WO2023176095A1 - バッテリー冷却システム - Google Patents

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賢 高橋
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富士精工株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a battery cooling system, and more particularly, the present invention relates to a battery cooling system that uses a jacket having branch channels that branch off from a main channel and return back directly to a pump or fan that pumps refrigerant. Regarding the battery cooling system that cools the battery.
  • Patent Document 1 describes a battery (13) for driving an electric vehicle, a cooling member (14) having refrigerant passages (14a, 14b) inside, and a refrigerant supplying refrigerant to the cooling member (14).
  • a battery cooling device for an electric vehicle is disclosed that includes a supply pipe (15) and a refrigerant discharge pipe (16) that discharges refrigerant from the cooling member (14) (Claims of the claims of Patent Document 1) 1. See paragraphs [0027] to [0043] of the specification, FIGS. 1 to 8 of the drawings, etc.).
  • This battery cooling device includes a refrigerant jacket (14) that is integrally formed with a battery case (12) and has refrigerant passages (14a, 14b) inside, and refrigerant is supplied from the refrigerant supply pipe (15).
  • the refrigerant enters the refrigerant inlets (20) of the pair of refrigerant jackets (14) located at the frontmost position, branches into left and right refrigerant supply passages (14a), flows outward in the vehicle width direction, and makes a U-turn at the communication chamber (23).
  • the refrigerant flows inward in the vehicle width direction through the left and right refrigerant discharge passages (14b), merges at the refrigerant outlet (21), and is returned to the refrigerant discharge pipe (16) (paragraph [0037] of the specification of Patent Document 1). reference).
  • Patent Document 2 describes a plurality of coolers (30, 31, 32, 33) and a refrigerant supply flow path (W20) that supplies refrigerant to a plurality of the coolers (Claim 1 of the claims of Patent Document 2, Specification). (See paragraphs [0011] to [0021] of the book, Figures 1 to 3 of the drawings, etc.).
  • the refrigerant supply flow path of the cooling system described in Patent Document 2 includes a main flow path (W21) through which the refrigerant flows, and a plurality of coolers (30, 31, 32, 33) branched from the main flow path (W21).
  • a plurality of branch channels (W22a, W22b, W22c, W22d) are formed to distribute the refrigerant to each branch channel (W22a, W22b, W22c, W22d). ) are arranged, so that refrigerant is supplied to the plurality of coolers (30, 31, 32, 33) in parallel.
  • the cooling system described in Patent Document 2 also branches from the main channel (W21) into branch channels (W22a, W22b, W22c, W22d) in the refrigerant supply channel.
  • the passage can be improved by providing a constricted part (301, 311, 321, 331) in the part from the branch part (Pb) to the heat exchange part (300, 310, 320, 330). Water resistance equalizes the flow rate of refrigerant.
  • the cooling system described in Patent Document 2 like the battery cooling device in Patent Document 1, has the problem that the flow rate of cooling water flowing to each jacket varies due to variations in passage area and bending, and the battery pack The problem of variations in the temperature of each battery pack cannot be solved because variations in the amount of heat generated occur due to product errors.
  • Patent Document 3 describes a common channel through which a refrigerant flows, a plurality of branch channels connected to the common channel and for supplying refrigerant to one or more objects to be cooled, and a plurality of branch channels connected to each branch channel.
  • a cooling system is disclosed that includes at least one EHD flow rate adjustment device for adjusting the inflow amount of refrigerant (Claim 1 of Patent Document 3, paragraphs [0039] to [0039] of the specification). [0056], see FIGS. 1 to 6 of the drawings, etc.).
  • Patent Document 3 uses an EHD flow rate adjustment device to adjust the flow rate of the refrigerant, which requires complex control and, like electric vehicles, vibrates and can cause serious accidents due to malfunction. Mechanisms that are susceptible to this problem have a problem in that they are unsuitable due to their lack of durability and reliability.
  • the present invention has been devised to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to provide each battery pack with a mechanism that is inexpensive, simple, durable, and has few malfunctions and is highly reliable.
  • the object of the present invention is to provide a battery cooling system that can increase or decrease the flow resistance of a refrigerant according to the amount of heat generated by the refrigerant and distribute the flow to an appropriate flow rate.
  • a battery cooling system is a battery cooling system that cools a battery made up of a plurality of battery packs using a jacket having a branch flow path that branches off and returns from a main flow path that is directly connected to a pressure feeding means that pumps a refrigerant. and a self-powered temperature control valve that adjusts the opening degree of the valve according to the temperature of the surrounding refrigerant is provided in the branch flow path that flows out from the flow path of the jacket to the outside and returns to the main flow path. It is characterized by
  • a battery cooling system is characterized in that in the first invention, the temperature control valve is a wax type thermostat.
  • a battery cooling system is characterized in that in the first invention, the temperature control valve is a bellows type thermostat.
  • a battery cooling system is characterized in that in the first invention, the temperature control valve is an SMA type thermostat.
  • a battery cooling system is characterized in that, in any one of the first to fourth aspects of the invention, a leak hole is formed in the temperature control valve.
  • a battery cooling system is characterized in that in the fifth invention, the leak hole is a leak groove formed in a part of the valve seat or the valve body.
  • a battery cooling system according to a seventh invention is characterized in that it has a pressure relief structure in any one of the first to sixth inventions.
  • the flow resistance of the refrigerant can be increased or decreased according to the amount of heat generated by each battery pack to distribute the flow rate to an appropriate amount, and the battery temperature of each cell can be managed uniformly. I can do it. Therefore, the lifespan of the battery pack and battery can be extended and durability can be improved.
