JP2012015112A - バッテリパック - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリセルの冷却を均一に行い、効率を向上させて寿命を向上させることが可能なバッテリパックを提供する。
【解決手段】少なくとも一つのバッテリセルと、少なくとも一つのバッテリセルに隣接して熱的に連結されて位置し、多孔質媒体、および多孔質媒体と連結される密集部を含む蒸発器と、蒸発器との間で流体を入出する冷媒貯蔵部とを含むバッテリパックが提供される。
【選択図】図１

Description

本発明はバッテリパックに関する。

一般に、二次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）は、充電が実用的ではない一次電池とは異なり、充電および放電が可能な電池を意味する。このような二次電池は、小型の場合は、例えば、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、カムコーダなどの先端電子機器分野で広く使われ、また、大型の場合は、例えば、電気自動車またはハイブリッドカーのモータを駆動するために使用されている。このような二次電池は、占められる体積が限定される一方、容量は次第に大きくなることが求められる傾向にある。電池の容量を増加させるためには一つの電池パック内に複数個のバッテリセルをスタックする必要がある。また、バッテリセルで発生される熱はバッテリセルの寿命および効率に影響を与えるため、放熱効率に対する開発が必要である。

本発明の目的とするところは、バッテリセルの冷却を均一に行い、効率を向上させて寿命を向上させることが可能な、新規かつ改良されたバッテリパックを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のある観点によれば、少なくとも一つのバッテリセルと、少なくとも一つの上記バッテリセルに隣接して熱的に連結されて位置し、多孔質媒体、および上記多孔質媒体と連結される密集部を含む蒸発器と、上記蒸発器との間で流体を入出する冷媒貯蔵部とを含むバッテリパックが提供される。

また、上記冷媒貯蔵部は、上記多孔質媒体に供給されるための液体冷媒を貯蔵し、上記密集部から冷媒を受けてもよい。

また、上記蒸発器は、上記バッテリセルの少なくとも一面に形成されてもよい。

また、上記蒸発器は、上記冷媒が流入される第１ポートと、上記冷媒が放出される第２ポートとを含み、上記冷媒貯蔵部は、コンデンサであってもよい。

また、上記密集部は、上記第１ポートより上記第２ポートに隣接する部分がさらに広くてもよい。

また、上記蒸発器は、第１方向で上記バッテリセルの下部に沿って延長され、上記第１ポートおよび上記第２ポートは、上記蒸発器に沿って上記第１方向に離隔し、上記蒸発器は、上記第１方向に直交する第２方向に延長され、上記第１ポートより第２ポートに隣接する領域で第２方向でさらに長く形成されてもよい。

また、上記多孔性物質は、上記第１方向に沿って上記第２方向で同じ長さに延長されてもよい。

また、上記密集部は、上記第２方向で上記第１ポートに隣接する部分よりは上記第２ポートに隣接する部分でさらに下部に位置してもよい。

また、上記蒸発器の上記第２ポートと接続され、気相の上記冷媒を上記コンデンサに供給する回収ラインと、上記蒸発器の上記第１ポートと接続され、液相の上記冷媒を上記蒸発器に供給する供給ラインとをさらに含んでもよい。

また、上記回収ラインの直径ｄ２は、上記供給ラインの直径ｄ１に比べて大きくてもよい。

また、上記回収ラインの直径ｄ２は、上記供給ラインの直径ｄ１に比べて１．５〜２倍であってもよい。

また、上記第２ポートと回収ラインとの間にチェックバルブをさらに含んでもよい。

また、上記コンデンサは、上記密集部を低い圧力に維持してもよい。

また、バッテリセルのためのハウジングをさらに含み、上記蒸発器は、上記ハウジングの少なくとも一側に形成され、第１方向で上記ハウジングに沿って延長されてもよい。

また、上記密集部は、上記蒸発器の少なくとも一側に近接した密集領域を含み、上記冷媒貯蔵部は、上記蒸発器の下部に近接して位置し、上記多孔質媒体は、上記冷媒貯蔵部と上記密集部との間で第１方向で上記蒸発器に沿って延長されてもよい。

