(57)【要約】【課題】  生産効率を高めつつ、充分な冷却を行えるよう冷却部材を装着することができる車両用バッテリ冷却システムを提供すること。【解決手段】  複数の電池を一体物にしたバッテリモジュール２を複数重ねて配置するとともに、嵌合で接続し、バッテリモジュール２の重ね配置方向の両側の嵌合接続部分に、内部で冷媒を流動させて熱交換を行うコールドプレート５を設け、最も端に重ねたバッテリモジュール２の端側にコールドプレート５を配置し、最も端に位置するコールドプレート５の重ね配置方向の保持を付勢力で行う板バネ６を設けた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池を一体物にしたバッテリモジュールを複数重ねて配置するとともに、嵌合で接続し、
前記バッテリモジュールの重ね配置方向の片側又は両側の嵌合接続部分に、内部で冷媒を流動させて熱交換を行う冷却プレートを設ける構造にした、
ことを特徴とする車両用バッテリ冷却システム。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用バッテリ冷却システムにおいて、
前記バッテリモジュールの重ね配置方向は、上下方向である、
ことを特徴とする車両用バッテリ冷却システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の車両用バッテリ冷却システムにおいて、
最も端に重ねた前記バッテリモジュールの端側に前記冷却プレートを配置し、最も端に位置する前記冷却プレートの重ね配置方向の保持を付勢力で行う弾性体を設けた、
ことを特徴とする車両用バッテリ冷却システム。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車両用バッテリ冷却システムにおいて、
前記バッテリモジュールの嵌合接続部分は、重ね配置方向の片側面に凹部を設け、反対側面に凸部を設け、複数のバッテリモジュールの重ね配置の際に前記凹部と前記凸部を係合させ、
前記凹部内に前記冷却プレートを収容する構造にした、
ことを特徴とする車両用バッテリ冷却システム。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の車両用バッテリ冷却システムにおいて、
前記冷却プレートは、冷媒の往路と復路を並列させて設け、
冷媒が往路から復路へ折り返して流れるように、片側の端部へ前記往路と前記復路を接続するように内部に冷媒を収容するタンク部を設け、
前記タンク部の内部に、往路から復路へ折り返す流れを形成する整流手段を設けた、
ことを特徴とする車両用バッテリ冷却システム。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の車両用バッテリ冷却システムにおいて、
前記バッテリモジュールの凹部の内周と凸部の外周に、嵌合接続の際に係合する係合部を設けた、
ことを特徴とする車両用バッテリ冷却システム。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の車両用バッテリ冷却システムにおいて、
前記バッテリモジュール及び前記冷却プレートは、支持体上に複数配置されるようにし、
配置した前記バッテリモジュール及び前記冷却プレートを覆う蓋体を、前記支持体へ弾性体を介して取り付けるようにした、
ことを特徴とする車両用バッテリ冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に設置される走行用バッテリを冷却する車両用バッテリ冷却システムの技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、電池セルを積層した組電池をモジュールにし、さらにモジュールを積層配列してボルトで固定し、モジュールを直列に接続して、車両の駆動用の電池としている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００６−９２８８４号公報（第２−８頁、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来にあっては、ボルト締結のため、生産効率が低いという問題があった。
また、冷却部材の装着が困難であり問題であった。
