特開 2024-104531 熱交換構造

(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】P2024104531

(43)【公開日】2024-08-05

(54)【発明の名称】熱交換構造

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/204 20210101AFI20240729BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20240729BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALI20240729BHJP

【ＦＩ】

H01M50/204 401H

H01M10/625

H01M10/6556

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023008794

(22)【出願日】2023-01-24

(71)【出願人】

【識別番号】391002498

【氏名又は名称】フタバ産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】山口 裕貴

(72)【発明者】

【氏名】宇野 貴昭

【テーマコード（参考）】

5H031

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H031KK08

5H040AA28

5H040AS07

(57)【要約】

【課題】組み付けコストを低減できる熱交換構造を提供する。
【解決手段】本開示の一態様は、電動車に搭載されたバッテリの熱交換を行う熱交換構造である。熱交換構造は、バッテリが収容される複数のバッテリ収容部を有するフレームと、フレームの下方又は上方に配置されると共に、内部に媒体流路が設けられた複数の熱交換モジュールと、複数の熱交換モジュール同士を締結する締結具と、を備える。複数の熱交換モジュールは、隣接する他の熱交換モジュールと連結される連結部をそれぞれ有する。連結部は、隣接する他の連結部と上下方向に重ね合わされると共に、締結具によってフレームに対し他の連結部と共に締結される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動車に搭載されたバッテリの熱交換を行う熱交換構造であって、
前記バッテリが収容される複数のバッテリ収容部を有するフレームと、
前記フレームの下方又は上方に配置されると共に、内部に媒体流路が設けられた複数の熱交換モジュールと、
前記複数の熱交換モジュール同士を締結する締結具と、
を備え、
前記複数の熱交換モジュールは、隣接する他の熱交換モジュールと連結される連結部をそれぞれ有し、
前記連結部は、隣接する他の連結部と上下方向に重ね合わされると共に、前記締結具によって前記フレームに対し前記他の連結部と共に締結される、熱交換構造。

【請求項2】

請求項１に記載の熱交換構造であって、
前記連結部は、前記締結具が上下方向に挿通される連通孔を有し、
前記連通孔は、前記他の連結部の前記連通孔と連通すると共に、前記媒体流路を構成する、熱交換構造。

【請求項3】

請求項２に記載の熱交換構造であって、
重ね合わされた２つの前記連結部の間に配置されると共に、前記締結具を囲むシール部材をさらに備える、熱交換構造。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱交換構造であって、
前記熱交換モジュールを下方から覆う複数のベース板をさらに備え、
前記複数のベース板は、隣接する他のベース板と上下方向に重ね合わされると共に、前記締結具によって前記フレームに対し前記他のベース板及び前記複数の熱交換モジュールの前記連結部と共に締結される、熱交換構造。

【請求項5】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱交換構造であって、
前記複数のバッテリ収容部それぞれの下方に、前記複数の熱交換モジュールが１つずつ配置される、熱交換構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、熱交換構造に関する。

【背景技術】

【0002】

電動車のバッテリの熱交換構造において、バッテリ収容部の下部に冷却部を配置した構成が公知である（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６３６０１１０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述の熱交換構造では、バッテリ収容部を有するフレームに対し、冷却部をベース板等の部材によって取り付ける必要がある。そのため、組み付けコストが大きくならざるを得ない。

【0005】

本開示の一局面は、組み付けコストを低減できる熱交換構造を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様は、電動車に搭載されたバッテリの熱交換を行う熱交換構造である。熱交換構造は、バッテリが収容される複数のバッテリ収容部を有するフレームと、フレームの下方又は上方に配置されると共に、内部に媒体流路が設けられた複数の熱交換モジュールと、複数の熱交換モジュール同士を締結する締結具と、を備える。複数の熱交換モジュールは、隣接する他の熱交換モジュールと連結される連結部をそれぞれ有する。連結部は、隣接する他の連結部と上下方向に重ね合わされると共に、締結具によってフレームに対し他の連結部と共に締結される。

【0007】

このような構成によれば、複数の熱交換モジュールが互いに重ね合わされた状態でフレームに直接締結される。そのため、熱交換モジュールを保持する部品を設けることなく、熱交換モジュールをフレームの下方又は上方に設置することができる。また、２つの熱交換モジュールの接続とフレームへの取り付けとを同時に行うことができる。その結果、組み付けコストを低減できる。

