特開 2023-64947 バッテリの冷却構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023064947

(43)【公開日】2023-05-12

(54)【発明の名称】バッテリの冷却構造

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6566 20140101AFI20230502BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20230502BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20230502BHJP

   H01M 10/6563 20140101ALI20230502BHJP

   H01M 10/617 20140101ALI20230502BHJP

   H01M 10/651 20140101ALI20230502BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6566

H01M10/613

H01M10/625

H01M10/6563

H01M10/617

H01M10/651

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021175421

(22)【出願日】2021-10-27

(71)【出願人】

【識別番号】000229955

【氏名又は名称】日本プラスト株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 佳範

【テーマコード（参考）】

5H031

【Ｆターム（参考）】

5H031AA09

5H031HH08

5H031KK08

(57)【要約】

【課題】複雑な構造を用いることなく簡素な構成でバッテリを効率良く冷却することができるバッテリの冷却構造を提供する。
【解決手段】バッテリ３の形状に応じて長く延びバッテリ３に沿って配設される第１の部位１３と、第１の部位１３につながっている第２の部位１５とを備えたダクト本体部７と、ダクト本体部７の第１の部位１３の長手方向でならんで第１の部位１３に設けられており、ダクト本体部７の第１の部位１３がバッテリ３に沿って配設されたときにバッテリ３に対向する複数の第１の開口部９と、ダクト本体部７の第２の部位１５に設けられており、ダクト本体部７内の空気を吸引するための吸引装置１９に接続される第２の開口部１１とを有するバッテリの冷却構造１である。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリの形状に応じて長く延び前記バッテリに沿って配設される第１の部位と、前記第１の部位につながっている第２の部位とを備えたダクト本体部と、
前記ダクト本体部の第１の部位の長手方向でならんで前記第１の部位に設けられており、前記ダクト本体部の第１の部位が前記バッテリに沿って配設されたときに前記バッテリに対向する複数の第１の開口部と、
前記ダクト本体部の第２の部位に設けられており、前記ダクト本体部内の空気を吸引するための吸引装置に接続される第２の開口部と、
を有するバッテリの冷却構造。

【請求項2】

前記ダクト本体部は前記バッテリの上面に対向して配設される請求項１に記載のバッテリの冷却構造。

【請求項3】

前記第１の開口部の径の値が、前記第２の開口部から離れるにしたがって小さくなっている請求項１または請求項２に記載のバッテリの冷却構造。

【請求項4】

前記ダクト本体部の第１の部位は有底筒状に形成されており、また、前記ダクト本体部の第１の部位は複数設けられており、
前記ダクト本体部の第２の部位に前記第１の部位の長手方向の端が接続されていることで、前記第１の部位の内部空間が前記第２の部位の内部空間につながっている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のバッテリの冷却構造。

【請求項5】

前記複数の第１の部位は、これらの長手方向が互いに一致して、前記第１の部位の長手方向に対して直交する所定の一方向にならんでおり、
前記複数の第１の部位の長手方向における前記第２の部位とは反対側の端の位置は、第１の部位の長手方向で互いが一致しており、前記複数の第１の部位の長手方向の前記第２の部位側の端の位置も、第１の部位の長手方向で互いが一致しており、
前記第２の部位は、前記第１の部位の長手方向に対して直交する前記所定の一方向に長く延びている請求項４に記載のバッテリの冷却構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッテリの冷却構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電気自動車等に搭載される車載バッテリの冷却構造として、バッテリ（バッテリのユニット）周辺の空気を強制的に吸引してバッテリから発せられる熱を排出するものが知られている（特許文献１参照）。

【0003】

従来のバッテリの冷却構造では、バッテリユニットと冷却ファンとの間に冷却媒体（たとえば空気）の流路を形成するダクトを設けている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８－１４９８１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、従来のバッテリの冷却構造では、バッテリユニットと冷却ファンとダクトとの接続部が離間するほど、空気の吸引力は低下してしまう。そこで、別途冷却力を補うなどすることが必要となり、構造が複雑化して製造コストを高騰させる一因となる。

