WO2020241193A1 - 移動体用冷却器一体型バッテリトレイおよび移動体用バッテリ装置 - Google Patents

Abstract

この移動体用冷却器一体型バッテリトレイ（２）は、電池セル（１）が設置される底面部（２１）と、側面部（２２）と、を含む凹状のトレイ本体（２０）を備える。底面部は、上面板（４１）、下面板（４２）および側壁（４３）により囲まれた中空領域（５０）を一体的に有する。底面部は、中空領域内に連通する冷媒入口（４４）および冷媒出口（４５）と、中空領域内に配置されたフィン部材（６０）とを含む。

Description

移動体用冷却器一体型バッテリトレイおよび移動体用バッテリ装置

　この発明は、移動体用冷却器一体型バッテリトレイおよび移動体用バッテリ装置に関し、特に、電池セルを収容する移動体用冷却器一体型バッテリトレイおよび移動体用バッテリ装置に関する。

　従来、電池セルを収容する移動体用バッテリトレイが知られている。このようなバッテリトレイは、たとえば、特開２０１５－１３７００９号公報に開示されている。

　上記特開２０１５－１３７００９号公報では、自動車のフロアパネル上に第１トレイおよび第２トレイが配置され、第１トレイ上に電池パックが配置され、第２トレイ上に電池パック冷却装置が配置されている。電池パックは電池本体および電子機器を含んで構成される。電池パック冷却装置は、冷却ブロアおよびダクトを含んで構成され、冷却風を電池パックに供給することで電池パックを冷却する。

特開２０１５－１３７００９号公報

　特に電力を主動力源として移動可能な移動体においては、多数の電池セルを収容した大型のバッテリ装置が必要となり、バッテリ装置のサイズ、重量、電力供給の安定性が移動体の性能に直結するため重要となる。安定した電力供給を維持するために、上記特開２０１５－１３７００９号公報のように電池セルを冷却する構造が設けられる。

　しかしながら、上記特開２０１５－１３７００９号公報では、バッテリトレイ上に、電池パック（電池セル）だけでなく冷却装置も設置する必要がある。そのため、冷却装置が占有する領域の分だけバッテリ装置が大型化する、冷却装置の分だけバッテリ装置の重量が増大する、などの不都合がある。また、バッテリ装置内は、水密性を確保するために高い密閉度を有し、配線部材等も設けられるため、冷却装置からの冷却風の循環が阻害されやすい。冷却風の循環が阻害されることにより電池セルの温度ムラが生じ易いので、電力供給の安定性を確保することが困難である。

　そのため、移動体に搭載されるバッテリ装置としては、サイズおよび重量を低減しつつ、安定した電力供給のための電池セルの冷却性能を向上させることが求められている。

　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、バッテリ装置のサイズおよび重量を低減しつつ、電池セルの冷却性能を向上させることが可能な移動体用冷却器一体型バッテリトレイおよび移動体用バッテリ装置を提供することである。

　上記目的を達成するために、第１の発明による移動体用冷却器一体型バッテリトレイは、電池セルが設置される底面部と、底面部の周縁から立ち上がる側面部と、を含む凹状のトレイ本体を備え、底面部は、上面板および下面板と、上面板および下面板の間に配置された側壁とを含み、上面板、下面板および側壁により囲まれた中空領域を一体的に有し、底面部は、中空領域内に連通する冷媒入口および冷媒出口と、中空領域内に配置されたフィン部材とを含む。

　第１の発明による移動体用冷却器一体型バッテリトレイでは、上記のように構成することによって、電池セルが設置される底面部に、冷媒が流通可能な中空領域が一体形成される。これにより、バッテリトレイの底面部自体を電池セルの冷却装置として構成できるので、バッテリトレイの上部に、別途冷却装置を配置する必要がない。その結果、バッテリトレイ上部の冷却装置用のスペースを削減できるので、バッテリ装置のサイズを低減できる。また、冷却装置を設置せずに済むことに加えて、底面部が中空領域を含むので、たとえば中実の板部材によって底面部全体を構成する場合と比較して、バッテリ装置の重量を低減できる。さらに、底面部により電池セルの下面側から電池セルを冷却できるので、バッテリ装置内部の密閉性の高さや配線部材等の存在による影響を受けることなく、複数の電池セルを均一に冷却できる。そして、冷媒が流通する中空領域内にフィン部材が配置されるので、中空の底面部の強度を増大させつつ、底面部における伝熱性能を向上させることができる。これらにより、バッテリ装置のサイズおよび重量を低減しつつ、電池セルの冷却性能を向上させることができる。

　上記第１の発明において、好ましくは、フィン部材は、底面部に沿う方向であって、かつ互いに交差する方向に延びる部分を有する。ここで、フィン部材は、底面部の伝熱性能を向上させるだけでなく、フィン部材が延びる方向における曲げ荷重に対してフィン部材が高い機械的強度を有するので、中空領域内で補強部材として作用する。そこで、上記のように底面部に沿う面内で異なる方向にフィン部材が延びることによって、底面部全体の機械的強度を、曲げ荷重の作用方向に依存することなく向上させることができる。これにより、バッテリトレイの底面部を中空構造にして軽量化を図りつつ、複数の電池セルを保持するのに必要な機械的強度を容易に確保することができる。

　この場合、好ましくは、フィン部材は、第１方向に延びるとともに、第１方向と直交する第２方向に向けて波状に曲がったコルゲートフィンである。コルゲートフィンは、波状に形成された第２方向における曲げ強度よりも、第１方向（フィン部材が延びる方向）における曲げ強度が高い。そのため、フィン部材が延びる方向（第１方向）を互いに交差する方向に向けることによって、底面部の機械的強度を効果的に向上させることができる。

