(57)【要約】【課題】各構成部材間の隙間にバラツキを有する場合であってもその隙間を十分に吸収して、バッテリの効果的な調温を行うことのできるバッテリ調温構造を提供する。【解決手段】１または２以上のバッテリセルＣを備えたバッテリモジュールＭと、バッテリモジュールを収容する筐体６０と、バッテリモジュールと筐体の内周面との間に配置され、吸熱面３０ａと放熱面３０ｂを備えた熱電素子３０と、少なくともバッテリモジュールと熱電素子との間に配置され、気相Ｇと液相Ｌとに相変化する熱媒２００の循環により熱輸送を行う熱輸送部材５０Ａ、５０Ｂとを備え、熱輸送部材自体、バッテリモジュールと熱輸送部材との間、または熱輸送部材と熱電素子との間の何れかに、隙間を吸収する隙間吸収手段１００（１００Ａ、１００Ｂ）を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１または２以上のバッテリセル（Ｃ）を備えたバッテリモジュール（Ｍ）と、
前記バッテリモジュールを収容する筐体（６０）と、
前記バッテリモジュールと前記筐体の内周面との間に配置され、吸熱面（３０ａ）と放熱面（３０ｂ）を備えた熱電素子（３０）と、
少なくとも前記バッテリモジュールと前記熱電素子との間に配置され、気相（Ｇ）と液相（Ｌ）とに相変化する熱媒（２００）の循環により熱輸送を行う熱輸送部材（５０Ａ、５０Ｂ）と、を備え、
前記熱輸送部材自体、前記バッテリモジュールと前記熱輸送部材との間、または前記熱輸送部材と前記熱電素子との間の何れかに、隙間を吸収する隙間吸収手段（１００）を設けたことを特徴とするバッテリ調温構造。
【請求項２】
前記隙間吸収手段は、前記熱輸送部材の一端（５０Ａａ）側の第１伝熱部（Ｈ１）と、他端（５０Ａｂ）側の第２伝熱部（Ｈ２）との間に設けた弾性変形可能な弾性変形部（１００Ａ）で構成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ調温構造。
【請求項３】
前記隙間吸収手段は、前記熱輸送部材の一端（５０Ａａ）側の第１伝熱部（Ｈ１）または他端（５０Ａｂ）側の第２伝熱部（Ｈ２）と前記熱電素子との間、或いは前記熱電素子と前記筐体の内周面との間に設けられる接合材で構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバッテリ調温構造。
【請求項４】
前記接合材は、温度変化により液相（Ｌ）と固相（Ｓ）とに相変化する相変化材料で構成されていることを特徴とする請求項３に記載のバッテリ調温構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリセルを備えたバッテリモジュールを冷却あるいは加熱するバッテリ調温構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリット自動車などには、電動機等に電気を供給するバッテリが搭載されている。バッテリとしては、繰返し充放電が可能なニッカド（Ｎｉ−Ｃｄ）電池、ニッケル−水素電池、リチウムイオン電池などの二次バッテリが用いられる。
【０００３】
このようなバッテリを環境温度に応じて、ペルチェ素子等の熱電素子を利用して冷却あるいは加熱して調温してバッテリ特性を向上させる調温構造が従来から存在する。
【０００４】
ところで、バッテリを効率的に冷却、加熱するためには、バッテリ等の発熱部側の伝熱面と、熱電素子等の冷却、加熱部側の伝熱面との間には隙間がないことが望ましい。
【０００５】
そこで、弾性体を用いて伝熱面間の隙間を低減する調温構造に関する技術が提案されている（例えば特許文献１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−６６０６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、従来技術では、弾性シート等の弾性体を用いて複数のバッテリと収容ケースとの間の隙間を低減している。
【０００８】
