JP4696511B2 - Battery cooling system - Google Patents

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Description

本発明は、車輌の走行に伴って発生する走行風を利用してバッテリを冷却するバッテリ冷却システムに関する。   The present invention relates to a battery cooling system that cools a battery by using traveling wind generated as a vehicle travels.
走行用電源としてバッテリを搭載したハイブリッド電気自動車(HEV)では、当該バッテリを床下に収容し、走行風を冷却媒体として利用することにより、車内スペースを有効に活用できると共に冷却システムの簡素化を図ることが出来る。   In a hybrid electric vehicle (HEV) equipped with a battery as a power source for travel, the battery is accommodated under the floor and travel air is used as a cooling medium, so that the space in the vehicle can be used effectively and the cooling system is simplified. I can do it.
このような構成のバッテリ冷却システムを採用した場合、通常の走行時には車輌の床下を通過した走行風によりバッテリを冷却することが出来るが、走行停止時には、例えば車輌の床下を通じてエンジンやラジエータ等の熱源からバッテリ周囲に熱が流れ込む等して走行時とは異なる熱流が発生するため、バッテリの温度が上昇してバッテリが劣化するという問題があった。   When the battery cooling system having such a configuration is adopted, the battery can be cooled by the traveling wind that has passed under the vehicle floor during normal driving, but when the vehicle stops traveling, for example, a heat source such as an engine or a radiator through the vehicle floor. Therefore, there is a problem that the temperature of the battery rises and the battery deteriorates because a heat flow different from that during traveling occurs due to heat flowing from the battery to the periphery of the battery.
本発明は、車輌の走行停止時にバッテリ温度の上昇を抑制することが可能なバッテリ冷却システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、熱源を有する車輌において走行に伴って発生する走行風を利用してバッテリを冷却するバッテリ冷却システムであって、前記車輌の床下に設けられ、前記バッテリを収容可能なように車内側に凹んだ凹状の収容部と、前記バッテリより走行方向上流側に設けられ、前記車輌の床下を通って前記収容部に流れ込む流体から前記熱源により印加された熱を吸収することが可能な吸熱手段と、を備えたバッテリ冷却システムが提供される。
An object of the present invention is to provide a battery cooling system capable of suppressing an increase in battery temperature when a vehicle stops traveling.
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a battery cooling system that cools a battery using traveling wind generated in traveling in a vehicle having a heat source, and is provided under the floor of the vehicle, A concave housing portion that is recessed toward the inside of the vehicle so that the battery can be accommodated, and provided on the upstream side in the traveling direction from the battery, and applied by the heat source from a fluid that flows into the housing portion under the floor of the vehicle There is provided a battery cooling system including heat absorbing means capable of absorbing heat.
本発明では、車輌の床下に車内側に凹んだ収容部を設けることにより、車内スペースを有効に活用できると共に車輌床下を通過した走行風によりバッテリを冷却することが出来、さらに冷却システムの簡素化を図ることが出来る。   In the present invention, by providing a housing portion recessed in the vehicle interior under the vehicle floor, the space inside the vehicle can be used effectively, the battery can be cooled by the traveling wind that has passed through the vehicle floor, and the cooling system can be simplified. Can be planned.
また、バッテリより走行方向上流側に吸熱手段を設けることにより、車輌走行停止時に車輌の床下を通じて熱源からバッテリ周囲に流れ込む熱を吸収することが出来るので、バッテリの温度上昇を抑制してバッテリの劣化を防止することが可能となる。   Also, by providing heat absorption means upstream of the battery in the direction of travel, heat flowing from the heat source to the surroundings of the battery through the under floor of the vehicle can be absorbed when the vehicle is stopped. Can be prevented.
発明の実施の形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
先ず、本発明の実施形態においてバッテリを構成する薄型電池(ラミネート電池)について説明する。図1は本発明の実施形態における薄型電池の全体の平面図、図2は図1のII-II線に沿った断面図である。図1及び図2は一つの薄型電池10(単位電池)を示し、この薄型電池10を複数接続することにより所望の電圧、容量のバッテリが構成される。   First, a thin battery (laminate battery) constituting a battery in an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a plan view of an entire thin battery according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1 and 2 show one thin battery 10 (unit battery), and a battery having a desired voltage and capacity is configured by connecting a plurality of the thin batteries 10.
本発明の実施形態に係る薄型電池10は、積層可能な平板状のリチウムイオン二次電池であり、図1及び図2に示すように、3枚の正極板101と、5枚のセパレータ102と、3枚の負極板103と、正極端子104と、負極端子105と、上部外装部材106と、下部外装部材107と、特に図示しない電解質と、から構成されており、例えば10mm以下の総厚を有する。このうちの正極板101、セパレータ102、負極板103及び電解質を特に発電要素108と称する。   A thin battery 10 according to an embodiment of the present invention is a flat plate-like lithium ion secondary battery that can be stacked. As shown in FIGS. 1 and 2, three positive plates 101, five separators 102, It comprises three negative plates 103, a positive electrode terminal 104, a negative electrode terminal 105, an upper exterior member 106, a lower exterior member 107, and an electrolyte (not shown), and has a total thickness of, for example, 10 mm or less. Have. Among these, the positive electrode plate 101, the separator 102, the negative electrode plate 103, and the electrolyte are particularly referred to as a power generation element 108.
発電要素108を構成する正極板101は、正極端子104まで延びている正極側集電体101aと、正極側集電体101aの一部の両主面にそれぞれ形成された正極層101b、101cと、を有している。   The positive electrode plate 101 constituting the power generation element 108 includes a positive electrode side current collector 101a extending to the positive electrode terminal 104, and positive electrode layers 101b and 101c formed on both main surfaces of a part of the positive electrode side current collector 101a, respectively. ,have.
