特開 2024-31407 電池温度調節システム

(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】P2024031407

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】電池温度調節システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6556 20140101AFI20240229BHJP

   H01M 10/6568 20140101ALN20240229BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6556

H01M10/6568

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022134943

(22)【出願日】2022-08-26

(71)【出願人】

【識別番号】000222484

【氏名又は名称】株式会社ティラド

(72)【発明者】

【氏名】高野 峻吾

(72)【発明者】

【氏名】須山 隆行

【テーマコード（参考）】

5H031

【Ｆターム（参考）】

5H031KK08

(57)【要約】

【課題】 電池の温度調節における精度の向上。
【解決手段】 表面に複数の面を有する電池１と、電池１の少なくとも二つの面に熱交換器２が設置され、各熱交換器２の内部の流路３に熱媒体４が流通し、少なくとも２つの熱交換器２における熱媒体４の流通が互いに同様でないようにする。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面に複数の面を有する電池（１）と、
電池（１）の少なくとも二つの面に熱交換器（２）が設置され、
各熱交換器（２）の内部の流路（３）に熱媒体（４）が流通し、
少なくとも２つの熱交換器（２）における熱媒体（４）の流通が互いに同様ではない電池温度調節システム。

【請求項2】

請求項１に記載の電池温度調節システムにおいて、
電池（１）は、その外形が直方体であり、
各熱交換器（２）は外形が長方形の平板型であるとともに、各熱交換器（２）の基本構造は同一であり、前記長方形の１つの辺（２ａ）に、熱媒体（４）の入口（５）および出口（６）が形成されており、
直方体の中心оを原点とし、直方体の面と直交する直交座標系の軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とし、
Ｙ軸の正の部分と直交する面を第１平面（ＹＰ）、Ｙ軸の負の部分と直交する面を第２平面（ＹＭ）とし、
Ｚ軸の正の部分と直交する面を第３平面（ＺＰ）、Ｚ軸の負の部分と直交する面を第４平面（ＺＭ）としたとき、
第１平面（ＹＰ）、第２平面（ＹＭ）、第４平面（ＺＭ）に熱交換器（２）が配置され、
第１平面（ＹＰ）および第２平面（ＹＭ）に配置された熱交換器（２）に配置された各入口（５）は第３平面（ＺＰ）側に位置し、各出口（６）は第４平面（ＺＭ）側に位置する電池温度調節システム。

【請求項3】

請求項２に記載の電池温度調節システムにおいて、
Ｘ軸の正の部分と直交する面を第５平面（ＸＰ）、Ｘ軸の負の部分と直交する面を第６平面（ＸＭ）としたとき、
第４平面（ＺＭ）に配置された第３熱交換器（２Ｃ）において、その入口（５）および出口（６）が形成された辺（２ａ）は第５平面（ＸＰ）側に位置し、かつその入口（５）は第２平面（ＹＭ）側、その出口（６）は第１平面（ＹＰ）側に配置されており、
第１平面（ＹＰ）に配置された第１熱交換器（２Ａ）の入口（５）および出口（６）の形成された辺（２ａ）が、第６平面（ＸＭ）側に位置し、
第２平面（ＹＭ）に配置された第２熱交換器（２Ｂ）の入口（５）および出口（６）が形成された辺（２ａ）が、第５平面（ＸＰ）側に位置する電池温度調節システム。

