(57)【要約】【課題】  レイアウト変更への追従性の高い構造を備えた車両走行用バッテリーの温度調整装置を提供すること。【解決手段】  複数のモジュール１０，１０からなる車載用バッテリーを、熱交換ユニットで温度調節するバッテリーの温度調整装置において、前記熱交換ユニットは、配管３内に媒体を充填しこの媒体で前記モジュール１０，１０と熱交換する熱交換部を備え、前記モジュール１０は、単電池に１又は複数のヒートパイプ１１を熱交換可能に組み付けて構成され、前記ヒートパイプ１１は、少なくとも一側に外部熱交換部１２を備え、更に、前記ヒートパイプ１１の前記外部熱交換部１２は、前記熱交換ユニットの熱交換部に対し着脱可能に設けられる構成の車両走行用バッテリーの温度調整装置である。 【選択図】  図１
2011183862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のモジュールからなる車載用バッテリーを、熱交換ユニットで温度調節するバッテリーの温度調整装置において、
前記熱交換ユニットは、配管内に媒体を充填しこの媒体で前記モジュールと熱交換する熱交換部を備え、
前記モジュールは、単電池に１又は複数のヒートパイプを熱交換可能に組み付けて構成され、
前記ヒートパイプは、少なくとも一側に外部熱交換部を備え、
更に、前記ヒートパイプの前記外部熱交換部は、前記熱交換ユニットの熱交換部に対し着脱可能に設けられるものであることを特徴とする車両走行用バッテリーの温度調整装置。
【請求項２】
前記熱交換ユニットの配管は、可撓性のあるフレキシブル部を備えたことを特徴とする請求項１記載の車両走行用バッテリーの温度調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車やハイブリッド電気自動車に装備されるバッテリーの温度調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車（Electrical Vehicle  以下、「ＥＶ」）やハイブリッド電気自動車（Hybrid
Electrical Vehicle以下、「ＨＥＶ」）に装備される走行用のバッテリーは、急速充電時に大電流が流れてバッテリー自体が発熱するため、一般的に冷却装置が付帯されている。
【０００３】
ところで、走行用のバッテリーは、走行距離延長の要請や、充電時間の短縮化の要請により、単位時間当たりの充電量は増える傾向にある。そのため、充電時のバッテリーからの発熱量が増加し、充電効率が低下したりバッテリーの寿命が短縮化されてしまうので、冷却装置には冷却性能の確保及び向上が求められている。
【０００４】
この種のバッテリーの冷却装置として、水冷式と空冷式のものが知られているところ、バッテリーとの単位時間当たり熱交換量を大きくとれる観点から、水冷式温調システムへの関心が高まっている（水冷式のものとして、後記特許文献１のもの参照）。
【０００５】
また、走行用のバッテリーとして、リチウム系、ニッケル水素系、ナトリウム硫黄蓄電池等が開発されているが、これらのバッテリーは、従来の内燃機関用バッテリーとは異なり、例えば１００Ｖ仕様や３５０Ｖ仕様のように、高電圧を発生させる必要がある。そこで、モジュールと呼ばれる各電池を、電気的に直列に繋ぐことで高電圧化を実現している。
【０００６】
そして、この種のバッテリーの冷却装置において、ヒートパイプを用いるものが知られている（特許文献２〜５参照）。このようなヒートパイプを用いるバッテリーの冷却装置は、とりわけ特許文献２に開示されているように、扁平形のセル（単電池）の間に扁平型のヒートパイプを配置し、ヒートシンクを兼ねた外装ケースにヒートパイプを接触させて放熱させ、セルの発熱を効率よく除去するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１０５９８８号公報
【特許文献２】特開２００９−１４０７１４号公報
【特許文献３】特開昭６０−１０７２７４号公報
【特許文献４】特開２００４−２２７９８６号公報
【特許文献５】特開２００７−２５７８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、バッテリーは、搭載される車両のレイアウトに応じて様々な姿勢や種々異なる場所に配置される。また、バッテリーを構成するセルは、充放電する際に膨張或いは収縮を繰り返し、劣化するに従って徐々に膨張する特性を有している。更には、多数用意されたセルのうちには、故障した特定のセルのみ交換したいという要請もある。このように、車両走行用バッテリーの温度調整装置においては、高い設計自由度と、取扱いの容易なメンテナンス性が求められている。
【０００９】
ところが、従来のバッテリーの温度調整装置は、セルの配置が変更されると、冷却システムないし冷却部の構造までも変更する必要があり、レイアウト変更への追従性が低いという不都合があった。
