WO2015155918A1 - バッテリ冷却装置 - Google Patents

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中濱 敬文
黒川 健也
小林 武則
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株式会社 東芝
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a battery cooling device.
  • a battery cooling device in which a plurality of batteries having a substantially rectangular parallelepiped shape are arranged in a space between the side surfaces on the wide side of each battery and stored as a battery group.
  • an air supply duct and an exhaust duct for introducing cooling gas are arranged on both sides of a battery group, and an opening of the air supply duct and an opening of the exhaust duct are on the same side ( There is a U-shaped flow path configuration, and further downsizing is desired for mounting such a battery cooling device in, for example, a vehicle.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a battery cooling device capable of improving the cooling performance while reducing the size by narrowing the gap between the batteries.
  • the battery cooling device of the embodiment includes a battery group, a battery box, an air supply duct, and an exhaust duct.
  • a battery group a plurality of substantially rectangular parallelepiped batteries having a pair of parallel rectangular wide surfaces are arranged with the wide surfaces facing each other and with a gap between the wide surfaces.
  • the battery box covers the outside of the battery group by providing a gap between a wide surface outside the battery located at both ends of the battery group and a surface orthogonal to the wide surface of each battery.
  • the air supply duct is fixed to an end surface side orthogonal to the arrangement direction of the battery group of the battery box, and is directed to a gap between the long side of the rectangular surface of each battery constituting the battery group in the battery box and the battery box.
  • the cooling gas is ejected.
  • the exhaust duct is fixed on the end surface side orthogonal to the battery group arrangement direction of the battery box, and a gap serving as an exhaust path is formed between the short side of the rectangular surface of each battery constituting the battery group and the
  • FIG. 2 is a top view of FIG. 1. It is BB sectional drawing of FIG. 2A. It is side sectional drawing of FIG. 2A. It is a top view of the battery ventilation cooling device of a 2nd embodiment.
  • FIG. 3B is a sectional view taken along line BB in FIG. 3A. 3B is a side sectional view of FIG. 3A.
  • FIG. 4B is a sectional view taken along line BB in FIG. 4A.
  • FIG. 4B is a side sectional view of FIG. 4A.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a battery ventilation cooling device 5 (an example of a battery cooling device) according to the first embodiment
  • FIG. 2A is a top view of FIG. 1
  • FIG. 2B is a cross-sectional view along BB of FIG. 2A
  • FIG. FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a battery ventilation cooling device 5 (an example of a battery cooling device) according to the first embodiment
  • FIG. 2A is a top view of FIG. 1
  • FIG. 2B is a cross-sectional view along BB of FIG. 2A
  • the battery ventilation cooling device 5 of the first embodiment includes a battery 1, a battery box 2, an air supply duct 3, an exhaust duct 8, a bus bar portion 6, and the like.
  • the arrow indicates the direction of airflow.
  • the battery 1 has a substantially rectangular parallelepiped shape having a pair of parallel rectangular wide surfaces 1a and surfaces (upper surface 1b, side surface 1c, bottom surface 1d, side surface 1e) orthogonal to the surface 1a.
  • a battery terminal 1g is projected from one surface (upper surface 1b) of the battery 1 as a positive electrode and a negative electrode.
  • the bus bar material constituting the bus bar portion 6 is a conductive plate-like member such as a metal plate, and the individual batteries 1 are connected via the battery terminals 1g to electrically connect the plurality of batteries 1 in series or in parallel. To connect to.
  • a battery group is formed by arranging a plurality of substantially rectangular parallelepiped batteries with the wide surfaces 1a facing each other and providing a gap H1 between the wide surfaces 1a.
  • the battery box 2 includes a wide surface 1a outside the battery 1 (hereinafter referred to as “end battery”) located on both ends of the battery group, and one side surface (side surface 1c) orthogonal to the wide surface 1a of each battery 1.
  • a gap H2 hereinafter referred to as “end gap H2”
  • a gap H3 are provided between them to cover and store (accommodate) the outside of the battery group.
  • the gap H2 between the wide surface 1a of the end battery and the battery box 2 is approximately 75% of the gap H1 between the batteries, and the end gap H2 is narrower than the gap H1.
