JP2005353536A - Battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は放熱効率の良好な組電池に関する。 The present invention relates to an assembled battery with good heat dissipation efficiency.
近年、環境問題の高まりを受けて、自動車の動力源を、化石燃料を利用するエンジンから電気エネルギーを利用するモータに移行しようとする動きがある。現在では、その中間段階として、エンジンとモータの両方を搭載し、低速領域ではモータをそれ以外の領域ではエンジンを動力源として用いるハイブリッド車の生産が盛んに行われている。 In recent years, in response to growing environmental problems, there is a movement to shift the power source of automobiles from an engine using fossil fuel to a motor using electric energy. At present, as an intermediate stage, hybrid vehicles are actively produced which are equipped with both an engine and a motor, and use a motor in a low speed region and an engine as a power source in other regions.
ハイブリッド車には、小型軽量で、大きな電力を頻繁に充放電可能な耐振動性、放熱性に優れた電池の搭載が望まれる。大きな電力を供給することができる放熱性に優れた組電池としては、下記の特許文献１に示すようなものがある。 A hybrid vehicle is required to be equipped with a battery that is small and light and can be charged and discharged with large electric power frequently and has excellent vibration resistance and heat dissipation. As an assembled battery excellent in heat dissipation capable of supplying large electric power, there is a battery as shown in Patent Document 1 below.
特許文献１に開示されている組電池は、直列、並列、または直並列に電気的に接続された複数の扁平型単電池を、当該単電池の厚み方向に隙間を開けて所定の間隔で配置し、配置した複数の単電池を外装部材によって固定したものである。このような構造にすると単電池間に隙間が形成されるので、単電池の放熱特性が良好になって組電池のサイクル特性、レート特性が向上する。 The assembled battery disclosed in Patent Document 1 is arranged with a plurality of flat unit cells electrically connected in series, parallel, or series-parallel at predetermined intervals with a gap in the thickness direction of the unit cell. The plurality of arranged single cells are fixed by an exterior member. With such a structure, gaps are formed between the single cells, so that the heat dissipation characteristics of the single cells are improved and the cycle characteristics and rate characteristics of the assembled battery are improved.
また、引用文献１に開示されている組電池は、単電池として扁平型の電池を用いているため、扁平型電池以外の電池（たとえば円筒型、角型等の電池）を用いて構成された従来の組電池に比較してエネルギー密度が高く、同一の電力容量の電池であればかなり小型化される。このため、扁平型単電池で構成された組電池は、従来の組電池と比較して、小型、高エネルギー密度という点では自動車搭載用電池として適していると言える。
しかしながら、このような従来の組電池は、放熱特性の向上を考慮して単電池間に隙間を持たせなければならなかったため、これ以上の小型化および高エネルギー密度化は難しい。また、その隙間があることによって組電池としての剛性が確保し難く対振動性の向上にも限度がある。 However, since such a conventional assembled battery has to have a gap between the single cells in consideration of improvement in heat dissipation characteristics, it is difficult to further reduce the size and increase the energy density. In addition, due to the gap, it is difficult to ensure rigidity as an assembled battery, and there is a limit to improvement in vibration resistance.
上記のような問題を解決するためには、扁平型電池をその厚み方向に密着させて積層し、任意の層ごとにヒートシンクを介挿させる構成が考えられる。ところが、このような構造ではヒートシンクを介しての間接的な放熱となるため、当然のことながら均一な放熱は行われず、組電池全体としての三次元的な温度分布はかなり不均衡になってしまう。扁平型電池の場合、過度な温度分布の不均衡は電池寿命を低下させる原因となる。 In order to solve the above problems, a configuration is conceivable in which flat batteries are stacked in close contact with each other in the thickness direction, and a heat sink is inserted for each arbitrary layer. However, in such a structure, indirect heat dissipation via the heat sink, naturally, uniform heat dissipation is not performed, and the three-dimensional temperature distribution of the assembled battery as a whole becomes considerably unbalanced. . In the case of a flat battery, excessive temperature distribution imbalance causes a reduction in battery life.
本発明は以上のような従来の問題点を解消するために成されたものであり、小型で放熱性に優れたエネルギー密度の大きい、かつ、高剛性で耐振動性に優れた組電池の提供を目的とする。 The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, and provides a battery pack that is compact and has excellent heat dissipation, high energy density, high rigidity, and excellent vibration resistance. With the goal.
上記の目的を達成するための本発明にかかる組電池は、複数の扁平型単電池が平面的に保持されているフレームを当該フレームの厚み方向に複数枚密着させて積層することによって構成された組電池であって、前記組電池には前記組電池を構成する扁平型単電池の中で他の扁平型単電池よりも温度が高くなる位置に配置されている特定の扁平型単電池のみを冷却するための冷却手段が設けられていることを特徴とするものである。 An assembled battery according to the present invention for achieving the above object is configured by laminating a plurality of frames each holding a plurality of flat unit cells in a plane in close contact with each other in the thickness direction of the frame. An assembled battery, wherein the assembled battery includes only a specific flat unit cell arranged at a position where the temperature is higher than other flat unit cells among the flat unit cells constituting the assembled battery. A cooling means for cooling is provided.
