JP2012190675A - Battery unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両に搭載される、車両の駆動用バッテリー装置に関する。 The present invention relates to a vehicle driving battery device mounted on a vehicle.
従来、電動機を駆動源としたハイブリッド自動車（Hybrid Electric Vehicle；ＨＥＶ）や電気自動車（Electric Vehicle；ＥＶ）には、電動機駆動用の高電圧のバッテリー装置が搭載されている。この種のバッテリー装置では、複数の電池セルを配列して形成された組電池と、この組電池の熱交換面に熱的に接続して配置される温調プレートとを備え、この温調プレートに温調用冷媒を流通させることにより組電池の温度調節を行うもの行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, a hybrid electric vehicle (HEV) and an electric vehicle (EV) using an electric motor as a drive source are equipped with a high-voltage battery device for driving the electric motor. This type of battery device includes an assembled battery formed by arranging a plurality of battery cells, and a temperature control plate arranged in thermal connection with the heat exchange surface of the assembled battery. There is known one that adjusts the temperature of an assembled battery by circulating a temperature adjusting refrigerant (for example, see Patent Document 1).
ところで、温調プレートに冷媒を流通させる構成では、温調プレートの冷媒入口付近での温調用冷媒の流れが乱流となりやすく、その他の領域に比べて熱交換効率が高くなる傾向にあるため、冷媒入口側に配置される電池セルの温度が他の電池セルに比べて大きく変化して組電池全体では電池セル間に温度差が生じやすいことが判明した。各電池セル間に温度差が生じると、電池セルの電気特性の変化により当該電池セルの残容量に差が生じ、特定の電池セルが過充電または過放電されやすくなるため、当該電池セルが劣化して組電池の寿命が短縮することが想定される。 By the way, in the configuration in which the refrigerant is circulated through the temperature adjustment plate, the flow of the temperature adjustment refrigerant in the vicinity of the refrigerant inlet of the temperature adjustment plate tends to be turbulent, and the heat exchange efficiency tends to be higher than other regions. It has been found that the temperature of the battery cell arranged on the refrigerant inlet side is greatly changed compared to other battery cells, and thus the temperature difference between the battery cells tends to occur in the entire assembled battery. When a temperature difference occurs between the battery cells, a difference occurs in the remaining capacity of the battery cell due to a change in the electrical characteristics of the battery cell, and the specific battery cell is easily overcharged or overdischarged. Therefore, it is assumed that the life of the assembled battery is shortened.
本発明は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、冷媒入口側に配置される電池セルの温度変化を抑制し、各電池セルの温度差を小さくして長寿命化を図った車両用のバッテリー装置を提供することを目的とする。 The present invention eliminates the problems of the conventional technology described above, suppresses the temperature change of the battery cells arranged on the refrigerant inlet side, reduces the temperature difference between the battery cells, and extends the life of the vehicle. An object of the present invention is to provide a battery device.
上記目的を達成するために、本発明は、複数の電池セルを配列して形成された組電池と、この組電池の熱交換面に熱的に接続して配置される温調プレートとを備え、この温調プレートに温調用冷媒を流通させて前記組電池の温度調節をするバッテリー装置において、前記組電池の熱交換面と前記温調プレートとの間に熱伝導率の異なる複数の熱伝導シートを備え、前記温調プレートの冷媒入口側には、他の領域に配置される第１の熱伝導シートよりも熱伝導率の低い第２の熱伝導シートを配置したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention includes an assembled battery formed by arranging a plurality of battery cells, and a temperature control plate arranged in thermal connection with the heat exchange surface of the assembled battery. In the battery device for adjusting the temperature of the assembled battery by circulating a temperature adjusting refrigerant through the temperature adjusting plate, a plurality of heat conductions having different thermal conductivity between the heat exchange surface of the assembled battery and the temperature adjusting plate. And a second heat conductive sheet having a lower thermal conductivity than the first heat conductive sheet disposed in another region is disposed on the refrigerant inlet side of the temperature control plate.
この構成において、前記温調プレートは、長手方向に沿って略平行に配置される複数の流路と、これら各流路の端部にそれぞれ配置され、前記冷媒入口から導入された温調用冷媒を各流路に分流する分流ヘッダーと、前記流路を流れる温調用冷媒を合流させる合流ヘッダーとを備え、前記第２の熱伝導シートは、前記分流ヘッダーに近接した前記流路上の領域に配置されても良い。 In this configuration, the temperature control plate is provided with a plurality of flow paths arranged substantially in parallel along the longitudinal direction, and the temperature control refrigerant introduced from the refrigerant inlet, respectively, at the end of each flow path. A diversion header for diverting to each flow path; and a merge header for merging the temperature control refrigerant flowing through the flow path, wherein the second heat conductive sheet is disposed in a region on the flow path close to the diversion header. May be.
また、前記第２の熱伝導シートの長さは、前記熱伝導シート全体の長さの４〜１０％に設定されていても良い。また、前記第２の熱伝導シートの熱伝導率は、前記第１の熱伝導シートの熱伝導率の３７．５〜７５％に設定されていても良い。 Further, the length of the second heat conductive sheet may be set to 4 to 10% of the total length of the heat conductive sheet. The thermal conductivity of the second thermal conductive sheet may be set to 37.5 to 75% of the thermal conductivity of the first thermal conductive sheet.
また、前記温調プレート上には、前記第２の熱伝導シートと前記合流ヘッダーとの間に、前記第１の熱伝導シートよりも熱伝導率が高い第３の熱伝導シートを配置しても良い。さらに、前記各熱伝導シートは、前記流路の上流側から下流側に向けて熱伝導率が段階的に高くなるように配置されていても良い。 Moreover, on the said temperature control plate, the 3rd heat conductive sheet whose heat conductivity is higher than a said 1st heat conductive sheet is arrange | positioned between the said 2nd heat conductive sheet and the said confluence | merging header. Also good. Furthermore, each said heat conductive sheet may be arrange | positioned so that heat conductivity may become high in steps toward the downstream from the upstream of the said flow path.
