JP2012227148A - 自動車のバッテリー冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリーセルの良好な熱伝導接続を冷却装置にもたらし、同時に熱放散装置の効率的な生産及び組立を確実にする自動車用のバッテリー冷却装置を提供する。
【解決手段】本発明の自動車用のバッテリーを冷却する装置は、バッテリー１を配置し収容するための冷却板３を備え、この冷却板３の全表面上での均一な熱吸収及び熱分配を可能とし、冷却装置の熱伝達手段４，８，１０が冷却板３と機械的ストレス下で熱的に接触していることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリー冷却装置に係り、特に、自動車のバッテリーを冷却するための装置に関する。

電気モーターにより動力を供給される自動車において、またハイブリッド駆動により動力を供給される自動車において、自動車のバッテリーを正確に熱調節することは自動車の範囲を最適化するために非常に重要である。さらに、現在使用されている電気エネルギー蓄積装置は温度分布の変動に特に影響を受けやすいことが知られており、そのため、最適温度でバッテリーを作動させるために多大な努力がなされている。

これにはバッテリー冷却装置（以下、熱放散装置又はバッテリー冷却器と称する場合がある）を使用することが必要であり、それにより、バッテリー作動時の排熱がバッテリーから除去され、バッテリーが均一な規定温度レベルに調節されることが保証される。

特許文献１（ＤＥ １０ ２００８ ０３４ ８８７ Ａ１）により、クーラントが通過可能な冷却板を備えた数個の冷却セルを持ち、バッテリーセルが前期冷却板に熱的に接続している、バッテリー冷却装置が開示された。

さらに、特許文献２（ＤＥ １０ ２００７ ０３７ ４１６ Ａ１）により開示された電気化学的エネルギー蓄積装置は、互いに積み重なりステープル留めされた複数の平坦セルを含み、平坦セルはその上でエネルギー蓄積装置を冷却できるケースを備えている。

特許文献３（ＤＥ １０ ２００７ ０５０ ４００ Ａ１）により公知となった、特に自動車用の電気エネルギー蓄積装置は、互いに積み重なりステープル留めされ、その平坦面が基本的に互いに平行に配列される複数の平坦セルを含み、ステープルが平坦セルを形成し、及び冷却要素がステープルの隣り合う平坦セルの間に配置される。冷却要素は開口部を備え、その開口部に熱伝達要素が挿入される。

自動車のバッテリー冷却に関する問題を解決するための別の手段が特許文献４（ＤＥ １０ ２００７ ０６３ １７６ Ａ１）に開示されている。バッテリーを調節するための熱伝導板が提案されているが、そのバッテリーは互いに並列又は直列（あるいはその両方）に切り替わる数個の個々のセルを備え、熱伝導板に熱伝導的に接続されている。熱伝導板に、熱伝導媒体のためのチャネル構造が配置されている。

冷却によって自動車のバッテリーを調節する課題に対する上記の手段は、バッテリー冷却を行うための種々様々な設計が存在することを示している。

独国特許出願公開第１０ ２００８ ０３４ ８８７号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００７ ０３７ ４１６号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００７ ０５０ ４００号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００７ ０６３ １７６号明細書

本発明の目的は、バッテリーセルの良好な熱伝導接続を冷却装置にもたらし、同時に熱放散装置の効率的な生産及び組立を確実にする、特に自動車用のバッテリー冷却装置を確立することである。

本発明の課題は、請求項１記載の特徴を有する装置により解決される。さらなる実施形態は、従属請求項により与えられる。

特に、本発明の課題は、バッテリーを配置し収容するための冷却板を備え、一方で冷却板の全表面上で熱が均一に吸収され拡散される、特に自動車用のバッテリー冷却装置により解決される。さらに、冷却装置の熱伝達手段が提案されているが、その熱伝達手段は、機械的張力下で冷却板と熱的に接続され、熱伝達手段と冷却板間の最大限の熱伝達が達成される。

