JP2022152510A - バッテリの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のバッテリモジュールをより均一に冷却する。【解決手段】バッテリの冷却装置１０は、矩形状の冷却面１を有する冷却プレート２と、冷却水用のインレット４及びアウトレット５と、インレット４とアウトレット５とを連結する第１流路系統６及び第２流路系統７とを含む。冷却面１には、車両を駆動するモータに電力を供給する複数のバッテリモジュール３が、補強プレート４３を介して互いに隣り合うように設置される。インレット４及びアウトレット５は、冷却面１の一辺側に設けられる。第１流路系統６は、冷却プレート２の中央領域に形成されており、冷却水の流れ方向を蛇行させる蛇行流路８を備える。一方、第２流路系統７は、冷却プレート２の中央領域よりも外側の外周領域に形成されており、蛇行流路８を備えない。【選択図】図３

Description

本件は、車両に搭載されるバッテリを冷却する冷却装置に関する。

近年、環境負荷を低減する観点から、乗用車だけでなくトラック等の商用車の分野においても、電動モータにより走行する電動車両（電気自動車、ハイブリッド自動車）の開発が行われている（特許文献１参照）。一般に、このような電動車両に搭載される駆動用のバッテリ（バッテリパック）には、複数のバッテリモジュールが備えられる。

特開２０１６－１１３０６３号公報

上記のようなバッテリを冷却する冷却装置において、複数のバッテリモジュールを共通の冷却プレートで冷却する場合がある。この場合に、複数のバッテリモジュールにおける経年劣化度合を均一化するためには、複数のバッテリモジュールに対する冷却性能を均一化することが求められる。

本件は、上記のような課題に鑑み創案されたものであり、バッテリの冷却装置において、複数のバッテリモジュールをより均一に冷却することを目的の一つとする。

本件は上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現できる。
（１）本適用例に係るバッテリの冷却装置は、車両を駆動するモータに電力を供給する複数のバッテリモジュールが補強プレートを介して互いに隣り合うように設置される矩形状の冷却面を有する冷却プレートと、前記冷却面の一辺側に設けられる冷却水用のインレット及びアウトレットと、前記冷却プレートの中央領域に形成され、前記インレットと前記アウトレットとを連結する第１流路系統と、前記冷却プレートの前記中央領域よりも外側の外周領域に形成され、前記インレットと前記アウトレットとを連結する第２流路系統と、を含み、前記第１流路系統は、冷却水の流れ方向を蛇行させる蛇行流路を備え、前記第２流路系統は、前記蛇行流路を備えないことを特徴としている。

このように、第１流路系統には蛇行流路が設けられるのに対し、第２流路系統には蛇行流路が設けられないことで、第２流路系統よりも第１流路系統で流路抵抗を大きくできる。これにより、冷却水が第１流路系統を流れにくくなるとともに第２流路系統を流れやすくなるため、第２流路系統における流量を第１流路系統における流量よりも多くできる。したがって、たとえ第２流路系統の流路長が第１流路系統の流路長より長くても、第１流路系統と第２流路系統とで冷却性能を均一化できる。よって、複数のバッテリモジュールをより均一に冷却できる。この結果、複数のバッテリモジュールにおける経年劣化度合を均一化できるため、バッテリの寿命の延長に寄与する。

（２）本適用例に係るバッテリの冷却装置では、前記冷却面において前記補強プレートが配置される補強領域の少なくとも一部は、前記中央領域と前記外周領域との間に設けられてもよく、前記複数のバッテリモジュールを収容するバッテリハウジングと前記冷却プレートとが締結される締結領域は、前記中央領域において前記第１流路系統を避けて設けられてもよい。

このように、補強領域の少なくとも一部が冷却プレートの中央領域と外周領域との間に設けられれば、補強領域の少なくとも一部と中央領域及び外周領域との干渉を回避できる。これにより、補強プレートを締結する締結部と第１流路系統及び第２流路系統との干渉を抑制できる。したがって、補強プレートを締結する締結部の剛性確保が容易となる。このため、補強プレートをより適切に固定でき、補強プレートで補強されるバッテリハウジングの剛性向上に寄与する。

