(57)【要約】【課題】冷却媒体の圧力損失を小さくしつつ冷却面を均一に冷却することのできる冷却装置および蓄電池装置を提供すること。【解決手段】蓄電池モジュールを冷却するために内部に冷却媒体を流す流路が形成された冷却部材（１０Ａ）を具備し、前記流路には、上流の幹流路（２１Ａ〜２１Ｄ）から複数の支流路（２２Ａ〜２２Ｄ）が分岐して下流の幹流路（２３Ａ〜２３Ｄ）へ合流する流路群（１４〜１７）が複数組設けられ、前記複数組の流路群（１４〜１７）のうち一つの流路群（１４）と他の一つの流路群（１７）とが、一部を立体交差させて、一つの流路群（１４）の複数の支流路（２２Ａ）と、他の一つの流路群（１７）の複数の支流路（２２Ｄ）とが交互に並ぶように配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池モジュールを冷却するために内部に冷却媒体を流す流路が形成された冷却部材を具備し、
前記流路には、
上流の幹流路から複数の支流路が分岐して下流の幹流路へ合流する流路群が複数組設けられ、
前記複数組の流路群のうち一つの流路群と他の一つの流路群とが、一部を立体交差させて、前記一つの流路群の複数の支流路と、前記他の一つの流路群の複数の支流路とが交互に並ぶように配置されている
冷却装置。
【請求項２】
前記複数組の流路群は、前記流路の入口と出口との間に順々に連結されている
請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記複数組の流路群は、
前記流路の入口に上流の幹流路が連結された第１流路群と、
前記第１流路群の下流の幹流路に上流の幹流路が連結された第２流路群と、
前記第２流路群の下流の幹流路と上流の幹流路とが共通にされた第３流路群と、
前記第３流路群の下流の幹流路に上流の幹流路が連結されるとともに下流の幹流路が前記流路の出口に連結された第４流路群と、
を具備し、
前記第１流路群の複数の支流路と前記第４流路群の複数の支流路とが交互に並んで配置され、前記第２流路群の複数の支流路と前記第３流路群の複数の支流路とが交互に並んで配置されている
請求項１記載の冷却装置。
【請求項４】
前記冷却部材は、蓄電池に接触される接触面を有し、
前記第１流路群と前記第４流路群とが前記接触面の半分の領域に沿って配置され、
前記第２流路群と前記第３流路群とが前記接触面の残りの半分の領域に沿って配置されている
請求項３記載の冷却装置。
【請求項５】
前記冷却部材は平板形状であり、前記冷却部材の平板面が水平になる向きに設置される
請求項１〜４の何れか一項に記載の冷却装置。
【請求項６】
蓄電池モジュールと、
前記蓄電池モジュールを冷却する請求項１〜５の何れか一項に記載の冷却装置と、
を具備する蓄電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蓄電池モジュールを冷却する冷却装置およびこの冷却装置を備えた蓄電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
以前より、冷却部材に流路を形成して冷却媒体を流すとともに、この冷却部材を蓄電池モジュールに接触させて、この蓄電池モジュールを冷却するようにした装置が開発されている（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２５１９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
面接触により蓄電池モジュールを冷却する場合、蓄電池モジュールの温度ばらつきを小さくするため、冷却面の均一な冷却が必要となる。
【０００５】
しかしながら、例えば、流路を冷却部材の一方から他方へ蛇行させながら進むように形成した場合、冷却面の全体を均一に冷却することはできなかった。このような流路では、流路の入口に近い範囲では冷却媒体の温度が低くなり、流路の出口に近い範囲では冷却媒体が熱せられて温度が高くなる。したがって、冷却部材の一方の範囲と他方の範囲とで冷却作用が大きく異なってしまう。
【０００６】
一方、図７Ａに示すように、流路８１の経路を工夫することで、冷却面を均一に冷却することが可能となる。図７Ａの例は、流路８１の入口９３から折返し点９２までの前半の経路と、この折返し点９２から出口９１までの後半の経路とを互いに並んだ配置としつつ、流路８１が冷却面の全体に行き渡るように蛇行させて形成したものである。このような流路８１であれば、領域８３のように、冷却媒体の温度が低くなる入口近傍の流路と温度が高くなる出口近傍の流路とが近接することになって冷却作用の均衡が図られる。また、他方の領域８４のように、温度が中程度になる中盤の流路は、中盤の流路同士が近接することになるので、冷却面全体で冷却作用の均衡を図ることができる。