本発明のバッテリー冷却装置は、実際の冷却器とは別に、バッテリーセルへの熱的接触を基本的に必要とする他の構成要素を含む。これは、外気温度に非依存的な確実な熱伝達、バッテリーセルの温度及び自動車の一生を通じて保証されるべき他の多くのパラメーターに基づく。

従来技術は、プラスチック締め付けフレーム、例えば、強制的に閉じた接合によって、この課題を解決する。

本発明の概念によれば、一個の部品が熱伝導と接触を実現する。含まれる液体に依存してクーラントホース又は冷媒ホースになり得る柔軟性ホースにおいて、熱媒体がホースの内側に誘導される。クーリングホース内を周囲圧力以上に加圧することで、クーリングホースを変形し、クーリングホースを冷却板又は熱媒体板のそれぞれ、又はバッテリーセルへ押し出せる。

本発明は、接触圧を生むための柔軟性且つ弾力性の要素と冷却板との間に配置された熱伝達手段により有利に確立されるが、熱伝達手段の冷却板への熱伝導的な接触は機械的ストレスにより生まれる。

本発明の好ましい実施形態では、熱伝達手段は機械的張力を生むために柔軟性且つ弾力性の要素と冷却板の間に配置され、柔軟性且つ弾力性の要素は接触力を加えるように構成される。好ましくは、柔軟性且つ弾力性の要素はゴム状又は弾力性要素となるように確立される。

本発明の概念の特に有利な実施形態は、柔軟性冷却ホース又は柔軟性ゲル状冷却緩衝材を熱伝達手段として用いることである。経験により、柔軟性冷却ホース及び柔軟性ゲル状緩衝材は表面のむらをならし、非常に良好な領域接触を可能にし、その結果、熱を良好に伝達する接続が可能となることが示されている。冷却ホースが２つの機能、つまり、第一に熱伝達手段の機能、そして第二に接触圧部材としての機能、を果たすことが特に有利である。

例えば、繊維強化多層ホースの材料、冷却水ホース又は冷媒ホースの材料はホースの材料として使用される。

特に好ましい実施形態において、冷却ホースは加硫処理した冷却板とのハイブリッドホースとして確立される。

熱伝達手段の冷却板への接触の有利な設計様態は、機械的締結手段によるものであり、その中で冷却管又は扁平管は冷却板にボルトで固定される。

熱伝達手段を冷却板にボルトで固定することによる強制的に閉じられた接続に代わり、又は、併せて、熱伝達手段は冷却板に接着によって接合される場合もあり、その際十分な熱伝達を確実にする接着剤が選択される。

冷却ホース及び柔軟性ゲル状緩衝材を使用するさらなる実施形態では、冷却ホース及び柔軟性ゲル状緩衝材が、筺体底部又は支持板と冷却板の間に機械的ストレス下で設置され、熱伝達手段の冷却板へのとりわけ良好な接触が実現される。

本発明の他の実施形態では、冷却板、冷却管又は扁平管がホース中の圧力によりバッテリーセルへ押し付けられるように、冷却ホースが変形される。

さらに、熱伝達手段を、接触力を発生させるための弾力性水平化要素と冷却板の間に配置し、留め具要素を有するフレームが冷却板を保持するために備えられ、熱放散装置を組み立てる際に、冷却板が留め具要素に挟みこみ可能であるように冷却板が設計されることは、特に有利である。

このように、本発明の概念は、バッテリーが冷却板上で熱伝達手段と接触し、冷却板が温度分布に関して水平化板としても機能する、というものである。冷却板の別の機能はバッテリーを収容し保持することであり、比較的重いバッテリーが適切に保持され固定されるような、冷却板の適切な静的寸法決めにより可能となる。

