JP7205353B2

JP7205353B2 - 電池冷却器

Info

Publication number: JP7205353B2
Application number: JP2019070498A
Authority: JP
Inventors: 昌弘糟谷
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2019-04-02
Filing date: 2019-04-02
Publication date: 2023-01-17
Anticipated expiration: 2039-04-02
Also published as: JP2020170611A

Description

本発明は、電池に接触させて冷却する電池冷却器に関する。

従来、複数の電池としての電池モジュールを冷却可能な電池システムとして、例えば特許文献１に示すものが知られている。こうした電池システムでは、複数の電池モジュールが互いに距離を隔てて配置することで、複数の電池モジュール同士の間にそれぞれ冷媒通路を形成している。そして、ファンによって各冷媒通路に冷却風を流すことにより、各電池モジュールの冷却を行うようにしている。

特開２００３－３３１９３２号公報

ところで、上述のような電池システムでは、複数の電池モジュール同士の間にそれぞれ形成された冷媒通路にファンによって冷却風を流すだけなので、電池モジュールの冷却を効率的に行う上では改善の余地を残すものとなっている。

本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされた。その目的は、電池を効率的に冷却できる電池冷却器を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する電池冷却器は、冷却用の流体が流れる流路を有し、電池に接触させて前記電池を冷却する電池冷却器であって、前記流路は、少なくとも一部が屈曲または湾曲していることを要旨とする。

この構成によれば、冷却用の流体が流路を流れる際に、流路における屈曲した部分または湾曲した部分において流体に乱流が発生するため、流路を形成する壁面に流体が当たり易くなる。このため、電池から電池冷却器に伝わった熱が流路を形成する壁面から流路を流れる流体に対して効率よく伝わるようになる。したがって、電池冷却器の放熱効率を向上できるので、電池を効率的に冷却できる。

本発明によれば、電池を効率的に冷却できる。

一実施形態の電池冷却器の斜視図。図１の平面図。電池冷却器の使用状態を示す側面図。電池冷却器の流路を流れる空気の様子を示す断面図。変更例の電池冷却器を示す要部拡大断面図。変更例の電池冷却器を示す要部拡大断面図。変更例の電池冷却器を示す要部拡大断面図。変更例の電池冷却器を示す要部拡大断面図。変更例の電池冷却器の一部を示す平面図。

以下、電池冷却器の一実施形態を図面に従って説明する。
図１及び図２に示すように、電池冷却器１１は、略矩形板状をなしており、冷却用の流体の一例としての空気が流れる断面視矩形状をなす流路１２が複数（本例では１０本）形成されている。電池冷却器１１は、例えばアルミニウムなどの熱伝導性の高い材料によって構成され、電池１３（図３参照）に接触させて電池１３を冷却する。

電池冷却器１１の複数の流路１２は、電池冷却器１１の短手方向Ｙの一端に位置する入口１４から他端に位置する出口１５まで延び、且つ電池冷却器１１の長手方向Ｘに並んで配置されている。したがって、例えば送風ファン（図示略）などによって電池冷却器１１の各流路１２の入口１４に向かって送風すると、当該送風された空気は、各入口１４から各流路１２に進入して各流路１２を流れた後、各出口１５から排出される。

電池冷却器１１は、短手方向Ｙと直交する分割面に沿うように複数（本例では６つ）の分割体１６に等分割されており、複数の分割体１６を接着剤によって一体となるように接着したり溶接によって一体となるように接合したりすることによって形成される。この場合、６つ（複数）の分割体１６は、全て同じ形状になっている。６つの分割体１６には、電池冷却器１１の複数の流路１２の一部を構成する貫通孔１６ａがそれぞれ複数（本例では１０個（電池冷却器１１の流路１２と同じ数））形成されている。

各分割体１６の貫通孔１６ａは、断面視矩形状をなし、短手方向Ｙに対して長手方向Ｘの一方側に若干傾斜するように延びている。６つの分割体１６は、それらの１０個の貫通孔１６ａがそれぞれ直列に繋がり、且つ短手方向Ｙに並ぶように順次に連結されることによって電池冷却器１１を形成する。この場合、６つの分割体１６は、互いに隣り合う分割体１６の貫通孔１６ａ同士の短手方向Ｙに対する傾斜方向が互いに逆になるように連結される。

したがって、電池冷却器１１の各流路１２は、直列に繋がる６つの貫通孔１６ａによって構成され、短手方向Ｙにジグザグに屈曲するように延びている。つまり、電池冷却器１１の各流路１２は、隣り合う分割体１６同士のつなぎ目において屈曲している。本実施形態の電池冷却器１１の各流路１２は、５箇所で屈曲している。

また、電池冷却器１１の各流路１２は、入口１４及び出口１５のうちの一方から他方の一部が見えるように延びている。すなわち、電池冷却器１１の各流路１２は、入口１４及び出口１５のうちの一方から他方の一部が見える範囲で屈曲されている。

