(57)【要約】【課題】車載バッテリの熱を、この車載バッテリから離れた位置まで効率よく輸送して消散させることができる車載バッテリ冷却構造を提供する。【解決手段】車載バッテリ冷却構造１は、車載バッテリ３０に接する吸熱板１２および該吸熱板に接する第１ヒートパイプ１１を有する第１熱輸送ユニット１０と、第１ヒートパイプに接する伝熱体４０と、伝熱体に接する第２ヒートパイプ２１および第２ヒートパイプに接する放熱板２２を有する第２熱輸送ユニット２０と、放熱板に接し、冷却液の流入口５１および流出口５２を有するコールドプレート５０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に電気エネルギーを供給する車載バッテリを冷却する車載バッテリ冷却構造であって、
前記車載バッテリに接する吸熱板および該吸熱板に接する第１ヒートパイプを有する第１熱輸送ユニットと、
前記第１ヒートパイプに接する伝熱体と、
前記伝熱体に接する第２ヒートパイプおよび該第２ヒートパイプに接する放熱板を有する第２熱輸送ユニットと、
前記放熱板に接し、冷却液の流入口および流出口を有するコールドプレートと、
を備える、車載バッテリ冷却構造。
【請求項２】
前記吸熱板は、前記車載バッテリが有する複数のバッテリセル同士の間に挟まれている、請求項１に記載の車載バッテリ冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載バッテリ冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
発熱源を冷却する冷却構造として、例えば下記特許文献１では、ヒートパイプを用いてＣＰＵの熱をコールドプレートまで輸送し、コールドプレートにおいてこの熱を消散させる、サーバーボードの冷却構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−３３２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年では、電気自動車やハイブリットカー等、電気エネルギーを動力とする車両（以下、単に「車両」と記す）の普及が進んでいる。この種の車両に用いられる車載バッテリは、充放電可能なバッテリセルを備えているが、バッテリセルは充放電する際に発熱するため、このバッテリセルを冷却する冷却構造が求められている。
ところで、この種の車両に用いられる車載バッテリ用の冷却構造では、車内のスペースの都合上、車載バッテリから離れた位置まで効率よく熱を輸送して、この熱を消散させることが求められている。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、車載バッテリの熱を、この車載バッテリから離れた位置まで効率よく輸送して消散させることができる車載バッテリ冷却構造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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第１態様に係る車載バッテリ冷却構造は、車両に電気エネルギーを供給する車載バッテリを冷却する車載バッテリ冷却構造であって、前記車載バッテリに接する吸熱板および該吸熱板に接する第１ヒートパイプを有する第１熱輸送ユニットと、前記第１ヒートパイプに接する伝熱体と、前記伝熱体に接する第２ヒートパイプおよび該第２ヒートパイプに接する放熱板を有する第２熱輸送ユニットと、前記放熱板に接し、冷却液の流入口および流出口を有するコールドプレートと、を備えている。
【０００７】
上記態様に係る車載バッテリ冷却構造によれば、第１熱輸送ユニットが、吸熱板から伝熱体へと、第１ヒートパイプを介してバッテリセルの熱を輸送する。また、第２熱輸送ユニットが、伝熱体からコールドプレートへと、第２ヒートパイプを介してバッテリセルの熱を輸送する。この構成により、バッテリセルから離れたコールドプレートまで熱を効率よく輸送し、この熱を消散させることができる。
【０００８】
また、前記吸熱板は、前記車載バッテリが有する複数のバッテリセル同士の間に挟まれていてもよい。
【０００９】