しかしながら、電池や収容ケースなどの構成部材を製造する際の誤差等により、部材間の隙間にもバラツキを生じるため、規格化されたサイズの弾性シート等を部材間に介在させても隙間を十分に吸収できない場合がある。
【０００９】
そのため、バッテリと収容ケースとの間にペルチェ素子を介在させて冷却、加熱する調温構造において、弾性シート等によって隙間を十分に吸収できない場合には、各バッテリとペルチェ素子の吸熱面、放熱面との間にも結果的に隙間を生じ、バッテリの効果的な調温を行うことができないという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、各構成部材間の隙間にバラツキを有する場合であってもその隙間を十分に吸収して、バッテリの効果的な調温を行うことのできるバッテリ調温構造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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係るバッテリ調温構造は、１または２以上のバッテリセルを備えたバッテリモジュールと、前記バッテリモジュールを収容する筐体と、前記バッテリモジュールと前記筐体の内周面との間に配置され、吸熱面と放熱面を備えた熱電素子と、少なくとも前記バッテリモジュールと前記熱電素子との間に配置され、気相と液相とに相変化する熱媒の循環により熱輸送を行う熱輸送部材と、を備え、前記熱輸送部材自体、前記バッテリモジュールと前記熱輸送部材との間、または前記熱輸送部材と前記熱電素子との間の何れかに、隙間を吸収する隙間吸収手段を設けたことを要旨とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るバッテリ調温構造によれば、熱輸送部材自体、バッテリモジュールと熱輸送部材との間、または熱輸送部材と熱電素子との間の何れかに、隙間を吸収する隙間吸収手段が設けられているので、各構成部材間の隙間にバラツキを有する場合であってもその隙間を十分に吸収して、バッテリの効果的な調温を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施の形態に係るバッテリ調温構造の構成例を示す一部断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係るバッテリ調温構造の要部を示す正面図である。
【図３】第１の実施の形態に係るバッテリ調温構造の構成例を示す一部断面図である。
【図４】第１の実施の形態に係るバッテリ調温構造に適用される熱輸送部材の構成を模式的に示す説明図である。
【図５】第２の実施の形態に係るバッテリ調温構造の構成例を示す一部断面図である。
【図６】第３の実施の形態に係るバッテリ調温構造の構成例を示すい一部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一例としての実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。
【００１５】
［第１の実施の形態に係るバッテリ調温構造］
図１〜図４を参照して、第１の実施の形態に係るバッテリ調温構造Ｂ１について説明する。
【００１６】
ここで、図１は、第１の実施の形態に係るバッテリ調温構造Ｂ１の構成例を示す一部断面図、図２はバッテリ調温構造Ｂ１の要部を示す正面図、図３はバッテリ調温構造Ｂ１の構成例を示す一部断面図である。
【００１７】
また、図４は、バッテリ調温構造Ｂ１に適用される熱輸送部材５０Ａの構成を模式的に示す説明図である。
【００１８】
第１の実施の形態に係るバッテリ調温構造Ｂ１は、図１および図２に示すように、複数のバッテリセルＣを図上、奥行き方向に積層して備えるバッテリモジュールＭと、バッテリモジュールＭを収容するアルミニウム等の金属で構成される筐体６０と、バッテリモジュールＭと筐体６０の内周面との間に配置され、吸熱面３０ａと放熱面３０ｂを備えたペルチェ素子等で構成される熱電素子３０とを備えている。
【００１９】
