(57)【要約】【課題】伝熱板の構造に関し、簡素な構成によって伝熱板を用いて電池を所望の温度状態に調整することができるようにする。【解決手段】温度調整液体が流通する配管３に接続される配管接続部４３と、電池セル２の表面に接触して熱伝導する熱伝導面４１Ａとをそなえ、電池セル２の温度を調整する伝熱板の構造であって、熱伝導面４１Ａと電池セル２の表面との接触面積密度が、伝熱板の各部位の温度分布特性と電池セル２表面の温度調整要求との少なくとも何れかに応じて調整されている。【選択図】図１
2012084483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度調整液体が流通する配管に接続される配管接続部と、電池セルの表面に接触して熱伝導する熱伝導面とをそなえ、前記電池セルの温度を調整する伝熱板の構造であって、
前記熱伝導面と前記電池セルの表面との接触面積密度が、前記伝熱板の各部位の温度分布特性と前記電池セル表面の温度調整要求との少なくとも何れかに応じて調整されている
ことを特徴とする、伝熱板の構造。
【請求項２】
前記熱伝導面は、前記電池セルの表面に接触する凸部により形成され、前記伝熱板の各部位の温度分布特性と前記電池セル表面の温度調整要求との少なくとも何れかに応じて、前記凸部の配置密度が設定されている
ことを特徴とする、請求項１記載の伝熱板の構造。
【請求項３】
前記凸部は、前記配管接続部から離隔するほど高密度に配置されている
ことを特徴とする、請求項２記載の伝熱板の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリット電気自動車を含む電気自動車の駆動用電池の温度管理に用いて好適の伝熱板の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリット電気自動車を含む電気自動車が開発され実用化されており、かかる電気自動車には、車両を走行駆動しうる電動発電機と、この電動発電機に電力を供給しうる駆動用電池とが装備される。一般に、電池は、高温の状況下で使用されると寿命が低下し易く、逆に、低温の状況下で使用されると出力を得難く、一定の温度範囲に温度を管理することが必要である。
【０００３】
特に、電池は充放電によって発熱し、電気自動車にかかる駆動用電池の場合、充放電時の電流も大きいので充放電時に一層発熱しやすく、電池の温度管理の中でも電池の温度が高温にならないように冷却することが重要である。このため、このような駆動用電池には、通常、冷却システムが装備される。この冷却システムとしては、空冷方式や水冷方式や熱伝導方式などが一般的ある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ヒートポンプとヒートシンクとを用いて空冷によって電池を冷却する技術が提案されている。
また、特許文献２には、冷却パイプに熱接続された伝熱板（吸熱プレート）を電池の表面に接触させ、熱伝導によって電池を冷却する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３４９９５５号公報
【特許文献２】特開２００９−９８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、空冷方式と水冷方式とを比較すると、水冷方式の方が熱容量の大きい水（又は、水に代わる液体）を利用するので、循環する水（又は液体）の温度を安定させて複数の電池（電池セル）を均一に温度管理するのに適しており、この水冷方式と特許文献２の技術のような熱伝導方式とを組み合わせて、電池の温度を管理することが考えられる。また、水冷方式は低温の電池を加温する場合にも適用が容易である。
【０００７】
しかし、電池の表面に接触する伝熱板による熱伝導によって電池を冷却する場合、冷却性能に優れているが電池の表面を各部で均一に冷却することは困難である。つまり、伝熱板は冷却パイプに近いほど冷却パイプの温度近くまで冷却されるが、逆に冷却パイプから離隔するほど温度低下が少なく、このような温度勾配の影響が、冷却される電池の表面温度にも反映されて、電池を均一に冷却することができない。
【０００８】
そこで、図５に示すように、調温用の液体（例えば、冷水や温水）が流通するパイプ３に伝熱板４を熱接続し、この伝熱板４を電池セル２の表面に接触させ、熱伝導によって電池を冷却又は加温する構成とし、伝熱板４の内部に調温用液体が流通する経路３１を設け、温度の均一化を図ることが考えられる。
