JPH1140211A

JPH1140211A - 電池冷却装置

Info

Publication number: JPH1140211A
Application number: JP19292397A
Authority: JP
Inventors: Shin Honda; 伸本田; Takahisa Suzuki; 隆久鈴木; Akihisa Kokubo; 彰久小久保; Keiichiro Tomoari; 慶一郎伴在
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1997-07-17
Publication date: 1999-02-12
Anticipated expiration: 2017-07-17
Also published as: JP4134359B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電池で発生する水素ガスが、外部と密閉され
た冷媒系路内に放出されることに起因する不具合を解消
する。【解決手段】電池１３を収容する密閉ケース１０およ
び放熱器２２を含む冷媒系路内に冷媒を充填して熱サイ
フォン式冷却装置を構成する。冷媒が密閉ケース１０内
部で、電池１３から吸熱して蒸発することにより電池１
３を冷却する。さらに、電池１３から発生する水素ガス
を選択的に吸着するゼオライト等の吸着材２１ａを持つ
吸着部材２１を冷媒系路のガス域に備える。これによ
り、吸着部材２１にて水素ガスを選択的に吸着できるか
ら、冷媒系路内に不凝縮性ガスである水素ガスが蓄積す
るのを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池（蓄電池）の
冷却装置に関するもので、電気自動車、ハイブリッド車
等の車両に搭載される電池の冷却に用いて好適なもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車、ハイブリッド車等の車両に
搭載される電池は、車両走行用電動モータの電源となる
ため、高圧化、大容量化する必要がある。ところで、こ
のような車載の電池において、充放電の際には各電池で
の化学反応やジュール損により熱が発生し、電池が高温
化して、電池の性能、寿命等に悪影響を及ぼす。

【０００３】そこで、従来、電池を冷却する冷却装置と
して、種々なものが提案されている。例えば、特開平５
−３４４６０６号公報では、車両空調用冷凍サイクルの
低圧側冷媒が流入する密閉ケース内に電池を収容して、
低圧側冷媒の蒸発潜熱を電池から吸熱することにより電
池を冷却するものが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、車載の電
池、具体的には、ニッケル水素系の電池では、電池の高
温化等により水素ガスを発生するので、電池の内圧が徐
々に上昇していく。そのため、安全弁としてのリリーフ
弁を電池に備えている。従って、電池内圧が所定値に到
達して、リリーフ弁が開弁すると、電池内部の水素ガス
が密閉ケース内に放出される。

【０００５】ここで、水素ガスは冷凍サイクルの冷媒に
比して沸点が非常に低く、冷凍サイクル内では水素ガス
が不凝縮ガスとして作用するため、密閉ケース内に水素
ガスが放出され、サイクル内に水素ガスが蓄積され、水
素ガス量が増加すると、電池の冷却効果およびサイクル
本来の冷房効果をも低下させるという不具合を生じる。

【０００６】また、水素ガスは引火性のガスであるた
め、電池や冷凍サイクルの保守点検等の際に、冷凍サイ
クルを開放すると、今まで蓄積されていた水素ガスが一
度にサイクル外部に放出され、危険である。本発明は上
記点に鑑み、電池で発生する水素ガスが、外部と密閉さ
れた冷媒系路内に放出されることに起因する不具合を解
消することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は以下の技術的手段を採用する。すなわち、
請求項１記載の発明では、電池（１３）を収容する密閉
ケース（１０）を含む冷媒系路内に冷媒が充填されてお
り、この冷媒が密閉ケース（１０）の内部で、電池（１
３）から吸熱して蒸発することにより電池（１３）を冷
却するようになっており、さらに、電池（１３）から発
生する水素ガスを選択的に吸着する吸着部材（２１）を
冷媒系路のガス域に備えたことを特徴としている。

