JP5302760B2 - Battery cooling structure - Google Patents
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Description
本発明は、電池(特に組電池)の冷却構造に関する。特に電池を冷却風によって冷却する空冷式の電池冷却構造に関する。 The present invention relates to a cooling structure for a battery (particularly an assembled battery). In particular, the present invention relates to an air-cooled battery cooling structure for cooling a battery with cooling air.
電気自動車やハイブリッド自動車などには、動力源として二次電池を集合させた組電池が用いられている。充電や放電の過程において、電池が過熱したり電池間の温度差が大きくなったりすると、電池の性能が低下したり、電池が損傷することが起こるため、通常、これら組電池を電池ケースに収納して、冷却風を電池ケース内に送り込んで組電池を冷却することが行われる。 In an electric vehicle, a hybrid vehicle, and the like, an assembled battery in which secondary batteries are assembled as a power source is used. In the process of charging or discharging, if the battery overheats or the temperature difference between the batteries increases, the performance of the battery may deteriorate or the battery may be damaged. Usually, these assembled batteries are stored in the battery case. Then, cooling air is sent into the battery case to cool the assembled battery.
冷却にあたっては、組電池を構成する複数の電池の温度を極力均一化し、かつ、効率的に電池を冷却することが必要であり、そのために、さまざまな電池冷却構造が提案されるに至っている。
例えば、特許文献1には、電池ケースの冷却風導入口側に、複数の導風板を設けて、導風板の間を通過した冷却風が、バッテリーモジュールの間に向かうようにした冷却構造が開示されている。また、特許文献2には、電池ケースに冷却風を供給する冷却風導入口に、冷却風の流れを組電池から遠ざかる方向に変化させる冷却風流れ変更部材を設けた電池冷却構造が開示されている。
In cooling, it is necessary to equalize the temperature of a plurality of batteries constituting the assembled battery as much as possible and cool the batteries efficiently. For this reason, various battery cooling structures have been proposed.
For example, Patent Document 1 discloses a cooling structure in which a plurality of air guide plates are provided on the cooling air inlet side of the battery case so that the cooling air passing between the air guide plates is directed between the battery modules. Has been.
しかしながら、これら従来の電池冷却構造は、電池が均一に冷却されるよう、組電池の周辺の空気の流れを最適化しようとするものであるが、実現される冷却風の流れは定常的な流れである。そのため、一旦電池冷却構造の構造を決定すると、それによって、定常的な流れの場が決定してしまうため、流れがよどむ場所や流れが強い場所が生じていたとしても、設計変更を行うことなしには、それ以上流れの場を変更・改善することができず、その結果、流れがよどむ場所では電池が高温となり、流れが強い場所では電池が低温になって、電池を均一に冷却することに限界が生じていた。 However, these conventional battery cooling structures attempt to optimize the air flow around the assembled battery so that the battery is uniformly cooled. However, the cooling air flow realized is a steady flow. It is. Therefore, once the structure of the battery cooling structure is determined, the steady flow field is determined accordingly, so even if there is a place where the flow is stagnant or where the flow is strong, there is no design change. As a result, the flow field cannot be changed or improved any further, and as a result, the battery becomes hot in a place where the flow is stagnant, and the battery becomes cold in a place where the flow is strong. There was a limit.
したがって、本発明の目的は、組電池を構成する電池の温度がより均一になるように冷却できるような電池冷却構造を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a battery cooling structure capable of cooling so that the temperatures of the batteries constituting the assembled battery become more uniform.
本発明の発明者は、鋭意検討の結果、電池ケースの冷却風導入口側に特定の構造の流れ制御板を設けると、冷却風の流れが非定常流となり、電池の周辺の流れの場に時系列的な変動が生じ、組電池を構成する電池の温度をより均一化できることを知見し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies, the inventors of the present invention have provided a flow control plate having a specific structure on the cooling air inlet side of the battery case. It was found that time-series fluctuations occurred and the temperature of the battery constituting the assembled battery could be made more uniform, and the present invention was completed.
