JP7513550B2 - 車両、及び、熱交換プレート - Google Patents

Description

本開示は、車両、及び、熱交換プレートに関する。

ハイブリッド車及び電気自動車には、駆動源であるモータに電力を供給する車載電池が搭載されている。車両には、車載電池の温度上昇を抑制するための熱交換プレートが設けられる。

車載電池の温度上昇を抑制するための方法として、カーエアコンの冷媒により直接車載電池を冷却する方法、及び、車載電池を冷媒で直接冷却する方法が知られている（特許文献１，２）。また、カーエアコンの冷媒と共に冷却水を熱交換プレート内に循環させる方法が知られている（特許文献３）。

特開２００８－４４４７６号公報 特許第６０９８１２１号公報 特開２０１０－５００００号公報 中国特許出願公開第１０７１１２６１２号明細書

車載電池の温度上昇は抑制される必要があるが、車載電池には適正な温度があり、上述した特許文献が開示する方法は、車載電池を冷却し過ぎる可能性がある。

本開示の目的は、車載電池をより適正な温度とする車両及び熱交換プレートを提供することにある。

本開示の車両は、
車体と、
前記車体に結合された第１車輪及び第２車輪と、
前記車体において、所定の面に沿って配置され、複数の電池セルを有する電池セル群と、
前記車体において、前記所定の面に沿って配置された熱交換プレートと、
前記電池セル群から供給される電力を用いて、少なくとも前記第１車輪を駆動する電動機と、
少なくともコンプレッサとコンデンサを有する冷媒回路と、を備える車両であって、
前記熱交換プレートは、
前記所定の面に沿って配置された第１面と、
前記第１面と反対の第２面と、
前記第１面と前記第２面との間において冷却液を循環させる冷却液層と、
前記第１面と前記第２面との間において冷媒を循環させる冷媒層と、を有し、
前記冷媒層は、前記冷媒回路から前記冷媒が前記冷媒層に入る冷媒入力部と、前記冷媒層から前記冷媒が前記冷媒回路へ出る冷媒出力部とを有し、
前記第１面は、前記電池セル群が配置される領域である第１領域と、前記電池セル群が配置されない領域である第２領域とを有し、
前記冷媒層における前記冷媒の流路は、前記第１領域及び前記第２領域に渡って構成され、
前記冷媒出力部は、前記第２領域に配置される。

本開示の熱交換プレートは、
車体と、
前記車体に結合された第１車輪及び第２車輪と、
前記車体において、所定の面に沿って配置され、複数の電池セルを有する電池セル群と、
前記電池セル群から供給される電力を用いて、少なくとも前記第１車輪を駆動する電動機と、
少なくともコンプレッサとコンデンサを有する冷媒回路と、を備える車両に設置可能な熱交換プレートであって、
前記所定の面に沿って配置された第１面と、
前記第１面と反対の第２面と、
前記第１面と前記第２面との間において冷却液を循環させる冷却液層と、
前記第１面と前記第２面との間において冷媒を循環させる冷媒層と、を有し、
前記冷媒層は、前記冷媒回路から前記冷媒が前記冷媒層に入る冷媒入力部と、前記冷媒層から前記冷媒が前記冷媒回路へ出る冷媒出力部とを有し、
前記第１面は、前記電池セル群が配置される領域である第１領域と、前記電池セル群が配置されない領域である第２領域とを有し、
前記冷媒層における前記冷媒の流路は、前記第１領域及び前記第２領域に渡って構成され、
前記冷媒出力部は、前記第２領域に配置される。

本開示によれば、車載電池をより適正な温度とする車両及び熱交換プレートを提供することができる。

実施の形態１に係る車両の構成例を示す平面図 実施の形態１に係る車両の構成例を示す左側面図 実施の形態１に係る車両が備える電気回路の一例を説明するための図 実施の形態１に係る電池パックの構成例を示す斜視図 図３Ａに示す電池パックのＡ－Ａ断面図 図３Ａに示す電池パックのＢ－Ｂ断面図 実施の形態１に係る熱交換プレートの構成例を示す平面図 実施の形態１に係る熱交換プレートの第１の構成例を示す斜視図 図５Ａに示す熱交換プレートのＡ－Ａ断面の斜視図 実施の形態１に係る熱交換プレートの第２の構成例を示す斜視図 図６Ａに示す熱交換プレートのＡ－Ａ断面の斜視図 比較用の熱交換プレートの構成を示す断面斜視図 実施の形態１に係る熱交換プレートの変形例を示す模式図 実施の形態２における熱交換プレートと当該熱交換プレートに繋がる冷媒回路及び冷却液回路とを含む電池冷却システムの構成例を示す模式図 実施の形態２における熱交換プレートの構成例を示す平面図 実施の形態２における熱交換プレートに含まれる冷却液流路の構成例を示す平面図 実施の形態２における熱交換プレートに含まれる冷媒流路の構成例を示す平面図 実施の形態２における冷媒流路における冷媒入力部及び冷媒出力部の付近の構成例を示す平面図 実施の形態２における図１３のＢ－Ｂ断面の第１例を示す断面図 実施の形態２における図１３のＢ－Ｂ断面の第２例を示す断面図 実施の形態２における図９及び図１０に示す冷媒回路及び冷媒流路を流れる冷媒に関するｐ－ｈ線図の一例 実施の形態２における熱交換プレートの構成の第１の変形例を示す平面図 実施の形態２における熱交換プレートの構成の第２の変形例を示す平面図 実施の形態２における熱交換プレートの構成の第３の変形例を示す平面図 実施の形態２における熱交換プレートの構成の第４の変形例を示す平面図 実施の形態２における熱交換プレートの構成の第５の変形例を示す平面図 実施の形態２における冷媒回路及び図２１に示す冷媒流路を流れる冷媒に関するｐ－ｈ線図の一例

以下、図面を適宜参照して、本開示の実施の形態について、詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、すでによく知られた事項の詳細説明及び実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の記載の主題を限定することは意図されていない。

