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
【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。
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)
- 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）。 - 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）。 - 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）。 - 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）。 - 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）。 - 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）。 - 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）。 - 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）。 - 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）。 - 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）。 - 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）。
- 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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