次に、電池冷却器１１の使用時の作用について説明する。
図３に示すように、電池冷却器１１は、例えばリチウムイオン電池などの略矩形板状にパックされた状態の電池１３に接触させて使用される。この場合、電池１３は複数（本例では４つ）積層され、積層された複数の電池１３は導線１７によって直列に電気的に接続されている。積層された複数の電池１３同士の間には、電池冷却器１１が配置されている。本実施形態では、積層された複数の電池１３間に、２つおきに１つの電池冷却器１１が配置されている。

そして、図３及び図４に示すように、電池１３が使用されると、電池冷却器１１における各流路１２の入口１４側から送風ファン（図示略）によって送風される。すると、電池冷却器１１における各流路１２には、入口１４から出口１５に向かって流れる空気流が発生する。電池１３はその使用により発熱するが、この熱は電池冷却器１１に速やかに伝わる。これにより、電池１３は、電池冷却器１１によって冷却される。すなわち、電池冷却器１１は、電池１３から直接熱を奪うことで、電池１３を冷却する。

電池冷却器１１によって電池１３から奪われた熱は、電池冷却器１１の表面から大気中に発散されるとともに各流路１２を形成する壁面１２ａから各流路１２を入口１４から出口１５に向かって流れる空気に伝わる。このとき、各流路１２は入口１４及び出口１５のうちの一方から他方の一部が見える範囲で短手方向Ｙにジグザグに屈曲するように延びているため、各流路１２には壁面１２ａに当たりながら流れる空気流（図４の二点鎖線の矢印で示す空気流）や短手方向Ｙに直線状に流れる空気流（図４の実線で示す矢印）などの複数の空気流が混在している。

つまり、各流路１２を流れる空気流は各流路１２の屈曲により乱流となるため、各流路１２の壁面１２ａ付近を流れて壁面１２ａから熱を奪う空気流の壁面１２ａとの摩擦による流速の低下が抑制される。このため、各流路１２の壁面１２ａから熱を奪うことによって温まった空気は、入口１４から出口１５に向かって真っ直ぐに流れる空気流に誘われて速やかに各流路１２の出口１５から流出する。この結果、電池冷却器１１が壁面１２ａを通じて各流路１２を流れる空気によって効率的に冷却され、ひいては電池１３が効率的に冷却される。

因みに、各流路１２が短手方向Ｙに真っ直ぐに延びていると、各流路１２を流れる空気流は入口１４から出口１５に向かって真っ直ぐに流れる整流となる。このため、各流路１２の壁面１２ａ付近を流れる空気流は、壁面１２ａとの摩擦があるため、各流路１２の中心部分を流れる空気流に比べて流速が低くなる。そして、この各流路１２の壁面１２ａ付近を流れる空気流は、壁面１２ａから熱を奪う重要な役割を担うため、その流速が低くなると温度が高くなって壁面１２ａから熱を奪い難くなる。この結果、電池冷却器１１における壁面１２ａを通じた各流路１２を流れる空気による放熱効率が低下し、ひいては電池１３の冷却効率が低下してしまう。

以上詳述した実施形態によれば、次のような効果が発揮される。
（１）電池冷却器１１は、流路１２の一部が屈曲している。この構成によれば、空気が流路１２を流れる際に、流路１２における屈曲した部分において空気に乱流が発生するため、流路１２を形成する壁面１２ａに空気が当たり易くなる。このため、電池１３から電池冷却器１１に伝わった熱を、流路１２を形成する壁面１２ａから流路１２を流れる空気に対して効率よく伝えることができる。したがって、電池冷却器１１の放熱効率を向上できるので、電池１３を効率的に冷却できる。

（２）電池冷却器１１は流路１２を複数有しており、複数の流路１２は長手方向Ｘに並んで配置されている。この構成によれば、電池１３から電池冷却器１１に伝わった熱を、複数の流路１２を形成する壁面１２ａから複数の流路１２を流れる空気に対してそれぞれ効率よく伝えることができるので、電池１３を一層効率的に冷却できる。

（３）電池冷却器１１は、複数の分割体１６に分割されている。この構成によれば、複数の分割体１６を連結して電池冷却器１１を組み立てることで、複雑に屈曲した流路１２を有した電池冷却器１１であっても容易に製造することができる。

（４）電池冷却器１１を構成する複数の分割体１６は、全て同じ形状である。この構成によれば、電池冷却器１１を１種類の分割体１６だけで製造することができる。また、電池冷却器１１は、短手方向Ｙと直交する分割面に沿うように複数の分割体１６に等分割されているため、電池冷却器１１を構成する分割体１６の数を変更することで、各流路１２の長さを自由に変更することができる。

