JP7209220B2 - 冷却装置および筐体 - Google Patents

Description

本発明は、電池モジュールを冷却する冷却装置およびこれを収容する筐体に関する。

特許文献１には、熱エネルギーのロスを少なくして温度調節時の効率を維持しながら、電気絶縁性の悪化や腐食の問題がなく、温度変化および温度分布に問題のない電池温調システムを提供すべく、電池温調システムが、圧縮機と、電池を冷却する温度調節用の流体である温調流体を流すポンプと、温調流体の熱を外気に放熱させる外気用熱交換器と、圧縮機からの冷媒が流れる冷媒用熱交換部と、温調流体が流れる温調流体用熱交換部と、電池の冷媒による温度調節を行う電池冷媒間温度調節部位と、温調流体の冷媒による温度調節を行う温調流体冷媒間温度調節部位とを備え、電池冷媒間温度調節部位は、電池と冷媒用熱交換部の間に存在し、温調流体冷媒間温度調節部位は、冷媒用熱交換部と温調流体用熱交換部との間に存在することが記載されている。

特許文献２には、液状冷媒の流入と排出のための冷媒流入口および冷媒排出口、冷媒流入口または冷媒排出口に連通している複数の冷媒パイプ、２以上の冷媒パイプが相互連通するようにこれらの間を連結し、連結された冷媒パイプの間で液状冷媒の流れを変更乃至分割する一つ以上のパイプ連結部材、および冷媒パイプのうち少なくとも一つの冷媒パイプに連通している中空型流路を含んでおり、一面に電池モジュールが搭載され、前記中空型流路を通じて液状冷媒が循環する複数の冷却プレート、を含む冷却システムおよびこれを含む電池パックが記載されている。

特開２０１４－２２９４８０号公報 特表２０１８－５３３１６７号公報

ところで、車両等に用いられる電池モジュールを冷却する冷却装置は、省スペース化、低コスト化が求められる。

本発明は、省スペース化、低コスト化がなされた冷却装置を提供することを目的とする。

１以上の電池モジュールを冷却する冷却装置が、前記電池モジュールに近い側に配置され、第１冷却媒体を流す第１冷却媒体流路と、前記電池モジュールから遠い側に配置され、第２冷却媒体を流す第２冷却媒体流路と、を備え、前記第２冷却媒体流路において、前記第２冷却媒体は潜熱変化によって前記電池モジュールから熱を奪うことが可能であり、１つの前記第１冷却媒体流路に対して、複数の第２冷却媒体流路が設けられており、前記複数の第２冷却媒体流路の間に隙間が設けられている。前記構成により、前記冷却装置を所定の筐体等に固定する際、筐体等が有する凹凸を、第２冷却媒体流路の間に設けた隙間によって吸収し、省スペース化することができる。また、第２冷却媒体を局所的に用いることができ、低コスト化することができる。

また、１以上の電池モジュールを冷却する冷却装置が、前記電池モジュールに近い側に配置され、第１冷却媒体を流す第１冷却媒体流路と、前記電池モジュールから遠い側に配置され、第２冷却媒体を流す第２冷却媒体流路と、を備え、前記第２冷却媒体流路において、前記第２冷却媒体は潜熱変化によって前記電池モジュールから熱を奪うことが可能であり、１つの前記第１冷却媒体流路に対して、複数の第２冷却媒体流路が設けられており、前記第１冷却媒体流路は、前記第１冷却媒体の流れる方向を規定する壁部を備え、前記第２冷却媒体流路のうちの少なくとも２つの間を渡る、第２冷却媒体渡り流路を更に備え、前記第２冷却媒体渡り流路が、前記第１冷却媒体流路の前記壁部内に設けられる。前記構成により、前記第２冷却媒体渡り流路が、複数の第２冷却媒体流路をバイパス接続するため、冷却装置外部で配管等を用いて相互連通する必要が無くなり、省スペース化、低コスト化することができる。

省スペース化、低コスト化がなされた冷却装置が得られる。

車両１００に配置された筐体αを示す側面図。 ２種類の冷却媒体を用いた冷却装置１を示す概念図であり、（ａ）は電池モジュール２０と冷却装置１との関係を示し、（ｂ）は電池モジュール２０と冷却装置１とを筐体αに収容した状態を示す図。 本開示の冷却装置１を示す図。 第１冷却媒体流路１１の内部構造を示した上面図。 第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの上面図。 冷却装置１の構造を示す図であり、（ａ）第１冷却媒体流路１１と第２冷却媒体流路１２とを結合した状態を示す図、（ｂ）第１冷却媒体と第２冷却媒体の流れの方向を示す図。 冷却装置１の固定箇所を示す図。 第２冷却媒体流路と、電池モジュールの位置関係のバリエーションを説明する図。 第２冷却媒体流路１２と、電池モジュール２０の位置関係のバリエーションを説明する第２の図。 冷却装置１の強度を増す為の、第２冷却媒体流路１２の配置例を示す図。 第１冷却媒体流路１１の変形例を示す図。 複数の冷却プレートを連結して形成した冷却装置５を示す図。 本開示の冷却装置１ａを示す図。 ３つの第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを、第２冷却媒体渡り流路Ｐを用いて直列に連通した状態を示す図。 図１４に示した構成における、第１冷却媒体および第２冷却媒体の流れる方向を示す図。 ３つの第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを、第２冷却媒体渡り流路Ｐを用いて並列に連通した状態を示す図。 図１６に示した構成における、第１冷却媒体および第２冷却媒体の流れる方向を示す図。