また、締結領域が中央領域において第１流路系統を避けて設けられれば、バッテリハウジング及び冷却プレートを締結する締結部と第１流路系統との干渉を回避できる。したがって、バッテリハウジング及び冷却プレートを締結する締結部の剛性確保が容易となる。これによっても、バッテリハウジングの剛性向上に寄与する。

本件によれば、複数のバッテリモジュールをより均一に冷却できる。

バッテリの冷却装置が搭載された車両の模式的な上面図である。 バッテリとバッテリの冷却装置とを分解した斜視図である。 冷却プレートの模式的な上面図（平面図）である。 第１流路系統における冷却水の流れ方向を説明する模式図である。

図面を参照して、本件の実施形態について説明する。この実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。

［１．構成］
図１に示すように、本実施形態に係るバッテリの冷却装置１０（以下、単に冷却装置１０ともいう）は、車両２０に搭載されている。ここでは車両２０として、キャブ２１及び荷箱２２を備えたトラックを例示する。なお、図１では、キャブ２１及び荷箱２２を二点鎖線で示す。

車両２０は、図示しないモータにより走行する電動車両（電気自動車、ハイブリッド自動車）であり、複数のバッテリモジュール３を含むバッテリ（バッテリパック）３０を備えている。バッテリモジュール３は、図示しない複数のバッテリセルが直列接続されて構成されており、車両２０を駆動するモータに電力を供給する。

本実施形態では、車長方向（前後方向）Ｄ１に並ぶ四つのバッテリモジュール３を含むバッテリ３０を例示する。各バッテリモジュール３は、互いに同様に構成される。以下、四つのバッテリモジュール３を互いに区別する場合には、前側から順に、第１バッテリモジュール３Ａ，第２バッテリモジュール３Ｂ，第３バッテリモジュール３Ｃ，第４バッテリモジュール３Ｄという。

本実施形態のバッテリ３０は、外観形状が略直方体であって、上面視で略矩形状をなす。バッテリ３０は、車長方向Ｄ１に延在する一対のサイドレール２３の下方に配置され、各サイドレール２３に支持される。なお、バッテリ３０の形状や配置や支持手法は、ここで例示するものに限定されない。

冷却装置１０は、車両２０において所定の冷却回路を循環する冷却水によりバッテリ３０を冷却する。冷却装置１０には、冷却水が流通可能な管状の部材で形成された供給路２４及び排出路２５が接続される。本実施形態の供給路２４及び排出路２５はいずれも、冷却装置１０に対して左側から接続されている。

冷却水は、供給路２４から冷却装置１０に供給され、冷却装置１０においてバッテリ３０から熱を奪った後、冷却装置１０から排出路２５へと排出される。それから、冷却水は、図示しない放熱器において熱を放出した後、再び供給路２４から冷却装置１０に供給される。このように、本実施形態の冷却水が循環する冷却回路は、供給路２４、排出路２５、冷却装置１０及び放熱器などから構成されている。

図２に示すように、冷却装置１０は、複数のバッテリモジュール３を冷却する矩形状の冷却面１を有する冷却プレート２と、冷却水用のインレット４及びアウトレット５とを含む。冷却プレート２は、具体的には、車高方向（上下方向）Ｄ３に重ねられた二枚のプレート（上側プレート及び下側プレート）で構成される。冷却プレート２は、互いに重ねられた上側プレート及び下側プレートの間に、冷却水の通路となる中空部（後述の内側系統６及び外側系統７となる空間）を有する。

インレット４及びアウトレット５は、冷却面１の一辺側に設けられる。本実施形態のインレット４及びアウトレット５は、冷却面１の外縁がなす四辺のうち、左方で車長方向Ｄ１に延びる一辺（左辺）１１から左方へ突設された二つの凸片１２にそれぞれ配置されている。インレット４には上記の供給路２４が接続され、アウトレット５には上記の排出路２５が接続される。

