JP2014186924A - バッテリークーラー及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリーセルユニットへの組み付けが容易なバッテリークーラー及びその製造方法を提供する。
【解決手段】バッテリークーラー１０は、冷媒の流入口及び流出口を有した冷却パック４０と、冷媒循環装置から冷媒が供給される基幹流入路と冷媒循環装置に冷媒を排出する基幹流出路を有したヘッダー１１とを備えている。そして、ヘッダー１１から冷却パック４０側に突出して基幹流入路と基幹流出路の末端を構成する１対の筒形突部２５，２５が、冷却パック４０の流入口と流出口を挿通した状態で、それら流入口と流出口の内側面と溶着している。また、１対の筒形突部２５，２５は、バッテリーセルが並ぶ方向に扁平な形状をなしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のバッテリーセルを間隔を空けて並んだ状態に固定してなるバッテリーセルユニットに装着されて、複数のバッテリーセルを冷却可能なバッテリークーラー及びその製造方法に関する。

従来、この種のバッテリークーラーとして、バッテリーケースに取り付けられた袋体に冷却水を流通させて、バッテリーセルを冷却するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−７３９０８号公報（［００１１］〜［００１４］、図３）

しかしながら、上述した従来のバッテリークーラーでは、既存のバッテリーセルユニットへ組み付ける場合には、バッテリーセルをバッテリーケースから取り外す必要があり、手間がかかっていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、バッテリーセルユニットへの組み付けが容易なバッテリークーラー及びその製造方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るバッテリークーラーは、複数のバッテリーセルを間隔を空けた状態に固定してなるバッテリーセルユニットに装着され、バッテリーセル同士の間に冷媒循環装置の冷媒を流通させて複数のバッテリーセルを冷却可能なバッテリークーラーであって、バッテリーセル同士の間に挿入され、挿入方向の手前側の端部に冷媒の流入口と流出口を有した冷却パックと、冷却パックより挿入方向の手前側でバッテリーセルユニットに装着され、冷媒循環装置から冷媒が供給される基幹流入路と冷媒循環装置に冷媒を排出する基幹流出路とを有したヘッダーと、ヘッダーに設けられ、冷却パック側に突出して基幹流入路及び基幹流出路の末端を構成し、冷却パックの流入口及び流出口を挿通した状態でそれら流入口及び流出口の内側面と溶着した１対の筒形突部とを備え、１対の筒形突部を、複数のバッテリーセルが並ぶ方向に扁平な形状にしたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のバッテリークーラーにおいて、筒形突部の断面形状を、略菱形状にしたところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のバッテリークーラーにおいて、筒形突部の短手方向の長さを、３〜５ｍｍとしたところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のうち何れか１の請求項に記載のバッテリークーラーにおいて、ヘッダーのバッテリーセルユニットとの対向面に受容凹部を設けると共に、受容凹部の奥面から１対の筒形突部を突出させ、筒形突部の突出高さを、受容凹部の深さと同じ大きさかそれよりも小さくして、受容凹部内に筒形突部を収めたところに特徴を有する。

請求項５の発明に係るバッテリークーラーの製造方法は、請求項１に記載のバッテリークーラーの製造方法であって、筒形突部の内側に芯材を挿入した状態で１対の筒形突部を冷却パックの流入口及び流出口に挿通し、それら流入口及び流出口の開口縁をヒーターで挟んで１対の筒形突部と冷却パックとを溶着するところに特徴を有する。

［請求項１〜３，５の発明］
請求項１の発明によれば、バッテリーセルユニットにヘッダーを装着して冷却パックをバッテリーセル同士の間に挿入することで、既存のバッテリーセルユニットであっても、バッテリーセルをバッテリーケースから取り外すことなく組み付けることが可能になる。このように、本発明によれば、バッテリークーラーのバッテリーセルユニットへの組み付けが容易となる。

