(57)【要約】【課題】複数の冷却装置を並列接続した際に、冷却能力の低下を伴わずに各冷却装置内部の冷媒ガス過熱度ばらつきを抑制する。【解決手段】電池モジュール２１、２２と、少なくとも圧縮機１５、凝縮器１６、第１冷却装置１０１、及び第２冷却装置１０２を有し、冷媒が循環する冷媒回路１と、を備える車両５００において、冷却装置１０１、１０２は、電池モジュール２１、２２をそれぞれ冷却可能であり、前記冷媒回路１は、凝縮器１６から冷却装置１０１、１０２へ冷媒を流す第１冷媒管１１と、冷却装置１０１、１０２から圧縮機１５へ冷媒を流す第２冷媒管１２と、第１冷媒管１１を流れる冷媒に対して通過断面積を制御する膨張弁１３とを備え、第２冷媒管１２において所定の位置と冷却装置１０１、１０２との間を流れる冷媒と、第１冷媒管１１において膨張弁１３と圧縮機１５との間を流れる冷媒との間で熱交換を行う、熱交換器ＨＸを備える。【選択図】図５
2020167131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの車輪と、
前記車輪を駆動可能な電動機と、
前記電動機に電力を供給可能な第１電池モジュールと、
前記電動機に電力を供給可能な第２電池モジュールと、
少なくとも、圧縮機、凝縮器、第１冷却装置、及び第２冷却装置を有し、冷媒が前記圧縮機、前記凝縮器、前記第１冷却装置、及び前記第２冷却装置を循環する冷媒回路と、
を備える車両であって、
前記第１冷却装置は、前記第１電池モジュールを冷却可能であり、
前記第２冷却装置は、前記第２電池モジュールを冷却可能であり、
前記冷媒回路は、
前記凝縮器から前記第１冷却装置及び前記第２冷却装置へ前記冷媒を流す第１冷媒管と、
前記第１冷却装置及び前記第２冷却装置から前記圧縮機へ前記冷媒を流す第２冷媒管と、
前記第１冷媒管に配置され、前記第１冷媒管を流れる前記冷媒に対して通過断面積を制御する膨張弁と、
を備え、
前記膨張弁は、前記第２冷媒管の所定の位置に流れる前記冷媒の温度に対応して、前記通過断面積を制御し、
前記第２冷媒管において前記所定の位置と前記第１冷却装置及び前記第２冷却装置との間を流れる前記冷媒と、前記第１冷媒管において前記膨張弁と前記圧縮機との間を流れる前記冷媒との間で熱交換を行う、熱交換器を備える、
車両。
【請求項２】
請求項１に記載の車両であって、
前記第１冷媒管は分岐部を有し、前記分岐部から前記第１冷却装置に前記冷媒が流され、前記分岐部から前記第２冷却装置に前記冷媒が流され、
前記第２冷媒管は合流部を有し、前記第１冷却装置から前記合流部に前記冷媒が流され、前記第２冷却装置から前記合流部に前記冷媒が流され、前記合流部において合流した前記冷媒が前記圧縮機に流され、
前記第２冷媒管の前記所定の位置は、前記合流部と前記圧縮機の間にある、
車両。
【請求項３】
請求項２に記載の車両であって、
前記第１冷媒管において、前記凝縮器と前記膨張弁との間の前記冷媒の温度は、
前記第２冷媒管において、前記合流部と前記熱交換器との間の前記冷媒の温度より高い、
車両。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両であって、
少なくとも、前記第１電池モジュール、前記第２電池モジュール、前記第１冷却装置、及び前記第２冷却装置は、所定の筐体の中に収容される、
車両。
【請求項５】
請求項４に記載の車両であって、
前記所定の筐体は、更に前記熱交換器を収容する、
車両。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車両であって、
前記第１冷却装置は、所定の面を備える冷却プレートを備え、
前記冷却プレートは、前記所定の面を介して前記第１電池モジュールを冷却する、
車両。
【請求項７】
請求項６に記載の車両であって、
前記冷却プレートの前記所定の面の、少なくとも一部は平面である、
車両。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の車両であって、
冷却水回路を更に備え、
前記第２冷媒管における、前記第１冷却装置及び／又は前記第２冷却装置と前記所定の位置の間を流れる前記冷媒と、前記冷却水回路における冷却水との間で熱交換を行うように、前記冷却水回路が配置されている、
車両。
【請求項９】
請求項８に記載の車両であって、
前記冷却水は、前記第１冷却装置及び前記第２冷却装置の内少なくとも１つの冷却装置を通過する、
車両。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載の車両であって、
前記冷却水回路が水リザーバを備え、
前記第２冷媒管における、前記第１冷却装置及び／又は前記第２冷却装置と前記所定の位置の間を流れる前記冷媒と、前記冷却水回路の前記水リザーバにおける冷却水との間で熱交換を行うように、前記冷却水回路が配置されている、
車両。
【請求項１１】
少なくとも１つの車輪と、
前記車輪を駆動可能な電動機と、
前記電動機に電力を供給可能な第１電池モジュールと、
前記電動機に電力を供給可能な第２電池モジュールと、
少なくとも圧縮機及び凝縮器を有し、冷媒が前記圧縮機及び前記凝縮器を循環する冷媒回路の一部と、
を備える車両に搭載可能な電池温度調整装置であって、
前記冷媒回路の一部を構成可能であり、前記冷媒が循環し、前記第１電池モジュールを冷却可能な第１冷却装置と、
前記冷媒回路の一部を構成可能であり、前記冷媒が循環し、前記第２電池モジュールを冷却可能な第２冷却装置と、
前記冷媒回路の一部を構成可能であり、前記凝縮器から前記第１冷却装置及び前記第２冷却装置へ前記冷媒を流すことが可能な第１冷媒管と、
前記冷媒回路の一部を構成可能であり、前記第１冷却装置及び前記第２冷却装置から前記圧縮機へ前記冷媒を流すことが可能な第２冷媒管と、
前記冷媒回路の一部を構成可能であり、前記第１冷媒管に配置され、前記第１冷媒管を流れる前記冷媒に対して、通過断面積を制御することが可能な膨張弁と、
を備え、
前記膨張弁は、前記第２冷媒管の所定の位置に流れる前記冷媒の温度に対応して、前記通過断面積を制御し、
