JPH1126031A - 電池冷却装置 - Google Patents
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Abstract
却作用により複数の電池を均一に良好に冷却できる電池
冷却装置を提供する。 【解決手段】 電気的に相互に接続された複数個の電池
14を密閉容器10に収容し、この密閉容器の内部空間
24と連通する冷却器27を設け、密閉容器10の内部
空間24の全域および冷却器27の内部に低沸点冷媒を
充填し、密閉容器10の内部空間24の全域で、電池1
4から吸熱して冷媒が蒸発し、この蒸発したガス冷媒が
冷却器27内に上昇する。冷却器27内において、空調
用冷凍サイクルの低温冷媒が流れる冷却管29によりガ
ス冷媒を冷却して凝縮させる。この凝縮した液冷媒は自
重により密閉容器10内の電池14周辺に還流する。
Description
冷却装置に関するもので、電気自動車、ハイブリッド車
等の車両に搭載される電池の冷却に用いて好適なもので
ある。
搭載される電池は、車両走行用電動モータの電源となる
ため、高圧化、大容量化する必要がある。そのため、複
数の電池を電気的に直列接続した組電池が通常使用され
ている。ところで、この組電池において、充放電の際に
は各電池での化学反応やジュール損により熱が発生し、
電池が高温化して、電池の性能、寿命等に悪影響を及ぼ
す。そこで、従来、電池を冷却する冷却装置として、種
々なものが提案されている。
では、組電池を収容する密閉容器内にヒートパイプの一
端側の蒸発部を挿入するとともに、ヒートパイプの他端
側の凝縮部を密閉容器の外部に突出させ、そして、組電
池で発生する熱をヒートパイプの蒸発部で吸熱して、ヒ
ートパイプ内部の液冷媒を蒸発させ、この蒸発したガス
冷媒をヒートパイプの凝縮部に上昇させ、ここで外気中
に放熱してガス冷媒を凝縮させて、蒸発部に還流させる
ようにしたものが提案されている。
ずれもヒートパイプの一端側の蒸発部を組電池を収容す
る密閉容器内に挿入する構成であるので、ヒートパイプ
の挿入位置から離れた部位に配置されている電池の冷却
効果がどうしても悪化し、組電池の温度ばらつきが発生
しやすい。
生すると、高温部の単電池の容量が低下することから、
この状態で充放電を繰り返すと、高温部の単電池のダメ
ージが促進される。また、電池の種類によっては、単電
池のダメージ促進により引火性の水素ガスを発生する場
合もある。本発明は上記点に鑑み、ヒートパイプと同様
な熱サイフォン方式の冷却作用により複数の電池を均一
に良好に冷却できる電池冷却装置を提供することを目的
とする。
提供を他の目的とする。また、本発明は冷却性能の高い
電池冷却装置の提供をさらに他の目的とする。
め、本発明は以下の技術的手段を採用する。すなわち、
請求項1記載の発明では、電気的に相互に接続された複
数個の電池(14)を密閉容器(10)に収容し、この
密閉容器(10)の内部空間(24)と連通する冷却器
(27)を設け、密閉容器(10)の内部空間(24)
の全域および冷却器(27)の内部に冷媒を充填し、密
閉容器(10)の内部空間(24)の全域で、電池(1
4)から吸熱して冷媒が蒸発し、この蒸発したガス冷媒
が冷却器(27)内に上昇して冷却され凝縮し、この凝
縮した液冷媒が自重により密閉容器(10)の内部空間
(24)の電池(14)周辺に還流するようにしたこと
を特徴としている。
発潜熱を奪って、電池(14)を冷却する際に、冷媒は
密閉容器(10)の内部空間(24)にて各電池(1
4)のほぼ全表面と直接的に接触しているので、冷却効
果が大きいとともに、各電池(14)を均一に冷却でき
る。それ故、複数の電池(14)間の温度分布を僅少値
に抑制できる。
明のように密閉容器(10)の上方側の外部に配置した
り、請求項3記載の発明のように密閉容器(10)の内
部空間(24)の上方側に内蔵させることがてきる。特
に、請求項3記載の発明のように密閉容器(10)の内
部空間(24)の上方側に内蔵させれば、電池冷却装置
全体構造の小型簡潔化を実現できる。
閉容器(10)を、複数個の電池(14)を収容する容
器本体(11)と、この容器本体(11)の上端部を閉
塞する上蓋(12)とから構成し、この上蓋(12)を
冷却器(27)として構成しているから、電池冷却装置
の小型簡潔化を一層促進できる。また、請求項5記載の
発明では、冷却器(27)に、空調用冷凍サイクルの低
温冷媒が流れる冷却管(29)を備えることを特徴とし
ている。
冷媒を利用して、冷却器(27)とガス冷媒との温度差
を増大させて、熱交換量を格段と向上できる。また、請
求項6記載の発明では、冷却器(27)を、冷却空気が
強制送風されてガス冷媒を冷却する空冷方式として構成
することを特徴としている。これよると、ガス冷媒を強
制送風による空冷方式にて良好に冷却できるので、電池
周囲に空調用冷凍サイクルが装備されていない場合にも
問題なく実施できる。
(27)と密閉容器(10)の内部空間(24)との間
を連通する連通パイプ(26)を、内管(26e)と外
