JP2008181733A - 車両用バッテリ冷却システム - Google Patents

Abstract

【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と、バッテリモジュール２の上側側部に設けられた鍔部２１と、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と、バッテリモジュール２上面と、鍔部２１が下側側部となるよう上下反転させたバッテリモジュール２の下面とで、コールドプレート５を挟持した状態の上下の両鍔部２１を、弾性を有しつつ連結するクリップ６を備えた。
【選択図】 図１

Description

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。

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。）。
特開２００６−９２８８４号公報（第２−８頁、全図）

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。

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。

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と、前記バッテリモジュールの上側側部に設けられた係合部と、内部で冷媒を流動させて熱交換を行う冷却プレートと、バッテリモジュール上面と前記係合部が下側側部となるよう上下反転させたバッテリモジュールの下面とで、前記冷却プレートを挟持した状態の上下の両係合部を、弾性を有しつつ連結する弾性連結手段と、を備えることを特徴とする。

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。

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に係る発明に対応する実施例１〜実施例４に基づいて説明する。

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斜視図である。図２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３は実施例１の車両用バッテリ冷却システムのバッテリを示す斜視図である。図４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、クリップ６を主要な構成としている。

バッテリ装置１は、図３に示すように、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４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。

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は、側方上端の全周縁に渡って、外部側へ張り出した鍔部２１を設ける。

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になる。
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る。

コールドプレート５は、２つのバッテリモジュール２の間に挟持され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。
クリップ６は、図１，図２に示すように、帯状の板材により構成され、バッテリモジュール２の側面に締結等により取り付け可能となるよう面接する平面部分６１と、略Ｃ形状に湾曲した湾曲部６２からなる。

ここでバッテリ装置１の組付け構造を説明すると、まず、バッテリモジュール２の上面にコールドプレート５を配置し、その上に、バッテリモジュール２を上下逆（天地逆）にして配置する。
これにより、上下のバッテリモジュール２で、コールドプレート５を挟むようにする。

次に、このクリップ６の湾曲部６２の内側へ２つの鍔部２１を位置させるよう組み付け、クリップ６の平面部６１をそれぞれ上下のバッテリモジュール２の側面に締結等で取り付ける。
すると、クリップ６の湾曲部６２の弾性によって、２つの鍔部２１を近づける方向へ付勢力が働き、上下のバッテリモジュール２がその間のコールドプレート５を強く挟持するとともに、上下のバッテリモジュール２が一体化する組付け構造である。

そして、この２つのバッテリモジュール２とコールドプレート５が組となったものを複数、ロワケース４上に設け、アッパーケース３で周囲を覆う。

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５はコールドプレートの側面図である。図６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７は図６のＡ−Ａ断面図である。

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。

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。

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。

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。

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。
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。

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。

本実施例１では、上下逆にした上方のバッテリモジュール２と下方のバッテリモジュール２の間にコールドプレート５を位置させ、２つの鍔部２１を近づける方向へ付勢力をクリップ６で加えて保持する。
そのため、バッテリモジュール２の冷熱変形が生じても、クリップ６の弾性変形により緩和される。

また、バッテリモジュール２でコールドプレート５を挟持し、クリップ６で保持する組付け工程は、非常に容易なものとなる。そのため、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。
また、バッテリモジュール２を２つ用いて構成する組は、同じ形状のバッテリモジュール２の一方を上下逆にすることで構成するため、種類が少なくコストが抑制される。また、近い位置に鍔部２１があることは、クリップ６に無駄な部分を生じさせず、短い寸法で済むこともコスト低減になる。

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。

[効果高く冷却を行う作用]
実施例１の車両用バッテリ冷却システムでは、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から流れこみ、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。
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。

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。

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。

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。

(1)複数の電池を一体物にしたバッテリモジュール２と、バッテリモジュール２の上側側部に設けられた鍔部２１と、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と、バッテリモジュール２上面と、鍔部２１が下側側部となるよう上下反転させたバッテリモジュール２の下面とで、コールドプレート５を挟持した状態の上下の両鍔部２１を、弾性を有しつつ連結するクリップ６を備えるため、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。

(2)弾性連結手段は、両鍔部２１を近づけるように付勢する力を加えて、弾性を有しつつ連結させる金属部材からなるクリップ６であるため、容易な部品にしてコストを抑制しつつ、弾性を適度に持たせて、冷熱変形に対応することができる。

実施例２の車両用バッテリ冷却システムは、弾性連結手段を略Ｃ字型断面のクリップにした例である。
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構造を示す斜視図である。図９は実施例２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。

構成を説明する。
実施例２では、クリップ７を帯状の金属板を略Ｃ字状にしたもののみで構成している。
その他構成は、実施例１と同様であるため説明を省略する。

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２では、クリップ７を略Ｃ字状にしたもののみで構成しているため、バッテリモジュール２と上下反転したバッテリモジュール２との連結は、２つの鍔部２１へのクリップ７の取り付けのみであり、非常に容易となる。
そのため、生産効率は非常によいものとなる。また、クリップ７のコストも低減できる。

