JP2014053276A

JP2014053276A - バッテリーシステム

Info

Publication number: JP2014053276A
Application number: JP2012242732A
Authority: JP
Inventors: Man Ju Oh; 萬周呉; Jae Woong Kim; 才熊金; Jae-Woo Park; 宰佑朴
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2014-03-20
Also published as: US20140072845A1; DE102012222817A1; CN103682526A; KR101371741B1

Abstract

【課題】バッテリーを冷却又は加熱するための空調空気が流れる空間を最小化し、その空間の集積度を高めて冷却又は加熱効率に優れたバッテリーシステムを提供する。
【解決手段】空気の出入りが遮断された密閉型ハウジングと、この密閉型ハウジングの内部空間の前方と後方にそれぞれ設けられて中央で空気を吸入／吐出し、両側方で吐出／吸入する送風機と、両送風機の間に複数の列をなすように配置され、前後方を貫通する通気ホールが形成され、ハウジング中央に位置する列と列との間は一定距離離隔して空気が混ざるミキシング区間を形成するバッテリーパックと、送風機の中央と対面する位置に設けられた熱電素子とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリーシステム（ＢＡＴＴＥＲＹＳＹＳＴＥＭ）に係り、より詳しくは、車両等に活用されるバッテリーの冷却又は加熱（暖房）によって効率性を高めるバッテリーシステムに関するものである。

最近、環境に対する問題として、内燃機関を電気機関で代替しようとする動きが多くの産業分野で発生している。そして、このような電気機関での燃料の役割はバッテリーが担うこととなるが、特に車両の場合、燃費や耐久性の側面から電気自動車及びハイブリッドカーのバッテリー温度を上昇／冷却させることによりバッテリーの状態を最適に維持する必要がある。

しかし、従来のバッテリーの冷暖房（温度調節）技術の殆どは、バッテリーを冷却又は加熱するために車両内部／外部の空気を吸入してバッテリーに移送し対流による温度調節がなされるようにしていたが、このような冷却及び暖房が同時になされるようにしたバッテリー冷／暖房構造において、バッテリーハウジングの内部にはバッテリーパックと他の電気装置が多数備えられており、熱交換のための空気の流れをバッテリーパック内部でのみ限定されて流動することができるように構成するために、バッテリーハウジングへの吸入部と出口部に別途のダクトが必要となるという問題があった。

また、バッテリーパック周辺でも別途の流路（ｆｌｏｗｃｈａｎｎｅｌ）が設けられて空気の流路を限定するように構成されることにより、設計空間の制約を受け効率的な冷房構造を形成することが容易ではないという問題があった。

例えば、特許文献１に提案された「ラジアルファンを含んだバッテリーパック」の場合、バッテリーパックの冷却のために内部にラジアルファンを設置することにより、冷却空気の流入及び流出方向と、数個のバッテリーセル（ｃｅｌｌ）の間を通過する冷却空気の方向が垂直になるように構成することができ、バッテリーパックの冷却流路をより効率的に設計することができるようにしたラジアルファンを含んだものである。しかしながら、このような構造によっても別途の空調空気流通のためのチャンネルとダクトを備えなければならないので効果的な空間活用の面で劣り、また、冷却／加熱器での空調空気の流路が長くて熱損失が発生するという問題があった。なお、以上の説明事項は、本発明の背景についての理解増進のためのものであり、上記した全ての事項がこの技術分野で通常の知識を有した者に既に知られた従来技術に該当することを認めるものではない。

韓国公開特許第１０−２０１２−００６９２７４号公報

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、バッテリーを冷却又は加熱するための空調空気が流れる空間を最小化し、その空間の集積度を高めて冷却又は加熱効率に優れたバッテリーシステムを提供するところにその目的がある。