また、本発明では、１対の筒形突部を、複数のバッテリーセルが並ぶ方向に扁平な形状としたので、バッテリーセル同士の間隔が狭い場合でも、筒形突部の長手方向の長さを大きくして、筒形突部の内側断面積が小さくなることが抑えられる。これにより、冷却効率の低下を抑えることが可能になる。

しかも、請求項５の発明によれば、冷却パックの流入口及び流出口の開口縁をヒーターで挟むときに、筒形突部の内側に芯材が挿入されているので、筒形突部の破損を防ぐことができる。

ここで、筒形突部の断面形状は、長円形であってもよいし、楕円形であってもよいし、請求項２の発明のように、略菱形状であってもよい。なお、請求項２の発明によれば、筒形突部の長手方向の端部で、冷却パックの開口縁同士の間隔が狭くなるので、冷却パックの開口縁のシール性向上が図られる。

また、筒形突部の短手方向の長さは、３〜５ｍｍであることが好ましい（請求項３の発明）。この構成によれば、バッテリーセル同士の間隔が３〜５ｍｍと狭くなっていても、それらバッテリーセル同士の間に冷却パックを挿入することができる。なお、筒形突部の短手方向の長さが、３ｍｍよりも小さくなると、冷却パック内に供給される冷媒の流量が少なくなり、冷却効率が低下するという問題が生じる。

［請求項４の発明］
請求項４の発明によれば、ヘッダーがバッテリーセルユニットに装着されたときに、筒形突部とバッテリーセルユニットの干渉を避けることができる。

本発明の一実施形態に係るバッテリークーラーの斜視図 ヘッダーの分解斜視図 ヘッダーを下方から見た斜視図 ヘッダーの側断面図 冷却パックの正面図 冷却パックのＡ−Ａ断面図 ヘッダー固定治具の斜視図 ヘッダー固定治具及びヒーターの側断面図 冷媒循環装置の概略構成図 （Ａ）非通水時のバッテリークーラー及びバッテリーセルユニットの側断面図、（Ｂ）通水時のバッテリークーラー及びバッテリーセルユニットの側断面図 （Ａ）バッテリーセル同士の間隔が広いバッテリーセルユニットに装着されたバッテリークーラーの側断面図、（Ｂ）バッテリーセル同士の間隔が狭いバッテリーセルユニットに装着されたバッテリークーラーの側断面図

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１１に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態のバッテリークーラー１０は、全体が矩形板状をなすヘッダー１１の底部に、複数（図１の例では、２つ）の冷却パック４０が並べて取り付けられた構成をなしている。

ヘッダー１１の長手方向の一端には、流入側接続パイプ１２Ａと流出側接続パイプ１２Ｂが設けられている。また、ヘッダー１１の両側部（図１には、一方の側部のみ示されている。）には、下方に突出した係止爪１６Ｋが複数設けられている。

図２に示すように、ヘッダー１１は、ヘッダーベース２０の上部をヘッダーカバー２１で覆ってなる。ヘッダーベース２０は、底壁２０Ａと、底壁２０Ａの外縁部から上方に向かって起立した外周壁２０Ｂと、外周壁２０Ｂで囲まれる空間をヘッダー１１の短手方向で二分する区画壁２０Ｃとを備えている。そして、この区画壁２０Ｃによって区画された一方側（図２の上側）の空間に上述した流入側接続パイプ１２Ａが連通することで、ヘッダー１１内に基幹流入路２２Ａが形成され、区画壁２０Ｃによって区画された他方側（図２の下側）の空間に上述した流出側接続パイプ１２Ｂが連通することで、ヘッダー１１内に基幹流出路２２Ｂが形成されている。

また、図３に示すように、ヘッダーベース２０の底壁２０Ａには、ヘッダーベース２０（ヘッダー１１）の短手方向で対をなす筒形突部２５，２５が、長手方向に複数対設けられている。１対の筒形突部２５，２５は、区画壁２０Ｃを挟むように配置され、１対の筒形突部２５，２５の内側部分は、それぞれ、区画壁２０Ｃによって区画された一方側の空間と他方側の空間とに連通している。そして、これら１対の筒形突部２５，２５によって、上述した基幹流入路２２Ａ及び基幹流出路２２Ｂの末端である末端流入路１８Ａ及び末端流出路１８Ｂが構成されている。

