JP2011181224A - 電池冷却／加熱構造及び電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電池の加熱効率の向上を図った電池冷却／加熱構造及びこの電池冷却／加熱構造を備えた電池モジュールを提供する。
【解決手段】媒体配管３３及びヒータ４０を一体化したプレート３０を電池（１０）１１に当接し、媒体配管３３に冷媒体を流して電池(１０)１１を冷却し、ヒータ４０に通電して電池を加熱する電池冷却／加熱構造２において、プレート３０の媒体の出入り口３５ａ、３８ａにプレート３０よりも低い配管経路５０ａ、５０ｂを有するトラップ５０を配置したことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動機を駆動源としたハイブリッド自動車或いは電気自動車に搭載される電池の電池冷却／加熱構造及びこの電池冷却／加熱構造を備えた電池モジュールに関する。

従来、複数の電池を組み付けて組電池を形成し、この組電池の劣化対策として、組電池に冷却プレートを装着し、この冷却プレートにカーエアコンの冷媒或いは専用冷凍機の冷媒を流動させて組電池の冷却をおこなっている車両走行用の電池モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の電池モジュールにおいては、組電池の出力低下対策として、外気が低温の場合には組電池を加熱できるように冷却プレートに例えばヒータを併設し、このヒータに通電して冷却プレートを加熱し、冷却プレートから組電池に伝熱して、組電池の加熱を行っている。

特開２００８−１８１７３３号公報

ところで、車両の運転停止時には、カーエアコンも停止するため、冷却プレート内に残留している液冷媒は、組電池が持つ熱により蒸発を続け、蒸気冷媒は、冷却プレートから冷媒配管内に排出される。しかし、冷媒配管内の蒸気冷媒は、外気が低温の場合には、冷媒配管内で再凝縮し、冷却プレートが冷媒配管よりも低い位置に配置されている場合には、その自重によって冷却プレート内に戻り、冷却プレート内に液冷媒が溜まった状態となる。たとえ、冷却プレートを冷媒配管よりも高い位置にくるように車両内で配置した場合においても、坂道に停車、或いは、坂道を走行した場合などには、冷却プレートが冷媒配管よりも低い位置に配置され、冷却プレート内に液冷媒が溜まった状態となる場合がある。
このように、冷却プレート内に液冷媒が溜まった状態で、冷却プレートに併設したヒータに通電して電池の加熱を行った場合、冷却プレート内の液冷媒が熱負荷となり、電池の加熱効率が悪くなるという問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、電池の加熱効率の向上を図った電池冷却／加熱構造及びこの電池冷却／加熱構造を備えた電池モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、媒体配管及びヒータを一体化したプレートを電池に当接し、媒体配管に冷媒体を流して電池を冷却し、ヒータに通電して電池を加熱する電池冷却／加熱構造において、前記プレートの媒体の出入り口に該プレートよりも低い配管経路を有するトラップを配置したことを特徴とする。

この構成において、車載空調用の冷凍サイクルを備え、該冷凍サイクルの蒸発器と並列に前記プレートが配管接続されている構成としても良い。また、車載空調用の冷凍サイクルを備え、該冷凍サイクルの低温部に設けた熱交換器に前記プレートが配管接続されている構成としても良い。また、専用の冷凍サイクルを備え、該冷凍サイクルの蒸発器の代わりに前記プレートが配管接続されている構成としても良い。

また、本発明は、複数の電池セルを組み付けて電池を形成し、前記電池を側板、底板を備えたケースの内部に収納して形成した電池モジュールにおいて、前記ケースの内側に、媒体配管及びヒータを一体化した、各電池セルに当接するプレートを配置し、前記プレートの媒体の出入り口配管を上方に延出し、前記プレートの媒体の出入り口に該プレートよりも低い配管経路を有するトラップを配置したことを特徴とする。

この構成において、前記媒体配管は、複数の板状配管を備え、それぞれの板状配管は、その内部に媒体が流れる複数の媒体流路を備え、その一端は前記トラップが連通する入口ヘッダ或いは出口ヘッダに接続され、近傍には前記ヒータが配置されて備えられている構成としても良い。

本発明によれば、媒体配管及びヒータを一体化したプレートを電池に当接し、媒体配管に冷媒体を流して電池を冷却し、ヒータに通電して電池を加熱する電池冷却／加熱構造において、前記プレートの媒体の出入り口に該プレートよりも低い配管経路を有するトラップを配置したため、プレートの媒体配管内の冷媒体が蒸発し、プレート外部に排出されて再凝縮しても、再凝縮した冷媒体はプレートには戻らず、プレートよりも低い配管経路を有するトラップ内に溜まるため、冷媒体がプレート内に溜まりプレートの加熱時にこの冷媒体が熱負荷となることがない。そのため、プレートを効率よく加熱して、電池に伝熱することができ、電池の加熱効率を向上することができるという効果を奏する。