この正極板101の正極側集電体101aは、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、又は、ニッケル箔等の電気化学的に安定した金属箔である。   The positive electrode side current collector 101a of the positive electrode plate 101 is an electrochemically stable metal foil such as an aluminum foil, an aluminum alloy foil, or a nickel foil.
正極板101の正極層101b、101cは、例えば、LiNiO等のリチウム・ニッケル系複合酸化物、LiMn等のリチウム・マンガン系複合酸化物、又は、LiCoO等のリチウム・コバルト系複合酸化物等や、カルコゲン(S、Se、Te)化物等の正極活物質と、カーボンブラック等の導電剤と、ポリフッ化エチレンの水性ディスパージョン等の結着剤と、を混合させたものを、正極側集電体101aの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧延することにより形成されている。 The positive electrode layer 101b of the positive electrode plate 101, 101c, for example, lithium-nickel composite oxide such as LiNiO 2, lithium-manganese-based composite oxide such as LiMn 2 O 4, or a lithium-cobalt complex such as LiCoO 2, What mixed a positive electrode active material such as an oxide or the like, a chalcogen (S, Se, Te) compound, a conductive agent such as carbon black, and a binder such as an aqueous dispersion of polyfluorinated ethylene, It is formed by applying to both main surfaces of a part of the positive electrode side current collector 101a, drying and rolling.
発電要素108を構成する負極板103は、負極端子105まで延びている負極側集電体103aと、当該負極側集電体103aの一部の両主面にそれぞれ形成された負極層103b、103cと、を有している。   The negative electrode plate 103 constituting the power generation element 108 includes a negative electrode side current collector 103a extending to the negative electrode terminal 105, and negative electrode layers 103b and 103c formed on both main surfaces of a part of the negative electrode side current collector 103a, respectively. And have.
この負極板103の負極側集電体103aは、例えば、ニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等の電気化学的に安定した金属箔である。   The negative electrode side current collector 103a of the negative electrode plate 103 is an electrochemically stable metal foil such as nickel foil, copper foil, stainless steel foil, or iron foil.
負極板103の負極層103b、103cは、例えば、非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、又は、黒鉛等のような上記の正極活物質のリチウムイオンを吸蔵及び放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンを混合し、乾燥させた後に粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これにアクリル樹脂エマルジョン等の結着剤をさらに混合し、この混合物を負極側集電体103aの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧縮することにより形成されている。   The negative electrode layers 103b and 103c of the negative electrode plate 103 include negative electrode actives that occlude and release lithium ions of the positive electrode active material, such as amorphous carbon, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, or graphite. Mainly a substance in which an aqueous dispersion of styrene butadiene rubber resin powder as a precursor material of an organic fired body is mixed with a substance, dried and then pulverized to carry carbonized styrene butadiene rubber on the surface of carbon particles. The material is formed by further mixing a binder such as an acrylic resin emulsion with the mixture, applying the mixture to both main surfaces of a part of the negative electrode side current collector 103a, and drying and compressing the mixture.
特に、負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量に伴って出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。   In particular, when amorphous carbon or non-graphitizable carbon is used as the negative electrode active material, the flatness of the potential during charge / discharge is poor and the output voltage decreases with the amount of discharge. Although unsuitable, it is advantageous when used as a power source for an electric vehicle because there is no sudden drop in output.
発電要素108のセパレータ102は、上述した正極板101と負極板103との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えても良い。このセパレータ102は、例えば、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。   The separator 102 of the power generation element 108 prevents a short circuit between the positive electrode plate 101 and the negative electrode plate 103 described above, and may have a function of holding an electrolyte. This separator 102 is a microporous film made of polyolefin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP), for example. When an overcurrent flows, the pores of the layer are blocked by the heat generation and the current is cut off. It also has a function to
なお、本発明のセパレータ102は、ポリオレフィン等の単層膜のみに限られず、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔性膜と有機不織布等を積層したものを用いることを出来る。このようにセパレータ102を複層化することで、過電流防止機能、電解質保持機能及びセパレータの形状維持(剛性向上)機能等の諸機能を付与することが可能となる。   The separator 102 of the present invention is not limited to a single-layer film such as polyolefin, but a three-layer structure in which a polypropylene film is sandwiched with a polyethylene film or a laminate of a polyolefin microporous film and an organic nonwoven fabric is used. I can do it. Thus, by making the separator 102 into multiple layers, it is possible to provide various functions such as an overcurrent prevention function, an electrolyte holding function, and a separator shape maintenance (stiffness improvement) function.
以上の発電要素108は、セパレータ102を介して正極板101と負極板103とが交互に積層されている。そして、3枚の正極板101は、正極側集電体101aを介して、金属箔製の正極端子104にそれぞれ接続される一方で、3枚の負極板103は、負極側集電体103aを介して、同様に金属箔製の負極端子105にそれぞれ接続されている。   In the power generation element 108 described above, the positive electrode plates 101 and the negative electrode plates 103 are alternately stacked via the separators 102. The three positive plates 101 are respectively connected to the positive terminal 104 made of metal foil via the positive current collector 101a, while the three negative plates 103 are connected to the negative current collector 103a. In the same manner, each is connected to a negative electrode terminal 105 made of metal foil.
なお、発電要素108の正極板101、セパレータ102、及び、負極板103は、本発明では上記の枚数に何ら限定されず、例えば、1枚の正極板101、3枚のセパレータ102、及び、1枚の負極板103でも発電要素108を構成することが出来、必要に応じて正極板、セパレータ及び負極板の枚数を選択して構成することが出来る。   In addition, the positive electrode plate 101, the separator 102, and the negative electrode plate 103 of the power generation element 108 are not limited to the above number in the present invention. For example, one positive electrode plate 101, three separators 102, and 1 The power generation element 108 can also be configured with a single negative plate 103, and can be configured by selecting the number of positive plates, separators, and negative plates as required.