【0008】

本開示の一態様では、連結部は、締結具が上下方向に挿通される連通孔を有してもよい。連通孔は、他の連結部の連通孔と連通すると共に、媒体流路を構成してもよい。このような構成によれば、連結部の連通孔が媒体流路の連結を担うため、複数の熱交換モジュールの接続作業を容易に行うことができる。

【0009】

本開示の一態様は、重ね合わされた２つの連結部の間に配置されると共に、締結具を囲むシール部材をさらに備えてもよい。このような構成によれば、連結部からの熱交換媒体の漏洩を抑制できる。また、熱交換モジュールのフレームへの取り付け時にシール部材の設置を同時に行うことができる。

【0010】

本開示の一態様は、熱交換モジュールを下方から覆う複数のベース板をさらに備えてもよい。複数のベース板は、隣接する他のベース板と上下方向に重ね合わされると共に、締結具によってフレームに対し他のベース板及び複数の熱交換モジュールの連結部と共に締結されてもよい。このような構成によれば、分割されたベース板をフレームに取り付けることができるため、大型の部品を取り扱う必要が無くなり、搬送コストが低下する。また、複数のベース板を複数の熱交換モジュールと同時にフレームへ取り付けることができるため、組み付けコストを低減できる。

【0011】

本開示の一態様では、複数のバッテリ収容部それぞれの下方に、複数の熱交換モジュールが１つずつ配置されてもよい。このような構成によれば、バッテリに対する熱交換効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１Ａは、実施形態における熱交換構造の模式的な平面図であり、図１Ｂは、図１Ａの熱交換構造の模式的な底面図である。

【図2】図２Ａは、図１ＡのＩＩＡ－ＩＩＡ線での模式的な切断部端面図であり、図２Ｂは、図１ＡのＩＩＢ－ＩＩＢ線での模式的な切断部端面図である。

【図3】図３Ａ及び図３Ｂは、図１Ｂとは異なる実施形態における熱交換構造の模式的な底面図である。

【図4】図４は、図１Ａの熱交換構造の模式的な分解斜視図である。

【図5】図５は、図４とは異なる実施形態における熱交換構造の模式的な分解斜視図である。

【図6】図６は、図１Ａとは異なる実施形態における熱交換構造の模式的な切断部断面図である。

【図7】図７Ａは、図１Ａとは異なる実施形態における熱交換構造の模式的な平面図であり、図７Ｂは、図７Ａの熱交換構造の模式的な底面図である。

【図8】図８Ａ及び図８Ｂは、図１Ａとは異なる実施形態における熱交換構造の模式的な切断部断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１Ａ及び図１Ｂに示す熱交換構造１は、電動車に搭載された複数のバッテリ１００の熱交換（つまり冷却又は加熱）を行う。熱交換構造１は、電動車の車体の下部に設けられる。

【0014】

熱交換構造１は、フレーム２と、分割壁３と、複数の熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄと、複数の締結具５とを備える。さらに、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、熱交換構造１は、複数のベース板６と、第１シール部材７Ａと、第２シール部材７Ｂと、第３シール部材７Ｃと、第４シール部材７Ｄとを備える。

【0015】

なお、図１Ａは、車両に設置された熱交換構造１を上方から視た図であり、図１Ｂは、車両に取り付けられた熱交換構造１を下方から視た図である。ただし、図１Ｂでは、ベース板６の図示が省略されている。

【0016】

＜フレーム＞
図１Ａに示すように、フレーム２は、バッテリ１００が１つずつ収容される複数のバッテリ収容部２１を有する。

【0017】

バッテリ収容部２１は、車両の前後方向に並んで配置されている。隣接する２つのバッテリ収容部２１の間には、ウェブ２２が配置されている。フレーム２は、車両のフレームの一部であってもよい。

【0018】

＜分割壁＞
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、分割壁３は、フレーム２の下方に配置されている。分割壁３は、壁本体３１と、第１熱伝導材３２と、第２熱伝導材３３とを有する。