管(26f)とからなる2重管(26d)で構成し、内
管(26e)をガス冷媒が上昇し、外管(26f)を液
冷媒が下降することを特徴としている。これによると、
2重管(26d)の採用により冷媒の気液を分離するこ
とができるので、電池(14)での発熱量が大きくなっ
て、電池(14)周囲での冷媒の蒸発量が多い場合で
も、上昇ガスによる液降下の妨げを回避できる。そのた
め、冷媒の循環(ガス冷媒の上昇と液冷媒の下降)をス
ムースに行うことができ、熱サイフォン式冷却装置の冷
却性能を高めることができる。
(27)と密閉容器(10)の内部空間(24)との間
にガス冷媒が上昇するガス側連通パイプ(260)と液
冷媒が下降する液側連通パイプ(261)を備えること
を特徴としている。これによると、冷媒の気液分離を一
層促進でき、冷却性能をさらに高めることができる。
電池(14)を収容した密閉容器(10)で構成される
電池モジュール(100)をさらに複数個電気的に接続
して1つの電池ユニット(110)となし、この電池ユ
ニット(110)において、複数個の電池モジュール
(100)にそれぞれ対応して冷却器(27)を備えた
ことを特徴としている。
0)毎にそれぞれ対応して設けた冷却器(27)により
ガス冷媒の冷却、凝縮を行うことができる。また、請求
項10記載の発明では、電池モジュール(100)を複
数個電気的に接続して構成される1つの電池ユニット
(110)において、複数個の電池モジュール(10
0)に対して冷却器(27)を共通の1つの冷却器とし
て構成し、この1つの冷却器(27)と、複数個の電池
モジュール(100)の密閉容器(10)の内部空間
(24)との間を連通パイプ(26、260、261)
により連通させたことを特徴としている。
7)の採用により、電池ユニット(110)の構成の簡
潔化を実現できる。また、請求項11記載の発明では、
複数個の電池(14)の正極側端子(14a)と負極側
の端子(14b)を、隣接する電池同志の間で上下交互
に配置することを特徴としている。
子(14a、14b)間を接続する電気配線(15)を
電池(14)の上下両端面の間にわたって配設する必要
がなく、隣接する電池(14)の下側面同志および上側
面同志の間に配設するだけでよく、電気配線(15)の
長さを短縮でき、電気配線(15)のコストを低減でき
るとともに、配線作業が容易になる。
器(10)の内部空間(24)の底部側に、複数個の電
池(14)の下方側支持する支持台(13)を配置し、
この支持台(13)の下方部に内部空間(24)と連通
する下方空間(24a)を形成し、この下方空間(24
a)にも冷媒を充填し、さらに、下方空間(24a)内
に、複数個の電池(14)の正極側端子(14a)と負
極側の端子(14b)の間を接続する電気配線(15)
を配置したことを特徴としている。
されている冷媒によって電気配線(15)も冷却するこ
とができるので、電気配線(15)の発熱温度を抑え
て、電気配線(15)の小径化を図ることができる。ま
た、請求項13記載の発明では、電気的に相互に接続さ
れた複数個の電池(14)を収容する密閉容器(10)
を有し、この密閉容器(10)の内部空間(24)の全
域に冷媒を充填し、この密閉容器(10)の長手方向が
水平方向に向くようにこの密閉容器(10)を寝かせて
配置し、この密閉容器(10)の上方側の壁面の外側
に、この上方側の壁面を冷却する冷却器(27)を配置
し、密閉容器(10)の内部空間(24)の全域で、電
池(14)から吸熱して冷媒が蒸発し、この蒸発したガ
ス冷媒が密閉容器(10)の内部空間(24)を上昇し
て密閉容器(10)の上方側の壁面に接することにより
冷却され、凝縮し、この凝縮した液冷媒が自重により密
閉容器(10)の内部空間(24)の電池(14)周辺
に還流するようにしたことを特徴としている。
閉容器(10)の内部空間(24)の上方側の壁面自身
が冷却面となってガス冷媒を冷却、凝縮させることがで
きる。従って、密閉容器(10)の内部空間(24)と
冷却器(27)側の空間とを遮断することができるの
で、密閉容器(10)のシールが容易となる。また、密
閉容器(10)の上方側の壁面に冷却器(27)を密着
配置するので、冷却器(27)の設置スペースを縮小で
きる。
器(27)は、請求項14記載のように低温の冷却流体
が流れる冷却管(29)と、この冷却管(29)と密閉
容器(10)の上方側の壁面との間に充填された熱伝導
部材(45)とにより構成することができる。また、請
求項15記載の発明では、複数個の電池(14)は丸形
であり、この丸形の電池(14)を密閉容器(10)内
で千鳥状に配置することを特徴としている。
4)相互間の間隙に充填された冷媒により電池(14)
を良好に冷却できるとともに、丸形電池(14)の千鳥
状配置により、複数個の丸形電池(14)群全体の収容
スペースを小型化できる。また、複数個の丸形の電池
(14)を、請求項16のように碁盤目状に配置して
も、丸形電池(14)相互間の間隙に充填された冷媒に
より電池(14)を良好に冷却できる。
数個の電池(14)を密閉容器(10)内で互いに離し