【0006】

本発明は、複雑な構造を用いることなく簡素な構成でバッテリを効率良く冷却することができるバッテリの冷却構造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】

【0007】

本発明の態様に係るバッテリの冷却構造装置は、バッテリの形状に応じて長く延び前記バッテリに沿って配設される第１の部位と前記第１の部位につながっている第２の部位とを備えたダクト本体部と、前記ダクト本体部の第１の部位の長手方向でならんで前記第１の部位に設けられており前記ダクト本体部の第１の部位が前記バッテリに沿って配設されたときに前記バッテリに対向する複数の第１の開口部と、前記ダクト本体部の第２の部位に設けられており、前記ダクト本体部内の空気を吸引するための吸引装置に接続される第２の開口部とを有するバッテリの冷却構造である。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、複雑な構造を用いることなく簡素な構成でバッテリを効率良く冷却することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係るバッテリの冷却構造で使用されるダクトを斜め下方から見た斜視図である。

【図2】本発明の実施形態に係るバッテリの冷却構造で使用されるダクトを斜め上方から見た斜視図である。

【図3】図１におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面を示す図である。

【図4】図１におけるＩＶ－ＩＶ断面を示す図である。

【図5】本発明の実施形態に係るバッテリの冷却構造の平面図であって、ダクトの第２の部位とこの第２の部位周辺の部位および吸引装置等を示す図である。

【図6】比較例に係るバッテリの冷却構造の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の実施形態に係るバッテリの冷却構造１は、バッテリ（たとえば車両に搭載される車載バッテリ）３の冷却のために使用されるものである。以下、図面を参照しつつバッテリの冷却構造１について説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる場合がある。また、説明の便宜のために、バッテリの冷却構造１における所定の一方向を縦方向とし、縦方向に対して直交する所定の一方向を横方向とし、縦方向と横方向とに対して直交する方向を上下方向とする。縦方向、横方向は、たとえば水平方向な方向になっている。

【0011】

バッテリの冷却構造１には、ダクト５が使用されている。ダクト５は、図１～図５で示すように、ダクト本体部７と第１の開口部９と第２の開口部１１とを備えて構成されている。ダクト本体部７は、第１の部位（長手部）１３と第２の部位（中間部）１５と備えて構成されている。

【0012】

第１の部位１３は、バッテリ３の形状に応じて長く延びてバッテリ３に沿って配設されるようになっている。第２の部位１５は、第１の部位１３とつながっている。第２の部位１５と第１の部位１３とがつながっていることで、１つのダクト本体部７（ダクト５）の内部には、連続してつながっている１つの内部空間１７が形成されている。

【0013】

第１の開口部９は、空気の吸引口であり、バッテリ３近傍の昇温している空気を吸引してバッテリ３を冷却するために設けられている。第１の開口部９は、複数設けられている。複数の第１の開口部９は、ダクト本体部７の第１の部位１３の長手方向（縦方向）で所定の間隔をあけて１列でならび第１の部位１３に設けられている。

【0014】

また、ダクト５（ダクト本体部７）の第１の部位１３がバッテリ３に沿って配設されたときに、複数の第１の開口部９は、バッテリ３に対向するようになっている。第１の開口部９が設けられていることで、第１の部位１３の内部空間１７（１７Ａ）とダクト５の外部の空間とがつながっている。

【0015】

第２の開口部１１は、ダクト本体部７の第２の部位１５にたとえば１つだけ設けられている。第２の開口部１１は、ダクト本体部７の内部空間１７内の空気をバッテリ３から離れる方向に吸引するための吸引装置（冷却用ファン）１９に接続されるようになっている。吸引装置１９等が設置されていない状態（図１、図２等で示す状態）では、第２の開口部１１によって、第２の部位１５の内部空間１７（１７Ｂ）とダクト５の外部の空間とがつながっている。

