JP2011525690A - 冷却マニホールドを有する電池モジュール及び電池モジュールの冷却方法 - Google Patents

Abstract

本発明は冷却マニホールドを有する電池モジュールを提供する。この電池モジュールは複数の熱交換器を有する複数の電池セルアッセンブリを備えてなる。この電池モジュールはまた複数の電池セルアッセンブリに接続される冷却マニホールドを備えてなり、その作動を可能にする。この冷却マニホールドはマニホールド部とカバープレートを有する。このマニホールド部は外壁と、外壁に接続した後壁と、及び分流器を備えてなる。この外壁の上部は入口開口部にまで延伸し、この後壁はこの上部を延伸している複数の出口開口部を有する。カバープレートは後壁が直面する外壁に接続される。分流器は後壁から延伸し、かつ、入口開口部の下部に配置される。また、この分流器は、入口開口部から流体を含み、かつ、該流体を分流して複数の電池セルアッセンブリを冷却してなり、該流体の流量が各出口開口部を通って各熱交換器まで実質的に等しくなる。

Description

本願は、一般に、冷却マニホールドを有する電池モジュール及びこの電池モジュールを冷却する方法に関する。

発明の背景

電池パックは使用中熱を発生する。この電池パックの劣化を防ぐために、電池パックを冷却すべきである。しかし、既存の冷却システムは電池パック内の電池セルを均一に冷却することができない。本発明者等は、電池パック内の電池セルが均一に冷却されない場合、電池セルが異なる出力電圧となることを包含する望ましくない様々な操作特性を有することを認識している。

従って、本発明者等は上記した欠陥を除去及び／又は削減する冷却マニホールドを有する電池モジュールの必要性を認識している。

典型的な実施態様により電池モジュールが提供される。この電池モジュールは複数の熱交換器を有する複数の電池セルアッセンブリを包含する。この電池モジュールは複数の電池セルアッセンブリに操作可能に結合された第一冷却マニホールドを更に含んでなる。この第一冷却マニホールドはマニホールド部とカバープレートを有する。このマニホールド部は周壁と、その周壁に結合された後壁と、及び分流器を有する。この周壁は延伸している入口開口部を伴った頂部を有する。後壁は延伸している複数の出口開口部を有する。カバープレートは後壁に対向する周壁に結合される。分流器は後壁から延伸してなり、かつ、入口開口部の下に配置される。分流器は入口開口部から流体を受容し、かつ、該流体を分流するように構成されてなり、流体の実質的に等しい流量が、複数の出口開口部の各出口開口部を通って複数の熱交換器の各熱交換器まで得られて、複数の電池セルアッセンブリを冷却するものである。

他の典型的な実施態様によって電池モジュールを冷却する方法が提供される。この電池モジュールは複数の電池セルアッセンブリ及び第一冷却マニホールドを有する。複数の電池セルアッセンブリは複数の熱交換器を有する。この方法は第一冷却マニホールドの中に流体を送ることを包含する。この方法は、分流器を利用して第一冷却マニホールド内の流体を分流することを更に含み、流体の実質的に等しい流量が第一冷却マニホールドを延伸している複数の出口開口部の各出口開口部を通って得られる。この方法は、複数の電池セルアッセンブリを冷却するために各出口開口部から複数の熱交換器の各熱交換器の中に流体を送ることを更に含む。

他の典型的な実施態様によって電池モジュール用の冷却マニホールドが提供される。この電池モジュールが複数の電池セルアッセンブリを有する。この冷却マニホールドは周壁と、その周壁に結合された後壁と、及び分流器を有するマニホールド部を含む。この周壁は延伸している入口開口部を伴う頂部を有する。後壁は延伸している複数の出口開口部を有する。分流器は後壁から延伸してなり、かつ、入口開口部の下に配置される。この分流器は、入口開口部から流体を受容し、かつ、該流体を分流するように構成されてなり、流体の実質的に等しい流量が、複数の出口開口部の各出口開口部を通って複数の電池セルアッセンブリの各電池セルアッセンブリまで得られる。冷却マニホールドは更に後壁に対向するマニホールド部の周壁に結合されたカバープレートを含む。

図１は典型的実施態様に従った電池モジュールを冷却するシステムの概略図である。 図２は他の典型的実施態様に従った電池モジュールの概略図である。 図３は図２の電池モジュールにおいて利用される電池セルアッセンブリの分解図である。 図４は図２の電池モジュールの断面図である。 図５は図２の電池モジュールにおいて利用される冷却マニホールドの分解図である。 図６は図５の冷却マニホールドのマニホールド部の概略図である。 図７は図５の冷却マニホールドのマニホールド部の他の概略図である。

発明の実施態様の詳細な説明

図１に関しては、電池モジュール１６を冷却するためのシステム１０を図示する。このシステム１０は貯留層（容器；タンク）１２、ポンプ１４、及び導管１７、１８と１９を含む。貯留層１２はその中に流体を保留する。ポンプ１４は導管１７を経由し貯留層１２から流体を送り込む。その後、ポンプ１４は導管１８を経由して電池モジュール１６の中に流体を送り込む。電池モジュール１６は冷却マニホールド４０、熱交換器、及び下記で詳細に説明される冷却マニホールド４２を含む。冷却マニホールド４０は、電池モジュール１６の中の個別の熱交換器のそれぞれを通って流体の実質的に等しい流量を提供するように構成され、この電池セルが電池セルから取り除かれた熱エネルギーの実質的に等しい量を有する。そのため、電池モジュール１６の中の全ての電池セルが実質的に同じような温度で維持され、その結果電池セルが出力電圧を含め一定の操作特性を有する。冷却マニホールド４２は電池モジュール１６の中の熱交換器から加熱流体を受容し、かつ、該加熱流体を貯留層１２に導管１９を通って送り戻す。電池セルアッセンブリはその中に電池セルを有するハウジングとして定義される。電池モジュールは物理的に又は電気的に共に結合される少なくとも二つの電池セルアッセンブリとして定義される。

図２に関しては、電池モジュール１６は電池セルアッセンブリ２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、３４と３６及び冷却マニホールド４０と４２を含む。この電池セルアッセンブリ２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、３４と３６は実質的に類似した構造を有しているので、電池セルアッセンブリ２０だけを下記にて詳細に説明する。図３に関して、電池セルアッセンブリ２０はフレーム部材６０、電池セル６２、固定部材６４、電池セル６６、フレーム部材６８、固定部材７０、熱交換器７２、電池セル７４、及びフレーム部材７６を含む。フレーム部材６０と６８はそれらの間の電池セル６２、固定部材６４、及び電池セル６６を支えるために提供される。フレーム部材６８と７６はこれらの間の固定部材７０、熱交換器７２、及び電池セル７４を支えるために提供される。一つの典型的な実施態様において、電池セル６２、６６、７４はリチウムイオン電池セルである。作動中、冷却マニホールドは熱交換器７２を通って流体の既定流量を提供し、熱交換器７２と熱的に結合される電池セル６２、６６と７４から熱エネルギーが除去され、電池セル６２、６６と７４が実質的に同じような温度で維持される。

図４と５に関しては、冷却マニホールド４０の構造をこれから説明する。この冷却マニホールド４０はマニホールド部８０、ベントネジ８２、８４のような複数のベントネジ、カバープレート８６、ガスケット８８及びｏ―リング８９のような複数のｏ―リングを含む。

マニホールド部８０は周壁９０と、周壁９０に結合された後壁９２と、及び後壁９２に結合された分流器９４を包含する。一の典型的な実施態様において、マニホールド部８０はプラスチックから構成される。勿論、別の実施態様において、マニホールド部８０はスチール、セラミック、又は金属合金のような他の物質からも構成できる。周壁９０は前端１１０と後端１１２を含む。更に、周壁９０は延伸している開口部１１４を伴う頂部を有する。この開口部１１４はポンプ１４（図１参照）から流体を受容する。更に周壁９０は、マニホールド部８０にカバープレート８６を結合する取り付け用ねじを受容するため周壁９０の前端１１０の中に延伸する複数のねじ孔１５０、１５２、１５４、１５６、１５８、１６０、１６２、１６４を含む。

図６及び７に関して、後壁９２はベントネジを受容するために延伸している出口開口部１８０、１８２、１８４、１８６、１８８、１９０、１９２、１９４及び１９６を含む。ベントネジは冷却マニホールド４０の内部領域から電池セルアッセンブリ２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、３４と３６それぞれに流体を送る。注目すべきはベントネジ８２、８４だけが示されているが、各開口部１８０、１８２、１８４、１８６、１８８、１９０、１９２、１９４と１９６は延伸して対応するベントネジを有することである。図２、６と７に関して、開口部１８０、１８２、１８４、１８６、１８８、１９０、１９２、１９４と１９６を延伸しているベントネジは、電池セルアッセンブリ２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、３４、３６のそれぞれの開口部２８０、２８２、２８４、２８６、２８８、２９０、２９２、２９４、２９６に受容される。開口部２８０、２８２、２８４、２８６、２８８、２９０、２９２、２９４、２９６は流動的に電池モジュール１６の中の各熱交換器と繋がっている。ベントネジは実質的に同じような構造を有しているので、ベントネジ８２の構造だけを示す。とりわけ図５に関して、ベントネジ８２は頭部２３０、ねじ部２３２、及び頭部２３０とねじ部２３２の両方を延伸している開口部２３４を含む。そのため、ベントネジは電池モジュール１６の中の冷却マニホールド４０と熱交換器の内部領域間で流体連結が可能である。

図６に関して、分流器９４は後壁９２に結合され、周壁９０の前端１１０に向かって後壁９２から延伸する。分流器９４は入口開口部１１４の下に配置される。分流器９４は、入口開口部１１４から流体を受容し、かつ、該流体を分流するように構成されてなり、流体の実質的に等しい流量が、出口開口部１８０、１８２、１８４、１８６、１８８、１９０、１９２、１９４と１９６を通って電池セルアッセンブリ２０、２２，２４、２６、２８、３０、３２、３４と３６それぞれの各熱交換器まで得られて、電池セルアッセンブリを均一に冷却するものである。一の典型的な実施態様において、分流器９４はその上面に互いに間隔をあけて溝２１２、２１４、２１６を伴うプレート２１０を備えてなる。溝２１２、２１４、２１６はプレート２１０の末端から後壁９２の近くまでカバープレート８６に向かって延伸する。更に、一の典型的な実施態様において、分流器９４は、各出口開口部を通って得られる流体の流量が第一流量の±５％以内であるように構成される。

図５に関して、カバープレート８６は周壁９０の前端１１０に結合される。一の典型的な実施態様において、カバープレート８６はプラスチックで構成される。勿論、別の実施態様において、カバープレート８６はスチール、セラミック、又は金属合金のような他の物質から構成される。典型的な実施態様において、カバープレート８６は延伸している開口部２５０、２５２、２５４、２５６、２５８、２６０、２６２、２６４を含む。ボルト３００、３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２と３１４は、カバープレート８８の開口部２５０、２５２、２５４、２５６、２５８、２６０、２６２と２６４のそれぞれ及び、マニホールド部８０の開口部１５０、１５２、１５４、１５６、１５８、１６０、１６２と１６４それぞれを延伸して、カバープレート８８をマニホールド部８０に結合する。

図１及び２に関して、冷却マニホールド４２は冷却マニホールド４０と実質的に類似した構造を有する。冷却マニホールド４２は電池モジュール１６の電池セルアッセンブリの中の熱交換器から加熱流体を受容し、かつ、導管１９を経由して貯留層１２に該加熱流体を戻す。

電池モジュール１０は他の電池モジュールに優る実質的優位性を提供する冷却マニホールドを有する。とりわけ、この電池モジュールは、流体を分流する技術的効果を付与する冷却マニホールドを有してなり、流体の実質的等しい流量が電池モジュールの中の熱交換器を通って得られて、実質的に一定の温度で電池モジュール内の電池セルを維持するものである。

本発明は典型的な実施態様を参照して示されているが、本発明の範囲を逸脱しない範囲で様々な変更をし、本はの構成を均等物と代替させることを当業者は理解できるであろう。更に、本発明の本質的な範囲を逸脱しない範囲で、多くの変更が特別な状況又は物質を本発明の教示に適合させて行われてもよい。そのため、本発明が本発明を実施するために開示された特別な実施態様に限定されるものではなく、本発明が添付した特許請求の範囲の要旨を逸脱しない範囲の全ての実施態様を含むことを目的としている。更に、第一、第二などの用語の使用はある要素を別の要素と区別するために使用される。更に、ａ、ａｎなどの用語の使用は量の限定を示すのではなく、むしろ言及された項目の少なくとも一つの存在を示す。

Claims (12)

1. 電池モジュールであって、
   複数の熱交換器を有する複数の電池セルアッセンブリと、
   複数の電池セルアッセンブリに操作可能に結合された第一冷却マニホールドとを備えてなり、
   前記第一冷却マニホールドが、マニホールド部とカバープレートを有してなり、
   前記マニホールド部が、周壁と、前記周壁に結合した後壁と、及び分流器とを有してなり、
   前記周壁が、延伸している入口開口部を伴った頂部を有してなり、
   前記後壁が、延伸している複数の出口開口部を有してなり、
   前記カバープレートが、前記後壁に対向する前記周壁に結合されてなり、
   前記分流器が、前記後壁から延伸してなり、かつ、入口開口部の下に配置されてなり、
   前記分流器が、入口開口部から流体を受容し、かつ、該流体を分流するように構成されてなり、前記流体の実質的に等しい流量が、複数の出口開口部の各出口開口部を通って複数の熱交換器の各熱交換器まで得られて、前記複数の電池セルアッセンブリを冷却するものである、電池モジュール。
2. 前記分流器が、この分流器上に互いに間隔を開けた複数の溝を伴う第一プレートを備えてなり、
   前記複数の溝が、前記第一プレートの末端から前記後壁近くまで前記カバープレートに向かって延伸してなる、請求項１に記載された電池モジュール。
3. 前記マニホールド部と前記カバープレートの両方がプラスチックで構成されてなる、請求項１に記載された電池モジュール。
4. 前記複数の熱交換器から該流体を受容するため構成された第二冷却マニホールドを更に備えてなる、請求項１に記載された電池モジュール。
5. 各出口開口部を通って該流体の流量が第一流量の±５％以内である、請求項１に記載された電池モジュール。
6. 各電池セルアッセンブリが電池セルを有してなる、請求項１に記載された電池モジュール。
7. 電池モジュールを冷却する方法であって、
   前記電池モジュールが、複数の電池セルアッセンブリと、第一冷却マニホールドを有してなり、
   前記複数の電池セルアッセンブリが、複数の熱交換器を有してなり、
   前記方法が、
   前記第一冷却マニホールドの中に流体を送り、
   分流器を利用して前記第一冷却マニホールド内で該流体を分流し、該流体の実質的に等しい流量が前記第一冷却マニホールドを通って延伸してなる複数の出口開口部の各出口開口部を通って得られてなり、及び
   各出口開口部から前記複数の熱交換器の各熱交換器の中に該流体を送ってなり、複数の電池セルアッセンブリを冷却することを含んでなる、冷却方法。
8. 各出口開口部を通って該流体の前記流量が第一流量の±５％以内である、請求項７に記載された冷却方法。
9. 複数の電池セルアッセンブリを有してなる、電池モジュールの冷却マニホールドであって、
   マニホールド部と、カバープレートを備えてなり、
   前記マニホールド部が、周壁と、前記周壁に結合した後壁と、及び分流器を有してなり、
   前記周壁が、延伸している入口開口部を伴う頂部を有してなり、
   前記後壁が、延伸している複数の出口開口部を有してなり、
   前記分流器が、後壁から延伸してなり、かつ、前記入口開口部の下に配置されてなり、
   前記分流器が、前記入口開口部から流体を受容し、かつ、該流体を分流するように構成されてなり、実質的に等しい流量が複数の出口開口部の各出口開口部を通って複数の電池セルアッセンブリの各電池セルアッセンブリまで得られてなり、及び、
   前記カバープレートが、前記後壁に対向する前記マニホールド部の前記周壁に結合されてなる、冷却マニホールド。
10. 前記分流器が、該分流器上に互いに間隔を開けた複数の溝を伴う第一プレートを備えてなり、
    前記複数の溝が、前記第一プレートの末端から前記後壁近くまで前記カバープレートに向かって延伸してなる、請求項９に記載された冷却マニホールド。
11. 前記マニホールド部と前記カバープレートの両方がプラスチックで構成されてなる、請求項９に記載された冷却マニホールド。
12. 各出口開口部を通って該流体の前記流量が第一流量の±５％以内である、請求項９に記載された冷却マニホールド。

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