　上記フィン部材が互いに交差する方向に延びる部分を有する場合において、好ましくは、フィン部材は、第１フィンと、第１フィンに対して底面部の厚み方向に並ぶように配置された第２フィンとを含み、第１フィンと、第２フィンとは、互いに直交する方向に延びている。このように構成すれば、第１フィンと第２フィンとが相互に補強し合うので、第１フィンと第２フィンとの別々のフィン部材を互いに直交するように配置するだけで、曲げ荷重の作用方向に依存することなく底面部の機械的強度を効果的に向上させることができる。この構成では、１つのフィン部材を、互いに交差する方向に延びる部分を有するように曲がった形状に形成する必要がないので、底面部に設けるフィン部材の構造を簡素化することができる。

　上記フィン部材が第１フィンと第２フィンとを含む構成において、好ましくは、底面部は、上面板および下面板の間に配置され、中空領域を第１中空領域と第２中空領域とに区画する仕切板をさらに含み、第１中空領域には、第１フィンが配置され、第２中空領域には、第２フィンが配置されている。このように構成すれば、中空領域を仕切板で仕切ることによって、基本構造が共通する積層された複数の中空領域（第１中空領域、第２中空領域）を底面部内に設けることができる。そして、複数の中空領域内に配置するフィン部材（第１フィン、第２フィン）の向きを異ならせるだけで、簡単に、底面部の機械的強度を向上させることができる。さらに、仕切板によって区画された第１中空領域と第２中空領域とにそれぞれ第１フィンと第２フィンとが内部構造として配置されるので、たとえばろう付け接合などを行うことによって、仕切板と、第１中空領域（第１フィン）および第２中空領域（第２フィン）とを一体化することができる。

　この場合、好ましくは、第１中空領域は、上面板と仕切板との間に設けられ、冷媒入口および冷媒出口と連通し、第２中空領域は、第１中空領域よりも底面部の下面側に配置され、第１中空領域とは流体的に隔離されている。このように構成すれば、電池セルが設置される上面板を含む第１中空領域のみに冷媒を流通させ、第１中空領域よりも下面側の第２中空領域には、冷媒を流通させない構造にすることができる。これにより、上面板を介して、電池セルの熱を、第１中空領域内を流通する冷媒に効率的に吸収させることができる。そして、第２中空領域は、冷媒の流通経路を形成する必要がないので構造を簡素化できるとともに、冷媒の流通を考慮する必要がないので底面部の軽量化や機械的強度を優先した構造を採用できる。

　上記第１の発明において、好ましくは、冷媒入口と冷媒出口とは、中空領域の縁部に沿って並んで設けられ、中空領域は、底面部に沿う面内で、冷媒入口から延びた後、少なくとも１回折り返して、冷媒出口に接続している。このように構成すれば、冷媒入口と冷媒出口とを、中空領域に対して同じ側に集約して配置することができる。ここで、移動体では、スペースの余裕が少ないため、冷媒配管の経路設計に対する制約が大きい。そのため、上記構成によれば、冷媒入口および冷媒出口の位置を集約できるので、移動体用冷却器一体型バッテリトレイにおける冷媒配管の経路設計の制約を緩和できる。

　上記第１の発明において、好ましくは、フィン部材は、底面部に沿う面内で、底面部における複数の電池セルの設置領域を包含する範囲に亘って形成されている。このように構成すれば、複数の電池セルの設置領域を包含する広い範囲にフィン部材を設けて伝熱性能を向上させることができる。そのため、電池セルの設置領域全体で、複数の電池セルの各々の温度を均一化（温度ムラを抑制）することができる。その結果、個々の電池セルの動作温度の均一化を図ることができるので、電池セルの長寿命化、および、バッテリ装置の電力供給の安定性を向上させることができる。

　第２の発明による移動体用バッテリ装置は、電池セルと、電池セルが設置されるバッテリトレイと、バッテリトレイを覆うバッテリカバーとを備え、バッテリトレイは、電池セルが設置される底面部と、底面部の周縁から立ち上がる側面部と、を含む凹状のトレイ本体を備え、底面部は、上面板および下面板と、上面板および下面板の間に配置された側壁とを含み、上面板、下面板および側壁により囲まれた中空領域を一体的に有し、底面部は、中空領域内に連通する冷媒入口および冷媒出口と、中空領域内に配置されたフィン部材とを含む。

　第２の発明による移動体用バッテリ装置では、上記第１の発明による移動体用冷却器一体型バッテリトレイと同様に、これらにより、バッテリ装置のサイズおよび重量を低減しつつ、電池セルの冷却性能を向上させることができる。

　バッテリ装置のサイズおよび重量を低減しつつ、電池セルの冷却性能を向上させることができる。

本実施形態によるバッテリ装置を示した模式的な斜視図である。 バッテリトレイを示した模式的な分解斜視図である。 バッテリトレイの固定フランジ周辺を拡大して示した模式的な断面図である。 底面部の構造を説明するための模式的な分解斜視図である。 第１中空領域の構造例を示した水平断面図である。 第２中空領域の構造例を示した水平断面図である。 バッテリ装置に冷媒を供給する流体回路を説明するための図である。 フィン部材の向きと曲げ荷重の作用方向との関係を説明するための図である。 中空領域およびフィン部材の変形例を示した底面部の水平断面図である。 ３段の中空領域を設けた変形例を説明するための模式図である。 中空領域の他の変形例を示した水平断面図である。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

　図１～図７を参照して、一実施形態によるバッテリ装置１００の構成について説明する。バッテリ装置１００は、移動体１０１（図７参照）に搭載され、移動体１０１内のモータおよび各種の電力需要機器に供給する電力を蓄積する装置である。バッテリ装置１００は、請求の範囲の「移動体用バッテリ装置」の一例である。

　移動体１０１は、自動車、鉄道車両、船舶、航空機、などを含む。本実施形態では、移動体１０１は、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車または燃料電池自動車などの、電力を主駆動源として動作する電動モータを備える電動車両である。

　図１に示すように、バッテリ装置１００は、電池セル１と、バッテリトレイ２と、バッテリカバー３とを備える。バッテリトレイ２は、請求の範囲の「移動体用冷却器一体型バッテリトレイ」の一例である。

　電池セル１は、二次電池である。電池セル１は、たとえばリチウムイオン電池であるが、電池の種類は特に限定されない。本明細書において、電池セルとは、単電池を意味する。図１の例では、電池セル１は、直方体形状を有する角型セルである。バッテリ装置１００は、複数の電池セル１を収容できる。複数の電池セル１は、バッテリトレイ２上に並べて配置されている。