本発明は、電池ケース内に複数のバッテリーモジュールからなる組電池を収蔵し、電池ケースに設けられた冷却風導入口から電池ケース内に冷却風を導入し、バッテリーモジュールを冷却風により冷却し、電池ケースに設けられた冷却風導出口から電池ケース外に冷却風を排出する電池冷却構造であって、電池ケース内部の組電池より上流となる領域には、電池ケース内部を下流側と上流側に区画するような流れ制御板が設けられており、流れ制御板の下流側の冷却風流れが非定常な流れとなるように、流れ制御板には複数本のスリットが略平行に設けられており、流れ制御板と最上流のバッテリーモジュールの間の距離をLとし、スリットのピッチをWとして、W<L<6Wとされたことを特徴とする電池冷却構造である。
The present invention stores an assembled battery consisting of a plurality of battery modules in a battery case, introduces cooling air into the battery case from a cooling air inlet provided in the battery case, cools the battery module with cooling air, A battery cooling structure for discharging cooling air to the outside of the battery case from a cooling air outlet port provided in the battery case, and in the region upstream of the assembled battery inside the battery case, the inside of the battery case is located downstream and upstream The flow control plate is provided with a plurality of slits substantially in parallel so that the cooling air flow downstream of the flow control plate is an unsteady flow. The battery cooling structure is characterized in that the distance between the flow control plate and the most upstream battery module is L, the slit pitch is W, and W <L <6W .
本発明において、バッテリーモジュールは円柱状であり、流れ制御板と最上流のバッテリーモジュールの間の距離をLとし、バッテリーモジュールの直径をDBとして、0.5DB<L<3DBとされることが好ましい(請求項2)。また、バッテリーモジュールが棒状又は平板状又はブロック状であって、スリットがバッテリーモジュールの長手方向と略平行となるように設けることが好ましい(請求項3)。
In the present invention, the battery module is cylindrical, and it is preferable that the distance between the flow control plate and the most upstream battery module is L, and the diameter of the battery module is DB, and 0.5DB <L <3DB. (Claim 2). Further, a battery module is rod-like or plate-like or block-like, it is preferable that the slit is provided so that the longitudinal direction substantially parallel to the battery module (claim 3).
本発明によれば、電池ケース内の冷却風の流れが、スリットを設けた流れ制御板の下流領域で非定常に蛇行・偏向して流れるような流れとなるので、電池の周囲に冷却風がよどむ領域や冷却風が強すぎる領域が定常的に現れることが抑制され、組電池を構成する電池の温度を、より効果的に均一化できるという効果が得られる。特に、流れ制御板と最上流のバッテリーモジュールの間の距離をLとし、円柱状バッテリーモジュールの直径をDBとして、0.5DB<L<3DBとしたり、バッテリーモジュールの長手方向とスリットの方向を略平行とすれば、より効果的に電池温度の均一化が図れる。
According to the present invention, the flow of the cooling air in the battery case becomes a flow that flows in a non-stationary meandering and deflecting manner in the downstream region of the flow control plate provided with the slit. The stagnation region and the region where the cooling air is too strong are suppressed from appearing constantly, and the effect that the temperature of the battery constituting the assembled battery can be made more effective can be obtained. In particular , the distance between the flow control plate and the most upstream battery module is L, the diameter of the cylindrical battery module is DB, and 0.5DB <L <3DB, or the longitudinal direction of the battery module and the slit direction are approximately If they are parallel, the battery temperature can be made more uniform.
本発明の電池冷却構造の実施形態を、図面に基づいて、ハイブリッド自動車用の組電池を収容する電池ケースを例にして説明する。図1は本発明の電池冷却構造の実施形態の冷却風の流れ方向に沿った断面図である。図1では電池ケースはその内周面のみを示している。 An embodiment of a battery cooling structure of the present invention will be described with reference to the drawings, taking as an example a battery case that houses an assembled battery for a hybrid vehicle. FIG. 1 is a cross-sectional view of the embodiment of the battery cooling structure of the present invention along the flow direction of cooling air. In FIG. 1, only the inner peripheral surface of the battery case is shown.