  • the air supply duct 3 is fixed to the end surface (lower surface 1d) side orthogonal to the arrangement direction of the battery group of the battery box 2.
  • the air supply duct 3 has an air supply port 3 a for supplying cooling air as cooling gas outside the battery box 2 into the battery box 2.
  • the air supply duct 3 ejects cooling air toward the gap between the long side of the rectangular surface 1 a of each battery 1 constituting the battery group in the battery box 2 and the battery box 2.
  • the exhaust duct 8 is fixed on the end face (side face 1c) side orthogonal to the arrangement direction of the battery group of the battery box 2.
  • the exhaust duct 8 is provided with an exhaust port 8a adjacent to the bottom air supply port 3a.
  • exhaust to the exhaust port 8 a is provided between the battery box 2 and one short side (side surface 1 c) side of the rectangular surface 1 a of each battery 1 constituting the battery group in the battery box 2.
  • a gap H3 serving as a path is provided.
  • the exhaust duct 8 in this example is arranged so that the exhaust flow is in the opposite direction to the supply air flow.
  • a plurality of substantially rectangular parallelepiped-shaped batteries 1 are provided with a gap between the wide side surfaces (long side surfaces) to accommodate the battery group in the battery box 2, and the battery box from the air inlet 3a.
  • the cooling air is sent from the air supply duct 3 to the space formed by the lower portion of the battery 2 and the bottom surface 1 d of each battery 1 and flows into the gaps between the batteries 1.
  • the cooling air is obliquely flowed from the bottom surface 1d side of the battery 1 to the side surface 1c (short side surface) side, and the gap H3 between the side surface 1c of the battery 1 and the battery box 2 is flowed through the cooling air.
  • the cooling air is shown to flow in the gap H ⁇ b> 1 between the batteries 1 in a ⁇ -shaped manner (refracted in one direction).
  • a similar effect can be obtained by providing the exhaust duct 8 on both sides of the air supply duct 3 and allowing the cooling air to flow so as to branch to both the left and right sides (T-shaped).
  • the end gap H2 is about 75% of the gap H1 between the batteries 1, so that the ventilation resistance of the end gap H2 is increased, and the flow rate of the end gap H2 is 1 of the gap H1 between the batteries. / 2 or so.
  • the air temperature in the end gap H2 is almost equal to the gap H1 between the batteries 1, the temperature of the end battery is hardly changed from the other batteries 1, and the temperature variation of the arranged batteries 1 is reduced.
  • the cooling performance can be maintained and improved.
  • the cooling air is sent from the air inlet 3a to the space formed by the lower portion of the battery box 2 and the bottom surface 1d of each battery 1, and flows into the gap between the batteries 1, so that the battery 1
  • the air supply duct 3 and the exhaust duct 8 so that the cooling air flows obliquely so as to be short-circuited from the bottom surface 1d side to the side surface 1c (short side surface) side, the flow path length passing through the gap between the batteries 1
  • the airflow resistance becomes smaller and the airflow resistance becomes smaller. Even if the flow rate is increased to improve the cooling performance, the pressure loss becomes smaller. As a result, the cooling performance can be improved while narrowing the gap H1 between the batteries 1 and reducing the size.
  • FIGS. 3A to 3C are diagrams showing the configuration of the battery ventilation cooling device 5 of the second embodiment.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the battery ventilation cooling device of the second embodiment includes an air guide plate 4.
  • the air guide plate 4 is disposed in the gap between the batteries 1.
  • the air guide plate 4 is for guiding the cooling air from below in the direction opposite to the direction of the exhaust duct 8.
  • the cooling air flows obliquely so that the gap between the batteries 1 is a shortcut (shortcut) from the bottom surface 1d side of the battery 1 to the side surface 1c (short side surface) side.
  • the temperature on the (terminal connection) side is higher than that on the bottom side.
  • the cooling air does not flow obliquely so as to shortcut the gap H1 between the batteries 1 from the bottom surface side of the battery 1 to the side surface 1c (short side surface) side, but bypasses to the vicinity of the battery terminal 1g of the battery 1 It begins to flow.