したがって、組電池を構成する扁平型単電池の内、冷却され難い位置にある特定の扁平型電池が冷却手段によって効率的に冷却される。このため、組電池全体としての冷却効率は向上し、小型で放熱性に優れたエネルギー密度の大きい組電池を提供することができる。 Therefore, a specific flat battery in a position that is difficult to be cooled among the flat single cells constituting the assembled battery is efficiently cooled by the cooling means. For this reason, the cooling efficiency as the whole assembled battery improves, and the assembled battery with a large energy density which was small and excellent in heat dissipation can be provided.
また、本発明にかかる組電池は、フレーム同士を密着させた状態で積層させているので、扁平型単電池を含めて一体化された堅固な構造となり、高剛性で耐振動性に優れた組電池となる。 In addition, since the assembled battery according to the present invention is laminated in a state where the frames are in close contact with each other, the assembled battery including a flat unit cell has a solid structure, and is a highly rigid and excellent vibration resistant assembly. It becomes a battery.
上記のように構成された本発明にかかる組電池によれば、他の扁平型単電池よりも温度が高くなる位置に配置されている特定の扁平型単電池のみを冷却するための冷却手段を設けているので、冷却され難い位置にある特定の扁平型電池を効率的に冷却することができ、組電池全体としての温度分布が均一化され、エネルギー密度の大きい組電池を構成することができる。 According to the assembled battery according to the present invention configured as described above, the cooling means for cooling only the specific flat cell disposed at a position where the temperature is higher than that of the other flat cell. Since it is provided, it is possible to efficiently cool a specific flat battery at a position that is difficult to be cooled, to make the temperature distribution as a whole battery uniform, and to form a battery pack with a high energy density. .
また、フレーム同士を密着させて積層しているので、小型で高剛性、かつ耐振動性に優れた組電池を構成することができる。 Further, since the frames are stacked in close contact with each other, an assembled battery having a small size, high rigidity, and excellent vibration resistance can be configured.
以下、本発明にかかる組電池を、冷却手段の形態に応じて［実施の形態１］から［実施の形態３］に分けて詳細に説明する。 Hereinafter, the assembled battery according to the present invention will be described in detail according to the form of the cooling means, divided into [Embodiment 1] to [Embodiment 3].
各実施の形態で前提となっている組電池の構造は、１枚のフレームに４個の扁平型単電池（以下、単に単電池という。）をその幅方向に配列し、このフレームを６枚積層する毎に中間ヒートシンクを積層し、合計２４枚のフレームを積層して電池ユニットを構成し、この電池ユニットを積層方向両端面からヒートシンクで加圧して一体的に保持したものである。 The structure of the assembled battery assumed in each embodiment is that four flat unit cells (hereinafter simply referred to as unit cells) are arranged in the width direction in one frame, and six frames are provided. An intermediate heat sink is stacked each time the stacks are stacked, and a total of 24 frames are stacked to form a battery unit. The battery units are pressed from both end surfaces in the stacking direction by heat sinks and are held together.
なお、組電池ユニットは９６個の単電池を有しているが、すべての単電池はフレームやヒートシンクに設けられた接続手段によって直列に接続されている。
［実施の形態１］
図１は本発明にかかる組電池の外観を示す斜視図であり、図２は、図１に示した組電池を冷却する冷却装置の外観図である。
The assembled battery unit has 96 single cells, but all the single cells are connected in series by connecting means provided on a frame or a heat sink.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a perspective view showing an external appearance of an assembled battery according to the present invention, and FIG. 2 is an external view of a cooling device for cooling the assembled battery shown in FIG.
図１に示すとおり、本発明にかかる組電池１００は、板形状のフレーム２１０がその厚み方向に複数枚積層されてなる電池ユニット２００を、ヒートシンク３００、３４０でその積層方向の両端から挟んで加圧し一体的に保持したものである。 As shown in FIG. 1, the assembled battery 100 according to the present invention includes a battery unit 200 in which a plurality of plate-shaped frames 210 are stacked in the thickness direction, sandwiched by heat sinks 300 and 340 from both ends in the stacking direction. It is pressed and held integrally.
各フレーム２１０には４個の単電池を並列に配置するため図示されていない４箇所の保持部が形成されている。電池ユニット２００はフレーム２１０が２４枚積層され、積層方向６枚おきに３枚の中間ヒートシンク３１０、３２０、３３０が介挿される。したがって、電池ユニット２００は各ヒートシンク間で４個並列に配置された単電池がそれぞれ２４個ずつ積層され、合計９６個の単電池を有していることになる。 Each frame 210 has four holding portions (not shown) for arranging four unit cells in parallel. In the battery unit 200, 24 frames 210 are stacked, and three intermediate heat sinks 310, 320, and 330 are inserted every six stacking directions. Accordingly, in the battery unit 200, four unit cells arranged in parallel between the heat sinks are respectively stacked by 24 units, and a total of 96 unit cells are provided.