以下、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

図１は、車両１００に配置された筐体αを示す側面図である。なお、理解を容易とするため、図１に示すように、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸からなる直交座標系が規定される。ｚ軸は、ｘ軸およびｙ軸に対して垂直であり、筐体αおよび車両１００の高さ方向に延びる。また、各軸の正の方向は、図１における矢印の方向に規定され、負の方向は、矢印と逆向きの方向に規定される。ここで、ｘ軸の正方向を「左側」と表現し、ｘ軸の負方向を「右側」と表現し、ｙ軸の正方向側を「後側」と表現し、ｙ軸の負方向側を「前側」と表現し、ｚ軸の正方向側を「上側」と表現し、ｚ軸の負方向側を「下側」と表現することがある。

なお、以下の説明において、「平行」、「垂直」は完全な平行、垂直だけでなく、誤差の範囲で平行、垂直からずれている場合も含むものとする。

ハイブリッド車や電気自動車等である車両１００に、筐体αが設置されている。筐体αは、電池パックとも呼ばれることもある。筐体αは、車体下部に設置される、１以上の電池モジュール２０を収容している。なお、図１の例では、３つの電池モジュール２０が示されている。これらの電池モジュール２０によって、車両１００の駆動源であるモータに電力を供給する。

電池モジュール２０は発熱するため、電池モジュール２０を冷却するための冷却装置１が、筐体αの中に収容される。すなわち、筐体αは、電池モジュール２０と、冷却装置１とを収容している。冷却装置１には種々の形状があるが、図示しているような薄いプレート型の冷却装置１を用いると、冷却装置１を収容する筐体αも薄くすることができる。

電池モジュール２０を冷却するために、冷却装置１は冷却媒体（図示省略）を用いる。冷却媒体の典型例は冷媒や水である。冷却媒体の具体例については後述する。

図１に示した冷却装置１の中には、冷却媒体を流すための流路がある。また、図示を省略する配管が、冷却装置１の外から冷却装置１内の流路へと接続される。冷却媒体は配管を通って冷却装置１の中へ流入し、冷却装置１内の流路を流れ、そして、冷却装置１の外へと出ていく。

図１に示したように、冷却装置１はプレート状のもの（冷却プレート）であってよい。本実施形態の場合、電池モジュール２０は冷却装置１（冷却プレート）の上に載り、電池モジュール２０と冷却装置１との接触面を介して、電池モジュール２０が冷却される。ただし、冷却装置１と電池モジュール２０の形状や配置は、この実施形態には限られない。

図２は、２種類の冷却媒体を用いた冷却装置１を示す概念図であり、（ａ）は電池モジュール２０と冷却装置１との関係を示し、（ｂ）は電池モジュール２０と冷却装置１とを筐体αに収容した状態を示す図である。

冷却媒体として冷媒を用いた場合、冷媒を流す配管等の流路に液状の冷媒が隅々まで行き渡らず、温度のばらつきが生じることがある。この温度ばらつきを回避するため、図２に示した実施形態においては、冷却装置１が２種類の冷却媒体を用いている。第１冷却媒体を流す第１冷却媒体流路１１が、電池モジュール２０に近い側（図２（ａ）における上側）に配置されている。第２冷却媒体を流す第２冷却媒体流路１２が、電池モジュール２０から遠い側（図２（ａ）における下側）に設けられている。

第１冷却媒体流路１１を流れる第１冷却媒体は、顕熱変化によって前記電池モジュールから熱を奪うことが可能である。第１冷却媒体は少なくとも一部に水を含む液体であり、エンジン冷却液、冷却液、不凍液、エチレングリコールなどが用いられる。ただし、これらには限定されない。

一方、第２冷却媒体流路１２を流れる冷却媒体は、潜熱変化によって前記電池モジュールから熱を奪うことが可能である。その一例は、ＨＦＣ（Ｒ１３４ａ）や、地球温暖化防止にさらに配慮したＨＦＯ（Ｒ１２３４ｙｆ）等である。ただし、これらには限定されない。

このように、２種類の冷却媒体を用いることで、第２冷却媒体が大きな冷却能力を発揮しつつ、その冷却能力を第１冷却媒体が拡散することで、温度ばらつきを減らすことができる。

このような冷却装置１を、主に車両用の筐体α（電池パック）に収容する際に、２つの問題点がある。１つ目の問題点は、筐体αは、主に車体の底部に配置されるのだが、車体の底部は平坦であるとは限らないことである（図２（ｂ）参照）。

強度維持のため、車体底部には通常、柱やリブ等の補強部材が存在する。すなわち、車体底部には凹凸がある。すると、車体底部に設置する筐体αは、その凹凸に沿った、相補的な形状となる。その結果、筐体αの内面にも凹凸が生じる（図２（ｂ）参照）。

なお、筐体αの内部に補強部材が設けられることもある。この場合も、筐体αの内部に凹凸が生じる。

つまり、いずれの場合にせよ、筐体αはその内面に凹凸を有し得る。凹部を基準とした場合の凸部Ｒが、図２（ｂ）に示されている。しかしながら、筐体αが収容する冷却装置１は、安定して電池モジュール２０を下から支持して冷却しなければならない。

