特許 6805062 バッテリ冷却システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6805062

(24)【登録日】2020年12月7日

(45)【発行日】2020年12月23日

(54)【発明の名称】バッテリ冷却システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6552 20140101AFI20201214BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20201214BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20201214BHJP

   H01M 10/6568 20140101ALI20201214BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALI20201214BHJP

   H01M 10/6554 20140101ALI20201214BHJP

   H01M 10/617 20140101ALI20201214BHJP

   H01M 2/10 20060101ALI20201214BHJP

   F28D 15/02 20060101ALI20201214BHJP

   B60L 58/26 20190101ALI20201214BHJP

【ＦＩ】

   H01M10/6552

   H01M10/613

   H01M10/625

   H01M10/6568

   H01M10/6556

   H01M10/6554

   H01M10/617

   H01M2/10 S

   F28D15/02 D

   F28D15/02 101A

   B60L58/26

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-81968(P2017-81968)

(22)【出願日】2017年4月18日

(65)【公開番号】特開2018-181694(P2018-181694A)

(43)【公開日】2018年11月15日

【審査請求日】2019年11月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100126882

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 光永

(74)【代理人】

【識別番号】100160093

【弁理士】

【氏名又は名称】小室 敏雄

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(72)【発明者】

【氏名】ランディープ シン

(72)【発明者】

【氏名】ファン ロン タン

(72)【発明者】

【氏名】高橋 真

(72)【発明者】

【氏名】堀内 康洋

【審査官】 佐藤 卓馬

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２５２６４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３２０８５１６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００２−２８６３８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ １０／６５５２

Ｂ６０Ｌ ５０／５０

Ｆ２８Ｄ １５／０２

Ｈ０１Ｍ ２／１０

Ｈ０１Ｍ １０／６１３

Ｈ０１Ｍ １０／６１７

Ｈ０１Ｍ １０／６２５

Ｈ０１Ｍ １０／６５５４

Ｈ０１Ｍ １０／６５５６

Ｈ０１Ｍ １０／６５６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に電気エネルギーを供給する車載バッテリを冷却するバッテリ冷却システムであって、
冷却液の流入口、流路、および流出口を有するコールドプレートと、
前記車載バッテリに接する接触部を有する伝熱板と、
平面視において、前記コールドプレートおよび前記接触部に跨って配置された複数のヒートパイプと、を備え、
前記コールドプレートの上面は、前記接触部と同一平面上に並べて配置され、前記車載バッテリに接する、バッテリ冷却システム。

【請求項2】

前記コールドプレートおよび前記接触部は第１の方向に並べて配置され、
前記複数のヒートパイプは、それぞれが前記第１の方向に延びるとともに、前記第１の方向に直交する第２の方向に間隔を空けて配置されている、請求項１に記載のバッテリ冷却システム。

【請求項3】

前記伝熱板には、前記接触部に設けられた溝部と、該溝部の開口部から該溝部の内側に向けて突出する爪部と、が形成され、
前記ヒートパイプは前記溝部内に位置している、請求項１または２に記載のバッテリ冷却システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッテリ冷却システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電気自動車やハイブリットカー等、電気エネルギーを動力とする車両（以下、単に「車両」と記す）の普及が進んでいる。この種の車両に用いられる車載バッテリは、充放電可能なバッテリセルを備えているが、バッテリセルは充放電する際に発熱するため、このバッテリセルを冷却する冷却システムが求められている。
バッテリ冷却システムとして、例えば下記特許文献１では、容器に充填された冷却液にバッテリセルを浸漬するとともに、冷却液をポンプにより循環させる構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−６００８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１のバッテリ冷却システムでは、バッテリセルを浸漬するために多量の冷却液を循環させる必要がある。この結果、循環路やポンプなど、冷却液を循環させるための装置が大型で複雑になってしまい、冷却液の漏れの発生やバッテリ冷却システムの製造コストの上昇につながっていた。

【0005】

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、冷却液を循環させるための装置を小型化および簡素化することが可能なバッテリ冷却システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明の第１態様に係るバッテリ冷却システムは、車両に電気エネルギーを供給する車載バッテリを冷却するバッテリ冷却システムであって、冷却液の流入口、流路、および流出口を有するコールドプレートと、前記車載バッテリに接する接触部を有する伝熱板と、平面視において、前記コールドプレートおよび前記接触部に跨って配置された複数のヒートパイプと、を備える。

【0007】

上記態様に係るバッテリ冷却システムによれば、伝熱板が車載バッテリから受け取った熱が、ヒートパイプを介して、コールドプレートへと輸送される。この構成により、例えば車載バッテリの発熱部の全面にコールドプレートを配置しなくても、この発熱部を均等に冷却することができるため、コールドプレートを小型化することができる。従って、コールドプレート内を流通する冷却液を循環させるための装置を小型化および簡素化して、冷却液の漏れの発生や製造コストを抑えることができる。