て配置すれば、各電池(14)の全表面に冷媒を接触さ
せて、電池(14)の冷却効果を一層向上できる。さら
に、請求項18記載の発明のように、電池(14)とし
て、電池ケースを密閉構造とした密閉電池を用いれば、
電池内部への水補給等の面倒なメンテナンスが不要とな
り、しかも、電池ケース内部の溶液の外部への洩れに起
因する漏電、感電等の不具合も回避できる。
記載の各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形
態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
づいて説明する。 (第1実施形態)図1、2は第1実施形態を示すもの
で、密閉容器10は図2に示すように断面六角形状であ
り、容器本体11と、この容器本体11の上方開口端を
閉塞する上蓋12とから構成されている。ここで、容器
本体11と上蓋12は、適宜の金属または樹脂にて形成
されている。
形成された支持台13が配置されており、この支持台1
3は容器本体11の内壁面に沿う六角形状になってい
る。密閉容器10の内部には、複数個本例では7個の電
池14が支持台13の上面に載置されて収容されてい
る。この7個の電池14の端子間は電気配線15により
電気的に直列接続されている。
端部には正極側の出力配線16と、負極側の出力配線1
7とを設けて、この両出力配線16、17は、上蓋12
に気密に装着された密封端子18に接続され、密封端子
18から7個の電池14群の電力を取り出すようになっ
ている。密封端子18には外部結線用の電気配線19、
20が接続されている。このように、密閉容器10内に
複数の電池14群を収容することにより電池モジュール
100が構成される。
(蓄電池)であり、具体的には、ニッケル水素電池であ
り、このニッケル水素電池は適切に冷却され、電池温度
が高温(例えば、45°C以上)にならなければ、電池
内部に発生したガスを電池内部で吸収して、内圧を大気
圧レベルに維持できる基本特性を持っている。ところ
で、上蓋12には容器本体11の外側面に嵌合する六角
状の嵌合部12aが上面部12bから垂下するように形
成されており、この嵌合部12aと容器本体11の外側
面との間をシールするために、容器本体11の外側面に
形成した凹溝11a内にゴムのような弾性材(Oリン
グ)からなるシール材21を配設して、このシール材2
1を嵌合部12aにより圧縮変形させるようになってい
る。
12の嵌合部12aに対応する部位にネジ穴を有するボ
ス部22を図2に示すように6箇所に等間隔で配設し、
このボス部22のネジ穴に対応する部位にボルト(締結
手段)23挿通用の取付穴を容器本体11および上蓋1
2の嵌合部12aに開ける。そして、この取付穴を通し
てボルト23をボス部22のネジ穴に締め付けることに
より、容器本体11に上蓋12の嵌合部12aを一体に
締結している。
形成された7個の丸形電池14相互間の隙間を介して一
つの空間として連通しており、かつ、この内部空間24
は7個の電池14の周囲のほぼ全域にわたって形成され
ている。ここで、7個の丸形電池14は図2に示すよう
に円形の中心位置が相互にずれた千鳥状配置にして、断
面六角状の密閉容器10内に収納してある。
に開けた開口部25、および連通パイプ26を介して、
内部空間24に連通する冷却器27が密閉容器10の上
方側の外部に配置されている。ここで、密閉容器10の
内部空間24、冷却器27および連通パイプ26からな
る冷媒循環系路内には、熱サイフォン式冷却装置の作動
流体としての冷媒が封入されている。この冷媒として
は、フロリナート等の不燃性の低沸点冷媒を用いる。な
お、冷媒の注入のために、例えば、密閉容器10の容器
本体11に冷媒注入口(図示せず)を設けてある。
たは樹脂で形成することができ、また、冷却器27は、
アルミニウム等の金属または樹脂で形成した円筒状のケ
ース28を水平方向に配置しており、このケース28の
軸方向の中央位置に連通パイプ26が連通している。そ
して、ケース28の内部の中心位置を冷却管29が軸方
向に貫通している。この冷却管29はその内部に低温の
冷却流体が流れるものであって、具体的には、冷却管2
9は図示しない車両用空調装置の冷凍サイクルの低圧側
冷媒配管であり、サイクル低圧側の低温冷媒が流通す
る。冷却管29は、例えば、冷凍サイクルの膨張弁等の
減圧手段と蒸発器入口側との間の冷媒配管、あるいは、
蒸発器出口側とアキュームレータ(圧縮機吸入冷媒の気
液分離器)の入口側との間の冷媒配管で構成される。
優れたアルミニウム等の金属からなり、冷却管29の外
周面には、ケース28内部の冷媒との間の熱の授受を促
進するためのプレート状のフィン部材30が設けてあ
る。このフィン部材30もアルミニウム等の金属からな
る。また、ケース28の内部の上方側には水素ガス等の
分子径の小さい分子を選択的に捕捉できるガス吸着装置
31が配設してある。このガス吸着装置31は具体的に
はゼオライト等で構成することができる。
動を説明すると、放電時のジュール損失等により密閉容
