JP2013161528A - Battery pack - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery pack which can be cooled efficiently with a simple structure.SOLUTION: A battery pack 10 includes a plurality of battery cells 20, wicks 40 disposed between the battery cells 20, and a refrigerant to infiltrate the wicks 40. The wick 40 positions the battery cell 20 by coming into contact with the side face 20a thereof. When the temperature of the side face 20a of the battery cell 20 exceeds the boiling point of the refrigerant 30, the refrigerant 30 boils on the side face 20a thus cooling the battery cell 20.

Description

本発明は電池パックに関する。   The present invention relates to a battery pack.

複数の電池セルを備える電池パックの温度を調整するための構成として、次のようなものが知られている。空冷式では、電池セルの間に空気を流通させて冷却する。水冷式では、電池セル間に流路を形成して冷却水を循環させる。また、電池セルを密閉容器に収容し、低沸点冷媒を充填して冷媒の気化熱により電池セルを冷却する構成もある。低沸点冷媒を用いる構成の例は特許文献１に記載されている。   As a configuration for adjusting the temperature of a battery pack including a plurality of battery cells, the following is known. In the air cooling method, air is circulated between the battery cells to cool. In the water-cooled type, a flow path is formed between battery cells to circulate cooling water. There is also a configuration in which the battery cell is housed in a sealed container, filled with a low boiling point refrigerant, and the battery cell is cooled by the heat of vaporization of the refrigerant. An example of a configuration using a low boiling point refrigerant is described in Patent Document 1.

特開平１１−２６０３１号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-26031

しかしながら、従来の構成では、簡素な構造によって効率的に冷却を行うことができないという問題があった。空冷式では熱伝達率が小さく、電池セルや電池パックと空気との間での温度ロスが大きい。水冷式では、電池セル間の狭いすきまに流路を形成する必要があり、構造が複雑になる。また、特許文献１の構成では、電池の全表面を完全に冷媒で覆う程度の量の冷媒が必要となり、さらに、冷媒に浸漬された電池セルを固定するための構造が必要となる。   However, the conventional configuration has a problem that cooling cannot be efficiently performed with a simple structure. In the air cooling system, the heat transfer coefficient is small, and the temperature loss between the battery cell or battery pack and the air is large. In the water cooling type, it is necessary to form a flow path in a narrow gap between battery cells, and the structure becomes complicated. Further, the configuration of Patent Document 1 requires an amount of refrigerant that covers the entire surface of the battery completely with the refrigerant, and further requires a structure for fixing the battery cells immersed in the refrigerant.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、簡素な構造によって効率的に冷却を行える電池パックを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a battery pack that can be efficiently cooled with a simple structure.

上述の問題を解決するため、この発明に係る電池パックは、複数の電池セルと、電池セルの間に配置されるウィックと、ウィックに浸潤する冷媒と備える。   In order to solve the above-described problem, the battery pack according to the present invention includes a plurality of battery cells, a wick disposed between the battery cells, and a refrigerant infiltrating the wick.

このような構成によれば、冷媒がウィックに浸潤し、電池セルの側面全体に均一に接触する。また、電池セルの間に配置されたウィックが電池セルの位置ずれを防止する。   According to such a configuration, the refrigerant infiltrates the wick and uniformly contacts the entire side surface of the battery cell. Moreover, the wick arrange | positioned between battery cells prevents the position shift of a battery cell.

電池セルは底面および側面を備え、ウィックは、電池セルの側面に接触してもよい。
ウィックは、電池セルの側面と、面をもって接触してもよい。
電池セルは角型電池セルであってもよい。
電池パックは、電池セルの上方に配置される冷熱源をさらに備えてもよい。
ウィックは、ウィックの一部のみが冷媒に浸漬する位置に配置されてもよい。 The battery cell may have a bottom surface and a side surface, and the wick may contact the side surface of the battery cell.
The wick may contact the side surface of the battery cell with the surface.
The battery cell may be a prismatic battery cell.
The battery pack may further include a cold heat source disposed above the battery cell.
The wick may be arranged at a position where only a part of the wick is immersed in the refrigerant.

