JP6118531B2 - バッテリーモジュール、及びバッテリーモジュール用の冷却板 - Google Patents

Description

バッテリーモジュール（例えばハイブリッド車に使用されるものなど）は、複数のバッテリーセルを含むことが知られている。動作中、これらのバッテリーセルの温度が上昇し、多くの場合、加熱されたバッテリーセルは不均一な温度勾配を有する。ある既知のシステムでは、バッテリーセルの間に冷却板が設けられ、隣接するバッテリーセルを冷却するために、各冷却板内の通路を通って冷却液が流れる。

本発明の一実施形態に係るバッテリーモジュールは、複数の離間したバッテリーセルを含むバッテリーパックと、冷却プレナムを提供する複数の冷却板を有する冷却装置とを含む。冷却板はバッテリーセルの間に交互の関係で配置され、各冷却板は第１冷却流路と第２冷却流路とを含む。第１冷却流路は第１形状を有し且つ第１熱領域に配置され、第２冷却流路は第１形状と異なる第２形状を有し且つ第１熱領域と異なる第２熱領域に配置される。

本開示の別の実施形態では、冷却板は第１、第２及び第３の冷却流路を含む。第１冷却流路はＵ字形状に設けられ、第２冷却流路は第１方向において蛇行形状に設けられる。第３冷却流路は第１方向に概ね垂直な第２方向において蛇行形状に設けられる。

本発明のこれら及び他の特徴は、以下の図面及び詳細な説明から最も良く理解することができる。

図面は、以下のように簡単に説明することができる。
バッテリーモジュールの実施例を示す。 冷却装置の実施例を概略的に示す。 バッテリーモジュールの一部を断面で示し、特に冷却板の実施例の詳細を示す。 冷却板の実施例を示す。 図５Ａ〜５Ｂは冷却板の更なる実施例を示す。

バッテリーモジュールの実施例１０が図１に示される。バッテリーモジュール１０は、各バッテリーセル１２の両側に配置されたサーマルパッド１４を有する、複数のバッテリーセル１２を含む。サーマルパッド１４は、熱的にバッテリーセル１２を絶縁し、且つ動作中のバッテリーモジュール１０内の熱膨張を調整する。

各バッテリーセル１２は、セルの一方の（正又は負の）電圧端子を隣接するセル１２の反対側の（負又は正の）電圧端子に接続するバスバー１６を提供する。バスバー１６によって、バッテリーモジュール１０内のセル１２は、負荷１８に電力を供給するために互いに電気的に接続される。バスバー１６は、バッテリーモジュール１０の上部に配置される。しかし、当然のことながら、「上部」、「下部」、「側面」、及び位置と向きに関する他の用語は、例示だけを目的とするものである。すなわち、これらの用語は便宜のためだけに使用されており、決して制限するものとして理解されるべきではない。

冷却板２０が、バッテリーセル１２の各対の間に配置される。冷却板２０は、図２に示される冷却装置２４の一部である冷却プレナム２２を提供するために互いに接合される。

図２を参照し且つ図１を継続的に参照すると、冷却装置の実施例２４は、冷却装置２４を通して冷却液を循環させるポンプ２６を備える。この実施例において、ポンプ２６は、バッテリーモジュール１０から排出される熱を受け取るために、最初に冷却プレナム２２に冷却液を循環させる。加熱された冷却液は、冷却液から周囲の環境に熱を排出するために、その後、熱交換器２８（ファン２９を含み得る）に循環される。必要に応じて、冷却装置２４は、膨張弁などの付加的な構成要素を含む場合がある。一実施例において、膨張弁は、バッテリーモジュール１０の上流に配置される。

冷却板２０は、図３に示すように、ろう付け（ブレイズ）などの材料４０によって互いに固定された第１及び第２シート３６、３８によって提供される。一実施例において、第１及び第２シート３６、３８は、それぞれが０．２〜０．５ｍｍ（０．００７８〜０．０１９６インチ）の厚さを有するアルミニウム板から構成される。当然のことながら、冷却板を製造するのにあらゆる製造方法を用いることができる。例えば、アルミニウム板を打ち抜き、次いで互いにろう付け又はレーザー溶接することができる。

冷却板２０は、互いに別々の異なる流路を有する、２つの別々の熱領域に配置された、少なくとも２つの流路を有する。一実施例において、冷却流路の断面積は０．５ｍｍ×８ミリ（０．０１９６×０．３１５０インチ）である。一実施例において、冷却板は、図４に示す３つの異なる熱領域Ｘ、Ｙ、Ｚを有する。あるバッテリーモジュールの構成において、熱の６０％がバッテリーセル１２の上部４０％以内にある。このような構成では、第１及び第２熱領域Ｘ、Ｙは、バッテリーセル１２の上部４０％に相当することになる。

