JP2009528652A - Medium and large battery packs with excellent cooling efficiency - Google Patents
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Abstract
本明細書には、複数のユニットモジュールを含んでいるバッテリーモジュールを備えている中型又は大型のバッテリーパックであって、複数の前記ユニットモジュールが水平方向に積み重ねられる一方、各ユニットモジュールが一の側上に垂直方向に直立され、前記バッテリーモジュールがハウジング部材の密封された空間内に取り付けられる中型又は大型のバッテリーパックにおいて、ハウジング部材には、その一の側の上端又は下端に、冷媒流入口が設けられ、その反対側の上端又は下端に、冷媒排出口が設けられ、前記バッテリーモジュールは、前記バッテリーモジュールの上端面及び下端面が、所定の角度によって冷媒流入口に向けて傾斜されるように、前記ハウジング部材内に取り付けられ、それによって、バッテリーモジュールに平行である冷媒流入口を通じて導入される冷媒は、前記ユニットモジュールを垂直方向に通過し、次いで反対側に排出され、バッテリーモジュールの傾斜された上端面又は下端面で、ユニットモジュール間に形成された間隙(垂直方向の流路)は、冷媒が導入される方向に平行に配置され、それによって、バッテリーパックの冷却効率及び冷却の均一性が改善される一方、バッテリーパックは、コンパクトな構造を有する中型又は大型のバッテリーパックが開示される。 The present specification includes a medium- or large-sized battery pack including a battery module including a plurality of unit modules, wherein the plurality of unit modules are stacked horizontally, and each unit module is on one side. In a middle- or large-sized battery pack that is vertically upright and in which the battery module is mounted in a sealed space of the housing member, the housing member has a refrigerant inlet at an upper end or a lower end on one side thereof. A refrigerant discharge port is provided at the upper or lower end on the opposite side, and the battery module is configured such that the upper end surface and the lower end surface of the battery module are inclined toward the refrigerant inlet by a predetermined angle. , Mounted in said housing member and thereby a battery module The refrigerant introduced through the parallel refrigerant inlets passes vertically through the unit modules and is then discharged to the opposite side, formed between the unit modules at the inclined upper or lower end surface of the battery module. The gap (vertical flow path) is arranged parallel to the direction in which the refrigerant is introduced, thereby improving the cooling efficiency and cooling uniformity of the battery pack, while the battery pack has a compact structure. A medium or large battery pack is disclosed.
Description
本発明は、高い冷却効率の中型又は大型のバッテリーパックに関し、特に、水平方向に積み重ねられた複数のユニットモジュールを含んでいるバッテリーモジュールを備えている中型又は大型のバッテリーパックであって、各ユニットモジュールは、一の側に垂直方向に直立され、バッテリーモジュールは、ハウジング部材の密封された空間内に取り付けられ、ハウジング部材には、ハウジング部材の一の側の上端又は下端で、冷媒流入口が設けられ、ハウジングの反対側の上端又は下端で、冷媒排出口が設けられ、バッテリーモジュールは、バッテリーモジュールの上端面又は下端面が、所定の角度によって冷媒流入口に向けて傾斜されるように、ハウジング部材内に取り付けられ、それによって、バッテリーモジュールに平行である冷媒流入口を通じて導入される冷媒は、ユニットモジュールを垂直方向に貫通し、次いで、反対側に排出され、バッテリーモジュールの傾斜された上端面又は下端面で、ユニットモジュールの間に形成された間隙(垂直方向の流路)は、冷媒が導入される方向に平行に配置され、それによって、バッテリーモジュールの冷却効率及び冷却の均一性が改善される一方、バッテリーパックは、コンパクトな構造を有するバッテリーパックに関する。 The present invention relates to a medium-sized or large-sized battery pack having high cooling efficiency, and more particularly, to a medium-sized or large-sized battery pack having a battery module including a plurality of unit modules stacked in a horizontal direction. The module is vertically upright on one side, the battery module is mounted in a sealed space of the housing member, and the housing member has a refrigerant inlet at the upper or lower end on one side of the housing member. The refrigerant discharge port is provided at the upper end or lower end on the opposite side of the housing, and the battery module is configured such that the upper end surface or lower end surface of the battery module is inclined toward the refrigerant inlet by a predetermined angle. A refrigerant mounted in the housing member and thereby parallel to the battery module The refrigerant introduced through the inlet vertically penetrates the unit module and is then discharged to the opposite side, and the gap formed between the unit modules (vertical direction) on the inclined upper or lower end surface of the battery module. Are arranged in parallel to the direction in which the refrigerant is introduced, thereby improving the cooling efficiency and cooling uniformity of the battery module, while the battery pack relates to a battery pack having a compact structure.
ガソリン及びディーゼル油などの化石燃料を使用する車両から引き起こされた最も大きい問題の1つは、大気汚染の発生である。車両のための動力源として、充電することができ、且つ放電することができる二次電池を使用するための技術は、上記の問題を解決する1つの方法として非常に注目を集めている。その結果として、バッテリーのみを使用して動作される電気自動車(EV)、及びバッテリー及び従来のエンジンを共同で使用するハイブリッド電気自動車(HEV)は、開発されている。電気自動車及びハイブリッド電気自動車のいくつかは、現在、商業的に使用されている。ニッケル−水素(Ni-MH)二次電池は、電気自動車(EV)及びハイブリッド電気自動車(HEV)のための主な電力源として使用されている。しかしながら、近年において、リチウム−イオン二次電池は、試みられている。 One of the biggest problems caused by vehicles using fossil fuels such as gasoline and diesel oil is the occurrence of air pollution. A technique for using a secondary battery that can be charged and discharged as a power source for a vehicle has attracted a great deal of attention as one method for solving the above problems. As a result, electric vehicles (EV) that are operated using only batteries and hybrid electric vehicles (HEV) that use batteries and conventional engines jointly have been developed. Some of the electric vehicles and hybrid electric vehicles are currently in commercial use. Nickel-hydrogen (Ni-MH) secondary batteries are used as the main power source for electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV). However, in recent years, lithium-ion secondary batteries have been tried.