　バッテリトレイ２と、バッテリカバー３とによって、複数の電池セル１を収容するケースが構成されている。バッテリトレイ２には、複数の電池セル１が設置される。バッテリトレイ２は、ケースの下部を構成し、複数の電池セル１の下面側を支持する。バッテリカバー３は、ケースの上部を構成し、バッテリトレイ２の上面を覆う状態でバッテリトレイ２の上面に取り付け可能に構成されている。各電池セル１は、ブラケットやホルダなどの保持部材（図示せず）によって、ケース内に固定状態で保持される。

　バッテリトレイ２は、複数の電池セル１が設置される底面部２１と、底面部２１の周縁から立ち上がる側面部２２と、を含む凹状のトレイ本体２０を備える。底面部２１の上面は、複数の電池セル１の設置領域２３を有する。設置領域２３は、平坦面である。バッテリトレイ２は、電池セル１以外の機器を設置可能に構成されうる。たとえば図１では、バッテリトレイ２は、電池セル１の設置領域２３に加えて、電子機器４を設置するための設置領域２４を有する。電子機器４は、たとえばバッテリ装置１００のＢＭＳ（バッテリマネジメントシステム）などを含む。

　バッテリカバー３は、平面視でバッテリトレイ２と対応する外形形状を有する。図１の例では、バッテリカバー３は、上面部３１と、上面部３１の周縁から下方（バッテリトレイ２側）に延びる側面部３２と、を含む。

　バッテリトレイ２と、バッテリカバー３とは、電池セル１が設置される内部空間を水密状態で封止するように構成されている。バッテリトレイ２と、バッテリカバー３とは、たとえばアルミニウム合金またはアルミニウムにより構成されている。

　ここで、本実施形態のバッテリ装置１００は、外部から供給される冷媒５を受け入れてバッテリトレイ２内に流通させることが可能である。バッテリ装置１００は、バッテリトレイ２内を流通する冷媒５によって、バッテリトレイ２上に設置された電池セル１の温度調節を行うことが可能に構成されている。以下、バッテリトレイ２の具体的な構造を説明する。

　（バッテリトレイ）
　図２に示す例では、トレイ本体２０は、底面部２１を構成する冷却部材２５および板部材２６と、側面部２２を構成するフレーム２７とが、互いに接合されて一体化した構造を有する。接合方法は、たとえば溶接または固相接合であり、固相接合としてはたとえば摩擦攪拌接合（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ　Ｓｔｉｒ　Ｗｅｌｄｉｎｇ；ＦＳＷ）等である。

　冷却部材２５および板部材２６は、平板形状を有する。冷却部材２５は、複数の電池セル１の設置領域２３に対応させた大きさの長方形状を有する。板部材２６は、電子機器４の設置領域２４に対応させた大きさの台形形状を有する。板部材２６は、冷却部材２５の長手方向側の端面に接続（接合）されている。

　フレーム２７は、枠状形状を有する。フレーム２７は、冷却部材２５および板部材２６を組み合わせた底面部２１の外周縁を取り囲む。フレーム２７は、上方（バッテリカバー３側）へ向けて所定高さで延びる。フレーム２７の上端面２７ａには、複数のねじ穴２７ｂが設けられている。また、フレーム２７の短手方向側の両側面には、外向きに突出した固定フランジ２８がそれぞれ設けられている。固定フランジ２８には、固定用の貫通孔２８ａが設けられている。

　図３に示すように、バッテリカバー３の側面部３２には、フレーム２７の上端面２７ａに載るようにフランジ部３３が形成されている。フランジ部３３に形成された貫通孔３３ａを介して、ボルト３４をねじ穴２７ｂに結合させることにより、バッテリカバー３がバッテリトレイ２に取り付けられる。また、フレーム２７の固定フランジ２８は、移動体１０１のシャーシなどの取付部１０２上に配置され、貫通孔２８ａに挿入したボルト１０３によって取付部１０２に連結される。これにより、バッテリ装置１００が移動体１０１に固定される。バッテリ装置１００内の電池セル１は、熱伝導シート９０などを介して底面部２１の上面上に密着する状態で保持される。

　（底面部）
　図３に示すように、底面部２１は、上面板４１および下面板４２と、上面板４１および下面板４２の間に配置された側壁４３とを含み、上面板４１、下面板４２および側壁４３により囲まれた中空領域５０を一体的に有する。底面部２１は、中空領域５０内に連通する冷媒入口４４および冷媒出口４５（図２参照）と、中空領域５０内に配置されたフィン部材６０とを含む。

　本実施形態では、底面部２１のうち、図２に示した冷却部材２５が、上面板４１、下面板４２および側壁４３により囲まれた中空領域５０を一体的に有し（図３参照）、冷媒入口４４および冷媒出口４５と、フィン部材６０とを含んだ構造を有する。板部材２６は、中実の平板であるが、板部材２６が冷却部材２５と同様の構造を有していてもよい。

　図４を参照して、底面部２１（冷却部材２５）の構造を説明する。図４は、中空領域５０を有する底面部２１の構造を説明するための模式図であり、図１および図２に示した構造例と縮尺、寸法比等が一致していない。また、図４では冷媒入口４４および冷媒出口４５の図示を省略している。

　上面板４１および下面板４２は、平面視で同一形状の平板部材である。図４では、上面板４１および下面板４２は、矩形状を有する。上面板４１および下面板４２は、底面部２１の厚み方向に互いに対向している。上面板４１は、底面部２１（冷却部材２５）の最上部（最もバッテリカバー３側）に配置されている。上面板４１の表面が底面部２１（冷却部材２５）における電池セル１の設置面を構成する。下面板４２は、底面部２１（冷却部材２５）の最下部に配置されている。下面板４２の表面が底面部２１の下面を構成する。