【０００８】これによると、電池（１３）から冷媒の蒸
発潜熱を奪って、電池（１３）を冷却する際に、冷媒は
密閉ケース（１０）の内部空間にて電池（１３）のほぼ
全表面と直接的に接触しているので、冷却効果が大き
い。しかも、冷媒系路のガス域に備えた吸着部材（２
１）により水素ガスを選択的に吸着できるから、冷媒系
路内に不凝縮性ガスである水素ガスが蓄積するのを防止
して、水素ガスによる電池冷却効果の低下を未然に防止
できる。また、保守点検時等に、冷媒系路内に溜まった
水素ガスが一度に放出されるという危険も解消できる。

【０００９】また、請求項２記載の発明では、電池（１
３）を収容する密閉ケース（１０）と、この密閉ケース
（１０）の内部と連通する放熱器（２２）とを備え、密
閉ケース（１０）および放熱器（２２）を含む冷媒系路
内に冷媒が充填されており、密閉ケース（１０）の内部
で、電池（１３）から吸熱して冷媒が蒸発し、この蒸発
したガス冷媒が放熱器（２２）内に上昇して冷却され凝
縮し、この凝縮した液冷媒が密閉ケース（１０）内部の
電池（１３）周辺に還流するようになっており、さら
に、電池（１３）から発生する水素ガスを選択的に吸着
する吸着部材（２１）を冷媒系路のガス域に備えたこと
を特徴としている。

【００１０】これによると、熱サイフォン式の冷却装置
にて電池（１３）を良好に冷却できる。また、水素ガス
については、請求項１と同様に、吸着部材（２１）によ
り吸着できる。また、請求項３記載の発明では、電池
（１３）を収容する密閉ケース（１０）の内部を冷凍サ
イクルの低圧側冷媒が流れる通路に接続して、この低圧
側冷媒が電池（１３）から吸熱して蒸発するようにし、
さらに、密閉ケース（１０）内部のガス域を含む、冷凍
サイクルのガス域のいずれかに、電池（１３）から発生
する水素ガスを選択的に吸着する吸着部材（２１）を備
えたことを特徴としている。

【００１１】これによると、空調用冷凍サイクルの低温
冷媒を利用して、電池（１３）と冷媒との温度差を増大
させて、冷却性能を格段と向上できる。水素ガスについ
ては、請求項１、２と同様に、吸着部材（２１）により
吸着できる。なお、吸着部材（２１）は、請求項４記載
のように、ゼオライトまたは水素吸蔵合金からなる吸着
材（２１ａ）を用いて構成できる。

【００１２】また、請求項２記載の発明の放熱器（２
２）は、請求項５のように空気と熱交換してガス冷媒を
冷却し、凝縮させる空冷式熱交換器で構成することがで
きる。これによると、ガス冷媒を強制送風による空冷方
式にて良好に冷却できるので、また、請求項６記載の
発明では、電池（１３）を収容する密閉ケース（１０）
を含む冷媒系路内に冷媒が充填されており、この冷媒が
密閉ケース（１０）の内部で、電池（１３）から吸熱し
て蒸発することにより電池（１３）を冷却するようにな
っており、さらに、電池（１３）から発生する水素ガス
を選択的に透過する透過部材（２６）を冷媒系路のガス
域に備え、水素ガスを透過部材（２６）を通して冷媒系
路の外部に放出することを特徴としている。

【００１３】これによると、電池（１３）から冷媒の蒸
発潜熱を奪って、電池（１３）を良好に冷却できるとと
もに、電池（１３）から発生する水素ガスを透過部材
（２６）を通して冷媒系路外に放出できるので、冷媒系
路内に水素ガスが溜まることがなく、冷媒系路内への水
素ガスの蓄積による冷却効果の低下等の不具合を確実に
防止できる。

【００１４】また、請求項７記載の発明のように、透過
部材（２６）を加熱する加熱手段（２６ｃ）を備えれ
ば、透過部材（２６）による水素ガスの透過量を増大で
きる。そのため、電池（１３）の過酷な使用条件下にお
いて水素ガスの発生量が増大しても、これに対応して水
素ガスを透過させることができる。透過部材（２６）
は、請求項８に記載のようにパラジウムからなる管状体
（２６ｂ）を用いて構成できる。