正極端子104も負極端子105も電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、正極端子104としては、上述の正極側集電体101aと同様に、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、又は、ニッケル箔等を挙げることが出来る。また、負極端子105としては、上述の負極側集電体103aと同様に、例えば、ニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等を挙げることが出来る。   The positive electrode terminal 104 and the negative electrode terminal 105 are not particularly limited as long as they are electrochemically stable metal materials. Examples of the positive electrode terminal 104 include, for example, an aluminum foil and an aluminum alloy foil, similar to the positive electrode current collector 101a described above. Or nickel foil etc. can be mentioned. Moreover, as the negative electrode terminal 105, nickel foil, copper foil, stainless steel foil, iron foil, etc. can be mentioned similarly to the above-mentioned negative electrode side collector 103a, for example.
発電要素108は、上部外装部材106及び下部外装部材107に収容されて封止されている。本実施形態における上部外装部材106及び下部外装部材107は何れも、特に図示しないが、薄型電池10の内側から外側に向かって、例えばポリエチレンやポリプロピレン等の耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムから構成されている内側層と、例えばアルミニウム等の金属箔から構成された中間層と、例えばポリアミド系樹脂やポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムから構成されている外側層と、の三層構造から成る樹脂−金属薄膜ラミネート材で構成されている。   The power generation element 108 is accommodated and sealed in the upper exterior member 106 and the lower exterior member 107. Both the upper exterior member 106 and the lower exterior member 107 in the present embodiment are not particularly illustrated, but are excellent in electrolytic solution resistance and heat fusion properties such as polyethylene and polypropylene from the inside to the outside of the thin battery 10. An inner layer composed of a resin film, an intermediate layer composed of a metal foil such as aluminum, and an outer layer composed of a resin film excellent in electrical insulation such as a polyamide resin or a polyester resin And a resin-metal thin film laminate material having a three-layer structure.
これら外装部材106、107によって、上述の発電要素108、正極端子104の一部及び負極端子105の一部を包み込み、当該外装部材106、107により形成される空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム(LiClO)やホウフッ化リチウム(LiBF)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入しながら、外装部材106、107により形成される空間を吸引して真空状態として、外装部材106、107をその外周縁に沿って熱プレスにより熱融着して封止する。 These exterior members 106 and 107 enclose the power generation element 108, a part of the positive electrode terminal 104 and a part of the negative electrode terminal 105, and in the space formed by the exterior members 106 and 107, perchloric acid is added to the organic liquid solvent. While injecting a liquid electrolyte in which a lithium salt such as lithium (LiClO 4 ), lithium borofluoride (LiBF 4 ), or lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is used as a solute, a space formed by the exterior members 106 and 107 is formed. The exterior members 106 and 107 are heat-sealed by hot pressing along their outer peripheral edges and sealed in a vacuum state by suction.
有機液体溶媒としては、プロピレンカーボネート(PC)やエチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、メチルエチルカーボネート(MEC)等のエステル系溶媒を挙げることが出来るが、本発明の有機液体溶媒はこれに限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン(γ−BL)、ジエトシキエタン(DEE)等のエーテル系溶媒その他の混合、調合した有機液体溶媒を用いることも出来る。   Examples of the organic liquid solvent include ester solvents such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and methyl ethyl carbonate (MEC). Without being limited thereto, an ether solvent such as γ-butylactone (γ-BL), dietoshikiethane (DEE), or other mixed or prepared organic liquid solvent can be used as the ester solvent.
以上のような構成の薄型電池10を複数用いたバッテリ30について以下に説明する。   A battery 30 using a plurality of thin batteries 10 having the above configuration will be described below.
図3は本発明の実施形態におけるバッテリを示す斜視図、図4は図3のIV-IV線に沿った断面図である。   FIG. 3 is a perspective view showing a battery according to the embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
本発明の実施形態におけるバッテリ30は、図3及び図4に示すように、6つのサブアッセンブリ20を積層すると共にこれらサブアッセンブリ20同士を外部接続用端子33、34により電気的に接続することにより構成されている。なお、図4の断面図では、バッテリ30を構成する6つのサブアッセンブリ20のうちの2つのサブアッセンブリ20しか図示していない。   As shown in FIGS. 3 and 4, the battery 30 according to the embodiment of the present invention is configured by stacking six subassemblies 20 and electrically connecting the subassemblies 20 with external connection terminals 33 and 34. It is configured. In the cross-sectional view of FIG. 4, only two of the six subassemblies 20 constituting the battery 30 are illustrated.
このバッテリ30を構成するサブアッセンブリ20について説明すると、各サブアッセンブリ20は、上述した薄型電池10を8個有している。図3及び図4に示すように、薄型電池10の裏側主面同士を重ね合わせて積層された2つの薄型電池10の組み合わせを4列並べることにより、8個の薄型電池10が2段4列に配列されて一つのサブアッセンブリ20が構成されている。   The sub-assemblies 20 constituting the battery 30 will be described. Each sub-assembly 20 has eight thin batteries 10 described above. As shown in FIGS. 3 and 4, eight thin batteries 10 are arranged in two rows and four rows by arranging four rows of combinations of two thin batteries 10 that are stacked by stacking the back main surfaces of the thin batteries 10. One sub-assembly 20 is configured in the arrangement.