【請求項4】

請求項１に記載の電池温度調節システムにおいて、
電池（１）は、その外形が直方体であり、
各熱交換器（２）は外形が長方形の平板型であるとともに、各熱交換器（２）の基本構造は同一であり、前記長方形の１つの辺（２ａ）に、熱媒体（４）の入口（５）および出口（６）が形成されており、
直方体の中心оを原点とし、直方体の面と直交する直交座標系の軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とし、
Ｙ軸の正の部分と直交する面を第１平面（ＹＰ）、Ｙ軸の負の部分と直交する面を第２平面（ＹＭ）としたとき、
Ｚ軸の正の部分と直交する面を第３平面（ＺＰ）、Ｚ軸の負の部分と直交する面を第４平面（ＺＭ）、
第１平面（ＹＰ）、第２平面（ＹＭ）に熱交換器（２）が配置され、
第１平面（ＹＰ）に配置された第１熱交換器（２Ａ）の入口（５）は、第３平面（ＺＰ）または第４平面（ＺＭ）の一方の平面側に位置し、出口（６）は他方の平面側に位置し、
第２平面（ＹＭ）に配置された第２熱交換器（２Ｂ）の入口（５）および出口（６）のそれぞれの位置が、第１熱交換器（２Ａ）の入口（５）および出口（６）の位置とは逆の平面側に位置する電池温度調節システム。

【請求項5】

請求項４に記載の電池温度調節システムにおいて、
Ｘ軸の正の部分と直交する面を第５平面（ＸＰ）、Ｘ軸の負の部分と直交する面を第６平面（ＸＭ）としたとき、
第１熱交換器（２Ａ）の入口（５）および出口（６）が配置された辺（２ａ）と、
第２熱交換器（２Ｂ）の入口（５）および出口（６）が配置された辺（２ａ）とが、
ともにＸ軸上の同じ平面側に位置している電池温度調節システム。

【請求項6】

請求項４または請求項５のいずれかに記載の電池温度調節システムにおいて、
第１平面（ＹＰ）と第２平面（ＹＭ）との間の第１面間距離を（Ｗ）とし、
第３平面（ＺＰ）と第４平面（ＺＭ）との間の第２面間距離を（ｂ）とし、
第５平面（ＸＰ）と第６平面（ＸＭ）との間の第３面間距離を（ａ）としたとき、
Ｗ、ａ、ｂとの関係が、
Ｗ＜ａであり、
且つ
Ｗ＜ｂである電池温度調節システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池の温度調節における精度の向上に関する。

【背景技術】

【0002】

図７は、従来の電池温度調節システムであり、図８は、従来の電池温度調節システムにおける電池１内部の温度分布を示している。
電池１は、図７に示す如く、直方体である。
熱交換器２は外形が長方形の平板型であり、その内部に熱媒体４が流通する流路を有し、長方形の１つの辺２ａに熱媒体４の入口５および出口６が形成されている。
この熱交換器２は、電池１の下面に配置され、電池の下面側から冷却するものである。
また、熱交換器が電池の側面に配置されたものが知られている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

しかしながら、これらの従来型の電池温度調節システムでは、電池において、一部の平面にしか熱交換器が配置されていないので、図８に示す如く、電池内部における温度差が大きくなり、精密な温度調整が困難となっていた。
電池内部における温度差が大きくなると、電池の性能の低下につながる。
そこで本発明は、電池の温度調節における精度の向上を課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0004】

上記課題を解決する第１の発明は、表面に複数の面を有する電池１と、
電池１の少なくとも二つの面に熱交換器２が設置され、
各熱交換器２の内部の流路３に熱媒体４が流通し、
少なくとも２つの熱交換器２における熱媒体４の流通が互いに同様ではない電池温度調節システムである。

【0005】

第２の発明は、第１の発明において、
電池１は、その外形が直方体であり、
各熱交換器２は外形が長方形の平板型であるとともに、各熱交換器２の基本構造は同一であり、前記長方形の１つの辺２ａに、熱媒体４の入口５および出口６が形成されており、
直方体の中心оを原点とし、直方体の面と直交する直交座標系の軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とし、
Ｙ軸の正の部分と直交する面を第１平面ＹＰ、Ｙ軸の負の部分と直交する面を第２平面ＹＭとし、
Ｚ軸の正の部分と直交する面を第３平面ＺＰ、Ｚ軸の負の部分と直交する面を第４平面ＺＭとしたとき、
第１平面ＹＰ、第２平面ＹＭ、第４平面ＺＭに熱交換器２が配置され、
第１平面ＹＰおよび第２平面ＹＭに配置された熱交換器２に配置された各入口５は第３平面ＺＰ側に位置し、各出口６は第４平面ＺＭ側に位置する電池温度調節システムである。