図６に示すように、筒形突部２５の断面形状は、ヘッダー１１の長手方向（図６の上下方向）に扁平な略菱形状をなし、筒形突部２５の短手方向の長さＬ１は、後述するバッテリーセル８１，８１同士の間隔Ｌ２（図１０（Ａ）参照）に合わせて、約４ｍｍになっている。また、筒形突部２５の肉厚は、周方向全体に亘って約１ｍｍになっていて、末端流入路１８Ａ及び末端流出路１８Ｂの断面形状も、筒形突部２５と同様に、略菱形状になっている。そして、筒形突部２５の短手方向における末端流入路１８Ａ及び末端流出路１８Ｂの長さＤ１，Ｄ２は共に、約２ｍｍになっている。

また、図４に示すように、ヘッダーベース２０の底壁２０Ａは、長手方向の両端部に対して中間部が上方に凹んだ構造になっていて、ヘッダー１１の底面１１Ｍ（本発明の「バッテリーセルユニットとの対向面」に相当する。）に受容凹部２６が形成されている。そして、上述した筒形突部２５は、受容凹部２６の奥面２６Ｍから突出し、その突出高さは、受容凹部２６の深さと同じ大きさになっている。即ち、ヘッダー１１を側方から見たときに、筒形突部２５は、受容凹部２６に収められた構成になっている。なお、基幹流入路２２Ａへの流体の供給及び基幹流出路２２Ｂからの流体の排出をスムーズにするために、ヘッダーベース２０の底壁２０Ａには、流入側接続パイプ１２Ａ及び流出側接続パイプ１２Ｂ側の端部に傾斜部２７が設けられている。

図５に示すように、冷却パック４０は、上端部が１対の筒形突部２５，２５に固定され、末端流入路１８Ａと末端流出路１８Ｂを連絡するＵ字形流路４０Ｒを内部に有している。

具体的には、冷却パック４０は、樹脂シート４１，４１（図６参照）を２枚重ねにしてなり、樹脂シート４１，４１の両側部４１Ａ及び下端部４１Ｂと、幅方向における中央部の上端から下端寄り位置に亘る部分４１Ｃが溶着されることで、冷却パック４０の上端部に冷媒の流入口４０Ａ及び流出口４０Ｂ（図７参照）が形成されると共に、それら流入口４０Ａ及び流出口４０Ｂを連絡するＵ字形流路４０Ｒが形成されている。そして、流入口４０Ａ及び流出口４０Ｂに１対の筒形突部２５，２５が挿入された状態で、流入口４０Ａ及び流出口４０Ｂの内側面と１対の筒形突部２５，２５とが溶着して、Ｕ字形流路４０Ｒが末端流入路１８Ａと末端流出路１８Ｂを連絡している。

バッテリークーラー１０の構成に関する説明は以上である。次に、バッテリークーラー１０の製造方法について説明する。バッテリークーラー１０を製造するには、まず、樹脂の射出成形によってヘッダーベース２０及びヘッダーカバー２１を製造しておくと共に、樹脂シート４１，４１を熱溶着することで、流入口４０Ａ、流出口４０Ｂ及びＵ字形流路４０Ｒを有した冷却パック４０を製造しておく。

次いで、ヘッダー固定治具７１にヘッダーベース２０を固定する（図７参照）。具体的には、ヘッダー固定治具７１の上面には、矩形状のヘッダー受容凹部７１Ａが設けられていて、このヘッダー受容凹部７１Ａに、ヘッダーベース２０を、筒形突部２５，２５が上方を向いた状態にして受容させる。なお、ヘッダー受容凹部７１Ａの深さは、ヘッダーベース２０の厚さよりも小さくなっていて、ヘッダーベース２０がヘッダー受容凹部７１Ａに受容された状態で、流入側接続パイプ１２Ａ及び流出側接続パイプ１２Ｂは、ヘッダー受容凹部７１Ａより外側にはみ出す。