【０００４】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、生産効率を高めつつ、充分な冷却を行えるよう冷却部材を装着することができる車両用バッテリ冷却システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、複数の電池を一体物にしたバッテリモジュールを複数重ねて配置するとともに、嵌合で接続し、前記バッテリモジュールの重ね配置方向の片側又は両側の嵌合接続部分に、内部で冷媒を流動させて熱交換を行う冷却プレートを設ける構造にした、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明にあっては、生産効率を高めつつ、充分な冷却を行えるよう冷却部材を装着することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の車両用バッテリ冷却システムを実現する実施の形態を、請求項１，２，３，４，５に係る発明に対応する実施例１と、請求項１，２，３，４，５，６に係る発明に対応する実施例２と、請求項１，２，３，４，５，６，７に係る発明に対応する実施例３に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
図１は実施例１の車両用バッテリ冷却システムのバッテリ構造を示す断面図である。図２は図１のＡ−Ａ断面図である。図３は実施例１の車両用バッテリ冷却システムにおけるバッテリ設置位置の説明図である。
実施例１の車両用バッテリ冷却システムは、バッテリ装置１、バッテリモジュール２、アッパーケース３、ロワケース４、コールドプレート５、板バネ６を主要な構成としている。
【０００９】
バッテリ装置１は、アッパーケース３とロワケース４内に、複数のバッテリモジュール２を配置したものであり、図３に示すように、車両トランクやフロア下に設置されるものである。そして、走行用の駆動用バッテリとして使用されることになる。
【００１０】
バッテリモジュール２は、内部に複数のバッテリを組電池にしたものである。
さらなる具体例として、板状のリチウムイオンバッテリを複数、直列に接続したものを挙げておく。この場合、バッテリ装置１の全体では、リチウムイオンバッテリの総数は、数十個以上に達する。
また、バッテリモジュール２は、外面を樹脂製にしたモジュールとする。例としてインサート成形によるものを挙げておく。
また、バッテリモジュール２の上面には、矩形の凹部２１を設ける。そして、下面には、凹部２１の挿入可能な大きさ形状の凸部２２を設ける。
【００１１】
アッパーケース３は、ロワケース４上の複数のバッテリモジュール２の上方及び側方を覆うケースであり、周囲に対してバッテリモジュール２を保護する部材である。アッパーケース３の下端にはロワケース４と面接する部分を設けて、締結等によりアッパーケース３をロワケース４に取り付ける。
ロワケース４は、複数のバッテリモジュール２の下方を支持するケースであり、ロワケース４の下面が車両への設置に用いられることなる。
ロワケース４の上面には、バッテリモジュール２の凹部２１と同等の大きさ形状の凹部４１を設ける。
実施例１では、図１、図２に示すように、バッテリモジュール２は、前後方向に長い矩形であり、ロワケース４には、左右に２つの凹部４１を設けるようにする。
【００１２】
コールドプレート５は、バッテリモジュール２の凹部２１及びロワケース４の凹部４１に挿入できる矩形の板状であり、内部へ冷媒を流すことによりバッテリモジュール２の冷却を行う。詳細は後述する。
板バネ６は、アッパーケース３の上面の内側に複数設けられ、最も上方のバッテリモジュール２の凹部２１に挿入するように配置されたコールドプレート５を下方に向かって付勢する。
【００１３】
ここでバッテリ装置１の組付け構造を説明すると、ロワケース４の左右の凹部４１にそれぞれコールドプレート５を挿入し、その上から凹部４１に凸部２２を挿入するようにして、バッテリモジュール２を載置する。さらに、バッテリモジュール２の上面の凹部２１にコールドプレート５を挿入し、その上から凹部２１に凸部２２を挿入するようにして、バッテリモジュール２を載置する。そして、そのバッテリモジュール２の上面の凹部２１にコールドプレート５を挿入し、アッパーケース３で周囲を覆うにし、且つ板バネ６により最も上方のバッテリモジュール２の凹部２１に挿入するように配置されたコールドプレート５を下方に向かって付勢して保持する組付け構造である。
【００１４】
次に実施例１の車両用バッテリ冷却システムのコールドプレート５の詳細な構造について説明する。
図４はコールドプレートの側面図である。図５はコールドプレートのアッパープレートの無い状態の一部切り欠き平面図である。図６は図５のＢ−Ｂ断面図である。図７はコールドプレートの整流板の組付け構造を示す説明図である。
【００１５】
実施例１のコールドプレート５は、入口側パイプ５１、出口側パイプ５２、アッパープレート５３、第１ロワプレート５４、第２ロワプレート５５、タンク５６、インナーフィン５７、整流板５８を主要な構成としている。
まず、溝部を構成するように凹んだ断面形状となった、第１ロワプレート５４、第２ロワプレート５５を設ける。第１ロワプレート５４よりも第２ロワプレート５５が溝幅の広い形状とする。
【００１６】
この第１ロワプレート５４と第２ロワプレート５５を並列させ、長手方向に長い２つの通路を形成するように、上部を覆うアッパープレート５３に取り付ける。