【００１５】なお、上記各手段に付した括弧内の符号
は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を
示すものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。（第１実施形態）図１は第１実施形態を示すもので、密
閉ケース１０は、ケース本体１１と、このケース本体１
１の上方開口端を気密に閉塞する上蓋１２とから構成さ
れている。ここで、ケース本体１１と上蓋１２は、適宜
の金属または樹脂にて形成されており、その全体形状は
上下方向に縦長の円筒または多角形状となっている。

【００１７】密閉ケース１０の内部には、車載電源とな
る電池１３が収容されている。このの電池１３の正極側
および負極側の端子１３ａ、１３ｂには出力配線１４、
１５が電気的に接続されている。上蓋１２には密封端子
１６、１７がハーメチックシール構造にて気密に装着さ
れており、この密封端子１６、１７を通して出力配線１
４、１５は、密閉ケース１０の外部の電気配線と電気的
に接続可能になっている。従って、密封端子１６、１７
から電池１３の電力を取り出すことができる。

【００１８】上記の電池１４は再充電可能な二次電池
（蓄電池）であり、具体的には、ニッケル水素電池であ
る。このニッケル水素電池は、電池温度が高温（例え
ば、４５°Ｃ以上）になると、電池内部に発生した水素
ガスを電池内部で吸収しきれず、内圧が上昇する。そこ
で、電池内圧が所定値に上昇すると開弁するリリーフ弁
１８が電池１３の上部に備えられている。このリリーフ
弁１８は電池内圧が所定値に上昇すると、弁体（図示せ
ず）がバネ手段（図示せず）のバネ力に抗して変位し
て、電池１３の内部を外部に開放する構成である。

【００１９】ところで、上蓋１２の中央部に開口部１９
が開けてあり、この開口部１９にガス側連通パイプ２０
が上方に立ち上がるように接続されている。このガス側
連通パイプ２０の途中には後述の吸着部材２１が配置さ
れている。ガス側連通パイプ２０は、放熱器２２の一端
側に接続され、この放熱器２２の他端側は液側連通パイ
プ２３を介して密閉ケース１０のケース本体１１の底部
近傍に開けられた開口部２４に接続されている。

【００２０】従って、密閉ケース１０の内部と放熱器２
２は、ガス側連通パイプ２０と液側連通パイプ２３を介
して連通された１つの閉回路からなる冷媒系路を構成し
ており、この冷媒系路内には熱サイフォン式冷却装置の
作動流体としての冷媒が充填され、封入されている。こ
の冷媒としては、フロリナート等の不燃性の低沸点冷媒
を用いる。密閉ケース１０の内部において、Ａは冷媒の
液面を示しており、密閉ケース１０と放熱器２２との間
での冷媒の循環を良好にするために、放熱器２２はこの
冷媒液面Ａより上方側に配置されている。

【００２１】上記の両連通パイプ２０、２３はアルミニ
ウム等の金属または樹脂で形成することができ、また、
放熱器２２は熱の伝導性、耐食性等に優れたアルミニウ
ム等の金属からなるチューブ２２ａを有し、このチュー
ブ２２ａ内部の冷媒と冷却空気との間の熱の授受を促進
するためのプレート状のフィン部材２２ｂが設けてあ
る。このフィン部材２２ｂもアルミニウム等の金属から
なる。

【００２２】本例の放熱器２２は送風機２５により送風
される空気（外気）との間で熱交換を行う空冷方式とし
て構成されている。送風機２５は駆動用モータ２５ａ
と、このモータ２５ａにより回転駆動される送風ファン
２５ｂとにより構成されている。前記した吸着部材２１
は、電池１３から発生する水素ガスを選択的に吸着する
吸着材２１ａをケース２１ｂ内に収容したものである。
ここで、吸着材２１ａは例えば、粒状のゼオライトから
なる。