（実施の形態１）
＜車両の構成＞
図１Ａは、実施の形態１に係る車両１の構成例を示す平面図である。図１Ｂは、実施の形態１に係る車両１の構成例を示す左側面図である。

なお、説明の便宜上、図１に示すように、車両１の高さ方向に延びる軸をＺ軸とする。Ｚ軸に対して垂直（つまり地面に平行）かつ車両１の進行方向に延びる軸をＹ軸とする。Ｙ軸及びＺ軸に対して垂直な軸（つまり車両１の幅方向の軸）をＸ軸とする。また、説明の便宜上、Ｚ軸の正方向を「上」、Ｚ軸の負方向を「下」、Ｙ軸の正方向を「前」、Ｙ軸の負方向を「後」、Ｘ軸の正方向を「右」、Ｘ軸の負方向を「左」と称する場合がある。これらの表現は、ＸＹＺ軸を記載した他の図面についても同様である。なお、これらの方向に係る表現は、説明の便宜上用いられるものであって、当該構造の実使用時における姿勢を限定する意図ではない。

車両１は、車体２、車輪３、電動機４、及び、電池パック１０を備える。

電池パック１０は、車体２に収容される。電池パック１０は、充放電可能な複数の電池モジュール３０（図３Ａ参照）を有する。以下、電池パック１０が有する複数の電池モジュール３０を、電池モジュール群３１と称する。電池モジュール３０の例として、リチウムイオン電池が挙げられる。電池モジュール群３１は、蓄積した電力を電動機４等に供給（放電）する。電池モジュール群３１は、回生エネルギーによって電動機４が発した電力を蓄積（充電）してもよい。電池パック１０は、図１に示すように、車体２の中央の床下に収容されてよい。なお、電池パック１０の詳細については後述する。

車輪３は、車体２に結合される。なお、図１Ａ及び図１Ｂには、車両１が４つの車輪３を備える自動車を示しているが、車両１は少なくとも１つの車輪３を備えればよい。例えば、車両１は２つの車輪３を備えるバイクであってもよいし、３つ又は５つ以上の車輪３を備える車両であってもよい。また、車両１が備える複数の車輪３のうちの１つを第１車輪３ａ、複数の車輪３のうちの第１車輪３ａとは異なる１つを第２車輪３ｂと称してもよい。第１車輪３ａは車両１の前輪、第２車輪３ｂは車両１の後輪であってよい。車両１は、第１車輪３ａ及び第２車輪３ｂによって所定の方向（例えば前後方向）に移動可能である。

電動機４は、電池モジュール群３１から供給される電力を用いて、少なくとも１つの車輪３（例えば第１車輪３ａ）を駆動する。車両１は、少なくとも１つの電動機４を備える。車両１は、電動機４が前輪を駆動する（つまり前輪駆動の）構成であってよい。あるいは、車両１は、電動機４が後輪を駆動する（つまり後輪駆動の）構成、又は、電動機４が前輪及び後輪の両方を駆動する（つまり四輪駆動の）構成であってよい。あるいは、車両１は、複数の電動機４を備え、複数の電動機４のそれぞれが個別に車輪３を駆動する構成であってもよい。電動機４は、車両１の前方に位置するモータールーム（エンジンルーム）に設置されてよい。

＜電気回路の構成＞
図２は、実施の形態１に係る車両１が備える電気回路の一例を説明するための図である。

電池モジュール群３１を含む電池パック１０は、高電圧コネクタ、及び、低電圧コネクタを有する。本開示では、高電圧コネクタ、及び、低電圧コネクタを区別せずに、電気コネクタと称する。

高電圧コネクタには、高電圧分配器が接続されてよい。高電圧分配器には、駆動用インバータ、コンプレッサ、ＨＶＡＣ（Heating, Ventilation, and Air Conditioning）、車載充電器、及び、急速充電ポートが接続されてよい。低電圧コネクタには、ＣＡＮ（Controller Area Network）、及び、１２Ｖ電源系が接続されてよい。

駆動用インバータには、電動機４が接続されてよい。すなわち、電池モジュール群３１から出力される電力は、高電圧コネクタ、高電圧分配器、及び、駆動用インバータを通じて、電動機４に供給されてよい。

＜電池パックの構成＞
図３Ａは、実施の形態１に係る電池パック１０の構成例を示す斜視図である。図３Ｂは、図３Ａに示す電池パック１０のＡ－Ａ断面図である。図３Ｃは、図３Ａに示す電池パックのＢ－Ｂ断面図である。

電池パック１０は、筐体２０、電池モジュール群３１、及び、熱交換プレート１００を含む。筐体２０は、電池モジュール群３１及び熱交換プレート１００を収容する。

熱交換プレート１００は、例えば偏平な略直方体の形状を呈する。熱交換プレート１００は、熱交換器と読み替えられてよい。図３Ｂ、図３Ｃに示すように、熱交換プレート１００は、所定の面に沿って配置された第１面状部材１０１と、所定の面に沿って配置された第２面状部材１０２と、所定の面に沿って配置された第３面状部材１０３と、を備える。当該所定の面は、車体２の床面であってよい。第１面状部材１０１、第２面状部材１０２、及び、第３面状部材１０３は、金属製であってよく、例えばアルミニウムであってよい。ただし、第１面状部材１０１、第２面状部材１０２、及び、第３面状部材１０３は、金属製に限られず、他の材料であってよい。

第２面状部材１０２の少なくとも一部は、第１面状部材１０１と第３面状部材１０３の間に配置される。電池モジュール群３１は、第１面状部材１０１を基準に、第２面状部材１０２とは反対の位置に配置される。すなわち、車体２の床面から近い順に、第３面状部材１０３、第２面状部材１０２、及び、第１面状部材１０１が配置される。

熱交換プレート１００は、第１面状部材１０１と第２面状部材１０２の間において冷却液を循環させる冷却液層２００と、第２面状部材１０２と第３面状部材１０３の間において冷媒を循環させる冷媒層３００と、を有する。熱交換プレート１００は、第１面状部材１０１を介して、少なくとも電池モジュール群３１と冷却液との間で熱交換を行う。また、熱交換プレート１００は、第２面状部材１０２を介して、少なくとも冷却液層２００の冷却液と冷媒層３００の冷媒との間で熱交換を行う。冷却液の例として、エチレングリコールを含む不凍液が挙げられる。冷媒の例として、ＨＦＣ（Hydrofluorocarbon）が挙げられる。

