特開 2024-71956 電池の温度制御構造体

(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】P2024071956

(43)【公開日】2024-05-27

(54)【発明の名称】電池の温度制御構造体

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6557 20140101AFI20240520BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20240520BHJP

   H01M 10/643 20140101ALI20240520BHJP

   H01M 10/6568 20140101ALI20240520BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20240520BHJP

   H01M 10/615 20140101ALI20240520BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6557

H01M10/613

H01M10/643

H01M10/6568

H01M10/625

H01M10/615

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022182499

(22)【出願日】2022-11-15

(71)【出願人】

【識別番号】000253075

【氏名又は名称】澤藤電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003890

【氏名又は名称】弁理士法人ＳＩＰＰｓ

(72)【発明者】

【氏名】木村 幸浩

【テーマコード（参考）】

5H031

【Ｆターム（参考）】

5H031AA09

5H031HH08

5H031KK08

(57)【要約】

【課題】モジュール化しやすく、かつ電池セルの回収もしやすい電池の温度制御構造体を提供すること。
【解決手段】電池の温度制御構造体１０は、電池１０の高さ方向に交差する横方向に並んだ複数の電池セル２１を冷却するものであり、電池２０の側方で電池２０の高さ方向に上下に延び往復して配置され電池２０を冷却する縦熱交換部材３１と、縦熱交換部材３１に接続され電池２０の横方向に延びて配置され電池２０を冷却する横熱交換部材３２とを備えている。縦熱交換部材３１と横熱交換部材３２は交互に配置されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池の高さ方向に交差する横方向に並んだ複数の電池セルを冷却する電池の温度制御構造体であって、
前記電池の側方で前記電池の高さ方向に上下に延び往復して配置され、前記電池を冷却する縦熱交換部材を備えていることを特徴とする電池の温度制御構造体。

【請求項2】

請求項１記載の電池の温度制御構造体であって、
前記縦熱交換部材に接続され前記電池の横方向に延びて配置され前記電池を冷却する横熱交換部材を備え、前記縦熱交換部材と前記横熱交換部材が交互に配置されていることを特徴とする電池の温度制御構造体。

【請求項3】

請求項２記載の電池の温度制御構造体であって、
前記縦熱交換部材と前記横熱交換部材から熱交換部材が構成され、
前記熱交換部材の一方の端部と他方の端部は前記電池の横方向の両側に分かれて配置されていることを特徴とする電池の温度制御構造体。

【請求項4】

請求項３記載の電池の温度制御構造体であって、
前記縦熱交換部材の長さＬ１、及び、前記縦熱交換部材の上部に接続された前記横熱交換部材の上端から前記縦熱交換部材の下部に接続された前記横熱交換部材の下端までの距離Ｈ１は、前記電池の高さＨＣよりも短いことを特徴とする電池の温度制御構造体。

【請求項5】

請求項４記載の電池の温度制御構造体であって、
前記電池は、複数の前記電池セルを保持する電池ホルダを備え、
前記縦熱交換部材は前記電池ホルダに保持され、
前記横熱交換部材は前記電池ホルダの外側に配置されていることを特徴とする電池の温度制御構造体。

【請求項6】

請求項５記載の電池の温度制御構造体であって、
前記縦熱交換部材は、前記電池の側面視で前記電池セル間に配置されていることを特徴とする電池の温度制御構造体。

【請求項7】

請求項６記載の電池の温度制御構造体であって、
前記電池セルは、その表面が絶縁部材で覆われ、
前記絶縁部材は、前記電池ホルダに接着剤を介して固定され、
前記電池セルの列間には、治具を出し入れ可能な隙間が形成されていることを特徴とする電池の温度制御構造体。

【請求項8】

請求項６記載の電池の温度制御構造体であって、
前記縦熱交換部材及び前記横熱交換部材は、冷媒管であることを特徴とする電池の温度制御構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池を温度制御する電池の温度制御構造体に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、車の電動化が加速する中で、車載用電池の発熱に起因する爆発や発火の防止、および電池寿命の延長のためには電池の温度管理が重要となっている。このような電池の温度管理を行う技術として電池を冷却して温度管理を行うエネルギー貯蔵パックが知られている（特許文献１）。

