JP2016040770A - バッテリーパックの温度管理用熱交換プレート - Google Patents

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Abstract

【課題】バッテリーパックのための、温度均一性を有する熱交換プレートを提供する。
【解決手段】第1プレート3a及び第2プレート3bを備えたバッテリーパックの温度管理用の熱交換プレート1であって、第1プレート及び第2プレートの少なくとも一方が、少なくとも1つのチャネルを備え、第1プレート及び第2プレートは、チャネルが伝熱流体用の通流回路の少なくとも1つのダクトを部分的に画成するように、貼り合わされている。熱交換プレートは、少なくとも1つの複合相変化材料9を更に備えている。
【選択図】図1

Description

本発明は、バッテリーの温度制御に関し、より具体的には、特に自動車の分野における、バッテリーパックの温度管理用熱交換プレートに関する。

特に自動車の分野において、更に具体的には電気自動車やハイブリッド自動車の分野において、バッテリー及びバッテリーパックの温度制御は重要なポイントである。なぜならば、バッテリーが過度に低い温度にさらされる場合、その蓄電力が著しく低下する一方、過度に高い温度にさらされる場合、バッテリーの破壊をも招き得る熱暴走の危険性が生じるからである。

バッテリーの温度を制御するために、バッテリーモジュール用の温度制御装置を追加することが知られている。通常、このような装置は、特にバッテリーに直接的に接触する熱交換プレートの下方又はその内部に延びるダクト回路内を、例えばポンプによって通流する伝熱流体を利用している。

伝熱流体は、1つ又は複数のバッテリーを冷却するとともにその熱をラジエータ又は冷媒等の1つ又は複数の熱交換器に排出するように、当該バッテリーが発する熱を吸収することが可能である。例えば、バッテリーが電気抵抗器又は正の温度係数(PTC)のヒーティングに連結されている場合、もし必要であれば、伝熱流体は、バッテリーに熱を加えてこれを再加熱することも可能である。

通常使用される伝熱流体は、例えば、外気又は水等の液体である。液体は気体よりも優れた熱の導体であるから、より効果的であるため、好適な解決法である。

一般的に、セルと直接的に接触する熱交換プレートはバッテリーの下方に配置され、これによりバッテリーは熱交換プレート上に位置する。一般的に、熱交換プレートは金属から作成され、流体入口と流体出口との間に伝熱流体を通流させるための1つ以上のダクト回路を形成するように、互いに対してろう付けされた2つのプレス加工された金属プレートからなる。

しかしながら、流体入口と流体出口との間で温度差が生じ、これによりバッテリーにおける温度が非均一となって、バッテリーの温度管理やバッテリーの最適動作温度での維持が阻害され得る。

本発明の目的の1つは、従来技術の欠点を少なくとも部分的に改善する熱交換プレートを提案するとともに、より優れた温度均一性を有する熱交換プレートを提案することである。

したがって、本発明は、
第1プレート及び第2プレートを備えたバッテリーパックの温度管理用の熱交換プレートであって、
前記第1プレート及び前記第2プレートの少なくとも一方が、少なくとも1つのチャネルを備え、
前記第1プレート及び前記第2プレートは、前記チャネルが伝熱流体用の通流回路の少なくとも1つのダクトを部分的に画成するように、貼り合わされており、
当該熱交換プレートが、少なくとも1つの複合相変化材料を更に備えていることを特徴とする熱交換プレートに関する。

この複合相変化材料は、熱交換プレートの熱慣性を高くすることを可能にするとともに、流体入口及び流体出口間の温度不均一性を改善させることを可能にする。

本発明の一態様によれば、少なくとも1つの複合相変化材料は、前記第1プレート及び前記第2プレートの少なくとも一方に位置する少なくとも1つのハウジングに部分的に配置されている。

