JP2024039801A - 車両用バッテリ冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却性能の高い車両用バッテリ冷却装置を提供すること。
【解決手段】熱交換器（２０）は、押付部材（３０）による押付方向に沿う方向を基準として、流路の寸法が相対的に大きく押付平面（３１）と当接される第１熱媒体流路（５１）と、流路の寸法が第１熱媒体流路（５１）よりも小さく押付平面（３１,３１Ａ,３１Ｂ）と当接されない第２熱媒体流路（５２）と、を有している。第２熱媒体流路（５２）と押付平面（３１）との隙間領域（Ｓ）には、第２熱媒体流路（５２）と当接可能であると共に押付平面（３１）に当接可能な介在部材（６０）が配されている。押付平面（３１）は、介在部材（６０）を介して第２熱媒体流路（５２）を押し付け可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱媒体との熱交換によりバッテリを冷却可能な車両用バッテリ冷却装置に関する。

電力で走行用モータを駆動して走行する電気自動車や、動力源が内燃機関とモータとからなるハイブリッド車両には、電気が蓄えられるバッテリと、バッテリを冷却可能な車両用バッテリ冷却装置と、が搭載されている。車両用バッテリ冷却装置に関する従来技術が特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示された車両用バッテリ冷却装置は、内部を熱媒体が流れる扁平状の熱交換器と、熱交換器をバッテリの下面に対して押し付け可能な押付部材と、押付部材を収納しているケースと、を備えている。

押付部材は、熱交換器の下面に当接している押付平面を有する押付本体部材と、押付部材本体部とケースとの間に配されている板ばねと、を備えている。この板ばねの力により熱交換器を確実にバッテリに押し付けることができる。

冷却装置の熱交換器として、例えば、特許文献２の熱交換器を採用することもできる。特許文献２の熱交換器は、熱媒体の流路の高さが互いに異なる第１熱媒体流路及び第２熱媒体流路を有している。第２熱媒体流路の高さは、第１熱媒体流路よりも低い。

米国特許出願公開第２０１５／００４４５４０号明細書 特開平６－２４６３６５号公報

特許文献２の熱交換器を冷却装置に採用した場合、冷却装置をバッテリに取り付けた際に、押付部材と高さの低い第２熱媒体との間に隙間が生じる。即ち、押付部材は、熱交換器のなかの第２熱媒体流路に対して当接しないため、第２熱媒体流路の反対側の面をバッテリに対して押し付けることができず、冷却性能が低下してしまう。

本発明は、冷却性能の高い車両用バッテリ冷却装置の提供を課題とする。

以下の説明では、本発明の理解を容易にするために添付図面中の参照符号を括弧書きで付記するが、それによって本発明は図示の形態に限定されるものではない。

本発明によれば、車両用バッテリ（１０）と熱的に結合可能な冷却用平面（２２）と、前記冷却用平面（２２）の反対側へ突出するように形成され内部を熱媒体が流れる複数の熱媒体流路（５１,５２）と、を有する熱交換器（２０）と、
前記熱交換器（２０）を前記車両用バッテリ（１０）に向けて押し付け可能な押付部材（３０）であって、前記複数の熱媒体流路（５１,５２）のうち一部と当接し車両用バッテリ（１０）へ向けて押す押付平面（３１,３１Ａ,３１Ｂ）が形成された前記押付部材（３０）と、を備えた車両用バッテリ冷却装置（１１）において、
前記複数の熱媒体流路（５１,５２）は、前記押付部材（３０）による押付方向に沿う方向を基準として、流路の寸法が相対的に大きく前記押付平面（３１,３１Ａ,３１Ｂ）と当接される第１熱媒体流路（５１）と、流路の寸法が前記第１熱媒体流路（５１）よりも小さく前記押付平面（３１,３１Ａ,３１Ｂ）と当接されない第２熱媒体流路（５２）と、を有し、
前記第２熱媒体流路（５２）と前記押付平面（３１,３１Ａ,３１Ｂ）との隙間領域（Ｓ）には、前記第２熱媒体流路（５２）と当接可能であると共に前記押付平面（３１,３１Ａ,３１Ｂ）に当接可能な介在部材（６０,６０Ａ,６０Ｂ,６０Ｃ）が配され、
前記押付平面（３１,３１Ａ,３１Ｂ）は、前記車両用バッテリ（１０）に対して前記第１熱媒体流路（５１）を直接的に押し付け可能であると共に、前記介在部材（６０,６０Ａ,６０Ｂ,６０Ｃ）を介して前記第２熱媒体流路（５２）を押し付け可能な、車両用バッテリ冷却装置（１１）が提供される。