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は、上記(1),(2)に加えて、以下の効果を有する。
(3)弾性連結部材は、略Ｃ形状のみで構成されるクリップ７であるため、コストを低減し、さらに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。
その他作用効果は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。

実施例３の車両用バッテリ冷却システムは、弾性連結手段を両端が略Ｚ字型断面のクリップにした例である。
図１０は実施例３の車両用バッテリ冷却システムのバッテリ構造を示す斜視図である。図１１は実施例３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。

構成を説明する。
実施例３では、クリップ８を帯状の金属板の両端を略Ｚ字状にしたもので構成している。
その他構成は、実施例１と同様であるため説明を省略する。

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３では、クリップ８を帯状の金属板の両端を略Ｚ字状にしたもので構成しているため、バッテリモジュール２と上下反転したバッテリモジュール２との連結は、２つの鍔部２１へのクリップ８の取り付けのみであり、非常に容易となる。
そのため、生産効率は非常によいものとなる。また、クリップ８のコストも低減できる。
また、Ｚ字状に折り返した部分は、その折り返し部分において、大きな弾性変形量を得ることができるため、より大きな冷熱変形を緩和することができ、有利である。

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は、上記(1),(2)に加えて、以下の効果を有する。
(4)弾性連結部材は、帯状の両端を略Ｚ字状にしたクリップ８であるため、コストを低減し、より大きな冷熱変形を緩和することができ、さらに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。
その他作用効果は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。

実施例４の車両用バッテリ冷却システムは、矩形のバッテリモジュール上下面の両端に沿って、角部に段差を設け、弾性連結手段を湾曲部と、一方を伸延させて、前記段差に掛ける取付部を設けたクリップにした例である。
図１２は実施例４の車両用バッテリ冷却システムのバッテリ構造を示す斜視図である。図１３は実施例４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。

構成を説明する。
実施例４では、クリップ９を湾曲部９１と取付部９２で構成する。
湾曲部９１は、上下のバッテリモジュール２の鍔部２１を引き合う方向に付勢するようにしつつ、保持する。
取付部９２は、湾曲部９１の一端からバッテリモジュール２の側方上端まで伸延し、先端を引っ掛ける爪形状にしたものである。

バッテリモジュール２には、上下面の対向する２辺の角部に、段差部２２を設ける。
２つのバッテリモジュール２とコールドプレート５との組付けの際には、上下の鍔部２１に湾曲部９１を取り付け、バッテリモジュール２の段差部２２に取付部９２を引っ掛けるようにして取り付ける構造である。
その他構成は、実施例１と同様であるため説明を省略する。

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４では、クリップ９を湾曲部９１と取付部９２で構成しているため、バッテリモジュール２と上下反転したバッテリモジュール２との連結は、２つの鍔部２１へのクリップ９の締結のない取り付けであり、非常に容易となる。
そのため、生産効率は非常によいものとなる。また、クリップ９のコストも低減できる。

効果を説明する。
実施例４の車両用バッテリ冷却システムは、上記(1),(2)に加えて、以下の効果を有する。
(5)バッテリモジュール２の上下面の両端に沿って、角部に段差を設け、弾性連結手段を湾曲部９１と、一方を伸延させて、前記段差に掛ける取付部９２を設けたクリップ９にしたため、締結のない容易な組付けにすることで、さらに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。

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４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。

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斜視図である。 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。 実施例１の車両用バッテリ冷却システムのバッテリを示す斜視図である。 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。 コールドプレートの側面図である。 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のＡ−Ａ断面図である。 実施例２の車両用バッテリ冷却システムのバッテリ構造を示す斜視図である。 実施例２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。 実施例３の車両用バッテリ冷却システムのバッテリ構造を示す斜視図である。 実施例３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。 実施例４の車両用バッテリ冷却システムのバッテリ構造を示す斜視図である。 実施例４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。

符号の説明

１ バッテリ装置
２ バッテリモジュール
２１ 鍔部
２２ 段差部
３ アッパーケース
４ ロワケース
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
５７ インナーフィン
６ クリップ
６１ 平面部
６２ 湾曲部
７ クリップ
８ クリップ
９ クリップ
９１ 湾曲部
９２ 取付部
Ｃ 車両

Claims (2)

1. 複数の電池を一体物にしたバッテリモジュールと、
   前記バッテリモジュールの上側側部に設けられた係合部と、
   内部で冷媒を流動させて熱交換を行う冷却プレートと、
   バッテリモジュール上面と前記係合部が下側側部となるよう上下反転させたバッテリモジュールの下面とで、前記冷却プレートを挟持した状態の上下の両係合部を、弾性を有しつつ連結する弾性連結手段と、
   を備えることを特徴とする車両用バッテリ冷却システム。
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、
   前記弾性連結手段は、両係合部を近づけるように付勢する力を加えて、弾性を有しつつ連結させる金属部材からなるクリップである、ことを特徴とする車両用バッテリ冷却システム。

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