネル４２の並置方向の一方の端に設けられる一方の挟持板５１と他方の端に設けられる他方の挟持板５２との間で、電池セル４１と熱交換パネル４２は密接して交互に並置されている。電池セル４１と熱交換パネル４２は挟持板５１、５２で挟持されるようにして断熱容器１内に設置されている。
電池セル４１と熱交換パネル４２の並置方向における一方の挟持板５１の外側には、略Ｌ字形の支持ステー６１の側部が隣接して配置されており、支持ステー６１の下部は断熱容器本体２の内壁２１の底部２１１に固着された断面視略Ｕ字形の断熱ゴム等の断熱材６２に係合され、ボルト６３のボルト締めで断熱材６２に固定されている。即ち、挟持板５１、５２で挟持されるバッテリー体４は、断熱容器本体２の内壁２１に固着された断熱材６２を介して設置される。支持ステー６１、断熱材６２、ボルト６３は、断熱容器１の平面視における電池セル４１と熱交換パネル４２の並置方向と直交する方向において、一方の挟持板５１の両端近傍にそれぞれ配設されている。
電池セル４１と熱交換パネル４２の並置方向における他方の挟持板５２の外側には、略Ｌ字形の支持ステー７１の側部が挟持板５２と間隔を開けて配置されており、支持ステー７１の下部も断熱容器本体２の内壁２１の底部２１１に固着された断面視略Ｕ字形の断熱ゴム等の断熱材７２に係合され、ボルト７３のボルト締めで断熱材７２に固定されている。即ち、挟持板５１、５２で挟持されるバッテリー体４は、断熱容器本体２の内壁２１に固着された断熱材７２を介して設置される。支持ステー７１、断熱材７２、ボルト７３は、断熱容器１の平面視における電池セル４１と熱交換パネル４２の並置方向と直交する方向において、他方の挟持板５２の両端に対応する位置にそれぞれ配設されている。
更に、支持ステー６１、挟持板５１、挟持板５２、支持ステー７１を貫通するようにして軸ボルト８１が設けられている。軸ボルト８１は、電池セル４１と熱交換パネル４２の並置方向と直交する方向の両側にそれぞれ設けられていると共に、図示例では上下方向の３カ所にそれぞれ軸ボルト８１が設けられ、計６カ所に軸ボルト８１が設けられている。軸ボルト８１には、支持ステー６１の外側に支持ステー６１に密接してナット８２が螺合されていると共に、支持ステー７１の外側に支持ステー７１に密接してナット８３が螺合され、支持ステー７１の内側に支持ステー７１に密接してナット８４が螺合されている。ナット８４の挟持板５２側にはワッシャー８５が配置されている。
ワッシャー８５と挟持板５２との間には弾性材としてコイルスプリング８６が設けられ、コイルスプリング８６は軸ボルト８１の外周に外挿されている。コイルスプリング８６は、挟持板５２を挟持板５１の方向に弾性復元で押圧、付勢し、この付勢力により、挟持板５１と挟持板５２で電池セル４１と熱交換パネル４２が密接して交互に積層されるバッテリー体４が挟持される。換言すれば、熱交換パネル４２と電池セル４１は並置方向に圧縮されるように弾性的に付勢されて設けられる。
更に、本実施形態におけるコイルスプリング８６は、略矩形の挟持板５１、５２及びこれに四隅の位置を対応させて重ねるように設けられる略矩形の熱交換パネル４２の四隅近傍に対応する位置と、この四隅近傍位置のほぼ中間位置に対応して複数設けられ、熱交換パネル４２の熱交換面４２１に対してバランス良く間隔を開けて配置されている。そして、このバランス良く間隔を開けて配置された複数のコイルスプリング８６により、熱交換パネル４２の熱交換面４２１に略均等に圧縮力が加わるようにして並置された電池セル４１と熱交換パネル４２が付勢される。また、コイルスプリング８６は、電池セル４１が発熱で熱膨張した際に、熱膨張による膨張量をバッテリー体４の挟持状態を維持しながら収縮変形で吸収する機能も有する。
本実施形態では、一の挟持板の外側として他方の挟持板５２の外側に弾性材のコイルスプリング８６を設け、並置された電池セル４１と熱交換パネル４２を付勢するようにしたが、逆側の一方の挟持板５１の外側に弾性材のコイルスプリング８６を設け、並置された電池セル４１と熱交換パネル４２を付勢する構成としても良く、又、双方の挟持板５１、５２の両外側に弾性材のコイルスプリング８６を設け、並置された電池セル４１と熱交換パネル４２を付勢する構成としても良好である。また、並置された電池セル４１と熱交換パネル４２を付勢する弾性材には、コイルスプリング８６以外のバネ材、ゴム材等を適宜用いることが可能である。
