JPWO2014065255A1 - バッテリ温度調整ユニット及びこれを搭載した車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 適度に温度調整された空気を効率よくバッテリに供給できるバッテリ温度調整ユニットを提供すること。【解決手段】 バッテリを収納するモジュールケースの内部に設けられるユニットであって、吸込み口及び吹出し口を有するユニットケースと、ユニットケースの内部に配置された熱交換器及び送風手段とを備え、モジュールケースの内部の空気は、送風手段により吸込み口から吸込まれるとともに吹出し口から吹出されて、モジュールケースの内部を循環し、吹出し口から吹出される空気は、熱交換器を通過した空気と、熱交換器を通過していない空気とを含むようにした。また、加熱器を備え、この加熱器は、冷却用熱交換器と並列、又は当該冷却用熱交換器よりも吸込み口側に配置した。【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリを収納するモジュールケースの内部の空気を温度調整して循環する構成のバッテリ温度調整ユニットに関する。

電気自動車やハイブリッドカーには車両走行用の電力を貯えるバッテリが搭載されている。バッテリモジュールとしては、車室内空調を行う冷凍サイクルを利用して、バッテリを冷却可能とした構成が知られている。例えば特許文献１及び２に開示されているバッテリモジュールは、冷凍サイクルの熱交換器を通過することによって冷却された空気を送風手段にてバッテリに送るものである。また、特許文献３に開示されているバッテリモジュールは、バッテリをモジュールケースの内部に配置するとともに、そのモジュールケースに冷凍サイクルの冷媒を流通する熱交換器を設けてなるものである。特に、同文献の図１２及び図１４には、熱交換器で冷却したモジュールケースの内部の空気をバッテリに供給する構成が開示されている。

これらの従来技術からも解るように、冷却した空気を以ってバッテリを冷却する構成としては、（Ａ）外部から吸入した空気を冷却してバッテリに送り、外部に排出する構成と、（Ｂ）バッテリを収納するモジュールケースの内部の空気を冷却して循環する構成とが知られている。ここで、構成（Ａ）のように外部から吸入した空気を利用すると、埃や水分も吸入するおそれがある。バッテリが精密な電子部品であることを考慮すると、構成（Ａ）は適切とはいえない。この点、構成（Ｂ）は、バッテリを収納するモジュールケースの内部の空気を循環するので、埃や水分を吸入するおそれがない。つまり、空気を冷却する熱交換器をバッテリケースの内部に配置して構成（Ｂ）のようにバッテリを冷却すれば、外部から飛来する埃や水分からバッテリを隔離することができるという利点がある。

特開２００６−１４３１８３号公報 特開２００７−１８５９９７号公報 国際公開第２００８／０１８３７４号パンフレット

ところで、バッテリを均一に冷却するためには、バッテリに対して大量の空気を供給することが望ましい。電気自動車やハイブリッドカーの走行用電力を貯えるバッテリは、バッテリセルと呼ばれる単電池が多数配置されてなるものであり、例えば規則的な間隔を設けて配置されるなど、複雑な表面形状を有している。このようなバッテリに対しては、表面に空気が滞留して冷却不足となる部位が残らないように、十分な量の空気を供給することが必要である。

すると、バッテリを収納するモジュールケースの内部に、熱交換器及び送風手段を備えたバッテリ温度調整ユニットを配置し、そのユニットにてモジュールケースの内部の空気を大量に循環し、且つ冷却できるように構成するのが好適と思料される。しかしながら、送風手段によって移動する空気のすべてが熱交換器を通過する構成にすると、熱交換器の通気抵抗により、空気の循環が満足に得られない場合が考えられる。また、空気の循環を向上するべく送風手段の能力を引き上げると、送風手段のコストの上昇につながるという事情もある。

尚、バッテリは、その能力を適切に得るために加熱される場合もある。熱交換器としては、空気を冷却してバッテリを冷却する冷却用熱交換器の他、空気を加熱してバッテリを加熱する加熱用熱交換器や、流通する媒体の温度によって冷却と加熱とを切換える汎用タイプの熱交換器が考えられる。熱交換器の通気抵抗の問題は、いずれの熱交換器にも共通に存在する。

本願発明者は、構成（Ｂ）を採用するバッテリモジュールの技術分野において、現状の電気自動車やハイブリッドカーにおけるバッテリを温度調整するために求められる熱交換器の能力と、バッテリに供給すべき空気の量との関係を踏まえた上で、より優れたバッテリ温度調整ユニットを得るべく設計と検証を繰り返すことにより、本願発明を案出したものである。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、適度に温度調整された空気を効率よくバッテリに供給できるバッテリ温度調整ユニット及び、これを用いた車両搭載用のバッテリモジュール並びにその車両を提供するものである。

