特開 2024-178644 電池冷却器

(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】P2024178644

(43)【公開日】2024-12-25

(54)【発明の名称】電池冷却器

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6566 20140101AFI20241218BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20241218BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALI20241218BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6566

H01M10/613

H01M10/6556

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023096938

(22)【出願日】2023-06-13

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】杉山 尚

【テーマコード（参考）】

5H031

【Ｆターム（参考）】

5H031AA09

5H031HH08

5H031KK08

(57)【要約】

【課題】電池スタック内のセル間の温度差を小さくする。
【解決手段】冷媒が内部を流れる冷媒流路１を備え、電池２が冷媒流路１に直接又は間接的に接触することにより、熱伝導で電池２を冷却する電池冷却器であって、冷媒流路１の内壁面１１１には、冷媒の流れの上流側から下流側へ向かうほど密となるように凹凸１３が設けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷媒が内部を流れる冷媒流路を備え、電池が前記冷媒流路に直接又は間接的に接触することにより、熱伝導で前記電池を冷却する電池冷却器であって、
前記冷媒流路の内壁面には、前記冷媒の流れの上流側から下流側へ向かうほど密となるように凹凸が設けられていることを特徴とする電池冷却器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷媒流路を流れる冷媒と電池との熱交換により電池を冷却する電池冷却器に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、冷媒流路の内壁面に複数の島状の隆起を冷媒の流れの方向に等距離間隔で並べて配置した電池冷却器が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－０２６２２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

内部を冷媒が一方向に流れる冷媒流路の上に、複数のセルを冷媒が流れる方向に一列に並べた電池スタックを配置することによって、電池スタックを冷却する電池冷却器が知られている。このような電池冷却器では、電池スタックからの受熱により、冷媒流路を流れる冷媒は上流側から下流側へ向かうほど高温となる。そのため、このような電池冷却器では、上流側に配置されたセルより下流側に配置されたセルの方が高温となり、セル間に温度差が生じる。

【0005】

しかし、リチウムイオン電池等の電池を安全かつ適切に動作させるためには、電池スタック内の個々のセルを全て規定温度以下に保ち、電池スタック内のセル間の温度差を規定温度差以下に保つ必要がある。

【0006】

また、近年の電池パックの大型化や高エネルギー密度化に伴い、セルが発生する熱量が増加しているため、冷媒の温度上昇も大きくなる傾向にある。

【0007】

そこで、本発明は、電池スタック内のセル間の温度差を小さくすることができる電池冷却器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】

【0008】

本発明に係る電池冷却器は、冷媒が内部を流れる冷媒流路を備え、電池が前記冷媒流路に直接又は間接的に接触することにより、熱伝導で前記電池を冷却する電池冷却器であって、前記冷媒流路の内壁面には、前記冷媒の流れの上流側から下流側へ向かうほど密となるように凹凸が設けられていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明は、電池スタック内のセル間の温度差を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施形態の電池冷却器の冷媒通路と電池スタックの斜視図と、冷媒通路の上板の下面視の図である。

【図2】第２の実施形態の電池冷却器の冷媒通路と電池スタックの斜視図と、冷媒通路の上板の下面視の図である。

【図3】第３の実施形態の電池冷却器の冷媒通路と電池スタックの斜視図と、冷媒通路の上板の下面視の図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

＜第１の実施形態＞
以下、図１を参照しながら、第１の実施形態の電池冷却器１０について説明する。電池冷却器１０は、電気自動車やハイブリッド車などの車両に搭載される電池パックの下に配置される。電池冷却器１０は、内部を冷媒が流れることによって、電池パックを冷却することができる。電池冷却器１０の内部を流れる冷媒として、例えばエンジン冷却水を用いてもよいし、冷却油又はエアコン冷媒等の液体を用いてもよい。

【0012】

図１は、電池冷却器１０の冷媒流路１と電池スタック２の斜視図と、冷媒流路１の上板１１の下面視の図である。車両に搭載される電池パックは、図１に示すように複数のセル２１を一列に並べた電池スタック２を、複数列、並列に並べた構成を有する。電池冷却器１０における冷媒の流路は、電池スタック２と同数の冷媒流路１に分岐しており、これらの冷媒流路１は、それぞれ電池スタック２の下に１つずつ配置されている。冷媒流路１と電池スタック２の組み合わせは複数組存在するが、図１には、１組の冷媒流路１及び電池スタック２の組み合わせのみ描かれている。