ここでは、インレット４がアウトレット５の前方に配置された例を示す。本実施形態のインレット４は、車幅方向Ｄ２から視て、第１バッテリモジュール３Ａと第２バッテリモジュール３Ｂとの間に位置する。また、本実施形態のアウトレット５は、車幅方向Ｄ２から視て、第３バッテリモジュール３Ｃと第４バッテリモジュール３Ｄとの間に位置する。ただし、インレット４及びアウトレット５の配置はこれに限定されず、アウトレット５がインレット４の前方に配置されてもよいし、インレット４及びアウトレット５が冷却面１の左辺１１以外の一辺（例えば右辺）側に設けられてもよい。

冷却プレート２は、複数のバッテリモジュール３を収容するトレイ状のバッテリハウジング４０と締結される。本実施形態のバッテリハウジング４０は、四角筒状の周壁部４１と、矩形状の底壁部４２とを有する。周壁部４１は、冷却プレート２の上方に配置される。一方、底壁部４２は、冷却プレート２の下方に配置される。このように、本実施形態の冷却プレート２は、バッテリハウジング４０の周壁部４１と底壁部４２との間に挟持される。

冷却プレート２の冷却面１には、複数のバッテリモジュール３が補強プレート４３を介して互いに隣り合うように配置される。補強プレート４３は、バッテリハウジング４０を補強する板状の部材である。ここでは、二つの補強プレート４３がいずれも車幅方向（左右方向）Ｄ２及び車高方向Ｄ３に沿って立設されている例を示す。

二つの補強プレート４３は、車長方向Ｄ１に互いに離隔して配置されている。より具体的に言えば、前側の補強プレート４３は、インレット４と車幅方向Ｄ２に並んで設けられており、第１バッテリモジュール３Ａと第２バッテリモジュール３Ｂとの間に介在する。一方、後側の補強プレート４３は、アウトレット５と車幅方向Ｄ２に並んで設けられており、第３バッテリモジュール３Ｃと第４バッテリモジュール３Ｄとの間に介在する。各補強プレート４３の左右両端部は、例えば溶接により、バッテリハウジング４０の周壁部４１に固定されている。

図３に示すように、冷却装置１０は、インレット４からアウトレット５まで流れる冷却水の流路系統として、内側系統６（第１流路系統）及び外側系統７（第２流路系統）の二系統を含む。冷却プレート２の上面視（平面視）において、内側系統６は冷却プレート２の中央領域に形成されるのに対し、外側系統７は冷却プレート２の中央領域よりも外側の外周領域に形成される。このように、外側系統７は、内側系統６を迂回するように内側系統６よりも外側に配置された流路をなす。なお、図３及び後述の図４では、内側系統６及び外側系統７に網点を付して示す。

内側系統６及び外側系統７はいずれも、インレット４とアウトレット５とを連結する。したがって、インレット４に供給された冷却水は、内側系統６及び外側系統７に二分され、内側系統６及び外側系統７をそれぞれ流れた後にアウトレット５から排出される。このように、冷却装置１０では、冷却水が内側系統６と外側系統７との二系統でインレット４からアウトレット５まで流れる。

本実施形態では、内側系統６が第２バッテリモジュール３Ｂ及び第３バッテリモジュール３Ｃの下方に位置し、外側系統７の大部分が第１バッテリモジュール３Ａ及び第４バッテリモジュール３Ｄの下方に位置する。内部系統６を流れる冷却水は、主に第２バッテリモジュール３Ｂ及び第３バッテリモジュール３Ｃを冷却する。また、外側系統７を流れる冷却水は、主に第１バッテリモジュール３Ａ及び第４バッテリモジュール３Ｄを冷却する。

内側系統６は、外側系統７と比べて複雑な形状をなす。具体的に言えば、内側系統６は、冷却水の流れ方向を蛇行させる蛇行流路８を備えており、外側系統７は蛇行流路８を備えていない。本実施形態では、第３バッテリモジュール３Ｃの下方に配置された下流部６１が蛇行流路８をなす内側系統６を例示する。