【0003】

特許文献１のエネルギー貯蔵パックは、冷却剤入口マニホールドと、冷却剤出口マニホールドと、冷却剤入口マニホールドと冷却剤出口マニホールドとの間に延在し、複数の熱交換管を通過する冷却剤と、エネルギー貯蔵パック内の複数の熱交換管に隣接してそれらの間に取り付けられた複数の電池セルとの間で熱交換する複数の熱交換管とを含んでいる。また、冷却剤入口マニホールドおよび冷却剤出口マニホールドの少なくとも一方は、複数の熱交換管終端構造体と、複数の熱交換管終端構造体を相互連結する複数のホースセグメントとを含んでいる。エネルギー貯蔵パックは、冷却剤入口マニホールド上に位置する冷却剤入口開口部と、冷却剤出口マニホールド上に位置する冷却剤出口開口部とをさらに含んでいる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０２０－５０８５４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１のエネルギー貯蔵パックは、冷却剤入口マニホールド、冷却剤出口マニホールド、これらのマニホールド間に延在する複数の熱交換管、電池セルとの間で熱交換する複数の熱交換管、複数の熱交換管終端構造体およびホースセグメント等が複雑に配置されており、構造が複雑でモジュール化が容易ではない。また、特許文献１のエネルギー貯蔵パックを解体しようとした場合に、エネルギー貯蔵パックからの電池セルの回収作業が非常に複雑になる。

【0006】

このように従来技術では、空冷、水冷、冷媒直冷などの様々な方法で電池の冷却を行っているが、何れもシステムの構造が複雑であり、その構造が複雑になるほどコストが高くなるばかりでなく、熱交換効率やシステム効率の悪化を招きやすくなっている。

【0007】

本発明は、以上の点に鑑み、比較的モジュール化しやすく、かつ電池セルの回収もしやすい電池の温度制御構造体を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の実施例によれば、電池の高さ方向に交差する横方向に並んだ複数の電池セルを冷却する電池の温度制御構造体であって、
前記電池の側方で前記電池の高さ方向に上下に延び往復して配置され、前記電池を冷却する縦熱交換部材を備えていることを特徴とする。

【0009】

かかる構成によれば、電池の高さ方向に電池セルの長手方向が形成されているところ、電池を冷却する縦熱交換部材が電池（電池セル）の側方で電池の高さ方向に上下に延び往復して配置されているので、電池セルに接する冷却面の面積が増え、熱交換率を高めることができる。さらに、電池の側方に高さ方向に上下に延びる縦熱交換部材を配置するだけなので、取り付けが容易でモジュール化しやすい。結果、比較的モジュール化しやすく、かつ電池セルの回収もしやすい電池の温度制御構造体とすることができる。

【0010】

好ましくは、前記縦熱交換部材に接続され前記電池の横方向に延びて配置され前記電池を冷却する横熱交換部材を備え、前記縦熱交換部材と前記横熱交換部材が交互に配置されている。

【0011】

かかる構成によれば、縦熱交換部材に接続され電池の横方向に延びて配置され電池を冷却する横熱交換部材を備え、縦熱交換部材と横熱交換部材が交互に配置されているので、空いている空間を有効利用して縦熱交換部材だけでなく横熱交換部材も用いて熱交換効率を高めることができる。

【0012】

好ましくは、前記縦熱交換部材と前記横熱交換部材から熱交換部材が構成され、
前記熱交換部材の一方の端部と他方の端部は前記電池の横方向の両側に分かれて配置されている。

【0013】

かかる構成によれば、熱交換部材の一方の端部と他方の端部は電池の横方向の両側に分かれて配置されているので、熱交換部材を用いて電池から奪った熱を電池の横方向の両側に放出して熱交換効率をより高めることができる。

【0014】

好ましくは、前記縦熱交換部材の長さＬ１、及び、前記縦熱交換部材の上部に接続された前記横熱交換部材の上端から前記縦熱交換部材の下部に接続された前記横熱交換部材の下端までの距離Ｈ１は、前記電池の高さＨＣよりも短い。

