WO2019155810A1 - 冷却装置および電池温調システム - Google Patents

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WO2019155810A1
WO2019155810A1 PCT/JP2019/000301 JP2019000301W WO2019155810A1 WO 2019155810 A1 WO2019155810 A1 WO 2019155810A1 JP 2019000301 W JP2019000301 W JP 2019000301W WO 2019155810 A1 WO2019155810 A1 WO 2019155810A1
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coolant
cooling
cooling device
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祐紀 牧田
勝志 谷口
圭俊 野田
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present disclosure relates to a cooling technique, and more particularly, to a cooling device and a battery temperature control system for cooling a battery.
  • Hybrid batteries and electric cars are equipped with battery systems that supply power to the motor that is the drive source.
  • a battery system for example, a plurality of battery modules including a plurality of battery cells are provided, and each battery module is installed on a cooling device (heat exchanger) in order to suppress a temperature rise of the battery module.
  • the cooling device the battery module is cooled by the heat of vaporization of the refrigerant therein (see, for example, Patent Document 1).
  • the battery module is cooled by the refrigerant in the cooling device, but it is difficult to flow the refrigerant evenly in the large-area cooling device that covers the entire plurality of battery modules. Therefore, at the time of cooling, there is a concern that the temperature of the refrigerant in the cooling device varies (in-plane variation), leading to variations in battery temperature within the battery module or between battery modules.
  • the present disclosure has been made in view of such circumstances, and an object of the present disclosure is to provide a technique for suppressing in-plane variation in battery temperature during battery cooling in a cooling device that cools an in-vehicle battery.
  • a cooling device that cools an in-vehicle battery, a housing, a cooling fluid passage that is provided inside the housing and allows a coolant to flow, A refrigerant passage that is provided inside the housing and allows a refrigerant to flow therethrough, and is connected to the housing on the first surface side on which the in-vehicle battery of the housing is mounted, and has a plurality of refrigerant passages extending in the first direction. Is provided.
  • the plurality of refrigerant passages are arranged apart from the adjacent refrigerant passages in a second direction different from the first direction, and the coolant passage is provided in contact with the housing between the adjacent refrigerant passages, A plurality of first coolant passages extending in the first direction are included.
  • in-plane variation in battery temperature during battery cooling can be suppressed.
  • FIGS. 1A to 1B are diagrams illustrating a structure of a battery temperature control system according to an embodiment.
  • 2 (a)-(b) are diagrams showing the internal structure of the coolant tank of FIG.
  • FIGS. 3A to 3C are views showing the internal structure of the coolant tank of FIG. It is sectional drawing which shows the internal structure of the cooling fluid tank of FIG.3 (c).
  • 5 (a)-(b) are diagrams showing another internal structure of the coolant tank of FIG. 6 (a) to 6 (c) are diagrams showing still another internal structure of the coolant tank of FIG.
  • It is a block diagram which shows the structure of the battery temperature control system of FIG. 8A to 8C are top views showing the arrangement of the battery modules in the battery temperature control system of FIG.
  • the embodiment relates to a cooling device for cooling a plurality of battery modules in a battery temperature control system mounted on a vehicle.
  • a cooling device for cooling a plurality of battery modules in a battery temperature control system mounted on a vehicle.
  • the temperature of the refrigerant flowing through the cooling device varies (in-plane). Variation).
  • Such variations in the temperature of the refrigerant lead to variations in the battery temperature within the battery module or between the battery modules. That is, the battery temperature in the battery temperature control system becomes uneven during cooling, which is not preferable in terms of cooling efficiency and battery reliability. For this reason, it is required to suppress in-plane variations in battery temperature during cooling of the battery module.
  • a plurality of refrigerant passages are joined to the cooling surface side of the casing constituting the cooling device that contacts the battery module, and adjacent to the surface of the plurality of refrigerant passages opposite to the battery module.
  • a coolant passage is disposed between the refrigerant passages.
  • the coolant passage allows the coolant to flow in order to suppress variations in the temperature of the coolant passage.
  • the coolant passage not only contacts the coolant passage but also contacts the cooling surface side of the cooling device casing, so that the heat received from the battery module is transferred to the low temperature portion of the coolant passage and the heat of the high temperature portion of the coolant passage. Is transferred to the low temperature part of the refrigerant passage.
  • the refrigerant passage is in contact with the battery module through the casing of the cooling device, the refrigerant can exchange heat directly with the battery module without being affected by the thermal resistance of the cooling liquid, and the battery module and the heat can be exchanged only with the cooling liquid.
  • the heat exchange efficiency is improved compared to the exchange.
  • parallel and vertical include not only perfect parallel and vertical, but also include cases where there is a deviation from parallel or vertical within an error range. Further, “substantially” means that they are the same in an approximate range. Furthermore, in the following embodiments, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Moreover, in each drawing, a part of component is abbreviate
  • FIGS. 1A to 1B show the structure of the battery temperature control system 100.
  • FIG. FIG. 1A is a perspective view showing the structure of the battery temperature control system 100
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of FIG.
  • an orthogonal coordinate system including an x axis, a y axis, and a z axis is defined.
  • the x axis and the y axis are orthogonal to each other within the bottom surface of the battery temperature control system 100.
  • the z-axis is perpendicular to the x-axis and the y-axis and extends in the height direction of the battery temperature adjustment system 100.
  • the positive directions of the x-axis, y-axis, and z-axis are each defined in the direction of the arrow in FIG. 1A, and the negative direction is defined in the direction opposite to the arrow.
  • the positive direction side of the x axis is called “front side”
  • the negative direction side of the x axis is called “rear side”
  • the positive direction side of the y axis is called “right side”
  • the negative direction side of the y axis is “ It is called “left side”
  • the positive direction side of the z axis may be called “upper side”
  • the negative direction side of the z axis may be called “lower side”.
  • FIG. 1A is a perspective view including the front side of the battery temperature control system 100.
  • the “front side” or “rear side” of the x axis and the “left side” or “right side” of the y axis do not define the mounting direction when the battery temperature control system is installed in the vehicle.
  • the battery temperature control system 100 includes a first battery module 10a, a second battery module 10b, a third battery module 10c, which are collectively referred to as a battery module 10, and a cooling device 20. .
  • the battery module 10 is installed on the upper surface of the cooling device 20.
  • the battery module 10 is, for example, a secondary battery that stores electrical energy that is a driving source of a driving motor in a hybrid vehicle or an electric vehicle.
  • the battery module 10 is a component that requires temperature adjustment such as cooling.
  • Each battery module 10 has a box shape that is longer in the front-rear direction than in the left-right direction, and is arranged in the left-right direction of the cooling device 20.
  • the cooling device 20 is a device for cooling the battery module 10. Since the length in the height direction of the cooling device 20 is shorter than the length in the front-rear direction and the left-right direction, the cooling device 20 has a plate shape with a low height.
  • the cooling device 20 may be called a cooling plate.
  • Three battery modules 10 are installed on the upper surface of the cooling device 20.
  • each battery module 10 is not limited to this, and may be a box shape, a square shape, or a cylindrical shape that is shorter in the front-rear direction than in the left-right direction.
  • a first coolant pipe 22a and a second coolant pipe 22b which are collectively referred to as a coolant pipe 22, are disposed on the right side surface of the cooling device 20.
  • the first coolant pipe 22a is disposed on the front side
  • the second coolant pipe 22b is disposed on the rear side.
  • a first refrigerant pipe 24 a and a second refrigerant pipe 24 b that are collectively referred to as a refrigerant pipe 24 are arranged on the front surface of the cooling device 20.
  • the first refrigerant pipe 24a is disposed on the left side
  • the second refrigerant pipe 24b is disposed on the right side.
  • the cooling liquid flows in from the first cooling liquid pipe 22a, and the cooling liquid flows out from the second cooling liquid pipe 22b.
  • the refrigerant flows in from the first refrigerant pipe 24a, and the refrigerant flows out from the second refrigerant pipe 24b.
  • An example of the refrigerant is HFC (Hydro Fluoro Carbon).
  • An example of the coolant is an antifreeze containing ethylene glycol.
  • the white arrow indicates the flow of the coolant, and the black arrow indicates the flow of the refrigerant.
