JP2016157813A - 発熱体の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体の冷却性能を全体的に高める。【解決手段】ダクト１０における冷却風通路Ｓの内面には、冷却風の流れ方向に延びる第１突出部２０Ａ〜２０Ｅが冷却風通路Ｓの幅方向に湾曲または屈曲して設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば電気自動車等に搭載される走行用モーターに電力を供給する車両用バッテリ等の発熱体の冷却構造に関するものである。

従来より、電気自動車やハイブリッド自動車等には、走行用モーターと、該走行用モーターに電力を供給するバッテリとが搭載されている。走行用モーターに電力を供給するバッテリは電力供給時の発熱量が大きいので、従来の電装品用のバッテリとは異なり、冷却構造が要求される（例えば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１〜３では、バッテリを収容したケースの内部に冷却風が流れる冷却風通路を形成し、冷却ファンによって冷却風通路に冷却風を送るようにしている。冷却風通路は、バッテリの上方及び下方に形成されており、冷却ファンから送られてきた冷却風がバッテリの上方や下方を流れた後、ケースの外部へ排出される。

特開２０１３−７１７２９号公報 特許第５０３４３１６号公報 特許第５２７７３６２号公報

ところで、走行用モーターに電力を供給するバッテリの発熱量は大きく、特許文献１〜３のように冷却風通路に冷却風を流しただけでは冷却不足を招くことが考えられるので、冷却効率をより一層向上させたいという要求がある。

また、特許文献１〜３のように冷却風通路に冷却風を流すようにした場合、例えば、冷却風通路の上流側や下流側の形状等によっては冷却風が通路内を流れながら幅方向一側や中央部に偏って流れてしまうことが考えられ、この場合には部分的にバッテリの冷却性能が低下してしまう。こうなるとバッテリの温度が高い部位に合わせて充放電を抑制する制御を行わなければならず、出力の低下を招く。

また、モーターやインバーター装置を冷却風によって冷却する場合も同様な問題が生じ得る。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発熱体の冷却性能を全体的に高めることにある。

上記目的を達成するために、本発明では、冷却風通路の幅方向に湾曲または屈曲する突出部を冷却風通路の内面に設けた。

第１の発明は、
発熱体を冷却するための冷却風が流通する冷却風通路を構成する通路構成部材を備えた発熱体の冷却構造において、
上記通路構成部材における上記冷却風通路の内面には、冷却風の流れ方向に延びる第１突出部が上記冷却風通路の幅方向に湾曲または屈曲して設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、第１突出部が冷却風の流れ方向に延びているので、冷却風が第１突出部によって下流側へ案内される。これにより、冷却風通路内で冷却風を幅方向について積極的に分配することが可能になるので、冷却風が偏って流れるのが抑制される。

さらに、第１突出部が冷却風通路の幅方向に湾曲または屈曲しているので、冷却風の流れが第１突出部によって乱されて冷却風通路内で乱流が発生し、乱流によって冷却効果が高まる。

第２の発明は、第１の発明において、
複数の上記第１突出部が上記冷却風通路の幅方向に互いに間隔をあけて設けられ、
複数の上記第１突出部は、同じ方向に湾曲または屈曲していることを特徴とする。

この構成によれば、隣り合う第１突出部が同じ方向に湾曲または屈曲することで、隣り合う第１突出部の間隔が急変しなくなり、これら第１突出部の間を冷却風が流れやすくなる。

第３の発明は、第１または２の発明において、
上記通路構成部材における上記冷却風通路の内面には、冷却風の流れ方向と交差する方向に延びる第２突出部が設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、冷却風が第２突出部に当たることで冷却風に乱流が発生するので発熱体の冷却がより一層促進される。

第４の発明は、第３の発明において、
複数の上記第１突出部が上記冷却風通路の幅方向に互いに間隔をあけて設けられ、
上記第２突出部は、上記冷却風通路の幅方向に隣り合う上記第１突出部に連続していることを特徴とする。

