JP2022089387A - 冷却器 - Google Patents

Abstract

【課題】２枚の板を接合部で接合して内部に冷媒流路を形成された冷却器において、接合部から離れた部位における冷媒圧力による応力の集中を抑制することにより、冷媒流路を形成する接合部の領域の大きさを抑制する。
【解決手段】互いに対向配置された２枚の鋼板１ａ、１ｂのうちの第１の鋼板１ａが第２の鋼板１ｂに向けて部分的に突出され、この突出部１１で２枚の鋼板１ａ、１ｂが互いに接合されて接合部１３とされ、２枚の鋼板１ａ、１ｂ間の接合部１３周辺に冷媒流路１２が形成された冷却器１であって、第２の鋼板１ｂにおいて冷媒流路１２を形成する板面のうち接合部１３から離れた部位に、板面を第１の鋼板１ａに向かう方向、若しくは第１の鋼板１ａから離れる方向に突出されて凸部１５が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の電池セルを組み合わせて構成された電池等を冷却する冷却器に関する。

複数の電池セルを組み合わせて比較的高い電圧を取り出せるように構成された電池では、複数の電池セルを一括して冷却するために、内部に冷媒流路を備えた冷却器が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１８－８８３０５号公報

特許文献１の電池冷却器は、ロールボンド法によって圧着接合された２枚のアルミニウム板の間に冷媒流路が形成されている。冷媒の圧力に耐えるためには、冷媒流路を形成する接合部の領域は大きくする必要がある。しかし、接合部の領域を大きくすると、冷却器としての冷却効率が低下する。

本発明の課題は、２枚の板を接合部で接合して内部に冷媒流路を形成された冷却器において、接合部から離れた部位における冷媒圧力による応力の集中を抑制することにより、冷媒流路を形成する接合部の領域の大きさを抑制することにある。

本発明の第１発明は、互いに対向配置された２枚の板のうちの第１の板が第２の板に向けて部分的に突出され、この突出部で２枚の板が互いに接合されて接合部とされ、２枚の板間の前記接合部周辺に冷媒流路が形成された冷却器であって、前記第２の板において冷媒流路を形成する板面のうち前記接合部から離れた部位に、板面を第１の板に向かう方向、若しくは第１の板から離れる方向に突出されて凸部が設けられている。

本発明の第２発明は、上記第１発明において、前記凸部は、前記第１の板に向けて突出されている。

本発明の第３発明は、上記第１又は第２発明において、前記突出部は、前記第１の板の板面上に千鳥配置で複数個設けられており、前記凸部は、前記第１の板及び前記第２の板の対向方向から見て前記突出部同士間に挟まれる位置のそれぞれに設けられている。

本発明の第４発明は、上記第１～第３発明のいずれかにおいて、前記凸部は、前記第１の板及び前記第２の板の対向方向から見て円形に形成されている。

本発明の第５発明は、上記第４発明において、前記凸部は、コイニング加工により形成されている。

本発明によれば、第２の板において冷媒流路を形成する板面のうち接合部から離れた部位に凸部が設けられているため、当該部位の面剛性が高められる。そのため、第２の板において接合部から離れた板面における冷媒圧力による応力の集中を抑制することができる。その結果、冷媒流路を形成する接合部の領域の大きさを抑制することができる。

本発明の第１実施形態を示す主要部の分解斜視図である。 上記第１実施形態の主要部の拡大側面図であり、第１の鋼板側から見た図である。 図２と同様の拡大側面図であり、第２の鋼板側から見た図である。 図２のＩＶ－ＩＶ線断面矢視図である。 上記第１実施形態における凸部の拡大断面図である。 本発明の第２実施形態における凸部の拡大断面図である。 上記第１実施形態における第２の鋼板の冷媒圧力による応力の分布を示すＣＡＥ解析図であり、本発明を適用しない従来例と比較して示す。

＜第１実施形態の構成＞
図１～４は第１実施形態の主要部を示す。この実施形態は、電気自動車に用いられる電池モジュールの冷却に用いられる冷却器である。図１～４においてＸ、Ｙ、Ｚの矢印で示すように、冷却器の各方向は、Ｘ方向（若しくはＸ１、Ｘ２側）、Ｙ方向（若しくはＹ１、Ｙ２側）、Ｚ方向（若しくはＺ１、Ｚ２側）として説明する。ここでは、Ｚ方向は重力方向とされている。なお、これらの方向に関しては、図５以降の図においても同様である。

図１のように、各電池セル３の側部（Ｘ１側）には、各電池セル３をまとめて冷却するための冷却器１が配置されている。複数の電池セル３は、互いに直列接続して組み合わせて一つの電池モジュールが構成されている。ここでは、電池モジュールは、冷却器１と保持枠２との間に各電池セル３を挟んで結束バンド等により一体化されている。