２つ目の問題点として、車体内部のスペースには限りがある。車体は多くの部品を搭載するため、筐体α（電池パック）を配置しようとしても、その配置箇所や配置形状に制約が存在することがある。そのため、筐体αの薄型化、小型化が求められる。

そこで本開示の冷却装置１は、図３に示すように、１つの第１冷却媒体流路１１に対して、複数の第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを備える。そして、前記複数の第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの間には隙間が設けられている。なお、第１冷却媒体および第２冷却媒体の種類は、図２に基づいて示したものと同様である。

図２（ｂ）と同様、図３においても、筐体αの内面には凸部Ｒがある。しかし、本実施形態の冷却装置１は、その凸部Ｒを、前記複数の第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの間に設けられた隙間が吸収する。その結果、筐体αを薄く小型化することができる。

また、１つの第１冷却媒体流路１１に対して、第２冷却媒体流路１２を設ける箇所と、設けない箇所とを適宜設定することができる。すなわち、第２冷却媒体流路１２を設ける数や設ける場所は、筐体αの内面が有する凹凸に応じて適宜変更できる。すなわち、上述の筐体αの薄型化を、要求仕様に応じて柔軟に行うことができる。

さらに、複数の第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと、電池モジュール２０との間には、第１冷却媒体流路１１が挟まっている。すなわち、複数の第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに共通の第１冷却媒体流路１１が、冷却能力の拡散と、温度調節の機能を果たす。結果、複数の第２冷却媒体同士の温度偏差が緩和され、電池モジュール２０の冷却を均一に行うことができる。

なお、１つの第１冷却媒体流路１１に対する第２冷却媒体流路１２の数は、図３の例では１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの３つであるが、２つや、４つ以上であってもよい。

次に、第１冷却媒体および第２冷却媒体の、流れの方向に係る工夫について説明する。

図４は、第１冷却媒体流路１１の内部構造を示した上面図である。本実施形態における第１冷却媒体流路１１は、概して横長長方形の形状を呈している。横長長方形の右側（ｘ軸の負方向）が、前後方向（ｙ軸方向）の寸法を減じられている。ただし、この形状に限定する意図はなく、要求される仕様に応じて第１冷却媒体流路１１の形状を適宜変更してよい。

第１冷却媒体流路１１は、凹部１１１を備えている。この凹部１１１が第１冷却媒体（典型的には水）を受容する。なお、図示は省略するが、板状の蓋が凹部１１１を上側（ｚ軸方向）から塞いでよい。電池モジュール２０は、この蓋の上に配置される。

第１冷却媒体流路１１は、１つ以上の壁部１１２を備えている。壁部１１２によって、第１冷却媒体流路１１内の、第１冷却媒体の流れの方向が規定される。この流れの方向を白矢印で図４に示してある。

本実施形態においては、第１冷却媒体流路１１の左側（ｘ軸方向）に、第１冷却媒体の入口１１３と出口１１４がそれぞれ設けられている。第１冷却媒体は、白い矢印で示した方向に流れる。すなわち、入口１１３から前記凹部１１１へと流入した第１冷却媒体は、前記壁部１１２による案内により右方向（ｘ軸の負方向）に流れ、Ｕターンして左方向（ｘ軸方向）に流れ、出口１１４から流出する。

また、第１冷却媒体流路１１は、固定部１１５を備えている。この固定部１１５にボルト等を挿通し、第１冷却媒体流路１１を備える冷却装置１を筐体α等に固定する。なお、固定部１１５の詳細については後述する。また、図４に示した「第１群」「第２群」の意義についても後述する。

図５は、３つの第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの上面図である。本実施形態における第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、それぞれ、縦長（ｙ軸方向）の形状を呈しており、中央部に仕切り１２１が縦方向（ｙ軸方向）に延びている。本実施形態においては、第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの厚み（ｚ軸方向）は小さい。

本実施形態においては、第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃはそれぞれ、前側（ｙ軸の負方向）に、入口１２３と出口１２４を有している。第２冷却媒体は、黒い矢印で示した方向に流れる。すなわち、入口１２３から流入した第２冷却媒体は、後側（ｙ軸方向）へと流れ、Ｕターンして前側（ｙ軸の負方向）へと流れ、出口１２４から流出する。

図４に示した第１冷却媒体流路１１と、図５に示した３つの第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃとを貼り合わせるように重ねて、図６（ａ）に示すような冷却装置１が形成される。すると、図６（ｂ）に示すように、第１冷却媒体の流れ（白矢印）と、第２冷却媒体の流れ（黒矢印）が、少なくとも部分的に直交する。このような構成にすることで、複数の第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを流れる冷却媒体の温度ばらつきが、第１冷却媒体流路１１を流れる第１冷却媒体によって積極的に緩和される。なお、既に説明した図６は、冷却装置１の構造を示す図であり、（ａ）第１冷却媒体流路１１と第２冷却媒体流路１２とを結合した状態を示す図、（ｂ）第１冷却媒体と第２冷却媒体の流れの方向を示す図である。

