JP2008091315A - 電池モジュールの冷却および加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池モジュールを均一に冷却させ、重量および原価の低減が図れ、製造期間短縮が可能で、製造作業も容易な電池モジュールの冷却および加熱装置を提供する。
【解決手段】複数の電池モジュール１０を収納して支持するホルダ１３と、前記ホルダの内部に冷却風あるいは温風を送風したり排出したりする送風ファンや排出ファンのうち少なくとも１つ以上のファン１４と、前記電池モジュールの周囲に装着された樹脂ケース１１、１２とを備え、前記樹脂ケースの開口面積は、吸入口送風ファンや排出ファンと隣接する場合には小さく、距離が離れている場合には大きく、吸入口送風ファンや排出ファンとの距離に応じて変わることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、ハイブリッド車両用電池モジュールの冷却および加熱装置に係り、特に電池モジュールに絶縁被膜を被せて、電池モジュールを均一に冷却あるいは加熱させられるようにした電池モジュールの冷却および加熱装置に関するものである。

従来のハイブリッド車両の電池モジュールは、通常ホルダの内部に装着して車両に搭載されるが、電池モジュールはその作動中に熱が発生して高温になる。電池モジュールの高温状態が持続すれば、モジュールの寿命が短くなるだけでなく電池の性能も低下するため、電池モジュールを冷却して温度を低くする必要があった。

従来、高温になった電池モジュールを冷却するために、冷却装置を用いて一定方向へホルダ内に冷却風を送風する方法が用いられている。上記のような従来の冷却装置は、ホルダに冷却風を送風する送風ファンや、あるいは、ホルダから風を排出する排出ファンのうち少なくとも１つのファンを備えている。

これによって、ホルダに設けられた吸気口から吸入された冷却風は電池モジュールの間を通り抜ける間に電池モジュールの熱によって徐々に温度が上がり、排気口付近に到達した頃には電池モジュールを十分に冷却できるほどの温度を維持できなくなる。冷却装置内のモジュールの数が多くなれば、低温の冷却風が流入する吸気口付近に設けられたモジュールはよく冷却されるが、暖かくなった冷却風が流入する排気口付近に設けられたモジュールはあまり冷却されないという欠点があった。

すなわち、図１に示すように、ホルダ１の内部に複数の電池モジュール２が前列（Ａ）と中間列（Ｂ）および後列（Ｃ）のように列をなして配列された状態で、ホルダの内部に吸気口を通って冷却風が矢印で示すように流入し、電池モジュールを冷却した後にホルダの外部に排気口を通って流出する時に、たとえ各列にある電池モジュールはその作動中に同一の熱量を発散しても、冷却風にる冷却の程度が各々異なり、電池モジュールに温度差が発生するようになる。

例えば、２０個の電池モジュールがホルダに収納された状態で、冷却風によって電池モジュールを冷却しない場合には、モジュールの温度が６０℃になる一方、２５℃の冷却風を送風して電池モジュールを冷却する場合には、前列（Ａ）の６個のモジュールの温度は４０℃、中間列（Ｂ）の８個のモジュールの温度は４５℃、後列（Ｃ）の６個のモジュールの温度は５５℃となる。即ち、前列（Ａ）と後列（Ｃ）との温度差は１５℃になり、前列（Ａ）のモジュールは過度に冷却される一方で、後列（Ｃ）のモジュールはあまり冷却されないだけでなく好ましい温度差である１０℃を超過するようになる問題点があった。

上記問題点を解決するために、図２に示すようにホルダ１の吸気口と各電池モジュール２との間に整流フィン３を設けて冷却風が直接モジュールに接しないようにし、吸気口付近に設けられたモジュールの過度な冷却を防止し、冷却風がモジュール間を通過する時に加熱する速度を遅延させて排気口の付近に設けられたモジュールも適切に冷却させるようにしていた。
整流フィンのサイズは、吸気口近くの前列（Ａ）に設けられる整流フィンは大きくする一方、中間列（Ｂ）と後列（Ｃ）に設けられる整流フィンは吸気口からの距離に反比例して小さくなるように形成していた。