このように2段4列に配置された8個の薄型電池10は、サブアッセンブリ用ケース21の内部に収容されている。そして、図3に示すように、このサブアッセンブリ用ケース21の両端部から、サブアッセンブリ用正極端子22及びサブアッセンブリ用負極端子23がそれぞれ導出している。サブアッセンブリ用正極端子22には、当該サブアッセンブリ20を構成する8個の薄型電池10の各正極端子104が電気的に接続されている。同様に、サブアッセンブリ用負極端子23には、当該サブアセンブリ20を構成する8個の薄型電池10の各負極端子105が電気的に接続されている。   Thus, the eight thin batteries 10 arranged in two rows and four rows are accommodated in the subassembly case 21. As shown in FIG. 3, a subassembly positive terminal 22 and a subassembly negative terminal 23 are led out from both ends of the subassembly case 21, respectively. Each positive terminal 104 of the eight thin batteries 10 constituting the subassembly 20 is electrically connected to the subassembly positive terminal 22. Similarly, the negative electrode terminals 23 of the eight thin batteries 10 constituting the subassembly 20 are electrically connected to the subassembly negative electrode terminal 23.
以上のような構成のサブアッセンブリ20を6個有するバッテリ30では、図3に示すように、各サブアッセンブリ20の同極端子22、23がそれぞれ同一方向を向くように積層されている。即ち、m段目に位置するサブアッセンブリ20の端子22、23と、m+1段目に位置するサブアッセンブリ20の同極端子22、23とが同一方向を向くような姿勢で、m段目のサブアッセンブリ20の上に、m+1段目のサブアッセンブリ20が積層されている(但し、mは自然数)。   In the battery 30 having six subassemblies 20 configured as described above, the same-polarity terminals 22 and 23 of each subassembly 20 are stacked so as to face in the same direction, as shown in FIG. In other words, the terminals 22 and 23 of the sub-assembly 20 positioned at the m-th stage and the same-polar terminals 22 and 23 of the sub-assembly 20 positioned at the m + 1-th stage face the same direction, and On the assembly 20, the (m + 1) th stage sub-assembly 20 is stacked (where m is a natural number).
このように積層された6個のサブアッセンブリ20は、その両側面部で平板状の連結部材31により連結されている。この連結部材31には複数の貫通孔が形成されており、この貫通孔を介して固定用ネジ32が各サブアッセンブリ20に締結されることにより、各サブアッセンブリ20が連結部材31に固定されている。この連結部材31に形成された複数の貫通孔は、サブアッセンブリ20の厚さより大きなピッチ間隔で形成されており、図3に示すように、連結部材31により連結された各サブアッセンブリ20同士の間には、例えば3mm程度の間隔の隙間Wが形成されている。   The six subassemblies 20 stacked in this way are connected to each other by flat plate connecting members 31 on both side surfaces thereof. A plurality of through holes are formed in the connecting member 31, and the fixing screws 32 are fastened to the sub assemblies 20 through the through holes, whereby the sub assemblies 20 are fixed to the connecting members 31. Yes. The plurality of through holes formed in the connecting member 31 are formed at a pitch interval larger than the thickness of the subassembly 20, and as shown in FIG. 3, between the subassemblies 20 connected by the connecting member 31. For example, a gap W having an interval of about 3 mm is formed.
そして、同一方向を向いた全てのサブアッセンブリ用正極端子22が外部接続用正極端子33に電気的に接続されていると共に、同一方向を向いた全てのサブアッセンブリ用負極端子23が外部接続用負極端子34に電気的に接続されており、バッテリ30を外部と電気的に接続することが可能となっている。   All the subassembly positive terminals 22 facing the same direction are electrically connected to the external connection positive terminals 33, and all the subassembly negative terminals 23 facing the same direction are connected to the external connection negative terminals. It is electrically connected to the terminal 34, and the battery 30 can be electrically connected to the outside.
外部接続用電極端子33、34は、略矩形の平板形状を有しており、サブアッセンブリ用電極端子22、23を挿入或いは圧入可能な直径を有する複数の端子挿入孔が加工されている。この端子挿入孔は、前記連結部材31に形成された貫通孔のピッチと実質的に等しいピッチで加工されている。さらに、各外部接続用電極端子33、34には、電気絶縁性に優れた材料から成る絶縁カバー35、36が設けられており、これにより当該外部接続用電極端子33、34の端子挿入孔に挿入された全てのサブアッセンブリ用電極端子22、23を覆うことによりバッテリ30の外部への露出を防止することが可能となっている。なお、図3において絶縁カバー35、36は二点鎖線にて示す。   The external connection electrode terminals 33 and 34 have a substantially rectangular flat plate shape, and a plurality of terminal insertion holes having diameters into which the sub-assembly electrode terminals 22 and 23 can be inserted or press-fitted are processed. The terminal insertion holes are processed at a pitch substantially equal to the pitch of the through holes formed in the connecting member 31. Furthermore, each of the external connection electrode terminals 33 and 34 is provided with insulating covers 35 and 36 made of a material having excellent electrical insulation properties, so that the terminal insertion holes of the external connection electrode terminals 33 and 34 are provided. It is possible to prevent the battery 30 from being exposed to the outside by covering all the inserted sub-assembly electrode terminals 22 and 23. In FIG. 3, the insulating covers 35 and 36 are indicated by two-dot chain lines.
以下に、上述のバッテリ30を冷却するためのバッテリ冷却システム40について説明する。   Below, the battery cooling system 40 for cooling the above-mentioned battery 30 is demonstrated.