ここで、図８に示すように、ヘッダー固定治具７１には、上方に突出した複数の芯材７２が設けられている（図８には、１つの芯材７２のみが示されている。）。そして、ヘッダー受容凹部７１Ａにヘッダーベース２０が受容された状態で、各芯材７２は、ヘッダーベース２０の筒形突部２５を挿通する。なお、芯材７２の断面形状は、筒形突部２５の内側断面形状とほぼ同じ大きさ、形状をなし、筒形突部２５の内側面と芯材７２の外側面との間に大きな隙間が生じないようになっている。

ヘッダー固定治具７１にヘッダーベース２０が固定されると、ヘッダーベース２０に冷却パック４０をセットする。具体的には、図７に示すように、まず、冷却パック４０を、流入口４０Ａ及び流出口４０Ｂが下側を向くように配置し、それら流入口４０Ａ及び流出口４０Ｂを、例えば、吸盤等にて広げた状態にする。そして、冷却パック４０をヘッダーベース２０に近づけて、流入口４０Ａ及び流入口４０Ｂに１対の筒形突部２５，２５を挿入する。

ヘッダーベース２０に冷却パック４０がセットされると、図８に示すように、冷却パック４０の流入口４０Ａ及び流出口４０Ｂ（図８には、流入口４０Ａのみが示されている。）の開口縁を、１対のヒーター７３，７３でヘッダーベース２０の長手方向（図８の左右方向）に挟んで、流入口４０Ａ及び流出口４０Ｂの内側面と１対の筒形突部２５，２５とを溶着する。これにより、ヘッダーベース２０に冷却パック４０が固定される。

ここで、１対のヒーター７３，７３の互いの対向面７３Ｍ，７３Ｍは、下端部が互いに接近するように突出した段差状になっていて、対向面７３Ｍのうち段差部７３Ｄよりも上側の部分は、断熱材７４で覆われている。これにより、冷却パック４０のうち筒形突部２５よりも奥側（図８の上側）の部分で樹脂シート４１，４１が溶着して、Ｕ字形流路４０Ｒが閉塞されることが防がれる。なお、断熱材７４は、シリコンフォーム等の発泡材料で構成されている。また、図８に示す例では、断熱材７４は、ヒーター７３のうち段差部７３Ｄより下側の部分と略面一になっている。

ヘッダーベース２０に冷却パック４０が固定されると、次いで、ヘッダーベース２０の上部にヘッダーカバー２１（図２参照）を、例えば、振動溶着、熱溶着等によって固定する。これにより、バッテリークーラー１０が得られる。

次に、バッテリークーラー１０の動作について説明する。図９に示すように、バッテリークーラー１０は、電気自動車の車両９０に積載されたモータ９４を冷却するための冷媒循環装置９５に接続される。冷媒循環装置９５は、ラジエター９１の冷却水を循環させる冷媒循環路９３を備え、冷媒循環路９３にモータ９４が接続されている。そして、この冷媒循環路９３に、ヘッダー１１の流入メイン接続パイプ１２Ａと流出メイン接続パイプ１２Ｂとが接続可能になっている。なお、冷媒循環路９３には、冷媒循環路９３内で冷却水を循環させるポンプ９６が設けられている。

また、図１０（Ａ）に示すように、バッテリークーラー１０は、冷却対象であるバッテリーセル８１を複数備えたバッテリーセルユニット８０に装着される。具体的には、バッテリーセルユニット８０は、バッテリーケース８２内に複数のバッテリーセル８１を間隔を空けて並んだ状態に固定して備え、バッテリークーラー１０のヘッダー１１がバッテリーケース８２に固定されることで、バッテリークーラー１０がバッテリーセルユニット８０に組み付けられている。