器10内の電池14の温度が上昇すると、密閉容器10
の内部空間24内に充填されている冷媒は電池14から
速やかに吸熱して沸騰し、ガス化する。従って、電池1
4から冷媒の蒸発潜熱を奪って、電池14を冷却でき
る。しかも、冷媒は密閉容器10の内部空間24にて各
電池14のほぼ全表面と直接的に接触しているので、冷
却効果が大きいとともに、各電池14を均一に冷却でき
る。それ故、電池モジュール100内において、複数の
電池14間の温度分布を僅少値に抑制できる。
ス化した冷媒は密度の減少により自然対流で連通パイプ
26を上昇して、冷却器27の円筒状のケース28内に
流入する。このケース28内においてガス冷媒は冷却管
29内の低温冷媒と熱交換して冷却され、凝縮する。凝
縮した液冷媒は密度の増大により自重にて連通パイプ2
6を下降して密閉容器10の内部空間24内に還流し、
再度、電池14の冷却作用に供される。
て、フロリナート等の低沸点冷媒を使用することによ
り、密閉容器10の内部圧力(作動流体圧力)を引き下
げて、密閉容器10の低強度設計を実現して、密閉容器
10のコスト低減を図ることができる。具体的には、フ
ロリナートの作動圧は、常用35〜70kPa(大気圧
の1/2近辺)で、沸点は約56°Cである。
性であるので、電池14で発生するガスの洩れに対する
引火の危険を回避でき、安全性を向上できる。また、冷
却器27の冷却管29内を流通する冷却流体として、空
調用冷凍サイクルの低温冷媒を使用しているので、冷却
器27内における高温ガス冷媒と、冷却管29内の低温
冷媒との間で非常に大きな温度差を設定できる。そのた
め、冷却器27での凝縮能力を向上できるので、冷却器
27のコンパクト化が可能となり、冷却器27の冷却管
29を直線的な単純な円管または偏平管とすることがで
き、蛇行状に曲げ形成する必要がない。
圧側回路での冷媒圧損の増加を最小限に抑えることがで
き、冷凍サイクル効率の低下を抑制できる。ここで、車
両空調用冷凍サイクルがヒートポンプとして構成されて
いる場合には、冬期の暖房時に、冷凍サイクル側の冷媒
が冷却器27で吸熱することにより、廃熱回収を行っ
て、冬期の暖房能力を高めることができる。
池内部での発生ガス(水素ガス)を吸収しきれず、電池
内圧が上昇すると、安全弁が開弁して、電池14の外部
へ水素ガスが洩れ出てくることがある。しかし、本実施
形態によると、冷却器27のケース28内にガス吸着装
置31が配設してあるので、この水素ガス等の分子径の
小さい分子を選択的に捕捉でき、水素ガス等が大気中に
放出されるのを未然に防止できる。
り、第1実施形態における密閉容器10内に複数個の電
池14を収容した電池モジュール100を複数連接して
ユニット化したものである。すなわち、第2実施形態で
は複数の電池モジュール100を水平方向に並置し、各
電池モジュールの密閉容器10の上蓋12に装着した密
閉端子18の外部結線用電気配線19、20を相互に接
続して、各電池モジュールを電気的に直列接続して、電
池ユニット110を構成している。
大容量化のために、数十個の単電池を直列接続している
が、第2実施形態によると、この数十個の単電池の直列
接続化を実現できる同時に、この数十個の単電池群を数
個の電池14を収容した数個の電池モジュール100に
分割し、各電池モジュール毎にガス吸着装置31を配設
しているので、電池ユニット110全体に水素ガスが拡
散することがなく、各電池モジュール100毎に水素ガ
スを効率的に捕捉できる。
ース28内に配設せずに、各電池モジュール100の容
器上蓋12の内側面に配設してもよい。(第3実施形
態)図4は第3実施形態であり、第2実施形態による複
数の電池モジュール1000を連接した電池ユニット1
10において、冷却器27として、複数の電池モジュー
ル100に対して共通使用する1つの冷却器27を装備
して、冷却器27の簡略化を図っている。従って、連通
パイプ26には各電池モジュール100の密閉容器10
の内部空間24に連通する分岐パイプ26a〜26cが
設けてある。
26a〜26cの上方側の合流部に2重管部26dを設
け、この2重管部26dを一体型の冷却器27のケース
28の軸方向中央位置に連通させている。そして、この
2重管部26dの内管26e内を密閉容器10で蒸発し
たガス冷媒が上昇し、一方、冷却器27で凝縮した液冷
媒は外管26f内を下降する。
より、電池14での発熱量が大きくなって、電池14周
囲での冷媒の蒸発量が多い場合でも、上昇ガスによる液
降下の妨げを回避できる。そのため、冷媒の循環(ガス
冷媒の上昇と液冷媒の下降)をスムースに行うことがで
き、熱サイフォン式冷却装置の冷却性能を高めることが
できる。
27内で、連通パイプ26の2重管部26dの開口端の
上方位置に対向配置してあるから、2重管部26dの内
管26e内を上昇するガス冷媒がガス吸着装置31に衝
突するように流れるので、ガス吸着装置31により水素
ガスをより一層効率的に捕捉できるとともに、ガス吸着
装置31を1箇所配設するだけでよく、この点からも構
造を簡素化できる。
り、冷却器27の軸方向を上下方向に向けて、冷却器2