この場合、吸熱板とバッテリセルとの接触面積が大きくなり、バッテリセルから吸熱板へと熱を効率よく伝えることができる。この構成により、第１熱輸送ユニットによる熱の輸送効率を高め、バッテリセルをより効率よく冷却することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の上記態様によれば、車載バッテリの熱を、この車載バッテリから離れた位置まで効率よく輸送して消散させることができる車載バッテリ冷却構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】車載バッテリ冷却構造の斜視図である。
【図２】車載バッテリ冷却構造の平面図である。
【図３】車載バッテリ冷却構造の正面図である。
【図４】第１熱輸送ユニットの斜視図である。
【図５】（ａ）は変形例に係る伝熱体の説明図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本実施形態に係る車載バッテリ冷却構造の構成を、図１〜図５を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため縮尺を適宜変更している。
【００１３】
（車載バッテリ冷却構造）
図１に示すように、車載バッテリ冷却構造１は、第１熱輸送ユニット１０と、第２熱輸送ユニット２０と、伝熱体４０と、コールドプレート５０と、を備えている。
この車載バッテリ冷却構造１は、複数のバッテリセル３１を備える車載バッテリ３０を冷却するものである。各バッテリセル３１は、不図示のコネクタにより電気的に直列接続されている。
【００１４】
ここで、本実施形態ではＸＹＺ直交座標系を設定して各構成の位置関係を説明する。以下、Ｘ方向を左右方向といい、Ｙ方向を前後方向といい、Ｚ方向を上下方向という。
図２に示すように、車載バッテリ３０、第１熱輸送ユニット１０、伝熱体４０、第２熱輸送ユニット２０、およびコールドプレート５０は、左右方向において、この順に並べて配置されている。
【００１５】
バッテリセル３１は、車両のモータ部などに電気エネルギーを供給するとともに、回生エネルギーなどによって充電することができる。バッテリセル３１としては、リチウムイオン電池などの二次電池を用いることができる。各バッテリセル３１は、左右方向および上下方向に延びる板状を呈し、前後方向に並べて配置されている。各バッテリセル３１は、充放電に伴って発熱する。
【００１６】
（第１熱輸送ユニット）
図４に示すように、第１熱輸送ユニット１０は、複数の第１ヒートパイプ１１と、吸熱板１２と、取付板１３と、を有している。
吸熱板１２および取付板１３は、アルミニウムなどの金属によって、板状に形成されている。吸熱板１２には複数の溝１２ａが形成されており、取付板１３には複数の溝１３ａが形成されている。
【００１７】
第１ヒートパイプ１１としては、例えば銅管内にウィックおよび作動流体が封入されたものを用いることができる。作動流体は、漏電などを防止するために、非導電性液体であることが好ましい。非導電性液体としては、ハイドロフルオロエーテル（例えば３Ｍ社製のＮＯＶＥＣ（登録商標）７１００）などを用いることができる。
【００１８】
第１ヒートパイプ１１のうち、車載バッテリ３０側の端部は作動流体の蒸発部１１ａとして機能し、第２熱輸送ユニット２０側の端部は作動流体の凝縮部１１ｂとして機能する。
第１ヒートパイプ１１の蒸発部１１ａは、平らに潰された状態で、吸熱板１２の溝１２ａ内に固定されている。第１ヒートパイプ１１の凝縮部１１ｂは、平らに潰された状態で、取付板１３の溝１３ａ内に固定されている。これらの固定の方法としては、圧入、ロウ付け、はんだ付けなどを用いることができる。
【００１９】
吸熱板１２および第１ヒートパイプ１１の蒸発部１１ａは、前後方向で隣り合うバッテリセル３１同士の間に配置され、これらバッテリセル３１に接している（図２参照）。このため、バッテリセル３１が発熱すると、吸熱板１２および蒸発部１１ａが熱せられる。
第１ヒートパイプ１１の凝縮部１１ｂは、取付板１３を介して、伝熱体４０に取り付けられている。
図２に示すように、平面視において、第１ヒートパイプ１１は、蒸発部１１ａが左右方向に延びて凝縮部１１ｂが前後方向に延びる、略Ｌ字形に形成されている。第１ヒートパイプ１１のうち、左右方向に延びる部分と、前後方向に延びる部分と、の接続部は湾曲している。
【００２０】