【0013】

冷媒流路１は、上板１１、下板１２及び不図示の側板により形成された矩形断面の管である。側板は冷媒流路１の側壁を構成しており、上板１１と下板１２に接続している。上板１１及び下板１２は、いずれも水平となるように配置されている。上板１１と下板１２の間には、高さが３ミリメートルの空間が形成されている。冷媒は、上板１１と下板１２との間の空間を、セル２１が一列に並ぶ方向と同じ方向に流れる。上板１１の下面１１１と下板１２の上面１２１は、冷媒流路１の内壁面の一部を構成している。上板１１の上面１１２は、電池スタック２を載せた電池パックケース３の下面に熱伝導材を介して接着されている。このようにセル２１が電池パックケース３及び熱伝導材を介して冷媒流路１に接触しているため、冷媒流路１は熱伝導によりセル２１を冷却することができる。

【0014】

上板１１の下面１１１には、図１に示すように、下方へ向かって隆起した高さ１ミリメートルの複数の半球形状の凸部１３が、冷媒の流れの上流側から下流側へ向かうほど密となるように設けられている。そのため、冷媒と上板１１の下面１１１の間の伝熱面積は、凸部１３が密に設けられた下流側の方が上流側より大きくなる。更に、凸部１３設置の付帯効果として、凸部１３が密に設けられた下流側の方が、上流側よりも冷媒の乱流が促進されるため、冷媒と上板１１の下面１１１の間の熱伝達率を向上させることができる。

【0015】

上板１１の下面１１１を介して冷媒に伝達される熱量Ｑについては、以下の式１の関係が成り立つ。

【0016】

Ｑ＝伝熱面積×熱伝達率×（壁面温度―冷媒温度） ・・・式１

【0017】

冷媒流路１を流れる冷媒の温度は、冷媒流路１の上流側より下流側の方が高くなる。そのため、式１における（壁面温度―冷媒温度）は、冷媒流路１の上流側の方が下流側より大きくなる。しかし、上流側より下流側が密になるように上板１１の下面１１１に凸部１３を設けることにより、式１における伝熱面積と熱伝達率は、冷媒流路１の上流側より下流側の方が大きくなる。そのため、電池冷却器１０は、冷媒流路１の下流側における熱交換量を上流側における熱交換量に近付けることができる。電池冷却器１０は、このように冷媒流路１の下流側における熱交換量を上流側における熱交換量に近付けることができるため、電池スタック２内のセル２１間の温度差を小さくすることができる。

【0018】

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態の電池冷却器２０について、図２を用いて説明する。第２の実施形態の電池冷却器２０は、冷媒流路１ａの上板１１ａに凸部１３の代わりにリブ１３ａが設けられる点を除いて、第１の実施形態の電池冷却器１０と同一の構成を有している。そのため、第２の実施形態の電池冷却器２０については、第１の実施形態の電池冷却器１０と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

【0019】

図２は、電池冷却器２０の冷媒流路１ａと電池スタック２の斜視図と、電池冷却器２０の冷媒流路１ａの上板１１ａの下面視の図である。図２に示すように、電池冷却器２０の冷媒流路１ａの上板１１ａには、下方へ向かって隆起した高さ１ミリメートルの複数のリブ１３ａが、冷媒の流れの上流側から下流側へ向かうほど密となるように設けられている。リブ１３ａは、いずれも冷媒が流れる方向に垂直な方向に延びている。リブ１３ａは、冷媒流路１ａの上流側より下流側の方が、リブ１３ａ間の間隔が狭くなるように設けられている。そのため、冷媒と上板１１ａの下面１１１ａの間の伝熱面積は、リブ１３ａが密に設けられた下流側の方が上流側より大きくなる。更に、リブ１３ａ設置の付帯効果として、リブ１３ａが密に設けられた下流側の方が、上流側よりも冷媒の乱流が促進されるため、冷媒と上板１１ａの下面１１１ａの間の熱伝達率を向上させることができる。