また、バッテリモジュールＭと熱電素子３０との間に配置され、気相Ｇと液相Ｌとに相変化する熱媒２００の循環により熱輸送を行う熱輸送部材５０Ａを備えている。なお、熱輸送部材５０Ａの構成については図４を参照して後述する。
【００２０】
そして、本実施の形態において、熱輸送部材５０Ａ自体が、隙間を吸収する隙間吸収手段１００Ａを備えている。
【００２１】
また、熱輸送部材５０Ａの一端５０Ａａ側の第１伝熱部Ｈ１と熱電素子３０との間には、他の隙間吸収手段として接合材１００Ｂが設けられている。
【００２２】
なお、図１等において、左右一対の熱輸送部材５０Ａは、バッテリモジュールＭの左右の側壁にネジ１１で固定されている。
【００２３】
また、図１等に示すように、筐体６０は、下側の容器部６０ａと、容器部６０ａの上部を密閉する蓋部６０ｂとから構成されている。
【００２４】
また  各熱輸送部材５０Ａの上端側には、左右に突出するブラケット１０が設けられている。容器部６０ａの内壁上部の所定部位には、熱輸送部材の固定部２０が設けられており、各熱輸送部材５０Ａのブラケット１０とボルト２１を介して固定されるようになっている。
【００２５】
また、容器部６０ａの底面には、熱電素子３０が予め固定されている。なお、図１等では、熱電素子３０の上面側を吸熱面３０ａ、下面側を放熱面３０ｂとして示しているが、熱電素子３０への通電方向を変えることにより、吸熱面と放熱面とを容易に変更することができる。このような通電方向の制御を行うことにより、熱輸送部材５０Ａを介してバッテリモジュールＭの冷却または加熱を行うことができ、環境温度に応じてバッテリモジュールＭの調温を実現することができる。
【００２６】
ここで、隙間吸収手段１００Ａは、図２に示すように、熱輸送部材５０Ａの一端５０Ａａ側の第１伝熱部Ｈ１と、他端５０Ａｂ側の第２伝熱部Ｈ２との間に設けた弾性変形可能な弾性変形部１００Ａで構成されている。
【００２７】
即ち、熱輸送部材５０Ａを構成する銅板等を予め折曲げ加工して、図２に示すように、第２伝熱部Ｈ２側の端部を水平面に対して角度θの傾斜を有するように初期変形が加えられている。
【００２８】
これにより、図１に示すように、バッテリモジュールＭ等を容器部６０ａに収容して、各熱輸送部材５０Ａのブラケット１０と固定部２０とをボルト２１を介して固定すると、熱輸送部材５０Ａの第２伝熱部Ｈ２側の端部が、筐体の６０の底面側に配置されている熱電素子３０および接合材１００Ｂに対して押圧して当接される。この際に、弾性変形部１００Ａが弾性変形して、熱輸送部材５０Ａの第２伝熱部Ｈ２側の端部が熱電素子３０および接合材１００Ｂ側に付勢され、両者が隙間なく密着される。
【００２９】
また、接合材１００Ｂは、温度変化により液相Ｌと固相Ｓとに相変化する相変化材料で構成され、熱電素子３０の吸熱面３０ａの表面に塗布（例えば接合材１００Ｂがペースト状の場合）あるいは載置（例えば接合材１００Ｂがシート状の場合）されている。
【００３０】
より具体的には、接合材１００Ｂとして、相変化材料としてシリコーンやポリマ樹脂等を用いることができる。また、これらの材料に、熱伝導性フィラを混合するようにして、熱伝導性を高めるようにしてもよい。
【００３１】
また、例えばワックス類に平均粒径２〜１００μｍの窒化硼素やアルミナ粒子を１０〜８０質量％充填した相変化材料をシート状に加工したものを用いるようにしてもよい。
【００３２】
また、エチレン−酢酸ビニル共重合体等の加熱により軟化する樹脂１５〜６０体積％に、平均粒径１．５μｍ程度の窒化アルミニウム粉末を４０〜８５体積％充填し、分散剤を添加した相変化材料をシート状に加工したものを用いることもできる。
【００３３】
このような相変化材料で構成される接合材１００Ｂは、例えば加熱により液相Ｌから固相Ｓに変化して固化する性質を有している。したがって、熱電素子３０が通電により発熱した際に、接合材１００Ｂが液相Ｌから固相Ｓに変化して固化（図３の接合材１００Ｂａは、図２の接合材１００Ｂが固化した状態を示す）し、熱輸送部材５０Ａの第２伝熱部Ｈ２側の端部と、熱電素子３０とが接合材１００Ｂにより隙間なく密着状態で固定される。
【００３４】
