特許 7508832 バッテリ温度調節装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-24

(45)【発行日】2024-07-02

(54)【発明の名称】バッテリ温度調節装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6568 20140101AFI20240625BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20240625BHJP

   H01M 10/615 20140101ALI20240625BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20240625BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALI20240625BHJP

   H01M 10/6563 20140101ALI20240625BHJP

   H01M 50/20 20210101ALI20240625BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6568

H01M10/613

H01M10/615

H01M10/625

H01M10/6556

H01M10/6563

H01M50/20

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020058643

(22)【出願日】2020-03-27

(65)【公開番号】P2021158012

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2022-12-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】橋本 篤徳

(72)【発明者】

【氏名】三矢 朋輝

【審査官】辻丸 詔

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１１４０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０３６３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１９７６４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０８２０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０００６６９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２００４２９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／６５６８

Ｈ０１Ｍ １０／６１３

Ｈ０１Ｍ １０／６１５

Ｈ０１Ｍ １０／６２５

Ｈ０１Ｍ １０／６５５６

Ｈ０１Ｍ １０／６５６３

Ｈ０１Ｍ ５０／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリを支持し内部が流体の流路となる管状体を備え、
前記管状体は、本体と、前記本体において前記バッテリに対向する部位に形成された開口を覆うように前記本体に密封状態で支持され、伝熱性を有する弾性部材とを含んで構成され、
前記バッテリが前記管状体に支持された状態において、前記管状体の前記流路に流体が流れたときに、前記弾性部材のみが変形し前記バッテリと前記流路を流れる流体との間で前記弾性部材による熱伝達が可能になるバッテリ温度調節装置。

【請求項2】

バッテリを支持し内部が流体の流路となる管状体を備え、
前記管状体は、本体と、前記本体のうち前記バッテリに対向する部位の少なくとも一部を覆う、伝熱性を有する弾性部材とを含んで構成され、
前記バッテリが前記管状体に支持された状態において、前記管状体の前記流路に流体が流れたときに、前記バッテリと前記流路を流れる流体との間で前記弾性部材による熱伝達が可能になり、
前記管状体は、前記弾性部材を挟む両側に突設された、前記バッテリに当接可能な板状の金属体をさらに有するバッテリ温度調節装置。

【請求項3】

前記管状体の前記流路に流体が流れたときに、前記弾性部材が前記管状体の外方側に膨出して前記バッテリに当接する請求項１又は２に記載のバッテリ温度調節装置。

【請求項4】

前記本体が樹脂によって構成されている請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリ温度調節装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動車両、電気機器、作業用機械等に搭載されるバッテリを冷却または加熱するためのバッテリ温度調節装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、バッテリから出力された電気をエネルギー源とし、該電気で駆動されるモータを動力源として走行する電動車両が普及している。バッテリには、一般に、性能と寿命を両立させる適正な温度範囲がある。この適正な温度範囲から外れて温度が上昇するとバッテリの寿命が短くなり、温度が低下するとバッテリの性能が低下する。そのため、バッテリを使用しているときには、その温度を適正な範囲に保つ必要がある。

【0003】

特許文献１には、自動車用のバッテリ冷却装置の構成が開示されている。特許文献１のバッテリ冷却装置は、バッテリが載置される冷却板と、冷媒が流れる冷却ホースとを備え、冷却ホースが冷却板を挟んでバッテリとは反対側に配置されている。冷却ホースは、冷却板と筐体底部との間に位置し、ホース内が加圧されることで冷却板に圧接されている。これにより、特許文献１のバッテリ冷却装置は、冷却板と冷却ホースとの間の熱抵抗を抑制して、効率よくバッテリを冷却することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１２－２２７１４８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のバッテリ冷却装置では、バッテリが冷却板を介して冷却ホースに熱伝達する構成であるので、バッテリと冷却板との間に熱抵抗が発生する。そのため、熱抵抗を抑制するために、バッテリと冷却板との間に伝熱シートを挿入する等の対応が必要となる。

【0006】

上記実情に鑑み、簡易な構成により熱抵抗を抑制して伝熱効率を高めることができるバッテリ温度調節装置が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係るバッテリ温度調節装置の特徴構成は、バッテリを支持し内部が流体の流路となる管状体を備え、前記管状体は、本体と、前記本体において前記バッテリに対向する部位に形成された開口を覆うように前記本体に密封状態で支持され、伝熱性を有する弾性部材とを含んで構成され、前記バッテリが前記管状体に支持された状態において、前記管状体の前記流路に流体が流れたときに、前記弾性部材のみが変形し前記バッテリと前記流路を流れる流体との間で前記弾性部材による熱伝達が可能になる点にある。