本発明は、冷却性能の高い車両用バッテリ冷却装置を提供することができる。

車両用バッテリに取り付けられた実施例１の車両用バッテリ冷却装置の断面を模式的に示した図である。 図１に示された車両用バッテリ冷却装置の概略斜視図である。 車両用バッテリに取り付けられる前における、熱交換器及び押付部材の寸法について説明する図である。 熱交換器に形成される隙間空間と、隙間空間に配される介在部材とを説明する図である。 車両用バッテリに取り付けられた実施例２の車両用バッテリ冷却装置の断面を模式的に示した図である。 車両用バッテリに取り付けられた実施例３の車両用バッテリ冷却装置の断面を模式的に示した図である。 車両用バッテリに取り付けられた実施例４の車両用バッテリ冷却装置の断面を模式的に示した図である。

実施例を添付図に基づいて以下に説明する。図中Ｕｐは上、Ｄｎは下を示している。

＜実施例＞
＜実施例１＞
図１には、電気が蓄えられるバッテリ１０（車両用バッテリ１０）と、バッテリ１０を冷却可能な冷却装置１１（車両用バッテリ冷却装置）と、が示されている。これらのバッテリ１０及び冷却装置１１は、例えば、電力で走行用モータを駆動して走行する電気自動車や、動力源が内燃機関とモータとからなるハイブリッド車両に搭載される。

［バッテリ］
図１及び図２を参照する。バッテリ１０は、車両走行用のモータに通電するために用いられるものであり、充電時に発熱し高温となる。バッテリ１０と冷却装置１１との間には、冷却装置１１をバッテリ１０の下面１０ａに密着させるために密着部材１２が設けられている。密着部材１２は弾性素材により構成されている。バッテリ１０と冷却装置１１とは、密着部材１２を介して熱の交換が行われる。

［冷却装置］
実施例１による冷却装置１１は、バッテリ１０を冷却可能な熱交換器２０と、バッテリ１０の下面１０ａに取り付けられた密着部材１２に対して熱交換器２０を押付可能な２つの押付部材３０と、を備えている。押付部材３０は、少なくとも、車両に搭載されるバッテリケース４０の内部に収容される。

なお、バッテリ１０の下面１０ａに冷却装置１１を取り付ける場合、バッテリ１０の自重により、押付部材３０は熱交換器２０をバッテリ１０に対して押し付けることができる。冷却装置１１は、バッテリ１０の上面又は側面に取り付けてもよい。バッテリ１０の上面又は側面に冷却装置１１を取り付ける場合、例えば、バッテリケース４０をバッテリ１０に固定するなどの周知の取付構造を用いることができる。

［熱交換器］
図３を参照する。熱交換器２０は、例えば、バッテリ１０側（上側）の第１板材２１と、押付部材３０側（下側）の第２板材２５とが互いに重ね合わされて、構成されている。重ね合わされた部位は接合（溶接やロウ付け等）されている。

［第１板材］
第１板材２１は全体として平板状である。第１板材２１は、密着部材１２（図２参照）に当接可能な冷却用平面２２を有している。冷却用平面２２はバッテリ１０と熱的に結合可能である。第１板材２１は、第２板材２５と溶接やロウ付けによる接合を可能とするため、アルミ合金や銅などが用いられることが好ましい。第１板材２１が、冷却用平面２２を有し、かつ、第２板材２５と接合可能である限り、第１板材２１には、プレス加工によって図示しない凹凸部分が形成されていてもよい。