なお、本実施形態の車載バッテリ冷却構造１は、複数の第１熱輸送ユニット１０を備えている。各第１熱輸送ユニット１０の吸熱板１２および蒸発部１１ａは、バッテリセル３１同士の間、若しくは、車載バッテリ３０の前後方向における両端部に配置されている。
また、前後方向で隣り合う第１熱輸送ユニット１０は、各第１ヒートパイプの凝縮部１１ｂ同士が干渉しないように、上下方向で互いに異なる位置に配置されている。
【００２１】
（第２熱輸送ユニット）
図２に示すように、第２熱輸送ユニット２０は、複数の第２ヒートパイプ２１および放熱板２２を有している。
第２ヒートパイプ２１としては、第１ヒートパイプ１１と同様に、銅管内にウィックおよび作動流体が封入されたものを用いることができる。第２ヒートパイプ２１のうち、伝熱体４０側の端部は蒸発部２１ａとして機能し、コールドプレート５０側の端部は凝縮部２１ｂとして機能する。
【００２２】
図３に示すように、正面視において、第２ヒートパイプ２１のうち、蒸発部２１ａおよび凝縮部２１ｂは上下方向に延びており、これらの間の部分は左右方向に延びている。これにより、第２ヒートパイプ２１は正面視で略Ｕ字状に形成されている。
図２および図３に示すように、伝熱体４０および放熱板２２は、前後方向および上下方向に延びる板状に形成されている。伝熱体４０および放熱板２２は、アルミニウムなどの金属によって形成されている。
【００２３】
伝熱体４０のうち、第２ヒートパイプ２１側の表面には、上下方向に延びる複数の溝４０ａが形成されている。第２ヒートパイプ２１の蒸発部２１ａは、伝熱体４０の溝４０ａ内に密着した状態で、伝熱体４０に固定されている。
放熱板２２のうち、第２ヒートパイプ２１側の表面には、上下方向に延びる複数の溝２２ａが形成されている。第２ヒートパイプ２１の凝縮部２１ｂは、放熱板２２の溝２２ａ内に密着した状態で、放熱板２２に固定されている。
これらの固定の方法としては、圧入、ロウ付け、はんだ付けなどを用いることができる。
【００２４】
（コールドプレート）
コールドプレート５０は、第２熱輸送ユニット２０の放熱板２２に接している。コールドプレート５０は、前後方向および上下方向に延びる板状に形成されている。
コールドプレート５０は、冷却液の流入口５１と、冷却液の流出口５２と、冷却液の流路（不図示）と、を有している。コールドプレート５０は、主としてアルミニウムなどの金属により形成され、その内部に前記流路が設けられている。流入口５１と流出口５２とは、前記流路によって互いに接続されている。コールドプレート５０から冷却液へと熱を効率よく伝えるため、前記流路は、コールドプレート５０内で蛇行していてもよい。
【００２５】
流入口５１および流出口５２は、コールドプレート５０における第２熱輸送ユニット２０とは反対側の表面に設けられている。冷却液は、不図示のポンプなどによって流入口５１からコールドプレート５０内に流入し、コールドプレート５０内の流路を通過して、流出口５２から流出する。冷却液がコールドプレート５０内の流路を通過する間に、第２熱輸送ユニット２０から受け取る熱によって、冷却液は昇温する。
【００２６】
次に、以上のように構成された車載バッテリ冷却構造１の作用について説明する。
【００２７】
第１熱輸送ユニット１０のうち、吸熱板１２および第１ヒートパイプ１１の蒸発部１１ａは、バッテリセル３１に接している。このため、バッテリセル３１の充放電に伴ってバッテリセル３１が発熱すると、吸熱板１２および蒸発部１１ａが熱せられる。吸熱板１２を介して、あるいはバッテリセル３１から直接受け取った熱により、蒸発部１１ａでは、第１ヒートパイプ１１内の作動流体が蒸発する。蒸発した作動流体は、第１ヒートパイプ１１内を通って、第１ヒートパイプ１１の凝縮部１１ｂに向かい、伝熱体４０へと熱を受け渡す。これにより、気相の作動流体は凝縮部１１ｂで冷やされて凝縮する。凝縮した作動流体は、第１ヒートパイプ１１内のウィックの細孔が発生させる毛管力によって、再び蒸発部１１ａへと向かう。
以上の作用により、第１熱輸送ユニット１０は、バッテリセル３１から伝熱体４０へと、熱を継続して輸送することができる。また、第１熱輸送ユニット１０の作用によって、伝熱体４０は熱せられる。
【００２８】