【0006】

第３の発明は、第２の発明において、
Ｘ軸の正の部分と直交する面を第５平面ＸＰ、Ｘ軸の負の部分と直交する面を第６平面ＸＭとしたとき、
第４平面ＺＭに配置された第３熱交換器２Ｃにおいて、その入口５および出口６が形成された辺２ａは第５平面ＸＰ側に位置し、かつその入口５は第２平面ＹＭ側、その出口６は第１平面ＹＰ側に配置されており、
第１平面ＹＰに配置された第１熱交換器２Ａの入口５および出口６の形成された辺２ａが、第６平面ＸＭ側に位置し、
第２平面ＹＭに配置された第２熱交換器２Ｂの入口５および出口６が形成された辺２ａが、第５平面ＸＰ側に位置する電池温度調節システムである。

【0007】

第４の発明は、第１の発明において、
電池１は、その外形が直方体であり、
各熱交換器２は外形が長方形の平板型であるとともに、各熱交換器２の基本構造は同一であり、前記長方形の１つの辺２ａに、熱媒体４の入口５および出口６が形成されており、
直方体の中心оを原点とし、直方体の面と直交する直交座標系の軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とし、
Ｙ軸の正の部分と直交する面を第１平面ＹＰ、Ｙ軸の負の部分と直交する面を第２平面ＹＭとしたとき、
Ｚ軸の正の部分と直交する面を第３平面ＺＰ、Ｚ軸の負の部分と直交する面を第４平面ＺＭ、
第１平面ＹＰ、第２平面ＹＭに熱交換器２が配置され、
第１平面ＹＰに配置された第１熱交換器２Ａの入口５は、第３平面ＺＰまたは第４平面ＺＭの一方の平面側に位置し、出口６は他方の平面側に位置し、
第２平面ＹＭに配置された第２熱交換器２Ｂの入口５および出口６のそれぞれの位置が、第１熱交換器２Ａの入口５および出口６の位置とは逆の平面側に位置する電池温度調節システムである。

【0008】

第５の発明は、第４の発明において、
Ｘ軸の正の部分と直交する面を第５平面ＸＰ、Ｘ軸の負の部分と直交する面を第６平面ＸＭとしたとき、
第１熱交換器２Ａの入口５および出口６が配置された辺２ａと、
第２熱交換器２Ｂの入口５および出口６が配置された辺２ａとが、
ともにＸ軸上の同じ平面側に位置している電池温度調節システムである。

【0009】

第６の発明は、第４または第５のいずれかの発明において、
第１平面ＹＰと第２平面ＹＭとの間の第１面間距離をＷとし、
第３平面ＺＰと第４平面ＺＭとの間の第２面間距離をｂとし、
第５平面ＸＰと第６平面ＸＭとの間の第３面間距離をａとしたとき、
Ｗ、ａ、ｂとの関係が、
Ｗ＜ａであり、
且つ
Ｗ＜ｂとなる電池温度調節システムである。

【発明の効果】

【0010】

第１の発明の電池温度調節システムは、表面に複数の面を有する電池１の少なくとも二つの面に熱交換器２が設置され、各熱交換器２の内部の流路３に熱媒体４が流通し、少なくとも２つの熱交換器２における熱媒体４の流通が互いに同様でないことを特徴とする。
複数の面を有する電池１の少なくとも２つの面に熱交換器２が配置されているので、従来の一つの面に熱交換が配置された場合より、電池１内部における温度差が小さくなり、高精度な温度調節が可能となる。
また、少なくとも２つの熱交換器２における熱媒体の流通が互いに同様ではないので、熱交換に伴う熱媒体４の温度変化が当該熱交換器の間で平均化され、前記温度変化によって生じる電池１内部の温度差が抑制され、より高精度な温度調節が可能となる。