本実施の形態では、熱交換プレート１００は、冷媒層３００の上に冷却液層２００が配置される構成である。しかし、熱交換プレート１００は、冷却液層２００の上に冷媒層３００が配置される構成であってもよい。冷却液層２００は、冷却液プレートと読み替えられてよい。冷媒層３００は、冷媒プレートと読み替えられてよい。なお、熱交換プレート１００の構成の詳細、並びに、冷却液層２００及び冷媒層３００の構成の詳細については後述する。

熱交換プレート１００は、車両１の進行方向側の面である前面１１０Ｆに、冷却液入力部１２１、冷却液出力部１２２、冷媒入力部１３１、冷媒出力部１３２を有する。

冷却液入力部１２１は、熱交換プレート１００の外部から冷却液層２００へ冷却液を入力するための入口である。冷却液出力部１２２は、冷却液層２００から熱交換プレート１００の外部へ冷却液を出力するための出口である。

冷媒入力部１３１は、熱交換プレート１００の外部から冷媒層３００へ冷媒を入力するための入口である。冷媒出力部１３２は、冷媒層３００から熱交換プレート１００の外部へ冷媒を出力するための出口である。

＜熱交換プレートの構成の詳細＞
図４は、実施の形態１に係る熱交換プレート１００の構成例を示す平面図である。図５Ａは、実施の形態１に係る熱交換プレート１００の第１の構成例を示す斜視図である。図５Ｂは、図５Ａに示す熱交換プレート１００のＡ－Ａ断面の斜視図である。図６Ａは、実施の形態１に係る熱交換プレート１００の第２の構成例を示す斜視図である。図６Ｂは、図６Ａに示す熱交換プレート１００のＡ－Ａ断面の斜視図である。図７は、比較用の熱交換プレートの構成を示す断面斜視図である。

図４に示すように、熱交換プレート１００は、冷却液層２００において、冷却液の流路の少なくとも一部を構成する壁部１５０を有する。

冷却液層２００の壁部１５０の少なくとも一部は、冷却液層２００において所定の面に沿う所定の方向に沿って配置されてよい。所定の面は、車体２の床面であってよい。壁部１５０の所定の方向は、車体が第１車輪３ａ及び第２車輪３ｂによって進行可能な進行方向に対応する方向（例えばＹ軸方向）であってよい。ただし、壁部１５０の所定の方向は、当該進行方向に限らず、例えば、進行方向と直交する方向（つまり進行方向を向いた場合の左右方向）であってもよい。

図４に示すように、壁部１５０は、第１壁面１５１と、当該第１壁面１５１と反対の第２壁面１５２と、第１壁面１５１と第２壁面１５２を繋ぐ端面１５３とを有してよい。冷却液は、冷却液層２００において、冷却液入力部１２１から流入し、第１壁面１５１に沿って進み、次に端面１５３に沿って進み、次に第２壁面１５２に沿って進み、冷却液出力部１２２から流出してよい。

図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂに示すように、冷却液層２００の壁部１５０の少なくとも一部は、第１面状部材１０１から第２面状部材１０２に向かって突出した第１凸部１６１と、第２面状部材１０２から第１面状部材１０１に向かって突出した第２凸部１６２と、で構成されてよい。第１凸部１６１は、第１面状部材１０１をプレス加工することによって形成されてよい。第２凸部１６２は、第２面状部材１０２をプレス加工することによって形成されてよい。すなわち、第１凸部１６１及び第２凸部１６２は、互いに組み合わさって、冷却液層２００の壁部１５０の少なくとも一部を形成してよい。なお、第１凸部１６１の位置については後述する。

冷媒層３００における冷媒の流路は、第３面状部材１０３の形状によって構成されてよい。冷媒の流路は、第３面状部材１０３をプレス加工することによって形成されてよい。

例えば、図４に示すように、冷媒の流路は、壁部１５０の所定の方向（例えばＹ軸方向）と同じ方向に延びる少なくとも２つの冷媒流路（以下、入力冷媒流路３０１、及び、出力冷媒流路３０２という）と、入力冷媒流路３０１及び出力冷媒流路３０２を結ぶ複数の冷媒流路（以下、分岐冷媒流路３０３という）とによって構成されてよい。入力冷媒流路３０１は冷媒入力部１３１に繋がり、出力冷媒流路３０２は冷媒出力部１３２に繋がってよい。以下、互いに隣接する２つの分岐冷媒流路３０３をそれぞれ、第１冷媒流路３０３Ａ及び第２冷媒流路３０３Ｂと称する場合がある。

図４に示すように、冷却液層２００の壁部１５０の少なくとも一部と、第１冷媒流路３０３Ａの少なくとも一部とは、所定の面（例えば車体２の床面）の法線方向から見て、第１交点１７１で交差してよい。冷却液層２００の壁部１５０の少なくとも一部と、第２冷媒流路３０３Ｂの少なくとも一部とは、所定の面（例えば車体２の床面）の法線方向から見て、第２交点１７２で交差してよい。

第１面状部材１０１の第１凸部１６１は、冷却液層２００の壁部１５０の少なくとも一部と、冷媒の流路の少なくとも一部とが交差する交点に対応して配置されてよい。例えば、第１凸部１６１は、第１交点１７１と第２交点１７２の間に配置されてよい。この場合、第１凸部１６１は、複数の電池モジュール３０の内の一に対応しない位置に配置されてよい。

次に、図７を参照して、第１凸部１６１を形成しない場合に生じる問題について説明すし、さらに、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂを参照して、第１凸部１６１及び第２凸部１６２によって構成される壁部１５０の一例について説明する。

図７に示すように、第２面状部材１０２のみをプレス加工して壁部１５０を形成する場合、分岐冷媒流路３０３（第１冷媒流路３０３Ａ）を流れる冷媒が、壁部１５０の内部空間を通って、隣の分岐冷媒流路３０３（第２冷媒流路３０３Ｂ）に流れてしまう。この場合、冷媒流路の設計で狙った冷却効果を得ることができない。