これにより長手方向に長く貫通する通路を形成する。
そして、この２つの通路内には、インナーフィン５７をそれぞれ設ける。インナーフィン５７は、この第１通路と第２通路の２つの通路を、さらに複数の長手方向の通路に仕切る構造で、冷媒流れを整流させるものである。
【００１７】
第１ロワプレート５４と第２ロワプレート５５、インナーフィン５７で構成した第１通路と第２通路の左端は、それぞれ閉じるようにし、右端は、内部空間を有するタンク５６の開口部と接続するようにする。
これにより、第１通路は、タンク５６内部で折り返し、第２通路へ向かう構造となる。
【００１８】
さらに、第１通路の閉じた左端近傍の第１ロワプレート５４には、入口側パイプ５１を接続し、第２通路の閉じた左端近傍の第２ロワプレート５５には、出口側パイプ５２を接続する。
なお、入口側パイプ５１の近傍のインナーフィン５７部分及び他の部分には、インナーフィン５７の仕切りがない部分を設ける。また、出口側パイプ５２の近傍のインナーフィン５７部分及び他の部分には、インナーフィン５７の仕切りがない部分を設ける。
【００１９】
タンク５６の内部空間は、所定の空間を有するようにして、冷媒量が充分に第２通路へ流れるようにする。さらに、図５、図７に示すように、タンク５６の内部の右端で、左側へ突出する整流板５８を第２ロワプレート５５の右側の２箇所に設ける。
【００２０】
この整流板５８は、図７に示すようにタンク５６の右端にスリット５６１を設け、整流板５８は、内部へ突出する部分と、タンク５６のスリット５６１の面接する部分でＴ字状に板状物を組合せた形状とする。そして、タンク５６のスリット５６１へ整流板５８を挿入するようにはめ込んだ後、溶接する構造とする。
そして、このコールドプレート５では、例えばエアコンシステムの冷媒を内部に流すことでバッテリの冷却を行う。
【００２１】
作用を説明する。
[生産効率を高めつつ、充分な冷却を行えるよう冷却部材を装着する作用]
実施例１の車両用バッテリ冷却システムでは、バッテリ装置１において、モジュール化した組電池であるバッテリモジュール２によりコールドプレート５を挟持する構造であるが、従来のようにボルト締結構造では、生産効率が低く、さらに、バッテリモジュール２内の電池セル、コールドプレート５の温度変化に起因する冷熱変形の緩和が困難である。例えば、従来のようにボルト締結構造におけるトルク管理で対応しようとしても、ボルトやモジュール材に応力が掛かり、破損する可能性が大きいという問題が生じる。
【００２２】
本実施例１では、バッテリモジュール２とロワケース４に設けた凹部２１及び凹部４１内にコールドプレート５を挿入し、上方からバッテリモジュール２の凸部２２が凹部２１及び凹部４１へ係合される。
【００２３】
最も上部となるバッテリモジュール２の凹部２１内に載置されるコールドプレート５は、アッパーケース３に設けた板バネ６により下方への付勢力を受けるため、車両の振動等に対して安定して保持されることになる。
また、冷熱変形が全体にあってロワケース４から最上部のバッテリモジュール２の凹部２１内に載置されるコールドプレート５の位置が上方へ移動しても、板バネ６により充分に許容しつつ保持されることになる。
【００２４】
このように、実施例では、非常に精度を要求するトルク管理や、締結工程を多数有しない構造であるので、生産効率は非常によいものとなる。また、このことはコスト低減につながるものでもある。
【００２５】
さらにバッテリモジュール２は、上下の広い面に当接または対向して設けられるコールドプレート５により、広い面での吸熱が行われるため、充分な冷却が行われることになり、性能を充分に発揮することができる。
【００２６】
[効果高く冷却を行う作用]
従来では、例えば実開昭６２−１７２９８８のようなタンク形状がテーパ状に形成された構造がある。しかしながら、タンク形状において、上流側から下流側へ連続的に小さくなるテーパ形状では、テーパが小さくなるところで流れが悪くなる。また、高圧で冷却液を流した場合においては、タンク５６のテーパ部の壁に沿って流れるため、タンク５６の上流付近では、流れの分布が悪くなる問題があった。
実施例１の車両用バッテリ冷却システムでは、タンク５６に整流板５８を設けている。
【００２７】
液状化したエアコン冷媒が、コールドプレート５の入口側パイプ５１から流れ込み、第１通路である第１ロワプレート５４部分を通過し、タンク５６を経由して流れ方向が変わり、流れの方向が曲がるように変わった冷媒は、第２通路である第２ロワプレート５５部分を通過し、出口側パイプ５２から外部へ流れ出る。
この冷媒の流れにおいて、上流側から流れ込んだ冷媒は、タンク５６の内部に設けた整流板に衝突し、流れが屈曲することで、第２通路である第２ロワプレート５５部分への冷媒の流れ分布が均一化される。
なお、エアコン冷媒は、入口側パイプ５１から第１通路、第２通路、出口側パイプ５２の間で、冷媒が液状から沸騰して気化するものである。