【００２３】次に、上記構成において作動を説明する
と、電池１３の化学反応や放電時のジュール損失等によ
り電池１３の温度が上昇すると、密閉ケース１０の内部
空間に充填されている液冷媒は電池１３から速やかに吸
熱して沸騰し、ガス化する。従って、電池１３から冷媒
の蒸発潜熱を奪って、電池１３を冷却できる。しかも、
冷媒は密閉ケース１０の内部空間にて電池１３のほぼ全
表面と直接的に接触しているので、冷却効果が大きい。
そして、密閉ケース１０の内部空間でガス化した冷媒は
密度の減少により自然対流でガス側連通パイプ２０を上
昇して、吸着部材２１のケース２１ｂ内を通過して放熱
器２２に流入する。この放熱器２２においてガス冷媒は
送風機２５により送風される空気（外気）との間で熱交
換を行って冷却され、凝縮する。凝縮した液冷媒は密度
の増大により自重にて液側連通パイプ２３を下降して密
閉ケース１０の内部空間に還流し、再度、電池１３の冷
却作用に供される。

【００２４】ところで、電池１３では、過充電等の際に
は電池内部での発生ガス（水素ガス）を吸収しきれず、
電池内圧が上昇するので、リリーフ弁１８が開弁して、
電池１３の外部へ水素ガスが洩れ出てくることがある。
しかし、本実施形態によると、ガス側連通パイプ２０の
途中に吸着部材２１が配設してあり、かつ、吸着部材２
１に備えられている吸着材２１ａはゼオライトのように
分子ふるい機能を持つため、分子径の大きいフロリナー
トのような分子は吸着せず、水素ガス等の分子径の小さ
い分子を選択的に捕捉できる。この結果、冷媒系路内に
水素ガスが蓄積するのを防止できるので、電池１３の電
極劣化等に伴う保守点検の際に密閉ケース１０内を開放
しても、多量の水素ガス等が一度に大気中に放出される
ことがない。

【００２５】また、水素ガスは、熱サイフォン式冷却装
置の冷媒であるフロリナートに比して沸点が非常に低
く、熱サイフォン式冷却装置の冷媒系路内では水素ガス
が不凝縮ガスとして作用するため、密閉ケース１０内に
水素ガスが放出され、冷媒系路内の水素ガス量が増加す
ると、電池の冷却効果を低下させることになるが、本実
施形態によると、吸着部材２１の水素ガス吸着作用によ
り、このような不具合をも回避でき、電池の冷却作用を
長期にわたって良好に維持できる。

【００２６】一方、熱サイフォン式冷却装置の冷媒とし
て、フロリナート等の低沸点冷媒を使用することによ
り、密閉ケース１０の内部圧力（作動流体圧力）を引き
下げて、密閉ケース１０の低強度設計を実現して、密閉
ケース１０のコスト低減を図ることができる。具体的に
は、フロリナートの作動圧は、常用３５〜７０ｋＰａ
（大気圧の１／２近辺）で、沸点は約５６°Ｃである。

【００２７】また、フロリナート等の低沸点冷媒は不燃
性であるので、電池１３で発生するガスの洩れに対する
引火の危険を回避でき、安全性を向上できる。（第２実施形態）図２は第２実施形態であり、第１実施
形態における吸着部材２１の代わりに、電池１３から発
生する水素ガスを選択的に透過する透過部材２６を設置
するものである。

【００２８】すなわち、透過部材２６は、水素透過性が
優れているパラジウムを用いるものであって、ガス側連
通パイプ２０の上方側に、このパイプ２０の内部に連通
するケース２６ａを設置し、このケース２６ａの内部を
貫通するように管状体２６ｂを配設している。この管状
体２６ｂはパラジウムで形成されており、その両端部は
ケース２６ａの外部で大気中に開放されている。

【００２９】第２実施形態によると、冷媒系路内に混入
した水素ガスは、冷媒系路の最上部に位置するケース２
６ａ内に流入する。そして、管状体２６ｂを構成するパ
ラジウムは水素透過性が優れているため、冷媒であるフ
ロリナート等は透過せず、水素ガスのみを選択的に透過
し、管状体２６ｂの両端開口部から系路外に排出でき
る。

【００３０】（第３実施形態）図３は第３実施形態であ
り、第２実施形態をより効果的に実施するものである。
パラジウムは高温に加熱されると、水素透過性が向上す
る特性を持っていることに着目して、透過部材２６に加
熱手段としての電気ヒータ２６ｃを追加設置したもので
ある。

