JP2017091711A - 電池冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】搭載スペースのコンパクト化、送風機における騒音の低減および冷却効率の向上が図られた電池冷却装置を提供する。【解決手段】電池冷却装置１は、電池を冷却する気体冷媒Ｃ１が循環する冷却装置であって、電池を冷却した気体冷媒Ｃ１を冷却する冷却器３と、冷却器３に対して気体冷媒Ｃ１の流通方向の下流側に設けられると共に冷却器３によって冷却された気体冷媒Ｃ１を電池に向けて供給する遠心送風機４と、冷却器３、遠心送風機４および電池を順次循環するように気体冷媒Ｃ１が流れる循環管とを備え、冷却器３は、遠心送風機４の吸込口に配置される。【選択図】図１

Description

本発明は電池冷却装置に関する。

近年、電気自動車やハイブリッド車両の電源として、各種の電池が採用されている。電池は充放電が繰り返されると温度が上昇するため、電池を冷却する電池冷却装置について各種提案されている。

たとえば、特開２０１４−１６０５９４号公報に記載された電池冷却装置は、バッテリと、バッテリによって暖められた空気を蒸発器に向けて送風する送風機と、送風機によって送り込まれた空気を冷却する蒸発器と、冷却空気がバッテリと送風機と蒸発器と順次循環するように接続する経路とを備える。

送風機は、遠心多翼ファン（シロッコファン）を電動モータにて駆動する電動送風機である。

特開２０１４−１６０５９４号公報

一般に、遠心多翼ファンは、同心円上に配置された複数のフィンと、当該複数のフィンを連結する円形の枠部とを含み、遠心多翼ファンの中央部は中空状に形成されている。そして、遠心多翼ファンが回転すると、遠心多翼ファンは中央部から空気を取り込み、フィンの間から空気を送り出すように形成されている。

フィンの間から送り出された空気は、遠心多翼ファンを収容するケースの壁面に沿って案内され、ケースに形成された吹出口から外部に吹きでる。一般に、吹出口の流路面積は、空気の取入口の流路面積よりも小さい。その一方で、蒸発器は、蒸発器を流れる空気の流通抵抗が高くなることを抑制しつつ、蒸発器を流れる空気を十分に冷却する必要がある。このため、空気が吹き付けられる蒸発器の面積を広くする必要がある。

ここで、特開２０１４−１６０５９４号公報に記載された電池冷却装置において、蒸発器が送風機の吹出口側に配置されている。遠心多翼ファンの吹出口の面積が小さく、蒸発器の取込口を広く確保する必要があることから、遠心多翼ファン吹出口と蒸発器との間には、空気の流路面積を広げる管が必要となる。

その結果、電池冷却装置のダクト長が長くなり、電池冷却装置が占める搭載スペースが大きくなる。さらに、ダクト長が長くなると、限られたスペース内に各種の車両搭載機器を搭載する必要があることから、長いダクトを曲げる必要が生じる。そのため、空気の流路経路が複雑になり、空気の流れに乱れや偏りが生じる。これにより、送風機において騒音が生じたり、バッテリの冷却効率が低下する。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、搭載スペースのコンパクト化、送風機における騒音の低減および冷却効率の向上が図られた電池冷却装置を提供することである。

電池冷却装置は、電池を冷却する気体冷媒が循環する冷却装置である。この電池冷却装置は、電池を冷却した気体冷媒を冷却する冷却器と、冷却器に対して気体冷媒の流通方向の下流側に設けられると共に冷却器によって冷却された気体冷媒を電池に向けて供給する遠心送風機と、冷却器、遠心送風機および電池を順次循環するように気体冷媒が流れる循環管とを備える。上記冷却器は、遠心送風機の吸込口に配置される。