［第２板材］
第２板材２５は、プレス加工による成形品である。第２板材２５は、第１板材２１に接合されている複数の接合部２６と、接合部２６よりも押付部材３０側へ突出している半筒状の複数の突出部２８，２９と、が一体となり構成されている。突出部２８、２９の突出方向は、押付部材３０による押付方向に沿う方向ともいえる。第２板材２５は、第１板材２１と溶接やロウ付けによる接合を可能とするため、アルミ合金や銅などが用いられることが好ましい。

複数の突出部２８，２９のうち、大きく突出したものを第１突出部２９とし、第１突出部２９よりも小さく突出したものを第２突出部２８とする。第２板材２５の突出部２８，２９と、第１板材２１とは、内部を熱媒体が流れることが可能な複数の熱媒体流路５１，５２を構成している。熱媒体には、図示しないチラーなどにより冷却された冷却水や、断熱膨張されて気液混合状態の冷媒が用いられる。

［第１熱媒体流路、第２熱媒体流路］
第２板材２５の接合部２６は、押付部材３０に対向している対向面２７を有している。この対向面２７を基準とした各々の突出部２８，２９の寸法を熱媒体流路の寸法Ｌ１，Ｌ２とする。複数の熱媒体流路５１，５２は、熱媒体流路の寸法が互いに異なる第１熱媒体流路５１及び第２熱媒体流路５２を有している。第２熱媒体流路５２の寸法Ｌ２（押付方向における対向面２７から第２突出部２８の先端２８ａまでの寸法）は、第１熱媒体流路５１の寸法Ｌ１（押付方向における対向面２７から第１突出部２９の先端２９ａまでの寸法）よりも小さい。第２熱媒体流路５２の断面形状は、第１熱媒体流路５１よりも扁平化されている。第２熱媒体流路５２の熱媒体流路の相当直径（水力直径）を相対的に小さくして、熱交換効率を向上することができる。あるいは、第２熱媒体流路５２の断面積を第１熱媒体流路５１よりも小さくし熱媒体の流速を相対的に早くすることで、第２熱媒体流路５２を流れる熱媒体の混合を促進して、熱交換効率を向上することができる。すなわち、熱交換器２０のなかに第２熱媒体流路５２を設けることで、バッテリ１０の所定の領域に対する冷却能力を向上することができる。

［押付部材］
図１及び図２を参照する。押付部材３０は、冷却装置１１がバッテリ１０に取り付けられたときに（以下、取付時、とする）、バッテリ１０へ向けて熱交換器２０を押すことが可能な押付平面３１を有している。押付平面３１は、熱交換器２０のなかの熱媒体流路５１，５２側の面全体を覆うような大きさに設定されている。このような押付平面３１を有する限り、押付部材３０全体の形状は板状に限られない。

なお、実施例１の冷却装置１１は、後述する板ばね７０を備えておらず、取付時において、押付平面３１の反対側の面３４は、バッテリケース４０に直接に当接可能である。

図１に示すように、取付時において、押付平面３１は、熱媒体流路５１，５２の一部に当接する。詳細には、取付時において、押付平面３１は、第１熱媒体流路５１に当接する。押付平面３１は、第２熱媒体流路５２の先端に当接しない。なお、図１において取付平面３１は、第１熱媒体流路５１と当接する実線部分と、この実線部分と同一平面上にあって、後述する介在部材６０との境界部分に記載された仮想の点線部分と、により構成される。

［隙間領域］
取付時における、第２熱媒体流路５２と押付平面３１との間の隙間を隙間領域Ｓとする。

［介在部材］
隙間領域Ｓには、介在部材６０が配されている。介在部材６０は、押付部材３０と一体化されている。介在部材６０及び押付部材３０は、弾性素材により構成されている。弾性素材は、例えば、発泡ウレタンなどである。

