JP2018073669A - Battery module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プレートと、プレート上に隙間を空けて積層するように固定された複数のバッテリセルとを備えるバッテリモジュールに関する。 The present invention relates to a battery module including a plate and a plurality of battery cells fixed so as to be stacked on the plate with a gap therebetween.
従来から、電気自動車、ハイブリッド車両、鉄道車両等では、車両の駆動源として回転電機が用いられ、回転電機の電力源として、車両には複数のバッテリセルを備えるバッテリモジュール(バッテリスタック又は組電池)が、ケース等に収容されたバッテリパックとして搭載されている。 Conventionally, in an electric vehicle, a hybrid vehicle, a railway vehicle, and the like, a rotating electric machine is used as a driving source of the vehicle, and the battery module (battery stack or assembled battery) including a plurality of battery cells in the vehicle as a power source of the rotating electric machine. However, it is mounted as a battery pack housed in a case or the like.
バッテリモジュールの冷却方法としては、バッテリモジュールの上下又は側面に給気チャンバ及び排気チャンバを設け、給気チャンバから供給された冷却風を、バッテリセル間に設けられた冷却通路を通過させ、バッテリセルを冷却した後の排気を排気チャンバから排出することにより、個々のバッテリセルを冷却する方式が知られている。 As a method for cooling the battery module, an air supply chamber and an exhaust chamber are provided on the upper and lower sides or the side surface of the battery module, and the cooling air supplied from the air supply chamber is passed through the cooling passage provided between the battery cells. A system is known in which individual battery cells are cooled by discharging the exhaust gas after cooling the battery from the exhaust chamber.
特許文献1には、複数の電池セルを収容する電池室と、冷却空気室と、冷却空気室へ大気圧以上の静圧で冷却空気を供給するファンとから構成され、電池室の底部の電池セル間の間隔に対応する位置に空気導入孔が設けられた電池パックが開示されている。特許文献1には、ファンが大気圧以上の静圧で冷却空気を供給することで、各空気導入孔から電池室へ流入する冷却空気の風量が等しくなり、電池セルを均一に冷却できると記載されている。 Patent Document 1 includes a battery chamber that houses a plurality of battery cells, a cooling air chamber, and a fan that supplies cooling air to the cooling air chamber at a static pressure equal to or higher than atmospheric pressure. A battery pack is disclosed in which an air introduction hole is provided at a position corresponding to an interval between cells. Patent Document 1 describes that when the fan supplies cooling air at a static pressure equal to or higher than atmospheric pressure, the air volume of the cooling air flowing from each air introduction hole into the battery chamber becomes equal, and the battery cells can be cooled uniformly. Has been.
特許文献2には、電池モジュールの上部冷媒流路および下部冷媒流路と、電池モジュールの一方の側部に沿って設けられた内部吸気ダクトと、電池モジュールの他方の側部に沿って設けられた内部排気ダクトとを備え、少なくともいずれか一方のダクト内には、冷媒の流れを電池セルの積層方向に対して略直交する方向に向けて整流するための冷媒整流手段が設けられた電池パックが開示されている。特許文献2には、当該冷媒整流手段を設けることで冷媒流れの乱れが解消され、その結果、電池モジュール全体に対して均一に冷媒を供給できると記載されている。 In Patent Document 2, an upper refrigerant channel and a lower refrigerant channel of the battery module, an internal intake duct provided along one side of the battery module, and the other side of the battery module are provided. A battery pack provided with refrigerant rectification means for rectifying the flow of the refrigerant in a direction substantially perpendicular to the stacking direction of the battery cells in at least one of the ducts. Is disclosed. Patent Document 2 describes that the disturbance of the refrigerant flow is eliminated by providing the refrigerant rectifying means, and as a result, the refrigerant can be supplied uniformly to the entire battery module.