【0020】

電池冷却器２０では、第１の実施形態の電池冷却器１０と同様に、冷媒流路１ａを流れる冷媒の温度は、冷媒流路１ａの上流側より下流側の方が高くなる。そのため、式１における（壁面温度―冷媒温度）は、冷媒流路１ａの上流側の方が下流側より大きくなる。しかし、上流側より下流側が密になるように上板１１ａの下面１１１ａにリブ１３ａを設けることにより、式１における伝熱面積と熱伝達率は、冷媒流路１ａの上流側より下流側の方が大きくなる。そのため、電池冷却器２０は、冷媒流路１ａの下流側における熱交換量を上流側における熱交換量に近付けることができる。電池冷却器２０は、このように冷媒流路１ａの下流側における熱交換量を上流側における熱交換量に近付けることができるため、電池スタック２内のセル２１間の温度差を小さくすることができる。

【0021】

＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態の電池冷却器３０について、図３を用いて説明する。第３の実施形態の電池冷却器３０は、冷媒流路１ｂの上板１１ｂに凸部１３の代わりにリブ１３ｂが設けられる点を除いて、第１の実施形態の電池冷却器１０と同一の構成を有している。そのため、第３の実施形態の電池冷却器３０については、第１の実施形態の電池冷却器１０と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

【0022】

図３は、電池冷却器３０の冷媒流路１ｂと電池スタック２の斜視図と、電池冷却器３０の冷媒流路１ｂの上板１１ｂの下面視の図である。図３に示すように、電池冷却器３０の冷媒流路１ｂの上板１１ｂには、下方へ向かって隆起した高さ１ミリメートルの複数のリブ１３ｂが、冷媒の流れの上流側から下流側へ向かうほど密となるように設けられている。リブ１３ｂは、いずれも冷媒が流れる方向に平行な方向に延びている。リブ１３ｂは、冷媒流路１ｂの上流側より下流側の方が、リブ１３ｂ間の間隔が狭くなるように設けられている。そのため、冷媒と上板１１ｂの下面１１１ｂの間の伝熱面積は、リブ１３ｂが密に設けられた下流側の方が上流側より大きくなる。更に、リブ１３ｂ設置の付帯効果として、リブ１３ｂが密に設けられた下流側の方が、上流側よりも冷媒の乱流が促進されるため、冷媒と上板１１ｂの下面１１１ｂの間の熱伝達率を向上させることができる。

【0023】

電池冷却器３０では、第１の実施形態の電池冷却器１０と同様に、冷媒流路１ｂを流れる冷媒の温度は、冷媒流路１ｂの上流側より下流側の方が高くなる。そのため、式１における（壁面温度―冷媒温度）は、冷媒流路１ｂの上流側の方が下流側より大きくなる。しかし、上流側より下流側が密になるように上板１１ｂの下面１１１ｂにリブ１３ｂを設けることにより、式１における伝熱面積と熱伝達率は、冷媒流路１ｂの上流側より下流側の方が大きくなる。そのため、電池冷却器３０は、冷媒流路１ｂの下流側における熱交換量を上流側における熱交換量に近付けることができる。電池冷却器３０は、このように冷媒流路１ｂの下流側における熱交換量を上流側における熱交換量に近付けることができるため、電池スタック２内のセル２１間の温度差を小さくすることができる。

【0024】

＜実施形態の補足＞
本開示の電池冷却器は、上述した形態に限定されず、本開示の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。例えば、冷媒流路の内壁面に設けられた凸部の形状は半球形状以外の形状であってもよい。また、凸部やリブの高さは１ミリメートル以外の高さであってもよい。

【符号の説明】

【0025】

１，１ａ、１ｂ 冷媒流路、２ 電池スタック、３ 電池パックケース、１０，２０，３０ 電池冷却器、１１，１１ａ，１１ｂ 上板、１２ 下板、１３ 凸部、１３ａ，１３ｂ リブ、２１ セル、１１１，１１１ａ，１１１ｂ 下面、１１２ 上面、１２１ 上面。

【図1】

【図2】

【図3】