【0011】

第２の発明の電池温度調節システムは、直方体の電池１の第１平面ＹＰ、第２平面ＹＭ、第４平面ＺＭに熱交換器２が配置され、第１平面ＹＰおよび第２平面ＹＭに配置された熱交換器２に配置された各入口５は第３平面ＺＰ側に位置し、各出口６は第４平面ＺＭ側に位置することを特徴としている。
この構成により、電池１の第１平面ＹＰ、第２平面ＹＭの第３平面ＺＰ側を強く温度調整することが可能となるため、電池１の第３平面ＺＰに熱交換器２を配置せずとも、電池１の内部における温度差を小さくすることができる。

【0012】

第３の発明の電池温度調節システムは、第４平面ＺＭに配置された第３熱交換器２Ｃにおいて、その入口５および出口６が形成された辺２ａは第５平面ＸＰ側に位置し、かつその入口５は第２平面ＹＭ側、その出口６は第１平面ＹＰ側に配置されており、第１平面ＹＰに配置された第１熱交換器２Ａの入口５および出口６の形成された辺２ａが、第６平面ＸＭ側に位置し、第２平面ＹＭに配置された第２熱交換器２Ｂの入口５および出口６が形成された辺２ａが、第５平面ＸＰ側に位置することを特徴とする。
この構成により、熱交換に伴う熱媒体４の流通方向における温度変化が、電池１に配置された各熱交換器（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）間で平均化されるので、前記温度変化によって生じる電池１内部の温度差が抑制され、より高精度な温度調整が可能となる。

【0013】

第４の発明の電池温度調節システムは、直方体の電池１の第１平面ＹＰ、第２平面ＹＭに熱交換器２が配置され、第１平面ＹＰに配置された第１熱交換器２Ａの入口５は、第３平面ＺＰまたは第４平面ＺＭの一方の平面側に位置し、出口６は他方の平面側に位置し、
第２平面ＹＭに配置された第２熱交換器２Ｂの入口５および出口６のそれぞれの位置が、第１熱交換器２Ａの入口５および出口６の位置とは逆の平面側に位置することを特徴とする。
この構成により、熱交換に伴う熱媒体４の温度変化が、電池に配置された各熱交換器２Ａ、２Ｂ間で平均化されるので、前記温度変化によって生じる電池１内部の温度差が抑制され、より高精度な温度調整が可能となる。

【0014】

第５の発明の電池温度調節システムは、第１熱交換器２Ａの入口５および出口６が配置された辺２ａと、第２熱交換器２Ｂの入口５および出口６が配置された辺２ａとが、ともにＸ軸上の同じ平面側に位置していることを特徴とする。
熱交換に伴う熱媒体４の流通方向における温度変化が、電池に配置された各熱交換器２Ａ、２Ｂ間で平均化されるので、前記温度変化によって生じる電池１内部の温度差が抑制され、より高精度な温度調整が可能となる。

【0015】

第６の発明の電池温度調節システムは、第１平面ＹＰと第２平面ＹＭとの間の第１面間距離をＷとし、第３平面ＺＰと第４平面ＺＭとの間の第２面間距離をｂとし、第５平面ＸＰと第６平面ＸＭとの間の第３面間距離をａとしたとき、
Ｗ、ａ、ｂとの関係が、
Ｗ＜ａであり、且つ、
Ｗ＜ｂとなることを特徴とする。
この場合、電池１における、熱交換器２Ａ、２Ｂが配置された対向する２つの第１平面ＹＰと第２平面ＹＭの第１面間距離Ｗが小さく、前記平均化の効果がより顕著となるので、前記温度変化によって生じる電池１内部の温度差が抑制され、より高精度な温度調整が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に用いられる電池１の各面の位置関係を示す斜視図。