【0016】

吸引装置１９でダクト５内の空気が吸引されることで、第１の開口部９からダクト５内（ダクト５の内部空間１７）に空気の吸引がされるようになっている。なお、ダクト５は、たとえばブロー成形で製造されている。これにより、インジェクション成形で製造するよりもダクト５を安価に製造することができる。

【0017】

ダクト５はバッテリ３の上面に対向して配設されるようになっている。すなわち、ダクト５はバッテリ３の上側でバッテリ３から僅かに離れるようにして配設されるようになっている。ダクト５が配設されときには、第１の開口部９がバッテリ３に臨んでいる。なお、上下方向で見ると第１の開口部９は円形になっているが、必ずしも円形になっている必要は無い。

【0018】

また、第１の開口部９は、第２の開口部１１から離れるにしたがって、径の値が小さくなっている。たとえば、第２の開口部１１（吸引装置１９）から最も離れている第１の開口部９の径の値が最も小さくなっており、第２の開口部１１の最も近くにある第１の開口部９の径の値が最も大きくなっている。このような、第１の開口部９の径の値の違いは、複数の第１の開口部９それぞれにおける空気の吸引量の偏りを極力少なくして、複数の第１の開口部９それぞれにおける空気の吸引量を概ね等しくするためになされている。

【0019】

ダクト本体部７の第１の部位１３は有底筒状（たとえば有底円筒状）に形成されている。ダクト本体部７の第１の部位は複数設けられている。ダクト本体部７の第２の部位１５に第１の部位１３の長手方向の端が接続されていることで、第１の部位１３の内部空間１７Ａが第２の部位１５の内部空間１７Ｂにつながっている。第１の部位１３の長手方向の端（有底筒の底壁部２１とは反対側の端）は、開口部位２３（図４参照）になっている。開口部位２３は第１の開口部９、第２の開口部１１とは異なるものである。

【0020】

複数の第１の部位１３は、これらの長手方向が互いに一致している（縦方向になっている）。複数の第１の部位１３は、第１の部位１３の長手方向に対して直交する所定の一方向（横方向）でならんでいる。

【0021】

複数の第１の部位１３の長手方向における第２の部位１５とは反対側の端（底壁部２１）の位置は、第１の部位１３の長手方向で互いが一致している。複数の第１の部位１３の長手方向における第２の部位１５側の端（開口部位２３）の位置も、第１の部位１３の長手方向で互いが一致している。

【0022】

第２の部位１５は、第１の部位１３の長手方向に対して直交する所定の一方向（横方向）に長く延びている。平面視すると（上下方向で見ると）、ダクト５は、矩形状に形成されている。第２の開口部１１は、縦方向で、第２の部位１５を間にして、第１の部位１３とは反対側に設けられている。

【0023】

ここで、バッテリの冷却構造１についてさらに詳しく説明する。

【0024】

ダクト本体部７の第１の部位１３は、薄肉の円筒状部２５と薄肉円板状の底壁部２１とを備えて有底円筒状に形成されている。円筒状部２５の中心軸は縦方向に延びている。底壁部２１は、円筒状部２５の２つの開口部のうちの１つの開口部を塞いでいる。円筒状部２５の２つの開口部のうちの他の１つの開口部が開口部位２３になっている。

【0025】

ダクト本体部７の第２の部位１５は、横方向の寸法の値が、縦方向の寸法の値および上下方向の寸法の値に比べて相当に大きい矩形な枡状に形成されている。矩形な枡状に形成されている第２の部位１５の開口部は、第２の開口部１１を形成しており、縦方向で第１の部位１３とは反対側に位置している。

【0026】

矩形な枡状に形成されている第２の部位１５の底壁部２７（図４参照）には、第１の部位１３が接続されている。第２の部位１５の底壁部２７の厚さ方向は縦方向になっており、底壁部２７には底壁部２７をこの厚さ方向で貫通している複数の円形状の貫通孔が形成されている。複数の円形状の貫通孔は、横方向で所定の小さな間隔をあけてならんでいる。