この構成によれば、第２突出部が隣り合う第１突出部に連続しているので、第１突出部及び第２突出部が、通路構成部材の内部において互いに交差するリブを形成することになり、通路構成部材の剛性が高まる。

第１の発明によれば、冷却風通路の内面に、冷却風の流れ方向に延びる第１突出部が冷却風通路の幅方向に湾曲または屈曲して設けられているので、冷却風通路内で冷却風の偏りを抑制できるとともに、冷却風通路内で乱流を発生させることができ、よって、冷却効果を全体的に高めることができる。

第２の発明によれば、冷却風通路の幅方向に隣り合う第１突出部を同じ方向に湾曲または屈曲させることができるので、隣り合う第１突出部の間隔が急変しなくなり、よって冷却風を流れやすくすることができる。

第３の発明によれば、冷却風通路の内面に、冷却風の流れ方向と交差する方向に延びる第２突出部が設けられているので、冷却風に乱流を発生させることができ、発熱体の冷却をより一層促進できる。

第４の発明によれば、複数の第１突出部を互いに間隔をあけて設け、第２突出部が隣り合う第１突出部に連続しているので、第１突出部及び第２突出部が互いに交差するリブとなり、通路構成部材の剛性を高めることができる。

本発明の実施形態１に係る車両用バッテリユニットの断面図である。 図１におけるII−II線に相当する断面図である。 図１におけるIII−III線に相当する断面図である。 実施形態２に係る図１相当図である。 図４におけるV−V線に相当する断面図である。 実施形態の変形例に係る第１突出部を下方から見た拡大図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（実施形態１）
図１は、本発明に係る発熱体の冷却構造が適用された車両用バッテリユニット１の断面図である。車両用バッテリユニット１は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車（プラグインハイブリッド自動車を含む）に搭載されるものであり、これら自動車の走行用モーターに電力を供給するように構成されている。

車両用バッテリユニット１は、第１〜第７バッテリ２Ａ〜２Ｇからなるバッテリ（発熱体）２と、バッテリケース３と、ダクト（通路構成部材）１０と、送風機（冷却風導入部）Ａとを備えている。第１〜第７バッテリ２Ａ〜２Ｇは、例えばリチウムイオン電池等の二次電池であり、図１における左から右に順に並んでいる。第１〜第７バッテリ２Ａ〜２Ｇの各々は、図示しないが、複数のバッテリセルと該バッテリセルを収容するケースとを有しており、バッテリセルは電極によって接続されている。また、第１〜第７バッテリ２Ａ〜２Ｇは、直列または並列に接続されており、外部からの電力供給によって全てのバッテリ２Ａ〜２Ｇに同時に充電可能となっている。また、走行用モーターに電力を供給する際には、全てのバッテリ２Ａ〜２Ｇから同時に供給可能となっている。尚、バッテリの数や配置は図示したものに限られず、例えば、バッテリを上下方向に２段や３段に並べて配置してもよい。

バッテリケース３は、第１〜第７バッテリ２Ａ〜２Ｇを収容する収容空間Ｒを形成するためのものであり、例えば樹脂材を成形してなる。バッテリケース３の下部には外方へ延出するフランジ３ａが形成されている。尚、バッテリケース３は省略することもできる。

ダクト１０は、第１〜第７バッテリ２Ａ〜２Ｇを冷却するための冷却風が流通する冷却風通路Ｓを構成するものであり、収容空間Ｒの外部においてバッテリケース３の下部に設けられている。ダクト１０は扁平な形状である。ダクト１０の延びる方向は、第１〜第７バッテリ２Ａ〜２Ｇの並ぶ方向であり、この実施形態では、冷却風が図１の左側から右側へ向かって流れるようになっている。ダクト１０は、第１〜第７バッテリ２Ａ〜２Ｇの並ぶ方向に延びる上壁部１１と、上壁部１１と略平行に延びる下壁部１２と、図２に示す上壁部１１の幅方向両端部から下壁部１２まで延びる側壁部１３、１３とを有している。上壁部１１の周縁部にバッテリケース３のフランジ３ａが接合され、収容空間Ｒは、外部の埃や水等が入らないように密閉されている。尚、ダクト１０は、バッテリケース３の上部に設けてもよいし、側部に設けてもよい。ダクト１０は、直線状に延びる形状であってもよいし、湾曲して延びる形状であってもよい。

