(57)【要約】【課題】バッテリーなどの発熱体の温度を均一にすることのできるヒートパイプの配置構造およびバッテリー冷却器を提供する。【解決手段】平面１２に沿って配置された発熱体１６と放熱体１４とを熱的に接続し、平面１２に沿って延在して配置されるヒートパイプ２２、２４の配置構造であって、これらのヒートパイプ２２、２４は、発熱体１６と熱的に接続する領域において平面視でＶ字状に曲がった曲げ部２２Ａ、２４Ａを有している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面に沿って配置された発熱体と放熱体とを熱的に接続し、前記平面に沿って延在して配置されるヒートパイプの配置構造であって、
前記ヒートパイプは、前記発熱体と熱的に接続する領域において平面視でＶ字状に曲がった曲げ部を有していることを特徴とするヒートパイプの配置構造。
【請求項２】
長さが同じ複数本の前記ヒートパイプを有していることを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプの配置構造。
【請求項３】
前記ヒートパイプは、前記放熱体と熱的に接続する領域において平面視で前記放熱体の延在方向に対して斜めに延在して配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートパイプの配置構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載のヒートパイプの配置構造と、前記放熱体としての放熱フィンとを備え、前記平面に沿って並列配置された複数のバッテリーセルからなる前記発熱体としてのバッテリーを冷却することを特徴とするバッテリー冷却器。
【請求項５】
少なくとも２本以上の前記ヒートパイプを備えており、前記ヒートパイプが前記バッテリーと熱的に接続する領域は矩形状領域であり、前記矩形状領域における前記曲げ部を含む前記ヒートパイプは、前記矩形状領域からの熱を均等に吸収可能な位置に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のバッテリー冷却器。
【請求項６】
前記ヒートパイプがＮ（Ｎは２以上の自然数）本の場合、隣接する前記ヒートパイプのＶ字状に曲がった曲げ部同士の距離は、前記バッテリーセルの幅の長さの１／Ｎ以下であることを特徴とする請求項５に記載のバッテリー冷却器。
【請求項７】
前記ヒートパイプと前記バッテリーの間に設けられた熱伝導板をさらに備え、前記ヒートパイプと前記バッテリーは前記熱伝導板を介して熱的に接続していることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一つに記載のバッテリー冷却器。
【請求項８】
前記熱伝導板との間に前記ヒートパイプを挟み込む熱伝導板をさらに備え、前記ヒートパイプと前記バッテリーは２枚の前記熱伝導板を介して熱的に接続していることを特徴とする請求項７に記載のバッテリー冷却器。
【請求項９】
２枚の前記熱伝導板のうち少なくとも一方には、前記ヒートパイプの配置形状に対応した凹溝が形成されており、前記ヒートパイプは前記凹溝に配置されていることを特徴とする請求項８に記載のバッテリー冷却器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートパイプの配置構造およびバッテリー冷却器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車やハイブリット自動車などの電気モータの駆動力を利用した自動車には、電気モータを駆動するためのバッテリーが搭載されている。この種のバッテリーとして、複数のバッテリーセルが間隔を空けて並べて配置したものが知られている。各バッテリーセルは、充電および放電などによって発熱するため、バッテリーセル間に空気を流すなどの方法によって冷却される。しかし、複数のバッテリーセルを並べて配置したものであるため、中央付近に配置されたバッテリーセルの温度が高くなるなど、バッテリーセルごとに温度のばらつきが生じ、冷却効率が低下することがあった。
【０００３】
