JP2013157111A - 組電池の冷却兼加熱構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】組電池を構成する単電池を効率良く冷却することができるとともに、寒冷地においても使用開始前に短時間で単電池を適正温度域に加熱しうる冷却兼加熱構造を提供する。
【解決手段】冷却兼加熱構造は、複数の扁平直方体状単電池１と、複数の平板状ヒートパイプ２とが、単電池１および平板状ヒートパイプ２が鉛直状となり、かつ単電池１の少なくとも片面に平板状ヒートパイプ２が熱的に接触するように積層状に配置されたものである。平板状ヒートパイプ２の基板５の鉛直状本体部分5aの上端は単電池１の上端よりも上方に位置し、同じく下端は単電池の下端よりも下方に位置している。本体部分5aの上端に、本体部分5aと直角をなす水平状放熱部８を設け、同じく本体部分5aの下端に、本体部分5aと直角をなす水平状受熱部９を設ける。
【選択図】図２
【解決手段】冷却兼加熱構造は、複数の扁平直方体状単電池１と、複数の平板状ヒートパイプ２とが、単電池１および平板状ヒートパイプ２が鉛直状となり、かつ単電池１の少なくとも片面に平板状ヒートパイプ２が熱的に接触するように積層状に配置されたものである。平板状ヒートパイプ２の基板５の鉛直状本体部分5aの上端は単電池１の上端よりも上方に位置し、同じく下端は単電池の下端よりも下方に位置している。本体部分5aの上端に、本体部分5aと直角をなす水平状放熱部８を設け、同じく本体部分5aの下端に、本体部分5aと直角をなす水平状受熱部９を設ける。
【選択図】図２
Description
この発明は組電池の冷却兼加熱構造に関する。
この明細書および特許請求の範囲において、図１および図７の上下を上下というものとする。
近年、環境問題などから、ハイブリッド自動車、電気自動車等が注目されており、そのために各種の二次電池が開発されている。各種の二次電池の中でもリチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高く、密閉性に優れ、かつメンテナンスフリーであるため、ハイブリッド自動車や電気自動車用のバッテリとして優れているが、大型のものは実用化されていない。そこで、複数個の小型の単電池を直列または並列に接続して組電池の形態とすることにより、所望の電圧や容量を確保している。
リチウムイオン二次電池は、使用温度によって性能や寿命が変化するので、長時間にわたって効率良く使用するためには適正な温度で使用する必要があるが、上述したような組電池の形態で用いた場合、各単電池自体から発せられる熱を放熱することが困難であり、各単電池の温度が上昇して寿命が短くなるという問題がある。
そこで、上述したような組電池における単電池の温度上昇を抑制することを目的として、複数の扁平状の単電池と、複数の平板状ヒートパイプとが、両者が水平となるように交互に積層状に配置されており、平板状ヒートパイプの周縁部の少なくとも一部に、単電池よりも外方に突出しかつ放熱用ヒートシンクに接触させられる放熱部が設けられている冷却構造が提案されている（特許文献１参照）。
ところで、寒冷地においては、使用開始前には使用環境温度の影響により単電池の温度が適正温度よりも低くなり、単電池の温度が適正温度に上昇するまでは効率良く使用することができないという問題がある。
この発明の目的は、上記問題を解決し、組電池を構成する単電池を効率良く冷却することができるとともに、寒冷地においても使用開始前に短時間で単電池を適正温度域に加熱しうる組電池の冷却兼加熱構造を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。
1)複数の扁平直方体状の単電池と、１つのヒートパイプ部が設けられた基板を有する複数の平板状ヒートパイプとが、単電池の少なくとも片面に平板状ヒートパイプが熱的に接触するように積層状に配置されており、基板の周縁部の少なくとも一部に、単電池よりも外方に突出しかつ冷却源に熱的に接触させられる放熱部と、単電池よりも外方に突出しかつ加熱源に熱的に接触させられる受熱部とが設けられている組電池の冷却兼加熱構造。
2)平板状ヒートパイプの基板が互いに接合された２枚の金属板からなり、平板状ヒートパイプの基板のヒートパイプ部が、基板の少なくともいずれか一方の金属板を膨出させることにより形成された１つの中空状作動液封入部内に作動液が封入されることによって形成されている上記1)記載の組電池の冷却兼加熱構造。