内側系統６は、冷却水の流れ方向を蛇行させない直進流路９も備えている。本実施形態の内側系統６では、第２バッテリモジュール３Ｂの下方に配置された上流部６２と、上流部６２及び下流部６１の右側で上流部６２及び下流部６１どうしを連結する中流部６３とが直進流路９をなす。

図４に示すように、直進流路９をなす上流部６２には、車幅方向Ｄ２に沿って延在する複数（本実施形態では六つ）の直線状の通路が並列に配置されている。これに対し、蛇行流路８をなす下流路６１には、上流部６２に設けられる通路よりも少ない数（本実施形態では二つ）の蛇行する通路が配置されている。

内側系統６では、インレット４に供給された冷却水が、上流部６２と中流部６３と下流部６１とをこの順に流れた後、アウトレット５から排出される。本実施形態の内側系統６において、冷却水は、直進流路９をなす上流部６２では左から右へと略一方向に流れ、直進流路９をなす中流部６３では前から後ろへと略一方向に流れる。一方、冷却水は、蛇行流路８をなす下流部６１では、右から左と左から右とに流れ方向を交互に切り替えて多方向に流れる。

図３に示すように、外側系統７は、上記のとおり蛇行流路８を備えておらず、直進流路９を備えている。本実施形態の外側系統７では、第１バッテリモジュール３Ａの下方に配置された上流部７２と、第４バッテリモジュール３Ｄの下方に配置された下流部７１と、上流部７２及び下流部７１の右側で上流部７２及び下流部７１どうしを連結する中流部７３とが、いずれも直進流路９をなす。

外側系統７の上流部７２及び下流部７１の各々には、車幅方向Ｄ２に沿って延在する複数（本実施形態では七つ）の直線状の通路が並列に配置されている。また、外側系統７の中流部７３には、車長方向Ｄ１に沿って延在する複数（本実施形態では六つ）の直線状の通路が並列に配置されている。

本実施形態では、外側系統７の中流部７３における一部の通路が、補強プレート４３をバッテリハウジング４０の底壁部４２に締結する締結部４４を迂回するように緩やかにカーブしている。これにより、外側系統７の中流部７３は、締結部４４との干渉（重複）が回避されている。

外側系統７では、インレット４に供給された冷却水が、上流部７２と中流部７３と下流部７１とをこの順に流れた後、アウトレット５から排出される。本実施形態の外側系統７において、冷却水は、上流部７２では左から右へと略一方向に流れ、中流部７３では前から後ろへと略一方向へ流れ、下流部７１では右から左へと略一方向に流れる。

冷却面１において補強プレート４３が配置される補強領域１３の少なくとも一部は、内側系統６が形成された中央領域と、外側系統７が形成された外周領域との間に設けられる。本実施形態では、補強領域１３のうち、外側系統７の中流部７３よりも左側の部分（中流部７３と車高方向Ｄ３において重複しない部分）が、中央領域と外周領域との間に設けられている。

詳細に言えば、前側の補強プレート４３が配置される前側の補強領域１３の一部は、内側系統６の上流部６２と外側系統７の上流部７２との間に設けられている。一方、後側の補強プレート４３が配置される後側の補強領域１３の一部は、内側系統６の下流部６１と外側系統７の下流部７１との間に設けられている。

このように、本実施形態の冷却プレート２では、補強領域１３の一部と中央領域及び外周領域との干渉（重複）が回避されている。これにより、補強プレート４３をバッテリハウジング４０の底壁部４２に締結する締結部４４と、内側系統６及び外側系統７との干渉（重複）が抑制されている。

また、冷却プレート２とバッテリハウジング４０の底壁部４２とが締結される締結領域１４は、中央領域において内側系統６を避けて設けられている。本実施形態では、冷却プレート２の中央領域を車長方向Ｄ１に二等分する位置（すなわち、中央領域の車長方向Ｄ１における中間位置）であって、内側系統６の上流部６２と下流部６１との間に設けられた締結領域１４を例示する。