高出力及び大容量は、電気自動車(EV)及びハイブリッド電気自動車(HEV)のための電力源として使用されるように、そのような二次電池のために使用される。この目的のために、複数の小型の二次電池(ユニットセル)は、バッテリーモジュールを構成するように、互いに直列又は並列に接続され、複数のバテッリーモジュールは、バッテリーパックを構成するように、互いに並列又は直列に接続される。 High power and high capacity are used for such secondary batteries, as used as a power source for electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV). For this purpose, a plurality of small secondary batteries (unit cells) are connected in series or in parallel so as to constitute a battery module, and a plurality of battery modules constitute a battery pack. Are connected to each other in parallel or in series.
しかしながら、そのような高出力及び大容量の二次電池において、大量の熱は、ユニットセルの充電及び放電中に、ユニットセルから発生される。ユニットセルの充電及び放電中にユニットセルから発生された熱が効率的に取り除かれない場合、熱は、ユニットセル内に蓄積され、その結果になって、ユニットセルが劣化される。その結果として、高出力及び大容量の二次電池である車両用のバッテリーパックを冷却するための冷却システムを提供することが、必要である。 However, in such high power and high capacity secondary batteries, a large amount of heat is generated from the unit cells during charging and discharging of the unit cells. If the heat generated from the unit cell during charging and discharging of the unit cell is not efficiently removed, the heat is stored in the unit cell, resulting in deterioration of the unit cell. As a result, there is a need to provide a cooling system for cooling a vehicle battery pack that is a high power and large capacity secondary battery.
冷却システムを設置する場合に、十分に考慮されるべきポイントの1つは、冷却システムのためのバッテリーパックの容積の増加を最小限にすることである。一般的に、冷媒流入口は、冷媒がバッテリーモジュールの外側表面に沿って流れ、同様に冷却システムの冷却効率を改善するためにバッテリーモジュールの内部を通じて流れるように、形成される。しかしながら、冷媒流路の構造は、非常に複雑であり、バッテリーパックの容積を増加する要因である。この理由のために、傾斜された流路は、冷媒の流れが、図1に示されるように傾斜された方法で案内されることができるように、バッテリーモジュールの一部で形成される。 One of the points that should be fully considered when installing a cooling system is to minimize the increase in the volume of the battery pack for the cooling system. In general, the refrigerant inlet is formed such that the refrigerant flows along the outer surface of the battery module, as well as through the interior of the battery module to improve the cooling efficiency of the cooling system. However, the structure of the refrigerant flow path is very complicated and is a factor that increases the volume of the battery pack. For this reason, the inclined channel is formed in a part of the battery module so that the refrigerant flow can be guided in an inclined manner as shown in FIG.
図1を参照して、バッテリーパックの冷却システム1は、複数のバッテリーを備えているバッテリーモジュール2と、傾斜された方法でバッテリーモジュールの下端に取り付けられた冷媒流入口3と、傾斜された方法でバッテリーモジュール2の上端に取り付けられた冷媒排出口4と、を含む。バッテリーモジュール2は、互いに電気的に接続された複数のユニットモジュール5を備え、ユニットモジュール5は、水平方向に積み重ねられる一方、ユニットモジュールのそれぞれは一の側に垂直方向に直立される。各ユニットモジュール5は、互いに電気的に接続された複数の二次電池6を備える。各バッテリーモジュール5のそれぞれの二次電池6の間には、小さな間隙が形成され、その間隙を通じて、冷媒が流れる。結果として、冷媒流入口3を通じて導入された冷媒は、それぞれの二次電池6から発生した熱を取り除くために流路に沿って流れ、次いで、バッテリーモジュール2の上端に取り付けられた冷媒排出口4を通じて排出される。
Referring to FIG. 1, a battery
しかしながら、図1に示されるように構成されたバッテリーパック冷却システム1は、以下の問題を有する。
However, the battery
第1に、冷媒流入口3及び冷媒排出口4が、ダクトの形態で、バッテリーモジュール2の下端及び上端にそれぞれ取り付けられるので、バッテリーパックの高さは、ダクトの大きさによって増加する。特に、ダクトの幅が冷媒流入口3から徐々に減少される下部ダクトは、長方形状のバッテリーモジュール2の下部に取り付けられ、その幅が冷媒排出口4に向けて徐々に増加する上部ダクトは、バッテリーモジュール2の長方形状の上部に取り付けられる。この理由のために、上部ダクト及び下部ダクトを取り付けるための追加の空間は必要である。水平方向に積み重ねられる一方、それぞれのユニットモジュール5が一の側に垂直方向に直立されるユニットモジュール5を備えているバッテリーモジュール2が車両の制限された内部空間内に導入される場合に、バッテリーパック冷却システムの増加された高さは重大な障害要因として作用する。
First, since the refrigerant inlet 3 and the refrigerant outlet 4 are respectively attached to the lower end and the upper end of the battery module 2 in the form of a duct, the height of the battery pack increases with the size of the duct. In particular, the lower duct in which the width of the duct is gradually reduced from the
結果として、様々な技術は、冷却システムを構成するために発達し、流路が図1に示されるように形成される一方、バッテリーモジュール及びその周りに取り付けるために使用される空間を最大限利用する。 As a result, various technologies have been developed to configure the cooling system, and flow paths are formed as shown in FIG. 1, while making the best use of the battery module and the space used for mounting around it. To do.
