JP2013051099A - バッテリ温調用モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】効率よく熱交換可能なバッテリ温調用モジュールを提供する。
【解決手段】複数のラミネート型バッテリセル１を積層した際に形成される空隙の断面形状に合わせて熱伝導材７を挟み込む構成である。これにより傾斜部３においてバッテリセルと伝熱部１０との間の熱通過断面積を大きくする。熱伝導材はアルミ等で形成し、芯材８ａの内部にウオータジャケット７ａ、７ｂを有する。熱伝導材は伝熱部と一体成形されている。このため、各部品を組み合わせる必要がなく、部品点数の削減及び組立工数の低減ができる。またバッテリセルと熱伝導材の間に、熱伝導性及び粘弾性を有する粘着部８ｂを有し、バッテリセルの振動や端部形状にバラツキがあっても、熱伝導性、密着性を確保できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、バッテリの温度を調節可能なバッテリ温調用モジュールに関する。

特許文献１には、バッテリセルの間に伝熱板を設け、この伝熱板の下に設けた熱交換部にロウ付けすることで、バッテリの熱を外部へ放出させるものが開示されている。

特開２００１−２３７０３号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術にあっては、薄肉の伝熱板を用いて伝熱基盤に熱伝導させているため、熱通過断面積が小さいことから熱抵抗が大きく、バッテリセルで発生した熱を効率よく熱交換部へ伝達することができないという問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、効率よく熱交換可能なバッテリ温調用モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のバッテリ温調用モジュールにあっては、複数のバッテリを積層した際に形成される隙間形状に沿って熱伝導材を配置し、この熱伝導材と密着して内部で冷媒を流動させることで熱交換を行なう熱交換部を備えた。

隙間形状に合わせた熱伝導材を設けたため、熱通過断面積を大きくすることができ、熱抵抗を小さくすることでバッテリにおいて発生した熱を効率よく熱交換部に伝達することができ、効率よくバッテリを温調することができる。

実施例１のバッテリ温調モジュールを備えたモジュール缶の外観図である。 実施例１の車両駆動用電池の構成を表す概略斜視図である。 実施例１の伝熱性能と比較例の伝熱性能とを表す特性図である。 実施例２のバッテリパックの構成を表す概略図である。 実施例２の車両駆動用電池の構成を表す概略斜視図である。 実施例３の車両駆動用電池の構成を表す概略斜視図である。 実施例４のバッテリパックの構成を表す概略斜視図である。

図１は実施例１のバッテリ温調モジュールを備えた車両の温調システムを表す概略図である。実施例１の車両はバッテリとモータを駆動源とする電気自動車である。この車両には、車両用空調システム１３と、複数のバッテリセル１が収装され駆動源となる車両駆動用電池５と、車両駆動用電池５を温調するのに必要な流体を生成する温調機構２０とを有する。

車両用空調システム１３は、コンデンサ１４と、冷媒圧縮機１５と、コンデンサ１４から熱を放出するために必要なファン１６と、減圧手段を有する冷媒蒸発器１８と、これらを接続する冷媒配管等から構成されている。流路切替バルブ１７は、車両用空調システム１３内に組み込まれており、冷流体生成装置２１の下流に設けられている。流路切替バルブ１７は、コンデンサ１４で冷却された冷媒の流れを冷媒蒸発器１８もしくは冷流体生成装置２１に切り替える。

冷媒停止バルブ１９は、車両用空調システム１３に組み込まれており、冷流体生成装置２１の下流に設けられている。流路切替バルブ１７により冷媒蒸発器１８に冷媒が流れているときに作動し、冷媒蒸発器１８の出口から冷流体生成装置２１への冷媒が逆流するのを防止する。

冷流体生成装置２１は、車両用空調システム１３及び温調機構２０の両方に跨って組み込まれており、それぞれ独立した回路構成とされている。車両用空調システム１３側は冷媒が流れており、温調機構２０側は流体が流れている。冷流体生成装置２１内部には、図示しない熱交換器が設けられており、コンデンサ１４で冷却された冷媒と、温調機構２０内を流れる液流体とで熱交換が行なわれ、温調機構２０内を流れる流体を冷却可能としている。