電池セル４１と熱交換パネル４２で構成されるバッテリー体４と、バッテリー体４を支持する支持部に相当する挟持板５１、５２、支持ステー６１、７１、断熱材６２、７２、ボルト６３、７３、軸ボルト８１、ナット８２、８３、８４、ワッシャー８５、コイルスプリング８６は断熱容器１に収容される。そして、コイルスプリング８６の付勢と、挟持板５１、５２の挟持で支持されるバッテリー体４は、断熱容器本体２の内壁２１及び断熱蓋体３の内蓋３１から離間して配置され、断熱容器１の内部にも断熱空間Ｓ３が形成される。
更に、本実施形態のバッテリー熱交換構造には、熱交換パネル４２に冷媒Ｆを供給する流体供給管９１と、熱交換パネル４２から冷媒Ｆを排出する流体排出管９２が、断熱容器本体２の内壁２１と外壁２２を貫通して設けられている。流体供給管９１の一部に相当する断熱容器１内に配置されている流体供給管９１の部分と、流体排出管９２の一部に相当する断熱容器１内に配置されている流体排出管９２の部分は、電池セル４１と熱交換パネル４２の並置方向に倣うように配設され、並置方向と並行に設けられている。
流体供給管９１は、流体導入管９１１と、ゴムチューブなど弾性復元と伸長可能な弾性管で構成される連結管９１２と、熱交換パネル４２の流入口からパネル法線方向に突出する突出管９１３とから構成される。流体導入管９１１は、例えばゴムチューブなど弾性復元と伸長可能な弾性管で構成され、最も近い位置に配置されている熱交換パネル４２の突出管９１３に外挿して装着される。並置された熱交換パネル４２・４２の突出管９１３・９１３相互は連結管９１２を介して連結され、連結管９１２の両端はそれぞれ突出管９１３に外挿して装着される。即ち、熱交換パネル４２・４２相互間の流体供給管９１の部分は、弾性管の連結管９１２で構成されている。弾性管で構成される連結管９１２は、電池セル４１が発熱で熱膨張した際に弾性で伸長して追随し、熱膨張の収束に応じて弾性復元して熱膨張に適応可能になっている。
流体排出管９２は、流体導出管９２１と、ゴムチューブなど弾性復元と伸長可能な弾性管で構成される連結管９２２と、熱交換パネル４２の流出口からパネル法線方向に突出する突出管９２３とから構成される。流体導出管９２１も、例えばゴムチューブなど弾性復元と伸長可能な弾性管で構成され、最も近い位置に配置されている熱交換パネル４２の突出管９２３に外挿して装着される。並置された熱交換パネル４２・４２の突出管９２３・９２３相互は連結管９２２を介して連結され、連結管９２２の両端はそれぞれ突出管９２３に外挿して装着される。即ち、熱交換パネル４２・４２相互間の流体排出管９２の部分は、弾性管の連結管９２２で構成されている。弾性管で構成される連結管９２２は、電池セル４１が発熱で熱膨張した際に弾性で伸長して追随し、熱膨張の収束に応じて弾性復元して熱膨張に適応可能になっている。
流体供給管９１で供給される冷却水等の冷媒Ｆは、図２及び図５に示すように、それぞれの熱交換パネル４２に突出管９１３と連通する流入口４２２から流れ込んで分配され、冷媒Ｆは熱交換パネル４２内で熱交換面４２１に沿うように環流し、それぞれの各熱交換パネル４２の突出管９２３と連通する流出口４２３から流体排出管９２に集められるように排出され、流体排出管９２を介して外部に排出される。尚、熱交換パネル４２は、例えば厚み４ｍｍ以下の薄型パネルとすると、設置空間を省スペース化することができて良好である。
熱交換パネル４２内には、熱交換面４２１に沿って冷媒Ｆが環流する流路４２４が設けられ、流路４２４は流路壁４２５によって画定されている。図５の例の流路４２４には、３経路の分岐経路４２４ｐ、２４２ｑ、４２４ｒが形成され、分岐流路４２４ｐ、２４２ｑ、４２４ｒのそれぞれが熱交換面４２１に沿って冷媒Ｆを環流するように設けられている。この流路４２４、或いは分岐経路４２４ｐ、２４２ｑ、４２４ｒにより、冷媒Ｆが熱交換面４２１の略全体に亘って熱交換面４２１に沿うように環流するようになっている。