以上を踏まえた上で、再び図４等を参照し、第１冷却媒体流路１１が備える固定部１１５の構成について説明する。

図４に示されるように、第１冷却媒体流路１１は、固定部１１５を備えている。上述のように、凹部１１１は第１冷却媒体（通常は水）を受け入れている。第１冷却媒体が漏れ出ないよう、固定部１１５頂部の島状領域ＩＬＤが高い位置（ｚ軸方向）に突出している。この島状領域ＩＬＤ内に、貫通孔Ｈが設けられている。この貫通孔Ｈにボルトを挿通等することで、冷却装置１を筐体α等に固定する。

次に、図７は、冷却装置１の固定箇所を示す図である。第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ間の隙間Ｓ１２１、Ｓ１２２が、筐体αの凸部Ｒを受け入れている。その隙間Ｓ１２１、Ｓ１２２の上方（ｚ軸方向）に、貫通孔Ｈを有する固定部１１５を配置する。

そして、筐体αの外側（下側）と、前記固定部１１５との間を、図７に示したような位置でボルト止めする。なお、前記固定部１１５側からボルトを挿通し、筐体αと、そのさらに下に存在する車体とを共締めしてもよい。また、前記固定部１１５側からボルトを挿通してよく、逆に、筐体αや車体側（下側）からボルトを挿通してもよい。

次に、固定部１１５と、第１冷却媒体の流れとの関係について、再び図４を参照しつつ説明する。図４には、固定部１１５の配置箇所につき、第１群と第２群とを示している。

第１群に属する固定部１１５については、下記の通りである。冷却装置１の上に載せられた電池モジュール２０（図３等を参照）は、いずれの場所も均一の温度とは限らない。よって、冷却に用いられた第１冷却媒体も、場所により温度がばらつくことになる。

そこで、第１群に属する固定部１１５は、第１冷却媒体の流れに正対する位置に配置されている。このような位置に固定部１１５を配置すれば、第１冷却媒体の流れはこの島状の固定部１１５に衝突して、その周囲へと拡散される。すなわち、第１冷却媒体の乱流が起こる。一例を挙げると、第１冷却媒体が水の場合、この水が混ざりあう。従って、上記の温度ばらつきが軽減される。

一方、第２群に属する固定部１１５は、第１冷却媒体の流れに正対しない位置に配置されている。すなわち、第１冷却媒体の流れを可能な限り遮らない位置に配置されている。すると、第１冷却媒体は流れを阻害されることなく円滑に流れ、冷却効率が向上する。

次に、固定部１１５と、強度との関係について説明する。図４に示しているように、一つの固定部１１５につき、貫通孔Ｈを２つ以上（２つや４つ）設けている。ここで上述の通り、固定部１１５は、冷却装置１を筐体α等に固定する為に設けられている。固定部１１５の島状領域ＩＬＤの面積が大きく、１つの固定部に挿通するボルトの数が増加することで、前記固定部１１５を用いた固定の強度が増す。

次に、電池モジュール２０をより効率的に冷却するための、第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの配置例について説明する。

図８は、第２冷却媒体流路と、電池モジュールの位置関係のバリエーションを説明する図である。第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと電池モジュール２０との間には第１冷却媒体流路１１が存在し、この第１冷却媒体流路１１が冷却効果の拡散を行うので、温度ばらつきが緩和される。しかし一方で、温度の完全な均一化ができるとは限らない。そこで、図８（ａ）に示したように、第２冷却媒体流路１２の少なくとも一部が、電池モジュール２０と重なって配置されるようにする。前記構成により、より効率的に電池モジュール２０の冷却を行うことができる。

また、電池モジュール２０の下（ｚ軸の負方向）には、第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ間の隙間Ｓ１２１、Ｓ１２２が存在するよりも、第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが存在した方が、電池モジュール２０の冷却効率が高くなる。そこで、図８（ｂ）に示したように、電池モジュール２０間の隙間Ｓ２０１、Ｓ２０２に、前記隙間Ｓ１２１、Ｓ１２２が対応するような配置とする。この配置であれば、冷却効率が向上する。

図９は、第２冷却媒体流路１２と、電池モジュール２０の位置関係のバリエーションを説明する第２の図である。なお、図９は、電池モジュール２０を上から見ている。電池モジュール２０の熱負荷は、どの場所でも同じとは限らない。そこで、電池モジュール２０の熱負荷の高い位置に、第２の冷却媒体流路を配置してよい。この配置であれば、電池モジュール２０のうち熱負荷の高い箇所を集中的に冷却できるので、冷却効率が向上する。

より具体的な例としては、複数の電池モジュール２０の中心（重心）に配置された電池モジュール２０には、熱がこもりやすく、熱負荷が高い。図９の例では、丸で囲った電池モジュール２０が、特に熱負荷が高い。そこで、第２冷却媒体流路１２が、複数の電池モジュールの中心に配置された電池モジュールと重なって配置される。この配置であれば、電池モジュール２０のうち熱負荷の高い箇所を集中的に冷却できるので、冷却効率が向上する。

次に、第２冷却媒体流路１２を用いて冷却装置１の強度を増す構成について説明する。

図１０は、冷却装置１の強度を増す為の、第２冷却媒体流路１２の配置例を示している。上述した通り、冷却装置１の上には電池モジュール２０が置かれるのだが、冷却装置１はこの荷重に耐えねばならない。

