JPH11135160A - 電気自動車のバッテリ冷却構造および冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多大な消費電力を要することなく、バッテリ
に対する冷却効率を向上させる。 【解決手段】 電気自動車の車体２５のフロア下面に装
着されたバッテリフレーム２７内には、バッテリモジュ
ール３５が収容される。バッテリモジュール３５は、複
数のバッテリである円筒状のセル３９を収容する密閉容
器３７の密閉壁３７ａに囲まれた部分に、冷却液となる
冷媒が充填されている。バッテリモジュール３５の上方
には、冷媒通過路４７と冷却用フィン４９とを備えた凝
縮器４１が配置されている。電力消費により発熱したセ
ル３９に対し、冷媒が熱を奪って蒸発し、その蒸気が蒸
気管４３を上昇して冷媒通過路４７に達し、ここで冷却
用フィン４９に冷却されて凝縮液となり、液戻り管４５
を重力落下して密閉容器３７に戻る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、バッテリを動力
源とする電気自動車のバッテリ冷却構造および冷却方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】バッテリを走行駆動源とする電気自動車
は、例えば特開平７−８１４３２号公報に記載されてい
るように、複数のバッテリを搭載したバッテリフレーム
を車体のフロア下面に取り付けることで、バッテリの搭
載を行っている。このような複数のバッテリは、電力消
費によって発熱し、高温化することで、性能低下や寿命
低下を引き起こすので、バッテリの冷却が必要となる。

【０００３】電気自動車におけるバッテリの冷却構造と
して、例えば図４に示すようなものがある。図中で左側
が前方となる車体１のフロア下面には、複数のバッテリ
モジュール３を車体前後方向に配列して収容したバッテ
リフレーム５が装着されている。バッテリフレーム５の
車体前方側におけるバッテリモジュール３の下部側空間
には吸気ダクト７が、同後方側におけるバッテリモジュ
ール３の上部側空間には冷却ファン９を備えた排気ダク
ト１１がそれぞれ接続されている。

【０００４】バッテリモジュール３は、円筒形の複数
（ここでは８本）のセル１３が上下２段となるようにセ
ルケース１５内に、一定の間隔を確保した状態で収容さ
れている。セルケース１５は、図５に分解斜視図として
示すように、上下に分割された上カバー１７および下カ
バー１９と、各カバー１７，１９前後の開口を覆う蓋２
１および２３とから構成され、上下のカバー１７，１９
には、多数の通気孔１７ａ，１９ａがそれぞれ設けられ
ている。

【０００５】上記したバッテリの冷却構造では、吸気ダ
クト７から流入した冷却空気は、バッテリフレーム５内
に導入され、セルケース１５の通気孔１７ａ，１９ａを
通過することでセル１３が冷却される。冷却後の空気
は、冷却ファン９により排気ダクト１１を経て強制的に
外部に排出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のバッテリ冷却構造では、冷却空気が、特にセ
ルケース１５を通過する際の通気抵抗により、流速にば
らつきが生じ、各セル１３を均一に冷却することが困難
となって冷却効率が低下し、バッテリ性能の低下を招く
上、冷却空気を流通させるための冷却ファンとしては、
大容量のものが必要となってバッテリの消費電力が増大
し、１度の充電による航続距離の低下を招くものとな
る。

【０００７】そこで、この発明は、多大な消費電力を要
することなく、バッテリに対する冷却効率を向上させる
ことを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、車体に搭載される走行駆動用の
バッテリを、冷却液となる冷媒が充填された密閉容器に
収容し、この密閉容器の上部に前記冷媒が蒸発気化した
蒸気を凝縮させる凝縮器を設け、この凝縮器と前記密閉
容器とを、密閉容器内にて蒸発した冷媒の蒸気を凝縮器
に流入させる蒸気管および、凝縮器内にて前記蒸気が凝
縮して凝縮液となった冷媒を密閉容器に流入させる液戻
り管によりそれぞれ接続した構成としてある。

【０００９】このような構成の電気自動車のバッテリ冷
却構造によれば、電力消費によりバッテリが発熱する
と、冷媒がバッテリの表面から直接熱を奪って蒸発気化
し、これによりバッテリが冷却される。密閉容器内で気
化した蒸気は、蒸気管を通って上昇して凝縮器に流入
し、凝縮器にて冷却されて凝縮液となる。凝縮液は、液
戻り管を重力により落下して密閉容器に戻る。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１の発明の構成
において、凝縮器は、冷媒が通過する冷媒通過路と、こ
の冷媒通過路の外周部に設けられた冷却用フィンとをそ
れぞれ備えて外気が触れる位置に設けられている。

【００１１】上記構成によれば、外気が凝縮器を通過す
ることで、冷却用フィンが冷却され、この冷却された冷
却用フィンを外周部に備えた冷媒通過路を、蒸気管を上
昇してきた蒸気が通過することで、蒸気が冷やされて凝
縮する。

【００１２】請求項３の発明は、請求項２の発明の構成
において、凝縮器の車体前方側に、車体前部から取り入
れた冷却用空気を、凝縮器の周囲に供給する冷却空気ダ
クトを設けている。

【００１３】上記構成によれば、冷却空気ダクトから取
り入れられた冷却空気が凝縮器に直接供給されて冷却用
フィンが冷却される。

【００１４】請求項４の発明は、請求項２の発明の構成
において、冷却用空気を凝縮器に強制的に供給するファ
ンを設けてある。

【００１５】上記構成によれば、ファンの作動により冷
却用空気が凝縮器に強制的に供給されて冷却用フィンが
冷却される。

【００１６】請求項５の発明は、請求項２ないし４いず
れかの発明の構成において、バッテリは、車体下部に装
着されるバッテリフレームに収容され、バッテリフレー
ムと車体との間には、車体前方側と車体後方側とを連通
する冷却空気通過路が設けられ、この冷却空気通過路に
凝縮器が配置されている。

【００１７】上記構成によれば、冷却用空気がバッテリ
フレームと車体との間の冷却空気通過路を通過すること
で、凝縮器における冷却用フィンが冷却される。

【００１８】請求項６の発明は、請求項１の発明の構成
において、密閉容器に複数のバッテリが収容されてバッ
テリモジュールを構成し、このバッテリモジュールが複
数設けられてこれら各バッテリモジュール毎に凝縮器が
設けられている。

【００１９】上記構成によれば、バッテリモジュールに
おける複数のバッテリが、密閉容器内に充填される冷媒
によって均一に冷却され、このような冷却動作が複数の
バッテリモジュールそれぞれについてなされる。

【００２０】請求項７の発明は、請求項１の発明の構成
において、バッテリは、少なくとも端子部を除いた部分
が密閉容器に収容されている。

【００２１】上記構成によれば、端子部に接続するリー
ド線の引き出しが容易となるとともに、端子部が冷媒液
中に浸されることによる不具合が回避される。

【００２２】請求項８の発明は、請求項１の発明の構成
において、密閉容器と凝縮器とを接続する冷媒回路内
は、減圧されている。

【００２３】上記構成によれば、冷媒が発熱したバッテ
リの熱を受けて蒸発することによる冷却が効率よくなさ
れる。

【００２４】請求項９の発明は、密閉容器に収容した走
行駆動用のバッテリの熱を受けて前記密閉容器内の冷却
液となる冷媒が蒸発気化し、この蒸気を、蒸気管を通し
て上部の凝縮器に導き、凝縮器で凝縮させた後、この凝
縮液を液戻り管を通して前記密閉容器に戻す冷却方法と
してある。

【００２５】上記バッテリ冷却方法によれば、バッテリ
が冷却液である冷媒中に浸されて、効率よく冷却され
る。

【００２６】

【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１の発
明によれば、密閉容器に収容したバッテリを冷却液中に
浸し、バッテリの発熱によって冷却液が蒸発気化した蒸
気を凝縮器によって凝縮させて密閉容器に戻すよう構成
したので、バッテリは冷却液中で効率よく冷却できると
ともに、熱伝達にポンプなど動力を必要とする機器が不
要であるので、バッテリ冷却のための電力消費を回避す
ることができる。

【００２７】請求項２の発明によれば、外気が凝縮器を
通過することで、冷却用フィンが冷却され、この冷却さ
れた冷却用フィンによって、蒸気管を上昇してきた蒸気
が冷やされ凝縮液となって冷媒の熱交換がなされ、これ
によりバッテリの冷却を効率よく行うことができる。

【００２８】請求項３の発明によれば、凝縮器への冷却
空気の供給は、冷却空気ダクトを経て行うことにより、
効率よくなされ、冷却用フィンに対する冷却効果を向上
させることができる。

【００２９】請求項４の発明によれば、凝縮器への冷却
空気の供給は、ファンによって強性的に行うことによ
り、効率よくなされ、冷却用ファンに対する冷却効果を
向上させることができる。

【００３０】請求項５の発明によれば、バッテリフレー
ムと車体との間に設けた冷却空気通過路を外気が通過す
ることで、この冷却空気通過路に配置した凝縮器の冷却
用フィンが効率よく冷却される。

【００３１】請求項６の発明によれば、バッテリモジュ
ールにおける複数のバッテリは、密閉容器内に充填され
る冷媒によって均一に冷却でき、このような冷却動作は
複数のバッテリモジュールそれぞれについて行うことが
できる。

【００３２】請求項７の発明によれば、バッテリは、端
子部を除いた部分が冷媒が充填される密閉容器に収容さ
れているので、端子部に接続するリード線の引き出しが
容易となるとともに、端子部が冷媒液中に浸されること
による不具合を回避することができる。

【００３３】請求項８の発明によれば、密閉容器と凝縮
器とを接続する冷媒回路内が、減圧されているので、冷
媒が発熱したバッテリの熱を受けて蒸発することによる
冷却が効率よくなされる。

【００３４】請求項９の発明によれば、バッテリが冷却
液である冷媒中に浸されているので、効率よく冷却でき
るとともに、熱伝達にポンプなど動力を必要とする機器
が不要であるので、バッテリ冷却のための電力消費を回
避することができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づき説明する。

【００３６】図１は、この発明の実施の一形態を示すバ
ッテリ冷却構造の断面図で、図２はこの冷却構造を備え
た電気自動車の車体前部の側面図である。電気自動車の
車体２５のフロア下面には、上部が開口したバッテリフ
レーム２７が、図示しないボルトによって締結固定され
ている。なお、図１では左右方向を車幅方向とする。バ
ッテリフレーム２７は、上部開口がカバー２９によって
塞がれ、車体前後方向（図１中で紙面に直交する方向）
両側の壁部の上端に開口３１，３３がそれぞれ形成され
ている。この両開口３１，３３が形成されることで、車
体２５とカバー２９との間に形成される空間が、車体前
後を貫通する冷却空気通過路３４となる。

【００３７】バッテリフレーム２７内には、バッテリモ
ジュール３５が複数収容されている。バッテリモジュー
ル３５は、密閉容器３７と、密閉容器３７に収容され
る、前記図５に示したものと同様なバッテリを構成する
複数の円筒状のセル３９とを備えている。密閉容器３７
は、セル３９の前後両端に設けた端子部３９ａ付近を除
く中央部の大部分を密閉状に覆うための密閉壁３７ａ
を、両端子部３９ａより内側となる位置にそれぞれ備
え、この両密閉壁３７ａに囲まれた密閉容器３７の内部
には、電気絶縁性と熱伝導性に優れた例えばパーフロロ
カーボンクーラントのような冷却液となる冷媒が、セル
３９が充分浸されるように充填されている。

【００３８】バッテリモジュール３５の上方には凝縮器
４１が配置され、凝縮器４１とバッテリモジュール３５
とは、密閉部３７ａ内の冷媒の蒸気を凝縮器４１側に導
く蒸気管４３で接続されるとともに、凝縮器４１側で蒸
気が凝縮した凝縮液を密閉部３７ａ側に戻す液戻し管４
５で接続されている。凝縮器４１とバッテリモジュール
３５とを、蒸気管４３および液戻し管４５にて接続する
冷媒回路内は、真空に減圧されている。

