(57)【要約】【課題】熱媒体が流通する流路を簡素化すること。【解決手段】電池用熱交換器１０の基体１１には、図中下面となる第１面１１ａ及び図中上面となる第２面１１ｂが形成されている。基体１１の第１面１１ａには、ペルチェ素子３０の第１面３０ａが接合され、これによりペルチェ素子３０の第１面３０ａと基体１１の第１面１１ａは熱的に接続されている。基体１１の第２面１１ｂには、電池モジュール２０が熱的に接続されている。基体１１内の流通領域Ｓは、第１流路Ｓ１と第２流路Ｓ２に分割されている。第１流路Ｓ１には、ペルチェ素子３０の第１面と熱交換を行うための熱媒体が流通する。第２流路Ｓ２には、電池モジュール２０と熱交換を行うための熱媒体が流通する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と熱的に接続される電池を温度調節する熱媒体が流通する流通領域を前記基体の内部に形成した電池用熱交換器であって、
前記基体は、前記流通領域を流通する熱媒体を加熱又は冷却する温度調節部品と熱的に接続される第１面と、前記電池と熱的に接続される第２面と、を有し、
前記流通領域は、前記温度調節部品と熱交換を行うための熱媒体が流通する第１流路と、前記電池と熱交換を行うための熱媒体が流通する第２流路に分割されるとともに、前記第１流路と前記第２流路は連通していることを特徴とする電池用熱交換器。
【請求項２】
前記基体は、接合されることにより前記流通領域を形成する第１基体形成部材及び第２基体形成部材とから形成され、前記第１基体形成部材と前記第２基体形成部材に挟持される流路形成部材により前記流通領域が第１流路と第２流路に分割されることを特徴とする請求項１に記載の電池用熱交換器。
【請求項３】
前記流路形成部材は、前記第１基体形成部材及び第２基体形成部材に比べて熱伝導率の低い材料からなることを特徴とする請求項２に記載の電池用熱交換器。
【請求項４】
電池を動力源として走行を行う車両であって、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電池用熱交換器を搭載した車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基体と熱的に接続される電池を温度調節する熱媒体を流通させる流通領域を基体の内部に形成した電池用熱交換器及び車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は、規定温度に保たれることにより寿命が長くなる。このため、特許文献１では、二次電池の温度調節が行われている。
特許文献１において、電池が収容されるケースには、ケース内に空気を取り込むための取込口が形成されている。ケース内には、取込口からケース内に流入した空気をケース外へ排出させる第１流路及び第２流路が形成されている。第１流路を流通する空気は、電池を介してケース外へ排出され、第２流路を流通する空気は、電池を介さずケース外に排出されるように各流路は形成されている。取込口と各流路の間には、ペルチェ素子が配設されており、ペルチェ素子の第１面により熱交換された空気は第１流路を流通し、ペルチェ素子の第２面により熱交換された空気は第２流路を流通するように構成されている。そして、電池を冷却する場合には、ペルチェ素子の第１面が空気を冷却するようにペルチェ素子が制御される。第１流路を流通する空気は、ペルチェ素子の第１面により冷却されているため、電池が冷却される。一方で、ペルチェ素子の第２面は、第２流路を流通する空気を加熱するが、第２流路を流通する空気は、電池を介さずにケース外に排出されるため、電池が加熱されることがない。