JP2018163741A - バッテリー用冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効率の向上とバッテリーケースの剛性向上を実現する。【解決手段】バッテリー用冷却装置は、バッテリーモジュール１０を収容するバッテリーケース２０と、バッテリーモジュール１０の下面とバッテリーケース２０の底板部２２の上面との間に配された冷却器３０と、冷却器３０の内部に形成され、冷却器３０の上壁部３２と下壁部３３とを連結する隔壁部３５と、冷却器３０の内部において、隔壁部３５で区画されることにより水平方向に並列するように形成され、冷却液を流動させる複数の整流路３６とを備えている。【選択図】図９

Description

本発明は、バッテリー用冷却装置に関するものである。

特許文献１には、バッテリーケース内にバッテリーモジュールと冷却水を収容したバッテリー装置が開示されている。充電時にバッテリーが発熱すると、冷却水がバッテリーの熱を奪うことで、バッテリーの過熱が防止されるようになっている。

特開平０５−２５８７４２号公報

特許文献１のバッテリー装置では、冷却水がバッテリーケースの内面とバッテリーモジュールの外面との隙間に貯留されているだけであるため、冷却水の熱が放出され難く、冷却効率が良くないという問題がある。また、バッテリーケースを軽量化しようとした場合、バッテリーケースを肉薄にすることになるが、そうすると、バッテリーケースの強度が低下することが懸念される。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、冷却効率の向上とバッテリーケースの剛性向上を実現することを目的とする。

本発明のバッテリー用冷却装置は、
バッテリーモジュールを収容するバッテリーケースと、
前記バッテリーモジュールの下面と前記バッテリーケースの底板部の上面との間に配された冷却器と、
前記冷却器の内部に形成され、前記冷却器の上壁部と下壁部とを連結する隔壁部と、
前記冷却器の内部において、前記隔壁部で区画されることにより水平方向に並列するように形成され、冷却液を流動させる複数の整流路とを備えているところに特徴を有する。

バッテリーモジュールで発生した熱は、冷却器内の冷却液に奪われて放出される。冷却液は、隔壁部で区画された複数の整流路を通ることにより、整流状態で流動するので、冷却液による冷却効率に優れている。また、冷却器の上壁部と下壁部は、隔壁部で連結されていて湾曲変形し難いので、冷却器の面剛性が高い。冷却器は、バッテリーケースの底板部の上面に沿うように配されているので、バッテリーケースの面剛性を高めることができる。

実施例１のバッテリー用冷却装置の斜視図 ロアケースに複数のバッテリーモジュールを取り付けた状態をあらわす斜視図 バッテリーケースを構成すめカバーの斜視図 バッテリーケースを構成するロアケースの斜視図 複数の冷却器を並列した状態をあらわす斜視図 バッテリーモジュールの分解斜視図 １つの冷却器の上方に、複数のバッテリーモジュールからなるユニットを配した状態をあらわす斜視図 冷却器の側断面図 バッテリーモジュールを冷却器に載置した状態をあらわす断面図 図８のＸ−Ｘ線断面図

本発明は、前記整流路が直線状をなしていてもよい。この構成によれば、冷却液の流動経路が直線状になるので、冷却液を整流する効果に優れ、ひいては、冷却液の流速を高めて冷却効率の向上を図ることができる。

本発明は、冷却液の供給ポートを有し、前記複数の整流路の上流端同士を連通させる上流側チャンバーを備えていてもよい。この構成によれば、供給ポートから流入した冷却液は、１つの上流側チャンバーを経て複数の複数の整流路に分散されるので、複数の整流路への冷却液の流入量を均一化することができる。

本発明は、冷却液の排出ポートを有し、前記複数の整流路の下流端同士を連通させる下流側チャンバーを備えていてもよい。この構成によれば、複数の整流路を流れてその下流端に到達した冷却液は、各整流路より幅広の１つの下流側チャンバー内に流入するので、複数の整流路からの冷却液の流出量を均一化することができる。

本発明は、前記バッテリーモジュールが、バッテリーセルの下面と前記冷却器の上面とに接するロアプレートを有し、前記ロアプレートの少なくとも一部がアルミニウム又はアルミニウム合金からなっていてもよい。この構成によれば、バッテリーセルと冷却器との間に介在するロアプレートの少なくとも一部は、熱抵抗の小さいアルミニウム又はアルミニウム合金からなるので、冷却効率に優れている。