本発明によれば、組電池の熱交換面と温調プレートとの間に熱伝導率の異なる複数の熱伝導シートを備え、温調プレートの冷媒入口側には、他の領域に配置される第１の熱伝導シートよりも熱伝導率の低い第２の熱伝導シートを配置したことにより、この冷媒入口側に配置される電池セルの温度が大きく変化することが防止されるため、各電池セル間の温度差を抑制することができ、組電池の長寿命化を図ることができる。 According to the present invention, a plurality of heat conductive sheets having different thermal conductivities are provided between the heat exchange surface of the assembled battery and the temperature control plate, and the temperature control plate is disposed in another region on the refrigerant inlet side. Since the second heat conductive sheet having a lower thermal conductivity than the first heat conductive sheet is disposed, the temperature of the battery cell disposed on the refrigerant inlet side is prevented from greatly changing. The temperature difference between the cells can be suppressed, and the life of the assembled battery can be extended.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明を適用した実施形態に係るバッテリー装置１の構成を模式的に示す図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a battery device 1 according to an embodiment to which the present invention is applied.
本実施形態に係るバッテリー装置１は、電動機を駆動源としたハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される車載用のバッテリー装置である。図１に示すように、バッテリー装置１は、複数の角形電池（電池セル）１０が配列されて構成された組電池１１と、この組電池１１を冷却するための冷却プレート（温調プレート）１２と、を備えており、これら組電池１１と、冷却プレート１２とによってバッテリー装置１の電池冷却ユニット１３が概略構成されている。冷却プレート１２には、冷媒配管１５Ａを介して、放熱器８、ブラインポンプ９、熱交換器７によって構成されたバッテリー冷却サイクル１８が接続され、冷却プレート１２は、ブラインポンプ９によって搬送されるブライン（温調用冷媒）によって冷却される。 The battery device 1 according to the present embodiment is an in-vehicle battery device mounted on a hybrid vehicle or an electric vehicle using an electric motor as a drive source. As shown in FIG. 1, the battery device 1 includes an assembled battery 11 in which a plurality of rectangular batteries (battery cells) 10 are arranged, and a cooling plate (temperature control plate) 12 for cooling the assembled battery 11. The battery cooling unit 13 of the battery device 1 is schematically configured by the assembled battery 11 and the cooling plate 12. The cooling plate 12 is connected to the battery cooling cycle 18 constituted by the radiator 8, the brine pump 9, and the heat exchanger 7 through the refrigerant pipe 15 </ b> A, and the cooling plate 12 is transported by the brine pump 9. Cooled by (temperature control refrigerant).
熱交換器７には、また、開閉弁１７及び第二減圧器５ｂを介して、圧縮機３、凝縮器４、第一減圧器５ａ及び蒸発器６によって構成された冷凍サイクル１９が冷媒配管１５Ｂで接続されている。冷凍サイクル１９は、バッテリー装置１を搭載した車両のカーエアコンサイクルである。バッテリー冷却サイクル１８の冷却能力が不足していると判断された場合には、開閉弁１７が開かれて、冷凍サイクル１９を流れる冷媒が、第二減圧器５ｂで減圧された後に熱交換器７に流入する。熱交換器７に流入した冷媒は、熱交換器７でバッテリー冷却サイクル１８を流れるブラインと熱交換し、ブラインが冷やされる。 The heat exchanger 7 also has a refrigeration cycle 19 constituted by the compressor 3, the condenser 4, the first pressure reducer 5a, and the evaporator 6 via the on-off valve 17 and the second pressure reducer 5b. Connected with. The refrigeration cycle 19 is a car air conditioner cycle of a vehicle on which the battery device 1 is mounted. If it is determined that the cooling capacity of the battery cooling cycle 18 is insufficient, the on-off valve 17 is opened, and the refrigerant flowing through the refrigeration cycle 19 is decompressed by the second decompressor 5b, and then the heat exchanger 7 Flow into. The refrigerant flowing into the heat exchanger 7 exchanges heat with the brine flowing through the battery cooling cycle 18 in the heat exchanger 7, and the brine is cooled.
冷却プレート１２は、組電池１１の冷却面（熱交換面）側に熱的に接続された状態で配置される。冷却プレート１２は薄板状に形成されており、組電池１１と対向する面が熱交換面１２Ａとして形成されている。組電池１１の冷却時、バッテリー冷却サイクル１８内をブラインが循環することによって冷却プレート１２が冷却され、冷却プレート１２は、組電池１１の冷却用熱交換器として機能し、組電池１１は、冷却された冷却プレート１２との間で熱交換して冷却される。 The cooling plate 12 is arranged in a state of being thermally connected to the cooling surface (heat exchange surface) side of the assembled battery 11. The cooling plate 12 is formed in a thin plate shape, and a surface facing the assembled battery 11 is formed as a heat exchange surface 12A. When the assembled battery 11 is cooled, the cooling plate 12 is cooled by circulating the brine in the battery cooling cycle 18, and the cooling plate 12 functions as a heat exchanger for cooling the assembled battery 11. The cooling plate 12 is cooled by exchanging heat with it.
図２は、電池冷却ユニット１３の斜視図であり、なお、以下の説明において、前後、上下、左右は、図２に示す前後、上下、左右を基準とするものとする。 2 is a perspective view of the battery cooling unit 13. In the following description, front and rear, upper and lower, and left and right are based on the front and rear, upper and lower, and left and right shown in FIG.