箱状の電池ケース1の内部空間には、棒状のバッテリーモジュール2,2が所定の間隔で平行に配置されている。バッテリーモジュール2,2は直列あるいは並列に電気的に接続されて組電池を構成する。本実施形態においては、バッテリーモジュールを構成する電池はニッケル水素バッテリーであり、電池を直列に接続したバッテリーモジュール2は円柱状の棒状の形状となっている。
In the internal space of the box-shaped battery case 1, rod-
図1では、紙面奥行き方向にバッテリーモジュール2、2が配置されており、14本のバッテリーモジュールが2列×7本の列状に配置されている。各バッテリーモジュール2,2は、電池ケース1の内面や隣接するバッテリーモジュールとの間に所定の間隔(隙間)を有し、その隙間に冷却風が流れるように、箱状の電池ケース内部に収容、支持されている。
In FIG. 1,
電池ケース1は金属や合成樹脂により成形された中空の箱状の部材であり、電池ケース1には冷却風導入口11と冷却風導出口12が設けられて、電池ケース1の内部空間が冷却風通路を構成する。そして電池ケース1は、冷却風導入口11や冷却風導出口12がダクトや送風ファンなどの周辺部材と接続されて一連の冷却風通路となって、組電池の冷却に使用される。
The battery case 1 is a hollow box-shaped member formed of metal or synthetic resin. The battery case 1 is provided with a
本実施形態では、冷却風導出口12の下流側に送風ファン(図示せず)が設けられて、図の左側の冷却風導入口11の上流側に接続される冷却風ダクト(図示せず)から、冷却風が電池ケース1の内部に流れ込み、バッテリーモジュール2,2の間の隙間を通りながら電池を冷却して、冷却風導出口から図の右側へと冷却風が流れ出ていく。
In the present embodiment, a blower fan (not shown) is provided downstream of the
本発明においては、電池ケース1の内部に、電池ケースの内部空間を冷却風導入口側と冷却風導出口側を仕切り、冷却風の流れをさえぎるように、流れ制御板13が設けられている。そして、流れ制御板13は、バッテリーモジュール2,2(組電池)よりも上流側となる位置に電池ケース1に対して一体に取り付けられている。
In the present invention, the
流れ制御板13には、複数の(本実施形態では8本)スリット(開口穴)132が、バッテリーモジュールの長さ方向に沿って(図1では紙面奥行き方向に)、バッテリーモジュールと略平行になるように設けられている。隣り合うスリット132とスリット132の間には、冷却風の流れをさえぎるブロック部131,131が、スリット132,132と交互に並んで設けられている。電池ケース1の内部空間は、これらスリット132,132を介して上流側と下流側が連通するようにされており、下流側に設けられた組電池(バッテリーモジュール2、2)は、これらスリットから吹き出る冷却風により冷却される。
The
図2は、流れ制御板13を図1の矢視方向から見た断面図であり、流れ制御板13に設けられたスリット132,132は、バッテリーモジュール2,2の長さ方向に沿って、バッテリーモジュール2の全長にわたって設けられている。電池ケースの内部が、冷却風の流れ方向に沿って設けられた板状区画部材などによって、複数の冷却風通路に区画されている場合には、スリット132、132はそれぞれ区画された冷却風通路のバッテリーモジュールの長さ方向の幅全体にわたって設けるようにすることが好ましい。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
本実施形態における電池ケース1や流れ制御板13の主要な具体的寸法は以下のとおりである。電池ケース1の高さ(図1で上下方向)は84mmであり、長さ(図1で左右方向)は330mmである。また、冷却風導入口11の高さは82mmと、電池ケース1の高さと略等しく設けられると共に、冷却風導出口12の高さは42mmと電池ケース1の高さから若干流れを絞る高さとされている。バッテリーモジュール2の直径は28mmである。
Main specific dimensions of the battery case 1 and the
流れ制御板は板厚2mmであり、スリット132の幅(図1で上下方向)は3mm、ブロック部131の幅(図1で上下方向)は7mmであり、したがってスリットの間隔(ピッチ)は10mmとなっている。そして、流れ制御板13は、冷却風導入口11が電池ケース内部空間に向けて開口する部分から下流側に離間した位置に設けられ、最上流に位置するバッテリーモジュール2、2からは、上流側に50mm離れた位置に設けられている。
The flow control plate has a thickness of 2 mm, the width of the slit 132 (vertical direction in FIG. 1) is 3 mm, the width of the block 131 (vertical direction in FIG. 1) is 7 mm, and therefore the slit interval (pitch) is 10 mm. It has become. The
上記電池冷却構造を有する電池ケースの製造方法は、公知の製造方法により行うことができ、例えば、電池ケース1は開口状の箱と蓋に分けたケース部材を合成樹脂(例えばポリプロピレン樹脂)の射出成形により形成することができる。流れ制御板13も合成樹脂(例えばポリプロピレン樹脂)の射出成形により形成することができ、可能であれば、電池ケース1のケース部材と一体成形してもよい。もちろん、流れ制御板13を金属板などによりケースとは別体に作成して、電池ケース組み立て時に所定位置に取り付けるようにしてもよい。
The battery case having the battery cooling structure can be manufactured by a known manufacturing method. For example, the battery case 1 is formed by injecting a synthetic resin (for example, polypropylene resin) into a case member divided into an open box and a lid. It can be formed by molding. The
電池ケース1内の所定位置にバッテリーモジュールを並べて、バッテリーモジュール間の配線を確立し、流れ制御板を組み込んだ状態で電池ケースの蓋を閉じて、上記実施形態の組電池が収蔵された電池ケースおよび電池冷却構造が完成される。 A battery case in which the battery modules are arranged at predetermined positions in the battery case 1, wiring between the battery modules is established, the lid of the battery case is closed with the flow control plate incorporated, and the assembled battery of the above embodiment is stored And the battery cooling structure is completed.