【0027】

底壁部２７の複数の円形状の貫通孔のそれぞれに複数の第１の部位１３のそれぞれが接続されている。これにより、底壁部２７の複数の円形状の貫通孔は、第１の部位１３の開口部位２３と合致している。

【0028】

ここで、ダクト本体部７の第１の部位１３の円筒状部２５の内径について図４を参照しつつ説明する。円筒状部２５の内径は、第２の部位１５に近づくに従って段階的に小さくなっている。すなわち、内径Ｄａ１＞内径Ｄａ２＞内径Ｄａ３になっている。なお、内径Ｄａ１の部位は、円筒状部２５の大部分を占めており、内径Ｄａ２の部位および内径Ｄａ３の部位は僅かになっている。たとえば、総ての第１の開口部９は、内径Ｄａ１の部位に形成されている。

【0029】

内径Ｄａ２の部位および内径Ｄａ３の部位（特に内径Ｄａ３の部位）が形成されていることで、吸気の勢い（空気の流れの勢い）が強くなり、第１の開口部９からの空気の吸い込み速度を高めることができる。なお、円筒状部２５の内径が段階的ではなく、連続的に次第に変化していてもよい。

【0030】

第１の開口部９は、第１の部位１３の円筒状部２５から下側に僅かに突出している筒状部位（たとえば円筒状部位）２９の先端に形成されている。

【0031】

第１の開口部９の径の値は、上述したように、第２の開口部１１から離れるにしたがって小さくなっている。表現を変えれば、第２の開口部１１（第２の部位１５）に近づくにしたがって大きくなっている。すなわち、内径Ｄｂ１＜内径Ｄｂ２＜内径Ｄｂ３＜内径Ｄｂ４＜内径Ｄｂ５＜内径Ｄｂ６になっている。なお、参照符号Ｄｂ１からＤｂ６も、図４に示してある。

【0032】

これは、第２の開口部１１（吸引装置１９）から遠ざかるほど吸気の勢いが弱まることに起因している。吸気ダクト（吸引装置１９）に近いほどダクト５の吸気開口部（第１の開口部）９の大きさを大きくし、遠ざかるほど吸気開口部９の大きさを小さくして、可能な限り勢いよく吸熱できるようにするためである。

【0033】

また、１つの第１の部位１３に複数（たとえば６つの）の第１の開口部９が設けられているとともに、１つの第２の部位１５に複数（たとえば５つの）の第１の部位１３が接続されている。これにより、１つのダクト５（ダクト本体部７）には、複数（たとえば３０）の第１の開口部９が設けられていることになる。複数の第１の開口部９は、平面視で行列をなして配置されている。

【0034】

複数の第１の開口部９を形成している複数の筒状部位２９の下端の位置は、互いが一致している。第１の部位１３に設けられている複数の第１の開口部９の間隔（縦方向での間隔）は、たとえば、一定の値になっている。

【0035】

複数の第１の部位１３は、図１等で示すように、所定の間隔をあけて横方向にならんでいる。複数の第１の部位１３は、上方向では互いの位置が一致している。また、上下方向における第２の部位１５の位置も、第１の部位１３の位置と概ね一致している。

【0036】

図１で示すように、中央の第１の部位１３を除く複数の第１の部位１３が、第２の部位１５の近傍で横方向中央側に若干曲がっている。これにより、ダクト５の幅寸法Ｗ１＞幅寸法Ｗ２になっている。そして、バッテリ３の形状に合わせて第１の開口部９を適宜配置し、バッテリ３を効率良く冷却することができるようになっている。また、幅寸法Ｗ１＞幅寸法Ｗ２にすることで、吸気の勢いを強めている。なお、総ての第１の部位１３が曲がることなく縦方向にまっすぐ延びていてもよい。

