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公開番号2025079785
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-22
出願番号2024152438
出願日2024-09-04
発明の名称筐体と統合された液浸冷却方式のバッテリーシステム
出願人インセルカンパニー,リミテッド
代理人個人,個人
主分類H01M 10/6556 20140101AFI20250515BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】筐体と統合された液浸冷却方式のバッテリーシステムを提供する。
【解決手段】本発明は、液浸方式を適用したバッテリーシステムの欠点を補完し、生産コストの削減、製作の簡便性、メンテナンスの容易さ、効率的な熱管理、及び高い火災安全性を備えた液浸方式と一体化したバッテリーシステムであって、外部環境条件を問わずにバッテリー運転が可能であり、液浸流体の漏れによる周辺環境汚染の防止を考慮した、筐体と統合された液浸方式のバッテリーシステムに関する。
【選択図】図20
特許請求の範囲【請求項１】
複数のバッテリーセルを収容するバッテリーモジュールと、
絶縁特性を有する流体と、
前記バッテリーモジュールを収容する空間を設け、前記流体で満たして前記バッテリーモジュールを完全に浸漬する液浸タンク状のバッテリー筐体と、
前記流体がバッテリーモジュールの内部に対して流出入することができてバッテリーセルと直接接触するように前記バッテリーモジュールの外面に設けられる複数の開口部と、
前記液浸タンクに設けられ、液浸タンクの内部にバッテリーモジュールが引き込まれるように液浸タンクの上端に位置した開閉式上端蓋と、
前記液浸タンク内の上部に設けられ、一定深さの空気層を形成する自由空間と、を含むことを特徴とする、筐体と統合された液浸冷却方式のバッテリーシステム。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記流体が前記液浸タンクの内部に引き込まれて外部に戻るように前記液浸タンクの外部に形成する外部循環ループを含む循環配管と、
前記外部循環ループ上に設けられ、前記流体を循環させる循環ポンプと、をさらに含む、請求項１に記載の筐体と統合された液浸冷却方式のバッテリーシステム。
【請求項３】
前記外部循環ループの経路上に位置する熱交換器は、循環する前記流体を冷却するクーリング部を含むことを特徴とする、請求項２に記載の筐体と統合された液浸冷却方式のバッテリーシステム。
【請求項４】
前記熱交換器は、循環する前記流体を加熱するヒッティング部を含むことを特徴とする、請求項３に記載の筐体と統合された液浸冷却方式のバッテリーシステム。
【請求項５】
前記液浸タンク内の上面又は下面のうちのいずれかに設けられ、前記循環ポンプから吐出して前記液浸タンクの内部に引き込む流体を前記タンクの内部で分配する配管である引き込み分配管と、
前記引き込む流体の移動方向に対応する残りの一面に設けられ、液浸タンク内の流体を吸入して再び循環ポンプに戻す配管である吸入管と、を含み、
前記引き込み分配管と吸入管には、流量を均一に分配又は吸入するように配管の長手方向に大きさの異なる開口孔が一列に複数設けられることを特徴とする、請求項２に記載の筐体と統合された液浸冷却方式のバッテリーシステム。
【請求項６】
前記液浸タンク内の下面に設けられ、前記液浸タンク内の流体が前記液浸タンクの内部へ均等に分配されて移動するようにする複数のホールを有する多孔パネルを含むことを特徴とする、請求項２に記載の筐体と統合された液浸冷却方式のバッテリーシステム。
【請求項７】
前記多孔パネルの下には、始端から終端に向かって傾斜を与えて移動する流量を均等に分配する流量制御装置を形成することにより、流体分配が行われるようにすることを特徴とする、請求項６に記載の筐体と統合された液浸冷却方式のバッテリーシステム。
【請求項８】
前記自由空間の底面に当接する油面の位置を、前記液浸タンクの上端蓋を開かずに外部から確認することができるように、前記液浸タンクの外側一面に形成される油面計を含むことを特徴とする、請求項１に記載の筐体と統合された液浸冷却方式のバッテリーシステム。
【請求項９】
前記液浸タンクの上端蓋に位置し、バッテリーセルの故障により排出されるガスと圧力を排出して前記液浸タンクと内部電気装置を保護することができるように一定圧力で開放する防爆ディスクを含むことを特徴とする、請求項８に記載の筐体と統合された液浸冷却方式のバッテリーシステム。
【請求項１０】
前記液浸タンクの周囲の適正位置に取り付けられ、前記液浸タンクを構造的に補強する複数の補強フレームと、
前記補強フレーム同士の間の空間を連結するパネルと、
前記液浸タンクを囲む筐体である外箱と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の筐体と統合された液浸冷却方式のバッテリーシステム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、液浸方式の熱管理システムとバッテリーとを一体化した独立型筐体に係り、より詳細には、液浸方式を適用したバッテリーシステムの欠点を補完して生産コストの削減、製作の簡便性、メンテナンスの容易さ、効率的な熱管理、及び高い火災安全性を備えた液浸方式と一体化したバッテリーシステムであって、外部環境条件を問わずにバッテリー運転が可能であり、液浸冷媒である流体の漏れによる周辺環境汚染の防止を考慮した、筐体と統合された液浸方式のバッテリーシステムに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
電気エネルギーは、様々な分野で使われているが、電気エネルギーを発生する化石エネルギー源の枯渇、温室効果ガスの排出削減政策、及び各種環境規制などにより、より環境に優しく、枯渇の心配がない無限の再生可能エネルギーを使用する政策が奨励されている。しかし、再生可能エネルギーの特性上、持続的で安定的なエネルギーの供給を保障することはできない。
【０００３】
エネルギー貯蔵装置（ＥＳＳ）は、再生可能エネルギーの間欠性を補完することができる利点を持っており、バッテリー技術の発展に伴い、最近になって急激に成長しており、このような傾向は持続すると見られる。
【０００４】
このような市場のニーズに合わせて、エネルギー貯蔵装置は、エネルギー密度、効率性、安全性、経済性を改善するために持続的な技術開発が行われている。エネルギー貯蔵装置には、様々なタイプのバッテリーのうち、高いエネルギー密度と経済性を理由に、電気化学式のバッテリーであるリチウムイオンバッテリーが最も多く使われている。しかし、エネルギー貯蔵装置は、比較的温度に敏感であって適正の温度範囲を超えて一定期間運転する場合、局所的な部分で過熱したり、バッテリー間の温度偏差が大きくなったりして性能と安全性を脅かすおそれがあり、適切な熱管理システム（ｔｈｅｒｍａｌｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ）が求められる。
【０００５】
エネルギー貯蔵装置のバッテリーは、充電と放電の過程で熱が発生するが、発生する熱が過剰である場合、バッテリーの劣化を加速化させるおそれがあり、バッテリーの劣化は、バッテリー内部構成物の損傷を引き起こし、これは、火災の直接的な原因になったりもする。よって、バッテリーの熱を効果的に制御することがバッテリーの寿命と安全性の面で非常に重要である。
【０００６】
バッテリーの熱を制御する方法には、空冷式、水冷式、液浸式などがある。空冷式は、空気を冷却媒体（ｃｏｏｌｉｎｇｍｅｄｉｕｍ）として用い、自然対流又は強制対流方式で循環させてバッテリーの熱を冷やす方式であって、最も簡単で経済的な方法であり、高出力を要求しない用途のバッテリー熱管理システムとして最も多く使用する方式であるが、循環する空気により粉塵及び湿気がバッテリーの内部に流入するおそれがあり、空気の低い比熱と密度で冷却性能が低いという欠点がある。
【０００７】
水冷式は、バッテリーの周辺へ冷却板を介して冷却水を循環させる間接冷却方式であって、水冷方式の冷却媒体としては、主に水とエチルグリコールとの混合物を使用し、冷媒の高い比熱と密度で冷却効率が高い方であるが、追加的な製作工程、高い製作難易度、伝導性冷媒の漏れによるショート発生の危険性、冷媒熱交換のための追加的な装置の必要などにより、空冷式に比べて複雑性及びコストが増加するという欠点がある。
【０００８】
液浸式は、熱源を冷媒としての流体に完全に又は部分浸漬（ｆｕｌｌｙｏｒｐａｒｔｉａｌｌｙｉｍｍｅｒｓｅｄ）させて熱源と冷媒流体との直接接触で冷却する方式である。液浸冷却に使用する流体は、絶縁特性を有し、熱的安全性の高いミネラル油、合成油、シリコーン油、生分解性植物油などが挙げられる。
【０００９】
液浸冷却方式は、大量の熱が発生するＩＴ機器を使用するデータセンターや暗号通貨採掘場などに十数年前から部分的に使い始めた。最近では、ＥＶ用バッテリー熱管理システムとして液浸方式を適用した事例が生じ始めた。特に、高性能の自動車や、高出力を要求する特殊車両に適用するバッテリーの場合、充放電時間の短縮と瞬間高起動のために高いＣレート（Ｃ－ｒａｔｅ）で放電し、これにより多くの熱が発生する。したがって、従来の水冷式熱管理システムでもバッテリーの発熱を制御することが困難であり、バッテリーモジュールを絶縁流体（ｄｉ－ｅｌｅｃｔｒｉｃｆｌｕｉｄ）で満たしてバッテリーの熱を直接制御する液浸方式を使用する試みがある。
【００１０】
冷媒流体として使用する絶縁性流体は、熱源との直接接触で放熱面積が広く、空気に比べて熱エネルギー吸収能力が１０００倍以上となり、冷却効率に優れるためバッテリーの温度を効果的に制御することができる。加熱された流体は、熱交換装置を介して冷却して再びバッテリーに戻して循環させることにより、冷却効果を最大化することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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