送風機Ａは、ダクト１０の上流側に設けられており、冷却風をダクト１０の冷却風通路Ｓに導入するためのものである。冷却風としては、例えば車室外の空気や車室内の空気を使用することができる。送風機Ａは、ダクト１０の下流側に設けて冷却風を冷却風通路Ｓに上流側から導入するように構成してもよい。バッテリ２の熱はダクト１０の上壁部１１に伝わり、ダクト１０の冷却風通路Ｓを流れる冷却風が上壁部１１の熱を奪うことによってバッテリ２が冷却される。

ダクト１０における上壁部１１の下面（ダクト１０の内面）には、下方へ突出し、冷却風の流れ方向に延びる５つの第１突出部２０Ａ〜２０Ｅが冷却風通路Ｓの幅方向に互いに間隔をあけて設けられている。上壁部１１の熱は、第１突出部２０Ａ〜２０Ｅを介して冷却風に伝達する。尚、第１突出部の数は、５つに限られるものではなく、例えば１つであってもよいし、６つ以上であってもよい。また、第１突出部２０Ａ〜２０Ｅの間隔は、冷却風通路Ｓの形状に応じて設定することができ、不等間隔であってもよい。

第１突出部２０Ａは、冷却風通路Ｓの幅方向一側（図２における左側）に配置されている。第１突出部２０Ｂは、冷却風通路Ｓの幅方向中央よりも一側寄りで、かつ、第１突出部２０Ａから離れて配置されている。第１突出部２０Ｃは、冷却風通路Ｓの幅方向中央に配置されている。第１突出部２０Ｄは、冷却風通路Ｓの幅方向中央よりも他側（図２における右側）寄りに配置されている。第１突出部２０Ｅは、第１突出部２０Ｄよりも冷却風通路Ｓの他側に配置されている。また、第１突出部２０Ａ〜２０Ｅの間隔は略等しく設定されている。

第１突出部２０Ａ〜２０Ｅの冷却風流れ方向上流端は、ダクト１０の上流端部近傍に配置されている。また、第１突出部２０Ａ〜２０Ｅの冷却風流れ方向下流端は、ダクト１０の下流端部近傍に配置されている。尚、第１突出部２０Ａ〜２０Ｅの高さは全て同じすることもできるし、部分的に変えることもできる。

図３に示すように、第１突出部２０Ａは、冷却風通路Ｓの幅方向一側へ湾曲した部位と、幅方向他側へ湾曲した部位とが冷却風の流れ方向に交互に配置されて連続することによって形成されている。他の第１突出部２０Ｂ〜２０Ｅも同様に、冷却風通路Ｓの幅方向一側へ湾曲した部位と、幅方向他側へ湾曲した部位とが冷却風の流れ方向に交互に配置されて連続することによって形成されている。

第１突出部２０Ａ〜２０Ｅは同じ形状であり、同じ方向に湾曲するように配置されている。すなわち、５つの第１突出部２０Ａ〜２０Ｅにおける冷却風通路Ｓの幅方向一側へ湾曲した部位は、互いに冷却風の流れ方向について同じ箇所に配置され、また、第１突出部２０Ａ〜２０Ｅにおける冷却風通路Ｓの幅方向他側へ湾曲した部位も、互いに冷却風の流れ方向について同じ箇所に配置されている。これにより、隣り合う第１突出部２０Ａ〜２０Ｅの間隔が略一定に保たれる。

第１突出部２０Ａ〜２０Ｅの最大突出高さは、冷却風通路Ｓの上下方向の寸法の１／２以下とするのが好ましい。これにより、第１突出部２０Ａ〜２０Ｅを形成したことによる冷却風通路Ｓの圧力損失を抑制して冷却風の流量を十分に確保することができる。