本発明の電池冷却構造による作用と効果を説明する。
本発明の電池冷却構造においては、流れ制御板13に複数本のスリット132,132が略平行に設けられていることにより、流れ制御板13の下流の流れが、非定常的に変化する流れの場となる。
The operation and effect of the battery cooling structure of the present invention will be described.
In the battery cooling structure of the present invention, since the
流れ制御板13の下流側の空間において、スリット部分132では冷却風が吹き出し、一方、スリットとスリットの間のブロック部131では冷却風の流れがブロックされるため、スリット132とブロック部131の境界部には、スリット132の周縁に沿って、それぞれ渦線が形成されることになる。これら渦線は冷却風の流れと共に成長しあるいは下流に流されて消えていく。
In the space on the downstream side of the
本発明では、複数のスリット132,132が並んで設けられているために、それぞれのスリット132の周縁部に発生するこれら渦線が互いに干渉し、それぞれのスリット132、132から噴出する冷却風を互いに近づけたり遠ざけたりする。その結果、流れ制御板13とバッテリーモジュール2,2の間の空間で、スリットから吹き出す冷却風が互いに干渉しあって、まとまって流れたり、あるいは分離して流れたり、あるいは、(図1の)上側や下側に偏向したりと、不規則に変化するような、非定常な流れの場となる。
In the present invention, since a plurality of
そのような非定常な流れの場を数値流体シミュレーションにより可視化した結果を、図3ないし図6に示す。流れのシミュレーションは、上記実施形態に即した形状で行ったものであり、シミュレーション結果は、流れの場が時間と共に変化するような非定常流れの解が得られた。図3ないし図6には、それぞれ特定の時刻における、各スリットを通過する流れの流線を、バッテリーモジュールの外形と共に示し、スリットを通過した流れが蛇行したり離合したりして、バッテリーモジュールの間を流れていく様子が示されている。 The result of visualizing such an unsteady flow field by numerical fluid simulation is shown in FIGS. The flow simulation was performed in a shape corresponding to the above-described embodiment, and the simulation result obtained an unsteady flow solution in which the flow field changes with time. FIGS. 3 to 6 show the flow lines of the flow passing through each slit at a specific time, together with the outer shape of the battery module, and the flow passing through the slits meanders and separates, It shows how it flows between them.
シミュレーション結果に示すように、8本のスリットから吹き出す冷却風が上下方向にランダムに蛇行し、偏向して、ある時には図3に示すように、上側2本のスリットから出た冷却風が上側のバッテリーモジュールと電池ケースの間に流れ、中央部3本のスリットから出た冷却風が上側と下側のバッテリーモジュールの間を流れ、下側3本のスリットから出た冷却風が下側のバッテリーモジュールと電池ケースの間に流れるようになり、またある時には、図4に示すように、上側3本のスリットから出た冷却風が上側のバッテリーモジュールと電池ケースの間に流れ、中央部3本のスリットから出た冷却風が上側と下側のバッテリーモジュールの間を流れ、下側2本のスリットから出た冷却風が下側のバッテリーモジュールと電池ケースの間に流れるようになる。 As shown in the simulation results, the cooling air blown out from the eight slits meanders and deflects randomly in the vertical direction, and in some cases, as shown in FIG. The cooling air that flows between the battery module and the battery case, exits from the three slits in the center, flows between the upper and lower battery modules, and the cooling air that exits from the lower three slits As shown in FIG. 4, the cooling air from the upper three slits flows between the upper battery module and the battery case, and there are three central parts. The cooling air from the upper slit flows between the upper and lower battery modules, and the cooling air from the lower two slits flows between the lower battery module and the battery case. To flow in.
また別の時刻には、図5に示すように、上側2本のスリットから出た冷却風が上側のバッテリーモジュールと電池ケースの間に流れ、中央部4本のスリットから出た冷却風が上側と下側のバッテリーモジュールの間を流れ、下側2本のスリットから出た冷却風が下側のバッテリーモジュールと電池ケースの間に流れるようになり、さらにまた別の時刻には、図6に示すように、上側3本のスリットから出た冷却風が上側のバッテリーモジュールと電池ケースの間に流れ、中央部2本のスリットから出た冷却風が上側と下側のバッテリーモジュールの間を流れ、下側3本のスリットから出た冷却風が下側のバッテリーモジュールと電池ケースの間に流れるようになる。 At another time, as shown in FIG. 5, the cooling air from the two upper slits flows between the upper battery module and the battery case, and the cooling air from the four central slits is on the upper side. Between the lower battery module and the lower battery module, and the cooling air from the two lower slits flows between the lower battery module and the battery case. As shown, the cooling air from the upper three slits flows between the upper battery module and the battery case, and the cooling air from the two central slits flows between the upper and lower battery modules. The cooling air coming out of the lower three slits flows between the lower battery module and the battery case.