そこで、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第１冷媒流路３０３Ａと冷却液層２００の壁部１５０とが交差する第１交点１７１（図４参照）と、第２冷媒流路３０３Ｂと冷却液層２００の壁部１５０とが交差する第２交点１７２（図４参照）との間において、冷却液層２００の壁部１５０の一部を構成するように、第１面状部材１０１に第１凸部１６１を形成する。そして、第２面状部材１０２の第２凸部１６２を形成する際に、第１凸部１６１と対向する部分の押し出しを行わない。これにより、図５Ｂに示すように、第２面状部材１０２の第２凸部１６２と、第１面状部材１０１の第１凸部１６１とがぴったり嵌り合い、冷却液層２００の壁部１５０の一部を形成する。加えて、第１冷媒流路３０３Ａから第２冷媒流路３０３Ｂに繋がる壁部１５０の内部空間が、第１交点１７１と第２交点１７２との間に形成された第１凸部１６１によって分断される。これにより、第１冷媒流路３０３Ａを流れる冷媒が、壁部１５０の内部空間を通って、第２冷媒流路３０３Ｂに流れてしまうこと、あるいは、第２冷媒流路３０３Ｂを流れる冷媒が、壁部１５０の内部空間を通って、第１冷媒流路３０３Ａに流れてしまうことを防止できる。

あるいは、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、第１冷媒流路３０３Ａと冷却液の壁部１５０とが交差する第１交点１７１において、冷却液層２００の壁部１５０の一部を構成するように、第１面状部材１０１に第１凸部１６１を形成してよい。例えば、第１交点１７１における第１冷媒流路３０３ＡのＹ軸方向の幅以上となるように、第１面状部材１０１に第１凸部１６１を形成する。そして、第２面状部材１０２の第２凸部１６２を形成する際に、第１凸部１６１と対向する部分の押し出しを行わない。これにより、図６Ｂに示すように、第２面状部材１０２の第２凸部１６２と、第１面状部材１０１の第１凸部１６１とがぴったり嵌り合い、冷却液層２００の壁部１５０を形成する。加えて、第１交点１７１上における第１冷媒流路３０３Ａから壁部１５０の内部空間に繋がる箇所は、第１凸部１６１によって塞がれる。これにより、第１冷媒流路３０３Ａを流れる冷媒が、壁部１５０の内部空間を通って、第２冷媒流路３０３Ｂに流れてしまうこと、あるいは、第２冷媒流路３０３Ｂを流れる冷媒が、壁部１５０の内部空間を通って、第１冷媒流路３０３Ａに流れてしまうことを防止できる。なお、第２交点１７２及び他の交点についても同様の構成とされてよい。

第１凸部１６１は、第１面状部材１０１の電池モジュール３０が配置されない部分に形成されてよい。第１面状部材１０１の電池モジュール３０が配置される部分に第１凸部１６１を形成した場合、電池モジュール３０の底面と接する第１面状部材１０１の面積が減少し、電池モジュール３０の冷却効果が低減し得るためである。

＜変形例＞
図８は、実施の形態１に係る熱交換プレート１００の変形例を示す模式図である。

図８に示すように、第２面状部材１０２に第２凸部１６２を形成せず、第１面状部材１０１に形成した第１凸部１６１によって冷却液層２００の壁部１５０を構成してもよい。この場合、上述したような隣接する２つの分岐冷媒流路３０３を繋げてしまう壁部１５０の内部空間は形成されない。

しかし、図８の（ａ）に示すように、第１面状部材１０１の第１凸部１６１の上に電池モジュール３０を配置した場合、上述したように、電池モジュール３０の底面と接する第１面状部材１０１の面積が減少し、電池モジュール３０の冷却効果が低減し得る。そのため、本実施の形態に係る変形例では、図８の（ｂ）に示すように、第１面状部材１０１の第１凸部１６１を避けて電池モジュール３０を配置できるように、第１面状部材１０１の第１凸部１６１は形成されてよい。これにより、電池モジュール３０の底面と接する第１面状部材１０１の面積が減少することを抑制できる。よって、電池モジュール３０の冷却効果が低減することを抑制できる。

（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１にて説明済みの構成要素については共通の参照符号を付し、説明を省略する場合がある。また、実施の形態２の内容は、実施の形態１の内容と組み合わせることができる。

図９～図１５を参照して、実施の形態２の熱交換プレート１００の構成を説明する。なお、当該熱交換プレート１００は、実施の形態１にて説明したように、車両１に搭載される。図９は、熱交換プレート１００と、当該熱交換プレート１００に繋がる冷媒回路５０及び冷却液回路４０とを含む電池冷却システムの構成例を示す模式図である。図１０は、熱交換プレート１００の構成例を示す平面図である。図１１は、熱交換プレート１００に含まれる冷却液流路２１０の構成例を示す平面図である。図１２は、熱交換プレート１００に含まれる冷媒流路３１０の構成例を示す平面図である。図１３は、冷媒流路３１０における冷媒入力部１３１及び冷媒出力部１３２の付近の構成例を示す平面図である。図１４は、図１３のＢ－Ｂ断面の第１例を示す断面図である。図１５は、図１３のＢ－Ｂ断面の第２例を示す断面図である。なお、図９～図１２、及び、後述する図１７～図２１は、熱交換プレート１００を下から上に向かって（Ｚ軸の負方向からＺ軸の正方向に向かって）見た場合の平面図である。

車両１は、少なくともポンプ４１を有する冷却液回路４０を備える。冷却液回路４０は、さらにリザーバタンク４２を備えてよい。冷却液回路４０は、熱交換プレート１００の冷却液層２００に接続される。冷却液は、冷却液回路４０及び冷却液層２００を循環する。

車両１は、少なくともコンプレッサ５１とコンデンサ５２とを有する冷媒回路５０を備える。冷媒回路５０は、車内向けの空調蒸発器５３をさらに備えてよい。冷媒回路５０は、熱交換プレート１００の冷媒層３００に接続される。冷媒は、冷媒回路５０及び冷媒層３００を循環する。