流路壁４２５で囲まれる収容空間４２６には、冷媒供給時の冷媒Ｆの温度よりも低い温度で相変化（相転移）する潜熱蓄熱材４２７が充填されている。図５の例では、熱交換パネル４２の平面視で略コ字形の収容空間４２６が２個設けられ、冷媒環流のインコース寄りの収容空間４２６とアウトコース寄りの収容空間４２６が形成されていると共に、流入口４２２と流出口４２３の側から水平方向に延びて中央隔壁を構成するように設けられた流路壁４２５の内部の略長方形の収容空間４２６が１個設けられ、それぞれの収容空間４２６に潜熱蓄熱材４２７が充填して設けられている。
換言すれば、本例では、分岐流路４２４ｐと分岐経路４２４ｑ相互の間と、分岐流路４２４ｑと分岐経路４２４ｒ相互の間のそれぞれに、潜熱蓄熱材４２７が充填された収容空間４２６が設けられていると共に、流路壁４２５で構成される冷媒Ｆを還流させる中央隔壁内に、潜熱蓄熱材４２７が充填された収容空間４２６が設けられている。各収容空間４２６は、それぞれ流路壁４２５で全周に亘って囲まれて区画され、密閉されている。尚、冷媒Ｆには、適用可能な低温の液体若しくは気体を用いることが可能であり、例えば冷却水等を用いると良好であり、又、潜熱蓄熱材４２７には、冷媒供給時の冷媒Ｆの温度よりも低い温度で相変化（相転移）する適宜の潜熱蓄熱材を用いることが可能であり、例えば５℃～２０℃の温度範囲のうちの特定の温度で相変化するパラフィン系潜熱蓄熱材等を用いると良好である。
また、断熱容器本体２には、内壁２１と外壁２２との間の断熱空間Ｓ１の閉じた状態を維持するように短筒を固着する等で形成された複数の貫通部２４が設けられており、それぞれの貫通部２４に流体供給管９１と流体導入管９１１が貫通して設けられている。この貫通部２４を介して流体供給管９１と流体排出管９２は断熱容器１の内外に通じるようになっている。
貫通部２４の周辺では、略凹状のキャップ１０が凹側を断熱容器１の外表面に向けて断熱容器１の外表面に固着、本実施形態では断熱容器本体２の外壁２２の外表面に溶接等で固着されている。キャップ１０には略中央に挿通穴１０１が形成されており、挿通穴１０１に流体導入管９１１や流体導出管９２１が挿通されている。略凹状のキャップ１０、図示例ではお椀形状のキャップ１０の凹側には、キャップ１０と、外壁２２の外表面と、流体導入管９１１或いは流体導出管９２１の外表面で囲まれる断熱空間Ｓ４が設けられる。
本実施形態のバッテリー熱交換構造によれば、所要の電池セル４１の側面４１１に熱交換パネル４２の熱交換面４２１を沿わせるようにして密接させることにより、熱交換パネル４２内の潜熱蓄熱材４２７と電池セル４１との間と、熱交換パネル４２を環流する冷媒Ｆと電池セル４１との間で、高い熱交換効率で熱交換を行うことができる。更に、低温時には、潜熱蓄熱材４２７の相変化による放熱との熱交換により、電池セル４１の過剰な温度低下を抑制することができ、出力電圧の低下や放電容量の低下が生じて一時的にバッテリー性能が低下することを防止できる。また、高温時には、熱交換パネル４２を環流する冷媒Ｆとの熱交換により、電池セル４１の過剰な温度上昇を抑制することができ、バッテリー性能の恒久的な劣化、寿命の短命化を防止することができる。即ち、バッテリーの温度を適温範囲に制御することができる。
また、流路４２４の分岐流路４２４ｐ、２４２ｑ、４２４ｒ等を３経路以上で形成し、分岐流路４２４ｐ、２４２ｑ、４２４ｒ等のそれぞれを熱交換面４２１に沿って冷媒Ｆを環流するように設け、少なくとも、これらの分岐流路相互の間毎に、潜熱蓄熱材４２７が充填された収容空間４２６を設けることにより、熱交換パネル４２の熱交換面４２１に対し、例えば熱伝導率が冷媒より低い潜熱蓄熱材等の潜熱蓄熱材４２７の配置に対応する領域をより平準化して分布させることができると共に、冷媒Ｆの環流に対応する領域をより平準化して分布させることができ、低温時に過剰な温度低下を抑制する熱交換と、高温時に過剰な温度上昇を抑制する熱交換の双方をより確実に行うことができる。従って、バッテリーの温度を適温範囲により確実に制御することができる。
また、熱交換パネル４２と電池セル４１を並置方向に圧縮して押し当てるように弾性的に付勢することにより、熱交換パネル４２内の潜熱蓄熱材４２７と電池セル４１との間の熱交換効率と、熱交換パネル４２を環流する冷媒Ｆと電池セル４１との間の熱交換効率を一層高めることができると共に、これらの熱交換の安定性を高めることができる。また、熱交換パネル４２と電池セル４１を並置方向に弾性的に付勢することにより、バッテリーの熱膨張や温度低下時の収縮に追随して、熱交換パネル４２と電池セル４１を並置方向に押し当てる状態を確保することができる。また、熱交換パネル４２と電池セル４１の並置方向における弾性的な付勢でバッテリーの熱膨張時の膨張量を吸収し、熱交換構造の内圧上昇による破損を防止し、安全性を向上することができる。