3)単電池および平板状ヒートパイプが鉛直状に配置されており、平板状ヒートパイプの基板の上部に単電池の上端部よりも上方に突出した放熱部が設けられ、同じく基板の下部に単電池の下端部よりも下方に突出した受熱部が設けられている上記1)または2)記載の組電池の冷却兼加熱構造。
4)平板状ヒートパイプの基板が、ヒートパイプ部が設けられた鉛直状本体部分を備えており、鉛直状本体部分の上端に、鉛直状本体部分と直角をなす水平状放熱部が設けられ、鉛直状本体部分の下端に、鉛直状本体部分と直角をなす水平状受熱部が設けられている上記3)記載の組電池の冷却兼加熱構造。
5)すべての平板状ヒートパイプの基板の放熱部に跨って、１つの冷却源が熱的に接触するようになされ、すべての平板状ヒートパイプの基板の受熱部に跨って、１つの加熱源が熱的に接触するようになされている上記4)記載の組電池の冷却兼加熱構造。
6)単電池および平板状ヒートパイプが水平状に配置されており、平板状ヒートパイプの基板の周縁部の一部に放熱部と受熱部とが設けられている上記1)または2)記載の組電池の冷却兼加熱構造。
7)平板状ヒートパイプの基板が、ヒートパイプ部が設けられた水平状本体部分を備えており、水平状本体部分の周縁の一部に、水平状本体部分と直角をなす鉛直状放熱部と、水平状本体部分と直角をなす鉛直状受熱部とが設けられている上記6)記載の組電池の冷却兼加熱構造。
8)すべての平板状ヒートパイプの基板の放熱部に跨って、１つの冷却源が熱的に接触するようになされ、すべての平板状ヒートパイプの基板の受熱部に跨って、１つの加熱源が熱的に接触するようになされている上記7)記載の組電池の冷却兼加熱構造。
9)放熱部および受熱部が兼用されるとともに、冷却源および加熱源が兼用されるようになされている上記7)または8)記載の組電池の冷却兼加熱構造。
10)両面に平板状ヒートパイプが熱的に接触させられた単電池と、同じく片面のみに平板状ヒートパイプが熱的に接触させられた単電池とが混在している上記1)〜9)のうちのいずれかに記載の組電池の冷却兼加熱構造。
上記1)〜10)の冷却兼加熱構造によれば、複数の扁平直方体状の単電池と、互いに接合された２枚の金属板からなりかつ１つのヒートパイプ部が設けられた基板を有する複数の平板状ヒートパイプとが、単電池の少なくとも片面に平板状ヒートパイプが熱的に接触するように積層状に配置されており、平板状ヒートパイプの基板のヒートパイプ部が、基板の少なくともいずれか一方の金属板を膨出させることにより形成された１つの中空状作動液封入部内に作動液が封入されることによって形成され、基板の周縁部の少なくとも一部に、単電池よりも外方に突出しかつ冷却源に熱的に接触させられる放熱部と、単電池よりも外方に突出しかつ加熱源に熱的に接触させられる受熱部とが設けられているので、以下に述べるように単電池を効率良く冷却しうるとともに、寒冷地においては使用開始前に単電池を短時間で適正温度に加熱することが可能になる。
すなわち、単電池を冷却する際には、単電池から発せられる熱によって、平板状ヒートパイプにおける単電池に熱的に接触している部分が加熱され、この熱がヒートパイプ部の作動液封入部内の作動液に伝わって作動液が蒸発する。一方、放熱部の近傍においては、放熱部に熱的に接触している冷却源によって、基板における放熱部に近い部分から熱が奪われ、放熱部に近い部分において作動液封入部内の気相の作動液が凝縮し、作動液封入部内の気相作動液が凝縮した部分の圧力が低下する。そして、作動液封入部内で発生した気相作動液が、作動液封入部内における圧力が低下した部分に流れるとともに、再凝縮した液相作動液が、液相作動液が蒸発した部分に流れるので、ヒートパイプ部において、気相作動液の流れと液相作動液の流れとが発生し、作動液の循環が起きる。ヒートパイプ部の作動液封入部内で気相作動液が凝縮した液相作動液は、液相作動液が蒸発した部分に流れるまでの間においても、単電池から熱を奪って蒸発する。したがって、単電池における平板状ヒートパイプに熱的に接触している部分の全体が均等に冷却される。
寒冷地において、使用開始前に単電池を加熱する際には、加熱源から平板状ヒートパイプの基板の受熱部に熱を供給する。供給された熱は、基板における受熱部に近い部分に伝わるとともに、ヒートパイプ部の作動液封入部内の作動液に伝わって作動液が蒸発する。一方、単電池に熱的に接触している部分においては、単電池によって基板から熱が奪われて単電池が加熱され、作動液封入部内の気相の作動液が凝縮し、作動液封入部内の気相作動液が凝縮した部分の圧力が低下する。そして、作動液封入部内で発生した気相作動液が、作動液封入部内における圧力が低下した部分に流れるとともに、再凝縮した液相作動液が、液相作動液が蒸発した部分に流れるので、ヒートパイプ部において、気相作動液の流れと液相作動液の流れとが発生し、作動液の循環が起きる。したがって、単電池における平板状ヒートパイプに熱的に接触している部分の全体が均等に加熱され、単電池の全体が短時間で適正温度に加熱される。