図２に示すように、電池冷却ユニット１３は、冷却プレート１２と、この冷却プレート１２に載置された状態で固定され、冷却プレート１２によって冷却される組電池１１とを備えている。図２に示す例では、１つの冷却プレート１２の上に、左右２列の角形電池１０が前後に多数配列され、いわば２列の組電池１１が構成され、左右には保持プレート８５，８５が宛がわれ、その前後には保持プレート８６，８６が宛われ、各保持プレート８５，８６同士をボルト（固定具）８７で締結して構成されている。そして、冷却プレート１２は下面に横長の凹所８８を備え、冷却プレート１２と、保持プレート８５，８６とが、凹所８８を貫通するボルト９０により結合されている。 As shown in FIG. 2, the battery cooling unit 13 includes a cooling plate 12 and an assembled battery 11 that is fixed while being placed on the cooling plate 12 and is cooled by the cooling plate 12. In the example shown in FIG. 2, a large number of left and right two rows of prismatic batteries 10 are arranged on one cooling plate 12 on the front and rear, so that two rows of assembled batteries 11 are formed, and left and right holding plates 85 and 85 are provided. The holding plates 86, 86 are assigned to the front and rear sides thereof, and the holding plates 85, 86 are fastened with bolts (fixing tools) 87. The cooling plate 12 has a horizontally long recess 88 on the lower surface, and the cooling plate 12 and the holding plates 85 and 86 are connected by a bolt 90 that penetrates the recess 88.
組電池１１は、図３に示すように、角型平板形状に形成された複数の角形電池１０を、角形電池１０の短尺幅（厚み）方向に並べて配列し、組み付けて略直方形状に形成されている。互いに隣接する角形電池１０の間にはセパレーター７０が設けられている。 As shown in FIG. 3, the assembled battery 11 is formed in a substantially rectangular shape by arranging a plurality of rectangular batteries 10 formed in a rectangular flat plate shape in the short width (thickness) direction of the rectangular batteries 10 and assembling them. ing. A separator 70 is provided between the adjacent square batteries 10.
角形電池１０の上面には一対の出力端子２３が設けられている。本実施形態に係る角形電池１０は、その内部に正極及び負極を絶縁シートを介して巻回した発電要素を含む非水電解質二次電池を、アルミニウム又はアルミニウム合金製の角型平板状のケースに収納して構成されている。非水電解質二次電池には、例えば、リチウムイオン二次電池等が好適に用いられる。 A pair of output terminals 23 are provided on the upper surface of the prismatic battery 10. In the prismatic battery 10 according to the present embodiment, a nonaqueous electrolyte secondary battery including a power generation element in which a positive electrode and a negative electrode are wound through an insulating sheet is used as a rectangular flat case made of aluminum or an aluminum alloy. It is housed and configured. For example, a lithium ion secondary battery is preferably used as the nonaqueous electrolyte secondary battery.
セパレーター７０は、組電池１１において、互いに隣接する角形電池１０を電気的に絶縁するための部材であり、絶縁性を有する材料から形成されている。セパレーター７０は、角形電池１０とセパレーター７０とを組み合わせて組電池１１を構成した場合に、角形電池１０の上面を保持する上面保持部５３と、下面を保持する下面保持部５４と、互いに隣接する角形電池１０の間に介在する平板形状の絶縁部５５と、角形電池１０の側面を保持する側面保持部５６，５８とを備えている。下面保持部５４は、一対の隅部７１を残して左右方向に大きく切り欠かれ、切り欠き部７２が形成されている。セパレーター７０と、角形電池１０を組み合わせたときには、この切り欠き部７２を通じて角形電池１０の冷却面１０Ａが露出するように構成される。組電池１１を組みつけたときには、切り欠き部７２から露出した角形電池１０の冷却面（熱交換面）１０Ａが組電池１１の前後方向に亘って並び、冷却面（熱交換面）１１Ａが形成される。 The separator 70 is a member for electrically insulating the rectangular batteries 10 adjacent to each other in the assembled battery 11 and is formed of a material having an insulating property. When the assembled battery 11 is configured by combining the prismatic battery 10 and the separator 70, the separator 70 is adjacent to the upper surface holding portion 53 that holds the upper surface of the rectangular battery 10 and the lower surface holding portion 54 that holds the lower surface. A flat plate-shaped insulating portion 55 interposed between the prismatic batteries 10 and side surface holding portions 56 and 58 for holding the side surfaces of the prismatic battery 10 are provided. The lower surface holding part 54 is largely cut out in the left-right direction, leaving a pair of corners 71, and a cutout part 72 is formed. When the separator 70 and the prismatic battery 10 are combined, the cooling surface 10 </ b> A of the prismatic battery 10 is exposed through the notch 72. When the assembled battery 11 is assembled, the cooling surface (heat exchange surface) 10A of the prismatic battery 10 exposed from the notch 72 is arranged in the front-rear direction of the assembled battery 11 to form a cooling surface (heat exchange surface) 11A. Is done.
組電池１１は、図２に示すように、冷却面１１Ａ（図３）の全面に熱伝導性に優れ絶縁性を有する熱伝導シート４０を介して、平置きした冷却プレート１２の熱交換面１２Ａに当接するように、冷却プレート１２上に載置される。この熱伝導シート４０は、絶縁性及び熱伝導性に優れた材料から形成され、弾性を有し、冷却面１１Ａに向かって押圧した状態で設けられる。そのため、車両の走行に伴って振動が発生した場合においても熱伝導シート４０で組電池１１と冷却プレート１２間の絶縁性を保ちながら、熱伝導シート４０を介して冷却面１１Ａを冷却プレート１２に均一に当接させることができ、冷却面１１Ａと冷却プレート１２の間の熱抵抗を低減することができる。 As shown in FIG. 2, the assembled battery 11 has a heat exchange surface 12 </ b> A of the cooling plate 12 that is laid flat on the entire cooling surface 11 </ b> A (FIG. 3) via a heat conductive sheet 40 having excellent heat conductivity and insulation. It is mounted on the cooling plate 12 so as to abut on the cooling plate 12. The heat conductive sheet 40 is formed of a material excellent in insulation and heat conductivity, has elasticity, and is provided in a state of being pressed toward the cooling surface 11A. Therefore, even when vibration is generated as the vehicle travels, the cooling surface 11A is connected to the cooling plate 12 via the heat conductive sheet 40 while maintaining the insulation between the assembled battery 11 and the cooling plate 12 with the heat conductive sheet 40. It can be made to contact uniformly, and the thermal resistance between the cooling surface 11A and the cooling plate 12 can be reduced.
