JP2012230785A - 組電池の冷却構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】組電池を構成する扁平状の二次電池を、その幅方向における温度差の発生を抑制して冷却する。
【解決手段】複数の扁平状の二次電池11が互いに平行に配置された組電池10において、二次電池11を冷却する冷却媒体が流れる冷却媒体流路14の一部に二次電池11を収容する複数の収容部12が平行に設けられている。複数の収容部12の入口側に設けられた冷却媒体流入部16には、収容部12における冷却媒体流路14を流れる冷却媒体の流速が二次電池11の幅方向の中央部で最大で、幅方向の端部側ほど小さくなるようにする形状の導入ガイド壁17が設けられている。
【選択図】図1
【解決手段】複数の扁平状の二次電池11が互いに平行に配置された組電池10において、二次電池11を冷却する冷却媒体が流れる冷却媒体流路14の一部に二次電池11を収容する複数の収容部12が平行に設けられている。複数の収容部12の入口側に設けられた冷却媒体流入部16には、収容部12における冷却媒体流路14を流れる冷却媒体の流速が二次電池11の幅方向の中央部で最大で、幅方向の端部側ほど小さくなるようにする形状の導入ガイド壁17が設けられている。
【選択図】図1
Description
本発明は、組電池の冷却構造に係り、詳しくは複数の扁平状の二次電池からなる組電池の冷却構造に関する。
二次電池は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。近年、二次電池の大電流充電・放電及び大容量化が要求されるようになり、複数個の二次電池からなる組電池が使用されている。大電流での充・放電は電池内部の大きな発熱を伴い、また組電池では限られたスペースに多数の電池を収納することから電池温度が上昇し、電池性能の劣化を促進してしまうという問題がある。
このような問題を解決するため、組電池における複数の二次電池を冷却する冷却装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1の冷却装置は、図5に示すように、供給チャンバ51に供給される冷却媒体52を、各二次電池(バッテリモジュール)53の間に設けられた冷却媒体通路54に送り込み通過させることにより二次電池53を冷却する。冷却媒体通路54の入口端には、供給チャンバ51内に突出形成されたガイドカラー55が設けられ、このガイドカラー55により供給チャンバ51内の冷却媒体52が冷却媒体通路54内に誘導される。また、ガイドカラー55において冷却媒体を受ける側のカラーピース55aを供給口51aから遠ざかるにしたがって、供給チャンバ51内に突出させることにより、供給口51aからの距離に関係なく、各冷却媒体通路54内の冷却媒体の流れを均一にすることが開示されている。
組電池を構成する二次電池が円筒型電池の場合、各二次電池が収容された冷却媒体通路
内の冷却媒体の流れが均一であれば冷却は良好に行われる。しかし、組電池を構成する二次電池が扁平形状の場合は、各二次電池の冷却を良好に行うには各二次電池が収容された冷却媒体通路内の冷却媒体の流れが二次電池の幅方向で一定ではなく中央部分に冷却媒体が多く流れる(中央部分の流速が大きくなる)ことが必要になる。ところが、特許文献1には扁平形状の二次電池の中央部と周辺部との温度分布に関する考慮がない。
内の冷却媒体の流れが均一であれば冷却は良好に行われる。しかし、組電池を構成する二次電池が扁平形状の場合は、各二次電池の冷却を良好に行うには各二次電池が収容された冷却媒体通路内の冷却媒体の流れが二次電池の幅方向で一定ではなく中央部分に冷却媒体が多く流れる(中央部分の流速が大きくなる)ことが必要になる。ところが、特許文献1には扁平形状の二次電池の中央部と周辺部との温度分布に関する考慮がない。
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は組電池を構成する扁平状の二次電池を、その幅方向における温度差の発生を抑制して冷却することができる組電池の冷却構造を提供することにある。
前記の目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、複数の扁平状の二次電池が互いに平行に配置された組電池において、前記二次電池を冷却する冷却媒体が流れる冷却媒体流路の一部に前記二次電池を収容する複数の収容部が平行に設けられ、複数の前記収容部の入口側に設けられた冷却媒体流入部には、前記収容部における前記冷却媒体流路を流れる冷却媒体の流速が前記二次電池の幅方向の中央部で最大で、幅方向の端部側ほど小さくなるようにする形状の導入ガイド壁が設けられている。ここで、「幅方向の中央部」とは厳密に中央を意味するのではなく、中央及び中央付近を意味する。
この発明では、冷却媒体流路内を流れる冷却媒体は、二次電池が収容された収容部を通過する際には二次電池の幅方向の中央部で流速が最大となり、幅方向の端部側ほど小さくなる。扁平な二次電池においては、中心部分は外側部分より熱が逃げ難いため結果として熱が溜まるが、収容部においては冷却媒体の流速が二次電池の中心部に対応する部分において最大となるため、結果として二次電池は全体が均等に冷却される。したがって、組電池を構成する扁平状の二次電池を、その幅方向における温度差の発生を抑制して冷却することができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記導入ガイド壁は、半お椀形に形成されている。この発明では、収容部における冷却媒体の流速が二次電池の中心部に対応する部分において最大となるようにする導入ガイド壁を比較的容易に加工することができる。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記冷却媒体流路は、冷却媒体供給口を中心として両側へ延びるように形成されている。この発明では、同じ設置面積で二次電池の数も同じ場合、平行に設けられた複数の収容部に供給される冷却媒体の各収容部における流速が二次電池の幅方向の中央部で最大となるようにすることが、冷却媒体流路が冷却媒体供給口の同じ側にのみ設けられる構成に比べて簡単になる。
本発明によれば、組電池を構成する扁平状の二次電池を、その幅方向における温度差の発生を抑制して冷却することができる組電池の冷却構造を提供することができる。
以下、本発明を具体化した一実施形態を図1及び図2にしたがって説明する。
図1(a)〜(c)に示すように、組電池10は、複数の扁平状の二次電池11を1個ずつ互いに平行な状態で収容する収容部12を備えたハウジング13を備えている。即ち、複数の扁平状の二次電池11が互いに平行に配置されている。二次電池として角型電池が使用されている。
図1(a)〜(c)に示すように、組電池10は、複数の扁平状の二次電池11を1個ずつ互いに平行な状態で収容する収容部12を備えたハウジング13を備えている。即ち、複数の扁平状の二次電池11が互いに平行に配置されている。二次電池として角型電池が使用されている。
ハウジング13には二次電池11を冷却する冷却媒体が流れる冷却媒体流路14が形成されている。図1(b),(c)に示すように、冷却媒体流路14は、冷却媒体供給口15に連続する冷却媒体流入部16を中心として両側へ延びるように形成されている。冷却媒体流路14は、冷却媒体供給口15を中心として対称に形成され、同じ形状に形成された冷却媒体流路14が複数段ずつ設けられている。収容部12は各冷却媒体流路14の一部に設けられている。
図1(a)に示すように、冷却媒体流路14は断面矩形状に形成されている。また、図1(b)に示すように、二次電池11は冷却媒体流路14の壁面に突設された固定部14aに二次電池11の幅方向両側の側面が当接することにより収容部12の所定位置に固定された状態で収容されている。二次電池11はその外面と冷却媒体流路14の壁面との間に、固定部14aと当接する箇所を除いて所定の隙間が存在するように固定されている。
図1(b),(c)に示すように、複数の収容部12の入口側に設けられた冷却媒体流入部16には、収容部12における冷却媒体流路14を流れる冷却媒体の流速が二次電池11の幅方向の中央部で最大で、幅方向の端部側ほど小さくなるようにする形状の導入ガイド壁17が設けられている。
導入ガイド壁17は、図1(b),(c)において冷却媒体流入部16に対して左右両側に配置された各収容部12の下面から連続する状態で上方に向かって延びるように形成されたもので、半お椀形に形成されている。詳述すると、導入ガイド壁17は、その基端部の幅が収容部12の幅と同じで、平面略視半楕円状を成し、かつ下側に凸となる曲面状に形成されている。また、各導入ガイド壁17の先端の位置は収容部12からの距離が上段側の導入ガイド壁17ほど小さく設定されている。また、各導入ガイド壁17の形状は、各収容部12に流入する冷却媒体の流量が同じになるように形成されている。
また、図1(a),(c)に示すように、冷却媒体流入部16の壁面には、最下段の収容部12用の導入ガイド壁17の先端部より下側の位置に、排出孔16aが形成されている。排出孔16aは、冷却媒体供給口15から冷却媒体流入部16に流入した冷却媒体のうち各導入ガイド壁17に案内されて収容部12に流入した残りの冷却媒体を冷却媒体流入部16の外部に排出する。
次に前記のように構成された組電池10の作用を説明する。
組電池10の使用時、冷却媒体流路14の冷却媒体供給口15が図示しない配管に接続され、配管を介して図示しないファンやブロアー等の送風手段により冷却媒体としての空気が冷却媒体供給口15から冷却媒体流入部16に流入する。冷却媒体流入部16に流入された冷却媒体は、大部分が導入ガイド壁17に案内されて左右に分かれ、各収容部12に流入する。冷却媒体流入部16に流入した冷却媒体のうち導入ガイド壁17に案内されて収容部12に流入しなかった残りの冷却媒体は、排出孔16aから排出される。
組電池10の使用時、冷却媒体流路14の冷却媒体供給口15が図示しない配管に接続され、配管を介して図示しないファンやブロアー等の送風手段により冷却媒体としての空気が冷却媒体供給口15から冷却媒体流入部16に流入する。冷却媒体流入部16に流入された冷却媒体は、大部分が導入ガイド壁17に案内されて左右に分かれ、各収容部12に流入する。冷却媒体流入部16に流入した冷却媒体のうち導入ガイド壁17に案内されて収容部12に流入しなかった残りの冷却媒体は、排出孔16aから排出される。
各導入ガイド壁17は、収容部12における冷却媒体流路14を流れる冷却媒体の流速が二次電池11の幅方向の中央部で最大で、幅方向の端部側ほど小さくなるようにする形状に形成されている。そのため、図2に示すように、冷却媒体が収容部12を通過する際には二次電池11の幅方向の中央で流速(単位時間当たりの流量)が最大となり、中央から外側に向かうほど小さくなる。なお、図2において矢印の長さが流速(単位時間当たりの流量)を示している。
組電池10が使用される場合、急速充電時や急速放電時に二次電池11の発熱が大きくなる。そして、扁平な二次電池11においては、幅方向の中央部分は外側部分より熱が逃げ難いため結果として熱が溜まる。しかし、収容部12においては二次電池11の幅方向の中央部分における冷却媒体の流速が最大となるため、単位時間当たりの流量は、二次電池11の幅方向の中央部分において最大となり、冷却媒体による冷却効果が二次電池11の幅方向の中央部分において大きくなり、二次電池11は全体が均等に冷却される。
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(1)複数の扁平状の二次電池11が互いに平行に配置されて構成された組電池10は、二次電池11を冷却する冷却媒体が流れる冷却媒体流路14の一部に二次電池11を収容する複数の収容部12が平行に設けられている。複数の収容部12の入口側に設けられた冷却媒体流入部16には、収容部12における冷却媒体流路14を流れる冷却媒体の流速が二次電池11の幅方向の中央部で最大で、幅方向の端部側ほど小さくなるようにする形状の導入ガイド壁17が設けられている。したがって、組電池10を構成する扁平状の二次電池11を、その幅方向における温度差の発生を抑制して冷却することができる。
(1)複数の扁平状の二次電池11が互いに平行に配置されて構成された組電池10は、二次電池11を冷却する冷却媒体が流れる冷却媒体流路14の一部に二次電池11を収容する複数の収容部12が平行に設けられている。複数の収容部12の入口側に設けられた冷却媒体流入部16には、収容部12における冷却媒体流路14を流れる冷却媒体の流速が二次電池11の幅方向の中央部で最大で、幅方向の端部側ほど小さくなるようにする形状の導入ガイド壁17が設けられている。したがって、組電池10を構成する扁平状の二次電池11を、その幅方向における温度差の発生を抑制して冷却することができる。
(2)導入ガイド壁17は、半お椀形に形成されている。したがって、収容部12における冷却媒体の流速が二次電池11の中心部に対応する部分において最大となるようにする導入ガイド壁17を比較的容易に加工することができる。
(3)冷却媒体流路14は、冷却媒体供給口15を中心として両側へ延びるように形成されている。したがって、同じ設置面積で二次電池11の数も同じ場合、平行に設けられた複数の収容部12に供給される冷却媒体の各収容部12における流速が二次電池11の幅方向の中央部で最大となるようにすることが、冷却媒体流路14が冷却媒体供給口15の同じ側にのみ設けられる構成に比べて簡単になる。
(4)各導入ガイド壁17の形状は、各収容部12に流入する冷却媒体の流量が同じになるように形成されている。したがって、各二次電池11が幅方向における温度差が抑制された状態で冷却されるとともに、異なる二次電池11間の温度差も抑制された状態で冷却される。
(5)冷却媒体流入部16の壁面には、最下段の収容部12用の導入ガイド壁17の先端部より下側の位置に、冷却媒体供給口15から冷却媒体流入部16に流入した冷却媒体のうち、各導入ガイド壁17に案内されて収容部12に流入した残りの冷却媒体を冷却媒体流入部16の外部に排出する排出孔16aが形成されている。したがって、導入ガイド壁17の形状を、収容部12における冷却媒体流路14を流れる冷却媒体の流速が二次電池11の幅方向の中央部で最大で、幅方向の端部側ほど小さくなるように、かつ各収容部12に流入する冷却媒体の流量が同じになるように形成することが、排出孔16aがない場合に比べて容易になる。
(6)冷却媒体として空気が使用されているため、冷却に使用された冷却媒体を廃棄しても支障はなく、循環使用する構成を設ける必要がない。また、冷却媒体流路14を冷却媒体を循環させる冷媒循環装置の循環経路に接続する必要がないため、組電池10を構成する各二次電池11の端子と、組電池10を電源とする電機機器の端子とを接続する配線の接続構成が簡単になる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 二次電池11は扁平形状であればよく、角型電池に限らず、例えば、ラミネート型電池であってもよい。
○ 二次電池11は扁平形状であればよく、角型電池に限らず、例えば、ラミネート型電池であってもよい。
○ 収容部12の断面形状は矩形に限らず、収容部12における冷却媒体流路14を流れる冷却媒体の流速が二次電池11の幅方向の中央部で最大で、幅方向の端部側ほど小さくなるようにする導入ガイド壁17の形状の設定に支障を来さない形状であればよい。
○ 収容部12内に二次電池11を固定する固定部14aとして、冷却媒体流路14の壁面に凸部を設ける代わりに、固定部材を冷却媒体流路14の壁面に取り付けてもよい。
○ 導入ガイド壁17は、収容部12における冷却媒体流路14を流れる冷却媒体の流速が二次電池11の幅方向の中央部で最大で、幅方向の端部側ほど小さくなるようにする機能を備えていればよく、半お椀形に限定されない。
○ 導入ガイド壁17は、収容部12における冷却媒体流路14を流れる冷却媒体の流速が二次電池11の幅方向の中央部で最大で、幅方向の端部側ほど小さくなるようにする機能を備えていればよく、半お椀形に限定されない。
○ 導入ガイド壁17は、収容部12における冷却媒体流路14を流れる冷却媒体の流速が二次電池11の幅方向の中央部で最大で、幅方向の端部側ほど小さくなるようにする機能を備えていればよく、各収容部12に流入する冷却媒体の流量が同じになるようにする機能はなくてもよい。この場合、各導入ガイド壁17の形状の自由度が大きくなる。
○ 冷却媒体流入部16に排出孔16aを設けずに、各収容部12に流入する冷却媒体の流量が同じになるようにしてもよい。例えば、図3(a),(b)に示すように、導入ガイド壁17に加えて、冷却媒体供給口15にその幅方向の両端部寄りにおける流量を抑制する抑制部材18を設ける。
○ 冷却媒体流入部16に排出孔16aを設けない構成として、冷却媒体供給口15及び冷却媒体流入部16の幅方向の両端部の壁面が、図3(c)に示すように、ハウジング13の内側に突出する形状にしてもよい。
○ ハウジング13は、冷却媒体流路14が冷却媒体供給口15を中心として両側へ延びるように形成された構成に限らない。例えば、図4(a)に示すように、冷却媒体供給口15に対して片側にのみ冷却媒体流路14が設けられた構成としてもよい。
○ 冷却媒体供給口15に対して片側にのみ冷却媒体流路14が設けられた構成の場合、図4(b),(c)に示すように、ハウジング13を、冷却媒体供給口15から冷却媒体が冷却媒体流路14の延びる方向と平行に流入する構成にしてもよい。この場合、導入ガイド壁19は各収容部12に一対ずつ設けられるとともに、各導入ガイド壁19には孔19aが複数形成されている。孔19aは、導入ガイド壁19の先端側(収容部12の幅方向中央側)ほど開口面積が大きくなるように形成されている。両導入ガイド壁19の先端部の間隔及び各孔19aの大きさと間隔は、収容部12に導入される冷却媒体の流量に対応して適切な値に設定される。
○ 冷却媒体流路14の段数を4段以上にしてもよい。
○ ハウジング13は、二次電池11をその幅方向が水平方向に延びる状態で複数段に配置される構成ではなく、二次電池11の幅方向が上下方向に延びる状態で隣り合うように配置される構成であってもよい。この場合、排出孔16aは冷却媒体供給口15から最も遠い位置に配置された収容部12用の導入ガイド壁17の先端部より冷却媒体供給口15から遠い位置に形成される。
○ ハウジング13は、二次電池11をその幅方向が水平方向に延びる状態で複数段に配置される構成ではなく、二次電池11の幅方向が上下方向に延びる状態で隣り合うように配置される構成であってもよい。この場合、排出孔16aは冷却媒体供給口15から最も遠い位置に配置された収容部12用の導入ガイド壁17の先端部より冷却媒体供給口15から遠い位置に形成される。
○ 冷却媒体として電気的に絶縁性の液体を使用してもよい。冷却媒体として液体を使用する場合は、冷却媒体流路14を冷却媒体を循環させる冷媒循環装置の循環経路に接続して冷却媒体を循環使用する。冷却媒体は循環経路に設けられた冷却装置で積極的に冷却するか、循環経路を流れて再び冷却媒体供給口15から冷却媒体流路14に流入するまでに自然冷却されて使用される。冷却媒体として液体を使用した場合は、熱容量が気体より大きいため、冷却媒体供給口15から供給される冷却媒体の温度が同じであっても冷却効果が大きくなる。
○ 冷却媒体を循環使用する場合は、冷却媒体流入部16に排出孔16aを設けない構成の方が、冷媒循環装置の循環経路の形状が簡単になる。
以下の技術的思想(発明)は前記実施形態から把握できる。
以下の技術的思想(発明)は前記実施形態から把握できる。
(1)請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の発明において、前記冷却媒体流入部の壁面には、前記冷却媒体供給口から最も遠い位置に配置された収容部用の導入ガイド壁の先端部より前記冷却媒体供給口から遠い位置に、冷却媒体供給口から冷却媒体流入部に流入した冷却媒体のうち、各導入ガイド壁に案内されて収容部に流入した残りの冷却媒体を冷却媒体流入部の外部に排出する排出孔が形成されている。
(2)請求項1〜請求項3及び前記技術的思想(1)のいずれか一項に記載の発明において、前記導入ガイド壁は各収容部に流入する冷却媒体の流量を均等にする形状に形成されている。
(3)請求項1〜請求項3及び前記技術的思想(1),(2)のいずれか一項に記載の発明において、前記冷却媒体として空気が使用されている。
10…組電池、11…二次電池、12…収容部、14…冷却媒体流路、15…冷却媒体供給口、16…冷却媒体流入部、17,19…導入ガイド壁。
Claims (3)
- 複数の扁平状の二次電池が互いに平行に配置された組電池において、
前記二次電池を冷却する冷却媒体が流れる冷却媒体流路の一部に前記二次電池を収容する複数の収容部が平行に設けられ、複数の前記収容部の入口側に設けられた冷却媒体流入部には、前記収容部における前記冷却媒体流路を流れる冷却媒体の流速が前記二次電池の幅方向の中央部で最大で、幅方向の端部側ほど小さくなるようにする形状の導入ガイド壁が設けられていることを特徴とする組電池の冷却構造。 - 前記導入ガイド壁は、半お椀形に形成されている請求項1に記載の組電池の冷却構造。
- 前記冷却媒体流路は、冷却媒体供給口を中心として両側へ延びるように形成されている請求項1又は請求項2に記載の組電池の冷却構造。
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CN112154552A (zh) * | 2019-03-25 | 2020-12-29 | 株式会社Lg化学 | 电池模块、包括电池模块的电池架以及蓄能*** |
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