図5は本発明の実施形態に係るバッテリ冷却システムを搭載した車輌を示す側面図、図6Aは車輌走行中における本実施形態に係るバッテリ冷却システムを示す斜視図、図6Bは車輌走行中における本発明の実施形態に係るバッテリ冷却システムを示す断面模式図、図6Cは車輌走行中における本発明の実施形態に係るバッテリ冷却システムを示す上部平面模式図、図7は車輌停止中における本発明の実施形態に係るバッテリ冷却システムを示す断面模式図、図8(A)は本発明の実施形態における吸熱部材を示す正面図、図8(B)は図8(A)のVIIIB-VIIIB線に沿った断面図、図9は本発明の実施形態における吸熱部材の他の例を示す正面図、図10は本発明の実施形態に係るバッテリ冷却システムによるバッテリの温度上昇抑制効果を示すグラフ、図11は本発明の実施形態において一体化されたバッテリを示す断面図である。   FIG. 5 is a side view showing a vehicle equipped with a battery cooling system according to an embodiment of the present invention, FIG. 6A is a perspective view showing the battery cooling system according to this embodiment while the vehicle is traveling, and FIG. 6B is a diagram when the vehicle is traveling. Fig. 6C is a schematic cross-sectional view showing a battery cooling system according to an embodiment of the invention, Fig. 6C is a schematic top plan view showing a battery cooling system according to an embodiment of the present invention while the vehicle is running, and Fig. 7 is an embodiment of the present invention when the vehicle is stopped. FIG. 8A is a front view showing a heat absorbing member in the embodiment of the present invention, and FIG. 8B is taken along line VIIIB-VIIIB in FIG. 8A. FIG. 9 is a front view showing another example of the heat absorbing member in the embodiment of the present invention, and FIG. 10 shows the effect of suppressing the temperature rise of the battery by the battery cooling system according to the embodiment of the present invention. Graph, Figure 11 is a sectional view showing a battery that is integrated in the embodiment of the present invention.
上述のバッテリ30は、エンジン2やラジエータ3(熱源)を備えたハイブリッド電気自動車(HEV)である車輌1の走行用電源として用いられ、本発明の実施形態に係るバッテリ冷却システム40は、車輌1の走行に伴って発生する走行風を冷却媒体として利用することによりバッテリ30を冷却することが可能となっている。   The battery 30 described above is used as a power source for driving a vehicle 1 that is a hybrid electric vehicle (HEV) including the engine 2 and the radiator 3 (heat source). The battery cooling system 40 according to the embodiment of the present invention is a vehicle 1 It is possible to cool the battery 30 by using the traveling wind generated with the traveling as a cooling medium.
このバッテリ冷却システム40は、図5、図6A〜C及び図7に示すように、2つのバッテリ30を収容するための収容部41と、走行停止時に車輌1の床下を通って当該収容部41に流れ込む空気からエンジン2やラジエータ3により印加された熱を吸収するための吸熱部材42と、エンジン2の周囲やラジエータ3を通過した空気を車輌1の側方に導いて排気する排気用流路43と、を備えている。   As shown in FIGS. 5, 6 </ b> A to C, and FIG. 7, the battery cooling system 40 includes a housing portion 41 for housing two batteries 30, and the housing portion 41 that passes under the floor of the vehicle 1 when traveling is stopped. A heat absorbing member 42 for absorbing heat applied by the engine 2 and the radiator 3 from the air flowing into the engine, and an exhaust passage for guiding the air around the engine 2 and the radiator 3 to the side of the vehicle 1 and exhausting it. 43.
バッテリ冷却システム40の収容部41は、車輌1のフロアパネルを車内側に凹ますことにより凹状に形成されており、車輌1の走行方向に沿って並べた2つのバッテリ30を収容可能な大きさを有している。そして、各バッテリ30が支持部材(不図示)を介してフロアパネルに支持される等して、バッテリ30の底面が当該収容部41周囲の車輌1の底面1aに対して相対的に高くなるように、収容部41内に2つのバッテリ30が収容されている。なお、バッテリ30の底面が収容部41周囲における車輌1の底面1aと実質的に同一となるように、収容部41内に2つのバッテリ30を収容しても良い。   The housing portion 41 of the battery cooling system 40 is formed in a concave shape by recessing the floor panel of the vehicle 1 toward the inside of the vehicle, and has a size that can accommodate two batteries 30 arranged along the traveling direction of the vehicle 1. have. And each battery 30 is supported by a floor panel via a support member (not shown), etc., so that the bottom surface of the battery 30 becomes relatively higher than the bottom surface 1a of the vehicle 1 around the housing portion 41. In addition, two batteries 30 are accommodated in the accommodating portion 41. Note that the two batteries 30 may be housed in the housing portion 41 such that the bottom surface of the battery 30 is substantially the same as the bottom surface 1 a of the vehicle 1 around the housing portion 41.
このように、収容部41の周囲における車輌1の底面1aよりバッテリ30の底面を高く又は実質的に同一の高さとするようにバッテリ30を収容部41内に収容することにより、車輌1の走行時のバッテリ30の通気抵抗を抑制出来ると共に、例えば車輌1の底面1aが地面に摺接したような場合にもバッテリ30を適切に保護することが出来る。また、車輌1の床下にバッテリ3を収容することにより、車内スペースを有効に活用することが出来る。   As described above, the battery 30 is housed in the housing portion 41 so that the bottom surface of the battery 30 is higher than or substantially the same as the bottom surface 1a of the vehicle 1 around the housing portion 41. The airflow resistance of the battery 30 at the time can be suppressed, and the battery 30 can be appropriately protected even when, for example, the bottom surface 1a of the vehicle 1 is in sliding contact with the ground. Further, by accommodating the battery 3 under the floor of the vehicle 1, the space in the vehicle can be effectively utilized.