このように、本実施形態の冷却プレート２では、締結領域１４と内側系統６との干渉（重複）も回避されている。これにより、冷却プレート２をバッテリハウジング４０の底壁部４２に締結する締結部４５と、内側系統６との干渉（重複）が回避されている。

［２．作用及び効果］
従来の冷却装置では、内側系統に上記の蛇行流路８が備えられていなかった（すなわち、内側系統の下流路も直進流路９をなしていた）。このような従来の冷却装置では、内側系統及び外側系統の二系統において流路抵抗が略等しくなるため、冷却水の単位時間当たりの流量（以下、単に流量という）が内側系統及び外側系統で略等しくなっていた。また、従来の冷却装置では、内側系統の外側に設けられた外側系統の流路長が、内側系統の流路長よりも遥かに長かった。

一般に、冷却水は、流量が少ないほど対象物から奪う熱量が低下するとともに、流路を流れる過程で対象物から熱を奪う（対象物を冷却する）に連れて温度が上昇していく。このため、冷却水は、流量が少ないほど、また流路長が長くなるほど、冷却性能が低下するといえる。従来の冷却装置では、流量が略等しい内側系統と外側系統とで流路長の差が大きかったことから、外側系統の冷却性能が内側系統の冷却性能よりも低くなっていた。特に外側系統の下流部では、外側系統の上流部や内側系統よりも冷却性能が低下しやすかったため、外側系統の下流部で冷却されるバッテリモジュールを他のバッテリモジュールと同様（均一）に冷却することが課題とされていた。

これに対し、本実施形態の冷却装置１０では、内側系統６に蛇行流路８が設けられるのに対し、外側系統７には蛇行流路８が設けられないため、外側系統７よりも内側系統６で流路抵抗を大きくできる。これにより、冷却水が内側系統６を流れにくくなるとともに外側系統７を流れやすくなるため、外側系統７における流量を内側系統６における流量よりも多くできる。したがって、たとえ外側系統７の流路長が内側系統６の流路長より長くても、内側系統６と外側系統７とで冷却性能を均一化できる。

また、蛇行流路８が設けられた内側系統６によれば、蛇行流路８に代えて直進流路９が設けられる場合と比べて、内側系統６の流路長が長くなることで、内側系統６と外側系統７との流路長の差を小さくできる。これによっても、内側系統６と外側系統７とで冷却性能を均一化できる。
したがって、冷却装置１０によれば、複数のバッテリモジュール３をより均一に冷却できる。これにより、複数のバッテリモジュール３における経年劣化度合を均一化できるため、バッテリ３０の寿命の延長に寄与する。

また、インレット４及びアウトレット５が冷却面１の一辺側に設けられるため、インレット４及びアウトレット５にそれぞれ接続される供給路２４及び排出路２５を、冷却面１に対して同一側（本実施形態では左側）にまとめて配置できる。したがって、供給路２４及び排出路２５が例えば冷却面１の両側にそれぞれ配置される場合と比べて、省スペース化を図れる。

なお、蛇行流路８では、直進流路９と比べて、冷却水が様々な方向に流れるとともに乱流が生じやすいことから、冷却性能が高くなると考えられる。このため、内側系統６のうち、冷却水の温度がより高くなりやすい（冷却性能が低下しやすい）下流部６１に蛇行流路８を設け、上流部６２に直進流路９を設ければ、上流部６２よりも下流部６１で冷却水の温度が高くても、上流部６２と下流部６１とで冷却性能を均一化できる。よって、複数のバッテリモジュール３を更に均一に冷却できる。

補強領域１３の少なくとも一部が冷却プレート２の中央領域と外周領域との間に設けられれば、補強領域１３の少なくとも一部と中央領域及び外周領域との干渉を回避できる。これにより、補強プレート４３を締結する締結部４４と内側系統６及び外側系統７との干渉を抑制できる。したがって、締結部４４の剛性確保が容易となる。このため、補強プレート４３をより適切に固定でき、バッテリハウジング４０の剛性向上に寄与する。

