JP2012243754A - 電池冷却用電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】電池モジュールの電池と電池との隙間から冷媒を流入、放出するために、高性能の冷却ブロワーを適用して冷媒の強制的な流動を誘導する技術が知られているが、高性能ブロワーを作動させるための電力消費が多く、冷却用電池パックのコストが上昇するなどの欠点があった。
【解決手段】多数の電池が積層されてなる電池モジュールを外部から隔離するケースと、前記ケースの一側面に位置し、内部に冷媒を吸入する第１冷却部と、前記ケースの他の一側面に位置し、前記第１冷却部によって吸入された冷媒をケースの外部に排出して前記ケースの内部へ冷媒の流れを誘導する第２冷却部とを含んでなり、前記電池モジュールの多数の電池は、電池と電池との間に冷媒が通過されるように空間をおいて前記ケースの内部に一定の方向に積層され、前記電池モジュールの空間の一方の開口部が第１冷却部の方向に向き、他方の開口部が第２冷却部の方向に向くように配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池冷却用電池パックに係り、さらに詳しくは、電池モジュールを外部から隔離するケースの内部に冷媒を流動させ、冷媒を介して電池の熱を冷却する電池冷却用電池パックに関する。

二次電池は、化石燃料を使用する既存のガソリン車両やディーゼル車両などの大気汚染問題を解決するための方案として提示されている電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの動力源としても注目されている。

電池の形状面から見て、厚さが薄いため携帯電話などの製品に適用できる角型二次電池とパウチ型二次電池に対する需要が高い。

最近、電極組立体をアルミニウム積層シートのパウチ型電池ケースに内蔵した構造のパウチ型電池は、低い製造費や小さい重量、容易な形態変化などを理由として高い関心を浴びているとともに、それの使用量が漸次増加している。

パウチ型電池は、一般にユーザーに応じて要求される大きさの出力を得るために、多数の電池がモジュールとして構成されて使用される。

従来では、パウチ型電池を積層して電池モジュールを構成し、そのモジュールをユーザーの要求に合わせて一定の場所に配置して使用した。（特許文献１）
このような従来の電池モジュールは、それぞれの電池の一側面が互いに当接することにより、電池同士の間に熱が凝縮して放熱に脆弱であるという欠点があった。

従来では、このような放熱に脆弱な構造を改善するための方案として、積層構造の外に突出する放熱板を電池同士の間に挿入して熱を外部へ排出させる技術を利用した。
ところが、これはすぐに構成の追加による製品の体積増加、重量増加および生産費用の上昇につながるという欠点があった。

従来では、このような放熱に脆弱な構造を改善するための他の方案として、多数の電池が積層された電池モジュールを密閉筐体に起立させて配置し、一側面の上部から強制流入した冷媒を筐体の上部から下部へ垂直に流動させ、他の一側面の下部から冷媒を排出させる技術を利用した。

ところが、これは電池モジュールが垂直に起立している形状であり、冷媒の流れが筐体の上部から下部へ移動する構造なので、冷媒の流れが円滑ではないという欠点があった。
また、電池モジュールの電池と電池との隙間から冷媒を流入および放出するために、高性能の冷却ブロワー(blower)を適用して冷媒の強制的な流動を誘導した。（特許文献２）

ところが、高性能ブロワーを作動させるための電力消費が多く、冷却用電池パックのコストが上昇するなどの欠点があった。
韓国特開10-2010-0081674号公報 韓国特開10-2007-0059224号公報

本発明の目的は、電池モジュールが取り付けられるケースの内部に冷媒を流動させることが可能な手段を設置し、電池モジュールの電池同士の間に空間を確保し、確保された空間に冷媒の流路を形成して電池の熱を冷却する電池冷却用電池パックを提供することにある。

本発明に係る電池冷却用電池パックは、ケース、第１冷却部および第２冷却部を含んでなることができる。

本発明において、前記ケースは、多数の電池が積層されてなる電池モジュールが配置され、前記電池モジュールを外部から隔離することができる。

本発明において、前記第１冷却部は、前記ケースの一側面に位置し、内部への冷媒吸入を行うことができる。

本発明において、前記第２冷却部は、前記ケースの他の一側面に位置し、前記第１冷却部によって吸入された冷媒をケースの外部に排出して前記ケースの内部へ冷媒の流れを誘導することができる。