また、この種のバッテリ温度調整ユニットにおいて、適度に温度調整された空気を効率よくバッテリに供給することに加えて、当該ユニットの小型化も強く望まれている。

本発明は、適度に温度調整された空気を効率よくバッテリに供給できる構成を維持しつつ、合理的な小型化構造を得ることができるバッテリ温度調整ユニット及び、これを用いた車両搭載用のバッテリモジュール並びにその車両を提供するものである。

本願第１請求項に記載した発明は、実施例で用いた符号を付して記すと、バッテリ（２）を収納するモジュールケース（１０）の内部に設けられるユニットであって、吸込み口（１１１）及び吹出し口（１１２）を有するユニットケース（１１０）と、前記ユニットケース（１１０）の内部に配置された熱交換器（１２０）及び送風手段（１３０）とを備え、前記モジュールケース（１０）の内部の空気は、前記送風手段（１３０）により前記吸込み口（１１１）から吸込まれるとともに前記吹出し口（１１２）から吹出されて、前記モジュールケース（１０）の内部を循環し、前記吹出し口（１１２）から吹出される空気は、前記熱交換器（１２０）を通過した空気と、前記熱交換器（１２０）を通過していない空気とを含む構成のバッテリ温度調整ユニット（１００）である。

本願第２請求項に記載した発明は、請求項１において、前記熱交換器（１２０）は、前記送風手段（１３０）よりも前記吸込み口（１１１）側に配置されており、前記ユニットケース（１１０）は、前記熱交換器（１２０）と前記送風手段（１３０）との間の部位に第２の吸込み口（１１３）を設けてなる構成のバッテリ温度調整ユニット（１００）である。

本願第３請求項に記載した発明は、請求項１又は２において、前記ユニットケース（１１０）は、前記吸込み口（１１１）から吸込まれた空気の一部が前記熱交換器（１２０）を迂回して通過するバイパス路（１１４）を設けてなる構成のバッテリ温度調整ユニット（１００）である。

本願第４請求項に記載した発明は、請求項１から３のいずれかにおいて、前記ユニットケース（１１０）には、電気ヒーター（１４０）を設けた構成のバッテリ温度調整ユニット（１００）である。

本願第５請求項に記載した発明は、請求項１から４のいずれかに記載のバッテリ温度調整ユニット（１００）を用いてなる構成の車両搭載用のバッテリモジュール（１）である。

本願第６請求項に記載した発明は、請求項１から４のいずれかに記載のバッテリ温度調整ユニット（１００）を搭載した構成の車両である。

本願第７請求項に記載した発明は、バッテリ（２）を収納するモジュールケース（１０）の内部に設けられるユニットであって、吸込み口（１１１）及び吹出し口（１１２）を有するユニットケース（１１０）と、前記ユニットケース（１１０）の内部に配置された熱交換器（１２０）及び送風手段（１３０）とを備え、前記モジュールケース（１０）の内部の空気は、前記送風手段（１３０）により前記吸込み口（１１１）から吸込まれるとともに前記吹出し口（１１２）から吹出されて、前記モジュールケース（１０）の内部を循環し、また、前記熱交換器（１２０）は、冷却用熱交換器であって前記吸込み口（１１１）と前記送風手段（１３０）との間に配置され、更に、前記吸込み口（１１１）と前記送風手段（１３０）との間に加熱器（１４０）を備え、前記加熱器（１４０）は、前記冷却用熱交換器（１２０）と並列、又は当該冷却用熱交換器よりも前記吸込み口（１１１）側に配置される構成のバッテリ温度調整ユニット（１００）である。

本願第８請求項に記載した発明は、請求項７において、前記加熱器（１４０）は前記吸込み口（１１１）と前記冷却用熱交換器（１２０）との間に配置される構成のバッテリ温度調整ユニット（１００）である。

本願第９請求項に記載した発明は、請求項７において、前記加熱器（１４０）は前記冷却用熱交換器（１２０）と並列に配置される構成のバッテリ温度調整ユニット（１００）である。

本願第１０請求項に記載した発明は、請求項７から９のいずれかにおいて、前記加熱器（１４０）は電気発熱式ヒーターである構成のバッテリ温度調整ユニット（１００）である。

本願第１１請求項に記載した発明は、請求項７から９のいずれかに記載のバッテリ温度調整ユニット（１００）を用いてなる構成の車両搭載用のバッテリモジュール（１）である。

本願第１２請求項に記載した発明は、請求項７から９のいずれかに記載のバッテリ温度調整ユニット（１００）を搭載した構成の車両である。

本願第１３請求項に記載した発明は、請求項１２において、前記加熱器（１４０）は前記冷却用熱交換器（１２０）よりも上方に配置された構成の車両である。

本願第１発明（請求項１〜６）によれば、適度に温度調整された空気を効率よくバッテリに供給できるバッテリ温度調整ユニットを得ることができる。以下に、本願第１発明の考え方を説明する。