【００１０】
そこで本発明は、ＥＶやＨＥＶ用バッテリーの温度調整装置において、セルの特長である充放電時の膨張・収縮があってもセルを温調でき、しかも、レイアウト変更への追従性の高い構造を備えた車両走行用バッテリーの温度調整装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、複数のモジュール１０，１０からなる車載用バッテリーを、熱交換ユニットで温度調節するバッテリーの温度調整装置において、前記熱交換ユニットは、配管３内に媒体を充填しこの媒体で前記モジュール１０，１０と熱交換する熱交換部を備え、前記モジュール１０は、単電池に１又は複数のヒートパイプ１１を熱交換可能に組み付けて構成され、前記ヒートパイプ１１は、少なくとも一側に外部熱交換部１２を備え、更に、前記ヒートパイプ１１の前記外部熱交換部１２は、前記熱交換ユニットの熱交換部に対し着脱可能に設けられる構成の車両走行用バッテリーの温度調整装置である。
【００１２】
本願第２請求項に記載した発明は、請求項１の発明において、前記熱交換ユニット１の配管３は、可撓性のあるフレキシブル部４を備えた構成の車両走行用バッテリーの温度調整装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本願第１請求項の発明によれば、各モジュールは単電池にヒートパイプを熱交換可能に組み付けて構成されるので、それぞれの電池を各別に温度調整することができる。また、各モジュールの熱交換は熱交換ユニットを介して行われるので、従来の空冷によるヒートパイプの熱交換に比べて、熱交換効率を著しく高めることが可能となる。
【００１４】
そして、ヒートパイプの外部熱交換部は、熱交換ユニットの熱交換部に対し着脱可能に設けられているので、モジュールを車両レイアウトに適合するように配置することができ、これにより車両レイアウト変更への追従性を向上することができる。
【００１５】
本願第２請求項の発明によれば、前記熱交換ユニットの配管は可撓性のあるフレキシブル部を備えるので、各モジュールを、車両レイアウトに則して、より自由度を高めて配置することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。まず、本発明が実施されているバッテリー温調システムについて図１を参照して説明する。この図１に示すバッテリー温調システムの全体構成図において、第１熱交換ユニット１と、第２熱交換ユニット２０とから構成される。第１熱交換ユニット１は、配管３内に液状の熱媒体を充填しこの熱媒体でモジュール１０，１０と熱交換する熱交換部２（以下、「第１熱交換部２」と称する。）を備える。符号５はポンプで、熱媒体を配管内３で循環させる。
【００１７】
第２熱交換ユニット２０は、第１熱交換部２で熱交換した熱媒体を放熱或いは放冷する熱交換部２１（以下、第２熱交換部２１）を備える。尚、熱媒体は、例えば水や不凍液が用いられるが、これらに特に限定されるものではない。
【００１８】
このバッテリー温調システムにおいて、図示を省略したバッテリー充電用スタンド等により、バッテリーの急速充電が行われる。即ち、短時間で行われるバッテリーの急速充電は、車両停止の際、行われるものであって、バッテリーの温度が急上昇するが、車両走行時の回生発電によるバッテリー充電の場合は、所謂緩慢充電であり、これに伴いバッテリーの温度が上昇しても、その温度上昇はバッテリーに不具合を生じさせる程度のものではない。
【００１９】
そして、バッテリーの充電時とりわけ急速充電時には、前記ポンプ５を作動して熱媒体を配管３内で循環させ、これにより、第１熱交換部２において熱媒体によりモジュール１０，１０との熱交換がなされる。この例では、熱交換部２において熱媒体によりモジュール１０，１０は冷却される。
【００２０】
前記第２熱交換ユニット２０は、前述したように第２熱交換部２１を備えるものであって、冷媒を圧縮する圧縮機２２と、圧縮機２２で圧縮された冷媒を冷却する凝縮器２３と、凝縮器２３で冷却された冷媒を減圧して膨張させる減圧器２４ａと、減圧器２４ａで減圧された冷媒を蒸発する蒸発器２５とを備えている。尚、圧縮機２２は、図示を省略したモータによって駆動される。また、前記第２熱交換ユニットに用いられる冷媒としては、フロンや二酸化炭素、ハイドロカーボン等が適宜利用される。
【００２１】
図１において、符号２６は切替弁であり、この切替弁２６の切替えによって、第２熱交換部２１において温調を行うこともできる。従って、この温調により、第１熱交換部２においてモジュール１０，１０の温調も行うことができるので、バッテリー温度を適宜一定状態にして、バッテリーの充放電効率を高めることが可能となる。
【００２２】