ここで、プレートの如き部材は、その外側に強度が要求される。外側の強度が高ければ、プレート自体の強度が向上する。

一方、冷却装置１は、第１冷却媒体流路１１と、第２冷却媒体流路１２との、２種類の流路を備えている。この２種類の流路が重なっている部分（２層になっている部分）の方が、これらが重なっていない部分（１層になっている部分）よりも強度が強い。そこで、第１冷却媒体流路１１と、第２冷却媒体流路１２とが重なって、２層になっている部分を、プレートの補強材であると解釈し、プレートの強度が求められる箇所に配置すれば好適である。

すなわち、第２冷却媒体流路１２を、冷却装置１（冷却プレート）の外縁付近に配置すれば、冷却装置１自体の強度を増すことができる。

例えば、図１０に示しているように、冷却装置１の外縁と、前記外縁に最も近い前記第２冷却媒体流路１２Ａとの間の距離をＳ１とする。複数の前記第２冷媒通流路間（ここでは、１２Ａと１２Ｂとの間）の隙間の距離をＳ２とする。このとき、Ｓ１＜Ｓ２となるように、第２冷却媒体流路１２Ａを配置すれば、第２冷却媒体流路１２Ａが冷却装置１の外縁近くに配置されることになる。その結果、冷却装置１の外側が第２冷却媒体流路１２Ａによって補強され、強度の高い冷却装置１が得られる。

次に、配管の配置の工夫について説明する。図４～図６に既に示したように、第１冷却媒体が流れる方向と、第２冷却媒体が流れる方向とを直交させた場合、それぞれの冷却媒体の出入口が、冷却装置１の相異なる辺に配置されることとなる。すると、前記出入口から冷却装置１の外へと延びる配管が、筐体α内のスペース（図３参照）を圧迫する。

この観点から、冷却媒体が流れる方向を一部変更して、第１冷却媒体の出入口と、第２冷却媒体の出入口とを、冷却装置１の同じ辺に配置すると好適である。

図１１は、１冷却媒体の出入口と、第２冷却媒体の出入口を、冷却装置１の同一の辺に配置するための、第１冷却媒体流路１１の変形例を示す図である。図１１に示した第１冷却媒体流路１１は、図４に示した第１冷却媒体流路１１と構成は同様である。しかし、第１冷却媒体が流れる方向を規定する壁部１１２のうち、いくつかが、９０度前後折り曲げられた形で配置されている。このように、壁部１１２の配置や形状に基づいて第１冷却媒体の流れる方向を制御することで、第１冷却媒体の出入口１１３、１１４を、第２冷却媒体の出入口１２３、１２４（図５参照）と同一の辺に揃えて配置することができる。すると、冷却装置１から出る配管が一つの辺にまとまるので、冷却装置１の外側の配管がコンパクトになり、配管の取り回しも容易になる。その結果、冷却装置１およびこれを収容する筐体αを省スペース化することができる。

次に、本開示の冷却装置１の変形例（以下、冷却装置１ａ）について説明する。なお、冷却装置１ａが備える、前記冷却装置１と同様の部材については、同じ参照符号を付している。

まず初めに、本開示の冷却装置１ａに対する比較例を示す。図１２は、複数の冷却プレートを連結して形成した冷却装置５を示す図である。冷却装置５は、第１冷却媒体を流す第１冷却媒体流路５１と、第２冷却媒体を流す第２冷却媒体流路５２を備える。

第１冷却媒体流路５１は、３つの流路５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃを外部の配管によって相互連通することにより形成されている。第２冷却媒体流路５２も同様に、３つの流路５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃを外部の配管によって相互連通することにより形成されている。このように複数の流路を相互連通することにより、冷却装置５の面積は大きくなり、より多くの電池モジュールを冷却することができるようになる。

しかし、図１２に示した構成においては、各流路を相互連通するための配管が多数、冷却装置５の外側に配置される。これらの外部配管は筐体α内で多くのスペースを占有する。そのため、電池モジュール２０を搭載するスペースが圧迫され、筐体αの小型化ができない。

一方、本開示の冷却装置１ａは、各流路を相互連通するための配管を外部に設ける必要が無い為、省スペース化、省コスト化が可能である。以下、その為の構成について説明する。

図１３に示す、本開示の冷却装置１ａは、前記電池モジュールと近い側に配置され、第１冷却媒体を流す第１冷却媒体流路と、前記電池モジュールから遠い側に配置され、第２冷却媒体を流す第２冷却媒体流路と、を備え、１つの前記第１冷却媒体流路１１に対して、複数の第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが設けられている。ただし、第２冷却媒体流路１２の数は３つでなくともよく、２つや、４つ以上であってもよい。

本開示の冷却装置１ａは、第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを相互連通させる。この相互連通の為に、第１冷却媒体流路１１に設けられている壁部１１２を活用する。

より具体的には、前記第１冷却媒体流路１１が、前記第１冷却媒体の流れる方向を規定する壁部を備え、前記第２冷却媒体流路のうちの少なくとも２つの間を渡る、第２冷却媒体渡り流路Ｐを更に備え、前記第２冷却媒体渡り流路Ｐが、前記第１冷却媒体流路１１の前記壁部１１２内に設けられる。

上記構成の一例を、図１４から図１７に図示している。

図１４は、３つの第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを、第２冷却媒体渡り流路Ｐを用いて直列に連通した状態を示す図である。なお、図による理解を容易とするために、本来存在する部材の一部を省略してある。