第２熱輸送ユニット２０のうち、第２ヒートパイプ２１の蒸発部２１ａは、伝熱体４０の溝４０ａ内に密着している。このため、伝熱体４０が第１熱輸送ユニット１０によって熱せられると、蒸発部２１ａが熱せられる。伝熱体４０から受け取った熱により、蒸発部２１ａでは、第２ヒートパイプ２１内の作動流体が蒸発する。蒸発した作動流体は、第２ヒートパイプ２１内を通って、第２ヒートパイプ２１の凝縮部２１ｂに向かい、放熱板２２へと熱を受け渡す。放熱板２２は、コールドプレート５０に接しているため、コールドプレート５０内を流れる冷却液によって冷却される。これにより、気相の作動流体は凝縮部２１ｂで冷やされて凝縮する。凝縮した作動流体は、第２ヒートパイプ２１内のウィックの細孔が発生させる毛管力によって、再び蒸発部２１ａへと向かう。
以上の作用により、第２熱輸送ユニット２０は、伝熱体４０からコールドプレート５０と、熱を継続して輸送し、この熱を消散させることができる。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態の車載バッテリ冷却構造１によれば、第１熱輸送ユニット１０および第２熱輸送ユニット２０によって、車載バッテリ３０から離れたコールドプレート５０へと、熱を継続して輸送して消散させることができる。これにより、バッテリセル３１を効率よく冷却することを可能としつつ、車載バッテリ冷却構造１の配置の自由度を向上させることができる。
【００３０】
また、吸熱板１２および第１ヒートパイプ１１の蒸発部１１ａが、バッテリセル３１同士の間に挟まれていることにより、これら吸熱板１２若しくは蒸発部１１ａとバッテリセル３１との接触面積が大きくなる。この構成により、第１熱輸送ユニット１０による熱の輸送効率を高め、バッテリセル３１をより効率よく冷却することができる。
【００３１】
なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００３２】
例えば、前記実施形態では、板状の伝熱体４０を介して、第１熱輸送ユニット１０から第２熱輸送ユニット２０へと熱を受け渡したが、この伝熱体の形態は適宜変更することができる。例えば図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ブロック状の伝熱体６０によって、第１熱輸送ユニット１０から第２熱輸送ユニット２０へと熱を受け渡してもよい。図５（ａ）、（ｂ）の例では、ブロック状の伝熱体６０には２つの貫通孔が設けられており、これらの貫通孔に、第１ヒートパイプ１１および第２ヒートパイプ２１がそれぞれ挿通されている。この構成により、伝熱体６０とヒートパイプ１１、２１との接触面積が大きくなり、伝熱体６０を介して、第１ヒートパイプ１１から第２ヒートパイプ２１へと熱を効率よく伝えることができる。伝熱体６０の材質としては、アルミニウムなどを用いることができる。
【００３３】
また、本実施形態の車載バッテリ冷却構造１によれば、例えば寒冷地において、バッテリセル３１を冷却するのではなく、温めることも可能である。この場合、コールドプレート５０の流路内には温められた液体が流され、各ヒートパイプにおける蒸発部と凝縮部との位置が入れ替わる。すなわち、コールドプレート５０内を流れる液体の熱を、第２熱輸送ユニット２０および第１熱輸送ユニット１０によってバッテリセル３１まで輸送し、この熱によってバッテリセル３１を温める構成である。リチウムイオン電池などの二次電池は、低温下では正常に充放電できない場合がある。従って、このようにバッテリセル３１を温めることで、バッテリセル３１に所期した性能を発揮させることが可能となる。
バッテリセル３１を冷却するか温めるかについては、コールドプレート５０内に流通させる液体の温度と、バッテリセル３１の温度と、の大小関係によって容易に切り替えることが可能である。
【００３４】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１…車載バッテリ冷却構造  １０…第１熱輸送ユニット  １１…第１ヒートパイプ  １２…吸熱板  ２０…第２熱輸送ユニット  ２１…第２ヒートパイプ  ２２…放熱板  ３０…車載バッテリ  ３１…バッテリセル  ４０、６０…伝熱体  ５０…コールドプレート  ５１…流入口  ５２…流出口
【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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