具体的には、バッテリークーラー１０のバッテリーセルユニット８０への組み付けは、以下のようにして行われる。即ち、まず、バッテリークーラー１０に冷却水を流さない状態で、ヘッダー１１の長手方向をバッテリーセル８１が並ぶ方向に合わせて、複数の冷却パック４０を下端側（ヘッダー１１と反対側）からバッテリーセル８１の間に挿入する。ここで、図１０（Ａ）に示すように、非通水の状態では、冷却パック４０の厚さは、隣り合うバッテリーセル８１，８１同士の間隔Ｌ２よりも小さくなっているので、冷却パック４０の挿入がスムーズに行える。

バッテリーセル８１，８１同士の間に冷却パック４０が挿入されると、ヘッダー１１の係止爪１６Ｋ（図１参照）をバッテリーケース８２の上端部に係止させる。これにより、ヘッダー１１がバッテリーケース８２に固定され、バッテリークーラー１０がバッテリーセルユニット８０に組み付けられる。

図１１（Ａ）には、バッテリークーラー１０を、バッテリーセル８１，８１同士の間隔Ｌ２が４ｍｍのバッテリーセルユニット８０に組み付けた例が示されている。また、図１１（Ｂ）には、バッテリークーラー１０を、バッテリーセル８１，８１同士の間隔Ｌ３が２ｍｍのバッテリーセルユニット８０に組み付けた例が示されている。同図の例では、冷却パック４０は、筒形突部２５との溶着部分より下側部分が窄まって、バッテリーセル８１，８１同士の隙間に挿入されている。そして、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）の何れの例においても、バッテリーセル８１の上面とバッテリーケース８２の上面は、面一になっている。

ここで、仮に、ヘッダー１１の底面１１Ｍが平坦であって、その底面１１Ｍから筒形突部２５が突出している場合には、筒形突部２５がバッテリーセルユニット８０（バッテリーセル８１）と干渉し、ヘッダー１１がバッテリーセルユニット８０から浮き上がるという問題が生じる。しかしながら、本実施形態では、上述したように、ヘッダー１１の底面１１Ｍには、受容凹部２６が形成され、この受容凹部２６に筒形突部２５が収まっているので、筒形突部２５とバッテリーセル８１との干渉を避けて、ヘッダー１１のバッテリーセルユニット８０からの浮き上がりを防ぐことができる。なお、バッテリークーラー１０は、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示す例の他に、バッテリーセル８１，１８同士の間隔が４ｍｍよりも大きなバッテリーセル８０に組み付けることも可能である。

さて、バッテリークーラー１０がバッテリーセルユニット８０に組み付けられた状態で、冷媒循環路９３（図９参照）からヘッダー１１の基幹流入路２２Ａ（図２参照）に冷却水が流れると、流入口４０Ａを通ってＵ字形流路４０Ｒ（冷却パック４０）内へと冷却水が流れる。そして、Ｕ字形流路４０Ｒを通った冷却水が、流出口４０Ｂから基幹流出路２２Ｂを通って冷媒循環路９３へ排出される。このとき、図１０（Ａ）から図１０（Ｂ）への変化に示すように、冷却パック４０は、冷却水の水圧によって膨張し、バッテリーセル８１に密着する。これにより、複数のバッテリーセル８１を冷却することが可能になる。

バッテリークーラー１０の動作に関する説明は以上である。次に、バッテリークーラー１０の作用効果について説明する

本実施形態のバッテリークーラー１０によれば、バッテリーセルユニット８０にヘッダー１１を装着して冷却パック４０をバッテリーセル８１，８１同士の間に挿入することで、既存のバッテリーセルユニットであっても、バッテリーセルをバッテリーケースから取り外すことなく組み付けることが可能になる。このように、本発明によれば、バッテリークーラー１０のバッテリーセルユニット８０への組み付けが容易となる。

また、バッテリークーラー１０では、１対の筒形突部２５，２５を、複数のバッテリーセル８１が並ぶ方向に扁平な形状としたので、バッテリーセル８１，８１同士の間隔が狭い場合でも、筒形突部２５，２５の長手方向の長さを大きくして、筒形突部２５の内側断面積が小さくなることが抑えられる。これにより、冷却効率の低下を抑えることが可能になる。

しかも、本実施形態のバッテリークーラー１０の製造方法によれば、冷却パック４０の流入口４０Ａ及び流出口４０Ｂの開口縁を１対のヒーター７３，７３で挟むときに、筒形突部２５の内側に芯材７２が挿入されているので、筒形突部２５の破損を防ぐことができ、筒形突部２５と流入口４０Ａ及び流出口４０Ｂの開口縁との間に隙間を生じさせることなく両者を溶着することができる。

［他の実施形態］
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）筒形突部２５は、バッテリーセル８１が並ぶ方向に扁平な長円形状であっても楕円形状であってもよい。

（２）上記実施形態では、ヘッダー１１に固定された冷却パック４０の数が２つの例が示されていたが、バッテリーセル８１の数に応じて適宜変更されてもよく、３つ以上であってもよい。

（３）上記実施形態では、筒形突部２５の受容凹部２６の奥面２６Ｍからの突出高さが、受容凹部２６の深さと同じ大きさになっていたが、受容凹部２６の深さより小さくてもよい。なお、上記実施形態の構成によれば、ヘッダー１１を薄くして、バッテリークーラーのコンパクト化が図られる。

（４）上記実施形態では、筒形突部２５の短手方向の長さが約４ｍｍであったが、バッテリーセル８１，８１同士の間隔Ｌ２に応じて適宜変更されてもよく、例えば、１０ｍｍであってもよい。なお、上記実施形態の構成によれば、バッテリーセル８１，８１同士の間隔Ｌ２が狭いバッテリーセルユニット８０にも対応可能となる。

１０ バッテリークーラー
１１ ヘッダー
２２Ａ 基幹流入路
２２Ｂ 基幹流出路
２５ 筒形突部
２６ 受容凹部
４０ 冷却パック
４０Ａ 流入口
４０Ｂ 流出口
７２ 芯材
８１ バッテリーセル
９５ 冷媒循環装置

Claims (5)

1. 複数のバッテリーセルを間隔を空けて並んだ状態に固定してなるバッテリーセルユニットに装着され、前記バッテリーセル同士の間に冷媒循環装置の冷媒を流通させて前記複数のバッテリーセルを冷却可能なバッテリークーラーであって、
   前記バッテリーセル同士の間に挿入され、挿入方向の手前側の端部に前記冷媒の流入口と流出口を有した冷却パックと、
   前記冷却パックより挿入方向の手前側で前記バッテリーセルユニットに装着され、前記冷媒循環装置から前記冷媒が供給される基幹流入路と前記冷媒循環装置に前記冷媒を排出する基幹流出路とを有したヘッダーと、
   前記ヘッダーに設けられ、前記冷却パック側に突出して前記基幹流入路及び前記基幹流出路の末端を構成し、前記冷却パックの前記流入口及び前記流出口を挿通した状態でそれら流入口及び流出口の内側面と溶着した１対の筒形突部とを備え、
   前記１対の筒形突部を、前記複数のバッテリーセルが並ぶ方向に扁平な形状にしたことを特徴とするバッテリークーラー。
2. 前記筒形突部の断面形状を、略菱形状にしたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリークーラー。
3. 前記筒形突部の短手方向の長さを、３〜５ｍｍとしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のバッテリークーラー。
4. 前記ヘッダーの前記バッテリーセルユニットとの対向面に受容凹部を設けると共に、前記受容凹部の奥面から前記１対の筒形突部を突出させ、
   前記筒形突部の突出高さを、前記受容凹部の深さと同じ大きさかそれよりも小さくして、前記受容凹部内に前記筒形突部を収めたことを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか１の請求項に記載のバッテリークーラー。
5. 請求項１に記載のバッテリークーラーの製造方法であって、
   前記筒形突部の内側に芯材を挿入した状態で前記１対の筒形突部を前記冷却パックの前記流入口及び前記流出口に挿通し、それら流入口及び流出口の開口縁をヒーターで挟んで前記１対の筒形突部と前記冷却パックとを溶着することを特徴とするバッテリークーラーの製造方法。

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