しかし、このように伝熱板４の内部に調温用液体を流通させる構造は、装置コストの大幅な増加を招くうえ、流路の圧力損失が大きいため流量確保が困難となり、また、電池２の周囲に調温用液体が漏れ出さないように、確実なシール構造を設けることも必要である。
【０００９】
本発明は、かかる課題に鑑み創案されたもので、簡素な構成によって伝熱板を用いて電池を所望の温度状態に調整することができるようにした、伝熱板の構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の伝熱板の構造は、温度調整液体が流通する配管に接続される配管接続部と、電池セルの表面に接触して熱伝導する熱伝導面とをそなえ、前記電池セルの温度を調整する伝熱板の構造であって、前記熱伝導面の前記電池セルの表面各部との接触面積密度が、前記伝熱板の各部位の温度分布特性と前記電池セル表面の温度調整要求との少なくとも何れかに応じて調整されていることを特徴としている。
【００１１】
前記熱伝導面は、前記電池セルの表面に接触する凸部と前記電池セルの表面から離隔する凹部とをそなえ、前記伝熱板の各部位の温度分布特性と前記電池セル表面の温度調整要求との少なくとも何れかに応じて、前記凸部の配置密度が設定されていることが好ましい。
前記凸部は、前記配管接続部から離隔するほど高密度に配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の伝熱板の構造によれば、伝熱板の熱伝導面の電池セルの表面各部との接触面積密度が、伝熱板の各部位の温度分布特性と電池セル表面の温度調整要求との少なくとも何れかに応じて調整されているので、電池セルの温度を適切に調整することができる。
例えば、伝熱板の各部位の温度分布特性には、伝熱板の部位が配管接続部から離隔するほどとその部位の温度が温度調整液体の温度から離隔する特性があるので、電池セルの表面温度を均一の温度に調整したければ、伝熱板の部位が配管接続部から離隔するほど伝熱板の熱伝導面の電池セルの表面各部との接触面積密度を高めればよい。
【００１３】
また、例えば、電池セルの特定部分をより温度調整（つまり、冷却或いは加温）したければ、その特定部分の熱伝導面の電池セル表面との接触面積密度を他の部分よりも高めればよい。
熱伝導面を、電池セルの表面に接触する凸部と電池セルの表面から離隔する凹部とをそなえるように形成し、凸部の配置密度によって前記接触面積密度を調整すれば、容易に且つ確実に電池セルの温度を適切に調整することができる。
【００１４】
この場合、凸部を配管接続部から離隔するほどと密度高く配置すれば、電池セルの表面温度を均一の温度に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる伝熱板の構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は斜視図であり、図１（ａ）では、便宜上、伝熱板にハッチングを付している。
【図２】本発明の各実施形態にかかる電池ケース内の構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は斜視図であり、図２（ａ），（ｂ）では、便宜上、伝熱板にハッチングを付しており、図２（ａ）では、配管のみ破断させて示している。
【図３】本発明の第２実施形態にかかる伝熱板の構造を示す平面図であり、便宜上、伝熱板にはハッチングを付している。
【図４】本発明の第３実施形態にかかる伝熱板の構造を示す斜視図であり、便宜上、伝熱板の凸部表面にはハッチングを付している。
【図５】本発明の案出過程で創案した伝熱板の構造を示す平面図であり、便宜上、伝熱板にはハッチングを付している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の第１実施形態にかかる伝熱板の構造を示す平面図及び斜視図であり、図２は本発明の各実施形態にかかる電池ケース内の構造を示す平面図及び斜視図であり、図３は本発明の第２実施形態にかかる伝熱板の構造を示す平面図であり、図４は本発明の第３実施形態にかかる伝熱板の構造を示す斜視図である。
【００１７】
＜電池ケース内の構造＞
まず、各実施形態に共通する電池ケース内の構造を説明する。
この電池ケースは、ハイブリット電気自動車を含む電気自動車の駆動用電池の電池ケースであり、図２に示すように、電池ケース１内には、多数の電池セル２が並べて設けられている。各電池セル２は直方体であり、面積が最も広い２面（以下、調温面という）を互いに対向させるように隣接して配置され、隣接する各電池セル２の相互間及び端部に位置する電池セル２と電池ケース１内壁との間には、少なくとも一部が電池セル２の調温面と接触する熱伝導面４Ａを有する伝熱板４が介装されている。