図１～４のように、冷却器１は、２枚の鋼板である、第１の鋼板（第１の板に相当）１ａ及び第２の鋼板（第２の板に相当）１ｂが互いに対向配置して構成されている。第１の鋼板１ａは、いわゆるエンボス加工により円形スポット状に第２の鋼板１ｂに向けて突出する複数の突出部１１が形成されている。各突出部１１は、第１の鋼板１ａの表面上に千鳥配置で形成されている。そのため、各突出部１１は、Ｙ方向に沿ってＺ方向に２列で複数個配置されている。そして、Ｚ方向に配置された２列の各突出部１１は、互いにＹ方向に各突出部１１の間隔の半分に相当する寸法だけ位置ずれして配置されている。

各突出部１１の突出端は、平坦面とされており、第２の鋼板１ｂの表面に当接して、溶接にて接合されている。接合された部分は接合部１３とされている。このように互いに対向して接合された第１の鋼板１ａ及び第２の鋼板１ｂは、周縁の接合部１４でも溶接接合されている。接合部１４は、突出部１１から離れた位置で複数の突出部１１の全てを囲んで配置されている。そのため、接合部１４で囲まれた領域で接合部１３の周りには、第１の鋼板１ａ及び第２の鋼板１ｂの間に冷媒流路１２が形成されている。

このように形成された冷媒流路１２には、冷媒（代替フロンＨＦＣ等）が流れるように流入口（図示略）と流出口（図示略）が設けられている。従って、流入口から冷媒流路１２に流入した冷媒は、第１の鋼板１ａに接する各電池セル３から熱を奪って気化して、流出口から流出する。気化して流出口から流出した冷媒は、図示しないコンプレッサにより加圧されて再び液化され、図示しない熱交換器で冷却されて再び流入口から冷媒流路１２に戻される。冷媒流路１２には、コンプレッサにより加圧された冷媒の圧力が加えられるが、突出部１１及び接合部１３が千鳥配置されることにより第１の鋼板１ａ及び第２の鋼板１ｂ間の隙間が拡がるように変形することが防止されている。

図２～５のように、第２の鋼板１ｂには、板面を第１の鋼板１ａに向けて、即ちＸ２側に突出された凸部１５が複数個設けられている。各凸部１５は、第１の鋼板１ａ及び第２の鋼板１ｂの対向方向であるＸ方向から見て円形となるように、いわゆるエンボス加工により形成されている。図２のように、各凸部１５は、Ｘ方向から見て突出部１１同士間に挟まれる位置のそれぞれに設けられている。上述のように、突出部１１及び接合部１３が千鳥配置されているため、凸部１５は、Ｘ方向から見て突出部１１同士の隙間を埋めるように、Ｚ方向にジグザグ状（三角波状）でＹ方向に沿って配置されている。第２の鋼板１ｂ上で凸部１５が設けられる位置は、冷媒流路１２のうち接合部１３から離れた板面で、冷媒圧力による応力が集中する部位とされている。

＜第１実施形態の作用、効果＞
第１実施形態によれば、第２の鋼板１ｂにおいて、冷媒流路１２のうち接合部１３から離れた板面で、冷媒圧力による応力が集中する部位に凸部１５が設けられているため、当該部位の面剛性が高められる。そのため、接合部１３から離れた部位における冷媒圧力による応力の集中を抑制することができる。その結果、冷媒流路１２を形成する接合部１３の領域の大きさを抑制することができる。従って、冷却器１としての冷却効率を高めることができる。また、第２の鋼板１ｂにおける接合部１３から離れた部位における冷媒圧力による応力の集中を抑制することができるため、第２の鋼板１ｂの板厚を薄くし、冷却器１を軽量化することができる。

図７は、第２の鋼板１ｂにおける冷媒圧力による応力の分布をＣＡＥ解析結果で示す。図７の一点鎖線より左側は、第１実施形態における応力分布を示し、右側は、第２の鋼板１ｂに凸部１５を設けない従来例の応力分布を示す。図７では、ドットの数により圧力の高さを示している。図７から明らかなように、従来例では、各突出部１１及び各接合部１３に挟まれた部位の応力が他に比べて高くなっている。これに対し、第１実施形態では、従来例において応力が高くなっている部位に凸部１５が設けられており、第２の鋼板１ｂの壁面全体で応力の集中がなくなっていることが判る。

＜第２実施形態＞
図６は第２実施形態を示す。第２実施形態が第１実施形態に対して特徴とする点は、第２の鋼板１ｂに形成される凸部１５を、凸部１５ａとした点である。第２実施形態においても、その他の構成は、第１実施形態と同一であり、同一部分についての再度の説明は省略する。