冷却プレート１２は、熱伝導性の高い金属材料（例えば、アルミニウム合金）で平板状に形成された熱交換器であり、組電池１１が載置される側の面（上面）に熱交換面１２Ａが形成されている。 The cooling plate 12 is a heat exchanger formed in a flat plate shape with a metal material having high heat conductivity (for example, an aluminum alloy), and a heat exchange surface 12A on a surface (upper surface) on which the assembled battery 11 is placed. Is formed.
冷却プレート１２は、図４に示すように、その内部にブラインが流れる複数（８本）の細径流路３０を備えたマルチパスに形成され、これら細径流路３０は、冷却プレート１２の長手方向に沿って略平行に配列されている。本実施形態では、複数の細径流路３０を半数（４本）ずつに２つの細径流路３０Ａ，３０Ｂに区分けし、一方の細径流路３０Ａの一端側には入口ヘッダー（分流ヘッダー）３１が接続されている。この入口ヘッダー３１は中空構造とされ、冷媒入口管３２が接続されており、冷媒入口管３２を通じて導入されたブラインは入口ヘッダー３１にて各細径流路３０Ａに分流される。 As shown in FIG. 4, the cooling plate 12 is formed in a multipath including a plurality of (eight) small-diameter channels 30 in which brine flows, and the small-diameter channels 30 are arranged in the longitudinal direction of the cooling plate 12. Are arranged substantially parallel to each other. In the present embodiment, a plurality of small-diameter channels 30 are divided into two small-diameter channels 30A and 30B by half (four), and an inlet header (a diversion header) 31 is provided at one end of one small-diameter channel 30A. It is connected. The inlet header 31 has a hollow structure and is connected to a refrigerant inlet pipe 32, and the brine introduced through the refrigerant inlet pipe 32 is diverted to each small flow path 30 </ b> A by the inlet header 31.
また、他方の細径流路３０Ｂの一端側には出口ヘッダー（合流ヘッダー）３３が接続されている。この出口ヘッダー３３は中空構造とされ、冷媒出口管３４が接続されており、他方の細径流路３０Ｂを流れたブラインは、出口ヘッダー３３にて合流して冷媒出口管３４を通じて排出される。 Further, an outlet header (merging header) 33 is connected to one end side of the other small-diameter channel 30B. The outlet header 33 has a hollow structure and is connected to the refrigerant outlet pipe 34. The brine that has flowed through the other small diameter flow path 30B joins at the outlet header 33 and is discharged through the refrigerant outlet pipe 34.
また、上記した細径流路３０Ａ，３０Ｂの他端側には、これら細径流路３０Ａ，３０Ｂが接続される中間ヘッダー（分流ヘッダー、合流ヘッダー）３５が接続されている。この中間ヘッダー３５は、一方の細径流路３０Ａと他方の細径流路３０Ｂとを接続する機能とともに、一方の細径流路３０Ａから他方の細径流路３０Ｂへ折り返してブラインを流通可能とする機能を有する。中間ヘッダー３５は、入口ヘッダー３１及び出口ヘッダー３３と同様に中空構造とされ、細径流路３０Ａの他端と接続される領域で当該細径流路３０Ａを流れるブラインを合流させるとともに、細径流路３０Ｂの他端と接続される領域では、中間ヘッダー３５内で合流したブラインを各細径流路３０Ｂに分流する。 In addition, an intermediate header (a diversion header, a merge header) 35 to which the small diameter flow paths 30A and 30B are connected is connected to the other end side of the small diameter flow paths 30A and 30B. The intermediate header 35 has a function of connecting one small-diameter channel 30A and the other small-diameter channel 30B and a function of allowing the brine to circulate from one small-diameter channel 30A to the other small-diameter channel 30B. Have. The intermediate header 35 has a hollow structure similar to the inlet header 31 and the outlet header 33. The intermediate header 35 joins the brine flowing through the small-diameter channel 30A in a region connected to the other end of the small-diameter channel 30A, and the small-diameter channel 30B. In the region connected to the other end, the brine merged in the intermediate header 35 is divided into the small-diameter channels 30B.
上述した構成では、冷媒入口管３２を通じて入口ヘッダー３１に流入したブラインは、この入口ヘッダー３１で各細径流路３０Ａに分流される際に乱流となりやすい。このため、入口ヘッダー３１から各細径流路３０Ａに分流された直後の冷媒流入部３６では、その他の領域に比べて熱交換効率が高くなる傾向にあるため、冷媒入口側に配置される角形電池１０の温度が他の角形電池１０に比べて低下して組電池１１全体では角形電池１０、１０間に温度差が生じやすいことが出願人の研究により判明した。 In the configuration described above, the brine that has flowed into the inlet header 31 through the refrigerant inlet pipe 32 tends to be turbulent when it is diverted to each small-diameter channel 30A by the inlet header 31. For this reason, in the refrigerant | coolant inflow part 36 immediately after being branched from the inlet header 31 to each small diameter flow path 30A, it exists in the tendency for heat exchange efficiency to become high compared with another area | region, Therefore, the square battery arrange | positioned at the refrigerant | coolant inlet side The applicant's research has revealed that the temperature of the battery 10 is lower than that of the other prismatic batteries 10 and the assembled battery 11 tends to cause a temperature difference between the prismatic batteries 10 and 10 as a whole.
本構成では、角形電池１０、１０間の温度差を抑制するために、冷媒流入部３６に配置される熱伝導シートの熱伝導率を他の領域に配置される熱伝導シートの熱伝導率よりも高く設定した点に特徴を有する。 In this configuration, in order to suppress the temperature difference between the rectangular batteries 10 and 10, the thermal conductivity of the thermal conductive sheet disposed in the refrigerant inflow portion 36 is more than the thermal conductivity of the thermal conductive sheet disposed in another region. Is characterized by the fact that it is set higher.
具体的には、図４に示すように、冷却プレート１２上には、熱伝導率の異なる第１〜第３の熱伝導シート４０Ａ〜４０Ｃが配置されている。これら第１〜第３の熱伝導シート４０Ａ〜４０Ｃは同一の厚みに形成され、各角形電池１０、１０の高さを同一に保持できる。第１の熱伝導シート４０Ａは、基準熱伝導率に設定されたものであり、細径流路３０Ａ、３０Ｂ上に形成される熱交換面１２Ａの大部分に配置されている。 Specifically, as shown in FIG. 4, first to third heat conductive sheets 40 </ b> A to 40 </ b> C having different thermal conductivities are arranged on the cooling plate 12. These 1st-3rd heat conductive sheets 40A-40C are formed in the same thickness, and can hold | maintain the height of each square battery 10 and 10 equally. 40 A of 1st heat conductive sheets are set to reference | standard heat conductivity, and are arrange | positioned in most heat exchange surfaces 12A formed on the small diameter flow paths 30A and 30B.
また、冷媒流入部３６には、第１の熱伝導シート４０Ａよりも熱伝導率の低い第２の熱伝導シート４０Ｂが配置されている。ここで、冷媒流入部３６とは、入口ヘッダー３１で分流された際に各細径流路３０Ａで乱流が生じやすい領域をいい、入口ヘッダー３１の出口側に設定されている。 The refrigerant inflow portion 36 is provided with a second heat conductive sheet 40B having a lower thermal conductivity than the first heat conductive sheet 40A. Here, the refrigerant inflow portion 36 refers to a region where turbulent flow is likely to occur in each small-diameter channel 30 </ b> A when the refrigerant is diverted at the inlet header 31, and is set on the outlet side of the inlet header 31.
次に、冷媒流入部３６に配置される第２の熱伝導シート４０Ｂについて説明する。 Next, the 2nd heat conductive sheet 40B arrange | positioned at the refrigerant | coolant inflow part 36 is demonstrated.
図５は、入口ヘッダー３１と中間ヘッダー３５との間に配置される熱伝導シート４０全体の長さＢに対する第２の熱伝導シート４０Ｂの長さＡの比率と、組電池１１の角形電池１０間に生じる最大温度差Δｔとの関係を示すグラフである。 FIG. 5 shows the ratio of the length A of the second heat conductive sheet 40B to the total length B of the heat conductive sheet 40 disposed between the inlet header 31 and the intermediate header 35, and the square battery 10 of the assembled battery 11. It is a graph which shows the relationship with the maximum temperature difference (DELTA) t which arises between.
この図５に示す実験では、第２の熱伝導シート４０Ｂとして、第１の熱伝導シート４０Ａの１／２の熱伝導率のものを用いている。そして、第２の熱伝導シート４０Ｂを所定の長さＡに切断して冷媒流入部３６に配置し、ブラインの流れ方向に沿って所定の間隔で角形電池１０の表面温度を計測し、この表面温度の最小値と最大値との差を、この長さＡにおける最大温度差として記録する。さらに、第２の熱伝導シート４０Ｂの長さＡを変更することで長さＡごとに最大温度差を記録する。 In the experiment shown in FIG. 5, the second heat conductive sheet 40B has a heat conductivity that is ½ that of the first heat conductive sheet 40A. Then, the second heat conductive sheet 40B is cut to a predetermined length A and disposed in the refrigerant inflow portion 36, and the surface temperature of the prismatic battery 10 is measured at predetermined intervals along the brine flow direction. The difference between the minimum and maximum temperature is recorded as the maximum temperature difference at this length A. Further, the maximum temperature difference is recorded for each length A by changing the length A of the second heat conductive sheet 40B.
この図５によれば、熱伝導シート４０全体の長さＢに対する第２の熱伝導シート４０Ｂの長さＡの比率Ａ／Ｂが、４〜１０％の場合には、最大温度差Δｔを０．０６℃以下に抑えることができる。これによれば、冷媒入口側に配置される角形電池１０が過剰に冷却されることが防止されるため、各角形電池１０、１０間の温度差を抑制することができ、組電池１１の長寿命化を図ることができる。さらに、この比率Ａ／Ｂが６．７〜８．３％の範囲となるように、第２の熱伝導シート４０Ｂの長さＡを調整すればより一層、最大温度差Δｔを抑制することができるので望ましい。また、第２の熱伝導シート４０Ｂの長さＡは、上記した範囲内としつつ、この第２の熱伝導シート４０Ｂの端部が角形電池１０、１０間に位置するように設定することが望ましい。これによれば、同一の角形電池１０内で温度差が生じる事態を防止することができる。 According to FIG. 5, when the ratio A / B of the length A of the second heat conductive sheet 40B to the length B of the entire heat conductive sheet 40 is 4 to 10%, the maximum temperature difference Δt is set to 0. 0.06 ° C. or less. According to this, since the prismatic battery 10 disposed on the refrigerant inlet side is prevented from being excessively cooled, the temperature difference between the prismatic batteries 10 and 10 can be suppressed, and the length of the assembled battery 11 can be reduced. Life can be extended. Furthermore, the maximum temperature difference Δt can be further suppressed by adjusting the length A of the second heat conductive sheet 40B so that the ratio A / B is in the range of 6.7 to 8.3%. It is desirable because it is possible. Further, the length A of the second heat conductive sheet 40B is preferably set so that the end of the second heat conductive sheet 40B is positioned between the rectangular batteries 10 and 10 while being within the above-described range. . According to this, the situation where a temperature difference arises in the same square battery 10 can be prevented.
図６は、第１の熱伝導シート４０Ａの熱伝導率λ１と第２の熱伝導シート４０Ｂの熱伝導率λ２との比率λ２／λ１と、組電池１１の角形電池１０間に生じる最大温度差Δｔとの関係を示すグラフである。 6 shows a ratio λ2 / λ1 between the thermal conductivity λ1 of the first thermal conductive sheet 40A and the thermal conductivity λ2 of the second thermal conductive sheet 40B, and the maximum temperature difference generated between the square batteries 10 of the assembled battery 11. It is a graph which shows the relationship with (DELTA) t.
この図６に示す実験では、上記した比率Ａ／Ｂが８．３％となるように第２の熱伝導シート４０Ｂの長さＡが調整されている。そして、この長さＡに調整された所定の熱伝導率λ２の熱伝導シートを冷媒流入部３６に配置し、ブラインの流れ方向に沿って所定の間隔で角形電池１０の表面温度を計測し、この表面温度の最小値と最大値との差を、この熱伝導率λ２における最大温度差として記録する。さらに、第２の熱伝導シート４０Ｂの熱伝導率λ２を変更することで熱伝導率λ２ごとに最大温度差を記録する。 In the experiment shown in FIG. 6, the length A of the second heat conductive sheet 40B is adjusted so that the above-described ratio A / B is 8.3%. Then, a heat conductive sheet having a predetermined thermal conductivity λ2 adjusted to the length A is disposed in the refrigerant inflow portion 36, and the surface temperature of the prismatic battery 10 is measured at predetermined intervals along the flow direction of the brine, The difference between the minimum value and the maximum value of the surface temperature is recorded as the maximum temperature difference in the thermal conductivity λ2. Further, the maximum temperature difference is recorded for each thermal conductivity λ2 by changing the thermal conductivity λ2 of the second thermal conductive sheet 40B.
この図６によれば、第１の熱伝導シート４０Ａと第２の熱伝導シート４０Ｂとの熱伝導率の比率λ２／λ１が、３７．５〜７５％の場合には、最大温度差Δｔを０．０６℃以下に抑えることができる。これによれば、冷媒入口側に配置される角形電池１０が過剰に冷却されることが防止されるため、各角形電池１０、１０間の温度差を抑制することができ、組電池１１の長寿命化を図ることができる。さらに、この比率λ２／λ１が５０〜６２．５％の範囲となるように、第２の熱伝導シート４０Ｂの熱伝導率λ２を調整すればより一層、最大温度差Δｔを抑制することができるので望ましい。 According to FIG. 6, when the thermal conductivity ratio λ2 / λ1 between the first thermal conductive sheet 40A and the second thermal conductive sheet 40B is 37.5 to 75%, the maximum temperature difference Δt is It can be suppressed to 0.06 ° C. or lower. According to this, since the prismatic battery 10 disposed on the refrigerant inlet side is prevented from being excessively cooled, the temperature difference between the prismatic batteries 10 and 10 can be suppressed, and the length of the assembled battery 11 can be reduced. Life can be extended. Furthermore, the maximum temperature difference Δt can be further suppressed by adjusting the thermal conductivity λ2 of the second thermal conductive sheet 40B so that the ratio λ2 / λ1 is in the range of 50 to 62.5%. So desirable.
上述のように、冷媒流入部３６に配置される第２の熱伝導シート４０Ｂの熱伝導率を他の領域に配置される第１の熱伝導シート４０Ａの熱伝導率よりも高く設定することにより、各角形電池１０、１０間の温度差を抑制している。一方、この第２の熱伝導シート４０Ｂを配置することにより、熱伝導シート４０全体の熱伝導率が低下するため、熱交換効率が低下することとなる。 As described above, by setting the thermal conductivity of the second heat conductive sheet 40B disposed in the refrigerant inflow portion 36 higher than the heat conductivity of the first heat conductive sheet 40A disposed in the other region. The temperature difference between the rectangular batteries 10 and 10 is suppressed. On the other hand, by disposing the second heat conductive sheet 40B, the heat conductivity of the heat conductive sheet 40 as a whole is lowered, so that the heat exchange efficiency is lowered.
このため、本構成では、図４に示すように、冷却プレート１２上には、第２の熱伝導シート４０Ｂと中間ヘッダー３５との間に、第１の熱伝導シート４０Ａよりも熱伝導率が高い第３の熱伝導シート４０Ｃが配置されている。この第３の熱伝導シート４０Ｃは、熱伝導シート４０全体の熱伝導率が低下しないようにバランスを取るためのものであり、細径流路３０Ａの上流側から下流側に向けて熱伝導率が段階的に高くなるように配置することが好ましい。 For this reason, in this structure, as shown in FIG. 4, on the cooling plate 12, between the 2nd heat conductive sheet 40B and the intermediate | middle header 35, heat conductivity is more than 1st heat conductive sheet 40A. A high third heat conductive sheet 40C is disposed. The third thermal conductive sheet 40C is for balancing so that the thermal conductivity of the entire thermal conductive sheet 40 does not decrease, and the thermal conductivity increases from the upstream side to the downstream side of the small-diameter channel 30A. It is preferable to arrange them so as to increase in stages.
この構成によれば、熱交換に伴いブライン温度が上昇する場合であっても、細径流路３０Ａの上流側から下流側に向けて熱伝導率が段階的に高くなるため、細径流路３０Ａを流れるブラインと角形電池１０とが効率良く熱交換されて角形電池１０の表面温度を略均一に保つことができる。 According to this configuration, even when the brine temperature rises due to heat exchange, the thermal conductivity increases stepwise from the upstream side to the downstream side of the small-diameter channel 30A. The flowing brine and the prismatic battery 10 are efficiently heat-exchanged so that the surface temperature of the prismatic battery 10 can be kept substantially uniform.
また、中間ヘッダー３５に近接した領域は、細径流路３０Ａを流れるブラインが乱流になりやすいため、当該中間ヘッダー３５から間隔をあけた上流側に第３の熱伝導シート４０Ｃを配置することが望ましい。なお、この第３の熱伝導シート４０Ｃは、１箇所でなく複数箇所に配置しても良く、細径流路３０Ｂ上に配置しても良い。 Further, in the region close to the intermediate header 35, the brine flowing through the small-diameter channel 30A is likely to be turbulent, and therefore the third heat conductive sheet 40C may be disposed upstream from the intermediate header 35 at a distance. desirable. In addition, this 3rd heat conductive sheet 40C may be arrange | positioned in multiple places instead of one place, and may be arrange | positioned on the small diameter flow path 30B.
以上説明したように、本実施形態によれば、複数の角形電池１０を配列して形成された組電池１１と、この組電池１１の冷却面１１Ａに熱的に接続して配置される冷却プレート１２とを備え、この冷却プレート１２にブラインを流通させて組電池１１を冷却するバッテリー装置１において、組電池１１の冷却面１１Ａと冷却プレート１２との間に熱伝導率の異なる複数の熱伝導シート４０Ａ、４０Ｂを備え、冷却プレート１２の冷媒入口側には、他の領域に配置される第１の熱伝導シート４０Ａよりも熱伝導率の低い第２の熱伝導シート４０Ｂを配置したことにより、この冷媒入口側に配置される角形電池１０が過剰に冷却されることが防止されるため、各角形電池１０，１０間の温度差を抑制することができ、組電池１１の長寿命化を図ることができる。 As described above, according to the present embodiment, the assembled battery 11 formed by arranging a plurality of prismatic batteries 10 and the cooling plate arranged in thermal connection with the cooling surface 11A of the assembled battery 11 In the battery device 1 that cools the assembled battery 11 by circulating brine through the cooling plate 12, a plurality of heat conductions having different thermal conductivities are provided between the cooling surface 11 </ b> A of the assembled battery 11 and the cooling plate 12. Sheets 40A and 40B are provided, and on the refrigerant inlet side of the cooling plate 12, the second heat conductive sheet 40B having a lower thermal conductivity than the first heat conductive sheet 40A disposed in the other region is disposed. Since the prismatic battery 10 disposed on the refrigerant inlet side is prevented from being excessively cooled, the temperature difference between the prismatic batteries 10 and 10 can be suppressed, and the life of the assembled battery 11 can be extended. Plan Door can be.
また、本実施形態によれば、冷却プレート１２は、長手方向に沿って略平行に配置される複数の細径流路３０と、これら各細径流路３０の端部にそれぞれ配置され、冷媒入口から導入されたブラインを各細径流路３０に分流する入口ヘッダー３１と、細径流路３０を流れるブラインを合流させる中間ヘッダー３５とを備え、第２の熱伝導シート４０Ｂは、入口ヘッダー３１に近接した細径流路３０上の冷媒流入部３６に配置されるため、入口ヘッダー３１から各細径流路３０に分流される際にブラインの流れが乱流となり、分流直後の冷媒流入部３６での熱交換効率が高くなった場合でも、この冷媒流入部３６での熱交換を抑制することで各角形電池１０，１０間に温度差が生じることを抑制できる。 Further, according to the present embodiment, the cooling plate 12 is disposed at the end portions of the plurality of small diameter flow paths 30 and the small diameter flow paths 30 arranged substantially parallel to the longitudinal direction, from the refrigerant inlet. An inlet header 31 that divides the introduced brine into each small-diameter channel 30 and an intermediate header 35 that joins the brine that flows through the small-diameter channel 30 are provided. The second heat conductive sheet 40B is close to the inlet header 31. Since it is arranged in the refrigerant inflow portion 36 on the small diameter flow path 30, the flow of brine becomes turbulent when it is diverted from the inlet header 31 to each small diameter flow path 30, and heat exchange at the refrigerant inflow section 36 immediately after the diversion is performed. Even when the efficiency is increased, it is possible to suppress the temperature difference between the rectangular batteries 10 and 10 by suppressing the heat exchange in the refrigerant inflow portion 36.
また、本実施形態によれば、第２の熱伝導シート４０Ｂの長さＡは、ヘッダー間に配置される熱伝導シート４０全体の長さＢの４〜１０％に設定されているため、各角形電池１０、１０間の最大温度差Δｔを０．０６℃以下に抑えることができる。 Further, according to the present embodiment, the length A of the second heat conductive sheet 40B is set to 4 to 10% of the total length B of the heat conductive sheet 40 disposed between the headers. The maximum temperature difference Δt between the rectangular batteries 10 and 10 can be suppressed to 0.06 ° C. or less.
また、本実施形態によれば、第２の熱伝導シート４０Ｂの熱伝導率λ２は、第１の熱伝導シート４０Ａの熱伝導率λ１の３７．５〜７５％に設定されているため、各角形電池１０、１０間の最大温度差Δｔを０．０６℃以下に抑えることができる。 Further, according to the present embodiment, the thermal conductivity λ2 of the second thermal conductive sheet 40B is set to 37.5 to 75% of the thermal conductivity λ1 of the first thermal conductive sheet 40A. The maximum temperature difference Δt between the rectangular batteries 10 and 10 can be suppressed to 0.06 ° C. or less.
また、本実施形態によれば、冷却プレート１２上には、第２の熱伝導シート４０Ｂと中間ヘッダー３５との間に、第１の熱伝導シート４０Ａよりも熱伝導率が高い第３の熱伝導シート４０Ｃを配置したため、ヘッダー間に配置される熱伝導シート４０全体の熱伝導率が上昇することが防止され、組電池１１を確実に冷却することができる。 Further, according to the present embodiment, on the cooling plate 12, the third heat having higher thermal conductivity than the first heat conductive sheet 40A is provided between the second heat conductive sheet 40B and the intermediate header 35. Since the conductive sheet 40C is disposed, the thermal conductivity of the entire heat conductive sheet 40 disposed between the headers is prevented from increasing, and the assembled battery 11 can be reliably cooled.
また、本実施形態によれば、第１〜第３の熱伝導シート４０Ａ〜４０Ｃは、細径流路３０の上流側から下流側に向けて熱伝導率が段階的に高くなるように配置されているため、細径流路３０Ａを流れるブラインと角形電池１０とが効率良く熱交換されて角形電池１０の表面温度を略均一に保つことができる。 Further, according to the present embodiment, the first to third heat conductive sheets 40 </ b> A to 40 </ b> C are arranged so that the thermal conductivity increases stepwise from the upstream side to the downstream side of the small-diameter channel 30. Therefore, the brine flowing through the small-diameter channel 30A and the prismatic battery 10 are efficiently heat-exchanged, and the surface temperature of the prismatic battery 10 can be kept substantially uniform.
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本実施形態では、冷却プレート１２として、細径流路３０Ａと細径流路３０Ｂとを中間ヘッダー３５で接続する構成としたが、これに限るものではなく、細径流路３０の一端を入口ヘッダー３１に接続し、他端を出口ヘッダー３３に接続しても良い。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to this. In the present embodiment, the cooling plate 12 is configured such that the small diameter flow path 30A and the small diameter flow path 30B are connected by the intermediate header 35. However, the present invention is not limited to this, and one end of the small diameter flow path 30 is connected to the inlet header 31. The other end may be connected to the outlet header 33.
また、本実施形態では、第１〜第３の熱伝導シート４０Ａ〜４０Ｃを同一の厚みに形成しているが、例えば、第２の熱伝導シートの厚みを第１の熱伝導シートの厚みよりも厚くすることで熱伝導率を変更しても良い。 Moreover, in this embodiment, although the 1st-3rd heat conductive sheet 40A-40C is formed in the same thickness, the thickness of a 2nd heat conductive sheet is made from the thickness of a 1st heat conductive sheet, for example. The thermal conductivity may be changed by increasing the thickness.
また、組電池１１には冷却だけでなく加温等の温調の要求がある。このため、上記実施形態では、組電池を冷却する冷却プレートを例示して説明したが、これに限るものはなく、温調プレートとしての加温プレートを用いた組電池の加温時の構成としても本発明を適用することができる。 Moreover, the assembled battery 11 has a demand for temperature control such as heating as well as cooling. For this reason, in the said embodiment, although demonstrated the cooling plate which cools an assembled battery, it is not restricted to this, As a structure at the time of the heating of an assembled battery using the heating plate as a temperature control plate The present invention can also be applied.
１ バッテリー装置
１０ 角形電池（電池セル）
１０Ａ 冷却面（熱交換面）
１１ 組電池
１１Ａ 冷却面（熱交換面）
１２ 冷却プレート（温調プレート）
１２Ａ 熱交換面
３０、３０Ａ、３０Ｂ 細径流路（流路）
３１ 入口ヘッダー（分流ヘッダー）
３２ 冷媒入口管
３３ 出口ヘッダー（合流ヘッダー）
３４ 冷媒出口管
３５ 中間ヘッダー（分流ヘッダー、合流ヘッダー）
３６ 冷媒流入部
４０ 熱伝導シート
４０Ａ 第１の熱伝導シート
４０Ｂ 第２の熱伝導シート
４０Ｃ 第３の熱伝導シート
Δｔ 最大温度差
1 Battery device 10 Square battery (battery cell)
10A Cooling surface (heat exchange surface)
11 assembled battery 11A cooling surface (heat exchange surface)
12 Cooling plate (temperature control plate)
12A Heat exchange surface 30, 30A, 30B Narrow channel (channel)
31 Inlet header (diversion header)
32 Refrigerant inlet pipe 33 Outlet header (merging header)
34 Refrigerant outlet pipe 35 Intermediate header (split header, merge header)
36 Refrigerant inflow part 40 Heat conduction sheet 40A First heat conduction sheet 40B Second heat conduction sheet 40C Third heat conduction sheet Δt Maximum temperature difference
Claims (6)
前記組電池の熱交換面と前記温調プレートとの間に熱伝導率の異なる複数の熱伝導シートを備え、前記温調プレートの冷媒入口側には、他の領域に配置される第１の熱伝導シートよりも熱伝導率の低い第２の熱伝導シートを配置したことを特徴とするバッテリー装置。 The battery pack includes an assembled battery formed by arranging a plurality of battery cells, and a temperature control plate arranged in thermal connection with the heat exchange surface of the battery pack. A temperature control refrigerant is distributed through the temperature control plate. In the battery device for adjusting the temperature of the assembled battery,
A plurality of heat conductive sheets having different thermal conductivities are provided between the heat exchange surface of the assembled battery and the temperature control plate, and a first inlet disposed in another region on the refrigerant inlet side of the temperature control plate. A battery device comprising a second heat conductive sheet having a lower thermal conductivity than the heat conductive sheet.
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Legal Events
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| RD01 | Notification of change of attorney |
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