JP6520068B2 - Battery pack cooling system - Google Patents
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Description
本発明は、バッテリーパックの冷却装置に関する。 The present invention relates to a battery pack cooling device.
電動駆動源として電動モータを備えた車両あるいは電動モータと内燃機関の双方を備えた車両には、電動モータの電源部となる高電圧で大容量のバッテリーパックが搭載されている。バッテリーパックは複数のセルを隣接配置されていて、充電及び放電などによって各セルが発熱する。車両には、各セルを冷却することでバッテリーパックの温度上昇を抑制する冷却装置が搭載されている。冷却装置としては、空冷式と水冷式とがある。水冷式の冷却装置としては、冷却液が流れる冷却路を各セルの間に配置し、駆動源となるポンプを作動させることで冷却路内の冷却液を循環させるものである(例えば特許文献1)。 A high voltage and large capacity battery pack, which is a power supply unit of an electric motor, is mounted on a vehicle having an electric motor as an electric drive source or a vehicle having both an electric motor and an internal combustion engine. The battery pack has a plurality of cells arranged adjacent to one another, and each cell generates heat due to charging and discharging. The vehicle is equipped with a cooling device that suppresses the temperature rise of the battery pack by cooling each cell. As a cooling device, there are an air cooling type and a water cooling type. As a water cooling type cooling device, a cooling passage in which a cooling fluid flows is disposed between the cells, and a pump serving as a driving source is operated to circulate the cooling fluid in the cooling passage (for example, Patent Document 1) ).
水冷式の冷却装置の場合、バッテリーパック(セル)の熱は、冷却路を介して冷却水に伝わるが、冷却水が沸点以上の温度になって気化すると、気泡が発生するとともに冷却路内の管内圧力が高まり、冷却路に対して過度な耐圧性が要求されることになる。また、ポンプが使用不能となった場合においても、冷却路内の管内圧力の上昇は安全上抑制するのが望ましい。
本発明は、冷却装置の冷却路内の管内圧力の上昇を抑制することを、その目的とする。
In the case of a water cooling type cooling device, the heat of the battery pack (cell) is transmitted to the cooling water through the cooling passage, but when the cooling water is at a temperature higher than the boiling point and is vaporized, bubbles are generated and the inside of the cooling passage is generated. The pressure in the pipe increases, and an excessive pressure resistance is required for the cooling path. Further, even if the pump becomes unusable, it is desirable from the viewpoint of safety to suppress the increase in the pressure in the cooling passage.
An object of the present invention is to suppress an increase in pressure in a cooling passage of a cooling device.
上記目的を達成するため、本発明に係るバッテリーパックの冷却装置は、内部を冷却水が流れる冷却路と、冷却路内で冷却水を循環させるポンプと、冷却路と連通し、複数のセルが並んで配置されたバッテリーパック内の、隣り合うセル間において当該セルの互いに対向する各表面に接触し、かつセルの下部から上部に向かって上り傾斜した傾斜路と、冷却路内の圧力を冷却路外に排出する弁と、冷却路と連通する冷却水溜まり部を有し、冷却路は、傾斜路の下端と連通して傾斜路に対して冷却水を供給する第1の経路と、傾斜路の上端と連通して傾斜路を通過した冷却水を回収する第2の経路を有し、冷却水溜まり部は、第1の経路の上流側における第1の経路と第2の経路との間で第1の経路と第2の経路とに接続されて配置されると共に、セルの下部と上部の間に位置する略中央部よりも上方側に配置され、弁は、第2の経路または冷却水溜まり部の上面に配置されていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, in the battery pack cooling device according to the present invention, a cooling passage in which the cooling water flows, a pump for circulating the cooling water in the cooling passage, a cooling passage, and a plurality of cells in side by side arranged a battery pack, a ramp which is inclined upward toward the top from the bottom of each other in contact with the respective surfaces facing each other, and the cells of the cell between adjacent cells, the pressure in the cold却路a valve for discharging outside the cooling passage, have a cooling puddle portion communicating with the cooling passage, the cooling passage includes a first path for supplying cooling water to the inclined path through the lower end and communicating ramp, inclined A second channel is provided in communication with the upper end of the channel to recover the cooling water passing through the ramp, and the cooling water reservoir portion is between the first channel and the second channel on the upstream side of the first channel. Are connected to the first path and the second path and Is disposed on the upper side than the substantially central portion located between the bottom and top of the cell, the valve is characterized that you have been placed on the upper surface of the second path or cooling puddle unit.