本発明において、前記第１冷却部および第２冷却部の少なくとも一つは、前記電池パックの内部に異物が入り込むのを遮断するフィルター部をさらに含むことができる。
本発明に係る電池冷却用電池パックは入出力端子部をさらに含むことができる。

本発明において、前記入出力端子部は、前記電池モジュールの陽極および陰極に連結され、前記ケースの外部で電力を入出力することができる。

本発明において、前記電池モジュールの多数の電池は、電池と電池との間に冷媒が通過されるように空間を置いて前記ケースの内部に一定の方向に積層できる。

本発明において、前記電池モジュールは、前記電池モジュールの空間の一方の開口部が第１冷却部の方向に向け、他方の開口部が第２冷却部の方向に向けるように配置できる。

本発明において、前記入出力端子部は、前記ケースの外部に晒されており、一側に偏って配置されるか或いは互いに異なる側に分散して配置できる。

本発明に係る電池冷却用電池パックは、前記電池パックの動作状態の監視および動作の制御を行うＰＣＭ部をさらに含むことができる。

本発明において、前記第１冷却部および第２冷却部は電動ＰＡＮにすることができる。
本発明に係る電池冷却用電池パックは、前記ＰＣＭ部で監視された動作状態を出力するモニター部をさらに含むことができる。

本発明に係る電池冷却用電池パックは、別途の放熱板構成の追加なしでも放熱が可能であり、電池モジュールの電池と電池との間の空間を冷媒の流路と並んで配置して放熱の効果を極大化することができるという効果がある。

また、本発明に係る電池冷却用電池パックは、冷媒の流路が電池モジュールの空間と並んでいるため、冷媒の強制流動のための高性能ブロワーを使用しなくてもよいので、電力消費が少なく、電池パックのコストを低めることができるという効果がある。

本発明の第１実施例に係る電池冷却用電池パックの斜視図である。 本発明の第１実施例に係る電池冷却用電池パックの透視図である。 本発明の第１実施例に係る電池冷却用電池パックを正面から眺めた透視図である。 本発明の第１実施例に係るＰＣＭ部の詳細構成図である。 本発明の第２実施例に係る電池冷却用電池パックモジュールの斜視図である。 本発明の第３実施例に係る電池冷却用電池パックモジュールシステムの構成図である。

本発明は、様々な変換を加えることができ、多様な実施例を持つことができるところ、特定の実施例を図面に例示し詳細に説明する。ところが、これは本発明を特定の実施形態について限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれる全ての変換、均等物または代替物を含むものと理解されるべきである。本発明を説明するに当たり、関連した公知の技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を乱すおそれがあると判断される場合、その詳細な説明を省略する。

「第１」、「第２」などの用語は多様な構成要素の説明に使用できるが、構成要素は用語に限定されてはならない。用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使用される。

本明細書で使用した用語は、特定の実施例を説明するために使用されたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上、明白に別途の意味を持たない限り、複数の表現を含む。

本出願において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらの組み合わせが存在することを指定しようとするもので、一つまたはそれ以上の他の特徴または数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらの組み合わせの存在または付加可能性を予め排除しないものと理解されるべきである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明に係る電池冷却用電池パックの実施例を詳細に説明する。添付図面を参照して説明するにあたり、同一または対応する構成要素は、同一の図面番号を付し、これについての重複説明は省略する。

図面の説明の便宜上、モニター部５が配置されるところを正面とし、その反対側を後面、左側のケース面を左面、右側のケース面を右面、上側のケース面を上面、下側のケース面を下面とする。

図１は本発明の第１実施例に係る電池冷却用電池パックの斜視図、図２は本発明の第１実施例に係る電池冷却用電池パックの透視図、図３は本発明の第１実施例に係る電池冷却用電池パックを正面から眺めた透視図である。

図１〜図３を参照すると、本発明の第１実施例に係る電池冷却用電池パックは、ケース１、第１冷却部２、第２冷却部２’、第１入出力端子部３、第２入出力端子部３’、ＰＣＭ部４、およびモニター部５を含んでなる。

ケース１は、電池モジュール７が固定的に設置され、ケース１の外部から電池モジュール７を隔離することができる。

ケース１は、多数の電池が積層されてなる電池モジュール７を配置することが可能な電池据置台１１を含んでもよい。

ケース１の材質は、電池パック１０００の用途と使用環境に応じてスチール、アルミニウム、強化プラスチックなどの多様な素材にすることができる。

第１冷却部２および第２冷却部２’は、ケース１の正面と後面にそれぞれ位置してもよい。
正面の第１冷却部２は、ケース１の外部から冷媒を吸入してケース１の内部へ冷媒を流動させ、後面の第２冷却部２’を介してケース１の外部へ冷媒の排出を誘導することができる。

第１冷却部２および第２冷却部２’は、電池パックの内部に異物が入り込むのを遮断する第１フィルター部２１および第２フィルター部２１’をそれぞれさらに含んでもよい。
好ましくは、第１冷却部２および第２冷却部２’は電気によって作動する電動ＰＡＮからなってもよい。

電池モジュール７は、多数の電池を一定の方向に積層させて構成し、図２に示すように電池と電池との間に一定の空間７１を確保するように配置し、ケース１の左面から右面の方向に並んで配置することができる。

以下、本発明の第１実施例に係る電池冷却用電池パックの作動構造について説明する。
第１冷却部２の配置された正面から第２冷却部２’の配置された後面への方向は、電池モジュール７の多数の電池が積層される左面から右面の方向と交差する。

すなわち、電池間の空間７１の前側の開口部は第１冷却部２の方向に向け、空間７１の後ろ側の開口部は第２冷却部２’の方向に向けるように配置できる。

正面に設置された第１冷却部２は、ケース１の外部から冷媒を吸入し、後面に設置された第２冷却部２’を介して排出する。第１冷却部２と第２冷却部２’との間には、正面から後面方向への冷媒の流路（矢印）を形成することができる。

電池モジュール７の多数の電池が積層されながら電池と電池との間に確保された空間７１の方向は、第１冷却部２の形成された正面から第２冷却部２’の形成された後面へ流れる流路の方向と並んで位置する。

したがって、冷媒は電池と電池との間に確保された空間７１を通過し、電池が作動するにつれて発生する熱は冷媒が通過することにより冷媒と共にケース１の外部へ排出できる。

従来では、電池モジュール７の積層方向が冷媒の吸入排出方向と並んでおり、ケースの一面の上端部から冷媒を流入させ、ケースの反対側の一面の下端部から冷媒を排出させることにより、冷媒の流路はケースの上部から電池モジュールの上部を経て電池モジュールの下部およびケースの下部へ移動する形態が一般的であったため、流路の方向急変による冷媒の流動性確保が難しかった。また、冷媒の吸入および排出のために別途の高性能ブロワー(blower)を使用しなければならなかった。

ところが、本発明に係る電池モジュール７の空間７１の配置方向と冷却部２を介しての冷媒の流路は並んでいるため、従来の技術に比べて冷媒の流路が変更しないので、相対的に高性能のブロワーを導入しなくても冷媒の流動による冷却効果を達成することができる。

一方、電池モジュール７の電池を積層させる方向は、図示によるケース１の左面から後面の方向に限定されず、例えばケース１の下面から上面に電池を積層し或いは回路の構成上一定の傾斜を加える場合のように、冷却部によって形成された冷媒の流路が電池と電池との間に確保された空間７１を通過するように配置する場合を当然含む。

第１入出力端子部３および第２入出力端子部３’は、ケース１の内部に据置された電池モジュール７の陽極および陰極に連結され、ケース１の外部で電力の入出力を行うことができる。

第１入出力端子部３および第２入出力端子部３’の位置に関連して、図１に示すように、第１入出端子部３はケース１の正面に、第２入出力端子部３‘はケース２の後面にそれぞれ位置してもよい。

入出力端子部３、３’の位置と模様は、設置環境と用途に応じて、入出力端子部３、３’を一方に偏って配置するように、当業者が容易に変更して実施することが可能な範囲を当然含む。

ＰＣＭ部４は、電池パック１０００の動作状態を監視するとともに電池パック１０００の動作を制御することができる。

図４を参照すると、ＰＣＭ部４は通信部４１、測定部４２および作動制御部４３を含むことができる。

測定部４２は、ケース１の内部に据置された電池モジュール７の電池と個別的に連結され、電池の動作状態を監視することができる。

動作状態は、ケース１内部の温度、電池の個別的な温度、電池の個別的な電力情報、電池の動作異常有無などを含むことができる。

作動制御部４３は、電池の個別的な異常有無に応じて電池の電力の出入りを遮断し或いは作動を中断させる制御を行うことができる。

通信部４１は、別途備えられたモニター部５に、測定部４２を介して監視された電池パック１０００の動作状態情報を伝達することができる。

通信部４１は、多数の電池パック１０００の動作を監視し制御するシステム制御部が存在する場合、監視された動作状態情報、またはシステム制御部から伝送された電池パック１０００の作動制御情報を作動制御部４３へ伝達することができる。

モニター部５は、ＰＣＭ部４で監視された動作状態を出力することができる。
モニター部５は、ケース１内部の温度状態、電池の個別的な温度、電池の個別的な電力情報、電池の動作異常有無に対する動作状態情報を、ケースを分解することなく外部から確認することができるように画面に出力することができる。

好ましくは、モニター部５はＬＣＤパネルからなってもよい。
図５は本発明の第２実施例に係る電池冷却用電池パックモジュールの斜視図である。
ユーザーの必要に応じて、多数の電池パックが集まって一つの電池パックモジュール１００００に構成できる。

電池パックに対する図１〜図４での説明と同様に、多数の電パックは正面と後面にそれぞれ冷却部を含むことができ、それぞれの電池パックケース１０の内部には電池モジュールが配置できる。

それぞれの電池モジュールは空間を確保した状態で配置された多数の電池を含み、正面および後面に配置された冷却部によって形成された冷媒の流路はそれぞれの電池モジュールの空間を通過して形成され、これにより電池モジュールの冷却効果を期待することができる。

電池パックモジュール１００００は、電力を入出力するための回路の構成を容易にするために、第１入出力端子部３０をケース１０の正面の一側に、第２入出力端子部３０’をケースの後面の一側にそれぞれ配置して構成することができる。

入出力端子部３０、３０’の位置と形状は、設置環境と用途に応じて、入出力端子部３０、３０’を一方の方向に偏って配置するように、当業者が容易に変更して実施することが可能な範囲を当然含む。

図６は本発明の第３実施例に係る電池冷却用電池パックモジュールシステムの構成図である。

電池冷却用電池パックモジュールシステム（以下、「モジュールシステム」ともいう）は、ＢＭＳ(Battery Management System)部１５０００、システムモニタリング部２００００、システム制御設定部３００００、システムセンサー部４００００、システムディスプレイ部５００００、システムアラーム部６００００、システム冷却制御部７００００、および電池パック１０００’を含むことができる。

電池パック１０００’は、冷却部２０００、ＰＣＭ部８００００およびセル部９００００を含むことができる。

電池冷却用電池パックモジュールシステムは、ユーザーの使用方式に応じて所望の出力電力の大きさを得るために多数の電池パック１０００’を含むことができる。

電池パック１０００’のセル部９００００は、ユーザーの使用方式に応じて、所望の出力電力の大きさを得るために多数のセル（Ｃｅｌｌ１〜ＣｅｌｌＸ）を含むことができる。

ＢＭＳ部１５０００は、システムモニタリング部２００００、システム制御設定部３００００、システムセンサー部４００００、システムディスプレイ部５００００、システムアラーム部６００００、システム冷却制御部７００００、電池パック１０００’、および電池パック１０００’のＰＣＭ部８００００（以下「各部」ともいう）の動作状態を監視し、動作を制御することができる。

システムモニタリング部２００００は、ＢＭＳ部１５０００で監視された動作情報の伝送を遠隔で受け、別途備えられた出力装置によって出力することができる。

ＢＭＳ部１５０００は、ＲＳ−２３２またはＲＳ−４８５通信方式を用いてシステムモニタリング部２００００に動作情報を伝達することができる。

システム制御設定部３００００は、ＢＭＳ部１５０００に連結され、モジュールシステムの動作環境をモニタリングした後、設定する。設定に応じて、ＢＭＳ部１５０００は、連結された各部の動作情報と、システム制御設定部３０００によって設定された動作環境とを比較して、ＢＭＳ部１５０００に連結された各部を制御することができる。

システムセンサー部４００００は、モジュールシステムに連結された電池パック１０００’に対して入出力される電圧、電流および電力の大きさや出入り状態などを監視し、電池パック１０００’における過放電、過充電および過熱を監視することができる。