  • the cooling device 20 is configured by combining a coolant tank 26 and a top plate 28. Specifically, the cooling device 20 attaches a top plate 28 to the cooling liquid tank 26 having a bowl-like shape having an opening on the upper side and a depressed central part so as to close the opening of the cooling liquid tank 26. Composed. Further, the cooling liquid tank 26 and the top plate 28 function as an external housing of the cooling device 20. In the internal space of the cooling device 20, a coolant passage 42 provided in contact with the top plate 28 and a coolant passage 30 provided in the coolant tank 26 are formed. The refrigerant passage 42 is a passage (flow passage) through which the refrigerant flows inside the cooling device 20, and the coolant passage 30 is a passage (flow passage) through which the cooling liquid flows in the cooling device 20.
  • Each battery module 10 is installed on the upper surface of the top plate 28 of the cooling device 20.
  • the coolant pipe 22 and the refrigerant pipe 24 are formed in the coolant tank 26 constituting the cooling device 20.
  • the coolant pipe 22 communicates with the coolant passage 30 inside the cooling device 20
  • the refrigerant pipe 24 communicates with the coolant passage 42 inside the cooling device 20. That is, it is configured such that the coolant flows in the coolant passage 30 and the coolant flows in the coolant passage 42.
  • FIG. 2 (a)-(b) show the internal structure of the coolant tank 26.
  • FIG. Here, the number of refrigerant passages 42 is “4”.
  • 2A is a perspective view showing the internal structure of the coolant tank 26, and
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line B-B 'of FIG. 2A.
  • the upper surface is indicated as a cooling surface 34a, and the lower surface is indicated as an inner bottom surface 34b.
  • the cooling surface 34a is a surface on the battery module 10 side in FIGS. 1A to 1B, and is in contact with the battery module 10 through the top plate 28 in FIG. 1B.
  • the top plate 28 may be omitted for the sake of clarity.
  • the cooling fluid tank 26 includes a first coolant passage 42 a to a fourth coolant passage 42 d that are collectively referred to as a coolant passage 30 and a coolant passage 42.
  • Each of the refrigerant passages 42 has a rod shape extending in the front-rear direction of the coolant tank 26.
  • the plurality of refrigerant passages 42 are arranged while being separated from the adjacent refrigerant passages 42 in the left-right direction of the coolant tank 26. Further, the refrigerant flows through the refrigerant passage 42.
  • the some refrigerant path 42 is provided so that the lower surface of the top plate 28 in which the battery module 10 is installed may be contact
  • first upper passage 44a a portion of the coolant passage 30 sandwiched between the first refrigerant passage 42a and the second refrigerant passage 42b is defined as a first upper passage 44a.
  • second upper passage 44b a portion of the coolant passage 30 sandwiched between the second refrigerant passage 42b and the third refrigerant passage 42c is defined as a second upper passage 44b.
  • third upper passage 44c a portion of the coolant passage 30 sandwiched between the third refrigerant passage 42c and the fourth refrigerant passage 42d is defined as a third upper passage 44c.
  • the first upper passage 44a to the third upper passage 44c are collectively referred to as an upper passage 44.
  • a portion other than the plurality of refrigerant passages 42 and the plurality of upper passages 44 is defined as a lower passage 46.
  • the lower passage 46 corresponds to the lower part of the plurality of refrigerant passages 42 and the plurality of upper passages 44.
  • the upper passage 44 is called a first coolant passage
  • the lower passage 46 is called a second coolant passage.
  • path 46 were defined separately, these are continuous space. Therefore, the coolant can freely move between the plurality of upper passages 44 and lower passages 46.
  • W ′ is It is made larger than W. This is for obtaining an effective in-plane variation suppressing effect of temperature by the coolant.
  • FIGS. 3A to 3C show the internal structure of the coolant tank 26.
  • FIG. 3 (a) shows a top view of the internal structure of the refrigerant passage 42
  • FIG. 3 (b) shows a top view of the internal structure of the lower passage 46 of the coolant passage 30, and
  • FIG. The top view of the internal structure of the cooling fluid tank 26 is shown.
  • the aforementioned four refrigerant passages 42 extend in the front-rear direction.
  • coolant header 40a connected to the front side end of the 1st refrigerant path 42a and the 2nd refrigerant path 42b extends in the left-right direction.
  • a third refrigerant header 40c connected to the front end of the third refrigerant passage 42c and the fourth refrigerant passage 42d extends in the left-right direction.
  • the first refrigerant header 40a to the third refrigerant header 40c are collectively referred to as the refrigerant header 40.
  • coolant header 40a is connected to the 1st refrigerant
  • coolant header 40c is connected to the 2nd refrigerant
  • the coolant flows into the coolant tank 26 from the first coolant pipe 24a.
  • the refrigerant flows into the first refrigerant header 40a.
  • the refrigerant is branched from the first refrigerant header 40a into the first refrigerant passage 42a and the second refrigerant passage 42b, flows through the first refrigerant passage 42a and the second refrigerant passage 42b, and then merges in the second refrigerant header 40b. To do.
  • the refrigerant in the second refrigerant header 40b is branched into the third refrigerant path 42c and the fourth refrigerant path 42d, flows through the third refrigerant path 42c and the fourth refrigerant path 42d, and then merges in the third refrigerant header 40c. Further, the refrigerant flows through the third refrigerant header 40c and flows out from the second refrigerant pipe 24b.
  • a temperature difference is generated between the gas-liquid two-phase region having the saturation temperature of the refrigerant and the superheated vapor region in which the refrigerant is vaporized, and the refrigerant flow rate of each refrigerant passage 42, particularly the liquid refrigerant ( A temperature difference also occurs due to variations in the flow rate of the liquid refrigerant.
  • the point P3 in the first refrigerant passage 42a immediately after the refrigerant flows in becomes a gas-liquid two-phase region
  • the point P1 in the fourth refrigerant passage 42d just before the refrigerant flows out becomes a superheated steam region.
  • Such a difference in the state of the refrigerant may cause a temperature difference between the point P3 and the point P1.
  • the refrigerant flow rate is relatively fast, there is a possibility that the amount of liquid refrigerant flowing through the passage may increase.
  • the flow rate of the liquid refrigerant at the point P6 in the fourth refrigerant passage 42d is the same as that in the third refrigerant passage 42c. It becomes larger than the flow rate of the liquid refrigerant at the point P5.
  • a partition plate 36 extending from the bottom surface of the coolant tank 26 to the top plate 28 is erected in the coolant passage 30 in FIG.
  • the partition plate 36 extends from the right side wall of the coolant tank 26 across the plurality of refrigerant passages 42 toward the left side to a position not reaching the left side wall of the coolant tank 26.
  • the partition plate 36 partitions the lower passage 46 and also partitions the upper passage 44 in the same manner. That is, the interior of the upper passage 44 and the lower passage 46 is partitioned by the partition plate 36.
  • the plurality of refrigerant passages 42 are provided so as to penetrate the partition plate 36.
  • the inside of the coolant passage 30 (the upper passage 44 and the lower passage 46) is partitioned by the partition plate 36 into a space on the first coolant pipe 22a side and a space on the second coolant pipe 22b side. These spaces are connected on the left side of the coolant tank 26. Therefore, a flow path partitioned by the partition plate 36 is formed inside the coolant passage 30.
  • the coolant flows from the first coolant pipe 22a to the left side, then to the rear side, and then flows to the right side to reach the second coolant pipe 22b.
  • the second coolant pipe 22b is provided in the coolant tank 26 on the opposite side of the flow path from the first coolant pipe 22a.
  • the coolant flows into the upper passage 44 and the lower passage 46 from the first coolant pipe 22a, flows through the above-described flow paths, and flows out of the upper passage 44 and the lower passage 46 from the second coolant pipe 22b. As described above, the coolant mainly flows in the left-right direction of the coolant tank 26.
  • FIG. 3 (c) corresponds to a combination of FIG. 3 (a) and FIG. 3 (b).
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line C-C ′ of FIG.
  • the coolant flows through the coolant passage 30 in a direction orthogonal to the coolant passage 42. Therefore, the variation in temperature of the refrigerant passage 42 is suppressed by the coolant, and further, the temperature difference between the inlet side and the outlet side of the refrigerant passage 42 is suppressed by the U-turn of the coolant.
