JP2011049137A

JP2011049137A - 組電池

Info

Publication number: JP2011049137A
Application number: JP2010016599A
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】電池温度均一化を図るとともに、各素電池を十分に冷却又は加温することのできる組電池を提供する。
【解決手段】複数の電池モジュール１０を互いに冷却用のプレート２０を挟んで成した組電池１００において、前記プレート２０と前記電池モジュール１０との間に設けられる熱伝導性を有する絶縁シートと、前記プレート２０内に設けられ少なくとも冷媒圧縮機を有する冷媒回路を循環する冷媒が流れる冷媒流路とを備え、前記冷媒流路は複数の円筒状若しくは多角形上の直線流路を単一平面上に一列に並べて構成したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電池を配列して組みにした組電池に関し、ハイブリッド自動車（Hybrid Electric Vehicle；ＨＥＶ）や電気自動車（Electric Vehicle；ＥＶ）に搭載しても好適な組電池に関する。

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（セル）を配列して、相互に電気的に接続して組に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。また、外気温が低下している場合には、組電池を加温して動作温度を安定化させることが望ましい。そこで、第一熱交換面部と第二熱交換面部とを備えた伝熱プレートを組電池と一体的に構成し、第一熱交換面部と第二熱交換面部との熱交換作用下に各電池の冷却又は加温することが行われている（例えば、「特許文献１」参照）。

特開平８−１４８１８７号公報

ところで、組電池を構成する素電池（電池モジュール）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。また、各電池を冷却する際に、組電池内部で温度分布が生じるのは好ましくない。

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、第一熱交換面部は第二熱交換面部との交差面において、第二熱交換面部と熱交換を行い、第二の熱交換面部から伝えられた熱を各素電池に伝える構成としている。第一熱交換面部と第二熱交換面部との交差面は、第一熱交換面部の厚み幅に相当する面積しかない。また、第一熱交換面部と第二熱交換面部の交差面は、第一熱交換面部の一側端側となっている。このため、第二熱交換面部を冷却又は加温した場合、第一熱交換面部の一側端側から他側端側との間で温度分布が生じる可能性がある。

従って、上記特許文献１に記載の技術では、第一熱交換面部を介して、各素電池を均一に冷却又は加温することができず、発熱密度が増加した場合に、十分な冷却を行えない可能性がある。

本発明の課題は、電池温度均一化を図るとともに、各素電池を十分に冷却又は加温することのできる組電池を提供することにある。

本発明の第一態様は、複数の電池モジュールを互いに冷却用のプレートを挟んで成した組電池において、前記プレートと前記電池モジュールとの間に設けられる熱伝導性を有する絶縁シートと、前記プレート内に設けられ少なくとも冷媒圧縮機を有する冷媒回路を循環する冷媒が流れる冷媒流路とを備え、前記冷媒流路は複数の円筒状若しくは多角形上の直線流路を単一平面上に一列に並べて構成したことを特徴とするものである。

上記構成によれば、互いの間に絶縁して挟まれたプレートに冷媒を流通させて、各電池を当該プレートを挟む面、すなわち電池の配列方向と交差する面において直接冷却又は加温することができる。また、当該プレートを挟む互いに隣接する二つの電池を一つのプレートにより一方の面から冷却又は加温することができる。この様に、冷媒を直接各電池間に流通させることができるため、プレートの一側端側から熱を伝える構成と比して、各電池の電池温度均一化を図ることができ、組電池を構成する各素電池を十分に冷却又は加温することができる。

ここで、冷媒は液体又は気液二相の流体であることが好ましい。この様な液体又は気液二相の流体として例えば、フロン、ＣＯ_２等の自然冷媒、ＨＦＣ等、顕熱を主利用する冷媒、例えば、水、不凍液等を用いることができる。液体又は気液二相の流体を電池間にプレートを介して流通させる場合は、電池間に風路を形成して空気を流通させて空冷により電池を冷却する構成とは異なり送風ファンを用いる必要がない。また、電池間を空気が通る際の風切り音が発生することもない。従って、電池の冷却又は加温時に静音化を図ることができる。また、発熱密度が増加した場合、空冷による冷却方法では電池間に流通させる空気量を増加させるべく、ダクトを大型化する必要がある。これに対して、液体又は気液二相の流体を冷媒をプレートを介して電池間に流通させる構成とした場合は、発熱密度が増加した場合でも組電池を冷却するための構成をコンパクトにすることができる。