このような問題を解決するための技術として、各バッテリーセル間に渡ってヒートパイプを配置したものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１のシステムは、各バッテリーセルの底面に密着配置した熱伝達デバイスを備えている。この熱伝達デバイスは、複数の通風孔を有する熱伝達板と、バッテリーセルの配列方向に沿って熱伝達板の中央部および両側部に直線状に配置したヒートパイプとからなる。この構成によれば、ヒートパイプを介して各バッテリーセルの温度の高い部分から低い部分に熱が伝達されるので、各バッテリーセルの温度を均一にすることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２０１２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、各バッテリーセルを密接配置するとともにその近傍に放熱フィンを設け、これらをヒートパイプで熱的に接続してバッテリーセルの熱を放熱する構造を考えた場合、上記の従来の特許文献１のように、単にヒートパイプをバッテリーセルの配列方向に沿って直線状に配置したものでは、バッテリーセルごとに温度のばらつきが生じ、温度を均一にできないおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バッテリーなどの発熱体の温度を均一にすることのできるヒートパイプの配置構造およびバッテリー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】
【０００７】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るヒートパイプの配置構造は、平面に沿って配置された発熱体と放熱体とを熱的に接続し、前記平面に沿って延在して配置されるヒートパイプの配置構造であって、前記ヒートパイプは、前記発熱体と熱的に接続する領域において平面視でＶ字状に曲がった曲げ部を有していることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る他のヒートパイプの配置構造は、上述した発明において、長さが同じ複数本の前記ヒートパイプを有していることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る他のヒートパイプの配置構造は、上述した発明において、前記ヒートパイプは、前記放熱体と熱的に接続する領域において平面視で前記放熱体の延在方向に対して斜めに延在して配置されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るバッテリー冷却器は、上述したヒートパイプの配置構造と、前記放熱体としての放熱フィンとを備え、前記平面に沿って並列配置された複数のバッテリーセルからなる前記発熱体としてのバッテリーを冷却することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る他のバッテリー冷却器は、上述した発明において、少なくとも２本以上の前記ヒートパイプを備えており、前記ヒートパイプが前記バッテリーと熱的に接続する領域は矩形状領域であり、前記矩形状領域における前記曲げ部を含む前記ヒートパイプは、前記矩形状領域からの熱を均等に吸収可能な位置に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る他のバッテリー冷却器は、上述した発明において、前記ヒートパイプがＮ（Ｎは２以上の自然数）本の場合、隣接する前記ヒートパイプのＶ字状に曲がった曲げ部同士の距離は、前記バッテリーセルの幅の長さの１／Ｎ以下であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る他のバッテリー冷却器は、上述した発明において、前記ヒートパイプと前記バッテリーの間に設けられた熱伝導板をさらに備え、前記ヒートパイプと前記バッテリーは前記熱伝導板を介して熱的に接続していることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る他のバッテリー冷却器は、上述した発明において、前記熱伝導板との間に前記ヒートパイプを挟み込む熱伝導板をさらに備え、前記ヒートパイプと前記バッテリーは２枚の前記熱伝導板を介して熱的に接続していることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る他のバッテリー冷却器は、上述した発明において、２枚の前記熱伝導板のうち少なくとも一方には、前記ヒートパイプの配置形状に対応した凹溝が形成されており、前記ヒートパイプは前記凹溝に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ヒートパイプは、発熱体と熱的に接続する領域において平面視でＶ字状に曲がった曲げ部を有しているので、発熱体の熱はＶ字状のヒートパイプに吸熱されて放熱体に輸送される。このため、バッテリーなどの発熱体の温度を均一にすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明に係るバッテリー冷却器の実施の形態を示す上面斜視図である。