【０００７】
しかしながら、図７Ａのような流路８１では、次に示すように、流路による圧力損失が大きくなって、冷却媒体を圧送するのに駆動力の大きなポンプが必要になるという課題が生じる。すなわち、流路８１の前半の経路と後半の経路とを並べつつ、流路８１を冷却面の全体に広がるように蛇行させて形成した場合、流路の曲がり箇所が非常に多くなってしまう。流路の曲がり箇所では、流体に遠心力が働いて流体に及ぼされる抵抗が大きくなるため、このような流路では、曲がり箇所の抵抗が重畳して流体の圧力損失が非常に大きくなる。
【０００８】
この発明の目的は、流体の圧力損失を小さくしつつ蓄電池モジュールの冷却面を均一に冷却することのできる冷却装置および蓄電池装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る冷却装置は、蓄電池モジュールを冷却するために内部に冷却媒体を流す流路が形成された冷却部材を具備し、前記流路には、上流の幹流路から複数の支流路が分岐して下流の幹流路へ合流する流路群が複数組設けられ、前記複数組の流路群のうち一つの流路群と他の一つの流路群とが、一部を立体交差させて、前記一つの流路群の複数の支流路と、前記他の一つの流路群の複数の支流路とが交互に並ぶように配置されている構成を採る。
【００１０】
本発明に係る蓄電池装置は、蓄電池モジュールと、前記蓄電池モジュールを冷却する上記冷却装置とを具備する構成を採る。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、冷却媒体が、上流の幹流路から複数の支流路に分岐して下流の幹流路へ流れるので、流路の曲がりによる圧力損失を大きくせずに冷却媒体を広い範囲に行き渡らせることができる。さらに、一つの流路群の複数の支流路と、他の一つの流路群の複数の支流路とが交互に並んで配置されるので、一つの流路群を流れる冷却媒体と、他の一つの流路群を流れる冷却媒体との間に大きな温度差が生じても、両者が交互に並んで流れることで、この範囲の冷却作用を均衡化できる。したがって、流体の圧力損失を小さくしつつ均一な冷却作用を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態の蓄電池を示す分解斜視図
【図２】図１の蓄電池冷却装置の流路構成を示す平面図
【図３】流路のうち第１の流路群と第２の流路群とを示す平面図
【図４】流路のうち第３の流路群と第４の流路群とを示す平面図
【図５】図２の矢印Ａ−Ａ線の断面部分を示す斜視図
【図６】本実施形態に係る蓄電池冷却装置の冷却面の温度分布および圧力損失のシミュレーション結果を示す図
【図７】比較例の冷却装置の流路構成（図７Ａ）と作用（図７Ｂ）とを示す平面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態の蓄電池を表わした分解斜視図である。図１に示すように、本実施形態の蓄電池１は、平板形状の蓄電池冷却装置１０と、この蓄電池冷却装置１０の上面に設置される電池モジュール５０，５０，５０等から構成される。
【００１５】
電池モジュール５０は、例えばリチウムイオン電池などの複数の電池セル５１，５１…がパッケージングされて構成される。これら複数の電池セル５１，５１…、ならびに、複数の電池モジュール５０，５０，５０は、一様に発熱するため、蓄電池冷却装置１０によって均一に冷却することが要求される。
【００１６】
蓄電池冷却装置１０は、内部に流路が形成された平板形状の部材１０Ａと、この流路に充填される冷却媒体と、この冷却媒体を流路に沿って圧送する図示略のポンプ等から構成される。部材１０Ａの側面には流路の入口１１と出口１２とが形成され、この入口１１と出口１２にポンプが接続される。
【００１７】
図２には、蓄電池冷却装置１０の流路を表わした平面図を示す。また、図３には、この流路のうち第１の流路群１４と第２の流路群１５とを表わした平面図を、図４には、第３の流路群１６と第４の流路群１７とを表わした平面図を示す。図２〜図４において、部材１０Ａの内部に形成されている流路を、実線とハッチングにより表わしている。また、冷却媒体の流れを矢印により表わしている。さらに、図２においては、電池モジュール５０の設置箇所５０ａを二点差線により表わしている（なお、図１においては蓄電池冷却装置１０と複数の電池モジュール５０とを横幅が短くなるようにデフォルメして描いている）。
【００１８】
冷却媒体の流路は、図２〜図４に示すように、第１の流路群１４と第２の流路群１５（図３参照）、ならびに、第３の流路群１６と第４の流路群１７（図４参照）から構成される。これら第１〜第４の流路群１４〜１７は、部材１０Ａの冷却面（電池モジュール５０の設置面）に沿って、部材１０Ａの高さ方向（図１の上下方向）に冷却面より所定長さ低い範囲に設けられている。