【図2】本発明に用いられる熱交換器２の平面図。

【図3】図２のＩＩＩ－ＩＩＩ矢視断面図。

【図4】本発明の電池温度調節システムの第１の実施例を示す分解斜視図。

【図5】同電池温度調節システムによる電池内部の温度分布を示す説明図。

【図6】本発明の電池温度調節システムの第２の実施例を示す分解斜視図。

【図7】従来型電池温度調節システムの斜視図。

【図8】従来型電池温度調節システムによる電池内部の温度分布を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の電池温度調節システムは、表面に複数の面を有する電池１の少なくとも二つの面に熱交換器２が設置され、各熱交換器２の内部の流路３に熱媒体４が流通し、少なくとも２つの熱交換器２における熱媒体４の流通が互いに同様ではないことを特徴としている。
ここで、「熱媒体の流通が互いに同様ではない」とは、流路の形状が同様で流通の向きが異なる場合だけでなく、流路そのものが異なる場合も含まれる。
上記特徴から、複数の面を有する電池１の少なくとも２つの面に熱交換器２が配置されているので、従来の一つの面に熱交換が配置された場合より、電池１内部における温度差が小さくなり、高精度な温度調節が可能となる。また、少なくとも２つの熱交換器２における熱媒体の流通が互いに同様ではないので、熱交換に伴う熱媒体４の温度変化が当該熱交換器の間で平均化され、前記温度変化によって生じる電池１内部の温度差が抑制され、より高精度な温度調節が可能となる。

【0018】

次に、図面に基づいて本発明の各実施の形態につき説明する。
各実施例の電池温度調節システムは、図１に示す如く、外形が直方体の電池１を用いる。
この電池１において、直方体の中心оを原点とし、直方体の面と直交する直交座標系の軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とする。
Ｙ軸の正の部分と直交する面を第１平面ＹＰ、Ｙ軸の負の部分と直交する面を第２平面ＹＭとし、
Ｚ軸の正の部分と直交する面を第３平面ＺＰ、Ｚ軸の負の部分と直交する面を第４平面ＺＭとし、
Ｘ軸の正の部分と直交する面を第５平面ＸＰ、Ｘ軸の負の部分と直交する面を第６平面ＸＭとする。
各面は相対的なものであり、電池１の設置姿勢に依らない。

【0019】

また、同システムにおいて、図２、図３に示すような熱交換器２を用いる。
同システムでは、同一の基本構造を有する複数の熱交換器２を電池１の複数の面に配置する。
各熱交換器２は、外形が長方形の平板型であり、長方形の１つの辺２ａに、熱媒体４の入口５および出口６が形成され、熱交換器２の内部に熱媒体４が流通する偏平な流路３が形成された基本構造を有する。
熱交換器の基本構造以外の構造については、適宜、その構造を変更可能である。

【0020】

各実施例では、図３に示す如く、熱交換器の電池１と接触する接触面２ｂが平坦に形成されている。また、図２に示す如く、長方形の１つの辺２ａは熱交換器２の外方に突出しており、その辺２ａの部分に間隔をあけて熱媒体４の入口５および出口６が形成されている。
熱交換器２の流路３には、一例として、図２、図３に示すような仕切部７が形成されており、熱媒体４が入口５から仕切部７を介して出口６へＵ字状に流通する。図２、図３の例では、１つの仕切部７によりＵ字状の流路３が形成されているが、複数本の仕切部７によりＭ字状の流路３を形成することもできる。
熱媒体４が流通する流路の形状は、これらの例に限られない。
熱媒体４は、例として、冷却水、気液二相状態の冷媒等を用いることができる。

【実施例0021】

この第１の実施例では、図４に示す如く、電池１の側面のうち、第１平面ＹＰ、第２平面ＹＭ、第４平面ＺＭに熱交換器２が配置されている。
また、第１平面ＹＰおよび第２平面ＹＭに配置された各熱交換器２Ａ、２Ｂに配置された各入口５は第３平面ＺＰ側に位置し、各出口６は第４平面ＺＭ側に位置する。

【0022】

対向する熱交換器２Ａ、２Ｂの熱媒体４の各入口５の配置を電池１の第３平面ＺＰ側にすることにより、電池１の第１平面ＹＰ、第２平面ＹＭの第３平面ＺＰ側を強く温度調整することが可能となるため、電池１の第３平面ＺＰに熱交換器２を配置せずとも、電池１の内部における温度差を小さくすることができる。