  • the amount of heat transfer in the portion of the refrigerant passage 42 on the cooling surface 34a increases, and the amount of heat transfer in the portion of the upper passage 44 on the cooling surface 34a decreases.
  • FIGS a structure for reducing such a difference in the amount of heat transfer will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 5 (a)-(b) show another internal structure of the coolant tank 26.
  • FIG. FIG. 5A is shown in the same manner as FIG.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line D-D ′ of FIG.
  • a plurality of protrusions 48 are provided on the inner bottom surface 34 b of the cooling liquid tank 26.
  • a portion of the inner bottom surface 34 b inside the coolant passage 30, particularly the lower passage 46, that does not face the plurality of refrigerant passages 42, that is, a portion that faces the plurality of upper passages 44, is arranged in the front-rear direction. Extending from the first protrusion 48a to the seventh protrusion 48g are provided.
  • the first projecting portion 48a to the seventh projecting portion 48g are collectively referred to as the projecting portion 48, and are ribs projecting upward.
  • the flow of the coolant in the upper passage 44 is increased by changing the coolant flow upward by the protrusions 48.
  • the cooling effect in the upper passage 44 is improved, and temperature variations in the plurality of refrigerant passages 42 are suppressed. Furthermore, by suppressing the variation in temperature, heat diffusion by the coolant and heat exchange with the battery module 10 are promoted. Here, the amount of heat transfer in the portion of the refrigerant passage 42 on the cooling surface 34a increases, and the amount of heat transfer in the portion of the upper passage 44 on the cooling surface 34a becomes medium.
  • the number of the protrusion parts 48 is set to "7", it is not limited to it.
  • FIGS. 6A to 6C show still another internal structure of the coolant tank 26.
  • FIGS. 6A to 6C are shown in the same manner as FIGS. 3A to 3C.
  • the installation positions of the coolant pipe 22 and the refrigerant pipe 24 are changed.
  • four refrigerant passages 42 extend in the front-rear direction.
  • the first refrigerant header 40a connected to the rear end of the four refrigerant passages 42 extends in the left-right direction.
  • the second refrigerant header 40b connected to the front end of the four refrigerant passages 42 extends in the left-right direction.
  • the first refrigerant pipe 24a is connected to the first refrigerant header 40a
  • the second refrigerant pipe 24b is connected to the second refrigerant header 40b.
  • the refrigerant flows into the first refrigerant header 40a through the first refrigerant pipe 24a.
  • the refrigerant branches from the first refrigerant header 40a to the first refrigerant passage 42a to the fourth refrigerant passage 42d, flows through the first refrigerant passage 42a to the fourth refrigerant passage 42d, and then merges in the second refrigerant header 40b. To do.
  • the refrigerant flows out from the second refrigerant header 40b through the second refrigerant pipe 24b.
  • a temperature difference is generated between the gas-liquid two-phase region at the saturation temperature of the refrigerant and the superheated vapor region where the refrigerant is vaporized, as well as the refrigerant in each refrigerant passage 42.
  • the coolant passage 30 there is a flow path that flows out from the second coolant pipe 22b after the coolant flows in from the first coolant pipe 22a and flows to the rear side. It is formed.
  • the coolant flows from the first coolant pipe 22a into the upper passage 44 and the lower passage 46, flows through the flow passages, and flows out of the upper passage 44 and the lower passage 46 from the second refrigerant pipe 24b. In this way, the coolant flows in the front-rear direction.
  • FIG. 6 (c) corresponds to the case where FIG. 6 (a) and FIG. 6 (b) are combined.
  • the coolant flows along the refrigerant passage 42 in the direction opposite to the refrigerant. Therefore, the variation in the temperature of the refrigerant passage 42 is suppressed by the coolant, and further, the temperature difference between the plurality of refrigerant passages 42 is suppressed by the mixing of the coolant by the coolant pump (WP: Water Pump).
  • WP Water Pump
  • FIGS. 6A to 6C as in FIGS. 5A to 5B, a plurality of refrigerant passages 42 in the coolant passage 30, particularly the inner bottom surface 34b in the lower passage 46, are provided.
  • One or more projecting portions 48 extending in the left-right direction may be provided as ribs on the portion facing the. Such a protrusion 48 makes it easier for the coolant to flow into the upper passage 44.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the battery temperature control system 100.
  • the battery temperature control system 100 of the present embodiment is a system that shares a vehicle air conditioning system (particularly a refrigerant circuit) with the battery temperature control device 20A that controls the temperature of the vehicle-mounted battery.
  • the battery temperature control system 100 includes a battery temperature control device 20 ⁇ / b> A, a compressor 60, a condenser 62, a first expansion valve 64, an HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning) 66, a second expansion valve 68, a WP 70, and a heater 72.
  • the battery module 10 of Fig.1 (a) is abbreviate
  • the compressor 60, the condenser 62, the first expansion valve 64, the HVAC 66, and the second expansion valve 68 in FIG. 7 are included in the refrigerant circuit, and the WP 70 and the heater 72 are included in the coolant circuit.
  • the compressor 60, the condenser 62, the HVAC 66, and the second expansion valve 68 constitute a refrigerant circuit of the vehicle air conditioning system.
  • the refrigerant is supplied to the battery temperature adjustment device 20A, and the battery temperature adjustment device 20A is cooled by the heat of vaporization of the refrigerant.
  • the battery temperature control device 20A corresponds to the above-described cooling device 20 when the battery is cooled.
  • the refrigerant circuit supplies the refrigerant to the HVAC 66 and cools the air blown into the vehicle interior by the heat of vaporization of the refrigerant.
  • the compressor 60 pressurizes the vaporized refrigerant and supplies it to the capacitor 62.
  • the condenser 62 cools and liquefies the refrigerant pressurized by the compressor 60 and supplies it to the first expansion valve 64 or the second expansion valve 68.
  • the first expansion valve 64 depressurizes the liquefied refrigerant and supplies it to the battery temperature adjustment device 20A.
  • the supplied refrigerant is vaporized in the battery temperature control device 20A.
  • the vaporized refrigerant is supplied to the compressor 60 via the first expansion valve 64.
  • the second expansion valve 68 depressurizes the liquefied refrigerant and supplies it to the HVAC 66.
  • the supplied refrigerant is vaporized in the HVAC 66.
  • the vaporized refrigerant is supplied to the compressor 60 via the second expansion valve 68.
  • the first expansion valve 64 and the second expansion valve 68 are temperature type expansion valves that are control valves capable of controlling the flow rate of the refrigerant according to the refrigerant temperature.
  • the coolant is supplied to the battery temperature control device 20A, heat is exchanged between the refrigerant in the battery temperature control device 20A and the battery module 10 via the coolant when the battery is cooled, and when the battery is warmed. Heat exchange is performed between the heated coolant in the battery temperature control device 20 ⁇ / b> A and the battery module 10.
  • the WP 70 circulates the coolant in the coolant circuit.
  • the heater 72 heats the coolant when the vehicle battery is charged when the temperature is low or when power is supplied to the drive motor.
  • the arrangement of the plurality of battery modules 10 in the cooling device 20 will be described.
  • adjacent battery modules 10 are not closely arranged and are arranged at intervals.
  • the heat transfer amount in the refrigerant passage 42 is larger than the heat transfer amount in the upper passage 44 of the coolant. Therefore, the cooling efficiency increases as the contact area between the refrigerant passage 42 portion and the battery module 10 through the top plate 28 (the area of the portion where the refrigerant passage 42 overlaps the battery module 10 when viewed from above the cooling device 20) is increased. Will improve.
  • the cooling efficiency improves as the area of the portion of the refrigerant passage 42 that does not contact the battery module 10 (the area of the portion where the refrigerant passage 42 does not overlap the battery module 10 when viewed from the upper side of the cooling device 20) is reduced. Equivalent to.
  • FIGS. 8A to 8C are top views showing the arrangement of the battery module 10 in the battery temperature control system 100.
  • FIG. FIG. 8A is a top view showing the cooling device 20 when the battery module 10 is not arranged.
  • the cooling device 20 has a rectangular shape that is longer in the front-rear direction than in the left-right direction.
  • a plurality of refrigerant passages 42 extending in the front-rear direction are arranged while being separated from each other in the left-right direction.