熱交換プレート１００は、所定の面に沿って配置された第１面１８１と、第１面１８１と反対の第２面１８２とを有する。本実施の形態では、第１面１８１を上面、第２面１８２を下面として説明する。ただし、第１面１８１が下面、第２面１８２が上面であってもよい。また、所定の面は、車体２の床面であってよい。

熱交換プレート１００は、第１面１８１と第２面１８２との間において冷却液を循環させる冷却液層２００を有する。加えて、熱交換プレート１００は、第１面１８１と第２面１８２との間において冷媒を循環させる冷媒層３００を有する。本実施の形態では、冷媒層３００の上に冷却液層２００が設けられる構成について説明する。ただし、冷却液層２００の上に冷却液層２００が設けられる構成であってもよい。

第１面１８１は、電池セル群３２が配置される領域である第１領域と電池セル群３２が配置されない領域である第２領域とを有する。すなわち、第１面１８１の第２領域には、電池セル群３２が配置されなくてよい。第１領域及び第２領域は、所定の面（例えば車体２の床面）の法線方向から見た場合の領域であってよい。なお、本実施の形態では、電池セル群３２が第１領域に配置されるとして説明するが、電池セル群３２を含む電池モジュール群３１が第１領域に配置される構成であってもよい。そして、複数の電池モジュール群３１を含めて電池パック１０としてもよい。

冷媒層３００は、冷媒回路５０から冷媒が冷媒層３００に入る冷媒入力部１３１と、冷媒層３００から冷媒が冷媒回路５０へ出る冷媒出力部１３２とを有する。

冷却液層２００は、冷却液回路４０から冷却液層２００に入る冷却液入力部１２１と、冷却液層２００から冷却液回路４０へ出る冷却液出力部１２２とを有する。

冷却液入力部１２１、及び、冷却液出力部１２２の少なくとも一方は、第２領域に配置される。

冷媒層３００における冷媒流路３１０は、第１領域及び第２領域に渡って構成される。

図１３～図１５に示すように、冷媒入力部１３１及び冷媒出力部１３２は冷媒フランジ４０１によって冷媒層３００に接続される。冷媒フランジ４０１は、図１４に示すように、冷媒層３００と冷却液層２００を隔てるプレート４０２に接合されてもよいし、図１５に示すように、冷却液層２００の上面（第１面１８１）を構成するプレートに接合されてもよい。図１４又は図１５に示すように、冷媒出力部１３２は、第２領域に配置される。加えて、図１４又は図１５に示すように、冷媒入力部１３１は、第２領域において、冷媒出力部１３２よりも第１領域に近い位置に配置されてよい。

例えば、冷媒層３００における冷媒流路３１０は、冷媒入力部１３１に繋がる第１冷媒流路３１１と、第１冷媒流路３１１から分岐する複数の分岐冷媒流路３１５と、複数の分岐冷媒流路３１５が合流する第２冷媒流路３１２と、第２冷媒流路３１２から冷媒出力部１３２に繋がる第３冷媒流路３１３と、を含む。ここで、第３冷媒流路３１３の少なくとも一部は、第２領域に含まれる。

例えば、冷却液層２００における冷却液流路２１０は、冷却液入力部１２１に接続され、所定の方向に沿って配置された第１冷却液流路２１１と、第１冷却液流路２１１に接続され、所定の方向に沿って配置され、冷却液出力部１２２に接続された第２冷却液流路２１２と、を有する。所定の方向は、車両１の進行方向であってよい。第１冷却液流路２１１の少なくとも一部は、第２領域において、所定の面（例えば車体２の床面）の法線方向から見て、分岐冷媒流路３１５の少なくとも一部と交差（例えば直交）してよい。第２冷却液流路２１２の少なくとも一部は、第２領域において、所定の面の法線方向から見て、分岐冷媒流路３１５の少なくとも一部と交差（例えば直交）してよい。

上述した構成によれば、電池セル群３２による熱負荷を受けない第２領域において、冷媒流路３１０を流れる冷媒と冷却液流路２１０を流れる冷却液との間で熱交換が可能となる。

例えば、第１領域における冷却液の最低温度をＴ１とし、熱交換プレート１００の外側にある冷却液回路４０を流れることによる冷却液の昇温をＴ２とする。この場合、第２領域における冷却液の温度をＴ１－Ｔ２まで低下させることが可能である。つまり、第２領域における冷却液の最低温度はＴ１－Ｔ２であってよい。これにより、電池セル群３２による熱負荷を受けない第２領域を適切に構成して当該第２領域における熱交換を制御することにより、第１領域における冷却液の最低温度をより適正な温度とすることができる。よって、第１領域に配置される電池セル群３２をより適正な温度とすることができる。

なお、冷媒流路３１０に伝熱フィン及び伝熱リブの少なくとも一方を設けて熱交換を促進してもよい。また、冷却液流路２１０の冷媒流路３１０と隣接する部分に伝熱フィン及び伝熱リブの少なくとも一方を設けて熱交換を促進してもよい。

図１６は、図９及び図１０に示す冷媒回路５０及び冷媒流路３１０を流れる冷媒に関するｐ－ｈ線図の一例を示す。図１６に示すｐ－ｈ線図において、縦軸が圧力を示し、横軸が比エンタルピーを示す。図１６は、上述したように、冷媒出力部１３２が第２領域に配置され、冷媒入力部１３１が第２領域において冷媒出力部１３２よりも第１領域に近い位置に配置された構成の場合におけるｐ－ｈ線図である。

例えば、図１６に示すように、第１領域において、冷媒の温度は２０度から１０度に低下し、冷媒の圧力は０．４７ＭＰａＧから０．３１ＭＰａＧに低下する。そして、例えば、第２領域において、さらに、冷媒の温度は１０度から５度に低下し、冷媒の圧力は０．３１ＭＰａＧから０．２５ＭＰａＧに低下する。

図１２の冷媒流路３１０の構成が示すように、冷媒流路３１０の下流部分では、圧損により冷媒の圧力が低下し得る。仮にこの冷媒流路３１０の下流部分を第１領域に設けた場合、当該第１領域において局所的な温度低下が生じ得る。これに対して、本実施の形態では、この冷媒流路３１０の下流部分を、第２領域に設けている。これにより、第１領域における局所的な温度低下を抑止することができる。

また、冷媒流路３１０の最下流部分（例えば冷媒出力部１３２の付近）では、冷媒がガス化し温度上昇が起こり得る。仮にこの冷媒流路３１０の最下流部分を第１領域に設けた場合、当該第１領域において局所的な温度上昇が生じ得る。これに対して、本実施の形態では、この冷媒流路３１０の最下流部分を、第２領域に設けている。これにより、第１領域における局所的な温度上昇を抑止することができる。

また、仮に第１領域にてドライアウトを促進させた場合、第１領域において温度上昇が生じ得る。これに対して、本実施の形態では、第２領域においてドライアウトを促進させることができる。これにより、第１領域における温度上昇を伴わずに、冷媒出力部１３２（つまり蒸発器出口）のスーパーヒート（過熱度）を確保することができ、冷媒の流量を増加させることができる。例えば、第２領域の冷媒出力部１３２の付近に温度式膨張弁（ＴＸＶ（Thermal Expansion Valve））を設け、温度式膨張弁は、図１６のポイントＰにおいて、第２領域の冷媒出力部１３２（つまり第２領域の出口）の付近の冷媒の温度を検知し、検知した温度に応じて冷媒の流量を調整するように動作してよい。例えば、温度式膨張弁は、検知した冷媒の温度が所定の第１閾値より高い場合、冷媒の流量を増やすように動作してよい。また、温度式膨張弁は、検知した冷媒の温度が所定の第２閾値より低い場合、冷媒の流量を減らすように動作してよい。

図１７は、熱交換プレート１００の構成の第１の変形例を示す平面図である。

図１７に示すように、熱交換プレート１００における第１面１８１は、第１領域を挟んだ第２領域とは反対側に、電池セル群３２が配置されない領域である第３領域をさらに有してよい。冷媒層３００における冷媒流路３１０は、第１領域、第２領域、及び第３領域に渡って構成されてよい。

例えば、第１冷媒流路３１１の冷媒入力部１３１とは反対の端を第３領域まで延ばし、第３領域において当該端から第２冷媒流路３１２に繋がる第４冷媒流路３１４を設けてよい。

冷媒流路３１０の冷媒入力部１３１から遠い部分は冷媒が流れにくく、第１冷却液流路２１１から第２冷却液流路２１２への折り返し部分の冷却液の温度は上昇しやすい傾向にある。これに対して、図１７に示す構成によれば、電池セル群３２の熱負荷を受けない第３領域において、第４冷媒流路３１４を流れる冷媒と、第１冷却液流路２１１から第２冷却液流路２１２への折り返し部分を流れる冷却液との間で熱交換が可能となる。よって、第３領域において冷却液が冷却され、冷却液の温度の均一化が改善される。

図１８は、熱交換プレート１００の構成の第２の変形例を示す平面図である。

図１８に示すように、冷媒層３００における冷媒流路３１０は、第２冷媒流路３１２と第３冷媒流路３１３との間に、冷媒の流量を絞る絞り部４０３をさらに備えてよい。第３冷媒流路３１３の冷媒の圧力は、第２冷媒流路３１２の冷媒の圧力より低くてよい。これにより、第２領域における冷媒の蒸発温度をさらに低下させることができる。

図１９は、熱交換プレート１００の構成の第３の変形例を示す平面図である。

熱交換プレート１００は、熱交換プレート１００の第１領域の少なくとも一部において、電池セル群３２と熱交換プレート１００の間に配置され、第１の熱伝導率を有する熱伝導部材を有してよい。加えて、熱交換プレート１００は、図１９に示すように、熱交換プレート１００の第２領域の少なくとも一部において、第２の熱伝導率を有する断熱部材４０４を有してよい。第１の熱伝導率は、第２の熱伝導率より大きくてよい。例えば、第１の熱伝導率は、第２の熱伝導率の１００倍以上であってよい。

このように、第２領域の少なくとも一部に断熱部材４０４を有することにより、低温になる第２領域において結露水が発生することを抑制できる。加えて、第２領域の少なくとも一部に断熱部材４０４を有することにより、第２領域に発生した結露水が、電池セル群３２の電力を出力する高圧電系に接近することを抑止できる。

図２０は、熱交換プレート１００の構成の第４の変形例を示す平面図である。

図２０に示すように、熱交換プレート１００は、熱交換プレート１００の第２領域に、熱交換プレート１００の第２領域を含む部分に生じた凝縮水を回収する凝縮水回収部４０５をさらに備えてよい。

これにより、低温になる第２領域において発生し得る凝縮水が凝縮水回収部４０５に回収されるので、第２領域に発生した凝縮水が、電池セル群３２の電力を出力する高圧電系に接近することを抑止できる。

加えて、凝縮水回収部４０５は、回収した凝縮水を、電池パック１０の外に設けられた凝縮水貯留部（図示しない）に排出する構成を備えてよい。凝縮水貯留部に貯留された水分は乾燥剤によって吸着可能であってよい。

なお、図１８、図１９及び図２０に示す構成は、適宜組み合わせることができる。例えば、熱交換プレート１００は、図１８に示す絞り部４０３と、図１９に示す断熱部材４０４と、図２９に示す凝縮水回収部４０５との少なくとも２つを備える構成であってもよい。

図２１は、熱交換プレート１００の構成の第５の変形例を示す平面図である。図２２は、冷媒回路５０及び図２１に示す冷媒流路３１０を流れる冷媒に関するｐ－ｈ線図の一例を示す。図２１に示すｐ－ｈ線図において、縦軸が圧力を示し、横軸が比エンタルピーを示す。

図２１に示すように、熱交換プレート１００の冷媒層３００における冷媒流路３１０は、冷媒入力部１３１に繋がる第３冷媒流路３１３と、第３冷媒流路３１３に接続され、所定の方向に沿って配置された第２冷媒流路３１２と、第２冷媒流路３１２から分岐する複数の分岐冷媒流路３１５と、複数の分岐冷媒流路３１５が合流し冷媒出力部１３２に繋がる第１冷媒流路３１１と、を含んでよい。第３冷媒流路３１３の少なくとも一部は、第２領域に含まれてよい。すなわち、冷媒入力部１３１から流入した冷媒は、第３冷媒流路３１３、第２冷媒流路３１２、分岐冷媒流路３１５、及び、第１冷媒流路３１１の順に流れて、冷媒出力部１３２から流出する。

冷媒流路３１０の圧損により、冷媒の温度は冷媒入力部１３１から冷媒出力部１３２に向かって低下する傾向にあるので、冷媒の温度は次のような関係になる場合がある。

冷媒入力部１３１の冷媒の温度＞冷却液入力部１２１の冷却液の温度＞冷却液出力部１２２の冷却液の温度＞冷媒出力部１３２の冷媒の温度

この場合、図２１に示す構成によれば、冷媒流路３１０に入った冷媒が第２領域において冷却液と熱交換を行うことにより、図２２に示すように、冷媒が冷却されるので、第１領域における冷却効率が向上し得る。

なお、図２１に示す熱交換プレート１００に、図１８、図１９及び図２０に示す構成を適宜組み合わせることができる。例えば、図２１に示す熱交換プレート１００は、図１８に示す絞り部４０３と、図１９に示す断熱部材４０４と、図２９に示す凝縮水回収部４０５との少なくとも１つを備える構成であってもよい。

以上、添付図面を参照しながら実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても本開示の技術的範囲に属すると了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

本開示の技術は、車載電池の温度調整に有用である。

１ 車両
２ 車体
３ 車輪
３ａ 第１車輪
３ｂ 第２車輪
４ 電動機
１０ 電池パック
２０ 筐体
３０ 電池モジュール
３１ 電池モジュール群
３２ 電池セル群
４０ 冷却液回路
４１ ポンプ
４２ リザーバタンク
５０ 冷媒回路
５１ コンプレッサ
５２ コンデンサ
５３ 空調蒸発器
１００ 熱交換プレート
１０１ 第１面状部材
１０２ 第２面状部材
１０３ 第３面状部材
１１０Ｆ 前面
１２１ 冷却液入力部
１２２ 冷却液出力部
１３１ 冷媒入力部
１３２ 冷媒出力部
１５０ 壁部
１５１ 第１壁面
１５２ 第２壁面
１５３ 端面
１６１ 第１凸部
１６２ 第２凸部
１７１ 第１交点
１７２ 第２交点
２００ 冷却液層
２１０ 冷却液流路
２１１ 第１冷却液流路
２１２ 第２冷却液流路
３００ 冷媒層
３０１ 入力冷媒流路
３０２ 出力冷媒流路
３０３ 分岐冷媒流路
３０３Ａ 第１冷媒流路
３０３Ｂ 第２冷媒流路
３１０ 冷媒流路
３１１ 第１冷媒流路
３１２ 第２冷媒流路
３１３ 第３冷媒流路
３１４ 第４冷媒流路
３１５ 分岐冷媒流路
４０１ 冷媒フランジ
４０２ プレート
４０３ 絞り部
４０４ 断熱部材
４０５ 凝縮水回収部

Claims (20)

1. 車体と、
   前記車体に結合された第１車輪及び第２車輪と、
   前記車体において、所定の面に沿って配置され、複数の電池セルを有する電池セル群と、
   前記車体において、前記所定の面に沿って配置された熱交換プレートと、
   前記電池セル群から供給される電力を用いて、少なくとも前記第１車輪を駆動する電動機と、
   少なくともコンプレッサとコンデンサを有する冷媒回路と、を備える車両であって、
   前記熱交換プレートは、
   前記所定の面に沿って配置された第１面と、
   前記第１面と反対の第２面と、
   前記第１面と前記第２面との間において冷却液を循環させる冷却液層と、
   前記第１面と前記第２面との間において冷媒を循環させる冷媒層と、を有し、
   前記冷媒層は、前記冷媒回路から前記冷媒が前記冷媒層に入る冷媒入力部と、前記冷媒層から前記冷媒が前記冷媒回路へ出る冷媒出力部とを有し、
   前記第１面は、前記電池セル群が配置される領域である第１領域と、前記電池セル群が配置されない領域である第２領域とを有し、
   前記冷媒層における前記冷媒の流路は、前記第１領域及び前記第２領域に渡って構成され、
   前記冷媒出力部は、前記第２領域に配置された、
   車両。
2. 請求項１に記載の車両であって、
   前記冷媒入力部は、前記第２領域において、前記冷媒出力部よりも前記第１領域に近い位置に配置された、
   車両。
3. 請求項１又は請求項２に記載の車両であって、
   前記車両は、少なくともポンプを有する冷却液回路を有し、
   前記冷却液層は、前記冷却液回路から前記冷却液層に入る冷却液入力部と、前記冷却液層から前記冷却液回路へ出る冷却液出力部と、を有し、
   前記冷却液入力部、及び、前記冷却液出力部の少なくとも一方は、前記第２領域に配置された、
   車両。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の車両であって、
   前記熱交換プレートの前記第１領域の少なくとも一部において、前記電池セル群と前記熱交換プレートの間に配置され、第１の熱伝導率を有する熱伝導部材を有し、
   前記熱交換プレートの前記第２領域の少なくとも一部において、第２の熱伝導率を有する断熱部材を有し、
   前記第１の熱伝導率は、前記第２の熱伝導率より大きい、
   車両。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の車両であって、
   前記熱交換プレートの前記第２領域に、前記熱交換プレートの前記第２領域を含む部分に生じた凝縮水を回収する凝縮水回収部をさらに備えた、
   車両。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の車両であって、
   前記第１面は、前記第１領域を挟んだ前記第２領域とは反対側に、前記電池セル群が配置されない領域である第３領域をさらに有し、
   前記冷媒層における前記冷媒の流路は、前記第１領域、前記第２領域、及び前記第３領域に渡って構成された、
   車両。
7. 請求項３から６のいずれか１項に記載の車両であって、
   前記冷媒層における前記冷媒の流路は、
   前記冷媒入力部に繋がる第１冷媒流路と、
   前記第１冷媒流路から分岐する複数の分岐冷媒流路と、
   前記複数の分岐冷媒流路が合流する第２冷媒流路と、
   前記第２冷媒流路から前記冷媒出力部に繋がる第３冷媒流路と、を含み、
   前記第３冷媒流路の少なくとも一部は、前記第２領域に含まれる、
   車両。
8. 請求項７に記載の車両であって、
   前記冷媒層における前記冷媒の流路は、前記第２冷媒流路と前記第３冷媒流路との間に、前記冷媒の流量を絞る絞り部をさらに備えた、
   車両。
9. 請求項８に記載の車両であって、
   前記第３冷媒流路の前記冷媒の圧力は、前記第２冷媒流路の前記冷媒の圧力より低い、
   車両。
10. 請求項７から９のいずれか１項に記載の車両であって、
    前記冷却液層における前記冷却液の流路は、
    冷却液入力部に接続され、所定の方向に沿って配置され第１冷却液流路と、
    前記第１冷却液流路に接続され、前記所定の方向に沿って配置され、冷却液出力部に接続された第２冷却液流路と、有し、
    前記第１冷却液流路の少なくとも一部は、前記第２領域において、前記所定の面の法線方向から見て、前記分岐冷媒流路の少なくとも一部と交差し、
    前記第２冷却液流路の少なくとも一部は、前記第２領域において、前記所定の面の法線方向から見て、前記分岐冷媒流路の少なくとも一部と交差する、
    車両。
11. 車体と、
    前記車体に結合された第１車輪及び第２車輪と、
    前記車体において、所定の面に沿って配置され、複数の電池セルを有する電池セル群と、
    前記電池セル群から供給される電力を用いて、少なくとも前記第１車輪を駆動する電動機と、
    少なくともコンプレッサとコンデンサを有する冷媒回路と、を備える車両に設置可能な熱交換プレートであって、
    前記所定の面に沿って配置された第１面と、
    前記第１面と反対の第２面と、
    前記第１面と前記第２面との間において冷却液を循環させる冷却液層と、
    前記第１面と前記第２面との間において冷媒を循環させる冷媒層と、を有し、
    前記冷媒層は、前記冷媒回路から前記冷媒が前記冷媒層に入る冷媒入力部と、前記冷媒層から前記冷媒が前記冷媒回路へ出る冷媒出力部とを有し、
    前記第１面は、前記電池セル群が配置される領域である第１領域と、前記電池セル群が配置されない領域である第２領域とを有し、
    前記冷媒層における前記冷媒の流路は、前記第１領域及び前記第２領域に渡って構成され、
    前記冷媒出力部は、前記第２領域に配置された、
    熱交換プレート。
12. 請求項１１に記載の熱交換プレートであって、
    前記冷媒入力部は、前記第２領域において、前記冷媒出力部よりも前記第１領域に近い位置に配置された、
    熱交換プレート。
13. 請求項１１又は請求項１２に記載の熱交換プレートであって、
    前記車両は、少なくともポンプを有する冷却液回路を有し、
    前記冷却液層は、前記冷却液回路から前記冷却液層に入る冷却液入力部と、前記冷却液層から前記冷却液回路へ出る冷却液出力部と、を有し、
    前記冷却液入力部、及び、前記冷却液出力部の少なくとも一方は、前記第２領域に配置された、
    熱交換プレート。
14. 請求項１１から１３のいずれか１項に記載の熱交換プレートであって、
    前記第１領域の少なくとも一部において、前記電池セル群と前記熱交換プレートの間に配置され、第１の熱伝導率を有する熱伝導部材を有し、
    前記第２領域の少なくとも一部において、第２の熱伝導率を有する断熱部材を有し、
    前記第１の熱伝導率は、前記第２の熱伝導率より大きい、
    熱交換プレート。
15. 請求項１１から１４のいずれか１項に記載の熱交換プレートであって、
    前記第２領域に、前記熱交換プレートの前記第２領域を含む部分に生じた凝縮水を回収する凝縮水回収部をさらに備えた、
    熱交換プレート。
16. 請求項１１から１５のいずれか１項に記載の熱交換プレートであって、
    前記第１面は、前記第１領域を挟んだ前記第２領域とは反対側に、前記電池セル群が配置されない領域である第３領域をさらに有し、
    前記冷媒層における前記冷媒の流路は、前記第１領域、前記第２領域、及び前記第３領域に渡って構成された、
    熱交換プレート。
17. 請求項１３から１６のいずれか１項に記載の熱交換プレートであって、
    前記冷媒層における前記冷媒の流路は、
    前記冷媒入力部に繋がる第１冷媒流路と、
    前記第１冷媒流路から分岐する複数の分岐冷媒流路と、
    前記複数の分岐冷媒流路が合流する第２冷媒流路と、
    前記第２冷媒流路から前記冷媒出力部に繋がる第３冷媒流路と、を含み、
    前記第３冷媒流路の少なくとも一部は、前記第２領域に含まれる、
    熱交換プレート。
18. 請求項１７に記載の熱交換プレートであって、
    前記冷媒層における前記冷媒の流路は、前記第２冷媒流路と前記第３冷媒流路との間に、前記冷媒の流量を絞る絞り部をさらに備えた、
    熱交換プレート。
19. 請求項１８に記載の熱交換プレートであって、
    前記第３冷媒流路の前記冷媒の圧力は、前記第２冷媒流路の前記冷媒の圧力より低い、
    熱交換プレート。
20. 請求項１７から１９のいずれか１項に記載の熱交換プレートであって、
    前記冷却液層における前記冷却液の流路は、
    冷却液入力部に接続され、所定の方向に沿って配置され第１冷却液流路と、
    前記第１冷却液流路に接続され、前記所定の方向に沿って配置され、冷却液出力部に接続された第２冷却液流路と、有し、
    前記第１冷却液流路の少なくとも一部は、前記第２領域において、前記所定の面の法線方向から見て、前記分岐冷媒流路の少なくとも一部と交差し、
    前記第２冷却液流路の少なくとも一部は、前記第２領域において、前記所定の面の法線方向から見て、前記分岐冷媒流路の少なくとも一部と交差する、
    熱交換プレート。