上記3)の冷却兼加熱構造によれば、単電池を冷却する際には、単電池から発せられる熱によって、平板状ヒートパイプにおける単電池に熱的に接触している部分が加熱され、この熱がヒートパイプ部の作動液封入部内の作動液に伝わって作動液が蒸発する。一方、放熱部の近傍においては、放熱部に熱的に接触している冷却源によって、基板における放熱部に近い部分から熱が奪われ、放熱部に近い上部において作動液封入部内の気相の作動液が凝縮し、作動液封入部内の気相作動液が凝縮した部分の圧力が低下する。そして、作動液封入部内で発生した気相作動液が、作動液封入部内における圧力が低下した部分に流れるとともに、再凝縮した液相作動液が、重力により下方に流れるので、ヒートパイプ部において、気相作動液の上方への流れと液相作動液の下方への流れとが発生し、作動液の循環が起きる。ヒートパイプ部の作動液封入部内で気相作動液が凝縮した液相作動液は、液相作動液が蒸発した部分に流れるまでの間においても、単電池から熱を奪って蒸発する。したがって、単電池における平板状ヒートパイプに熱的に接触している部分の全体が均等に冷却される。
寒冷地において、使用開始前に単電池を加熱する際には、加熱源から平板状ヒートパイプの基板の受熱部に熱を供給する。供給された熱は、基板における受熱部に近い部分に伝わるとともに、ヒートパイプ部の作動液封入部内の作動液に伝わって作動液が蒸発する。一方、単電池に熱的に接触している部分においては、単電池によって基板から熱が奪われて単電池が加熱され、作動液封入部内の気相の作動液が凝縮し、作動液封入部内の気相作動液が凝縮した部分の圧力が低下する。そして、作動液封入部内で発生した気相作動液が、作動液封入部内における圧力が低下した部分に流れるとともに、再凝縮した液相作動液が、重力により下方に流れるので、ヒートパイプ部において、気相作動液の上方への流れと液相作動液の下方への流れとが発生し、作動液の循環が起きる。したがって、単電池における平板状ヒートパイプに熱的に接触している部分の全体が均等に加熱され、単電池の全体が短時間で適正温度に加熱される。
上記4)の冷却兼加熱構造によれば、複数の平板状ヒートパイプの基板の放熱部に跨って冷却源を熱的に接触させることが可能になるとともに、複数の平板状ヒートパイプの基板の受熱部に跨って加熱源を熱的に接触させることが可能なり、冷却源および加熱源の数を低減することが可能になる。
上記5)の冷却兼加熱構造によれば、冷却源および加熱源の数を最小にすることができる。
上記6)の冷却兼加熱構造によれば、単電池を冷却する際には、単電池から発せられる熱によって、平板状ヒートパイプにおける単電池に熱的に接触している部分が加熱され、この熱がヒートパイプ部の作動液封入部内の作動液に伝わって作動液が蒸発する。一方、放熱部の近傍においては、放熱部に熱的に接触している冷却源によって、基板における放熱部に近い部分から熱が奪われ、放熱部に近い上部において作動液封入部内の気相の作動液が凝縮し、作動液封入部内の気相作動液が凝縮した部分の圧力が低下する。そして、作動液封入部内で発生した気相作動液が、作動液封入部内における圧力が低下した部分に流れるとともに、再凝縮した液相作動液が、作動液封入部内の液面高さのバランスを取るように、液相作動液が蒸発した部分に流れるので、ヒートパイプ部において、気相作動液の流れと液相作動液の流れとが発生し、作動液の循環が起きる。ヒートパイプ部の作動液封入部内で気相作動液が凝縮した液相作動液は、液相作動液が蒸発した部分に流れるまでの間においても、単電池から熱を奪って蒸発する。したがって、単電池における平板状ヒートパイプに熱的に接触している部分の全体が均等に冷却される。