上記目的を達成するための本発明によるバッテリーシステムは、空気の出入りが遮断された密閉型ハウジングと、この密閉型ハウジングの内部空間の前方と後方にそれぞれ設けられて中央で空気を吸入／吐出し、両側方で吐出／吸入する送風機と、前記両送風機の間に複数の並び（列）をなすように配置され各列ごとに前後方を貫通する通気ホールが連続的に形成され、密閉型ハウジング中央に位置する列と列の間は一定距離離隔して空気が混ざるミキシング区間を形成するバッテリーパックと、前記送風機の中央と対面する位置に設けられた熱電素子とを含むことを特徴とする。このような、バッテリーシステムにおいて、前記熱電素子は、送風機と隣接するバッテリーパックの列における送風機の中央と対面する位置でバッテリーパックの間に設置され、送風機に吸入／吐出される空気を冷却又は加熱することが好ましく、また、前記熱電素子には放熱ピンが形成され、放熱ピンの方向は空気の流動方向と同一であることが好適であり、さらには、前記送風機は、密閉型ハウジングの前端と後端の中央でそれぞれ設けられ、熱電素子は、送風機の中央と対面する位置に設けられていることが好ましく、さらにまた、前記送風機とバッテリーパックは、相互密着することにより、送風機はバッテリーパックの通気ホールを通じて中央で空気を吸入／吐出して両側方で空気を吐出／吸入することが好ましい。そして、前記送風機と隣接するバッテリーパックの間には、送風機の縁を囲む位置に密閉ガイドが設置され、密閉ガイドの両側方には通風口が形成されて、送風機はバッテリーパックの通気ホールを通じて中央で空気を吸入／吐出して両側方で空気を吐出／吸入することが好ましく、また、前記バッテリーパックとハウジングの前端又は後端の間には、密閉ガイドの幅だけの離隔空間が形成され、前記熱電素子は、離隔空間で密閉ガイドの通風口に隣接するように設けられて流動する空気を冷却又は加熱することが好適であり、さらには、前記バッテリーパックは、複数個が側方に並んで隣接して一つの並び（列）をなし、列をなした状態でハウジングの上端及び下端の内面と密着することが好ましい。そしてまた、前記バッテリーパックは、複数個が側方に並んで隣接して一つの列をなし、送風機と対面する側にはバッテリーパックとバッテリーパックの間で送風機側に突出した隔膜が形成されて、送風機に吐出／吸入される空気が隣接するバッテリーパックに均一に分配されることが好ましく、また、前記それぞれのバッテリーパックは、一定幅を有する水平方向の通気ホールが上下方向に複数個離隔して形成されたことが好適であり、さらには、前記それぞれのバッテリーパックは、複数のバッテリーセルが垂直に重畳されてなり、各バッテリーセルの上面と下面に溝が形成されて重畳時に通気ホールをなすことが好ましい。

本発明のバッテリーシステムによれば、バッテリーハウジングに別途のフローダクトやチャンネルが不要でバッテリーの温度調節ための空間と部品が顕著に減る効果を奏し、また、最小限の空調空気の流れによるバッテリーの至適な温度調節を可能とし、冷却又は加熱効率の低下を防止することができる。

本発明によるバッテリーシステムの水平方向断面を一部透視して示す構成図である。本発明によるバッテリーシステムの垂直方向断面を一部透視して示す構成図である。

以下、添付した図面を参照して本発明によるバッテリーシステムの好ましい実施形態について説明する。なお、本明細書において、前後方向（前方、後方）とは、後述する密閉型ハウジングの底部面が水平に設置されたときに密閉型ハウジングの底部上面に複数のバッテリーパックが列を成して並ぶ方向及び各バッテリーパック内に複数のバッテリーセルが重畳（積層）される方向（垂直方向）に対して夫々直交する方向を指す。すなわち、前後方向は、図１に示したバッテリーシステムの水平方向断面構成図において、矩形をなす密閉型ハウジング１００の長辺同士が対向する方向或いは短辺が伸びる方向を指し、また、上下方向（或いは高さ方向）は、図２に示したバッテリーシステムの垂直方向断面構成図において、矩形をなす密閉型ハウジング１００の長辺同士が対向する方向或いは短辺が伸びる方向を指す。また、前後方向は、密閉型ハウジング１００又はバッテリーシステムの幅方向と呼ぶこともあり、図１、２における密閉型ハウジング１００の矩形長辺が延びる方向は、密閉型ハウジング１００又はバッテリーシステムの長さ方向、或いは側方（側方向）と呼ぶことがある。