同様に、電池を加熱する場合には、ペルチェ素子の第１面が空気を加熱し、ペルチェ素子の第２面が空気を冷却するようにペルチェ素子の制御が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１１０８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、効率よく電池の温度調節を行いたい場合、ペルチェ素子の第１面に熱交換器を接合するとともに電池に熱交換器を接合することにより、熱交換を促進させることがある。しかしながら、ペルチェ素子の第１面に接合される熱交換器と電池に接合される熱交換器を接続する第１流路が複雑化してしまうおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、熱媒体が流通する流路を簡素化することができる電池用熱交換器及び車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、基体と熱的に接続される電池を温度調節する熱媒体が流通する流通領域を前記基体の内部に形成した電池用熱交換器であって、前記基体は、前記流通領域を流通する熱媒体を加熱又は冷却する温度調節部品と熱的に接続される第１面と、前記電池と熱的に接続される第２面と、を有し、前記流通領域は、前記温度調節部品と熱交換を行うための熱媒体が流通する第１流路と、前記電池と熱交換を行うための熱媒体が流通する第２流路に分割されるとともに、前記第１流路と前記第２流路は連通していることを要旨とする。
【０００７】
これによれば、基体の内部は第１流路と第２流路に分割される。そして、第１流路を流通する熱媒体は、温度調節部品により加熱又は冷却され、第２流路に流通する。第２流路を流通する熱媒体は、電池と熱交換を行うことにより電池の温度調節を行う。流通領域には、温度調節部品により加熱又は冷却される熱媒体と、電池と熱交換を行う熱媒体の２種類の熱媒体が流通する。したがって、単一の電池用熱交換器内に第１流路及び第２流路を形成することができ、熱媒体が流通する流路を簡素化することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電池用熱交換器であって、前記基体は、接合されることにより前記流通領域を形成する第１基体形成部材及び第２基体形成部材とから形成され、前記第１基体形成部材と前記第２基体形成部材に挟持される流路形成部材により前記流通領域が第１流路と第２流路に分割されることを要旨とする。
【０００９】
これによれば、電池用熱交換器は、第１基体形成部材と第２基体形成部材により流路形成部材を挟持するとともに、第１基体形成部材、第２基体形成部材及び流路形成部材を接合することにより形成される。したがって、電池用熱交換器を容易に製造することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電池用熱交換器であって、前記流路形成部材は、前記第１基体形成部材及び第２基体形成部材に比べて熱伝導率の低い材料からなることを要旨とする。
【００１１】
これによれば、第１流路を流通する熱媒体と、第２流路を流通する熱媒体同士の熱交換が行われにくい。第１流路と第２流路を流通する熱媒体は、反する作用を行う熱媒体であるため、第１流路を流通する熱媒体の熱交換効率が低減されず、電池に対する温度調節の効率が低減されない。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、電池を動力源として走行を行う車両であって、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電池用熱交換器を搭載したことを要旨とする。
これによれば、車両に搭載される電池は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電池用熱交換器により温度調節される。このため、車両の部品点数が削減される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、熱媒体が流通する流路を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態における電池と電池用熱交換器の関係を示すブロック図。