上記の電池冷却装置は、遠心送風装置の吸込口に冷却器が配置されている。遠心送風装置の吸込口は、排気口よりも大きく、冷却器に気体冷媒が吹き付けられる吹付面積に近い。このため、冷却器の吹付面積と、遠心送風機の吸込口の面積とを一致させるためのダクトを設ける必要がなく、また、仮に当該ダクトが必要となったとしても当該ダクトの長さを短くすることができる。これにより、電池冷却装置の小型化を図ることができる。

本発明に係る電池冷却装置によれば、搭載スペースのコンパクト化、送風機における騒音の低減および冷却効率の向上を図ることができる。

実施の形態１に係る電池冷却装置１を模式的に示す回路図である。 冷却器３を模式的に示す正面図である。 遠心送風機４を模式的に示す斜視図である。 冷却器３および遠心送風機４の位置関係を模式的に示す平面図である。 図４に示すＶ−Ｖ線における断面図である。 図１に示す電池冷却装置１の変形例を示す回路図である。 電池冷却装置１Ｂを模式的に示す回路である。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る電池冷却装置１を模式的に示す回路図である。電池冷却装置１は、電池２を冷却する気体冷媒Ｃが循環する冷却装置であり、車両に搭載される。

電池冷却装置１は、電池２によって暖められた空気を冷却する冷却器３と、冷却器３によって冷却された気体冷媒Ｃ１を電池２に向けて供給する遠心送風機４と、内部を気体冷媒Ｃが流れる循環管５と、冷却器３内を流れる冷媒Ｃ２を冷却する冷却回路６とを備える。なお、気体冷媒Ｃ１としては、空気などを採用し、冷媒Ｃ２としてはフロンなどを採用することができる。

電池２は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル電池などの各種の電池に適用することができる。

図２は、冷却器３を模式的に示す正面図である。冷却器３は、冷媒Ｃ２が流入する吸入管１１と、吸入管１１から流入した冷媒Ｃ２が流れるマイクロ流路１３と、フィン１４と、断熱材１５と、マイクロ流路１３の終端に設けられると共に冷媒Ｃ２が排出される排出管１２とを含む。

マイクロ流路１３は、蛇行形状に形成されており、マイクロ流路１３間に複数のフィン１４が設けられている。フィン１４もマイクロ流路１３の間を蛇行するように形成されており、断熱材１５は、マイクロ流路１３、吸入管１１および排出管１２の周囲を取り囲むように形成されている。断熱材１５は、たとえば、スポンジなどによって形成されている。

そして、フィン１４が設けられている部分に気体冷媒Ｃ１が吹き付けられて、フィン１４の間を気体冷媒Ｃ１が流れると共にマイクロ流路１３内を冷媒Ｃ２が流れることで、気体冷媒Ｃ１が冷却される。なお、冷媒Ｃ２は、マイクロ流路１３内を流れる過程において、気化及び膨張することで、気体冷媒Ｃ１を冷却する。

なお、本実施の形態１においては、プレートフィン型やコルゲートフィン型の蒸発器が採用されている。

図３は、遠心送風機４を模式的に示す斜視図である。この図３に示すように、遠心送風機４は、ケース２０と、ケース２０内に収容されたファン本体２１と、ケース２０に接続された吸入管２２と、ケース２０に接続された排出管２３と、ファン本体２１を回転させるモータ２４とを含む。

ファン本体２１は、同心円状に配置された複数のフィンと、複数のフィンを一体的に接続する円形状の枠部とを含み、ファン本体２１は、中央部分が中空状に形成されている。

ケース２０の内周面は、略円形形状に形成されており、排出管２３は、ケース２０の内周面の接線方向に延びている。そして、モータ２４が駆動して、ファン本体２１が回転すると、吸入管２２から気体冷媒Ｃ１が吸入されて、ファン本体２１の中空状の中央部に入り込む。そして、各フィンの間から気体冷媒Ｃ１が外方に吹出される。

各フィン間から吹出された気体冷媒Ｃ１は、ケース２０の内周面に沿って流れ、その後、排出管２３から吹出される。ここで、排出管２３の排出口２９の面積は、吸入管２２の吸入口２８の面積よりも小さい。

