JP2011049139A

JP2011049139A - バッテリー装置

Info

Publication number: JP2011049139A
Application number: JP2010016601A
Authority: JP
Inventors: Masaki Tsuchiya; 正樹土屋
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2011-03-10

Abstract

【課題】凝縮水の生成を防止し、冷凍サイクルを利用して電池を直接冷却することのできるバッテリー装置を提供する。
【解決手段】複数の電池２１をバッテリーケース１０に収容したバッテリー装置１００において、バッテリーケース１０内に、複数の電池２１に当接され、圧縮機５３、凝縮器５４及び減圧器５５と共に冷凍サイクル５０を構成する蒸発器３０と、バッテリーケース１０内の空気を循環して除湿する循環除湿手段４０とを収容する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド自動車（Hybrid Electric Vehicle；ＨＥＶ）や電気自動車（Electric Vehicle；ＥＶ）に搭載して好適なバッテリー装置に関する。

電動機を駆動源としたハイブリッド自動車や電気自動車には、電動機駆動用の高電圧のバッテリー装置が搭載されている。この種のバッテリー装置では、複数の素電池（電池モジュール）を組みにして相互に電気的に接続した組電池を備えている。

充放電に伴う発熱により組電池の温度が上昇すると、電池出力や充放電効率、電池寿命等が低下する恐れがある。このため、この種のバッテリー装置では、送風ファンにより組電池を空冷することが一般に行われている。

また、単に、送風ファンにより組電池を空冷したのでは、外気温度が高い場合にはバッテリー装置の十分な冷却が困難になる。そこで、組電池を構成する素電池間に熱媒体通路を設け、車両の冷却水を利用して冷却した熱媒体（空気）をダクトを介して素電池間に送風して、各素電池を冷却することが行われている（例えば、「特許文献１」参照）。

特開２００４−２８８５２７号公報

しかしながら、組電池を構成する素電池数の増加や、各素電池の高出力化に伴い充放電に伴う発熱密度も増加している。上記特許文献１に記載のバッテリー装置の様に、ダクトを介して素電池間に送風する構成としたのでは、発熱量の増加に応じてダクトを大型化する必要があり、また、送風ファンの駆動による騒音が発生するという課題がある。

そこで、冷凍サイクルを構成する蒸発器に各素電池を当接させて、冷媒の蒸発作用により組電池を直接冷却する構成とした場合、組電池を効率よく冷却することができ、上記の課題を解決することができる。しかし、蒸発器の周囲は外気温度以下に冷却されるため周囲の空気中の水分が凝縮した凝縮水が生成される恐れが高い。この凝縮水が素電池間に浸入すると電気的短絡を生じる等、電池システムに不具合を生じる恐れがある。

本発明の課題は、凝縮水の生成を防止し、冷凍サイクルを利用して電池を直接冷却することのできるバッテリー装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第一態様は、複数の電池をバッテリーケースに収容したバッテリー装置であって、前記バッテリーケース内に、前記複数の電池に当接され、圧縮機、凝縮器及び減圧器と共に冷凍サイクルを構成する蒸発器と、当該バッテリーケース内の空気を循環して除湿する循環除湿手段と、を収容したことを特徴とするバッテリー装置を提供する。

上記構成によれば、例えば、複数の電池として、組電池を構成する複数の素電池をバッテリーケースに収容した場合に、これらの素電池には圧縮機、凝縮器及び減圧器と共に冷凍サイクルを構成する蒸発器が当接されるので、冷凍サイクルの蒸発作用により各素電池を直接冷却することができる。この際、循環除湿手段によりバッテリーケース内の空気は循環されて除湿されるので、バッテリーケース内部の露点温度を低く保つことができる。この露点温度を蒸発器温度より低くすることで、凝縮水の生成を防止することができる。

ここで、複数の電池は、それぞれ略同形状に形成し、各電池と蒸発器との当接面積を等しくすることが好ましい。各電池を均一に冷却するためである。また、循環除湿手段は、次に説明するペルチェ素子等を用いて、バッテリーケース内部を局部的に露点温度以下に冷却し、水分を凝縮させて除湿する構成としてもよいし、シリカゲルやゼオライト等の水分を吸着する吸着手段により除湿する構成としてもよいし、水分を吸収する高分子吸収剤等の水分吸収手段を用いて除湿する構成としてもよい。

本発明の第二態様は、前記循環除湿手段は、前記蒸発器の冷媒出口側に接続された冷媒配管に、放熱側が配置されるペルチェ素子を備え、前記ペルチェ素子の吸熱側において除湿を行うとともに、前記ペルチェ素子の放熱側において前記蒸発器から流出された冷媒を加熱すること、を特徴とする。

上記構成によれば、循環除湿手段はペルチェ素子の吸熱側において除湿を行う際に、ペルチェ素子の放熱側において蒸発器から流出された冷媒を加熱して、冷媒の過熱度制御を行うことができる。一般に、冷凍機保護の観点から、蒸発器を出て圧縮機へ戻るまでの間で冷媒の過熱度を取って、過熱蒸気とする必要がある。しかし、過熱度を取るために蒸発器内部で温度分布が生じると、蒸発器に当接された複数の電池を均一に冷却することができず、電池温度均一化にとって問題が生じる。従って、蒸発器から流出された冷媒をペルチェ素子の放熱側により加熱し、蒸発器の外部で過熱度制御を行うことで、蒸発器において完全に冷媒を蒸発させず、冷媒を湿り蒸気として蒸発器から流出させることができる。
これにより、蒸発器内部で温度分布が生じるのを防止し、電池を冷却する際に電池温度の均一化を図ることができる。