図４は、冷却板の実施例２０の詳細を示す。冷却板２０は、入口及び出口ポート３０、３２を含む。また、冷却板２０は、上面４８、底面５０、及び側面５２、５４を有する。バスバーは上面４８に配置され、入口及び出口ポートは底面５０に配置される。一般的に、バッテリーセル１２は、バスバー１６の近くで最も温度が高く、バスバーから遠い側面で最も温度が低い。

実施例において、第１熱領域Ｘは、大量の熱を発生させるバスバー１６に隣接する、冷却板２０の上部に主に配置される。第１冷却流路４２は、入口ポート３０から側面５２に沿って上面４８まで、次いで側面５４に沿って出口ポート３２まで延びる、「パイ」又は逆Ｕ字形状を有する。第１冷却流路４２は専ら、一経路で第１熱領域Ｘから熱を速やかに除去するためのものである。

第２冷却流路４４は、冷却板２０の上部４０％に位置するがバスバー１６から離れている、第２熱領域Ｙに主に配置される。第２冷却流路４４はさらに、第１冷却流路４２の内側に配置される。第２冷却流路４４は、冷却板２０の側面５２、５４に対して概ね垂直な第１方向Ｄ１に関して蛇行形状を成し、この図ではＳ字形状である。図示の実施例において、第２冷却流路４４は、上向きに第１冷却流路４２まで延び、４１において横方向内向きに曲がり、次いで、ほぼ中間地点で下向きに出口ポート３２まで戻る前に、４３及び４５において２回折り返す。このようにして、冷却板の上部からの熱は、板の温度が低い部分を加熱し、より均等に熱を分散するのに使用される。

第３冷却流路４６は、主に第３熱領域Ｚに配置される。図示の実施例において、第３冷却流路４６は、Ｄ１に概ね垂直な第２方向Ｄ２に関して蛇行形状を成す。図示のように、第３冷却流路４６は、第２冷却流路４４の内側に配置され、冷却入口３０から、冷却板２０の上方へのほぼ中間まで垂直に延び、その後、冷却出口３２に戻る前に、４７、４９及び５１において数回折り返す。蛇行流路は、熱を拾って、ポート３０、３２の近くの最も温度が低い部分（熱領域Ｚ）にその熱を分散させるために、冷却板の温度が高い部分（熱領域Ｙの近く）へ流れる。

なお、第２冷却流路４４はＳ字形状として示されているが、第２流路は任意の数の折り返しを含むことができ、２つの折り返しを含むことだけに限定されるものではないことを理解すべきである。また、第２冷却流路４４は冷却板２０の側面５２、５４に概ね平行に延びる第１方向Ｄ１に関して蛇行形状を成すが、第２冷却流路をＤ２などの別の方向に配向させることができる。例えば、一実施形態において、第２冷却流路４４は、依然として主に第２熱領域Ｙに配置されるが、第２方向Ｄ２に関して蛇行形状を成し、第３冷却流路４６は、依然として主に第３熱領域Ｚに配置されるが、第１方向Ｄ１に関して蛇行形状を成す。

再び図４を参照すると、第１、第２及び第３冷却流路４２、４４、４６の端部は、出口ポート３２の近くの混合部３４で合流する。第１、第２及び第３冷却流路４２、４４、４６の各々はそれぞれ、対応する冷却流路の各々を通る流体の流れを調節する、第１、第２及び第３メータリングオリフィス５６、５８、６０を含む。

オリフィス５６、５８、６０は、冷却流路間で所望の相対的な流れを実現するサイズに形成され、その結果、冷却板全体にわたる所望の温度勾配を実現する。一実施例において、第１冷却流路４２は流量の約４０％を受け入れ、第２冷却流路４４は流量の約３５％を受け入れ、第３冷却流路４６は流量の約２５％を受け入れる。本開示において、「約」という用語は、当技術分野において認められる許容範囲内の値を含む。オリフィス５６、５８、６０のサイズは、各冷却板２０に対して所望の圧力降下をもたらす。このことは、システムレベルでの、冷却板２０の各々間における冷却液の均一な分布につながる。

冷却板の別の実施例１２０が図５Ａに示される。冷却板は、冷却流路により高い構造的完全性をもたらすために、第１、第２及び第３冷却流路１４２、１４４、１４６内にくぼみ６２を含む。

図５Ｂの冷却板２２０に示すように、代わりに又は追加として、各冷却流路は複数の副流路を含んでもよい。この実施例において、第１冷却流路２４２は第１及び第２副流路２４２ａ、２４２ｂを含み、第２冷却流路２４４は第１及び第２副流路２４４ａ、２４４ｂを含み、第３冷却流路２４６は第１及び第２副流路２４６ａ、２４６ｂを含む。

本開示は、このようにして、バッテリーモジュールの各バッテリーセルに対して均一な冷却液流量分布をもたらす。本開示はさらに、セルの各々を効率的に冷却し且つさらに前述のように各バッテリーセル内の温度差を最小にするのに役立つ、所望の局部的な冷却液流を各バッテリーセル内にもたらす。

異なる実施例は図に示される特定の構成要素を有するが、本開示の実施形態はそれらの特定の組み合わせに限定されるものではない。１つの実施例の構成要素又は特徴の一部を、別の実施例の特徴又は構成要素と共に使用することが可能である。

当業者は、上述した実施形態が例示的且つ非限定的なものであることを理解するであろう。すなわち、本開示の変更は、特許請求の範囲内にある。従って、以下の特許請求の範囲は、その真の範囲及び内容を決定するために検討されるべきである。

Claims (12)

1. バッテリーモジュールであって、
   複数の離間したバッテリーセルを含むバッテリーパックと、
   冷却プレナムを提供する複数の冷却板を有する冷却装置と
   を備え、
   前記冷却板は前記バッテリーセルの間に交互の関係で配置され、各冷却板は第１冷却流路、第２冷却流路及び第３冷却流路を含み、
   前記第１冷却流路は第１形状を有し且つ第１熱領域に配置され、
   前記第２冷却流路は前記第１形状と異なる第２形状を有し、前記第２冷却流路は前記第１熱領域と異なる第２熱領域に配置され、
   前記第３冷却流路は前記第１形状及び前記第２形状と異なる第３形状を有し、前記第３冷却流路は前記第１熱領域及び前記第２熱領域と異なる第３熱領域に配置され、
   前記第１熱領域は前記バッテリーセルのバスバーに近接し、前記第３熱領域は前記バスバーと反対側に配置された冷却液入口ポート及び冷却液出口ポートに近接し、
   前記第１形状は逆Ｕ字形状であり、前記第２形状は第１方向における蛇行形状であり、前記第３形状は前記第１方向に概ね垂直な第２方向における蛇行形状である、バッテリーモジュール。
2. 前記冷却装置を通して冷却液を循環させるように構成されたポンプを含む、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
3. 前記ポンプの上流且つ前記バッテリーパックの下流に排熱用熱交換器を含む、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
4. バッテリーモジュール用の冷却板であって、
   それぞれ第１、第２及び第３形状を含む第１、第２及び第３冷却流路を備え、前記第１、第２及び第３形状はそれぞれ第１、第２及び第３熱領域を提供し、前記第１、第２及び第３熱領域は互いに異なり、前記第３熱領域は冷却液入口ポート及び冷却液出口ポートに近接し、前記第１熱領域は前記第３熱領域の反対側に位置し、前記第１冷却流路はＵ字形状に設けられ、前記第２冷却流路は第１方向に関して蛇行形状に設けられ、前記第３冷却流路は前記第１方向に概ね垂直な第２方向に関して蛇行形状に設けられる、冷却板。
5. 第１シートと第２シートとを含み、前記第１シートと前記第２シートは前記第１、第２及び第３冷却流路を提供する、請求項４に記載の冷却板。
6. 前記第１シートと前記第２シートは各々０．２〜０．５ｍｍ（０．００７８〜０．０１９６インチ）の厚さを有する、請求項５に記載の冷却板。
7. 前記第１、第２及び第３冷却流路はそれぞれ、前記冷却液出口ポートに隣接する第１、第２及び第３メータリングオリフィスを含む、請求項４に記載の冷却板。
8. 前記第１冷却流路は、前記第１冷却流路が冷却液流量の約４０％を受け入れ、前記第２冷却流路４４が前記冷却液流量の約３５％を受け入れ、前記第３冷却流路が前記冷却液流量の約２５％を受け入れるようなサイズに形成される、請求項７に記載の冷却板。
9. 前記第１、第２及び第３冷却流路の各々は少なくとも１つの副流路を含む、請求項４に記載の冷却板。
10. 前記第１冷却流路は、前記第１冷却流路が前記冷却液入口ポートから前記冷却板の側面に沿って、前記冷却板の上面に沿って、及び前記冷却板の他の側面に沿って、前記冷却液出口ポートまで延びるように逆Ｕ字状に設けられる、請求項４に記載の冷却板。
11. 前記第２冷却流路は前記第１冷却流路の内側に配置され、前記第１方向は前記冷却板の前記側面に対して概ね垂直である、請求項１０に記載の冷却板。
12. 前記第３冷却流路は前記第２冷却流路の内側に配置される、請求項１１に記載の冷却板。

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