  • the pressure loss is slightly larger than in the first embodiment, the temperature on the battery terminal 1g side of the battery 1 can be lowered.
  • the air guide plate 4 is arranged in the gap H1 between the batteries 1 so that the cooling air from below flows around the battery terminal 1g of the battery 1 in a detoured manner.
  • the pressure loss is slightly larger than that in the first embodiment, the temperature on the battery terminal 1g side of the battery 1 can be lowered.
  • FIGS. 4A to 4C are diagrams showing the configuration of the battery ventilation cooling device 5 of the third embodiment.
  • the exhaust duct 8 is disposed on both sides of the air supply duct 3, and is opposite to the side where the air supply port 3a is provided.
  • an exhaust port 8a is provided at the position of the battery box 2 on the side, and the exhaust duct 8 is arranged so that the exhaust flow is in the same direction as the supply air flow.
  • a baffle plate 7 is provided at the center.
  • the air guide plate 7 divides the space formed in the gap H ⁇ b> 1 between the batteries 1 so as to divide the space left and right.
  • the exhaust duct 8 is arranged so that the flow of the exhaust gas is reversed compared to the first embodiment (examples of FIGS. 1 and 2).
  • the cooling air is slanted so as to shortcut the gap H1 between the batteries 1 from the bottom surface side of the battery 1 to the short side surface side.
  • the length of the flow path passing through the gap H1 between the batteries 1 is shortened, and the ventilation resistance is reduced.
  • the cooling air flows from the bottom of the box into the gap between the wide surfaces 1a of the battery 1 and then branches left and right by the air guide plate 7 and is discharged from the exhaust ducts 8 on both sides of the battery 1.
  • the same effect can be obtained even if the cooling air is bent in a ⁇ shape and flows between the batteries 1 without providing the air guide plate 7.