【0008】

また、前記コールドプレートおよび前記接触部は第１の方向に並べて配置され、前記複数のヒートパイプは、それぞれが前記第１の方向に延びるとともに、前記第１の方向に直交する第２の方向に間隔を空けて配置されていてもよい。

【0009】

この場合、ヒートパイプを用いて、伝熱板からコールドプレートへと熱を第１の方向に効率よく伝えることができる。また、複数のヒートパイプが第２の方向に間隔を空けて配置されているため、第２の方向における車載バッテリの温度のむらを小さく抑えることができる。

【0010】

また、前記伝熱板には、前記接触部に設けられた溝部と、該溝部の開口部から該溝部の内側に向けて突出する爪部と、が形成され、前記ヒートパイプは前記溝部内に位置していてもよい。

【0011】

この場合、ヒートパイプが溝部内に位置していることで、ヒートパイプと伝熱板との接触面積が大きくなり、伝熱板からヒートパイプへとより効率よく熱を伝えることができる。さらに、爪部によってヒートパイプを溝部内に固定することができるため、例えばヒートパイプと伝熱板とを溶接などによって固定する場合と比較して、バッテリ冷却システムの製造をより容易にすることができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明の上記態様によれば、冷却液を循環させるための装置を小型化および簡素化することが可能なバッテリ冷却システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】車載バッテリおよび第１実施形態のバッテリ冷却システムの斜視図である。

【図2】第１実施形態のバッテリ冷却システムの平面図である。

【図3】図２のバッテリ冷却システムについての、（ａ）はＡ−Ａ断面矢視図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ断面矢視図である。

【図4】第２実施形態のバッテリ冷却システムの平面図である。

【図5】変形例に係るバッテリ冷却システムの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（第１実施形態）
以下、第１実施形態に係るバッテリ冷却システム１０Ａの構成を、図１〜図３を参照しながら説明する。
ここで、本実施形態ではＸＹＺ直交座標系を設定して各構成の位置関係を説明する。以下、Ｘ方向を左右方向といい、Ｙ方向を前後方向といい、Ｚ方向を上下方向という。

【0015】

車載バッテリ１は、車両に電気エネルギーを供給する複数のバッテリセル３と、複数のバッテリセル３を収容する直方体状の筐体４と、を有する。
バッテリセル３としては、リチウムイオン電池などの二次電池を用いることができる。

【0016】

筐体４は、例えばアルミダイキャストにより上方が開口した箱状に形成されている。なお、筐体４はステンレスの鋼板を組み合わせて形成されていてもよい。また、本実施形態における筐体４は上方が開口した箱状に形成されているが、筐体４の形状は適宜変更してもよい。

【0017】

複数のバッテリセル３は、複数のコネクタ５により電気的に直列接続されており、車両のモータ部などに電気エネルギーを供給するとともに、回生エネルギーなどによって充電することができる。なお、バッテリセル３が充放電する際に、バッテリセル３は発熱する。バッテリ冷却システム１０Ａは、車載バッテリ１の底面に当接して、バッテリセル３の熱を輸送および消散させるためのシステムである。

【0018】

バッテリ冷却システム１０Ａは、全体として前後方向および左右方向に延びる板状に形成されている。バッテリ冷却システム１０Ａは、複数のヒートパイプ１１と、伝熱板１２と、コールドプレート１３と、を備えている。

【0019】

伝熱板１２は、左右方向よりも前後方向に長い長方形の板状に形成されている。伝熱板１２の上面（以下、接触部１２ｃという）は、車載バッテリ１の底面に接触する。図２に示すように、接触部１２ｃは、左右方向に間隔を空けて複数配置されている。伝熱板１２は、ヒートパイプ１１を保持するとともに、バッテリセル３の熱を分散させつつヒートパイプ１１へと伝える役割を果たしている。伝熱板１２としては、アルミニウムなどの金属製の板を用いてもよいし、内部に作動流体が封入されたベーパーチャンバなどを用いてもよい。
伝熱板１２の左右方向における中央部には、前後方向に延びる凹部が設けられており、この凹部内にコールドプレート１３が配置されている。

【0020】

コールドプレート１３は、左右方向よりも前後方向に長い長方形の板状に形成され、伝熱板１２の接触部１２ｃ同士の間に配置されている。すなわち、コールドプレート１３および接触部１２ｃは、左右方向（第１の方向）に並べて配置されている。
コールドプレート１３は、冷却液の流入口１３ａと、冷却液の流出口１３ｂと、冷却液の流路１３ｃと、を有している。コールドプレート１３は、主としてアルミニウムなどの金属により形成され、その内部に流路１３ｃが設けられている。流入口１３ａと流出口１３ｂとは、流路１３ｃによって互いに接続されている。