【００１８】
この電池ケース１内には、温度調整液体としての水が流通可能な配管３が導入され、配管３は入口部３ａから水が流入し、出口部３ｂから水が流出する。電池ケース１の外部には、図示しない冷却装置及び加熱装置が設けられ、配管３内を流通する水は、冷却装置によって冷水に冷却されるか、或いは、加熱装置によって温水に加温される。各伝熱板４の一端部は、この配管３に熱伝達可能に接続されている。
【００１９】
したがって、各伝熱板４は、配管３内を流通する水によって冷却又は加温され、冷却された場合には温度低下して熱伝導面４Ａを通じて電池セル２を冷却し、加温された場合には温度低下して熱伝導面４Ａを通じて電池セル２を加温する。
そして、例えば、電池セル２がこれ以上温度上昇すると劣化を促進するという上限温度に近づいたら、配管３内を流通する水を冷水にして、電池セル２が上限温度に達したら、配管３内の冷水の流通速度を速め、電池セル２がこれ以上温度低下すると電池性能を十分に発揮できないという下限温度に近づいたら、配管３内を流通する水を温水にして、電池セル２が下限温度に達したら、配管３内の温水の流通速度を遅くするなどして、電池セル２の温度を管理する。
【００２０】
図２においては、各伝熱板４の熱伝導面４Ａは、単純な平面で示しているが、本発明の場合、この熱伝導面４Ａの特徴があり、以下、伝熱板４の構造についての実施形態を説明する。
【００２１】
＜第１実施形態＞
図１に示すように、第１実施形態にかかる伝熱板４０Ａは、熱伝導面４１Ａが凸部４１ａと凹部４２ａとが組み合わされた構造になっている。伝熱板４０Ａは、その一端の配管接続部４３において配管３に熱伝達可能に接続されており、この配管接続部４３において配管３が延びる方向と平行に凸部４１ａと凹部４２ａとが直線状に延びて形成されている。
この実施形態では、凸部４１ａの幅（つまり、配管３から離隔する方向への長さ）Ｌについては、複数の凸部４１ａで互いに等しい大きさ（Ｌ１１＝Ｌ１２＝Ｌ１３＝Ｌ１４＝Ｌ１５＝Ｌ１６、ただし、配管接続部４３に関するＬ１６は電池セル２との接触長さ）に設定されている。
これに対して、凹部４２ａの幅（つまり、凸部４１ａ間のスパン）ｄについては、配管３から離隔するほど短く（ｄ１１＜ｄ１２＜ｄ１３＜ｄ１４＜ｄ１５）設定されている。
【００２２】
つまり、配管３から離隔するほど電池セル２の表面に直接接触する凸部４１ａの面積密度が高くされている。
これは、配管３から離隔するほど伝熱板４０Ａの温度も配管３の温度から離隔するという伝熱板４０Ａの各部位の温度分布特性を考慮したもので、配管３から離隔するほど、伝熱板４０Ａと電池セル２との接触密度を高めて熱伝導を促進するようにして、配管３から離隔するほど電池セル２の温度調性効果が低下する点を相殺するようにしているのである。
【００２３】
本発明の第１実施形態にかかる伝熱板の構造は、上述のように構成されるので、配管３から離隔するほど伝熱板４０Ａの温度が配管３の温度から離隔して伝熱板４０Ａの熱伝導面４１Ａによる単位面積当たり電池セル２の温度調整効果が低下するが、配管３から離隔するほど、伝熱板４０Ａと電池セル２との接触密度を高めているので、温度調整効果の低下が相殺され、配管３からの距離に関らず電池セル２の温度分布を均一に調性することができる。
【００２４】
＜第２実施形態＞
図３に示すように、第２実施形態にかかる伝熱板４０Ｂは、第１実施形態同様に、熱伝導面４１Ｂが凸部４１ｂと凹部４２ｂとが組み合わされた構造になっている。また伝熱板４０Ｂの一端の配管接続部４３が配管３に熱伝達可能に接続されており、この配管接続部４３において配管３が延びる方向と平行に凸部４１ｂと凹部４２ｂとが直線状に延びて形成されている。
【００２５】
この実施形態では、凸部４１ｂの幅（つまり、配管３から離隔する方向への長さ）Ｌについては、配管３から離隔するほど長く（Ｌ２１＜Ｌ２２＜Ｌ２３＜Ｌ２４＜Ｌ２５、ただし、配管接続部４３に関するＬ２５は電池セル２との接触長さ）設定されている。
凹部４２ｂの幅（つまり、凸部４１ｂ間のスパン）ｄについては、配管３から離隔するほど短く（ｄ２１＜ｄ２２＜ｄ２３＜ｄ２４）設定されている。
【００２６】
これにより、配管３から離隔するほど電池セル２の表面に直接接触する凸部４１ｂの面積密度が高くされている。