第１冷却媒体流路１１は、図４で既に説明したように、また、図１４に示されているように、第１冷却媒体が右側（ｘ軸の負方向）へと流れ、Ｕターンして左側（ｘ軸方向）へと戻ってくるようになっている。この第１冷却媒体の流れる方向を規定しているのは、既に説明した壁部１１２である。

この第１冷却媒体流路１１に含まれる壁部１１２の内側に、第２冷却媒体渡り流路Ｐを設ける。そして、第２冷却媒体渡り流路Ｐの下部（ｚ軸の負方向）に開口Ａ１～Ａ１０を設ける。この開口Ａ１～Ａ１０は、破線で図示した３つの第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと連通している。

図１５は、図１４に示した構成における、第１冷却媒体および第２冷却媒体の流れる方向を図示したものである。冷却装置１ａの左側の辺に設けられた入口１２３から流入した第２冷却媒体は、壁部１１２内に設けられた第２冷却媒体渡り流路Ｐを通り、黒矢印で示したように、開口Ａ１を通って第２冷却媒体流路１２Ａへと流入する。

この第２冷却媒体は、第２冷却媒体流路１２Ａを図の反時計回りに流れ、開口Ａ２を通って第２冷却媒体渡り流路Ｐへと戻る。この冷却媒体はそのまま図の右側へと進み、中央の第２冷却媒体流路１２Ｂへと流入する。

第２冷却媒体は、以下同様に、第２冷却媒体流路と第２冷却媒体渡り流路Ｐとの間を行き来し、第２冷却媒体流路１２Ｃへと流入する。そしてこの第２冷却媒体は、第２冷却媒体流路１２Ｃ内を反時計回りに流れ、開口Ａ６を通って第２冷却媒体渡り流路Ｐへと戻る。

この第２冷却媒体は、同様に、開口Ａ６、Ａ７、Ａ８を通って、第２冷却媒体流路と第２冷却媒体渡り流路Ｐとの間を行き来し、開口Ａ９へとたどり着く。

開口Ａ９を通った第２冷却媒体は、第２冷却媒体流路１２Ａへと流入し、反時計回りに流れ、そして開口Ａ１０を通って第２冷却媒体渡り流路Ｐへと戻る。

最後に、第２冷却媒体は、第１冷却媒体流路１１の、図の左側の辺に設けられた出口１２４を通って、外部へと流出する。

このように、第２冷却媒体渡り流路Ｐは、第２冷却媒体が、複数の第２冷却媒体流路１２Ａ～１２Ｃの間を直列に流れるように、橋渡しの機能を発揮する。その結果、複数の第２冷却媒体流路１２Ａ～１２Ｃに対する、第２冷却媒体の出入口を、冷却装置１ａの１辺（図の左側の辺）にまとめることができる。

図１６は、３つの第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを、第２冷却媒体渡り流路Ｐを用いて並列に連通した状態を示す図である。なお、図による理解を容易とするために、本来存在する部材の一部を省略してある。

第１冷却媒体流路は、図示されているように、第１冷却媒体が右側へ流れ、Ｕターンして左側へと戻ってくるようになっている。この冷却媒体の流れを規定しているのは、既に説明した壁部１１２である。

この第１冷却媒体流路１１に含まれる壁部１１２の内部に、第２冷却媒体渡り流路Ｐを設ける。そして、第２冷却媒体渡り流路Ｐの下部に開口Ａ１～Ａ６を設ける。この開口Ａ１～Ａ６は、図示した３つの第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと連通している。

図１７は、図１６に示した構成における、第１冷却媒体および第２冷却媒体の流れる方向を図示したものである。第１冷却媒体流路１１の左側の辺に設けられた入口１２３から流入した第２冷却媒体は、その一部が、壁部１１２内に設けられた第２冷却媒体渡り流路Ｐを通り、開口Ａ１を通って、第２冷却媒体流路１２Ａへと流入する。第２冷却媒体の残りの一部は、第２冷却媒体渡り流路Ｐを通り、第２冷却媒体流路１２Ｂへと流れる。

第２冷却媒体流路１２Ａの中に流入した第２冷却媒体は、第２冷却媒体流路１２Ａを図の反時計回りに流れ、開口Ａ２を通って第２冷却媒体渡り流路Ｐへと戻る。そして、第１冷却媒体流路１１の、図の左側の辺に設けられた出口１２４を通って、外部へと流出する。

一方、第２冷却媒体流路１２Ｂへと流れた、第２冷却媒体の残りの一部は、そのさらに一部が開口Ａ３を通って、第２冷却媒体流路１２Ｂへと流入する。残った冷却媒体は、第２冷却媒体渡り流路Ｐを通って、第２冷却媒体流路１２Ｃへと流れる。

第２冷却媒体流路１２Ｂの中に流入した第２冷却媒体は、第２冷却媒体流路１２Ｂを図の反時計回りに流れ、開口Ａ４を通って第２冷却媒体渡り流路Ｐへと戻る。そして、第２冷却媒体流路１２Ａを通り過ぎ、第１冷却媒体流路１１の、図の左側の辺に設けられた出口１２４を通って、外部へと流出する。