本実施形態に係る電池モジュールの配置構成を示す模式図である。 電池モジュールの構成を示す透視図である。 電池冷却／加熱構造の構成を示す斜視図である。 プレートの構成を示す模式図である。 第二実施形態に係る電池モジュールの配置構成を示す模式図である。 第三実施形態に係る電池モジュールの配置構成を示す模式図である。 第四実施形態に係る電池モジュールの配置構成を示す模式図である。 第五実施形態に係る電池モジュールの配置構成を示す模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜第一実施形態＞
図１は、登り坂に停車したハイブリッド自動車や電気自動車などの車両１００を示す。電池モジュール１は、通常、車両１００内で設置スペースを設けやすい後部座席１０１後方の床下、或いは、後部座席１０１とトランクルーム１０４の間に配置される。また、電池モジュール１は、組電池１０と、組電池１０に当接され組電池１０の冷却／加熱を行う後述のプレート３０と、プレート３０と一体に形成された、電池冷却／加熱構造２とを備え、プレート３０は、媒体入口配管５１および媒体出口配管５２が連通している。媒体入口配管５１および媒体出口配管５２は、冷媒配管５１ａ，５２ａに接続されて、冷媒配管５１ａ，５２ａは、車室１０２の床下を通って車両１００の前方に備えられたエンジンルーム１０３に延び、エンジンルーム１０３内に搭載された車載空調用（カーエアコン）の冷凍サイクル６０に配管接続されて、電池モジュール１の冷却サイクル８０を形成している。

冷凍サイクル６０は、圧縮機６１と、車両１００のラジエター（不図示）と並列に配置された凝縮器６２と、レシーバタンク６８と、第一減圧装置６３と、蒸発器６４とが冷媒管６０ａで接続されて構成されている。レシーバタンク６８と第一減圧装置６３の間には、第一開閉弁５４を介して冷媒配管５１ａが接続されている。また、蒸発器６４と圧縮機６１の間には、第二開閉弁５５を介して冷媒配管５２ａが接続されている。冷媒配管５１ａは、第二減圧装置５３を介して媒体入口配管５１に接続され、媒体入口配管５１はプレート３０に連通している。これによって、第一減圧装置６３及び蒸発器６４と並列に、第二減圧装置５３及びプレート３０が冷凍サイクル６０に配管接続されている。また、冷媒配管５１ａと冷媒管６０ａの接続部と、第一減圧装置６３の間には第三開閉弁５６が接続されている。

次に、本実施形態の動作を説明する。
冷却サイクル８０を動作する際、冷凍サイクル６０の動作が前提となっている。冷凍サイクル６０は車室１０２内の冷房運転時に動作し、冷却サイクル８０は電池モジュール１に備えられた後述の組電池１０の温度が所定温度以上となった場合に動作する。
車室１０２内の冷房運転時には、第一開閉弁５４および第二開閉弁５５が閉じられて、冷凍サイクル６０は冷房運転される。冷凍サイクル６０内を循環する冷媒は、圧縮機６１で圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、凝縮器６２で凝縮されて低温高圧の液冷媒となり、レシーバタンク６８を介して減圧装置６３で低温低圧の液冷媒となって、蒸発器６４で車室１０２の熱を吸収して蒸発し、再び圧縮機６１に吸入される。

冷房運転時にプレート３０の冷却をする必要がある時には、第一開閉弁５４、第二開閉弁５５及び第三開閉弁５６が開かれて、冷凍サイクル６０を循環する冷媒の一部が電池モジュール１の冷却サイクル８０に循環され、プレート３０の冷却を行う。具体的には、凝縮器６２を通って冷却され、低温高圧になった液冷媒は、第一開閉弁５４を介して冷媒配管５１ａに導かれ、冷媒配管５１ａを通って第二減圧装置５３で減圧され、媒体入口配管５１からプレート３０に流入する。プレート３０内を流動して、プレート３０を冷却し蒸発した冷媒は、媒体出口配管５２からプレート３０外に流出し、冷媒配管５２ａを通って流れ、第二開閉弁５５を介して冷凍サイクル６０を循環する冷媒と蒸発器６４の下流で合流し、圧縮機６１に吸入される。

冷房運転の停止時に、プレート３０の冷却をする必要がある時には、第一開閉弁５４、及び第二開閉弁５５を開き、第三開閉弁５６を閉じる。冷凍サイクル６０の圧縮機６１を駆動させると、冷媒が、凝縮器６２およびレシーバタンク６８を介して冷却サイクル８０に循環し、プレート３０を冷却する。第三開閉弁５６が閉じられたため、冷媒は、第一減圧装置６３及び蒸発器６４をバイパスして流れる。

電池モジュール１は、図２に示されるように、側板３ａ、底板３ｂ、及び、蓋３ｃを備えた略密閉構造のケース３と、このケース３の内部に収容される、組電池（電池）１０、及び、この組電池１０に装着され組電池１０を冷却／加熱する電池冷却／加熱構造２と、を備えて構成されている。電池モジュール１は、複数の組電池１０がケース３の内部に並べて備えられている構成としても良い。

組電池１０は、角型平板形状に形成された複数の電池セル１１を、電池セル１１の短尺幅方向に並べて配列し組み付けて略直方形状に形成されている。また、互いに隣接する電池セル１１の間には、不図示の絶縁性を有するセパレータが挟まれて配列されている。各電池セル１１は、図示は省略したが、その内部に正極及び負極をセパレータ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、アルミニウム或いはアルミニウム合金製の略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。
また、組電池１０は、電池セル１１の配列方向に対して左右に設けられた固定枠１２ａ，１２ｂと、電池セル１１の配列方向に対して前後に設けられたエンドプレート１２ｃ，１２ｄと、で結束されている。

電池冷却／加熱構造２は、プレート３０と、このプレート３０に媒体を流動させる媒体入口配管５１および媒体出口配管５２と、プレート３０の配管接続部（媒体の出入り口）３５ａ、３８ａ及び媒体出入口配管５１，５２に連通し、プレート３０の下方に設けられた配管経路を有するトラップ５０と、を備えている。プレート３０は、薄板状に形成され、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１０の底面１３よりも大きく形成され、この熱交換面であるプレート面３１に組電池１０の底面１３が当接されている。また、組電池１０を構成する電池セル１１の底面は、その全面が熱伝導性に優れ絶縁性を有する熱伝導シート１４を介してプレート３０のプレート面３１に当接されている。プレート３０の熱交換面に複数の組電池１０を並べて備えた電池モジュール１においては、プレート面３１は、このプレート面３１に配置された全ての組電池１０の底面１３を当接することができる大きさに形成されている。

媒体出入口配管５１，５２は、組電池１０の配列方向に対して前方側を通って、ケース３の底板３ｂ側から、蓋３ｃに向かって略垂直に伸び、蓋３ｃからケース３の上方に延出し、ケース３の外側で冷媒配管５１ａ，５２ａに接続されている。また、媒体出入口配管５１，５２は、組電池１０の配列方向に向かって前後に延びるプレート３０の両縁側に配置されている（図２参照）。

これによって、媒体入口配管５１から電池モジュール１内に流入する冷媒体は、トラップ５０を通って配管接続部３５ａからプレート３０に入り、プレート３０の内部を通って流れた冷媒体は、配管接続部３８ａから流出して、再びトラップ５０を通って媒体出口配管５２から電池モジュール１の外に流出される。

図３は、プレート３０内部の配管構成と、プレート３０の下方に設けられた配管経路を有するトラップ５０の位置関係を示している。図３に示すように、電池冷却／加熱構造２は、プレート３０と、プレート３０の下方に設けられた配管経路５０ａ，５０ｂを有するトラップ５０と、トラップ５０の配管経路５０ａ，５０ｂに連通し、プレート３０に冷媒を流動させる媒体入口配管５１、媒体出口配管５２を備えて概略構成されている。

プレート３０は、熱交換面であるプレート面３１と、このプレート面３１と略平行に備えられた媒体配管３３を備え、媒体配管３３は、プレート３０の長手方向に平行して配列された複数の板状配管３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを備えている。板状配管３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄは、その内部に冷媒が流れる複数の細径流路３２（図４の３２Ａ，３２Ｂ）がプレート３０の長手方向に沿って平行に配列される扁平多穴（マイクロチャンネル）型の配管（熱交換器）である。この構成によれば、媒体配管３３の伝熱面積を拡大することができるため、効率よくプレート３０の冷却を行うことができる。

板状配管３３ａ，３３ｂの一端側３４は、図３及び図４に示すように、入口ヘッダ３５に接続されている。入口ヘッダ３５は略円筒形状に形成され、中空構造を有し、入口ヘッダ３５の長手方向の略中央部には配管経路５０ａが接続される配管接続部３５ａが設けられている。入口ヘッダ３５にプレート３０の短手方向に向かって並べて設けられた出口ヘッダ３８には、板状配管３３ｃ，３３ｄの一端側３４が接続されている。略円筒形状に形成され、中空構造を有する出口ヘッダ３８は、出口ヘッダ３８の長手方向の略中央部に配管経路５０ｂが接続される配管接続部３８ａを備えている。
一方、板状配管３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの他端側３６には、中間ヘッダ３７が接続され、中間ヘッダ３７は、入口ヘッダ３５及び出口ヘッダ３８と同様に、略円筒形状に形成され、中空構造を有している。

板状配管３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの近傍には、プレート３０の長手方向に沿って平行にヒータ４０が配列され、これによって、薄板状に形成されたプレート３０の内部で同一面内に媒体配管３３とヒータ４０とを一体に配列している。外気が低温の時などには、電池モジュール１の出力低下防止のために、電池セル１１を加熱する必要があり、電池セル１１の加熱時には、ヒータ４０に通電して冷却プレート３０を加熱し、この熱を電池セル１１に伝熱して加熱を行う構成となっている。

プレート３０の下方には、配管経路５０ａおよび配管経路５０ｂが備えられている。配管経路５０ａ，５０ｂは、Ｕ字形状に形成されて、プレート３０の長手方向に沿って蛇行している。配管経路５０ａの一端は、プレート３０の下側で媒体入口配管５１に連通し、その他端は、プレート３０に備えられた入口ヘッダ３５の配管接続部３５ａに接続されている。一方、配管経路５０ｂの一端は、プレート３０の下側で媒体出口配管５２に連通し、その他端は、プレート３０に備えられた出口ヘッダ３８の配管接続部３８ａに接続されている。

これらの構成によれば、電池モジュール１のケース３の内部に組電池１０と、この組電池１０を冷却／加熱する電池冷却／加熱構造２とをまとめて収容する構成としたため、電池モジュール１の取付け作業時に、ケース３から延出する媒体出入口配管５１，５２を冷媒配管５１ａ，５２ａに接続して備えることができ、電池モジュール１の取付け作業を簡易化することができる。
また、プレート３０の配管接続部３５ａ、３８ａに、プレート３０の下方に設けられた配管経路を有するトラップ５０を接続し、これらを全てケース３の内部にまとめて収容したため、ケース３の外部に凝縮した冷媒体を溜めるトラップ構造を設ける必要がなく、配管の引き回し作業性を向上させて、プレート３０内部に凝縮した冷媒体が溜まるのを防止することができる。これによって、プレート３０の加熱時の加熱効率を向上させることができる。

＜第二実施形態＞
図５は、登り坂に停車したハイブリッド自動車や電気自動車などの車両１００を示す。なお、以下の説明において、第一実施形態で説明したものは同一の符号を付し、その説明を省略する。
この実施形態では、図１の実施形態と比べて、トラップ４５の配置の位置が異なり、トラップ４５は、電池モジュール１の内部には配置されず、媒体入口配管５１ｃおよび媒体出口配管５２ｃに配置されている。
媒体入口配管５１ｃおよび媒体出口配管５２ｃは電池モジュール１に備えられたプレート３０に接続され、プレート３０と略平行に電池モジュール１から延出している。媒体入口配管５１ｃおよび媒体出口配管５２ｃは、電池モジュール１の下側で、電池モジュール１の底面の長手方向に沿って蛇行して設けられた配管経路４５ａ、４５ｂからなるトラップ４５に連通している。配管経路４５ａ、４５ｂは、電池モジュール１の前方で、トラップ４５よりも上方に設けられた冷媒配管５１ａ，５２ａに接続されている。

この構成によれば、冷媒配管内で再凝縮した冷媒体を溜めるトラップ４５を電池モジュール１の外側に設ける構成としたため、電池モジュール１を小型化して、電池モジュール１の設置性を向上させることができる。

＜第三実施形態＞
図６は、登り坂に停車したハイブリッド自動車や電気自動車などの車両１００を示す。なお、以下の説明において、第一実施形態で説明したものは同一の符号を付し、その説明を省略する。
車載空調用の冷凍サイクル７０は、圧縮機６１、凝縮器６２、レシーバタンク６８、減圧装置６３、熱交換器６５および蒸発器６４が冷媒管６０ａで接続されて構成されている。熱交換器６５と蒸発器６４の間にはバイパス配管７１が接続され、バイパス配管７１は、蒸発器６４の下流側で冷媒管６０に接続されている。バイパス配管７１は、第四開閉弁５７を備えている。また、蒸発器６４の冷媒入口には第五の開閉弁５８が備えられている。熱交換器６５は、冷凍サイクル７０において、減圧装置６３の下流に設けられ、低温低圧の液冷媒が流れる構成となっている。
また、熱交換器６５には、冷媒配管５１ｂ，５２ｂが接続され、冷媒配管５１ｂ，５２ｂには、プレート３０に連通する媒体出入口配管５１，５２が接続されて、電池モジュール１の冷却サイクル８１が形成されている。冷媒配管５１ｂには、ポンプ５が接続され、ポンプ５を介して冷却サイクル８１内の冷媒体が循環する。
これによって、冷凍サイクル７０を循環する冷媒と、電池モジュール１の冷却サイクル８１を循環する冷媒体とを熱交換器６５にて熱交換し、冷凍サイクル７０を循環する冷媒によって冷やされた低温の冷媒体を冷媒配管５１ｂ、５２ｂを介してプレート３０内を流動させ、プレート３０を冷却して、電池モジュール１の冷却を行っている。

つぎに、本実施形態の動作を説明する。
車室１０２内の冷房運転時には、ポンプ５の運転が停止され、冷房運転される。冷凍サイクル７０内を循環する冷媒は、圧縮機６１で圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、凝縮器６２で凝縮されて低温高圧の液冷媒となり、レシーバタンク６８を介して減圧装置６３で低温低圧の液冷媒となって、熱交換器６５を通って流れ、蒸発器６４で車室１０２の熱を吸収して蒸発し、再び蒸発器６１に吸入される。

冷房運転時にプレート３０の冷却をする必要がある時には、ポンプ５を駆動し、冷却サイクル８１内の冷媒体をプレート３０と熱交換器６５を通して循環させる。車載空調用の冷凍サイクル７０を循環する冷媒と、電池モジュール１の冷却サイクル８１を循環する冷媒体は、交換器６５で熱交換し、冷却サイクル８１を循環する冷媒体は低温となる。交換器６５を通って低温となった冷媒体はポンプ５を介してプレート３０内を流動し、プレート３０は冷却される。冷凍サイクル７０内を循環する冷媒は、熱交換器６５及び蒸発器６４で熱を吸収し、過熱状態で圧縮機６１に吸入される。

冷房運転の停止時に、プレート３０の冷却をする必要がある時には、第四開閉弁５７が開かれ、第五開閉弁５８が閉じられ、ポンプ５を駆動する。冷凍サイクル７０の圧縮機６１を駆動させると、冷媒が、凝縮器６２、レシーバタンク６８、第一減圧装置６３を介して熱交換器６５を通ってながれ、バイパス配管７１を通って、再び圧縮機６１に吸入される。また、冷却サイクル８１内の冷媒体は、プレート３０と熱交換器６５を通って循環し、熱交換器６５で冷凍サイクル７０内を循環する冷媒と熱交換して低温となる。

この構成によれば、冷房運手時に、車載空調用の冷凍サイクル７０を循環する冷媒体の一部を、電池の冷却サイクル８０に分流させることなく、車載空調用の冷凍サイクル７０を循環する冷媒と、電池モジュール１の冷却サイクル８１を循環する冷媒体とを熱交換器６５で熱交換させて、冷却サイクル８１を循環する冷媒体を低温にしてプレート３０内に流動させ、プレート３０の冷却を行うことができる。また、冷凍サイクル７０を循環する冷媒体は、熱交換器６５及び蒸発器６４を通ってながれ、圧縮機６１に吸入される前に過熱状態となるため、圧縮機６１において液圧縮が発生するのを防止することができ、冷凍サイクル７０のエネルギー効率を向上させることができる。
そのため、冷凍サイクル７０を循環する冷媒体の一部をプレート３０に分流させてプレート３０を冷却するのに比べて、冷凍サイクル７０の負荷を低減できるだけではなく、冷凍サイクル７０のエネルギー効率を向上させて、効率良くプレート３０の冷却を行うことができる。
また、冷房運転の停止時に、プレート３０の冷却をする必要があるときには、冷凍サイクル７０内の冷媒は、バイパス配管７１を通って、蒸発器６４をバイパスして流れるため、車室１０２内の熱が吸収されることがなく、不必要に車室１０２内に冷風が送られることがない。