バッテリ温度調整ユニットは、ユニットケースの内部に熱交換器及び送風手段を配置してなるものである。モジュールケースの内部の空気は送風手段によって循環され、熱交換器によって温度が調整される。

ここで、熱交換器による空気の温度調整の効率を考慮すると、ユニットケースの吹出し口から吹出される空気は、全て熱交換器を通過していることが望ましい。しかし、熱交換器を小型化された高性能のものとすると、空気が通過できる面積が小さくなるため、その熱交換器は通気抵抗が大きくなるという事情がある。その結果、ユニットケースの吹出し口から吹出される空気の量が減少し、大量の空気を供給することができない。言い換えると、モジュールケースの内部を循環する空気の速度を上げることができない。また、通気抵抗を小さくするために空気が通過できる面積を大きくすると、その熱交換器は大型化してしまう。バッテリ温度調整ユニットの大型化という問題が生じる。

結論としては、小型化された高性能の熱交換器を用いると同時に、送風手段の性能を十分に活用するべくユニットケースの構造を工夫することにより、ユニットケースの吹出し口から吹出される空気の量を調整するとよい。

本願第１発明は、吹出し口から吹出される空気に、熱交換器を通過した空気と、熱交換器を通過していない空気とが含まれるように、ユニットケースに工夫を施してなるものである。このような構成によると、送風手段の性能に対して、熱交換器による空気の温度調整と、空気によるバッテリの温度調整とをバランスよく確保することができる。

このように、吹出し口から吹き出す空気に熱交換器を通過していない空気が含まれるようにしたことで、モジュールケースの内部の空気を合理的に循環することができる。その結果、バッテリの温度調整の効率が確実に向上する。本発明の構成が極めて有効であることは、本願発明者の試作実験によっても確認されている。

また、本願第２発明（請求項７〜１３）によれば、本願第１発明と同様に適度に温度調整された空気を効率よくバッテリに供給できるとともに、合理的に小型化できるバッテリ温度調整ユニットを得ることができる。以下に、本願第２発明の考え方を説明する。

バッテリ温度調整ユニットを小型化するためには、吸込み口、熱交換器、ブロア（送風手段）の順に、つまりブロアの上流側に熱交換器を配置することが好ましい。これは、ブロアの吸込口の面積より熱交換器の通風面積が大きい場合でも、熱交換器を吸込口の上流側に配置することで、熱交換器を流れる空気が均一な風速で流れるので、空気と熱交換器との熱の交換量の悪化を防止できるからである。とりわけ、熱交換器と吸込口とが接近するよう配置されていても、空気は熱交換器を均一に流れる効果を得ることができる。

ところで、通常の車両用空調装置は、空調の目的が搭乗者の快適性具現にあるから、暖房、冷房のほかに、除湿も大きな要素として存在する。そのため、空調装置内を通流する空気をエバポレータで一旦除湿し、必要によりヒーターコアを通過させて加熱する。従って、自動車等の車両に用いられる一般の空調装置は、上流側から下流側に亘って、エバポレータ（冷却用熱交換器）とヒーターコア（加熱用熱交換器）の順に配置されている。

尚、このような車両用の空調装置において、ヒーターコアの下流側にエバポレータを配置するものは通常見受けられない。すなわち、一旦ヒーターコアで暖めた空気を、下流側のエバポレータで冷却することは、エネルギー効率を著しく毀損するので、用いられていない。

また、通常の車両用空調装置に配置されるエバポレータは、空調装置内を通流する空気を確実に除湿する機能も要請されるので、エバポレータは空気が迂回しないようにダクトに配置される。

そして、上述した車両用の空調装置、つまり上流側にエバポレータ（冷却用熱交換器）、下流側にヒーターコア（加熱用熱交換器）の順に配置されている空調装置を、そのままバッテリ温度調整ユニットに適用して、小型化を図ると、下流側のヒーターコアに不具合を生じることが判明した。

これは、上流側で空気をエバポレータで冷却すると、凝縮水が出て、これが通流する空気に乗って、小型化によってエバポレータとヒーターコアとが接近していると下流側のヒーターコアに到達し、当該ヒーターコアに付着する。

水滴の付着したヒーターコアは徐々に劣化し、永年使用によりヒーターコアの不具合（アルミ製コアの腐食等）を惹起する。これを回避するため、つまりヒーターコアに水滴が付着しないようにエバポレータとヒーターコアの間隔を大きくすると、装置全体の小型化を図ることができない。