また、上記蒸発器の上部に隣接するヒートシンクをさらに含んでもよい。

また、上記ヒートシンクは、上記蒸発器から延長された放熱ピンを含んでもよい。

また、上記密集領域は、上記蒸発器の上部に近接して形成され、上記密集部は、上記多孔質媒体と並列に延長される中空の管をさらに含み、上記中空の管は、上記冷媒貯蔵部と上記密集領域との間で流体交換を行ってもよい。

また、上記中空の管は、上記第１方向に直交する第２方向で上記蒸発器の周縁に位置してもよい。

また、上記密集部は、上記中空の管および上記密集領域の間にチェックバルブをさらに含んでもよい。

本発明によれば、バッテリセルの冷却を均一に行い、効率を向上させて寿命を向上させることができる。

より具体的には、本発明によれば、バッテリパックはバッテリセルの下部に多孔質媒体で構成されたウィックを具備し、ウィックの毛細管力によって冷媒を循環させることによって、別途の動力がなくてもバッテリセルで発生した熱を容易に冷却することができる。

また、本発明によれば、バッテリパックはバッテリセルで放出された熱によってウィックに貯蔵される気化された冷媒の量が比例するため、バッテリセルの均一な冷却を行うことができる。

また、本発明によれば、バッテリパックは電池パックのハウジングのうち少なくとも一面に形成された貯蔵所の冷媒が毛細管力によって蒸発器のウィックに沿って上昇し回収管に沿って下降するようにすることで、ハウジング内部で空気の対流を発生させてハウジングの内部に位置するバッテリセルを容易に放熱することができる。

本発明の一実施形態に係るバッテリパックの構成図である。 本発明の他の実施形態に係るバッテリパックの正面図である。 本発明の他の実施形態に係るバッテリパックの側面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

以下、本発明の一実施形態に係るバッテリパックの構成を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るバッテリパックの構成図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係るバッテリパック１００は、冷媒を含むコンデンサ１１０と、バッテリセル１０の一面に付着された蒸発器１２０とを含む。

コンデンサ１１０（冷媒貯蔵部）は、内部空間で冷媒を貯蔵する。コンデンサ１１０は、供給ライン１１１を介して冷媒を蒸発器１２０に供給する。このとき、冷媒は、例えば、環境に優しい純粋な水とすることができる。そして、コンデンサ１１０は、回収ライン１１２を介して気相の冷媒を蒸発器１２０から供給される。また、コンデンサ１１０は、気相の冷媒を凝縮して、すなわち、冷媒の温度を下げながら圧力を加えて、再び液状の冷媒に相変換させる。したがって、コンデンサ１１０は、冷媒を供給してバッテリセル１０の熱を吸収して気相になるようにし、冷媒を回収して再び液状に変換させる役割を行うことができる。

また、回収ライン１１２の直径ｄ２は、供給ライン１１１の直径ｄ１に比べて大きく形成される。回収ライン１１２を通過する冷媒は気化された状態であるため、液化された状態の冷媒に比べてより大きい体積を有する。したがって、回収ライン１１２の直径ｄ２を供給ライン１１１の直径ｄ１に比べて大きく確保することによって、冷媒の移動を円滑に維持させることができる。また、回収ライン１１２の直径ｄ２は、例えば、供給ライン１１１の直径ｄ１に比べて１．５倍〜２倍とすることができる。回収ライン１１２の直径ｄ２が供給ライン１１１の直径ｄ１に比べて１．５倍以上であれば、気化された冷媒が円滑にコンデンサ１１０に供給されることができる。また、回収ライン１１２の直径ｄ２が供給ライン１１１の直径ｄ１に比べて２倍以下であれば、冷媒を容易に毛細管力で移動させることができる。

蒸発器（ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）１２０は、第１ポート１１１ａを介して供給ライン１１１と接続され、接続された供給ライン１１１を介してコンデンサ１１０に連結される。また、蒸発器１２０は、第２ポート１１２ａを介して回収ライン１１２と接続され、接続された回収ライン１１２を介してコンデンサ１１０に連結される。蒸発器１２０は、供給ライン１１１の冷媒を用いて、バッテリセル１０の温度を冷却する。