【００１９】
図３に示すように、第１の流路群１４は、上流の幹流路２１Ａと、この幹流路２１Ａから分岐した複数の支流路２２Ａと、これら複数の支流路２２Ａが合流する下流の幹流路２３Ａとから構成される。
【００２０】
一方の幹流路２１Ａは、部材１０Ａの冷却面における一方の辺の近傍に形成され、他方の幹流路２３Ａは、上記一方の辺に対向する他方の辺の近傍に形成されている。これらの幹流路２１Ａ，２３Ａは、それぞれ冷却面の一方の辺と他方の辺とに沿って、直線状に延びる形状に形成されている。
【００２１】
複数の支流路２２Ａは、幹流路２１Ａ，２３Ａの間で互いに間隔を開けて、これら幹流路２１Ａ，２３Ａとほぼ直交する方向へ直線状に延びるように形成されている。ここで、複数の支流路２２Ａの合計の圧力損失は、これら複数の支流路２２Ａと断面積（例えば図３のＢ−Ｂ線断面の面積）の合計が同一となる１本の流路の圧力損失に等価であると見なして概算することができる。各支流路２２Ａの断面の大きさは、全ての支流路２２Ａの合計の圧力損失と、幹流路２１Ａ，２３Ａの各圧力損失とのバランスを考慮して設計される。また、各支流路２２Ａの断面積の割合は、冷却媒体の流速が複数の支流路２２Ａの間で大きく異ならないように設計される。例えば、入口１１に近い１つの支流路２２Ａは冷却媒体が流入しやすいため幅が狭く形成されている。
【００２２】
第２〜第４の流路群１５〜１７は、第１の流路群１４と同様に、上流の幹流路２１Ｂ〜２１Ｄと、これら上流の幹流路２１Ｂ〜２１Ｄから分岐する複数の支流路２２Ｂ〜２２Ｄと、これら複数の支流路２２Ｂ〜２２Ｄがそれぞれ合流する下流の幹流路２３Ｂ〜２３Ｄとから構成される。
【００２３】
一方の幹流路２３Ｂ，２１Ｃ，２３Ｄは、冷却面の一方の辺の近傍に、この辺に沿って直線状に延びるように形成されている。また、他方の幹流路２１Ｂ，２３Ｃ，２１Ｄは、冷却面の他方の辺の近傍に、この辺に沿って直線状に延びるように形成されている。複数の支流路２２Ｂ〜２２Ｄは、対応する一対の幹流路２１Ｂ〜２１Ｄ，２３Ｂ〜２３Ｄの間に互いに間隔を開けて、それぞれ幹流路２１Ｂ〜２１Ｄ，２３Ｂ〜２３Ｄと直交する方向へ直線状に延びるように形成されている。
【００２４】
そして、上記の第１〜第４の流路群１４〜１７が、図２に示すように、一部を立体的に交差した状態で、部材１０Ａの同一の高さ位置に重なるように設けられている。具体的には、第１の流路群１４と第４の流路群１７とが、部材１０Ａの左半分の領域に重なるように設けられ、第２の流路群１５と第３の流路群１６とが、部材１０Ａの右半分の領域に重なるように設けられている。部材１０Ａの左半分の領域において、第１の流路群１４の複数の支流路２２Ａと第４の流路群１７の複数の支流路２２Ｄとは交互に並んで配置され、部材１０Ａの右半分の領域において、第２の流路群１５の複数の支流路２２Ｂと第３の流路群１６の複数の支流路２２Ｃとは交互に並んで配置されている。
【００２５】
複数の支流路２２Ａ〜２２Ｄは、他の流路と重なっていない範囲において、部材１０Ａのほぼ同一の高さに配置されている。
【００２６】
支流路２２Ｄと幹流路２１Ａとの重なり部分は、幹流路２１Ａの全体が低い位置に逃げるように立体交差している。また、複数の支流路２２Ａと幹流路２１Ｄとの重なり部分は、複数の支流路２２Ａの重なり部分の周辺が低い位置へ逃げるように立体交差している。また、複数の支流路２２Ｂと幹流路２３Ｃとの重なり部分は、複数の支流路２２Ｂの重なり部分の周辺が低い位置へ逃げるように立体交差している。
【００２７】
さらに、第１〜第４の流路群１４〜１７は、次に示すように、流路の入口１１と出口１２との間で順々に連結されている。すなわち、流路の入口１１に第１の流路群１４の上流の幹流路２１Ａが連結され、続いて、第１の流路群１４の下流の幹流路２３Ａと第２の流路群１５の上流の幹流路２１Ｂとが連結されている。第１の流路群１４の幹流路２３Ａと第２の流路群１５の幹流路２１Ｂとは、断面形状および大きさが同一にされ、直線的に連結されている。また、第２の流路群１５の下流の幹流路２３Ｂと、第３の流路群１６の上流の幹流路２１Ｃとは、共通の流路として形成されている。続いて、第３の流路群１６の下流の幹流路２３Ｃと第４の流路群１７の上流の幹流路２１Ｄとは、断面形状および大きさが同一にされ、直線的に連結されている。そして、第４の流路群１７の下流の幹流路２３Ｄが流路の出口１２に連結されている。
【００２８】
図５には、図２の矢印Ａ−Ａ線の断面部分を表わした斜視図を示す。同図は、部材１０Ａを、図２の矢印Ａ−Ａ線で縦断するとともに、各流路の上側の高さで部材１０Ａを横断した状態を表わしている。