また、コイルスプリング８６の付勢で挟持板５１、５２を介して熱交換パネル４２の熱交換面４２１を電池セル４１の側面４１１に略均等に押し当てることができ、熱交換パネル４２の冷媒Ｆと電池セル４１との間の熱交換効率をより一層高めることができると共に、熱交換の安定性をより一層高めることができる。
また、流体供給管９１の一部と流体排出管９２の一部を、電池セル４１と熱交換パネル４２の並置方向に倣って設けることにより、本管に相当する流体供給管９１や流体排出管９２を分岐する部分や部品を設けるだけで、複数の熱交換パネル４２への冷媒Ｆの流入、複数の熱交換パネル４２からの冷媒Ｆの流出を行う構成とすることができ、部材点数を減らして製造コストを低減し、組立工程の効率化を図ることができる。
また、熱交換パネル４２・４２相互間の流体供給管９１の部分に相当する弾性管の連結管９１２と、熱交換パネル４２・４２相互間の流体排出管９２の部分に相当する弾性管の連結管９２２の構成により、電池セル４１が発熱で熱膨張した際に弾性管が伸長して追随し、熱膨張の収束に応じて弾性管が弾性復元することができ、流体供給管９１と流体排出管９２で熱膨張を吸収することができる。
また、電池セル４１と熱交換パネル４２で構成されるバッテリー体４と、バッテリー体４を支持する支持部を断熱容器１に収容することにより、バッテリーに対する外部環境の温度の影響を低減し、外部環境が低温時に対応可能な低温の温度レベルと外部環境が高温時に対応可能な高温の温度レベルの範囲を拡張することができ、バッテリーの温度を適温範囲に制御可能な温度範囲を拡張することができる。また、バッテリー体に非常に高温時に出力規制する保護回路が搭載されている場合には、夏場の非常な高温時等に意図しない保護回路の作動を防止することができる。特に、本実施形態では、断熱空間Ｓ１、Ｓ２が設けられる断熱容器１とし、断熱容器１と離間配置してバッテリー体４を断熱容器１に収容することにより、これらの効果がより一層高められている。
更に、低温状態の電池セル４１を適温範囲に温度上昇させる際に、バッテリーの電力を使用するヒーターの加熱を用いずに温度上昇させることが可能であることから、例えば自動車の航続距離の減少を防止することが可能となる。尚、高温状態の電池セル４１と冷媒Ｆとの間の熱交換で冷媒Ｆを介して回収した熱は、別途設ける蓄熱装置等により、必要時にバッテリーや他の熱を必要とする場所で供給することも可能である。
〔本明細書開示発明の包含範囲〕
本明細書開示の発明は、発明として列記した各発明、実施形態の他に、適用可能な範囲で、これらの部分的な内容を本明細書開示の他の内容に変更して特定したもの、或いはこれらの内容に本明細書開示の他の内容を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な内容を部分的な作用効果が得られる限度で削除して上位概念化して特定したものを包含する。そして、本明細書開示の発明には下記変形例や追記した内容も含まれる。
例えば本発明における電池セルと熱交換パネルが収容される断熱容器は、上記実施形態の断熱容器１とすると好適であるが、上記実施形態の断熱容器１以外の断熱容器に収容することも可能である。また、本発明における電池セルと熱交換パネルが断熱容器に収容されない構成も本発明に包含される。
また、断熱容器１の二重壁に断熱空間Ｓ１、Ｓ２を閉じた状態で設けられる貫通部２４の形状や数は適宜であり、例えばバッテリーケーブルが通される貫通部２４と、流体供給管９１が通される貫通部２４と、流体排出管９２が通される貫通部２４を個別にそれぞれ設ける構成としてもよく、又、一の貫通穴２４にバッテリーケーブルと流体供給管９１或いは流体排出管９２の双方を通す構成とすることも可能である。