本実施形態のバッテリーシステムは、図１、２に示したように、空気の出入りが遮断された密閉型ハウジング１００と、この密閉型ハウジング１００の内部空間の前方と後方に夫々送風機３００が設けられている。送風機３００は、ファンが配置されている中央部で空気を吸入（吸込み）又は吐出（吹出し）し、両側方で吐出（吹出し）又は吸入する（吸込む）。すなわち、送風機３００の中央部で空気を吸込むように構成した場合には、吸込んだ空気は両側方で吹出し、送風機３００の両側方で空気を吸込むように構成した場合には、吸込んだ空気は中央部で吹出すこととなり、また、運転途中でファンを逆方向に回転させることにより吸込み、吹出し、を変えるように構成することもできる。また、密閉型ハウジング１００の内部空間で前後方向に対向している両送風機３００、３００の間に複数の並び（列）７２０、７２０をなすようにバッテリーパック７００が配置されている。すなわち、この実施形態では、バッテリーパック７００の列７２０は密閉型ハウジング１００の側方（長さ方向）に延びるように並んでいる。また、各バッテリーパック７００にはその各列（並び）７２０が並ぶ方向と直交する方向である前後方向を貫通する通気ホール７６０が形成され、密閉型ハウジング１００の前後方向中央に位置する列７２０と列７２０の間は一定距離離隔して空気が混ざるミキシング区間１６０を形成している。そして、送風機３００の中央と対面する位置には熱電素子５００が設けられている。すなわち、この実施形態では、熱電素子５００は、前方側と後方側の各送風機３００の中央部同士が対向する密閉型ハウジング１００の内部空間部分を垂直方向に挟む密閉型ハウジング１００の上部面及び／又は底部面に当接する位置或いは上部及び／又は底部に埋め込まれて設けられている。熱電素子５００は、前方側と後方側の各送風機３００の中央部同士が対向する密閉型ハウジング１００の内部空間部分位置に設けることもできる。

本実施形態のバッテリーシステムは、密閉型ハウジング１００で構成しており、外部との空気の出入りがない構造である。もちろん、製作上一部の損失があり得るが、基本的には内部に存在する空気だけでバッテリーの冷却又は加熱（冷暖房）を実施して熱流出を最小化しエネルギーの効率性を高めることができる。このような密閉型ハウジング１００の内部空間には、前方と後方にそれぞれ送風機３００が設けられており、送風機３００は、中央で空気を吸入した後、両側方で吐出するか、両側方で空気を吸入して中央で吐出することができるようになっている。但し、吐出の場合は両側方でする方が流動抵抗が少なく、送風機３００の過負荷を減らすことができる点では、中央でバッテリーパック７００を通じて空気を吸入し両側方の空間で空気を吐出することが好ましい。また、中央で空調された空気を吸入してすぐ側方で吐出してバッテリーパック７００に吹出すことから、空調効率の点においても効果的である。以下、送風機３００の中央で吸入して両側方で吐出するバッテリーシステムの一実施例について図面を参照して具体的に説明する。

本実施例によるバッテリーシステムでは、図１に示したように前方と後方の送風機３００によって密閉型ハウジング１００の内部空間は、大きく前方空間と後方空間で中央を基準に両側方に分割された四方向（４−ＷＡＹ）の空気の流れを有するようになる。

各送風機３００の吸入側には熱電素子５００が設けられる。熱電素子５００は、密閉型ハウジング１００に埋め込まれる形式で設置され、外部では電気の供給を受けて熱交換を行い、密閉型ハウジング１００の内部では密閉型ハウジング１００内部の空気を空調するようになる。このような熱電素子５００は、送風機３００の吐出側に設けられて密閉型ハウジング１００内部の空気の循環時にバッテリーの冷却又は（暖房）を実施する。

