JP2017111900A - 車両用電池冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルに生じた熱暴走の影響が、他の電池セルにおよぼすことのない車両用電池冷却装置を提供すること。【解決手段】車両用電池冷却装置は、車両の駆動用電池を載せ、冷却液を内部に通して駆動用電池を冷却する、複数の連続したヒートシンクから形成された冷却基板と、冷却基板に冷却液を送る送液ポンプとを備えている。ヒートシンクは、内部に冷却液を通過させる内部空間を備えた本体部と、本体部の対向する側面に雌雄一対の、内部空間に連通させて設けられた接続口とを備えている。ヒートシンクに隣接するヒートシンクの一対の対となる接続口を、ヒートシンクの接続口に接続させてヒートシンクを複数連続させた。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の駆動用電池を冷却する車両用電池冷却装置に関する。

電動車両には、車両を走行させるための駆動用電池が搭載されている。一般に駆動用電池は、複数の電池セルを組み合わせた電池パックを、必要数備えて形成されている。電池セルは、所定の上限温度を超えると効率の低下を引き起こすことが知られている。そのため、冷却装置等により、電池セルを所定温度以下に保持することが重要となっている。

駆動用電池を冷却する電池冷却装置として、例えば内部に冷却液を通すヒートシンクを備え、電池パックをヒートシンクの上面に載せて、電池セルを冷却する水冷式の冷却装置が知られている。

又、駆動用電池は、万一電気的短絡等不具合が発生すると高温になり、熱暴走を起こすことがある。

特開２０１３−２４６９９０号公報

ヒートシンクは、熱伝導率の高い材質から形成されている。したがって、仮に１つの電池セルが熱暴走して高温になると、熱暴走した電池セルと同じヒートシンクに載っている他の電池セルに熱が伝わり、他の電池セルに熱暴走の影響がおよぶおそれが考えられる。

本発明は、電池セルに生じた熱暴走の影響が他の電池セルにおよぼすことを防止できる車両用電池冷却装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、車両用電池冷却装置を次のように構成した。車両用電池冷却装置は、車両の駆動用電池を載せ、冷却液を内部に通して駆動用電池を冷却する、複数の連続したヒートシンクから形成された冷却基板と、冷却基板に冷却液を送る送液ポンプとを備えている。

ヒートシンクは、内部に冷却液を通過させる内部空間を備えた本体部と、本体部の対向する側面に雌雄一対の、内部空間に連通させて設けられた接続口とを備えている。ヒートシンクに隣接するヒートシンクの一対の対となる接続口を、ヒートシンクの接続口に接続させてヒートシンクを複数連続させた。

本発明の車両用電池冷却装置によれば、仮に、電池セル又は電池モジュールに熱暴走が生じても、熱暴走の影響が他の電池セル又は電池モジュールにおよぶことを防止できる。

本発明にかかる一実施形態の車両用電池冷却装置を搭載した車両を示す斜視図。 車両用駆動用電池を示す斜視図。 冷却基板を示す斜視図。 ヒートシンクを示す平面図。 ヒートシンクと電池セル又は電池モジュールを示す斜視図。 冷却基板を示す分解斜視図。 冷却基板を示す平面図。 冷却基板と電池セル又は電池モジュールを示す平面図。

本発明にかかる一実施形態の車両用電池冷却装置について説明する。図１に、車両用電池冷却装置１４を備えた車両１０を示す。車両１０は、前輪２０と、後輪２２と、駆動用電動機と、発電機と、電池パック１２とを備えている。車両１０は、電池パック１２に蓄えられた電力を利用して駆動用電動機を駆動させて走行する車両である。尚、車両１０は、内燃機関を備え、駆動用電動機は、内燃機関を補助するものでもよい。又、車両１０の駆動用電動機と発電機は、同一であってもよい。

電池パック１２は、例えば車両１０の下部に取り付けられている。電池パック１２は、外方に筐体を有し、筐体の内部に、複数の電池セル又は電池モジュール２６（図２参照）が収納されている。なお、以下電池セル２６として説明する。

電池パック１２の筐体は、合成樹脂あるいは金属製部材からなり、偏平なほぼ直方体を有している。電池パック１２の筐体は、所定の強度を有し、車両１０にボルト等により固定されている。電池パック１２は、パワーコントロールユニット等を介して駆動用電動機に接続されている。

電池セル２６は、複数の電池セルを組み合わせて構成され、所定の電圧を有している。電池セル２６の上面には、正負それぞれの電極２７が設けられている。電池パック１２には、所定の電力量が蓄えられるよう、所定数の電池セル２６が筐体の内部に収納されている。電池パック１２には、電池セル２６を冷却する車両用電池冷却装置１４が設けられている。