  • FIG. 8B shows a case where four battery modules 10 are arranged on the cooling device 20 of FIG.
  • the short side is directed in the left-right direction while the long side of the battery module 10 is directed in the front-rear direction.
  • two battery modules 10 are arranged in the front-rear direction, and two battery modules 10 are arranged in the left-right direction.
  • the direction in which each refrigerant passage 42 extends is the long side direction of the battery module 10.
  • each refrigerant passage 42 extends is the direction of the short side of the battery module 10.
  • the coolant passage is in contact with the coolant passage and the cooling surface side of the casing of the cooling device, so that the heat of the battery module is transferred to the low temperature portion of the coolant passage and the high temperature portion of the coolant passage.
  • This heat is transferred to the low temperature part of the refrigerant passage, so that in-plane variation in battery temperature during battery cooling can be suppressed.
  • the width of the upper passage is made larger than the width of the refrigerant passage, variations in temperature can be suppressed by the coolant flowing through the upper passage.
  • the cooling liquid flows so as to be orthogonal to the direction in which the refrigerant flows, variations in temperature between the refrigerant passages can be suppressed.
  • the flow rate of the cooling liquid in the upper passage can be increased.
  • the flow rate of the coolant in the upper passage increases, the amount of heat transfer in the upper passage can be increased.
  • the flow directions of the refrigerant and the coolant are orthogonal, the temperature variation caused by the deviation of the refrigerant flow rate between the refrigerant passages can be made uniform by the coolant flowing across the refrigerant passages.
  • variation in the temperature resulting from the deviation of the liquid refrigerant in a refrigerant path and heating steam can be suppressed by promoting mixing of a cooling liquid in WP.
  • the coolant flows in the direction in which the refrigerant flows, the temperature variation in the refrigerant passage can be suppressed. Further, since the flow of the cooling liquid varies depending on the protrusion, the cooling liquid can be flowed in directions other than the direction in which the refrigerant flows. In addition, since the coolant flows in a direction other than the direction in which the refrigerant flows, the temperature variation between the refrigerant passages can be suppressed. In addition, since the refrigerant and the coolant flow in the same direction, the liquid refrigerant in the refrigerant passage and the temperature variation caused by the heated steam can be made uniform by the coolant flowing around the refrigerant passage.
  • the temperature variation resulting from the deviation of the refrigerant flow rate between the refrigerant passages can be suppressed by promoting the mixing of the cooling liquid by the cooling liquid stirring rib or WP.
  • the battery module and the cooling device are provided, in the cooling device that cools the battery module, in-plane variation of the battery temperature during battery cooling can be suppressed.
  • a cooling device is a cooling device that cools an in-vehicle battery, and is provided in a housing, a cooling fluid passage that allows a coolant to flow, and is provided in the housing.
  • the plurality of refrigerant passages are arranged apart from the adjacent refrigerant passages in a second direction different from the first direction, and the coolant passage is provided in contact with the housing between the adjacent refrigerant passages, A plurality of first coolant passages extending in the first direction are included.
  • the coolant passage is in contact with the coolant passage and the cooling surface side of the casing of the cooling device, so that the heat of the in-vehicle battery is transferred to the low temperature portion of the coolant passage and the heat of the high temperature portion of the coolant passage. Can be transferred to the low temperature portion of the refrigerant passage to suppress in-plane variations in battery temperature during battery cooling.