各バッテリ30は、各薄型電池10の主面が車輌1の走行方向に対して実質的に平行となるような姿勢、即ち、各薄型電池10が横向きとなる姿勢で収容部41内に収容されており、図3に示す矢印方向から走行風を取り込むことが可能となっている。ここで、上述のように、バッテリ30の各サブアッセンブリ20同士の間には、所定の間隔の隙間Wが形成されているので、収容部41内に取り込まれた走行風は、図4に示すように、各サブアッセンブリ20同士の間に入り込むことが出来、各薄型電池10を効率的に冷却することが可能となっている。   Each battery 30 is accommodated in the accommodating portion 41 in such a posture that the main surface of each thin battery 10 is substantially parallel to the traveling direction of the vehicle 1, that is, each thin battery 10 is in a lateral orientation. The traveling wind can be taken in from the arrow direction shown in FIG. Here, as described above, a gap W having a predetermined interval is formed between the sub-assemblies 20 of the battery 30, and thus the traveling wind taken into the housing portion 41 is shown in FIG. 4. As described above, it is possible to enter between the sub-assemblies 20 and to efficiently cool the thin batteries 10.
また、この収容部41では、図6Bに示すように、当該収容部41を形成する壁面のうちの走行方向上流側に位置する壁面41aが走行方向上流側に傾斜するように形成されている。この壁面41aの傾斜角αを約30°〜約45°とすると収容部41内に走行風を効率的に取り込むことが出来、当該傾斜角αを約45°とすると走行風を最も多く取り込むこと出来る。   Moreover, in this accommodating part 41, as shown to FIG. 6B, the wall surface 41a located in the running direction upstream among the wall surfaces which form the said accommodating part 41 is formed so that it may incline in the running direction upstream. When the inclination angle α of the wall surface 41a is about 30 ° to about 45 °, the traveling wind can be efficiently taken into the accommodating portion 41, and when the inclination angle α is about 45 °, the largest amount of traveling wind is taken in. I can do it.
バッテリ冷却システム30の吸熱部材42は、図8(A)及び(B)に示すように、格子状に分割された多数の通孔42aが軸方向に沿って貫通して形成されたハニカム構造体である。この吸熱部材42を構成する材料としては、例えば、セラミック材料、又は、銅やアルミニウム等の金属材料等の伝熱性に優れた材料を挙げることが出来る。なお、吸熱部材42のハニカム構造体は、通孔42aを通過する流体との接触表面積を多く確保可能なハニカム構造体であれば上記のような格子状に限定されず、例えば図9に示すような波形状に分割された通孔42b’を有するハニカム構造体42’であっても良い。   As shown in FIGS. 8A and 8B, the heat absorbing member 42 of the battery cooling system 30 has a honeycomb structure in which a large number of through holes 42a divided in a lattice shape are formed to penetrate along the axial direction. It is. Examples of the material constituting the heat absorbing member 42 include materials having excellent heat transfer properties such as ceramic materials or metal materials such as copper and aluminum. Note that the honeycomb structure of the heat absorbing member 42 is not limited to the lattice shape as described above as long as it can secure a large contact surface area with the fluid passing through the through holes 42a. For example, as shown in FIG. It may be a honeycomb structure 42 ′ having through holes 42 b ′ divided into various wave shapes.
この吸熱部材42は、図6B及び図7に示すように、バッテリ30より走行方向上流側に設けられており、複数の通孔42aの貫通方向が収容部41の上流側壁面41aの傾斜に沿うように、当該壁面41aに取り付けられている。   As shown in FIGS. 6B and 7, the heat absorbing member 42 is provided on the upstream side in the traveling direction from the battery 30, and the through direction of the plurality of through holes 42 a follows the inclination of the upstream side wall surface 41 a of the housing portion 41. Thus, it is attached to the wall surface 41a.
同図に示すように車輌1の走行停止時には走行時とは異なる熱流が生じるが、上記のように吸熱部材42をバッテリ30の走行方向上流側に設けることにより、図7に示すように、車輌1の走行停止時において車輌1の床下を通って収容部41に流れ込む空気からエンジン2やラジエータ3により印加された熱を吸収することが可能となっている。これにより、図10に示すように、吸熱部材を具備していないバッテリ冷却システム(図10にて点線で示す)と比較して、車輌1の走行停止中におけるエンジンやラジエータの熱によるバッテリ30の温度上昇を抑制することが可能となっている。   As shown in the figure, when the vehicle 1 stops traveling, a heat flow different from that during traveling occurs. However, by providing the heat absorbing member 42 on the upstream side in the traveling direction of the battery 30 as described above, as shown in FIG. It is possible to absorb the heat applied by the engine 2 and the radiator 3 from the air flowing into the housing portion 41 through the under floor of the vehicle 1 when the traveling of the vehicle 1 is stopped. As a result, as shown in FIG. 10, as compared with a battery cooling system that does not include a heat absorbing member (shown by a dotted line in FIG. 10), the heat of the battery 30 due to the heat of the engine or the radiator when the vehicle 1 is stopped is stopped. It is possible to suppress the temperature rise.
また、本実施形態に係るバッテリ冷却システム40では、吸熱部材42をハニカム構造体とすることにより、車輌1の走行停止時において、当該ハニカム構造体の通気抵抗により、エンジン2やラジエータ3により熱せられた空気をバッテリ30に到達し難くしている。   Further, in the battery cooling system 40 according to the present embodiment, the heat absorbing member 42 is formed into a honeycomb structure, so that when the vehicle 1 is stopped traveling, the honeycomb structure is heated by the engine 2 and the radiator 3 due to the ventilation resistance. It is difficult for the air to reach the battery 30.
さらに、本実施形態に係るバッテリ冷却システム40では、吸熱部材42の通孔42aが収容部41の上流側壁面41aに沿って傾斜していることにより、図6Bに示すように、車輌1の走行時において収容部41内に走行風Zを効率的に取り入れることが可能となっている。なお、図6A〜Cにおける走行風Zは、車輌1の走行時においてエンジン2やラジエータ3に加熱されることなく、車輌1の床下を通過して収容部41内に流れ込む走行風である。   Furthermore, in the battery cooling system 40 according to the present embodiment, the through hole 42a of the heat absorbing member 42 is inclined along the upstream side wall surface 41a of the accommodating portion 41, so that the vehicle 1 travels as shown in FIG. 6B. At this time, the traveling wind Z can be efficiently taken into the housing portion 41. The traveling wind Z in FIGS. 6A to 6C is traveling wind that flows under the floor of the vehicle 1 and flows into the housing portion 41 without being heated by the engine 2 or the radiator 3 when the vehicle 1 travels.
バッテリ冷却システム40の排気用流路43は、図6A〜Cに示すように、エンジン2の周囲やラジエータ3を通過した走行風X及びYを、エンジンルームとキャビンとを仕切っている仕切パネル1bにより左右に導いて、車輌1の左右の床下に排気するように構成されている。なお、同図において、走行風Xは、車輌1の走行時においてラジエータ3を通過してエンジン2に当たった後に仕切パネル1bにより左右方向に導かれて床下に排気される走行風である。また、走行風Yは、車輌1の走行時においてラジエータ3を通過するがエンジン2に当たらず走行風と合流した後に仕切パネル1bにより左右方向に導かれて床下に排気される走行風である。
As shown in FIGS. 6A to 6C, the exhaust cooling channel 43 of the battery cooling system 40 includes a partition panel 1b that partitions the engine wind and the cabin around the engine 2 and the radiator 3 from the engine room and the cabin. Thus, the vehicle 1 is guided to the left and right and exhausted under the left and right floors of the vehicle 1. In the figure, traveling wind X is traveling wind that passes through the radiator 3 and strikes the engine 2 when the vehicle 1 travels and is then guided in the left-right direction by the partition panel 1b and exhausted under the floor. The traveling wind Y is traveling wind that passes through the radiator 3 when the vehicle 1 travels, but does not hit the engine 2 and merges with the traveling wind X, and is guided in the left-right direction by the partition panel 1b and exhausted under the floor. .
このような構成の排気用流路43により、車輌1の走行時には、エンジン2やラジエータ3で加熱された走行風X及びYが、収容部41内に入り込むのを防止することが可能となっている。   The exhaust passage 43 having such a configuration makes it possible to prevent the traveling winds X and Y heated by the engine 2 and the radiator 3 from entering the housing portion 41 when the vehicle 1 travels. Yes.
また、車輌1が走行を停止してアイドリング状態にある場合にも、エンジン2やラジエータ3で加熱された空気をラジエータファン(不図示)により排気用流路43を介して排気することが出来るので、エンジン2やラジエータ3の熱によりバッテリ30の温度が上昇するのを抑制することが可能となっている。   Further, even when the vehicle 1 stops traveling and is in an idling state, air heated by the engine 2 and the radiator 3 can be exhausted through the exhaust passage 43 by a radiator fan (not shown). The temperature of the battery 30 can be prevented from rising due to the heat of the engine 2 and the radiator 3.
さらに、本実施形態に係るバッテリ冷却システム40では、図11に示すように、上流側のバッテリ30に形成された各隙間W1と、下流側のバッテリ30に形成された各隙間W2とが直接連通するように、2つのバッテリ30同士が一体化されている。これにより、上流側のバッテリ30に流れ込んだ走行風を、外部に発散させることなく、下流側のバッテリ30に流すことが可能となっている。   Furthermore, in the battery cooling system 40 according to the present embodiment, as shown in FIG. 11, each gap W <b> 1 formed in the upstream battery 30 and each gap W <b> 2 formed in the downstream battery 30 are in direct communication. Thus, the two batteries 30 are integrated. As a result, the traveling wind that has flowed into the upstream battery 30 can be allowed to flow to the downstream battery 30 without diverging outside.
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。例えば、一つのバッテリを構成する薄型電池の数や接続方法、及び、車輌に搭載されるバッテリの数や接続方法等は、上述の実施形態に説明した数や接続方法等に限定されず、所望する電圧や容量に応じて適宜設定することが出来る。   The embodiment described above is described for facilitating the understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention. For example, the number and connection method of thin batteries constituting one battery, and the number and connection method of batteries mounted on a vehicle are not limited to the number and connection method described in the above-described embodiment, and are desired. It can be set as appropriate according to the voltage and capacity to be applied.
図1は、本発明の実施形態における薄型電池の全体の平面図である。FIG. 1 is an overall plan view of a thin battery according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1のII-II線に沿った断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 図3は、本発明の実施形態におけるバッテリを示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a battery according to the embodiment of the present invention. 図4は、図3のIV-IV線に沿った断面図である。4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 図5は、本発明の実施形態に係るバッテリ冷却システムを搭載した車輌を示す側面図である。FIG. 5 is a side view showing a vehicle equipped with a battery cooling system according to an embodiment of the present invention. 図6Aは、車輌走行中における本発明の実施形態に係るバッテリ冷却システムを示す斜視図である。FIG. 6A is a perspective view showing a battery cooling system according to an embodiment of the present invention during vehicle travel. 図6Bは、車輌走行中における本発明の実施形態に係るバッテリ冷却システムを示す断面模式図である。FIG. 6B is a schematic cross-sectional view showing the battery cooling system according to the embodiment of the present invention while the vehicle is traveling. 図6Cは、車輌走行中における本発明の実施形態に係るバッテリ冷却システムを示す上部平面模式図である。FIG. 6C is a schematic top plan view showing the battery cooling system according to the embodiment of the present invention during vehicle travel. 図7は、車輌停止中における本発明の実施形態に係るバッテリ冷却システムを示す断面模式図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the battery cooling system according to the embodiment of the present invention while the vehicle is stopped. 図8(A)は、本発明の実施形態における吸熱部材を示す正面図であり、図8(B)は、図(A)のVIIIB-VIIIB線に沿った断面図である。FIG. 8A is a front view showing the heat absorbing member in the embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line VIIIB-VIIIB in FIG. 図9は、本発明の実施形態における吸熱部材の他の例を示す正面図である。FIG. 9 is a front view showing another example of the heat absorbing member in the embodiment of the present invention. 図10は、本発明の実施形態に係るバッテリ冷却システムによるバッテリの温度上昇抑制効果を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing a battery temperature rise suppression effect by the battery cooling system according to the embodiment of the present invention. 図11は、本発明の実施形態において一体化されたバッテリを示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a battery integrated in an embodiment of the present invention.