【0019】

壁本体３１は、バッテリ収容部２１の底壁を構成する１枚のパネルである。壁本体３１は、フレーム２の下面に締結具５によって熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄと共に固定されている。

【0020】

第１熱伝導材３２は、壁本体３１とバッテリ１００との間に配置されたシート状の部材である。第２熱伝導材３３は、壁本体３１と熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄとの間に配置されたシート状の部材である。第１熱伝導材３２及び第２熱伝導材３３は、壁本体３１よりも熱伝導率が大きい。

【0021】

＜熱交換モジュール＞
図１Ｂに示すように、本実施形態では、熱交換構造１は、第１熱交換モジュール４Ａと、第２熱交換モジュール４Ｂと、第３熱交換モジュール４Ｃと、第４熱交換モジュール４Ｄとを有する。

【0022】

これらの熱交換モジュールは、フレーム２の下方において、それぞれ１つのバッテリ収容部２１と重なるように配置されている。つまり、複数のバッテリ収容部２１それぞれの下方に、複数の熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが１つずつ配置されている。なお、バッテリ収容部２１の数に合わせて熱交換モジュールの数は適宜変更可能である。

【0023】

第１熱交換モジュール４Ａ、第２熱交換モジュール４Ｂ、第３熱交換モジュール４Ｃ及び第４熱交換モジュール４Ｄは、車両の前方からこの順に配置されている。熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄは、それぞれ、内部に熱交換媒体Ｍ（例えば冷却水）が流れる媒体流路が設けられたプレート状のモジュールである。また、第１熱交換モジュール４Ａ、第２熱交換モジュール４Ｂ、第３熱交換モジュール４Ｃ及び第４熱交換モジュール４Ｄの形状は同一である。

【0024】

熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄは、ぞれぞれ、２枚の金属板が内部に媒体流路が形成されるように上下方向に重ね合わされることで構成されている。２枚の金属板は、例えば溶接によって接合されている。金属板の材質は、例えば、銅、アルミニウム等の熱伝導率の大きい金属が好ましいが、ステンレス等の耐腐食性能が高い金属であってもよい。

【0025】

熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの媒体流路は、それぞれ隣接する熱交換モジュールの媒体流路と連結されている。そのため、熱交換媒体Ｍは、１つの熱交換モジュールの内部を車両の左右方向に流れると共に、車両の前後方向において隣接する熱交換モジュールにも流れ込む。

【0026】

なお、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの媒体流路は、車両の右方向及び左方向の双方に熱交換媒体Ｍが流れるように折り返されていてもよい。

【0027】

さらに、複数の熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄは、車両の左右方向に並んで配置されてもよい。この場合は、熱交換媒体Ｍは、１つの熱交換モジュールの内部を車両の前後方向に流れると共に、車両の左右方向において隣接する熱交換モジュールに流れ込む。

【0028】

図２Ａに示すように、熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄは、隣接する熱交換モジュールと連結される第１連結部４１及び第２連結部４２をそれぞれ有する。第１連結部４１は、隣接する他の熱交換モジュールの第２連結部４２に下方から重ね合わされている。つまり、第１連結部４１及び第２連結部４２は、隣接する他の連結部と上下方向に重ね合わされている。

【0029】

第１連結部４１は、熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄにおいて、第２連結部４２を含む他の部位よりも下方に位置している。第１連結部４１は、熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの車両の前後方向における一方の端部（本実施形態では前方の端部）に設けられ、第２連結部４２は、他方の端部（本実施形態では後方の端部）に設けられている。熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄは、上面の少なくとも一部（具体的には、第１連結部４１以外の部分）が分割壁３又はフレーム２に接触している。

【0030】

図２Ｂに示すように、第１連結部４１は、締結具５が上下方向に挿通される第１連通孔４１Ａを有する。第１連通孔４１Ａは、第１連結部４１の上板に設けられている。第２連結部４２は、締結具５が上下方向に挿通される第２連通孔４２Ａを有する。第２連通孔４２Ａは、第２連結部４２の下板に設けられている。第１連通孔４１Ａ及び第２連通孔４２Ａは、バッテリ収容部２１と重ならない位置（具体的には、バッテリ収容部２１よりも車両の左右方向における外側）に設けられている。