  • the above-mentioned effects are achieved with a temperature control valve that has been used for many years as a cooling means for internal combustion engines of automobiles and the like that vibrate and may cause serious accidents due to malfunction. Therefore, it is inexpensive, simple, durable, and highly reliable with few malfunctions.
  • the fifth invention by constantly measuring the temperature of the refrigerant while allowing a constant amount of refrigerant to constantly flow through the leak hole, it becomes possible to constantly monitor the temperature of each battery pack.
  • the foreign matter can be removed by being swept away by the refrigerant.
  • the refrigerant can be circulated even in the temperature range before the thermostat valve opens by increasing the output of the pump that pumps the refrigerant as necessary. .
  • FIG. 1 is a schematic plan view schematically showing the configuration of a battery cooling system according to an embodiment of the present invention. It is a sectional view showing the composition of the temperature control valve concerning a 1st embodiment of the present invention. It is a 1st open state explanatory diagram which shows the valve open state by temperature sensing of the temperature control valve same as the above. It is a 2nd open state explanatory diagram which shows the valve open state by pressure sensing of the temperature control valve same as the above.
  • FIG. 5(a) is a sectional view showing the configuration of a temperature control valve according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5(b) is an enlarged view of section A in FIG. 5(a).
  • FIG. 6(a) is a sectional view showing the configuration of a temperature control valve according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 6(b) is an enlarged view of section B in FIG. 6(a).
  • FIG. 1 is a schematic plan view schematically showing the configuration of a battery cooling system 1 according to an embodiment of the present invention.
  • a battery cooling system 1 is a cooling system that mainly includes a water jacket 2 that cools the battery by circulating cooling water as a refrigerant. Furthermore, the battery to be cooled by the battery cooling system 1 according to the present embodiment is a battery pack 3 in which a battery module in which a plurality of battery cells are stacked and integrated is housed in a case. It is.
  • the water jacket 2 As shown in FIG. 1, the water jacket 2 according to this embodiment is provided for each battery pack 3, and one corresponding battery pack 3 is installed on each of the water jackets 2. Specifically, in the water jacket 2, the bottom surface of the case of the battery pack 3 and the water jacket 2 are integrated. However, the water jacket 2 is separate from the case of the battery pack 3, and the case of the battery pack 3 may be placed on top of the water jacket 2 and in contact with it. In short, the water jacket 2 and the battery pack 3 only need to be provided in close contact with each other or in close proximity to each other so as to quickly transfer heat and cool them.
  • This water jacket 2 has a main body made of a rectangular metal plate, and a supply channel and a discharge channel for supplying cooling water are formed inside the main body. That is, as shown in FIG. 1, the battery cooling system 1 includes a supply trunk flow path 10 and a discharge trunk flow path 11, which are trunk flow paths that are directly connected to a pump P, which is a pumping means for pumping refrigerant, without going through a branch. It has a plurality of supply branch channels 12 and a plurality of discharge branch channels 13, which are branch channels that branch from there in parallel at a plurality of locations and return to the main channel.
  • a temperature control valve 5 is provided at the outlet of the water jacket 2 from the discharge channel to the external discharge main channel 11.
  • a temperature control valve 5 which is a wax type thermostat, is provided in the middle of the discharge branch flow path 13 returning from each water jacket 2 to the discharge main flow path 11.
  • the temperature control valve according to the present invention is not limited to a wax-type thermostat, but may be a bellows-type thermostat in which ether is sealed in an elastic bellows and the valve is opened and closed by expanding and contracting the ether due to heat. I don't mind. Further, the temperature control valve according to the present invention may be another type of thermostat such as an SMA type thermostat that opens and closes the valve using a shape memory alloy. In short, the temperature control valve according to the present invention may be any temperature control valve that adjusts the opening degree of the valve according to the temperature of the surrounding refrigerant.
  • FIG. 2 is a sectional view showing the configuration of the temperature control valve 5 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a first open state explanatory diagram showing a valve open state due to temperature sensing of the temperature control valve 5
  • FIG. 4 is a second open state explanatory diagram showing a valve open state due to pressure sensing of the temperature control valve 5. It is a diagram.
  • the temperature control valve 5 is a wax type in which a stainless steel mounting frame 51 is fitted into a cylindrical metal case 50 made of aluminum alloy or the like, and a wax pellet 6 is mounted inside the mounting frame 51. It's a thermostat. Further, an O-ring 52 made of EPDM (ethylene propylene diene rubber) is attached to the groove on the outer periphery of the case 50, and a retaining ring 53 made of stainless steel is attached to the bottom of the case 50 to close the gap with the wax pellet 6. It is being
  • the wax pellet 6 includes a housing 60 in which paraffin wax is sealed, and a piston rod 61 that is freely retractable into the housing 60.
  • This temperature control valve 5 has a mechanism in which a piston rod 61 is made to protrude by the expansion of wax, and a valve body 7 attached to the piston rod 61 is pushed up, thereby opening the valve.
  • the wax encapsulated in the wax pellets 6 is not limited to paraffin wax, and it goes without saying that any substance, such as microwax, that has a predetermined thermal expansion characteristic with a relatively large change in volume may be used.