表1に、時間が進むにしたがって、流れの場がどのように変化したかを示す。表中の「上」「中」「下」とはそれぞれ、上側のバッテリーモジュールと電池ケースの間に流れ込んだスリットからの流れの数、上側と下側のバッテリーモジュールの間に流れ込んだスリットからの流れの数、下側のバッテリーモジュールと電池ケースの間に流れ込んだスリットからの流れの数を示しており、表中の縦欄は数値シミュレーションの実行サイクルに対応し、時間の進行に対応している。ここでは50サイクルが実時間で0.05秒に対応しており、図3は100サイクル目、図4は450サイクル目、図5は1000サイクル目、図6は1600サイクル目に対応している。 Table 1 shows how the flow field changed over time. In the table, “upper”, “middle”, and “lower” respectively indicate the number of flows from the slit that flows between the upper battery module and the battery case, and from the slit that flows between the upper and lower battery modules. Shows the number of flows and the number of flows from the slit that flows between the lower battery module and the battery case. The vertical column in the table corresponds to the execution cycle of the numerical simulation, and corresponds to the progress of time. Yes. Here, 50 cycles correspond to 0.05 seconds in real time, FIG. 3 corresponds to the 100th cycle, FIG. 4 corresponds to the 450th cycle, FIG. 5 corresponds to the 1000th cycle, and FIG. 6 corresponds to the 1600th cycle. .
表1に示すように、各スリットを通過した流れがバッテリーモジュールの上側に流れたり下側に流れたりして、バッテリーモジュールの周辺を流れるスリットからの流れの数が増減するので、バッテリーモジュール周辺での局所的な流れが速くなったり遅くなったりすると共に、バッテリーモジュール周辺の流れが非定常的に変化するようになる。なお、これら非定常的な流れの時間的平均を取ると、上側のバッテリーモジュールと電池ケースの間に流れ込んだスリットからの流れの数は2.4、上側と下側のバッテリーモジュールの間に流れ込んだスリットからの流れの数は3.4、下側のバッテリーモジュールと電池ケースの間にに流れ込んだスリットからの流れの数は2.2となっており、大局的・平均的には、このような風量配分が行われたことになる。 As shown in Table 1, the flow passing through each slit flows to the upper side or the lower side of the battery module, and the number of flows from the slits flowing around the battery module increases or decreases. As the local flow of the battery becomes faster or slower, the flow around the battery module changes unsteadily. In addition, when taking a time average of these unsteady flows, the number of flows from the slit flowing between the upper battery module and the battery case is 2.4, and flows between the upper and lower battery modules. The number of flows from the slit is 3.4, and the number of flows from the slit that flows between the lower battery module and the battery case is 2.2. This is how the air volume is distributed.
一方、スリットを設けた冷却風制御板13がない比較例の数値シミュレーション結果を示すと、図7に示すような定常的な解が得られた。図中の流線は、スリットがあった場合の位置に対応した流線である。スリットがない場合には、流線が蛇行・偏向することがなく、また、時間を進めても流れの場が変化することがなかった。
On the other hand, when the numerical simulation result of the comparative example without the cooling
また、上記流れシミュレーションにおいて、さらに、各バッテリーモジュールに所定の発熱量を設定して、各バッテリーモジュールの冷却温度シミュレーションを実施した。冷却温度シミュレーションにおいては、最上流のバッテリーモジュールと最下流のバッテリーモジュールとの温度差を評価し、同じ冷却風風量・諸元(箱の高さ、電池直径、発熱量など)で、冷却風制御板13の有無で比較した。冷却温度シミュレーションの結果は、バッテリーモジュール間の温度差が、流れ制御板有のもの(本発明実施形態)は7.4℃であり、流れ制御板なしのもの(比較例)では7.9℃であった。本発明の実施形態においては、バッテリーモジュール間の温度差が0.5℃均一化されており、スリットつきの流れ制御板を設けることが温度の均質化に有効であることが確認された。
Further, in the above flow simulation, a predetermined heat generation amount was set for each battery module, and a cooling temperature simulation for each battery module was performed. In the cooling temperature simulation, the temperature difference between the most upstream battery module and the most downstream battery module is evaluated, and the cooling air control is performed with the same cooling air volume and specifications (box height, battery diameter, heat generation, etc.). Comparison was made with or without the
このようにして、スリットを通過した冷却風の流れは非定常に変化する流れとなってバッテリーモジュール周辺を流れるため、冷却風の流れの場が定常的である従来の電池冷却構造のように、冷却風の流れがよどむ場所や冷却風の流れが強すぎる場所が固定化されてしまうことがなくなり、組電池全体をより均一に冷却できるようになる。
In this way, the flow of the cooling air that has passed through the slit becomes a non-stationary flow and flows around the battery module. Thus, like the conventional battery cooling structure in which the flow field of the cooling air is stationary, The place where the flow of the cooling air is stagnant or the place where the flow of the cooling air is too strong is not fixed, and the entire assembled battery can be cooled more uniformly.