バッテリパック及びその冷却システムの低背化を目的として、バッテリセルの積層方向の側面又は積層方向と直交する側面から冷却風を導入し、バッテリモジュールの上下又は側面に設けた吸気チャンバ内において冷却風を水平方向に流して、冷却風が複数のバッテリセルに均等に分配されるよう構成されたバッテリパックが知られている。しかしながら、上記構成を有するバッテリパックにおいては、バッテリセルの吸気チャンバ側から放出された熱が吸気チャンバに伝わることにより、吸気チャンバ内を流れる冷却風の温度上昇が避けられない。例えば、吸気チャンバ内において冷却風がバッテリセルの積層方向に沿って流れる構成を有するバッテリパックでは、バッテリセルの放熱により冷却風の下流側の温度が上昇することにより、冷却風の下流側に配置されたバッテリセルの冷却効率が低下して、バッテリセル間で冷却効率の不均衡が生じ、その結果、バッテリモジュールの冷却性能が低下することが考えられる。 For the purpose of reducing the height of the battery pack and its cooling system, cooling air is introduced from the side surface in the stacking direction of the battery cells or from the side surface perpendicular to the stacking direction, and the cooling air is introduced into the intake chamber provided above and below or the side surface of the battery module. There is known a battery pack configured such that the cooling air is evenly distributed to a plurality of battery cells by flowing in the horizontal direction. However, in the battery pack having the above configuration, the heat released from the intake chamber side of the battery cell is transmitted to the intake chamber, so that the temperature of the cooling air flowing in the intake chamber is inevitably increased. For example, in a battery pack having a configuration in which cooling air flows along the stacking direction of the battery cells in the intake chamber, the temperature on the downstream side of the cooling air rises due to heat dissipation of the battery cells, and is arranged downstream of the cooling air. It is conceivable that the cooling efficiency of the battery cell is lowered, and an imbalance of the cooling efficiency occurs between the battery cells, and as a result, the cooling performance of the battery module is lowered.
本発明の目的は、プレート上に隙間を空けて積層するように固定された複数のバッテリセルを備え、冷却風がバッテリセル間を通過してバッテリセルを冷却するバッテリモジュールにおいて、バッテリセルからの放熱による冷却風の温度上昇を低減することで冷却効率を向上できるバッテリモジュールを提供することである。 An object of the present invention is to provide a battery module including a plurality of battery cells fixed so as to be stacked with a gap on a plate, and cooling air passing between the battery cells to cool the battery cells. An object of the present invention is to provide a battery module capable of improving the cooling efficiency by reducing the temperature rise of cooling air due to heat radiation.
本発明は、プレートと、前記プレート上に隙間を空けて積層するように固定された複数のバッテリセルと、を備えるバッテリモジュールであって、前記プレートには、前記隙間に対向して冷却溝が前記バッテリセル間ごとに設けられ、前記プレートの下面には、前記冷却溝に対して開口する冷却風導入路が設けられ、前記バッテリセルを冷却する冷却風が、前記冷却風導入路から流入し、前記冷却溝を通って前記バッテリセル間に導かれる、バッテリモジュールに関する。 The present invention is a battery module comprising a plate and a plurality of battery cells fixed so as to be stacked with a gap on the plate, wherein the plate has a cooling groove facing the gap. Provided between the battery cells, and on the lower surface of the plate, a cooling air introduction path that opens to the cooling groove is provided, and cooling air that cools the battery cells flows from the cooling air introduction path. The battery module is guided between the battery cells through the cooling groove.