第１実施形態における凸部１５は、通常のプレス加工（エンボス加工）により形成されるものとしたが、第２実施形態の凸部１５ａは、いわゆるコイニング加工により形成されたものである。コイニング加工により形成された凸部１５ａは、第２の鋼板１ｂの曲げ部が第１実施形態における凸部１５に比べて鋭角に形成されるため、凸部１５ａの第１の鋼板１ａに向けた突出量Ｈ２が凸部１５の突出量Ｈ１（図５参照）に比べてが少なくて済み、凸部１５ａの形成により冷媒流路１２が狭くなる弊害を抑制することができる。

＜その他の実施形態＞
以上、特定の実施形態について説明したが、本発明は、それらの外観、構成に限定されず、種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、上記実施形態では、冷却器を電気自動車用電池の冷却に用いた例を示したが、家庭電力供給用電池、自動車以外の乗物用電池、その他の電池以外のものの冷却に用いてもよい。また、上記実施形態では、凸部１５、１５ａの突出方向を第１の鋼板１ａに向かう方向としたが、反対に第１の鋼板１ａから離れる方向としてもよい。

また、上記実施形態では、凸部１５、１５ａは、第１の鋼板１ａ及び第２の鋼板１ｂの対向方向から見て円形としたが、円形以外の形状としてもよい。更に、上記実施形態では、２枚の板は、第１の鋼板１ａ及び第２の鋼板１ｂにより構成したが、アルミニウム板等、他の素材の板により構成してもよい。

また、上記実施形態では、凸部１５、１５ａは、第２の鋼板１ｂの板面上で、第１の鋼板１ａ及び第２の鋼板１ｂの対向方向から見て突出部１１同士間に挟まれる位置の全てに設けたが、全てのうちの一部のみとしてもよい。また、突出部１１同士間に挟まれる位置の他の位置に設けてもよい。

＜各発明に対応する上記実施形態の作用効果＞
最後に上述の「課題を解決するための手段」における第１発明以降の各発明に対応する上記実施形態の作用効果を付記しておく。

第１発明によれば、第２の鋼板１ｂにおいて冷媒流路１２を形成する板面のうち接合部１３から離れた部位に凸部１５、１５ａが設けられているため、当該部位の面剛性が高められる。そのため、第２の鋼板１ｂにおいて接合部１３から離れた板面における冷媒圧力による応力の集中を抑制することができる。その結果、冷媒流路１２を形成する接合部１３の領域の大きさを抑制することができる。従って、冷却器１としての冷却効率を高めることができる。また、第２の鋼板１ｂにおける接合部１３から離れた部位における冷媒圧力による応力の集中を抑制することができるため、第２の鋼板１ｂの板厚を薄くし、冷却器１を軽量化することができる。

第２発明によれば、凸部１５、１５ａが冷却器１の外部に突出しないため、冷却器１の外形を小さくすることができる。

第３発明によれば、第１の鋼板１ａ及び第２の鋼板１ｂの対向方向から見て突出部１１同士間に挟まれる位置のそれぞれに凸部１５、１５ａが設けられることにより、第２の鋼板１ｂにおいて接合部１３から離れた部位の面剛性を高めて、冷媒圧力による応力の集中を効果的に抑制することができる。

第４発明によれば、凸部１５、１５ａが円形に形成されているため、凸部１５、１５ａを効率的に形成することができ、第２の鋼板１ｂの面剛性をより高めることができる。

第５発明によれば、凸部１５ａがコイニング加工により形成されることにより、凸部１５ａの突出量を小さくすることができる。そのため、凸部１５ａが第１の鋼板１ａに向けて突出されている場合には、凸部１５ａにより冷媒流路１２が狭くなる弊害を抑制することができる。

１ 冷却器
１ａ 第１の鋼板（第１の板）
１ｂ 第２の鋼板（第２の板）
１１ 突出部
１２ 冷媒流路
１３、１４ 接合部
１５、１５ａ 凸部
２ 保持枠
３ 電池セル

Claims (5)

1. 互いに対向配置された２枚の板のうちの第１の板が第２の板に向けて部分的に突出され、この突出部で２枚の板が互いに接合されて接合部とされ、２枚の板間の前記接合部周辺に冷媒流路が形成された冷却器であって、
   前記第２の板において冷媒流路を形成する板面のうち前記接合部から離れた部位に、板面を第１の板に向かう方向、若しくは第１の板から離れる方向に突出されて凸部が設けられている冷却器。
2. 請求項１において、
   前記凸部は、前記第１の板に向けて突出されている冷却器。
3. 請求項１又は２において、
   前記突出部は、前記第１の板の板面上に千鳥配置で複数個設けられており、
   前記凸部は、前記第１の板及び前記第２の板の対向方向から見て前記突出部同士間に挟まれる位置のそれぞれに設けられている冷却器。
4. 請求項１～３のいずれかにおいて、
   前記凸部は、前記第１の板及び前記第２の板の対向方向から見て円形に形成されている冷却器。
5. 請求項４において、
   前記凸部は、コイニング加工により形成されている冷却器。

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