複数のスリットを通過した冷却風が互いに干渉しあって、冷却風制御板13の下流の流れを非定常に変化させるという、本発明の効果をより効果的に生じさせるための、スリット幅やその間隔などの好ましい諸元を以下に示す。ここで、スリットの幅をd、スリットのピッチをW、ブロック部の幅をS、流れ制御板と最上流のバッテリーモジュールの間の距離をL、バッテリーモジュールの直径をDBとする(図8)。
The cooling air that has passed through the plurality of slits interferes with each other, and the flow downstream of the cooling
スリットの幅dと、ブロック部の幅Sは、0.2S<d<4Sの関係にあることが流れを非定常化する上で好ましく、0.3S<d<2Sとすることがより好ましい。ブロック部の幅Sが小さくなりすぎたり、大きすぎたりすると、スリットを通過した冷却風の干渉が起こりにくくなって、流れが非定常化しなくなる傾向がある。 The slit width d and the block width S are preferably in a relationship of 0.2S <d <4S in order to make the flow unsteady, and more preferably 0.3S <d <2S. If the width S of the block portion becomes too small or too large, the cooling air that has passed through the slits is less likely to interfere, and the flow tends to become unsteady.
流れ制御板と最上流のバッテリーモジュールの間の距離Lと、スリットのピッチWとは、0.5W<L<8Wの関係にあることが好ましく、W<L<6Wとすることがより好ましい。スリットのピッチWは流れが非定常化される流れ場のスケールに関連しており、LがWに対して過小であれば、非定常化される流れの変化が小さい間にバッテリーモジュールに流れがぶつかってしまい、流れ場の変化が小さくなってしまう。一方、LがWに対し過大であれば、スリットによって非定常化した流れが減衰して定常的な流れとなってしまってからバッテリーモジュールに到達することになってしまうほか、電池ケースのスペース効率上も好ましくない。 The distance L between the flow control plate and the most upstream battery module and the slit pitch W are preferably in a relationship of 0.5 W <L <8 W, and more preferably W <L <6 W. The pitch W of the slit is related to the scale of the flow field where the flow is unsteady. If L is too small relative to W, the flow to the battery module is reduced while the change in the flow unsteady is small. It will collide and the change of the flow field will become small. On the other hand, if L is excessive with respect to W, the unsteady flow caused by the slit will attenuate and become a steady flow before reaching the battery module, and space efficiency of the battery case The above is also not preferable.
さらに、流れ制御板と最上流のバッテリーモジュールの間の距離Lと、バッテリーモジュールの直径DBとは、0.5DB<L<3DBの関係にあることが好ましく、0.8DB<L<2DBとすることがより好ましい。LがDBに対して過小であれば、それぞれのスリットを通過した冷却風が非定常化しても、バッテリーモジュールの上側を通るようになったり下側を通るようになったりすることがなくなってしまい電池温度の均一化効果が発揮されにくくなるほか、LがDBに対し過大であれば、電池ケースのスペース効率上好ましくない。
Further, the distance L between the flow control plate and the most upstream battery module and the diameter DB of the battery module preferably have a relationship of 0.5DB <L <3DB, and 0.8DB <L <2DB. It is more preferable. If L is too small with respect to DB, even if the cooling air passing through each slit becomes unsteady, it will not pass through the upper side or the lower side of the battery module. In addition to making it difficult to achieve a uniform battery temperature effect, it is not preferable in terms of space efficiency of the battery case if L is excessively larger than DB.
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をして実施することができる。以下に本発明の他の実施形態について説明するが、以下の説明においては、上記実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様である部分についてはその説明を省略する。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented with various modifications. Other embodiments of the present invention will be described below. However, in the following description, portions different from the above-described embodiment will be mainly described, and descriptions of the same portions will be omitted.