【００２８】
さらに、第１通路及び第２通路に設けたインナーフィン５７により、アッパープレート５３、第１ロワプレート５４、第２ロワプレート５５と金属接触により高い熱伝導するインナーフィン５７の仕切り部分が熱交換面積広く冷媒と接触し熱交換する。これによりさらに効率高く冷却が行われる。
【００２９】
本実施例１の車両用バッテリ冷却システムでは、広い面接でコールドプレート５による冷却が行われるが、このように均一で効率のよい冷却をコールドプレート５が行うことにより、さらにバッテリの一部が冷却不足になるようなことなく、従来より効率高く冷却されるため、バッテリの性能向上、省スペース化に対しても有利となる。
【００３０】
次に、効果を説明する。
実施例１の車両用バッテリ冷却システムにあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００３１】
(1)複数の電池を一体物にしたバッテリモジュール２を複数重ねて配置するとともに、嵌合で接続し、バッテリモジュール２の重ね配置方向の両側の嵌合接続部分に、内部で冷媒を流動させて熱交換を行うコールドプレート５を、設ける構造にしたため、生産効率を高めつつ、充分な冷却を行えるよう冷却部材を装着することができる。
【００３２】
(2)バッテリモジュール２の重ね配置方向は、上下方向であるため、嵌合接続による上下に容易な組付けを行うことができ、コールドプレート５を嵌合接続部分に載置あるいは挿入するように容易な組付けを行うことができるようにして、生産効率を高めつつ、充分な冷却を行えるよう冷却部材を装着することができる。
【００３３】
(3)最も端に重ねたバッテリモジュール２の端側にコールドプレート５を配置し、最も端に位置するコールドプレート５の重ね配置方向の保持を付勢力で行う板バネ６を設けたため、変形を許容しつつ、確実に保持するようにして、最も端にコールドプレート５を位置させ、さらに充分な冷却を行うことができる。
【００３４】
(4)バッテリモジュール２の嵌合接続部分は、重ね配置方向の片側面に凹部２１を設け、反対側面に凸部２２を設け、複数のバッテリモジュール２の重ね配置の際に凹部２１と凸部２２を係合させ、凹部２１内にコールドプレート５を収容する構造にしたため、凹部２１と凸部２２を係合させる容易な組付けを行い、凹部２１内にコールドプレート５を載置あるいは挿入する容易な組付けを行うようにして、生産効率を高めつつ、充分な冷却を行えるよう冷却部材を装着することができる。
【００３５】
(5)コールドプレート５は、アッパープレート５３、第１ロワプレート５４、第２ロワプレート５５で形成した冷媒の第１通路と第２通路を並列させて設け、冷媒が第１通路から第２通路へ折り返して流れるように、片側の端部へ第１通路と第２通路を接続するように内部に冷媒を収容するタンク５６を設け、タンク５６の内部に、第１通路から第２通路へ折り返す流れを形成する整流板５８を設けたため、従来に比較して、より均一で効率的な冷却を行うようにでき、さらに充分な冷却を行うことができる。
【実施例２】
【００３６】
バッテリモジュールの嵌合接続部分に、嵌合接続方向と異なる方向で嵌合する部分を設け、また、冷却プレートは、タンク壁面を階段状にすることで、整流を行うようにした例である。
構成を説明する。
図８は、実施例２の車両用バッテリ冷却システムのバッテリモジュールの嵌合接続部分の説明図である。
【００３７】
実施例２では、バッテリモジュール２の凹部２１の内周に、凹んだ形状の係合溝部２１１を設け、さらにバッテリモジュール２の凸部２２の外周に、鍔状の係合鍔部２２１を設ける。
【００３８】
図９は、実施例２の車両用バッテリ冷却システムのコールドプレートのアッパープレートの無い状態の一部切り欠き平面図である。
実施例２では、整流板５８を設けず、第１通路、第２通路に対向するタンク５６の壁面を階段状の階段壁面５８ａにしている。なお、上流から下流に向かって、徐々に通路が狭くなる階段状である。
【００３９】
作用を説明する。
[生産効率を高める作用]
実施例２では、バッテリモジュール２を重ねるようにし、凹部２１に凸部２２をはめ込むようにする際に、凹部２１の内周に設けた係合溝部２１１に、凸部２２の外周に設けた係合鍔部２２１が係合する。
この係合により接続後のバッテリモジュール２同士の保持力が強くなり、より高い保持ができる。
そのため、車両の特性や、使用環境が厳しい場合であっても、充分なバッテリモジュールの保持を行うことができる。
【００４０】
[整流作用]
実施例２のコールドプレート５では、第１通路、第２通路に対向するタンク５６の壁面を階段状の階段壁面５８ａにしている。
そのため、上流側から流れ込んだ冷媒は、タンク５６の内部に設けた階段壁面５８ａの段差に衝突し、流れが屈曲することで、第２通路である第２ロワプレート５５部分への冷媒の流れ分布が均一化される。
【００４１】