このような構成の第１の実施の形態に係るバッテリ調温構造Ｂ１によれば、バッテリモジュールＭや熱輸送部材５０Ａ等の各構成部材間の隙間にバラツキを有する場合であっても、その隙間を弾性変形部１００Ａおよび接合材１００Ｂで十分に吸収して、熱伝導性を向上させ、バッテリモジュールＭの効果的な調温を行うことができる。
【００３５】
（バッテリ調温構造に適用される熱輸送部材の構成）
ここで、図４を参照して、実施の形態に係るバッテリ調温構造Ｂ１に適用される熱輸送部材５０Ａについて説明する。
【００３６】
図４に示すように、熱輸送部材５０Ａは、熱媒２００がＤ１、Ｄ２方向に循環可能なアルミニウム等で構成される流路５１を備えている。なお、図４に示す熱輸送部材５０Ａは、横方向が長手となる長方形となる板状あるいはシート状に成形されている。
【００３７】
熱媒２００は、気相Ｇと液相Ｌとに相変化可能なフロン、ブタン、水、アルコール等で構成される。
【００３８】
そして、熱輸送部材５０Ａの長手方向の一端（Ａ端）側が放熱部となる際には、他端（Ｂ端）が冷却部として機能し、逆に一端（Ａ端）側が冷却部となる際には、他端（Ｂ端）が放熱部として機能する。
【００３９】
このような熱輸送部材５０Ａの熱輸送効果は、熱媒２００の気相ＧのＤ１、Ｄ２方向への移動および液相Ｌの自励振動によって得られる。
【００４０】
即ち、熱吸収により熱媒２００が相変化し、気相（蒸気）Ｇの移動によって潜熱を輸送する。また、熱媒２００の核沸騰（表面温度が液体の沸点より低いが、熱流束が臨界熱流束を下回る場合に起こる沸騰の一形態）により液相Ｌが振動し、この振動により顕熱が輸送されるという原理を応用している。
【００４１】
ここで、本実施の形態で適用した熱輸送部材５０Ａの実効熱伝導率は、約１００００〜３００００Ｗ／ｍ℃程度に達する。これに対して、一般的なヒートパイプ等に適用される鉄の熱伝導率は８４Ｗ／ｍ℃、アルミニウムの熱伝導率は２３６Ｗ／ｍ℃、銅の熱伝導率は３９８Ｗ／ｍ℃であり、熱輸送部材５０の熱伝導率が非常に高いことが分かる。
【００４２】
このような特性を有する熱輸送部材５０Ａを用いることにより、効率的に熱輸送を行って、バッテリモジュールＭを効果的に冷却することができる。
【００４３】
なお、熱輸送部材５０Ａを可撓性を有するシート状とすることにより、バッテリモジュールＭの外周面等の形状に沿って、熱輸送部材５０Ａを密着させて配置することができる。
【００４４】
［第２の実施の形態に係るバッテリ調温構造］
図５を参照して、第２の実施の形態に係るバッテリ調温構造Ｂ２について説明する。
【００４５】
ここで、図５は、第２の実施の形態に係るバッテリ調温構造Ｂ２の構成例を示す一部断面図である。
【００４６】
なお、第１の実施の形態に係るバッテリ調温構造Ｂ１と同様の構成については、同一符号を付して重複した説明は省略する。
【００４７】
第２の実施の形態に係るバッテリ調温構造Ｂ２では、隙間吸収手段として弾性変形部１００Ａに代えて、熱輸送部材５０Ｂの一端５０Ｂａ側の第１伝熱部Ｈ１と、他端５０Ｂｂ側の第２伝熱部Ｈ２との間に設けた可撓性を有する可撓変形部１５１で構成されている。
【００４８】
可撓変形部１５１は、例えばアルミニウム等の金属で構成される熱輸送部材５０Ｂの該当部を蛇腹状に加工したり、或いは該当部をゴムや可撓性樹脂で構成するなどして構成される。
【００４９】
図５に示す構成例では、熱輸送部材５０Ｂの端部５０Ｂｂは熱電素子３０の吸熱面３０ａに固定されている。
【００５０】
また、第１の実施の形態に係るバッテリ調温構造Ｂ１で述べた接合材１００Ｂと同様に相変化材料で構成される接合材１００Ｃを介して、熱電素子３０の放熱面３０ｂと容器部６０ａの底面とが接合されている。
【００５１】
なお、第１の実施の形態に係るバッテリ調温構造Ｂ１の説明で述べたように、熱電素子３０への通電方向を変えることにより、吸熱面と放熱面とは容易に変更することができる。
【００５２】
そして、熱電素子３０の放熱面３０ｂの表面に接合材１００Ｃを塗布（例えば接合材１００Ｃがペースト状の場合）あるいは配置（例えば接合材１００Ｃがシート状の場合）した状態で、図５に示すように、バッテリモジュールＭ等を容器部６０ａに収容して、各熱輸送部材５０Ａのブラケット１０と固定部２０とをボルト２１を介して固定する。