本発明によれば、内部を冷却水が流れる冷却路と連通し、複数のセルが並んで配置されたバッテリーパック内の、隣り合うセル間において当該セルの互いに対向する各表面に接触し、かつセルの下部から上部に向かって上り傾斜した傾斜路と、傾斜路の傾斜上方側に連通する冷却路側に配置され、冷却路内の圧力を冷却路外に排出する弁を有するので、ポンプが停止した場合でも、冷却路で発生した気泡が傾斜路に沿って発生する冷却水の自然対流によって上昇して弁から排出されるため、冷却路内の管内圧力の上昇を抑制することができる。 According to the present invention, the inside is in communication with the cooling path through which the cooling water flows, and in the battery pack in which the plurality of cells are arranged side by side, the mutually facing surfaces of the cells are in contact with each other. The pump has a stop because it has a ramp that inclines from the bottom to the top of the cell and a cooling path that communicates with the upper side of the ramp and that discharges the pressure in the cooling path out of the cooling path. Even in this case, air bubbles generated in the cooling passage rise by natural convection of the cooling water generated along the inclined passage and are discharged from the valve, so that the increase in pressure in the cooling passage can be suppressed.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。各実施形態及び変形例等において、同一部材、同一の機能を有する部材には、同一の符号を付し、重複説明は省略する。
図1において、符号1で示す車両は、電源部となるバッテリーパック2からインバータ3を介して駆動部となる電動モータ4に電力を供給し、電動モータ4を回転させることで車輪5を回転駆動して走行するものである。車両1としては、電動モータ4を備えた電動車両あるいは、電動モータ4と内燃機関の双方を備えたハイブリットタイプの車両の何れであってもよい。本実施形態において、車両1は、電動モータ4で駆動輪となる後輪5B(車輪5)を回転駆動しているが、前輪5A(車輪5)を回転駆動する車両であってもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, a modification, etc., the same numerals are given to the member which has the same member and the same function, and the overlapping explanation is omitted.
In FIG. 1, a vehicle indicated by reference numeral 1 supplies electric power from a
バッテリーパック2は、車両1の車室内6に設けられたフロア7の下方に配置された遮蔽板8の上に配設されている。バッテリーパック2は、図2に示すように、そのケーシング2Aの内部に、矢印Yで示す車両幅方向に並んで配置された複数のセル20を1つのモジュールとし、この車両幅方向Yと、矢印Xで示す車両前後方向に、モジュールを複数並べて備えた電源ユニットとして構成されている。バッテリーパック2は、各モジュールの+端子と−端子とを、それぞれ同極同士を直列に連結して高電圧を出力可能とされている。各セルは、例えばリチウムイオン電池などの2次電池であって、充電時と放電時において発熱する。この発熱がセル20の許容限界を終えると、高温、例えば300度以上に発熱することがある。
The
(第1の実施形態)
車両1は、このようなバッテリーパック2(セル20)の温度を適正範囲に維持するために、冷却装置10を備えている。冷却装置10は、図2、図3に示すように、内部を冷却水11が流れる冷却路12と、冷却路12内で冷却水11を循環させるポンプ13と、冷却路12に設けられ、冷却路13内の圧力を冷却路外に排出する弁14と、冷却路12と連通する冷却水溜まり部15を備えている。冷却路12は、複数のセル20・・が並んで配置されたバッテリーパック2内の、隣り合うセル間に配置された傾斜路121を有している。各セル間に配置される傾斜路121の構成は同一構成であるので、以下1つのモジュールに対応した傾斜路121と冷却路12の構成について説明する。