【００３９】凝縮器４１は、冷媒が通過する冷媒通過路
４７と、冷媒通過路４７の周囲に装着される冷却用フィ
ン４９とで構成され、冷却用フィン４９がカバー２９に
形成した取付孔２９ａ内に挿入された状態で、冷却用フ
ィン４９の下端に固定された底板５１がカバー２９の下
面に接触している。

【００４０】冷媒通過路４７は、蒸気管４３の上方に延
長される位置にて上方に伸びる蒸気導入部４７ａと、蒸
気導入部４７ａの上端に連通し、水平に車幅方向に向け
て延長される蒸気滞留部４７ｂと、蒸気滞留部４７ｂに
上端が連通する複数の液落下部４７ｃと、各液落下部４
７ｃの下端に連通し、液落下部４７ｃを落下した液冷媒
が滞留する液滞留部４７ｄとを備えている。液滞留部４
７ｄの蒸気管４３とは反対側の端部には、液戻し管４５
の上端が連通接続されている。

【００４１】上記した蒸気導入部４７ａ，蒸気滞留部４
７ｂ，液落下部４７ｃおよび液滞留部４７ｄからなる冷
媒通過路４７は、紙面に直交する方向に延長形成され、
この冷媒通過路４７に、冷却用フィン４９が、図１中で
紙面に直交する方向に複数等間隔に配置された状態で、
溶接などにより装着されている。

【００４２】図２に示すように、バッテリフレーム２７
内に複数配置されたバッテリモジュール３５は、それぞ
れ個別の凝縮器４１を備えている。車体２５の前部のモ
ータルーム５３内には、図示していないが、バッテリに
よって作動する走行駆動用のモータなどが収容されてお
り、このモータルーム５３内の下部に、冷却空気ダクト
５５が設けられている。冷却空気ダクト５５は、車体前
端部に空気取入口５５ａが形成され、前述したバッテリ
フレーム２７の開口３１に対向する位置に、空気吐出口
５５ｂが開口している。

【００４３】上記したような電気自動車のバッテリ冷却
構造によれば、自動車の走行などにより、バッテリ電力
が消費されセル３９が発熱すると、密閉容器３７内の冷
媒がセル３９の表面から熱を直接奪って蒸発気化し、こ
れによってセル３９が冷却される。この冷却時発生する
蒸気は、蒸気管４３を経て凝縮器４１の冷媒通過路４７
に達する。冷媒通過路４７内では、蒸気が蒸気導入部４
７ａを上昇し、蒸気滞留部４７ｂに滞留する。

【００４４】一方、車両の走行時などで、図２に示す冷
却空気ダクト５５に外気が流入し、その外気は凝縮器４
１が配置された冷却空気通過路３４に導入され、冷却用
フィン４９が冷却されている。この冷却用フィン４９に
より、冷媒滞留部４７ｂに滞留している蒸気が冷却され
て凝縮液となり、凝縮液は重力により液落下部４７ｃを
落下して液滞留部４７ｄに達する。液滞留部４７ｄに達
した凝縮液は、さらに液戻り管４５を重力によって落下
し、密閉容器３７に戻る。

【００４５】電力消費により発熱するセル３９は、全体
が冷媒に浸された状態で冷却されるので、冷却時での熱
伝達効率がよく、各バッテリモジュール３５におけるそ
れぞれのセル３９が均一に冷却され、バッテリの性能向
上および長寿命化が達成される。このような冷却方法
は、冷媒が蒸発および凝縮して冷媒回路内を自然循環す
る沸騰冷却作用を採用しているので、熱伝達にポンプな
どの動力が不要であり、バッテリ冷却のための電力消費
がなく、１度の充電での車両の航続距離の低下が防止さ
れる。

【００４６】また、セル３９は、端子部３９ａが冷媒に
浸されていないので、リード線の引き出しが容易である
とともに、端子部３９ａが冷媒に浸されることによるバ
ッテリ寿命の低下などの不具合が回避される。