寒冷地において、使用開始前に単電池を加熱する際には、加熱源から平板状ヒートパイプの基板の受熱部に熱を供給する。供給された熱は、基板における受熱部に近い部分に伝わるとともに、ヒートパイプ部の作動液封入部内の作動液に伝わって作動液が蒸発する。一方、単電池に熱的に接触している部分においては、単電池によって基板から熱が奪われて単電池が加熱され、作動液封入部内の気相の作動液が凝縮し、作動液封入部内の気相作動液が凝縮した部分の圧力が低下する。そして、作動液封入部内で発生した気相作動液が、作動液封入部内における圧力が低下した部分に流れるとともに、再凝縮した液相作動液が、作動液封入部内の液面高さのバランスを取るように、液相作動液が蒸発した部分に流れるので、ヒートパイプ部において、気相作動液の流れとこれとは逆向きの液相作動液の流れとが発生し、作動液の循環が起きる。したがって、単電池における平板状ヒートパイプに熱的に接触している部分の全体が均等に加熱され、単電池の全体が短時間で適正温度に加熱される。
上記7)の冷却兼加熱構造によれば、複数の平板状ヒートパイプの基板の放熱部に跨って冷却源を熱的に接触させることが可能になるとともに、複数の平板状ヒートパイプの基板の受熱部に跨って加熱源を熱的に接触させることが可能なり、冷却源および加熱源の数を低減することが可能になる。
上記8)の冷却兼加熱構造によれば、冷却源および加熱源の数を最小にすることができる。
上記9)の冷却兼加熱構造によれば、冷却源および加熱源を別々に用意する必要がなくなる。
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、図１および図７の左右を左右というものとする。
また、以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。
実施形態１
この実施形態は図１および図２に示すものである。
この実施形態は図１および図２に示すものである。
図１はこの発明による組電池の冷却兼加熱構造の全体構成を示し、図２はその一部の構成を示す。
図１および図２において、組電池の冷却兼加熱構造は、複数の扁平直方体状単電池(1)と複数の平板状ヒートパイプ(2)とが、単電池(1)および平板状ヒートパイプ(2)が鉛直状となり、かつ平板状ヒートパイプ(2)が隣り合う単電池(1)どうしの間および左端の単電池(1)の左側（外側）に位置するように積層状に配置されたものである。単電池(1)と平板状ヒートパイプ(2)とは熱的に接触させられている。図示は省略したが、単電池(1)と平板状ヒートパイプ(2)との間には電気絶縁フィルムが介在させられれるか、あるいは平板状ヒートパイプ(2)の左右両面に電気絶縁コーティングが施されることによって、単電池(1)と平板状ヒートパイプ(2)との間が電気絶縁状態となっていることが好ましい。
単電池(1)の上端に１対の端子(3)が上方突出状に設けられており、図示は省略したが、端子(3)を利用して全ての単電池(1)が直列状または並列状に接続されることにより組電池(4)が構成されている。
平板状ヒートパイプ(2)は、互いに接合された２枚のアルミニウム板からなり、かつ１つのヒートパイプ部(6)が設けられた鉛直状本体部分(5a)を有する縦長方形基板(5)を備えている。平板状ヒートパイプ(2)の基板(5)のヒートパイプ部(6)は、基板(5)のいずれか一方のアルミニウム板を外側に膨出させることにより形成された１つの中空状作動液封入部(7)内に作動液が封入されることによって形成されている。なお、作動液封入部(7)は、両アルミニウム板をそれぞれ外方に膨出させることにより形成されていてもよい。作動液封入部(7)は、基板(5)の鉛直状本体部分(5a)全体に形成された縦長方形の格子状となっている。平板状ヒートパイプ(2)の基板(5)の鉛直状本体部分(5a)の上端は単電池(1)の上端よりも上方に大きく突出しており、ヒートパイプ部(6)の上部も単電池(1)の上端よりも上方に位置している。平板状ヒートパイプ(2)の基板(5)の鉛直状本体部分(5a)の下端は単電池(1)の下端よりも基板(5)の厚み以上下方に位置している。
平板状ヒートパイプ(2)の基板(5)は、たとえば２枚のアルミニウム板の合わせ面のうちの少なくともいずれか一方の面に圧着防止剤を所要パターンに印刷し、この状態で２枚のアルミニウム板を圧着して合わせ板をつくり、合わせ板の非圧着部に流体圧を導入することによって作動液封入部(7)を一挙に形成する、所謂ロールボンド方によって製造される。合せ板の非圧着部は、作動液封入部(7)に対応する形状の作動液封入部(7)用非圧着部と、作動液封入部(7)用非圧着部から合せ板の周縁に至る流体圧導入用非圧着部とからなる。流体圧導入用非圧着部から流体圧を導入して作動液封入部(7)を形成すると、流体圧導入用非圧着部は、一端が作動液封入部(7)に連なるとともに他端が合せ板の周縁に開口した作動液注入部となる。作動液注入部は作動液の注入後封止される。