ヒートシンク間に積層されている６枚のフレーム２１０の内、中間に位置する２枚のフレーム２１０の一方の側面には冷媒としての空気を電池ユニット２００内に導入するための冷媒導入口２３０が、また、その他方の側面には電池ユニット２００内で流通させた空気を排出するための冷媒排出口２５０が形成されている。冷媒導入口２３０および冷媒排出口２５０はフレーム２１０の対向する側面に一箇所ずつ設けてある。電池ユニット２００はフレーム２１０が２４枚積層されているので、電池ユニット２００としては冷媒導入口２３０が８箇所、冷媒排出口２５０が８箇所形成されていることになる。冷媒導入口２３０および冷媒排出口２５０は、電池ユニット２００を構成する単電池の中で他の単電池よりも温度が高くなる単電池がある場所に形成している。電池ユニット２００内には冷媒導入口２３０から導入した空気をフレーム２１０と各単電池との隙間などを介して流通させ冷媒排出口２５０から排出させるための図示されていない冷媒通路が形成されている。 Among the six frames 210 laminated between the heat sinks, a refrigerant inlet 230 for introducing air as a refrigerant into the battery unit 200 is provided on one side surface of the two frames 210 positioned in the middle. In addition, a refrigerant discharge port 250 for discharging air circulated in the battery unit 200 is formed on the other side surface. The refrigerant inlet 230 and the refrigerant outlet 250 are provided one by one on the opposite side surfaces of the frame 210. Since the battery unit 200 has 24 frames 210 laminated, the battery unit 200 has eight refrigerant inlets 230 and eight refrigerant outlets 250. The refrigerant introduction port 230 and the refrigerant discharge port 250 are formed at a place where there is a unit cell that has a higher temperature than other unit cells among the unit cells constituting the battery unit 200. In the battery unit 200, there is formed a refrigerant passage (not shown) for allowing air introduced from the refrigerant introduction port 230 to flow through the gap between the frame 210 and each unit cell and to be discharged from the refrigerant discharge port 250. .
ヒートシンク３００および３４０は両ヒートシンクを連結する６個の加圧ユニットをナット４００Ａ〜４００Ｆで取り付けることによって固定する。加圧ユニットは引っ張りコイルばねの両端にナット４００Ａ〜４００Ｆで固定されるシャフトを取り付けたものであり、これをヒートシンク３００と３４０との間に取り付けることによって電池ユニット２００を構成するすべての単電池に対して積層方向に適切な面圧を与えている。 The heat sinks 300 and 340 are fixed by attaching six pressure units connecting the heat sinks with nuts 400A to 400F. The pressurizing unit has shafts fixed by nuts 400A to 400F attached to both ends of a tension coil spring. By attaching this between the heat sinks 300 and 340, all the single cells constituting the battery unit 200 are attached. On the other hand, an appropriate surface pressure is given in the stacking direction.
また、ヒートシンク３００、３４０および中間ヒートシンク３１０、３２０、３３０には、一方の側面から他方の側面に貫通する冷媒流通口３００Ａ、３４０Ａ、３１０Ａ、３２０Ａ、３３０Ａが複数設けられている。 The heat sinks 300 and 340 and the intermediate heat sinks 310, 320, and 330 are provided with a plurality of refrigerant circulation ports 300A, 340A, 310A, 320A, and 330A penetrating from one side surface to the other side surface.
組電池１００は、車両に搭載される際に、車両に設けられている図２に示すような冷却装置５００で冷却される。図２は、図１に示した組電池を冷却する冷却装置の外観図である。 When the assembled battery 100 is mounted on a vehicle, it is cooled by a cooling device 500 as shown in FIG. 2 provided in the vehicle. FIG. 2 is an external view of a cooling device for cooling the assembled battery shown in FIG.
冷却装置５００は、組電池１００を収容する外装ケース６００、外装ケース６００に空気を導入する冷媒導入ダクト７００、外装ケース６００に導入された空気を排出する冷媒排出ダクト８００を備えている。 The cooling device 500 includes an outer case 600 that houses the assembled battery 100, a refrigerant introduction duct 700 that introduces air into the outer case 600, and a refrigerant discharge duct 800 that discharges air introduced into the outer case 600.
外装ケース６００には、組電池１００の冷媒導入口２３０と冷媒排出口２５０が風下側になるように、かつ冷媒導入口２３０と冷媒排出口２５０の開口面が風の流れに対して平行になるように組電池１００を配置させる。具体的には、組電池１００の図１左側を冷媒導入ダクト７００側に向けて、組電池１００の図１右側を冷媒排出ダクト８００側に向けて配置する。なお、外装ケース６００には単一のまたは複数の組電池１００が配置される。 In the outer case 600, the refrigerant introduction port 230 and the refrigerant discharge port 250 of the battery pack 100 are on the leeward side, and the opening surfaces of the refrigerant introduction port 230 and the refrigerant discharge port 250 are parallel to the wind flow. Thus, the assembled battery 100 is arranged. Specifically, the assembled battery 100 is arranged so that the left side in FIG. 1 faces the refrigerant introduction duct 700 and the right side in FIG. 1 of the assembled battery 100 faces the refrigerant discharge duct 800 side. A single or a plurality of assembled batteries 100 are arranged in the outer case 600.
冷媒排出ダクト８００の外装ケース６００側には排気ファン８５０が取り付けられている。排気ファン８５０は外装ケース６００から排出される空気の温度を検出するセンサを備えており、排気ファン８５０の回転速度（排気量）は図示されていない制御装置によってセンサが検出した温度に応じて調整される。 An exhaust fan 850 is attached to the exterior case 600 side of the refrigerant discharge duct 800. The exhaust fan 850 includes a sensor that detects the temperature of air exhausted from the exterior case 600, and the rotational speed (exhaust amount) of the exhaust fan 850 is adjusted by a control device (not shown) according to the temperature detected by the sensor. Is done.