【図２】図２は、本発明に係るヒートパイプの配置構造およびバッテリー冷却器の実施の形態を示す下面斜視図である。
【図３】図３は、本発明に係るヒートパイプの配置構造およびバッテリー冷却器の実施の形態を示す下面斜視図であり、カバー部材の図示を省略した図である。
【図４】図４は、本発明に係るヒートパイプの配置構造およびバッテリー冷却器の実施の形態を示す要部分解斜視図である。
【図５】図５は、本発明に係るヒートパイプの配置構造の実施の形態を示す要部平面図である。
【図６】図６は、熱解析による検討例１を示す図である。
【図７】図７は、熱解析による検討例２を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係るヒートパイプの配置構造およびバッテリー冷却器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１９】
図１〜図３に示すように、本実施の形態に係るバッテリー冷却器１０は、ベース部１２（熱伝導板）と、フィン部１４（放熱体）とからなり、電気自動車等に搭載されたバッテリー１６（発熱体）を冷却するものである。ベース部１２は、平坦な金属板からなり、その上面（平面）の第１方向Ｘの一方側にはバッテリー１６が固定され、他方側にはフィン部１４が固定される。
【００２０】
バッテリー１６は、複数のバッテリーセル１６Ａからなる。各バッテリーセル１６Ａは、四角板状であり、ベース部１２の第１方向Ｘに平行に並列配置されている。各バッテリーセル１６Ａの幅は、ベース部１２の第２方向Ｙの幅よりも若干小さくなっている。本実施例では、第１方向Ｘの長さと第２方向Ｙの長さとは、「第１方向Ｘ＞第２方向Ｙ」であるとして説明する。つまり、第１方向は長手の方向であり、第２方向は短手の方向である。なお、「第１方向Ｘ＞第２方向Ｙ」に限られず、「第１方向Ｘ＜第２方向Ｙ」でもよいし、「第１方向Ｘ＝第２方向Ｙ」でもよい。ベース部１２とバッテリー１６は、図示しない熱伝導性ゴムを介して接触している。なお、本発明はこれに限るものではなく、ベース部１２とバッテリー１６は熱伝導性ゴム以外の熱伝導性材料を介して接触してもよいし、熱伝導性材料を省略してベース部１２とバッテリー１６が直接接触する態様としてもよい。
【００２１】
フィン部１４は、複数の長方形状の放熱フィン１４Ａからなる。各放熱フィン１４Ａは、ベース部１２の第１方向Ｘに間隔を空けて並列配置されている。各放熱フィン１４Ａの第１方向はベース部１２の第２方向Ｙに延在している。各放熱フィン１４Ａの第１方向の一端は、ベース部１２の第２方向Ｙの一端に合わせられており、各放熱フィン１４Ａの第１方向の他端は、ベース部１２の第２方向Ｙの他端からはみ出ないように配置される。フィン部１４の第１方向の一端には、フィン部１４の熱を放熱するための図示しない回転羽根を備えたファン１８が設けられている。
【００２２】
図２〜図４に示すように、ベース部１２の下面（平面）には、カバー部材２０（熱伝導板）を介して２本のヒートパイプ２２、２４が取り付けられている。ベース部１２、カバー部材２０、ヒートパイプ２２、２４は、例えば半田などによって接合される。各ヒートパイプ２２、２４の長さは同じに設定してある。
【００２３】
カバー部材２０は、凹溝２０Ａが形成された金属板からなる。凹溝２０Ａはプレス加工等によって形成することができる。カバー部材２０の凹溝２０Ａにはヒートパイプ２２、２４が配置され、ヒートパイプ２２、２４をベース部１２とカバー部材２０との間に挟み込む。したがって、ヒートパイプ２２、２４とバッテリー１６はベース部１２を介して熱的に接続するだけでなく、カバー部材２０を介しても熱的に接続する。なお、本発明はこれに限るものではなく、カバー部材２０は省略することもできる。また、ベース部１２の下面とカバー部材２０のうち少なくとも一方に、ヒートパイプ２２、２４の配置形状に対応した凹溝を形成し、この凹溝にヒートパイプ２２、２４を配置してもよい。