【0023】

さらに、第４平面ＺＭに配置された第３熱交換器２Ｃにおいて、その入口５および出口６が形成された辺２ａは第５平面ＸＰ側に位置し、かつその入口５は第２平面ＹＭ側、その出口６は第１平面ＹＰ側に配置されている。
ここで、第１平面ＹＰに配置された第１熱交換器２Ａの入口５および出口６の形成された辺２ａが、第６平面ＸＭ側に位置し、第２平面ＹＭに配置された第２熱交換器２Ｂの入口５および出口６が形成された辺２ａは、第５平面ＸＰ側に位置している。
これにより、熱交換器２Ｃにおける入口５付近の熱媒体４の流れの向きと熱交換器２Ｂにおける出口６付近の熱媒体４の流れの向きは対向し、また、熱交換器２Ｃにおける出口６付近の熱媒体４の流れの向きと熱交換器２Ａにおける出口６付近の熱媒体４の流れの向きは対向するようになるので、図５の電池内部の温度分布の説明図に示す如く、熱交換に伴う熱媒体４の流通方向における温度変化が、電池に配置された各熱交換器（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）間でより平均化される。
ゆえに、熱交換に伴う熱媒体４の流通方向における温度変化によって生じる電池１の内部の温度差が抑制され、より高精度な温度調整が可能となる。
なお、本実施例において、各熱交換器（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の入口５と出口６を全て入れ替えても良い。すなわち、各熱交換器（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）における熱媒体４の流れの向きを全て逆にしてもよい。

【実施例0024】

図６は本発明の第２の実施例であり、第１平面ＹＰに第１熱交換器２Ａが配置され、第２平面ＹＭに第２熱交換器２Ｂが配置されている。
この例では、第１熱交換器２Ａの入口５は第４平面ＺＭ側に位置し、その出口６は第３平面ＺＰ側に位置しており、第２熱交換器２Ｂの入口５は第３平面ＺＰ側に位置し、その出口６は第４平面ＺＭ側に位置している。
この構成により、熱交換に伴う熱媒体４の温度変化が、電池に配置された各熱交換器２Ａ、２Ｂ間で平均化されるので、前記温度変化によって生じる電池１内部の温度差が抑制され、より高精度な温度調整が可能となる。

【0025】

さらに、第１熱交換器２Ａの入口５および出口６が配置された辺２ａと、第２熱交換器２Ｂの入口５および出口６が配置された辺２ａとが、ともに第５平面ＸＰ側に位置している。（第１熱交換器２Ａおよび第２熱交換器２Ｂの入口５および出口６が配置された辺２ａは、ともに第６平面ＸＭ側に位置していてもよい。）
このため、熱交換に伴う熱媒体４の流通方向における温度変化が、電池に配置された各熱交換器（２Ａ、２Ｂ）間でよりいっそう平均化されるので、さらに、温度変化によって生じる電池１内部の温度差が抑制され、より高精度な温度調整が可能となる。

【0026】

なお、第２の実施例においては、Ｗ＜ａ、且つ、Ｗ＜ｂの場合、電池１における、熱交換器２Ａ，２Ｂが配置された対向する２つの第１平面ＹＰと第２平面ＹＭの第１面間距離Ｗが相対的に小さく、前記平均化の効果がより顕著となるので、前記温度変化によって生じる電池１内部の温度差が抑制され、より高度な温度調整が可能となる。
ここで、
Ｗは第１平面ＹＰと第２平面ＹＭとの間の第１面間距離であり、
ｂは第３平面ＺＰと第４平面ＺＭとの間の第２面間距離であり、
ａは第５平面ＸＰと第６平面ＸＭとの間の第３面間距離である。

【0027】

各実施例の熱交換器は、流路３の内部に図２、図３のようにディンプル等の凸部８を形成することができる。これに変えて、内部に各種フィンを配置しても良い。
電池１は、単体の電池だけでなく、電池の集合体であってもよい。