なお、基板(5)は、少なくとも１枚のアルミニウム板が作動液封入部(7)を形成するための外方膨出部を有する２枚のアルミニウム板を、たとえばろう付することにより形成してもよい。
平板状ヒートパイプ(2)の基板(5)における鉛直状本体部分(5a)の上端に、基板(5)が鉛直状本体部分(5a)に対して左右いずれか一方、ここでは右方に直角をなすように曲げられることによって、鉛直状本体部分(5a)と直角をなす水平状放熱部(8)が設けられ、同じく鉛直状本体部分(5a)の下端に、基板(5)が鉛直状本体部分(5a)に対して左右いずれか一方、ここでは右方に直角をなすように曲げられることによって、鉛直状本体部分(5a)と直角をなしかつ単電池(1)の下方に位置する水平状受熱部(9)が設けられている。すべての放熱部(8)は同一水平面内に位置しており、複数、ここではすべての放熱部(8)に跨って１つの冷却源(11)が熱的に接触させられている。図示の例では、冷却源(11)は、放熱部(8)に熱的に接触させられる放熱基板(11a)と、放熱基板(11a)の片面に間隔をおいて並列状に一体に形成された複数のフィン(11b)とからなる。また、冷却源(11)としては、内部に低温流体が流される流体冷却式クーラなどが用いられてもよい。また、すべての受熱部(9)は同一水平面内に位置しており、複数、ここではすべての受熱部(9)に跨って１つの加熱源(12)が熱的に接触させられている。加熱源(12)としては、内部に高温流体が流される流体加熱式ヒータや、電気ヒータなどが用いられる。なお、図２に鎖線で示すように、放熱部(8)および受熱部(9)は、基板(5)が鉛直状本体部分(5a)に対して左方に直角をなすように曲げられることによって設けられていてもよい。
上述した冷却兼加熱構造において、単電池(1)を冷却する際には、単電池(1)から発せられる熱によって、平板状ヒートパイプ(2)の基板(5)の鉛直状本体部分(5a)における単電池(1)に熱的に接触している部分が加熱され、この熱がヒートパイプ部(6)の作動液封入部(7)内の作動液に伝わって作動液が蒸発する。一方、平板状ヒートパイプ部(2)の基板(5)の放熱部(8)に熱的に接触している冷却源(11)によって、基板(5)の鉛直状本体部分(5a)における放熱部(8)に近い部分から熱が奪われ、放熱部(8)に近い上部において作動液封入部(7)内の気相の作動液が凝縮し、作動液封入部(7)の上部内の圧力が低下する。そして、作動液封入部(7)内で発生した気相の作動液が、作動液封入部(7)内における気相作動液が凝縮して圧力が低下した上部に流れるとともに、再凝縮した液相作動液が、重力により下方に流れるので、ヒートパイプ部(6)において、気相作動液の上方への流れと液相作動液の下方への流れが発生し、作動液の循環がおきる。ヒートパイプ部(6)の作動液封入部(7)の上部内で凝縮した液相の作動液は、ヒートパイプ部(6)の下部に戻るまでの間においても、平板状ヒートパイプ(2)の基板(5)の鉛直状本体部分(5a)における単電池(1)に熱的に接触している部分の作動液封入部(7)内で単電池(1)から熱を奪って蒸発する。したがって、単電池(1)における平板状ヒートパイプ(2)に熱的に接触している部分の全体が均等に冷却される。
寒冷地において、使用開始前に単電池(1)を加熱する際には、加熱源(12)から平板状ヒートパイプ(2)の基板(5)の受熱部(9)に熱を供給する。受熱部(9)に供給された熱は、基板(5)の鉛直状本体部分(5a)における受熱部(9)に近い部分に伝わるとともに、ヒートパイプ部(6)の作動液封入部(7)内の作動液に伝わって作動液が蒸発する。一方、単電池(1)の温度は低いので、単電池(1)に熱的に接触している部分においては、単電池(1)によって基板(5)から熱が奪われて単電池(1)が加熱され、作動液封入部(7)内の気相の作動液が凝縮し、作動液封入部(7)内の気相作動液が凝縮した部分の圧力が低下する。そして、作動液封入部(7)内で発生した気相作動液が、作動液封入部(7)内における圧力が低下した部分に流れるとともに、再凝縮した液相作動液が、重力により下方に流れるので、ヒートパイプ部(6)において、気相作動液の上方への流れと液相作動液の下方への流れとが発生し、作動液の循環が起きるとともに蒸発凝縮の潜熱変化が起こる。したがって、単電池(1)における平板状ヒートパイプ(2)に熱的に接触している部分の全体が均等に加熱され、単電池(1)の全体が短時間で適正温度に加熱される。