【0021】

流入口１３ａおよび流出口１３ｂは、コールドプレート１３の前面に設けられている。流路１３ｃは、その内部を冷却液が後方に向けて流れる往路と、その内部を冷却液が前方に向けて流れる復路と、を有している。冷却液は、不図示のポンプなどによって流入口１３ａからコールドプレート１３内に流入し、流路１３ｃを通過して、流出口１３ｂから流出する。冷却液が流路１３ｃを通過する間に、ヒートパイプ１１から受け取る熱によって、冷却液は昇温する。なお、図２では、流路１３ｃの往路および復路が直線状に形成されているが、コールドプレート１３から冷却液へと熱を効率よく伝えるため、これら往路および復路が蛇行していてもよい。

【0022】

複数のヒートパイプ１１は、それぞれが左右方向（第１の方向）に沿って延びるとともに、前後方向（第２の方向）に間隔を空けて配置されている。各ヒートパイプ１１は、図２に示す平面視において、伝熱板１２の複数の接触部１２ｃおよびコールドプレート１３に跨って配置されている。ヒートパイプ１１としては、例えば銅管内に作動流体が封入されたものを用いることができる。ヒートパイプ１１は、不図示の蒸発部および凝縮部を有している。蒸発部では、車載バッテリ１の熱を受け取った作動流体が蒸発する。凝縮部では、蒸発した作動流体が冷やされて凝縮する。図２の例では、ヒートパイプ１１のうち、左右方向における中央部（コールドプレート１３近傍の部分）が凝縮部であり、その他の部分が蒸発部である。

【0023】

図２および図３（ａ）に示すように、伝熱板１２には、左右方向に延びる複数の溝部１２ａが形成されており、この溝部１２ａ内にヒートパイプ１１が嵌合されている。各溝部１２ａは、伝熱板１２の接触部１２ｃから下方に向けて窪んでいる。溝部１２ａの開口部には、溝部１２ａの内側に向けて突出する爪部１２ｂが形成されている。例えば伝熱板１２の材質がアルミニウムなどの金属である場合、爪部１２ｂは、溝部１２ａ内にヒートパイプ１１を収容した後、溝部１２ａの開口部を工具などで変形させて形成することができる。爪部１２ｂによって、はんだ付けやロウ付けによらずに、ヒートパイプ１１を伝熱板１２に固定することができる。また、溝部１２ａ内にヒートパイプ１１を収容することで、伝熱板１２とヒートパイプ１１との接触面積を増やして、伝熱板１２からヒートパイプ１１へと効率よく熱を伝えることができる。

【0024】

図２および図３（ｂ）に示すように、コールドプレート１３には左右方向に延びる複数の溝部１３ｄが形成されており、この溝部１３ｄ内にヒートパイプ１１が嵌合されている。各溝部１３ｄは、コールドプレート１３の上面から下方に向けて窪んでいる。溝部１３ｄの開口部には、溝部１３ｄの内側に向けて突出する爪部１３ｅが形成されている。例えばコールドプレート１３の材質がアルミニウムなどの金属である場合、爪部１３ｅは、溝部１３ｄ内にヒートパイプ１１を収容した後、溝部１３ｄの開口部を工具などで変形させて形成することができる。爪部１３ｅによって、はんだ付けやロウ付けによらずに、ヒートパイプ１１をコールドプレート１３に固定することができる。また、溝部１３ｄ内にヒートパイプ１１を収容することで、コールドプレート１３とヒートパイプ１１との接触面積を増やして、ヒートパイプ１１からコールドプレート１３へと効率よく熱を伝えることができる。

【0025】

次に、以上のように構成されたバッテリ冷却システム１０Ａの作用および効果について説明する。

【0026】

車載バッテリ１のうち、コールドプレート１３に当接している部分については、コールドプレート１３によって直接冷却される。コールドプレート１３内には冷却液が流れているため、コールドプレート１３による冷却能力は高い。しかしながら、車載バッテリ１の底面全体（バッテリ配置領域Ｓ）にコールドプレート１３を当接させるためには、コールドプレート１３全体を大きくする必要がある。特に、近年では車両の航続距離を伸ばすために、車載バッテリ１の大型化が進んでおり、車載バッテリ１のサイズに合わせてコールドプレート１３を大きくすると、冷却液に動力を与えるポンプが大型化したり、流入口１３ａ、流出口１３ｂ、および流路１３ｃから水漏れが発生する可能性が増したりする。バッテリ冷却システム１０Ａは車両に搭載されるものであるため、ポンプを小型化することや水漏れが発生する可能性を低減することについての要求は大きい。