例えば、圧縮機２２から吐出され凝縮器２３を経由した冷媒を、切替弁２６により第２熱交換部２１へ流れるようにすれば、冷媒は第２熱交換部２１の上流の減圧器２４ｂで減圧され、第２熱交換部で蒸発するとともに熱交換ユニット１を冷却し、圧縮機２２へ戻すことができる。更に、圧縮機２２からの冷媒の吐出量や、第２熱交換部２１の上流の減圧器２４ｂの設定条件を適宜変更することによって、第２熱交換部２１での第１熱交換ユニット１の冷却量を制御することができる。
【００２３】
また、必要に応じて、圧縮機２２から吐出され凝縮器２３を経由した冷媒を切替弁２６により、第２熱交換部２１と、蒸発器２５との両方に分配してもよい。
【００２４】
本発明に係る車両走行用バッテリーの温度調整装置において、前記モジュール１０は、例えば扁平型や角型形状の単電池に１又は複数のヒートパイプ１１を熱交換可能に組み付けて構成されている。図２に示す具体例では、１つのモジュール１０は、扁平型単電池に１つのヒートパイプ１１を熱交換可能に組み付けている。この組み付けは、扁平型単電池とヒートパイプ間の熱交換が可能であれば接着、溶着、掛かり止め、係合等、適宜の固着手段を用いてよい。
【００２５】
尚、ヒートパイプ１１は、パイプ内部に毛細管構造を設けるとともに、パイプ中に揮発性の液体（作動液）を封入して構成される公知の構造を備えたもので、高温部で蒸発した作動液の蒸気が低温部に移動して凝縮し、その凝縮した作動液が毛細管を伝って高温部に戻るサイクルを繰り返すことによって、高効率の熱伝導を可能にするものである。
【００２６】
本例の場合、ヒートパイプ１１は、少なくとも一側に外部熱交換部１２を備え、更に、ヒートパイプ１１の外部熱交換部１２は、図２(２)に示すように、前記熱交換ユニット１の第１熱交換部２に対し着脱可能に設けられる構成の車両走行用バッテリーの温度調整装置である。尚、外部熱交換部１２は、用いられるヒートパイプ１１がモジュール１０を冷却することにある場合は放熱用の熱交換部として、また、モジュール１０を温めることにある場合は吸熱用の熱交換部として、設置する。
【００２７】
図３は、第１熱交換部２に対する外部熱交換部１２の着脱構造を示すもので、図３(１)は、円筒状の熱交換部２の外形に適合するように、外部熱交換部１２を円弧片状に形成して、熱交換部２に当接させている。この場合は、複数のモジュール１０，１０を、それぞれの外部熱交換部１２を上方に位置させて、図示を省略した固定スタンドに並列に設置し、外部熱交換部１２を下方から斜め上方に、第１熱交換部２に当接させている。
【００２８】
このように、モジュール１０の外部熱交換部１２を第１熱交換部２に対し着脱可能に設けた場合は、複数のモジュール１０，１０のうち、万一いずれかに不具合を生じても、容易に当該モジュール１０を容易に取り外して且つ新たなモジュール１０を取り付けることができるので、作業性の向上に資するものである。
【００２９】
図３(２)に示す例は、前例のものに、更に外部熱交換部１２と熱交換部２にクリップ６をあてがって、両者の当接を堅固にしている。尚、クリップ６は、適宜のものを用いることができ、この例の場合は外部熱交換部１２と熱交換部２とを押し付けあうように挟持している。
【００３０】
図３(３)に示す例は、外部熱交換部１２を半円形のフック状に形成して、これを第１熱交換部２に嵌合させている。この例の場合は、フック状の外部熱交換部１２を第１熱交換部２に嵌合させるだけで、ヒートパイプ１１を第１熱交換部２に対し着脱可能に設けることができるので、上述した固定スタンドの使用の有無は任意的なものとなる。
【００３１】
図３(４)に示す例は、図３(３)のフック状の外部熱交換部１２を、その下部において９０°捻って、構成したものである。このように、フック状の外部熱交換部１２を捻って適宜位相を変えることにより、各モジュール１０，１０を、第１熱交換部２に則して、従って車両レイアウトに則して、より自由度を高めて配置することが可能となる。
【００３２】
本発明において、上述した配置の自由度を高め得る構造は、図４に示すように、第１熱交換部２を工夫しても実現することができる。即ち、熱交換ユニット１の配管３に、可撓性のあるフレキシブル部４を備えることにより、第１熱交換部２の位置を適宜変更することができる。この例では、第１熱交換部２を二分し、これらの間にフレキシブル部４を設けている。
【００３３】
尚、第１熱交換部２は、配管３の一部を構成（兼用）するものであり、また、配管３も、必要により適宜の部位に熱伝導率の高いものを用いれば、その部位を第１熱交換部２として用いることができる。更に、フレキシブル部４は、特定の部材のほかに、配管３及び（又は）第１熱交換部２を変形可能に設けることにより、フレキシブル部４として用いることができる。
【００３４】
また、本発明に係るバッテリーの温度調整装置は、前記各例のほか、本発明の目的に沿って適宜改変することができるものである。既述の通り、本発明は、バッテリーの冷却のみならず、バッテリーを加温する場合にも利用することができる。