本発明の電池パックによれば、簡素な構造によって効率的に冷却を行うことができる。たとえば、少量の冷媒であっても、ウィックに浸潤することにより電池セルの側面全体に均一に接触するので、側面において均一に冷却を行うことができる。また、電池セルの間に配置されたウィックが電池セルを位置ずれを防止するので、電池セルを固定するための構造は不要である。   According to the battery pack of the present invention, cooling can be efficiently performed with a simple structure. For example, even if a small amount of refrigerant is infiltrated into the wick, it uniformly contacts the entire side surface of the battery cell, so that the side surface can be uniformly cooled. Further, since the wicks arranged between the battery cells prevent the battery cells from being displaced, a structure for fixing the battery cells is unnecessary.

本発明の実施の形態１に係る電池パックを含む構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a structure containing the battery pack which concerns on Embodiment 1 of this invention.

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、本発明の実施の形態１に係る電池パック１０を含む構成の例を示す。
電池パック１０は外壁１１を備え、また、外壁１１によって密閉される内部空間に複数の電池セル２０を備える。電池セル２０はたとえば角型の電池セルであり、一方向に等間隔に配列される。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows an example of a configuration including a battery pack 10 according to Embodiment 1 of the present invention.
The battery pack 10 includes an outer wall 11 and a plurality of battery cells 20 in an internal space sealed by the outer wall 11. The battery cells 20 are, for example, rectangular battery cells, and are arranged at equal intervals in one direction.

電池セル２０は側面２０ａおよび底面２０ｂを備える。底面２０ｂとは重力に対して電池セル２０を支持する部分であり、図１の電池セル２０では平面によって構成される。側面２０ａとは、鉛直方向（重力の方向）に広がりを持った部分であり、図１の電池セル２０では平面によって構成される。ただし側面２０ａの広がりの方向は、必ずしも鉛直方向のみでなくともよい。図１の例では、３つの直方体の電池セル２０が、それぞれの側面２０ａがすべて平行となるように配列されている。   The battery cell 20 includes a side surface 20a and a bottom surface 20b. The bottom surface 20b is a portion that supports the battery cell 20 against gravity, and the battery cell 20 of FIG. The side surface 20a is a portion having a spread in the vertical direction (the direction of gravity), and the battery cell 20 in FIG. However, the spreading direction of the side surface 20a is not necessarily limited to the vertical direction. In the example of FIG. 1, three rectangular parallelepiped battery cells 20 are arranged so that all of the side surfaces 20a are parallel to each other.

電池パック１０は、電池パック１０内に封入される冷媒３０を備える。冷媒３０は沸騰性かつ絶縁性の熱媒体であり、たとえばフロリナートである。電池パック１０内の圧力は、電池セル２０を冷却する基準となる所定温度において冷媒３０が沸点に達するよう調整される。
冷媒３０は、電池セル２０の底面２０ｂおよび側面２０ａの一部が浸漬する量が電池パック１０内に封入される。 The battery pack 10 includes a refrigerant 30 enclosed in the battery pack 10. The refrigerant 30 is a boiling and insulating heat medium, such as florinate. The pressure in the battery pack 10 is adjusted so that the refrigerant 30 reaches the boiling point at a predetermined temperature that is a reference for cooling the battery cells 20.
The amount of the coolant 30 in which the bottom surface 20b and the side surface 20a of the battery cell 20 are immersed is enclosed in the battery pack 10.

電池セル２０の間には、電池セル２０の側面２０ａに接触して、ウィック４０が配置される。ウィック４０はたとえば直方体に形成され、隣り合う２つの電池セル２０の間に、その２つの電池セル２０の向かい合う側面２０ａの双方に接触するよう配置される。ウィック４０は電池セル２０と面をもって接触しており、たとえば図１の例では側面２０ａの全体と接触している。   Between the battery cells 20, the wick 40 is disposed in contact with the side surface 20a of the battery cell 20. The wick 40 is formed in, for example, a rectangular parallelepiped, and is disposed between two adjacent battery cells 20 so as to contact both of the opposing side surfaces 20a of the two battery cells 20. The wick 40 is in contact with the battery cell 20 with a surface. For example, in the example of FIG. 1, the wick 40 is in contact with the entire side surface 20a.

ウィック４０はある程度の剛性を持った構造であるため、電池セル２０の配列方向への移動を制限する。図１の例では、左端に配置された電池セル２０を固定すると、その結果として、右端の電池セル２０の左側への移動が制限される。このようにして、ウィック４０は電池セル２０を位置決めする作用を有する。たとえば、左端の電池セル２０と、右端の電池セル２０とをそれぞれの側から挟持して固定することにより、すべての電池セル２０および間に配置されるウィック４０を同時に固定することができる。   Since the wick 40 has a certain degree of rigidity, the movement of the battery cells 20 in the arrangement direction is limited. In the example of FIG. 1, when the battery cell 20 arranged at the left end is fixed, as a result, the movement of the right end battery cell 20 to the left side is restricted. In this way, the wick 40 has a function of positioning the battery cell 20. For example, by sandwiching and fixing the leftmost battery cell 20 and the rightmost battery cell 20 from each side, all the battery cells 20 and the wicks 40 arranged therebetween can be fixed simultaneously.

また、電池セル２０の動作に伴って発生するガスによって電池セル２０が膨張しないようにするために、電池セル２０は加圧された状態に置かれる。たとえば、電池セル２０を図１に示すように一方向にスタック化する際に、矢印Ａに示すように、配列された電池セル２０の両端から内側に向けて荷重が与えられる。この加圧は、たとえば図示しない挟持部材によってなされてもよく、または（図１とは異なる構成として）外壁１１によってなされてもよい。   In addition, the battery cell 20 is placed in a pressurized state so that the battery cell 20 does not expand due to gas generated with the operation of the battery cell 20. For example, when the battery cells 20 are stacked in one direction as shown in FIG. 1, as shown by an arrow A, a load is applied from both ends of the arranged battery cells 20 toward the inside. This pressurization may be performed by, for example, a clamping member (not shown) or may be performed by the outer wall 11 (as a configuration different from that in FIG. 1).

ウィック４０は綿状の部材であり、毛管現象により冷媒３０が浸潤する構造となっている。図１の例では、冷媒３０は電池パック１０に充填されておらず、ウィック４０は、その一部のみが冷媒３０に浸漬する位置に配置されている（すなわち、ウィック４０の一部は冷媒３０の液面３０ａよりも上方に位置する）。しかしながら、冷媒３０は、毛管現象によりウィック４０に浸潤することにより、矢印Ｂの方向に伝播し、結果として冷媒３０の液面３０ａよりも上方に達し、これによって液面３０ａより高い位置においても電池セル２０の側面２０ａと接触する。この例では、冷媒３０は側面２０ａ全体と接触する。   The wick 40 is a cotton-like member and has a structure in which the refrigerant 30 is infiltrated by capillary action. In the example of FIG. 1, the refrigerant 30 is not filled in the battery pack 10, and the wick 40 is disposed at a position where only a part of the wick 40 is immersed in the refrigerant 30 (that is, a part of the wick 40 is the refrigerant 30. Is located above the liquid level 30a). However, the refrigerant 30 is infiltrated into the wick 40 by capillary action and propagates in the direction of the arrow B. As a result, the refrigerant 30 reaches above the liquid level 30a of the refrigerant 30 and, as a result, the battery even at a position higher than the liquid level 30a. It contacts the side surface 20a of the cell 20. In this example, the refrigerant 30 contacts the entire side surface 20a.

電池セル２０の動作に伴って温度が上昇し、側面２０ａの温度が冷媒３０の沸点を超えると、側面２０ａにおいて冷媒３０が沸騰する。これによって冷媒３０は側面２０ａから沸騰熱伝達により熱を奪い、電池セル２０を冷却する。   When the temperature rises with the operation of the battery cell 20 and the temperature of the side surface 20a exceeds the boiling point of the refrigerant 30, the refrigerant 30 boils on the side surface 20a. As a result, the refrigerant 30 takes heat from the side surface 20a by boiling heat transfer, and cools the battery cell 20.

電池パック１０は、電池セル２０の上方に配置される冷熱源５０を備える。冷熱源５０は、沸騰し気化した冷媒３０を冷却するものであり、たとえば、ペルチェユニット等によって構成することができる。
電池セル２０の側面２０ａにおいて沸騰し気化した冷媒３０（少なくともその一部）は、矢印Ｃの方向（上方）に移動し、冷熱源５０に達する。そして冷熱源５０によって冷却され、凝縮する。凝縮した冷媒３０は、重力によって矢印Ｄの方向（下方）に落下する。以上のように、冷媒３０は、矢印Ｂ、Ｃ、Ｄのように循環する。 The battery pack 10 includes a cold heat source 50 disposed above the battery cell 20. The cold heat source 50 cools the boiled and vaporized refrigerant 30 and can be constituted by, for example, a Peltier unit.
The refrigerant 30 boiled and vaporized on the side surface 20 a of the battery cell 20 (at least a part thereof) moves in the direction of arrow C (upward) and reaches the cold heat source 50. Then, it is cooled by the cold heat source 50 and condensed. The condensed refrigerant 30 falls in the direction of arrow D (downward) due to gravity. As described above, the refrigerant 30 circulates as indicated by arrows B, C, and D.

以上のように、実施の形態１に係る電池パック１０によれば、冷媒３０の沸騰現象を利用して高効率な熱交換の実現することができる。とくに、冷媒３０が沸騰する際の伝熱は相変化を伴う伝熱であるので、熱伝達率が非常に大きく、高効率な熱交換が可能である。また、ウィック４０の毛管現象により、冷媒３０が電池セル２０の側面２０ａ全体に接触するので、側面２０ａから均一に伝熱することが可能である。
また、電池セル２０の位置決めあるいは固定のためには電池セル２０間にウィック４０を挟むだけでよく、他のスペーサ部材や固定部材が不要になるので構造が簡素になる。 As described above, according to the battery pack 10 according to Embodiment 1, highly efficient heat exchange can be realized using the boiling phenomenon of the refrigerant 30. In particular, since the heat transfer when the refrigerant 30 boils is heat transfer accompanied with phase change, the heat transfer rate is very large and highly efficient heat exchange is possible. Moreover, since the refrigerant | coolant 30 contacts the whole side 20a of the battery cell 20 by the capillary phenomenon of the wick 40, it is possible to transmit heat uniformly from the side 20a.
Further, in order to position or fix the battery cell 20, it is only necessary to sandwich the wick 40 between the battery cells 20, and the structure becomes simple because no other spacer member or fixing member is required.

また、実施の形態１のように電池パック１０内で電池セル２０を加圧する構成においては、ウィック４０と電池セル２０とが加圧によって密着するので、電池セル２０のより広い領域においてより確実に冷媒３０を沸騰させることができ、冷却効率がさらに向上する。
ただし、とくに加圧を行わない構成においても、電池セル２０とウィック４０とを密着させて配置すれば、冷却効率をある程度向上させることができる。また、電池セルが角型でなく円筒型等の形状であっても、ウィックの形状を電池セルとウィックとが密着する形状とすれば、同様の効果を得ることができる。 Moreover, in the structure which pressurizes the battery cell 20 in the battery pack 10 like Embodiment 1, since the wick 40 and the battery cell 20 closely_contact | adhere by pressurization, in the wider area | region of the battery cell 20 more reliably. The refrigerant 30 can be boiled, and the cooling efficiency is further improved.
However, even in a configuration in which no pressurization is performed, the cooling efficiency can be improved to some extent if the battery cell 20 and the wick 40 are disposed in close contact with each other. Further, even if the battery cell has a shape such as a cylindrical shape instead of a square shape, the same effect can be obtained if the shape of the wick is such that the battery cell and the wick are in close contact.

上述の実施の形態１では、ウィック４０は電池セル２０の側面２０ａのみに接触しているが、さらに底面２０ｂに接触してもよく、また上面に接触してもよい。また、実施の形態１ではウィック４０は側面２０ａの全体に接触しているが、電池セル２０の表面の少なくとも一部に接触する構成であれば、ある程度は冷却効果を向上させ、かつ電池セル２０を位置決めすることができる。   In the above-described first embodiment, the wick 40 is in contact with only the side surface 20a of the battery cell 20, but may further be in contact with the bottom surface 20b or may be in contact with the top surface. In the first embodiment, the wick 40 is in contact with the entire side surface 20a. However, if the wick 40 is configured to be in contact with at least a part of the surface of the battery cell 20, the cooling effect is improved to some extent and the battery cell 20 is used. Can be positioned.

実施の形態１では、電池パック１０は単一の電池モジュールのみを備えるが、図１と同様の構成を有する電池モジュールを複数備えてもよい。すなわち、外壁１１によって密閉された空間に、電池セルおよびウィックによって構成される電池モジュールを複数備え、これらの電池モジュールが少なくとも１つの冷熱源を共有してもよい。   In Embodiment 1, the battery pack 10 includes only a single battery module. However, the battery pack 10 may include a plurality of battery modules having the same configuration as in FIG. That is, a plurality of battery modules configured by battery cells and wicks may be provided in a space sealed by the outer wall 11, and these battery modules may share at least one cold heat source.

１０ 電池パック、１１ 外壁、２０ 電池セル（２０ａ 側面、２０ｂ 底面）、３０ 冷媒（３０ａ 冷媒の液面）、４０ ウィック、５０ 冷熱源。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Battery pack, 11 Outer wall, 20 Battery cell (20a side surface, 20b bottom surface), 30 Refrigerant (30a Refrigerant liquid level), 40 wick, 50 Cold source.

Claims (6)

複数の電池セルと、
前記電池セルの間に配置されるウィックと、
前記ウィックに浸潤する冷媒と、
を備える電池パック。 A plurality of battery cells;
A wick disposed between the battery cells;
A refrigerant infiltrating the wick;
A battery pack comprising: 前記電池セルは底面および側面を備え、
前記ウィックは、前記電池セルの前記側面に接触する、請求項１に記載の電池パック。 The battery cell has a bottom surface and a side surface,
The battery pack according to claim 1, wherein the wick contacts the side surface of the battery cell. 前記ウィックは、前記電池セルの前記側面と、面をもって接触する、請求項２に記載の電池パック。   The battery pack according to claim 2, wherein the wick contacts the side surface of the battery cell with a surface. 前記電池セルは角型電池セルである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池パック。   The battery pack according to claim 1, wherein the battery cell is a square battery cell. 前記電池パックは、前記電池セルの上方に配置される冷熱源をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池パック。   The said battery pack is a battery pack as described in any one of Claims 1-4 further provided with the cold-heat source arrange | positioned above the said battery cell. 前記ウィックは、前記ウィックの一部のみが前記冷媒に浸漬する位置に配置される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電池パック。   The said wick is a battery pack as described in any one of Claims 1-5 arrange | positioned in the position where only a part of said wick is immersed in the said refrigerant | coolant.
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