温調機構２０は、バッテリセル１を冷却するために必要な冷流体生成装置２１、バッテリセル１を加温するために必要な電気ヒータ２２、温調機構２０内を流れる流体の温度を検出する流体温検出手段２３、流体を輸送するための流体輸送ポンプ２４及びこれらを接続する冷媒配管等から構成されている。冷媒配管は車両駆動用電池５の伝熱部１０に設けられた配管１２と接続されている。

電気ヒータ２２は、温調機構２０内に組み込まれており、バッテリセル１を加温するために温調機構２０内を流れる流体の温度を上昇させる。流体輸送ポンプ２４は、バッテリセル１を温調するために必要な流体を伝熱部１０に輸送する機能を有する。温度検出手段２５は、バッテリセル１に設けられており、バッテリセル１の温度を検出する。

制御装置１００は、温度検出手段２５により検出されたバッテリセル１の温度に基づいて冷却もしくは加温を判断し、上述の各種要素に対して制御信号を出力する。具体的には、冷却が必要な場合、車両用空調システム１３にて生成された冷媒と、温調機構２０内に流れる流体とを冷流体生成装置２１内にて熱交換し、温調機構２０内の流体を冷却する。そして、流体輸送ポンプ２４によって冷やされた流体を車両駆動用電池５に内包されるバッテリセル１の伝熱部１０に供給する。一方、加温が必要な場合、流体温検出手段２３にて検出された流体温に基づいて、温調機構２０内に組み込まれた電気ヒータ２２により流体を加温する。そして、加温された流体を流体輸送ポンプ２４によって車両駆動用電池５に内包される伝熱部１０に供給する。

図２は実施例１の車両駆動用電池の構成を表す概略斜視図である。バッテリセル１は、内蔵物である電極材４及び電解液をラミネートパックしたラミネート型電池である。バッテリセル１の周辺部には、ラミネート溶着するための溶着代２を有する。また、バッテリセル１の中央には、電解液等が充填され板状であって厚肉の中心部２ａを有する。また、電極材４を積層した端部には、溶着代２と中心部２ａとの間に形成された傾斜部３を有する。車両駆動用電池５は、このラミネート型のバッテリセル１を積層したバッテリパックを収装したものであり、バッテリセル１の積層時に溶着代２と傾斜部３によって形成される空隙６の断面形状に合わせて熱伝導材７を挟み込む構成とされている。これにより、傾斜部３においてバッテリセル１と伝熱部１０との間の熱通過断面積を大きくしている。

熱伝導材７は熱伝導性の良好なアルミ材料等で形成され、板状に延在される基材７０と、基材７０から上方に突出形成される芯材８ａと、芯材８ａの外側に設けられ、バッテリセル１の表面と熱伝導材７との密着性を向上させるために熱伝導性シリコン等をコーティングした粘着部８ｂとを有する。粘着部８ｂは、絶縁材であることから、電極材の周囲にも設置することができ、放熱効果を更に高めている。熱伝導材７は、芯材８ａの内部にウォータージャケット７ａ，７ｂを有し、これにより冷却性能を向上している。矢視Ａに示すように、実施例１では、基材７０内に形成されたウォータージャケット７ａと芯材８ａの内部にまで形成されたウォータージャケット７ｂとを備えたタイプＰＴ１と、基材７０内にのみウォータージャケット７ａを形成したタイプＰＴ２とが考えられる。これらは要求性能，強度及びコスト等に応じて適宜設定可能である。

図３は実施例１の伝熱性能と比較例の伝熱性能とを表す特性図である。尚、比較例とは、実施例１のような熱伝導材７を備えていないタイプである。バッテリセル１は、充放電時に１０％程度の収縮があり、その影響により伝熱部１０とバッテリセル１との間に空気層が生じる。この場合、熱伝導は空気層を介してしか行なわれないため、熱抵抗も高くなる。一方、実施例１では粘着部８ｂにより収縮に伴う変形に追従して密着するため、熱伝導を確保でき、熱抵抗も小さくなる。以上から、バッテリセル１と伝熱部１０との間の密着度の関係を考慮すると、熱伝導材７を備えたことで２０％程度の性能向上を図ることが可能となる。また、絶縁材で構成していることから電極部付近にも設置することができ、更に性能向上を図ることができる。