7を縦型とし、密閉容器10の内部空間24の上部に連
通し、密閉容器10の内部で蒸発したガス冷媒が上昇す
るガス側連通パイプ260を冷却器27の円筒状ケース
28の上端に連通させる。一方、冷却器27内で凝縮し
た液冷媒が下降する液側連通パイプ261を冷却器27
の円筒状ケース28の下端から取り出して密閉容器10
の内部空間24の上部に連通させている。
0の内部空間24と冷却器27の円筒状ケース28内と
をガス側連通パイプ260およひ液側連通パイプ261
で連通することにより、冷媒が循環するループ状の流路
を構成でき、第3実施形態よりもさらに冷媒の循環が円
滑となり、冷却性能を高めることができる。また、ガス
吸着装置31をガス側連通パイプ260の開口端に対し
て対向配置することにより、水素ガスの吸着効率を向上
できる。
り、冷却器27を密閉容器10内部の上方部に配設し
て、冷却器27を含む全体構造の小型化を図ったもので
ある。第5実施形態では、密閉容器10の上蓋12の内
側に冷却器27の冷却管29を直接配設している。この
冷却管29は上述の各実施形態と同様に車両用空調装置
の冷凍サイクル低圧側の低温冷媒が流通するアルミニウ
ム配管である。上蓋12に入口側配管継手32および出
口側配管継手33を気密に配設して、この両配管継手3
2、33に冷却管29の両端部を一体に接合することに
より、冷却管29を上蓋12の内側に吊り下げる構造に
してある。
9に上述の各実施形態におけるフィン部材30を設けて
もよいことはもちろんである。同様に、水素ガスの吸着
のためには、ガス吸着装置31を上蓋12の内側面に装
着するのがよい。図7は第5実施形態における冷却メカ
ニズムを示しており、密閉容器10の内部空間24に
は、フロリナート等の低沸点冷媒が充填されているの
で、電池14が発熱すると、電池14の周囲に直接接し
ている低沸点冷媒が電池14から吸熱して沸騰し、ガス
化する。従って、電池14から冷媒の蒸発潜熱を奪っ
て、電池14を冷却できる。
ス化した冷媒は密度の減少により自然対流で内部空間2
4を上昇して、内部空間24の上部(上蓋12の内側の
位置)に配設された冷却器27の冷却管29に接触す
る。この冷却管29内には空調用冷凍サイクルの低温冷
媒が流通しているので、ガス冷媒はこの低温冷媒と熱交
換して冷却され、凝縮する。凝縮した液冷媒は密度の増
大により内部空間24を自重で下降して、再度、電池1
4の冷却作用に供される。
て、電池14の周辺部は低沸点冷媒の沸騰領域であり、
最上部の冷却器27の周辺部は低沸点冷媒の凝縮領域で
あり、そして、沸騰領域と凝縮領域との中間は低沸点冷
媒の湿り蒸気領域である。 (第6実施形態)図8、図9は第6実施形態であり、上
記第5実施形態による電池モジュール100を連結して
ユニット化した例である。各電池モジュールの密閉容器
10内の上部にそれぞれ配設した冷却器27の冷却管2
9の入口、出口配管継手32、33間をアルミニウム製
の連結管34により直列に連結したものである。
施形態であり、上記した第1〜第6実施形態では、冷却
器27の冷却源として空調用冷凍サイクルの低温冷媒を
利用する場合について説明したが、第7実施形態では冷
却器27を空冷方式として構成している。この空冷方式
の冷却器27は以下のごとく構成してある。上下方向に
延びる多数の偏平チューブ35を並列配置するととも
に、この偏平チューブ35相互の間にコルゲートフィン
36を介在し、さらに偏平チューブ35の下端部を水平
方向に延びるヘッダータンク37に連通させ、これらの
各部品をアルミニウム製として一体ろう付けにより組付
けている。
内部空間24の上部に連通する連通パイプ26(図4の
連通パイプ26と同じもの)の上端部が冷却器27の下
端に位置するヘッダータンク37に連通している。冷却
器27は連通パイプ26により電池ユニット110の上
方に配置されているとともに、冷却器27に対して図示
しない送風手段(電動送風機等)により強制送風する。
5内に上昇したガス冷媒はコルゲートフィン36を介し
て空気中に放熱して冷却され、凝縮する。ここで、車両
搭載上、冷却器27の部分を車両用空調装置の通風路内
(具体的には冷凍サイクルの蒸発器上流側)に設置可能
であるならば、冷却器27を空調送風機により送風され
る空気にて強制空冷できる。従って、この場合は冷却器
27専用の送風手段を設ける必要がない。
施形態であり、前述した図6の第5実施形態の変形例で
ある。図13は第8実施形態の組付前の状態を示し、図
14は第8実施形態の組付前の状態を示している。第8
実施形態では、各電池モジュール100の密閉容器10
の上蓋12を、箱体部38と、この箱体部38の上端の
開口部を閉塞する蓋部39とから構成して、上蓋12の
内部に中空空間を形成している。ここで、箱体部38お
よび蓋部39は熱伝導性のよい金属(アルミニウム等)
で形成してあり、この両者38、39の間はろう付けに
より接合されて、上蓋12の内部空間の気密を維持す
る。
壁部分を貫通してボルト40を密閉容器10の容器本体
11のネジ穴41にネジ込むことにより上蓋12を容器