  • the distance between adjacent refrigerant passages is larger than the width of the refrigerant passage.
  • the distance between the adjacent refrigerant passages is made larger than the width of the refrigerant passage, variation in temperature can be suppressed by the coolant flowing between the adjacent refrigerant passages.
  • the coolant passage is provided on the second surface side opposite to the first surface of the housing, and is joined to the housing, and the second coolant passage through which the coolant can move between the first coolant passage is provided. May be included.
  • the coolant flows in the second direction. In this case, since the coolant flows so as to cross the direction in which the refrigerant flows, the temperature variation between the refrigerant passages can be suppressed.
  • the second coolant passage may be provided with a protrusion that is joined to the housing on the second surface side and protrudes toward the first coolant passage. In this case, since the flow of the cooling liquid is changed by the protrusion, the flow rate of the cooling liquid between the adjacent refrigerant passages can be increased.
  • the coolant passage is provided on the second surface side opposite to the first surface of the housing, and is joined to the housing, and the second coolant passage through which the coolant can move between the first coolant passage is provided. May be included.
  • the coolant flows in the first direction. In this case, since the coolant flows in the direction in which the refrigerant flows, the temperature variation in the refrigerant passage can be suppressed.
  • the second coolant passage may be provided with a protrusion that is joined to the housing on the second surface side and protrudes toward the first coolant passage. In this case, since the flow of the cooling liquid is changed by the protrusion, the temperature variation between the refrigerant passages can be suppressed.
  • a cooling device and a plurality of in-vehicle batteries installed on the first surface of the cooling device may be provided.
  • the cooling device that cools the in-vehicle battery in-plane variation in battery temperature during battery cooling can be suppressed.
  • Cooling device 20 Cooling device, 22 Coolant pipe, 24 Coolant pipe, 26 Coolant tank, 28 Top plate, 30 Coolant passage, 34a Cooling surface, 34b Inner bottom surface, 36 Partition plate, 38 Opening, 40 Refrigerant header, 42 refrigerant passage, 44 upper passage, 46 lower passage, 100 battery temperature control system.
  • in-plane variation in battery temperature during battery cooling can be suppressed.

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Abstract

冷却装置２０は、車載電池を冷却する。冷却液通路３０は、冷却装置２０の筐体の内部に設けられ、冷却液を流す。第１冷媒通路４２ａから第４冷媒通路４２ｄは、冷却装置２０の筐体の内部に設けられ、冷媒を流すとともに、筐体の車載電池が搭載される第１面側において筐体と接合して設けられ、第１方向に延びる。第１冷媒通路４２ａから第４冷媒通路４２ｄは、第１方向とは異なった第２方向において、隣接したものと離間して並べられる。冷却液通路３０は、隣接した冷媒通路の間において筐体と接合して設けられ、第１方向に延びる第１上段通路４４ａから第３上段通路４４ｃを含む。

Description

冷却装置および電池温調システム
　本開示は、冷却技術に関し、特に電池を冷却する冷却装置および電池温調システムに関する。
　ハイブリッド車および電気自動車には、駆動源であるモータに電力を供給する電池システムが搭載される。こうした電池システムでは、例えば、複数の電池セルからなる電池モジュールを複数個有し、各電池モジュールは、電池モジュールの温度上昇を抑制するために、冷却装置（熱交換器）上に設置される。冷却装置では、その内部の冷媒の気化熱によって電池モジュールの冷却がなされる（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１４－２２９４８０号公報
　上記電池システムでは、電池モジュールは冷却装置における冷媒により冷却されるが、複数個の電池モジュール全体をカバーする大面積の冷却装置において冷媒を均等に流すことが困難である。そのため、冷却時には、冷却装置における冷媒の温度にばらつき（面内ばらつき）が生じてしまい、電池モジュール内あるいは電池モジュール間での電池温度のばらつきにつながることが懸念される。
　本開示はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、車載電池を冷却する冷却装置において、電池冷却時における電池温度の面内ばらつきを抑制する技術を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本開示のある態様の冷却装置は、車載電池を冷却する冷却装置であって、筐体と、筐体の内部に設けられ、冷却液を流す冷却液通路と、筐体の内部に設けられ、冷媒を流す冷媒通路であって、筐体の車載電池が搭載される第１面側において筐体と接合して設けられ、第１方向に延びる複数の冷媒通路とを備える。複数の冷媒通路は、第１方向とは異なった第２方向において、隣接した冷媒通路と離間して並べられ、冷却液通路は、隣接した冷媒通路の間において筐体と接合して設けられ、第１方向に延びる複数の第１冷却液通路を含む。
　本開示によれば、車載電池を冷却する冷却装置において、電池冷却時における電池温度の面内ばらつきを抑制できる。
図１（ａ）－（ｂ）は、実施例に係る電池温調システムの構造を示す図である。 図２（ａ）－（ｂ）は、図１の冷却液槽の内部構造を示す図である。 図３（ａ）－（ｃ）は、図１の冷却液槽の内部構造を示す図である。 図３（ｃ）の冷却液槽の内部構造を示す断面図である。 図５（ａ）－（ｂ）は、図１の冷却液槽の別の内部構造を示す図である。 図６（ａ）－（ｃ）は、図１の冷却液槽のさらに別の内部構造を示す図である。 図１の電池温調システムの構成を示すブロック図である。 図８（ａ）－（ｃ）は、図１の電池温調システムにおける電池モジュールの配置を示す上面図である。
　本開示の実施例を具体的に説明する前に、概要を説明する。実施例は、車両に搭載されている電池温調システムにおける複数の電池モジュールを冷却するための冷却装置に関する。前述のごとく、冷媒により電池モジュールを冷却する構造では、複数の電池モジュール全体をカバーする大面積の冷却装置に冷媒を均等に流すことが困難となり、冷却装置に流れる冷媒の温度にばらつき（面内ばらつき）が生じる。このような冷媒の温度のばらつきは、電池モジュール内あるいは電池モジュール間での電池温度のばらつきにつながる。すなわち、冷却時において電池温調システム内での電池温度が不均一となり、冷却効率および電池信頼性において好ましくない。このため、電池モジュールの冷却時における電池温度の面内ばらつきを抑制することが求められる。