【0015】

かかる構成によれば、縦熱交換部材の長さＬ１、及び、縦熱交換部材の上部に接続された横熱交換部材の上端から縦熱交換部材の下部に接続された横熱交換部材の下端までの距離Ｈ１は、電池の高さＨＣよりも短いので、熱交換部材が電池の高さよりも低い位置にあり、電池セルをバスバー（導体棒）で接続する作業の邪魔にならず、作業効率を向上させることができる。

【0016】

好ましくは、前記電池は、複数の前記電池セルを保持する電池ホルダを備え、
前記縦熱交換部材は前記電池ホルダに保持され、
前記横熱交換部材は前記電池ホルダの外側に配置されている。

【0017】

かかる構成によれば、縦熱交換部材は電池ホルダに保持され、横熱交換部材は電池ホルダの外側に配置されているので、横熱交換部材が冷却フィンの役割を果たして熱交換効率をより高めることができる。

【0018】

好ましくは、前記縦熱交換部材は、前記電池の側面視で前記電池セル間に配置されている。

【0019】

一般的に電池セルは円筒状であることが多く、電池セル間は窪んでデッドスペースとなる。かかる構成によれば、縦熱交換部材は、電池の側面視で電池セル間に配置されているので、電池セル間のデッドスペースを有効に活用して、電池の温度制御構造体全体として省スペース化を図ることができる。

【0020】

好ましくは、前記電池セルは、その表面が絶縁部材で覆われ、
前記絶縁部材は、前記電池ホルダに接着剤を介して固定され、
前記電池セルの列間には、治具を出し入れ可能な隙間が形成されている。

【0021】

かかる構成によれば、電池セルはその表面が絶縁部材で覆われ、絶縁部材は電池ホルダに接着剤を介して固定されているところ、電池セルの列間には治具を出し入れ可能な隙間が形成されているので、この隙間に治具を入れて絶縁部材を切断し、絶縁部材から電池セルの本体のみを容易に引き出して回収することができる。

【0022】

好ましくは、前記縦熱交換部材及び前記横熱交換部材は、冷媒管である。

【0023】

かかる構成によれば、縦熱交換部材及び横熱交換部材は、冷媒管であるので、冷媒を流して、熱交換効率を向上させることができる。

【発明の効果】

【0024】

単純な構造で、モジュール化しやすい電池の温度制御構造体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明に係る電池の温度制御構造体の斜視図である。

【図2】本発明に係る縦熱交換部材、横熱交換部材及び電池ホルダを説明する図である。

【図3】図３（Ａ）は本発明に係る縦熱交換部材、横熱交換部材及び電池ホルダの分解斜視図である。図３（Ｂ）は熱交換部材の要部正面図である。

【図4】本発明に係る電池セルと熱交換部材の分解斜視図である。

【図5】別態様の実施例に係る電池の温度制御構造体の斜視図である。

【図6】図６（Ａ）は実施例に係る電池セル及び電池ホルダの平面図である。図６（Ｂ）は図６（Ａ）の要部拡大図である。図６（Ｃ）は電池セル及び絶縁部材の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は、本発明に係る電池の温度制御構造体の一例の概略構成を概念的（模式的）に示すものとする。

【実施例0027】

図１に示されるように、電池の温度制御構造体１０は、電池２０の高さ方向（Ｚ軸方向）に直交する（交差する）横方向（Ｘ軸方向）に並んだ複数の電池セル２１を冷却するものである。電池２０は、例えば、電池２０に充電された電気によって駆動するモータで走行する電動車両やいわゆるハイブリッド自動車、電気機械等に用いられる。なお、図１の座標は、電池２０の横方向をＸ軸方向、電池２０の奥行き方向をＹ軸方向、電池２０の高さ方向をＺ軸方向として示されている。

【0028】

図１～図４に示されるように、電池の温度制御構造体１０は、電池２０と、電池２０を保持する電池ホルダ２３と、電池ホルダ２３に設けられ電池２０（電池セル２１）を冷却する熱交換部材３０とを備えている。