  • the exhaust duct 8 is provided on both sides of the battery 1, and after the cooling air flows from the bottom of the box into the gap between the wide surfaces 1 a of the battery 1, Since the structure is branched into two and discharged from the exhaust ducts 8 on both sides, the effect of reducing the pressure loss can be obtained even if the flow rate of the cooling air is increased in order to improve the cooling performance.
  • the air supply duct 3 is simply a rectangular cylinder, but one or more partition plates may be provided in the air supply duct 3 to separate the inside of the duct and control the flow of the air supply.

Abstract

 実施形態のバッテリ冷却装置は、バッテリ群、バッテリボックス、給気ダクト、排気ダクトを備える。バッテリボックスは両端側に位置するバッテリの外側の広い面および各バッテリの広い面と直交する面との間に隙間を設けてバッテリ群の外側を覆う。給気ダクトはバッテリ群の配列方向と直交する端面側に固設され、個々のバッテリの長方形の面の長辺側とバッテリボックスとの間の隙間に向けて冷却気体を噴出する。排気ダクトはバッテリボックスのバッテリ群の配列方向と直交する端面側に固設され、長方形の面の短辺側とバッテリボックスとの間に隙間を設けている。

Description

バッテリ冷却装置
 本発明の実施形態は、バッテリ冷却装置に関する。
 例えば略直方体形状のバッテリ複数個を、各バッテリの面積の広い側の側面の間に隙間を設けて列設しバッテリ群として収納するバッテリ冷却装置がある。
 従来のバッテリ冷却装置としては、例えばバッテリ群の両側に冷却気体を導入する給気ダクトと排気ダクトを配置し給気ダクトの開口部と排気ダクトの開口部とが同じ側にある反流形(U形)の流路構成のものがあるが、このようなバッテリ冷却装置を例えば車両などに搭載する上ではさらなる小型化が望まれている。
特開2012-084486号公報
 従来のバッテリ冷却装置を小型化するために、バッテリ間の隙間を小さくすると、バッテリ間の隙間を横切るように通過する空気の流路の通風抵抗が大きくなり、冷却性能が劣化する。
 この冷却性能をアップするために冷却気体の流速を高めると圧損が増加してしまい、冷却気体の流速を単に高めるだけではよい結果が得られないという問題点がある。
 本発明が解決しようとする課題は、バッテリ間の隙間を狭くして小型化しつつ冷却性能を向上することができるバッテリ冷却装置を提供することにある。
 実施形態のバッテリ冷却装置は、バッテリ群、バッテリボックス、給気ダクト、排気ダクトを備える。バッテリ群は一対の平行する長方形の広い面を有するほぼ直方体形状のバッテリ複数個を、広い面を対向させ、かつ該広い面間に隙間を設けて列設されている。バッテリボックスはバッテリ群の両端側に位置するバッテリの外側の広い面および各バッテリの広い面と直交する面との間に隙間を設けてバッテリ群の外側を覆う。給気ダクトはバッテリボックスのバッテリ群の配列方向と直交する端面側に固設され、バッテリボックス内のバッテリ群を構成する個々のバッテリの長方形の面の長辺側とバッテリボックス間の隙間に向けて冷却気体を噴出する。排気ダクトはバッテリボックスのバッテリ群の配列方向と直交する端面側に固設され、バッテリ群を構成する個々のバッテリの長方形の面の短辺側とバッテリボックスとの間に排気路となる隙間を設けている。
第1実施形態のバッテリ通風冷却装置の構成を示す斜視図である。 図1の上面図である。 図2AのB-B断面図である。 図2Aの側方断面図である。 第2実施形態のバッテリ通風冷却装置の上面図である。 図3AのB-B断面図である。 図3Aの側方断面図である。 第3実施形態のバッテリ通風冷却装置の上面図である。 図4AのB-B断面図である。 図4Aの側方断面図である。
 以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。 
(第1実施形態)
 図1は第1実施形態のバッテリ通風冷却装置5(バッテリ冷却装置の一例)の構成を示す斜視図、図2Aは図1の上面図、図2Bは図2AのB-B断面図、図2Cは側方断面図である。
 図1、図2A~図2Cに示すように、この第1実施形態のバッテリ通風冷却装置5は、バッテリ1、バッテリボックス2、給気ダクト3、排気ダクト8、バスバー部6などを備える。なお、図中、矢印は気流の方向を示す。
 バッテリ1は、一対の平行する長方形の広い面1aとこの面1aと直交する面(上面1b、側面1c、底面1d、側面1e)とを有するほぼ直方体形状のものである。
 バッテリ1の一面(上面1b)には、プラス電極およびマイナス電極としてバッテリ端子1gが突設されている。