First Embodiment
The vehicle 1 is provided with a
冷却路12は、金属製で四角形の中空の管部材で形成されている。このため、管部材の表面には、絶縁処理を施している。冷却路12は、金属製の管部材ではなく、樹脂製の管部材であってもよい。冷却路12は、傾斜路121に対して冷却水11を供給する第1の経路となる供給路122と、傾斜路121を通過した冷却水を回収する第2の経路となる回収路123を備えている。供給路122は、図3、図4、図6に示すようにセル20の下部20cよりも下方に配置され、回収路123は、セル20の上部20dよりも下方で、セル20の中央部20eよりも上方に配置されている。供給路122は、傾斜路121の一方の端部となる下端121cと接続し、回収路123は、傾斜路121の他方の端部となる上端121dと接続されている。すなわち、冷却装置10は、傾斜路121の下端121cと連通する第1の経路となる供給路122と、傾斜路121の上端121dと連通する第2の経路となる回収路123とを備えている。
The
図2、図3に示すように、ポンプ13は、流体ポンプであって、ケーシング2A(バッテリーパック2)の外側において供給路122に配置されている。冷却装置10は、冷却路12内の冷却水11の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ17を備えている。温度センサ17は、制御部60と信号線を介して接続されている。制御部60は、コンピュータであって、温度センサ17で検知した温度情報が入力される。制御部60は、温度センサ17からの温度情報に基づき、ポンプ17の駆動を制御する。制御部60は、冷却路12内の冷却水11の温度が所定温度以上になると、冷却水11が冷却路12内を循環するようにポンプ13を駆動し、所定温度よりも低い場合には、ポンプ13の駆動を停止する。
As shown to FIG. 2, FIG. 3, the
傾斜路121は、図4、図5に示すように、内部に複数のセル20を備えたモジュールのケース70を下方から上方に向かって上り傾斜して貫通し、ケース70の外部にその両端部である下端121cと上端121dを突出させている。図5に示すように、傾斜路121の、各セル20との対向面121a、121bは、各セル20の互いに対向する各表面20a、20bに、それぞれ熱導電性の高い接着剤によって接着されて接触(密着)している。傾斜路121は、図4に示すように、各セル20の下部20cから上部20dに向かって上り傾斜し、セル20の下部20cと上部20dの間に位置する中央部20eを通過するように、各セル20の間に配置されている。
冷却水溜まり部15は、少なくとも冷却路12内を流れる冷却水11の全容量よりも大きな容量のタンクで構成されていて、冷却水11が貯められている。冷却水溜まり部15は、ポンプ13よりも上流側の供給路122と回収路123との間で、供給路122と回収路123に接続されて配置されている。
As shown in FIG. 4 and FIG. 5, the
The cooling
このような構成の冷却装置10では、図3に示すように、冷却水11の温度が所定温度以上になるとポンプ13が駆動し、冷却水11がポンプ13の吐出口側に連結された供給路122から傾斜路121を通り、ポンプ13の吸引口に冷却水溜まり部15を介して接続された回収路123へと流れて冷却路12内を循環する。
セル20で発熱した熱は、図4〜図6に示すように、各セル20の表面20a、20bから傾斜路121の対向面121a、121bを介して冷却水11に伝えられる。これによりセル20が冷却され、結果としてバッテリーパック2が冷却されて、温度上昇が抑制される。このため、回収路123内の冷却水11の温度は、供給路122内の冷却水11の温度よりも温度が高く、双方の温度差により冷却路12内に自然対流が発生する。冷却水11は、セル20からの熱によって加熱され、発熱量によっては沸点を超えることがある。冷却水11は沸点を超えると、気化されて蒸気となって冷却水11中に気泡16が発生する。
弁14は、所定の圧力となると開弁するリリーフ弁(圧力調整弁)であって、ケーシング2A(バッテリーパック2)の外側において傾斜路121の傾斜上方側に連通する回収路123(冷却路12)に配置されている。弁14は、冷却路12内の管内圧力が大気圧+αの所定の圧力になると開弁するように設定されている。弁14は、冷却路12の最も高い位置となる回収路123の上面123aに設けられている。
In the
The heat generated in the
The