以上説明したように、実施例１にあっては、下記の作用効果が得られる。
（１）複数のバッテリセル１（バッテリ）を積層した車両駆動用電池５（バッテリモジュール）と、バッテリセル１を積層した際に形成される隙間形状に沿って配置された熱伝導材７と、熱伝導材７と密着し、内部で冷媒を流動させることで熱交換を行なう伝熱部１０（熱交換部）と、を備えた。
よって、空間形状に合わせた熱伝導材を設けたため、熱通過断面積を大きくすることができ、熱抵抗を小さくすることでバッテリセル１において発生した熱を効率よく伝熱部１０に伝達することができ、効率よくバッテリセル１を温調することができる。

（２）バッテリセル１は、外縁に薄肉の溶着代２（周辺部）と、厚肉の中心部と、溶着代２と中心部２ａとを接続する傾斜部３と、を有するラミネート型のバッテリセルであり、熱伝導材７は、バッテリセル１を積層した際に溶着代２と傾斜部３との間に形成される空間内であって傾斜部３に接するように配置することとした。
よって、バッテリセル１の傾斜部３を用いて熱伝導させるため、熱通過断面積を大きく撮ることができ、熱伝導における熱抵抗を小さくすることで効率よくバッテリセル１を温調することができる。また、バッテリセル１の中央部２ａ間に熱伝導材を備えていないため、バッテリパックを大型化することなく、温調効率を高めることができる。

（３）熱伝導材７は、伝熱部１０と一体成形されている。よって、各部品を組み合わせる必要がなく、部品点数の削減及び組み立て工数の低減を図ることができる。また、芯材８ａ内部にウォータージャケット７ｂを形成することができ、更に温調性能の向上を図ることができる。

（４）バッテリセル１と熱伝導材７との間に、熱伝導性及び粘弾性を有する粘着部８ｂ（弾性層）を有する。よって、バッテリセル１が振動したとしても密着状態を確保でき、バッテリセル１と熱伝導材７との間の熱伝導性を維持することができる。また、バッテリセル１の端部形状（電極材４等の形状）にばらつきがあったとしても、それらばらつきを変形により吸収することができ、密着性を確保できる。

〔実施例２〕
次に、実施例２について説明する。基本的な構成は実施例１と同じであるため、異なる点についてのみ説明する。図４は実施例２のバッテリパックの構成を表す概略図、図５は実施例２の車両駆動用電池の構成を表す概略斜視図である。実施例２のバッテリパックは、バッテリセル１を積層し、その周囲を枠体９によって覆う構成としたものである。枠体９は実施例１の熱伝導材７と同様の役割を果たすものであり、熱伝導性の良好なアルミ材料等で形成されている。枠体９の内周には、バッテリセル１の外周全体に形成された空隙６にそれぞれ挟み込まれる芯材８ａと、粘着部８ｂとが設けられ、バッテリセル１の周辺全体に亘って熱伝導を可能としている。枠体９は伝熱部１０と密着して取り付けられている。これにより、実施例１のようにバッテリセル１の一辺のみに熱伝導材７を設けた構成に比べて更に良好な熱伝導性能を得ることができ、効率的なバッテリ温調を達成することができる。

以上説明したように、実施例２にあっては下記の作用効果が得られる。
（５）熱伝導材は、バッテリセル１の全周を囲むように形成された枠体である。よって、バッテリセル１の一辺のみに熱伝導材を形成した場合に比べて熱伝導効率を向上することができる。