 バスバー部6を構成するバスバー材は、電導性の板状部材、例えば金属板などであり、個々のバッテリ1をバッテリ端子1gを介して接続して、複数のバッテリ1を電気的に直列または並列に接続するためのものである。
 ほぼ直方体形状のバッテリ1複数個を、広い面1aを対向させ、かつ該広い面1a間に隙間H1を設けて列設してバッテリ群が構成されている。
 バッテリボックス2は、バッテリ群の両端側に位置するバッテリ1(以下「端バッテリ」と称す)の外側の広い面1aおよび各バッテリ1の広い面1aと直交する片側の面(側面1c)との間に隙間H2(以下「端隙間H2」と称す)、隙間H3を設けてバッテリ群の外側を覆い、収納(収容)するものである。
 端バッテリの広い面1aとバッテリボックス2との隙間H2をバッテリどうしの隙間H1のほぼ75%とし、隙間H1よりも端隙間H2を狭くしている。
 給気ダクト3は、バッテリボックス2のバッテリ群の配列方向と直交する端面(下面1d)側に固設されている。給気ダクト3は、バッテリボックス2外部の冷却気体としての冷却空気をバッテリボックス2内に給気するための給気口3aを有している。
 給気ダクト3は、バッテリボックス2内のバッテリ群を構成する個々のバッテリ1の長方形の面1aの長辺側とバッテリボックス2間の隙間に向けて冷却空気を噴出させるものである。
 排気ダクト8は、バッテリボックス2のバッテリ群の配列方向と直交する端面(側面1c)側に固設されている。
 排気ダクト8には、底部の給気口3aに隣接して排気口8aが設けられている。排気ダクト8には、バッテリボックス2内のバッテリ群を構成する個々のバッテリ1の長方形の面1aの一方の短辺(側面1c)側とバッテリボックス2との間に、排気口8aへの排気路となる隙間H3が設けられている。
 つまり、この例の排気ダクト8は、給気の流れに対して排気の流れが逆方向になるように配置されている。
 この第1実施形態のバッテリ通風冷却装置5の動作を説明する。
 この第1実施形態の場合、複数の略直方体形状のバッテリ1の面積の広い側の側面(長側面)の間に隙間を設けてバッテリ群をバッテリボックス2に収容し、吸気口3aよりバッテリボックス2の下部と各バッテリ1の底面1dからなる空間へ給気ダクト3から冷却空気を送り込み、各バッテリ1間の隙間へ流入させる。
 そして、その冷却空気をバッテリ1の底面1d側から側面1c(短側面)の側へとショートカットするように斜めに流し、バッテリ1の側面1cとバッテリボックス2間の隙間H3を冷却空気の流路として排気ダクト8へ排出する。
 これによりバッテリ1間の隙間H1を通過する流路長さが短くなり通風抵抗が小さくなる。
 なお、図1の例では、説明を理解し易くするためにバッテリ1間の隙間H1を冷却空気がΓ字状に曲がって(片方向に屈折して)流れるよう示してあるが、この他、例えば給気ダクト3の両側に排気ダクト8を設け、左右両側に分岐する(T字状の)ように冷却空気が 流れるような構造としても同様な効果が得られる。
 また、この実施形態では、端隙間H2をバッテリ1間の隙間H1のほぼ75パーセント程度としたことで、端隙間H2の通風抵抗が大きくなりこの端隙間H2の流量はバッテリ間の隙間H1の1/2程度となる。
 このため端隙間H2の空気温度はバッテリ1間の隙間H1とほぼ等しくなり、端バッテリの温度は他のバッテリ1とほとんど変らなくなり、列設されたバッテリ1の温度ばらつきが小さくなるという点でバッテリの冷却性能を維持・向上することができる。
 このようにこの第1実施形態によれば、吸気口3aよりバッテリボックス2の下部と各バッテリ1の底面1dからなる空間へ冷却空気を送り込み、各バッテリ1間の隙間へ流入させ、バッテリ1の底面1d側から側面1c(短側面)側へとショートカットするように冷却空気を斜めに流すように給気ダクト3と排気ダクト8を配置したことにより、バッテリ1間の隙間を通過する流路長さが短くなり通風抵抗が小さくなり、冷却性能をアップするために流速を高めても圧損は小さくなる。この結果、バッテリ1間の隙間H1を狭くして小型化しつつ冷却性能を向上することができる。
(第2実施形態)
 図3A~図3Cは第2実施形態のバッテリ通風冷却装置5の構成を示す図である。なおこの第2実施形態において、第1実施形態と同じ構成には同一の符号を付しその説明は省略する。
 図3A~図3Cに示すように、この第2実施形態のバッテリ通風冷却装置は、導風板4を備える。導風板4は、バッテリ1どうしの隙間に配置されている。
 導風板4は、下方からの冷却空気を排気ダクト8の方向とは反対側の方向へ導くためのものである。
 第2実施形態の動作を説明する。
 第1実施形態において冷却空気はバッテリ1間の隙間をバッテリ1の底面1d側から側面1c(短側面)側へと近道(ショートカット)するように斜めに流れるため、バッテリ1の上面のバッテリ端子1g(端子接続部)側の温度が底面側より高くなる。