最後に、第２冷却媒体流路１２Ｃへと流れた、第２冷却媒体の残りの一部は、開口Ａ５を通って、第２冷却媒体流路１２Ｃへと流入する。第２冷却媒体流路１２Ｃの中に流入した第２冷却媒体は、第２冷却媒体流路１２Ｃを図の反時計回りに流れ、開口Ａ６を通って第２冷却媒体渡り流路Ｐへと戻る。そして、第２冷却媒体流路１２Ｂおよび１２Ａを通り過ぎ、第１冷却媒体流路１１の、図の左側の辺に設けられた出口１２４を通って、外部へと流出する。

このように、第２冷却媒体渡り流路Ｐは、第２冷却媒体が、複数の第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの間を並列に流れるように、橋渡しの機能を発揮する。その結果、複数の第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに対する、第２冷却媒体の出入口１２３、１２４を、冷却装置１ａの１辺（図の左側の辺）にまとめることができる。

図１４～図１７に示した例では、前記第１冷却媒体流路１１における第１冷却媒体の流れる方向と、前記第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃにおける第２冷却媒体の流れる方向とが、少なくとも部分的に直交している。このような構成にすることで、複数の第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを流れる第２冷却媒体の温度ばらつきが、第１冷却媒体流路１１を流れる第１冷却媒体によって積極的に緩和される。

また、図１４～図１７から明らかなように、第２冷却媒体渡り流路Ｐを第１冷却媒体流路１１の壁部１１２内部に設けたことによって、第１冷却媒体流路の出入口１１３、１１４と、第２冷却媒体流路の出入口１２３、１２４とを、前記冷却装置の同一の辺に設けることができるようになる。

第２冷却媒体渡り流路Ｐを設ける壁部１１２として、第１冷却媒体流路１１を左右（ｘ軸方向）に横断する壁部１１２を用いたが、この壁部１１２の向きは、その他の向きであってもよい。ただし、複数の第２冷却媒体流路の間で、第２冷却媒体を橋渡しできるような位置、長さを有している壁部１１２に限られる。

なお、第２冷却媒体渡り流路Ｐを設けた上記の実施形態は、複数の第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃのそれぞれの間に隙間が無くとも、同様の効果を奏することができる。

また、前述と同様に、第２冷却媒体流路１２を、冷却装置１ａの外縁付近に配置して、冷却装置の強度増強を図ることができる。

既に説明した図１０の例と同様に、冷却装置１ａの外縁と、前記外縁に最も近い前記第２冷却媒体流路１２Ａとの間の距離をＳ１とする。複数の前記第２冷媒通流路間（ここでは、１２Ａと１２Ｂとの間）の隙間の距離をＳ２とおく。このとき、Ｓ１＜Ｓ２となるように、第２冷却媒体流路１２Ａを配置すれば、第２冷却媒体流路１２Ａが冷却装置１ａの外縁近くに配置されることになる。その結果、冷却装置１ａの外側が第２冷却媒体流路１２によって補強され、強度の高い冷却装置１ａが得られる。

本開示の冷却装置は以上のような構成を有するが、上記構成において、前記第１冷却媒体流路における第１冷却媒体の流れる方向と、前記第２冷却媒体流路における第２冷却媒体の流れる方向とが、少なくとも部分的に直交してよい。前記構成により、複数の第２冷却媒体流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを流れる冷却媒体の温度ばらつきが、第１冷却媒体流路１１を流れる第１冷却媒体によって積極的に緩和される。

上記構成において、第１冷却媒体は水であってよい。また、第２冷却媒体は冷媒であってよい。前記構成により、冷媒による冷却能力を水によって拡散することで、温度のばらつきを緩和することができる。

上記構成において、前記冷却装置を、前記冷却装置を収容する所定の筐体に固定する、１以上の固定部を、複数の前記第２冷却媒体流路の間に備えてよい。前記構成により、第２冷却媒体流路を間に挟むことなく、冷却装置１（１ａ）を筐体αに固定することができる。そのため、厚みが減らされ、筐体αを省スペース化することができる。

上記構成において、冷却装置が、前記第１冷却媒体の流れに正対する位置に配置されている前記固定部を備えてよい。前記構成により、第１冷却媒体の流れは固定部１１５に衝突して、その周囲へと拡散される。すなわち、流れを拡散する機能を固定部１１５が果たすことにより、温度ばらつきの改善がなされる。

上記構成において、前記第１冷却媒体の流れに正対しない位置に配置されている前記固定部を備えてよい。前記構成により、第１冷却媒体は流れを阻害されることなく円滑に流れ、冷却効率が向上する。

上記構成において、前記固定部が、留め部材を通すための貫通孔を備えてよい。前記構成により、この貫通孔Ｈにボルトを挿通することで、冷却装置１を筐体α等に固定することができる。

上記構成において、前記固定部が、２つ以上の前記貫通孔を備えてよい。前記構成により、固定部１１５の前記島状領域ＩＬＤが大きく、１つの固定部について挿通するボルトの数が増加することで、前記固定部１１５による固定の強度が増す。

上記構成において、第１冷却媒体流路の出入口と、第２冷却媒体流路の出入口とが、前記冷却装置の同一の辺に設けられるようにしてよい。前記構成により、冷却装置１から出る配管が一つの辺にまとまるので、冷却装置１（１ａ）の外側の配管がコンパクトになり、また、配管の取り回しも容易になる。その結果、冷却装置１（１ａ）およびこれを収容する筐体αを省スペース化することができる。