〔実施例３〕
次に、実施例３について説明する。基本的な構成は実施例２と同様であるため、異なる点についてのみ説明する。図６は実施例３の車両駆動用電池の構成を表す概略斜視図である。実施例２では、枠体９を伝熱部１０と密着して取り付けたが、実施例３では、枠体９の一辺を延在させた延在部９ａを形成し、この延在部９ａに配管１２が貫通する貫通孔１１を形成した点が異なる。このように、全ての枠体９に貫通するように配管１２を貫通孔１１に通すことで、実施例２のように伝熱部１０を別途構成することなく、簡易な構成で枠体９と冷媒との間の熱交換を達成できる。

以上説明したように、実施例３にあっては下記の作用効果が得られる。
（６）枠体９の一辺に、冷媒を流動させる配管を保持する貫通孔１１（配管保持部）を形成した。よって、簡易な構成で枠体９と冷媒との間の熱交換を達成できる。

〔実施例４〕
次に、実施例４について説明する。基本的な構成は実施例３と同様であるため、異なる点についてのみ説明する。図７は実施例４のバッテリパックの構成を表す概略斜視図である。実施例３では、延在部９ａに貫通孔１１を形成し、これに配管１２を通す構成としたが、実施例４では、貫通孔１１に代えて切り欠き１１'（配管保持部）を形成し、切り欠き１１'と配管１２とを密着させることで熱伝導を行なう点が異なる。これにより、実施例２のように伝熱部１０を別途構成することなく、簡易な構成で枠体９と冷媒との間の熱交換を達成できる。

以上、実施例及び変形例に基づいて本発明を説明したが、上記実施形態に限らず、他の構成であっても本発明に含まれる。例えば、実施例では、バッテリセル１の冷却をメインに説明したが、冷却に限らず、加温する場合であっても同様に適用可能である。また、実施例ではラミネート型のバッテリセルを例に挙げて説明したが、他の形状もしくはタイプのバッテリセルを複数積み重ねる構成であれば適用可能である。

１ バッテリセル
２ 溶着代
２ａ 中心部
３ 傾斜部
４ 電極材
５ 車両駆動用電池
６ 空隙
７ 熱伝導材
７ａ，７ｂ ウォータージャケット
８ａ 芯材
８ｂ 粘着部
９ 枠体
９ａ 延在部
１０ 伝熱部
１１ 貫通孔
１２ 配管
２０ 温調機構
２１ 冷流体生成装置
２２ 電気ヒータ
２３ 流体温検出手段
２４ 流体輸送ポンプ
２５ 温度検出手段
７０ 基材

Claims (6)

1. 複数のバッテリを積層したバッテリモジュールと、
   前記バッテリを積層した際に形成される隙間形状に沿って配置された熱伝導材と、
   前記熱伝導材と密着し、内部で冷媒を流動させることで熱交換を行なう熱交換部と、
   を備えたことを特徴とするバッテリ温調用モジュール。
2. 請求項１に記載のバッテリ温調用モジュールにおいて、
   前記バッテリは、外縁に薄肉の周辺部と、厚肉の中心部と、前記周辺部と前記中心部とを接続する傾斜部と、を有するラミネート型のバッテリセルであり、
   前記熱伝導材は、前記ラミネートセルを積層した際に前記周辺部と前記傾斜部との間に形成される空間内であって前記傾斜部に接するように配置することを特徴とするバッテリ温調用モジュール。
3. 請求項１又は２に記載のバッテリ温調用モジュールにおいて、
   前記熱伝導材は、前記熱交換部と一体成形されていることを特徴とするバッテリ温調用モジュール。
4. 請求項１ないし３いずれか１つに記載のバッテリ温調用モジュールにおいて、
   前記バッテリと前記熱伝導材との間に、熱伝導性及び粘弾性を有する弾性層を有することを特徴とするバッテリ温調用モジュール。
5. 請求項１ないし４いずれか一つに記載のバッテリ温調用モジュールにおいて、
   前記熱伝導材は、前記バッテリの全周を囲むように形成された枠体であることを特徴とするバッテリ温調用モジュール。
6. 請求項５に記載のバッテリ温調用モジュールにおいて、
   前記枠体の一辺に、冷媒を流動させる配管を保持する配管保持部を形成したことを特徴とするバッテリ温調用モジュール。

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