　本実施例では、冷却装置を構成する筐体の電池モジュールと接する冷却面側には複数の冷媒通路が接合されるとともに、複数の冷媒通路における電池モジュールとは反対側の面側と、隣接する冷媒通路間とには、冷却液通路が配置される。冷却液通路は、冷媒通路の温度のばらつきを抑制するために冷却液を流す。冷却液通路は、冷媒通路に接するだけではなく、冷却装置の筐体の冷却面側にも接するので、電池モジュールから受け取った熱を冷媒通路の低温部に伝熱し、冷媒通路の高温部の熱を冷媒通路の低温部に伝熱する。その結果、冷媒のみで電池モジュールと熱交換するよりも温度の面内ばらつきが抑制される。また、冷却装置の筐体を介して冷媒通路が電池モジュールと接するので、冷却液の熱抵抗の影響を受けずに冷媒が電池モジュールと直接熱交換可能であり、冷却液のみで電池モジュールと熱交換するよりも熱交換効率が向上する。
　なお、以下の説明において、「平行」、「垂直」は、完全な平行、垂直だけではなく、誤差の範囲で平行、垂直からずれている場合も含むものとする。また、「略」は、おおよその範囲で同一であるという意味である。さらに、以下の実施例では、同一の構成要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面では、説明の便宜のため、構成要素の一部を適宜省略する。
　図１（ａ）－（ｂ）は、電池温調システム１００の構造を示す。図１（ａ）は電池温調システム１００の構造を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ’線の断面図である。図１（ａ）に示すように、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸からなる直交座標系が規定される。ｘ軸、ｙ軸は、電池温調システム１００の底面内において互いに直交する。ｚ軸は、ｘ軸およびｙ軸に垂直であり、電池温調システム１００の高さ方向に延びる。また、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のそれぞれの正の方向は、図１（ａ）における矢印の方向に規定され、負の方向は、矢印と逆向きの方向に規定される。ここで、ｘ軸の正方向側が「前側」と呼ばれ、ｘ軸の負方向側が「後側」と呼ばれ、ｙ軸の正方向側が「右側」と呼ばれ、ｙ軸の負方向側が「左側」と呼ばれ、ｚ軸の正方向側が「上側」と呼ばれ、ｚ軸の負方向側が「下側」と呼ばれることもある。また、ｘ軸方向を前後方向と呼び、ｙ軸方向を左右方向と呼ぶこともある。そのため、図１（ａ）は、電池温調システム１００の前側を含む斜視図である。なお、ｘ軸の「前側」または「後側」、ｙ軸の「左側」または「右側」は、車両への電池温調システム設置時の搭載方向を規定するものではない。
　図１（ａ）に示すように、電池温調システム１００は、電池モジュール１０と総称される第１電池モジュール１０ａ、第２電池モジュール１０ｂ、および第３電池モジュール１０ｃと、冷却装置２０とを備える。電池モジュール１０は、冷却装置２０の上側の面に設置される。
　電池モジュール１０は、例えば、ハイブリット車または電気自動車における走行用モータの駆動源となる電気エネルギーを蓄積する二次電池である。電池モジュール１０は、冷却など温度調節を要する部品である。各電池モジュール１０は、左右方向よりも前後方向に長い箱形形状を有し、冷却装置２０の左右方向に並べられる。冷却装置２０は電池モジュール１０を冷却するための装置である。冷却装置２０の高さ方向の長さは、前後方向および左右方向の長さよりも短いので、冷却装置２０は高さの低い板形形状を有する。冷却装置２０は冷却プレートと呼ばれることもある。冷却装置２０の上側の面には３つの電池モジュール１０が設置される。そのため、冷却装置２０の上側の面と各電池モジュール１０の下側の面とが接触する。なお、各電池モジュール１０の形状は、これに限定するものではなく、左右方向よりも前後方向に短い箱形形状、正方形状、あるいは円筒形状であってもよい。
　また、冷却装置２０の右側の面には、冷却液パイプ２２と総称される第１冷却液パイプ２２ａ、第２冷却液パイプ２２ｂが配置される。特に、前側に第１冷却液パイプ２２ａが配置され、後側に第２冷却液パイプ２２ｂが配置される。また、冷却装置２０の前側の面には、冷媒パイプ２４と総称される第１冷媒パイプ２４ａ、第２冷媒パイプ２４ｂとが配置される。特に、左側に第１冷媒パイプ２４ａが配置され、右側に第２冷媒パイプ２４ｂが配置される。ここでは、第１冷却液パイプ２２ａから冷却液が流入され、第２冷却液パイプ２２ｂから冷却液が流出される。また、第１冷媒パイプ２４ａから冷媒が流入され、第２冷媒パイプ２４ｂから冷媒が流出される。冷媒の一例は、ＨＦＣ（Ｈｙｄｒｏ　Ｆｌｕｏｒｏ　Ｃａｒｂｏｎ）である。また、冷却液の一例は、エチレングリコールを含む不凍液である。なお、白色の矢印が冷却液の流れを示し、黒色の矢印が冷媒の流れを示す。
　図１（ｂ）に示すように、冷却装置２０は、冷却液槽２６と天板２８とを組み合わせて構成される。具体的には、冷却装置２０は、上側が開口して中央部が窪んだ桶形形状を有する冷却液槽２６に対して、冷却液槽２６の開口を塞ぐように天板２８を取り付けることによって構成される。また、冷却液槽２６と天板２８とは、冷却装置２０の外部筐体として機能する。冷却装置２０の内部空間には、天板２８に接して設けられた冷媒通路４２と、冷却液槽２６に設けられた冷却液通路３０とが形成される。なお、冷媒通路４２は、冷却装置２０の内部において冷媒が流れる通路（流路）であり、冷却液通路３０は、冷却装置２０において冷却液が流れる通路（流路）である。
　各電池モジュール１０は、冷却装置２０の天板２８の上側の面に設置される。冷却装置２０を構成する冷却液槽２６には、上述の通り冷却液パイプ２２と冷媒パイプ２４とが形成される。冷却液パイプ２２は、冷却装置２０の内部において冷却液通路３０に通じており、冷媒パイプ２４は、冷却装置２０の内部において冷媒通路４２に通じている。すなわち、冷却液通路３０には冷却液が流れ、冷媒通路４２には冷媒が流れるように構成される。
　図２（ａ）－（ｂ）は、冷却液槽２６の内部構造を示す。ここでは、冷媒通路４２の数を「４」とする。図２（ａ）は、冷却液槽２６の内部構造を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ－Ｂ’線の断面図である。上側の面が冷却面３４ａと示され、下側の面が内底面３４ｂと示される。冷却面３４ａは、図１（ａ）－（ｂ）の電池モジュール１０側の面であり、図１（ｂ）の天板２８を介して電池モジュール１０に接する。以下では、説明を明瞭にするために、天板２８を省略することもある。ここで、冷却面３４ａを第１面と呼ぶ場合、内底面３４ｂは第２面と呼ばれる。冷却液槽２６は、冷却液通路３０、冷媒通路４２と総称される第１冷媒通路４２ａから第４冷媒通路４２ｄを含む。冷媒通路４２のそれぞれは、冷却液槽２６の前後方向に延びる棒形状を有する。複数の冷媒通路４２は、冷却液槽２６の左右方向において、隣接した冷媒通路４２と離間しながら並べられる。また、冷媒通路４２には冷媒が流される。また、図１（ｂ）に示すように、複数の冷媒通路４２は、電池モジュール１０が設置される天板２８の下側の面に接するように設けられる。つまり、複数の冷媒通路４２は、冷却液槽２６の冷却面３４ａ側に設けられる。
　以下では、第１冷媒通路４２ａと第２冷媒通路４２ｂとの間に挟まれた冷却液通路３０の部分が第１上段通路４４ａと定義される。また、第２冷媒通路４２ｂと第３冷媒通路４２ｃとの間に挟まれた冷却液通路３０の部分が第２上段通路４４ｂと定義される。さらに、第３冷媒通路４２ｃと第４冷媒通路４２ｄとの間に挟まれた冷却液通路３０の部分が第３上段通路４４ｃと定義される。これらの第１上段通路４４ａから第３上段通路４４ｃは上段通路４４と総称される。また、冷却液通路３０において、複数の冷媒通路４２および複数の上段通路４４以外の部分は下段通路４６と定義される。下段通路４６は、複数の冷媒通路４２および複数の上段通路４４の下側の部分に相当する。ここで、上段通路４４を第１冷却液通路と呼ぶ場合、下段通路４６は第２冷却液通路と呼ばれる。なお、複数の上段通路４４と下段通路４６を別に定義したが、これらは連続した空間である。そのため、複数の上段通路４４と下段通路４６との間を冷却液は自由に移動可能である。ここで、冷却液槽２６の左右方向における冷媒通路４２の幅を「Ｗ」と示し、隣接した冷媒通路４２間の距離、つまり上段通路４４の幅を「Ｗ’」と示す場合、Ｗ’はＷよりも大きくされる。これは、冷却液による効果的な温度の面内ばらつき抑制効果を得るためである。
　このような構造における冷媒、冷却液の流れを説明するために、図３（ａ）－（ｃ）を使用する。図３（ａ）－（ｃ）は、冷却液槽２６の内部構造を示す。図３（ａ）は、冷媒通路４２の内部構造の上面図を示し、図３（ｂ）は、冷却液通路３０の下段通路４６の内部構造の上面図を示し、図３（ｃ）は、冷却液槽２６の内部構造の上面図を示す。図３（ａ）において、前述の４つの冷媒通路４２が前後方向に延びる。また、第１冷媒通路４２ａと第２冷媒通路４２ｂの前側端に接続された第１冷媒ヘッダ４０ａが左右方向に延びる。４つの冷媒通路４２の後側端に接続された第２冷媒ヘッダ４０ｂが左右方向に延びる。第３冷媒通路４２ｃと第４冷媒通路４２ｄの前側端に接続された第３冷媒ヘッダ４０ｃが左右方向に延びる。第１冷媒ヘッダ４０ａから第３冷媒ヘッダ４０ｃは冷媒ヘッダ４０と総称される。第１冷媒ヘッダ４０ａは図１（ａ）の第１冷媒パイプ２４ａに接続され、第３冷媒ヘッダ４０ｃは図１（ａ）の第２冷媒パイプ２４ｂに接続される。