本発明によれば、冷却風が、バッテリセル間ごとに設けられた冷却風導入路により当該バッテリセル間に導かれることにより、バッテリセルの底面からの放熱量に対して冷却風が受け取る熱量を低減し、冷却風の温度上昇を抑制することで、バッテリモジュールの冷却効率を向上できる。 According to the present invention, the cooling air is guided between the battery cells by the cooling air introduction path provided between the battery cells, so that the amount of heat received by the cooling air with respect to the heat radiation from the bottom surface of the battery cell is reduced. The cooling efficiency of the battery module can be improved by reducing the temperature rise of the cooling air.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係るバッテリモジュール10の一例を示す斜視図である。図2は、図1に示すバッテリモジュール10に備えられたプレート20の構造を示す斜視図である。図3は、図1のA−A線の部分断面図である。バッテリモジュール10は、プレート20と、プレート20上に隙間14を空けて積層するように固定された複数のバッテリセル12とを備える。以下、バッテリセル12を積層した方向を「積層方向」、重力方向を「高さ方向」、積層方向と高さ方向に直交する方向を「幅方向」と記載する。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a
バッテリモジュール10は、車両の客室下又は荷室下等に形成される収容スペースに、ケース等に収容されたバッテリパックとして配置される。収容スペースは、例えば、客室の床面に設けられたシート、コンソール、フロアケース、フロアカーペット、又は、荷室の床面に設けられたデッキケース等の、車両の内装部材下に形成される。バッテリモジュール10は、車両駆動用の電動機に電力を供給し、また、回生制動などによって電動機で発電された電力により充電される。
The
本実施形態に係るバッテリモジュール10は、プレート20と積層された複数のバッテリセル12とで構成される略直方体の形状を有しており、バッテリセル12の積層方向はバッテリモジュール10の長手方向と一致している。複数のバッテリセル12は、例えばバスバー等によって電気的に接続されている。バッテリセル12は平板状の略直方体の形状を有する。バッテリセル12は、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池であってよい。
The
本実施形態に係るバッテリモジュール10では、プレート20上に、複数のバッテリセル12が隙間14を空けて固定される。本実施形態では、図2に示す取付点16の位置においてネジ止めすることにより、バッテリセル12がプレート20上に固定されるが、バッテリセル12をプレート20上に固定する手段について制限はなく、ボルト、接着剤等の公知の固定手段であってもよい。後述するように、隣接するバッテリセル12間に設けられた隙間14を冷却風が通過することにより、バッテリセル12が冷却される。
In the
本実施形態に係るバッテリモジュール10において、プレート20には、隙間14に対向する冷却溝26がバッテリセル12間ごとに設けられる。冷却溝26はプレート20を貫通して、冷却溝26に対向するバッテリセル12間の隙間14と後述する冷却風導入路24とを連通している。冷却溝26の形状等は、冷却風導入路24の形状、冷却風の所望の風量等によって適宜決定すればよい。
In the
図2及び図3に示すように、本実施形態に係るバッテリモジュール10では、プレート20の下面22に、冷却溝26に対して開口する冷却風導入路24が設けられる。冷却風導入路24は、プレート20に沿って幅方向に延びる中空形状の部材であって、内周面の上部の一部が冷却溝26に対して開口している。冷却風導入路24には、幅方向(冷却風導入路24の長手方向)の端部の少なくとも一方から冷却風が流入する。
As shown in FIGS. 2 and 3, in the
図1〜図3において、本実施形態のバッテリモジュール10における冷却風の流れを矢印で示す。冷却風は、バッテリモジュール10の幅方向の側面から冷却風導入路24内に流入し、冷却風導入路24内を幅方向に向かった後、冷却溝26を通ってバッテリセル12間に導かれる。バッテリセル12間に導かれた冷却風は、バッテリセル12間の隙間14を通過する間、バッテリセル12を冷却する。なお、バッテリセル12間に導かれる冷却風が十分なバッテリセル12の冷却能力を保持するように、後述する送風機等によって、バッテリセル12間に導かれる冷却風の風量が調整される。
