JP7355088B2

JP7355088B2 - バッテリー冷却装置

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Publication number: JP7355088B2
Application number: JP2021154310A
Authority: JP
Inventors: 勇太池田
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2021-09-22
Filing date: 2021-09-22
Publication date: 2023-10-03
Anticipated expiration: 2041-09-22
Also published as: JP2023045748A; WO2023048036A1; CN117941128A; DE112022004499T5; US20240396121A1

Description

本開示は、車両に搭載されたバッテリーを冷却するバッテリー冷却装置に関する。

従来、車両のバッテリー冷却装置として、バッテリーに隣接するようにヒートシンク（冷却器）を設けたものがある（例えば特許文献１参照）。ヒートシンク内には冷媒が流通する流路が形成されており、これにより、バッテリーの熱を冷媒によって下げることができるようになっている。

特開２０１８－１２７０８７号公報

ところで、車両に搭載するバッテリーの容量を変更する場合がある。例えばバッテリー容量を増加させるために、バッテリーセル数の多いバッテリーに変更する場合がある。

バッテリー容量の変更に伴って、バッテリー冷却装置の構成も変更する必要がある。一般には、バッテリー容量を大きくするほど、バッテリー冷却装置の冷却能力（例えばヒートシンクの数）も増加させる必要がある。

バッテリー容量の変更に伴ってバッテリー冷却装置の冷却能力を変更する第１の方法として、予め想定し得る最大のバッテリー容量を冷却可能な能力を有するバッテリー冷却装置を搭載しておき、バッテリー容量に応じて流量調整弁などを閉じることで、バッテリー冷却装置の利用範囲を限定する方法が考えられる。

また第２の方法として、バッテリー容量の増加に伴って、バッテリー冷却装置の構成を拡張していく（例えばヒートシンクの数を拡張していく）方法が考えられる。

しかしながら、第１の方法では、予め想定し得る最大のバッテリー容量を冷却可能な能力を有するバッテリー冷却装置を搭載しておく必要があるので、バッテリーの容量を増加させない場合には、無駄に大型のバッテリー冷却装置を搭載することとなる。

また、第２の方法では、バッテリー冷却装置の構成を拡張していく（ヒートシンクの数を拡張していく）にあたって、ヒートシンクに供給する冷媒の流量を等しくしてバッテリー全体で均一な冷却を実現するためには、既存部位と拡張部位との間で微妙な流量調整が必要となり、流量調整に関わる構成が複雑化することが考えられる。

特に、商用車のように車種によってバッテリー容量を変更することが多い場合には、その都度、バッテリー冷却装置の設計を変更したり、微妙な冷媒の流量調整が必要となる。

本開示は、以上の点を考慮してなされたものであり、バッテリー容量を変更した場合でも容易に冷却能力を拡張可能なバッテリー冷却装置を提供する。

本開示のバッテリー冷却装置の一つの態様は、
冷媒が流通する流路が形成されたヒートシンクを用いてバッテリーを冷却する車両のバッテリー冷却装置であって、
複数の前記ヒートシンクが並列接続されたヒートシンク群と、
前記ヒートシンク群に接続された主流管と、
を有する単位ヒートシンクセットを備え、
前記主流管は、
他の単位ヒートシンクセットの主流管を挿抜自在に接続可能な接続部と、
前記主流管から前記ヒートシンク群へと流れる冷媒の流量を調整する主流量調整弁と、
を有する。

本開示によれば、バッテリー容量を変更した場合でも容易に冷却能力を拡張可能となる。

実施の形態に係るバッテリー冷却装置の主要構成の説明に供する図ヒートシンクセットの後段にさらなるヒートシンクセットを直列に接続した状態を示す図接続部の構成例を示す斜視図実施の形態のヒートシンクの構成例を示す略線的斜視図ヒートシンクを示す略線的斜視図単位流路の折り返し幅をセル幅と同等にした例を示す略線的斜視図他の実施の形態を示す図

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態のバッテリー及びバッテリー冷却装置は、車両に搭載される。

＜バッテリー冷却装置の全体構成＞
図１は、実施の形態に係るバッテリー冷却装置１の主要構成の説明に供する図である。

バッテリー冷却装置１は、複数の単位ヒートシンクセット１０、２０を接続することで、バッテリー容量の増加に伴って冷却能力を増加させることができるようになっている。

図１の場合、ヒートシンクセット１０は最初から搭載されるものであり、ヒートシンクセット２０はバッテリー容量の増加に伴ってヒートシンクセット１０に直列に接続される。なお、実施の形態の例では、ヒートシンク１０、２０を構成しているヒートシンク１００－１、………、１００－８は、それぞれ、別々のモジュールによって実現されている。