本発明の第２実施形態にかかる伝熱板の構造は、上述のように構成されるので、第１実施形態と同様に、配管３から離隔するほど伝熱板４０Ｂの温度が配管３の温度から離隔して伝熱板４０Ｂの熱伝導面４１Ｂによる単位面積当たり電池セル２の温度調整効果が低下するが、配管３から離隔するほど、伝熱板４０Ｂと電池セル２との接触密度を高めているので、温度調整効果の低下が相殺され、配管３からの距離に関らず電池セル２の温度を均一に調整することができる。
【００２７】
＜第３実施形態＞
図４に示すように、第３実施形態にかかる伝熱板４０Ｃは、熱伝導面４１Ｃが凸部４１ｃと凹部４２ｃとが組み合わされた構造になっているが、各凸部４１ｃは、その頂面が、熱伝導面４１Ｃと接触する電池セル２の調温面の中心付近に対応する点を中心とした略同心状の環状の楕円（中心部の凸部４１ｃ楕円）の形状に形成され、環状の楕円の幅Ｌは各凸部４１ｃとも互いに等しい大きさ（Ｌ３１＝Ｌ３２＝Ｌ３３＝Ｌ３４＝Ｌ３５）に設定されている。
【００２８】
これに対して、凹部４２ｃの幅（つまり、凸部４１ｃ間のスパン）ｄについては、配管３から離隔するほど短く（ｄ３１＜ｄ３２＜ｄ３３＜ｄ３４）設定されている。
つまり、電池セル２の調温面の中心から離隔するほど電池セル２の表面に直接接触する凸部４１ｃの面積密度が低く、逆に言えば、電池セル２の調温面の中心に近いほど電池セル２の表面に直接接触する凸部４１ｃの面積密度が高く設定されている。
【００２９】
これは、電池セル２の調温面の中心付近ほど高温になるため、電池セル２の調温面の中心付近ほどから電池セル２の表面に直接接触する凸部４１ｃの面積密度を高くして、冷却を均等に行なえるように考慮したものである。なお、ここでは、伝熱板４０Ｃの温度が配管３の温度から離隔するほど伝熱板４０Ｃの温度も配管３の温度から離隔するという伝熱板４０Ｃの各部位の温度分布特性については考慮していない。
【００３０】
本発明の第３実施形態にかかる伝熱板の構造は、上述のように構成されるので、電池セル２の調温面の中心付近ほど高温になるのに対して、電池セル２の調温面の中心付近ほどから電池セル２の表面に直接接触する凸部４１ｃの面積密度を高くしているため、電池セル２の調温面の冷却を均等に行なえるようになる。
【００３１】
＜その他＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本実施形態の趣旨を逸脱しない範囲で、各実施形態を適宜組み合わせたり、各実施形態の一部を変更したり、各実施形態の一部を変更したりして、実施することができる。
【００３２】
例えば、第２実施形態において、凸部４１ｂの幅Ｌについてのみ、配管３から離隔するほど長く（Ｌ２１＜Ｌ２２＜Ｌ２３＜Ｌ２４＜Ｌ２５、ただし、配管接続部４３に関するＬ２５は電池セル２との接触長さ）設定し、凹部４２ｂの幅（つまり、凸部４１ｂ間のスパン）ｄについては、配管３から均一（ｄ２１＝ｄ２２＝ｄ２３＝ｄ２４）に設定して、配管３から離隔するほど電池セル２の表面に直接接触する凸部４１ｂの面積密度が高くなるようにしてもよい。
【００３３】
また、第３実施形態において、伝熱板４０Ｃの温度が配管３の温度から離隔するほど伝熱板４０Ｃの温度も配管３の温度から離隔するという伝熱板４０Ｃの各部位の温度分布特性についても考慮して、凸部４１ｃの面積密度を設定することもできる。これにより、より適切に電池セル表面の温度調整要求に答えることができる。
また、各実施形態において、凸部４１や凹部４２の数や形状は、限定されるものではない。例えば、細かいドット状に凸部４１を形成して、面積密度を適宜設定することもできる。
【００３４】
また、熱伝導面４１の表面粗さを操作して、電池セル２との接触面積密度を設定することもできる。つまり、熱伝導面４１の表面を粗くすれば、電池セル２との接触面積密度を低下させることができ、熱伝導面４１の表面を滑らかにすれば、電池セル２との接触面積密度を高めることができる。
本発明は、ハイブリット電気自動車を含む電気自動車の駆動用電池の温度管理に用いて好適であるが、これに限らず、種々の電池の温度管理に用いることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  電池ケース
２  電池セル
３  配管
３ａ  入口部
３ｂ  出口部
４，４０Ａ〜４０Ｃ  伝熱板
４Ａ，４１Ａ〜４１Ｃ  熱伝導面
４１ａ〜４１ｃ  凸部
４２ａ〜４２ｃ  凹部
４３  配管接続部
【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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