  • the valve body 7 has a valve body 70 made of a doughnut-shaped stainless steel plate as a base, and the periphery of the valve body 70 is covered with a sealing material 71 made of EPDM (ethylene propylene diene rubber). Further, as shown in FIG. 2, the sealing material 71 is provided with protrusions on the lower surface, which is the contact surface with the piston rod 61 surrounded by a dashed-dotted circle, which is the leak path point, and the contact surface with the case 50.
  • the rubber seal is designed to eliminate leaks.
  • a stainless steel coil spring 8 is interposed between the valve body 7 and the mounting frame 51 to bias the valve body 7 in the direction toward the wax pellet 6 side.
  • the temperature control valve 5 when the temperature control valve 5 is actuated and opened by temperature sensing in the first open state, the temperature control valve 5 is heated through the discharge branch channel 13 by the heat generated by the individual battery packs 3 described above.
  • the cooling water flows around the wax pellet 6, and the wax in the housing 60 is warmed and thermally expanded, causing the piston rod 61 to protrude.
  • valve body 7 fitted with the piston rod 61 is pushed up, the amount of opening of the valve is increased, and the flow rate of cooling water is increased, so that only the battery pack 3, which generates a high amount of heat, is affected by the water jacket 2. can be cooled down.
  • valve body 7 when the temperature control valve 5 is actuated and opened by pressure sensing in the second open state, the valve body 7 is connected to the piston rod regardless of the amount of protrusion of the piston rod 61. It has a pressure relief structure in which the part fitted to 61 can be removed. Thereby, the abnormal pressure in the branch flow path of the water jacket 2 can be released, and the water jacket 2 and the entire flow path of the battery cooling system 1 can be protected.
  • the temperature control valve 5 can be Even in this temperature range, the refrigerant can be circulated by increasing the output of the pump that pumps the refrigerant as necessary.
  • pressure relief structure of the temperature control valve 5 is exemplified in which the fitting portion of the valve body 7 comes off from the piston rod 61, if the valve body 7 is deformed by pressure and pushed open, etc.
  • Other pressure relief structures may be used in which pressure is released when pressure is applied.
  • the flow resistance of the refrigerant can be increased or decreased according to the calorific value of each battery pack 3, and the refrigerant can be distributed at an appropriate flow rate.
  • the battery temperature of each cell can be managed uniformly. Therefore, the lifespan of the battery pack 3 and the battery can be extended and durability can be improved.
  • the above-mentioned effects are achieved using a temperature control valve that has a long track record as a cooling means for internal combustion engines such as automobiles that vibrate and may cause serious accidents due to malfunction. , it can be made inexpensive, simple, durable, less likely to malfunction, and highly reliable.
  • the temperature control valve 5 has a pressure relief structure in which the valve (valve body 7) opens to release pressure when the pressure applied to the valve body 7 exceeds a predetermined value. Even in the temperature range before the thermostat valve opens, the refrigerant can be circulated by increasing the output of the pump that pumps the refrigerant as necessary.
  • FIG. 5(a) is a sectional view showing the configuration of a temperature control valve 5' according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 5(b) is an enlarged view of section A in FIG. 5(a).
  • the temperature control valve 5' according to the second embodiment includes a metal case 50' made of aluminum alloy or the like, a stainless steel cap 51' and a ring-shaped frame 52'. It is a wax type thermostat that is fitted and fixed, and a wax pellet 6' is installed inside it.
  • the temperature control valve 5' according to the second embodiment differs from the temperature control valve 5 according to the first embodiment described above mainly in the valve body portion.
  • the wax pellet 6' includes a housing 60' in which paraffin wax is sealed, and a piston rod 61' that is freely retractable into the housing 60'.
  • the temperature control valve 5' differs from the temperature control valve 5 described above in that the wax expands to cause the piston rod 61' to protrude and push down the valve body 7' fitted in the housing 60' to open the valve. The mechanism is to do so.
  • the wax encapsulated in the wax pellet 6' is not limited to paraffin wax, and may be any substance such as microwax that has a predetermined thermal expansion characteristic and has a relatively large change in volume.
  • This valve body 7' has a valve body 70' made of a donut-shaped stainless steel plate, and allows a small amount (predetermined amount) of cooling water, which is a refrigerant, to flow through the valve body 70' even when the valve is closed.
  • a leak hole 72' is bored. Therefore, according to the battery cooling system 1 in which the temperature control valve 5' according to the second embodiment is installed in the discharge branch flow path 13 described above, even when the temperature control valve 5' is closed, the cooling water is leaked through the leak hole 72'. can be made to always flow in a constant amount through the discharge branch channel 13. Therefore, according to the battery cooling system 1 equipped with the temperature control valve 5', the temperature of each battery pack 3 can be constantly monitored by constantly measuring the temperature of the cooling water that has passed through the battery pack 3.
  • valve body 7' may also be covered with a rubber material such as EPDM (ethylene propylene diene rubber), similarly to the aforementioned valve body 7.
  • EPDM ethylene propylene diene rubber
  • a stainless steel coil spring 8' is interposed between the valve body 7' and the bottom surface of the case 50', so that the valve body 7' is placed on the bottom side of the case 50'.
  • the wax pellet 6' is biased toward the wax pellet 6'.
  • FIG. 6(a) shows the configuration of a temperature control valve 5'' according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6(b) is an enlarged view of section B in FIG. 6(a).
  • the temperature control valve 5'' according to the third embodiment differs from the temperature control valve 5' according to the second embodiment described above in the valve body portion, and the other parts have substantially the same configuration.