本概念によれば、熱伝達手段の冷却板への接続は、接触力による機械的ストレス下で生じ、それにより最良な熱伝達が得られる。

本発明の実施形態の更なる目的、特徴及び有利性は、添付図面と併せて実施形態の説明に関する下記の記述により明らかになるだろう。添付図面は以下を表す。

柔軟性クーラントホースを備えた熱放散装置を示す。 冷却板とバッテリー筺体底部との間に誘導された冷却ホースを備えた熱放散装置を示す。 水平化要素を備えた熱放散装置を示す。 冷却板にボルトで固定された熱伝達手段を備えた熱放散装置を示す。 数個の熱伝達手段を備えた熱放散装置を示す。 ボルトで固定された冷却板と筺体底部を備えた熱放散装置を示す。 挟み込み可能な冷却板を備えた熱放散装置を示す。

図１は、柔軟性冷却ホース８を備えた熱放散装置を表す。冷却ホース８は柔軟性のクーラントホース又は冷媒ホースであることが意図されており、その壁面は隣接する固体表面に対し柔軟に接触し、上記表面に対する領域上に領域接触を生むことを可能にする。それとは異なり、円筒管は平面に対し直線的な接触を生むのみである。バッテリー筺体２内部のバッテリー１は冷却板３により支えられ、冷却板３は冷却ホース８に支えられる。冷却ホース８はバッテリー筺体底部７により支えられる。図１で矢印により模式的に示すと、冷却ホース８は冷却板３に対する位置に関して誘導されず、そのため冷却ホース８はバッテリー筺体底部７と冷却板３の間に、例えば蛇行した形状等で、柔軟に取り付けられる。冷却ホース８の接触圧は冷却ホース８内を周囲環境を超えた圧力に加圧することにより解放される。

それに対し、図２では冷却ホース８はバッテリー筺体底部７に誘導されるように配置されており、バッテリー筺体底部７の一段高い縁が冷却ホース８を誘導するように確立される。冷却ホース８上に支えられる冷却板３はバッテリー筺体底部７の縁に対応する縁を備え、それにより冷却板３とバッテリー筺体底部７は入れ子式に互いに係合する。熱伝達仕事により冷却ホース８は冷却担体の形態のクーラント、又は冷媒を通過させ、バッテリー筺体底部７は絶縁、製造及びコスト的理由から塑性材料で作られており、冷却板３はアルミニウム製である。このように、冷却板３は表面内部で極めて良好な熱伝達を実現し、個々のバッテリーセルにより引き起こされる、時間的に正確に起こり得る熱最大負荷をならし得る。加えて、冷却ホース８を冷却板３に対し接触させるように配置することで冷却板３から冷却ホース８への良好な熱伝達が可能となる。

図３は、冷却板３を備えた熱放散装置を示す。熱伝達手段は冷却管４、冷却ホース８又は扁平管１０として確立され、弾力性水平化要素９上で冷却板３に対して圧迫される。接触表面間に熱伝達性金属箔又は熱伝達性ペーストを備えることにより、熱伝達手段、つまり、冷却管４、冷却ホース８及び扁平管１０と冷却板３の間の熱伝達接続、並びに冷却板３とバッテリー１の間の熱伝達接続がさらに改良され得る。

図３に対する更なる実施形態において、図４は、ボルトとして構成される締結手段５を用いた固定による、冷却板３と熱伝達手段４，８，１０との接続を示す。熱伝達手段は好ましくは扁平管１０として確立され、ボルト継手により冷却板３に有利に接触可能である。どの場合においても、バッテリー１は水平化板に堅く接続されないが、それはバッテリーを交換可能で容易に取り外し可能であるように構成されるためである。

繰り返しになるが、冷却板３から冷却管４又は締結手段５への熱伝達は、熱伝達性金属箔又は熱伝達性ペーストにより増強される。

図５は、例えば冷却管４、冷却ホース８又は扁平管１０等の、数個の熱伝達手段を備えた熱放散装置を示し、熱伝達手段は支持板６に誘導され、支持板６は熱伝達手段を誘導するための溝のような凹所を備える。支持板６はボルトとして確立される締結手段５により冷却板３に締結され、支持板における熱伝達手段のための誘導の規模は、支持板６と冷却板３間でストレス下にある熱伝達手段が冷却板３に対して押し出され、結果好ましい状態の熱伝達が発生するように選択される。バッテリー１は、これまでのように、冷却板３に直接配置される。このように、支持構造により熱伝達手段が冷却板３へ押し出される。