本体11に一体に締結する。ここで、上蓋12の箱体部
38の底面と容器本体11の上端面との間にはシール材
42を介在して気密を維持する。また、車両空調用冷凍
サイクルの低圧側の低温冷媒を上蓋12の内部空間に流
通させるために、入口側配管29aが上蓋12の蓋部3
9を貫通して上蓋12の内部空間の一端側に連通してお
り、また、出口側配管29bが上蓋12の蓋部39を貫
通して上蓋12の内部空間の他端側に連通している。従
って、図13、図14の図示例では、上蓋12の内部空
間をサイクル低圧側の低温冷媒が左側から右側へと流れ
る。
媒と、密閉容器10の内部空間24を上昇してきたガス
冷媒との間の熱の授受を促進するためのプレート状のフ
ィン部材30aが箱体部38の内面に設けてあるととも
に、箱体部38の底面外側にもプレート状のフィン部材
30bが設けてある。従って、第8実施形態によると、
上蓋12の内部空間に流れる低温冷媒により箱体部38
内のフィン部材30aを介して箱体部38の底面部およ
び箱体部38の底面外側のフィン部材30bが低温に冷
却される。一方、電池14群から吸熱してガス化したガ
ス冷媒(低沸点冷媒)は密閉容器10の内部空間24を
上昇して、上記低温に冷却されている箱体部38の底面
部およびフィン部材30bに接触して、ここで凝縮す
る。
の上蓋12の内部空間が図6の第5実施形態の冷却管2
9の役割を果たしており、上蓋12自身が冷却器27の
役割を兼ねることができる。なお、上蓋12の中央位置
から、電池14群の正極側、負極側のいずれか一方、例
えば、正極側の電気配線19を外部へ取り出し、他方の
電気配線(図示せず)は上蓋12の外縁寄りの位置から
外部へ取り出すようにしてあり、電気配線19の取り出
し部はプラグ部材43により気密に閉塞するようにして
ある。
施形態であり、上述の各実施形態ではいずれも電池モジ
ュール100の長手方向が上下方向に向くように電池モ
ジュール100を立てて配置しているが、第9実施形態
は電池モジュール100の長手方向が水平方向に向くよ
うに電池モジュール100を寝せて配置する場合に関す
るものであって、その場合の冷却器27の形態に特徴を
有している。
ル100を水平方向に並列配置して連結して1つの電池
ユニット110を構成するとともに、この電池ユニット
110の全体を覆うカバー部材44を設置する。このカ
バー部材44は金属または樹脂製であり、各電池モジュ
ール100の密閉容器10の上面部と、カバー部材44
との間に所定の間隙を設けている。そして、この間隙内
に、冷却器27の冷却管29を配設するとともに、この
冷却管29周囲の空隙に電気絶縁性に優れたセラミック
系もしくは樹脂系の材料からなる熱伝導部材45を充填
している。図16の例は、熱伝導部材45としてセラミ
ック系の粒状体を冷却管29の周囲に充填している。な
お、本実施形態では、密閉容器10の容器本体11およ
び上蓋12は熱伝導性を考慮して金属製としている。
低圧側の低温冷媒が流通するものであって、図15の平
面図に示すように、入口側配管29aを各電池モジュー
ル100の長手方向の一端側に配置し、出口側配管29
bを各電池モジュール100の長手方向の他端側に配置
し、そして、この両配管29a、29bの間に冷却管2
9を複数本(図15の例では7本)並列に配置してい
る。
6角形状の各電池モジュール100の頂部と頂部との間
の谷部に配置して、電池ユニット110の全高が高くな
らないようにしてある。第9実施形態によると、各電池
モジュール100の内部において、電池14から吸熱し
て低沸点冷媒が蒸発してガス冷媒となる。このガス冷媒
は密閉容器10の内部空間24を上昇して密閉容器10
の上部壁面に接する。ここで、密閉容器10の容器本体
11および上蓋12は熱伝導性のよい金属製であるか
ら、密閉容器10の上部壁面は熱伝導部材45を介して
冷却管29内の低温冷媒により低温に冷却されている。
面に接することにより冷却され、凝縮する。凝縮した液
冷媒は自重により下方へ滴下し、再度、電池14の冷却
のために供される。以上の説明から理解されるように、
第9実施形態では、密閉容器10の上部壁面自体が低沸
点冷媒の凝縮面となり、そして、冷却管29を有する冷
却器27は密閉容器10の外部に配置され、密閉容器1
0の内部空間24と遮断したままとなっている。
0実施形態であり、図18は図17のA−A断面を示
す。第10実施形態は、図1、2に示す第1実施形態を
変形したものであり、支持台13を、6角形状の支持面
13aと、この支持面13aの外周縁部から下方に垂下
する脚部13bとからなる形状に樹脂(電気絶縁材)に
て成形している。これにより、支持面13aの下方にも
空間24aを形成している。そして、支持面13aに複
数(図18の例では12個)の連通穴13cを開けるこ
とにより、支持面13aの下方空間24aを上方の空間
24に連通させており、下方空間24a内にも冷媒を充
填している。
14の正極側および負極側の端子(電極)14a、14
bが貫通する貫通穴13dが設けてあり、端子14a、
14bは貫通穴13dを通って下方空間24aへ突出し
ている。ここで、密閉容器10内に千鳥状に配列された
7個の丸形電池14は、図17、18に示すように隣接
する電池同志の正極側端子14aと負極側の端子14b
とを上下交互に配置している。
する電気配線15を電池14の上下両端面の間にわたっ
て配設する必要がなく、隣接する電池14の下側面同志
および上側面同志の間に配設するだけでよく、電気配線
15の長さを短縮できる。しかも、電池14の下側面に
配設する電気配線15は下方空間24a内の液冷媒中に
浸漬することができ、下方空間24a内の液冷媒の蒸発
潜熱により電池14の下側電気配線15を冷却できる。
この冷却により電気配線15の発熱温度を抑えて、電気
配線15の小径化が可能となる。
媒は複数の連通穴13cを通して、支持台13上側の内
部空間24側にスムースに抜くことができるので、この
ガス冷媒と入れ替って、冷却器27で凝縮した液冷媒が
内部空間24から連通穴13cを通して下方空間24a
内に流入する。また、電気配線15は具体的には棒状の
導電体からなり、電気配線15の両端部にはボルト46
の通し穴(図示せず)を有するリング状接続部(図示せ
ず)が形成してあり、また、各電池14の端子14a、
14bにネジ穴(図示せず)が設けてある。従って、こ
の電気配線15のリング状接続部をボルト46により各
電池14の端子14a、14bに締め付け固定すること
により、各電池14の端子14a、14b間を電気接続
することができる。
態であり、図19は密閉容器10の容器本体11の上面
図あり、第11実施形態では密閉容器10の形状が長方
形であり、この長方形の密閉容器10内に丸形の電池1
4を収容するに当たり、丸形の電池14同志の中心位置
を密閉容器10の長方形の長辺方向および短辺方向で一
致させて、丸形の電池14を碁盤目状に配列している。
このような碁盤目状の配列であっても、各電池14相互
の間隙部に充填された冷媒の蒸発潜熱を電池14のほぼ
全周から吸熱して、各電池14を良好に冷却できる。
態であり、図20は密閉容器10の容器本体11の上面
図あり、第12実施形態では密閉容器10の形状が長方
形であり、この長方形の密閉容器10内に長方形をした
角形の電池14を収容するに当たり、隣接する電池14
相互の間に十分な間隙を設定して、電池14相互を離し
て配置している。
ることにより、各電池14の全外表面に液冷媒を良好に
接触させることができ、各電池14の冷却効果を一層向
上できる。なお、第12実施形態では角形の電池14を
用いる場合に電池14相互を離して配置しているが、丸
形の電池14を用いる場合に電池14相互を離して配置
してもよいことはもちろんである。
態において、電池14として、電池ケースを密閉構造と
して電池ケース内部の溶液が外部へ洩れないようにした
密閉電池を用いることができる。この密閉電池の使用に
より、電池内部への水補給等の面倒なメンテナンスが不
要となり、しかも、電池ケース内部の溶液の外部への洩
れに起因する漏電、感電等の不具合も回避できる。
ある。
密閉容器の上蓋を外した状態の上面図、(b)は第5実
施形態の縦断面図である。
図である。
た状態の上面図である。
分と容器本体部分とを組付ける前の分解正面図である。
分とを組付けた後の正面図である。
部材を取り外した状態での上面図である。
を取り付けた状態での断面図である。
る。
容器の上蓋を外した状態の上面図である。
容器の上蓋を外した状態の上面図である。
電池、24…内部空間、27…冷却器、29…冷却管、
100…電池モジュール、110…電池ユニット。
Claims (18)
- 【請求項1】 電気的に相互に接続された複数個の電池
(14)を収容する密閉容器(10)と、 この密閉容器(10)の内部空間(24)と連通する冷
却器(27)とを備え、 前記密閉容器(10)の内部空間(24)の全域および
前記冷却器(27)の内部には冷媒が充填されており、 前記密閉容器(10)の内部空間(24)の全域で、前
記電池(14)から吸熱して冷媒が蒸発し、この蒸発し
たガス冷媒が前記冷却器(27)内に上昇して冷却され
凝縮し、この凝縮した液冷媒が自重により前記密閉容器
(10)の内部空間(24)の前記電池(14)周辺に
還流するようにしたことを特徴とする電池冷却装置。 - 【請求項2】 前記冷却器(27)は、前記密閉容器
(10)の上方側の外部に配置されていることを特徴と
する請求項1に記載の電池冷却装置。 - 【請求項3】 前記冷却器(27)は、前記密閉容器
(10)の内部空間(24)の上方側に内蔵されている
ことを特徴とする請求項1に記載の電池冷却装置。 - 【請求項4】 前記密閉容器(10)は、前記複数個の
電池(14)を収容する容器本体(11)と、この容器
本体(11)の上端部を閉塞する上蓋(12)とからな
り、 この上蓋(12)を前記冷却器(27)として構成した
ことを特徴とする請求項1に記載の電池冷却装置。 - 【請求項5】 前記冷却器(27)は、空調用冷凍サイ
クルの低温冷媒が流れる冷却管(29)を有することを
特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の電