  • the same components as the temperature control valve 5' according to the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the valve body 7'' of the temperature control valve 5'' according to the third embodiment has a valve body 70'' made of a donut-shaped stainless steel plate, and a leak hole 72' is provided in the valve body 70'' even when the valve is closed.
  • a leak groove 72'' is formed by partially cutting out a portion of the valve body 70' to allow a predetermined amount of cooling water to flow.For this reason, the temperature control valve 5'' according to the third embodiment is described above.
  • the leak groove 72'' allows the cooling water to flow even when the temperature control valve 5'' is closed, so that the temperature of the cooling water that has passed through the battery pack 3 is maintained at all times.
  • the temperature of each battery pack 3 can be constantly monitored. Furthermore, according to the battery cooling system 1 equipped with the temperature control valve 5'', even if the leak groove 72'' is clogged with foreign matter, the foreign matter can be removed by opening the temperature control valve 5'' and opening the valve body 7''. This can be removed by flushing it away from the leak groove 72'' with cooling water.
  • valve body 7'' may also be covered with a rubber material such as EPDM (ethylene propylene diene rubber) like the valve body 7 described above.
  • EPDM ethylene propylene diene rubber
  • this leak groove 72'' is not formed on the valve body 7'', but on the valve seat side, that is, in the case of the illustrated embodiment, the cap 51, which is the other side that closes and closes with the valve body 7''. It doesn't matter if a part of the case 50 is cut out and a leak groove is formed.Even in that case, the cooling water can flow even when the valve is closed, and the cooling water can remove foreign substances when the valve is opened. This is because it can be removed by washing away.
  • the battery cooling system 1 according to the embodiment of the present invention and the temperature control valves 5 to 5'' according to the first to third embodiments have been described in detail. These are merely examples of specific embodiments for carrying out the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be construed as being limited by these.
  • cooling water is used as a refrigerant.
  • any refrigerant made of a fluid having an appropriate heat capacity capable of cooling the battery pack may be used.
  • Battery cooling system 10 Supply main channel 11: Discharge main channel 12: Supply branch channel 13: Discharge branch channel 2: Water jacket 3: Battery pack 5, 5', 5'': Temperature control valve 50, 50' : Case 51: Mounting frame 51': Cap 52: O-ring 52': Frame body 53: Retaining ring 6, 6': Wax pellet 60, 60': Housing 61, 61': Piston rod 7, 7', 7'' : Valve body 70, 70', 70'': Valve body 71: Seal material 72': Leak hole 72'': Leak groove 8, 8': Coil spring P: Pump (pressure feeding means)