したがって、外装ケース６００内に配置されている組電池１００においては、冷媒導入口２３０から入り込んだ空気が組電池１００内の冷媒通路を介して冷媒排出口２５０から排出されるため、温度の上がりやすい位置にある、換言すればヒートシンク３００、３４０および中間ヒートシンク３１０、３２０、３３０から遠い位置にある冷却しづらい特定の単電池が空気で直接冷却されることになり、また、ヒートシンク３００、３４０および中間ヒートシンク３１０、３２０、３３０の冷媒流通口３００Ａ、３４０Ａ、３１０Ａ、３２０Ａ、３３０Ａを空気が流入しているので他の単電池はこれらのヒートシンクによって間接的に冷却されることになる。 Therefore, in the assembled battery 100 arranged in the exterior case 600, the air that has entered from the refrigerant introduction port 230 is discharged from the refrigerant discharge port 250 through the refrigerant passage in the assembled battery 100, so that the temperature is likely to rise. The specific cells that are in position, in other words, far from the heat sinks 300, 340 and the intermediate heat sinks 310, 320, 330, are difficult to cool and are directly cooled by air, and the heat sinks 300, 340 and intermediate Since air is flowing into the refrigerant circulation ports 300A, 340A, 310A, 320A, and 330A of the heat sinks 310, 320, and 330, the other single cells are indirectly cooled by these heat sinks.
図３および図４は冷媒導入口と冷媒排出口を設けていない通常のフレームの構成を、図５は冷媒導入口、冷媒排出口および冷媒通路が設けられたフレームの構成を、それぞれ説明するための図である。 FIGS. 3 and 4 illustrate a normal frame configuration without a refrigerant inlet and a refrigerant outlet, and FIG. 5 illustrates a frame configuration with a refrigerant inlet, a refrigerant outlet, and a refrigerant passage. FIG.
ヒートシンク間に積層されている６枚のフレーム２１０（図１参照）の内、積層方向両端側に位置する４枚のフレーム２１０は、図３に示すように、長方形状の外枠２１２および外枠２１２の対向する２辺にハシゴ状に掛け渡された３本の支柱２１４Ａ、２１４Ｂ、２１４Ｃから構成されている。 Of the six frames 210 (see FIG. 1) stacked between the heat sinks, the four frames 210 positioned on both ends in the stacking direction are rectangular outer frame 212 and outer frame as shown in FIG. It is comprised from three support | pillars 214A, 214B, and 214C spanned on two opposite sides of 212 in the shape of a ladder.
単電池２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃ、２２０Ｄは、発電要素をラミネートフィルムで覆ったリチウムイオン電池であり、図に示すように発電要素の部分が突き出た台形形状を有している。各単電池２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃ、２２０Ｄは、図４に示すように、フレーム２１０の外枠２１２と各支柱２１４Ａ、２１４Ｂ、２１４Ｃとの間で形成される空間に、台形形状の部分を下から差し込むようにして配置される。したがって、各単電池２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃ、２２０Ｄはフレーム２１０の外枠２１２と個々の支柱２１４Ａ、２１４Ｂ、２１４Ｃによって平面的に保持されることになる。 The unit cells 220A, 220B, 220C, and 220D are lithium ion batteries in which the power generation element is covered with a laminate film, and have a trapezoidal shape in which a portion of the power generation element protrudes as shown in the figure. As shown in FIG. 4, each of the single cells 220 </ b> A, 220 </ b> B, 220 </ b> C, 220 </ b> D has a trapezoidal shape from below in a space formed between the outer frame 212 of the frame 210 and each support column 214 </ b> A, 214 </ b> B, 214 </ b> C. It is arranged so as to be inserted. Accordingly, the single cells 220A, 220B, 220C, and 220D are held in a plane by the outer frame 212 of the frame 210 and the individual support columns 214A, 214B, and 214C.
なお、フレーム２１０の厚みは単電池２１４の厚みよりも若干厚く形成されている。これは、組電池１００が形成されたときに、すべての単電池２１４が所定の面圧をもって加圧されるとともに、すべてのフレーム２１０も若干の変形をもって圧縮されるようにするためである。 Note that the thickness of the frame 210 is slightly larger than the thickness of the unit cell 214. This is because when the assembled battery 100 is formed, all the unit cells 214 are pressurized with a predetermined surface pressure, and all the frames 210 are compressed with some deformation.
