JP6007068B2 - バッテリーシステム - Google Patents

Description

本発明は、バッテリーシステムに係り、より詳しくは、車両等のバッテリーを冷却又は加熱する際の効率を高めたバッテリーシステムに関する。

最近、環境問題に対する対策として、内燃機関を電気機関に代替しようとする動きが多くの産業分野で活発化している。そして、このような電気機関での燃料の役割は、バッテリーが担当している。
電気自動車及びハイブリッドカー等の車両の場合、燃費や耐久性の側面から、バッテリーを冷却又は加熱することによりバッテリーの状態を最適に維持する必要がある。

しかし、従来のバッテリーの過熱・冷却技術の大部分は、バッテリーを冷却又は／及び加熱するために車両の内部又は外部の空気を吸入し、バッテリーハウジングに移送し、対流により冷却又は加熱した後に、使用後の空気を車両の内部又は外部に放出していた。
しかし、このような冷却と加熱を同時に行うようにしたバッテリーの加熱／冷却装置においては、バッテリーハウジングの内部にバッテリーパックと他の電気装置とが多数設置されている場合が多いため、熱交換のための空気をバッテリーパックのみに限定して流通するように構成するためには、吸入部と出口部とを有する別途のダクトを設ける必要があった（例えば特許文献１を参照）。

また、バッテリーパックの周辺でも、バッテリー専用のｆｌｏｗ ｃｈａｎｎｅｌが流路を限定するように構成されることにより、設計空間の制約が生じ、効率的な流路の形成が制限される場合があるという問題があった。

一例として、バッテリーパックの冷却のために内部にラジアルファンを設置することにより、冷却空気の流入及び流出方向と、数個のバッテリーセル（ｃｅｌｌ）の間を通過する冷却空気の方向がバッテリー表面に垂直になるように構成することによって、バッテリーパックの冷却空気流路をより効率的に設計したバッテリーパックが開示されている（例えば特許文献２を参照）。

しかしこのような構造によっても、別途の冷却器流通のためのチャンネルとダクトを備えなければならないので空間の効果的な活用ができず、冷却器の流れが長くなって冷却損失が発生するという問題があった。

特開２００８−２８４９４７号公報 韓国公開特許第１０−２０１２−００６９２７４号公報

本発明のバッテリーシステムは、このような問題点を解決するためになされたものであって、熱交換器における空気の流れを最小化し、熱エネルギーの流出を最小化してエネルギーの効率性を高めると共に、空間の集積度を高めて空間の活用度を高めたバッテリーシステムを提供するところにその目的がある。

上記の目的を達成するための本発明によるバッテリーシステムは、空気の出入りが遮断された密閉型のハウジングと、ハウジングの対向する両側面の内側に設けられ、空気をハウジングの中央部から吸入して両側面の内側で吐出するか、又は両側面の内側から吸入して中央部で吐出する２台の送風機と、送風機の間に複数のバッテリーセルが２以上の列をなして配置され、列ごとに列を貫通する通気ホールが１以上形成され、列と列との間は離隔されて空気が混合されるミキシング空間が形成されたバッテリーパックと、送風機の両側方の空気流動経路に設けられた熱電素子と、を含むことを特徴とする。

前記発明は、送風機とバッテリーパックとが相互に密着されることにより、バッテリーパックの通気ホールを通じて、送風機が空気をバッテリーパックの中央部で吸入して両側面の内側で空気を吐出するか、又は両面の内側で吸入して中央部に吐出することを特徴とする。

前記発明は、送風機と隣接するバッテリーパックとの間には、送風機の縁を囲む位置に密閉ガイドが設置され、密閉ガイドの両側方には通風口が形成され、送風機が通気ホールを通じてバッテリーパックの中央部で空気を吸入して両側面の内側で空気を吐出するか、又は両側面の内側で吸入して中央部に吐出することを特徴とする。

前記発明は、バッテリーパックとハウジングの両側面の内側との間には、密閉ガイドと同じ幅を有する離隔空間が形成され、熱電素子が、離隔空間で密閉ガイドの通風口に隣接するように設けられて吐出又は吸入される空気を冷却及び加熱することを特徴とする。

前記発明は、電熱素子には放熱ピンが設けられ、放熱ピンが、吐出又は吸入される空気が流れる方向と同一の方向に形成されることを特徴とする。

前記発明は、密閉ガイド両側方の通風口それぞれが、離隔空間の上部及び下部に相互に反対方向に向けて形成され、熱電素子が、ハウジングの上端部及び下端部それぞれの通風口に隣接するように設けられ、放熱ピンがハウジングの内部に向かって形成されたことを特徴とする。

前記発明は、バッテリーパックが、複数個のバッテリーセルが並べられて１つの列が形成され、列が形成された状態でハウジングの上端と下端との内面に密着されることを特徴とする。

前記発明は、バッテリーパックが、複数個のバッテリーセルが水平方向に隣接して並べられて１つの列が形成され、列の送風機と対面する側にはバッテリーパック相互の間に送風機側に突出した隔壁が形成され、送風機から吐出又は吸入される空気が隣接する各バッテリーパック間に分配されることを特徴とする。

前記発明は、それぞれのバッテリーパックが、水平方向の通気ホールが、上下方向に複数個離隔して形成されたことを特徴とする。

また前記発明は、バッテリーパックが、複数個のバッテリーセルが垂直に重ね合わされて構成され、各バッテリーセルの上面と下面とに溝が設けられ、バッテリーセルが重ね合わせられた時に溝によって通気ホールが形成されることを特徴とする。

また前記発明は、送風機が、ハウジングの対向する両側面の内側と中央部とに設けられ、熱電素子が、送風機の両側方の空気流動経路それぞれに設けられたことを特徴とする。

上述したような構造からなる本発明のバッテリーシステムによれば、バッテリーハウジングに別途のフローダクトやチャンネルが不要で暖房のための空間と部品が顕著に減らすことができる効果がある。

また、本発明のバッテリーシステムは、最小限の冷却気流の流れを達成して冷却効率の低下を防止することができるようになる。

本発明の１実施例によるバッテリーシステムの斜視図である。 本発明の１実施例によるバッテリーシステムの水平方向の断面図である。 本発明の１実施例によるバッテリーシステムの垂直方向の断面図である。

以下に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施例によるバッテリーシステムについて詳細に説明する。
図１は本発明の１実施例によるバッテリーシステムの斜視図である。
図１に示すように、本発明のバッテリーシステムは、空気の出入りが遮断された密閉型のハウジング１００と、ハウジング１００の対向する両側面の内側に設けられ、空気をハウジング１００の中央部から吸入して両側面の内側で吐出するか、又はハウジング１００の両側面の内側から吸入しハウジング１００の中央部に吐出する２台の送風機３００と、２台の送風機３００の間に、複数のバッテリーセル７４０が水平方向に隣接し更に上下に重ねられて両側面と平行な列７２０が形成され、２以上の列７２０が両側面に平行に配置され、各列７２０ごとに列７２０を両側面の方向に向けて水平に貫通する１以上の通気ホール７６０が形成され、列７２０と列７２０との間は離隔されて空気が混合されるミキシング空間１６０が形成されたバッテリーパック７００と、送風機３００の両側方の空気流動経路に設けられた熱電素子５００と、を含む。

なお、２台の送風機３００はバッテリーの車両の進行方向の前方及び後方それぞれに１台ずつ設けられ、通気ホール７６０は、車両の進行方向の前後方向に設けられることができる。また送風機３００は、ハウジング１００の内部の対向する両側面の内側とハウジング１００の中央部とに設けることができる。

図２は本発明の１実施例によるバッテリーシステムの水平方向の断面図である。
図２に示すように、本発明のバッテリーシステムは、密閉型ハウジング１００で外郭が構成されて外部との空気の出入りが遮断された構造である。

本発明のバッテリーシステムは、構造上一部の空気の流出入があり得るが、基本的には内部にある空気だけでバッテリーの冷暖房を実施して熱エネルギーの流出を最小化し、エネルギーの効率性を高めるところに本発明の目的がある。

ハウジング１００の内部には、対向する両側面の内側それぞれに送風機３００が設置される。なお、２台の送風機３００はバッテリーの車両の進行方向の前方及び後方それぞれに１台ずつ設けることができる。
送風機３００は、空気をバッテリーパック７００の中央部で吸入した後に両側面の内側で吐出するか、又は両側面の内側で吸入して中央部で吐出する。但し、空気を両側面の内側で吐出する方が流動抵抗が少なくて送風機の過負荷を減らすことができるので、空気を中央部からバッテリーパック７００の通気ホール７６０を通じて吸入し、両側面の内側に設けた空間に空気を吐出する方が好ましい。以下では、空気を送風機の中央部で吸入して両方の側部で吐出する実施例を説明する。

本発明のバッテリーシステムは、対向する両側面の内側に設けられた２台の送風機３００によってハウジング１００の内部空間は、２個の流通系統に分割され、更に中央を基準に両側に２分割されて合計４系統の空気の流れを有するようになる。

各送風機３００の吐出側には熱電素子５００が設けられる。熱電素子５００は、ハウジング１００に埋め込まれる形式で設置され、外部から電気の供給を受けて吸熱又は発熱し、熱交換してハウジング１００内部の空気を冷却又は加熱する。熱電素子５００は、送風機３００の吐出側に設けられ、冷却又は加熱された空気をハウジング１００内部に供給してバッテリーを冷却又は加熱する。
一方、送風機３００とバッテリーパック７００とが相互に密着されることにより、送風機３００は、バッテリーパック７００に設けられた通気ホール７６０を通じて、空気をバッテリーパック７００の中央部から吸入して両側面の内側に吐出する。

送風機３００とバッテリーパック７００との間には、送風機３００の縁を囲む位置に密閉ガイド３２０が設置され、密閉ガイド３２０の両側方には通風口３２２が形成され、送風機３００のファンは密閉ガイド３２０の内部で回転する。送風機３００は、図２に示すように、通気ホール７６０を通じてバッテリーパック７００の中央部で空気を吸入し両側面の内側の各２個の通風口３２２を通じて空気を吐出する。このような構造によって空気の吸入と吐出とを分離して温度が異なる空気を分離すると共に空気の流れを早くすることにより、冷却又は加熱の効率を高め、各バッテリーパック７００全体の均一な温度調整がなされる。

バッテリーパック７００とハウジング１００の両側面との間には、密閉ガイド３２０と同じ幅を有する離隔空間１２０、１４０が形成される。
熱電素子５００は、離隔空間１２０、１４０において密閉ガイド３２０の通風口３２２に隣接するように設けられ、吐出される空気を冷却又は加熱する。
また、熱電素子５００には放熱ピン５２０が設けられ、放熱ピン５２０は吐出される空気の方向と同一なように形成される。

本発明のバッテリーシステムは、ハウジング１００内部の空気がそれぞれの離隔空間１２０、１４０で冷却又は加熱され、バッテリーパック７００に供給され、中央部のミキシング空間１６０において混合される構造によって、ハウジング１００内の狭い空間に収容され、かつ別途のダクトやチャンネルの省略が可能になる。

図３は、本発明の１実施例によるバッテリーシステムの垂直方向の断面図である。
図３に示すように、密閉ガイド３２０両側方の２個の通風口３２２それぞれは、各離隔空間１２０、１４０の上部及び下部それぞれに、出口を相互に反対方向に向けて形成される。熱電素子５００は、離隔空間１２０、１４０それぞれの上端及び下端で通風口３２２に隣接するように設けられ、放熱ピン５２０がハウジング１００の内部に向かって形成されることにより送風機３００の吐出抵抗を最小化し、空気が吐出されてすぐ加熱又は冷却されることにより効率を高めることができる。

一方、バッテリーパック７００は、複数個のバッテリーセル７４０が水平方向に隣接され更に上下に重ねて並べられて両側面と平行な１つの列７２０が形成され、２以上の列７２０が形成された状態でハウジング１００の上端と下端との内面と密着されることにより、空気が通気ホール７６０を介してバッテリーパック７００を貫通するように循環され、早い熱伝逹と別途の吸排気チャンネルの削除が可能になる。

また、バッテリーパック７００の各列７２０のバッテリーセル７４０相互間には、送風機３００と対面する側に突出した垂直の隔壁９００が形成され、送風機３００から吐出された空気が横方向に隣接する各バッテリーセル７４０間に均一に分配されるように配備される。

すなわち、送風機３００の吐出側で吐出された空気は、それぞれのバッテリーセルパック７４０に均一に供給されなければならないが、このためにバッテリーセル７４０相互の間で送風機３００側に突出した垂直の隔壁９００を設置することにより、それぞれのバッテリーセル７４０に調温された空気が長く留まることができるようにし、隔壁９００の間に留まっている均一な量の空気が送風機３００の吸入力によってそれぞれのバッテリーセル７４０に均一の分配される。隔壁９００がなければ、それぞれのバッテリーセル７４０には不均一な量の空気が流通される可能性がある。

また、それぞれのバッテリーパック７００には、水平方向の通気ホール７６０が上下方向に複数個離隔して形成され、調温された空気が均一に循環するようにされる。このためにそれぞれのバッテリーパック７００は、複数のバッテリーセル７４０が垂直に重ね合わされて形成され、各バッテリーセル７４０の上面と下面とに相互に重ね合わせ可能な溝が形成され、各バッテリーセル７４０が重ねられた時に通気ホール７６０が形成されるように配備される。すなわち、バッテリーパック７００を構成するそれぞれのバッテリーセル７４０の上面と下面とに予め重ね合わせ可能な溝を形成し、垂直重畳によってそれらの溝が重なり合って通気ホール７６０を形成するように配備される。更に、バッテリーパック７００がハウジング１００の上部と下部との内壁に密着されて一体型の空気チャンネルを形成が形成される。

上述した構造を有するバッテリーシステムは、バッテリーハウジングに別途のフローダクトやチャンネルを設ける必要がなく、バッテリーシステムを加熱又は冷却するための空間と部品とが顕著に減少する効果を有する。
また、最小限の加熱・冷却気流の流れを達成して加熱・冷却効率の低下を防止することができる。

以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。

１００ ハウジング
１２０、１４０ 離隔空間
１６０ ミキシング空間
３００ 送風機
３２０ 密閉ガイド
３２２ 通風口
５００ 熱電素子
５２０ 放熱ピン
７００ バッテリーパック
７２０ 列
７４０ バッテリーセル
７６０ 通気ホール
９００ 隔壁

Claims (11)

1. 空気の出入りが遮断された密閉型のハウジングと、
   前記ハウジングの対向する両側面の内側に設けられ、空気を前記ハウジングの中央部から吸入して両側面の内側で吐出するか、又は両側面の内側から吸入して中央部で吐出する２台の送風機と、
   前記送風機の間に複数のバッテリーセルが２以上の列をなして配置され、前記列ごとに前記列を貫通する通気ホールが１以上形成され、列と列との間は離隔されて空気が混合されるミキシング空間が形成されたバッテリーパックと、
   前記送風機の両側方の空気流動経路に設けられた熱電素子と、を含むことを特徴とするバッテリーシステム。
2. 前記送風機と前記バッテリーパックとが相互に密着されることにより、前記バッテリーパックの前記通気ホールを通じて、前記送風機が、空気を前記バッテリーパックの中央部で吸入して両側面の内側で吐出するか、又は両側面の内側で吸入して中央部に吐出することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーシステム。
3. 前記送風機と、隣接する前記バッテリーパックと、の間には、前記送風機の縁を囲む位置に密閉ガイドが設置され、前記密閉ガイドの両側方には通風口が形成され、前記送風機は前記通気ホールを通じて前記バッテリーパックの中央部で空気を吸入して両側面の内側で空気を吐出するか、又は両側面の内側で吸入して中央部に吐出することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーシステム。
4. 前記バッテリーパックと前記ハウジングの両側面の内側との間には、前記密閉ガイドと同じ幅を有する離隔空間が形成され、前記熱電素子は、前記離隔空間で前記密閉ガイドの通風口に隣接するように設けられて吐出又は吸入される空気を冷却及び加熱することを特徴とする請求項３に記載のバッテリーシステム。
5. 前記熱電素子には放熱ピンが設けられ、前記放熱ピンは、吐出又は吸入される空気が流れる方向と同一の方向に形成されることを特徴とする請求項４に記載のバッテリーシステム。
6. 前記密閉ガイド両側方の前記通風口それぞれは、前記離隔空間の上部及び下部に相互に反対方向に向けて形成され、前記熱電素子は、前記ハウジングの上端部及び下端部それぞれの前記通風口に隣接するように設けられ、前記放熱ピンが前記ハウジングの内部に向かって形成されたことを特徴とする請求項５に記載のバッテリーシステム。
7. 前記バッテリーパックは、複数個の前記バッテリーセルが並べられて１つの前記列が形成され、前記列が形成された状態で前記ハウジングの上端と下端との内面に密着されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーシステム。
8. 前記バッテリーパックは、複数個の前記バッテリーセルが水平方向に隣接して並べられて１つの前記列が形成され、前記列の前記送風機と対面する側には前記バッテリーパック相互の間に前記送風機側に突出した隔壁が形成され、前記送風機から吐出又は吸入される空気が隣接する各前記バッテリーパック間に分配されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーシステム。
9. それぞれの前記バッテリーパックは、水平方向の前記通気ホールが、上下方向に複数個離隔して形成されたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーシステム。
10. 前記バッテリーパックは、複数個の前記バッテリーセルが垂直に重ね合わされて構成され、各バッテリーセルの上面と下面とに溝が設けられ、前記バッテリーセルが重ね合わせられた時に前記溝によって前記通気ホールが形成されることを特徴とする請求項９に記載のバッテリーシステム。
11. 前記送風機は、前記ハウジングの対向する両側面の内側と中央部とに設けられ、前記熱電素子が、前記送風機の両側方の空気流動経路それぞれに設けられたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーシステム。

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