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Abstract

【課題】安価且つ簡便で耐久性及び誤作動が少なく信頼性の高い機構によりそれぞれの電池パックの発熱量に応じて冷媒の流動抵抗を増減して適切な流量に分配可能なバッテリー冷却システムを提供する。 【解決手段】冷媒を圧送する圧送手段（ポンプＰ）と直接接続された幹流路（供給幹流路１０，排出幹流路１１）から分岐して戻る枝流路（供給枝流路１２，排出枝流路１３）を有するジャケット２により複数の電池パック３からなるバッテリーを冷却するバッテリー冷却システム１において、ジャケット２の流路から外部へ流れ出て前記幹流路（排出幹流路１１）に戻る前記枝流路（排出枝流路１３）に、周囲の冷媒の温度に応じてバルブの開度を調整する自力式の温調弁（５，５'，５"）を設ける。

Description

バッテリー冷却システム
　本発明は、バッテリー冷却システムに関し、詳しくは、冷媒を圧送するポンプやファンなどの圧送手段と直接接続された幹流路から分岐して戻る枝流路を有するジャケットにより、複数の電池パックからなるバッテリーを冷却するバッテリー冷却システムに関する。
　近年、電気自動車や電動工具に代表される動力用途でのバッテリーの需要が増えており、複数のセルからなる電池パックが一体化されたバッテリーでは、このような動力用途の場合、通電電流が大きいため電池の発熱量も大きくなる傾向にある。また、高温での電池の使用は劣化を促進してしまうため、保護のために電池からの出力を落とすか又は充電速度を落とす必要がある。
　しかし、複数の電池パックは、直列接続のため、バッテリー全体の出力や充電速度を落とすことが必要となる。よって、何らかの冷却システムでそれぞれの電池パックを確実に冷却して個々の電池パックの温度を均一化する必要がある。
　つまり、このような電池パックには、温度依存性があり、電池寿命に対して電池温度は重大な影響を及ぼすため、複数のセルから構成される電池パックのバッテリーの場合、各セルの電池温度の均一化を図ることが重要となる。このような電池の冷却や温度の均一化を目的として、電池パック内に冷媒の流路を設け、これを電動ポンプや電動ファンにより駆動させて、冷媒を流動させる手法が一般的に用いられている。
　例えば、特許文献１には、電動車両の駆動用のバッテリ（１３）と、内部に冷媒通路（１４ａ，１４ｂ）を有する冷却部材（１４）と、前記冷却部材（１４）に冷媒を供給する冷媒供給配管（１５）と、前記冷却部材（１４）から冷媒を排出する冷媒排出配管（１６）とを備える電動車両のバッテリー冷却装置が開示されている（特許文献１の特許請求の範囲の請求項１、明細書の段落［００２７］～［００４３］、図面の図１～図８等参照）。
　このバッテリー冷却装置は、バッテリケース（１２）に一体に形成されて内部に冷媒通路（１４ａ，１４ｂ）を有する冷媒ジャケット（１４）を備えており、この冷媒供給配管（１５）から供給される冷媒は、最も前方に位置する一対の冷媒ジャケット（１４）の冷媒入口（２０）から左右両側の冷媒供給通路（１４ａ）に分岐して車幅方向外側に流れ、連通室（２３）でＵターンして左右両側の冷媒排出通路（１４ｂ）を車幅方向内側に流れ、冷媒出口（２１）で合流して冷媒排出配管（１６）に戻されている（特許文献１の明細書の段落［００３７］参照）。
　このような特許文献１のバッテリー冷却装置では、上流側の三対の冷媒ジャケット（１４）の冷媒入口（２０）及び冷媒出口（２１）の内径ｄ１を小さくし、下流側の三対の冷媒ジャケット（１４）の冷媒入口（２０）及び冷媒出口（２１）の内径ｄ２を大きく設定したことで、六対の冷媒ジャケット（１４）への冷媒の供給量を均一化して全てのバッテリモジュール（１３）を均等に冷却するものである（特許文献１の明細書の段落［００３８］参照）。
　しかし、冷媒管路の内径やオリフィス等での通水抵抗により冷媒の流量を均一化する手法は、実際には、通路面積や曲がりなどのバラツキにより各ジャケットに流れる冷却水の流量にバラツキが発生するという問題がある。その上、実際には、電池パックの製品誤差により発熱量のバラツキが生じるため、各電池パックの温度にバラツキが発生し、通水抵抗の均一化だけでは全ての電池パックの温度を均一化することはできないという問題がある。
　また、特許文献２には、内部を流れる冷媒と電池（２０）との熱交換により前記電池を冷却する熱交換部（３００，３１０，３２０，３３０）を有する複数の冷却器（３０，３１，３２，３３）と、複数の前記冷却器に冷媒を供給する冷媒供給流路（Ｗ２０）と、を備えた冷却システムが開示されている（特許文献２の特許請求の範囲の請求項１、明細書の段落［００１１］～［００２１］、図面の図１～図３等参照）。
　この特許文献２に記載の冷却システムの冷媒供給流路には、冷媒が流れる主流路（Ｗ２１）と、主流路（Ｗ２１）から分岐して複数の冷却器（３０，３１，３２，３３）のそれぞれに冷媒を分配する複数の分岐流路（Ｗ２２ａ，Ｗ２２ｂ，Ｗ２２ｃ，Ｗ２２ｄ）とが形成され、複数の分岐流路（Ｗ２２ａ，Ｗ２２ｂ，Ｗ２２ｃ，Ｗ２２ｄ）に冷却器（３０，３１，３２，３３）がそれぞれ配置されることにより複数の冷却器（３０，３１，３２，３３）に冷媒が並列に供給されている。
　そして、特許文献２に記載の冷却システムも、特許文献１のバッテリ冷却装置と同様に、冷媒供給流路において主流路（Ｗ２１）から分岐流路（Ｗ２２ａ，Ｗ２２ｂ，Ｗ２２ｃ，Ｗ２２ｄ）に分岐している部分を分岐部（Ｐｂ）とするとき、分岐部（Ｐｂ）から熱交換部（３００，３１０，３２０，３３０）までの部分に絞り部（３０１，３１１，３２１，３３１）を設けることで通水抵抗により冷媒の流量を均一化している。
　しかし、特許文献２に記載の冷却システムは、特許文献１のバッテリ冷却装置と同様に、通路面積や曲がりなどのバラツキにより各ジャケットに流れる冷却水の流量にバラツキが発生するという問題と、電池パックの製品誤差により発熱量のバラツキが生じるため、各電池パックの温度にバラツキが発生するという問題を解消することができていない。