＜第四実施形態＞
図７は、登り坂に停車したハイブリッド自動車や電気自動車などの車両１００を示す。なお、以下の説明において、第一実施形態、第二実施形態、あるいは第三実施形態で説明したものは同一の符号を付し、その説明を省略する。
この実施形態では、図６の実施形態と比べて、トラップ４６の配置の位置が異なり、トラップ４６は、電池モジュール１の内部には配置されず、媒体入口配管５１ｃおよび媒体出口配管５２ｃに配置されている。
媒体入口配管５１ｃおよび媒体出口配管５２ｃは、電池モジュール１に備えられたプレート３０に接続され、プレート３０と略平行に電池モジュール１から延出している。媒体入口配管５１ｃおよび媒体出口配管５２ｃは、電池モジュール１の外側で、配管経路４６ａ、４６ｂに接続されている。配管経路４６ａ、４６ｂは、略Ｕ字形状に形成され、その一端は、媒体入口配管５１ｃおよび媒体出口配管５２ｃに接続され、他端は冷媒配管５１ｂ，５２ｂに接続されて、それぞれの接続部から略垂直に下方に延びて、トラップ４６を形成している。

この構成によれば、冷媒体を溜めるトラップ４６を電池モジュール１の外側に設ける構成としたため、電池モジュール１を小型化して、電池モジュール１の設置性を向上させることができる。

ところで、第三実施形態及び第四実施形態においては、冷却サイクル８１を循環する冷媒体の温度を熱交換器６５及びプレート３０で変化させて、冷媒体の顕熱を用いてプレート３０の冷却を行っている。プレート３０をヒータ４０で加熱した際には、プレート３０内の冷媒体が高温となり比重が低下する。比重が低下した冷媒体は、トラップ５０（図３）或いは４６が備えられていない場合には、媒体出入口配管５１，５２のどちらか一方から上昇し、プレート３０を出ていく。それにともない、他方の媒体入口配管５１或いは媒出口配管５２から低温の冷媒体がプレート３０内に入ってくる。そのため、プレート３０の加熱効率が低下する。
第三実施形態及び第四実施形態においては、プレート３０に連通し、プレート３０の下方にトラップ５０或いはトラップ４６が備えられているため、プレート３０の加熱によってプレート３０内の冷媒体の比重が低下しても、トラップ５０或いはトラップ４６によって冷媒体の移動を防ぐことができ、加熱効率を低下させない構成となっている。

＜第五実施形態＞
図８は、下り坂に停車したハイブリッド自動車や電気自動車などの車両１００を示す。なお、以下の説明において、第一実施形態あるいは第二実施形態で説明したものは同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態に係る冷凍サイクル９０は、車載空調用の冷凍サイクルではなく、電池冷却／加熱構造２に専用に備えられた冷凍サイクル９０である。冷凍サイクル９０は、後部座席１０２後方の床下に備えられた電池モジュール１に隣接し、トランクルーム１０４の床下等に設置されている。この構成によれば、冷凍サイクル９０を電池冷却／加熱構造２に隣接して配置して配管を短くすることができ、冷媒配管の引き回し作業効率を向上させるとともに、配管における熱損失を低減し、電池冷却／加熱構造２の冷却効率を向上させることができる。

冷凍サイクル９０は、圧縮機７１、凝縮器７２、減圧装置７３が、プレート３０に配管接続されている。減圧装置７３は、冷媒配管５１ｃを介してプレート３０に接続され、プレート３０は、冷媒配管５２ｃを介して圧縮機７１に接続されている。プレート３０は、冷凍サイクル９０において蒸発器の役割を果たし、プレート３０に低温の冷媒体を流してプレート３０を冷却することができる。冷媒配管５１ｃ、冷媒配管５２ｃは、配管経路４７ａ、４７ｂに接続され、配管経路４７ａ、４７ｂは電池モジュール１の下方に設けられたトラップ４７を形成している。

これらの構成によれば、プレート３０は、車載空調用の冷凍サイクル６０（７０）ではなく、専用の冷凍サイクル９０を用いて冷却することができるため、例えば外気温度が車載空調用の冷凍サイクル６０（７０）を運転する必要がない場合に、電池モジュール１の冷却のために車載空調用の高出力の圧縮機６１を駆動させる必要がない。電池モジュール１の冷却時には、専用の冷凍サイクル９０の低出力の圧縮機７１を駆動させてプレート３０を冷却することができるため、車載空調用の冷凍サイクル６０（７０）の圧縮機６１を駆動させてプレート３０の冷却をするのに比べて、車両１００の総合的なエネルギー効率を向上させることができる。また、冷凍サイクル６０（７０）の負荷を低減することができるため、外気温度が高い時には、車室１０２の空調効率を低減することなく、プレート３０を冷却することができる。
また、本構成において、トラップ４７は、第一の実施形態で説明したように、電池モジュール１の内部に備えられている構成としても良い。