このように、搭乗者の快適性向上のための車両用空調装置をそのままバッテリ温度調整ユニットに転用することには困難が伴うので、これをどのように解決するか検討した。

翻って、バッテリの空調を考えてみると、次のことが想起される。すなわち、バッテリはその充放電時に発熱するものであるから、基本的にバッテリの冷却が要請される。他方、寒冷地において、バッテリの作動効率や充電効率の点から、副次的に、バッテリを別途加熱することが要請される（例えば寒冷地等においてマイナス４０℃をマイナス１０℃前後に上げる等）ものである。

このようなバッテリの特性やバッテリ温度調整ユニットの空調形態を勘案した結果、冷却用熱交換器と加熱用熱交換器とを同時に作動して空気を除湿する必要性の無いことが導かれた。従って、冷却用及び加熱用の熱交換器を双方配置する場合でも、通常の車両用の空調装置とは異なり、その配置を車両用空調装置のものとは逆にしても、機能上問題の無いことが判明した。

更に、バッテリ温度調整ユニットの空調形態を勘案した結果、該装置内を通流する空気を確実に除湿する機能が要請されていないことも導かれた。従って、バッテリ温度調整ユニットに冷却用熱交換器を配置するとしても、通流する空気が冷却用熱交換器を迂回することとなっても、要請される冷却能力が確保できるのであれば問題の無いことが判明した。

そこで、バッテリ温度調整ユニットにおいては、ヒーターコアを上流側に、エバポレータを下流側に配置すること（直列配置形態）、及び、ヒーターコアとエバポレータを並列に配置すること（並列配置形態）で、上述した車両用空調装置の場合に生じ得る不具合を解消することができるものとなる。このように、ヒーターコアを上流側に、エバポレータを下流側に、配置する形態、及び、並列配置形態を採用することにより、ヒーターコアとエバポレータの間隔を短くすることができる。以上のような知見を得て、本願第２発明を案出したものである。

本願第２発明は、基本的に用いる熱交換器は、冷却用熱交換器であって吸込み口と送風手段（ブロア）との間に配置され、更に、吸込み口と送風手段との間に加熱器を備えるものであり、前記加熱器は、前記冷却用の熱交換器と並列、又は当該冷却用熱交換器よりも吸込み口側に配置される構成のバッテリ温度調整ユニットである。

このような構成によると、送風手段（ブロア）は吹出し口側に配置されるので、本願第１発明と同様に、バッテリへ送風される空気を効率的に行い得て、モジュールケースの内部の空気を合理的に循環することができる。その結果、バッテリの温度調整の効率が確実に向上することとなる。

更に、加熱器は、前記冷却用の熱交換器と並列、又は当該冷却用熱交換器よりも吸込み口側に配置されるので、通常の車両用空調装置の場合のような、エバポレータの凝縮水が下流側のヒーターコアに到達して当該ヒーターコアに付着する事態を回避することができ、従ってヒーターコアとエバポレータの間隔を短くすることができるので、装置の小型化を実現することができることとなる。

本発明によれば、適度に温度調整された空気を効率よくバッテリに供給できるバッテリ温度調整ユニットを得ることができる。

本発明の第１実施例に係り、バッテリモジュールを示す説明図である。図中の白矢印はモジュールケースの内部の空気が流れる方向を示している。 本発明の第１実施例に係り、バッテリ温度調整ユニットの側面を示す説明図である。 本発明の第１実施例に係り、バッテリ温度調整ユニットの側面断面を示す説明図である。 本発明の第１実施例に係り、バッテリ温度調整ユニット（ヒーターを装着した状態）の側面断面を示す説明図である。 本発明の第２実施例に係り、バッテリ温度調整ユニットの側面断面を示す説明図である。 本発明の第３実施例に係り、バッテリ温度調整ユニットの側面断面を示す説明図である。 本発明の第４実施例に係り、バッテリモジュールを示す説明図である。 本発明の第４実施例に係り、バッテリモジュールを示す説明図である。 本発明の第４実施例のバッテリ温度調整ユニットを示すもので、（１）は正面図、（２）は側面断面である。 本発明の第４実施例のバッテリ温度調整ユニットを示す他の例のもので、（１）は正面図、（２）は側面断面である。 本発明の第４実施例の他のバッテリモジュールを示す説明図である。

以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１に示すバッテリモジュール１は、電気自動車やハイブリッドカーのバッテリ２を冷却するものである。このバッテリモジュール１は、バッテリ２を収納するモジュールケース１０と、モジュールケース１０の内部に設けられたバッテリ温度調整ユニット１００とを備えている。図２及び図３に示すように、バッテリ温度調整ユニット１００は、熱交換器１２０及び送風手段１３０をユニットケース１１０の内部に配置してなるものであり、モジュールケース１０の内部に例えばねじ止めなどの手段により固定されている。ユニットケース１１０は、吸込み口１１１及び吹出し口１１２を有するダクト構造の部材である。送風手段１３０によりユニットケース１１０の吸込み口１１１から吸込まれたモジュールケース１０の内部の空気は、熱交換器１２０を通過して冷却され、ユニットケース１１０の吹出し口１１２から吹出される。そして、ユニットケース１１０の吹出し口１１２から吹出された空気は、バッテリ２を冷却し、再び吸込み口１１１から吸込まれる。このように、モジュールケース１０の内部の空気は、送風手段１３０により吸込み口１１１から吸込まれるとともに吹出し口１１２から吹出されて、モジュールケース１０の内部を循環する。

バッテリ２は、複数のバッテリセルを所定の支持体に保持してなるものである。モジュールケース１０の内部の空気が各バッテリセルの表面や間を通過することにより冷却される。

モジュールケース１０の具体的構成は、特に限定はしないが、本例の場合、上部開口型の第１モジュールケース部材１１と、その蓋となる第２モジュールケース部材１２と、中板となる第３モジュールケース部材１３とを組付けてなるものである。バッテリモジュール１は、第１モジュールケース部材１１にバッテリ温度調整ユニット１００を配置し、第１モジュールケース部材１１に第３モジュールケース部材１３を組付け、第３モジュールケース部材１３にバッテリ１０を載置し、第１モジュールケース部材１１に第２モジュールケース部材１２を組付けて構成されている。第３モジュールケース部材１３の要所には、ユニットケース１１０の吹出し口１１２と接続される第１連通孔１３ａと、バッテリ２側の空気をバッテリ温度調整ユニット１００側に導く第２連通孔１３ｂとが設けられている。

本例のユニットケース１１０は、吸込み口１１１側に熱交換器１２０が配置されるとともに吹出し口１１２側に送風手段１３０が配置されたものである。つまり、熱交換器１２０は、送風手段１３０よりも吸込み口１１１側に配置されている。このように送風手段１３０の上流側に熱交換器１２０を配置することで、送風手段１３０が空気を吸込むときに、静圧の低下が一律に熱交換器１２０に作用し、空気が均一に熱交換器１２０を通過する。これにより、通気抵抗の上昇を抑制することができる。また、熱交換器１２０と送風手段１３０との間の部位には、第２の吸込み口１１３が設けられている。第２の吸込み口１１３から吸込まれる空気は、熱交換器１２０を通過せずに吹出し口１１２から吹出される。

送風手段１３０は、所定の形状のファンと、そのファンを駆動するモータとを備えている。ファンとしては、比較的低い静圧の範囲に適した多翼送風機として、シロッコファンを採用している。

熱交換器１２０は、車室内空調を行う冷凍サイクルの冷媒の一部を流通するものである。冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒の熱を車外の空気に放熱して冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された冷媒を断熱膨張する膨張装置と、断熱膨張された冷媒と車室内の空気との間で熱の交換を行う空調用蒸発器とを備えている。冷媒は、圧縮機、凝縮器、膨張装置、空調用蒸発器、圧縮機の順に流れる。さらに、この冷凍サイクルは、膨張装置から空調用蒸発器に流れる冷媒の一部を熱交換器１２０へ流すことのできる冷媒分岐部と、熱交換器１２０に冷媒を送るか否かを制御する制御弁とを備えている。必要に応じて制御弁を駆動することにより、空調用蒸発器に流れる冷媒の一部が迂回して熱交換器１２０を流通し、圧縮機に戻る構成となっている。

この熱交換器１２０は、互いに平行に配置された複数のチューブと、複数のチューブの間に設けられた複数のコルゲートフィンと、複数のチューブの端部がそれぞれ接続された一対のヘッダと、一対のヘッダに設けられた入口配管継手及び出口配管継手とを備えている。冷凍サイクルの冷媒を流通する配管１２１は、各配管継手（図示せず）にそれぞれ接続されている。モジュールケース１０の内部の空気は、複数のチューブ及び複数のコルゲートフィンを介して、熱交換器１２０を流通する冷媒により冷却される。

尚、モジュールケース１０としては、断熱性及び密閉性に優れたものが望ましい。各モジュールケース部材１１，１２，１３は、シール部材を介して組付けるように構成してもよい。また、配管１２１を挿通する孔部や、バッテリ２や送風手段１３０の電気配線を挿通する孔部には、グロメット等の密閉手段を設けるとよい。更に、モジュールケース１０の要所には、気圧の変化に応じてモジュールケース１０の内部圧力を調整するための通気孔を設けてもよい。その場合、通気孔には埃の浸入を防止するフィルタを設けるとよい。