【0008】

本構成によれば、バッテリと管状体の流路を流れる流体との間には、伝熱性を有する弾性部材のみが存在するようになる。これにより、バッテリ温度調節装置は、バッテリと弾性部材との間に冷却板や伝熱シート等を配置する必要はなく、バッテリとの間の熱抵抗を抑制することができる。その結果、バッテリ温度調節装置は、簡易な構成により熱抵抗を抑制することができ、バッテリと管状体を流れる流体との間の伝熱効率を高めることができる。
本発明に係るバッテリ温度調節装置の特徴構成は、バッテリを支持し内部が流体の流路となる管状体を備え、前記管状体は、本体と、前記本体のうち前記バッテリに対向する部位の少なくとも一部を覆う、伝熱性を有する弾性部材とを含んで構成され、前記バッテリが前記管状体に支持された状態において、前記管状体の前記流路に流体が流れたときに、前記バッテリと前記流路を流れる流体との間で前記弾性部材による熱伝達が可能になり、前記管状体は、前記弾性部材を挟む両側に突設された、前記バッテリに当接可能な板状の金属体をさらに有する点にある。
本構成によれば、板状の金属体をバッテリの両側に配置してバッテリに当接させることができる。これにより、バッテリ温度調節装置は、弾性部材のみならず、金属体によってもバッテリとの間で熱伝達が可能になる。その結果、バッテリ温度調節装置は、バッテリとの間の伝熱効率をさらに高めることができる。

【0009】

他の特徴構成は、前記管状体の前記流路に流体が流れたときに、前記弾性部材が前記管状体の外方側に膨出して前記バッテリに当接する点にある。

【0010】

本構成によれば、管状体の流路に流体が流れたときに、弾性部材が管状体の外方側に膨出してバッテリに当接するので、弾性部材はバッテリとの間で密着性を向上させることができる。これにより、バッテリと管状体を流れる流体との間の伝熱効率をより高めることができる。

【0011】

【0012】

【0013】

他の特徴構成は、前記本体が樹脂によって構成されている点にある。

【0014】

本構成によれば、管状体のうち本体が樹脂によって構成されているので、弾性部材を金型内に載置して管状体をインサート成形により製造することができる。また、弾性部材の成形と本体の成形とを同時に行うこともできる。これにより、バッテリ温度調節装置は、弾性部材を含む管状体を容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】バッテリ冷却装置の平面図である。

【図2】図１のＩＩ－ＩＩ矢視断面図である。

【図3】第１実施形態の管状体の平面図である。

【図4】図３のIＶ－IＶ線矢視断面図であって、管状体に流体が流れる前の状態を示す図である。

【図5】図３のＶ－Ｖ線矢視断面図であって、管状体に流体が流れた状態を示す図である。

【図6】第１実施形態の第２変形例の管状体の平面図である。

【図7】第１実施形態の第２変形例の管状体の分解斜視図である。

【図8】図６のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線矢視断面図であって、管状体に流体が流れた状態を示す図である。

【図9】第１実施形態の第３変形例の管状体の平面図である。

【図10】第１実施形態の第３変形例の管状体の分解斜視図である。

【図11】バッテリ冷却装置の断面図であって、管状体に流体が流れた状態を示す図である。

【図12】第１実施形態の第４変形例の管状体における弾性部材の熱伝導率を説明する図である。

【図13】第２実施形態のバッテリ冷却装置の断面図である。

【図14】第３実施形態のバッテリ冷却装置の断面図である。

【図15】第４実施形態のバッテリ冷却装置の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、本発明に係るバッテリ温度調節装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

【0017】

［第１実施形態］
図１及び図２に示されるバッテリ冷却装置１０（バッテリ温度調節装置の一例）は、バッテリ１を冷却するために用いられる。バッテリ１は、例えば電動車両の駆動モータへ電力を供給するために用いられる。図１に示されるバッテリ１は、複数のバッテリモジュール２を備えて構成されている。個々のバッテリモジュール２は、複数の板状の電池セル３が積層されて一体化されている。

【0018】

バッテリ冷却装置１０は、流入管１１と流出管１２と、流入管１１と流出管１２との間に配置される複数の管状体１３と、を備える。管状体１３は内部が流体の流路１８となる。流入管１１及び流出管１２は平行に配置されている。流入管１１及び流出管１２には、複数の管状体１３との間で流体を流通させるための複数の連通孔１４，１５が夫々形成されている。複数の管状体１３は流入管１１及び流出管１２に直交した状態で接続されており、１つの管状体１３の流体の流通方向に沿って１つのバッテリモジュール２を構成する複数の電池セル３が積層配置されている。バッテリ冷却装置１０は、単体のバッテリモジュール２を支持する単一の管状体１３を備える構成であってもよい。