蒸発器１２０は、上部に多孔質媒体（ｐｏｒｏｕｓ ｍｅｄｉａ）によって構成されたウィック（ｗｉｃｋ）１２１を具備し、下部に内部が真空である空間を有する密集部１２２を含む。このとき、密集部１２２の真空は、コンデンサ１１０によって維持されうる。

一方、蒸発器１２０の内部では、密集部１２２の真空によって沸点が低くなる。また、この状態でバッテリセル１０で発生した熱は、冷媒に熱を加えて、冷媒の温度を上昇させる。したがって、冷媒は、バッテリセル１０の熱を用いて気化され、ウィック１２１の内部に位置する気孔に貯蔵される。また、気孔は冷媒に対する毛細管の役割を行い、冷媒は毛細管力によって下部に密集される。その結果、ウィック１２１の下部に位置する密集部１２２に冷媒が密集し、回収ライン１１２を介してコンデンサ１１０の内部に再び冷媒が供給される。

このとき、密集部１２２は、コンデンサ１１０から冷媒が供給される第１端１２０ａの長さｌ１よりも、コンデンサ１１０に冷媒を供給する第２端１２０ｂの長さｌ２の方がさらに長く形成される。ウィック１２１の上部および下部は略平坦に形成されるので、結局、第１端１２０ａの下面の高さは第２端１２０ｂの下面の高さより高く位置する。したがって、密集部１２２に位置する冷媒は、第２端１２０ｂに集まるようになり、第２端１２０ｂに連結された回収ライン１１２を介してコンデンサ１１０に容易に回収されうる。

そして、密集部１２２からコンデンサ１１０に冷媒を再び供給する力は上述した毛細管力である。したがって、本発明の一実施形態に係るバッテリパック１００は、別途の動力がなくても毛細管力を用いて冷媒を循環することができ、バッテリセル１０（より具体的には、図１に示す１１それぞれ。以下、「バッテリセル１１」と示す場合がある。）で発生する熱を冷媒によって冷却することができる。

また、ウィック１２１の下部１２２と回収ライン１１２との間には、チェックバルブ１２３がさらに形成されて、気化された冷媒がウィック１２１の内部に逆流することを防止することができる。

また、蒸発器１２０のウィック１２１に気化されて貯蔵される冷媒の量は、バッテリセル１１で発生した熱によって変わる。すなわち、バッテリセル１１で発生された熱が多ければ多いほどさらに多くの量の冷媒が気化されてウィック１２１に貯蔵され、毛細管力によってウィック１２１に位置する密集部１２２に移動するようになる。したがって、蒸発器１２０によってバッテリセル１１で発生した熱に比例して冷却を行うことができるため、バッテリセル１１の熱を均一に放熱することができる。

上述のようにすることで、本発明の一実施形態に係るバッテリパック１００は、バッテリセル１１の下部に多孔質媒体で構成されたウィック１２１を具備し、ウィック１２１の毛細管力によって冷媒を循環させることによって、別途の動力がなくてもバッテリセル１１で発生した熱を容易に冷却することができる。また、本発明の実施形態に係るバッテリパック１００は、バッテリセル１１で放出された熱に応じてウィック１２１に貯蔵される気化された冷媒の量が比例するため、バッテリセル１１の均一な冷却を行うことができる。

以下、本発明の他の実施形態に係る二次電池の構成を説明する。

図２は、本発明の他の実施形態に係る二次電池の正面図である。図３は、本発明の他の実施形態に係る二次電池の側面図である。上述した実施例と同じ構成および動作を有する部分に対しては同じ図面符号を付し、以下では相違点を中心に説明する。

図２および図３に示すように、本発明の他の実施形態に係るバッテリパック２００はバッテリセル１０の一面の下部に形成された貯蔵所２１０と、貯蔵所２１０の上部に連結されバッテリセル１０の一面に付着された蒸発器２２０と、蒸発器２２０の上部に形成されたヒートシンク２３０とを含む。