【図２】実施形態における電池用熱交換器を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した一実施形態について図１及び図２にしたがって説明する。
図１に示すように、ＰＨＶ(Plug in Hybrid Vehicle)や、ＥＶ（Electric Vehicle）などの車両１には、図示しないモータの動力源となる電池モジュール２０が搭載されている。電池モジュール２０は、複数の電池を接続することにより構成されている。電池モジュール２０には、電池モジュール２０の温度調節を行う電池用熱交換器１０が接合されている。電池用熱交換器１０には、温度調節部品としてのペルチェ素子３０が接合されている。ペルチェ素子３０は、通電の極性に応じて吸熱と放熱の相反する作用を行う第１面３０ａ及び第２面３０ｂを有している。ペルチェ素子３０の第１面３０ａは、電池用熱交換器１０に接合されている。ペルチェ素子３０の第２面３０ｂには、第１熱交換器４１が接合されている。第１熱交換器４１は、パイプやダクトなどからなる第１熱媒体流路４３により第２熱交換器４２と接続されている。第１熱媒体流路４３には、第１ポンプＰ１が設けられている。そして、第１ポンプＰ１が駆動されることにより、第１熱交換器４１→第１熱媒体流路４３→第２熱交換器４２→第１熱媒体流路４３→第１熱交換器４１の順に熱媒体が循環する循環経路が形成されている。
【００１６】
次に、図２にしたがって電池用熱交換器１０について詳細に説明する。
図２に示すように、電池用熱交換器１０の基体１１には、図中下面となる第１面１１ａ及び図中上面となる第２面１１ｂが形成されている。基体１１の第１面１１ａには、ペルチェ素子３０の第１面３０ａが接合され、これによりペルチェ素子３０の第１面３０ａと基体１１の第１面１１ａは熱的に接続されている。基体１１の第２面１１ｂには、電池モジュール２０が熱的に接続されている。具体的には、電池モジュール２０は、図示しないケース内に複数の電池が収容されることにより構成されるとともに、ケースの外周面と基体１１の第２面１１ｂが接合されることにより、基体１１の第２面１１ｂと電池モジュール２０は熱的に接続されている。
【００１７】
電池用熱交換器１０の基体１１は、第１基体形成部材１２及び第２基体形成部材１３を接合することにより形成されている。第１基体形成部材１２及び第２基体形成部材１３は、平板状の部材の外周部を接合部１２ａ，１３ａとするとともに、接合部１２ａ，１３ａに囲まれる領域に凹部１２ｂ，１３ｂを形成することにより形成されている。そして、第１基体形成部材１２及び第２基体形成部材１３の接合部１２ａ，１３ａを接合した状態で、第１基体形成部材１２の凹部１２ｂと第２基体形成部材１３の凹部１３ｂにより、基体１１の内部に熱媒体が流通する流通領域Ｓが形成されている。
【００１８】
第１基体形成部材１２と第２基体形成部材１３は接合部１２ａ，１３ａで平板状の流路形成部材１４を挟持している。詳細にいえば、流路形成部材１４は、流路形成部材１４の一面（図中下面）が第１基体形成部材１２と対向するとともに、流路形成部材１４の他面（図中上面）が第２基体形成部材１３と対向するように第１基体形成部材１２及び第２基体形成部材１３に挟持される。そして、流通領域Ｓは、流路形成部材１４により第１流路Ｓ１と第２流路Ｓ２に分割されている。すなわち、電池用熱交換器１０は、第１基体形成部材１２、第２基体形成部材１３及び流路形成部材１４を積層することにより形成されている。第１流路Ｓ１には、波形状の第１フィン１５が配設されるとともに、第２流路Ｓ２には、波形状の第２フィン１６が配設されている。第１フィン１５を側面視したときに、波形状をなす部分の流路形成部材１４側（頂部）を基端１５ａ、第１基体形成部材１２側（底部）を先端１５ｂとすると、基端１５ａが流路形成部材１４に当接するとともに、先端１５ｂは第１基体形成部材１２に当接している。同様に、第２フィン１６を側面視したときに、波形状をなす部分の流路形成部材１４側（底部）を基端１６ａ、第２基体形成部材１３側（頂部）を先端１６ｂとすると、基端１６ａが流路形成部材１４に当接するとともに、先端１６ｂは第２基体形成部材１３に当接している。