　前述のごとく、冷却液槽２６には、第１冷媒パイプ２４ａから冷媒が流入される。冷媒は第１冷媒ヘッダ４０ａに流れ込む。また、冷媒は、第１冷媒ヘッダ４０ａから第１冷媒通路４２ａと第２冷媒通路４２ｂに分岐されて、第１冷媒通路４２ａと第２冷媒通路４２ｂを流れてから、第２冷媒ヘッダ４０ｂにおいて合流する。第２冷媒ヘッダ４０ｂにおける冷媒は、第３冷媒通路４２ｃと第４冷媒通路４２ｄに分岐されて、第３冷媒通路４２ｃと第４冷媒通路４２ｄを流れてから、第３冷媒ヘッダ４０ｃにおいて合流する。さらに、冷媒は、第３冷媒ヘッダ４０ｃを流れて第２冷媒パイプ２４ｂから流出する。
　このような冷媒通路４２内では、冷媒の飽和温度の気液二相領域と、冷媒が気化した過熱蒸気領域との間に温度差が生じるほか、各冷媒通路４２の冷媒流量、特に液冷媒（液体状態の冷媒）の流量のばらつきによる温度差も発生する。例えば、冷媒の流入直後の第１冷媒通路４２ａにおけるポイントＰ３は気液二相領域となり、冷媒の流出直前の第４冷媒通路４２ｄにおけるポイントＰ１は過熱蒸気領域になる。こうした冷媒の状態の違いにより、ポイントＰ３とポイントＰ１との間に温度差が生じる可能性がある。また、冷媒流速が比較的速い場合には、その通路に流れる液冷媒が多くなる可能性があるため、例えば、第４冷媒通路４２ｄにおけるポイントＰ６の液冷媒の流量は、第３冷媒通路４２ｃにおけるポイントＰ５の液冷媒の流量よりも多くなる。こうした液冷媒の流量の違いにより、第４冷媒通路４２ｄにおいてポイントＰ１に至る冷媒と、第３冷媒通路４２ｃにおいてポイントＰ２に至る冷媒との間に温度差が生じる可能性がある。
　図３（ｂ）における冷却液通路３０には、冷却液槽２６の底面から天板２８に至る仕切り板３６が立設される。仕切り板３６は、冷却液槽２６の右側の側壁から複数の冷媒通路４２を横切って左側に向かって、冷却液槽２６の左側の側壁に未到達の位置まで延びる。仕切り板３６は、図３（ｂ）に示すように、下段通路４６を仕切るとともに、上段通路４４も同様に仕切っている。すなわち、仕切り板３６によって、上段通路４４、下段通路４６の内部が仕切られる。なお、複数の冷媒通路４２（特に第２冷媒通路４２ｂから第４冷媒通路４２ｄ）は仕切り板３６を貫通するように設けられる。
　このように、冷却液通路３０（上段通路４４、下段通路４６）の内部は、仕切り板３６によって第１冷却液パイプ２２ａ側の空間と第２冷却液パイプ２２ｂ側の空間に仕切られる。なお、これらの空間は、冷却液槽２６の左側においてつながる。そのため、冷却液通路３０の内部では、仕切り板３６によって仕切られた流路が形成される。冷却液は、第１冷却液パイプ２２ａから左側に流れてから、後側に流れた後、右側に流れることによって第２冷却液パイプ２２ｂに至る。第２冷却液パイプ２２ｂは、冷却液槽２６において、第１冷却液パイプ２２ａとは流路の反対側に設けられている。冷却液は第１冷却液パイプ２２ａから上段通路４４、下段通路４６内に流入され、前述の流路を流れて、第２冷却液パイプ２２ｂから上段通路４４、下段通路４６外に流出される。このように冷却液は主として冷却液槽２６の左右方向に流れる。
　図３（ｃ）は、図３（ａ）と図３（ｂ）とを組み合わせた場合に相当する。また、図４は、冷却液槽２６の内部構造を示す図３（ｃ）のＣ－Ｃ’線の断面図である。図示のごとく、冷却液通路３０には、冷媒通路４２と直交方向に冷却液が流される。そのため、冷却液により冷媒通路４２の温度のばらつきが抑制され、さらに冷却液のＵターンにより冷媒通路４２の入口側と出口側の温度差が抑制される。ここで、冷却面３４ａにおける冷媒通路４２の部分の伝熱量が大きくなり、冷却面３４ａにおける上段通路４４の部分の伝熱量が小さくなる。以下では、このような伝熱量の違いを小さくするための構造を図５（ａ）－（ｂ）を使用しながら説明する。
　図５（ａ）－（ｂ）は、冷却液槽２６の別の内部構造を示す。図５（ａ）は、図３（ｃ）と同様に示される。なお、図５（ａ）における冷媒の流れも図３（ｃ）と同様であるので、ここでは図示を省略する。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＤ－Ｄ’線の断面図である。冷却液槽２６の内底面３４ｂには複数の突起部４８が設けられる。具体的には、冷却液通路３０、特に下段通路４６の内部における内底面３４ｂのうち、複数の冷媒通路４２に非対向の部分、つまり複数の上段通路４４に対向した部分には、前後方向に延びる第１突起部４８ａから第７突起部４８ｇが設けられる。第１突起部４８ａから第７突起部４８ｇは、突起部４８と総称され、上側に向いて突出したリブである。突起部４８によって冷却液の流れが上側に変えられることによって、上段通路４４内での冷却液の流れが増加する。その結果、上段通路４４における冷却効果が向上し、複数の冷媒通路４２における温度のばらつきが抑制される。さらに、温度のばらつきが抑制されることによって、冷却液による熱拡散と電池モジュール１０との熱交換が促進される。ここで、冷却面３４ａにおける冷媒通路４２の部分の伝熱量が大きくなり、冷却面３４ａにおける上段通路４４の部分の伝熱量が中程度になる。なお、突起部４８の数を「７」とされているが、それに限定されない。
　図６（ａ）－（ｃ）は、冷却液槽２６のさらに別の内部構造を示す。これまでは、冷媒の流れの方向と冷却液の流れの方向とが垂直であるが、ここでは、それらが逆行している場合に相当する。図６（ａ）－（ｃ）は、図３（ａ）－（ｃ）と同様に示される。なお、冷却液パイプ２２および冷媒パイプ２４の設置位置はそれぞれ変更される。図６（ａ）において、４つの冷媒通路４２が前後方向に延びる。また、４つの冷媒通路４２の後側端に接続された第１冷媒ヘッダ４０ａが左右方向に延びる。４つの冷媒通路４２の前側端に接続された第２冷媒ヘッダ４０ｂが左右方向に延びる。第１冷媒ヘッダ４０ａには第１冷媒パイプ２４ａが接続され、第２冷媒ヘッダ４０ｂには第２冷媒パイプ２４ｂが接続される。冷媒は第１冷媒パイプ２４ａを通って第１冷媒ヘッダ４０ａに流入する。また、冷媒は、第１冷媒ヘッダ４０ａから第１冷媒通路４２ａ～第４冷媒通路４２ｄに分岐されて、第１冷媒通路４２ａ～第４冷媒通路４２ｄを流れてから、第２冷媒ヘッダ４０ｂにおいて合流する。さらに、冷媒は、第２冷媒ヘッダ４０ｂから第２冷媒パイプ２４ｂを通って流出する。このような冷媒通路４２内では、これまでと同様に、冷媒の飽和温度の気液二相領域と、冷媒が気化した過熱蒸気領域との間に温度差が生じるほか、各冷媒通路４２の冷媒流量、特に液冷媒（液体状態の冷媒）の流量のばらつきによる温度差も発生する。
　図６（ｂ）に示すように、冷却液通路３０の内部では、第１冷却液パイプ２２ａから冷却液が流入して後側に流れた後、第２冷却液パイプ２２ｂから流出する流路が形成される。冷却液は第１冷却液パイプ２２ａから上段通路４４、下段通路４６内に流入され、前述の流路を流れて、第２冷媒パイプ２４ｂから上段通路４４、下段通路４６外に流出される。このように冷却液は前後方向に流れる。
　図６（ｃ）は、図６（ａ）と図６（ｂ）とを組み合わせた場合に相当する。図示のごとく、冷媒通路４２に沿って冷媒とは逆方向に冷却液が流される。そのため、冷却液により冷媒通路４２の温度のばらつきが抑制され、さらに冷却液ポンプ（ＷＰ：Ｗａｔｅｒ　Ｐｏｍｐ）による冷却液の混合により複数の冷媒通路４２間の温度差が抑制される。なお、図６（ａ）－（ｃ）の場合において、図５（ａ）－（ｂ）と同様、冷却液通路３０、特に下段通路４６の内部における内底面３４ｂのうち、複数の冷媒通路４２に対向した部分に、リブとして、左右方向に延びる１つ以上の突起部４８が設けられてもよい。このような突起部４８によって、上段通路４４にも冷却液が流れやすくなる。
　図７は、電池温調システム１００の構成を示すブロック図である。本実施例の電池温調システム１００は、車載電池の温度制御を行う電池温調装置２０Ａに対して車両空調システム（特に冷媒回路）を共用するシステムである。電池温調システム１００は、電池温調装置２０Ａ、コンプレッサ６０、コンデンサ６２、第１膨張弁６４、ＨＶＡＣ（Ｈｅａｔｉｎｇ，　Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ，　ａｎｄ　Ａｉｒ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）６６、第２膨張弁６８、ＷＰ７０、ヒーター７２を含む。なお、図１（ａ）の電池モジュール１０は省略される。電池温調システム１００では、図７におけるコンプレッサ６０、コンデンサ６２、第１膨張弁６４、ＨＶＡＣ６６、第２膨張弁６８が冷媒回路に含まれ、ＷＰ７０、ヒーター７２が冷却液回路に含まれる。なお、コンプレッサ６０、コンデンサ６２、ＨＶＡＣ６６、第２膨張弁６８は車両空調システムの冷媒回路を構成する。
　冷媒回路では、電池温調装置２０Ａに冷媒を供給し、この冷媒の気化熱で電池温調装置２０Ａを冷却する。なお、電池温調装置２０Ａは、電池冷却時には、前述の冷却装置２０に相当する。また、冷媒回路は、ＨＶＡＣ６６に冷媒を供給し、この冷媒の気化熱で車室内に送風する空気を冷却する。冷媒回路において、コンプレッサ６０は、気化された冷媒を加圧し、コンデンサ６２に供給する。コンデンサ６２は、コンプレッサ６０で加圧された冷媒を冷却して液化させ、第１膨張弁６４または第２膨張弁６８に供給する。第１膨張弁６４に冷媒が供給される場合、第１膨張弁６４は、液化した冷媒を減圧して電池温調装置２０Ａに供給する。供給された冷媒は電池温調装置２０Ａ内で気化する。気化した冷媒は、第１膨張弁６４を介してコンプレッサ６０に供給される。第２膨張弁６８に冷媒が供給される場合、第２膨張弁６８は、液化した冷媒を減圧してＨＶＡＣ６６に供給する。供給された冷媒はＨＶＡＣ６６内で気化する。気化した冷媒は、第２膨張弁６８を介してコンプレッサ６０に供給される。ここで、第１膨張弁６４および第２膨張弁６８は、冷媒温度に応じて冷媒の流量を制御できる調整弁である温度式膨張弁である。