本発明の他の一態様によれば、前記複合相変化材料は、当該熱交換プレートの少なくとも1つの外面に配置されている。

本発明の他の一態様によれば、前記複合相変化材料は、前記熱交換プレートをプレス加工することにより形成された専用ハウジングを実質的に補完する形状を有し、これにより、前記複合相変化材料が一度その専用ハウジングに収容されると、前記プレートの前記外面が略平面的になる。

平面的な表面を有するという事実は、接触表面積を増加させて、熱交換を容易にする。

本発明の他の一態様によれば、当該熱交換プレートが、前記バッテリーパック用の追加の加熱装置を更に備える。

この追加の加熱装置は、バッテリーパックがその最適動作温度を維持するように、又はバッテリーパックがより迅速にその最適動作温度に達するように、バッテリーパックを加熱するのに特に有用である。

本発明の他の一態様によれば、前記バッテリーパック用の前記追加の加熱装置は、スクリーン印刷抵抗器を有する電気装置である。

本発明の他の一態様によれば、前記複合相変化材料は、前記第1プレート又は前記第2プレートの一方と前記バッテリーパック用の前記追加の加熱装置との間に配置されている。

本発明の他の一態様によれば、前記第1プレート及び前記第2プレートの一方が前記バッテリーパックに接触するように意図されているとともに、前記第1プレート及び前記第2プレートの他方が、その外面において、断熱カバーを備えている。

この断熱カバーは、熱交換プレートとバッテリーパックとの間の熱交換を、対向面における熱交換を制限することによって向上させることを可能にする。

本発明の他の一態様によれば、前記断熱カバーは、前記プレートの前記バッテリーパックに接触しない外面に貼り付けられた断熱材料からなるプレートである。

本発明の他の一態様によれば、前記断熱カバーは、前記プレートの前記バッテリーパックに接触しない外面に施された断熱表面処理部である。

また、本発明は、前述した少なくとも1つの熱交換プレートを備えたバッテリーパックに関する。

また、本発明は、
前述した少なくとも1つの熱交換プレートを備えたバッテリーパックのセットであって、
前記少なくとも1つの熱交換プレートが、第1バッテリーパックに第1表面において接触しているとともに、第2バッテリーパックに第2表面において接触している、バッテリーパックのセットに関する。

ここで、熱交換プレートの2つの表面がバッテリーパックを調整するように使用されるため、ロスが制限される。

本発明の他の特徴及び利点は、図と非限定的な例によって示される以下の説明と添付の図を読むことでより明らかになるであろう。

図1は、第1の実施形態による熱交換プレートの概略分解斜視図である。 図2は、第2の実施形態による熱交換プレートの概略分解斜視図である。 図3は、第3の実施形態による熱交換プレートの概略分解斜視図である。 図4は、第4の実施形態による熱交換プレートの概略分解斜視図である。 図5は、バッテリーパックの概略斜視図である。 図6は、第5の実施形態による熱交換プレートの概略分解斜視図である。 図7は、第6の実施形態による熱交換プレートの概略断面図である。 図8は、一組のバッテリーパックの概略斜視図である。

異なる図面における同一の要素には、同じ参照符号が付されている。

図1乃至図4及び図6に示されるように、バッテリーパック100の温度管理用の熱交換プレート1は、第1プレート3aと第2プレート3bとを備えている。第1プレート3a又は第2プレート3bの少なくとも一方は、チャネル30(図7に図示)を備えている。特に、第1プレート3a及び第2プレート3bは金属から作成され得るとともに、チャネル30はプレス加工(スタンピング)により製造され得る。第1プレート3a及び第2プレート3bは、チャネル30が伝熱流体用の通流回路のダクト31を画成するように、貼り合わされている。好適には、ダクトはU字形状であって、接続ノズル5によりそれぞれ形成された伝熱流体入口と出口との間に延在している。特に、プレート3a及び3bが金属である場合、この貼り合わせはろう付けにより実施され得る。こうして、接触領域が、ろう付け領域32を形成している(図7参照)。