【００３１】第３実施形態によると、電気ヒータ２６ｃ
に通電して、パラジウムからなる管状体２６ｂを高温に
加熱することにより、水素ガスの透過量を増大できる。
従って、電池１３の過酷な使用環境下のように水素ガス
の発生量が多いときでも、パラジウムからなる管状体２
６ｂにおける水素ガスの透過量を増大して、冷媒系路内
に水素が残存するのを防止できる。

【００３２】なお、加熱手段として、電気ヒータ２６ｃ
の代わりに、温水が循環する温水パイプ等を使用しても
よい。（第４実施形態）図４は第４実施形態であり、上記した
第１〜第３実施形態では熱サイフォン式の冷却装置にて
電池１３を冷却する方式について説明したが、第４実施
形態は車両空調用冷凍サイクルの低圧側冷媒の冷熱によ
り電池１３を冷却するように構成している。

【００３３】図４において、圧縮機３０は冷凍サイクル
の冷媒（例えば、ＨＦＣ−１３４ａ）を圧縮し、吐出す
るもので、圧縮機３０から吐出された高温高圧の過熱ガ
ス冷媒は凝縮器３１で冷却されて凝縮する。この凝縮後
の冷媒は受液器３２で気液分離され、液冷媒は温度式膨
張弁（減圧手段）３３で低温低圧の気液２相冷媒に減圧
される。そして、この気液２相冷媒は蒸発器３４にて空
調用送風機（図示せず）により送風される空調空気から
吸熱して蒸発してガス化し、そのガス冷媒は圧縮機３０
に吸入され、再度、圧縮される。

【００３４】このような車両空調用冷凍サイクルに対し
て、第４実施形態の電池冷却装置では温度式膨張弁３３
の下流側と蒸発器３４の上流側との間の冷媒通路に、電
池１３を収容した密閉ケース１０を設置している。この
密閉ケース１０の内部の下方側に、温度式膨張弁３３で
減圧された気液２相冷媒のうち、液冷媒が溜まる液冷媒
域Ｂが形成され、密閉ケース１０の内部上方側には気液
２相冷媒のガス冷媒が集まり、ガス域Ｃを形成する。

【００３５】電池１３の下方側は、密閉ケース１０の内
部で液冷媒域Ｂに浸漬するように配置されている。そし
て、図４に示す例では、水素ガスを吸着する吸着部材２
１を密閉ケース１０の上蓋１２の内側面に配設して、吸
着部材２１を密閉ケース１０内部のガス域Ｃに位置させ
ている。第４実施形態によると、車両空調用冷凍サイク
ルにおいて温度式膨張弁３３で減圧された低温低圧の気
液２相冷媒が密閉ケース１０の内部に流入し、ここで、
低圧側液冷媒の一部が電池１３から吸熱して蒸発する。
そのため、この冷媒の蒸発潜熱で電池１３を冷却でき
る。ここで、電池１３を冷却する冷却媒体として、空調
用冷凍サイクルの低温冷媒を使用しているので、電池１
３と低温冷媒との間で非常に大きな温度差を設定でき、
電池１３の冷却能力を格段と向上できる。

【００３６】なお、車両空調用冷凍サイクルがヒートポ
ンプとして構成されている場合には、冬期の暖房時に、
冷凍サイクル側の冷媒が密閉ケース１０の内部で吸熱す
ることにより、廃熱回収を行って、冬期の暖房能力を高
めることができる。密閉ケース１０を通過した冷媒のう
ち、残余の液冷媒が空調用蒸発器３４で蒸発して空調空
気を冷却する。

【００３７】一方、密閉ケース１０内の電池１３から発
生した水素ガスは、密閉ケース１０内上方のガス域Ｃに
設置された吸着部材２１により選択的に吸着される。な
お、第４実施形態では吸着部材２１を密閉ケース１０内
上方のガス域Ｃに設置しているが、吸着部材２１はガス
域であれば、どこでも水素ガスの吸着作用を発揮し得る
ので、吸着部材２１を密閉ケース１０の外部のガス域、
すなわち、圧縮機３０の吸入側部位Ｄ、圧縮機３０の吐
出側部位Ｅ、受液器３２内部のガス域Ｆ等に設置するこ
とができる。要は、冷凍サイクル中のガス域であれば、
どこに吸着部材２１を設置してもよい。