【0019】

図２～図４に示すように、管状体１３は、直方体状の筒状に形成された本体３１の開口３０が弾性部材２１に覆われて構成されている。開口３０は、本体３１の天面１６に、本体３１の長手方向に沿って矩形状に形成されている。開口３０を覆う弾性部材２１は伝熱性を有している。こうして、管状体１３のうち天面１６の少なくとも一部が、弾性部材２１によって構成される。バッテリモジュール２は、管状体１３の本体３１の天面１６の弾性部材２１に覆われた箇所に底面２ａが載置されてバッテリ冷却装置１０に支持される。

【0020】

弾性部材２１は、板状に形成されており、天面１６の外方に向けて湾曲する湾曲部２２と、湾曲部２２の外周側に設けられる平板部２３とを有する。湾曲部２２は、管状体１３の天面１６の長手方向に直交する方向において湾曲する。弾性部材２１は、例えば弾性材に金属の粉末（フィラー）が混入されて構成されている。弾性部材２１は、開口３０に平板部２３が挿入配置される。弾性部材２１と管状体１３の本体３１の天面１６との間は、例えば天面１６に形成された凹部に充填されるシール材２４によって液密に封止される。

【0021】

管状体１３の本体３１は、例えば中空のアルミ押出し材や樹脂等によって構成される。管状体１３の本体３１を中空のアルミ押出し材によって構成すると、管状体１３は加工が容易になり剛性も容易に高めることができる。一方、管状体１３の本体３１を樹脂によって構成すると、管状体１３の本体３１は弾性部材２１を金型内に載置した状態でインサート成形によって製造することができる。また、本体３１の樹脂成形の際に弾性部材２１とシール材２４とを同時にインサート成形して管状体１３を製造することもできる。

【0022】

図４に示すように、流体が流れていない状態で、管状体１３の天面１６にバッテリモジュール２が載置されることで、弾性部材２１の湾曲部２２は図３に示す状態から平板状に変形する。バッテリモジュール２は、複数の電池セル３が締結されて構成されているため、バッテリモジュール２の底面２ａは平坦ではなく多少の凹凸が存在する場合が多い。そのため、バッテリモジュール２が管状体１３に支持された状態では、弾性部材２１の湾曲部２２とバッテリモジュール２の底面２ａとの間に隙間が存在することがある。こうした状態において、図５に示すように、管状体１３の内部の流路１８に流体が流れると、バッテリモジュール２と流路１８を流れる流体との間で弾性部材２１を介しての熱伝達が可能になる。具体的には、弾性部材２１は流体圧を受けて湾曲部２２が外方に膨出してバッテリモジュール２の底面２ａに当接し、弾性部材２１の湾曲部２２がバッテリモジュール２に底面２ａに密着するようになる。湾曲部２２は弾性を有しているので、バッテリモジュール２の底面２ａに多少の凹凸が存在したとしても、底面２ａの全体に密着する。なお、図５では、弾性部材２１における湾曲部２２の膨出状態を誇張して図示している。

【0023】

こうして、バッテリ冷却装置１０は、バッテリモジュール２と管状体１３の流路１８を流れる流体との間の熱伝達を弾性部材２１によって行うことができる。これにより、バッテリ冷却装置１０は、バッテリモジュール２と弾性部材２１と間に、冷却板及び伝熱シートを配置する必要はなく、バッテリモジュール２との間の熱抵抗を抑制することができる。その結果、バッテリ冷却装置１０は、簡易な構成により熱抵抗を抑制することができ、バッテリモジュール２の冷却効率を高めることができる。

【0024】

［第１実施形態の第１変形例］
第１実施形態の第１変形例として、流体が流れていない状態で、弾性部材２１は全体が平板状になるように形成されていてもよい。そのような弾性部材２１であっても、管状体１３の天面１６にバッテリモジュール２が載置され、管状体１３の内部の流路１８に流体が流れると、弾性部材２１は水圧を受けてバッテリモジュール２に向けて膨出する。これにより、弾性部材２１がバッテリモジュール２に当接してバッテリモジュール２を冷却することができる。