本発明は、前記冷却器は、直線状に並び且つ導通可能に接続された複数の前記バッテリーモジュールに沿って細長く延びる帯板状をなしていてもよい。この構成によれば、直線状に並び且つ導通可能に接続された複数のバッテリーモジュールを、１つのユニットとして増減する場合は、冷却器の種類を変更せずに、冷却器の数を増減すれば良いので、冷却器の種類数を増やさずに済む。

＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した実施例１を図１〜図１０を参照して説明する。尚、以下の説明において、上下の方向については、図１〜９にあらわれる向きを、そのまま上方、下方と定義する。

本実施例のバッテリー用冷却装置は、複数のバッテリーモジュール１０と、複数のバッテリーモジュール１０を収容するバッテリーケース２０と、バッテリーモジュール１０の下面とバッテリーケース２０の底板部２２の上面との間に配された複数の冷却器３０とを備えている。

バッテリーモジュール１０は、図６に示すように、前後方向に積層した複数のバッテリーセル１１と、複数のバッテリーセル１１を収容するモジュールケース１５とを備えている。バッテリーセル１１は、前後方向の寸法が、高さ寸法（上下寸法）及び幅寸法（左右寸法）に比べて小さい厚板状をなす。各バッテリーセル１１の上端面には（＋）電極１２と（−）電極１３が設けられており、複数のバッテリーセル１１は、（＋）電極１２と（−）電極１３を繋ぐバスバー１４によって直接接続されている。

モジュールケース１５は、ロアプレート１６と、ロアプレート１６の外周縁に組み付けられた角筒部材１７とを備えている。ロアプレート１６は、熱伝導率の高い材料（例えば、アルミニウム、アルミニウム合金など）からなる水平な支持板１６Ａと、合成樹脂製の枠部材１６Ｂとを組み付けて構成されている。枠部材１６Ｂは、支持板１６Ａの外周縁から立ち上がる枠本体部１６Ｃと、枠本体部１６Ｃの内部に張り渡された複数の仕切板１６Ｄとから構成されている。ロアプレート１６と角筒部材１７とによって構成された空間内には、複数のバッテリーセル１１が仕切板１６Ｄによって位置決めされた状態で収容されている。角筒部の前端部下端縁には、前方へ板状に突出した形態の左右一対の固定片１８が形成され、角筒部の後端部下端縁には、後方へ板状に突出した形態の左右一対の固定片１８が形成されている。

バッテリーケース２０は、図３，４に示すように、略水平な板状をなすロアケース２１と、ロアケース２１に対し上から覆うように組み付けられたカバー２６とを備えている。ロアケース２１は、底板部２２と、底板部２２の外周縁に沿って立ち上がった周壁部２３と、底板部２２の上面に形成した前後方向に延びる複数本の位置決めリブ２４とを備えている。周壁部２３の左右両側縁部と複数本の位置決めリブ２４とにより、ロアケース２１の上面には、前後方向に細長く延び且つ左右方向に並列した複数の収容溝２５が形成されている。各収容溝２５内には、夫々、冷却器３０が収容されている。

各冷却器３０は、図５，８〜１０に示すように、前後方向に細長く且つ上下寸法の小さい偏平な板状をなす整流部材３１と、整流部材３１の上流端に液密状に固着された上流側チャンバー３７と、整流部材３１の下流端に液密状に固着された下流側チャンバー４０とを備えている。整流部材３１と上流側チャンバー３７と下流側チャンバー４０は、いずれも、熱伝導率の高い材料（例えば、アルミニウム、アルミニウム合金など）からなる。

整流部材３１は、前後方向に細長い上壁部３２と、前後方向に細長い下壁部３３と、上壁部３２の左右両側縁と下壁部３３の左右両側縁とを繋ぐ前後方向に細長い左右一対の外壁部３４と、上壁部３２の下面と下壁部３３の上面とを繋ぐ前後方向に細長い複数の隔壁部３５とを備えている。整流部材３１の内部には、隔壁部３５によって区画された複数の整流路３６が形成されている。各整流路３６は、前後方向に沿って直線状に延びており、整流路３６の断面形状は略方形である。整流路３６の前後両端は、整流部材３１の前後両端面に開口している。

上流側チャンバー３７は、高さ寸法に対して幅寸法が小さい偏平な形状をなす。上流側チャンバー３７の内部には、全ての整流路３６の上流端に連通する上流側連通空間３８が形成されている。上流側チャンバー３７の上面には、上流側連通空間に連通する供給ポート３９が設けられている。供給ポート３９には、冷却液（図示省略）を上流側チャンバー３７に供給するための冷却液供給源（図示省略）が接続されている。