 そこで、この第2実施形態では、バッテリ1どうしの、面積が広い側の面1aの間に、給気ダクト3と排気ダクト8の投影上の接触点から広い側の側面1aのほぼ中央まで導風板4を配置している。
 これにより、冷却空気はバッテリ1間の隙間H1をバッテリ1の底面側から側面1c(短側面)側へとショートカットするように斜めに流れるのではなく、バッテリ1のバッテリ端子1g近傍まで迂回して流れるようになる。
 このため、第1実施形態よりもやや圧損が大きくなるものの、バッテリ1のバッテリ端子1g側の温度を下げることができる。
 このようにこの第2実施形態によれば、バッテリ1どうしの隙間H1に導風板4を配置したことで、下方からの冷却空気がバッテリ1のバッテリ端子1g近傍まで迂回して流れるようになり、第1実施形態よりもやや圧損が大きくなるものの、バッテリ1のバッテリ端子1g側の温度を下げることができる。
(第3実施形態)
 図4A~図4Cは第3実施形態のバッテリ通風冷却装置5の構成を示す図である。
 図4A~図4Cに示すように、この第3実施形態のバッテリ通風冷却装置は、給気ダクト3の両側に排気ダクト8を配置し、給気口3aが設けられている側とは反対の側のバッテリボックス2の位置に排気口8aを設け、給気の流れに対して排気の流れが同じ方向になるように排気ダクト8を配置した例である。
 バッテリ1どうし間の隙間H1には、ほほ中央部に導風板7が設けられている。この導風板7はバッテリ1どうし間の隙間H1にできた空間を左右に2分するように区分するものである。
 つまりこの第3実施形態では、第1実施形態(図1,図2の例)と比較して排気の流れが逆になるように排気ダクト8を配置している。
 この場合、第1実施形態(図1,図2A~図2Cの例)と同様に、冷却空気はバッテリ1間の隙間H1をバッテリ1の底面側から短側面側へと、ショートカットするように斜めに流れて、これによりバッテリ1間の隙間H1を通過する流路の長さが短くなり通風抵抗が小さくなる。
 なお、図4A~図4Cでは、冷却空気がボックス底部からバッテリ1の広い面1a間の隙間へ流入した後、導風板7で左右に分岐してバッテリ1の両側の排気ダクト8から排出される構造としたが、導風板7を設けずに冷却空気がバッテリ1どうしの間をΓ字状に曲がって流れるような構造としても同様な効果が得られることは言うまでもない。
 このようにこの第3実施形態によれば、バッテリ1の両側に排気ダクト8を設けて、冷却空気がボックス底部からバッテリ1の広い面1a間の隙間へ流入した後、導風板7で左右に分岐して両側の排気ダクト8から排出される構造としたことで、冷却性能をアップするために冷却空気の流速を高めても圧損が小さくなるという効果は得られる。
 本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
 上記実施形態では、給気ダクト3は単に矩形の筒状としたが、給気ダクト3に一つ以上の仕切り板を設けてダクト内を区切り給気の流れを制御してもよい。
 1…バッテリ、2…バッテリボックス、3…給気ダクト、4…導風板、5…バッテリ通風冷却装置、6…バスバー部、7…導風板、8…排気ダクト。

Claims (5)

  1.  一対の平行する長方形の広い面を有するほぼ直方体形状のバッテリ複数個を、前記広い面を対向させ、かつ該広い面間に隙間を設けて列設してなるバッテリ群と、
     前記バッテリ群の外側を、前記バッテリ群の両端側に位置するバッテリの外側の広い面および各バッテリの広い面と直交する面との間に隙間を設けて覆うバッテリボックスと、
     前記バッテリボックスの前記バッテリ群の配列方向と直交する端面側に固設され、前記バッテリボックス内の前記バッテリ群を構成する個々のバッテリの長方形の面の長辺側と前記バッテリボックス間の隙間に向けて冷却気体を噴出する給気ダクトと、
     前記バッテリボックスの前記バッテリ群の配列方向と直交する端面側に固設され、前記バッテリ群を構成する個々のバッテリの長方形の面の短辺側と前記バッテリボックスとの間に排気路となる隙間を設けた排気ダクトと
    を備えるバッテリ冷却装置。
  2.  前記バッテリどうしの隙間に配置され、下方からの冷却気体を前記排気ダクトの方向とは異なる方向へ導くための導風板を具備する請求項1に記載のバッテリ冷却装置。
  3.  前記バッテリの前記広い面と前記バッテリボックスとの隙間を前記バッテリどうしの隙間のほぼ75%とした請求項1または請求項2いずれかに記載のバッテリ冷却装置。
  4.  前記排気ダクトを、給気の流れに対して排気の流れが逆方向になるように配置した請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のバッテリ冷却装置。
  5.  前記排気ダクトを、給気の流れと排気の流れが同じ方向になるように配置した請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のバッテリ冷却装置。
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