次に、車両用電池冷却装置(以下「電池冷却装置」とする)１４について説明する。電池冷却装置１４は、図１に示すように、熱交換器３０と、送液ポンプとしてのウォータポンプ３２と、冷却基板１６(図３参照)とを備えている。

熱交換器３０は、冷却液を通過させる放熱管と放熱管に設けられたフィンとを備え、冷却液の熱を外部に放散させる。熱交換器３０は、車両１０の前方に設けられ、送液管を介して送液ポンプであるウォータポンプ３２に接続している。

ウォータポンプ３２は、電動機等に接続されたポンプであり、電動機での駆動により冷却液を圧送する。ウォータポンプ３２の送出口は、送液管を介して冷却基板１６の流入口３４(図２参照)に連結している。尚、ウォータポンプ３２の駆動源は、電動機でなく、車両１０に搭載されている内燃機関でもよい。

冷却基板１６を図３、図７に示す。冷却基板１６は、複数のヒートシンク３８で構成されている。図３及び図７には、６台のヒートシンク３８で構成されている冷却基板１６を示す。尚、ヒートシンク３８の数は特に問わない。冷却基板１６は、図２に示すように、上面に電池セル２６を載せた状態で、電池パック１２の筐体の内部に設けられている。

図４に、ヒートシンク３８を示す。ヒートシンク３８は、図４に示すように、本体部４０と、第１接続口４２と、第２接続口４４とを備えている。本体部４０は、表裏が対称の、偏平な直方体形状を有している。本体部４０は、熱伝導性の良好な金属の薄板で形成され、内部に内部空間４６を備えている。本体部４０は、図５に示すように、平面視で矩形形状で、平行に並べた２台の電池セル２６が上面に載せられる形状を有している。本体部４０の長手側の側面には、第１接続口４２と第２接続口４４がそれぞれ設けられている。

第１接続口４２は、一方の側面の角部の近傍に設けられている。第１接続口４２は、所定の外径を有する円筒状の雄型の接続口であり、本体部４０の内部空間４６に連通している。第１接続口４２の外周には、溝部５２が形成されている。溝部５２には、封止部材であるＯリング５０(図６参照)が取り付けられる。

本体部４０の他方の側面には、第２接続口４４が設けられている。第２接続口４４は、ヒートシンク３８の平面視で、本体部４０の中心点Ｐを中心にした本体部４０の対角線方向に、第１接続口４２に対して対称の位置に設けられている。

第２接続口４４は、第１接続口４２に対応した、雌型の接続口であり、第１接続口４２と同様、本体部４０の内部空間４６に連通している。第２接続口４４は、隣接するヒートシンク３８の第１接続口４２を挿し入れると、Ｏリング５０を介して第１接続口４２と液密に連結される内径を有している。Ｏリング５０は、例えば合成樹脂製で、適宜断熱性を有している。

冷却基板１６は、３台のヒートシンク３８が直線状に連結された一連のヒートシンク群４１を、平行に２つ備えている。一連のヒートシンク群４１の各ヒートシンク３８は、それぞれの第１接続口４２に他のヒートシンク３８の第２接続口４４が接続されている。

具体的には、第１のヒートシンク３８に隣接される第２のヒートシンク３８が、第１のヒートシンク３８に対して表裏を逆にして連結されている。各ヒートシンク３８は、第２のヒートシンク３８を、第１のヒートシンク３８に対して表裏を逆にすることにより、第１のヒートシンク３８の雄型の第１接続口４２の位置に第２のヒートシンク３８の雌型の第２接続口４４が位置するので、第１のヒートシンク３８の第１接続口４２に第２のヒートシンク３８の第２接続口４４を連結すると直線的に連結し、連続した一連のヒートシンク群４１が形成される。

図６、及び図７に示すように、２つのヒートシンク群４１の先方に接続部材６０が取り付けられている。図６、図７では、接続部材６０側を冷却基板１６の先方とし、その逆側を手前側とする。

接続部材６０はＵ字状で、一方に第１接続口４２に対応した接続口６２を有し、他方に第２接続口４４に対応した接続口６４を有している。接続部材６０の接続口６２は、一連のヒートシンク群４１の先方のヒートシンク３８の第２接続口４４に連結され、接続部材６０の他方の接続口６４は、並列して設けられた一連のヒートシンク群４１の先方のヒートシンク３８の第１接続口４２に連結されている。これにより、６台のヒートシンク３８の各内部空間４６がＵ字状に連続されている。