【００４７】図３は、図２における凝縮器４１の車体後
方側に近接する位置に、フィン４９を強制冷却するファ
ン５９を設置した例である。ファン５９を設置して強制
冷却することで、走行風などで充分な冷却効果が得られ
ない場合に有効なものとなる。

【００４８】この場合、ファン５９を作動させる際に、
バッテリが消費するが、このファン５９は、前記図４に
示した従来の空冷用のファンに比べて小容量で済み、複
数必要ではあるものの、同等の冷却効果が得られるとし
て従来の1/4以下の消費電力で済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の一形態を示す電気自動車のバ
ッテリ冷却構造の断面図である。

【図２】図１のバッテリ冷却構造を備えた電気自動車の
車体前部の側面図である。

【図３】バッテリ冷却構造の他の例を示す電気自動車の
車体前部の側面図である。

【図４】従来例を示す電気自動車のバッテリ冷却構造の
断面図である。

【図５】図４のバッテリ冷却構造におけるバッテリモジ
ュールの分解斜視図である。

【符号の説明】

２５ 車体 ２７ バッテリフレーム ３４ 冷却空気通過路 ３７ 密閉容器 ３９ セル（バッテリ） ３９ａ 端子部 ４１ 凝縮器 ４３ 蒸気管 ４５ 液戻り管 ４７ 冷媒通過路 ４９ 冷却用フィン ５５ 冷却空気ダクト ５９ ファン

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車体に搭載される走行駆動用のバッテリ
   を、冷却液となる冷媒が充填された密閉容器に収容し、
   この密閉容器の上部に前記冷媒が蒸発気化した蒸気を凝
   縮させる凝縮器を設け、この凝縮器と前記密閉容器と
   を、密閉容器内にて蒸発した冷媒の蒸気を凝縮器に流入
   させる蒸気管および、凝縮器内にて前記蒸気が凝縮して
   凝縮液となった冷媒を密閉容器に流入させる液戻り管に
   よりそれぞれ接続したことを特徴とする電気自動車のバ
   ッテリ冷却構造。
2. 【請求項２】 凝縮器は、冷媒が通過する冷媒通過路
   と、この冷媒通過路の外周部に設けられた冷却用フィン
   とをそれぞれ備えて外気が触れる位置に設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の電気自動車のバッテリ
   冷却構造。
3. 【請求項３】 凝縮器の車体前方側に、車体前部から取
   り入れた冷却用空気を、凝縮器の周囲に供給する冷却空
   気ダクトを設けたことを特徴とする請求項２記載の電気
   自動車のバッテリ冷却構造。
4. 【請求項４】 冷却用空気を凝縮器に強制的に供給する
   ファンを設けたことを特徴とする請求項２記載の電気自
   動車のバッテリ冷却構造。
5. 【請求項５】 バッテリは、車体下部に装着されるバッ
   テリフレームに収容され、バッテリフレームと車体との
   間には、車体前方側と車体後方側とを連通する冷却空気
   通過路が設けられ、この冷却空気通過路に凝縮器が配置
   されていることを特徴とする請求項２ないし４いずれか
   １項記載の電気自動車のバッテリ冷却構造。
6. 【請求項６】 密閉容器に複数のバッテリが収容されて
   バッテリモジュールを構成し、このバッテリモジュール
   が複数設けられてこれら各バッテリモジュール毎に凝縮
   器が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電
   気自動車のバッテリ冷却構造。
7. 【請求項７】 バッテリは、少なくとも端子部を除いた
   部分が密閉容器に収容されていることを特徴とする請求
   項１記載の電気自動車のバッテリ冷却構造。
8. 【請求項８】 密閉容器と凝縮器とを接続する冷媒回路
   内は、減圧されていることを特徴とする請求項１記載の
   電気自動車のバッテリ冷却構造。
9. 【請求項９】 密閉容器に収容した走行駆動用のバッテ
   リの熱を受けて前記密閉容器内の冷却液となる冷媒が蒸
   発気化し、この蒸気を、蒸気管を通して上部の凝縮器に
   導き、凝縮器で凝縮させた後、この凝縮液を液戻り管を
   通して前記密閉容器に戻すことを特徴とする電気自動車
   のバッテリ冷却方法。