(57)【要約】【課題】バッテリーセルを效率的に冷却させるために空気通風口が内部に形成されたバッテリー冷却板を有するバッテリーセルを冷却させるための冷却システム及びバッテリーモジュール組立体を提供する。【解決方法】バッテリーセルを冷却させるための冷却システムとして、チャンバーを形成するプレート組立体を有し、チャンバーは、チャンバー内に流体を収容するように構成され、そして、プレート組立体を貫通して延長する複数の開口を含み、複数の開口のそれぞれは、バッテリーセル中の１つのバッテリーセルのセル通風口と提携されるように構成されることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーセルを冷却させるための冷却システムとして、
チャンバーを形成するプレート組立体を有し、
前記チャンバーは、前記チャンバー内に流体を収容するように構成され、そして、前記プレート組立体を貫通して延長する複数の開口を含み、
前記複数の開口のそれぞれは、前記バッテリーセル中の１つのバッテリーセルのセル通風口と提携されるように構成されることを特徴とするバッテリーセルを冷却させるための冷却システム。
【請求項２】
前記プレート組立体は、第１冷却板を含み、
前記第１冷却板は実質的に平面であり、前記第１冷却板を貫通して形成された複数の第１開口を有することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーセルを冷却させるための冷却システム。
【請求項３】
前記プレート組立体は、第２冷却板を含み、
前記第２冷却板は、前記第２冷却板を貫通して形成された複数の第２開口を有し、
前記第２冷却板の前記複数の第２開口は、前記第１冷却板の前記複数の第１開口と提携されて前記プレート組立体の複数の開口を形成することを特徴とする請求項２に記載のバッテリーセルを冷却させるための冷却システム。
【請求項４】
前記第２冷却板は、前記第２冷却板の表面から延長する複数の突出部を含むことを特徴とする請求項３に記載のバッテリーセルを冷却させるための冷却システム。
【請求項５】
前記第２冷却板の前記複数の第２開口のそれぞれは、前記複数の突出部中の１つを通じて形成されることを特徴とする請求項４に記載のバッテリーセルを冷却させるための冷却システム。
【請求項６】
前記複数の突出部のそれぞれは、実質的な形状が円錐台状（ｆｒｕｓｔｏｃｏｎｉｃａｌ）であることを特徴とする請求項４に記載のバッテリーセルを冷却させるための冷却システム。
【請求項７】
前記プレート組立体を通じて延長する前記複数の開口のそれぞれは、前記バッテリーセル中、対応するバッテリーセルのセル通風口の直径未満の直径を有することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーセルを冷却させるための冷却システム。
【請求項８】
前記チャンバーと流体の連通する一対のヘッダーをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーセルを冷却させるための冷却システム。
【請求項９】
複数のバッテリーセルを有し、
前記複数のバッテリーセルのそれぞれは、その中に形成されたセル通風口を有し、
チャンバーを形成するプレート組立体を有し、
前記チャンバーは前記チャンバー内に流体を収容し、そして、前記プレート組立体を貫通して延長する複数の開口を含み、
前記複数の開口のそれぞれは、前記バッテリーセル中の１つのバッテリーセルのセル通風口と提携されるように構成されることを特徴とするバッテリーモジュール組立体。
【請求項１０】
前記複数のバッテリーセルのそれぞれは、円筒状の形状を有することを特徴とする請求項９に記載のバッテリーモジュール組立体。
【請求項１１】
前記複数のバッテリーセルのそれぞれは、角柱型の形状を有することを特徴とする請求項９に記載のバッテリーモジュール組立体。
【請求項１２】
前記複数のバッテリーセルは、互い違い交錯する列に配列されることを特徴とする請求項９に記載のバッテリーモジュール組立体。
【請求項１３】
前記流体は、冷媒及びグリコールの内の１つであることを特徴とする請求項９に記載のバッテリーモジュール組立体。