下流側チャンバー４０は、高さ寸法に対して幅寸法が小さい偏平な形状をなす。下流側チャンバー４０の内部には、全ての整流路３６の下流端に連通する下流側連通空間４１が形成されている。下流側チャンバー４０の上面には、下流側連通空間４１に連通する排出ポート４２が設けられている。排出ポート４２には、冷却液を排出するための排出装置（図示省略）が接続されている。

バッテリー用冷却装置を組み付ける際には、ロアケース２１の上面に形成されている複数の収容溝２５に、夫々、冷却器３０を収容し、各冷却器３０の上流側チャンバー３７の供給ポート３９を冷却液供給源に接続するとともに、下流側チャンバー４０の排出ポート４２を排出装置に接続する。次に、各冷却器３０の上面に複数（本実施例では４つ）のバッテリーモジュール１０を前後方向に間隔を空けて並べて載置する。このとき、前側のバッテリーモジュール１０と後側のバッテリーモジュール１０との間に、二対の固定片１８が左右に並ぶように配置する。

次に、左右方向に細長い固定バー（図示省略）を、前側のバッテリーモジュール１０と後側のバッテリーモジュール１０との隙間に落とし込むように収容して、二対の固定片１８の上面に載せる。そして、固定バーに貫通したボルト（図示省略）を、位置決めリブ２４にネジ込んで締め付ける。ボルトの締付けにより、複数のバッテリーモジュール１０が、冷却器３０の上面に当接した状態でロアケース２１に固定される。

複数のバッテリーモジュール１０をロアケース２１に固定した後、バッテリーモジュール１０を上から覆い隠すようにカバー２６を被せ、被せたカバー２６をボルト（図示省略）によってロアケース２１に固定する。以上により、バッテリーケース２０が構成されるとともに、バッテリーケース２０内に複数のバッテリーモジュール１０と複数の冷却器３０が固定された状態で収容される。以上により、バッテリー用冷却装置の組付けが完了する。

本実施例のバッテリー用冷却装置は、冷却効率の向上とバッテリーケース２０の剛性向上を実現することを目的とするものであり、バッテリーモジュール１０を収容するバッテリーケース２０と、冷却器３０とを備えている。冷却器３０は、バッテリーモジュール１０の下面とバッテリーケース２０の底板部２２の上面との間に配されている。冷却器３０の内部には、冷却器３０の上壁部３２と下壁部３３とを連結する隔壁部３５が形成されている。同じく冷却器３０の内部には、隔壁部３５で区画されることにより水平方向（左右方向）に並列し、冷却液を流動させる複数の整流路３６が形成されている。

バッテリーモジュール１０で発生した熱は、バッテリーモジュール１０の下面から冷却器３０の上壁部３２に伝わり、冷却器３０内を流れる冷却液に奪われて放出される。冷却液は、隔壁部３５で区画された複数の整流路３６を通ることにより整流状態で流動するので、径客機の内部で滞流することはない。したがって、冷却液による冷却効率に優れている。

また、冷却器３０の上壁部３２と下壁部３３は、隔壁部３５で連結されていて湾曲変形し難いので、冷却器３０の剛性が高められている。冷却器３０は、バッテリーケース２０の底板部２２の上面に沿うように配されているので、冷却器３０の剛性が高められることで、バッテリーケース２０の底板部２２の面剛性も高められている。したがって、底板部２２は、その上下両面を湾曲させるような形態の変形を生じ難くなっている。

また、整流路３６は直線状をなしているので、冷却液の流動経路が直線状になる。これにより、冷却液を整流する効果に優れ、ひいては、冷却液の流速を高めて冷却効率の向上を図ることができる。

また、冷却器３０は、１つの整流路３６よりも幅広で、複数の整流路３６の上流端同士を連通させる上流側チャンバー３７を備えている。上流側チャンバー３７には、冷却液を上流側チャンバー３７の上流側連通空間３８を経由させて複数の整流路３６の上流端に供給するための供給ポート３９が設けられている。供給ポート３９から上流側チャンバー３７に流入した冷却液は、１つの幅広の上流側チャンバー３７の下流側連通空間４１を経て複数の複数の整流路３６に分散されるので、複数の整流路３６への冷却液の流入量を均一化することができる。

また、冷却器３０は、１つの整流路３６よりも幅広で、複数の整流路３６の下流端同士を連通させる下流側チャンバー４０を備えている。下流側チャンバー４０には、複数の連通路の下流端から流出した冷却液を、下流側チャンバー４０を経由して排出するための排出ポート４２が設けられている。複数の整流路３６を流れてその下流端に到達した冷却液は、各整流路３６より幅広の１つの下流側チャンバー４０内に流入するので、複数の整流路３６からの冷却液の流出量を均一化することができる。