【００３８】また、上記各実施形態では、吸着部材２１
の吸着材２１ａとしてゼオライトを使用しているが、ゼ
オライトの他に、水素吸蔵合金のように水素ガスを多量
に吸着し得るものであれば、吸着材２１ａとして使用で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す全体システムの構
成図である。

【図２】本発明の第２実施形態を示す全体システムの構
成図である。

【図３】本発明の第３実施形態を示す要部構成図であ
る。

【図４】本発明の第４実施形態を示す冷凍サイクル図で
ある。

【符号の説明】

１０…密閉ケース、１３…電池、２１…吸着部材、２２
…放熱器、２６…透過部材、３３…温度式膨張弁、３４…蒸発器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伴在慶一郎愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池（１３）を収容する密閉ケース（１
０）を含む冷媒系路内に冷媒が充填されており、この冷
媒が前記密閉ケース（１０）の内部で、前記電池（１
３）から吸熱して蒸発することにより前記電池（１３）
を冷却するようになっており、さらに、前記電池（１３）から発生する水素ガスを選択
的に吸着する吸着部材（２１）を前記冷媒系路のガス域
に備えたことを特徴とする電池冷却装置。
【請求項２】電池（１３）を収容する密閉ケース（１
０）と、この密閉ケース（１０）の内部と連通する放熱器（２
２）とを備え、前記密閉ケース（１０）および前記放熱器（２２）を含
む冷媒系路内に冷媒が充填されており、前記密閉ケース（１０）の内部で、前記電池（１３）か
ら吸熱して冷媒が蒸発し、この蒸発したガス冷媒が前記
放熱器（２２）内に上昇して冷却され凝縮し、この凝縮
した液冷媒が前記密閉ケース（１０）内部の前記電池
（１３）周辺に還流するようになっており、さらに、前記電池（１３）から発生する水素ガスを選択
的に吸着する吸着部材（２１）を前記冷媒系路のガス域
に備えたことを特徴とする電池冷却装置。
【請求項３】電池（１３）を収容する密閉ケース（１
０）の内部を冷凍サイクルの低圧側冷媒が流れる通路に
接続して、この低圧側冷媒が前記電池（１３）から吸熱
して蒸発するようにし、さらに、前記密閉ケース（１０）内部のガス域を含む、
前記冷凍サイクルのガス域のいずれかに、前記電池（１
３）から発生する水素ガスを選択的に吸着する吸着部材
（２１）を備えたことを特徴とする電池冷却装置。
【請求項４】前記吸着部材（２１）は、ゼオライトま
たは水素吸蔵合金からなる吸着材（２１ａ）を有してい
ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに
記載の電池冷却装置。
【請求項５】前記放熱器（２２）は空気と熱交換して
前記ガス冷媒を冷却し、凝縮させる空冷式熱交換器から
なることを特徴とする請求項２に記載の電池冷却装置。
【請求項６】電池（１３）を収容する密閉ケース（１
０）を含む冷媒系路内に冷媒が充填されており、この冷
媒が前記密閉ケース（１０）の内部で、前記電池（１
３）から吸熱して蒸発することにより前記電池（１３）
を冷却するようになっており、さらに、電池（１３）から発生する水素ガスを選択的に
透過する透過部材（２６）を前記冷媒系路のガス域に備
え、前記水素ガスを前記透過部材（２６）を通して前記
冷媒系路の外部に放出することを特徴とする電池冷却装
置。
【請求項７】前記透過部材（２６）を加熱する加熱手
段（２６ｃ）を備えることを特徴とする請求項６に記載
の電池冷却装置。
【請求項８】前記透過部材（２６）は、パラジウムか
らなる管状体（２６ｂ）を有していることを特徴とする
請求項６または７に記載の電池冷却装置。