JP6335973B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、電池技術分野に関わり、特に除湿機能を有する電池パックに関わる。

中国特許第１０４８２１４１９号の特許には、電気自動車のバッテリーの熱管理装置が開示されており、該装置はファン、蒸発器、電池モジュール及び保温綿を備える。電池モジュールと冷却板との間にはシリカゲル加熱膜が設置されている。冷却板は、プレート型装置に流路が加えられたタイプが用いられる。該バッテリーの熱管理装置では、蒸発器と冷却板とが直列接続され使用され、蒸発器の冷風は必ずダクトや風道により電池ケーシングの内部に送り込まれ、これにより、外部の冷風がケーシング内に流入して電池を冷却する。加熱時、電池ケーシング及びダクトの内部の大量の冷却空気は加熱され温度が上昇し、高温気体が生成されることになり、その高温気体が電池ケーシング内に流動し、温度の低い固体の壁にぶつかると、凝縮水の現象が現れる。中国特許第１０３３２６０８５号の特許は、リチウムイオン動力電池パックが開示されており、該リチウムイオン動力電池パックは電池ケーシング、入口管、上蓋板、単体電池、出口管及び液体冷却管を備える。電池ケーシングの内壁に電池ケーシングの保温層が貼合され、電池モジュールの表面にモジュール保温層が貼合され、冷却管と単体電池との間には相変化材料が充填されている。

現在、リチウムイオン電池は、一般的に、２０〜４０度の範囲内で動作する時に、その充放電性能が最も優れ、寿命が最も長い。クライアントに最もよい運転乗車体験を付与するために、熱管理システムにより電池パックを最も優れた動作範囲で動作させるように維持する場合が多い。熱管理システムの形態としては、主動的な風冷風熱と液冷液熱の手段などがある。これらの主動的な風冷の蒸発器又は液冷の水冷板が、密閉した電池ケーシング内に配置されると、これらの蒸発器の表面と水冷板の表面に高温の蒸気が凝結する現象が発生する。低温環境で、風熱方法で送り込まれた熱気、及び熱水により加熱された熱空気は、冷たい凝結後の凝縮水にぶつかると、電気管理システムに入り込む恐れがあるため、電気部材が動作できなくなり、例えば、電池ケーシングの内部における電池状態モニタリングユニット（ＣＳＣ）はこれらの熱気の凝縮水による短絡が発生しやすい。これにより、電池管理システム全体が故障を生じ、車両運転の故障が起きてしまう。

従って、上記課題を解決するために、新型の電池パックを提供する必要がある。

本発明は、電池パックの内部における水蒸気の凝結及び冷却液の漏れによって電池システムが動作できなくなることを十分に防止して対処するとともに、安全上のリスクを低減させることができる電池パックを提供することを目的としている。

本発明は、下記技術案により目的を達成する。内部に電池モジュール及び前記電池モジュールの下部に設けられる液冷管が設置される電池ケーシングを備える電池パックであって、前記電池ケーシングの内部にさらに吸湿領域が設けられ、前記吸湿領域は前記電池ケーシングの内部における湿気を吸収する。

さらに、前記吸湿領域は前記電池ケーシングのケーシング上蓋に設けられ、前記ケーシング上蓋に形成された凝縮水が下方の電子電気素子に垂らし込むことを防止する。

さらに、前記電池ケーシングの内部はさらに合流板が設置され、前記合流板は前記電池ケーシングのケーシング側板と固定して接続される。

さらに、前記電池ケーシングの内部はさらに蓄積液の吸収領域が設置され、前記蓄積液の吸収領域は前記合流板の下部に設けられ、前記蓄積液の吸収領域内に用いられた吸液吸湿材は飽和性を有し、前記蓄積液の吸収領域と前記合流板を組み合わせて使用することで、凝縮水と液冷管から液体が漏れ時の冷却液を集積する。

さらに、前記電池ケーシングのケーシング側板に気圧平衡弁が設けられ、前記気圧平衡弁は多孔質通気吸湿剤シート材と気圧平衡弁セパレータとを備え、前記多孔質通気吸湿剤シート材は前記気圧平衡弁のセパレータの前部と後部に設けられている。

さらに、前記電池ケーシングの外部に向かって設置された前記多孔質通気吸湿剤シート材の吸収能力は、前記電池ケーシングの内部に向かって設置された前記多孔質通気吸湿剤シート材の吸収能力より大きい。

さらに、前記気圧平衡弁は、塵埃を吸着して除去するために、着脱可能な除塵フィルタをさらに備え、前記除塵フィルタは前記電池ケーシングの外部に向かって設置された前記多孔質通気吸湿剤シート材の外側に設置される。