介在部材６０は、取付時に第２熱媒体流路５２（第２突出部２８の先端２８ａ）に当接する第１当接平面６１を有している。即ち、取付時に、押付平面３１は、バッテリ１０に対して介在部材６０の第１当接平面６１を介して第２熱媒体流路５２を押し付ける。押付平面３１はバッテリ１０に対して第１熱媒体流路５１を直接的に押し付ける。

［間隔Ｃ］
図３を参照する。冷却用平面２２に平行であり、第１熱媒体流路５１の先端（第１突出部２９の先端２９ａ）を含む平面を第１平面Ｐ１とする。冷却用平面２２に平行であり、第２熱媒体流路５２の先端（第２突出部２８の先端２８ａ）を含む平面を第２平面Ｐ２とする。バッテリ１０に対する冷却装置１１の取り付け前（以下、取付前とする）において、第１平面Ｐ１と第２平面Ｐ２との間隔（第１熱媒体流路５１の先端と第２熱媒体流路５２の先端との間隔）を間隔Ｃとする。

なお、間隔Ｃは、隙間領域Ｓの高さともいえる。第１平面Ｐ１は、取付時において押付平面３１を含む面である。第２平面Ｐ２は、取付時において第１当接平面６１を含む面である。

［介在部材の厚み］
介在部材６０の厚みＴは、間隔Ｃよりも僅かに大きく設定されている（Ｔ＞Ｃ）。ただし、取付時に介在部材６０の第１当接平面６１が第２熱媒体流路５２に当接し、かつ、押付平面３１が第１熱媒体流路５１に当接している限り、介在部材６０の厚みＴは適宜変更することができる。

図２～図４を参照する。隙間領域Ｓは、熱交換器２０の押付部材３０側の部位のなかで、凹部状に形成された空間ともいえる。隙間領域Ｓが形成される位置やその数は適宜変更することができる。さらに、熱交換器２０は、冷却用平面２２を備え、かつ、互いに高低差のある第１平面Ｐ１かつ第２平面Ｐ２が形成されることにより隙間領域Ｓが形成できるような形状ならば、その外形は実施例１のものに限られない。

＜実施例１の効果＞
図３を参照する。冷却装置１１は、互いの寸法Ｌ１、Ｌ２が異なる第１熱媒体流路５１及び第２熱媒体流路５２を備えているため、隙間領域Ｓが形成される。

図１を参照する。取付時における冷却装置１１の構成について説明する。隙間領域Ｓには、介在部材６０が配されている。この介在部材６０は、第２熱媒体流路５２に当接可能な第１当接平面６１を有している。さらに、押付部材３０は第１熱媒体流路５１の先端に当接可能な押付平面３１を有している。

以上の構成により、押付部材３０は、バッテリ１０に対して第１熱媒体流路５１を直接的に押し付け可能であると共に、介在部材６０を介して前記第２熱媒体流路５２を押し付け可能である。冷却装置１１による冷却性能を高めることができる。第１熱媒体流路５１よりも冷却能力の高い第２熱媒体流路５２をバッテリ１０に押し付けることができるので、冷却装置１１による冷却性能を高めることができる。また、バッテリ１０のうち、特に発熱量の多い領域に対応するように第２熱媒体流路５２を設けることで、バッテリ１０の熱による劣化を効果的に抑制することができる。

図３を参照する。加えて、介在部材６０の厚みＴは、間隔Ｃよりも僅かに大きく設定されている（Ｔ＞Ｃ）。そのため、押付部材３０は、第２熱媒体流路５２をより確実に押すことができる。熱交換器２０による冷却性能をさらに高めることができる。

加えて、介在部材６０は、押付部材３０と一体化されている。そのため、冷却装置１１を構成する部品の数を減らすことができる。

加えて、介在部材６０及び押付部材３０は、弾性素材により構成されている。取付時に介在部材６０及び押付部材３０は圧縮される。介在部６０と一体化した押付部材３０を弾性素材により構成することで、取付時に多くの力点が形成され、熱交換器２０をバッテリ１０により確実に押し付けることができる。