　冷却液回路では、電池温調装置２０Ａに冷却液を供給し、電池冷却時には電池温調装置２０Ａ内の冷媒と電池モジュール１０との間で冷却液を介して熱交換を行い、電池加温時には電池温調装置２０Ａ内の加熱された冷却液と電池モジュール１０との間で熱交換を行う。冷却液回路において、ＷＰ７０は、冷却液回路内の冷却液を循環させる。ヒーター７２は、車載電池が低温時に充電するもしくは駆動モータに電力を供給する際に冷却液を加温する。
　以下では、冷却装置２０における複数の電池モジュール１０の配置を説明する。ここでは、隣接した電池モジュール１０を密着して配置せずに、間隔をあけて配置する場合を想定する。前述のごとく、冷媒通路４２の部分の伝熱量は、冷却液の上段通路４４の部分の伝熱量よりも大きい。そのため、冷媒通路４２の部分と電池モジュール１０との天板２８を介した接触面積（冷却装置２０の上側から見て冷媒通路４２が電池モジュール１０と重畳する部分の面積）を大きくするほど冷却効率が向上する。これは、電池モジュール１０に接触しない冷媒通路４２の部分の面積（冷却装置２０の上側から見て冷媒通路４２が電池モジュール１０と重畳しない部分の面積）を小さくするほど冷却効率が向上することに相当する。
　図８（ａ）－（ｃ）は、電池温調システム１００における電池モジュール１０の配置を示す上面図である。図８（ａ）は、電池モジュール１０を配置させていない場合の冷却装置２０を示す上面図である。ここで、冷却装置２０は左右方向よりも前後方向に長い矩形状を有する。また、前後方向に延びる複数の冷媒通路４２が左右方向に４つ離間しながら並べられる。
　図８（ｂ）は、図８（ａ）の冷却装置２０の上に、電池モジュール１０を４つ配置させる場合を示す。ここでは、電池モジュール１０の長辺を前後方向に向けながら、短辺を左右方向に向ける。また、前後方向に２つの電池モジュール１０が並べられ、左右方向に２つの電池モジュール１０が並べられる。ここで、各冷媒通路４２が延びる方向は電池モジュール１０の長辺の方向にされる。このように並べた場合、電池モジュール１０に接触しない冷媒通路４２の部分である非接触部分５０が４カ所になる。
　図８（ｃ）では、電池モジュール１０の長辺を左右方向に向けながら、短辺を前後方向に向け、前後方向に４つの電池モジュール１０が並べられる。ここで、各冷媒通路４２が延びる方向は電池モジュール１０の短辺の方向にされる。このように並べた場合、非接触部分５０が１２カ所になる。つまり、冷媒と電池モジュール１０の熱交換の伝熱面積を効率よく確保するために、各冷媒通路４２が延びる方向を電池モジュール１０の長辺の方向とすることが望ましい。
　本実施例によれば、冷却液通路は、冷媒通路と、冷却装置の筐体の冷却面側に接するので、電池モジュールの熱を冷媒通路の低温部に伝熱するとともに、冷媒通路の高温部の熱を冷媒通路の低温部に伝熱して、電池冷却時における電池温度の面内ばらつきを抑制できる。また、上段通路の幅を冷媒通路の幅よりも大きくするので、上段通路に流される冷却液によって温度のばらつきを抑制できる。また、冷媒が流れる方向に直交するように冷却液を流すので、冷媒通路間の温度のばらつきを抑制できる。また、突起部によって冷却液の流れが変わるので、上段通路における冷却液の流量を増加できる。また、上段通路における冷却液の流量が増加するので、上段通路の伝熱量を増加できる。また、冷媒と冷却液の流れ方向を直交させるので、冷媒通路間の冷媒流量の偏りに起因する温度のばらつきを、冷媒通路を横断するように流れる冷却液により均一化できる。また、冷媒通路内における液冷媒の偏りや加熱蒸気に起因する温度のばらつきをＷＰにて冷却液の混合を促進することによって抑制できる。
　また、冷媒が流れる方向に冷却液を流すので、冷媒通路内の温度のばらつきを抑制できる。また、突起部によって冷却液の流れが変わるので、冷媒が流れる方向以外にも冷却液を流すことができる。また、冷媒が流れる方向以外にも冷却液が流れるので、冷媒通路間の温度のばらつきを抑制できる。また、冷媒と冷却液を同一方向の流れとするので、冷媒通路内における液冷媒の偏りや加熱蒸気に起因する温度のばらつきを、冷媒通路の周囲に流れる冷却液により均一化できる。また、冷媒通路間の冷媒流量の偏りに起因する温度のばらつきを、冷却液攪拌リブやＷＰにて冷却液の混合を促進することによって抑制できる。また、電池モジュールと冷却装置とを備えるので、電池モジュールを冷却する冷却装置において、電池冷却時における電池温度の面内ばらつきを抑制できる。
　本開示の一態様の概要は、次の通りである。本開示のある態様の冷却装置は、車載電池を冷却する冷却装置であって、筐体と、筐体の内部に設けられ、冷却液を流す冷却液通路と、筐体の内部に設けられ、冷媒を流す冷媒通路であって、筐体の車載電池が搭載される第１面側において筐体と接合して設けられ、第１方向に延びる複数の冷媒通路とを備える。複数の冷媒通路は、第１方向とは異なった第２方向において、隣接した冷媒通路と離間して並べられ、冷却液通路は、隣接した冷媒通路の間において筐体と接合して設けられ、第１方向に延びる複数の第１冷却液通路を含む。
　この態様によると、冷却液通路は、冷媒通路と、冷却装置の筐体の冷却面側に接するので、車載電池の熱を冷媒通路の低温部に伝熱するとともに、冷媒通路の高温部の熱を冷媒通路の低温部に伝熱して、電池冷却時における電池温度の面内ばらつきを抑制できる。
　第２方向において、隣接した冷媒通路の間の距離は、冷媒通路の幅よりも大きい。この場合、隣接した冷媒通路間の距離を冷媒通路の幅よりも大きくするので、隣接した冷媒通路間に流される冷却液によって温度のばらつきを抑制できる。
　冷却液通路は、筐体の第１面に対向する第２面側において筐体と接合して設けられ、第１冷却液通路との間で冷却液の移動が可能な第２冷却液通路を含んでもよい。第２冷却液通路は、第２方向に冷却液が流れる。この場合、冷媒が流れる方向に交わるように冷却液を流すので、冷媒通路間の温度のばらつきを抑制できる。
　第２冷却液通路には、第２面側において筐体と接合し、第１冷却液通路に向かって突出する突起部が設けられてもよい。この場合、突起部によって冷却液の流れが変わるので、隣接した冷媒通路間における冷却液の流量を増加できる。
　冷却液通路は、筐体の第１面に対向する第２面側において筐体と接合して設けられ、第１冷却液通路との間で冷却液の移動が可能な第２冷却液通路を含んでもよい。第２冷却液通路は、第１方向に冷却液が流れる。この場合、冷媒が流れる方向に冷却液を流すので、冷媒通路内の温度のばらつきを抑制できる。
　第２冷却液通路には、第２面側において筐体と接合し、第１冷却液通路に向かって突出する突起部が設けられてもよい。この場合、突起部によって冷却液の流れが変わるので、冷媒通路間の温度のばらつきを抑制できる。
　冷却装置と、冷却装置の第１面に設置される複数の車載電池と、を備えてもよい。この場合、車載電池を冷却する冷却装置において、電池冷却時における電池温度の面内ばらつきを抑制できる。
　以上、本開示を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
　１０　電池モジュール、　２０　冷却装置、　２２　冷却液パイプ、　２４　冷媒パイプ、　２６　冷却液槽、　２８　天板、　３０　冷却液通路、　３４ａ　冷却面、　３４ｂ　内底面、　３６　仕切り板、　３８　開口、　４０　冷媒ヘッダ、　４２　冷媒通路、　４４　上段通路、　４６　下段通路、　１００　電池温調システム。
　本開示によれば、車載電池を冷却する冷却装置において、電池冷却時における電池温度の面内ばらつきを抑制できる。

Claims (7)

  1. 　車載電池を冷却する冷却装置であって、
    　筐体と、
    　前記筐体の内部に設けられ、冷却液を流す冷却液通路と、
    　前記筐体の内部に設けられ、冷媒を流す冷媒通路であって、前記筐体の前記車載電池が搭載される第１面側において前記筐体と接合して設けられ、第１方向に延びる複数の冷媒通路とを備え、
    　前記複数の冷媒通路は、第１方向とは異なった第２方向において、隣接した冷媒通路と離間して並べられ、
    　前記冷却液通路は、隣接した冷媒通路の間において前記筐体と接合して設けられ、前記第１方向に延びる複数の第１冷却液通路を含むことを特徴とする冷却装置。
  2. 　前記第２方向において、隣接した冷媒通路の間の距離は、前記冷媒通路の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
  3. 　前記冷却液通路は、前記筐体の前記第１面に対向する第２面側において前記筐体と接合して設けられ、前記第１冷却液通路との間で冷却液の移動が可能な第２冷却液通路を含み、
    　前記第２冷却液通路は、前記第２方向に冷却液が流れることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却装置。
  4. 　前記第２冷却液通路には、前記第２面側において前記筐体と接合し、前記第１冷却液通路に向かって突出する突起部が設けられることを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
  5. 　前記冷却液通路は、前記筐体の前記第１面に対向する第２面側において前記筐体と接合して設けられ、前記第１冷却液通路との間で冷却液の移動が可能な第２冷却液通路を含み、
    　前記第２冷却液通路は、前記第１方向に冷却液が流れることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却装置。
  6. 　前記第２冷却液通路には、前記第２面側において前記筐体と接合し、前記第１冷却液通路に向かって突出する突起部が設けられることを特徴とする請求項５に記載の冷却装置。
  7. 　請求項１から６のいずれかに記載の冷却装置と、
    　前記冷却装置の前記第１面に設置される複数の車載電池と、
    　を備えることを特徴とする電池温調システム。
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