ヒートシンク間に積層されている６枚のフレーム２１０の内、積層方向中間に位置する２枚のフレーム２１０は、他のフレーム２１０と同様、図５に示すように、長方形状の外枠２１２および外枠２１２の対向する２辺にハシゴ状に掛け渡された３本の支柱２１４Ａ、２１４Ｂ、２１４Ｃから構成されている。組電池１００を形成したときに風下側に位置される側の単電池２２０Ａが配置される部分の外枠２１２の一方の側面には、空気を電池ユニット２００内に導入するための切欠部としての冷媒導入口２３０が形成され、また、その他方の側面には流通した空気を排出するための切欠部としての冷媒排出口２５０が形成されている。本実施の形態では冷媒導入口２３０と冷媒排出口２５０とを１箇所ずつ形成し、その形状は逆三角形状としたが、その数や形状はこれに限られるものではない。各単電池２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃ、２２０Ｄは、他のフレーム２１０と同様、フレーム２１０の外枠２１２と各支柱２１４Ａ、２１４Ｂ、２１４Ｃとの間で形成される空間に、台形形状の部分を下から差し込むようにして配置される。したがって、冷媒通路は、フレーム２１０の外枠２１２、支柱２１４Ａおよび単電池２２０Ａの空間によって形成される。冷媒導入口２３０から入り込んだ空気は冷媒通路に流入し単電池２２０Ａの表面に直接接触して冷媒排出口２５０から排出されため、単電池２２０Ａの周縁部２２２Ａから熱を効率的に放熱することができる。 Of the six frames 210 laminated between the heat sinks, the two frames 210 located in the middle of the lamination direction are similar to the other frames 210, as shown in FIG. It is composed of three struts 214A, 214B, and 214C that are stretched over two opposite sides of the frame 212 in a ladder shape. As a notch for introducing air into the battery unit 200, one side surface of the outer frame 212 where the unit cell 220A located on the leeward side when the assembled battery 100 is formed is disposed. A refrigerant inlet 230 is formed, and a refrigerant outlet 250 as a notch for discharging the circulated air is formed on the other side surface. In the present embodiment, the refrigerant inlet 230 and the refrigerant outlet 250 are formed one by one, and the shape thereof is an inverted triangle, but the number and shape are not limited thereto. Each cell 220A, 220B, 220C, 220D has a trapezoidal shape from the bottom in the space formed between the outer frame 212 of the frame 210 and the columns 214A, 214B, 214C, like the other frames 210. It is arranged so as to be inserted. Therefore, the refrigerant passage is formed by the space of the outer frame 212 of the frame 210, the support column 214A, and the unit cell 220A. The air that has entered through the refrigerant inlet 230 flows into the refrigerant passage, directly contacts the surface of the unit cell 220A, and is discharged from the refrigerant outlet 250. Therefore, heat can be efficiently radiated from the peripheral portion 222A of the unit cell 220A. it can.
以上のようにして単電池２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃ、２２０Ｄを保持させたフレーム２１０を、図６に示すように、冷媒導入口２３０と冷媒排出口２５０が形成されているフレーム２１０が積層方向中間に位置されるように下から６枚密着させて積層する。積層すると、単電池同士およびフレーム同士は直接積層方向に密着し、中間に位置されるフレーム２１０には、冷媒導入口２３０から冷媒排出口２５０に至る間の、フレーム２１０と単電池２２０との隙間によって冷媒通路が形成される。 As shown in FIG. 6, the frame 210 holding the single cells 220A, 220B, 220C, and 220D as described above is arranged in the middle in the stacking direction with the frame 210 in which the refrigerant inlet 230 and the refrigerant outlet 250 are formed. Laminate 6 sheets from the bottom so as to be positioned. When stacked, the cells and the frames are in direct contact with each other in the stacking direction, and a gap between the frame 210 and the cells 220 between the refrigerant inlet 230 and the refrigerant outlet 250 is provided in the frame 210 positioned in the middle. Thus, a refrigerant passage is formed.
以上のようにして積層したもの（単電池積層体）に図７および図１に示すように中間ヒートシンク３１０、３２０、３３０を介在させながら積層し、積層体の両面から挟むようにしてヒートシンク３００と３４０を位置させてナット４００Ａ〜４００Ｆでしっかりと固定して組電池１００を形成する。この組電池１００に図２の冷却装置５００を取り付けて排気ファン８５０を作動させると、組電池１００のフレーム２１０間では次のような空気の流れが生じる。 As shown in FIGS. 7 and 1, the laminate (single cell laminate) is laminated with the intermediate heat sinks 310, 320, 330 interposed therebetween, and the heat sinks 300 and 340 are sandwiched from both sides of the laminate. The assembled battery 100 is formed by being positioned and firmly fixed with the nuts 400A to 400F. When the cooling device 500 of FIG.
図８は、冷媒導入口２３０と冷媒排出口２５０が形成されているフレーム２１０の平面図であり、図９は、図８に示したフレーム２１０の１部分の側面図である。 FIG. 8 is a plan view of the frame 210 in which the refrigerant inlet 230 and the refrigerant outlet 250 are formed, and FIG. 9 is a side view of a portion of the frame 210 shown in FIG.
各フレーム２１０は積層方向に密着しているので、冷媒導入口２３０と冷媒排出口２５０が形成されているフレーム２１０においては、図７〜図９に示してある冷媒導入口２３０から空気が入り込む。入り込んだ空気は、単電池２２０Ａとフレーム２１０との隙間によって形成される冷媒経路を通って冷媒排出口２５０から排出される。したがって、単電池２２０Ａはその側面部と周縁部２２２Ａの表面を流れる空気で直接冷却されることになる。 Since the frames 210 are in close contact with each other in the stacking direction, air enters the refrigerant introduction port 230 shown in FIGS. 7 to 9 in the frame 210 in which the refrigerant introduction port 230 and the refrigerant discharge port 250 are formed. The entered air is discharged from the refrigerant outlet 250 through the refrigerant path formed by the gap between the unit cell 220A and the frame 210. Therefore, the unit cell 220A is directly cooled by the air flowing on the side surface and the surface of the peripheral portion 222A.
また、冷媒導入口２３０は、図８および図９に示すように、冷媒排出口２５０に対して気圧の高い上流側に形成してあるので、冷媒導入口２３０から冷媒排出口２５０に向けて空気が流れることになる。したがって、ヒートシンクによる間接的な冷却のみでは温度が高くなる位置に存在する単電池２２０Ａを冷却することができるようになり、組電池１００全体としての三次元的な温度分布を均一化することができる。 Further, as shown in FIGS. 8 and 9, the refrigerant introduction port 230 is formed on the upstream side having a higher atmospheric pressure than the refrigerant discharge port 250, so that air flows from the refrigerant introduction port 230 toward the refrigerant discharge port 250. Will flow. Therefore, it becomes possible to cool the unit cell 220A existing at a position where the temperature is increased only by indirect cooling with the heat sink, and the three-dimensional temperature distribution of the assembled battery 100 as a whole can be made uniform. .
なお、本実施の形態では冷媒として空気を例示して説明したが、これに限られず、要求される冷却能力に応じて、窒素などの不活性ガスや油などの液体を使用することもできる。
［実施の形態２］
実施の形態１では、冷却手段として、冷媒導入口、冷媒排出口、冷媒通路を設け、単電池を直接空気で冷却するようにしたものを例示したが、本実施の形態では、実施の形態１の構成に加えて、冷却フィンを特定の単電池に取り付けて、その冷却フィンをフレームの外側から突出させ、単電池を冷却フィンによっても間接的に冷却できるようにしたものを例示する。
In the present embodiment, air is described as an example of the refrigerant. However, the present invention is not limited to this, and an inert gas such as nitrogen or a liquid such as oil can be used according to the required cooling capacity.
[Embodiment 2]
In the first embodiment, the refrigerant inlet, the refrigerant outlet, and the refrigerant passage are provided as the cooling means, and the unit cell is directly cooled with air. However, in the present embodiment, the first embodiment is described. In addition to the above structure, a cooling fin is attached to a specific unit cell, the cooling fin is projected from the outside of the frame, and the unit cell can be indirectly cooled by the cooling fin.
図１０は、冷却フィンが取り付けられた状態の単電池積層体を示す斜視図であり、図１１は図１０に示した単電池積層体の側面図である。 FIG. 10 is a perspective view showing the cell stack in a state where the cooling fins are attached, and FIG. 11 is a side view of the cell stack shown in FIG.
ヒートシンク間に積層されている６枚のフレーム２１０の内、積層方向両端側に位置する４枚のフレーム２１０は、図３に示したものと全く同一の構成を有し、また、その積層方向中間に位置する２枚のフレーム２１０は、図５に示したものと全く同一の構成を有している。図１０および図１１に示すように、冷却フィン２６０Ａは冷媒導入口２３０から突出するように設けられ、冷却フィン２６０Ｂは冷媒排出口２５０から突出するように設けられている。 Of the six frames 210 laminated between the heat sinks, the four frames 210 positioned at both ends in the lamination direction have the same configuration as that shown in FIG. The two frames 210 positioned at the same position as those shown in FIG. As shown in FIGS. 10 and 11, the cooling fins 260 </ b> A are provided so as to protrude from the refrigerant introduction port 230, and the cooling fins 260 </ b> B are provided so as to protrude from the refrigerant discharge port 250.
冷却フィン２６０Ａと２６０Ｂは、図１２及び図１３に示すように、単電池２２０Ａの長手方向両側面の傾斜部分２２５Ａ、２２５Ｂに、一端が冷媒導入口２３０、冷媒排出口２５０から突出するように取り付けられる。冷却フィン２６０Ａと２６０Ｂは、単電池２２０Ａをフレーム２１０に取り付けた後に取り付ける。取り付けは熱伝導性の良好な接着剤によって行うのが望ましい。冷却フィン２６０Ａと２６０Ｂは、図１０のようにフレーム２１０が積層されている状態では、それらの上下端がフレーム２１０の外枠２１２に挟まれ、しっかりと固定される。 As shown in FIGS. 12 and 13, the cooling fins 260 </ b> A and 260 </ b> B are attached to the inclined portions 225 </ b> A and 225 </ b> B on both sides in the longitudinal direction of the unit cell 220 </ b> A so that one end protrudes from the refrigerant inlet 230 and the refrigerant outlet 250. It is done. The cooling fins 260A and 260B are attached after the unit cell 220A is attached to the frame 210. The attachment is preferably performed with an adhesive having good thermal conductivity. When the frames 210 are stacked as shown in FIG. 10, the cooling fins 260 </ b> A and 260 </ b> B are firmly fixed with their upper and lower ends sandwiched between the outer frames 212 of the frame 210.
なお、単電池２２０Ａをフレーム２１０に取り付ける前に冷却フィン２６０Ａと２６０Ｂを取り付けることができるようにするには、冷媒導入口２３０と冷媒排出口２５０の形状を図５の逆三角形状から三角形状または四角形形状に変える必要がある。 In order to allow the cooling fins 260A and 260B to be attached before the unit cell 220A is attached to the frame 210, the shape of the refrigerant inlet 230 and the refrigerant outlet 250 is changed from the inverted triangular shape of FIG. It is necessary to change to a square shape.
このように、冷却フィン２６０Ａと２６０Ｂを単電池２２０Ａに貼り付けると、フレーム２１０の長手方向に沿って流れる空気によって単電池２２０Ａが間接的にも冷却されるようになる。したがって、実施の形態１の構成よりも本実施の形態の構成の方が冷却効率は向上する。
［実施の形態３］
本実施の形態では、実施の形態２に示した冷却フィンに冷媒通路を形成し、冷却フィン自体を冷却できるようにして単電池の冷却効率を向上させたものを例示する。
Thus, when the cooling fins 260A and 260B are attached to the unit cell 220A, the unit cell 220A is indirectly cooled by the air flowing along the longitudinal direction of the frame 210. Therefore, the cooling efficiency is improved in the configuration of the present embodiment than in the configuration of the first embodiment.
[Embodiment 3]
In the present embodiment, a cooling passage is formed in the cooling fin shown in the second embodiment so that the cooling fin itself can be cooled to improve the cooling efficiency of the unit cell.
図１４は、冷媒通路を有する冷却フィンが取り付けられた状態の単電池積層体を示す斜視図であり、図１５は図１４に示した単電池積層体の側面図である。 14 is a perspective view showing the unit cell stack in a state where the cooling fins having the refrigerant passages are attached, and FIG. 15 is a side view of the unit cell stack shown in FIG.
ヒートシンク間に積層されている６枚のフレーム２１０の内、積層方向両端側に位置する４枚のフレーム２１０は、図３に示したものと全く同一の構成を有し、また、その積層方向中間に位置する２枚のフレーム２１０は、図５に示したものと全く同一の構成を有している。図１４および図１５に示すように、冷却フィン２６５Ａは冷媒導入口２３０から突出するように設けられ、冷却フィン２６５Ｂは冷媒排出口２５０から突出するように設けられている。 Of the six frames 210 laminated between the heat sinks, the four frames 210 positioned on both ends in the lamination direction have the same configuration as that shown in FIG. The two frames 210 positioned at the same position as those shown in FIG. As shown in FIGS. 14 and 15, the cooling fin 265 </ b> A is provided so as to protrude from the refrigerant introduction port 230, and the cooling fin 265 </ b> B is provided so as to protrude from the refrigerant discharge port 250.
冷却フィン２６５Ａと２６５Ｂは、図１６に示すように、単電池２２０Ａの長手方向両側面の傾斜部分２２５Ａ、２２５Ｂに、一端が冷媒導入口２３０、冷媒排出口２５０から突出するように取り付けられる。冷却フィン２６５Ａと２６５Ｂは、図１７に示すように断面三角形の形状を有し、その内部には空気を流通させるための冷媒通路２７０Ａ、２７０Ｂが形成されている。なお、冷却フィン２６５Ａと２６５Ｂの形状は上記のように三角形に限られず、冷媒通路２７０Ａ、２７０Ｂの形状も上記のような三角形に限られないのはもちろんである。冷却フィン２６５Ａと２６５Ｂは、単電池２２０Ａをフレーム２１０に取り付けた後に取り付ける。取り付けは熱伝導性の良好な接着剤によって行うのが望ましい。冷却フィン２６５Ａと２６５Ｂは、図１４のようにフレーム２１０が積層されている状態では、それらの上下端がフレーム２１０の外枠２１２に挟まれ、しっかりと固定される。 As shown in FIG. 16, the cooling fins 265 </ b> A and 265 </ b> B are attached to the inclined portions 225 </ b> A and 225 </ b> B on both sides in the longitudinal direction of the unit cell 220 </ b> A so that one end protrudes from the refrigerant inlet 230 and the refrigerant outlet 250. The cooling fins 265A and 265B have a triangular cross-sectional shape as shown in FIG. 17, and refrigerant passages 270A and 270B for circulating air are formed therein. Of course, the shapes of the cooling fins 265A and 265B are not limited to the triangle as described above, and the shapes of the refrigerant passages 270A and 270B are not limited to the triangle as described above. The cooling fins 265A and 265B are attached after the unit cell 220A is attached to the frame 210. The attachment is preferably performed with an adhesive having good thermal conductivity. In the state where the frames 210 are stacked as shown in FIG. 14, the cooling fins 265 </ b> A and 265 </ b> B are firmly fixed with their upper and lower ends sandwiched between the outer frames 212 of the frame 210.
このように、冷却フィン２６５Ａと２６５Ｂを単電池２２０Ａに貼り付けると、冷却装置５００の外装ケース６００内において、フレーム２１０の長手方向に沿って流れる空気によって単電池２２０Ａが間接的にも冷却されるようになる。また、冷却フィン２６５Ａと２６５Ｂ自体もその内部を流通する空気によって冷却される。したがって、実施の形態２の構成よりも本実施の形態の構成の方が冷却効率は向上する。 As described above, when the cooling fins 265A and 265B are attached to the unit cell 220A, the unit cell 220A is indirectly cooled by the air flowing along the longitudinal direction of the frame 210 in the outer case 600 of the cooling device 500. It becomes like this. Further, the cooling fins 265A and 265B themselves are also cooled by the air flowing through them. Therefore, the cooling efficiency is improved in the configuration of the present embodiment than in the configuration of the second embodiment.
以上、実施の形態１から実施の形態３までの構成を説明したが、次に、各実施の形態の構成が単電池２２０Ａの冷却にどの程度の効果があるのかを検証した結果について説明する。 The configuration from the first embodiment to the third embodiment has been described above. Next, a result of verifying how much the configuration of each embodiment has on cooling of the unit cell 220A will be described.
図１８は、フレーム２１０に冷却手段が設けられていない従来の組電池においてヒートシンク間における温度分布を視覚化した図である。図に示すように、従来の組電池の場合、冷却風の風下側に位置するＢ位置付近（黒で示される部分）において、最も温度が高くなっていることがわかる。図１９は、図１８に示した組電池のＡ位置からＢ位置までの平均的な温度分布を表したグラフである。 FIG. 18 is a diagram visualizing the temperature distribution between the heat sinks in a conventional battery pack in which the frame 210 is not provided with a cooling means. As shown in the figure, in the case of the conventional assembled battery, it can be seen that the temperature is highest in the vicinity of the position B (portion indicated by black) located on the leeward side of the cooling air. FIG. 19 is a graph showing an average temperature distribution from the A position to the B position of the assembled battery shown in FIG.
図１９に示すように、従来の組電池は、実線の曲線で示されているように、Ａ位置とＢ位置との温度差が２０℃程度あり、Ｂ位置の温度も５０℃と相当高温になってしまっているが、実施の形態１で示した構造の組電池は従来の組電池よりも５℃ほどＢ位置の温度が低下している。また、実施の形態２で示した構造の組電池は従来の組電池よりも９℃ほどＢ位置の温度が低下している。さらに、実施の形態３で示した構造の組電池は従来の組電池よりも１２℃ほどＢ位置の温度が低下している。 As shown in FIG. 19, the conventional battery pack has a temperature difference between the A position and the B position of about 20 ° C., and the temperature at the B position is as high as 50 ° C., as shown by the solid curve. However, the assembled battery having the structure shown in the first embodiment has a temperature at the B position lower by about 5 ° C. than the conventional assembled battery. Further, in the assembled battery having the structure shown in the second embodiment, the temperature at the B position is lower by about 9 ° C. than the conventional assembled battery. Furthermore, the battery at the position B is lower by about 12 ° C. in the assembled battery having the structure shown in the third embodiment than in the conventional assembled battery.
この結果を見れば明らかなように、本発明を適用することによって、組電池全体としての三次元的な温度分布をある程度均一化させることができ、組電池を構成する、特に冷却し難い位置に存在する単電池の電池寿命を向上させることができる。 As is apparent from this result, by applying the present invention, the three-dimensional temperature distribution of the assembled battery as a whole can be made uniform to some extent, and the assembled battery is formed at a position that is particularly difficult to cool. The battery life of the existing unit cell can be improved.
冷却手段の作用により放熱効率の良好な組電池を提供することができ、自動車などの動力用電池の分野で応用可能である。 An assembled battery with good heat dissipation efficiency can be provided by the action of the cooling means, and can be applied in the field of power batteries such as automobiles.
１００ 組電池、
２００ 電池ユニット、
２１０ フレーム、
２１２ 外枠、
２１４Ａ〜２１４Ｃ 支柱、
２２０Ａ〜２２０Ｄ 単電池、
２２２Ａ 周縁部、
２３０ 冷媒導入口、
２５０ 冷媒排出口、
２６０Ａ、２６０Ｂ 冷却フィン、
２６５Ａ、２６５Ｂ 冷却フィン、
２７０Ａ、２７０Ｂ 冷媒通路、
３００、３４０ ヒートシンク、
３１０、３２０、３３０ 中間ヒートシンク、
４００Ａ〜４００Ｆ ナット、
５００ 冷却装置、
６００ 外装ケース、
７００ 冷媒導入ダクト、
８００ 冷媒排出ダクト、
８５０ 排気ファン。
100 battery packs,
200 battery unit,
210 frames,
212 outer frame,
214A to 214C struts,
220A-220D cell,
222A peripheral edge,
230 refrigerant inlet,
250 refrigerant outlet,
260A, 260B cooling fins,
265A, 265B cooling fins,
270A, 270B refrigerant passage,
300, 340 heat sink,
310, 320, 330 Intermediate heat sink,
400A-400F nut,
500 cooling device,
600 exterior case,
700 refrigerant introduction duct,
800 refrigerant discharge duct,
850 Exhaust fan.
Claims (8)
前記組電池には前記組電池を構成する扁平型単電池の中で他の扁平型単電池よりも温度が高くなる位置に配置されている特定の扁平型単電池のみを冷却するための冷却手段が設けられていることを特徴とする組電池。 An assembled battery configured by laminating a plurality of flat cells that are held in a plane in close contact with each other in the thickness direction of the frame,
The assembled battery includes a cooling unit for cooling only a specific flat unit cell arranged at a position where the temperature is higher than other flat unit cells among the flat unit cells constituting the assembled battery. A battery pack characterized by that.
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