１つのモジュール（つまり１つ１つのヒートシンク１００－１、………、１００－８）は、それぞれ、別々のバッテリーパックを冷却するものであってもよい。また、１つのモジュール（つまり１つ１つのヒートシンク１００－１、………、１００－８）は、１つのバッテリーパックを分割した領域をそれぞれ冷却するものであってもよい。

ヒートシンクセット１０は、ヒートシンク群１００－１～１００－４と、主流管１１と、分岐管１２と、分岐流量調整弁１３と、接続部１４と、を有する。ヒートシンク群１００－１～１００－４は、互いに並列に接続されている。主流管１１には、図示しない冷媒供給装置から純水やフッ素系不活性液体などの冷媒が流入される。主流管１１の冷媒は、ヒートシンク群１００－１～１００－４に供給される。

ヒートシンクセット２０は、ヒートシンク群１００－５～１００－８と、主流管２１と、分岐管２２と、分岐流量調整弁２３と、接続部２４と、主流量調整弁２５と、を有する。ヒートシンク群１００－５～１００－８は、互いに並列に接続されている。

ヒートシンクセット１０の接続部１４にヒートシンクセット２０の接続部２４を接続することにより、ヒートシンクセット２０に冷媒を供給することができる。

また、ヒートシンクセット２０に含まれるヒートシンク群１００－５～１００－８に供給する冷媒の流量は、主流量調整弁２５の開度に基づいて一括して調整できる。例えば、主流量調整弁２５の開度は、自身の単位ヒートシンクセット２０のヒートシンク群１００－５～１００－８に含まれるヒートシンクの数（図１の例では４個）に基づいて調整される。

このようにすることで、細かい調整無しに、全てのヒートシンク１００－１～１００－８に同じ流速の冷媒を供給できる。例えば、分岐流量調整弁１３、２３は微調整することなく全て全開の状態でも、主流量調整弁２５の開度のみで全てのヒートシンク１００－１～１００－８に同じ流速の冷媒を供給できる。

なお、図１中の網掛けで示した流路は、ヒートシンク１００－１～１００－８での冷却に使われた後の冷媒の流路を示すものである。

図２は、さらなるバッテリー容量の増加に伴って、ヒートシンクセット２０の後段にさらなるヒートシンクセット３０を直列に接続した状態を示すものである。

ヒートシンクセット２０と同様に、ヒートシンクセット３０は、ヒートシンク群１００－９～１００－１２と、主流管３１と、分岐管３２と、分岐流量調整弁３３と、接続部３４と、主流量調整弁３５と、を有する。ヒートシンク群１００－９～１００－１２は、互いに並列に接続されている。

ヒートシンクセット２０の接続部２４’にヒートシンクセット３０の接続部３４を接続することにより、ヒートシンクセット３０に冷媒を供給することができる。

また、ヒートシンクセット３０に含まれるヒートシンク群１００－９～１００－１２に供給する冷媒の流量は、主流量調整弁３５の開度に基づいて一括して調整できる。例えば、主流量調整弁３５の開度は、自身の単位ヒートシンクセット３０のヒートシンク群１００－９～１００－１２に含まれるヒートシンクの数（図２の例では４個）に基づいて調整される。

勿論、ヒートシンクセット３０の後段にさらなるヒートシンクセット（図示せず）を直列に接続するようにしてもよい。

図３は、接続部１４、２４、２４’、３４の構成例を示す斜視図である。接続部１４、２４、２４’、３４は、図示したようなクイックコネクターによって構成することが好ましい。クイックコネクターを用いれば、主流管１１、２１、３１同士を簡単に直列接続することができる。

なお、図１及び図２では、冷媒の入口側の主流管の接続部１４、２４、２４’、３４を図示したが、実際には冷媒の出口側の主流管にも同様の接続部（図示せず）を設けるとよい。ただし、冷媒の出口側の主流管は必ずしも直列に接続されなくてもよい。

＜ヒートシンクの構成＞
次に、各ヒートシンク１００（１００－１～１００－１２）の構成について、図４－図６を用いて詳しく説明する。

バッテリーは、バッテリーパック（図示せず）と、その内部に配設される複数のバッテリーセル１１１と、を有する。各ヒートシンク１００は、図４及び図５に示したような流路１０１を有する。本実施の形態では、各ヒートシンク１００は、バッテリーの下面にバッテリーに隣接して配置されている。

実際上、ヒートシンク１００の流路１０１は、例えばアルミ板に押出加工を施すことにより形成される。

本実施の形態の場合、ヒートシンク１００内には複数の単位流路１０１－１、１０１－２、１０１－３、１０１－４、………が形成されている。各単位流路１０１－１、１０１－２、１０１－３、１０１－４、………は、バッテリーセル１１１のセル幅以下の幅で折り返されたＵ字形状とされている。実際上、単位流路１０１－１、１０１－２、１０１－３、１０１－４、………は、それぞれ、往路１０１ａ、復路１０１ｂ及び折返し路１０１ｃを有する。

各単位流路１０１－１、１０１－２、１０１－３、１０１－４、………は、バッテリーセル１１１のセル幅以下の幅で折り返されたＵ字形状とされていることにより、各バッテリーセル１１１を、１以上の単位流路１０１－１、１０１－２、１０１－３、１０１－４、………が通過するようになる。

図４は、単位流路１０１－１、１０１－２、１０１－３、１０１－４、………の折り返し幅をセル幅の略１／２にした例である。この場合、１つのバッテリーセル１１１に対して２つの単位流路１０１－１、１０１－２、１０１－３、１０１－４、………を通過させることが可能となる。

図６は、単位流路１０１－１、１０１－２、１０１－３、１０１－４、………の折り返し幅をセル幅と同等にした例である。この場合、１つのバッテリーセル１１１に対して１つの単位流路１０１－１、１０１－２、１０１－３、１０１－４、………を通過させることが可能となる。

図４及び図６から分かるように、バッテリーは、バッテリーパック内に複数のバッテリーセル１１１が縦方向及び横方向に配置されて構成されており、単位流路１０１－１、１０１－２、１０１－３、１０１－４、………は、縦方向の複数のバッテリーセル１１１に亘って延在し、かつ、横方向に亘って複数形成されている。また、単位流路１０１－１、１０１－２、１０１－３、１０１－４、………は、横方向の１つのバッテリーセルにつき１以上形成されている。具体的には、図４の例では横方向の１つのバッテリーセルにつき２つの単位流路１０１－１、１０１－２、１０１－３、１０１－４、………が形成されており、図６の例では横方向の１つのバッテリーセルにつき１つの単位流路１０１－１、１０１－２、１０１－３、１０１－４、………が形成されている。

各単位流路１０１－１、１０１－２、１０１－３、１０１－４、………には、一端からバッテリーセル１１１を冷却する前の冷媒が流入されるとともに、他端からバッテリーセル１１１を冷却した後の冷媒が排出される。実際上、各単位流路１０１－１、１０１－２、１０１－３、１０１－４、………の一端には、分岐管１２、２２、３２を介して冷媒が流入される。

本実施の形態のヒートシンク１００は、このような単位流路１０１－１、１０１－２、１０１－３、１０１－４、………を有するので、バッテリーセル１１１を、縦方向及び横方向の位置に関係なく、ほぼ同じ温度に冷却することができる。この点について、図４を用いて説明する。

先ず、縦方向のバッテリーセル１１１の温度について説明する。極端な例として、冷媒の出入口に最も近い位置に配置されているバッテリーセル１１１ｘ１の温度と、折り返し路１０１ｃに最も近い位置に配置されているバッテリーセル１１１ｘ２の温度と、を比較する。

バッテリーセル１１１ｘ１は、往路１０１ａにおいて温度が最も低い冷媒と、復路１０１ｂにおいて温度が最も高い冷媒とが通過する。よって、バッテリーセル１１１ｘ１に対する冷却効果は中程度であると言える。

一方、バッテリーセル１１１ｘ２は、往路１０１ａにおいて温度が最も高い冷媒と、復路１０１ｂにおいて温度が最も低い冷媒とが通過する。よって、バッテリーセル１１１ｘ２に対する冷却効果は中程度であると言える。

したがって、バッテリーセル１１１ｘ１に対する冷却とバッテリーセル１１１ｘ２に対する冷却は同程度に行われ、縦方向での温度の偏りは生じない。

次に、横方向のバッテリーセル１１１の温度について説明する。例として、バッテリーセル１１１ｘ１の温度と、バッテリーセル１１１ｘ３の温度と、を比較する。

バッテリーセル１１１ｘ１と、バッテリーセル１１１ｘ３は、どちらも、同数の往路１０１ａと復路１０１ｂが通過するので、バッテリーセル１１１ｘ１に対する冷却とバッテリーセル１１１ｘ３に対する冷却は同程度に行われる。よって、横方向での温度の偏りは生じない。

よって、ヒートシンク１００に、バッテリーセル１１１のセル幅以下の幅で折り返されたＵ字形状を有する単位流路１０１－１、１０１－２、１０１－３、１０１－４、………を形成したので、バッテリーセル１１１間での温度の偏りを低減し、ひいてはバッテリー寿命を延ばすことができるようになる。

＜まとめ＞
以上説明したように、本実施の形態によれば、冷媒が流通する流路１０１が形成されたヒートシンク１００を用いてバッテリーを冷却する車両のバッテリー冷却装置において、複数のヒートシンク１００が並列接続されたヒートシンク群１００－１～１００－４、１００－５～１００－８、１００－９～１００－１２と、ヒートシンク群１００－１～１００－４、１００－５～１００－８、１００－９～１００－１２に接続された主流管１１、２１、３１と、を有する単位ヒートシンクセット１０、２０、３０を備え、主流管１１、２１、３１は、他の単位ヒートシンクセットの主流管を挿抜自在に接続可能な接続部１４、２４、２４’、３４と、主流管１１、２１、３１からヒートシンク群１００－１～１００－４、１００－５～１００－８、１００－９～１００－１２へと流れる冷媒の流量を調整する主流量調整弁２５、３５と、を有する。

これにより、主流管を２１、３１を直列接続していくだけで、簡単にヒートシンク１００を増設することができ、かつ、主流量調整弁２５、３５を調整するだけで、簡単にヒートシンク群１００－１～１００－４、１００－５～１００－８、１００－９～１００－１２と、ヒートシンク群１００－１～１００－４、１００－５～１００－８、１００－９～１００－１２の流量が同じになるように調整できる。

この結果、バッテリー容量を変更した場合でも容易に冷却能力を拡張可能なバッテリー冷却装置を実現できる。

上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することの無い範囲で、様々な形で実施することができる。

上述の実施の形態では、各単位流路１０１－１、１０１－２、１０１－３、１０１－４、………は、セル幅以下の幅で折り返された１つのＵ字形状からなる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、各単位流路１０１－１、１０１－２、１０１－３、１０１－４、………は、２つ以上のＵ字形状を有していてもよい。つまり、各単位流路１０１－１、１０１－２、１０１－３、１０１－４、………は、２回以上折り返されたものであってもよい。ただし、各単位流路１０１－１、１０１－２、１０１－３、１０１－４、………は、１つのセル幅に収まることが好ましい。よって、２回折り返す場合には折返し幅はセル幅の１／２とし、３回折り返す場合には折返し幅はセル幅の１／３とすることが好ましい。

上述の実施の形態では、ヒートシンク１００に、バッテリーセル１１１のセル幅以下の幅で折り返されたＵ字形状を有する単位流路１０１－１、１０１－２、１０１－３、１０１－４、………を形成することにより、バッテリーセル１１１間での温度の偏りを低減した場合について述べたが、ヒートシンク１００の流路の形状はこれに限らない。例えば、図１との対応部分に同一符号を付して示した図７のように、一方向に流れる流路が形成されたヒートシンク１００に対しても本発明を適用することができる。

本開示は、搭載するバッテリーの容量が可変である車両のバッテリー冷却装置として有用である。

１バッテリー冷却装置
１０、２０、３０ヒートシンクセット
１１、２１、３１主流管
１２、２２、３２分岐管
１３、２３、３３分岐流量調整弁
１４、２４、２４’、３４接続部
２５、３５主流量調整弁
１００（１００－１～１００－１２）ヒートシンク
１０１流路
１０１－１、１０１－２、１０１－３、１０１－４単位流路
１０１ａ往路
１０１ｂ復路
１０１ｃ折返し路
１１１、１１１ｘ１、１１１ｘ２、１１１ｘ３バッテリーセル

Claims

冷媒が流通する流路が形成されたヒートシンクを用いてバッテリーを冷却する車両のバッテリー冷却装置であって、
複数の前記ヒートシンクが並列接続されたヒートシンク群と、
前記ヒートシンク群に接続された主流管と、
を有する単位ヒートシンクセットを複数備え、
前記主流管は、
前記複数の単位ヒートシンクセットのそれぞれに対応して設けられ、各単位ヒートシンクセットの主流管同士を挿抜自在に接続可能な複数の接続部と、
前記複数の単位ヒートシンクセットのそれぞれに対応して設けられ、各単位ヒートシンクセットへと流れる冷媒の流量を調整する複数の主流量調整弁と、
を有し、
前記複数の接続部と前記複数の主流量調整弁は、各接続部の下流側に各主流量調整弁が配置された関係にあり、
前記複数の接続部はそれぞれ、クイックコネクターにより構成されており、
前記単位ヒートシンクセットとそれに対応する前記主流量調整弁とが、バッテリー容量に基づいて、前記クイックコネクターによって前記主流管に直列接続される、
バッテリー冷却装置。
前記主流管から並列接続された複数の前記ヒートシンクへのそれぞれの分岐管には、当該分岐管の流量を調整する分岐流量調整弁が設けられている、
請求項１に記載のバッテリー冷却装置。
前記主流量調整弁の開度は、自身の単位ヒートシンクセットのヒートシンク群に含まれるヒートシンクの数に基づいて調整されている、
請求項１又は２に記載のバッテリー冷却装置。
前記ヒートシンクに形成される前記流路は、一端からバッテリーセルを冷却する前の冷媒が流入されるとともに、他端から前記バッテリーセルを冷却した後の冷媒が排出される単位流路を有し、
前記単位流路は、前記バッテリーセルのセル幅以下の幅で折り返されたＵ字形状を有する、
請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリー冷却装置。