符号の説明Explanation of symbols
1…車輌
1a…底面
1b…仕切パネル
2…エンジン
3…ラジエータ
10…薄型電池
101…正極板
101a…正極側集電体
101b、101c…正極層
102…セパレータ
103…負極板
103a…負極側集電体
103b、103c…負極層
104…正極端子
105…負極端子
106…上部外装部材
107…下部外装部材
108…発電要素
20…サブアッセンブリ
21…サブアッセンブリ用ケース
22、23…サブアッセンブリ用電極端子
30…バッテリ
31…連結部材
32…固定用ネジ
33、34…外部接続用電極端子
35、36…絶縁カバー
40…バッテリ冷却システム
41…収容部
41a…上流側壁面
42…吸熱部材
42a…通孔
43…排気用流路

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vehicle 1a ... Bottom 1b ... Partition panel 2 ... Engine 3 ... Radiator 10 ... Thin battery 101 ... Positive electrode plate 101a ... Positive electrode side collector 101b, 101c ... Positive electrode layer 102 ... Separator 103 ... Negative electrode plate 103a ... Negative electrode side current collector Body 103b, 103c ... Negative electrode layer 104 ... Positive electrode terminal 105 ... Negative electrode terminal 106 ... Upper exterior member 107 ... Lower exterior member 108 ... Power generation element 20 ... Subassembly 21 ... Subassembly case 22, 23 ... Subassembly electrode terminal 30 ... Battery 31 ... Connecting member 32 ... Fixing screw 33, 34 ... External connection electrode terminal 35, 36 ... Insulating cover 40 ... Battery cooling system 41 ... Storage portion 41a ... Upstream side wall surface 42 ... Heat absorbing member 42a ... Through hole 43 ... Exhaust Flow path

Claims (5)

  1. エンジン及びラジエータからなる熱源を有する車輌において走行に伴って発生する走行風を利用してバッテリを冷却するバッテリ冷却システムであって、
    前記車輌の床下に設けられ、前記バッテリを収容可能なように車内側に凹んだ凹状の収容部と、
    前記バッテリより走行方向上流側に設けられ、前記車輌の床下を通って前記収容部に流れ込む流体から前記熱源により印加された熱を吸収することが可能な吸熱手段と、を備えており、
    前記吸熱手段は、貫通した複数の通孔を有し、
    前記収容部の上流側壁面は、上流側に向かって傾斜しており、
    前記吸熱手段は、前記複数の通孔の貫通方向が前記上流側壁面の傾斜に沿うように、前記上流側壁面に取り付けられているバッテリ冷却システム。
    A battery cooling system that cools a battery using traveling wind generated in traveling in a vehicle having a heat source composed of an engine and a radiator,
    A recessed housing part provided under the floor of the vehicle and recessed to the inside of the vehicle so as to accommodate the battery;
    Heat absorption means provided on the upstream side in the running direction from the battery, and capable of absorbing heat applied by the heat source from the fluid flowing into the housing portion through the under floor of the vehicle,
    The heat absorbing means may have a plurality of holes passing through,
    The upstream side wall surface of the housing portion is inclined toward the upstream side,
    The said heat absorption means is a battery cooling system attached to the said upstream side wall surface so that the penetration direction of these through-holes may follow the inclination of the said upstream side wall surface .
  2. 前記熱源又はその周囲を通過した流体を前記車輌の側方に導いて排気する排気用流路をさらに備えた請求項1記載のバッテリ冷却システム。   The battery cooling system according to claim 1, further comprising an exhaust passage for exhausting the heat source or the fluid that has passed therearound to a side of the vehicle.
  3. 前記バッテリは、相互に電気的に接続された複数の平板状の薄型電池を有し、
    前記バッテリは、前記各薄型電池の主面が前記車輌の走行方向に対して実質的に平行となるような姿勢で、前記収容部内に収容されている請求項1又は2に記載のバッテリ冷却システム。
    The battery has a plurality of flat thin batteries electrically connected to each other,
    3. The battery cooling system according to claim 1, wherein the battery is housed in the housing portion in a posture such that a main surface of each thin battery is substantially parallel to a traveling direction of the vehicle. .
  4. 前記バッテリが有する前記複数の薄型電池は、前記各薄型電池の少なくとも一方の主面と当該主面に隣接する他の薄型電池との間に所定間隔の隙間を形成しながら、相互に積層されている請求項記載のバッテリ冷却システム。 The plurality of thin batteries included in the battery are stacked on each other while forming a gap at a predetermined interval between at least one main surface of each thin battery and another thin battery adjacent to the main surface. The battery cooling system according to claim 3 .
  5. 2以上のバッテリを備え、
    前記2以上のバッテリ同士は、一方のバッテリに形成された前記隙間と他方のバッテリに形成された前記隙間とが直接連通するように一体化されている請求項記載のバッテリ冷却システム。
    With two or more batteries,
    The battery cooling system according to claim 4, wherein the two or more batteries are integrated so that the gap formed in one battery and the gap formed in the other battery are in direct communication.
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