JP4534268B2

JP4534268B2 - バッテリ冷却プレート及びバッテリシステム

Info

Publication number: JP4534268B2
Application number: JP02888599A
Authority: JP
Inventors: 友和山内
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-02-05
Filing date: 1999-02-05
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2019-02-05
Also published as: JP2000228228A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリセルの輻射熱を吸収してバッテリセルを冷却する冷却プレート及びこれを備えたバッテリシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池は、充放電が繰返し行えることから経済性に優れ、また、充放電効率、エネルギー密度にも優れていることから、種々の電気機器の電源や、電気自動車用の電池として用いられている。電気自動車用電池として、二次電池を用いる場合には、大きな電気容量が必要となることから、二次電池を複数組んで構成される組電池が用いられている。なお、以下では、二次電池単体をバッテリセルと、また、組電池のように複数のバッテリセルの集合をバッテリモジュールという。
【０００３】
上述したようにバッテリセルは、充放電を繰り返し行えるが、放電時にセル内で反応熱が生成され、セルが高温になることが問題になっている。セルが高温になり、その状態を維持するとセルの充放電効率に影響を与え、電池特性が低下し、電池の寿命を短縮化させることがある。特に、バッテリモジュールなどのように、複数のバッテリセルが集合した場合には各セルから放出される熱により、バッテリセルを単独で用いた場合よりも、セルの温度上昇はし易いことになる。
【０００４】
そのため、従来より、バッテリモジュールには、セル間にスペーサなどが配置され、このスペーサに空気などの冷却媒体が送り込まれて各バッテリセルの冷却が行なわれている。こうしたスペーサについては、例えば、特開平５−３４３１０５号公報等に記載されている。
【０００５】
このスペーサは、隣接するセル間に接触させて配置され、バッテリセルの熱を熱伝導により内部に伝達することとしている。そして、内部に伝達した熱は、スペーサの内部に形成された複数の通路孔を流れる冷却媒体に吸収させて、熱を取り除いている。
【０００６】
従って、バッテリセル間に上記スペーサを設置することにより、各バッテリセルは隣接するスペーサにより温度上昇が抑制されることになる。そのため、バッテリモジュールのようにバッテリセルが集合した環境においても、バッテリセルの電気特性を低下させることなく、電池の寿命の短縮化を防止することが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のスペーサは、バッテリセルの表面から冷却媒体へ熱伝導により熱を吸収することとしているが、バッテリセルの放射熱を有効に利用して熱を除去し冷却することは行なわれていない。
【０００８】
一方、バッテリセルの形状としても、バッテリセルの内部の反応熱を外部に放出させ冷却するために、バッテリセル表面には、バッテリセル内の熱を放出させる放熱面と、その放熱面に沿って冷却風を通過させるガイド壁とが形成されたものが開発されている。このようにバッテリセルの表面に凹凸を形成させて凹んだ放熱面に冷却風を通過させることにより放熱面からの輻射熱を除去することが行なわれている。
【０００９】
しかしながら、この場合、空気のような気体は輻射熱の吸収率があまり高くなく、効率的に輻射熱を除去することは困難である。また、放熱面に単に空気を流しただけでは、放熱面の表面に空気の流れ難い層が形成され、効率的な輻射熱の除去は行えないことになる。
【００１０】
そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、バッテリセルの表面からの輻射熱を効率的に除去して、バッテリセルの温度を低下させ得るバッテリ冷却プレート及びバッテリシステムを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、バッテリセル表面からの輻射熱を吸収し得るように前記バッテリセル表面に取付けられ、前記バッテリセルの輻射熱を除去してバッテリセルを冷却するための冷却プレートであって、前記バッテリセルからの輻射熱を吸収し得る材料から構成され、表面には、熱伝達面積を拡大し、かつ前記冷却プレートと前記バッテリセル表面との間に供給される冷却風の流れを妨げて乱流を形成し得る複数のフィンが形成されていることを特徴とする。
【００１２】
上記発明によれば、冷却プレートがバッテリセル表面に取付けられた際に、バッテリセルの周囲の輻射熱が前記プレートに吸収させることができる。特にプレートは、空気に比べて輻射熱の吸収が高いため、効率的な輻射熱の吸収が図られる。一方、プレート表面には、複数のフィンが形成されているため、吸収した熱はフィンを含めたプレート全体に拡散される。そして、バッテリ表面よりも大きな面積を有するプレートの表面に冷却風を供給することにより、プレート全体に拡散された吸収熱が、フィンにより形成された冷却風の乱流により効率的に除去されることになる。
【００１３】
すなわち、本発明のバッテリ冷却プレートの表面に形成されている複数のフィンにより、バッテリセル表面よりも伝熱面積および冷却風との接触面積を拡大させ、さらに冷却風の乱流を形成させることを可能にしている。その結果、バッテリセルの輻射熱を前記プレートに一旦吸収させることにより、バッテリセルの輻射熱の効率的な除去が可能となる。
【００１４】
また、本発明は、上記バッテリ冷却プレートにおいて、前記バッテリセルに表面に該バッテリセル内の熱を放出させる複数の放熱路と前記放熱路に沿って冷却風を通過させるガイド壁とが形成されている場合に、前記冷却プレートのフィンは、その先端が前記ガイド壁および前記放熱路と間隔を開けて対向配置され、かつ乱流を形成し得るように配置されていることを特徴とする。
【００１５】
上記発明によれば、バッテリセルの放熱路に対向配置されたフィンにより放熱路からの輻射熱を効率よく吸収することができ、また、ガイド壁により放熱路に冷却風が効率的に送られている場合に、前記フィンにより冷却風の乱流が形成されるため、放熱路及びフィンの熱を冷却風により効率的に除去させることが可能となる。
【００１６】
さらに、本発明は、複数のバッテリセルと、各バッテリセル間に挟み込まれるように設けられたバッテリ冷却プレートと、冷却風をバッテリセル間に送り込む冷却風送風手段とを備えたバッテリシステムであって、前記バッテリセルの表面には、該バッテリセルから発する熱を放出させる複数の放熱路と前記放熱路に沿って冷却風を通過させるガイド壁とが形成され、前記バッテリ冷却プレートが、前記バッテリセルから放出される輻射熱を吸収し得る材料から構成され、表面には前記バッテリセルの放熱路と間隔を開けて対向し、かつ前記放熱路に沿って流れる冷却風の流れを妨げて乱流を形成し得る複数のフィンが形成されていることを特徴とする。
【００１７】
上記発明によれば、バッテリセル表面に形成された放熱路からの輻射熱が、バッテリ冷却プレートのフィンから吸収され、冷却プレート全体に拡散される。一方、冷却風送風手段により供給される風は、冷却プレートのフィンにより乱流となって、バッテリセル表面、特に放熱路と冷却プレートの間を通過する。そのため、冷却プレートに拡散された吸収熱は、冷却風の乱流により効率よく除去されて、各バッテリセルの冷却を行うことができる。従って、バッテリモジュールのように複数のバッテリセルが集合している場合でも、輻射熱を効率的に除去することにより、各バッテリセルの温度上昇を抑制することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面を用いて説明する。
【００１９】
図１には、バッテリ冷却プレートとこの冷却プレートが取付けられるバッテリセルとの全体構成図を示す。