上記実施形態１において、図１に鎖線で示すように、組電池(4)の単電池(1)および平板状ヒートパイプ(2)が、たとえばアルミニウムなどの高熱伝導性材料からなる１つの外装ケーシング(13)内に収納されて用いられることがある。この場合、平板状ヒートパイプ(2)の放熱部(8)が外装ケーシング(13)の頂壁内面に熱的に接触させられ、同じく受熱部(9)が外装ケーシング(13)の底壁内面に熱的に接触させられる。
図３〜図６は上述した実施形態１の冷却兼加熱構造に用いられる平板状ヒートパイプの変形例を示す。
図３に示す平板状ヒートパイプ(15)の場合、実施形態１の平板状ヒートパイプ(2)と同様な構成を有する基板(5)の鉛直状本体部分(5a)の長さ方向の上端側でかつ幅方向の両側部分が切除されることによって、基板(5)の鉛直状本体部分(5a)の幅方向の中央部に、基板(5)の幅方向に一定の幅を有しかつ長手方向外側に突出した突出部(16)が設けられている。基板(5)の鉛直状本体部分(5a)に設けられたヒートパイプ部(17)の作動液封入部(18)は、突出部(16)を含んで基板(5)の全体に形成された異形の格子状となっている。また、放熱部(8)は突出部(16)の上端に設けられている。
図４に示す平板状ヒートパイプ(20)の場合、実施形態１の平板状ヒートパイプ(2)と同様な構成を有する基板(5)の鉛直状本体部分(5a)の長さ方向の上端側でかつ幅方向の中央部分が切除されることによって、基板(5)の鉛直状本体部分(5a)の幅方向の両側部分に、基板(5)の幅方向に一定の幅を有しかつ長手方向外側に突出した２つの突出部(21)が間隔をおいて設けられている。基板(5)の鉛直状本体部分(5a)に設けられたヒートパイプ部(22)の作動液封入部(23)は、両突出部(21)を含んで基板(5)の全体に形成された異形の格子状となっている。また、放熱部(8)は両突出部(21)の上端に設けられている。
図３および図４に示す平板状ヒートパイプ(15)(20)は、単電池(1)の１対の端子(3)を利用して、全ての単電池(1)を直列状または並列状に接続するの際に好ましい形態である。
図５に示す平板状ヒートパイプ(25)の場合、基板(5)の鉛直状本体部分(5a)に設けられたヒートパイプ部(26)の作動液封入部(27)は、基板(5)を構成する２枚のアルミニウム板のいずれか一方のアルミニウム板に、縦長方形の外方膨出部(28)が形成されるとともに、外方膨出部(28)の膨出頂壁に複数のディンプル部(29)が他方のアルミニウム板側に突出するように千鳥配置状に形成され、さらにすべてのディンプル部(29)の突出端が他方のアルミニウム板に接合されることによって形成されている。
図６に示す平板状ヒートパイプ(30)の場合、基板(5)の鉛直状本体部分(5a)に設けられたヒートパイプ部(31)の作動液封入部(32)は、基板(5)の中央部に位置する縦長方形の格子部(33)と、格子部(33)から放射状に外側にのびた複数の直線部(34)と、複数の直線部(34)の先端どうしを連結する縦長方形額縁状の連結部(35)とよりなる。
実施形態２
この実施形態は図７に示すものである。
この実施形態は図７に示すものである。
図７はこの発明による組電池の冷却兼加熱構造の全体構成を示す。
図７において、組電池の冷却兼加熱構造は、複数の扁平直方体状単電池(1)と複数の平板状ヒートパイプ(2)とが、単電池(1)および平板状ヒートパイプ(2)が水平状となり、かつ平板状ヒートパイプ(2)が隣り合う単電池(1)どうしの間および左端の単電池(1)の下側（外側）に位置するように積層状に配置されたものである。単電池(1)と平板状ヒートパイプ(2)とは熱的に接触させられている。図示は省略したが、単電池(1)と平板状ヒートパイプ(2)との間には電気絶縁フィルムが介在させられれるか、あるいは平板状ヒートパイプ(2)の左右両面に電気絶縁コーティングが施されることによって、単電池(1)と平板状ヒートパイプ(2)との間が電気絶縁状態となっていることが好ましい。
単電池(1)の左端に１対の端子(3)が上方突出状に設けられており、図示は省略したが、端子(3)を利用して全ての単電池(1)が直列状または並列状に接続されることにより組電池(4)が構成されている。
平板状ヒートパイプ(2)は、実施形態１の平板状ヒートパイプ(2)とほぼ同一の構成であるとともに、基板(5)の本体部分(5a)を水平状にして用いられたものであり、同一部分には同一符号を付す。
実施形態２の平板状ヒートパイプ(2)と実施形態１の平板状ヒートパイプ(2)との相違点は次の通りである。