　側壁４３は、上面板４１および下面板４２の間で、上面板４１および下面板４２の周縁に沿って設けられている。図４の例では、側壁４３は、上面板４１（下面板４２）の各辺に沿った４つの柱状部材（サイドバー）を一体化したものであり、矩形枠状形状を有する。

　中空領域５０は、上面板４１、下面板４２および側壁４３によって底面部２１（冷却部材２５）の内部に形成された空間である。中空領域５０は、側壁４３の分だけ上面板４１（下面板４２）よりも一回り小さい平面形状を有し、側壁４３の厚みに相当する高さを有する。

　フィン部材６０は、コルゲートフィンにより構成されている。すなわち、フィン部材６０は、第１方向に延びるとともに、第１方向と直交する第２方向に向けて波状に曲がった板部材である。フィン部材６０として構成されるコルゲートフィンとしては、たとえば図４に示したプレーンフィン（ストレートフィン）が採用できるが、パーフォレートフィン、ルーバーフィン、ヘリンボーンフィン（波型フィン）およびセレートフィン（オフセットフィン）などであってもよい。

　本実施形態では、フィン部材６０は、底面部２１に沿う方向であって、かつ互いに交差する方向に延びる部分を有する。具体的には、フィン部材６０は、第１フィン６１と、第１フィン６１に対して底面部２１の厚み方向に並ぶように配置された第２フィン６２とを含む。そして、第１フィン６１と、第２フィン６２とは、互いに直交する方向に延びている。

　図４の構成例では、底面部２１は、厚み方向に積層された複数段の中空領域５０を有しており、第１フィン６１と、第２フィン６２とは、別々の中空領域５０に配置されている。すなわち、底面部２１は、上面板４１および下面板４２の間に配置され、中空領域５０を第１中空領域５１と第２中空領域５２とに区画する仕切板４６を含む。そして、第１中空領域５１には、第１フィン６１が配置され、第２中空領域５２には、第２フィン６２が配置されている。なお、図３および図４では、上面板４１および下面板４２の間に１枚の仕切板４６を設けて、２段の中空領域（第１中空領域５１および第２中空領域５２）を形成した例を示しているが、仕切板４６を２枚以上設けて、中空領域５０を３段以上形成してもよい。

　第１中空領域５１は、上面板４１と仕切板４６との間に設けられている。すなわち、第１中空領域５１は、複数段の中空領域５０のうちで最上段に配置され、上面板４１と隣接する。第１中空領域５１は、上面板４１を挟んで、底面部２１上に設置される電池セル１と隣接する。第１中空領域５１内に配置された第１フィン６１は、上面板４１と仕切板４６とにそれぞれ接触するように設けられている。つまり、波状のコルゲートフィンである第１フィン６１は、波状断面の上端部で上面板４１と接触し、波状断面の下端部で仕切板４６と接触する。

　第１中空領域５１は、冷媒入口４４および冷媒出口４５と連通する。図２に示したように、上面板４１には、冷媒入口４４および冷媒出口４５を構成する貫通孔が形成されている。冷媒入口４４および冷媒出口４５は、上面板４１を厚み方向に貫通して上面板４１の直下の第１中空領域５１に連通している。冷媒入口４４および冷媒出口４５の開口には、それぞれ配管との接続用のコネクタ４７が設けられている。

　これにより、第１中空領域５１には、外部から冷媒入口４４を介して冷媒５が流入し、第１中空領域５１を通過した冷媒５が冷媒出口４５から外部へ流出する。第１中空領域５１は、底面部２１の冷媒流路として構成され、内部を流通する冷媒５と上面板４１上の電池セル１との間で熱交換を行う領域である。

　第２中空領域５２は、第１中空領域５１よりも底面部２１の下面側に配置されている。図４の例では、第２中空領域５２は、仕切板４６と、下面板４２とによって区画されている。中空領域５０が３つ以上設けられる場合、第２中空領域５２は、対向する一対の仕切板４６によって仕切られた空間であり得る。

　図４では、第２中空領域５２内に配置された第２フィン６２は、仕切板４６と下面板４２とにそれぞれ接触するように設けられている。つまり、波状のコルゲートフィンである第２フィン６２は、波状断面の上端部で仕切板４６と接触し、波状断面の下端部で下面板４２と接触する。なお、中空領域５０が３つ以上設けられる場合であって、中間の第２中空領域５２に配置される第２フィン６２は、対向する上下の仕切板４６とそれぞれ接触する。

　本実施形態では、第２中空領域５２は、第１中空領域５１とは流体的に隔離されている。つまり、仕切板４６には、第１中空領域５１と第２中空領域５２とを連通させる通路（貫通孔）が形成されていない。冷媒５は、第２中空領域５２には流入しない。

　冷却部材２５は、中空領域５０を区画する上面板４１、下面板４２、側壁４３、仕切板４６、フィン部材６０（第１フィン６１および第２フィン６２）が、ろう付けにより一体化された構造を有する。すなわち、上面板４１、下面板４２、側壁４３、仕切板４６、フィン部材６０には、いずれもろう材が塗布または被覆されている。具体例として、上面板４１の下面、下面板４２の上面、仕切板４６の両面がそれぞれ接合面であり、これらの接合面にろう材が塗布または被覆される。図４に示したように中空領域５０を形成するように各部材を配置した組立体を構成し、組立体を加熱してろう材を溶融させた後、冷却することにより、冷却部材２５を構成する各部材が一括で接合される。ろう付けによって一体化されることにより、中空領域５０は液密空間として形成される。本実施形態では第１中空領域５１のみが冷媒入口４４および冷媒出口４５を介して外部に連通する。

　（中空領域の構造例）
　図５に第１中空領域５１の構造（平面形状）例を示し、図６に第２中空領域５２の構造（平面形状）例を示す。冷却部材２５の長手方向をＡ方向、短手方向をＢ方向とする。

　本実施形態では、冷媒入口４４と冷媒出口４５とは中空領域５０（第１中空領域５１）の縁部に沿って並んで設けられ、中空領域５０は、底面部２１に沿う面内で、冷媒入口４４から延びた後、少なくとも１回折り返して、冷媒出口４５に接続している。本実施形態では、中空領域５０のうちの第１中空領域５１が、折り返した構造を有する。