これに関連して、特許文献1及び特許文献2は、中型又は大型のバッテリーパックの冷却システムを開示し、バッテリーモジュールがパックケース内に取り付けられる一方、バッテリーモジュール自体が所定の角度で傾斜され、それによって、冷媒流路が、冷媒を導入するためのダクト及び冷媒を排出するためのダクトの設備なしで、バッテリーパック内に形成される。同様に、特許文献1は、小型のバッテリーモジュールのハウジング内に複数のユニットセルを取り付ける一方、流路を形成するために、所定の角度によってユニットセルを傾斜するための技術を開示する。開示された冷却システムにおいて、所望される冷媒流路は、バッテリーモジュールが取り付けられるパックケース又はバッテリーモジュールのハウジングの内部空間を最大限利用して、形成される。結果として、開示された冷却システムは、図1に示されるようなダクト構造より小さいサイズを有するバッテリーパックを製造する可能性を示唆する。
In this regard,
しかしながら、開示された冷却システムは、図1の構造と同様に操作効率の側面において以下の問題を有する。 However, the disclosed cooling system has the following problems in terms of operation efficiency as in the structure of FIG.
特に、冷媒流入口を通じて導入された冷媒は、ユニットモジュール又は二次電池の外面に対して垂直方向に衝突し、次いで、それぞれのユニットモジュール間に形成された流路内に、又は各ユニットモジュールを構成する二次電池(ユニットセル)間に形成された流路内に導入される。冷媒がユニットモジュールの外面に対して垂直方向に衝突し、次いで、冷媒流路に導入され、渦巻きの形成を通じて冷却効率を改善することが可能になる。しかしながら、高い集積化と共に積み重ねられた複数のユニットモジュール(又は二次電池)を含むバッテリーモジュールにおいて、流体である冷媒は、高い流れ抵抗に会う。結果として、ユニットモジュール(又は二次電池)が、冷媒流路が狭くなる結果と共に、バッテリーパックの合計のサイズを低減するためにさらに減少された間隔で配置される場合に、冷媒駆動源(例えば、ブロアファン)が、冷媒の流速を増加するために必要な高い駆動力を発生することが必要である。 In particular, the refrigerant introduced through the refrigerant inflow port collides with the outer surface of the unit module or the secondary battery in the vertical direction, and then enters each unit module in the flow path formed between the unit modules. It introduce | transduces in the flow path formed between the secondary batteries (unit cell) to comprise. The refrigerant collides with the outer surface of the unit module in the vertical direction and is then introduced into the refrigerant flow path, so that the cooling efficiency can be improved through the formation of a spiral. However, in a battery module including a plurality of unit modules (or secondary batteries) stacked with high integration, the fluid refrigerant meets a high flow resistance. As a result, when the unit modules (or secondary batteries) are arranged at further reduced intervals to reduce the total size of the battery pack, with the result that the refrigerant flow path becomes narrower, the refrigerant drive source (e.g. The blower fan) needs to generate a high driving force necessary to increase the flow rate of the refrigerant.
同様に、冷媒流入口は、ユニットモジュール(又は二次電池)の長手方向に形成される。それ故に、複数のユニットモジュールが、ユニットモジュールの幅が各ユニットモジュールの長さより大きい結果と共に、高出力及び大容量を提供するために積み重ねられる構造で構成された中型のバッテリーパック及び大型のバッテリーパックのためのバッテリーモジュールにおいて、バッテリーパックの冷却の不均一性は非常に高い。特に、冷媒流入口に最も近接するユニットモジュール(又は、二次電池)に導入される冷媒の絶対量は、冷媒流入口から最も遠いユニットモジュール(又は、二次電池)に導入された冷媒の量よりも少ない。結果として、バッテリーパックの冷却の不均一性は高く、高い流れ抵抗を有する上記の構造においてさらに重大である。 Similarly, the refrigerant inlet is formed in the longitudinal direction of the unit module (or secondary battery). Therefore, a medium-sized battery pack and a large-sized battery pack constituted by a structure in which a plurality of unit modules are stacked to provide high output and large capacity with the result that the width of each unit module is larger than the length of each unit module In the battery module, the non-uniformity of the cooling of the battery pack is very high. In particular, the absolute amount of refrigerant introduced into the unit module (or secondary battery) closest to the refrigerant inlet is the amount of refrigerant introduced into the unit module (or secondary battery) farthest from the refrigerant inlet. Less than. As a result, battery pack cooling non-uniformity is high and is even more critical in the above structure with high flow resistance.
その結果として、上記の問題を基本的に解決する技術のための高い必要性がある。
それ故に、本出願は、上記の問題及び、さらに解決されるべき他の技術的問題を解決させる。 Therefore, the present application solves the above problems and other technical problems to be solved.
特に、本発明の目的は、バッテリーモジュールが、バッテリーモジュールが所定の角度によって傾斜されるようにハウジング部材内に取り付けられ、それによって、自然に傾斜された流路が、ハウジング部材とバッテリーモジュールの上端面との間に形成された間隙、及び、ハウジング部材とバッテリーモジュールの下端面との間に形成された間隙で形成される構造で構成され、それ故に、ダクトなどの冷却構造のためにその高さを増加することなく、バッテリーパックがコンパクトな構造を有する、バッテリーパックを提供することである。 In particular, the object of the present invention is that the battery module is mounted in the housing member such that the battery module is inclined at a predetermined angle, so that the naturally inclined flow path is above the housing member and battery module. And a structure formed by a gap formed between the end surface and a gap formed between the housing member and the lower end surface of the battery module. It is to provide a battery pack having a compact structure without increasing the size.