さらに、前記吸湿領域は多孔質通気吸湿構成が集積され、該多孔質通気吸湿構成は、内蔵比率表面積が大きい化学吸湿材の顆粒又は発泡構成を採用する。

さらに、前記電池ケーシングの内部はさらに電池単体状態モニタリングユニットが設置され、前記電池単体状態モニタリングユニットは挿口方向が重力方向に対して垂直である。

従来技術に比べ、本発明は以下の有益な効果を有する。
本発明に係る電池パックは、被動除湿気機能を利用して、電池ケーシングの内部における空気湿度を制御することを実現した。これにより、電池システムの信頼性を確保し、電気部材が動作できなくなるというリスクを低減させた。

本発明に係る電池パックを示す模式図である。 本発明に係る電池パックの気圧平衡弁を示す模式図である。

以下、具体的な実施形態で上記図面に合わせて、本発明についてさらに説明する。

以下、図１乃至図２と結びつけて、本発明に係る電池パックの具体的な実施形態を説明する。

図１に示すように、本発明に関わる電池パックは、電池ケーシング１と、電池ケーシング１の内部に設けられた電池モジュール２と、合流板５と、電池モジュール２間に設けられた電池単体状態モニタリングユニット６とを備え、電池ケーシング１は、その上端に設けられたケーシング上蓋３と下部に設けられたケーシング基盤４とを有し、電池ケーシング１の一方の側におけるケーシング側板に気圧平衡弁７が設けられ、電池ケーシング１の下部に排水弁１２が設けられ、電池モジュール２の下部に液冷管１１が設けられ、且つ電池ケーシング１はさらに湿度検出プローブ１０を備え、電池ケーシング１の内部に蓄積液の吸収領域８及び吸湿領域９が設けられている。

良い保温及び断熱性能を得て、外部の冷空気環境による影響が受け難くするために、電池ケーシング１のケーシングは、材質として複合材料が用いられることが好ましい。冷空気のエネルギーの集積処理を便利にするために、電池ケーシング１のケーシング上蓋３は、トポロジ最適化ツールを用いることで、最適化設計が行われている。合流板５は電池ケーシング１のケーシング側板に固定して接続される。液冷管１１から液体が漏れる時に冷却液と凝縮水を合流して集積させるために、合流領域の数量に対する要求に応じて、トポロジ最適化ツールを利用して合流板５を設計することができる。合流板５は、金属プレス成形されており、合流板５の材質が例えばステンレス、アルミニウム合金であってもよいが、複合材料又はプラスチックを用いることもできる。電池単体状態モニタリングユニット（ＣＳＣ）６などの電気部材は、挿口方向が重力方向に対して垂直であるように配置されている。これにより、熱湿気が重力方向に沿って電気部材ユニットの内部に入ることを防止することができる。電池単体状態モニタリングユニット６は、プラスチックの密封ケーシングが用いられる。

気圧平衡弁７は、電池ケーシング１が外部環境と気体を交換する通路の一つであり、気圧平衡弁７は電池ケーシングのケーシング側板に設けられている。ＩＰ６７の電池ケーシングにおいて、このような通路は唯一なものであり、そうでなければ、主動風冷の電池ケーシングのように外部の空気が蒸発器により冷却された後電池ケーシングの内部に入る通路が存在している。しかしながら、該気圧平衡弁の数量は、ケーシングのサイズ及び圧力バランス速度比率の大きさに応じて、ＣＦＤシミュレーション解析により決定されるものである。該気圧平衡弁により内部と外部の空気を交換するとき、外部の湿気をケーシングの内部に導入させることが避けられない。例えば、動力電池システムを有する車両が乾燥した高海抜地区から湿った低海抜谷地域へ移動するとき、電池ケーシングの外部圧力Ｐ２が内部の圧力Ｐ１より大きく、湿った気体は内部と外部の圧力差（ΔＰ＝Ｐ２−Ｐ１）の作用で、ケーシングの内部へ流動し、これにより、電池ケーシング１の内部の空気湿度が上昇することを招いてしまう。そのため、気圧平衡弁７は、内外気圧平衡作用のみを有すればいいではなく、乾燥降湿の機能を増加する必要があり、ここで多孔質通気吸水剤シートを配置することができる。図２に示すように、気圧平衡弁７は多孔質通気吸湿剤シート材７１、気圧平衡弁セパレータ７２、多孔質通気吸湿剤シート材７３及び除塵フィルタ７４を備える。除塵フィルタ７４は着脱可能で、洗浄可能な構成であり、これは現に該部材が多塵の環境で性能の低下を解決すること及びアフターサービスの便利性に有利である。除塵フィルタ７４は、前記電池ケーシングの外部に向かって設置された前記多孔質通気吸湿剤シート材の外側に設置されている。気圧平衡弁セパレータ７２の前部と後部に多孔質通気吸湿剤シート材７１及び多孔質通気吸湿剤シート材７３が配置されている。気圧平衡弁セパレータ７２の前部と後部に位置する多孔質通気吸湿剤シート材は、異なる材質を用いることができ、多孔質通気吸湿剤シート材７１は電池ケーシングの外部に向かって設置され、多孔質通気吸湿剤シート材７３は電池ケーシングの内部に向かって設置され、一般的に、外部環境による電池ケーシングの内部に対する影響を十分に低下させるように、多孔質通気吸湿剤シート材７１の吸収能力が多孔質通気吸湿剤シート材７３の吸収能力より大きいことが好ましい。