【００１９】
第１基体形成部材１２における凹部１２ｂの一側面には、熱媒体を第１流路Ｓ１に供給する供給口１７が形成されている。また、第２基体形成部材１３における凹部１３ｂの一側面には、第２流路Ｓ２に供給された熱媒体を排出する排出口１８が形成されている。供給口１７と排出口１８は、同一方向に形成されている。そして、流通領域Ｓには、供給口１７及び排出口１８が形成されている一側面と対向する側面側に第１流路Ｓ１と第２流路Ｓ２を連通する連通路Ｓ３が形成されている。
【００２０】
第１基体形成部材１２及び第２基体形成部材１３は、電池モジュール２０及びペルチェ素子３０の第１面３０ａと熱交換を行いやすいように、熱伝導率の高い材料（例えば、銅やアルミなど）から形成されている。一方、流路形成部材１４は第１基体形成部材１２及び第２基体形成部材１３よりも熱伝導率の低い材料から形成されている。
【００２１】
供給口１７及び排出口１８は、パイプやダクトなどからなる第２熱媒体流路４４により接続されている。第２熱媒体流路４４には、第２ポンプＰ２が設けられている。そして、第２ポンプＰ２が駆動されることにより、第２熱媒体流路４４→第１流路Ｓ１→連通路Ｓ３→第２流路Ｓ２→第２熱媒体流路４４の順に熱媒体が循環する循環経路が形成されている。
【００２２】
ペルチェ素子３０、第１ポンプＰ１及び第２ポンプＰ２は、図示しない制御装置に接続されるとともに、制御装置により制御される。
次に、本実施形態における電池用熱交換器１０の作用について説明する。
【００２３】
電池モジュール２０が使用される場合、寒冷地や冬季など、環境温度が電池モジュール２０の駆動に支障をきたすほど低いときには、電池モジュール２０の加熱が行われる。制御装置は、ペルチェ素子３０の第１面３０ａが放熱を行い、ペルチェ素子３０の第２面３０ｂが吸熱を行うようにペルチェ素子３０に電流を流す。ペルチェ素子３０の第１面３０ａが放熱を行うと、基体１１の第１面１１ａを介して第１流路Ｓ１を流通する熱媒体が加熱される。第１流路Ｓ１を流通する熱媒体は、連通路Ｓ３を介して第２流路Ｓ２に供給され、第２流路Ｓ２を流通する熱媒体は、基体１１の第２面１１ｂを介して電池モジュール２０を加熱する。
【００２４】
また、ペルチェ素子３０の第２面３０ｂが吸熱を行うと、第１熱交換器４１を流通する熱媒体は、冷却される。ペルチェ素子３０の第２面３０ｂは、第１熱交換器４１を流通する熱媒体と熱交換されることにより加熱される。そして、ペルチェ素子３０の第２面３０ｂにより冷却された熱媒体は、第２熱交換器４２を流通することにより外気と熱交換され、再度第１熱交換器４１に供給される。
【００２５】
電池モジュール２０の発熱に伴う放電性能の低下を抑止したいときには、電池モジュール２０の冷却が行われる。制御装置は、ペルチェ素子３０の第１面３０ａが吸熱を行い、ペルチェ素子３０の第２面３０ｂが放熱を行うようにペルチェ素子３０に電流を流す。ペルチェ素子３０の第１面３０ａが吸熱を行うと、基体１１の第１面１１ａを介して第１流路Ｓ１を流通する熱媒体が冷却される。第１流路Ｓ１を流通する熱媒体は、連通路Ｓ３を介して第２流路Ｓ２に供給され、第２流路Ｓ２を流通する熱媒体は、基体１１の第２面１１ｂを介して電池モジュール２０を冷却する。
【００２６】
また、ペルチェ素子３０の第２面３０ｂが放熱を行うと、第１熱交換器４１を流通する熱媒体は、加熱される。ペルチェ素子３０の第２面３０ｂは、第１熱交換器４１を流通する熱媒体と熱交換されることにより冷却される。そして、ペルチェ素子３０の第２面３０ｂにより加熱された熱媒体は、第２熱交換器４２を流通することにより外気と熱交換され、再度第１熱交換器４１に供給される。