また、プレートは冷媒を流通させる冷媒流路が複数並設されたマルチパス方式の熱交換プレートであることが好ましい。冷媒流路を複数並設することで、プレート内部で冷媒を蛇行させるワンパス方式の場合に比して冷媒流路の流路長を短くすることができ、冷媒流路の入口側と出口側との間で冷媒の温度分布が生じるのを防止して、各電池をより均一に冷却又は加温することができる。

第二態様は、前記プレートの冷媒流路は、前記圧縮機冷媒を前記プレートの一端縁側から前記プレートの他側端縁側に流す複数の冷媒体流路を備える第一のプレート部と、この第一のプレート部から出た圧縮冷媒を前記他側端縁側から前記一端縁側に流す複数の冷媒体流路を備える第二のプレート部と、を備えたことを特徴とするものである。

上記構成によれば、各プレートの一端縁側に配置された入口管及び出口管で、各プレートを連結することにより、各プレートの他側端縁側に冷媒を入出するための配管を設ける必要がない。従って、組電池のメンテナンス作業時等に、冷媒を流通するための入口管や出口管を取り外すことなく、各プレートの他側端縁側から各電池の出し入れを容易に行うことができる。また、連結部材等を設けずとも、各プレートを入口管及び出口管で互いに連結することができる。

第三の態様は、前記冷媒流路は前記圧縮冷媒を水平方向に流通させるように成され、前記第一のプレート部は前記第二のプレート部の鉛直方向下方に配置されることを特徴とするものである。

上記構成によれば、冷媒を各プレートに流通させ、各プレート内で蒸発させることにより、冷媒の潜熱を利用して各電池をプレートを挟む側面において直接冷却することができ、顕熱を利用する場合に比して少ない流量で効率よく冷却することができる。ここで、冷媒を各プレート内で凝縮可能としてもよいのは勿論である。冷媒を各プレート内で凝縮させることにより、各電池を加温することができる。

第四態様は、前記圧縮冷媒は車載された冷媒圧縮機で圧縮された冷媒であり、この冷媒は当該冷媒の蒸発作用にて車内を冷房する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ものである。

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組電池をプレートを介して、各電池の電池温度均一化を図るとともに、各電池を十分に冷却又は加温することができる。

第五態様は、前記分岐した圧縮冷媒の供給量は前記プレートを経た後の冷媒の温度に基づいて決められること特徴とする請求項４に記載の組電池。

上記構成を備えることによって、電池の発熱に見合った冷却が行えるようになり効率よく組電池の冷却が行うことができる。

第六形態は、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プレートに供給する制御部を有することを特徴とするものである。

上記構成を備えることによって、充電もしくは放電を行い組電池が発熱する可能性がある場合に効率よく冷却が行えるものである。

第七形態は、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圧縮冷媒の供給量を補正するものである。

上記構成を備えることによって、組電池の電流の変化から温度の上昇をとらえた組電池の冷却を行うことができるものである。

本発明によれば、各電池の電池温度均一化を図るとともに、各電池を十分に冷却又は加温することができる。

本実施の形態の組電池の構成を示す斜視図である。本実施の形態の組電池の構成を示す側面図である。本実施の形態の組電池の一部を示す上面図である。本実施の形態の組電池の一部を示す斜視断面図である。本実施の形態の熱交冷却プレートの構成及び冷媒の流れを説明するための図である。本実施の形態の組電池の冷却システムの構成図である。本実施の形態の組電池の冷却・加温システムの構成図である。素電池の片面にのみ熱交換プレートが設けられた組電池の構成を示す側面図である。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の実施形態について説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る組電池１００の構成を示す斜視図であり、図２は組電池１００の側面図である。また、図３は組電池１００の一部を示す上面図であり、図４は組電池１００の一部を示す側断面図である。図１〜図４に示す組電池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組電池１００であり、車両駆動用電動機に需給電する電力を蓄えている。組電池１００は、複数の素電池１０（電池、電池セル）を互いの間に熱交換プレート２０（プレート）と、絶縁性と熱伝導性とを有する絶縁性熱伝導シート３０（絶縁材）とを挟んで配列し、各素電池（電池モジュール）１０を電気的に互いに接続したものである（但し、図１、図２及び図４において、絶縁性熱伝導シート３０は図示略している）。