図１において、循環管５は、電池２が内部に収容された収容部２５と、収容部２５およびケース２０を接続する接続管２６と、収容部２５および冷却器３を接続する接続管２７とを含む。

冷却器３は、吸入管２２の吸入口に設けられている。図４は、冷却器３および遠心送風機４の位置関係を模式的に示す平面図であり、図５は、図４に示すＶ−Ｖ線における断面図である。図４および図５に示すように、遠心送風機４の吸入口２８に設けられている。

ここで、吸入口２８の面積は、排出管２３の排出口２９の面積よりも大きい。このため、吸入口２８の面積は排出口２９よりも図２に示す冷却器３の平面積に近い。このため、図５に示すように、冷却器３を吸入口２８側に配置した場合において、ファン本体２１に入り込む気体冷媒Ｃ１が、ファン本体２１の位置によって偏りが生じることを抑制することができる。

その結果、冷却器３を吸入口２８に近接させることができ、冷却器３と遠心送風機４との間を接続する接続管を省略したり、当該接続管を短くすることができる。

その結果、循環管５の全長を短くすることができ、電池冷却装置１自体のコンパクト化を図ることができる。

図１において、冷却回路６は、気体状の冷媒Ｃ２を圧縮する圧縮機３０と、圧縮機３０によって圧縮されることで高温となった冷媒Ｃ２を外気で冷却する放熱部３１と、冷媒Ｃ２を膨張させて、冷媒Ｃ２を低温および低圧にする膨張弁３２と、冷却器３とを含む。

上記のように構成された電池冷却装置１においては、気体冷媒Ｃ１を冷却器３で冷却して、冷却された気体冷媒Ｃ１を遠心送風機４が電池２に供給する。気体冷媒Ｃ１が冷却器３を通過する際には、図２に示すフィン１４の間を気体冷媒Ｃ１が通る。この際、気体冷媒Ｃ１は、フィン１４によって整流されて、気体冷媒Ｃ１は層流状態になり、気体冷媒Ｃ１の流れに乱れや渦などが生じることが抑制される。その結果、冷却器３を通過した気体冷媒Ｃ１が遠心送風機４に供給された際に、遠心送風機４で異音が発生することを抑制することができる。

さらに、循環管５の全長が長くなることが抑制されているため、循環管５が複雑に曲げずに電池冷却装置１を車両に搭載することが可能となる。その結果、循環管５内を流れる気体冷媒Ｃ１に大きな乱れが発生することを抑制することができ、遠心送風機４に供給される気体冷媒Ｃ１に偏りが発生することを抑制することができる。

なお、冷却器３によって冷媒Ｃ２が冷却されると冷媒Ｃ２内に含まれる水が凝縮して、遠心送風機４に水が付着することが考えられる。しかし、循環管５は密封管路であるため、製造過程において、循環管５内に封入する気体冷媒Ｃ１を渇き空気とすることで、遠心送風機４に水が付着することを抑制することができる。すなわち、車室内の空気を冷却する車室内空調に比べて気体冷媒Ｃ１に含まれる水分量を低く抑えることができ、簡単な凝縮水対策で、遠心送風機４に水が付着することを抑制することができる。たとえば、冷却器３で生じた水を外部に排出するドレイン排出口を設ける対策を挙げることができる。

図６は、図１に示す電池冷却装置１の変形例を示す回路図である。この図６に示す電池冷却装置１Ａにおいては、接続管２７のうち、冷却器３の下方に位置する部分にドレイン排出口３５が形成されている。
（実施の形態２）
上記の実施の形態１においては、気体冷媒Ｃ１を冷却する冷却回路として気体冷媒循環回路が採用された例について説明したが、気体冷媒Ｃ１を冷却する冷却回路として液冷媒が循環する液体冷媒回路を採用すると共に、当該液冷媒を冷却する冷却サイクルを設けるようにしてもよい。