【００２４】
各ヒートパイプ２２、２４は、ベース部１２の下面に沿って互いに略平行に延在し、延在方向の両側でバッテリー１６とフィン部１４とに熱的に接続している。各ヒートパイプ２２、２４は、バッテリー１６と熱的に接続する領域において平面視でＶ字状に曲がった曲げ部２２Ａ、２４Ａを有している。また、各ヒートパイプ２２、２４は、フィン部１４と熱的に接続する領域において平面視でフィン部１４の第１方向に対して斜めに延在して配置される。ヒートパイプ２２、２４としては、密閉した容器（コンテナ）や管路の内部に水などの作動流体を封入した周知の構造を用いることができる。なお、本実施の形態では、円管を押圧して薄型に扁平加工した扁平ヒートパイプを用いている。
【００２５】
このヒートパイプ２２、２４の配置構造について、より具体的に説明する。図５は、ベース部１２の下面図である。この図に示すように、ベース部１２の下面に２本のヒートパイプ２２、２４が略Ｎ字状に配置されている。ベース部１２の上面側に配置されるバッテリー１６は、ベース部１２に対して矩形状領域Ａで接触している。この矩形状領域Ａは、ベース部１２の第１方向Ｘの一方側（図５の右側）に位置する。矩形状領域Ａの第１方向はベース部１２の第１方向Ｘに一致する。
【００２６】
この矩形状領域Ａには、ヒートパイプ２２、２４のＶ字状に曲がった曲げ部２２Ａ、２４Ａが配置される。より具体的には、矩形状領域Ａの中心Ｏを通る中心線を第１方向Ｘ、第２方向Ｙに引いた場合、ヒートパイプ２２、２４の曲げ部２２Ａ、２４Ａは第２方向Ｙに延びる中心線２６上に位置する。図５の下側のヒートパイプ２２の曲げ部２２Ａは、矩形状領域Ａの下縁近傍に位置し、図５の上側のヒートパイプ２４の曲げ部２４Ａは、第１方向Ｘに延びる中心線２８の近傍に位置する。
【００２７】
また、矩形状領域Ａにおける下側のヒートパイプ２２は、矩形状領域Ａの左上隅と第１方向Ｘの中心線２８の左端の間から曲げ部２２Ａを経由して第１方向Ｘの中心線２８の右端近傍まで延び、全体としてＶ字状に配置される。矩形状領域Ａにおける上側のヒートパイプ２４は、矩形状領域Ａの左上隅近傍から曲げ部２４Ａを経由して右上隅近傍まで延び、全体としてＶ字状に配置される。したがって、矩形状領域Ａにおける各ヒートパイプ２２、２４の配置形状は、図５の下方に向けて尖ったＶ字状を呈する。また、ヒートパイプ間の距離が一定以上離れている場合、離間部分のバッテリーセルの温度が高くなる恐れがある。そこで、ヒートパイプをＮ（Ｎは２以上の自然数）本使用する場合は、隣接するヒートパイプのＶ字状に曲がった曲げ部同士の距離は、第２方向Ｙのバッテリーセルの幅の長さの１／Ｎ以下にすることが好ましい。例えば、ヒートパイプが２本で構成される場合には、ヒートパイプのＶ字状に曲がった曲げ部同士の距離は、第２方向Ｙのバッテリーセルの幅の長さの１／２以下である。
【００２８】
このように配置すると、矩形状領域Ａのうち、主に第１方向Ｘの中心線２８よりも下半分の領域は、下側のヒートパイプ２２によって冷却され、上半分の領域は、上側のヒートパイプ２４によって冷却される。これにより、バッテリー１６が接触する矩形状領域Ａからの熱を均等に吸収することが可能である。
【００２９】
一方、ベース部１２の上面側に配置されるフィン部１４は、ベース部１２に対して領域Ｂで接触している。この領域Ｂも、矩形状となっており、ベース部１２の第１方向Ｘの他方側（図５の左側）に位置する。この領域Ｂの第１方向はベース部１２の第２方向Ｙに一致する。この領域Ｂにおける各ヒートパイプ２２、２４は、領域Ｂの第１方向に対して斜めに延在して配置される。
【００３０】
具体的には、領域Ｂにおけるヒートパイプ２４は、領域Ｂの左下隅近傍から領域Ｂの上縁の左右方向中央に向けて延び、そこから右方向に延びて矩形状領域Ａにおける上側のヒートパイプ２４に連続している。また、領域Ｂにおけるヒートパイプ２２は、領域Ｂの下縁の左右方向中央近傍から領域Ｂの右上隅近傍に向けて延び、領域Ｂの右縁から斜め右下方向に屈曲して矩形状領域Ａにおける下側のヒートパイプ２２に連続している。フィン部１４側のヒートパイプ２２、２４をこのように配置すると、ヒートパイプ２２、２４と領域Ｂとの接触面積が大きくなり、フィン部１４側に効率よく放熱することが可能である。
【００３１】