また、熱交換プレート1は、この交換プレートをバッテリーパック又はバッテリーに固着し得る固定要素13(図4及び図2参照)を備え得る。更に、熱交換プレート1は、第1プレート3aと第2プレート3bとの間に配置されてこれらの間のシール密性を保証するガスケット7(図1及び図3参照)も備え得る。

バッテリーパック100という表現は、互いに電気的に連結されて図5に示すようなバッテリーパック100を構成する一組のセル110か、又は単独の大型バッテリーを意味するものとして理解されるべきである。

更に、熱交換プレート1は、少なくとも1つの複合相変化材料9を備えている。この複合相変化材料9は、熱交換プレート1の熱慣性を高くすることを可能にするとともに、流体入口5と流体出口5との間の温度不均一性を改善することを可能にする。実際に、作動中の流体入口と流体出口との間の温度格差は、複合相変化材料9を有さない熱交換プレートの場合の1.22℃から、複合相変化材料9を有する熱交換プレート1の場合の0.67℃に変化する。したがって、バッテリーパック100のよりよい温度管理が可能とされる。

より具体的には、複合相変化材料9は、母材に含まれる相変化材料からなっている。例えば、相変化材料は、20℃乃至40℃の間の相変化温度を有する有機材料、無機材料、又は植物由来の相変化材料から選択され得る。これに対し、母材はポリマー母材であり得るか、又は膨張黒鉛から構成され得る。

図1及び図3に示すように、少なくとも1つの複合相変化材料9は、第1プレート3a及び第2プレート3bの少なくとも一方に配設された少なくとも1つのハウジング11に、部分的に配置され得る。ハウジング11は、チャネル30それ自体の内部に配置され得るか、又はチャネル30の間に配置され得る。

図2、図4、図6及び図7に示すように、少なくとも1つの複合相変化材料9は、熱交換プレート1の少なくとも一方の外面に配置され得る。このような複合相変化材料9は、熱交換プレートの外面における特定のハウジングに配置され得る。

図7に示すように、複合相変化材料9は、熱交換プレート1をプレス加工(スタンピング)により形成された専用ハウジングを実質的に補完する形状を有し得る。これにより、複合相変化材料9が一度その専用ハウジングに収容されると、プレートの外面が略平面的になり、バッテリーパック100に対する接触表面積が増大する。

図5に示すように、熱交換プレート1は、単独のバッテリーパック100に接触するように配置され得る。一方、図8に示すように、熱交換プレート1は、第1バッテリーパック100にその第1の表面において接触しつつ、第2バッテリーパック100にその第2表面において接触するように配置され得る。後者の場合、熱交換プレート1の2つの表面がバッテリーパック100を調整するように使用されるため、ロスが制限される。

図3及び図4に示すように、熱交換プレート1は、第1プレート3a又は第2プレート3bの一方のバッテリーパック100に接触しない表面に断熱カバー(絶縁カバー)15を備え得る。この断熱カバー15は、熱交換プレート1とバッテリーパック100との間の熱交換を、対向面における熱交換を制限することによって向上させることが可能である。

断熱カバー15は、プレートのバッテリーパック100に接触しない外面に施された断熱表面処理部(絶縁表面処理部)であり得るか、又はプレートのバッテリーパック100に接触しない外面に貼り付けた断熱材料(絶縁材料)からなるプレートであり得る。

図6に示すように、熱交換プレート1は、バッテリーパック100用の追加の加熱装置17を備え得る。この追加の加熱装置17は、バッテリーパック100がその最適動作温度を維持するように、又はバッテリーパック100がより迅速にその最適動作温度に達するように、バッテリーパック100を加熱するのに特に有用である。

例えば、この追加の加熱装置17は、スクリーン印刷抵抗器(スクリーン印刷で形成された抵抗器)を有する電気装置であり得る。図6に示すように、複合相変化材料9は、第1プレート3a又は第2プレート3bの一方とバッテリーパック100用の追加の加熱装置17との間に配置され得る。しかしながら、追加の加熱装置17が第1プレート3aと第2プレート3bとの間に含まれる熱交換プレート1を想定することも全くもって可能である。