次に、バッテリ２を冷却する場合について説明する。第１突出部２０Ａ〜２０Ｅの延びる方向が冷却風通路Ｓの延びる方向であるため、冷却風通路Ｓを流れる冷却風が第１突出部２０Ａ〜２０Ｅによって下流側へ案内される。これにより、冷却風通路Ｓ内で冷却風を幅方向について積極的に分配することが可能になるので、偏って流れるのが抑制される。

さらに、第１突出部２０Ａ〜２０Ｅが冷却風通路Ｓの幅方向に湾曲しているので、冷却風の流れが第１突出部２０Ａ〜２０Ｅによって乱されて冷却風通路Ｓ内で乱流が発生し、その乱流によって冷却効果が高まる。

したがって、この実施形態１によれば、冷却風通路Ｓの内面に、冷却風の流れ方向に延びる第１突出部２０Ａ〜２０Ｅが冷却風通路Ｓの幅方向に湾曲して設けられているので、冷却風通路Ｓ内で冷却風の偏りを抑制できるとともに、冷却風通路Ｓ内で乱流を発生させることができ、よって、冷却効果を全体的に高めることができる。

また、冷却風通路Ｓの幅方向に隣り合う第１突出部２０Ａ〜２０Ｅを同じ方向に湾曲させているので、隣り合う第１突出部２０Ａ〜２０Ｅの間隔が急変しなくなり、よって冷却風を流れやすくすることができる。

尚、上記実施形態では、隣り合う第１突出部２０Ａ〜２０Ｅの間隔を略一定にしているが、これに限らず、隣り合う第１突出部２０Ａ〜２０Ｅの間隔を部位によって狭めてもよいし、広めてもよい。

また、図示しないが、第１突出部２０Ａ〜２０Ｅの表面に凹凸形状、切欠部、孔等を形成することによっても乱流を発生させることができ、冷却効果を全体的に高めることができる。

（実施形態２）
図４及び図５は、本発明の実施形態２に係る車両用バッテリユニット１を示すものである。実施形態２では、第２突出部３１〜３６を設けている点で実施形態１のものと異なっている。以下、実施形態１と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。

ダクト１０における上壁部１１の下面には、下方へ突出し、冷却風の流れ方向と交差する方向に延びる第２突出部３１〜３６が設けられている。第２突出部３１が冷却風流れ方向の最も上流側に配置され、第２突出部３２〜３６は順に冷却風流れ方向に並ぶように配置されている。第２突出部３１〜３６は、冷却風通路Ｓの幅方向一側の側壁部１３から他側の側壁部１３まで延びており、冷却風通路Ｓの幅方向に隣り合う第１突出部２０Ａ〜２０Ｅに連続している。これにより、ダクト１０の上壁部１１には、互いに交差するリブを形成することができる。尚、第２突出部３１〜３６の突出高さは、第１突出部２０Ａ〜２０Ｅと同じにしてもよいが、第１突出部２０Ａ〜２０Ｅよりも低くすることや高くすることも可能である。

また、第２突出部３１〜３６の断面形状は、下に頂点が位置する略三角形である。第２突出部３１〜３６の断面形状を略三角形とすることで、第２突出部３１〜３６における冷却風流れ方向上流側の面は、下側へ行くほど下流側に位置するように傾斜し、第２突出部３１〜３６における冷却風流れ方向下流側の面は、下側へ行くほど上流側に位置するように傾斜する。これにより、冷却風通路Ｓの上側を流れる冷却風が第２突出部３１〜３６の上流側の面に当たって下方へ案内され、その後、下流側の面に沿って上方へ流れて上壁部１１の内面に当たり、このような冷却風の流れによって冷却風通路Ｓの上側で乱流が発生する。冷却風の流れが上壁部１１の内面に当たることで、上壁部１１の内面近傍を流れる空気に乱流が発生し、これにより、上壁部１１の内面近傍の空気の流れをさらに乱し、上壁部１１の内面近傍において断熱層となりやすい層流が形成されるのを抑制する。よって、冷却効率が向上する。尚、第２突出部３１〜３６の断面形状は、正三角形であってもよいし、二等辺三角形であってもよい。また、第２突出部３１〜３６の数は特に限定されるものではなく、例えば、１つであってもよい。

第２突出部３１〜３６の最大突出高さは、冷却風通路Ｓの上下方向の寸法の１／２以下とするのが好ましい。これにより、第２突出部３１〜３６を形成したことによる冷却風通路Ｓの圧力損失を抑制して冷却風の流量を十分に確保することができる。

実施形態２によれば、実施形態１と同様に冷却効果を全体的に高めることができる。

また、第１突出部２０Ａ〜２０Ｅと第２突出部３１〜３６とが互いに交差するリブとなっているので、ダクト１０の剛性を高めることができる。

尚、第２突出部３１〜３６の突出高さは、第１突出部２０Ａ〜２０Ｅと同じにしてもよいが、第１突出部２０Ａ〜２０Ｅよりも低くすることや高くすることも可能である。

また、図６に示す実施形態１、２の変形例のように、第１突出部２０Ａの湾曲形状の代わりに、第１突出部２０Ａを冷却風通路の幅方向に屈曲させてもよい。第１突出部２０Ａを屈曲させることで、湾曲させた場合に比べて冷却風の流れをより一層乱すことができる。

また、第１突出部２０Ａ〜２０Ｅは、冷却風の流れ方向に断続して設けてもよい。

また、第１突出部２０Ａ〜２０Ｅは、湾曲部と屈曲部とを組み合わせて構成してもよい。

また、第１突出部２０Ａ〜２０Ｅの高さは、バッテリ２の高温になりやすい部位に対応する箇所で高くし、低温になりやすい部位に対応する箇所で低くしてもよい。第１突出部２０Ａ〜２０Ｅは、バッテリ２の高温になりやすい部位に対応する箇所で密に配置してもよい。

また、上記実施形態では、発熱体がバッテリである場合について説明したが、これに限らず、例えばインバーター装置やモーター等を発熱体として冷却するように構成してもよい。

上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明に係る発熱体の冷却構造は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車のバッテリユニットに適用することができる。

１ 車両用バッテリユニット
２ バッテリ（発熱体）
１０ ダクト（通路構成部材）
２０Ａ〜２０Ｅ 第１突出部
３１〜３６ 第２突出部
Ｓ 冷却風通路

Claims (4)

1. 発熱体（２）を冷却するための冷却風が流通する冷却風通路（Ｓ）を構成する通路構成部材（１０）を備えた発熱体（２）の冷却構造において、
   上記通路構成部材（１０）における上記冷却風通路（Ｓ）の内面には、冷却風の流れ方向に延びる第１突出部（２０Ａ〜２０Ｅ）が上記冷却風通路（Ｓ）の幅方向に湾曲または屈曲して設けられていることを特徴とする発熱体（２）の冷却構造。
2. 請求項１に記載の発熱体（２）の冷却構造において、
   複数の上記第１突出部（２０Ａ〜２０Ｅ）が上記冷却風通路（Ｓ）の幅方向に互いに間隔をあけて設けられ、
   複数の上記第１突出部（２０Ａ〜２０Ｅ）は、同じ方向に湾曲または屈曲していることを特徴とする発熱体（２）の冷却構造。
3. 請求項１または２に記載の発熱体（２）の冷却構造において、
   上記通路構成部材（１０）における上記冷却風通路（Ｓ）の内面には、冷却風の流れ方向と交差する方向に延びる第２突出部（３１〜３６）が設けられていることを特徴とする発熱体（２）の冷却構造。
4. 請求項３に記載の発熱体（２）の冷却構造において、
   複数の上記第１突出部（２０Ａ〜２０Ｅ）が上記冷却風通路（Ｓ）の幅方向に互いに間隔をあけて設けられ、
   上記第２突出部（３１〜３６）は、上記冷却風通路（Ｓ）の幅方向に隣り合う上記第１突出部（２０Ａ〜２０Ｅ）に連続していることを特徴とする発熱体（２）の冷却構造。

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