更に、隣接した各ヒートシンク３８同士の間には、連結部材５８が設けられている。連結部材５８は、例えば合成樹脂製で、本体部４０の熱伝達率より低い熱伝達率を有し、ヒートシンク３８同士を互いに連結している。

冷却基板１６は、手前側（接続部材６０の反対側）において、一連の一方のヒートシンク群４１の第１接続口４２(流入口３４)に、ウォータポンプ３２からの送液管が連結し、他方のヒートシンク群４１の第２接続口４４(流出口３６)には、熱交換器３０への送液管が連結されている。

次に、電池冷却装置１４の作用、効果について説明する。車両１０には、図１に示すように電池パック１２が搭載されている。電池パック１２の底部に、電池冷却装置１４の冷却基板１６が設けられている。冷却基板１６の上面には、電池セル２６が載置されている。

冷却基板１６は、ヒートシンク３８の第１接続口４２と、ヒートシンク３８に隣接して設けられた他のヒートシンク３８の第２接続口４４とを接続させて互いに連結されている。３台のヒートシンク３８により、連続した一連のヒートシンク群４１が形成されている。

電池セル２６は、図２、図８に示すように２台ずつそれぞれ各ヒートシンク３８に載っている。冷却基板１６の流入口３４にはウォータポンプ３２に接続され、流出口３６には熱交換器３０に連結している。電池セル２６の下面はヒートシンク３８の上面に接触し、電池セル２６の熱がヒートシンク３８に良好に伝達される状態になっている。

例えば、電池パック１２に設けられた温度センサからの検出値に基づいて、電池セル２６の温度が閾値を超えたと判断されると、電池冷却装置１４の制御装置は、ウォータポンプ３２に作動信号を送出する。ウォータポンプ３２が制御装置からの指示により作動すると、冷却液が熱交換器３０から流入口３４を通して冷却基板１６内に流入する。

冷却基板１６に流入する冷却液は、熱交換器３０で熱交換がなされており、冷却されている。流入口３４から冷却基板１６の内部に流入した冷却液は、一連のヒートシンク群４１の手前側のヒートシンク３８の第１接続口４２からヒートシンク３８の内部空間４６内に流入する。

第１接続口４２からヒートシンク３８の内部空間４６内に流入した冷却液は、本体部４０の内部を通って、第２接続口４４から流出する。第２接続口４４は、第１接続口４２に対して本体部４０の中心点Ｐを挟んだ対角線側に設けられているので、第１接続口４２から流入した冷却液は、ヒートシンク３８の内部全体を通る。そして、第２接続口４４から流出した冷却液は、隣接するヒートシンク３８の第１接続口４２からヒートシンク３８の内部空間４６内に流入する。このようにして順次ヒートシンク３８の第２接続口４４から流出して、次のヒートシンク３８の内部空間４６内に流入する。

ヒートシンク３８の上には電池セル２６が載せてあるので、温度が低下した冷却液がヒートシンク３８の内部を流通することにより電池セル２６が有する熱が冷却液に吸収され、電池セル２６の温度が所望の値に保持される。

そして、冷却液が直接に繋がれた一連のヒートシンク群４１の先方のヒートシンク３８に至ると、そのヒートシンク３８から接続部材６０を通って、並列に設けられた他方の直接に繋がれた一連のヒートシンク群４１の先方のヒートシンク３８の内部空間４６内に流入する。他方の群のヒートシンク３８の内部に流入した冷却液は、一方のヒートシンク群４１と同様にして、一連のヒートシンク群４１の内部空間４６を冷却液が流通する。このして冷却液は、全ての電池セル２６の熱を吸収し、電池パック１２内の電池セル２６の温度を所望温度に保持する。

冷却基板１６の手前側のヒートシンク３８の流出口３６から流出した冷却液は、熱交換器３０に流入する。熱交換器３０は、冷却液が有する熱をフィン等から外気に放散させて冷却液を冷却する。熱交換器３０で放熱され温度が低下した冷却液は、再びウォータポンプ３２により冷却基板１６に送られる。

電池冷却装置１４は、温度が低下した冷却液が冷却基板１６の内部を循環することにより、冷却基板１６の上に載せられた電池セル２６が有する熱を冷却液が吸収し、電池パック１２内の電池セル２６が所望の温度に保持される。

そして更に、電池パック１２内のいずれか１つの電池セル２６が不具合等により熱暴走して、高温になったとする。電池冷却装置１４は、電池セル２６を、個々に区分されたヒートシンク３８に載置しているので、電池セル２６の１つが、熱暴走により温度が非常に高くなったとしても、他のヒートシンク３８に載っている電池セル２６に熱暴走による熱が伝えられない。