貯蔵所２１０は、バッテリセル１０の一面の下部に位置する。貯蔵所２１０は、内部に空間を具備して冷媒を貯蔵する。冷媒は、例えば純粋な水とすることができる。貯蔵所２１０は、冷媒を蒸発器２２０に供給して、冷媒がバッテリセル１０の熱を吸収できるようにする。

蒸発器２２０は、貯蔵所２１０の上部に結合され、バッテリセル１０の一面に付着される。蒸発器２２０は、バッテリセル１１を外部から包んでいるハウジング１２に結合される。したがって、蒸発器２２０は、ハウジング１２の熱を放熱して、内部のバッテリセル１１の熱を放熱することができる。

蒸発器２２０は、貯蔵所２１０に結合され、蒸発器２２０の長さ方向に沿って形成された複数の管を具備する。また、管のうち一部は、例えば多孔質媒体で埋められてウィック２２１を構成し、管のうちの残りの部分は内部が空の状態を維持して回収管２２２を構成する。

ウィック２２１は多孔質媒体からなり、図２に矢印で示すように、貯蔵所２１０に貯蔵された冷媒を毛細管力によって上部に引き上げる。したがって、冷媒は、蒸発器２２０を介してハウジング１２の一面に沿って上昇するようになる。このとき、ウィック２２１は、ハウジング１２の中央に位置するバッテリセル１１の熱を容易に吸収するために、蒸発器２２０の中央領域に位置しうる。また、このとき、ハウジング１２で放出された熱により冷媒を気化させ、気化された冷媒がウィック２２１の内部で移動するようになる。

また、冷媒がヒートシンク２３０によって冷却されて液化されると、冷却された冷媒は図２に矢印で示すように、回収管２２２に沿って再び下降するようになる。したがって、冷媒は、貯蔵所２１０に再び貯蔵される。そして、このとき、回収管２２２にはチェックバルブ２２３が形成され、冷媒がウィック２２１に向かって逆流することを防止することができる。

ヒートシンク２３０は、蒸発器２２０の上部に形成される。ヒートシンク２３０は、ウィック２２１から毛細管力によって印加された冷媒を冷却させる。特に、ヒートシンク２３０の上部に突出した放熱ピン２３１が空気と接して熱交換を行い、これにより冷媒を冷却することができる。

冷媒の循環によりハウジング１２の蒸発器２２０と付着された面が冷却される。したがって、ハウジング１２の内部では、図３で矢印で示すように内部空気が対流する。したがって、ハウジング１２の内部に位置するバッテリセル１１は、対流によって空気と熱交換を行って容易に放熱されうる。そして、ハウジング１２内で対流が円滑に行われるようにするために、バッテリセル１１は、ハウジング１２内で互いに離隔されることができ、蒸発器２２０に並ぶ方向に沿って配列されうる。

上述のようにすることで、本発明の他の実施形態に係るバッテリパック２００は、バッテリセル１０のハウジング１２のうち少なくとも一面に形成された貯蔵所２１０の冷媒が毛細管力によって蒸発器２２０のウィック２２１に沿って上昇し回収管２２２に沿って下降するようにすることで、外部の動力がなくてもハウジング１２内部で空気の対流を発生させて、ハウジング１２の内部に位置するバッテリセル１１を容易に放熱できる。また、本発明の他の実施形態に係るバッテリパック２００は、バッテリセル１１で発生した熱に応じて毛細管力が発生するためバッテリセル１１に一定の放熱を行うことができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係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、各種の変更例また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。

１００、２００ バッテリパック
１０、１１ バッテリセル
１２ ハウジング
１１０ コンデンサ
１２０、２２０ 蒸発器
１２１、２２１ ウィック
２１０ 貯蔵所
２３０ ヒートシンク
２３１ 放熱ピン

Claims (20)