【0029】

次に電池２０について説明する。
電池２０は、円柱状に形成され電気を充電・放電させる複数の電池セル２１と、複数の電池セル２１を接続して導通させるバスバー２３ａとを備えている。電池セル２１は円筒状の軸が高さ方向（Ｚ軸方向）となる姿勢で横方向（Ｘ軸方向）に複数個並べて一列に配置され、さらに奥行き方向（Ｙ軸方向）に複数例並べて配置されている。電池２０（電池セル２１）の高さは、ＨＣである。

【0030】

次に電池ホルダ２３について説明する。
電池ホルダ２３は、熱交換部材３０を保持する横側壁２４と、この横側壁２４に９０度折れ曲がり形成された前後側壁２５と、横側壁２４に縦方向へ溝状に形成され熱交換部材３０を保持する溝部２６とを備えている。電池ホルダ２３の高さ方向の寸法は電池２０（電池セル２１）の高さＨＣよりも小さい。

【0031】

次に熱交換部材３０について説明する。
熱交換部材３０は、電池２０の側方で電池２０の高さ方向に上下に延び往復して配置され電池２０を冷却する縦熱交換部材３１と、この縦熱交換部材３１に接続され電池２０の横方向に延びて配置され電池２０を冷却する横熱交換部材３２とを備え、縦熱交換部材３１と横熱交換部材３２が交互に配置されている。縦熱交換部材３１及び横熱交換部材３２は、冷媒管である。熱交換部材３０は冷媒管であるので、冷媒を流して、熱交換効率を向上させることができる。

【0032】

また、縦熱交換部材３１の水路幅（径）Ｗ１は、横熱交換部材２１の水路幅（径）Ｗ２以上の大きさである。このような水路幅Ｗ１、Ｗ２とすることで水路断面積を維持しつつ空間を有効活用することができる。なお、水路幅Ｗ１、Ｗ２とは、冷媒管（熱交換部材３０）が円形の場合は直径を示し、冷媒管が扁平の場合は最小の幅の部分を示す。

【0033】

また、図１に示されるように縦熱交換部材３１を隣り合う電池セル２１間毎に配置した場合は、縦熱交換部材３１の長さＬ１を横熱交換部材３２の長さＬ２よりも長く設定してもよい。縦熱交換部材３１を横熱交換部材３２よりも長く設定することで熱交換効率を高めることができる。

【0034】

また、縦熱交換部材３１と横熱交換部材３２から構成された熱交換部材３０は、熱交換部材３０の一方の端部３３と他方の端部３４が電池２０の横方向の両側に分かれて配置されている。このように、熱交換部材３０の一方の端部３３と他方の端部３４が電池２０の横方向の両側に分かれて配置されているので、熱交換部材３０を用いて電池２０から奪った熱を電池２０の横方向の両側に放出して熱交換効率をより高めることができる。

【0035】

また、縦熱交換部材３１の長さＬ１、及び、縦熱交換部材３１の上部に接続された横熱交換部材３２の上端から縦熱交換部材３１の下部に接続された横熱交換部材３２の下端までの距離Ｈ１は、電池２０の高さＨＣよりも短い。これにより、熱交換部材３０が電池２０の上端部よりも低い位置にあり、電池セル２１をバスバー（導体棒）２３ａで接続する作業及び電池セル２１をバスバー２３ａから取り外す作業の邪魔にならず、作業効率を向上させることができる。

【0036】

また、電池ホルダ２３の高さ方向の寸法を縦熱交換部材３１の長さＬ１と同等にすることで、電池２０（電池セル２１）の高さＨＣよりも小さくし、電池ホルダ２３も電池セル２１をバスバー（導体棒）２３ａで接続する作業及び電池セル２１をバスバー２３ａから取り外す作業の邪魔にならず、より作業効率を向上させることができる。

【0037】

電池２０は、複数の電池セル２１を保持する電池ホルダ２３を備えており、縦熱交換部材３１は電池ホルダ２３の溝部２６に保持され、横熱交換部材３２は電池ホルダ２３の高さ方向の外側に配置されている。これにより、横熱交換部材３２が冷却フィンの役割を果たして熱交換効率をより高めることができる。

【0038】

また、横熱交換部材３２を例えばヒートシンク等の熱電導体で覆うことで放熱効率を上げて、全体として熱交換効率を高めてもよい。また、横熱交換部材３２を蓄熱材で覆い、全体として熱交換効率を高めてもよい。

【0039】

図１～図４、図６に示されるように、縦熱交換部材３１は、電池２０の側面視で電池セル２１間に配置されている。電池セル２１が円筒状である場合、電池セル２１間は窪んでデッドスペースとなる。この点、縦熱交換部材３１は、電池２０の側面視で電池セル２１間に配置されているので、電池セル２１間のデッドスペースを有効に活用して、電池の温度制御構造体１０全体として省スペース化を図ることができる。

【0040】

また、図４に示す熱交換部材３１は、電池セル２１の列を複数設けた場合のものを示しており、２列の電池セル２１毎にその端部を覆うように縦熱交換部材３１間を接続する横熱交換部材３２ａを備えている。なお、実施例では、２列の電池セル２１毎に横熱交換部材３２ａを備えたが、これに限定されず、１列毎、３列毎、４列毎など、電池セル２１の列を問わず、電池セル２１の列の端部を覆うように横熱交換部材３２を備えるものとしてもよい。

【0041】

次に電池セル２１について説明する。
電池セル２１は、その表面が絶縁部材２２で覆われている。電池セル２１を覆う絶縁部材２８は、例えば絶縁フィルムで構成され、電池セル２１の側面に直交する（交差する）方向および側面に平行な方向を拘束するように電池セル２１の一部または全体に密着している。絶縁部材２２には、切込み用スリットを設けてもよく、この切込み用スリットから容易に切断することができる。

【0042】

切込み用スリットは１か所または複数か所に設けてもよい。絶縁部材２２は、電池ホルダ２３の内側に形成されたセル保持部２７に接着剤を介して固定されている。また、電池セル２１の列間には、治具を出し入れ可能な隙間２８が形成されている。この隙間２８（複数の電池セル２１が配置された場合の電池セル２１間）は、電池セル２１の側面方向に動かすことが可能な距離である。

【0043】

セル保持部２７は、電池セル２１との側面（曲面）と同一形状の接触部を有し、セル保持部２７に連続した凹凸部分を形成することで接触部を電池セル２１の直径周長の５０％以下とする。また、セル保持部２７のうち電池セル２１を接触する接触部にのみ接着剤で固定する。これにより放熱効果を高めるとともに絶縁部材（絶縁フィルム）２２をセル保持部２７の接触部から剥がしやすくすることができる。

【0044】

また、絶縁部材２２の切込み用スリット部分は、他の電池セル２１及び電池ホルダ２３が密着しない位置に向けて配置されている。このようにすることで、隙間２８にフィルム切断用の治具を入れて絶縁部材２２を切断し、電池セル２１の上部または下部の少なくとも一方から治具を出し入れして電池セル２１本体を取り出すことができる。

【0045】

次に実施例に係る電池の温度制御構造体１０の別態様を説明する。
図５に示されるように、電池の温度制御構造体１０は、電池２０の電池セル２１を上下で固定しており、電池セル２１の上端部と下端部がそれぞれ電池ホルダ２３により保持されている。

【0046】

以上に述べた電池の温度制御構造体１０の効果について説明する。
本発明の実施例によれば、電池２０の高さ方向に電池セル２１の長手方向が形成されているところ、電池２０を冷却する縦熱交換部材３１が電池２０（電池セル２１）の側方で電池２０の高さ方向に上下に延び往復して配置されているので、電池セル２１に接する冷却面の面積が増え、熱交換率を高めることができる。さらに、電池２０の側方に高さ方向に上下に延びる縦熱交換部材３１を配置するだけなので、構造が単純であり、取り付けが容易でモジュール化しやすい。結果、単純な構造で、モジュール化しやすい電池の温度制御構造体１０とすることができる。