【0031】

第１連通孔４１Ａは、隣接する他の熱交換モジュールの第２連通孔４２Ａと連通している。また、第１連通孔４１Ａ及び第２連通孔４２Ａは、それぞれ、熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの媒体流路を構成している。

【0032】

つまり、第１連通孔４１Ａ及び第２連通孔４２Ａは、隣接する熱交換モジュールの媒体流路を連結する連結口を構成している。１つの熱交換モジュールの内部を流れた熱交換媒体は、第１連通孔４１Ａから隣接する熱交換モジュールの第２連通孔４２Ａに流れ込むか、又は第２連通孔４２Ａから隣接する熱交換モジュールの第１連通孔４１Ａに流れ込む。

【0033】

第１連結部４１は、第１連通孔４１Ａ及び第２連通孔４２Ａに挿通された締結具５によって、フレーム２に対し第２連結部４２と共に締結されている。なお、締結具５は、第１連結部４１の第１連通孔４１Ａと対向する下壁と、第２連結部４２の第２連通孔４２Ａと対向する上壁とを貫通している。

【0034】

＜締結具＞
締結具５は、複数の熱交換モジュール同士を締結している。締結具５は、頭部が下方に位置する向きで、フレーム２に連結されたボルトである。ボルトの種類は特に問われず、フレーム２に直接螺合されてもよいし、フレーム２に設けられたナットに螺合されてもよい。

【0035】

締結具５は、隣接する２枚のベース板６と、隣接する２つの熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄと、分割壁３とを貫通している。締結具５は、１つの第１連結部４１（つまり１つの第２連結部４２）に対し、車両の左右方向に１つずつ配置されている。

【0036】

＜ベース板＞
複数のベース板６は、熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを下方から覆っている。ベース板６は、車両のアンダーカバーを構成している。ただし、ベース板６の下方にさらに別のカバーが配置されてもよい。

【0037】

複数のベース板６は、それぞれの端部において隣接する他のベース板６と上下方向に重ね合わされている。また、ベース板６は、締結具５によって、フレーム２に対し他のベース板６及び複数の熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの第１連結部４１及び第２連結部４２と共に締結されている。つまり、第１連結部４１と第２連結部４２とが重ね合わされた領域の下方で、隣接する２つのベース板６が重ね合わされている。

【0038】

＜シール部材＞
第１シール部材７Ａは、重ね合わされた第１連結部４１及び第２連結部４２の間に配置されると共に、締結具５を囲んでいる。第１シール部材７Ａは、第１連通孔４１Ａと第２連通孔４２Ａとに挟まれ、これらの連通孔からの熱交換媒体の流出を阻止している。

【0039】

第２シール部材７Ｂは、第２連結部４２と分割壁３との間に配置されると共に、締結具５を囲んでいる。第２シール部材７Ｂは、第２連結部４２及び分割壁３のそれぞれに設けられた締結具５の挿通孔からの熱交換媒体の流出を阻止している。

【0040】

第３シール部材７Ｃは、第１連結部４１とベース板６との間に配置されると共に、締結具５を囲んでいる。第３シール部材７Ｃは、第１連結部４１及びベース板６のそれぞれに設けられた締結具５の挿通孔からの熱交換媒体の流出を阻止している。

【0041】

第４シール部材７Ｄは、締結具５の頭部とベース板６との間に配置されると共に、締結具５を囲んでいる。第４シール部材７Ｄは、ベース板６に設けられた締結具５の挿通孔からの熱交換媒体の流出を阻止している。

【0042】

シール部材７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄとしては、周知の弾性体が使用できる。シール部材７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄは、締結具５の締結によって上下方向（つまり締結具５の軸方向）に圧縮される。

【0043】

＜組立方法＞
熱交換構造１は、次の手順によって組立てられる。まず、図４に示すように、熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄと複数のベース板６とを重ね合わせる。

【0044】

この状態で、締結具５をベース板６の下方から挿入し、締結具５をフレーム２（図４では図示省略）に締結することで、熱交換構造１が得られる。なお、締結具５による締結領域では、熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの上下、及びベース板６の上下には、それぞれシール部材７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄが配置される。