【００２７】
したがって、上記実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）基体１１の内部は第１流路Ｓ１と第２流路Ｓ２に分割されていれる。そして、第１流路Ｓ１を流通する熱媒体は、ペルチェ素子３０の第１面３０ａにより加熱又は冷却され、第２流路Ｓ２に流通する。第２流路Ｓ２を流通する熱媒体は、電池モジュール２０と熱交換を行うことにより電池モジュール２０の温度調節を行う。流通領域Ｓには、ペルチェ素子３０の第１面３０ａにより加熱又は冷却される熱媒体と、電池モジュール２０と熱交換を行う熱媒体の２種類の熱媒体が流通する。したがって、単一の電池用熱交換器１０内に第１流路Ｓ１及び第２流路Ｓ２を形成することができ、熱媒体が流通する流路を簡素化することができる。
【００２８】
（２）基体１１の第１面１１ａにペルチェ素子３０の第１面３０ａを接合するとともに、基体１１の第２面１１ｂに電池モジュール２０を接合している。そして、第１流路Ｓ１を流通する熱媒体をペルチェ素子３０の第１面３０ａで加熱又は冷却するとともに、第２流路Ｓ２を流通する熱媒体により電池モジュール２０の温度調節を行っている。すなわち、同一の電池用熱交換器１０内を、ペルチェ素子３０の第１面３０ａで加熱又は冷却された熱媒体と、電池モジュール２０の温度調節を行う熱媒体の２種類の熱媒体が流通する。したがって、電池モジュール２０と、ペルチェ素子３０の第１面３０ａに、別々の熱交換器を接合する必要がなく、部品点数が削減される。
【００２９】
（３）電池用熱交換器１０は、第１基体形成部材１２と第２基体形成部材１３の接合部１２ａ，１３ａで流路形成部材１４の一面が第１基体形成部材１２と対向するとともに、他面が第２基体形成部材１３と対向するように流路形成部材１４を挟持することにより形成されている。このため、電池用熱交換器１０を容易に形成することができる。
【００３０】
（４）流路形成部材１４は、第１基体形成部材１２及び第２基体形成部材１３に比べて熱伝導率の低い材料から形成されている。このため、第１流路Ｓ１を流通する熱媒体と第２流路Ｓ２を流通する熱媒体は、互いに熱交換が行われにくい。第１流路Ｓ１を流通する熱媒体と、第２流路Ｓ２を流通する熱媒体は、反する作用を行う熱媒体である。このため、第２流路Ｓ２を流通する熱媒体の電池モジュール２０に対する温度調節効率が、第１流路Ｓ１を流通する熱媒体と熱交換されることにより低下することが抑制される。
【００３１】
（５）ペルチェ素子３０の第２面３０ｂには、第１熱交換器４１が接合されるとともに、第１熱交換器４１は、第１熱媒体流路４３により第２熱交換器４２により接合されている。このため、第１熱交換器４１を流通する熱媒体は、ペルチェ素子３０の第２面３０ｂと熱交換され、ペルチェ素子３０の第２面３０ｂと熱交換された熱媒体は、第２熱交換器４２を流通することにより外部に放熱される。ペルチェ素子３０の第１面３０ａと第２面３０ｂの温度差は、なるべく小さいことが望ましく、温度差が大きくなるにつれ、ペルチェ素子３０の熱電変換効率が低下する。ペルチェ素子３０の第１面３０ａと第２面３０ｂの温度差を小さくすることにより、効率よく電池モジュール２０の温度調節を行うことができる。
【００３２】
（６）第１流路Ｓ１に第１フィン１５を配設するとともに、第２流路Ｓ２に第２フィン１６を配設している。このため、熱媒体と電池用熱交換器１０の接触面積が増加され、ペルチェ素子３０の第１面３０ａ及び電池モジュール２０と効率よく熱交換を行うことができる。
【００３３】
（７）第１フィン１５の基端１５ａは流路形成部材１４に当接するとともに、先端１５ｂは第１基体形成部材１２に当接している。同様に、第２フィン１６の基端１６ａは流路形成部材１４に当接するとともに、先端１６ｂは第２基体形成部材１３に当接している。このため、第１基体形成部材１２及び第２基体形成部材１３は、第１フィン１５及び第２フィン１６により支持され、第１基体形成部材１２、第２基体形成部材１３及び流路形成部材１４の積層方向（図中上下方向）への強度が向上されている。