【0025】

［第１実施形態の第２変形例］
第１実施形態の第２変形例では、図６及び図７に示すように、管状体１３の本体３１が、ベース体３１Ａと、ベース体３１Ａの両側に配置される一対の挿入体３２によって構成されている。ベース体３１Ａの天面１６には、ベース体３１Ａの長手方向の全体に亘って開口３０が形成されている。図７に示すように、ベース体３１Ａの天面１６には、長手方向に沿って対向する開口端１７に一対の溝部３３が形成されている。挿入体３２は、第１部分３４と第２部分３５とを備える。第１部分３４は、天面１６と同じ厚みを有し開口３０の一端側を封鎖可能に形成されている。第２部分３５は、第１部分３４の両側に設けられ溝部３３に挿入可能に構成されている。

【0026】

管状体１３は、例えば以下の手順により形成される。ベース体３１Ａの長手方向の一端から弾性部材２１が挿入されて、開口３０に弾性部材２１が配置される。弾性部材２１は天面１６の裏側に接着剤等によって固着される。弾性部材２１と管状体１３の天面１６との間は、例えば天面１６に形成された凹部に充填されるシール材２４によって液密に封止される。その後、一対の挿入体３２をベース体３１Ａの両側から挿入し、挿入体３２を管状体１３のベース体３１Ａに接着する。

【0027】

図８に示すように、バッテリモジュール２が管状体１３に支持された状態で、管状体１３に内部の流路１８に流体が流れると、バッテリモジュール２と流路１８を流れる流体との間で弾性部材２１による熱伝達が可能になる。具体的には、弾性部材２１は水圧を受けて湾曲部２２が外方に膨出してバッテリモジュール２に当接し、弾性部材２１の湾曲部２２がバッテリモジュール２に底面２ａに密着するようになる。なお、図８においても、弾性部材２１における湾曲部２２の膨出状態を誇張して図示している。

【0028】

[第１実施形態の第３変形例]
第１実施形態の第３変形例では、図９～図１１に示されるように、弾性部材２１は、弾性を有する湾曲部２２の周囲に金属プレート２５を一体的に設けて構成されている。また、管状体１３の本体３１は、ベース体３１Ａと、ベース体３１Ａの両側に配置される一対の挿入体３２によって構成されている。本変形例における本体３１のベース体３１Ａの天面１６は開口端１７の裏側に段部３６が形成されている。挿入体３２は、第１部分３４と第２部分３５とを備える。第１部分３４は、天面１６と同じ厚みを有し開口３０の一端側を封鎖可能に形成されている。第２部分３５は、第１部分３４の両側に設けられ溝部３３に挿入可能に構成されている。

【0029】

管状体１３は、例えば以下の手順により形成される。ベース体３１Ａの長手方向の一端から金属プレート２５と一体となった弾性部材２１が挿入されて、開口３０に弾性部材２１が配置される。金属プレート２５は天面１６の段部３６に接着剤によって固着される。弾性部材２１と管状体１３の天面１６との間は、例えば天面１６に形成された凹部に充填されるシール材２４によって液密に封止される。その後、一対の挿入体３２をベース体３１Ａの両側から挿入し、挿入体３２をベース体３１Ａに接着する。

【0030】

図１１に示すように、バッテリモジュール２が管状体１３に支持された状態で、管状体１３に内部の流路１８に流体が流れると、バッテリモジュール２と流路１８を流れる流体との間で弾性部材２１による熱伝達が可能になる。具体的には、弾性部材２１は水圧を受けて湾曲部２２が外方に膨出してバッテリモジュール２に当接し、弾性部材２１の湾曲部２２がバッテリモジュール２に底面２ａに密着するようになる。なお、図１１においても、弾性部材２１における湾曲部２２の膨出状態を誇張して図示している。

【0031】

[第１実施形態の第４変形例]
バッテリ１は、バッテリモジュール２において、管状体１３の流体の流通方向に沿って複数の電池セル３が積層されて構成されている。このため、バッテリモジュール２は、複数の電池セル３のうち特に中央に配置された電池セル３において熱が充満し易い。バッテリモジュール２は、積層される電池セル３の一部に高温領域が存在し他の電池セル３との間に温度差が生じると、発電効率が低下することがある。そこで、第１実施形態の第４変形例では、図１２に示すように、弾性部材２１は、管状体１３の長手方向の両端側（流体入口側及び流体出口側）に比べて、管状体１３の長手方向の中央に近づくほど熱伝導率が高くなるように構成されている。具体的には、弾性部材２１において、熱伝導率に影響を与える金属の粉末（フィラー）の配合割合を、管状体１３の長手方向の中央に近づくほど高くする。これにより、弾性部材２１は、部位に応じた熱伝導率に調整することができる。これにより、バッテリモジュール２は、積層される複数の電池セル３間の温度のばらつきを抑えることができる。その結果、バッテリモジュール２において発電効率の低下を抑制することができる。