池冷却装置。 - 【請求項6】 前記冷却器(27)は、冷却空気が強制
送風されて前記ガス冷媒を冷却する空冷方式として構成
されていることを特徴とする請求項2に記載の電池冷却
装置。 - 【請求項7】 前記冷却器(27)と前記密閉容器(1
0)の内部空間(24)との間を連通する連通パイプ
(26)が、内管(26e)と外管(26f)とからな
る2重管(26d)を有しており、 前記内管(26e)を前記ガス冷媒が上昇し、前記外管
(26f)を前記液冷媒が下降することを特徴とする請
求項2または6に記載の電池冷却装置。 - 【請求項8】 前記冷却器(27)と前記密閉容器(1
0)の内部空間(24)との間に前記ガス冷媒が上昇す
るガス側連通パイプ(260)と前記液冷媒が下降する
液側連通パイプ(261)が備えられていることを特徴
とする請求項2または6に記載の電池冷却装置。 - 【請求項9】 前記複数個の電池(14)を収容した前
記密閉容器(10)で構成される電池モジュール(10
0)をさらに複数個電気的に接続して1つの電池ユニッ
ト(110)となし、 この電池ユニット(110)において、前記複数個の電
池モジュール(100)にそれぞれ対応して前記冷却器
(27)を備えたことを特徴とする請求項1ないし8の
いずれか1つに記載の電池冷却装置。 - 【請求項10】 前記複数個の電池(14)を収容した
前記密閉容器(10)で構成される電池モジュール(1
00)をさらに複数個電気的に接続して1つの電池ユニ
ット(110)となし、 この電池ユニット(110)において、前記複数個の電
池モジュール(100)に対して前記冷却器(27)を
共通の1つの冷却器として構成し、この1つの冷却器
(27)と、前記複数個の電池モジュール(100)の
密閉容器(10)の内部空間(24)との間を連通パイ
プ(26、260、261)により連通させたことを特
徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記載の電池
冷却装置。 - 【請求項11】 前記複数個の電池(14)の正極側端
子(14a)と負極側の端子(14b)が、隣接する電
池同志の間で上下交互に配置されていることを特徴とす
る請求項1ないし10のいずれか1つに記載の電池冷却
装置。 - 【請求項12】 前記密閉容器(10)の内部空間(2
4)の底部側に、前記複数個の電池(14)の下方側支
持する支持台(13)を配置し、 この支持台(13)の下方部に前記内部空間(24)と
連通する下方空間(24a)を形成し、この下方空間
(24a)にも前記冷媒が充填されており、 さらに、前記下方空間(24a)内に、前記複数個の電
池(14)の正極側端子(14a)と負極側の端子(1
4b)の間を接続する電気配線(15)を配置したこと
を特徴とする請求項1ないし11のいずれか1つに記載
の電池冷却装置。 - 【請求項13】 電気的に相互に接続された複数個の電
池(14)を収容する密閉容器(10)を有し、 この密閉容器(10)の内部空間(24)の全域に冷媒
が充填されており、 この密閉容器(10)の長手方向が水平方向に向くよう
にこの密閉容器(10)を寝かせて配置し、 この密閉容器(10)の上方側の壁面の外側に、この上
方側の壁面を冷却する冷却器(27)を配置し、 前記密閉容器(10)の内部空間(24)の全域で、前
記電池(14)から吸熱して冷媒が蒸発し、この蒸発し
たガス冷媒が前記密閉容器(10)の内部空間(24)
を上昇して前記密閉容器(10)の上方側の壁面に接す
ることにより冷却され、凝縮し、この凝縮した液冷媒が
自重により前記密閉容器(10)の内部空間(24)の
前記電池(14)周辺に還流するようにしたことを特徴
とする電池冷却装置。 - 【請求項14】 前記冷却器(27)は、低温の冷却流
体が流れる冷却管(29)と、この冷却管(29)と前
記密閉容器(10)の上方側の壁面との間に充填された
熱伝導部材(45)とを有していることを特徴とする請
求項13に記載の電池冷却装置。 - 【請求項15】 前記複数個の電池(14)は丸形であ
り、この丸形の電池(14)が前記密閉容器(10)内
で千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項1な
いし14のいずれか1つに記載の電池冷却装置。 - 【請求項16】 前記複数個の電池(14)は丸形であ
り、この丸形の電池(14)が前記密閉容器(10)内
で碁盤目状に配置されていることを特徴とする請求項1
ないし14のいずれか1つに記載の電池冷却装置。 - 【請求項17】 前記複数個の電池(14)が前記密閉
容器(10)内で互いに離れて配置されていることを特
徴とする請求項1ないし16のいずれか1つに記載の電
池冷却装置。 - 【請求項18】 前記電池(14)は、電池ケースを密
閉構造とした密閉電池であることを特徴とする請求項1
ないし17のいずれか1つに記載の電池冷却装置。
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