【００３４】
（８）供給口１７と、排出口１８は同一方向に形成されている。このため、第２熱媒体流路４４を迂回させて供給口１７と排出口１８を接続する必要がない。このため、第２熱媒体流路４４が占める領域が少なくなり、省スペース化が図られる。
【００３５】
（９）また、同一の電池用熱交換器１０内を、ペルチェ素子３０の第１面３０ａに加熱又は冷却される熱媒体と、電池モジュール２０の温度調節を行う熱媒体の２種類の熱媒体が流通する。このため、ペルチェ素子３０の第１面３０ａにより加熱又は冷却された熱媒体が、第２流路Ｓ２に搬送されるまでの距離が短い。したがって、ペルチェ素子３０の第１面３０ａにより加熱又は冷却された熱媒体が、第２流路Ｓ２に搬送されるまでに外気と熱交換され、電池モジュール２０に対する加熱性能又は冷却性能が低減されることが抑制される。
【００３６】
（１０）基体１１の第１面１１ａにペルチェ素子３０の第１面３０ａを接合するとともに、基体１１の第２面１１ｂに電池モジュール２０を接合している。このため、流路などを介して電池用熱交換器１０、ペルチェ素子３０及び電池モジュール２０を接続する必要がなく、電池用熱交換器１０、ペルチェ素子３０、電池モジュールの２０一体形成が可能となる。
【００３７】
なお、実施形態は以下のように変更しても良い。
○  実施形態において、熱媒体として気体状の熱媒体を用いてもよい。この場合、ポンプを送風機に置換することにより、熱媒体を流通させる。
【００３８】
○  実施形態において、温度調節部品として磁気冷凍機などの単独で冷凍サイクルを持つもの用いてもよい。
○  実施形態において、第１フィン１５、第２フィン１６として他のフィンを用いてもよい。例えば、ストレートフィンや、オフセットフィンを用いてもよい。
【００３９】
○  実施形態において、温度調節部品として第１流路Ｓ１を流通する熱媒体の加熱のみを行うヒータや、冷却のみを行う冷却器を用いてもよい。
○  実施形態において、基体１１の第２面１１ｂと電池モジュール２０は熱的に接続されていればよく、直接接合されていなくてもよい。例えば、基体の第１面１１ａと電池モジュール２０は、フィンなどの熱伝導部材を介して接続されていてもよい。
【００４０】
○  実施形態において、第１流路Ｓ１を流れる熱媒体と第２流路Ｓ２を流れる熱媒体との熱交換が、電池モジュール２０の温度調節に影響を与えない、あるいは与える影響が許容範囲である場合、流路形成部材１４は第１基体形成部材１２及び第２基体形成部材１３と熱伝導率が同等以上の材料から形成されていてもよい。
【００４１】
○  実施形態において、電池用熱交換器１０を、第１基体形成部材１２、第２基体形成部材１３及び流路形成部材１４以外から形成してもよい。例えば、筒状をなす流路形成部材を側面視コ字状に形成することにより電池用熱交換器を形成してもよい。
【００４２】
○  実施形態において、第１フィン１５及び第２フィン１６を配設しなくても電池モジュール２０の適切な温度調節が行える場合、第１フィン１５及び第２フィン１６を配設しなくてもよい。
【００４３】
○  実施形態において、基体１１の第２面１１ｂに単数の電池を熱的に接続してもよい。
○  実施形態において、供給口１７と排出口１８は、異なる方向に形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
Ｓ…流通領域、Ｓ１…第１流路、Ｓ２…第２流路、１０…電池用熱交換器、１１…基体、１１ａ…第１面、１１ｂ…第２面、１２…第１基体形成部材、１３…第２基体形成部材、１４…流路形成部材、２０…電池モジュール、３０…ペルチェ素子、３０ａ…第１面、３０ｂ…第２面。
【図１】
2013114926.tif 000003
【図２】
2013114926.tif 000004