　図５に示すように、冷媒入口４４と冷媒出口４５とは中空領域５０（第１中空領域５１）のＡ方向の一端部（Ａ１方向端部）において、短手方向（Ｂ方向）に沿って並んでいる。第１中空領域５１は、短手方向（Ｂ方向）の中央に、隔壁５３を有する。隔壁５３は、冷媒入口４４および冷媒出口４５が配置されたＡ１方向端部の側壁４３ａから、Ａ２方向端部の側壁４３ｂの手前まで、Ａ２方向に延びている。隔壁５３によって、第１中空領域５１の内部がＵ字状に区画されている。隔壁５３は、側壁４３と同様に、柱状部材をろう付けにより上面板４１および仕切板４６と一体化したものである。

　第１中空領域５１は、側壁４３と隔壁５３とに区画されることより、往路５１ａと、接続路５１ｂと、復路５１ｃと、を有する。

　往路５１ａは、冷媒入口４４の直下から、Ａ方向に直線状に延びている。往路５１ａは、Ａ２方向側の端部で、接続路５１ｂに接続している。

　接続路５１ｂは、往路５１ａと復路５１ｃとを接続している。接続路５１ｂは、第１中空領域５１のＡ２方向端部に設けられ、Ｂ方向に延びている。

　復路５１ｃは、Ａ２方向端部の接続路５１ｂから、冷媒出口４５の直下まで、Ａ方向に直線状に延びている。

　往路５１ａと復路５１ｃとは、隔壁５３を挟んで、Ｂ方向に並んでいる。往路５１ａおよび復路５１ｃには、それぞれ第１フィン６１が設けられている。第１フィン６１は、Ａ方向に延びる往路５１ａおよび復路５１ｃの略全体に亘って設けられている。

　なお、往路５１ａのうち冷媒入口４４の直下の分配部５１ｄと、復路５１ｃのうち冷媒出口４５の直下の収集部５１ｅと、を除く往路５１ａおよび復路５１ｃの全領域に、第１フィン６１が設けられている。分配部５１ｄは、往路５１ａの全幅に亘ってＢ方向に延びており、冷媒入口４４から流入した冷媒５を第１フィン６１の形成領域に分配するための流路部分である。収集部５１ｅは、復路５１ｃの全幅に亘ってＢ方向に延びており、第１フィン６１の形成領域から流出した冷媒５を、冷媒出口４５に集めるための流路部分である。

　フィン部材６０は、底面部２１に沿う面内で、底面部２１における複数の電池セル１の設置領域２３（点線部）を包含する範囲に亘って形成されている。すなわち、第１中空領域５１に設けられた第１フィン６１は、Ａ方向の長さＬ１、Ｂ方向の長さＬ２を有する。なお、隔壁５３の部分が十分に小さいので、第１フィン６１の形成範囲に含めている。図５において、第１フィン６１は、便宜的に一部分のみを図示し、残りの部分の図示を省略している。

　電池セル１の設置領域２３は、Ａ方向の長さＬ１１、Ｂ方向の長さＬ１２を有する。第１フィン６１の形成範囲の長さＬ１、Ｌ２が、それぞれ、設置領域２３の長さＬ１１、Ｌ１２以上となっている。

　図６に示すように、第２中空領域５２には隔壁５３が設けられておらず、第２中空領域５２は平面視で側壁４３に囲まれた矩形形状を有する。また、第２中空領域５２には冷媒５が流通しないため、第２中空領域５２には、分配部５１ｄ、収集部５１ｅ、接続路５１ｂが設けられていない。第２中空領域５２には、Ｂ方向に延びる第２フィン６２が全体に亘って設けられている。このため、第１中空領域５１内でＡ方向に延びる第１フィン６１と、第２中空領域５２内でＢ方向に延びる第２フィン６２とは、互いに直交する方向に延びている。図６において、第２フィン６２は、便宜的に一部分のみを図示し、残りの部分の図示を省略している。

　（流体回路との接続）
　図７に示すように、第１中空領域５１は、冷媒入口４４および冷媒出口４５を介して、移動体１０１に設けられた流体回路１１０に接続される。流体回路１１０は、たとえば配管１１１と、ポンプ１１２と、熱交換器１１３とを含む。配管１１１は、バッテリ装置１００（バッテリトレイ２）とポンプ１１２と熱交換器１１３とを流体的に接続することにより、ポンプ１１２、熱交換器１１３および第１中空領域５１の間に冷媒５の循環経路を構成する。ポンプ１１２は、循環経路内で冷媒５を循環させる。熱交換器１１３は、熱交換により、第１中空領域５１において冷媒５が吸収した熱を放熱させる。熱交換器１１３は、たとえば移動体１０１のラジエータであってもよいし、移動体１０１に設けられた空調装置の一部であってもよい。

　このような構成により、バッテリトレイ２に供給された冷媒５は、第１中空領域５１（図５参照）内を往路５１ａ、接続路５１ｂ、復路５１ｃの順に通過し、通過する過程で電池セル１と熱交換する。各電池セル１において充放電に伴って発生した熱が、冷媒５に吸収される。冷媒５は、バッテリトレイ２から熱交換器１１３に送られ、吸収された熱を放出して、再度バッテリトレイ２に循環供給される。なお、ここでは電池セル１の冷却について説明しているが、たとえば冬季の低温環境においては、熱交換器１１３において冷媒５が吸収した熱が、熱交換により低温状態の電池セル１に供給されうる。

　冷媒５は、液体である。冷媒５は、水または水を主成分とする不凍液、その他の液体でありうる。本実施形態では、冷媒５は、液相のまま循環経路を流通するが、循環の過程で相変化（蒸発、凝縮）を伴ってもよい。つまり、バッテリトレイ２が蒸発器として構成されてもよく、冷媒５の気化潜熱を利用して冷却してもよい。