また、本発明のバッテリー熱交換構造では、図６に示すように、バッテリー熱交換構造１００の電池セル４１の温度を検出する温度センサー１１を電池セル４１に近接して設け、温度センサー１１の検出温度に応じて冷媒制御部１２が冷媒用流体貯留部１３の所要温度の冷媒Ｆを供給する構成としても良好である。これにより、温度センサー１１の検出温度に応じて必要時に必要な温度の冷媒Ｆを環流させ、バッテリーの温度を適温範囲に自動的に制御することができる。尚、冷媒制御部１２と温度センサー１１の通信は、貫通穴２４等を通して設けられるケーブルによる有線通信又は無線通信によるものとすることが可能である。
また、本発明のバッテリー熱交換構造は、上記実施形態の電池セル４１と熱交換パネル４２が密接して交互に並置される構成に限定されず、電池セルの側面に熱交換パネルの熱交換面を沿わせるようにして電池セルと熱交換パネルが密接して並置される構成であれば包含される。例えば電池セル相互間の一つ置きの箇所に、一方又は双方の電池セルの側面に熱交換パネルの熱交換面を沿わせるようにして電池セルと熱交換パネルを密接して並置する構成としても、所要の熱交換性を得ることができて良好である。また、例えば複数の電池セル相互間の箇所全体のうちの一カ所又は２カ所、３カ所など複数の電池セル相互間の箇所よりも少ない２カ所、３カ所等の少数の複数箇所に、一方又は双方の電池セルの側面に熱交換パネルの熱交換面を沿わせるようにして電池セルと熱交換パネルを密接して並置する構成としても、コスト低減、熱交換用流体の重量低減を図ることができて良好である。
本発明は、例えば電気自動車等のバッテリーに対して熱交換を行う際に利用することができる。
１…断熱容器 ２…断熱容器本体 ２１…内壁 ２１１…底部 ２１２…周側部 ２１３…フランジ ２２…外壁 ２２１…底部 ２２２…周側部 ２２３…フランジ ２３…容器側平面フランジ ２４…貫通部 ３…断熱蓋体 ３１…内蓋 ３１１…基板 ３１２…起立部 ３１３…フランジ ３２…外蓋 ３３…蓋側平面フランジ ４…バッテリー体 ４１…電池セル ４１１…側面 ４２…熱交換パネル ４２１…熱交換面 ４２２…流入口 ４２３…流出口 ４２４…流路 ４２４ｐ、４２４ｑ、４２４ｒ…分岐流路 ４２５…流路壁 ４２６…収容空間 ４２７…潜熱蓄熱材 ５１、５２…挟持板 ６１、７１…支持ステー ６２、７２…断熱材 ６３、７３…ボルト ８１…軸ボルト ８２、８３、８４…ナット ８５…ワッシャー ８６…コイルスプリング ９１…流体供給管 ９１１…流体導出管 ９１２…連結管 ９１３…突出管 ９２…流体排出管 ９２１…流体導出管 ９２２…連結管 ９２３…突出管 １０…キャップ １０１…挿通穴 １００…バッテリー熱交換構造 １１…温度センサー １２…冷媒制御部 １３…冷媒用流体貯留部 Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４…断熱空間 Ｆ…冷媒

Claims (4)

  1. 電池セルの側面に熱交換パネルの熱交換面を沿わせるようにして前記電池セルと前記熱交換パネルが密接して並置され、
    前記熱交換パネル内に、前記熱交換面に沿って冷媒を環流する流路を画定する流路壁が設けられ、
    前記流路壁で囲まれる収容空間に冷媒供給時の冷媒の温度よりも低い温度で相変化する潜熱蓄熱材が充填されていると共に、
    前記流路の分岐流路が３経路以上で形成され、
    前記分岐流路のそれぞれが前記熱交換面に沿って冷媒を環流するように設けられ、
    少なくとも、前記分岐流路相互の間毎に、前記潜熱蓄熱材が充填された前記収容空間が設けられていることを特徴とするバッテリー熱交換構造。
  2. 前記熱交換パネルと前記電池セルが並置される方向に圧縮されるように弾性的に付勢されて設けられていることを特徴とする請求項１記載のバッテリー熱交換構造。
  3. 前記電池セルと前記熱交換パネルで構成されるバッテリー体と、前記バッテリー体を支持する支持部が断熱容器に収容されていることを特徴とする請求項１又は２記載のバッテリー熱交換構造。
  4. 前記電池セルの温度を検出する温度センサーを前記電池セルに近接して設け、
    前記温度センサーの検出温度に応じて冷媒制御部が所要温度の冷媒を供給することを特徴とする請求項１～３の何れかに記載のバッテリー熱交換構造。
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