前記構成において、第２冷却媒体流路の少なくとも一部が、前記電池モジュールと重なって配置されてよい。前記構成により、より効率的に電池モジュール２０の冷却を行うことができる。

前記構成において、前記冷却装置が冷却する前記電池モジュールは複数の電池モジュールであり、前記複数の電池モジュール間の隙間が、前記複数の第２冷却媒体流路間の隙間と対応していてよい。前記構成により、電池モジュール２０のうち熱負荷の高い箇所を集中的に冷却できるので、冷却効率が向上する。

上記構成において、前記冷却装置が冷却する前記電池モジュールは複数の電池モジュールであり、電池モジュールの熱負荷の高い位置に、第２冷却媒体流路が配置されてよい。前記構成により、電池モジュール２０のうち熱負荷の高い箇所を集中的に冷却できるので、冷却効率が向上する。

上記構成において、第２冷却媒体流路が、複数の電池モジュールの中心に配置された電池モジュールと重なって配置されてよい。前記構成により、電池モジュール２０のうち熱負荷の高い箇所を集中的に冷却できるので、冷却効率が向上する。

上記構成において、前記冷却装置の外縁と、前記外縁に最も近い前記第２冷却媒体流路と間の距離が、複数の前記第２冷却媒体流路間の隙間の距離よりも小さくなるように、前記第２冷却媒体流路を配置してよい。前記構成により、第２冷却媒体流路１２Ａが冷却装置１の外縁近くに配置されることになる。その結果、冷却装置１の外側が第２冷却媒体流路１２によって補強され、強度の高い冷却装置１が得られる。

前記構成において、前記第２冷却媒体渡り流路は、前記複数の第２冷却媒体流路の中を前記第２冷却媒体が直列あるいは並列に流れるように、配置されてよい。前記構成により、その結果、複数の第２冷却媒体流路１２Ａ～１２Ｃに対する、第２冷却媒体の出入口１２３、１２４を、冷却装置１ａの１辺にまとめることができる。そのため、配管のスペースが削減され、筐体αの省スペース化が実現できる。

また、筐体が、１以上の電池モジュールと、前記電池モジュールを冷却する、請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の冷却装置を備えてよい。前記構成により、省スペース化、省コスト化された筐体（電池パック）を得ることができる。

以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

１ 冷却装置
１ａ 冷却装置
５ 冷却装置
１１ 第１冷却媒体流路
１２ 第２冷却媒体流路
１２Ａ～１２Ｃ 第２冷却媒体流路
２０ 電池モジュール
５１ 第１冷却媒体流路
５２ 第２冷却媒体流路
５１Ａ～５１Ｃ 流路
５２Ａ～５２Ｃ 流路
１１１ 凹部
１１２ 壁部
１１３ 入口
１１４ 出口
１１５ 固定部
１２１ 仕切り
１２３ 入口
１２４ 出口
Ａ１～Ａ１０ 開口
Ｈ 貫通孔
ＩＬＤ 島状領域
Ｐ 流路
Ｒ 凸部
Ｓ１２１ 隙間
Ｓ１２２ 隙間
α 筐体

Claims (7)

1. １以上の電池モジュールを冷却する冷却装置であって、
   前記電池モジュールに近い側に配置され、第１冷却媒体を流す第１冷却媒体流路と、
   前記電池モジュールから遠い側に配置され、第２冷却媒体を流す第２冷却媒体流路と、
   を備え、
   前記第１冷却媒体流路において、前記第１冷却媒体は顕熱変化によって前記電池モジュールから熱を奪うことが可能であり、
   前記第２冷却媒体流路において、前記第２冷却媒体は潜熱変化によって前記電池モジュールから熱を奪うことが可能であり、
   １つの前記第１冷却媒体流路に対して、複数の第２冷却媒体流路が設けられており、
   前記第１冷却媒体流路は、前記第１冷却媒体の流れる方向を規定する壁部を備え、
   前記第２冷却媒体流路のうちの少なくとも２つの間を渡る、第２冷却媒体渡り流路を更に備え、
   前記第２冷却媒体渡り流路が、前記第１冷却媒体流路の前記壁部内に設けられる、
   冷却装置。
2. 請求項１に記載の冷却装置であって、
   前記第１冷却媒体流路における第１冷却媒体の流れる方向と、前記第２冷却媒体流路における第２冷却媒体の流れる方向とが、少なくとも部分的に直交する、
   冷却装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の冷却装置であって、
   前記第２冷却媒体渡り流路が、前記複数の第２冷却媒体流路の中を前記第２冷却媒体が直列に流れるように、配置されている、
   冷却装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の冷却装置であって、
   前記第２冷却媒体渡り流路が、前記複数の第２冷却媒体流路の中を前記第２冷却媒体が並列に流れるように、配置されている、
   冷却装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の冷却装置であって、
   第１冷却媒体流路の出入口と、第２冷却媒体流路の出入口とが、前記冷却装置の同一の辺に設けられている、
   冷却装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の冷却装置であって、
   前記冷却装置の外縁と、前記外縁に最も近い前記第２冷却媒体流路との間の距離が、複数の前記第２冷却媒体流路間の隙間の距離よりも小さい、
   冷却装置。
7. 筐体であって、
   １以上の電池モジュールと、
   前記電池モジュールを冷却する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の冷却装置を備える、
   筐体。

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