（本実施形態の効果）
　本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

　本実施形態によるバッテリトレイ２およびバッテリ装置１００では、上記のように、底面部２１は、上面板４１および下面板４２と、上面板４１および下面板４２の間に配置された側壁４３とを含み、上面板４１、下面板４２および側壁４３により囲まれた中空領域５０を一体的に有し、底面部２１は、中空領域５０内に連通する冷媒入口４４および冷媒出口４５と、中空領域５０内に配置されたフィン部材６０とを含む。したがって、電池セル１が設置される底面部２１に、冷媒が流通可能な中空領域５０が一体形成される。これにより、バッテリトレイ２の底面部２１自体を電池セル１の冷却装置として構成できるので、バッテリトレイ２の上部に、別途冷却装置（ブロアなど）を配置する必要がない。その結果、バッテリトレイ２上部の冷却装置用のスペースを削減できるので、バッテリ装置１００のサイズを低減できる。また、冷却装置を設置せずに済むことに加えて、底面部２１が中空領域５０を含むので、たとえば中実の板部材によって底面部２１の全体を構成する場合と比較して、バッテリ装置１００の重量を低減できる。さらに、底面部２１により電池セル１の下面側から電池セル１を冷却できるので、複数の電池セル１を均一に冷却できる。そして、冷媒が流通する中空領域５０内にフィン部材６０が配置されるので、中空の底面部２１の強度を増大させつつ、底面部２１における伝熱性能を向上させることができる。これらにより、バッテリ装置１００のサイズおよび重量を低減しつつ、電池セル１の冷却性能を向上させることができる。

　また、本実施形態では、フィン部材６０は、底面部２１に沿う方向であって、かつ互いに交差する方向に延びる部分を有する。フィン部材６０は、フィン部材６０が延びる方向における曲げ荷重に対してフィン部材６０が高い機械的強度を有するので、底面部２１全体の機械的強度を、曲げ荷重の作用方向に依存することなく向上させることができる。そのため、バッテリトレイ２の底面部２１を中空構造にして軽量化を図りつつ、複数の電池セル１を保持するのに必要な機械的強度を容易に確保することができる。

　特に、図３に示した波状のコルゲートフィンでは、構造上、波状に形成された幅方向における曲げ強度よりも、直線状に形成された長さ方向（フィン部材６０が延びる方向）における曲げ強度の方が高い。たとえば、図８に示すように、Ａ方向に延びるフィン部材６０（第１フィン６１）は、Ａ方向における曲げ荷重Ｆ１に対する強度が高い。Ｂ方向に延びるフィン部材６０（第２フィン６２）は、Ｂ方向における曲げ荷重Ｆ２に対する強度が高い。そのため、図８のようにフィン部材６０が延びる方向を互いに交差する方向（Ａ方向とＢ方向）に向けることによって、底面部２１の機械的強度を効果的に向上させることができる。なお、図８では複数のフィン部材６０を互いに交差する方向に向けているが、１つのフィン部材６０が互いに交差する方向に向く部分を有するように曲がっている場合も、同様に機械的強度を向上させる効果が得られる。

　また、本実施形態では、フィン部材６０が、第１フィン６１と第２フィン６２とを含み、第１フィン６１と、第２フィン６２とが、互いに直交する方向に延びているので、第１フィン６１と第２フィン６２との別々のフィン部材６０を互いに直交するように配置するだけで、底面部２１の機械的強度を向上させることができる。すなわち、図８に示したように、第１フィン６１の曲げ強度が相対的に低くなる方向（Ｂ方向）と、第２フィン６２の曲げ強度が相対的に高くなる方向（Ｂ方向）とが一致する。第２フィン６２の曲げ強度が相対的に低くなる方向（Ａ方向）と、第１フィン６１の曲げ強度が相対的に高くなる方向（Ａ方向）とが一致する。その結果、第１フィン６１と第２フィン６２とが相互に補強し合うので、曲げ荷重の作用方向に依存することなく底面部２１の機械的強度を効果的に向上させることができる。また、この構成では、１つのフィン部材６０を、互いに交差する方向に延びる部分を有するように曲がった形状に形成する必要がないので、底面部２１に設けるフィン部材６０の構造を簡素化することができる。

　また、本実施形態では、仕切板４６により区画された第１中空領域５１には、第１フィン６１が配置され、仕切板４６により区画された第２中空領域５２には、第２フィン６２が配置されているので、中空領域５０を仕切板４６で仕切ることによって、基本構造が共通する積層された複数の中空領域５０（第１中空領域５１、第２中空領域５２）を底面部２１内に設けることができる。そして、複数の中空領域５０内に配置するフィン部材６０（第１フィン６１、第２フィン６２）の向きを異ならせるだけで、簡単に、底面部２１の機械的強度を向上させることができる。さらに、仕切板４６によって区画された第１中空領域５１と第２中空領域５２とにそれぞれ第１フィン６１と第２フィン６２とが内部構造として配置されるので、たとえばろう付け接合などを行うことによって、仕切板４６と、第１中空領域５１（第１フィン６１）および第２中空領域５２（第２フィン６２）とを一体化することができる。

　また、本実施形態では、第１中空領域５１は、上面板４１と仕切板４６との間に設けられ、冷媒入口４４および冷媒出口４５と連通し、第２中空領域５２は、第１中空領域５１よりも底面部２１の下面側に配置され、第１中空領域５１とは流体的に隔離されているので、電池セル１が設置される上面板４１を含む第１中空領域５１のみに冷媒を流通させ、第１中空領域５１よりも下面側の第２中空領域５２には、冷媒を流通させない構造にすることができる。これにより、上面板４１を介して、電池セル１の熱を、第１中空領域５１内を流通する冷媒に効率的に吸収させることができる。そして、第２中空領域５２は、冷媒の流通経路を形成する必要がないので構造を簡素化できるとともに、冷媒の流通を考慮する必要がないので底面部２１の軽量化や機械的強度を優先した構造を採用できる。