本実施の形態によれば、ヒートパイプ２２、２４は、バッテリー１６と熱的に接続する矩形状領域Ａにおいて、平面視でＶ字状に曲がった曲げ部２２Ａ、２４Ａを有している。バッテリー１６によるベース部１２の熱は、Ｖ字状のヒートパイプ２２、２４に均等に吸収されてフィン部１４に輸送されるので、ベース部１２の温度分布の均一化を図ることが可能となる。これにより、各バッテリーセル１６Ａの冷却効率が向上する。
【００３２】
また、バッテリー１６の温度を均一にするために、従来のような直線状のヒートパイプを用いる場合には、ヒートパイプの数量を増やして対応する必要があるが、本実施の形態では、これよりも少ない数量で対応することができる。このため、ヒートパイプを含むベース部１２の厚さと重量を増すことなく、バッテリー１６の熱をフィン部１４に輸送可能である。
【００３３】
上記の実施の形態においては、２本のヒートパイプ２２、２４が図５のように配置される場合を例にとり説明したが、本発明のヒートパイプの配置形状、配置本数はこれに限るものではなく、バッテリー１６によるベース部１２の熱を均等に吸収し、ベース部１２の温度分布の均一化を図るための曲げ部を有するものであれば、バッテリー１６とフィン部１４の位置関係や性能などに応じて適宜変更してもよい。例えば、長さが同じヒートパイプを３本以上配置してもよいし、単に１本のヒートパイプを配置してもよい。また、長さが異なるヒートパイプを複数本配置してもよい。また、配置した複数本のヒートパイプのうち少なくとも１本がバッテリー１６の直下の領域に曲げ部を有してもよい。また、ヒートパイプの製造コストの観点から、複数本のヒートパイプを用いる場合は、同じ長さになるようにヒートパイプの配置を調整するのが望ましい。
【００３４】
（本発明の効果の検証）
次に、本発明の効果を検証するために行った熱解析結果ついて説明する。
【００３５】
図６および図７に示すように、ベース部１２に配置する２本のヒートパイプの配置レイアウトを変えて熱解析を行い、温度分布状況とバッテリーセルの最大温度を比較することにより、本発明の効果を検証した。図６中の番号１は本発明の実施例に相当し、番号２〜４は比較例に相当する。また、図７中の番号１、５は本発明の実施例に相当し、番号６、７は比較例に相当する。このうち番号１は、上記の実施の形態のバッテリー冷却器１０のヒートパイプ２２、２４のレイアウトに相当する。番号３は、バッテリー１６直下でのヒートパイプを直線状に配置した従来の配置レイアウトに相当する。各図の上段は、ベース部の下面から見た温度分布の斜視図、下段は、ベース部の上面から見た温度分布の斜視図である。
【００３６】
図６および図７に示すように、実施例に相当する番号１は、ベース部の温度分布が最も均一化されていることがわかる。バッテリーセルの最大温度も９．６５℃と最も低くなっている。
【００３７】
また、図７に示すように、本発明の実施例に相当する番号５は、番号６（２本のヒートパイプを直線状に配置）において、１本のヒートパイプに曲げ部を設けたものである。これは、番号１（上記のバッテリー冷却器１０に相当）のヒートパイプ２４を直線状にし、ヒートパイプ２２の曲げ部２２Ａの曲げ角度を緩やかにしたものと言い換えることもできる。この番号５は、番号１に次いでベース部の温度分布が均一化されていることがわかる。また、バッテリーセルの最大温度も１０．５５℃となっており、番号１に次いで低くなっている。
【００３８】
以上説明したように、本発明によれば、ヒートパイプは、発熱体と熱的に接続する領域において平面視でＶ字状に曲がった曲げ部を有しているので、発熱体の熱はＶ字状のヒートパイプに吸熱されて放熱体に輸送される。このため、バッテリーなどの発熱体の温度を均一にすることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１０  バッテリー冷却器
１２  ベース部（熱伝導板、平面）
１４  フィン部（放熱体）
１４Ａ  放熱フィン
１６  バッテリー（発熱体）
１６Ａ  バッテリーセル
１８  ファン
２０  カバー部材（熱伝導板）
２０Ａ  凹溝
２２，２４  ヒートパイプ
２２Ａ，２４Ａ  曲げ部
２６，２８  中心線
Ａ  矩形状領域
Ｂ  領域
Ｘ  第１方向
Ｙ  第２方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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