【0047】

さらに、縦熱交換部材３１に接続され電池２０の横方向に延びて配置され電池２０を冷却する横熱交換部材３２を備え、縦熱交換部材３１と横熱交換部材３２が交互に配置されているので、空いている空間を有効利用して縦熱交換部材３１だけでなく横熱交換部材３２も用いて熱交換効率を高めることができる。

【0048】

さらに、熱交換部材３０の一方の端部３３と他方の端部３４は電池２０の横方向の両側に分かれて配置されているので、熱交換部材３０を用いて電池２０から奪った熱を電池２０の横方向の両側に放出して熱交換効率をより高めることができる。

【0049】

さらに、縦熱交換部材３１の長さＬ１、及び、縦熱交換部材３１の上部に接続された横熱交換部材３２の上端から縦熱交換部材３１の下部に接続された横熱交換部材３２の下端までの距離Ｈ１は、電池の高さＨＣよりも短いので、熱交換部材３０が電池２０の高さよりも低い位置にあり、電池セル２１をバスバー（導体棒）２３ａで接続する作業の邪魔にならず、作業効率を向上させることができる。

【0050】

さらに、縦熱交換部材３１は電池ホルダ２３に保持され、横熱交換部材３２は電池ホルダ２３の外側に配置されているので、横熱交換部材３２が冷却フィンの役割を果たして熱交換効率をより高めることができる。

【0051】

さらに、一般的に電池セル２１は円筒状であることが多く、電池セル２１間は窪んでデッドスペースとなる。かかる構成によれば、縦熱交換部材３１は、電池２０の側面視で電池セル２１間に配置されているので、電池セル２１間のデッドスペースを有効に活用して、電池の温度制御構造体全体１０として省スペース化を図ることができる。

【0052】

さらに、電池セル２１はその表面が絶縁部材２２で覆われ、絶縁部材２２は電池ホルダ２３に接着剤を介して固定されているところ、電池セル２１の列間には治具を出し入れ可能な隙間が形成されているので、この隙間に治具を入れて絶縁部材２２を切断し、絶縁部材２２から電池セル２１の本体のみを容易に引き出して回収することができる。

【0053】

さらに、縦熱交換部材３１及び横熱交換部材３２は、冷媒管であるので、冷媒を流して、熱交換効率を向上させることができる。

【0054】

尚、本発明の実施例では、熱交換部材３０の縦熱交換部材３１を隣り合う電池セル２１間毎に配置したが、これに限定されず、縦熱交換部材３１を電池セル２つおき毎、３つおき毎、さらには間隔を違えて縦熱交換部材３１を配置し、縦熱交換部材３１の長さよりも横熱交換部材３２の長さを長くしても差し支えない。

【0055】

また、本発明の実施例は、熱交換部材３０を冷媒管としたが、これに限定されず、中実の部材や、冷凍回路およびヒートパイプなどにしてもよい。

【0056】

また、本発明の実施例は、電池セル２１を円柱形状としたが、これに限定されず、電池セル２１を角柱形状としてもよく、充放電できれば電池セル２１の形状は問わない。

【0057】

即ち、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。

【0058】

例えば、寒冷地などで電池温度が低い場合は、熱交換部材３０を利用して加熱して、電池を適正な温度に制御することも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0059】

本発明は、電池を冷却する電池の温度制御構造体に好適である。

【符号の説明】

【0060】

１０… 電池の温度制御構造体
２０… 電池
２１… 電池セル
２２… 絶縁部材（絶縁フィルム）
２３… 電池ホルダ
２３ａ…バスバー（導体棒）
２８… 隙間
３０… 熱交換部材（冷媒管）
３１… 縦熱交換部材
３２… 横熱交換部材
Ｌ１… 縦熱交換部材の長さ
Ｈ１… 縦熱交換部材の上部に接続された横熱交換部材の上端から縦熱交換部材の下部に接続された横熱交換部材の下端までの距離
ＨＣ… 電池の高さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】