　また、本実施形態では、冷媒入口４４と冷媒出口４５とは中空領域５０（第１中空領域５１）の縁部に沿って並んで設けられ、中空領域５０（第１中空領域５１）が、底面部２１に沿う面内で、冷媒入口４４から延びた後、少なくとも１回折り返して、冷媒出口４５に接続しているので、冷媒入口４４と冷媒出口４５とを、中空領域５０に対して同じ側に集約して配置することができる。移動体では、スペースの余裕が少なく冷媒の配管経路に対する制約が大きい傾向があるため、冷媒入口４４および冷媒出口４５の位置を集約可能な上記構成は、移動体用のバッテリトレイ２における配管経路の制約を緩和できるため特に有用である。なお、図５では第１中空領域５１が１回折り返された構造を有する例を示しているが、第１中空領域５１が２回以上折り返されていても、同様の効果を得ることができる。

　また、本実施形態では、フィン部材６０は、底面部２１に沿う面内で、底面部２１における複数の電池セル１の設置領域２３を包含する範囲に亘って形成されているので、複数の電池セル１の設置領域２３を包含する広い範囲にフィン部材６０を設けて伝熱性能を向上させることができる。そのため、電池セル１の設置領域２３全体で、複数の電池セル１の各々の温度を均一化（温度ムラを抑制）することができる。その結果、個々の電池セル１の動作温度の均一化を図ることができるので、電池セル１の長寿命化、および、バッテリ装置１００の電力供給の安定性を向上させることができる。

　（変形例）
　なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

　たとえば、上記実施形態では、仕切板４６を設けて、中空領域５０を第１中空領域５１と第２中空領域５２とに区画する例を示したが、本発明はこれに限られない。本実施形態では、仕切板４６を設けなくてもよい。つまり、第１中空領域５１と第２中空領域５２との複数段の中空領域５０を設ける代わりに、中空領域５０を１段のみ設けてもよい。

　また、上記実施形態では、第１中空領域５１に第１フィン６１を設け、第２中空領域５２に第２フィン６２を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１フィン６１と第２フィン６２との複数のフィン部材６０を設ける代わりに、フィン部材６０を１つのみ設けてもよい。特に中空領域５０を１段のみ設ける構成では、フィン部材６０を１つのみ設けてよい。

　また、上記実施形態では、互いに直交する方向に延びる第１フィン６１と第２フィン６２とを設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１フィン６１と第２フィン６２との複数のフィン部材６０を互いに直交する方向に延びるように設ける代わりに、１つのフィン部材６０が、互いに直交する方向に延びる複数の部分を有してもよい。たとえば図９に示す変形例では、１つの中空領域５０に、互いに直交する方向に延びる複数の部分を有する１つのフィン部材１６０が設けられている。

　図９では、中空領域５０が、複数の隔壁５３によって蛇行するように区画されており、フィン部材１６０が、中空領域５０に沿って蛇行するように設けられている。フィン部材１６０は、Ｂ方向に延びる第１部分１６０ａと、第１部分１６０ａと直交するＡ方向に延びる第２部分１６０ｂとを含む。この変形例では、第１部分１６０ａがＢ方向における高い曲げ強度を有し、第２部分１６０ｂがＡ方向における高い曲げ強度を有する。そのため、１つのフィン部材１６０であっても、曲げ荷重の作用方向に依存することなく機械的強度を向上させることが可能である。

　また、上記実施形態では、第１中空領域５１のみに冷媒５が流通するように、第２中空領域５２を第１中空領域５１に対して流体的に隔離した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第２中空領域５２を第１中空領域５１に連通させ（流体的に接続し）、第２中空領域５２にも冷媒５が流通するようにしてもよい。また、複数の仕切板４６を設けることによって複数の第２中空領域５２が設けられる構成においては、冷媒５が流通する第２中空領域５２と冷媒５が流通しない第２中空領域５２とが設けられてもよい。たとえば図１０の変形例では、底面部２１が、第１中空領域１５１と、２つの第２中空領域１５２ａおよび１５２ｂとを備える。第１中空領域１５１と、下面板４２側の第２中空領域１５２ｂとには、仕切板４６に形成された貫通孔１５３を介して、冷媒５が流れる。２枚の仕切板４６によって区画された中央の第２中空領域１５２ａは、仕切板４６および隔壁５３によって冷媒５の流通経路から隔離されており、冷媒５が流通しない。なお、図１０の変形例では、第１中空領域１５１の第１フィンおよび第２中空領域１５２ｂの第２フィンが、Ａ方向に延びており、第２中空領域１５２ａの第２フィン６２がＢ方向（図１０の紙面と直交する方向）に延びる例を示している。

　また、上記実施形態では、第１中空領域５１が、底面部２１に沿う面内で、冷媒入口４４から延びた後、少なくとも１回折り返して、冷媒出口４５に接続している例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば図５において、隔壁５３を設けないことによって、折り返しを有しない第１中空領域５１を形成してもよい。この場合、冷媒出口４５をＡ２方向側端部（図５の接続路５１ｂの形成位置）に配置し、冷媒５がＡ１方向端部の冷媒入口４４からＡ２方向端部の冷媒出口４５へ向けて、Ａ２方向に流れる構成としてよい。

　また、上記実施形態では、電池セル１の設置領域２３を構成する冷却部材２５と、電子機器４の設置領域２４を構成する板部材２６とを接合して一体化することにより、底面部２１を構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば電池セル１の設置領域２３と、電子機器４の設置領域２４との両方を構成する１つの冷却部材２５によって、底面部２１を構成してもよい。言い換えると、電池セル１の設置領域２３と、電子機器４の設置領域２４との両方を包含する範囲に亘って拡がるように、中空領域５０を形成してもよい。

　たとえば図１１に示す変形例では、中空領域２５０が、電池セル１の設置領域２３と重なる範囲を通過した後、電子機器４の設置領域２４と重なる範囲を通過するように形成されている。すなわち、中空領域２５０は、往路５１ａ、接続路５１ｂおよび復路５１ｃによって、電池セル１の設置領域２３と重なる範囲を通過するように形成された第１冷媒通路部２５１を有する。さらに、中空領域２５０は、第１冷媒通路部２５１（復路５１ｃのＡ１方向端部）から延びて、電子機器４の設置領域２４と重なる範囲を通過する第２冷媒通路部２５２を有する。冷媒入口４４から供給された冷媒５は、第１冷媒通路部２５１を通過する過程で電池セル１と熱交換（電池セル１を冷却）した後、第２冷媒通路部２５２を通過する過程で電子機器４と熱交換（電子機器４を冷却）して、冷媒出口４５から排出される。この変形例のバッテリトレイ２によれば、電池セル１だけでなく、バッテリ装置１００に搭載される電子機器４の冷却も行うことができる。