＜実施例２＞
図５には、実施例２による冷却装置１１Ａがバッテリ１０に取り付けられた状態が示されている。実施例１の冷却装置１１と共通する構成及び効果については、実施例１と同一の符号を付すると共に説明は省略する。

押付部材３０Ａは、押付平面３１Ａを有する押付本体部材３２と、押付本体部材３２を熱交換器２０に押し付け可能な板ばね７０と、を備えている。板ばね７０は、押付本体部材３２側（上側）へ膨らむような断面湾曲状である。板ばね７０は、押付本体部材３２を押し付けることができれば材質は特に限定はなく、ステンレスなどの金属材が用いられることでよい。なお、図示はしないが、板ばね７０は、バッテリケース４０（図１参照）に支持されている。

介在部材６０Ａの第１当接平面６１Ａのうち、第１熱媒体流路５１と当接している範囲を当接範囲６１Ａａとする。押付本体部材３２のうち、押付平面３１Ａの反対側の面を反対平面３３とする。反対平面３３のなかの、当接範囲６１Ａａに対応する範囲を対応範囲３３ａとする。板ばね７０の頂部７１は、反対平面３３のなかの対応範囲３３ａに位置している。そのため、押付部材３０Ａは、介在部材６０Ａを介して第２熱媒体流路５２をより確実に押すことができる。

押付本体部材３２及び介在部材６０Ａは一体化している。押付本体部材３２及び介在部材６０Ａは、所定の強度を有する樹脂素材により構成されていることが好ましい。樹脂素材は、例えばポリプロピレンが用いられる。

＜実施例３＞
図６には、実施例３による冷却装置１１Ｂが示されている。実施例２の冷却装置１１Ａと共通する構成及び効果については、実施例３と同一の符号を付すると共に説明は省略する。

押付本体部材３２Ｂと、介在部材６０Ｂとは、別体である。押付本体部材３２Ｂ及び介在部材６０Ｂは、いずれも板状であり、所定の強度を有する樹脂素材により構成されていることが好ましい。

押付本体部材３２Ｂを所定の強度を有する樹脂素材（ポリプロピレンなど）により構成し、介在部材６０Ｂを発泡材（発泡ウレタンなど）により構成してもよい。板ばね７０の頂部７１によって押される力を所定の強度を有する押付体部材３２Ｂにより受け止めるとともに、受け止めた押力を発泡材により構成された介在部材６０Ｂによって複数の第２熱媒体流路５２に分散して伝達することができる。このため、安定的に第２熱媒体流路５２をバッテリ１０へ押し付けることができる。

介在部材６０Ｂは、取付時に第２熱媒体流路５２に当接する第１当接平面６１Ｂと、取付時に押付本体部材３２Ｂの押付平面３１Ｂに当接する第２当接平面６２Ｂと、を有している。

＜実施例４＞
図７には、実施例４による冷却装置１１Ｃが示されている。実施例３の冷却装置１１Ｂと共通する構成及び効果については、実施例３と同一の符号を付すると共に説明は省略する。

介在部材６０Ｃは、アルミニウムにより構成されている。介在部材６０Ｃの形状・大きさは、実施例３の介在部材６０Ｂと同一である。第１板材２１と第２板材２５の接合部２６とは、ロウ付けにより接合されている。介在部材６０Ｃの第１当接平面６１Ｃと第２熱媒体流路５２（第２突出部２８の先端２８ａ）とは、ロウ付けにより接合されている。