したがって、電池パック１２は、電池セル２６が熱暴走により高温になった場合でも、高温になった電池セル２６から、他のヒートシンク３８に載っている電池セル２６に熱が伝達されることがなく、電池セル２６の熱暴走による破損が他の電池セル２６に拡大しない。

そして、電池セル２６の熱暴走によりヒートシンク３８内の冷却液が沸騰して、冷却基板１６から冷却液が抜けてしまったとする。すると、各ヒートシンク３８の本体部４０を連結している第１接続口４２と第２接続口４４のＯリング５０が熱で溶融する。Ｏリング５０が熱で溶融すると、第１接続口４２と第２接続口４４との接触がなくなり、接続口を介したヒートシンク３８間での熱の伝達が著しく低下する。

又、ヒートシンク３８の温度が上昇して、合成樹脂製の連結部材５８が溶解したりすると、ヒートシンク３８間での直接的な接触がなくなり、本体部４０の外表面を通した熱の伝達が著しく低下する。

これらによっても、熱暴走により高温になった電池セル２６から他のヒートシンク３８に載っている電池セル２６に熱が伝達されることがなく、電池セル２６の熱暴走による破損が拡大しない。

各ヒートシンク３８は、同一の形状で、かつ、表裏が対称に形成されているので、容易に冷却基板１６を組み立てることができる。又、熱暴走が生じたとき、損傷したヒートシンク３８を新規のヒートシンク３８に交換することが容易にでき、冷却基板１６を容易に修復できる。

各ヒートシンク３８が連結部材５８により連結されているので、各ヒートシンク３８間の断熱が確実で、かつヒートシンク３８の位置決めが正確になされる。冷却基板１６の上面に電池セル２６が載せられるので、電池セル２６を上方に抜き取ることにより電池セル２６を容易に交換できる。

尚、本発明は上記実施形態に限るものではなく、適宜変更して実施できるものである。例えば、ヒートシンク３８の数は上記例にかぎるものではない。又、ヒートシンク３８に載せる電池セル２６の数も２つに限るものではない。又、上記実施形態では電池セル２６として説明したが、電池モジュールであってもよい。

本発明は、車両に搭載された駆動用電池の冷却に利用できる。

１０…車両、１２…電池パック、１４…車両用電池冷却装置、１６…冷却基板、２０…前輪、２２…後輪、２６…電池セル（電池モジュール）、２７…電極、３０…熱交換器、３２…ウォータポンプ、３４…流入口、３８…ヒートシンク、４０…本体部、４１…ヒートシンク群、４２…第１接続口、４４…第２接続口、４６…内部空間、５０…Ｏリング、５２…溝部、５８…連結部材、６０…接続部材、６２…第１接続口、６４…第２接続口、Ｐ…中心点。

Claims (7)

1. 車両の駆動用電池を載せ、冷却液を内部に通して前記車両の駆動用電池を冷却する、複数の連続したヒートシンクから形成された冷却基板と、
   前記冷却基板に冷却液を送る送液ポンプと、を備え、
   前記ヒートシンクは、
   内部に前記冷却液を通過させる内部空間を備えた本体部と、
   前記本体部の対向する側面に雌雄一対の、前記内部空間に連通させて設けられた接続口と、を備え、
   前記ヒートシンクに隣接する前記ヒートシンクの前記一対の対となる前記接続口を、前記ヒートシンクの接続口に接続させて前記ヒートシンクを複数連続させた車両用電池冷却装置。
2. 前記雌雄一対の接続口は、前記本体部の中心に対して前記本体部の対角線方向に沿って対称の位置に設けられている請求項１に記載の車両用電池冷却装置。
3. 前記接続口は、断熱性を有し、所定温度で溶融する封止部材を、隣接した前記ヒートシンクの前記接続口との間に設けて接続されている請求項１または２に記載の車両用電池冷却装置。
4. 前記ヒートシンクは、断熱性を有し、所定温度で溶融する連結部材を介して隣接する前記ヒートシンクと連結されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用電池冷却装置。
5. 前記冷却基板は、前記ヒートシンクに隣接する前記ヒートシンクを、平面視で順次前記隣接するヒートシンクの表裏を変えて接続して形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両用電池冷却装置。
6. 前記冷却基板を通った前記冷却液を冷却する熱交換器を更に備えている請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用電池冷却装置。
7. 前記車両の駆動用電池は複数の電池セル若しくは電池モジュールを筐体の内部に収納した電池パックであり、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の車両用電池冷却装置の前記冷却基板が、前記電池パック内に設けられた電動車両。

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