　なお、上記実施形態では、バッテリトレイ２（底面部２１）に、電池セル１の設置領域２３だけでなく、電子機器４の設置領域２４も設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、底面部２１に電子機器４の設置領域２４を設けなくてもよい。底面部２１には、少なくとも電池セル１の設置領域２３が設けられていればよい。また、底面部２１に電池セル１の設置領域２３に加えて、電子機器４の設置領域２４以外の他の設置領域を設けてもよい。

　また、底面部２１の平面形状は、任意である。図２では矩形状の冷却部材２５と台形形状の板部材２６とを組み合わせた形状の底面部２１を示したが、底面部２１は、平面視で四角形状その他の多角形状、楕円形状その他の丸みを帯びた形状、環状形状やＵ字状形状など、どのような形状を有していてもよい。

　また、上記実施形態では、冷媒入口４４および冷媒出口４５を底面部２１の上面板４１に設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。冷媒入口４４および冷媒出口４５は、中空領域５０（第１中空領域５１）に連通するように形成されていれば、底面部２１のどの部分に設けられていてもよい。たとえば、冷媒入口４４および冷媒出口４５を底面部２１の下面板４２に設けてもよいし、側壁４３に設けてもよい。たとえば、冷媒入口４４および冷媒出口４５は、側壁４３と、側面部２２を構成するフレーム２７とを貫通して外部に開口するように設けられていてもよい。

　また、上記実施形態では、電池セル１が、角型セルである例を示したが、本発明はこれに限られない。電池セルは、円筒形状の円筒型セル、パウチ状のラミネート型セルなどの、角型セル以外のタイプの電池セルであってもよい。

　１　電池セル
　２　バッテリトレイ（移動体用冷却器一体型バッテリトレイ）
　３　バッテリカバー
　５　冷媒
　２０　トレイ本体
　２１　底面部
　２２　側面部
　２３　設置領域
　４１　上面板
　４２　下面板
　４３、４３ａ、４３ｂ　側壁
　４４　冷媒入口
　４５　冷媒出口
　４６　仕切板
　５０、２５０　中空領域
　５１、１５１　第１中空領域
　５２、１５２ａ、１５２ｂ　第２中空領域
　６０、１６０　フィン部材（コルゲートフィン）
　６１　第１フィン（コルゲートフィン）
　６２　第２フィン（コルゲートフィン）
　１００　バッテリ装置（移動体用バッテリ装置）
　１０１　移動体

Claims (9)

1. 　電池セルが設置される底面部と、前記底面部の周縁から立ち上がる側面部と、を含む凹状のトレイ本体を備え、
   　前記底面部は、上面板および下面板と、前記上面板および前記下面板の間に配置された側壁とを含み、前記上面板、前記下面板および前記側壁により囲まれた中空領域を一体的に有し、
   　前記底面部は、前記中空領域内に連通する冷媒入口および冷媒出口と、前記中空領域内に配置されたフィン部材とを含む、移動体用冷却器一体型バッテリトレイ。
2. 　前記フィン部材は、前記底面部に沿う方向であって、かつ互いに交差する方向に延びる部分を有する、請求項１に記載の移動体用冷却器一体型バッテリトレイ。
3. 　前記フィン部材は、第１方向に延びるとともに、前記第１方向と直交する第２方向に向けて波状に曲がったコルゲートフィンである、請求項２に記載の移動体用冷却器一体型バッテリトレイ。
4. 　前記フィン部材は、第１フィンと、前記第１フィンに対して前記底面部の厚み方向に並ぶように配置された第２フィンとを含み、
   　前記第１フィンと、前記第２フィンとは、互いに直交する方向に延びている、請求項２に記載の移動体用冷却器一体型バッテリトレイ。
5. 　前記底面部は、前記上面板および前記下面板の間に配置され、前記中空領域を第１中空領域と第２中空領域とに区画する仕切板をさらに含み、
   　前記第１中空領域には、前記第１フィンが配置され、
   　前記第２中空領域には、前記第２フィンが配置されている、請求項４に記載の移動体用冷却器一体型バッテリトレイ。
6. 　前記第１中空領域は、前記上面板と前記仕切板との間に設けられ、前記冷媒入口および前記冷媒出口と連通し、
   　前記第２中空領域は、前記第１中空領域よりも前記底面部の下面側に配置され、前記第１中空領域とは流体的に隔離されている、請求項５に記載の移動体用冷却器一体型バッテリトレイ。
7. 　前記冷媒入口と前記冷媒出口とは、前記中空領域の縁部に沿って並んで設けられ、
   　前記中空領域は、前記底面部に沿う面内で、前記冷媒入口から延びた後、少なくとも１回折り返して、前記冷媒出口に接続している、請求項１に記載の移動体用冷却器一体型バッテリトレイ。
8. 　前記フィン部材は、前記底面部に沿う面内で、前記底面部における複数の前記電池セルの設置領域を包含する範囲に亘って形成されている、請求項１に記載の移動体用冷却器一体型バッテリトレイ。
9. 　電池セルと、前記電池セルが設置されるバッテリトレイと、前記バッテリトレイを覆うバッテリカバーとを備え、
   　前記バッテリトレイは、前記電池セルが設置される底面部と、前記底面部の周縁から立ち上がる側面部と、を含む凹状のトレイ本体を備え、
   　前記底面部は、上面板および下面板と、前記上面板および前記下面板の間に配置された側壁とを含み、前記上面板、前記下面板および前記側壁により囲まれた中空領域を一体的に有し、
   　前記底面部は、前記中空領域内に連通する冷媒入口および冷媒出口と、前記中空領域内に配置されたフィン部材とを含む、移動体用バッテリ装置。

Images