本発明の作用・効果を奏する限り、本発明は実施例１～４に限定されるものではない。実施例１～４の構成要素は適宜組み合わせることができる。

本発明の車両用空調装置は、乗用車に搭載するのに好適である。

車両用バッテリ…１０
車両用バッテリ冷却装置…１１
熱交換器…２０
冷却用平面…２２
押付部材…３０
押付平面…３１,３１Ａ,３１Ｂ
押付本体部材…３２
押付平面の反対側の面３３
対応範囲…３３ａ
複数の熱媒体流路…５１,５２
第１熱媒体流路…５１
第２熱媒体流路…５２
介在部材…６０,６０Ａ,６０Ｂ,６０Ｃ
当接範囲…６１Ａａ
板ばね…７０
板ばねの頂部…７１
隙間領域…Ｓ
介在部材の厚み…Ｔ

Claims (5)

1. 車両用バッテリ（１０）と熱的に結合可能な冷却用平面（２２）と、前記冷却用平面（２２）の反対側へ突出するように形成され内部を熱媒体が流れる複数の熱媒体流路（５１,５２）と、を有する熱交換器（２０）と、
   前記熱交換器（２０）を前記車両用バッテリ（１０）に向けて押し付け可能な押付部材（３０）であって、前記複数の熱媒体流路（５１,５２）のうち一部と当接し車両用バッテリ（１０）へ向けて押す押付平面（３１,３１Ａ,３１Ｂ）が形成された前記押付部材（３０）と、を備えた車両用バッテリ冷却装置（１１）において、
   前記複数の熱媒体流路（５１,５２）は、前記押付部材（３０）による押付方向に沿う方向を基準として、流路の寸法が相対的に大きく前記押付平面（３１,３１Ａ,３１Ｂ）と当接される第１熱媒体流路（５１）と、流路の寸法が前記第１熱媒体流路（５１）よりも小さく前記押付平面（３１,３１Ａ,３１Ｂ）と当接されない第２熱媒体流路（５２）と、を有し、
   前記第２熱媒体流路（５２）と前記押付平面（３１,３１Ａ,３１Ｂ）との隙間領域（Ｓ）には、前記第２熱媒体流路（５２）と当接可能であると共に前記押付平面（３１,３１Ａ,３１Ｂ）に当接可能な介在部材（６０,６０Ａ,６０Ｂ,６０Ｃ）が配され、
   前記押付平面（３１,３１Ａ,３１Ｂ）は、前記車両用バッテリ（１０）に対して前記第１熱媒体流路（５１）を直接的に押し付け可能であると共に、前記介在部材（６０,６０Ａ,６０Ｂ,６０Ｃ）を介して前記第２熱媒体流路（５２）を押し付け可能な、車両用バッテリ冷却装置（１１）。
2. 前記押付部材（３０）による押付方向に沿う方向を基準として、
   前記介在部材（６０,６０Ａ,６０Ｂ,６０Ｃ）の厚み（Ｔ）は、前記隙間領域（Ｓ）の寸法（Ｃ）よりも大きい、請求項１に記載の車両用バッテリ冷却装置（１１）。
3. 前記介在部材（６０,６０Ａ,６０Ｂ,６０Ｃ）は、前記押付部材（３０）と一体化されている、請求項１又は請求項２に記載の車両用バッテリ冷却装置（１１）。
4. 前記介在部材（６０,６０Ａ,６０Ｂ,６０Ｃ）及び前記押付部材（３０）は、弾性素材により構成されている、請求項３に記載の車両用バッテリ冷却装置（１１）。
5. 前記押付部材（３０）は、前記押付平面（３１,３１Ａ,３１Ｂ）を有する押付本体部材（３２）と、弾性力により前記押付本体部材（３２）を前記熱交換器（２０）に押し付け可能な断面湾曲状の板ばね（７０）と、を備え、
   前記板ばね（７０）の頂部（７１）は、前記押付平面（３１,３１Ａ,３１Ｂ）と反対側の面（３３）のうち、前記介在部材（６０,６０Ａ,６０Ｂ,６０Ｃ）と前記第２熱媒体流路（５２）とが当接する当接範囲（６１Ａａ）に対応する対応範囲（３３ａ）に位置する、請求項１に記載の車両用バッテリ冷却装置（１１）。

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