以上説明したように、本実施形態によれば、媒体配管３３及びヒータ４０を一体化したプレート３０を電池１１セルに当接し、媒体配管３３に冷媒体を流して電池セル１１を冷却し、ヒータ４０に通電して電池１０を加熱する電池冷却／加熱構造２において、プレート３０の媒体の出入り口である配管接続部３５ａ、３８ａにプレート３０よりも低い配管経路４７ａ，４７ｂを有するトラップ４７を配置したため、プレート３０の媒体配管３３内に残っている冷媒体が、車両１００の停止時に電池セル１１の熱によって蒸発し、プレート３０の外部に排出されて、プレート３０の外部で冷やされ再凝縮しても、再凝縮した冷媒体は媒体配管３３には戻らず、プレート３０よりも低い配管経路５０ａ，５０ｂを有すトラップ５０内に溜まる。また、プレート３０を加熱する際に、プレート３０の媒体配管３３内に残っている冷媒体がヒータ４０の熱で蒸発し、プレート３０の外部に排出されて、プレート３０の外部で冷やされ、再凝縮しても、再凝縮した冷媒体は媒体配管３３には戻らず、プレート３０よりも低い配管経路５０ａ，５０ｂを有すトラップ５０内に溜まる。そのため、冷媒体がプレート３０の媒体配管３３内に溜まり、プレートの加熱時にこの冷媒体が熱負荷となることがない。これによって、プレート３０を効率良く加熱して、電池セル１１に伝熱することができ、電池セル１１の加熱効率を向上することができる。

また、本実施形態によれば、車載空調用の冷凍サイクル６０に備えられた蒸発器６１と並列にプレート３０を配管接続したため、冷凍サイクル６０を循環する冷媒体の一部を分流して低温の冷媒体を直接プレート３０の媒体配管３３内に流すことができる。そのため、車載空調用の冷凍サイクル６０に、プレート３０を並列に接続するという簡単な構造でプレート３０を素早く冷却して、電池セル１１の冷却を行うことができる。

また、本実施形態によれば、車載空調用の冷凍サイクル７０の低温部に熱交換器６５を設け、この熱交換器６５にプレート３０を配管接続したため、車載空調用の冷凍サイクル７０を循環する冷媒体の一部を電池モジュール１の冷却サイクル８１に分流させることなく、車載空調用の冷凍サイクル７０を循環する冷媒と、冷却サイクル８１を循環する冷媒体とを熱交換器６５で熱交換させて、冷却サイクル８１を循環する冷媒体を低温にし、この冷媒体を用いて、プレート３０の冷却を行うことができる。そのため、冷凍サイクル７０を循環する冷媒体は、熱交換器６５及び蒸発器６４を通ってながれ、圧縮機６１に吸入される前に過熱状態となるため、圧縮機６１において液圧縮が発生するのを防止することができ、冷凍サイクル７０のエネルギー効率を向上させることができる。これによって、冷凍サイクル７０を循環する冷媒体の一部をプレート３０に分流させてプレート３０を冷却するのに比べて、冷凍サイクル７０の負荷を低減できるだけではなく、冷凍サイクル７０のエネルギー効率を向上させて、効率良くプレート３０の冷却を行うことができる。