1. 少なくとも一つのバッテリセルと、
   少なくとも一つの前記バッテリセルに隣接して熱的に連結されて位置し、多孔質媒体、および前記多孔質媒体と連結される密集部を含む蒸発器と、
   前記蒸発器との間で流体を入出する冷媒貯蔵部と、
   を含むことを特徴とする、バッテリパック。
2. 前記冷媒貯蔵部は、前記多孔質媒体に供給されるための液体冷媒を貯蔵し、前記密集部から冷媒を受けることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。
3. 前記蒸発器は、前記バッテリセルの少なくとも一面に形成されることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。
4. 前記蒸発器は、前記冷媒が流入される第１ポートと、前記冷媒が放出される第２ポートとを含み、
   前記冷媒貯蔵部は、コンデンサであることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。
5. 前記密集部は、前記第１ポートより前記第２ポートに隣接する部分がさらに広いことを特徴とする、請求項４に記載のバッテリパック。
6. 前記蒸発器は、第１方向で前記バッテリセルの下部に沿って延長され、
   前記第１ポートおよび前記第２ポートは、前記蒸発器に沿って前記第１方向に離隔し、
   前記蒸発器は、
   前記第１方向に直交する第２方向に延長され、
   前記第１ポートより第２ポートに隣接する領域で第２方向でさらに長く形成されることを特徴とする、請求項４に記載のバッテリパック。
7. 前記多孔性物質は、前記第１方向に沿って前記第２方向で同じ長さに延長されることを特徴とする、請求項６に記載のバッテリパック。
8. 前記密集部は、前記第２方向で前記第１ポートに隣接する部分よりは前記第２ポートに隣接する部分でさらに下部に位置することを特徴とする、請求項６に記載のバッテリパック。
9. 前記蒸発器の前記第２ポートと接続され、気相の前記冷媒を前記コンデンサに供給する回収ラインと、
   前記蒸発器の前記第１ポートと接続され、液相の前記冷媒を前記蒸発器に供給する供給ラインと、
   をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載のバッテリパック。
10. 前記回収ラインの直径ｄ２は、前記供給ラインの直径ｄ１に比べて大きいことを特徴とする、請求項９に記載のバッテリパック。
11. 前記回収ラインの直径ｄ２は、前記供給ラインの直径ｄ１に比べて１．５〜２倍であることを特徴とする、請求項１０に記載のバッテリパック。
12. 前記第２ポートと回収ラインとの間にチェックバルブをさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載のバッテリパック。
13. 前記コンデンサは、前記密集部を低い圧力に維持することを特徴とする、請求項６に記載のバッテリパック。
14. バッテリセルのためのハウジングをさらに含み、
    前記蒸発器は、前記ハウジングの少なくとも一側に形成され、第１方向で前記ハウジングに沿って延長されることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。
15. 前記密集部は、前記蒸発器の少なくとも一側に近接した密集領域を含み、
    前記冷媒貯蔵部は、前記蒸発器の下部に近接して位置し、
    前記多孔質媒体は、前記冷媒貯蔵部と前記密集部との間で第１方向で前記蒸発器に沿って延長されることを特徴とする、請求項１４に記載のバッテリパック。
16. 前記蒸発器の上部に隣接するヒートシンクをさらに含むことを特徴とする、請求項１５に記載のバッテリパック。
17. 前記ヒートシンクは、前記蒸発器から延長された放熱ピンを含むことを特徴とする、請求項１６に記載のバッテリパック。
18. 前記密集領域は、前記蒸発器の上部に近接して形成され、
    前記密集部は、前記多孔質媒体と並列に延長される中空の管をさらに含み、
    前記中空の管は、前記冷媒貯蔵部と前記密集領域との間で流体交換を行うことを特徴とする、請求項１５に記載のバッテリパック。
19. 前記中空の管は、前記第１方向に直交する第２方向で前記蒸発器の周縁に位置することを特徴とする、請求項１７に記載のバッテリパック。
20. 前記密集部は、前記中空の管および前記密集領域の間にチェックバルブをさらに含むことを特徴とする、請求項１７に記載のバッテリパック。
    

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