まず、流れ制御板の変更例を説明する。流れ制御板に設けるスリットは、バッテリーモジュールの長さ全体にわたって開口していることが好ましいが、流れ制御板の強度を確保するためなど、例えば図9に示すように、必要に応じてスリットを長さ方向に分断して流れ制御板14に設けてもよい。また、略平行に設けられるスリットは、完全に平行である必要はなく、非定常流れが発生する範囲で若干斜めに設けられるものであってもよい。
First, an example of changing the flow control plate will be described. The slit provided in the flow control plate is preferably open over the entire length of the battery module. However, as shown in FIG. 9, for example, as shown in FIG. The
また、流れ制御板(スリット)の流れ方向に沿う断面構造についても種々の変更が可能であり、図10及び図11には、流れ制御板14の種々のバリエーションの流れ方向に沿った断面図を示す。これら図においては、図の左側を冷却風流れの上流側として示す。
Various changes can be made to the cross-sectional structure along the flow direction of the flow control plate (slit). FIGS. 10 and 11 are cross-sectional views along various flow directions of the
例えば、図10の(a)に示すように、流れ制御板14に設けられたスリット142の下流側の周縁に沿って、リブ143、143を下流方向に向けて突設してもよい。リブ143の長さや先端部形状を調節すると、流れ制御板14の下流領域における非定常な流れの程度を変更することができる。特に図11(c)に示したように、リブ143の形状を、スリット142に面する側の側面が、下流側に行くにしたがってスリットの幅が拡大するように、傾斜して斜めに設けられたものとすることで、流れ制御板14の下流領域における非定常な流れの程度を大きくすることができてより好ましい。
For example, as shown in FIG. 10 (a),
また、図10の(b)あるいは(c)に示すように、流れ制御板14のスリット142の周縁部を、流れ制御板の上流側あるいは下流側で、鋭角状にとがった形状とすることによっても、流れ制御板の下流領域における非定常な流れの程度を変更・調節することができる。特に、図10(b)のように、流れ制御板14の冷却風流れ上流側のスリット周縁部を鋭角化してやると、流れ制御板14の下流領域における非定常な流れの程度を大きくすることができてより好ましい。
Further, as shown in FIG. 10 (b) or (c), the peripheral edge of the
また、図11(a)に示すように、流れ制御板14のスリットとスリットの間のブロック部141の略中央部から、リブ143を下流方向に向けて突設してもよい。さらに、図11(b)に示すように、ブロック部141の略中央部に下流方向に向けて突設したリブ143の先端部から、流れをさえぎる方向に延在させたリップ部144を設けるようにしてもよい。リップ部144を設けると、流れ制御板14の下流領域における非定常な流れの程度を大きくすることができてより好ましい。
Moreover, as shown to Fig.11 (a), you may project the
スリットの間隔Wは等間隔(等ピッチ)に設けてもよいが、間隔を変更して不等ピッチで設けてもよい。等間隔とするほうが、一連のスリットから噴出する冷却風の干渉効果による非定常な流れが発生しやすいので、等間隔にスリットを設けることが好ましい。 The slit intervals W may be provided at equal intervals (equal pitch), but may be provided at unequal pitches by changing the interval. It is preferable to provide the slits at equal intervals because the non-steady flow is more likely to occur due to the interference effect of the cooling air ejected from the series of slits when the intervals are equal.
また、流れ制御板のスリットは、棒状のバッテリーモジュールと略平行に設けられることが好ましいが、これに限定されるものではなく、冷却風の大局的流れの方向に沿って見て、バッテリーモジュールに対し、スリットを斜め、あるいは略垂直となるように設けてもよい。棒状のバッテリーモジュールと略平行に設けた場合には、上記実施形態において説明したように、バッテリーモジュールの上側と下側に配分される冷却風の風量を積極的に変動させることができるようになるので、電池の温度の均一化に特に効果的である。 The slit of the flow control plate is preferably provided substantially parallel to the rod-shaped battery module, but is not limited to this, and the battery module is not limited to this, as viewed along the direction of the global flow of cooling air. On the other hand, the slits may be provided obliquely or substantially vertically. When the battery module is provided substantially in parallel with the rod-shaped battery module, as described in the above embodiment, the air volume of the cooling air distributed to the upper side and the lower side of the battery module can be actively changed. Therefore, it is particularly effective for making the battery temperature uniform.