図６では、ボルトで締結された冷却板３とバッテリー筺体底部７を備えた放熱装置が示される。この実施形態において、冷却板３はバッテリー筺体底部７に上からボルトで締結される。図５の実施例と同様に、熱伝達手段４、８、１０は冷却板３とバッテリー筺体底部７の間に配置される。

図７では、冷却板３と熱伝達手段４間の接続に関する、とりわけ容易に設置可能な実施形態が示されている。この実施形態では、フレーム１３が冷却板３を受容し、留め金要素１４を備えるよう設計される。図７に示すように、冷却板３は一側面がフレーム１３に挿入、固定され、もう一方の側面が矢印の方向に、冷却板３がストレス下で留め金要素１４に嵌め込まれるまで、移動される。熱伝達手段４，８、１０は水平化要素９により支えられるが、水平化要素９は可逆的に伸縮自在の要素として設計されており、熱伝達手段が設置された状態で、上方への接触力を熱伝達手段４、８、１０と挟み込まれた冷却板３に加え、それにより極めて良好な熱伝達が達成される。

水平化要素９は水圧作動式水平化要素とも称され、例えばゲル状緩衝材又は水床として、又は弾力特性を有するポリマー材料からなるものとして設計される。

１ バッテリー
２ バッテリー筐体
３ 冷却板
４ 冷却管、熱伝達手段
５ 締結手段、ボルト
６ 支持板
７ バッテリー筐体底部
８ 冷却チューブ、熱伝達手段
９ 水平化要素
１０ 扁平管、熱伝達手段
１１ 管接続（パイプコネクション）
１２ 末端キャップを備えた槽
１３ フレーム
１４ 留め具要素

Claims (8)

1. 自動車用のバッテリーを冷却する装置であって、
   バッテリーを配置し収容するための冷却板（３）を備え、この冷却板（３）の全表面上での均一な熱吸収及び熱分配を可能とし、冷却装置の熱伝達手段（４，８，１０）が上記冷却板（３）と機械的ストレス下で熱的に接触していることを特徴とする自動車のバッテリー（１）を冷却するための装置。
2. 上記熱伝達手段（４，８，１０）は、上記機械的ストレスを生むために、接触力を加えるための弾力性且つ柔軟性の要素と上記冷却板（３）の間に配置されている請求項１記載の装置。
3. 接触力を上記冷却板（３）に加え、上記冷却板（３）から熱を除去するために、加圧された柔軟性冷却ホース（８）が熱伝達手段として上記冷却板（３）に配置されている請求項１記載の装置。
4. 上記柔軟性冷却ホース（８）は、加硫処理した冷却板（３）とのハイブリッドホースとして構成されている請求項３記載の装置。
5. 上記熱伝達手段（４，８，１０）は、機械的締結手段（５）によって上記冷却板（３）に固定される請求項１乃至４の何れか１項に記載の装置。
6. さらに、上記熱伝達手段（４，８、１０）は、上記冷却板（３）に接着によって接合される請求項１乃至５の何れか１項に記載の装置。
7. 上記熱伝達手段（４，８，１０）は、ストレス下においてバッテリー筐体底部（７）又は支持板（６）と、上記冷却板（３）との間に配置される請求項１乃至６の何れか１項に記載の装置。
8. 上記熱伝達手段（４，８，１０）は、接触圧を生むために、柔軟性の水平化要素（９）と冷却板（３）との間に配置され、留め具要素（１４）を備えたフレーム（１３）が、上記冷却板（３）を保持するために設けられ、上記放熱装置を組み立てる際に、上記冷却装置（３）が上記留め具要素（１４）に挟み込み可能に構成されている請求項１乃至７の何れか１項に記載の装置。

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