各素電池１０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。各素電池１０の上面１１には端子１２が設けられている。図１〜図４に示す様に、組電池１００は上記の様な複数の角型の素電池１０を図中矢印Ａで示す素電池１０の短尺幅方向に積層して配列し、図示しない固定枠等で結束することで、略直方形状に構成されている。

図３に示す様に、絶縁性熱伝導シート３０は各素電池１０の側面１３と、熱交換プレート２０との間に設けられている。この絶縁性熱伝導シート３０により、各素電池１０及び熱交換プレート２０との絶縁が図られており、各素電池１０と、熱交換プレート２０とが隙間なく密接されている。

なお、上述した様に、図中矢印Ａで示す方向を素電池１０の短尺幅方向とすると共に、素電池１０の配列方向とし、図中矢印Ｂで示す素電池１０の底面１４と上面１１とを結ぶ方向を鉛直方向とする。また、素電池１０の長尺幅方向、すなわち、素電池１０の配列方向に直交する方向を図中矢印Ｃで示す。

本実施の形態の熱交換プレート２０は薄板状に形成されており、熱交換プレート２０のプレート面２１の両面はそれぞれ熱交換面となっている。各素電池１０の配列方向両側の側面１３にそれぞれ熱交換プレート２０が絶縁性熱伝導シート３０を介して当接されている。

図５は、熱交換プレート２０の構成及び熱交換プレート２０内の冷媒の流れを説明するための図である。図１、図２、図４及び図５に示す様に、各熱交換プレート２０は、冷媒が流入される入口側ヘッダー部２４（第一のヘッダー部）が設けられた第一のプレート部２５と、冷媒が流出する出口側ヘッダー部２６（第二のヘッダー部）が設けられた第二のプレート部２７とを備えている。第一のプレート部２５と第二のプレート部２７とは他側端縁２３側において接続ヘッダー部２８により冷媒を流通可能に連結されている。入口側ヘッダー部２４、出口側ヘッダー部２６及び接続ヘッダー部２８はそれぞれ円筒形状を呈し、第一のプレート部２５及び第二のプレート部２７に設けられる冷媒流路２９に連結されている。なお、冷媒流路２９については後述する。

図５に示す様に、入口側ヘッダー部２４、出口側ヘッダー部２６及び接続ヘッダー部２８は熱交換プレート２０を素電池１０間に介在させて配列した場合、それぞれ素電池１０の一側端縁１５（一端縁）および他側端縁１６（他端縁）の外側に配置される。入口側ヘッダー部２４、出口側ヘッダー部２６及び接続ヘッダー部２８を素電池１０の一側端縁１５および他側端縁１６の外側に配置するため、各熱交換プレート２０のプレート面２１の一側端縁２２と他側端縁２３との間の長さＷ１は、各素電池１０の側面１３の一側端縁１５と他側端縁１６との間の長さＷ２以上となっている。また、入口側ヘッダー部２４、出口側ヘッダー部２６及び接続ヘッダー部２８の内径は、各熱交換プレート２０の厚みよりも大きく、さらに、互いに隣接する素電池１０の側面１３間の長さよりも大きく形成されている。

各熱交換プレート２０のプレート面２１の高さＨ１は、各素電池１０の側面１３の高さＨ２と略同じ高さとすることが好ましい。各素電池１０の側面１３の略全面を熱交換プレート２０のプレート面２１全面で冷却して、電池温度均一化を図るためである。

入口側ヘッダー部２４と出口側ヘッダー部２６とを連結した高さと、接続ヘッダー部２８の高さとは素電池１０の高さＨ２と略等しく、第一のプレート部２５と第二のプレート部２７とは、入口側ヘッダー部２４、出口側ヘッダー部２６及び接続ヘッダー部２８により支持される。但し、入口側ヘッダー部２４と出口側ヘッダー部２６とを連結した高さ及び接続ヘッダー部２８の高さは等しく、各熱交換プレート２０のプレート面２１の高さＨ１以上とする。