また、上記実施形態の説明においては、中空箱状の電池ケース1に組電池が収蔵される形態について説明したが、電池ケースの実施形態は、ケース専用に成形された中空箱状のものに限定されるものではなく、電池ケースは、パネル部材やブロック部材などの複数の部材を組み合わせて構成されるものであってもよい。例えば、車体のフロアパネル上に組電池を配置して、組電池を取り囲むように、断熱パネルや電極パネルを設けて、フロアパネルや断熱パネル、電極パネルの間を冷却風通路とした電池ケースを構成するようにすることもできる。このように、本発明における電池ケースには、専用の構成部材で構成された電池ケースのほか、組電池の周辺に配置される部材を利用・兼用して構成される電池ケースを含む。 Further, in the description of the above embodiment, the form in which the assembled battery is stored in the hollow box-shaped battery case 1 has been described, but the embodiment of the battery case is limited to a hollow box-shaped one that is molded exclusively for the case. The battery case may be configured by combining a plurality of members such as a panel member and a block member. For example, an assembled battery is arranged on a floor panel of a vehicle body, a heat insulating panel or an electrode panel is provided so as to surround the assembled battery, and a battery case having a cooling air passage between the floor panel, the heat insulating panel, and the electrode panel is provided. It can also be configured. As described above, the battery case according to the present invention includes a battery case constituted by using / combining a member arranged around the assembled battery, in addition to the battery case constituted by a dedicated component member.
組電池を構成する電池の種類には、一次電池、二次電池(リチウムイオンバッテリー、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池など)、二重電気キャパシタなどが例示できる。バッテリーモジュールは、上記実施形態においては、棒状特に円柱状のものについて説明したが、これに限定されず、角柱状、ブロック状のものであっても良いし、流れ方向に沿って配置されるような平板状のものであっても良い。これら種々の形態のバッテリーモジュールを効果的に冷却するためには、バッテリーモジュールの長手方向が、流れ制御板に設けられたスリットと略平行になっていることが好ましいことはこれまでの説明から明らかである。 Examples of the battery constituting the assembled battery include a primary battery, a secondary battery (such as a lithium ion battery, a nickel hydride battery, and a nickel cadmium battery), a double electric capacitor, and the like. In the above embodiment, the battery module has been described as being rod-shaped, particularly cylindrical, but is not limited thereto, and may be prismatic or block-shaped, and arranged along the flow direction. It may be a flat plate. In order to effectively cool these various types of battery modules, it is clear from the above description that the longitudinal direction of the battery modules is preferably substantially parallel to the slits provided in the flow control plate. It is.
組電池が使用される目的・用途も、自動車用に限定されるものではなく、例えば、風力発電装置や太陽電池発電装置などにおいて発電電力を平準化する目的で二次電池が使用される用途など、広い用途に使用できる。
The purpose and application for which the assembled battery is used are not limited to those for automobiles. For example, a secondary battery is used for the purpose of leveling generated power in a wind power generator or a solar battery power generator. Can be used for a wide range of purposes.
本発明は、電気自動車や発電装置などに使用される大容量組電池の冷却に使用することができ、それら組電池を構成する電池を均一に冷却して、電池の性能を効果的に発揮させることができ、産業上の利用価値が高い。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for cooling large-capacity assembled batteries used in electric vehicles, power generators, and the like, and uniformly cools the batteries constituting the assembled batteries to effectively exhibit the battery performance. It can be used and has high industrial utility value.
1 電池ケース
11 冷却風導入口
12 冷却風導出口
13 流れ制御板
131 ブロック部
132 スリット
2 バッテリーモジュール
14 流れ制御板
141 ブロック部
142 スリット
143 リブ
144 リップ部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
電池ケース内部の組電池より上流となる領域には、電池ケース内部を下流側と上流側に区画するような流れ制御板が設けられており、
流れ制御板の下流側の冷却風流れが非定常な流れとなるように、流れ制御板には複数本のスリットが略平行に設けられており、流れ制御板と最上流のバッテリーモジュールの間の距離をLとし、スリットのピッチをWとして、W<L<6Wとされたことを特徴とする電池冷却構造。 An assembled battery consisting of a plurality of battery modules is stored in the battery case, cooling air is introduced into the battery case from the cooling air inlet provided in the battery case, the battery module is cooled by the cooling air, and is provided in the battery case. A battery cooling structure for discharging cooling air out of the battery case from the cooling air outlet,
In the region upstream of the assembled battery inside the battery case, a flow control plate is provided to partition the inside of the battery case into a downstream side and an upstream side,
A plurality of slits are provided in the flow control plate substantially in parallel so that the cooling air flow downstream of the flow control plate becomes an unsteady flow, and the flow control plate is located between the most upstream battery module. A battery cooling structure characterized in that the distance is L, the slit pitch is W, and W <L <6W .
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