効果を説明する。
実施例２の車両用バッテリ冷却システムにあっては、実施例１の(1),(2),(3),(4)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００４２】
(6)バッテリモジュール２の凹部２１の内周と凸部２２の外周に、嵌合接続の際に係合する係合溝部２１１及び係合鍔部２２１を設けたため、バッテリモジュール同士の保持力を高めることができる。
【００４３】
(5)´コールドプレート５は、アッパープレート５３、第１ロワプレート５４、第２ロワプレート５５で形成した冷媒の第１通路と第２通路を並列させて設け、冷媒が第１通路から第２通路へ折り返して流れるように、片側の端部へ第１通路と第２通路を接続するように内部に冷媒を収容するタンク５６を設け、タンク５６の内部に、第１通路から第２通路へ折り返す流れを形成するよう階段壁面５８ａを設けたため、従来に比較して、より均一で効率的な冷却を行うようにでき、さらに充分な冷却を行うことができる。
【実施例３】
【００４４】
実施例３は、アッパーケース３とロワケース４の取り付けを、バネを介した取り付けにした例である。
構成を説明する。
図１０は実施例３のアッパーケース３とロワケース４の取り付け部分の説明図である。
実施例３では、アッパーケース３の外周縁のロワケース４に面接させた部分に、ばね支持部７を設け、引っ張りバネ８で、アッパーケース３をロワケース４へ付勢するように保持する構造にする。
【００４５】
作用を説明する。
[バッテリモジュールやコールドプレートを緩やかに保持する作用]
実施例３では、引っ張りバネ８で、アッパーケース３をロワケース４へ付勢するため、締結等で固定した場合に比較して、車両の振動等があっても、板バネ６が最も上部のコールドプレート５へ強く力を加えすぎることがない。
【００４６】
効果を説明する。
実施例３の車両用バッテリ冷却システムにあっては、実施例１の(1),(2),(3),(4),(5)、実施例２の(6)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
(7)バッテリモジュール２及びコールドプレート５は、ロワケース４上に複数配置されるようにし、配置したバッテリモジュール２及びコールドプレート５を覆うアッパーケース３を、ロワケース４へ引っ張りバネ８を介して取り付けるようにしたため、コールドプレート５へアッパーケース３が板バネ６、ばね支持部７を介して適度な保持力を加えるようにできる。
【００４７】
以上、本発明の車両用バッテリ冷却システムを実施例１〜実施例３に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施例１の車両用バッテリ冷却システムのバッテリ構造を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】実施例１の車両用バッテリ冷却システムにおけるバッテリ設置位置の説明図である。
【図４】コールドプレートの側面図である。
【図５】コールドプレートのアッパープレートの無い状態の一部切り欠き平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】コールドプレートの整流板の組付け構造を示す説明図である。
【図８】実施例２の車両用バッテリ冷却システムのバッテリモジュールの嵌合接続部分の説明図である。
【図９】実施例２の車両用バッテリ冷却システムのコールドプレートのアッパープレートの無い状態の一部切り欠き平面図である。
【図１０】実施例３のアッパーケース３とロワケース４の取り付け部分の説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  バッテリ装置
２  バッテリモジュール
２１  凹部
２１１  係合溝部
２２  凸部
２２１  係合鍔部
３  アッパーケース
４  ロワケース
４１  凹部
５  コールドプレート
５１  入口側パイプ
５２  出口側パイプ
５３  アッパープレート
５４  第１ロワプレート
５５  第２ロワプレート
５６  タンク
５６１  スリット
５７  インナーフィン
５８  整流板
５８ａ  階段壁面
６  板バネ
７  ばね支持部
８  引っ張りバネ
Ｃ  車両
【図１】
2008181734.tif 000003
【図２】
2008181734.tif 000004
【図３】
2008181734.tif 000005
【図４】
2008181734.tif 000006
【図５】
2008181734.tif 000007
【図６】
2008181734.tif 000008
【図７】
2008181734.tif 000009
【図８】
2008181734.tif 000010
【図９】
2008181734.tif 000011
【図１０】
2008181734.tif 000012