1 to 3, the flow of cooling air in the
このように、本実施形態に係るバッテリモジュール10では、バッテリセル12をプレート20上に固定する一方、バッテリセル12間を通過する冷却風を、バッテリセル12間ごとにプレート20の下面22に設けた専用の冷却風導入路24によって、バッテリモジュール10の外部から直接導いている。そのため、冷却風はバッテリセル12間に導かれるまでの間にバッテリセル12が放出した熱を直接受け取らない。また、プレート20の下面22側には、積層方向における冷却風導入路24間であって、プレート20を挟んでバッテリセル12と対向するプレート下方空間28が形成される。よって、本実施形態に係るバッテリモジュール10では、バッテリセル12の下面から放出した熱量は、プレート20からプレート下方空間28に放熱がなされる。これにより、冷却風がバッテリモジュール10に流入してからバッテリセル12間に導かれるまでの間に、バッテリセル12の放熱に由来し、冷却風が受け取る熱の熱量が大幅に低下する。冷却風がバッテリセル12から受け取る熱量が大幅に低下するので、冷却風の温度上昇が低減し、バッテリセル12の冷却効率の低下が抑制される。
As described above, in the
また、本実施形態に係るバッテリモジュール10では、バッテリセル12間毎に専用の冷却風導入路24を設けることにより、積層方向において冷却風の温度が均一化される。よって、バッテリモジュール10の上下又は側面に設けた吸気チャンバ内を積層方向に沿って冷却風を流す構成を有するバッテリモジュール10と比較して、バッテリセル12を冷却する冷却風の温度が積層方向の位置で異なる事態が殆ど生じず、冷却風の積層方向における温度の均一化を達成できるため、バッテリモジュール10における積層方向の冷却効率が向上される。
Further, in the
図2に示すプレート20は、図1においてバッテリセル12間に相当する積層方向の位置ごとに2つの冷却溝26及び2つの冷却風導入路24をそれぞれ設けた構成を有する。1つのバッテリセル12に対して2つの冷却溝26及び2つの冷却風導入路24を設けることにより、バッテリセル12の幅方向の長さと同程度の長さを有する1つの冷却風導入路24のみを設ける場合と比較して、冷却風が冷却風導入路24内を通過する長さが短いために、冷却風が受け取る熱量が低減され、冷却風の温度上昇がより一層抑制される。バッテリモジュール10は、バッテリセル12の幅方向の長さと同程度の長さを有する1つの冷却風導入路24のみを備えてもよい。
The
本実施形態に係るバッテリモジュール10を構成するプレート20は、例えば、樹脂等の材料を用いて、押出成形、インジェクション成形等を行うことにより製造すればよい。バッテリセル12間ごとに2つの冷却溝26及び2つの冷却風導入路24を設けた図2に示すプレート20は、例えば、幅方向の長さがプレート20の略半分である第1プレート30を作製する工程、第1プレート30と対称的な形状を有する第2プレート32を作製する工程、並びに、溶着等の公知の方法により、仕切板34に第1プレート30と第2プレート32とを接合させて図2に示すプレート20を作製する工程を経ることによって、製造することができる。
What is necessary is just to manufacture the
図4の(a)に、冷却風導入路24へ冷却風を導く吸気ダクト40の一例を示す。吸気ダクト40は、バッテリモジュール10の外部からの冷却風を冷却風導入路24に送出する機能を有する。図4の(a)に示すように、吸気ダクト40は、バッテリモジュール10の幅方向の側面よりも外側に設けられるため、バッテリセル12からの放熱が熱伝導により直接吸気ダクト40に伝わることはない。冷却風導入路24と吸気ダクト40とをシールスポンジ等の断熱性部材を介して接続することにより、熱伝導による吸気ダクト40の受熱をより一層低減できる。吸気ダクト40に代えて、図4の(b)に示す吸気チャンバ42を使用してもよい。吸気チャンバ42は、より多くの冷却風導入路24へと冷却風を導入する。吸気ダクト40又は吸気チャンバ42の上流側には、車室内の空気を冷却風として吸気機構に送り込む送風機が設けられる。送風機としては、例えば、吐出型のファン又はブロア等が挙げられる。
FIG. 4A shows an example of an
バッテリモジュール10は、バッテリセル12からプレート20へと伝わった熱を、より多く、冷却風導入路24以外の空間に放出する構成を有することが好適である。例えば、プレート20の形状に関して、冷却風導入路24を設けない部分の高さ方向の厚さがより薄く、冷却風導入路24を設ける部分の高さ方向の厚さがより厚くなるように、プレート20を形成してもよい。これにより、バッテリセル12の底面からプレート下方空間28へと放出される熱量が増加する一方、バッテリセル12の底面からプレート20に伝えられた熱が冷却風導入路24に伝わり難くなるため、冷却風の温度上昇を更に抑制することができる。