【0045】

また、図５に示すように、締結具５によって、１つの熱交換モジュールを構成する第１金属板４４と第２金属板４５とを連結してもよい。この場合、第１金属板４４と第２金属板４５との間に、ガスケット４６が配置される。ガスケット４６は、第１金属板４４及び第２金属板４５に設けられた締結具５の挿通孔からの熱交換媒体の流出を阻止する。

【0046】

［１－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）複数の熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが互いに重ね合わされた状態でフレーム２に直接締結される。そのため、熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを保持する部品を設けることなく、熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄをフレーム２の下方に設置することができる。また、２つの熱交換モジュールの接続とフレーム２への取り付けとを同時に行うことができる。その結果、組み付けコストを低減できる。

【0047】

（１ｂ）第１連結部４１及び第２連結部４２それぞれの連通孔４１Ａ，４２Ａが媒体流路の連結を担うため、複数の熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの接続作業を容易に行うことができる。

【0048】

（１ｃ）第１シール部材７Ａによって、第１連結部４１及び第２連結部４２からの熱交換媒体の漏洩を抑制できる。また、熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄのフレーム２への取り付け時に第１シール部材７Ａの設置を同時に行うことができる。

【0049】

（１ｄ）分割されたベース板６をフレーム２に取り付けることができるため、大型の部品を取り扱う必要が無くなり、搬送コストが低下する。また、複数のベース板６を複数の熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄと同時にフレーム２へ取り付けることができるため、組み付けコストを低減できる。

【0050】

（１ｅ）複数のバッテリ収容部２１それぞれの下方に、熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが１つずつ配置されることで、バッテリ１００に対する熱交換効率を高めることができる。

【0051】

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

【0052】

（２ａ）上記実施形態の熱交換構造において、複数の熱交換モジュールの構成は一例である。例えば、図６に示すように、複数の熱交換モジュールには、分割壁３及びフレーム２から離れた連結用熱交換モジュール４Ｅが含まれてもよい。

【0053】

連結用熱交換モジュール４Ｅは、２つの熱交換モジュール４Ａ，４Ｂにそれぞれ連結される第１連結部４１及び第２連結部４２を有する。連結用熱交換モジュール４Ｅの流路断面積の調整によって、複数のバッテリ収容部２１の熱交換媒体の流量バランスを調整することができる。

【0054】

また、連結用熱交換モジュール４Ｅの内部には、熱交換媒体の流量を調整するバルブ８が配置されてもよい。バルブ８は、例えば、バッテリ１００の温度に合わせて開度が制御される。

【0055】

（２ｂ）上記実施形態の熱交換構造において、図７Ａに示すように、複数のバッテリ１００が車両の左右方向に分割されてもよい。この場合、図７Ｂに示すように、複数の熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄも左右方向に分割して配置される。

【0056】

（２ｃ）上記実施形態の熱交換構造は、必ずしも分割壁を備えなくてもよい。図８Ａ及び図８Ｂに示すように、熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃの上面に熱伝導材４７が配置されると共に、熱交換モジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃが直接フレーム２に取り付けられてもよい。

【0057】

（２ｄ）上記実施形態の熱交換構造において、ベース板は、必ずしも熱交換モジュールと共にフレームに連結されなくてもよい。また、熱交換構造は、複数の熱交換モジュールを覆う１枚のベース板を備えてもよい。

【0058】

（２ｅ）上記実施形態の熱交換構造において、熱交換モジュールは、フレームの上方に配置されてもよい。つまり、熱交換モジュールは、フレームに収容されたバッテリを上方から覆ってもよい。

【0059】

（２ｆ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

【符号の説明】

【0060】

１…熱交換構造、２…フレーム、３…分割壁、
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ…熱交換モジュール、４Ｅ…連結用熱交換モジュール、
５…締結具、６…ベース板、７Ａ…第１シール部材、７Ｂ…第２シール部材、
７Ｃ…第３シール部材、７Ｄ…第４シール部材、８…バルブ、２１…バッテリ収容部、
２２…ウェブ、３１…壁本体、３２…第１熱伝導材、３３…第２熱伝導材、
４１…第１連結部、４１Ａ…第１連通孔、４２…第２連結部、４２Ａ…第２連通孔、
４４…第１金属板、４５…第２金属板、４６…ガスケット、４７…熱伝導材、
１００…バッテリ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】