より具体的には、バッテリーシステムの熱電素子５００は、送風機３００と隣接するバッテリーパック７００の列７２０における送風機３００の中央と対面する位置でバッテリーパック７００の間に設置されて送風機３００に吸入される空気を冷却又は加熱するように構成し、放熱ピン５２０が密閉型ハウジング１００の内部に向かって形成されるようにすることにより送風機３００の吸入抵抗を最小化し、吸入されて直ちに空調がなされるようにすることにより効率を高めることができるようになる。これは送風機３００に吸入される空気を直ちに空調する方式であるが、この場合、送風機３００の吸入側である送風機３００の中央に対面するように熱電素子５００を設置する必要がある。このとき、熱電素子５００には放熱ピン５２０が形成され、放熱ピン５２０の方向は吸入される空気の方向と同一となるように構成する。すなわち、放熱ピン５２０の形成方向は、密閉型ハウジング１００の前後方向に形成されている。

一方、送風機３００とバッテリーパック７００は、相互密着することにより、送風機３００はバッテリーパック７００の通気ホール７６０を通じて中央で空気を吸入し両側方で空気を吐出する。すなわち、送風機３００と隣接するバッテリーパック７００の間には、送風機３００の縁を囲む位置に密閉ガイド３２０が設置され、密閉ガイド３２０の両側方には通風口３２２が形成されて、送風機３００のファンは密閉ガイド３２０の内部で回転し、バッテリーパック７００の通気ホール７６０を通じて中央で空気を吸入し両側方の通風口３２２を通じて空気を吐出することとなる。このような構造によって吸入と吐出を完壁に分離して空気の流れを早くすることができ、温度が異なる空気を分離させることにより冷却又は加熱（暖房）の効率を高め、各バッテリーパック７００ごとに均一な空調がなされるようにすることができる。そして、バッテリーパック７００と密閉型ハウジング１００の前端又は後端との間には、密閉ガイド３２０の幅だけの離隔空間１２０、１４０が形成され、熱電素子５００には放熱ピン５２０が形成され、放熱ピン５２０の方向は吸入される空気の方向と同一となるように配置する。このような構造によって、密閉型ハウジング１００内部の空気は中央の熱電素子５００で冷却又は加熱がなされて送風機３００に供給され、中央のミキシング空間１６０を通じて空気混合がなされることにより密閉型ハウジング１００内の狭い空間を占めるだけで別途のダクトやチャンネルの配設省略を可能としている。

一方、バッテリーパック７００は、複数個が隣接して側方（密閉型ハウジング１００の長さ方向）に並んで一つの列７２０をなし、列７２０をなした状態で密閉型ハウジング１００の上端及び下端内面と密着するようにすることにより、空気の循環が大部分バッテリーパック７００を貫通するようにして早い熱伝逹と別途チャンネルの削除が可能になるようにする。

また、バッテリーパック７００は、複数個が隣接して側方に並んで一つの列７２０をなし、送風機３００と対面する側にはバッテリーパック７００とバッテリーパック７００の間で密閉型ハウジング１００の幅方向送風機３００側に突出した隔膜９００が形成されて送風機３００から吐出された空気が隣接するバッテリーパック７００に均一に分配されるようにする。すなわち、送風機３００の吐出側で吐出された空気は、それぞれのバッテリーパック７００に均一に供給されなければならないが、このためにバッテリーパック７００とバッテリーパック７００の間で送風機３００側に突出した隔膜９００を設けることにより、それぞれのバッテリーパックに空調された空気が長く留まることができるようにしている。これにより、送風機３００の吸入力によって隔膜９００の間に留まっている均一な量の空気がそれぞれのバッテリーパック７００に接触することとなる。仮に、隔膜９００を設けなければ、それぞれのバッテリーパック７００には不均一な量の空気が流通するおそれがある。