図７は、電池冷却装置１Ｂを模式的に示す回路である。なお、図７において、図１などに示す構成と同一または実質的に同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。

図７に示すように、電池冷却装置１Ｂは、気体冷媒Ｃ１が循環して電池２を冷却する冷却回路と、冷媒Ｃ３が循環すると共に気体冷媒Ｃ１を冷却する冷却回路４０と、冷媒Ｃ４が循環して冷媒Ｃ３を冷却する冷却回路５０とを含む。

冷却回路４０は、冷却器４５と、冷却器４５に接続されたポンプ４１と、ポンプ４１から吐出した冷媒Ｃ３が流れる熱交換器４２と、冷媒Ｃ３が流れる循環管４３とを含む。冷却器４５は、遠心送風機の吸込口に配置されている。循環管４３は、冷却器４５と、ポンプ４１と、熱交換器４２とを順次接続する。そして、冷媒Ｃ３がポンプ４１、熱交換器４２および冷却器４５を順次流れるように、ポンプ４１は冷媒Ｃ３を吐出する。冷媒Ｃ３は、液冷媒であり、水などの冷媒を採用することができる。

冷却回路５０は、熱交換器４２と、圧縮機５１と、放熱部５２と、膨張弁５３と、冷媒Ｃ４が循環する循環路５４とを含む。循環路５４は、熱交換器４２と、圧縮機５１と、放熱部５２と、膨張弁５３とを順次接続する。熱交換器４２において、冷媒Ｃ４は冷媒Ｃ３を冷却すると共に、冷媒Ｃ４は、冷媒Ｃ３によって暖められる。暖められた冷媒Ｃ４は、圧縮機５１によって圧縮されて高温となり、放熱部５２において冷却される。その後、膨張弁５３において低温低圧状態になる。なお、冷媒Ｃ４は、気体冷媒が採用される。

この電池冷却装置１Ｂにおいては、冷却器４５において、気体冷媒Ｃ１が冷媒Ｃ３によって冷却される。気体冷媒Ｃ１によって暖められた冷媒Ｃ３は冷媒Ｃ４によって冷却される。

本実施の形態２においても、冷却器３は、遠心送風機４の吸込口に配置されているため、電池冷却装置１Ｂ全体の占有体積が大きくなることが抑制されている。このように、気体冷媒Ｃ１を冷却する機器としては、実施の形態１に示すように、蒸発器としての冷却器３であってもよく、冷却された液冷媒が流れる冷却器のいずれも採用することができる。

これにより、本実施の形態２に係る電池冷却装置１Ｂにおいても、実施の形態１に係る電池冷却装置１と同様の作用効果を得ることができる。

なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

本発明は、電池冷却装置に適用することができる。

１，１Ｂ 電池冷却装置、２ 電池、３ 冷却器、４ 遠心送風機、５，４３ 循環管、６，４０，５０ 冷却回路、１１，２２ 吸入管、１２，２３ 排出管、１３ マイクロ流路、１４ フィン、１５ 断熱材、２０ ケース、２１ ファン本体、２４ モータ、２５ 収容部、２６，２７ 接続管、２８ 吸入口、２９ 排出口、３０，５１ 圧縮機、３１，５２ 放熱部、３２，５３ 膨張弁、３５ ドレイン排出口、４１ ポンプ、４２ 熱交換器、５４ 循環路。

Claims (1)

1. 電池を冷却する気体冷媒が循環する冷却装置であって、
   前記電池を冷却することで暖められた前記気体冷媒を冷却する冷却器と、
   前記冷却器に対して前記気体冷媒の流通方向の下流側に設けられると共に前記冷却器によって冷却された前記気体冷媒を前記電池に向けて供給する遠心送風機と、
   前記冷却器、前記遠心送風機および前記電池を順次循環するように前記気体冷媒が流れる循環管と、
   を備え、
   前記冷却器は、前記遠心送風機の吸込口に配置された、電池冷却装置。

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