　また、特許文献３には、冷媒が流れる共通流路と、共通流路に接続され、１以上の冷却対象物にそれぞれ冷媒を供給するための複数の分岐流路と、各々の分岐流路への冷媒の流入量を調節するための少なくとも一つのＥＨＤ流量調整デバイスと、を備える冷却システムが開示されている（特許文献３の特許請求の範囲の請求項１、明細書の段落［００３９］～［００５６］、図面の図１～図６等参照）。
　しかし、特許文献３に記載の冷却システムは、ＥＨＤ流量調整デバイスで冷媒の流量を調整するものであり、複雑な制御が必要な上、電動車等のように、振動し、誤作動で重大事故のおそれがある機構には、耐久性や信頼性が乏しく不向きであるという問題があった。
特開２０１９－１８６１４９号公報 特開２０２０－１４０９５５号公報 特開２０２０－１７３９６４号公報
　そこで、本発明は、前記問題点を解決するために案出されたものであり、その目的とするところは、安価且つ簡便で耐久性及び誤作動が少なく信頼性の高い機構によりそれぞれの電池パックの発熱量に応じて冷媒の流動抵抗を増減して適切な流量に分配可能なバッテリー冷却システムを提供することにある。
　第１発明に係るバッテリー冷却システムは、冷媒を圧送する圧送手段と直接接続された幹流路から分岐して戻る枝流路を有するジャケットにより複数の電池パックからなるバッテリーを冷却するバッテリー冷却システムであって、前記ジャケットの流路から外部へ流れ出て前記幹流路に戻る前記枝流路に、周囲の冷媒の温度に応じてバルブの開度を調整する自力式の温調弁が設けられていることを特徴とする。
　第２発明に係るバッテリー冷却システムは、第１発明において、前記温調弁は、ワックス式サーモスタットであることを特徴とする。
　第３発明に係るバッテリー冷却システムは、第１発明において、前記温調弁は、ベローズ式サーモスタットであることを特徴とする。
　第４発明に係るバッテリー冷却システムは、第１発明において、前記温調弁は、ＳＭＡ式サーモスタットであることを特徴とする。
　第５発明に係るバッテリー冷却システムは、第１発明ないし第４発明のいずれかの発明において、前記温調弁には、リーク穴が形成されていることを特徴とする。
　第６発明に係るバッテリー冷却システムは、第５発明において、前記リーク穴は、弁座又は弁体の一部に形成されたリーク溝であることを特徴とする。
　第７発明に係るバッテリー冷却システムは、第１発明ないし第６発明のいずれかの発明において、圧力リリーフ構造を有していることを特徴とする。
　第１発明～第７発明によれば、それぞれの電池パックの発熱量に応じて冷媒の流動抵抗を増減して適切な流量に分配することができ、各セルの電池温度を均一に管理することができる。このため、電池パック及びバッテリーの寿命を延ばして耐久性を向上させることができる。
　また、第１発明～第７発明によれば、振動し、誤作動で重大事故のおそれがある自動車等の内燃機関の冷却手段として既に長年の実績がある温調弁で前記作用効果を達成しているため、安価且つ簡便で耐久性及び誤作動が少なく信頼性の高いものとなる。
　特に、第５発明によれば、リーク穴により冷媒が一定量常に流れるようにして冷媒の温度を常時計測することにより、個々の電池パックの温度を常時監視できるようになる。
　特に、第６発明によれば、リーク穴に異物が詰まった場合でも開弁することにより異物を冷媒で押し流して除去できるようになる。
　特に、第７発明によれば、圧力リリーフ構造を持たせることにより、サーモスタット開弁前の温度域でも、必要に応じて冷媒を圧送するポンプの出力を高くすることで冷媒を流通させることができる。
本発明の実施形態に係るバッテリー冷却システムの構成を模式的に示す概略平面図である。 本発明の第１実施形態に係る温調弁の構成を示す断面図である。 同上の温調弁の温度感知によるバルブ開放状態を示す第１開放状態説明図である。 同上の温調弁の圧力感知によるバルブ開放状態を示す第２開放状態説明図である。 図５（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る温調弁の構成を示す断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ部拡大図である。 図６（ａ）は、本発明の第３実施形態に係る温調弁の構成を示す断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ部拡大図である。
　以下、本発明の実施の形態に係るバッテリー冷却システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
＜バッテリー冷却システム＞
　図１を用いて、本発明の実施の形態に係るバッテリー冷却システム１について説明する。電動車の床下に搭載されたＩＰＵ（インテリジェントパワーユニット）のバッテリーを冷却する場合を例示して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るバッテリー冷却システム１の構成を模式的に示す概略平面図である。
　図１に示すように、本発明の実施の形態に係るバッテリー冷却システム１は、冷媒として冷却水を流通させてバッテリーを冷却するウォータージャケット２を主体とする冷却システムである。また、本実施形態に係るバッテリー冷却システム１で冷却対象とするバッテリーは、複数個のバッテリセルが積層されて一体化されたバッテリモジュールがケース内に収容された電池パック３が複数個集まったものである。
（ウォータージャケット）
　本実施形態に係るウォータージャケット２は、図１に示すように、電池パック３毎に設けられており、ウォータージャケット２のそれぞれの上に対応する一個の電池パック３が設置されている。具体的には、ウォータージャケット２は、電池パック３のケースの底面とウォータージャケット２が一体化されている。但し、ウォータージャケット２は、電池パック３のケースと別体となっており、ウォータージャケット２の上に、電池パック３のケースが載置されて接していても構わない。要するに、ウォータージャケット２と電池パック３は、素早く熱伝達して冷却できるように密着又は近接して設けられていればよい。
　このウォータージャケット２は、矩形状の金属板で構成される本体部の内部に冷却水を供給する供給流路及び排出流路が形成されている。つまり、図１に示すように、バッテリー冷却システム１は、冷媒を圧送する圧送手段であるポンプＰと分岐を経ずに直接接続された幹流路である供給幹流路１０及び排出幹流路１１と、そこから並列に複数個所で分岐して幹流路に戻る枝流路である複数の供給枝流路１２及び排出枝流路１３を有している。
（温調弁）