図１及び図５に示す様に、冷媒入口管４１（入口管）は入口側ヘッダー部２４の中央位置よりも鉛直方向下方において、各入口側ヘッダー部２４に連結されている。また、冷媒出口管４２（出口管）は出口側ヘッダー部２６の中央位置よりも鉛直方向上方において、各出口側ヘッダー部２６に連結されている。冷媒入口管４１を入口側ヘッダー部２４の中央位置よりも鉛直方向下方にオフセットを取って連結し、冷媒出口管４２を出口側ヘッダー部２６の中央位置よりも鉛直方向上方にオフセットを取って連結することにより、均一な液相分流、気相排出を行うことができる。

図４及び図５に示す様に、第一のプレート部２５部及び第二のプレート部２７はそれぞれ冷媒を流通するための冷媒流路２９（２９Ａ、２９Ｂ）が設けられている。本実施の形態において、第一のプレート部２５及び第二のプレート部２７は、冷媒流路２９が複数並設されたマルチパス方式の熱交換器を用いて構成されている。図４及び図５に示す様に、各冷媒流路２９は各素電池１０の側面１３に沿って矢印Ｃで示す水平方向に冷媒を流通させる様に形成されている。各冷媒流路２９の流路は素電池１０の側面１３の一側端縁１５と他側端縁１６との間の長さ以上に形成される。

図４に示す様に、第一のプレート部２５及び第二のプレート部２７は、極細小径（例えば、内径２ｍｍ以下）の冷媒流路２９が熱交換プレート２０ａ内部に複数並設されたマルチパス方式の扁平多孔管（マイクロチューブ型）の熱交換器を用いて構成されている。

図５に示す様に、冷媒入口管４１を介して入口側ヘッダー部２４に流入した冷媒は、矢印Ｄで示す様に、第一のプレート部２５に形成された第一の冷媒流路２９Ａに分流する。各第一の冷媒流路２９Ａに分流した冷媒は熱交換プレート２０の一側端縁２２側から他側端縁２３側に流れる。他側端縁２３に達した冷媒は、矢印Ｅに示す様に、各第一の冷媒流路２９Ａから接続ヘッダー部２８に流出する。そして、矢印Ｆで示す様に、接続ヘッダー部２８に流入した冷媒は、第二のプレート部２７に設けられた各第二の冷媒流路２９Ｂに分流する。各第二の冷媒流路２９Ｂにおいて、他側端縁２３側から一側端縁２２側に向けて流れた冷媒は、矢印Ｇに示す様に、出口側ヘッダー部２６において合流し、冷媒出口管４２に流出する。

本実施の形態では、熱交換プレート２０は蒸発器として機能しており、熱交換プレート２０内で冷媒を蒸発可能に構成されている。この様に、液相の比率の高い冷媒を熱交換プレート２０に流入させ、気相の比率の高い冷媒を熱交換プレート２０から流出させる構成とした場合、液相は気相よりも下部を流れるため、冷媒が流入する第一のプレート部２５部を冷媒が流出する第二のプレート部２７よりも鉛直方向下方に配置することが好ましい。入口側ヘッダー部２４から第一のプレート部２５に流入する液相の比率の高い冷媒の各第一の冷媒流路２９Ａへの分流を促進するためである。また、入口側ヘッダー部２４において、冷媒入口管４１を中央位置よりも鉛直方向下方にオフセットを取って連結することにより、各第一の冷媒流路２９Ａの冷媒の分流を促進することができる。

各熱交換プレート２０は、冷媒入口管４１及び冷媒出口管４２を介して図６に示す圧縮機４３、凝縮器４４、減圧器４５に接続されて、これらと共に組電池１００を冷却するための冷却システム４０を構成している。この様に構成された冷却システム４０において、圧縮機４３により圧縮された冷媒は、凝縮器４４において凝縮されて減圧器４５に送られる。減圧器４５に膨張した冷媒は各熱交換プレート２０内を流通する。そして、各熱交換プレート２０内を流通する冷媒は、絶縁性熱伝導シート３０を介して当接する素電池１０の側面１３と熱交換を行うことにより蒸発し、これにより各素電池１０は冷却される。一方、各素電池１０と熱交換を行うことにより、蒸発して気相となった冷媒は圧縮機４３に吸入される。