平板状ヒートパイプ(2)の基板(5)の水平状本体部分(5a)の左端は単電池(1)の左端よりも左方に大きく突出しており、ヒートパイプ部(6)の左側部分も単電池(1)の左端よりも左方に位置している。平板状ヒートパイプ(2)の基板(5)の水平状本体部分(5a)の右端は単電池(1)の右端とほぼ同一位置にある。
平板状ヒートパイプ(2)の基板(5)における水平状本体部分(5a)の左端に、基板(5)が水平状本体部分に対して上下いずれか一方、ここでは上方に直角をなすように曲げられることによって、水平状本体部分(5a)と直角をなす鉛直状放熱兼受熱部(40)が設けられている。すべての放熱兼受熱部(40)は同一鉛直面内に位置しており、複数、ここではすべての放熱兼受熱部(40)に跨って１つの冷却兼加熱源(41)が熱的に接触させられている。冷却兼加熱源(41)は、図示は省略したが、内部に高温流体および低温流体が選択的に流される流体式ヒータ兼クーラなどからなる。また、各平板状ヒートパイプ(2)の基板(5)の他端には何も設けられていない。なお、放熱兼受熱部(40)は、基板(5)が水平状本体部分(5a)に対して下方に直角をなすように曲げられることによって設けられていてもよい。
上述した冷却兼加熱構造において、単電池(1)を冷却する際には、単電池(1)から発せられる熱によって、平板状ヒートパイプ(2)の基板(5)の水平状本体部分(5a)における単電池(1)に熱的に接触している部分が加熱され、この熱がヒートパイプ部(6)の作動液封入部(7)内の作動液に伝わって作動液が蒸発する。一方、放熱兼受熱部(40)の近傍においては、放熱兼受熱部(40)に熱的に接触している冷却兼加熱源(41)によって、基板(5)における放熱兼受熱部(40)に近い部分から熱が奪われ、放熱兼受熱部(40)に近い部分において作動液封入部(7)内の気相の作動液が凝縮し、作動液封入部(7)内の気相作動液が凝縮した部分の圧力が低下する。そして、作動液封入部(7)内で発生した気相作動液が、作動液封入部(7)内における気相作動液が凝縮して圧力が低下した部分に流れるとともに、再凝縮した液相作動液が、作動液封入部(7)内の液面高さのバランスを取るように、液相作動液が蒸発した部分に流れるので、ヒートパイプ部(6)において、気相作動液の流れと液相作動液の流れとが発生し、作動液の循環が起きる。ヒートパイプ部(6)の作動液封入部(7)内で気相作動液が凝縮した液相作動液は、液相作動液が蒸発した部分に流れるまでの間においても、単電池(1)から熱を奪って蒸発する。したがって、単電池(1)における平板状ヒートパイプ(2)に熱的に接触している部分の全体が均等に冷却される。
寒冷地において、使用開始前に単電池(1)を加熱する際には、冷却兼加熱源(41)から平板状ヒートパイプ(2)の基板(5)の放熱兼受熱部(40)に熱を供給する。冷却兼加熱源(41)から供給された熱は、基板(5)の水平状本体部分(5a)における放熱兼受熱部(40)に近い部分に伝わるとともに、ヒートパイプ部(6)の作動液封入部(7)内の作動液に伝わって作動液が蒸発する。一方、単電池(1)の温度は低いので、単電池(1)に熱的に接触している部分においては、単電池(1)によって基板(5)から熱が奪われて単電池(1)が加熱され、作動液封入部(7)内の気相の作動液が凝縮し、作動液封入部(7)内の気相作動液が凝縮した部分の圧力が低下する。そして、作動液封入部(7)内で発生した気相作動液が、作動液封入部(7)内における圧力が低下した部分に流れるとともに、再凝縮した液相作動液が、作動液封入部(7)内の液面高さのバランスを取るように、液相作動液が蒸発した部分に流れるので、ヒートパイプ部(6)において、気相作動液の右方への流れと液相作動液の左方への流れとが発生し、作動液の循環が起きるとともに蒸発凝縮の潜熱変化が起こる。したがって、単電池(1)における平板状ヒートパイプ(2)に熱的に接触している部分の全体が均等に加熱され、単電池(1)の全体が短時間で適正温度に加熱される。
上記実施形態２において、図７に鎖線で示すように、組電池(4)の単電池(1)および平板状ヒートパイプ(2)が、たとえばアルミニウムなどの高熱伝導性材料からなる１つの外装ケーシング(42)内に収納されて用いられることがある。この場合、平板状ヒートパイプ(2)の放熱兼受熱部(40)が外装ケーシング(42)の一方の側壁内面に熱的に接触させられる。
上記実施形態２において、平板状ヒートパイプとして、基板(5)の水平状本体部分(5a)の構成が、図３〜図６に示す平板状ヒートパイプ(15)(20)(25)(30)の基板(5)の鉛直状本体部分(5a)と同一の構成を有するものを用いてもよい。また、上記実施形態２において、平板状ヒートパイプ(5)の基板(5)における１つの縁部に水平状本体部と直角をなす放熱部が設けられるとともに、他の縁部に水平状本体部と直角をなす受熱部が設けられ、すべての平板状ヒートパイプの基板の放熱部に跨って、１つの冷却源が熱的に接触するようになされ、すべての平板状ヒートパイプの基板の放熱部に跨って、１つの加熱源が熱的に接触するようになされていてもよい。
この発明による組電池の冷却兼加熱構造は、たとえば複数のＬｉ二次電池からなる組電池を備えたハイブリッドカーに好適に用いられる。
(1)：単電池
(2)(15)(29)(25)(30)：平板状ヒートパイプ
(4)：組電池
(5)：基板
(5a)：本体部分
(6)(17)(22)(31)：ヒートパイプ部
(7)(18)(23)(32)：作動液封入部
(8)：放熱部
(9)：受熱部
(11)：冷却源
(12)：加熱源
(40)：放熱兼受熱部
(41)：冷却兼加熱源
(2)(15)(29)(25)(30)：平板状ヒートパイプ
(4)：組電池
(5)：基板
(5a)：本体部分
(6)(17)(22)(31)：ヒートパイプ部
(7)(18)(23)(32)：作動液封入部
(8)：放熱部
(9)：受熱部
(11)：冷却源
(12)：加熱源
(40)：放熱兼受熱部
(41)：冷却兼加熱源
Claims (10)
- 複数の扁平直方体状の単電池と、１つのヒートパイプ部が設けられた基板を有する複数の平板状ヒートパイプとが、単電池の少なくとも片面に平板状ヒートパイプが熱的に接触するように積層状に配置されており、基板の周縁部の少なくとも一部に、単電池よりも外方に突出しかつ冷却源に熱的に接触させられる放熱部と、単電池よりも外方に突出しかつ加熱源に熱的に接触させられる受熱部とが設けられている組電池の冷却兼加熱構造。
- 平板状ヒートパイプの基板が互いに接合された２枚の金属板からなり、平板状ヒートパイプの基板のヒートパイプ部が、基板の少なくともいずれか一方の金属板を膨出させることにより形成された１つの中空状作動液封入部内に作動液が封入されることによって形成されている請求項１記載の組電池の冷却兼加熱構造。
- 単電池および平板状ヒートパイプが鉛直状に配置されており、平板状ヒートパイプの基板の上部に単電池の上端部よりも上方に突出した放熱部が設けられ、同じく基板の下部に単電池の下端部よりも下方に突出した受熱部が設けられている請求項１または２記載の組電池の冷却兼加熱構造。
- 平板状ヒートパイプの基板が、ヒートパイプ部が設けられた鉛直状本体部分を備えており、鉛直状本体部分の上端に、鉛直状本体部分と直角をなす水平状放熱部が設けられ、鉛直状本体部分の下端に、鉛直状本体部分と直角をなす水平状受熱部が設けられている請求項３記載の組電池の冷却兼加熱構造。
- すべての平板状ヒートパイプの基板の放熱部に跨って、１つの冷却源が熱的に接触するようになされ、すべての平板状ヒートパイプの基板の受熱部に跨って、１つの加熱源が熱的に接触するようになされている請求項４記載の組電池の冷却兼加熱構造。
- 単電池および平板状ヒートパイプが水平状に配置されており、平板状ヒートパイプの基板の周縁部の一部に放熱部と受熱部とが設けられている請求項１または２記載の組電池の冷却兼加熱構造。
- 平板状ヒートパイプの基板が、ヒートパイプ部が設けられた水平状本体部分を備えており、水平状本体部分の周縁の一部に、水平状本体部分と直角をなす鉛直状放熱部と、水平状本体部分と直角をなす鉛直状受熱部とが設けられている請求項６記載の組電池の冷却兼加熱構造。
- すべての平板状ヒートパイプの基板の放熱部に跨って、１つの冷却源が熱的に接触するようになされ、すべての平板状ヒートパイプの基板の受熱部に跨って、１つの加熱源が熱的に接触するようになされている請求項７記載の組電池の冷却兼加熱構造。
- 放熱部および受熱部が兼用されるとともに、冷却源および加熱源が兼用されるようになされている請求項７または８記載の組電池の冷却兼加熱構造。
- 両面に平板状ヒートパイプが熱的に接触させられた単電池と、同じく片面のみに平板状ヒートパイプが熱的に接触させられた単電池とが混在している請求項１〜９のうちのいずれかに記載の組電池の冷却兼加熱構造。
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