　そして、図１に示すように、ウォータージャケット２の排出流路から外部の排出幹流路１１へ流れ出る出口に温調弁５が設けられている。本実施形態に係るバッテリー冷却システム１では、各ウォータージャケット２から排出幹流路１１へ戻る排出枝流路１３の途中にワックス式サーモスタットである温調弁５が設けられている。
　但し、本発明に係る温調弁は、ワックス式サーモスタットに限られず、伸縮性のあるベローズの中にエーテルを密封し、熱によりエーテルが膨張・収縮することで弁を開閉するベローズ式サーモスタットであっても構わない。また、本発明に係る温調弁は、形状記憶合金（Shape memory alloy）により弁を開閉するＳＭＡ式サーモスタットなど他の形式のサーモスタットであっても構わない。要するに、本発明に係る温調弁は、周囲の冷媒の温度に応じてバルブの開度を調整する温調弁であればよい。
＜温調弁＞
［第１実施形態］
　次に、図２～図４を用いて、本発明の第１実施形態に係る温調弁５についてさらに詳細に説明する。図２は、本発明の第１実施形態に係る温調弁５の構成を示す断面図である。また、図３は、温調弁５の温度感知によるバルブ開放状態を示す第１開放状態説明図であり、図４は、温調弁５の圧力感知によるバルブ開放状態を示す第２開放状態説明図である。
　図２に示すように、温調弁５は、アルミ合金などからなる円筒状の金属製のケース５０にステンレス製の取付枠５１が嵌め込まれて、その内部にワックスペレット６が装着されたワックス式サーモスタットである。また、ケース５０の外周の溝部には、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）製のＯリング５２が装着され、ケース５０の底面には、ワックスペレット６との隙間を塞ぐステンレス製の止め輪５３が取り付けられている。
　また、ワックスペレット６は、パラフィンワックスが封入されたハウジング６０と、このハウジング６０に対して突没自在なピストンロッド６１と、を備えている。この温調弁５は、ワックスの膨張でピストンロッド６１を突出させてピストンロッド６１に装着された弁体７を押し上げ、バルブを開放する仕組みとなっている。勿論、ワックスペレット６に封入されるワックスは、パラフィンワックスに限られず、マイクロワックスなど、比較的体積変化の大きい所定の熱膨張特性を有する物質であればよいことは云うまでもない。
　弁体７は、ドーナツ状のステンレス鋼板からなる弁本体７０を基体とし、その弁本体７０の周囲がＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）からなるシール材７１で被覆されている。また、図２に示すように、シール材７１は、リークパスポイントである一点鎖線の円で囲われたピストンロッド６１との接触面及びケース５０との接触面である下面に突出部を設け、完全ゴムシールすることでリークを無くすように設計されている。
　なお、弁体７と取付枠５１との間には、ステンレス製のコイルスプリング８が介装されて、弁体７がワックスペレット６側となる方向に付勢されている。
　図３に示すように、温調弁５は、第１開放状態である温度感知によりバルブを作動して開放する場合は、前述の個々の電池パック３の発熱により排出枝流路１３を通じて温められた冷却水がワックスペレット６の周囲に流入し、ハウジング６０内のワックスが温められて熱膨張し、ピストンロッド６１が突出する。
　これにより、ピストンロッド６１の嵌着された弁体７が押し上げられ、バルブの開放量が増加し、冷却水の流量が増加することにより、ウォータージャケット２で発熱量の高い電池パック３だけを効果的に冷却することができる。
　また、図４に示すように、温調弁５は、第２開放状態である圧力感知によりバルブを作動して開放する場合は、ピストンロッド６１の突出量にかかわらず、弁体７がピストンロッド６１に嵌着されている部分が外れる圧力リリーフ構造となっている。これにより、ウォータージャケット２の枝流路内の異常圧力を開放することができ、ウォータージャケット２及びバッテリー冷却システム１の流路全体を保護することができる。
　その上、このような弁体７にかかる圧力が所定の値以上になるとバルブ（弁体７）が開いて圧力を開放する圧力リリーフ構造を温調弁５に持たせることにより、サーモスタット開弁前の温度域でも、必要に応じて冷媒を圧送するポンプの出力を高くすることで冷媒を流通させることができる。
　なお、温調弁５の圧力リリーフ構造としてピストンロッド６１から弁体７の嵌着部分が外れる場合を例示したが、弁体７が圧力で変形して押し開くなど、弁体７に一定以上の圧力が作用した場合に圧力が開放される他の圧力リリーフ構造としてもよい。
　以上説明したバッテリー冷却システム１によれば、温調弁５を開閉することにより、それぞれの電池パック３の発熱量に応じて冷媒の流動抵抗を増減して適切な流量に分配することができ、各セルの電池温度を均一に管理することができる。このため、電池パック３及びバッテリーの寿命を延ばして耐久性を向上させることができる。
　また、バッテリー冷却システム１によれば、振動し、誤作動で重大事故のおそれがある自動車等の内燃機関の冷却手段として既に長年の実績がある温調弁で前記作用効果を達成しているため、安価且つ簡便で耐久性及び誤作動が少なく信頼性の高いものとすることができる。
　それに加え、バッテリー冷却システム１によれば、温調弁５が弁体７にかかる圧力が所定の値以上になるとバルブ（弁体７）が開いて圧力を開放する圧力リリーフ構造となっているので、サーモスタット開弁前の温度域でも、必要に応じて冷媒を圧送するポンプの出力を高くすることで冷媒を流通させることができる。
［第２実施形態］
　次に、図５を用いて、本発明の第２実施形態に係る温調弁５’について説明する。図５（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る温調弁５’の構成を示す断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ部拡大図である。図５（ａ）に示すように、第２実施形態に係る温調弁５’は、アルミ合金などからなる金属製のケース５０’にステンレス製のキャップ５１’及びリング状の枠体５２’が嵌め込まれて固着され、その内部にワックスペレット６’が装着されたワックス式サーモスタットである。なお、第２実施形態に係る温調弁５’が、前述の第１実施形態に係る温調弁５と相違する点は、主に弁体部分である。