【００３５】
即ち、極寒地での使用において充電後すぐに走行する際、バッテリーを適切な温度まで上昇させ、放電能力を向上させたい要求がある。前述したように、充電時にはバッテリーから発熱があるが、極寒地においてはバッテリーからの発熱では足りず、むしろ加温したいケースがある。このような場合、本例の第２熱交換ユニットにおいて、圧縮機から吐出した高温高圧冷媒を、第２熱交換部に流入させ、第１熱交換ユニットを昇温し、膨張弁を経て凝縮器を蒸発器として利用することもできる。
【００３６】
図５は、第１熱交換部２をパラレル配置したものを示すもので、図５(１)は、例えば上方の第１熱交換部２に冷却用熱媒体を、また、下方の第１熱交換部２には加温用熱媒体を、通流するものであり、そして、１つのモジュール１０に２つのヒートパイプ１１を取付け、上方の第１熱交換部２に着脱可能に設けられるヒートパイプ１１の外部熱交換部１２には放熱用の熱交換部のものを用い、また、下方の第１熱交換部２に着脱可能に設けられるヒートパイプ１１の外部熱交換部１２には吸熱用の熱交換部のものを用いている。
【００３７】
図５(２)の場合は、上方の第１熱交換部２に冷却用熱媒体を、また、下方の第１熱交換部２には加温用熱媒体を、通流する点では図５(１)の場合と同様であるが、この例のものは、１つのモジュール１０に１つのヒートパイプ１１を取付け、上方の外部熱交換部１２は放熱用の熱交換部を、また、下方の外部熱交換部１２は吸熱用の熱交換部を、それぞれ設置したものを用いている。このように、図５に示す例のものは、バッテリーの冷却と加温を行うことができる。
【００３８】
また、図５に示す例のものにおいては、１つの第２熱交換ユニット２０を用いるとともに、上方の第１熱交換部２と下方の第１熱交換部２とを、配管３に図示を省略した切替弁を設けて分岐し、モジュール１０，１０の冷却を行うときは、熱媒体が上方の第１熱交換部２を流れるようにし、また、加温するときは、第２熱交換ユニット２０の作動を切り替えるとともに、切替弁を切り替えて、熱媒体が下方の第１熱交換部２を流れるようにするものである。これにより冷却と温調を適宜行うことができる。尚、上方の第１熱交換部２と下方の第１熱交換部２にそれぞれ適合するように、２つの第２熱交換ユニット２０を用いてもよい。
【００３９】
更に、本発明に係るバッテリーの温度調整装置は、前例のように、前記ヒートパイプ１１の前記外部熱交換部１２が、前記第１熱交換ユニット１の熱交換部２に対し着脱可能に設けられる構成のほかに、ヒートパイプ１１の前記外部熱交換部１２を、第２熱交換ユニット２０の熱交換部２１に対し着脱可能に設けるようにしてもよい。このように、冷凍サイクルとヒートパイプとを、第１熱交換ユニットを介さずに、直接接触させることにより、温調システムの構成部品点数を減少させて、構成を簡素化することができるものである。
【００４０】
また、本発明に係る車両走行用バッテリーの温度調整装置は、前記各例のほか、本発明の目的に沿って適宜改変することができるものである。尚、上述した例では、モジュールを複数縦方向に並べて、その上部に熱交換部を配置したが、モジュールを複数重ね置きして（積み上げて）、その側面に熱交換部を対向配置することもできるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、ＥＶやＨＥＶ用のバッテリーの温度調整装置に好適であり、また、これらのほか、民生用のものにも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明が用いられるバッテリーの温度調整装置を示す全体構成図である。
【図２】モジュールを示す図であり、(１)はモジュール単体、(２)は複数のモジュールと第１熱交換部を示す概念構成図である。
【図３】第１熱交換部に対する外部熱交換部の着脱構造を示す図である。
【図４】第１熱交換部を二分しこれらの間にフレキシブル部を設けた構成図である。
【図５】第１熱交換部をパラレル配置したものを示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１      第１熱交換ユニット
２      熱交換部（第１熱交換部）
３      配管
４      フレキシブル部
５      ポンプ
６      クリップ
１０      モジュール
１１      ヒートパイプ
１２      外部熱交換部
２０      第２熱交換ユニット
２１      第２熱交換部
２２      圧縮機
２３      凝縮器
２４ａ      減圧器
２４ｂ      減圧器
２５      蒸発器
２６      切替弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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