また、締結領域１４が内側系統６を避けて設けられれば、バッテリハウジング４０及び冷却プレート２を締結する締結部４５と内側系統６との干渉を回避できる。したがって、締結部４５の剛性確保が容易となる。これによっても、バッテリハウジング４０の剛性向上に寄与する。
また、締結領域１４が冷却プレート２の中央領域に設けられれば、締結領域１４が冷却プレート２の外周領域に設けられる場合と比べて、バッテリハウジング４０に冷却プレート２をより安定して固定できる。よって、冷却装置１０の信頼性を高められる。

外側系統７の中流部７３の一部が、補強プレート４３を締結する締結部４４を避けて設けられれば、締結部４４と外側系統７の中流部７３との干渉を回避できる。これによっても、締結部４４の剛性確保が容易となるため、補強プレート４３をより適切に固定でき、バッテリハウジング４０の剛性向上に寄与する。

［３．変形例］
上記の内側系統６及び外側系統７の各構成は一例である。内側系統６は、少なくとも一部に蛇行流路８を備えていればよく、上記の下流部６１に代えて（あるいは加えて）上流部６２に蛇行流路８を備えてもよい。このように、内側系統６の少なくとも一部に蛇行流路８が設けられるとともに外側系統７には蛇行流路８が設けられない構成によれば、上記のとおり外側系統７よりも内側系統６で流路抵抗が大きくなることで、複数のバッテリモジュール３をより均一に冷却できる。

外側系統７の中流部７３において、締結部４４を迂回するようにカーブした通路は、隣接する通路と結合されてもよい。なお、内側系統６及び外側系統７の各直進流路９において並列に設けられる通路の本数は、特に限定されない。
冷却プレート２の冷却面１に設置されるバッテリモジュール３の個数は、二つ以上であればよい。
上記の補強プレート４３の構成は一例である。補強プレート４３の形状、配置、個数は、バッテリモジュール３の個数やバッテリハウジング４０に求められる剛性などに応じて適宜変更されてもよい。

１ 冷却面
２ 冷却プレート
３ バッテリモジュール
３Ａ 第１バッテリモジュール
３Ｂ 第２バッテリモジュール
３Ｃ 第３バッテリモジュール
３Ｄ 第４バッテリモジュール
４ インレット
５ アウトレット
６ 内側系統（第１流路系統）
７ 外側系統（第２流路系統）
８ 蛇行流路
９ 直進流路
１０ 冷却装置（バッテリの冷却装置）
１１ 一辺
１２ 凸片
１３ 補強領域
１４ 締結領域
２０ 車両
２１ キャブ
２２ 荷箱
２３ サイドレール
２４ 供給路
２５ 排出路
３０ バッテリ
４０ バッテリハウジング
４１ 周壁部
４２ 底壁部
４３ 補強プレート
４４ 締結部
４５ 締結部
６１ 下流部
６２ 上流部
６３ 中流部
７１ 下流部
７２ 上流部
７３ 中流部
Ｄ１ 車長方向
Ｄ２ 車幅方向
Ｄ３ 車高方向

Claims (2)

1. 車両を駆動するモータに電力を供給する複数のバッテリモジュールが補強プレートを介して互いに隣り合うように設置される矩形状の冷却面を有する冷却プレートと、
   前記冷却面の一辺側に設けられる冷却水用のインレット及びアウトレットと、
   前記冷却プレートの中央領域に形成され、前記インレットと前記アウトレットとを連結する第１流路系統と、
   前記冷却プレートの前記中央領域よりも外側の外周領域に形成され、前記インレットと前記アウトレットとを連結する第２流路系統と、を含み、
   前記第１流路系統は、冷却水の流れ方向を蛇行させる蛇行流路を備え、前記第２流路系統は、前記蛇行流路を備えない
   ことを特徴とする、バッテリの冷却装置。
2. 前記冷却面において前記補強プレートが配置される補強領域の少なくとも一部は、前記中央領域と前記外周領域との間に設けられ、
   前記複数のバッテリモジュールを収容するバッテリハウジングと前記冷却プレートとが締結される締結領域は、前記中央領域において前記第１流路系統を避けて設けられる
   ことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリの冷却装置。

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