【００２０】
図１において、冷却プレート１０は、バッテリセル１６から放出される熱、特に輻射熱を効率的に除去して、バッテリセル１６の温度を低減させる。本冷却プレート１０が適用されるバッテリセル１６は、充電又は放電時に熱を発する二次電池などである。また、バッテリセル１６は、電槽１７に収容されて提供されているが、この電槽１７の形状は特に限定はない。ここでは、電槽１７の側面に、バッテリセル１６内の熱を放出させる複数の放熱路１８とこの放熱路１８に沿って冷却風等を通過させるためのガイド壁２０が形成されたものを示している。
【００２１】
このようなバッテリセル１６から放出される輻射熱を吸収するために、前記冷却プレート１０は、輻射熱を吸収し易い材質、例えば金属などから構成される。また、この冷却プレート１０の表面には、前記バッテリセル１６の放熱路１８に対向する位置に複数のフィン１２が配列形成されている。なお、図２には、冷却プレート１０とバッテリセル１６との取付け時の対応関係を示している。
【００２２】
このフィン１２は、冷却プレート１０の輻射熱を吸収しうる面積及び冷却プレート１０とバッテリセル１６の表面との間に送り込まれる冷却風との接触面積を拡大し得るように、冷却プレート１０の両面に形成することが好ましく、また、その長さは可能な限り長く、また多数形成させることが好ましい。ただし、このフィン１２の長さは、冷却プレート１０をバッテリセル１６に取り付けた際に、放熱面１８との間に冷却風を通過させ得る長さを限度とする。また、フィン１２は、冷却プレート１０とバッテリセル１６の表面との間に送り込まれる冷却風の乱流を形成し得るような角度で傾斜させる。
【００２３】
また冷却プレート１０の表面において、各フィン１２の間には接触面１４が形成されている。この接触面１４は、冷却プレート１０をバッテリセル１６に取り付けた際にガイド壁２０に接触し、この接触面１４からもガイド壁２０を通してバッテリセル１６の熱を熱伝導により吸収する。この熱伝導を高めるために、この接触面を熱伝導性の優れた材質から構成してもよい。
【００２４】
図３及び４には、上記冷却プレートを利用したバッテリモジュールの構成を示す。
【００２５】
図３に示すバッテリモジュール２２は、バッテリセル１６間に冷却プレート１０を挟み込んで複数積層して構成される。この冷却プレート１０をバッテリセル１６間に配置する場合には、図２に示すように、冷却プレート１０のフィン１２がバッテリセル１６の表面の放熱路１８に対向し、また、接触面１４がガイド壁２０に接触するように取り付けられる。そして、必要数のバッテリセル１６を一組として積層し、この積層体をバンド２４により組むことによりバッテリモジュール２２が形成される。また、バッテリモジュール２２は、各バッテリセル１６間を電気的に接続するために、隣接するバッテリセル１６間に接続部材２３が取付られる。こうして構成されたバッテリモジュール２２は、冷却風送風手段である送風機２８が備えられたバッテリケース２６内に収容される。
【００２６】
次に、前記冷却プレート１０を備えたバッテリモジュール２２の作用を説明する。
【００２７】
バッテリモジュール２２を動作させると、各バッテリセル１６の充放電によりバッテリセル１６内では反応熱が発生し、この反応熱はバッテリセル１６の表面に伝わり、放熱路１８から輻射熱として放出される。
【００２８】
一方、放熱路１８には、冷却プレート１０のフィン１２の先端が伸びているため、この放熱路１８からの輻射熱はフィン１２から吸収され、バッテリセル１６の周囲の輻射熱が取り去られる。また、バッテリセル１６のガイド壁１８は冷却プレート１０の接触面１４と接触して、ガイド壁１８から熱伝導によりバッテリセル１６の熱を吸収する。
【００２９】
輻射熱等を吸収した冷却プレート１０では、多数のフィンを含めたプレート全体に吸収した熱が拡散され、冷却プレート１０の温度が上昇する。送風機２８からは、温度が上昇した冷却プレート１０及びバッテリセルの温度を低下させるための冷却風が冷却プレート１０とバッテリセルの間に上方から送り込まれる。
【００３０】