また、バッテリーモジュール１０は、バッテリーセル１１の下面と冷却器３０の上壁部３２の上面とに接するロアプレート１６を有している。ロアプレート１６の少なくとも一部（支持板１６Ａ）は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる。バッテリーセル１１と冷却器３０との間に介在して、バッテリーセル１１と冷却器３０の上面とに、直接、接触している支持板１６Ａは、熱抵抗の小さいアルミニウム又はアルミニウム合金からなる。これにより、バッテリーセル１１の熱は、支持板１６Ａ（ロアプレート１６）を介して冷却器３０に速やかに伝達されるので、冷却効率に優れている。

また、冷却器３０は、直線状に並び且つ導通可能に接続された複数のバッテリーモジュール１０に沿って細長く延びる帯板状をなしている。冷却器３０の全長（前後方向の寸法）は、前後に並べた複数（本実施例では４つ）のバッテリーモジュール１０の全長と概ね同じ寸法である。また、冷却器３０の幅寸法は、１つのバッテリーモジュール１０の幅寸法とほぼ同じ寸法である。

したがって、前後方向に直線状に並び且つ導通可能に直列接続された複数のバッテリーモジュール１０を、１つのユニットとし、バッテリーモジュール１０のユニットの数を増減する場合は、冷却器３０の種類を変更する必要がなく、バッテリーモジュール１０のユニットと同数の冷却器３０の数を増減すれば良い。したがって、バッテリーモジュール１０のユニットの数を増減する場合でも、冷却器３０の種類数を増やさずに済む。

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施例では、冷却器に、複数の整流路の上流端同士を連通させる上流側チャンバーを設けたが、冷却器は、上流側チャンバーを設けず、複数の整流路の上流端に個別に冷却液の供給路を接続する形態であってもよい。
（２）上記実施例では、冷却器に、複数の整流路の下流端同士を連通させる下流側チャンバーを設けたが、冷却器は、下流側チャンバーを設けず、複数の整流路の下流端に個別に冷却液の排出路を接続する形態であってもよい。
（３）上記実施例では、バッテリーモジュールのロアプレートを、アルミニウム又はアルミニウム合金としたが、ロアプレートの材料は、アルミニウム以外の金属や合成樹脂であってもよい。
（４）上記実施例では、冷却器が、直線状に並び且つ導通可能に接続された複数のバッテリーモジュールに沿って細長く延びる帯板状をなしているが、冷却器は、縦及び横の両方向に整列する複数のバッテリーモジュールに対応する方形板状をなしていてもよい。
（５）上記実施例では、冷却液の整流路が直線状の経路となっているが、整流路は、九十九折り状等の屈曲した経路であってもよい。
（６）上記実施例では、ロアプレートが支持板と枠部材を組み付けて構成されているが、ロアプレートは単一部品としてもよい。この場合、ロアプレートの材料は、アルミニウムやアルミニウム合金等の熱伝導率の高い金属が好ましい。

１０…バッテリーモジュール
１１…バッテリーセル
１６…ロアプレート
２０…バッテリーケース
２２…底板部
３０…冷却器
３２…上壁部
３３…下壁部
３５…隔壁部
３６…整流路
３７…上流側チャンバー
３９…供給ポート
４０…下流側チャンバー
４２…排出ポート

Claims (6)

1. バッテリーモジュールを収容するバッテリーケースと、
   前記バッテリーモジュールの下面と前記バッテリーケースの底板部の上面との間に配された冷却器と、
   前記冷却器の内部に形成され、前記冷却器の上壁部と下壁部とを連結する隔壁部と、
   前記冷却器の内部において、前記隔壁部で区画されることにより水平方向に並列するように形成され、冷却液を流動させる複数の整流路とを備えていることを特徴とするバッテリー用冷却装置。
2. 前記整流路が直線状をなしていることを特徴とする請求項１記載のバッテリー用冷却装置。
3. 冷却液の供給ポートを有し、前記複数の整流路の上流端同士を連通させる上流側チャンバーを備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のバッテリー用冷却装置。
4. 冷却液の排出ポートを有し、前記複数の整流路の下流端同士を連通させる下流側チャンバーを備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のバッテリー用冷却装置。
5. 前記バッテリーモジュールが、バッテリーセルの下面と前記冷却器の上面とに接するロアプレートを有し、
   前記ロアプレートの少なくとも一部がアルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のバッテリー用冷却装置。
6. 前記冷却器は、直線状に並び且つ導通可能に接続された複数の前記バッテリーモジュールに沿って細長く延びる帯板状をなしていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のバッテリー用冷却装置。

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