It is preferable that the
また、プレート20の幅方向の端部のうち冷却風導入路24を設けていない部分において、バッテリモジュール10外部に向かう方向に突出するフィンを形成してもよい。このように形成されたフィンは、バッテリモジュール10外部の空気にさらされて、プレート20内の熱を放出する。これにより、冷却風導入路24以外のプレート20の領域からの放熱量が増加し、冷却風導入路24に伝わる熱量が相対的に減少するため、冷却風の温度上昇を更に抑制することができる。
Moreover, you may form the fin which protrudes in the direction which goes outside the
バッテリモジュール10は、送風機を設けて、プレート下方空間28の空気とバッテリモジュール10の外部の新鮮な空気との交換を容易にする構成を有してもよい。これにより、プレート20の下面22からの放熱効率がより一層向上し、バッテリセル12から冷却風導入路24に伝わる熱量が減少するため、冷却風の温度上昇を更に抑制することができる。
The
本実施形態に係るバッテリモジュール10において、プレート20が設けられた下面22以外の上面及び側面の構成は特に制限されないが、バッテリセル12間を通過する冷却風の整流の観点から、バッテリモジュール10の上面及び側面を覆うケースを設け、さらに、バッテリモジュール10の上面側に、バッテリセル12間を通過した冷却風を導いて車室内等へと排出する排気部材を設けることが好ましい。この場合、図2に示すプレート20がケースの底部を構成してもよい。
In the
上記排気部材としては、例えば、バッテリセル12間ごとに排気溝と排気導出路とを設けた、本実施形態に係るプレート20と対応する構成を有する排気側プレートであってもよい。このような排気側プレートは、バッテリセル12の上面等から受け取る熱量を低減でき、また、バッテリセル12間から排出された排気が再度バッテリセル12間に流入することを回避できるため、好ましい。また、バッテリモジュール10の上面とケースの上部とで囲まれた空間により形成される排気チャンバ、及び、排気チャンバ内の排気を外部へと導く排気ダクトで構成される排気部材を設けてもよい。排気チャンバ及び排気ダクトで構成された排気部材は、圧力損失低減の観点から好ましい。
The exhaust member may be, for example, an exhaust side plate having a configuration corresponding to the
10 バッテリモジュール、12 バッテリセル、14 隙間、16 取付点、20 プレート、22 下面、24 冷却風導入路、26 冷却溝、28 プレート下方空間、30 第1プレート、32 第2プレート、34 仕切板、40 吸気ダクト、42 吸気チャンバ。
10 battery modules, 12 battery cells, 14 gaps, 16 attachment points, 20 plates, 22 lower surface, 24 cooling air introduction path, 26 cooling grooves, 28 plate lower space, 30 first plate, 32 second plate, 34 partition plate, 40 intake duct, 42 intake chamber.
Claims (1)
前記プレートには、前記隙間に対向して冷却溝が前記バッテリセル間ごとに設けられ、
前記プレートの下面には、前記冷却溝に対して開口する冷却風導入路が設けられ、
前記バッテリセルを冷却する冷却風が、前記冷却風導入路から流入し、前記冷却溝を通って前記バッテリセル間に導かれる、
バッテリモジュール。
A battery module comprising a plate and a plurality of battery cells fixed so as to be stacked on the plate with a gap therebetween,
In the plate, a cooling groove is provided between the battery cells so as to face the gap,
A cooling air introduction path that opens to the cooling groove is provided on the lower surface of the plate,
Cooling air that cools the battery cells flows from the cooling air introduction path, and is guided between the battery cells through the cooling groove.
Battery module.
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