しかし、上記のような整流フィンを用いる方法では、大きさが互いに異なる複数の整流フィンを製作して各モジュールに一個ずつ調整して設けるための設置時間と設置費用が必要となり、特に整流フィンをホルダ内の指定された場所に挿入するための労力を必要とする問題点があった。
一方、特開２０００−８２５０２号公報には、電池モジュールにフィルム筒を被せて、電池モジュールの均一な冷却を図る方法が開示されている。すなわち、電池モジュールにフィルムの筒を被せ、冷却風が直接モジュールに接しないようにして吸気口付近に設けられたモジュールの過度な冷却を防止し、モジュール間を冷却風が通過する時に冷却風が加熱する速度を遅延させて排気口付近に設けられたモジュールを適切に冷却できるようになっている。

前記フィルムの直径に関しては、ホルダ内のモジュールが均一に冷却されるように冷却風に直接露出する吸気口付近のモジュールには直径の大きいフィルムを巻き、吸気口からの距離に反比例して排気口に向かうほど順次直径が小さいフィルムを巻く構造になっている。
そしてモジュールの外径よりも少し大きい直径のスペーサを所々に組付け、これを樹脂フィルムによって覆い、電池との間に空間を設け、この空間の容量を変換させることによって冷却風による熱交換効率を調節するようになっている。

ところで、上記方法においては、スペーサの外径を変えて空間容積が異なるモジュールを作るため、モジュールが設けられる場所に応じてモジュールの外径を変えることになる。したがって、モジュールを保管して維持するホルダの開放孔の大きさもモジュールの外径に応じて変更する必要がある。
樹脂フィルムはバッテリ電池に密着しているため、フィルムの一部が内側に凹むという現象が発生し、このために本来意図する空間サイズ（空間容積）を確保できずに冷却性能が変化する可能性もあった。

また、モジュールをホルダに組立てる際に陥没を作らないように注意する必要があるため組立作業が困難になり、収縮前のフィルムが筒状ではなくて平面状のものをカール（ｃｕｒｌ）させるため、端面が電池の表面に生じ、剥れや破れて割れるなどの原因になるだけでなく組立作業も困難になるどの問題点があった。
特開２００６−００１４８９号公報 特開２００５−３２９８１８号公報

本発明は、前記事情を考慮してなされたものであって、電池モジュールを均一に冷却させ、重量および原価の節減を図り、製作期間を短縮し、製造作業も容易にした電池モジュールの冷却および加熱装置を提供することにその目的がある。

本発明は、複数の電池モジュールと、前記電池モジュールを収納し支持するホルダと、前記ホルダの内部に冷却風・或いは温風を 送風・或いは排出するファンのうち少なくとも１つ以上のファンと、前記電池モジュールの周囲に“冷却性の異なる被膜”を備えたことを特徴とする。
そして、前記“冷却性の異なる被膜”は、熱伝導被膜であり熱伝導被膜の性能は吸入口に近い側（上流側）は熱伝導が低く、遠い側（下流側）ほど高くなる、ことを特徴とする 。

また、前記“冷却性の異なる被膜”の被膜厚さは吸入口に近い側（上流側）が厚く、遠い側（下流側）ほど薄くし、被膜装着枚数は吸入側に近い側（上流側）が多く、遠い側（下流側）ほど少なくし、被膜には開口部が形成されると共に、前記開口部の開口面積は吸入側（上流側）に近い側が小さく、遠い側（下流側）ほど大きくし、前記被膜は円筒形状の樹脂ケースから形成されたことを特徴とする 。

本発明に係る電池モジュールの冷却および加熱装置によれば、ホルダに複数の列と行をなすように挿入して支持される電池モジュールを均一に冷却あるいは加熱することができ、整流フィンを用いないために製造原価と重量の低減、および、製造期間の短縮効果を得ることができる。
また、電池モジュールの外径を同一にすることができるため、ホルダ内において空間容積の低下による冷却性能の低下を防止することができる。また平面フィルムを用いることによる破れやはがれ破損を防止できて、組立能率が向上するなどの効果がある。

以下、本発明を添付された例示図によって詳細に説明する。

図３には本発明の実施例に係る電池モジュールの冷却および加熱装置の斜視図を示す。円筒形状をした複数の電池モジュール１０は、各々熱収縮性の絶縁被膜あるいは樹脂ケース１１，１２に差し込まれて組み立てられる。樹脂ケース１１，１２は、内部が空いた円筒状をなし、その外周面には複数の開口部１１ａ，１２ａを形成している。
本発明の実施例で各樹脂ケース１１，１２には３つの開口部１１ａ，１２ａを形成しているが、この数に限定せず、２つあるいは４つ以上形成することができ、また裏面にも同一の数で形成することができる。

開口部１１ａ，１２ａの各開口面積は、モジュールの組立場所によって変わる。例えば、冷却風が流入する上流側に電池モジュールが装着される場合には、開口面積の小さい開口部１２ａを有する樹脂ケース１２を用いて、冷却風が流出する下流側に電池モジュールを設置する場合には、開口面積が大きい開口部１１ａを有する樹脂ケース１１を用いる。
もちろん、各樹脂ケース１１，１２の直径と長さは同一にする。

図４には、上記のような樹脂ケースに電池モジュールを差し込んで装着した状態で電池モジュールホルダ１３に各電池モジュールを設置した断面を上段に示し、下段にホルダの斜視図を示す。ホルダの入口側から冷却ファン１４によって冷却風がホルダの内部に流入し、各電池モジュールを冷却した後にホルダの外部に流出する。

冷却ファンと隣接した位置に配置された上流（Ａ）の各電池モジュールの樹脂ケースは、例えば４０ｃｍ^２の開口面積を有するようにその開口部を形成し、中流（Ｂ）の各電池モジュールの樹脂ケースは例えば８０ｃｍ^２の開口面積を有するようにその開口部を形成し、下流（Ｃ）の各電池モジュールの樹脂ケースは、例えば１２０ｃｍ^２の開口面積を有するようにその開口部を形成し、最下流（Ｄ）の各電池モジュールの樹脂ケースは、例えば１６０ｃｍ^２の開口面積を有するようにその開口部を形成する。

例えば、中流（Ｂ）の各樹脂ケースには３つずつ表裏２列の総計６個の開口部を形成し、各開口部の開口面積が１３．３ｃｍ^２になるようにすれば各樹脂ケースの総開口面積が８０ｃｍ^２となる。
冷却風の距離に比例して各樹脂ケースの開口面積が変わるようにすれば、吸入口冷却ファンと隣接した上流（Ａ）の電池モジュールは、過度に冷却されたり過度に放熱されたりせず、吸入口冷却ファンと距離が離れている最下流（Ｄ）の電池モジュールは効率的に冷却されてよく放熱されることによって、ホルダ内全体の電池モジュールが均一に冷却される。

一方、ホルダ内全体の電池モジュールの均一な冷却を図るため２つ目の方法としては、吸入口冷却ファンとの距離によって熱伝導性能が異なる樹脂ケースを用いる方法がある。すなわち吸入口冷却ファンと隣接した電池モジュールの樹脂ケースは、熱伝導性能が低い絶縁被膜を用いる一方、吸入口冷却ファンと距離が離れている電池モジュールの樹脂ケースは、熱伝導性能が高い絶縁被膜を用いる。これによって、吸入口冷却ファンと隣接した電池モジュールの過度な冷却と放熱を防止する一方で、吸入口冷却ファンと距離が離れている電池モジュールは効果的に放熱される。

ホルダ内の全体電池モジュールの均一な冷却を図るための３つ目の方法としては、熱伝導性能が同一の絶縁被膜を用いる場合に絶縁被膜の厚さを吸入口冷却ファンとの距離によって変える方法がある。すなわち吸入口冷却ファンと隣接した電池モジュールの樹脂ケースは厚い一方、吸入口冷却ファンと距離が離れている電池モジュールの樹脂ケースは薄くする。これによって、吸入口冷却ファンと隣接した電池モジュールの過度な冷却と放熱を防止する一方で、吸入口冷却ファンと距離が離れている電池モジュールは効果的に放熱される。

ホルダ内の全体電池モジュールの均一な冷却を図るための４つ目の方法としては、熱伝導性能と厚さが同一の絶縁被膜を用いる場合に絶縁被膜の装着枚数を変える方法がある。すなわち吸入口冷却ファンと隣接した電池モジュールの樹脂ケースの装着枚数は多くする一方、吸入口冷却ファンと距離が離れている電池モジュールの樹脂ケースの装着枚数は少なくする。これによって、吸入口冷却ファンと隣接した電池モジュールの過度な冷却と放熱を防止する一方で、吸入口冷却ファンと距離が離れている電池モジュールは効果的に放熱される。

一方、樹脂ケースの開口面積を吸入口冷却ファンとの距離によって変えるようにした上記の場合は、熱伝導性能と厚さおよび装着枚数が同じ絶縁被膜を用いた場合の例である。
上記のように円筒形状の樹脂ケースを用いた場合、すべての電池モジュールの直径を同一にできて電池モジュールの組立性が向上し、樹脂ケースを電池モジュールの全部位に隙間がないように装着できて空間容積の変化による冷却性能の不均一性がなく、安定した熱交換効率を得ることができ、組立においても平面フィルムを用いて製造することによって破損の心配がないために組立作業性が向上する。
以上、冷却ファンを用いて電池モジュールを冷却させる場合について説明したが、例えば、寒冷地で冷却ファンの代りに温風ファンを用いて温風を送風して電池モジュールを加熱させる場合にも同じように本発明を適用することができる。

従来技術による整流フィンが備えられていない電池モジュールの冷却および加熱装置の断面図である。 従来技術による整流フィンが備えられている電池モジュールの冷却および加熱装置の斜視図と断面図である。 本発明に係る樹脂ケースの斜視図である。 本発明に係る樹脂ケースに電池モジュールが収納された状態の電池モジュールの冷却および加熱装置の断面図と斜視図である。

符号の説明

１０ 電池モジュール
１１ 樹脂ケース
１２ 樹脂ケース
１３ ホルダ
１４ 冷却ファン

Claims (6)

1. 複数の電池モジュールと、前記電池モジュールを収納し支持するホルダと、前記ホルダの内部に冷却風、或いは温風を送風或いは排出するファンのうち少なくとも１つ以上のファンと、
   前記電池モジュールの周囲に“冷却性の異なる被膜”と、
   を備えたことを特徴とする電池モジュールの冷却および加熱装置。
2. 前記“冷却性の異なる被膜”は、熱伝導被膜であり熱伝導被膜の性能は吸入口に近い側（上流側）は熱伝導が低く、遠い側（下流側）ほど高くなることを特徴とする請求項１記載の電池モジュールの冷却および加熱装置。
3. 前記“冷却性の異なる被膜”の被膜厚さは吸入口に近い側（上流側）が厚く、遠い側（下流側）ほど薄くすることを特徴とする請求項１、２項記載の電池モジュールの冷却および加熱装置。
4. 前記“冷却性の異なる被膜”の被膜装着枚数は吸入側に近い側（上流側）が多く、遠い側（下流側）ほど少なくすることを特徴とする請求項１、２項記載の電池モジュールの冷却および加熱装置。
5. 前記“冷却性の異なる被膜”の被膜には開口部が形成されると共に、前記開口部の開口面積は吸入側（上流側）に近い側が小さく、遠い側（下流側）ほど大きくすることを特徴とする請求項１、２項記載の電池モジュールの冷却および加熱装置。
6. 前記“冷却性の異なる被膜”の被膜は円筒形状の樹脂ケースから形成されたことを特徴とする請求項１乃至５項記載電池モジュールの冷却および加熱装置。

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