したがって、熱交換プレートにおける複合相変化材料9の存在により、バッテリーパックのよりよい温度管理が可能とされることが明瞭に理解されるであろう。

Claims (12)

  1. 第1プレート(3a)及び第2プレート(3b)を備えたバッテリーパック(100)の温度管理用の熱交換プレート(1)であって、
    前記第1プレート(3a)及び前記第2プレート(3b)の少なくとも一方が、少なくとも1つのチャネル(30)を備え、
    前記第1プレート(3a)及び前記第2プレート(3b)は、前記チャネル(30)が伝熱流体用の通流回路の少なくとも1つのダクト(31)を部分的に画成するように、貼り合わされており、
    当該熱交換プレート(1)が、少なくとも1つの複合相変化材料(9)を更に備えていることを特徴とする熱交換プレート(1)。
  2. 少なくとも1つの複合相変化材料(9)は、前記第1プレート(3a)及び前記第2プレート(3b)の少なくとも一方に位置する少なくとも1つのハウジング(11)に部分的に配置されている、
    ことを特徴とする請求項1に記載の熱交換プレート(1)。
  3. 前記複合相変化材料(9)は、当該熱交換プレート(1)の少なくとも1つの外面に配置されている、
    ことを特徴とする請求項1に記載の熱交換プレート(1)。
  4. 前記複合相変化材料(9)は、前記熱交換プレート(1)をプレス加工することにより形成された専用ハウジングを実質的に補完する形状を有し、これにより、前記複合相変化材料(9)が一度その専用ハウジングに収容されると、前記プレートの前記外面が略平面的になる、
    ことを特徴とする請求項1乃至3に記載の熱交換プレート(1)。
  5. 当該熱交換プレート(1)が、前記バッテリーパック(100)用の追加の加熱装置(17)を更に備える、
    ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の熱交換プレート(1)。
  6. 前記バッテリーパック(100)用の前記追加の加熱装置(17)は、スクリーン印刷抵抗器を有する電気装置である、
    ことを特徴とする請求項1乃至5に記載の熱交換プレート(1)。
  7. 前記複合相変化材料(9)は、前記第1プレート(3a)又は前記第2プレート(3b)の一方と前記バッテリーパック(100)用の前記追加の加熱装置(17)との間に配置されている、
    ことを特徴とする請求項5又は6の一項に記載の熱交換プレート(1)。
  8. 前記第1プレート(3a)及び前記第2プレート(3b)の一方が前記バッテリーパック(100)に接触するように意図されているとともに、前記第1プレート(3a)及び前記第2プレート(3b)の他方が、その外面において、断熱カバー(15)を備えている、
    ことを特徴とする請求項1乃至7の一項に記載の熱交換プレート(1)。
  9. 前記断熱カバー(15)は、前記プレートの前記バッテリーパック(100)に接触しない外面に貼り付けられた断熱材料からなるプレートである、
    ことを特徴とする請求項8に記載の熱交換プレート(1)。
  10. 前記断熱カバー(15)は、前記プレートの前記バッテリーパック(100)に接触しない外面に施された断熱表面処理部である、
    ことを特徴とする請求項8に記載の熱交換プレート(1)。
  11. 請求項1乃至10の一項に記載の少なくとも1つの熱交換プレート(1)を備えたことを特徴とするバッテリーパック(100)。
  12. 請求項1乃至7の一項に記載の少なくとも1つの熱交換プレート(1)を備えたバッテリーパック(100)のセットであって、前記少なくとも1つの熱交換プレート(1)が、第1バッテリーパック(100)に第1表面において接触しているとともに、第2バッテリーパック(100)に第2表面において接触している、
    ことを特徴とするバッテリーパック(100)のセット。
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