前記第２冷媒管において前記所定の位置と前記第１冷却装置及び前記第２冷却装置との間を流れる前記冷媒と、前記第１冷媒管において前記膨張弁と前記圧縮機との間を流れる
前記冷媒との間で熱交換を行う、熱交換器を備える、
電池温度調整装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電池温度調整装置であって、
前記第１冷媒管は分岐部を有し、前記分岐部から前記第１冷却装置に前記冷媒が流され、前記分岐部から前記第２冷却装置に前記冷媒が流され、
前記第２冷媒管は合流部を有し、前記第１冷却装置から前記合流部に前記冷媒が流され、前記第２冷却装置から前記合流部に前記冷媒が流され、前記合流部において合流した前記冷媒が前記圧縮機に流され、
前記第２冷媒管の前記所定の位置は、前記合流部と前記圧縮機の間にある、
電池温度調整装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電池温度調整装置であって、
前記第１冷媒管において、前記凝縮器と前記膨張弁との間の前記冷媒の温度は、
前記第２冷媒管において、前記合流部と前記熱交換器との間の前記冷媒の温度より高い、
電池温度調整装置。
【請求項１４】
請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の電池温度調整装置であって、
少なくとも、前記第１電池モジュール、前記第２電池モジュール、前記第１冷却装置、及び前記第２冷却装置は、所定の筐体の中に収容される、
電池温度調整装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電池温度調整装置であって、
前記所定の筐体は、更に前記熱交換器を収容する、
電池温度調整装置。  
【請求項１６】
請求項１１から請求項１５のいずれか１項に記載の電池温度調整装置であって、
前記第１冷却装置は、所定の面を備える冷却プレートを備え、
前記冷却プレートは、前記所定の面を介して前記第１電池モジュールを冷却する、
電池温度調整装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の電池温度調整装置であって、
前記冷却プレートの前記所定の面の、少なくとも一部は平面である、
電池温度調整装置。
【請求項１８】
請求項１１から請求項１７のいずれか１項に記載の電池温度調整装置であって、
冷却水回路を更に備え、
前記第２冷媒管における、前記第１冷却装置及び／又は前記第２冷却装置と前記所定の位置の間を流れる前記冷媒と、前記冷却水回路における冷却水との間で熱交換を行うように、前記冷却水回路が配置されている、
電池温度調整装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の電池温度調整装置であって、
前記冷却水は、前記第１冷却装置及び前記第２冷却装置の内少なくとも１つの冷却装置を通過する、
電池温度調整装置。
【請求項２０】
請求項１８又は請求項１９に記載の電池温度調整装置であって、
前記冷却水回路が水リザーバを備え、
前記第２冷媒管における、前記第１冷却装置及び／又は前記第２冷却装置と前記所定の位置の間を流れる前記冷媒と、前記冷却水回路の前記水リザーバにおける冷却水との間で熱交換を行うように、前記冷却水回路が配置されている、
電池温度調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両および車両に搭載可能な電池温度調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、冷媒圧縮機と、凝縮器と、を有し、並行した空気及びバッテリー接触冷却のための冷媒蒸発器装置を備えた冷却装置が、組み込まれた制御可能な膨張機構を備えた空気冷却用の蒸発器と、バッテリー冷却のための組み込まれた制御可能な膨張機構を備えたバッテリー接触冷却器としての蒸発器と、を備えた並行した空気及びバッテリー接触冷却のための冷媒蒸発器装置を備え、バッテリー冷却用の蒸発器と組み込まれた制御可能な膨張機構のタップとの間に絞り機構を配設することが記載されている。
【０００３】
特許文献２には、車両用の電源装置が、複数の電池セルを連結してなる電池ブロックと、この電池ブロックの電池セルに熱結合されると共に、供給される冷媒で電池セルを冷却する冷却プレートと、この冷却プレートに冷媒を供給する冷却機構と、この冷却機構を制御して冷却プレートの冷却状態を制御する制御回路とを備え、冷却プレートは、内部に水密構造の中空部を設けており、この中空部に、冷却プレートの温度を均一化する冷却液を充填し、冷却プレートは、冷媒の気化熱で冷却液を冷却する熱交換器を配置し、電源装置は、冷却プレートの熱交換器に循環される冷媒の気化熱で熱交換器を冷却し、熱交換器が冷却液を冷却して冷却プレートが電池セルを冷却することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５６４３１７９号明細書
【特許文献２】特開２０１５−５００００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電池モジュールを冷媒によって冷却する冷却装置を複数、並列に接続したいというニーズがある。例えば、車両の駆動源であるモータに電力を供給する為の電池モジュール２を冷却したい場合、車両の底部に冷却装置を配置することになる。ここで、車両の底部には凹凸があるため、冷却装置を複数に分割して配置せざるを得ないこともある。
【０００６】
また、車両等で用いられる、電池モジュールを複数備えた二次電池は大型であり、これに見合った大型の冷却装置を、単一部品で成型するのが難しいこともある。
【０００７】
冷却装置を複数、並列に接続すれば、上記の問題に対処し得る。しかし、複数の冷却装置を並列に接続した場合、各冷却装置内部において、冷媒ガスの加熱度がばらつくという問題がある。また、冷却装置の冷却能力は、可能な限り高い状態を維持できれば好適である。
【０００８】
本開示は、複数の冷却装置を並列接続した際に、冷却能力の低下を伴わずに各冷却装置内部の冷媒ガス過熱度ばらつきを抑制できる電池温度調整装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本開示は、そのような電池温度調整装置を備えた車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
少なくとも１つの車輪と、前記車輪を駆動可能な電動機と、前記電動機に電力を供給可能な第１電池モジュールと、前記電動機に電力を供給可能な第２電池モジュールと、少なくとも、圧縮機、凝縮器、第１冷却装置、及び第２冷却装置を有し、冷媒が前記圧縮機、前記凝縮器、前記第１冷却装置、及び前記第２冷却装置を循環する冷媒回路と、を備える車両において、前記第１冷却装置は、前記第１電池モジュールを冷却可能であり、前記第２冷却装置は、前記第２電池モジュールを冷却可能であり、前記冷媒回路は、前記凝縮器から前記第１冷却装置及び前記第２冷却装置へ前記冷媒を流す第１冷媒管と、前記第１冷却装置及び前記第２冷却装置から前記圧縮機へ前記冷媒を流す第２冷媒管と、前記第１冷媒管に配置され、前記第１冷媒管を流れる前記冷媒に対して通過断面積を制御する膨張弁と、を備え、前記膨張弁は、前記第２冷媒管の所定の位置に流れる前記冷媒の温度に対応して、前記通過断面積を制御し、前記第２冷媒管において前記所定の位置と前記第１冷却装置及び前記第２冷却装置との間を流れる前記冷媒と、前記第１冷媒管において前記膨張弁と前記圧縮機との間を流れる前記冷媒との間で熱交換を行う、熱交換器を備える。前記構成により、冷却能力を維持しつつ、過熱度ばらつきを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
各冷却装置内部の冷媒ガス過熱度ばらつきの抑制を、冷却能力の低下を伴わずに実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】車両５００に配置された筐体αを示す側面図
【図２】冷媒回路１及び冷却水回路４を備えたシステムを示すブロック図
【図３】複数の冷却装置１０を接続した構成の検討例を示す図であり、（ａ）第１検討例、（ｂ）第２検討例、（ｃ）第３検討例
【図４】低圧オリフィスを用いた構成例を示す図であり、（ａ）概念図、（ｂ）当該構成例に対応するモリエル線図
【図５】本開示の電池温度調整装置３の第１の実施形態を示す図であり、（ａ）概念図、（ｂ）当該実施形態に対応するモリエル線図
【図６】筐体αが収容する構成要素を示す側面図
【図７】筐体αが収容する構成要素を示す側面図
【図８】本開示の電池温度調整装置３の第２の実施形態を示す図であり、（ａ）概念図、（ｂ）当該実施形態に対応するモリエル線図
【図９】筐体αが収容する構成要素を示す側面図
【図１０】筐体αが収容する構成要素を示す側面図
【図１１】図１１は、モリエル線図による比較図であり、（ａ）低圧オリフィスを導入した検討例４の場合、（ｂ）本開示の第１実施形態の場合、（ｃ）本開示の第２実施形態の場合
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本開示の実施形態に係る車両及び電池温度調整装置について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。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範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
【００１４】
図１は、車両５００に配置された筐体αを示す側面図である。なお、理解を容易とするため、図１に示すように、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸からなる直交座標系が規定される。ｚ軸は、ｘ軸およびｙ軸に対して垂直であり、筐体αおよび車両５００の高さ方向に延びる。また、各軸の正の方向は、図１における矢印の方向に規定され、負の方向は、矢印と逆向きの
方向に規定される。ここで、ｘ軸の正方向を「左側」と表現し、ｘ軸の負方向を「右側」と表現し、ｙ軸の正方向側を「後側」と表現し、ｙ軸の負方向側を「前側」と表現し、ｚ軸の正方向側を「上側」と表現し、ｚ軸の負方向側を「下側」と表現することがある。
【００１５】
ハイブリッド車や電気自動車等である車両５００は、車輪５０１を少なくとも１つ備えている。典型的には前輪２つ、後輪２つの計４輪だが、これには限定されない。車両５００は、車輪５０１を駆動可能な電動機（図示省略）を備えている。電動機は、リアモーターとして車両５００の後部に配置される。また、フロントモーターとして車両５００の前部に配置されてもよい。更に、電動機は、車両５００に複数あっても良い。複数の電動機の内一つの電動機をリアモーターとして車両５００の後部に配置されるようにし、かつもう一つの電動機をフロントモーターとして車両５００の前部に配置されるようにしてもよい。
【００１６】
また、車両５００の車体下部に、筐体αが設置されている。筐体αは、電池パックやバッテリーパックとも呼ばれることもある。筐体αは、１以上の電池モジュール２を収容している。なお、図１の例では、３つの電池モジュール２が示されている。すなわち、第１電池モジュール２１、第２電池モジュール２２、第３電池モジュール２３である。ただし、電池モジュールの数は、２つ以下でも、４つ以上でもよい。
【００１７】
各電池モジュール２は、本実施形態では左右方向よりも前後方向に長い箱形形状をそれぞれ有している。これらの電池モジュール２は、車両５００の電動機に電力を供給可能である。
【００１８】
電池モジュール２は冷却など温度調節を要する部品であるため、冷却装置１０が用いられる。冷却装置１０として図１に示されているのは、それぞれ冷却プレートを備えた第１冷却装置１０１、第２冷却装置１０２、第３冷却装置１０３である。各冷却装置１０１、１０２、１０３がそれぞれ備える冷却プレートは、所定の面を備えており、この所定の面を介して電池モジュール２を冷却する。また、所定の面の少なくとも一部は平面である。
【００１９】
なお、図１の例においては、所定の面は冷却プレートの上面であり、上面の全体が平面となっている。そして、この上面に電池モジュール２を載置してこれを冷却する。そして、各冷却装置１０１、１０２、１０３の中を冷媒が循環することで、電池モジュール２を冷却可能である。
【００２０】
図２は、冷媒回路１及び冷却水回路４を備えたシステムを示すブロック図である。冷却水回路４については後述することとし、まず、冷媒回路１について説明する。
【００２１】
図示されているように、冷媒回路１は少なくとも、圧縮機１５、凝縮器１６、第１冷却装置１０１、及び第２冷却装置１０２を有している。これを冷却装置１０側から考えると、第１冷却装置１０１、及び第２冷却装置１０２はそれぞれ、前記冷媒回路１の一部を構成可能な装置である。
【００２２】
冷却装置１０が用いる冷媒は、例えばＨＦＣ（Ｒ１３４ａ）や、地球温暖化防止にさらに配慮したＨＦＯ（Ｒ１２３４ｙｆ）等である。ただし、これらには限定されない。図２の右下に示した黒矢印は、冷媒回路１における冷媒の流れる方向を示している。冷媒は圧縮機１５、凝縮器１６、第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２を循環する。
【００２３】
また、冷媒回路１は、第１冷媒管１１、第２冷媒管１２を備えている。第１冷媒管１１は、凝縮器１６から第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２へ冷媒を流す冷媒管であり、この管を通る冷媒は高圧になっている。第２冷媒管１２は、第１冷却装置１０１及び
第２冷却装置１０２から圧縮機１５へ冷媒を流す冷媒管であり、この管を通る冷媒は低圧になっている。
【００２４】
ここで、冷媒回路１にはさらに膨張弁１３が含まれる。膨張弁１３は、車両用空調装置用膨張弁であり、ＴＸＶ（Thermal Expansion Valve）である。膨張弁１３については後述する。
【００２５】
以上に示したように、第１冷却装置１０１、第２冷却装置１０２、第１冷媒管１１、第２冷媒管１２、膨張弁１３、圧縮機１５、凝縮器１６、がそれぞれ、冷媒回路１の一部を構成可能である。
【００２６】
なお、図示されているように、冷媒回路１は、第２膨張弁１４や空調装置１７等の他の構成要素を備えていてもよい。冷媒回路１は、空調装置１７にも冷媒を供給し、この冷媒の気化熱で車室内に送風する空気を冷却する。すなわち冷媒回路１を、車内エアコンの用途に加えて、電池モジュール２の冷却（図１参照）用途で用いてよい。
【００２７】
以上のような構成の冷媒回路１に対して、本開示の電池温度調整装置３は、第１冷却装置１０１、第２冷却装置１０２、第１冷媒管１１、第２冷媒管１２、膨張弁１３を備えている。そして、この電池温度調整装置３が、電池モジュール２を冷却する（図１参照）。また、電池温度調整装置３は、車両５００に搭載可能である。
【００２８】
以上、冷媒回路１および、本開示の電池温度調整装置３の基本的構成を説明した。次に、冷媒回路１を流れる冷媒が、各所でどのような状態となるかについて、図２を参照しつつ簡単に説明する。
【００２９】
圧縮機１５で圧縮された冷媒は、高温高圧のガス状となる。圧力上昇により冷媒の沸点が上昇するので、冷媒は気体から液体へと凝縮しやすくなっている。凝縮器１６においてこの冷媒は冷却され（外部へと熱を排出し）、冷媒は凝縮、液化される。
【００３０】
高温高圧の液となった冷媒は、第１冷媒管１１に配置された膨張弁１３へ到達する。膨張弁１３は、第１冷媒管１１を流れる冷媒に対して通過断面積を制御することができる。液状冷媒を小さな孔から噴射させ、低温・低圧の霧状にすることで、液状の冷媒を蒸発しやすい状態にする。
【００３１】
なお、膨張弁１３は、第２冷媒管１２の所定の位置に感温筒を取り付けることで、前記所定の場所に流れる冷媒の温度に対応して、前記通過断面積を制御することができる。
【００３２】
膨張弁１３を通過した冷媒は、第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２へ流入し、第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２内で蒸発する。すなわち、第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２は蒸発器の役割を果たす。蒸発した冷媒は周りの熱を奪う。すなわち、電池モジュール２の熱を奪うことにより、電池モジュール２を冷却することができる。
【００３３】
第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２から出た冷媒は、第２冷媒管１２を通って圧縮機１５へと到達し、再び圧縮される。以下、このサイクルが繰り返される。
【００３４】
以上のようにして、冷却装置１０を用いて車載の電池モジュール２を冷却することができるのだが、上述のように冷却装置１０は１つだけとは限らない。例えば車体下部には梁などが設けられるので凹凸があり、面積の大きな冷却プレート１枚のみを配置できるとも限らない。すなわち、複数の冷却装置１０を設けることがある。この場合に、温度のばら
つきの問題が顕在化する。
【００３５】
図３に示すのは、複数の冷却装置１０を接続した構成の検討例を示す図であり、（ａ）第１検討例、（ｂ）第２検討例、（ｃ）第３検討例である。
【００３６】
図３（ａ）は第１検討例を示している。第１検討例においては、冷却装置１０を複数並べて、各冷却装置１０に共通の膨張弁１３（ＴＸＶ）を1つ配置し、全体の加熱度を制御する。前記構成は、安価に製作できるという利点を有する。しかし、冷却装置１０毎の流入冷媒の乾き度ばらつきや、冷却プレート出口のＳＨ（加熱度）ばらつきを起因とした温度ばらつきが発生する。各冷却装置１０内においても、通路の圧力損失により冷媒圧力低下（すなわち、飽和温度も低下する）による温度ばらつきや、各冷却装置１０内の冷媒分布偏りによる温度ばらつきが存在する。
【００３７】
図３（ｂ）は第２検討例を示している。冷媒のほかに冷却水も各冷却装置１０内を循環させる水冷ハイブリッド化し、各冷却装置１０に並列に冷却水配管を接続することにより温度ばらつきを低減する。例えば、冷却水だけで冷却して温度ばらつきが±１０度程ある場合、或いは冷媒だけで冷却して温度ばらつきが±１０度程ある場合でも、この様な水・冷媒ハイブリッドの構成により温度ばらつきが±５度以下に抑えられる場合もある。しかし、複数ある冷却装置１０間の冷媒起因の温度ばらつきが増大すると、この温度ばらつきへの対応が難しい。
【００３８】
図３（ｃ）は第３検討例を示している。冷却装置１０毎に膨張弁１３（ＴＸＶ）が設けられている。各冷却装置１０の冷媒流量を個別に制御することで、冷却装置１０の間の温度ばらつきを極力抑える構成とした。しかし、低負荷時の冷媒流量が、各膨張弁１３の最低流量×冷却装置の数となるため、流量過多となる問題が発生した。また、そもそも膨張弁は高価であり、膨張弁１３を複数設けることによるコスト増大という問題も生じた。
【００３９】
次に、低圧オリフィスを用いた構成例について説明する。図４は、低圧オリフィスを用いた構成例を示す図であり、（ａ）概念図、（ｂ）当該構成例に対応するモリエル線図である。
【００４０】
図４に示した構成例においては、各冷却装置に共通の膨張弁（ＴＸＶ）を設けて、さらに低圧オリフィスを図示した位置に設置して、二段減圧を行っている。また、冷却装置から冷媒が出た所に膨張弁の感温部があり、この場所の冷媒温度によって、膨張弁減圧部における膨張弁の絞り度合いを制御し、冷媒の流量を調節している。
【００４１】
冷却装置と膨張弁感温部の間に低圧オリフィスを追加することにより、モリエル線図上では図４（ｂ）のようになる。
【００４２】
図４（ｂ）の実線は、低圧オリフィスを設けた状態での冷凍サイクルを示している。一方、図４（ｂ）の破線は、低圧オリフィスを設けなかった場合の冷凍サイクルを示している。図から明らかなように、低圧オリフィスの追加によって、冷却装置を通過する冷媒の圧力が上昇する。低圧オリフィスは径を絞った管であり、冷媒が低圧オリフィスを通過すると減圧がなされるのは、膨張弁と同様である。
【００４３】
その結果、冷却装置の出口付近の冷媒は、飽和蒸気線を加熱蒸気域方向にまたぐ前の状態、つまり気液二相の湿り蒸気域にある。これを言い換えると、冷媒の中に液相状態の冷媒がまだ残った状態である。したがって、ＳＨ（加熱度）ばらつき起因の温度ばらつきは起きない点が好適である。
【００４４】
しかしながら、図４に示した構成例では、冷却装置の出口付近に、低圧オリフィスによって栓をした状態となるため、冷却装置内の冷媒の圧力は、図示したように上昇（破線から実線へ）する。
【００４５】
すると、圧力上昇に応じて、冷媒自体の温度も上昇する為、冷却対象である電池モジュールと、冷却装置内の冷媒との温度差が縮小する。この温度差は大きい方が冷却効率は良いので、図４に示した構成例は、温度ばらつきに対応する点では好適であるが、その代わりに、冷却効率が下がる。
【００４６】
そこで本願発明者は、各冷却装置内部の冷媒ガス過熱度ばらつきの抑制を、冷却能力の低下を伴わずに実現できる電池温度調整装置を開発した。
【００４７】
なお、図２に基づいて前述したように、本開示の電池温度調整装置３は、少なくとも、第１冷却装置１０１、第２冷却装置１０２、第１冷媒管１１、第２冷媒管１２、膨張弁１３を備える。ただし、これ以外の構成要素を備えていてもよい。例えば、電池温度調整装置３は、第３冷却装置１０３（図１参照）を更に備えていてもよい。以下、電池モジュール２や冷却装置１０が２つずつ存在する前提で、実施形態を説明するが、冷却装置１０の数等はこれには限られず、３つ以上であってもよい。
【００４８】
図５は、本開示の電池温度調整装置３の第１の実施形態を示す図であり、（ａ）概念図、（ｂ）当該実施形態に対応するモリエル線図である。
【００４９】
図５（ａ）に示すように、本開示の第１実施形態に係る電池温度調整装置３は、第１冷却装置１０１、第２冷却装置１０２、第１冷媒管１１、第２冷媒管１２を備える。また、第１実施形態に係る電池温度調整装置３は、第１冷媒管１１に配置され、前記第１冷媒管１１を流れる前記冷媒に対して通過断面積を制御する膨張弁１３を備えている。
【００５０】
前記膨張弁１３は、第２冷媒管１２の所定の位置における、第２冷媒管１２を流れる冷媒の温度に対応して、前記通過断面積を制御している。
【００５１】
本開示の第１実施形態に係る電池温度調整装置３は、熱交換器ＨＸを備える。この熱交換器ＨＸは、第２冷媒管１２において所定の位置と第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２との間を流れる前記冷媒と、第１冷媒管１１において膨張弁１３と圧縮機１５（図２参照）との間を流れる冷媒との間で熱交換を行うものである。例えば、図５（ａ）に示した箇所で、冷媒同士の熱交換を行う。
【００５２】
ここで、便宜上、第２冷媒管１２において所定の位置と第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２との間を、熱交換ポイントＡと表記する。また、第１冷媒管１１において膨張弁１３と圧縮機１５との間を、熱交換ポイントＢと表現する。すると、上記の熱交換器ＨＸは、熱交換ポイントＡと熱交換ポイントＢとの間で冷媒同士の熱交換を行うものである、と表現することができる。
【００５３】
上記の熱交換器ＨＸによる熱交換が、図５（ｂ）に示されている。図に表記したように、熱交換ポイントＡは、モリエル線図の右下に存在している。また、熱交換ポイントＢは、モリエル線図の左上に存在している。
【００５４】
熱交換ポイントＡについて説明する。第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２を出た冷媒は、熱交換器ＨＸに入る。この時、熱交換器ＨＸの入り口に存在する抵抗により、若干の圧力低下が生じ得る。ただしこの圧力低下は、低圧オリフィス程の大きな低下ではない。また、図示しているように、熱交換ポイントＡにおいて、熱交換器ＨＸの中を冷媒
が通っている間に、モリエル線図の飽和蒸気線を、湿り蒸気域から加熱蒸気域方向にまたいでいる。
【００５５】
すなわち、第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２を出た直後の冷媒は、気液二相の湿り蒸気域にある。これを言い換えると、冷媒の中に液相状態の冷媒がまだ残った状態である。したがって、ＳＨ（加熱度）ばらつき起因の温度ばらつきを抑制することができる。
【００５６】
その一方で、熱交換器ＨＸは、低圧オリフィスのような大きな圧力低下を起こさないので、第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２内を通過する冷媒の温度上昇は抑制される。その結果、冷却対象である電池モジュール２と、第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２内の冷媒との温度差を大きなまま保つことができる。よって、冷却効率を大きく下げずに維持することができる。
【００５７】
また、本開示の上記構成であれば、冷凍サイクル上の冷却能力の低減も、以下に説明するように抑制することができる。
【００５８】
上述のように、本開示の第１実施形態に係る電池温度調整装置３は、熱交換器ＨＸを備える。この熱交換器ＨＸは、上述のように、熱交換ポイントＡと熱交換ポイントＢとの間の熱交換を行う。この時、熱交換ポイントＡを流れる冷媒の温度よりも、熱交換ポイントＢを流れる冷媒の温度の方が、温度が高い。
【００５９】
つまり、熱交換ポイントＢにある冷媒を、熱交換ポイントＡにある冷媒によって更に冷やすことにより、過冷却度を稼ぐことができる。図５（ｂ）のモリエル線図で表現すると、熱交換ポイントＢにおいて、飽和液線を湿り蒸気域から過冷却液域へと大きくまたいでから、膨張弁１３によって減圧されることになる。その結果、冷凍サイクルが横長に（左側に）延びる。
【００６０】
蒸発器に相当する第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２の、冷凍サイクル内部における冷却能力は、（エンタルピーの変動×流量）である。従って、第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２の冷却能力は、冷凍サイクルが横長に（左に）延びた分だけ増えることになる。この増大した冷却能力によって、上記冷却効率の微小な減少を補うことができる。
【００６１】
以上のように、本開示の第１実施形態に係る電池温度調整装置３は、冷却性能低下を抑えつつ、複数の冷却装置１０１、１０２の間の温度ばらつきも抑制することができる。
【００６２】
ここで再び、図２を参照すると、第１冷媒管１１は分岐部１１１を有している。この分岐部１１１から、第１冷却装置１０１に前記冷媒が流され、分岐部１１１から第２冷却装置１０２に冷媒が流される。
【００６３】
また、第２冷媒管１２は合流部１２１を有している。第１冷却装置１０１から合流部１２１に冷媒が流され、第２冷却装置１０２から合流部１２１に冷媒が流されている。そして、合流部１２１において合流した冷媒が圧縮機１５に流される。
【００６４】
このとき、第２冷媒管１２の前記所定の位置は、合流部１２１と圧縮機１５の間にあってよい。すなわち、複数の冷却装置１０１、１０２から流れてきた冷媒が合流した後の位置に、膨張弁１３の感温部を設ける。前記構成により、合流後の冷媒の温度に応じて、膨張弁１３の開閉を制御できるため、複数の冷却装置を備えた電池温度調整装置３の全体的な流量調整を行うことができる。
【００６５】
なお、前記第１冷媒管１１において、前記凝縮器１６と前記膨張弁１３との間の前記冷媒の温度は、前記第２冷媒管１２において、前記合流部１２１と前記熱交換器ＨＸとの間の前記冷媒の温度より高い。
【００６６】
次に、上述のような電池温度調整装置３を、筐体αに収容する形態について説明する。図６は、筐体αが収容する構成要素を示す側面図である。筐体αは、電池パックとも呼ばれており、電池モジュール２と、電池モジュール２を冷却するための冷却装置１０を備えている。冷却装置１０は、本例においては、プレート状のものであり、冷却プレートとも呼ばれている。
【００６７】
本例において、筐体αは電池モジュール２を２つ収容している。すなわち、第１電池モジュール２１と第２電池モジュール２２である。ただし、電池モジュール２の数は２つには限られず、３つ以上であってもよい。
【００６８】
本例において、筐体αは冷却装置１０を２つ収容している。すなわち、第１冷却装置１０１と第２冷却装置１０２である。ただし、冷却装置１０の数は２つには限られず、３つや以上であってもよい。
【００６９】
この図６においては、電池モジュール２と冷却装置１０とが１対１対応になるように配置されている。ただし、１対１対応には限定されず、電池モジュール２の数と冷却装置１０との数は相違していてもよい。また、電池モジュール２と冷却装置１０が少なくとも重なるように配置されてよい。
【００７０】
第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２にはそれぞれ、第１冷媒管１１と第２冷媒管１２が図のように接続されている。第１冷媒管１１及び第２冷媒管１２は筐体αの外部まで延びており、筐体αの外部に、上述の膨張弁１３及び熱交換器ＨＸが配置される。
【００７１】
なお、筐体αの内部空間に余裕がある場合には、筐体αが収容する構成要素を示す側面図である図７に示したように、熱交換器ＨＸを筐体αの中に収容してよい。なお、膨張弁１３を更に筐体αの中に収容してもよい。これらの部材を筐体αの中に収容すれば、筐体αの外部に設けるべき部材が減る。その結果、筐体αを車両５００等に配置しやすくなる。
【００７２】
次に、冷媒に加えて冷却水を用いる、本開示の第２実施形態に係る電池温度調整装置３の構成について、図２、図８〜図１１を用いて説明する。
【００７３】
図２に示すように、本開示の第２実施形態に係る電池温度調整装置３は、冷却水回路４を更に備えてよい。冷却水回路４は、配管内の冷却水を流すためのポンプ４１を備えている。ポンプ４１は冷却水を、例えば図２の白矢印の方向に流す。また、冷却水回路４は、水リザーバ４２やヒータ４５等を備えていてもよい。
【００７４】
次に、図８に基づいて説明する。図８は、本開示の電池温度調整装置３の第２の実施形態を示す図であり、（ａ）概念図、（ｂ）当該実施形態に対応するモリエル線図である。
【００７５】
図２と同様、図８（ａ）においても、ポンプ４１及び水リザーバ４２を備えた冷却水回路４が示されている。また、冷却水回路４は、配管４３及び配管４４を更に備えている。冷却水の流れは白矢印で示されている。ポンプ４１から出た冷却水は、配管４４を通って第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２に入る。続いて、第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２を通過して出てきた冷却水は、配管４３を通って水リザーバ４２に貯水
された後、ポンプ４１に戻る。以後、このサイクルが繰り返される。
【００７６】
以上を前提に説明すると、第２冷媒管１２における、第１冷却装置１０１及び／又は第２冷却装置１０２と所定の位置の間を流れる冷媒と、冷却水回路４における冷却水との間で熱交換を行うように、冷却水回路４が配置されてよい。
【００７７】
ここで、第２冷媒管１２における、第１冷却装置１０１及び／又は第２冷却装置１０２と所定の位置の間を、前記第１実施形態において、熱交換ポイントＡと表現した。図８（ａ）では、第２冷媒管１２における、この熱交換ポイントＡに相当する箇所が折り曲げられて、冷却水回路４と接する位置まで引き出されている。よって、この引き出された箇所で、冷媒と冷却水との間の熱交換を行うことができる。
【００７８】
そして、熱交換ポイントＡは、蒸発器に相当する第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２の、冷媒についての下流に存在する。蒸発器に相当する第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２を流れる冷媒は二相状態にあり、液相の冷媒が蒸発することにより、温度が下がる。そして、熱交換ポイントＡを流れる冷媒は、上記冷却水回路４を流れる冷却水よりも低温になる。そのため、上記熱交換ポイントＡを流れる冷媒によって、冷却水回路４を流れる冷却水を、冷やすことが可能となる。
【００７９】
また、上記冷却水回路４を流れる冷却水は、第１冷却装置１０１及び前記第２冷却装置１０２の内少なくとも１つの冷却装置１０を通過してよい。
【００８０】
図８（ａ）に示した例では、冷却水は上記熱交換ポイントＡを流れる冷媒によって冷やされてから、配管４３によって第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２へと流入し、第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２を通過し、配管４４へと流出している。この第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２を通過する冷却水によって、電池モジュール２を冷却することができる。すなわち、電池モジュール２の冷却は、冷媒による冷却と、冷却水による冷却のハイブリッド方式になる。このことにより、電池モジュール２の冷却能力を上げ、冷却装置１０内の温度ばらつきを低減することができる。
【００８１】
また、第２冷媒管１２における、第１冷却装置１０１及び／又は第２冷却装置１０２と所定の位置の間を流れる前記冷媒と、冷却水回路４の水リザーバ４２における冷却水との間で熱交換を行うように、冷却水回路４が配置されてよい。
【００８２】
すなわち、熱交換ポイントＡを流れる冷媒と、水リザーバ４２における冷却水との間で熱交換を行うのだが、図８（ａ）に示した例では、第２冷媒管１２における熱交換ポイントＡに相当する箇所が折り曲げられて、水リザーバ４２のある位置まで引き出されている。よって、この引き出された箇所で、冷媒と冷却水との間の熱交換を行うことができる。
【００８３】
より詳しい例を挙げる。水リザーバ４２は、一定量の冷却水を溜めおくことのできる、タンクの如き部材であって、形状等は特に限定しない。このタンク状の水リザーバ４２の中を、第２冷媒管１２の引き出された箇所が通るように構成すれば、第２冷媒管１２と水リザーバ４２の接触面積が増大し、効率的な熱交換を行うことができる。
【００８４】
次に、図８（ｂ）を参照すると、第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２を出た冷媒は、冷却水回路４における冷却水と熱交換することで冷媒加熱度上昇している間に、モリエル線図の飽和蒸気線を、湿り蒸気域から加熱蒸気域方向にまたいでいる。
【００８５】
すなわち、第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２を出た直後の冷媒は、気液二相の湿り蒸気域にある。これを言い換えると、冷媒の中に液相状態の冷媒がまだ残った状態
である。したがって、ＳＨ（加熱度）ばらつき起因の温度ばらつきを抑制することができる。
【００８６】
その一方で、冷却水回路４における冷却水との間の熱交換は、低圧オリフィスのような大きな圧力低下を起こさないので、第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２内を通過する冷媒の温度上昇は抑制される。その結果、冷却対象である電池モジュール２と、第１冷却装置１０１及び第２冷却装置１０２内の冷媒との温度差を大きなまま保つことができる。よって、冷却効率を大きく下げずに維持することができる。
【００８７】
また、熱交換ポイントＡを流れる冷媒との熱交換によって冷却水が冷やされ、この冷却水が冷却装置１０内を通過するので、冷却装置１０自体の温度が低温を維持することができる。よって、冷却装置１０に接する電池モジュール２を冷却する冷却効率が上昇する。
【００８８】
よって、本開示の第２実施形態に係る電池温度調整装置３は、冷却性能低下を抑えつつ、複数の冷却装置１０１、１０２の間の温度ばらつきも抑制することができる。
【００８９】
図９は、筐体αが収容する構成要素を示す側面図である。図９においては、水リザーバ４２は、筐体αの外部に配置されている。筐体α（電池パック）の内部に余剰スペースが無い時などに、この構成は適している。冷却水回路４内で水を流すポンプ４１も、筐体αの外に配置されている。冷却装置１０に冷却水を流入させる配管４３と、冷却装置１０から冷却水を流出させる配管４４とが筐体αの内部へと挿入され、これらの配管が、第１冷却装置１０１へと接続されている。
【００９０】
第１冷却装置１０１へ流入した冷却水は、少なくとも第１冷却装置１０１を通過する。ここで、複数の冷却装置１０１、１０２間を連通する冷却水流路（図示省略）を設けて、冷却水が複数の冷却装置１０１、１０２を通過するように構成してもよい。
【００９１】
なお、図９においては、熱交換ポイントＡにおける第２冷媒管１２の一部分を、タンク状の水リザーバ４２の中に通している。この構成により、冷却水を水リザーバ４２の内側から冷却することができる。
【００９２】
図１０は、筐体αが収容する構成要素を示す側面図である。図９においては、膨張弁１３、水リザーバ４２、ポンプ４１が、筐体αの内部に収容されている。前記構成であれば、筐体の外には配管（第１冷媒管１１、第２冷媒管１２）が設けられるだけなので、筐体α外部に飛び出る部材が減り、筐体αを車両５００等に配置しやすくなる。
【００９３】
図１１は、モリエル線図による比較図であり、（ａ）低圧オリフィスを導入した検討例４の場合、（ｂ）本開示の第１実施形態の場合、（ｃ）本開示の第２実施形態の場合である。なお、図１１（ａ）は図４（ｂ）に、図１１（ｂ）は図５（ｂ）に、図１１（ｃ）は図８（ｂ）に、それぞれ対応している。
【００９４】
図１１（ａ）の場合、電池モジュール２から冷却装置１０内の冷媒への熱移動が行われる。
【００９５】
図１１（ｂ）の場合、電池モジュール２から冷却装置１０内の冷媒への熱移動が行われる。また、熱交換器ＨＸにより、冷凍サイクル内で、冷媒から冷媒への熱移動が行われる。その結果、冷凍サイクルの左辺がより左側へと延びる。
【００９６】
図１１（ｃ）の場合、電池モジュール２から冷却装置１０内の冷媒への熱移動が行われる。また、電池モジュール２から、冷却装置１０を通過する冷却水へと熱移動が行われ、
この冷却水から冷媒へと更なる熱移動（水リザーバ４２）が行われる。
【００９７】
図１１（ａ）と図１１（ｂ）とを対比すると、図１１（ｂ）の方が、冷却装置１０内を流れる冷媒の蒸発圧力が低い。図１１（ｂ）に示した本開示の第１実施形態の場合は、冷却装置１０の出口付近に、図１１（ａ）に示した減圧用の低圧オリフィスを用いていないからである。蒸発圧力が低いと冷媒の温度も低くなるため、図１１（ｂ）の方が冷却装置１０内を流れる冷媒の温度が低い。
【００９８】
すると、図１１（ｂ）の方が、冷却対象である電池モジュール２（図１参照）と冷媒との温度差が大きくなるため、電池モジュール２の冷却効率が良くなる。よって、より多くの冷媒を流すことで、冷却性能の向上を果たす事ができる。
【００９９】
図１１（ｂ）と図１１（ｃ）とを比較すると、図１１（ｂ）の方が、冷凍サイクルが左側に長くなっている。図１１（ｂ）に示した本開示の第１実施形態の場合は、上述のように、熱交換を冷凍サイクルの内部で行っているからである。
【０１００】
一方、冷却装置１０による電池モジュール２の冷却効率の観点からは、図１１（ｂ）の場合、電池モジュール２の熱の移動先は冷媒である。一方、図１１（ｃ）の場合は、電池モジュール２から冷媒への熱移動に加えて、電池モジュール２から冷却水へも熱が移動する。
【０１０１】
以上を踏まえ、当業者は、要求仕様に応じて、本開示の第１実施形態、及び本開示の第２実施形態を使い分けることが可能である。
【０１０２】
なお、本開示の第１実施形態と本開示の第２実施形態とを統合して実施しても良い。すなわち、熱交換器ＨＸを上述のように配置した上で、さらに、冷却水回路４も上述のように用いればよい。前記構成であれば、本開示の各実施形態が有する利点を併せて享受することができる。
【０１０３】
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。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、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１０４】
１      冷媒回路
１０    冷却装置
１０１  第１冷却装置
１０２  第２冷却装置
１０３  第３冷却装置
１１    第１冷媒管
１１１  分岐部
１２    第２冷媒管
１２１  合流部
１３    膨張弁
１４    第２膨張弁
１５    圧縮機
１６    凝縮器
１７    空調装置
２      電池モジュール
２１    第１電池モジュール
２２    第２電池モジュール
２３    第３電池モジュール
３      電池温度調整装置
４      冷却水回路
４１    ポンプ
４２    水リザーバ
４３    配管
４４    配管
４５    ヒータ
５００  車両
５０１  車輪
Ａ      熱交換ポイント
Ｂ      熱交換ポイント
ＨＸ    熱交換器
α      筐体
【図１】
2020167131.tif 000003
【図２】
2020167131.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020167131.tif 000006
【図５】
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【図６】
2020167131.tif 000008
【図７】
2020167131.tif 000009
【図８】
2020167131.tif 000010
【図９】
2020167131.tif 000011
【図１０】
2020167131.tif 000012
【図１１】
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