【請求項１４】
前記プレート組立体は、第２冷却板と噛み合う第１冷却板に形成され、
前記第１冷却板及び前記第２冷却板のそれぞれは、その中に形成された開口を有することを特徴とする請求項９に記載のバッテリーモジュール組立体。
【請求項１５】
前記第２冷却板は、前記第２冷却板の表面から延長する複数の突出部を含み、
前記複数の突出部は、前記第１冷却板の表面と噛み合うことを特徴とする請求項１４に記載のバッテリーモジュール組立体。
【請求項１６】
前記複数の開口のそれぞれは、前記バッテリーセル中、対応するバッテリーセルのセル通風口の直径未満の直径を有することを特徴とする請求項９に記載のバッテリーモジュール組立体。
【請求項１７】
複数のバッテリーセルを有し、
前記複数のバッテリーセルのそれぞれは、その中に形成されたセル通風口を有し、
前記複数のバッテリーセルと噛み合って、前記バッテリーセルを貫通して形成された複数の開口を有する第１冷却板、及び
前記第１冷却板と協力して、その内部に流体を収容するための複数の流動チャンネルを形成する第２冷却板を含み、
前記第２冷却板は前記第２冷却板を貫通して形成された複数の開口を含み、
前記第２冷却板の複数の開口のそれぞれと、前記第１冷却板の複数の開口のそれぞれは、前記複数のバッテリーセル中の１つのバッテリーセルのセル通風口と提携されることを特徴とするバッテリーモジュール組立体。
【請求項１８】
前記第２冷却板は、前記第２冷却板の表面から延長する複数の突出部を含み、
前記複数の突出部のそれぞれは、前記第１冷却板と噛み合うことを特徴とする請求項１７に記載のバッテリーモジュール組立体。
【請求項１９】
前記第１冷却板の複数の開口の直径及び前記第２冷却板の複数の開口の直径は、前記複数のバッテリーセル中、対応するバッテリーセルのセル通風口の直径未満であることを特徴とする請求項１７に記載のバッテリーモジュール組立体。
【請求項２０】
前記複数のバッテリーセルのそれぞれは、円筒状の形状及び角柱型の形状のうち、いずれか１つを有することを特徴とする請求項１７に記載のバッテリーモジュール組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバッテリーセルを冷却させるための冷却システム及びバッテリーモジュール組立体に係り、より詳しくは、一体型空気通風口を有する冷却板を含むバッテリーモジュールのための冷却システム及びバッテリーモジュール組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に知られているように、駆動力の少なくとも一部に電気電力を用いる車両はバッテリーセルを利用できる。バッテリーセルを利用する車両は、例えば、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグイン電気自動車、バッテリー電気自動車、燃料電池バッテリー電気自動車及びプラグインハイブリッド自動車である。
バッテリーセルは、一般的にリチウムイオンの化学的性質を利用し、通常的に円筒形またはプリズム（角柱）型のケーシングにパッケージされバッテリーモジュールを形成する。バッテリーセルが充電及び放電される時、バッテリーセルを通じて流れる電流により熱が発生する。さらに、発熱化学反応により、そして、電導、対流及び／または放射を通じた大気温度によりセルに熱が追加される。追加される熱はバッテリーセルの温度を上昇させるが、それはバッテリーセルの効率及び寿命に否定的な影響を及ぼす。例えば、バッテリーセルの温度上昇はバッテリーセルの歪曲、膨脹及び短絡を引き起こすことになる。
【０００３】
バッテリーセルの寿命を延長させるためには、バッテリーセルを冷却することが好ましい。バッテリー冷却システムの例として、バッテリーセルに隣接する位置に設置された冷却板がある。冷却板には冷却板を通じて流れる冷却流体を有することがよい。冷却板の一例が特許文献１に図と共に記述されており、この特許文献１の開示内容はこれを参照することにより、その全体が本明細書に含まれる。