【0037】

横方向における複数の第１の部位１３の間隔は、図３で示すように、横方向中央側で大きく、横方向中央側で小さくなっている。すなわち、寸法Ｗ３＞寸法Ｗ４になっている。これは、バッテリ３の仕様（特性）に応じて、バッテリ３を効率良く冷却するためである。なお、複数の第１の部位１３の間隔とは、曲がっている部位よりも第２の部位１５から離れた側の部位であり縦方向にまっすぐ延びている部位における間隔である。なお、第１の部位１３の内径がＤａ１の部位では、横方向における間隔の値が一定になっている。

【0038】

なお、バッテリ３の仕様（特性）が変更になれば、寸法Ｗ３＝寸法Ｗ４になり、また、寸法Ｗ３＜寸法Ｗ４になる場合もある。

【0039】

複数の第１の部位１３の間には、連結部３１が設けられている。連結部３１は、たとえば、平板状に形成されており、厚さ方向が上下方向になっており、互いが隣り合っている第１の部位１３同士をつないでいる。これにより、ダクト本体部７の剛性が高まっている。連結部３１は、上下方向では、第１の部位１３の中央のところに位置している。

【0040】

また、バッテリの冷却構造１では、図５で示すように、第２の開口部１１が連結ダクト３３を介して吸引装置１９とつながっている。図５で示す態様では、１つの連結ダクト３３に複数（たとえば２つ）のダクト５が接続されているが、１つの連結ダクト３３に１つのダクト５が接続されている態様であってもよい。

【0041】

ところで、バッテリ３を効率良く冷却するために、バッテリ３の仕様（特性）に応じて、第１の開口部９の数、第１の開口部９のサイズ（径）、第１の開口部９の設置間隔等を適宜変更してもよい。

【0042】

また、バッテリ３を効率良く冷却するために、バッテリ３の仕様（特性）に応じて、第１の部位１３の長手方向、筒状部位２９の下端の位置を適宜変更してもよい。たとえば、第１の部位１３の長手方向が縦方向に対して斜めな方向になっていてもよいし、複数の第１の部位１３それぞれの長手方向が互いに異なっていてもよい。

【0043】

ここで、バッテリの冷却構造１に動作について説明する。

【0044】

バッテリ３が発熱すると、バッテリ３周辺の空気が温められて昇温し熱風となって上昇する。図３、図４で示す参照符号３５は、熱風の上昇を示している。

【0045】

ここで、吸引装置１９を稼働すると、第１の開口部９から熱風がダクト５内に吸引され、ダクト５内に吸引された熱風が、バッテリ３から離れたところで吸引装置１９の空気排出孔から排出される。これにより、バッテリ３の冷却がされる。なお、図３、図４、図５の多数の矢印は、空気の流れを示している。また、図３、図４に参照符号３７で示すものはボードである。

【0046】

バッテリの冷却構造１では、ダクト本体部７の第１の部位１３に、第１の部位１３の長手方向にならんだ複数の第１の開口部９が設けられている。また、バッテリの冷却構造１では、ダクト本体部７の第１の部位１３がバッテリ３に沿って配設されたときに複数の第１の開口部９がバッテリ３に対向するようになっている。さらに、バッテリの冷却構造１では、ダクト本体部７の第２の部位１５に設けられている第２の開口部１１から、吸引装置１９によってダクト本体部７内の空気が排出されるようになっている。

【0047】

これにより、複数の第１の開口部９からダクト本体部７内にバッテリ３周辺の昇温された空気（バッテリ３によって昇温された空気）が吸引されるようになっている。そして、複数の第１の開口部９のそれぞれをバッテリ３の形状に合わせて配置させることで、複雑な構造を用いることなく簡素な構成でバッテリ３を効率良く冷却することができる。すなわち、バッテリ３の総てをほぼ均一に冷却することができる。