【0032】

[第２実施形態]
図１３に示すように、本実施形態のバッテリ冷却装置１０は、管状体１３が、弾性部材２１を挟む両側に突設された板状の金属体４１，４１を有する。金属体４１，４１は、バッテリモジュール２の両側面２ｂ，２ｂに当接可能に構成されている。管状体１３の本体３１と金属体４１とは、例えば熱伝導性の高いアルミニウムによって構成されると好ましい。これにより、バッテリ冷却装置１０は、弾性部材２１のみならず、金属体４１，４１によってもバッテリモジュール２との間で熱伝達が可能になる。その結果、バッテリ冷却装置１０は、バッテリモジュール２との間の伝熱性を高めてさらに効率よくバッテリモジュール２を冷却することができる。

【0033】

[第３実施形態]
図１４に示すように、本実施形態のバッテリ冷却装置１０は、管状体１３がバッテリモジュール２の底面２ａ側及び両側面２ｂ，２ｂ側に連続して設けられている。管状体１３は、流路１８に直交する断面においてＵ字状に形成されている。管状体１３の本体３１のうちバッテリモジュール２の底面２ａ及び両側面２ｂ，２ｂに対向する位置に弾性部材２１が当接可能に配置されている。管状体１３の本体３１は、バッテリモジュール２の底面２ａに対向する部位、バッテリモジュール２の両側面２ｂ，２ｂに対向する部位にそれぞれ開口３０が形成され、開口３０に弾性部材２１が配置されている。管状体１３は、流路１８に冷却水を流すことで、水圧を受けた弾性部材２１がバッテリモジュール２に向けて膨出して当接する。これにより、バッテリ冷却装置１０は、バッテリモジュール２の底面２ａ及び側面２ｂと弾性部材２１との間で熱伝達が可能になる。その結果、バッテリ冷却装置１０は、バッテリモジュール２を効率よく冷却することができる。バッテリ冷却装置１０は、管状体１３がバッテリモジュール２の底面２ａ側及び両側面２ｂ，２ｂの一方のみに連続して設けて構成してもよい。

【0034】

[第４実施形態]
図１５に示されるように、バッテリモジュール２（バッテリ１）には、複数の筒状電池セル４が立設状態で保持されるものが存在する。このようなバッテリモジュール２（バッテリ１）を冷却するために、本実施形態のバッテリ冷却装置１０は、直方体状の管状体１３が複数の筒状電池セル４の並び方向に沿って配置されている。管状体１３は、バッテリモジュール２に対向する、側面１３ａ（一側面１３ａ又は両側面１３ａ，１３ａ）に開口を備え、当該開口に弾性部材２１の湾曲部２２が配置されている。このようにバッテリ冷却装置１０を構成することで、管状体１３に冷却水を流した際に、弾性部材２１の湾曲部２２は冷却水の水圧を受けて筒状電池セル４に向けて膨出する。これにより、弾性部材２１は複数の筒状電池セル４（バッテリ１）の両側面に密着するようになり、筒状電池セル４（バッテリ１）を効率よく冷却することができる。

【0035】

[他の実施形態]
（１）上記実施形態では、バッテリ温度調節装置の一例として、管状体１３の流路１８に冷媒として冷却水を流してバッテリモジュール２（バッテリ１）を冷却するバッテリ冷却装置１０を示した。バッテリ温度調節装置は、バッテリ冷却装置１０に限定されず、管状体１３の流路１８に熱媒として温水を流してバッテリモジュール２（バッテリ１）バッテリ１を加熱するものでもよい。また、バッテリ温度調節装置は、管状体１３の流路１８に冷媒及び熱媒として気体を流す構成であってもよい。

【0036】

（２）上記の実施形態では、管状体１３の流路１８に流体が流れたときに、弾性部材２１が管状体１３の外方側に膨出する例を示した。管状体１３にバッテリモジュール２が支持されている状態において、バッテリモジュール２と弾性部材２１とが密接した状態であれば、弾性部材２１は管状体１３の外方側に膨出しない構成でもよい。

【産業上の利用可能性】

【0037】

本発明は、流体によってバッテリの温度を調節するバッテリ温度調節装置に利用可能である。

【符号の説明】

【0038】

１ ：バッテリ
２ ：バッテリモジュール
２ａ ：底面
２ｂ ：側面
１０ ：バッテリ冷却装置（バッテリ温度調節装置）
１３ ：管状体
１６ ：天面
１７ ：開口端
１８ ：流路
２１ ：弾性部材
２２ ：湾曲部
２３ ：平板部
２５ ：金属プレート
３０ ：開口
３１ ：本体
３１Ａ ：ベース体
３２ ：挿入体
４１ ：金属体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】