（５）電池冷却器１１は、流路１２が短手方向Ｙにジグザグに延びている。この構成によれば、空気が流路１２を流れる際に、流路１２における複数の屈曲した部分において空気に乱流が発生するため、流路１２を形成する壁面１２ａに空気がより一層当たり易くなる。したがって、電池１３から電池冷却器１１に伝わった熱を、流路１２を形成する壁面１２ａから流路１２を流れる空気に対して効率よく伝えることができるので、電池１３をより一層効率的に冷却できる。

（６）電池冷却器１１の流路１２は、空気の入口１４及び空気の出口１５のうちの一方から他方が見えるように延びている。この構成によれば、空気の一部が流路１２の入口１４から流路１２の出口１５に向かって直線状に流れるので、空気が流路１２を流れる際の圧力損失の増加を抑制できる。

（変更例）
なお、上記実施形態は次のように変更してもよい。
・図５に示すように、電池冷却器１１の各流路１２は、１箇所だけ屈曲するように構成してもよい。この場合、各流路１２は、空気の入口１４及び空気の出口１５のうちの一方から他方が見えるように延びていてもよいし見えないように延びていてもよい。さらにこの場合、電池冷却器１１は複数に分割されていなくてもよい。

・図６に示すように、電池冷却器１１の各流路１２は、全体にわたって円弧状に湾曲するように構成してもよい。この場合、各流路１２は、空気の入口１４及び空気の出口１５のうちの一方から他方が見えるように延びていてもよいし見えないように延びていてもよい。さらにこの場合、電池冷却器１１は複数に分割されていなくてもよい。

・図７に示すように、電池冷却器１１の各流路１２は、波状に延びるように構成してもよい。すなわち、電池冷却器１１の各流路１２は、左右に交互に湾曲しながら延びるように構成してもよい。この場合、各流路１２は、空気の入口１４及び空気の出口１５のうちの一方から他方が見えるように延びていてもよいし見えないように延びていてもよい。さらにこの場合、電池冷却器１１は複数に分割されていなくてもよい。

・図８に示すように、電池冷却器１１の各流路１２は、湾曲した部分と屈曲した部分とが混在するように延びていてもよい。この場合、電池冷却器１１は複数に分割されていなくてもよい。

・図９に示すように、電池冷却器１１は、長手方向Ｘと直交する分割面に沿うように複数の分割体２０に等分割されていてもよい。この場合、１つの分割体２０に１つの流路１２が形成されている。このようにすれば、電池冷却器１１を構成する分割体２０の数を変更することで、流路１２の数を自由に変更することができる。

・電池冷却器１１において、各流路１２の断面形状は、三角形や六角形などの矩形（四角形）以外の多角形であってもよいし、円形や楕円形であってもよい。
・電池冷却器１１において、複数の流路１２のうち少なくとも一つは、他の流路１２と形態が異なっていてもよい。例えば、複数の流路１２の中に、屈曲した部分を有した流路１２と、湾曲した部分を有した流路１２とが含まれていてもよい。

・電池冷却器１１において、各流路１２は、必ずしも空気の入口１４及び空気の出口１５のうちの一方から他方が見えるように延びている必要はない。
・電池冷却器１１において、各流路１２は、必ずしもジグザグに延びている必要はない。

・電池冷却器１１を構成する複数の分割体１６は、必ずしも全て同じ形状である必要はない。
・電池冷却器１１は、必ずしも複数の分割体１６に分割されている必要はない。

・電池冷却器１１は、必ずしも流路１２を複数有している必要はない。すなわち、電池冷却器１１は、流路１２を一つだけ有していてもよい。
・電池冷却器１１において、流路１２の数及び流路１２の長さは適宜変更してもよい。

・電池冷却器１１を構成する分割体２０の数は、適宜変更してもよい。
・電池冷却器１１において、複数の流路１２間で、断面積や長さが異なっていてもよい。

・冷却用の流体は、空気以外の気体であってもよいし、液体であってもよいし、気体と液体の混合物であってもよい。冷却用の流体として液体を用いる場合には、例えばフッ素系不活性液体であるフロリナート（登録商標）などの電気絶縁性を有する液体を採用することが好ましい。

１１…電池冷却器、１２…流路、１３…電池、１４…入口、１５…出口、１６，２０…分割体。

Claims

冷却用の流体が流れるとともに少なくとも一部が屈曲または湾曲し且つ並んで配置された複数の流路を有し、電池に接触させて前記電池を冷却する電池冷却器であって、
複数の分割体に分割され、
複数の前記分割体には、複数の前記流路の一部を構成する貫通孔がそれぞれ複数並んで形成されていることを特徴とする電池冷却器。
複数の前記分割体は、全て同じ形状であることを特徴とする請求項１に記載の電池冷却器。
前記流路は、ジグザグに延びていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池冷却器。
前記流路は、前記流体の入口及び前記流体の出口のうちの一方から他方が見えるように延びていることを特徴とする請求項１～請求項３のうちいずれか一項に記載の電池冷却器。