冷却路12内で発生した気泡16は、供給路122と回収路123との高低差と冷却水11の温度差によって傾斜路121を通って回収路123の上面123a側に溜まるため、冷却路12の管内圧力が所定の圧力になると、弁14によって冷却路12(回収路123)内から排出される。この時、弁14は、バッテリーパック2のケーシング2Aの外側に配置されているので、弁14から排出された気泡16(蒸気)がケーシング2A内に溜まることがない。このため、弁14より排出された気泡16(蒸気)によってバッテリーパック2の内部が加熱されることを防止することができる。
The air bubbles 16 generated in the
このような本実施形態に係る冷却装置10の構成によると、冷却装置10の冷却路12内の管内圧力の上昇を抑制することができ、冷却路12やポンプ13に対して過度な耐圧性能を設定しなくて済む。また、冷却水11の供給路122と冷却水11の回収路123とは、供給路122に対して回収路123が車両上方に位置する位置関係とされている。そして、傾斜路121は、供給路122にその下端121aが接続され、回収路123にその上端121bが接続されている。このため、ポンプ13が故障などによって駆動しない場合でも、冷却路12内の管内圧力が所定の圧力になると回収路123から弁14を介して過度な圧力が排出される。過度な圧力が弁14から排出されると、冷却路12内において、供給路122と回収路123側で圧力差がさらに生じ、冷却路12内に自然対流がより強く発生する。このため、供給路12内で発生した気泡16は、冷却水11の自然対流によって回収路123へと搬送され、弁14から排出される。よって、ポンプ13が作動しない場合でも、冷却路12内の管内圧力の上昇をより安定して抑制することができる。
傾斜路121は、互いに対向するセル20、20間に配置されているので、セル間スペーサーとしても機能する。よって、1つのセル20が過度に発熱して場合でも、それに隣接する他のセル20の温度上昇を抑制することができる。傾斜路121は、隣接する各セル20の中心部20eを通るように設置しているので、セル20の発熱温度の高い部分に冷却水11が案内されて、冷却水11へ伝わる熱量が多く、冷却効率を高められる。
According to the configuration of the
Since the
本実施形態において、冷却水溜まり部15は、セル20の下部20cと上部20dの間に位置する略中央部20eよりも車両上方側に配置している。このため、ポンプ13が停止中に、管内圧力が所定の圧力となると弁14から気泡16や蒸気が冷却路12の外部に排出されて冷却路12内の冷却水11の量が少なくなると、冷却水溜まり部15内の冷却水11が供給路122に自重で落下する。よって、ポンプ13停止中であっても、冷却水11を供給路122側に供給することができるので、冷却水不足による各セル20の冷却不良を抑制することができ、結果として管内圧力の上昇を抑制することにつながる。
In the present embodiment, the cooling
(第2の実施形態)
本実施形態に係る冷却装置10Aは、図7に示すように、傾斜路121と各セル20の各表面20a、20bとに接続され、破線で示す傾斜路121の対向面121a、121bとセルの各表面20a、20bとの接触領域Zと異なる部位に配置されたフィン127を有している。フィン127は、図8に示すように、断面U字形状の金属部材で構成されている。フィン127は、図7に示すように、傾斜路121の上面121eと各表面20a、20b、及び傾斜路121の下面121fと各表面20a、20bとにそれぞれ個別に密着するように接着されて接合されている。
このようにフィン127を備えていると、各セル20から傾斜路121への受熱面積が、フィン127がない構成に比べて大きくなる。このため、傾斜路121内の冷却水11に対して効率的に熱を伝えることができ、セル20の温度上昇をより安定して抑制することができる。
Second Embodiment
The
As described above, when the
以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、第1及び第2の実施形態において、弁14は、冷却路12の最上位に配置された回収路123の上面123aに設けたが、図9に示すように冷却水溜まり部15の上部15aに、上面123aよりも車両上方へと突出する空間部28を形成し、当該空間部28の上部28aに弁14を設けてもよい。この場合、冷却路12内の気泡16は、冷却水11の流れによって冷却水溜まり部15内へと運ばれて空間部28内に溜まるので、この溜まった気泡16を弁14から排出することで、管内圧力の上昇を抑制することができる。
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and the present invention described in the appended claims unless otherwise specified in the above description. Various modifications and changes are possible within the scope of the present invention.