本発明の別の目的は、ユニットモジュール間に形成された間隙は冷媒が導入された方向に平行に配置され、それによって、バッテリーモジュールに対する冷媒の供給は、効率的に達成され、バッテリーモジュールのそれぞれの区画に供給された冷媒の量は、均一であり、それによって、冷却効率及び冷却の均一性が改善される構造で構成されたバッテリーパックを提供することである。 Another object of the present invention is that the gap formed between the unit modules is arranged parallel to the direction in which the refrigerant is introduced, whereby the supply of the refrigerant to the battery modules is efficiently achieved, and each of the battery modules The amount of refrigerant supplied to the compartment is uniform, thereby providing a battery pack configured with a structure that improves cooling efficiency and cooling uniformity.
本発明のさらなる目的は、バッテリーパックを構成する下端のフレームの形状が、車両の内部構造に一致し、それによって、バッテリーパックは車両により安定して取り付ける構造で構成されたバッテリーパックを提供する。 It is a further object of the present invention to provide a battery pack having a structure in which the shape of the frame at the lower end constituting the battery pack matches the internal structure of the vehicle, whereby the battery pack is stably attached to the vehicle.
本発明を参照して、上記の目的及び他の目的は、水平方向に積み重ねられ、且つ各ユニットモジュールが一の側部で垂直方向に直立された複数のユニットモジュールを含んでいる中型又は大型のバッテリーパックであって、バッテリーモジュールがハウジング部材の密封された空間内に取り付けられる中型又は大型のバッテリーパックにおいて、ハウジング部材には、ハウジング部材の一の側部の上端又は下端に、冷媒流入口が設けられ、ハウジング部材の一の側部の下端又は上端に、冷媒排出口が設けられ、バッテリーモジュールは、バッテリーモジュールの上端面又は下端面が所定の角度によって冷媒流入口に向けて傾斜されるように、ハウジング部材内に取り付けられ、それによって、バッテリーモジュールに平行である冷媒流入口を通じて導入された冷媒がユニットモジュールを通じて垂直に流れ、次いで反対側に排出され、バッテリーモジュールの傾斜された上端面又は下端面でユニットモジュール間に形成された間隙が、冷媒が導入された方向に平行に配置されることを特徴とする、中型又は大型のバッテリーパックの規定によって達成される。 Referring to the present invention, the above and other objects are directed to a medium or large size that includes a plurality of unit modules that are stacked horizontally and each unit module is vertically upright on one side. In a battery pack, in which a battery module is mounted in a sealed space of a housing member, the housing member has a refrigerant inlet at an upper end or a lower end of one side of the housing member. The refrigerant discharge port is provided at the lower end or the upper end of one side of the housing member, and the battery module is configured such that the upper end surface or the lower end surface of the battery module is inclined toward the refrigerant inlet by a predetermined angle. In the housing member, thereby providing a refrigerant inlet parallel to the battery module. The refrigerant introduced next flows vertically through the unit module and then is discharged to the opposite side, and the gap formed between the unit modules on the inclined upper end surface or lower end surface of the battery module is in the direction in which the refrigerant is introduced. This is achieved by the definition of a medium or large battery pack, characterized in that it is arranged in parallel.
上記のように、本発明によるバッテリーパックは、互いに電気的に接続された複数のユニットモジュールを含んでいるバッテリーモジュール、又は、2つ又はそれ以上のバッテリーモジュールが、ハウジング部材内に取り付けられる構造で構成される。 As described above, the battery pack according to the present invention has a structure in which a battery module including a plurality of unit modules electrically connected to each other or two or more battery modules are mounted in a housing member. Composed.
各ユニットモジュールは、充電され、且つ放電されることができるバッテリーセル、又は2つ又はそれ以上のバッテリーセルの組み合わせである。 Each unit module is a battery cell that can be charged and discharged, or a combination of two or more battery cells.
本明細書において、“電気的な接続”及び“組み合わせ”は、所望される出力及び容量、好ましくは、高出力及び大容量を有しているバッテリーパックを提供するために、互いに直列及び/又は互いに並列のユニットモジュール又はバッテリーセルの接続を意味する。例えば、各バッテリーセルは、陽極、陰極、セパレータ、及び電解液(electrolyte)を含み、各バッテリーセルは、各バッテリーセルが充電され、且つ放電されることができるように、密封された容器内に取り付けられる。好ましくは、各バッテリーセルは、リチウム−イオンバッテリーセル、リチウム−イオンポリマーバッテリーセル、又はニッケル−水素バッテリーセルとされる場合がある。 As used herein, “electrical connection” and “combination” refer to each other in series and / or in order to provide a battery pack having a desired output and capacity, preferably high output and large capacity. It means the connection of unit modules or battery cells in parallel with each other. For example, each battery cell includes an anode, a cathode, a separator, and an electrolyte, and each battery cell is in a sealed container so that each battery cell can be charged and discharged. It is attached. Preferably, each battery cell may be a lithium-ion battery cell, a lithium-ion polymer battery cell, or a nickel-hydrogen battery cell.
本発明によるバッテリーパックにおいて、冷媒流入口は、上記のように、傾斜されたユニットモジュール間の間隙(垂直方向の流路)に平行であるハウジング部材の一の側の上端又は下端に形成される。結果として、冷媒流入口は、直立された複数のユニットモジュールを含んでいる中型又は大型のバッテリーモジュールの長辺に形成される。 In the battery pack according to the present invention, the refrigerant inlet is formed at the upper or lower end on one side of the housing member parallel to the gap (vertical flow path) between the inclined unit modules, as described above. . As a result, the refrigerant inlet is formed on the long side of a medium-sized or large-sized battery module including a plurality of upright unit modules.
一般的に、複数のユニットモジュールを含んでいるバッテリーモジュールの長辺の長さは、使用されるユニットモジュールの数によって制限される。例えば、矩形状のユニットモジュールが使用されるとの仮定のもとに、各ユニットモジュールの長さはaであり、各ユニットモジュールの幅はbであり、各ユニットモジュールの厚さはcであり、及び使用されるユニットモジュールの数はxである場合、ユニットモジュールをx個だけ積み重ねることによって構成されるバッテリーモジュールは、ユニットモジュールは互いに固く接触する状態で、そのa、及びc×xである側部の長さ、bの高さを有する六面体の形態で形成される。 In general, the length of the long side of a battery module including a plurality of unit modules is limited by the number of unit modules used. For example, on the assumption that rectangular unit modules are used, the length of each unit module is a, the width of each unit module is b, and the thickness of each unit module is c , And if the number of unit modules used is x, a battery module configured by stacking x unit modules is a and c × x with the unit modules in firm contact with each other. It is formed in the form of a hexahedron having a side length, b height.
この関係は、本発明の好ましい実施形態によるバッテリーモジュールを図示する図2を参照して、より詳細に記載されるであろう。図2を参照して、バッテリーモジュール20は、x個のユニットモジュール10を含む。各ユニットモジュールの長さがaであり、各ユニットモジュールの幅がbであり、各ユニットモジュールの厚さがcであるとの仮定のもとに、バッテリーモジュールの側部の長さが、高出力及び大容量のために以下の不等式a<c×xを満たすように、ユニットモジュールを積み重ねることが必要である。この場合において、バッテリーモジュールの長辺の長さは、c×xである。
This relationship will be described in more detail with reference to FIG. 2, which illustrates a battery module according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the
本発明によれば、冷媒流入口は、ユニットモジュール間の間隙(垂直方向の流路)に平行なハウジング部材の一の側に配置され、それ故に、冷媒流入口がバッテリーモジュールの長辺(c×x)に対応して所定の位置に形成される。 According to the present invention, the refrigerant inlet is arranged on one side of the housing member parallel to the gap between the unit modules (vertical flow path), and therefore the refrigerant inlet is on the long side (c Xx) is formed at a predetermined position.
この構造は、様々な効果を提供する。第1に、冷媒がユニットモジュールの間の垂直方向の流路内に導入される場合に引き起こされる流れ抵抗は減少し、それ故に、バッテリーモジュールの冷却効率は増加する。第2に、冷媒流入口と冷媒流入口から最も遠い各垂直方向の流路の区画との間の長さは減少し、それ故に、バッテリーモジュールの冷却均一性は増加する。第3に、冷媒流入口は、バッテリーモジュールの長辺の長さに対応する一連の貫通孔の形状で形成され、それ故に、冷媒の流れは小さい駆動力によって可能である。 This structure provides various effects. First, the flow resistance caused when refrigerant is introduced into the vertical flow path between the unit modules is reduced, thus increasing the cooling efficiency of the battery module. Second, the length between the refrigerant inlet and each vertical channel section furthest from the refrigerant inlet is reduced, thus increasing the cooling uniformity of the battery module. Thirdly, the refrigerant inlet is formed in the shape of a series of through holes corresponding to the length of the long side of the battery module, and therefore the refrigerant can be flowed with a small driving force.
第1の効果に関連して、ハウジング部材の一の側に形成された冷媒流入口を通じて水平方向に導入された冷媒は、冷媒が導入される方向に平行に形成された垂直方向の流路(各ユニットモジュール間の間隙)内に自然に導入される。その結果として、流れ抵抗は、非常に減少する。マクロ的な視点から、冷媒は、各ユニットモジュールを通じて垂直方向に流れる。マクロ的な視点から、他方では、流れの傾きは、冷媒は、冷媒流入口から徐々に下げられる。その結果として、冷媒の流れ抵抗は減少し、冷却効率は小さい駆動力を使用してさらに最大にされる。 In relation to the first effect, the refrigerant introduced in the horizontal direction through the refrigerant inlet formed on one side of the housing member has a vertical flow path (parallel to the direction in which the refrigerant is introduced). It is naturally introduced into the gap between each unit module. As a result, flow resistance is greatly reduced. From a macro viewpoint, the refrigerant flows in the vertical direction through each unit module. From a macro perspective, on the other hand, the flow gradient is gradually lowered from the refrigerant inlet. As a result, the flow resistance of the refrigerant is reduced and the cooling efficiency is further maximized using a small driving force.
第2の効果に関連して、冷媒流入口と冷媒流入口から最も遠い各垂直方向の流路の区画との間の距離は、各ユニットモジュールの長さaによって制限される。結果として、冷媒流入口と従来のバッテリーモジュールの各垂直方向の流路の区画との間の距離が、バッテリーモジュールの長辺の長さに応じて、増加するという事実を考慮する場合、冷媒流入口と冷媒流入口から最も遠い各垂直方向の流路の区画との間の距離は、非常に小さくなる。その結果として、冷媒流入口から最も遠い各垂直方向の流路の区画で冷却の不均一性を非常に減少することは、可能になる。 In relation to the second effect, the distance between the refrigerant inlet and each vertical channel section furthest from the refrigerant inlet is limited by the length a of each unit module. As a result, when considering the fact that the distance between the refrigerant inlet and each vertical channel section of the conventional battery module increases with the length of the long side of the battery module, the refrigerant flow The distance between the inlet and each vertical channel section furthest from the refrigerant inlet is very small. As a result, it becomes possible to greatly reduce the cooling non-uniformity in each vertical channel section furthest from the refrigerant inlet.
第3の効果に関連して、冷媒流入口を構成する貫通孔は、単位時間当たりに導入された冷媒の量を増加し、それ故に、冷媒の流れは、小さい駆動力によって可能になる。同時に、バッテリーモジュールの広い領域に亘って、冷媒を均一に分配することは可能になる。この目的のために、冷媒流入口がバッテリーモジュールの上端面を面するハウジング部材の上端に直接的に形成される構造を提供することは、考慮される場合がある。しかしながら、この場合において、バッテリーパックの合計の容積は、冷媒排出口に対応するハウジング部材の外側に、空間を固定するように、必然的に増加させる。その結果として、上記の構造は好ましくない。 In connection with the third effect, the through holes constituting the refrigerant inlet increase the amount of refrigerant introduced per unit time, and therefore the refrigerant flow is enabled by a small driving force. At the same time, it is possible to evenly distribute the refrigerant over a wide area of the battery module. For this purpose, it may be considered to provide a structure in which the coolant inlet is formed directly at the upper end of the housing member facing the upper end surface of the battery module. However, in this case, the total volume of the battery pack is inevitably increased so as to fix the space outside the housing member corresponding to the refrigerant outlet. As a result, the above structure is not preferred.
好ましくは、冷媒排出口は、冷媒がユニットモジュールを通過した後で、冷媒流入口を通じて導入された冷媒が排出されることができるように、冷媒流入口の側に対して反対側に形成される。例えば、冷媒流入口は、一連の貫通孔の形態で、ハウジング部材の上端縁部に隣接する一の側に形成されることができ、且つ、冷媒排出口は、ハウジング部材の下端の少なくとも1つ側に形成されることができる。より具体的には、冷媒流入口がハウジング部材の左側の上端に形成される場合、冷媒排出口は、冷媒排出口が互いに平行になるように、その右側の下端又は反対側の下端に形成されることができる。ここで、冷媒流入口及び冷媒排出口が形成されるハウジング部材の側部は、バッテリーモジュールが傾斜される方向に応じて、変化されることができる。例えば、冷媒流入口及び冷媒排出口の両方は、ハウジングの左側に形成される場合に、バッテリーモジュールは、バッテリーモジュールの上端がハウジング部材の左側に向けて傾斜されるように、取り付けられる。 Preferably, the refrigerant outlet is formed on a side opposite to the refrigerant inlet side so that the refrigerant introduced through the refrigerant inlet can be discharged after the refrigerant has passed through the unit module. . For example, the refrigerant inlet may be formed on one side adjacent to the upper edge of the housing member in the form of a series of through holes, and the refrigerant outlet may be at least one of the lower ends of the housing member. Can be formed on the side. More specifically, when the refrigerant inlet is formed at the upper left end of the housing member, the refrigerant outlet is formed at the lower right end or the opposite lower end so that the refrigerant outlets are parallel to each other. Can. Here, the side part of the housing member in which the refrigerant inlet and the refrigerant outlet are formed can be changed according to the direction in which the battery module is inclined. For example, when both the refrigerant inlet and the refrigerant outlet are formed on the left side of the housing, the battery module is mounted such that the upper end of the battery module is inclined toward the left side of the housing member.
好ましくは、冷却ファン(ブロアファン)は、冷媒の流れのために必要な駆動力を発生するために冷媒排出口に取り付けられる。 Preferably, the cooling fan (blower fan) is attached to the refrigerant discharge port in order to generate a driving force necessary for the flow of the refrigerant.
好ましくは、バッテリーモジュールは、1°から40°の角度で傾斜される。バッテリーモジュールの傾斜角度があんまりにも小さい場合、冷媒流入口の大きさは減少し、それ故に、単位時間当たりに導入される冷媒の量を増加することは難しい。他方では、バッテリーモジュールの傾斜角度があまりにも大きい場合、好ましくはない外部衝撃がバッテリーモジュールに適用される場合に、バッテリーモジュールの傾斜される配置は不安定になる。より好ましくは、バッテリーモジュールは、1.5°から15°の角度で傾斜される。 Preferably, the battery module is inclined at an angle of 1 ° to 40 °. When the inclination angle of the battery module is too small, the size of the refrigerant inlet is reduced, and therefore it is difficult to increase the amount of refrigerant introduced per unit time. On the other hand, if the tilt angle of the battery module is too large, the tilted arrangement of the battery module becomes unstable when undesirable external impact is applied to the battery module. More preferably, the battery module is inclined at an angle of 1.5 ° to 15 °.
好ましい実施形態において、バッテリーモジュールは、バッテリーモジュールの下端の反対側を支持するために、上向きに突出する一方、互いから離隔される一対の支持部を有するフレーム上に取り付けられ、且つ、ハウジング部材が、ハウジング部材がバッテリーモジュールを密封するためにバッテリーモジュールの下端面を除いて、バッテリーモジュールのいくつかの面又は全ての面を取り囲むように、フレームに結合される。 In a preferred embodiment, the battery module is mounted on a frame having a pair of supports that protrude upward while being spaced apart from each other to support the opposite side of the lower end of the battery module, and the housing member is The housing member is coupled to the frame so as to surround some or all of the surfaces of the battery module except for the lower end surface of the battery module to seal the battery module.
好ましくは、支持部は、バッテリーモジュールの反対側がそれぞれ、支持部によって支持されるように、冷媒が冷媒流入口を通じて導入される方向に垂直に突出する。特に、支持部は、支持部が積み重ねられたユニットモジュールの下端の反対側を支持するように、ユニットモジュールが水平方向に積み重ねられる一方、各ユニットモジュールが一の側で垂直方向に直立される方向に沿って上向きに連続的に突出する。 Preferably, the support part protrudes perpendicularly to the direction in which the refrigerant is introduced through the refrigerant inflow port so that the opposite side of the battery module is supported by the support part. In particular, the support part is a direction in which the unit modules are stacked horizontally so as to support the opposite side of the lower end of the unit modules on which the support parts are stacked, while each unit module is vertically upright on one side. It protrudes continuously upward along.
フレームは、フレームが車両の内部構造に結合されることができる形状に形成される。例えば、車両の内部構造が、車両に適用される外部衝撃を緩和するために、リッジ及びバレーを形成する場合に、フレームの支持部は、車両の内部構造のリッジに固定されることができる。その詳細は、特許文献3に開示されており、本特許出願の出願人の名称で提出されている。上記の特許文献の開示は、参照によって本明細書に組み込まれる。
The frame is formed in a shape that allows the frame to be coupled to the internal structure of the vehicle. For example, when the internal structure of the vehicle forms ridges and valleys to mitigate external impacts applied to the vehicle, the frame support can be fixed to the ridge of the internal structure of the vehicle. The details are disclosed in
ハウジング部材、バッテリーモジュールの上端面及び下端面を所定の角度によって傾斜させる方法の例として、支持部が異なる高さを有するように、フレームの支持部の突出している高さを変えることは、可能である。 As an example of the method of inclining the housing member and the upper and lower end surfaces of the battery module at a predetermined angle, it is possible to change the protruding height of the support part of the frame so that the support part has a different height It is.
本発明の上記の目的及び他の目的、特徴、及び他の利点は、添付された図面を考慮して以下の詳細な説明からより明確に理解されるであろう。 The above and other objects, features, and other advantages of the present invention will be more clearly understood from the following detailed description in view of the accompanying drawings.
今、本発明の好ましい実施形態は、添付された図面を参照して詳細に記載されている。しかしながら、本発明の技術的範囲が図示された実施形態によって制限されないことに留意されるべきである。 The preferred embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it should be noted that the scope of the present invention is not limited by the illustrated embodiment.
図3は、本発明の好ましい実施形態によるバッテリーパックを図示している斜視図であり、図4は、図3の前面透視図である。 FIG. 3 is a perspective view illustrating a battery pack according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a front perspective view of FIG.
それら図面を参照して、バッテリーパック100は、複数のユニットモジュールが互いに電気的に接続される構造で構成されたバッテリーモジュール20であって、ユニットモジュール10が水平方向に積み重ねられる一方、各ユニットモジュール10が一の側に直立されるバッテリーモジュール20と、上方向に突出する一方、バッテリーモジュール20の下端の反対側を支持するために、互いから離隔されている一対の支持部33及び34を有するフレーム30と、その左側の上端で形成された冷媒流入口45と、冷媒流入口45と平行であるその右側の下端で形成された冷媒排出口(図示せず)とを有するハウジング部材40と、を含む。ハウジング部材40は、ハウジング部材40がバッテリーモジュール20を囲むように、フレーム20と結合される。
Referring to the drawings, a
バッテリーモジュール20は、フレーム30から異なる高さで突出している一対の支持部33及び34のために、所定の角度によって、冷媒流入口45に向けて傾斜されている。その結果として、ハウジング部材40とバッテリーモジュール20の上端面21との間に形成される間隙は傾斜され、ハウジング部材40とバッテリーモジュール20の下端面22との間に形成された間隙は傾斜され、それによって、冷媒の流路は、傾斜によって自然に形成される。
The
冷媒流入口を通じて導入された冷媒は、例えば、垂直方向の流路26に沿って、冷媒が導入された方向に平行に配置された各ユニットモジュール10の間に形成された間隙に沿って流れ、次いで、冷媒排出口(図示せず)を通じて排出される。結果として、図1の構造で発生する大きい流体抵抗は、冷媒が垂直方向の流路26内に導入される場合に、発生せず、それ故に、バッテリーパッケージの冷却効率は増加する。その結果として、図3に図示されるように、冷媒は、穏やかな傾斜と共に垂直方向の流路に沿って流れる
The refrigerant introduced through the refrigerant inflow port flows, for example, along a gap formed between the
冷媒流入口45が、垂直方向の流路26と平行に、ハウジング部材40の左側の上端に形成されるので、冷媒流入口45と冷媒流入口45から最も遠い垂直方向の流路26の区域Aとの間の距離は、各ユニットモジュール10の長さによって制限される。その結果として、冷却の不均一性を非常に減少することが可能であり、この冷媒の不均一性は、冷媒流入口45と、冷媒流入口45から最も遠い垂直方向の流路の区域Aとの間の距離を増加させることによって引き起こされる。
Since the
本発明の好ましい実施形態が図示する目的のために開示されているけれども、当業者は、添付された請求項に開示されている本発明の技術的範囲及び精神から逸脱することなく、様々な改造、付加、及び置き換えが可能であることを認識する。 While the preferred embodiment of the present invention has been disclosed for purposes of illustration, those skilled in the art will recognize that various modifications may be made without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the appended claims. Recognize that additions and replacements are possible.
上記の説明から明白になるように、本発明によるバッテリーパックは、バッテリーモジュールが、バッテリーパックが所定の角度によって傾斜されるように、ハウジング部材に取り付けられ、それによって、自然に傾斜された流路は、ハウジング部材とバッテリーモジュールの上端面との間に形成された間隙、及びハウジング部材とバッテリーモジュールの下端面との間に形成された間隙に形成される構造で構成される。その結果として、本発明によるバッテリーパックは、冷却構造のために、その高さを増加することなく、コンパクトな構造を有する。さらに、ユニットモジュール間の間隙(垂直方向の流路)は、冷媒が導入された方向に平行に配置される。その結果として、バッテリーモジュールに対する冷媒の供給は、効率的に達成される。さらに、冷媒流入口と冷媒流入口から最も遠い各垂直方向の流路の区画との間の距離は、各ユニットモジュールの長さによって制限される。その結果として、バッテリーモジュールの各区画に供給された冷媒の量は均一になり、それによって、バッテリーパックの冷却の不均一性は改善される。また、本発明によるバッテリーパックは、バッテリーパックを構成する下端フレームの形状が車両の内部構造に符合するように、改善されることができる。その結果として、本発明によるバッテリーパックは、車両により安定して取り付けられる。 As will be apparent from the above description, the battery pack according to the present invention comprises a battery module mounted on a housing member such that the battery pack is tilted at a predetermined angle, thereby providing a naturally tilted flow path. Is formed in a structure formed in a gap formed between the housing member and the upper end surface of the battery module and in a gap formed between the housing member and the lower end surface of the battery module. As a result, the battery pack according to the present invention has a compact structure due to the cooling structure without increasing its height. Further, the gap (vertical flow path) between the unit modules is arranged in parallel to the direction in which the refrigerant is introduced. As a result, the supply of refrigerant to the battery module is efficiently achieved. Furthermore, the distance between the refrigerant inlet and each vertical channel section farthest from the refrigerant inlet is limited by the length of each unit module. As a result, the amount of refrigerant supplied to each compartment of the battery module is uniform, thereby improving the non-uniform cooling of the battery pack. In addition, the battery pack according to the present invention can be improved so that the shape of the lower end frame constituting the battery pack matches the internal structure of the vehicle. As a result, the battery pack according to the present invention is stably attached by the vehicle.
1 冷却システム
2 バッテリーモジュール
3 冷媒流入口
4 冷媒排出口
5 ユニットモジュール
6 二次電池
10 ユニットモジュール
20 バッテリーモジュール
21 上端面
22 下端面
26 垂直方向の流路
30 フレーム
33 支持部
34 支持部
40 ハウジング部材
45 冷媒流入口
DESCRIPTION OF
Claims (9)
複数の前記ユニットモジュールが水平方向に積み重ねられる一方、各前記ユニットモジュールが一の側に垂直方向に直立され、前記バッテリーモジュールがハウジング部材の密封された空間内に取り付けられる中型又は大型のバッテリーパックにおいて、
前記ハウジング部材には、その一の側の前記上端又は下端に、冷媒流入口が設けられ、その反対側の上端又は下端に、前記冷媒排出口が設けられ、
前記バッテリーモジュールは、前記バッテリーモジュールの上端面及び下端面が、所定の角度によって前記冷媒流入口に向けて傾斜されるように、前記ハウジング部材内に取り付けられ、それによって、前記バッテリーモジュールに平行である前記冷媒流入口を通じて導入される冷媒は、前記ユニットモジュールを垂直方向に通過し、次いで反対側に排出され、
前記バッテリーモジュールの傾斜された上端面又は下端面で、前記ユニットモジュール間に形成された間隙(垂直方向の流路)は、冷媒が導入される方向に平行に配置されていることを特徴とするバッテリーパック。 A medium- or large-sized battery pack having a battery module including a plurality of unit modules,
In a middle- or large-sized battery pack in which a plurality of the unit modules are stacked in a horizontal direction, and each unit module is vertically upright on one side, and the battery module is mounted in a sealed space of a housing member ,
The housing member is provided with a refrigerant inlet at the upper end or lower end on one side thereof, and with the refrigerant outlet at an upper end or lower end on the opposite side,
The battery module is mounted in the housing member such that an upper end surface and a lower end surface of the battery module are inclined toward the refrigerant inlet by a predetermined angle, thereby being parallel to the battery module. The refrigerant introduced through a certain refrigerant inlet passes through the unit module in the vertical direction, and then is discharged to the opposite side,
A gap (vertical flow path) formed between the unit modules at the inclined upper end surface or lower end surface of the battery module is arranged in parallel to the direction in which the refrigerant is introduced. battery pack.
前記バッテリーモジュールは、前記側部の長さが以下の不等式:a<c×xを満たすように、x個までユニットモジュールを積み重ねることによって構成され、且つ、冷媒流入口はc×xの側に対応する適所でハウジング部材に形成されることを特徴とする請求項3に記載のバッテリーパック。 When the length of each unit module is a, the width of each unit module is b, and the thickness of each unit module is c,
The battery module is configured by stacking up to x unit modules so that the length of the side portion satisfies the following inequality: a <c × x, and the refrigerant inlet is on the c × x side. The battery pack according to claim 3, wherein the battery pack is formed on the housing member at a corresponding position.
前記冷媒排出口は、前記ハウジング部材の前記下端の少なくとも1つの側に形成されることを特徴とする請求項1に記載のバッテリーパック。 The refrigerant inlet is formed on one side adjacent to the upper edge of the housing member in the form of a series of through holes,
The battery pack according to claim 1, wherein the refrigerant discharge port is formed on at least one side of the lower end of the housing member.
前記支持部は、上向きに突出する一方、前記バッテリーモジュールの前記下端の反対側を支持するように、互いから離隔しており、
前記支持部は、前記冷媒が前記冷媒流入口を通じて導入される方向に対して垂直に突出し、
前記フレームは、前記バッテリーモジュールを密封するように、前記ハウジング部材に結合されることを特徴とする請求項7に記載のバッテリーパック。 The battery module is mounted on a frame having a pair of support portions,
The support parts protrude upward and are spaced apart from each other so as to support the opposite side of the lower end of the battery module,
The support part protrudes perpendicularly to the direction in which the refrigerant is introduced through the refrigerant inlet,
The battery pack of claim 7, wherein the frame is coupled to the housing member so as to seal the battery module.
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