【0027】

そこで本実施形態では、図２に示すように、バッテリ配置領域Ｓに、コールドプレート１３だけでなく、ヒートパイプ１１および伝熱板１２を配置している。この構成により、コールドプレート１３の小型化を図っている。
車載バッテリ１の底面は、伝熱板１２の接触部１２ｃに接しているため、この接触部１２ｃからバッテリセル３の熱が伝熱板１２に伝わる。伝熱板１２内では、熱伝導によってこの熱が分散される。ヒートパイプ１１は、伝熱板１２の溝部１２ａ内に嵌合されているため、車載バッテリ１の熱は、伝熱板１２を介してヒートパイプ１１に伝えられる。ヒートパイプ１１内の作動流体は、蒸発部において車載バッテリ１の熱によって蒸発し、凝縮部へと向かう。気相の作動流体は凝縮部でコールドプレート１３へと熱を受け渡して凝縮し、蒸発部へと戻る。従って、ヒートパイプ１１内の作動流体は、蒸発部（伝熱板１２の接触部１２ｃ側）から凝縮部（コールドプレート１３側）へと熱を輸送し続ける。この作用により、バッテリ配置領域Ｓの一部分にのみコールドプレート１３が配置されていたとしても、車載バッテリ１の底面を均等に冷却することが可能となる。

【0028】

以上説明したように、本実施形態のバッテリ冷却システム１０Ａによれば、車載バッテリ１に伝熱板１２の接触部１２ｃが接しており、ヒートパイプ１１がコールドプレート１３および接触部１２ｃに跨って配置されている。この構成により、コールドプレート１３を小型化しながら、車載バッテリ１を均等に冷却することができる。

【0029】

また、ヒートパイプ１１は、伝熱板１２およびコールドプレート１３の溝部１２ａ、１３ｄ内に嵌合されているため、伝熱板１２からヒートパイプ１１へと、あるいはヒートパイプ１１からコールドプレート１３へと、熱を効率よく伝達することができる。さらに、爪部１２ｂ、１３ｅによってヒートパイプ１１を溝部１２ａ、１３ｄ内に固定することができるため、例えば伝熱板１２若しくはコールドプレート１３とヒートパイプ１１とを溶接などによって固定する場合と比較して、バッテリ冷却システム１０Ａの製造をより容易にすることができる。

【0030】

また、コールドプレート１３および複数の接触部１２ｃが左右方向に並べて配置され、複数のヒートパイプ１１は、それぞれが左右方向に延びるとともに、前後方向に間隔を空けて配置されている。この構成により、各接触部１２ｃからコールドプレート１３へとヒートパイプ１１を介して熱を左右方向に効率よく伝えつつ、前後方向における車載バッテリ１の温度のむらを小さく抑えることができる。

【0031】

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について説明するが、第１実施形態と基本的な構成は同様である。このため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。

【0032】

図４に示すように、本実施形態のバッテリ冷却システム１０Ｂは、左右方向に並べられた複数のコールドプレート１３と、これらコールドプレート１３同士の間に配置された伝熱板１２と、を備えている。
各コールドプレート１３の流入口１３ａは前側に配置されており、流出口１３ｂは後側に配置されている。なお、図４では流路１３ｃが直線状に形成されているが、流路１３ｃは蛇行しながら流入口１３ａから流出口１３ｂに向けて延びていてもよい。

【0033】

本実施形態では、ヒートパイプ１１のうち、左右方向における中央部が作動流体の蒸発部となり、左右方向における両端部が作動流体の凝縮部となる。このような配置でも、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

【0034】

なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

【0035】

例えば、前記実施形態では、バッテリ冷却システムの全体がバッテリ配置領域Ｓとなっていたが、図５に示すように、バッテリ冷却システムの一部がバッテリ配置領域Ｓとなっていてもよい。図５に示すバッテリ冷却システム１０Ｃでは、伝熱板１２の上面の略全域がバッテリ配置領域Ｓであり、コールドプレート１３がバッテリ配置領域Ｓの外側に位置している。

【0036】

また、前記実施形態では、爪部１２ｂ若しくは爪部１３ｅによって、ヒートパイプ１１を伝熱板１２若しくはコールドプレート１３に固定したが、固定の方法はこれに限られない。例えば、溶接などによって、ヒートパイプ１１が伝熱板１２若しくはコールドプレート１３に固定されていてもよい。

【0037】

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0038】

１…車載バッテリ １０Ａ〜１０Ｃ…バッテリ冷却システム １１…ヒートパイプ １２…伝熱板 １２ａ…溝部 １２ｂ…爪部 １２ｃ…接触部 １３…コールドプレート １３ａ…流入口 １３ｂ…流出口 １３ｃ…流路 Ｘ…左右方向（第１の方向） Ｙ…前後方向（第２の方向）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】