さて、本例のユニットケース１１０は、前述したように第２の吸込み口１１３から空気を吸込むことにより、吹出し口１１２から吹出される空気に熱交換器１２０を通過していない空気が含まれるように構成されている。

このような構成によると、熱交換器１２０による空気の冷却と、吹出し口１１２から吹出される空気によるバッテリ２の冷却とをバランスよく確保することができ、バッテリ２の冷却効率を確実に向上させることができる。

第２の吸込み口１１３の数、形状、大きさ、及び位置等は、バッテリ２の冷却効率を考慮して適宜に設定する。図例したユニットケース１１０は、熱交換器１２０と送風手段１３０との間の部位に、円形又は略円形を呈する第２の吸込み口１１３を所定の間隔で設けてなるものである。

本願発明者は、吹出し口１１２から吹出される空気に含まれる熱交換器１２０を通過していない空気の割合（第２の吸込み口１１３から吸込んだ空気の割合）について、実験検証を行なった。吹出し口１１２から吹出される空気の量を１００−２００［ｍ^３／ｈ］としたとき、その割合の実用的な範囲は１０−５０[パーセント］であり、より好ましくは１５−３０[パーセント]であった。

熱交換器１２０を通過していない空気の割合がこの範囲よりも小さいと、熱交換器１２０の通気抵抗により、バッテリ２に供給する空気の量を満足に確保することが難しくなる。仮に、バッテリ２に供給する空気の量を満足に確保するために送風手段１３０の性能を向上すると、熱交換器１２０を通過する空気の量が必要以上に増加するうえに、送風手段１３０のコストも上昇する。また、熱交換器１２０を通過していない空気の割合がこの範囲よりも大きいと、熱交換器１２０を通過する空気の量が減り、熱交換器１２０による空気の冷却が十分に行えなくなる。この点、本例のバッテリ温度調整ユニット１００は、電気自動車やハイブリッドカーのバッテリ２を冷却する場合における望ましい設計条件として、吹出し口１１２から吹出される空気に含まれる熱交換器１２０を通過していない空気の割合を、検証に基づいて好適な値に特定してなるものである。すなわち、使用する熱交換器１２０及び送風手段１３０の双方の性能を十分に利用するべく、極めて合理的に構成されたものとなっている。

以上説明したように、本例のバッテリ温度調整ユニット１００は、熱交換器１２０を通過した空気と、熱交換器１２０を通過していない空気とが吹出し口１１２から吹出されるものであり、適度に冷却された空気をバッテリ２にバランスよく供給できるものである。尚、本例における各部の構成は、特許請求の範囲に記載した技術的範囲において適宜に設計変更が可能であり、図例説明したものに限定されないことは勿論である。

例えば、図４に示すように、ユニットケース１１０に電気ヒーター１４０を設け、電気ヒーター１４０にてモジュールケース１０の内部の空気を加熱し、その空気を介してバッテリ２を加熱するように構成することも可能である。寒冷地では、バッテリ２の安定した放電／蓄電能力を得るために加熱を要する場合があり、ユニットケース１１０に対してこのような電気ヒーター１４０を着脱可能とすれば、より汎用性に優れたバッテリ温度調整ユニット１００を得ることができる。

また、熱交換器１２０については、車室内空調を行う冷凍サイクルの冷媒の一部を利用する構成を説明したが、車室内空調とは別途にバッテリ冷却用の冷凍サイクルを設けて、その冷凍サイクルの冷媒を利用するように構成することも可能である。

尚、本例の場合、熱交換器１２０としては、空気を冷却してバッテリを冷却する冷却用熱交換器を採用したが、或いは、空気を過熱してバッテリを加熱する加熱用熱交換器や、流通する媒体の温度によって冷却と加熱とを切換える汎用タイプの熱交換器を採用することも可能である。

次に、本発明の第２実施例を図５に基づいて説明する。本例の場合、ユニットケース１１０は、吸込み口１１１側に熱交換器１２０が配置されるとともに吹出し口１１２側に送風手段１３０が配置されたものであり、且つ、吸込み口１１１から吸込まれた空気の一部が熱交換器１２０の側部を通過するよう構成されたものである。熱交換器１２０の側部にはバイパス路１１４が設けられており、吸込み口１１１から吸込まれた空気の一部がそのバイパス路１１４を通過して熱交換器１２０を迂回する構成となっている。

このように、吸込み口１１１から吸込まれた空気の一部が熱交換器１２０を迂回して通過するバイパス路１１４を設けることにより、吹出し口１１２から吹出される空気に熱交換器１２０を通過していない空気が含まれるように構成することも可能である。また、本例のユニットケース１１０に対し、第１実施例で説明した第２の吸込み口１１３を適宜に設けてもよい。バイパス路１１４と第２の吸込み口１１３とを組合せることにより、ユニットケース１１０の設計の自由度を向上することも可能である。

次に、本発明の第３実施例を図６に基づいて説明する。本例の場合、ユニットケース１１０は、吸込み口１１１側に送風手段１３０が配置されるとともに吹出し口１１２側に熱交換器１２０が配置されたものであり、且つ、送風手段１３０から吹出し口１１２に向う空気の一部が熱交換器１２０の側部を通過するように構成されたものである。熱交換器１２０の側部にはユニットケース１１０との間にバイパス路１１５が設けられており、空気の一部がそのバイパス路１１５を通過する構成となっている。

このように、吸込み口１１１側に送風手段１３０が配置されるとともに吹出し口１１２側に熱交換器１２０が配置されたユニットケース１１０は、熱交換器１２０とユニットケース１１０との間にバイパス路１１５を設けることにより、吹出し口１１２から吹出される空気に熱交換器１２０を通過していない空気が含まれるように構成するとよい。

次に、本発明の第４実施例を図７に基づいて説明する。本例の場合、バッテリモジュール１は、図１に示すバッテリモジュール１と基本的に同一のものであり、同一の構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図７に示すバッテリモジュール１のバッテリ温度調整ユニット１００には、図４に示すものと同様に、ユニットケース１１０に加熱器１４０を設け、加熱器１４０にてモジュールケース１０の内部の空気を加熱し、その空気を介してバッテリ２を加熱するものである。尚、本例では、加熱器１４０に電気発熱式ヒーター（以下、単に、電気ヒーターともいう。）を用いている。

これを詳述すると、バッテリ温度調整ユニット１００は、バッテリ２を収納するモジュールケース１０の内部に設けられるユニットであって、吸込み口及び吹出し口を有するユニットケース１１０と、前記ユニットケース１１０の内部に配置された熱交換器１２０及び送風手段１３０とを備え、モジュールケース１０の内部の空気は、送風手段１３０により前記吸込み口から吸込まれるとともに前記吹出し口から吹出されて、前記モジュールケース１０の内部を循環する。

更に、熱交換器１２０は、冷却用熱交換器であって送風手段１３０の上流側（前記吸込み口と送風手段との間）に配置され、熱交換器１２０の上流側に電気ヒーター（加熱器）１４０を備えている。

このように、電気ヒーター１４０を熱交換器１２０の上流側に設けることにより、熱交換器１２０の冷却作用により水滴が生じても、通流する空気に当該水滴が運ばれるようなことがあっても、上流側の電気ヒーター１４０に到達することがないから、前述した不具合（加熱器の腐食等）を回避することができる。その結果、電気ヒーター１４０と熱交換器１２０を可能な限り接近させることができ、装置の小型化を達成することが可能となる。

また、送風手段１３０は電気ヒーター１４０及び熱交換器１２０の下流側に位置して、通流空気を吸引するので、電気ヒーター１４０及び熱交換器１２０と送風手段１３０とが接近していても、通流空気は電気ヒーター１４０及び熱交換器１２０を均一に通過し、効率良く熱交換される。更に電気ヒーター１４０と熱交換器１２０の空気通流面積が相違していても、通流空気は双方の通流面（熱交換面）を均一に通過し、効率良く熱交換されることとなる。

尚、図７において、モジュールケース部材１２には空気が通流可能な膜体１２ａが設けられている。この例のようにモジュールケース１０が閉回路を構成している場合は、膜体１２ａを設けることにより、本発明が用いられる場所の高低差に起因する、気圧によるモジュールケース１０の圧損を回避することができる。

図８に示すバッテリモジュール１のバッテリ温度調整ユニット１００において、熱交換器１２０と送風手段１３０との間の部位には、図１のものと同様に、吸込み口１１３が設けられている。従って、前述したように、吸込み口１１３から空気を吸込むことにより、吹出し口１１２から吹出される空気に熱交換器１２０を通過していない空気が含まれるように構成され、熱交換器１２０による空気の冷却と、吹出し口１１２から吹出される空気によるバッテリ２の冷却とをバランスよく確保することができ、バッテリ２の冷却効率を確実に向上させることができる。

尚、図９は、図７で用いた本例のバッテリ温度調整ユニット１００を示す図で、ユニットケース１１０に、送風手段１３０の上流側に、送風手段１３０に向って、電気ヒーター１４０と熱交換器１２０が順次配置されている。

これに対し、図１０は、本発明の第４実施例の他の例を示すもので、この例の場合は、電気ヒーター１４０と熱交換器１２０を、送風方向に直交する方向に配置した。図９における電気ヒーター１４０と熱交換器１２０の所謂直列配置に対し、この図１０のものは、並列配置されているものである。

この図１０に示すバッテリ温度調整ユニット１００は、車両に搭載される場合は、電気ヒーター（加熱器）１４０は前記冷却用の熱交換器１２０よりも上方に配置される。これにより、下方にある熱交換器１２０に水滴が生じても、上方にある電気ヒーター１４０への付着を阻止することができる。

図１１は、本発明の第５実施例を示すもので、この例の場合は、モジュールケース１０が、開回路を構成しているものである。すなわち、上流側のバッテリ温度調整ユニット１００において、外気を導入し、このバッテリ温度調整ユニット１００で温度調整した空気を、下流側のモジュールケース１０に送風し、このモジュールケース１０の下流側から外部へ排出するものである。本発明において、前述した閉回路のみならず、このような開回路も用いることができるものである。

本発明は、電気自動車やハイブリッドカーに搭載されるバッテリ温度調整ユニット、及びそれを備えたバッテリモジュール並びにその車両として、好適に利用することが可能である。

１ バッテリモジュール
２ バッテリ
１０ モジュールケース
１１ 第１モジュールケース部材
１２ 第２モジュールケース部材
１２ａ 膜体
１３ 第３モジュールケース部材
１３ａ 第１連通孔
１３ｂ 第２連通孔
１００ バッテリ温度調整ユニット
１１０ ユニットケース
１１１ 吸込み口
１１２ 吹出し口
１１３ 第２の吸込み口
１１４ バイパス路
１１５ バイパス路
１２０ 熱交換器
１２１ 配管
１３０ 送風手段
１４０ 電気ヒーター

Claims (13)

1. バッテリを収納するモジュールケースの内部に設けられるユニットであって、
   吸込み口及び吹出し口を有するユニットケースと、前記ユニットケースの内部に配置された熱交換器及び送風手段とを備え、
   前記モジュールケースの内部の空気は、前記送風手段により前記吸込み口から吸込まれるとともに前記吹出し口から吹出されて、前記モジュールケースの内部を循環し、
   前記吹出し口から吹出される空気は、前記熱交換器を通過した空気と、前記熱交換器を通過していない空気とを含むことを特徴とするバッテリ温度調整ユニット。
2. 請求項１において、前記熱交換器は、前記送風手段よりも前記吸込み口側に配置されており、前記ユニットケースは、前記熱交換器と前記送風手段との間の部位に第２の吸込み口を設けてなることを特徴とするバッテリ温度調整ユニット。
3. 請求項１又は２において、前記ユニットケースには、前記吸込み口から吸込まれた空気の一部が前記熱交換器を迂回して通過するバイパス路が設けられていることを特徴とするバッテリ温度調整ユニット。
4. 請求項１から３のいずれかにおいて、前記ユニットケースには、電気ヒーターが設けられていることを特徴とするバッテリ温度調整ユニット。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のバッテリ温度調整ユニットを用いてなることを特徴とする車両搭載用のバッテリモジュール。
6. 請求項１から４のいずれかに記載のバッテリ温度調整ユニットを搭載したことを特徴とする車両。
7. バッテリを収納するモジュールケースの内部に設けられるユニットであって、
   吸込み口及び吹出し口を有するユニットケースと、前記ユニットケースの内部に配置された熱交換器及び送風手段とを備え、
   前記モジュールケースの内部の空気は、前記送風手段により前記吸込み口から吸込まれるとともに前記吹出し口から吹出されて、前記モジュールケースの内部を循環し、
   前記熱交換器は、冷却用熱交換器であって前記吸込み口と前記送風手段との間に配置され、
   更に、前記吸込み口と前記送風手段との間に加熱器を備え、
   前記加熱器は、前記冷却用熱交換器と並列、又は当該冷却用熱交換器よりも前記吸込み口側に配置されていることを特徴とするバッテリ温度調整ユニット。
8. 請求項７において、前記加熱器は、前記吸込み口と前記冷却用熱交換器との間に配置されることを特徴とするバッテリ温度調整ユニット。
9. 請求項７において、前記加熱器は、前記冷却用熱交換器と並列に配置されることを特徴とするバッテリ温度調整ユニット。
10. 請求項７から９のいずれかにおいて、前記加熱器は、電気発熱式ヒーターであることを特徴とするバッテリ温度調整ユニット。
11. 請求項７から９のいずれかに記載のバッテリ温度調整ユニットを用いてなることを特徴とする車両搭載用のバッテリモジュール。
12. 請求項７から９のいずれかに記載のバッテリ温度調整ユニットを搭載したことを特徴とする車両。
13. 請求項１２において、前記加熱器は、前記冷却用熱交換器よりも上方に配置されていることを特徴とする車両。
    

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