以上説明した上記実施の形態によれば、互いの間に絶縁性熱伝導シート３０により絶縁して挟まれた熱交換プレート２０に冷媒を流通させて、各素電池１０の側面１３を直接冷却することができる。また、熱交換プレート２０のプレート面２１の両面が熱交換面とされており、一つの熱交換プレート２０によりプレート面２１の両側に当接される二つの素電池１０の一方の側面１３の側から冷却することができる。また、本実施の形態では、各素電池１０は配列方向の両側に熱交換プレート２０が配置されているため、各素電池１０を配列方向の両側から熱交換プレート２０により冷却することができる。この様に、各素電池１０の側面１３の略全面に当接された熱交換プレート２０を介して冷媒を直接各素電池１０間に流通させることができるため、熱交換プレート２０の一側端縁２２側から伝熱作用により熱を伝える構成と比して、各素電池１０の電池温度均一化を図ることができ、組電池１００を構成する各素電池１０を十分に冷却することができる。

また、互いに隣接して配列された素電池１０間に熱交換プレート２０を介して冷媒として、液体又は気液二相の冷媒を流通させる構成としているため、素電池１０間に風路を形成して空冷により電池を冷却する構成とは異なり送風ファンを用いる必要がない。また、素電池１０間を空気が通る際の風切り音も発生しない。従って、組電池１００の冷却時の静音化を図ることができる。また、各素電池１０の発熱密度が増加した場合、空冷による冷却方法では素電池１０間に流通させる空気量を増加させるべく、ダクトを大型化する必要がある。これに対して、冷媒として冷媒をプレートを介して素電池１０間に流通させる構成とした場合は、発熱密度が増加した場合でも組電池１００を冷却するための冷却システム４０の構成をコンパクトにすることができる。

また、上記実施の形態では、熱交換プレート２０として、前出の扁平多孔管の熱交換器を用いて構成されている。これにより、熱交換面積を広くとった場合でも、熱交換プレート２０の厚みを薄くすることができ、互いに隣接する素電池１０間に熱交換プレート２０を挟んで配列した場合でも、組電池１００をコンパクトに構成することができる。

また、上記実施の形態では、冷媒流路２９を複数並設したマルチパス方式の熱交換器を用いて熱交換プレート２０を構成しているので、熱交換プレート２０内部で冷媒を蛇行させるワンパス方式の場合に比して冷媒の流路長を短くすることができる。これにより、熱交換プレート２０内で冷媒の温度分布が生じるのを防止して、熱交換プレート２０に絶縁性熱伝導シート３０を介して当接された各素電池１０を均一に冷却することができる。

さらに、第一のプレート部２５と第二のプレート部２７において、冷媒流路２９内を冷媒が流れる方向を逆方向とすることで、マルチパス方式とした場合でも、冷媒入口管４１と冷媒出口管４２とを熱交換プレート２０の一端縁側において連結することができる。

また、上記実施の形態では、水平方向に冷媒流路２９を複数設け、第一のプレート部２５部と第二のプレート部２７とにおいて、冷媒流路２９において冷媒を流通させる方向を互いに異なる方向としている。これにより、各熱交換プレート２０の一側端縁側において冷媒入口管４１と、冷媒出口管４２とを接続することができ、他側端縁２３側に冷媒を入出するための配管を配置する必要がない。従って、組電池１００のメンテナンス作業時等に、冷媒入口管４１や冷媒出口管４２を取り外すことなく、各熱交換プレート２０の他側端縁２３側から各素電池１０の出し入れを容易に行うことができる。また、各熱交換プレート２０を連結するための連結部材を特に設けずとも、各熱交換プレート２０を冷媒入口管４１及び冷媒出口管４２で互いに連結することができる。

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、冷媒として車両に搭載され、車室内の空調を行う車両用空気調和装置の冷凍サイクルを流れるＨＦＣ等の冷媒を用いた例を説明したが、冷媒はこれに限定されるものではない。例えば、ＨＦＣ以外の冷媒を用いてもよいのは勿論であるし、水を用いてもよい。また、冷媒は、水や冷媒等の潜熱を利用して、素電池１０を冷却又は加温する構成であってもよいし、素電池１０の電池温度に応じて冷却及び加温を切り換え可能に行う構成としてもよい。