また、本実施形態によれば、電池冷却／加熱構造２は、専用の冷凍サイクル９０を備え、冷凍サイクル９０は、圧縮機７１、凝縮器７２、減圧装置７３が、プレート３０に配管接続されている。これによって、冷凍サイクル９０においては、プレート３０は、蒸発器の役割を果たす。冷凍サイクル９０の圧縮機７１は、プレート３０に流す冷媒だけを圧縮するために備えられるため、車載空調用の冷凍サイクル６０，７０に備えられる圧縮機６１に比べて低出力のものであり、駆動に必要な電力が少ない。そのため、例えば外気温度が車載空調用の冷凍サイクル６０（７０）を運転する必要がない場合には、冷凍サイクル９０のみを運転させてプレート３０の冷却を行うことができ、車両１００の総合的なエネルギー効率を向上させることができる。また、外気温度が高い時に、冷凍サイクル６０、７０に負荷をかけることなくプレート３０の冷却を行うことができ、車両１００の空調効率を低減することがない。
また、冷凍サイクル９０と電池冷却／加熱構造２とを隣接させて備えることができるため、冷凍サイクル９０と電池冷却／加熱構造２とを接続する配管を短くすることができ、冷媒配管の引き回し作業効率を向上させるとともに、配管における熱損失を低減し、電池冷却／加熱構造２の冷却効率を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、複数の電池セル１１を組み付けて組電池１０を形成し、組電池１０を側板３ａ、底板３ｂを備えたケース３の内部に収納して電池モジュール１を形成し、ケース３の内側に、媒体配管３３及びヒータ４０を一体化した、各電池セル１１に当接するプレート３０を配置し、プレート３０の媒体出入口配管５１，５２をケース３の上方に延出し、プレート３０の媒体の出入り口である配管接続部３５ａ、３８ａにプレート３０よりも低い配管経路５０ａ，５０ｂを有するトラップ５０を配置したため、ケース３の内部に凝縮した冷媒体を溜めるトラップ構造を設けて、ケース３の外部で配管の引き回しに考慮することなく、プレート３０の媒体配管３３に冷媒体が溜まり加熱時にこれが熱負荷となることを防止することができるため、電池モジュール１の配管の引き回し作業性を向上させるとともに、プレート３０を効率よく加熱して、電池セル１１の加熱効率を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、媒体配管３３は、複数の板状配管３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを備え、それぞれの板状配管３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄは、その内部に媒体が流れる複数の媒体流路３２を備え、板状配管３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの一端はトラップ５０が連通する入口ヘッダ３５或いは出口ヘッダ３８に接続され、板状配管３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄのそれぞれの両脇にはヒータ４０が配置されているため、複数の媒体流路３２を有するマルチパス方式の熱交換器であるプレート３０は、この媒体流路３２に冷媒体を流し、効率よくプレート３０の冷却を行うことができる。また、複数の媒体流路３２は、トラップ５０に連通する入口ヘッダ或いは出口ヘッダで合流するため、媒体流路３２内の冷媒体は一度蒸発した後、再凝縮してトラップ５０内に溜められ、媒体流路３２内には再凝縮した冷媒体が溜まることがないため、媒体配管３３内に冷媒体が溜まり加熱時にこれが熱負荷となることを防止することができ、プレート３０を効率よく加熱することができる。また、板状配管３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄのそれぞれの両脇にプレート３０の長手方向に沿ってヒータ４０を配置したため、プレート３０の加熱時には、ヒータ４０を用いて、プレート３０のプレート面３０ａをむらなく均一に加熱することができ、電池セル１１の加熱効率を向上することができる。

以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本実施形態では、トラップ５０を構成する配管経路５０ａ，５０ｂは、Ｕ字形状に形成したが、これに限らず、配管経路５０ａ，５０ｂを、配管をプレート３０と略平行に配管を複数回蛇行させて設ける構成としても良い。その他の配管構成等についても任意に変更可能であることは勿論である。

１ 電池モジュール
２ 電池冷却／加熱構造
３ ケース
３ａ 側板
３ｂ 底板
３ｃ 蓋
１０ 組電池（電池）
１１ 電池セル（電池）
３０ プレート
３３ 媒体配管
３５ａ、３８ａ 配管接続部（媒体の出入り口）
４０ ヒータ
５０ トラップ
５０ａ、５０ｂ 配管経路
５１ 媒体入口配管
５２ 媒体出口配管
６０、７０、９０ 冷凍サイクル
６１、７１ 圧縮機
６２、７２ 凝縮器
６３、７３ 減圧装置
６４ 蒸発器
６５ 熱交換器
１００ 車両

Claims (6)

1. 媒体配管及びヒータを一体化したプレートを電池に当接し、媒体配管に冷媒体を流して電池を冷却し、ヒータに通電して電池を加熱する電池冷却／加熱構造において、前記プレートの媒体の出入り口に該プレートよりも低い配管経路を有するトラップを配置したことを特徴とする電池冷却／加熱構造。
2. 車載空調用の冷凍サイクルを備え、
   該冷凍サイクルの蒸発器と並列に前記プレートが配管接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電池冷却／加熱構造。
3. 車載空調用の冷凍サイクルを備え、
   該冷凍サイクルの低温部に設けた熱交換器に前記プレートが配管接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電池冷却／加熱構造。
4. 専用の冷凍サイクルを備え、
   該冷凍サイクルの蒸発器の代わりに前記プレートが配管接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電池冷却／加熱構造。
5. 複数の電池セルを組み付けて電池を形成し、前記電池を側板、底板を備えたケースの内部に収納して形成した電池モジュールにおいて、
   前記ケースの内側に、媒体配管及びヒータを一体化した、各電池セルに当接するプレートを配置し、前記プレートの媒体の出入り口配管を上方に延出し、前記プレートの媒体の出入り口に該プレートよりも低い配管経路を有するトラップを配置したことを特徴とする電池モジュール。
6. 前記媒体配管は、複数の板状配管を備え、それぞれの板状配管は、その内部に媒体が流れる複数の媒体流路を備え、その一端は前記トラップが連通する入口ヘッダ或いは出口ヘッダに接続され、近傍には前記ヒータが配置されて備えられていることを特徴とする請求項５に記載の電池モジュール。

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