一方、バッテリーセルの熱暴走または温度上昇による発熱反応により発生するバッテリーセルからのガスを排出することが好ましく、バッテリーセルのそれぞれには、ガスを排出するためにその中に形成された通風口を有する。しかしながら、不利なことに、当技術分野において公知となった冷却板はバッテリーセルから空気を適切に排出するための通風口を含まない。
このため、バッテリーセルを效率的に冷却させるために空気通風口が中に形成されたバッテリー冷却板が当技術分野に必要であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公報第２０１３／０１９２８０７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、バッテリーセルを效率的に冷却させるために、空気通風口が内部に形成されたバッテリー冷却板を有するバッテリーセルを冷却させるための冷却システム及びバッテリーモジュール組立体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた本発明のバッテリーセルを冷却させるための冷却システムは、バッテリーセルを冷却させるための冷却システムとして、チャンバーを形成するプレート組立体を有し、チャンバーは、チャンバー内に流体を収容するように構成され、そして、プレート組立体を貫通して延長する複数の開口を含み、複数の開口のそれぞれは、バッテリーセル中の１つのバッテリーセルのセル通風口と提携されるように構成されることを特徴とする。
【０００７】
他の実施例によれば、本発明のバッテリーモジュール組立体は、複数のバッテリーセルを有し、複数のバッテリーセルのそれぞれは、その中に形成されたセル通風口を有し、チャンバーはチャンバー中に流体を収容し、そして、プレート組立体を貫通して延長する複数の開口を含み、複数の開口のそれぞれは、バッテリーセル中の１つのバッテリーセルのセル通風口と提携されるように構成されることを特徴とする。
【０００８】
もう１つの実施例によれば、本発明のバッテリーモジュール組立体は、複数のバッテリーセルを有し、複数のバッテリーセルのそれぞれは、その中に形成されたセル通風口を有し、複数のバッテリーセルと噛み合って、前記バッテリーセルを貫通して形成された複数の開口を有する第１冷却板、及び、第１冷却板と協力して、その内部に流体を収容するための複数の流動チャンネルを形成する第２冷却板を含み、第２冷却板は第２冷却板を貫通して形成された複数の開口を含み、第２冷却板の複数の開口のそれぞれと、第１冷却板の複数の開口のそれぞれは、複数のバッテリーセル中の１つのバッテリーセルのセル通風口と提携されることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例によるバッテリーモジュール組立体の上部斜視図である。
【図２】図１のバッテリーモジュール組立体のバッテリーセル及び冷却システムの正面の部分拡大された断面図である。
【図３】図１のバッテリーモジュール組立体の上部の分解斜視図である。
【図４】図１のバッテリーモジュール組立体の４−４線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に本発明の多様な実施例について添付図面を基にして詳細に説明する。
ここで開示する説明と図面は当技術分野で通常の知識を有する者が本発明を製作し、使用できるようにするためのものであり、いかなる方式であっても本発明の範囲を限定するものではない。開示される方法に関し、提示される段階は事実上例示であり、したがって段階の順序は必須でも、重大でもない。
本明細書に用いられている、「相当な程度まで」という用語は、当技術分野で通常の知識を有する者が明細書及び図面から認識するものと同じである。
本明細書で使われた電気自動車という用語は車両駆動力の全部または一部に電気電力を用いる車両を含むことと定義される。電気自動車はハイブリッド電気自動車、プラグイン電気自動車、全ての電気またはバッテリー電気自動車、プラグインハイブリッド自動車、燃料電池電気自動車または現在公知となったか、後で開発される電気電力を用いる他の車両をも含む。
【００１１】
図１乃至図４に示したとおり、バッテリーモジュール組立体（１０）は複数の個別バッテリーセル（１２）及びバッテリーセル（１２）に隣接するか、それに結合された冷却システム（１４）を含む。バッテリーセル（１２）のそれぞれは、その中に形成され、これから空気を排出するように構成されたセル通風口（１６）を含む。例示された実施例において、バッテリーセル（１２）のそれぞれは、形状が円筒形である。しかし、バッテリーセル（１２）は状況に応じて他の形状を有することができる。例えば、バッテリーセル（１２）はプリズム（角柱型）形状とすることができる。バッテリーセル（１２）は（図示していない）ハウジング内に収容されることができる。さらに、バッテリーセル（１２）は図示したとおり、互い違いに交錯する複数の列に配列することもできる。しかし、バッテリーセル（１２）は必要に応じて、複数の整列した列、円形パターン、不規則パターン、または任意の他のパターンで配置することができる。
【００１２】
冷却システム（１４）はバッテリーセル（１２）と接触する外部表面（１８）を有する。有利なことには、冷却システム（１４）の外部表面（１８）はセル通風口（１６）が形成されるバッテリーセル（１２）の端部でバッテリーセル（１２）と接触する。
冷却システム（１４）は第１冷却板（２０）及び第２冷却板（２１）として指定された一対の冷却板により形成される。冷却板（２０、２１）は（図示していない）流体源からの作動流体を中に収容するためのチャンバー（２２）を形成する。作動流体は例示目的で概略的に図示したヘッダー（２４）を通じてチャンバー（２２）に流入され、そしてチャンバー（２２）から流出される。ヘッダー（２４）は、冷却板（２０、２１）に、その任意の側面で連結できる。作動流体は例えば冷媒またはグリコールである。しかし、作動流体は、必要に応じて任意に他の冷却流体にすることができる。
【００１３】
第１冷却板（２０）は外部表面（１８）、流体表面（３４）及び第１冷却板（２０）の厚さ全体を貫通して延長する複数の開口（２６）を含む。開口（２６）は冷却システム（１４）の外部表面（１８）に実質的に垂直に、冷却板（２０）を貫通して延長する。開口（２６）の数はバッテリーセル（１２）のセル通風口（１６）の数に依存する。例えば、バッテリーセル（１２）の数に応じて１６個のセル通風口（１６）が対応する。したがって、１６個の開口（２６）が第１冷却板（２０）に形成される。開口（２６）のそれぞれは、バッテリーセル（１２）のセル通風口（１６）の１つと実質的に重ねられる。本明細書で使われる「実質的」とは「相当な程度まで」と定義される。例えば、開口（２６）のそれぞれが、セル通風口（１６）の１つと同心に提携されることが好ましい。しかし、第１冷却板（２０）及びバッテリーセル（１２）の製造及び組立における変動及び許容誤差により、開口（２６）は一定ではなくまたは非同心円に提携されることもできる。
【００１４】
開口（２６）の直径（ＤＡ）が、セル通風口（１６）の直径（ＤＣ）未満の場合に好ましい結果が得られた。有利なことには、開口（２６）のより小さな直径（ＤＡ）は、例えば開口（２６）間の寸法の変化、セル通風口（１６）間の寸法の変化及び／またはセル通風口（１６）または開口（２６）の許容誤差の変化といった冷却システム（１４）に結合されたバッテリーセル（１２）のそれぞれの間隔及び寸法の製造及び組立変化に適応させることができる。例えば、セル通風口（１６）の隣接したセル通風口（１６）との中心間の距離は、開口（２６）と、これに対応する隣接した開口（２６）の中心間の距離より若干大きいか、または、若干小さくなることができる。開口（２６）のより小さな直径（ＤＡ）の結果、セル通風口（１６）が第１冷却板（２０）の外部表演（１８）と部分的に重なる。開口（２６）はセル通風口（１６）から環境への流体連通を提供するため、または車両の他の部分でガスをリサイクルして再利用するために対応するセル通風口（１６）と実質的に提携される。
【００１５】
第２冷却板（２１）は、第２冷却板（２１）の流体表面（３０）から外側に延長する複数の突出部（２８）を含む。突出部（２８）のそれぞれは、実質的に形状が円錐台状（ｆｒｕｓｔｏｃｏｎｉｃａｌ）であるが、これは第１冷却板（２０）の流体表面（３４）と噛み合うように構成された実質的に平坦表面（３２）を形成する。しかし突出部（２８）は、必要に応じ他の形状、例えば第１冷却板（２０）の流体表面（３４）と噛み合うように所望の円筒形、立方型、または任意の他の形状を有することができる。突出部（２８）のそれぞれは、これを通じて実質的に同心円に形成された開口（３６）を有する。開口（３６）は第２冷却板（２１）を貫通してその平坦表面（３２）に実質的に垂直に延長する。突出部（２８）の数及び開口（３６）の数はバッテリーセル（１２）のセル通風口（１６）の数及び第１冷却板（２０）の開口（２６）の数に依存する。例えは、１６個のセル通風口（１６）及び第１冷却板（２０）の１６個の開口（２６）がバッテリーセル（１２）の数に対応して示される。従って、１６個の突出部（２８）と１６個の開口（３６）が第２冷却板（２１）に形成される。
【００１６】
第２冷却板（２１）の開口（３６）のそれぞれは、実質的に第１冷却板（２０）の開口（２６）の１つと、そしてそれによりバッテリーセル（１２）のセル通風口（１６）の１つと提携される。本明細書に使われている「実質的」とは、「相当な程度まで」と定義される。第２冷却板（２１）の開口（３６）の直径（Ｄ２）は、第１冷却板（２０）の開口（２６）の直径（ＤＡ）と実質的に同一である。開口（３６）は、セル通風口（１６）から環境への流体連通を提供するため、または車両の他の部分でガスをリサイクルして再利用するために、第１冷却板（２０）の対応する開口（２６）及び対応するセル通風口（１６）と実質的に提携される。
【００１７】
冷却板（２０、２１）は例えば、ブレイジング、スタンピングまたはクランピング動作のような結合手段により互いに結合されプレート組立体を形成する。けれども、必要に応じ、ボルト、ピンなどのような他の結合手段も利用できることが理解される。突出部（２８）のそれぞれの平坦表面（３２）は、第１冷却板（２０）の流体表面（３４）と噛み合う。チャンバー（２２）は第２冷却板（２１）の流体表面（３０）と第１冷却板（２０）の流体表面（３４）の中間に形成される。作動流体がチャンバー（２２）を通じて流れる。突出部（２８）は作動流体が流れる流動経路を形成する。冷却板（２０、２１）は、例えば、アルミニウムまたは鋼のような熱伝導性材料で形成できる。図面は別々に形成された一対の冷却板（２０、２１）を例示しているが、冷却板（２０、２１）は単一ユニットとして一体に形成できることも理解される。
【００１８】
応用において、バッテリーセル（１２）は第１冷却板（２０）の外部表面（１８）と噛み合うように配置され、ここでバッテリーセル（１２）のセル通風口（１６）は第１冷却板（２０）を通じて形成された開口（２６）及び第２冷却板（２１）に形成された開口（３６）と実質的に提携される。作動流体はヘッダー（２４）を通じてチャンバー（２２）に提供され、突出部（２８）の周囲にチャンバー（２２）を通じて循環する。作動流体はバッテリーセル（１２）の冷却を促進する。さらに、バッテリーセル（１２）が高温または熱暴走によって引き起こされるガスを排出するとき、ガスはバッテリーセル（１２）から開口（２６、３６）を通じて流出し、そしてバッテリーモジュール組立体（１０）から外部環境に、または車両の他の部分でリサイクルして再利用するために流れることができる。
【００１９】
上記説明から、当技術分野で通常の知識を有する者は、この発明の本質的な特徴を容易に確認でき、本発明の思想及び範囲を逸脱せずに本発明を多様な用途及び条件に適応させるように本発明に対して多様な変更及び修正を実施できる。
【符号の説明】
【００２０】
１０：バッテリーモジュール組立体
１２：バッテリーセル
１４：冷却システム
１６：セル通風口
１８：外部表面
２０：第１冷却板
２１：第２冷却板
２２：チャンバー
２４：ヘッダー
２６、３６：開口
２８：突出部
３０、３４：流体表面
３２：平坦表面
Ｄ２：第２冷却板の開口の直径
ＤＡ：第１冷却板の開口の直径
ＤＣ：セル通風口の直径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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