素電池１０の電池温度に応じて、冷却及び加温を切り換え可能に行う構成として、例えば、図７に示す冷却・加温システム４０Ａを用いることができる。図７に示す冷却・加温システム４０Ａは、圧縮機４３の吐出側に四方弁４６を介して熱源側熱交換器４７を接続し、圧縮機４３の吸込側にアキュムレータ４８、四方弁４６を介して利用側熱交換器として熱交換プレート２０を接続する構成としている。なお、図７において、図６と略同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。

図７に示す組電池１００の冷却・加温システム４０Ａでは、四方弁４６を切り換えることにより、素電池１０の冷却又は加温を行うことができる。素電池１０を冷却する場合には、図７に示す実線矢印の方向に冷媒が流れるように、四方弁４６が切り換えられる。圧縮機４３から吐出された高圧の冷媒は、四方弁４６を経て熱源側熱交換器４７に達し、熱源側熱交換器４７において凝縮されて減圧器４５に送られる。減圧器４５で膨張されて利用側熱交換器としての熱交換プレート２０に流入した冷媒は、熱交換プレート２０において蒸発することにより、上記実施の形態と同様に素電池１０を冷却する。

一方、素電池１０を加温する場合には、図７に示す破線矢印の方向に冷媒が流れるように、四方弁４６が切り換えられる。圧縮機４３から吐出された高圧の冷媒は、利用側熱交換器としての熱交換プレート２０に送られ、熱交換プレート２０において凝縮することにより、熱交換プレート２０に当接された素電池１０を加温する。熱交換プレート２０で凝縮した冷媒は、減圧器４５で膨張して熱源側熱交換器４７に流入し、熱源側熱交換器４７で蒸発した後、四方弁４６を介してアキュムレータ４８に送られ、圧縮機４３の吸込み側に戻される。

また、冷媒の潜熱を利用して素電池１０の冷却又は加温を行う形態に代えて、水や不凍液等を冷媒とし、これらの顕熱を利用して、素電池１０を冷却又は加温する構成であってもよい。この場合も、素電池１０の電池温度に応じて冷却及び加温を切り替え可能に行う構成とすることができる。冷媒の顕熱を利用して素電池１０の冷却又は加温を行う場合、冷媒の相変化が起こらないため、熱交換プレート２０を樹脂等の絶縁材料を用いて構成することができる。冷媒の潜熱を利用して素電池１０の冷却又は加温を行う構成に比して、熱交換プレート２０に要求される内圧耐性が低下するためである。樹脂製の熱交換プレート２０を用いた場合、熱交換プレート２０の他に絶縁材を用いずとも、プレートにより絶縁することができる。

また、上記実施の形態では、熱交換プレート２０の内部で冷媒を蒸発させるため、熱交換プレート２０はアルミ等の金属材料を用いて構成される。この場合、上述した通り、素電池１０との絶縁を図るため、絶縁性熱伝導シート３０を熱交換プレート２０と素電池１０との間に介在させている。しかしながら、例えば、熱交換プレート２０が絶縁材料を用いて構成することができる場合、絶縁性熱伝導シート３０を介在させなくてもよいのは勿論である。また、例えば、絶縁性のある塗料を熱交換プレート２０のプレート面２１に塗布する構成により、素電池１０との絶縁を図ってもよい。

また、上記実施の形態では、冷媒流路２９を素電池１０の側面１３に沿って水平方向に冷媒を流通させる構成としているが、冷媒流路２９を素電池１０の側面１３に沿って鉛直方向に冷媒を流通させる構成としてもよい。但し、冷媒流路２９を素電池１０の側面１３に沿って鉛直方向に冷媒を流通させる構成とした場合は、入口側ヘッダー部２４及び出口側ヘッダー部２６や、冷媒入口管４１及び冷媒出口管４２を素電池１０の上面１１側若しくは底面１４側に配置する必要がある。従って、冷媒を素電池１０の側面１３に沿って鉛直方向に流通させるように冷媒流路２９を設ける場合、組電池１００を安定して載置でき、かつ、端子１２と接続子との接続を阻害しない位置に入口側ヘッダー部２４及び出口側ヘッダー部２６や冷媒入口管４１及び冷媒出口管４２を配置する必要がある。