本発明の第三態様は、前記循環除湿手段は、前記ペルチェ素子の吸熱側に送風する送風ファンと、前記ペルチェ素子の吸熱側で凝縮した凝縮水を貯留する凝縮水貯留部と、前記ペルチェ素子、前記送風ファン及び前記凝縮水貯留部を収容すると共に、空気の吸込口及び送風口を有する除湿ボックスと、前記凝縮水貯留部に貯留された凝縮水を前記バッテリーケースの外部に排出する凝縮水排出手段と、を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、除湿ボックスは送風ファンを収容すると共に、空気の吸込口及び送風口を有するので、送風ファンの駆動により、吸込口を介してバッテリーケース内の空気が除湿ボックス内に吸込まれる。送風ファンにより送風された空気はペルチェ素子の吸熱側において局部的に冷却され、空気に含まれる水分が凝縮する。この凝縮水は、凝縮水貯留部に貯留されるので、除湿ボックス外への水の飛散等を防止することができる。ペルチェ素子の吸熱側において除湿された、除湿後の乾燥空気は送風ファンの駆動により送風口を介してバッテリーケース内に送風される。そして、凝縮水排出手段により凝縮水貯留部に溜まった凝縮水はバッテリーケースの外部に排出することができる。これにより、シリカゲルやゼオライト等の水分吸着材や高吸水性シート等の水分吸収材を用いて除湿する場合と比して、半永久的にバッテリーケース内の除湿を行うことができる。

本発明の第四態様は、前記電池モジュールと前記バッテリーケースとの間に空気が流れる空間を有し、この空間内の空気を前記送風ファンで循環させること、を特徴とする。

上記構成によれば、送風ファンにより空気を循環して速やかに除湿が速やかに行えるものである。

本発明の第五態様は、前記複数の電池は、車両駆動用電動機に需給電する電力を蓄え、電動機を駆動源とする車両に搭載されること、を特徴とする。

上記構成によれば、車両駆動用電動機に需給電する電力を蓄え、電動機を駆動源とする車両に搭載される高電圧のバッテリー装置を冷凍サイクルを利用して、バッテリー装置を構成する複数の素電池を蒸発器により直接冷却することができる。

本発明の第六態様は、前記蒸発器には車載された圧縮機で圧縮された冷媒が供給され、この冷媒は当該冷媒の蒸発作用にて車内を冷房する車内用蒸発器に供給される冷媒から分岐して得られること、を特徴とする。

上記構成によれば、車両用の空気調和装置の冷凍サイクルと、当該バッテリー装置に備えられた複数の電池を冷却するために用いる冷凍サイクルとにおいて、圧縮機、凝縮器及び減圧器を共通化でき、バッテリー装置冷却のために要する部品点数を削減することができる。

本発明の第七態様は、前記電池モジュールは太陽光発電装置、燃料電池等で発電された電力を充電し、この充電された電荷を放電して直流電力もしくは交流電力に変換して利用可能に成すと共に、前記電池モジュールが蓄電もしくは放電している際に前記圧縮冷媒を前記蒸発器に供給する制御部を有すること、を特徴とする。

上記構成によれば、太陽光発電装置、燃料電池等で発電された電力を充電するバッテリー装置の冷却に用いることができ、組電池の安定化が図れるものである。

本発明の第八態様は、少なくとも単位時間当たりの充電量または単位時間当たりの放電量のいずれか一方の値に基づいて前記冷媒の供給量を補正すること、を特徴とする。

上記構成によれば、充放電の電流量の増加に伴って組電池の温度も上昇する点に着目し電池の温度上昇が現れる前に能力を上げた冷却運転ができるものである。

本発明によれば、凝縮水の生成を防止し、冷凍サイクルを利用してバッテリー装置に備えられた複数の電池を直接冷却することができる。

本発明の実施の形態のバッテリー装置の構成を示す模式図である。本発明の実施の形態の組電池の構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態のバッテリーケース内の構成を示す模式図である。本発明の実施の形態の冷却プレート（蒸発器）の構成を示す模式図である。本発明の実施の形態の冷却プレートの断面図である。本発明の実施の形態の過熱用伝熱ブロックの内部の構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態の過熱除湿ボックスの内部の構成を示す一部透視図である。本発明の実施の形態の過熱用伝熱ブロックの内部の構成を示す斜視図である。車載の冷媒回路から分岐した冷媒を用いる際の概略図である。減圧装置の弁開度を制御する際の動作の実施例を示すフローチャートである。発電装置から発電された電力をバッテリー装置へ蓄電する際の概略図である。減圧装置の絞り量の制御する際のフローチャートの実施例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明に係るバッテリー装置１００の実施形態について説明する。図１に、本実施の形態のバッテリー装置１００の模式的な構成を示す。

図１に示すバッテリー装置１００は、電動機を駆動源としたハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される車載用のバッテリー装置１００で、略密閉構造とされたバッテリーケース１０の内部に収容される複数の素電池２１（電池モジュール）を組みにした組電池２０と、組電池２０が載置され、組電池２０を構成する各素電池２１に当接される冷却プレート３０（蒸発器）と、バッテリーケース１０内部の空気を循環させて除湿する過熱除湿ボックス４０（循環除湿手段、除湿ボックス）とを備えている。

各素電池２１は、その内部に正極及び負極をセパレーターを介して巻回した発電要素を含む非水電解質二次電池を、アルミニウム又はアルミニウム合金製の角型平板状のケースに収納して構成されている。非水電解質二次電池には、例えば、リチウムイオン二次電池等が好適に用いられる。

組電池２０は、図２及び図３に示す様に、上記の様な複数の角型の素電池２１を幅方向に積層し、固定枠２３で結束することで、略直方形状に構成されている。組電池２０は、互いに隣り合って配置される素電池２１間に絶縁シート２２が介在されている。この絶縁シート２２により、各素電池２１同士の絶縁が図られており、また、各素電池２１同士が隙間なく密接されている。

冷却プレート３０の冷媒流入口側及び冷媒出口側にはそれぞれ冷媒配管５１、５２が接続されている。冷却プレート３０は冷媒配管５１、５２を介して、図１に示す圧縮機５３、減圧器５５に接続されて、凝縮器５４と共に冷凍サイクル５０を構成している。バッテリーケース１０には、図３に示す様に、冷媒配管挿通孔１１と、冷媒配管挿通孔１２とが形成される。冷媒配管挿通孔１１に冷媒配管５２（冷媒戻り管）は挿通され、冷媒配管挿通孔１１に挿通された冷媒配管５２の周囲は図示しないシーリング材等により塞がれる。同様に、冷媒配管挿通孔１２に冷媒配管５１が挿通され、冷媒配管挿通孔１２に挿通された冷媒配管５１の周囲は図示しないシーリング材等により塞がれる。これにより、バッテリーケース１０の密閉構造が保たれている。

本実施の形態の冷却プレート３０は薄板状に形成されており、冷却プレート３０のプレート面３１は熱交換面となっている。プレート面３１は組電池２０の底面２４（図２参照）よりも大きく形成されており、この熱交換面に組電池２０の底面２４が当接されている。組電池２０を構成する各素電池２１の底面２１ａは、その全面が図示しない熱伝導性の良い絶縁シートを介して冷却プレート３０のプレート面３１に当接されている。また、このように略直方体形状に形成された組電池２０の底面２１以外の他の５面はバッテリーケース１０の内面との間にスペースを確保するようにして、バッテリーケース１０内に当該組電池２０が収容されている。そして、このスペース内を後述する様に空気が循環する様になっている。

図４は本実施の形態の冷却プレート３０の構成を模式的に示した図である。冷却プレート３０は、その内部に冷媒が流れる複数の細径流路３２（３２Ａ、３３Ｂ）が設けられた二つのプレート部３３（３３Ａ、３３Ｂ）を有している。各細径流路３２は各プレート部３３の長手方向に沿って平行に配列されている。この様な、冷却プレート３０として、例えば、図５に示す様な扁平多孔管（マイクロチャネル型）の熱交換器を好適に用いることができる。このような扁平多孔管の熱交換器を用いれば、管内側の熱交換面積を大きくできるので、冷却プレート３０の厚みを薄くすることができ、バッテリー装置１００のコンパクト化を図ることができる。図５にその断面を示す様に、扁平多孔管の熱交換器は、冷媒が導入される極小径（例えば、管径２ｍｍ）の細径流路３２が金属プレート３０ａ内部に複数設けられたマルチパス方式のものである。

冷却プレート３０を構成する一方のプレート部３３Ａの一端３４Ａ側には第一のヘッダー部３５が設けられている。この第一のヘッダー部３５は中空構造とされ、冷媒配管５１が接続される冷媒配管接続部３５Ａが設けられている。第一のヘッダー部３５は一方のプレート部３３Ａに設けられた各細径流路３２Ａと連通している。冷媒配管５１を介して第一のヘッダー部３５に流入した冷媒は各細径流路３２Ａに分流し、一方のプレート部３３Ａの他端３６Ａ側に向かって流れる。

一方のプレート部３３Ａの他端３６Ａ側にはこれら各細径流路３２Ａと連通する第二のヘッダー部３７が設けられている。第二のヘッダー部３７は第一のヘッダー部３５と同様に中空構造とされ、他方のプレート部３３Ｂに設けられた各細径流路３２Ｂと連通している。一方のプレート部３３Ａから流出した冷媒は、この第二のヘッダー部３７を介して、他方のプレート部３３Ｂ側に流入する。他方のプレート部３３Ｂの一端３４Ｂ側には第三のヘッダー部３８が設けられている。この第三のヘッダー部３８も第一のヘッダー部３５及び第二のヘッダー部３７と同様に中空構造とされ、冷媒配管５２が接続される冷媒配管接続部３７Ｂが設けられている。他方のプレート部３３Ｂにおいて、他端３６Ｂ側に設けられた第二のヘッダー部３７から各細径流路３２Ｂに流入した冷媒は一端３４Ｂ側に設けられた第三のヘッダー部３８に向かって流れ、冷媒配管５２を介して圧縮機５３に吸入される。

次に、上記冷凍サイクル５０における冷媒の流れを説明する。

圧縮機５３により圧縮された冷媒は、凝縮器５４において凝縮されて液冷媒となり減圧器５５に流入する。減圧器５５において圧力が下げられた気液冷媒が冷却プレート３０内を流れ、冷却プレート３０に載置された組電池２０の底面と熱交換を行う。これにより、組電池２０を構成する各素電池２１は冷凍サイクル５０の冷凍作用により直接冷却される。一方、各素電池２１と熱交換を行うことにより、加熱されてガス状となった冷媒は圧縮機５３に吸入される。

ここで、冷却プレート３０の表面温度が雰囲気空気の露点温度以下に低下した場合、バッテリーケース１０内で凝縮水が生成される。この凝縮水が素電池２１間に浸入すると電気的短絡を生じる等、電池システムに不具合を生じる恐れがある。

また、一般に、冷凍機保護の観点から、蒸発器としての冷却プレート３０の出口では冷媒の過熱度を取る必要がある。しかし、冷却プレート３０内部で冷媒を過熱すると、冷却プレート３０の内部での温度分布が問題となる恐れがある。冷却プレート３０の内部で温度分布が大きいと、冷却プレート３０に当接された各素電池２１を均一に冷却することができず、電池温度均一化にとって問題が生じる。

そこで、本実施の形態のバッテリー装置１００では、バッテリーケース１０内において、過熱除湿ボックス４０内を局部的に露点温度以下に冷却して、過熱除湿ボックス４０に導入された空気から水分を除去して除湿後の乾燥空気をバッテリーケース１０内に送風するとともに、過熱除湿ボックス４０において冷媒の過熱度制御を行う構成としている。具体的には、図３に示す様に、ペルチェ素子６０を利用して、ペルチェ素子６０の吸熱側において過熱除湿ボックス４０内に導入された空気を露点温度以下に冷却するとともに、ペルチェ素子６０の放熱側において冷媒を加熱して過熱度制御を行う構成としている。このため、本実施の形態のバッテリー装置１００では、冷却プレート３０において完全に冷媒を蒸発させない状態で、冷媒配管５２から冷媒を流出させることができ、組電池２０を冷却する際に電池温度の均一化を図ることができる。

また、図３に示す様に、過熱除湿ボックス４０は、冷媒配管５２に設けられる過熱用伝熱ブロック４１と、過熱用伝熱ブロック４１に放熱側が当接されるペルチェ素子６０と、ペルチェ素子６０の吸熱側に当接される除湿用ヒートシンク４２と、除湿用ヒートシンク４２に対してバッテリーケース１０内の空気を送風する空気循環ファン４３（送風手段）と、ドレン排水装置７０（凝縮水排出手段）とを備えている。また、過熱除湿ボックス４０には、空気の吸込口４４と送風口４５とが設けられている。ペルチェ素子６０及び空気循環ファン４３には、図示しない電源供給ラインを介して組電池２０若しくは別途用意される電池から動作電源が供給される。

ここで、図６〜図８に、過熱除湿ボックス４０の内部の構造を示す。但し、図７は、過熱用伝熱ブロック４１の内部を示す一部透視図であり、図８は、後述する過熱用伝熱ブロック４１のうち、冷媒配管５２に、第一の伝熱ブロック４１Ａのみが取り付けられた状態を示す図である。

図６〜図８に示す様に、過熱用伝熱ブロック４１は、冷媒配管５２の周囲を半周分ずつ覆う第一の伝熱ブロック４１Ａと、第二の伝熱ブロック４１Ｂとを備えている。第一の伝熱ブロック４１Ａと、第二の伝熱ブロック４１Ｂとは、熱伝導性のよい材料から構成されており、冷媒配管５２と同様の素材を用いて構成される。具体的には、銅、アルミニウム、真鍮等の金属材料を用いて構成される。

図７及び図８に示す様に、冷媒配管５２において、過熱用伝熱ブロック４１が取り付けられる部位５２Ａは拡径されている。冷媒配管５２を拡径して、過熱用伝熱ブロック４１の冷媒に対する伝熱面積を増加させることで、ペルチェ素子６０の放熱を利用して冷媒の過熱を十分に行うことができる。又、気体と液体とを分離するアキュムレータとしての効果も有する。

第一の伝熱ブロック４１Ａと、第二の伝熱ブロック４１Ｂとは、冷媒配管５２の周囲に当接され、冷媒配管５２と、第一の伝熱ブロック４１Ａと、第二の伝熱ブロック４１Ｂとの界面には図示しない伝熱グリスが塗布され、あるいは図示しない伝熱シートが介在されて、冷媒配管５２に固定される。また、第一の伝熱ブロック４１Ａと、第二の伝熱ブロック４１Ｂとの界面にも伝熱グリスが塗布され、あるいは伝熱シートが介在される。

除湿用ヒートシンク４２は、例えば、アルミ等の放熱性のよい材料を用いて構成される。除湿用ヒートシンク４２は複数のフィン４２Ａを備えている。各フィン４２Ａは、冷媒配管５２の管長方向に沿って配列されている。図中矢印Ａで示す冷媒配管５２の管長方向を上下方向とした場合、空気循環ファン４３は除湿用ヒートシンク４２の上方又はフィン４２Ａの側方に設置される。空気循環ファン４３を除湿用ヒートシンク４２の上方に設置した場合、空気循環ファン４３の駆動により図６中矢印Ｂに示す方向に空気が流れる。一方、空気循環ファン４３を除湿用ヒートシンク４２の側方に設置した場合、空気循環ファン４３の駆動により、図中矢印Ｃに示す方向に空気が流れる。

ペルチェ素子６０は、対向するように配置された放熱側の第一基板６１と、吸熱側の第二基板６２とを備え、第一基板６１と第二基板６２との間６３に複数のＰ型熱電材料および複数のＮ型熱電材料が配列されている。ペルチェ素子６０に通電すると、Ｐ型熱電材料およびＮ型熱電材料に熱の移動が起こり、第一基板６１と第二基板６２との間に温度差が発生する。本実施の形態では、放熱側である第一基板６１を冷媒配管５２に当接された過熱用伝熱ブロック４１に伝熱グリス又は伝熱シートを介して当接し、吸熱側である第二基板６２を伝熱グリス又は伝熱シートを介して除湿用ヒートシンク４２に当接させている。従って、第一基板６１側は放熱により高温となり、過熱用伝熱ブロック４１を介して、冷媒配管５２を流れる冷媒を加熱することができる。また、第二基板６２側では吸熱により低温となり、除湿用ヒートシンク４２を介して、過熱除湿ボックス４０内に導入された空気を冷却することができる。

ペルチェ素子６０は、過熱用伝熱ブロック４１と、除湿用ヒートシンク４２とに挟まれて、固定される。図６〜図８に示す様に、過熱用伝熱ブロック４１と、除湿用ヒートシンク４２の外面には、それぞれボルト挿通孔４１Ｃ、４２Ｃが形成されている。過熱用伝熱ブロック４１と、除湿用ヒートシンク４２との間にペルチェ素子６０を挟んだ状態で、ボルト挿通孔４１Ｃ、４２Ｃにボルト４６を通して、冷媒配管５２に固定された過熱用伝熱ブロック４１に、除湿用ヒートシンク４２を固定することで、ペルチェ素子６０も固定される。但し、ボルト４６は樹脂製のものが使用される。過熱用伝熱ブロックｔ４１と、除湿用ヒートシンク４２との間において、ボルト４６の一部が露出するが、このボルト４６を介してペルチェ素子６０に熱が伝わるのを防止するためである。

本実施の形態において、具体的には、ペルチェ素子６０の第一基板６１側は放熱により、最高温度が例えば３０℃程度となり、ペルチェ素子６０の第二基板６２側は吸熱により、最低温度が例えば３℃程度となる。これにより、過熱用伝熱ブロック４１は、２８℃程度となり、冷媒配管５２の過熱配管部５２Ａは２５℃程度に加熱される。冷却プレート３０から流出された、例えば、１０℃の蒸発温度の冷媒が、この過熱配管部５２Ａにおいて最大２５℃程度まで加熱することができる。２５℃に加熱した場合、過熱度は１５ｄｅｇとなる。

一方、除湿用ヒートシンク４２側は、例えば、５℃程度に冷却される。このとき、２０℃程度の空気がフィン４２Ａを通過する場合、フィン４２Ａを通過した空気は局所的に５℃程度に冷却される。このとき、空気中に含まれていた水分が凝縮し、凝縮水が生じる。

ドレン排水装置７０は、除湿用ヒートシンク４２において凝縮したドレン水（凝縮水）を溜めるドレン水貯留部７１と、ドレン水貯留部７１に溜まったドレン水をバッテリー装置１００の外部に排出するためのドレンパイプ７２とを備えている。ドレンパイプ７２は、バッテリーケース１０に形成されたドレンパイプ挿通孔１３を介して、バッテリーケース１０の外部に延出されている。但し、バッテリーケース１０に形成されたドレンパイプ挿通孔１３とドレンパイプ７２との間は図示しないシーリング材等により塞がれている。

また、バッテリー装置１００には組電池２０の温度を検出するための温度検出センサー２５が設けられている。また、組電池２０の充放電を制御するための制御装置８０が設けられている。制御装置８０には、温度検出センサー２５により検出された組電池２０の温度検出信号が入力される。制御装置８０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備え、コンピューター制御により各種制御を行う。具体的には、温度検出センサー２５から入力された温度検出信号に基づいて、組電池２０の温度が予め設定された温度以上に上昇した場合に、冷凍サイクル５０内を冷媒を循環させて、冷却プレート３０により組電池２０を冷却する。この組電池２０の冷却動作に伴って、空気循環ファン４３が駆動されるとともに、ペルチェ素子６０に通電される。従って、組電池２０を冷却させるべく、冷却プレート３０において冷媒の蒸発が行われる際に、空気循環ファン４３によりバッテリーケース１０内の空気が循環され、過熱除湿ボックス４０において除湿と、冷媒の過熱制御が行われる。但し、過熱除湿ボックス４０により除湿後の乾燥空気の露点温度は、蒸発温度又は冷却プレート温度以下（例えば、３〜１０℃）となるように、ペルチェ素子６０への通電が制御装置８０により制御される。

以上説明した本実施の形態のバッテリー装置１００によれば、組電池２０を構成する複数の素電池２１が冷却プレート３０に載置されており、冷凍サイクル５０の冷凍作用により各素電池２１を直接冷却することができる。この際、過熱除湿ボックス４０において、バッテリーケース１０内の空気を循環させて、過熱除湿ボックス４０においてバッテリーケース１０内の空気を除湿して、乾燥空気を送風することができるので、バッテリーケース１０内部の湿度を低く保つことができる。これにより、冷却プレート３０に空気が触れた場合でも凝縮水の生成を防止することができる。

また、上記実施の形態では、各素電池２１は略同形状に形成されており、各素電池２１の底面全面が冷却プレート３０と当接している。これにより、各素電池２１と冷却プレート３０との当接面積を等しくすることができ、各素電池２１を均一に冷却することができる。

また、上記実施の形態では、過熱除湿ボックス４０において、すなわち、冷却プレート３０の外部において冷媒の過熱度制御を行っている。このため、上述した如く、冷却プレート３０において完全に冷媒を蒸発させない状態で冷媒を流出させることができ、冷却プレート３０内部で温度分布が生じるのを防止し、各素電池２１を冷却する際に電池温度の均一化を図ることができる。

但し、上記実施の形態は、本発明の一態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。例えば、上記実施の形態では、循環除湿手段として、ペルチェ素子６０等を備えた過熱除湿ボックス４０を適用した構成について説明したが、本発明に係る循環除湿手段は、バッテリーケース１０内の空気を循環して除湿する構成であれば、特に限定されるものではない。ペルチェ素子６０に限らず、バッテリーケース１０内部を局部的に露点温度以下に冷却し、水分を凝縮させて除湿する構成としてもよいし、シリカゲルやゼオライト等の水分を吸着する水分吸着手段を用いて除湿する構成としてもよいし、水分を吸収する高分子吸収剤等の水分吸収手段を用いて除湿する構成としてもよい。但し、水分吸着手段や水分吸収手段を用いる構成に比して、バッテリーケース１０内の空気を局部的に冷却して水分を凝縮させ、凝縮水を外部に排出する構成とすることにより、半永久的にバッテリーケース１０内の除湿を行うことができる。

また、上記実施の形態では、ドレン水排出装置により、除湿用ヒートシンク４２において凝縮したドレン水をバッテリーケース１０の外部に排水する構成としているが、例えば、ドレン水貯留タンク等を設け、ドレン水貯留タンク内に貯留させる構成としてもよい。メンテナンス時等にドレン水貯留タンク内に貯留されたドレン水を排水するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、特に説明しなかったが、圧縮機５３、凝縮器５４及び減圧器５５を、車両用の空気調和装置の冷凍サイクル５０を構成する圧縮機５３、凝縮器５４及び減圧器５５としてもよいし、別途設けてもよい。

図９は車載の冷媒回路から分岐した冷媒でバッテリー装置１００の組電池２０の冷却を行う際の実施例を示す概略図である。

この図において、冷媒回路は回転数を変えることによって能力を変えることができる冷媒圧縮機２０１、冷媒の流れる方向を変える（実線状態で冷房運転／点線状態で暖房運転）四方切換弁２０２、プロペラファンなどの送風機によって矢印の方向に送風され冷媒を冷却（冷房運転時）／加熱（暖房運転時）する熱源側熱交換器２０３、制御信号に基づいて冷媒の流量を調節する減圧装置２０４、シロッコファンなどの送風機によって矢印の方向に送風され冷媒を加熱（冷房運転時）／冷却（暖房運転時）する利用側熱交換器２０５、気液分離を行った後気体を冷媒圧縮機の吸い込み側へ供給するアキュムレータ２０６から構成されている。冷房運転時には、冷媒圧縮機２０１で圧縮された高温高圧の冷媒（例えば、冷媒はＲ１３４ａで説明するがこの冷媒に限るものではない）は四方切換弁２０２を実線の方向へ流れ熱源側熱交換器（凝縮器として作用）２０３へ至る。高温高圧の冷媒この熱交交換器２０３で送風機の送風で冷却され低温高圧の冷媒となり減圧装置２０４でその流量が調節された後利用側熱交換器（蒸発器として作用）２０５に至る。低温高圧の冷媒は利用側熱交換器２０５で減圧され蒸発（気化）し、この際の気化熱で送風機にてこの熱交換器２０６を通過する空気を冷却するものである。すなわち利用側熱交換器２０５で冷房運転が行われるものである。この熱交換器２０５で加熱気化された後の低温低圧の冷媒は四方切換弁２０２の実線の方向へ流れた後アキュムレータ２０６へ至る。アキュムレータ２０６では利用側熱熱交換器２０５で気化しなかった液冷媒と気体の冷媒とを分離し気体の冷媒を冷媒圧縮機２０１へ供給する。暖房運転の際は四方切換弁２０２での冷媒の流れが点線の流れとなり利用側熱交換器（凝縮器として作用）２０５で高温高圧の冷媒が放熱し、熱源側熱交換器（蒸発器として作用）２０３で冷媒が気化することによって利用側熱交換器２０５に暖房運転が行われる。

バッテリー装置１００は先の実施例に用いたものと同様のものを用いることができるので実施の形態１で用いた符号を付して詳細の説明は省略する。尚、除湿ボックス４０は先の実施例と同様のものを用いることができるので省略している。

２１０、２１１は夫々電磁開閉弁であり、電磁弁２１０は減圧装置２０４と利用側熱交換器２０５との間の冷媒配管から冷媒を分岐できるように接続され、電磁弁２１１は減圧装置２０４と熱源側熱交換器２０３との間の冷媒配管から冷媒を分岐できるように接続され、冷媒回路が冷房運転の際は電磁弁２１１が開き電磁弁２１０が閉じる。また冷媒回路が暖房運転の際は電磁弁２１１が閉じ電磁弁２１０が開くものである。すなわち冷媒回路中の低温高圧の冷媒を分岐させるものである。尚、これら電磁弁は冷媒の高圧が一定上確保できれば一方弁に置き換えることも可能である。

２１２は減圧装置であり冷却プレート３０へ供給される冷媒の流量を調節するものである。この減圧装置２１２はその流路を全開から全閉まで５１２ステップの開度に変えることができるものであり、基本制御は図１０のフローチャートで説明する。

２１３は一方弁であり冷却プレート３０で吸熱して気化した冷媒をアキュムレータ２０６へ導くものである。この分岐回路を設けることにより組電池２０を冷媒回路から分岐した冷媒で冷却することができるものである。

２１４は温度センサであり、冷却プレート３０から戻る冷媒の温度を検出するものであり、適選取り付け位置を変更することができるものである。

図１０は減圧装置２１２の弁開度をステップ単位で制御する際の動作の一実施例を示すフローチャートである。このフローチャートにおいて、Ｒからスタートし、ステップＳ１で運転（当該バッテリー装置を搭載した自動車の運転）のＯＮ／ＯＦＦを判断し、ＯＦＦの場合はステップＳ２で弁開度を全閉としてＲへ戻る。

ステップＳ１で運転（ＯＦＦでない）が判断されたときは冷媒圧縮機２０１の運転信号を出力した後、ステップＳ３へ進み、このステップＳ３で運転開始（運転状態がＯＦＦ→ＯＮに変わったか否か）か否かを判断する。運転開始の場合（運転状態がＯＦＦ→ＯＮに変わった場合）はステップＳ４で弁開度を初期（最小開度）５０ｓｔｅｐに設定してＲへ戻り、ステップＳ３の条件を満たさないとき（運転中）はステップＳ５へ進み冷却プレート３０から戻る冷媒の温度（Ｔｉｎ）を温度センサ２１４から入力する。

弁開度は冷却プレート３０から戻る冷媒の温度が所定の温度範囲になるように制御されるものであり、温度Ｔｉｎが高ければ弁開度を開く方向へ制御し冷却プレート３０へ流れる冷媒量を増加させ、温度Ｔｉｎが低くなれば弁開度を閉じる方向へ制御し冷却プレート３０へ流れる冷媒量を減少させる。この弁開度の増減にあわせて同時に冷媒圧縮機２０１の運転能力を増減させる信号を出力し、車内の空調（冷房／暖房）が能力不足や能力過剰に至ることを抑制している。

この温度制御は冷却プレート３０から出る冷媒が気化しさらに過熱度状態であることが判る程度の温度を目標として制御している。すなわち冷媒が気化熱（潜熱）による吸熱が終わっている状態であることを目標として制御している。この実施の形態３では目標温度を３０〜３５度としているが、この温度範囲に限るものではなく、使用する冷媒や冷媒圧縮機の能力、冷却プレートの冷却能力当によって適選設定するものである。

ステップＳ６、ステップＳ７にて、温度Ｔｉｎが３５度以上か、温度Ｔｉｎが３０度以下かを判断し、温度Ｔｉｎが３５度以上の場合はステップＳ８で弁開度を更に１０ｓｔｅｐ開いた新しい弁開度を設定するが、ステップＳ９、ステップＳ１０でその弁開度が最大値５１２ｓｔｅｐを超えた際は５１２ｓｔｅｐを維持するように補正するものである。温度Ｔｉｎが３０度以下の場合は、同様にステップＳ１１で弁開度を更に１０ｓｔｅｐ閉じる新しい弁開度を設定するが、ステップＳ１２、ステップＳ１３でその弁開度が最小値５０ｓｔｅｐを下回った際は５０ｓｔｅｐを維持するように補正するものである。

ステップＳ１３で設定された弁開度に減圧装置２１２の開度を変更するものである。従ってこのフローチャートを実施する毎に減圧装置２１２の弁開度が変更されるものである。尚のこの弁開度の変更周期は例えば数秒に１回程度に設定されている。フローチャートをこの周期で実行してもよく、またステップＳ１３の実行をこの周期毎としても良い。また、この周期は組電池の全体容量に応じて変更してもよく実際の組電池に基づいて適選設定されるものである。

尚、このような制御に加えて、温度Ｔｉｎの変化が大きいとき、組電池からの電流出力が急激に増加したときなどに弁開度をさらに補正するようにしても良いものである。

図１１は太陽光発電装置などの発電装置から発電された電力をバッテリー装置１００へ蓄電する際の他の実施例を示す概略図である。バッテリー装置１００は先の実施例に用いたものと同様のものを用いることができるので同じ符号を付して詳細の説明は省略する。尚、除湿ボックス４０も先の実施例と同様のものを用いることができるので省略している。
この図において、冷媒回路は例えば冷媒Ｒ１３４ａを用い、運転能力を変えることができる冷媒圧縮機３０１と、凝縮器３０２、減圧装置３０３、蒸発器として作用する冷却プレート３０、アキュムレータ３０４を環状に接続して構成している。各構成の機能は図９の説明に用いた機能・動作と同様であるため詳細説明は省略する。すなわち、冷媒圧縮機３０１から吐出される冷媒は凝縮器３０２で凝縮し、減圧装置３０３で冷媒の流量が絞られ冷却プレート３０で蒸発した後、アキュムレータ３０４で気液分離された後、気体の冷媒が再び冷媒圧縮機３０１へ冷凍サイクルが循環されるものである。

３０５は太陽電池パネルでありその直流出力は昇圧器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）３０６で所定の直流電圧まで昇圧された後、充電器３０７を介して組電池２０に充電される。この充電器３０７では組電池２０の充電状態を監視しながら適切な電流量によって充電が制御されるものである。

３０８は昇圧器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）であり組電池２０の蓄電電荷を利用する際にその電圧を所定の電圧まで昇圧するものである。この昇圧された直流電力は昇圧器３０６で昇圧された直流電力と合流部３０９で合流した後インバータ回路３１０へ供給される。従って、インバータ回路３１０への直流電力の供給は太陽電池パネル３０５から供給される場合、太陽電池パネル３０５と組電池２０との両方から供給される場合、組電池２０から供給され場合との３パターンが可能になるものである。

インバータ回路３１０は直流電力を単相又は三相の交流電力に変換し負荷もしくは系統へ供給するものであり、複数のスイッチング素子をブリッジ状に結線し各スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦして擬似正弦波を作成した後フィルターを介して正弦波とするものである。

３１１は電流センサであり組電池２０へ充電される電流値及び組電池２０から昇圧器３０８へ供給される電流値を検出するものであり、シャント抵抗を用いるものやホール素子を用いるものなどであり限定されるものではない。

図１１は減圧装置３０３の絞り量（冷却プレートの冷却能力）の制御の実施例を示すフローチャートである。図１０のフローチャート用いて冷却プレート３０から戻る冷媒の温度を用いて減圧装置３０３の弁開度の制御を行うことができるが、温度Ｔｉｎの変化は組電池２０への充電電流又は放電電流によって生じるため、電流の変化に遅れて温度Ｔｉｎが変化する。この時間遅れを解消するために電流センサ３１１の検出する電流値Ｉｉｎに基づいて弁開度を求め温度Ｔｉｎに基づいて補正を行った後の弁開度に基づいて減圧装置３０３の絞り量（弁開度）を制御するようにしたものである。

図１０において、ＲからスタートしステップＳ５１で電流Ｉｉｎの絶対値に基づき弁開度を１次関数に基づいて算出する。ステップＳ５１において、ａは定数であり組電池２０の容量や放熱・発熱特性に基づいて任意に設定するものである。ｂは弁開度の最小値であり、例えば減圧装置３０３では５０ｓｔｅｐである。ステップＳ５２、ステップＳ５３では弁開度が最大値５１２ｓｔｅｐを超えないように上限値を設定している。ステップＳ５２で電流Ｉｉｎの絶対値がＣを超えた際にステップＳ５３で弁開度を５１２ｓｔｅｐに修正するものである。

次いで図１０のステップＳ５〜ステップＳ１４と同様の動作を行い、冷却プレート２０から戻る冷媒の温度Ｔｉｎに基づきこの温度Ｔｉｎが７０度〜８０度の範囲を超えている際にステップＳ５１〜ステップＳ５３でもとめた弁開度を増加／減少補正するものであり、この補正された後の弁開度に基づいて減圧装置３０３の開度（絞り量）が制御されるものである。

なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。

１０バッテリーケース
２０組電池
２１素電池（電池）
３０冷却プレート（蒸発器）
４０過熱除湿ボックス（循環除湿手段）
４３空気循環ファン（送風手段）
５０冷凍サイクル
５３圧縮機
５４凝縮器
５５減圧器
６０ペルチェ素子
６１第一基板（放熱側）
６２第二基板（吸熱側）
７０ドレン排水装置（凝縮水排出手段）
８０制御装置
１００バッテリー装置

Claims

圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器から成る冷凍サイクルの前記蒸発器とこの蒸発器と熱伝導するように設けられた複数の電池モジュールとを単一のバッテリーケース内に収容するバッテリー装置であって、
前記バッテリーケース内の除湿を行う除湿手段を備えることを特徴とするバッテリー装置。
前記除湿手段は、放熱側と吸熱側とを有するペルチェ素子を有し、前記蒸発器化から出た冷媒と前記ペルチェ素子の放熱側で加熱すると共に、前記バッテリーケース内の空気を前記ペルチェ素子の冷却側に循環させて冷却することを特徴とする請求項１に記載のバッテリー装置。
前記除湿手段は、
前記ペルチェ素子の吸熱側にバッテリーケース内の空気を循環させる送風ファンと、前記ペルチェ素子の吸熱側で凝縮した凝縮水を貯留する凝縮水貯留部と、前記ペルチェ素子、前記送風ファン及び前記凝縮水貯留部を収容すると共に、空気の吸込口及び送風口を有する除湿ボックスと、前記凝縮水貯留部に貯留された凝縮水を前記バッテリーケースの外部に排出する凝縮水排出手段と、を備えたことを特徴とする請求項２に記載のバッテリー装置。
前記電池モジュールと前記バッテリーケースとの間に空気が流れる空間を有し、この空間内の空気を前記送風ファンで循環させることを特徴とする請求項３に記載のバッテリー装置。
前記複数の電池は、車両駆動用電動機に需給電する電力を蓄え、電動機を駆動源とする車両に搭載されること、を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のバッテリー装置。
前記蒸発器には車載された圧縮機で圧縮された冷媒が供給され、この冷媒は当該冷媒の蒸発作用にて車内を冷房する車内用蒸発器に供給される冷媒から分岐して得られることを特徴とする請求項３に記載のバッテリー装置。
前記電池モジュールは太陽光発電装置、燃料電池等で発電された電力を充電し、この充電された電荷を放電して直流電力もしくは交流電力に変換して利用可能に成すと共に、前記電池モジュールが蓄電もしくは放電している際に前記圧縮冷媒を前記蒸発器に供給する制御部を有することを特徴とする請求項３に記載のバッテリー装置。
少なくとも単位時間当たりの充電量または単位時間当たりの放電量のいずれか一方の値に基づいて前記冷媒の供給量を補正することを特徴とする請求項７に記載のバッテリー装置。