【００２９】
共通の流路として形成された幹流路２３Ｂ，２１Ｃには、図５に示すように、第２の流路群１５の複数の支流路２２Ｂの下流端と、第３の流路群１６の複数の支流路２２Ｃの上流端とが、それぞれ臨むように連結されている。
【００３０】
図６には、本実施形態に係る蓄電池冷却装置の冷却面の温度分布および圧力損失をシミュレーションにより表わした図を示す。図７には、比較例の流路の構成（図７Ａ）と作用（図７Ｂ）とを表わした平面図を示す。
【００３１】
本実施形態の蓄電池冷却装置１０によれば、流路の入口１１に連結されて温度の低い冷却媒体が流れる第１の流路群１４と、流路の出口１２に連結されて温度の上昇した冷却媒体が流れる第４の流路群１７とが、一つの領域で重なるように配置されている。さらに、この第１の流路群１４の複数の支流路２２Ａと、第４の流路群１７の複数の支流路２２Ｄとが、交互に並ぶように配置されている。したがって、温度の低い冷却媒体と温度が上昇した冷却媒体とが近接した配置となって、部材１０Ａの冷却面において冷却作用が均衡するようになっている。また、流路の中盤に相当する第２の流路群１５と第３の流路群１６とが、もう一つの領域で重なるように配置されているので、冷却面の全体で冷却作用が均衡するようになっている。
【００３２】
このような構成により、電池モジュール５０が発熱した状況で流路に冷却媒体を流すことで、図６に示すように、部材１０Ａの冷却面の全体において、ほぼ均一な冷却作用が得られるようになっている。図６の温度分布においては、図７Ｂの比較例における温度分布と比較して、温度差のやや大きな箇所が生じている。しかしながら、例えば、複数の支流路２２Ａ（或いは複数の支流路２２Ｄ）の断面積の設計変更等により複数の支流路２２Ａ（或いは複数の支流路２２Ｄ）に流れる冷却媒体の割合を調整することで、より均一な温度分布を容易に実現することができる。
【００３３】
さらに、本実施形態の蓄電池冷却装置１０によれば、幹流路２１Ａ〜２１Ｄより複数の支流路２２Ａ〜２２Ｄを分岐させることによって広い範囲に行き渡る複数の流路を形成している。したがって、１本の流路を蛇行させることで広い範囲に流路が行き渡るように形成した場合と比較して、冷却媒体が流れる個々の流路の曲がり回数を少なくすることができ、流路による圧力損失を小さくすることができる。
【００３４】
具体的には、図７Ａの比較例のように、一本の流路８１を冷却面の全体に広がるように蛇行させて形成した場合、圧力損失は、例えば、約２４０００００Ｐａと非常に大きくなる。それに対して、本実施形態に係る流路のシミュレーション結果（図６）では、圧力損失が例えば、約６００００Ｐａと非常に小さくなっている。
【００３５】
以上のように、本実施形態の蓄電池冷却装置１０によれば、流路による圧力損失が小さく、かつ、冷却面の全体にわたって均一な冷却作用が得られるようになっている。圧力損失が小さい分、冷却媒体を圧送するポンプの小型化および消費電力の低減を図ることができる。
【００３６】
なお、上記実施形態では、流路の断面形状を矩形のように図示しているが、流路の断面形状は円形や楕円形状としてもよい。また、各支流路の分岐箇所、各支流路の合流箇所、および幹流路の端部など、流路壁面の角部分を曲面状にして冷却媒体かなだらかに流れるようにしてもよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、上流下流の幹流路と複数の支流路とを有する流路群を４組設けて、冷却面の２つの領域の各々に沿って、２つの流路群が重なるように配置した例を示したが、例えば、流路群を２組にして、冷却面の全領域に沿ってこれらが重なるように配置された構成としてもよい。また、流路群を６組設けて冷却面の１／３の領域ごとに、２つの流路群ずつが重なるように配置された構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、電気自動車に搭載される蓄電池モジュールの冷却装置およびその蓄電池装置に適用できる。その他、様々な蓄電池モジュールを冷却する冷却装置およびその蓄電池装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  蓄電池
１０  蓄電池冷却装置
１０Ａ  部材
１１  入口
１２  出口
１４〜１７  第１〜第４の流路群
２１Ａ〜２１Ｄ  上流の幹流路
２２Ａ〜２２Ｄ  支流路
２３Ａ〜２３Ｄ  下流の幹流路
５０  電池モジュール
５１  電池セル
【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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