また、上記実施の形態では、組電池１００を構成する各素電池１０の配列方向の両側の側面１３に対して、熱交換プレート２０を絶縁性熱伝導シート３０を介して当接するように設けたが、例えば、図８に示す様に、各素電池１０の配列方向の片側の側面１３に熱交換プレート２０を設ける構成としてもよい。図８に示す例では、互いに隣接する素電池１０ａと素電池１０ｂとの間に、熱交換プレート２０ａが設けられ、互いに隣接する素電池１０ｃと１０ｄとの間に熱交換プレート２０ｂが設けられている。熱交換プレート２０ａにより、素電池１０ａと１０ｂとが冷却又は加温され、熱交換プレート２０ｂにより素電池１０ｃと素電池１０ｄとが冷却又は加温される。なお、組電池１００を構成する素電池１０の数が偶数の場合は、図８に示す様に、素電池１０の配列方向の両端側には熱交換プレート２０は配置されず、組電池１００を構成する素電池１０の数が奇数の場合は、組電池１００の配列方向のいずれか一方の端部に熱交換プレート２０が配置される。

図９は車載の冷媒回路から分岐した冷媒で熱交換プレート２０の冷却を行う際の他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。

熱交換プレート２０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。

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は減圧装置であり熱交換プレート２０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は一方弁であり熱交換プレート２０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、熱交換プレート２０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へ進み熱交換プレート２０から戻る冷媒の温度（Ｔｉｎ）を温度センサ２１４から入力する。

弁開度は熱交換プレート２０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熱交換プレート２０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熱交換プレート２０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。

この温度制御は熱交換プレート２０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蓄電する際の他の実施例を示す概略図である。尚、熱交換プレート２０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。
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熱交換プレート２０、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熱交換プレート２０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１００に充電される。この充電器３０７では組電池１００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１００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１００との両方から供給される場合、組電池１００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１００へ充電される電流値及び組電池１００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熱交換プレート２０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１００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１２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１００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、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ素電池
１５一側端縁（一端縁）
１６他側端縁（他端縁）
２０、２０ａ、２０ｂ熱交換プレート（プレート）
２４入口側ヘッダー部（第一のヘッダー部）
２５第一のプレート部
２６出口側ヘッダー部（第二のヘッダー部）
２７第二のプレート部
２９冷媒流路
２９Ａ第一の冷媒流路
２９Ｂ第二の冷媒流路
４０冷却システム
４０Ａ冷却・加温システム
４１冷媒入口管（入口管）
４２冷媒出口管（出口管）
１００組電池

Claims

複数の電池モジュールを互いに冷却用のプレートを挟んで成した組電池において、前記プレートと前記電池モジュールとの間に設けられる熱伝導性を有する絶縁シートと、前記プレート内に設けられ少なくとも冷媒圧縮機を有する冷媒回路を循環する冷媒が流れる冷媒流路とを備え、前記冷媒流路は複数の円筒状若しくは多角形上の直線流路を単一平面上に一列に並べて構成したことを特徴とする組電池。
前記プレートの冷媒流路は、前記圧縮機冷媒を前記プレートの一端縁側から前記プレートの他側端縁側に流す複数の冷媒体流路を備える第一のプレート部と、この第一のプレート部から出た圧縮冷媒を前記他側端縁側から前記一端縁側に流す複数の冷媒体流路を備える第二のプレート部と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の組電池。
前記冷媒流路は前記圧縮冷媒を水平方向に流通させるように成され、前記第一のプレート部は前記第二のプレート部の鉛直方向下方に配置されることを特徴とする請求項２に記載の組電池。
前記圧縮冷媒は車載された冷媒圧縮機で圧縮された冷媒であり、この冷媒は当該冷媒の蒸発作用にて車内を冷房する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に記載の組電池。
前記分岐した圧縮冷媒の供給量は前記プレートを経た後の冷媒の温度に基づいて決められること特徴とする請求項４に記載の組電池。
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プレートに供給する制御部を有することを特徴とする請求項3に記載の組電池。
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圧縮冷媒の供給量を補正することを特徴とする請求項6に記載の組電池。