【００５３】
これにより、熱電素子３０の放熱面３０ｂと容器部６０ａの底面とが接した状態で保持される。
【００５４】
この際に、バッテリモジュールＭや熱輸送部材５０Ｂ等の各構成部材間の隙間にバラツキを有する場合であっても、その隙間は可撓変形部１５１および接合材１００Ｃで十分に吸収される。
【００５５】
また、相変化材料で構成される接合材１００Ｃは、熱電素子３０が通電により発熱した際に、液相Ｌから固相Ｓに変化して固化し、熱電素子３０の放熱面３０ｂと容器部６０ａの底面とが接合材１００Ｃによって隙間なく密着状態で固定される。
【００５６】
これにより、熱伝導性を向上させ、バッテリモジュールＭの効果的な調温を行うことができる。
【００５７】
［第３の実施の形態に係るバッテリ調温構造］
図６を参照して、第３の実施の形態に係るバッテリ調温構造Ｂ３について説明する。
【００５８】
ここで、図６は、第３の実施の形態に係るバッテリ調温構造Ｂ３の構成例を示す一部断面図である。
【００５９】
なお、第１の実施の形態に係るバッテリ調温構造Ｂ１および第２の実施の形態に係るバッテリ調温構造Ｂ２と同様の構成については、同一符号を付して重複した説明は省略する。
【００６０】
第３の実施の形態に係るバッテリ調温構造Ｂ３では、第２の実施の形態に係るバッテリ調温構造Ｂ２のように熱電素子３０の放熱面３０ｂと容器部６０ａの底面とを接合材１００Ｃを介して固定するのに代えて、固定具７０を介して固定するようにしている。
【００６１】
固定具７０は、図６に示すように中央部に熱電素子３０の収容部７０ａを有する銅などの金属で構成され、容器部６０ａの底面側から螺合されるボルト７１で固定されるように構成されている。
【００６２】
また、固定具７０の上面７０ｂは、熱輸送部材５０Ｂの端部５０Ｂｂに固定されている。
【００６３】
そして、図６に示すように、バッテリモジュールＭ等を容器部６０ａに収容して、各熱輸送部材５０Ａのブラケット１０と固定部２０とをボルト２１を介して固定する。
【００６４】
これにより、固定具７０が熱電素子３０の放熱面３０ｂを容器部６０ａの底面に接した状態で保持される。
【００６５】
この際に、バッテリモジュールＭや熱輸送部材５０Ｂ等の各構成部材間の隙間にバラツキを有する場合であっても、その隙間は可撓変形部１５１で十分に吸収される。
【００６６】
次いで、容器部６０ａの底面に穿設されている挿通孔からボルト７１を挿通させ、固定具７０に螺合させる。
【００６７】
これにより、固定具７０が容器部６０ａの底面に接した状態で固定される。
【００６８】
このような構成のバッテリ調温構造Ｂ３によれば、熱伝導性を向上させ、バッテリモジュールＭの効果的な調温を行うことができる。
【００６９】
以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載にしたがって解釈すべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００７０】
Ｂ１〜Ｂ３…バッテリ調温構造
Ｃ…バッテリセル
Ｈ１…第１伝熱面
Ｈ２…第２伝熱面
Ｍ…バッテリモジュール
１０…ブラケット
２０…固定部
３０…熱電素子（ペルチェ素子）
３０ａ…吸熱面
３０ｂ…放熱面
５０（５０Ａ、５０Ｂ）…熱輸送部材
５１…流路
６０…筐体
６０ａ…容器部
６０ｂ…蓋部
７０…固定具
１００…隙間吸収手段
１００Ａ…弾性変形部（隙間吸収手段）
１００Ｂ…接合材（隙間吸収手段）
１００Ｃ…接合材（隙間吸収手段）
１５１…可撓変形部（隙間吸収手段）
２００…熱媒
Ｇ…気相
Ｌ…液相
【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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【図６】
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