図１に示すように、蓄積液の吸収領域８は合流板５の下部に設置され、蓄積液の吸収領域８内に用いられた吸液吸湿材は一定の飽和性を有し、蓄積液の吸収領域８と合流板５を組み合わせて使用することで、凝縮水と液冷管から液体が漏れ時の冷却液を集積する。液体の量が大きくて飽和度を超えると、排水弁１２に排出機能を発揮させることで、アフターサービスのメンテナンスを便利にする。

吸湿領域９は多孔質通気吸湿構成に設計され、該多孔質通気吸湿構成は、内蔵比率表面積が大きい化学吸湿材の顆粒又は発泡構成が用いられ、これにより、該構成に吸湿能力が大きく、重量が軽く、固定して実装され易い特徴を持たせる。吸湿領域９は電池ケーシング１の内部における任意の位置に配置されてもよいが、上蓋領域に配置されることが好ましい。それはは、上蓋が上方に位置する時、上蓋に形成された凝縮水が下方の電気素子に垂らし込みやすいからである。

ケーシングの内部における湿度レベルを制御するように、湿度検出プローブ１０は、電池ケーシング１の内部におけるリアルタイムな湿度データを取得することができる。それと同時に、該プローブにより取得された湿度データを湿度制御警告線と比較することにより、主動除湿機能を起動するか否かを決定する。蓄積液の吸収領域８が冷却液を吸収して除去し、吸湿領域９が湿気を吸収して除去するように、主動除湿機能は、電池ケーシング１の内部における液冷管とヒーターとを組み合わせて使用することができ、電池ケーシング１の内部における湿気を霜に凝結させる又は水に凝結させる。

以上は本発明に係る一部の実施形態に過ぎず、すべての実施形態ではなく、当業者は本発明の明細書を読むにより、本発明の技術方案に対して行った任意の等価変化は、いずれも本発明の特許請求の範囲に含まれる。

１ 電池ケーシング
２ 電池モジュール
３ ケーシング上蓋
４ ケーシング基盤
５ 合流板
６ 電池単体状態モニタリングユニット
７ 気圧平衡弁
８ 蓄積液の吸収領域
９ 吸湿領域
１０ 湿度検出プローブ
１１ 液冷管
１２ 排水弁

Claims (9)

1. 内部に電池モジュール及び前記電池モジュールの下部に設けられる液冷管が設置される電池ケーシングを備える電池パックであって、
   前記電池ケーシングの内部にさらに多孔質通気吸湿構成が設けられ、前記多孔質通気吸湿構成は前記電池ケーシングの内部における湿気を吸収し、
   前記電池ケーシングのケーシング側板に気圧平衡弁が設けられ、前記気圧平衡弁は多孔質通気吸湿剤シート材と気圧平衡弁のセパレータとを備え、前記多孔質通気吸湿剤シート材は前記気圧平衡弁のセパレータの前部と後部に設けられていることを特徴とする電池パック。
2. 前記多孔質通気吸湿構成は前記電池ケーシングのケーシング上蓋に設けられ、前記ケーシング上蓋に形成された凝縮水が下方の電子電気素子に垂らし込むことを防止することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記電池ケーシングの内部にさらに前記多孔質通気吸湿構成の湿度を検出する湿度検出プローブが設けられることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
4. 前記電池ケーシングの内部にはさらに合流板が設置され、前記合流板は前記電池ケーシングのケーシング側板と固定して接続されることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
5. 前記電池ケーシングの内部にはさらに蓄積液の吸収領域が設置され、前記蓄積液の吸収領域は前記合流板の下部に設けられ、前記蓄積液の吸収領域内には吸液吸湿材が用いられ、前記蓄積液の吸収領域と前記合流板を組み合わせて使用することで、凝縮水と液冷管から液体が漏れ時の冷却液を集積することを特徴とする請求項４記載の電池パック。
6. 前記電池ケーシングの外部に向かって設置された前記多孔質通気吸湿剤シート材の吸収能力は、前記電池ケーシングの内部に向かって設置された前記多孔質通気吸湿剤シート材の吸収能力より大きいことを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
7. 前記気圧平衡弁は、塵埃を吸着して除去するために、着脱可能な除塵フィルタをさらに備え、前記除塵フィルタは前記電池ケーシングの外部に向かって設置された前記多孔質通気吸湿剤シート材の外側に設置されることを特徴とする請求項６に記載の電池パック。
8. 前記多孔質通気吸湿構成は、化学吸湿材の顆粒を採用することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載の電池パック。
9. 前記多孔質通気吸湿構成は、化学吸湿材の発泡構成を採用することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載の電池パック。