システムディスプレイ部５００００は、ＢＭＳ部１５０００およびシステムセンサー部４００００を介して監視された動作情報を出力することができる。

システムアラーム部６００００は、システム制御設定部３００００を介してＢＭＳ部１５０００に設定された動作環境からずれた状態になり、ＢＭＳ部１５０００で非常時になったと判断されると、アラームを発生して異常状態を知らせることができる。

システム冷却制御部７００００は、多数の電池パック１０００’に含まれた冷却部２０００の動作状態を制御することができる。

システム冷却制御部７００００は、システムセンサー部４００００を介して監視された電池パック１０００’の過熱状態に応じて電池パック１０００’の冷却部２０００を制御して電池パック１０００’の温度を調節することができる。

ＰＣＭ部８００００は、電池パック１０００’の動作状態を監視し且つ電池パック１０００の動作を制御することができる。

ＰＣＭ部８０００は、セル部９００００の多数の電池と個別的に連結され、電池の動作状態を監視することができる。

動作状態は、電池パック１０００’の動作温度や電池の個別的な温度、電池の個別的な電力情報、電池の動作異常有無などを含むことができる。

ＰＣＭ部８００００は、電池パック１０００’およびセル部９００００の個別電池の情報をシステムセンサー部４００００へ伝達することができる。

ＰＣＭ部８００００は、システムセンサー部４００００に伝達された電池パック１０００’の動作情報に応じてＢＭＳ部１５０００から電池パック１０００’の制御命令の伝達を受け、ＢＭＳ部１５０００の制御命令に基づいて、電池の電力の出入りを遮断し或いは作動を中断させる制御を行うことができる。

以上、本発明の好適な実施例を参照して説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で本発明を様々に修正および変更させることができるのを理解するであろう。

１、１０ ケース
１１ 電池据置台
２、２０ 第１冷却部
２１、２１０ 第１フィルター部
２’ 第２冷却部
２１’ 第２フィルター部
３、３０ 第１入出力端子部
３’、３０’ 第２入出力端子部
４、４０ ＰＣＭ部
４１ 通信部
４２ 測定部
４３ 作動制御部
５、５０ モニター部
７ 電池モジュール
７１ 空間
１０００、１０００’ 電池パック
２０００ 冷却部
１００００ 電池パックモジュール
１５０００ ＢＭＳ部
２００００ システムモニタリング部
３００００ システム制御設定部
４００００ システムセンサー部
５００００ システムディスプレイ部
６００００ システムアラーム部
７００００ システム冷却制御部
８００００ ＰＣＭ部
９００００ セル部

Claims (6)

1. 多数の電池が積層されてなる電池モジュールが配置され、前記電池モジュールを外部から隔離するケースと、
   前記ケースの一側面に位置し、内部に冷媒を吸入する第１冷却部と、
   前記ケースの他の一側面に位置し、前記第１冷却部によって吸入された冷媒をケースの外部に排出して前記ケースの内部へ冷媒の流れを誘導する第２冷却部とを含んでなり、
   前記電池モジュールの多数の電池は、
   電池と電池との間に冷媒が通過されるように空間をおいて前記ケースの内部に一定の方向に積層され、
   前記電池モジュールは、前記電池モジュールの空間の一方の開口部が第１冷却部の方向に向け、他方の開口部が第２冷却部の方向に向けるように配置されることを特徴とする、電池冷却用電池パック。
2. 前記電池モジュールの陽極および陰極に連結され、前記ケースの外部で電力の入出力ができるようにする入出力端子部をさらに含み、
   前記入出力端子部は、前記ケースの外部に晒されており、
   前記ケースの一側に偏って配置されるか、或いは互いに異なる側に分散して配置されることを特徴とする、請求項１に記載の電池冷却用電池パック。
3. 前記電池パックの動作状態を監視するとともに動作を制御するＰＣＭ部をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の電池冷却用電池パック。
4. 前記第１冷却部および前記第２冷却部が電動ＰＡＮであることを特徴とする、請求項１に記載の電池冷却用電池パック。
5. 前記第１冷却部および前記第２冷却部の少なくとも一つが、前記電池パックの内部に異物が入り込むのを遮断するフィルター部をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の電池冷却用電池パック。
6. 前記ＰＣＭ部で監視された動作状態を出力するモニター部をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の電池冷却用電池パック。