【0048】

また、バッテリの冷却構造１では、第２の部位１５と、複数の第１の開口部９を備えた複数の第１の部位１３とで、複数の第１の開口部９を適宜配置している。これにより、バッテリの冷却構造１の構成が簡素になっており価格の高騰を抑えることができる。

【0049】

ここで、比較例に係るバッテリの冷却構造３０１について、図６を参照しつつ説明する。バッテリの冷却構造３０１では、バッテリ３０３の上ではなくバッテリ３０３の左右（図６の紙面では上下）に並んだバッテリ３０３、３０３の間に、ダクト３０５が設置されている。また、ダクト３０５の、バッテリ３０３と対向する面に、矩形の長い開口部（ダクト３０５内に空気を吸引するための開口部）が設けられている。

【0050】

そして、吸引装置（吸気ファン；冷却ファン）３０７を稼働することで、矩形の長い開口部から空気を吸引している。図６に示す矢印は、吸引装置３０７が稼働しているときの空気の流れを示している。

【0051】

比較例に係るバッテリの冷却構造３０１では、吸気ファン３０７に近い位置では吸気の勢いが強いものの、吸気ファン３０７から遠ざかればその分勢いが弱まり、冷却ファン３０７から遠い側の冷却が難しくなる。すなわち、バッテリ３０３の、斜線を施してある部位では、吸気の風速が遅く冷却が不十分になる。そして、バッテリ３０３を均等冷却することができなくなっている。

【0052】

また、バッテリの冷却構造１では、ダクト５（ダクト本体部７）がバッテリ３の上面に対向して配設されるようになっている。これにより、バッテリ３で昇温されて上昇してきた空気をただちに第１の開口部９からダクト５内に吸い込むことができ、バッテリ３を一層効率良く冷却することができる。

【0053】

また、バッテリの冷却構造１では、第１の開口部９の径の値が第２の開口部１１から離れるにしたがって小さくなっている。これにより、ダクト本体部７内に流路抵抗があっても、複数の第１の開口部９それぞれからの空気の吸引量をほぼ等しくすることができ（吸引の勢いの偏りをほぼ無くすことができ）、バッテリ３の全体を均一に冷却することができる。

【0054】

また、バッテリの冷却構造１では、ダクト本体部７の第１の部位１３が有底筒状に形成されて、第１の部位１３が複数設けられている。また、バッテリの冷却構造１では、第２の部位１５に第１の部位１３の長手方向の端が接続されていることで、第１の部位の内部空間１７Ａが第２の部位１５の内部空間１７Ｂにつながっている。

【0055】

これにより、複数の第１の部位１３内の空気を簡素な構成で１つの第２の部位１５内に移動させることができるとともに、平面視で縦方向および横方向に広がっているバッテリ３まわりの空気をほぼ均一に吸引することができる。

【0056】

バッテリの冷却構造１において、ダクト本体部７の第１の部位１３が有底円筒状に形成されていることで、ダクト本体部７の剛性（特に上下方向の荷重に対する剛性）が高くなっている。これにより、車両の床に設置され踏みつけられても、踏みつけ荷重に対して十分に耐えることができ、ダクト５が破損することなくなる。

【0057】

また、バッテリの冷却構造１では、複数の第１の部位１３が、これらの長手方向が互いに一致していることなどにより、平面視するとダクト５（ダクト本体部７）が、矩形状に形成されている。これにより、平面視において矩形状のバッテリ３の全体にわたって、第１の開口部９をほぼ均一にしかも容易に配置することができ、ムラのない態様でバッテリ３の冷却をすることができる。

【0058】

以上、本実施形態を説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではなく、本実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

【符号の説明】

【0059】

１ バッテリの冷却構造
３ バッテリ
７ ダクト本体部
９ 第１の開口部
１１ 第２の開口部
１３ 第１の部位
１５ 第２の部位
１７（１７Ａ、１７Ｂ） 内部空間
１９ 吸引装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】