For example, in the first and second embodiments, the
車両1には、図10に示すように、バッテリーパック2の冷却装置10とは個別にインバータ3や電動モータ4などの駆動系104を冷却する水冷式の駆動冷却装置100を備えているものがある。駆動冷却装置100は、冷却水を駆動系104に供給する供給路101と、駆動系104で熱交換された冷却水を回収する回収路102と、冷却水を供給路101、駆動系104、回収路102内で循環移動させる駆動用の冷却ポンプ103を備えている。このような駆動冷却装置100を備えている場合、冷却水溜まり部15に供給路101と回収路102とを接続することで、駆動冷却装置100側の冷却水をバッテリーパック2の冷却装置10の冷却水として利用することができ、冷却装置10側の冷却水不足を補うことができるので好ましい。
0020 本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
As shown in FIG. 10, the vehicle 1 is provided with a water cooling
The effects described in the embodiments of the present invention only list the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects by the present invention are limited to those described in the embodiments of the present invention. It is not a thing.
1・・・車両、2・・・バッテリーパック、4・・・駆動部、10、10A・・・冷却装置、11・・・冷却水、12・・・冷却路、13・・・ポンプ、14・・・弁、15・・・冷却水溜まり部、20・・・複数のセル、20a、20b・・・セルの表面、20c・・・セルの下部、20d・・・セルの上部、20e・・・セルの略中央部、121・・・傾斜路、121a・・・傾斜路の下端、121b・・・傾斜路の傾斜上方側(傾斜路の上端)、122・・・第1の経路、123・・・第2の経路、Z・・・接触領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (3)
前記冷却路内で冷却水を循環させるポンプと、
前記冷却路と連通し、複数のセルが並んで配置されたバッテリーパック内の、隣り合うセル間において当該セルの互いに対向する各表面に接触し、かつ前記セルの下部から上部に向かって上り傾斜した傾斜路と、
前記冷却路内の圧力を冷却路外に排出する弁と、
前記冷却路と連通する冷却水溜まり部を有し、
前記冷却路は、前記傾斜路の下端と連通して前記傾斜路に対して冷却水を供給する第1の経路と、前記傾斜路の上端と連通して前記傾斜路を通過した冷却水を回収する第2の経路を有し、
前記冷却水溜まり部は、前記第1の経路の上流側における前記第1の経路と前記第2の経路との間で前記第1の経路と前記第2の経路とに接続されて配置されると共に、前記セルの下部と上部の間に位置する略中央部よりも上方側に配置され、
前記弁は、前記第2の経路または前記冷却水溜まり部の上面に配置されているバッテリーパックの冷却装置。 A cooling passage through which cooling water flows,
A pump for circulating cooling water in the cooling passage;
The battery pack is in communication with the cooling path, and in the battery pack in which a plurality of cells are arranged side by side, contacts adjacent surfaces of the cells between adjacent cells and inclines upward from the bottom to the top of the cells And the ramp,
A valve for discharging the pressure before Symbol cooling passage out of the cooling passage,
Have a cooling puddle portion communicating with the cooling passage,
The cooling passage is in communication with the lower end of the inclined passage and supplies the first passage for supplying cooling water to the inclined passage, and the upper end of the inclined passage is communicated with the upper end of the inclined passage to recover the cooling water passing through the inclined passage. Have a second path to
The cooling water reservoir portion is disposed connected to the first path and the second path between the first path and the second path on the upstream side of the first path. And disposed above the substantially central portion located between the lower and upper portions of the cell,
The valve, the second path or the cooling puddle portion cooling unit of a battery pack that is disposed on the upper surface of the.
前記弁は、前記バッテリーパックの外側に配置されているバッテリーパックの冷却装置。 In the battery pack cooling device according to claim 1,
The valve includes a cooling device for a battery pack that is disposed outside the side of the battery pack.
前記傾斜路と前記セルの各表面に接続され、前記傾斜路と前記セルの各表面との接触領域と異なる部位に配置されたフィンを有するバッテリーパックの冷却装置。 In the battery pack cooling device according to claim 1 or 2,
The ramp and are connected to each surface of the cell, the ramp and the cooling device of the battery pack that having a fin located in different sites and the contact area between the surface of the cell.
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