ここで送り込まれた冷却風は、冷却プレート１０の表面のフィン１２により乱流が形成される。この冷却風の乱流は、冷却プレート１０及びバッテリセル１６の表面に接触しながら下方へと移動する。このように冷却風を乱流とすることにより、冷却プレート１０及びバッテリセル１６の表面から効率よく熱を取り除くことが容易になる。特に、冷却プレート１０の表面には、多数のフィン１２が形成されて、冷却風との接触面積が拡大されているため、冷却風による冷却効率を向上させることができる。
【００３１】
以上の通り、バッテリセル１６の間に冷却プレート１０を設置することにより、バッテリセル１６からの輻射熱がセル表面よりも広い面積を有する冷却プレート１０に効率よく吸収され、また、冷却風との接触面積を広げて冷却風による冷却効率が向上される。この結果、各バッテリセルの温度上昇を低減または防止することができ、各バッテリセルの充放電効率を高く維持することができる。
【００３２】
なお、ここでは冷却プレート１０をバッテリモジュール２２に取り付けた場合を例示して説明したが、冷却プレート１０は、バッテリモジュール２２に利用する場合に限らず、バッテリセル１６の単体の周囲に取り付けて、冷却プレート１０とバッテリセル１６との間を送風冷却することにより、バッテリセル１６の温度上昇を抑制することもできる。
【００３３】
また、上記においては、バッテリセル１６の表面に放熱路１８とガイド壁２０とが形成されている場合を示したが、こうした放熱路１８及びガイド壁２０が形成されていないバッテリセルにも応用することができる。この場合、上記冷却プレートのフィンの配列等は、バッテリセルの外形に対応させて定めることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、バッテリセルからの輻射熱が冷却プレートにより効率よく取り除かれるため、バッテリセルの冷却効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の冷却プレート及びこれが取付けられるバッテリセルを示した斜視図である。
【図２】本実施形態の冷却プレートがバッテリセルに取り付けられる際の対応関係を示す斜視図である。
【図３】本実施形態の冷却プレートを利用したがバッテリセルに取り付けられる際の対応関係を示す斜視図である。
【図４】本実施形態のバッテリモジュールの全体構成を示す側面図である。
【符号の説明】
１０冷却プレート、１２フィン、１４接触面、１６バッテリセル、１８放熱路、２０ガイド壁、２２バッテリモジュール、２８送風機。

Claims

バッテリセル表面からの輻射熱を吸収し得るように前記バッテリセル表面に取付けられ、前記バッテリセルの輻射熱を除去してバッテリセルを冷却するための冷却プレートであって、
前記バッテリセルからの輻射熱を吸収し得る材料から構成され、
表面には、熱伝達面積を拡大し、かつ前記冷却プレートと前記バッテリセル表面との間に供給される冷却風の流れを妨げて乱流を形成し得る複数のフィンが形成されていることを特徴とするバッテリ冷却プレート。
前記バッテリセルに表面に該バッテリセル内の熱を放出させる複数の放熱路と前記放熱路に沿って冷却風を通過させるガイド壁とが形成されている場合に、前記冷却プレートのフィンは、その先端が前記ガイド壁および前記放熱路と間隔を開けて対向配置され、かつ乱流を形成し得るように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ冷却プレート。
複数のバッテリセルと、各バッテリセル間に挟み込まれるように設けられたバッテリ冷却プレートと、冷却風をバッテリセル間に送り込む冷却風送風手段とを備えたバッテリシステムであって、
前記バッテリセルの表面には、該バッテリセルから発する熱を放出させる複数の放熱路と前記放熱路に沿って冷却風を通過させるガイド壁とが形成され、
前記バッテリ冷却プレートが、前記バッテリセルから放出される輻射熱を吸収し得る材料から構成され、表面には前記バッテリセルの放熱路と間隔を開けて対向し、かつ前記放熱路に沿って流れる冷却風の流れを妨げて乱流を形成し得る複数のフィンが形成されていることを特徴とするバッテリシステム。