また、それぞれのバッテリーパック７００は、一定幅を有する水平方向の通気ホール７６０が上下方向に複数個離隔して形成され、満遍なく空調がなされるようなっている。このためにそれぞれのバッテリーパック７００は、複数のバッテリーセル７４０が垂直に重畳（積層）されてなり、各バッテリーセル７４０の上面と下面には溝が形成されて重畳時に通気ホール７６０をなすようにすることができる。すなわち、バッテリーパック７００をなすそれぞれのバッテリーセル７４０にあらかじめその上面と下面に溝を形成する場合、垂直方向に重畳することによってその溝同士が合わさり自然に通気ホール７６０をなすように各溝を形成するのである。そして先に述べたようにバッテリーパック７００を密閉型ハウジング１００の上下内壁に密着して完璧な一体型チャンネルを形成するようになる。以上、一実施例について説明したが、特許請求の範囲に記載した本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、多様に改良及び変更することができる。

１００：密閉型ハウジング
３００：送風機
５００：熱電素子
７００：バッテリーパック
９００：隔膜

Claims

空気の出入りが遮断された密閉型ハウジングと、
この密閉型ハウジングの内部空間の前方と後方にそれぞれ設けられて中央で空気を吸入／吐出し、両側方で吐出／吸入する送風機と、
前記両送風機の間に複数の列をなすように配置され各列ごとに前後方を貫通する通気ホールが連続的に形成され、ハウジング中央に位置する列と列の間は一定距離離隔して空気が混ざるミキシング区間を形成するバッテリーパックと、
前記送風機の中央と対面する位置に設けられた熱電素子とを含むことを特徴とするバッテリーシステム。
前記熱電素子は、送風機と隣接するバッテリーパックの列の中で送風機の中央と対面する位置でバッテリーパックの間に設置され、送風機に吸入／吐出される空気を冷却又は加熱することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーシステム。
前記熱電素子には放熱ピンが形成され、放熱ピンの方向は空気の流動方向と同一であることを特徴とする請求項２に記載のバッテリーシステム。
前記送風機は、ハウジングの前端と後端の中央でそれぞれ設けられ、熱電素子は、送風機の中央と対面する位置に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーシステム。
前記送風機とバッテリーパックは、相互密着することにより、送風機はバッテリーパックの通気ホールを通じて中央で空気を吸入／吐出して両側方で空気を吐出／吸入することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーシステム。
前記送風機と隣接するバッテリーパックの間には、送風機の縁を囲む位置に密閉ガイドが設置され、密閉ガイドの両側方には通風口が形成されて、送風機はバッテリーパックの通気ホールを通じて中央で空気を吸入／吐出して両側方で空気を吐出／吸入することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーシステム。
前記バッテリーパックとハウジングの前端又は後端の間には、密閉ガイドの幅だけの離隔空間が形成され、前記熱電素子は、離隔空間で密閉ガイドの通風口に隣接するように設けられて流動する空気を冷却又は加熱することを特徴とする請求項６に記載のバッテリーシステム。
前記バッテリーパックは、複数個が側方に並んで隣接して一つの列をなし、列をなした状態でハウジングの上端及び下端の内面と密着することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーシステム。
前記バッテリーパックは、複数個が側方に並んで隣接して一つの列をなし、送風機と対面する側にはバッテリーパックとバッテリーパックの間で送風機側に突出した隔膜が形成されて、送風機に吐出／吸入される空気が隣接するバッテリーパックに均一に分配されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーシステム。
前記それぞれのバッテリーパックは、一定幅を有する水平方向の通気ホールが上下方向に複数個離隔して形成されたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーシステム。
前記それぞれのバッテリーパックは、複数のバッテリーセルが垂直に重畳されてなり、各バッテリーセルの上面と下面に溝が形成されて重畳時に通気ホールをなすことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーシステム。