(57)【要約】【課題】バッテリを効果的に冷却する。【解決手段】密閉容器１２内のファン１４は、密閉容器１２の内部の気体をバッテリ１０に向けて送風する。冷媒噴霧装置１８は、バッテリ１０に向かう気体に冷媒を霧状にして混合する。バッテリ１０からの熱によって暖められ気化された冷媒を含む気体は、熱交換部２２により冷却され気液分離される。冷媒が分離された気体はファン１４に循環され、液体の冷媒は冷媒噴霧装置１８に返送される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと熱交換するバッテリ冷却部を有する密閉容器と、
この密閉容器の内部の気体を前記バッテリ冷却部に向けて送風する送風手段と、
この送風手段により前記バッテリ冷却部に向かう気体に冷媒を霧状にして混合する霧化手段と、
前記バッテリ冷却部においてバッテリからの熱によって暖められ気化された冷媒を含む気体を冷却して気液分離する気体冷却手段と、
冷媒が分離された気体を前記送風手段に循環する気体循環手段と、
液体の冷媒を前記霧化手段に返送する冷媒返送手段と、
を有することを特徴とするバッテリの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリの冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリは、種々の電気器具に広く利用されており、自動車においてモータを搭載し、バッテリからの電力でモータを駆動して走行するものも増えてきている。
【０００３】
自動車用のバッテリなどは、大容量で長期間使用する必要がり、充放電可能な二次電池が利用される。そして、二次電池は、基本的に化学的な可逆反応を利用するものであり、高温となると劣化する場合が多く、温度上昇時には冷却する必要があり、一般的には空冷、水冷などが用いられる。
【０００４】
また、液体の気化熱は、比較的大きく、これを利用することで効果的な冷却が行える。例えば、特許文献１では、バッテリに水粒子を噴霧して、その気化熱を利用して冷却することが示されている。また、バッテリの冷却ではないが、特許文献２には半導体（ＳｉＣ）素子に水を噴射し得られた加湿空気を燃料電池に供給すること、特許文献３ではＩＧＢＴなどに噴霧し冷却すること、特許文献４にはラジエターに水を噴射し冷却することが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３４６９２２号公報
【特許文献２】特開２００５−２９４１１６号公報
【特許文献３】特開２００６−２７３３１７号公報
【特許文献４】特開２００７−２４２２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、自動車のバッテリなどは、大容量、高電圧を必要とし、セル数が非常に多くなる。そこで、全体をむらなく冷却したいという要求があり、さらにできるだけ効率的に冷却したいという要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、バッテリと熱交換するバッテリ冷却部を有する密閉容器と、この密閉容器の内部の気体を前記バッテリ冷却部に向けて送風する送風手段と、この送風手段により前記バッテリ冷却部に向かう気体に冷媒を霧状にして混合する霧化手段と、前記バッテリ冷却部においてバッテリからの熱によって暖められ気化された冷媒を含む気体を冷却して気液分離する気体冷却手段と、冷媒が分離された気体を前記送風手段に循環する気体循環手段と、液体の冷媒を前記霧化手段に返送する冷媒返送手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、冷媒の気化熱によってバッテリを効果的に冷却できる。また、気化熱を利用しているため、冷却部に接触させる気体の流量を小さくでき、バッテリからの熱によって膨張した気体によって、バッテリ全体を比較的均一に冷却することが可能になる。さらに、密閉容器中において、冷媒および気体を循環しているため、汚染物質の混入がなく汚れの問題を解決できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】バッテリの冷却装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】バッテリの冷却装置の概略構成を示す平面図である。
【図３】冷媒噴霧装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１、２は、実施形態に係るバッテリ冷却装置であって、バッテリ１０を収容した状態を示している。
【００１２】
バッテリ１０は、リチウムイオン、ニッケル水素などの二次電池であって、電気自動車や、ハイブリッド自動車に搭載され、そのモータを駆動する電力を供給する。このため、比較的大きな出力電圧（例えば、３００Ｖ程度）を有し、また車両が１００ｋｍ程度走行可能な電気容量を有する。バッテリ１０は、放電時、充電時とも電流が大きくなるに従って発熱量が多くなり高温になる。そして、あまり高温になると、材料が劣化するため、冷却する必要がある。
【００１３】
バッテリ１０は、複数のセルを密着するように並べて形成され、所定の高電圧を出力するものであるが、ここではその全体を模式的に示してあり、配線等は図示を省略してある。各セルは、電気的に接続され、それが絶縁材のパッケージに収容されている。この例では、そのパッケージの周囲に空間があり、そこに気体が流通できるようになっている。なお、充放電用のケーブルとの電気的接続が可能で、ショートなどを発生せず、パッケージを通じて放熱できる構成であれば、どのような構成でもよい。
【００１４】
そして、このバッテリ１０は、密閉の容器１２内の中央部に収容されている。この容器１２は、鉄やアルミなどの金属製が好ましいが、他の材料でもよい。容器１２の一端側中央部には、送風手段としてのファン１４が設けられている。このファン１４は、側方から気体を吸い込み前方（容器１２に内部方向）に吹き出す。ファン１４の前方には、密閉状の拡散室１６が設けられている。この拡散室１６には、冷媒噴霧装置１８が設けられており、ファン１４から吹き出された気体に冷媒の液滴が噴霧された状態で混入される。
【００１５】
冷媒の液滴を含んだ気体は、バッテリ１０の表面に当たり液滴がその表面に付着するが、バッテリ１０は比較的高温であり、液滴は蒸発して気体の流れに伴われてバッテリ１０の周囲を通過する。従って、バッテリ１０は気体によって冷却されるだけでなく、液滴の気化熱によって冷却される。
【００１６】
バッテリ１０は、上述のようにパッケージ化されており、バッテリ１０はパッケージ表面を介し容器１２内の気体と熱交換する。従って、バッテリ１０の熱を気体に伝達するパッケージの表面部分がバッテリ冷却部を構成する。この熱交換を行う部分は、各種の熱交換器と同様に各種の構成を採ることができるが、本実施形態の場合には、気化熱を用いて効果的な冷却が行えるため、通常のバッテリパッケージを容器１２内に収容することでもよい。
【００１７】
また、拡散室１６からの気体はバッテリ１０によって温度上昇するため、その体積が膨張して、パッテリ１０の周囲空間全体に広がりながらバッテリ１０の周囲空間を通過する。これによって、バッテリ１０は全体が比較的均一に冷却される。また、冷媒の気化熱を利用できるため、大きな熱量をバッテリ１０から奪い取ることができ、非常に効果的なバッテリ１０の冷却が行える。
【００１８】
バッテリ１０の周囲を通過した高温で気化した冷媒を含む気体は、後方室２０を経て気体冷却手段である熱交換部２２に導入される。この熱交換部２２には、温度吸収フィルタが配置されており、ここにおいて気体が冷却される。なお、この熱交換部２２には、各種の熱交換器を利用することができ、外気との熱交換によって容器１２内部の気体が冷却される。そして、この冷却によって、冷媒が液化して気液分離される。
【００１９】
熱交換部２２を通過して冷媒が分離された気体は、容器１２の外壁に沿った循環路２４を介し、ファン１４の側方に至る。この循環路２４が気体循環手段となる。ここで、この容器１２の外壁は、車両ボディなどに直接接触することによって、放熱をさらに促進することが好適である。この場合、循環路２４の一部が気体冷却手段として機能する。
【００２０】
また、循環路２４の下方は容器１２の底部空間と連通しており、この容器１２の底部が冷媒の循環路（冷媒返送手段）となっている。すなわち、液化した冷媒は容器１２の底部に溜まり、霧化手段としての冷媒噴霧装置１８の下方に至る。容器１２の底部は冷媒噴霧装置１８の下方が最も低くなっており、ここに冷媒が貯留される。
【００２１】
冷媒噴霧装置１８は、例えば図３に示すように霧吹きのような構成を有することが好適である。冷媒溜まりからの上方に延びる液管１８ａは、気管１８ｂの小径部１８ｃにおいて上端が開口している。従って、気体流がこの部分において高速となり、これによって冷媒が吸い上げられ、気体流に液滴として巻き込まれて霧状となる。なお、この例では、液管１８ａ、気管１８ｂは、共に平板状であって、容器の横方向に延びているが、複数の管路としてもかまわない。
【００２２】
さらに、冷媒噴霧装置は、冷媒をポンプで気体流中にスプレーしたり、シャワーのように噴霧する形式でもかまわない。この場合、ポンプは容器１２の外の容器１２内部と連通する管路に配置することが好適である。また、ファン１４からの風量は一定である必要はなく、時間的に強弱を付けてもよい。特に、霧吹きのような構成を採った場合、間欠的に高速の気体を流すことも好適である。
【００２３】
容器内に封入する気体は、通常空気であるが、窒素ガスなどを採用することも可能である。また、冷媒は、バッテリ１０の表面で気化することが必要であり、気化温度が比較的低い物質が好ましい。例えば、水でもよいが、火焼性がなく低温度域でも使用できるように、例えば、−６０℃以下という低温でも液体状態を維持できるものがあれば好ましい。
【００２４】
本実施形態によれば、容器１２を密閉容器とした。従って、塵やゴミが混じることが基本的になく、汚れの問題を回避でき、特にファン１４の劣化を防止できる。そして、本実施形態では、冷媒の気化熱を用いてバッテリ１０を冷却できるため、気化熱によって効果的な冷却が行える。また、ファン１４からの気体流は、冷媒の液滴を含んでいれば、高速にする必要はなく、バッテリ１０の周囲空間において十分バッテリ１０と熱交換可能であり、効率的なバッテリの冷却を達成でき、さらにバッテリ１０からの熱によって温度上昇した気体が膨張することによってバッテリ１０の周囲空間に拡がり、バッテリ１０全体の冷却を効果的に行うことができる。単に風量を大きくすると、気体が膨張する前に気体が入れ替わり、均一な熱の交換が行えず、冷却効果にムラが生じてしまう。特に、バッテリ１０の周囲空間を小さくすれば、それだけ気体の膨張による拡がりを十分に利用して、均一な冷却が達成できる。さらに、送風量が小さくてよいため、ファンを小型で廉価なものにでき、電力コストも低減することもできる。
【００２５】
また、バッテリ１０の温度を直接または間接的に計測し、ファン１４の風量を調整することが好適である。しかし、あまり風量を大きくすると、上述したように均質な冷却が行えなくなるため、上限値を設けておき、均質な冷却を確保することが重要である。必要な場合には、車載のエアコンなどを利用して、熱交換部２２を冷却して、温度を下げることもできる。
【符号の説明】
【００２６】
１０  バッテリ、１２  容器、１４  ファン、１６  拡散室、１８  冷媒噴霧装置、２０  後方室、２２  熱交換部、２４  循環路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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