　ワックスペレット６’は、前述のワックスペレット６と同様に、パラフィンワックスが封入されたハウジング６０’と、このハウジング６０’に対して突没自在なピストンロッド６１’と、を備えている。但し、温調弁５’は、前述の温調弁５と相違して、ワックスの膨張でピストンロッド６１’を突出させてハウジング６０’に嵌着された弁体７’を押し下げ、バルブを開放する仕組みとなっている。勿論、ワックスペレット６’に封入されるワックスも、パラフィンワックスに限られず、マイクロワックスなど、比較的体積変化の大きい所定の熱膨張特性を有する物質であればよいことは云うまでもない。
　この弁体７’は、ドーナツ状のステンレス鋼板からなる弁本体７０’を有し、その弁本体７０’にバルブ閉鎖時でも冷媒である冷却水を温度計測可能な少量（所定量）流通させるためのリーク穴７２’が穿設されている。このため、第２実施形態に係る温調弁５’を前述の排出枝流路１３に搭載したバッテリー冷却システム１によれば、温調弁５’のバルブ閉鎖時でもリーク穴７２’により冷却水が排出枝流路１３を一定量常に流れるようにすることができる。よって、温調弁５’を搭載したバッテリー冷却システム１によれば、電池パック３を通過した冷却水の温度を常時計測することにより、各電池パック３の温度を常時監視できるようになる。
　なお、弁体７’も、前述の弁体７と同様に、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）などのゴム材で被覆されていても構わない。
　また、図５に示すように、弁体７’とケース５０’の底面とのの間には、ステンレス製のコイルスプリング８’が介装されて、弁体７’がケース５０’の底面側からワックスペレット６’側となる方向に付勢されている。
［第３実施形態］
　次に、図６を用いて、本発明の第３実施形態に係る温調弁５”について説明する。図６（ａ）は、本発明の第３実施形態に係る温調弁５”の構成を示す断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ部拡大図である。なお、第３実施形態に係る温調弁５”が、前述の第２実施形態に係る温調弁５’と相違する点は弁体部分でありその他は略同一構成となっている。このため、第２実施形態に係る温調弁５’と同一構成は同一符号を付し、説明を省略する。
　第３実施形態に係る温調弁５”の弁体７”は、ドーナツ状のステンレス鋼板からなる弁本体７０”を有し、その弁本体７０”にリーク穴７２’の代わりにバルブ閉鎖時でも冷却水を所定量流通させるために部分的に弁本体７０’の一部が切り欠かれたリーク溝７２”が形成されている。このため、第３実施形態に係る温調弁５”を前述の排出枝流路１３に搭載したバッテリー冷却システム１によれば、リーク溝７２”により温調弁５”のバルブ閉鎖時でも冷却水を流通させて電池パック３を通過した冷却水の温度を常時計測することにより、各電池パック３の温度を常時監視できるようになる。その上、温調弁５”を搭載したバッテリー冷却システム１によれば、リーク溝７２”に異物が詰まった場合でも温調弁５”を開放しての弁体７”を開くことにより異物を冷却水でリーク溝７２”から押し流して除去できるようになる。
　勿論、弁体７”も、前述の弁体７と同様に、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）などのゴム材で被覆されていても構わない。
　また、このリーク溝７２”は、弁体７”に形成されているのではなく、弁座側、即ち、図示形態の場合は、弁体７”と密着して閉鎖する相手側となるキャップ５１’やケース５０’の一部が切り欠かれてリーク溝が形成されていても構わない。その場合でも、バルブ閉鎖時でも冷却水を流通させることができるとともに、バルブ開放時に異物を冷却水で押し流して除去できるからである。
　以上、本発明の実施形態に係るバッテリー冷却システム１及び第１実施形態～第３実施形態に係る温調弁５～５”について詳細に説明したが、前述した又は図示した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたって具体化した一実施形態を示したものに過ぎない。よって、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。特に、冷媒として冷却水を例示して説明したが、電池パックを冷却可能な適切な熱容量を有する流動体からなる冷媒であれよいことは云うまでもない。
１：バッテリー冷却システム
１０：供給幹流路
１１：排出幹流路
１２：供給枝流路
１３：排出枝流路
２：ウォータージャケット
３：電池パック
５，５’，５”：温調弁
５０，５０’：ケース
５１：取付枠
５１’：キャップ
５２：Ｏリング
５２’：枠体
５３：止め輪
６，６’：ワックスペレット
６０，６０’：ハウジング
６１，６１’：ピストンロッド
７，７’，７”：弁体
７０，７０’，７０”：弁本体
７１：シール材
７２’：リーク穴
７２”：リーク溝
８，８’：コイルスプリング
Ｐ：ポンプ（圧送手段）

Claims (7)

  1. 　冷媒を圧送する圧送手段と直接接続された幹流路から分岐して戻る枝流路を有するジャケットにより複数の電池パックからなるバッテリーを冷却するバッテリー冷却システムであって、
    　前記ジャケットの流路から外部へ流れ出て前記幹流路に戻る前記枝流路に、周囲の冷媒の温度に応じてバルブの開度を調整する自力式の温調弁が設けられていること
    　を特徴とするバッテリー冷却システム。
  2. 　前記温調弁は、ワックス式サーモスタットであること
    　を特徴とする請求項１に記載のバッテリー冷却システム。
  3. 　前記温調弁は、ベローズ式サーモスタットであること
    　を特徴とする請求項１に記載のバッテリー冷却システム。
  4. 　前記温調弁は、ＳＭＡ式サーモスタットであること
    　を特徴とする請求項１に記載のバッテリー冷却システム。
  5. 　前記温調弁には、リーク穴が形成されていること
    　を特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のバッテリー冷却システム。
  6. 　前記リーク穴は、弁座又は弁体の一部に形成されたリーク溝であること
    　を特徴とする請求項５に記載のバッテリー冷却システム。
  7. 　前記温調弁は、圧力が所定の値以上になると開く圧力リリーフ構造を有していること
    　を特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のバッテリー冷却システム。
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