JP2010212099A - Battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、充電または放電に伴って発熱する電池ユニットを用いた電池システムに関する。 The present invention relates to a battery system using a battery unit that generates heat upon charging or discharging.
近年、電気設備に対する依存性が高まる中で、より安定した高品位の電力供給、および移動体に対する電力供給の需要が高まっている。安定した電力供給とは、停電対策や瞬低（瞬時電圧低下）などの電圧変動の回避である。また移動体として電気自動車がＣＯ２やＮＯｘを排出しないことから着目を浴びており、徐々に実用化が行われてきている。これらを解決する一つの手段として、大容量の電池システムがある。従来、施設規模の電力供給においては、電気は貯められないという概念が一般的であった。しかし電池システムの発達により、従来は考えられなかった容量の電気を溜めることができるようになってきている。 In recent years, demands for more stable and high-quality power supply and power supply for mobile objects are increasing as the dependence on electrical equipment increases. Stable power supply is a measure against power fluctuations and avoiding voltage fluctuations such as instantaneous voltage drop (instantaneous voltage drop). In addition, electric vehicles are attracting attention because they do not emit CO 2 or NOx as a moving body, and are gradually being put into practical use. One means for solving these problems is a large capacity battery system. Conventionally, in the facility-scale power supply, the concept that electricity cannot be stored has been common. However, with the development of battery systems, it has become possible to store electricity with a capacity that was previously unthinkable.
大容量電池（二次電池）のひとつとして、ナトリウム−硫黄電池（以下、「ＮａＳ電池」という。）があり、各種用途に対して導入が進んでいる。代表的な使用例としては施設にＮａＳ電池を設置し、安価な夜間電力を貯蔵して昼間のピーク時に放電し、負荷を平準化したり、瞬低対策や停電時の非常用電源として利用されている。また太陽光発電や風力発電などの発電機と連系することにより、発電量の不安定な自然エネルギーの安定化を図ることができる。またＮａＳ電池は小型で大容量であるため、電気自動車の電源として搭載されることも期待されている。 As one of large-capacity batteries (secondary batteries), there is a sodium-sulfur battery (hereinafter referred to as “NaS battery”), which is being introduced for various applications. Typical use cases include installing NaS batteries in the facility, storing cheap nighttime electricity, discharging it during peak hours in the daytime, leveling the load, and being used as an emergency power source for measures against momentary voltage drop and power outages. Yes. In addition, by connecting to a generator such as solar power generation or wind power generation, it is possible to stabilize natural energy whose power generation amount is unstable. In addition, since the NaS battery is small and has a large capacity, it is expected to be mounted as a power source for an electric vehicle.
また電気自動車の電源としては、リチウム系電池（リチウムイオン、リチウムポリマーなど）、ニッケル系電池（ニッケル水素、ニッケル−カドミウムなど）、鉛蓄電池などが検討されている。 As power sources for electric vehicles, lithium batteries (lithium ions, lithium polymers, etc.), nickel batteries (nickel metal hydride, nickel-cadmium, etc.), lead acid batteries, and the like are being studied.
例えば特許文献１（特開昭６０−０４４９７２号公報）には、ＮａＳ電池の基本的な構成と動作が開示されている。ＮａＳ電池は高温作動型電池であり、活物質が溶融する３００℃〜３５０℃で作動する。このため、通常は電池モジュールが断熱容器に収納され、電気ヒータ及び電池モジュールから発生する熱で保温する構造となっている。 For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 60-044972) discloses a basic configuration and operation of a NaS battery. The NaS battery is a high temperature operation type battery and operates at 300 ° C. to 350 ° C. at which the active material melts. For this reason, normally, the battery module is housed in a heat-insulating container, and is kept warm by heat generated from the electric heater and the battery module.
電池はいずれも化学反応を利用して電気を蓄放電するものであり、また、内部抵抗があるため、蓄放電に際して発熱を生じる。ＮａＳ電池においては電池モジュールから発生する熱も作動温度を維持するために利用されてはいるが、発熱が大きくなると断熱容器の外に放熱させ、内部温度が一定温度範囲内（３００℃〜３５０℃）になるように制御する必要がある。例えば特許文献２（特開平１０−０５５８２７号公報）には、制御機器を用いることなく電池温度に合わせて放熱を行う放熱装置が提案されている。 Each battery stores and discharges electricity using a chemical reaction, and also has internal resistance, and generates heat during storage and discharge. In the NaS battery, the heat generated from the battery module is also used to maintain the operating temperature. However, if the heat generation increases, the heat is dissipated outside the heat insulating container, and the internal temperature is within a certain temperature range (300 ° C to 350 ° C). It is necessary to control to become. For example, Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-055827) proposes a heat dissipating device that dissipates heat in accordance with the battery temperature without using a control device.
また例えばリチウムイオン電池では、過熱により化学反応が急激に促進されて発火したり、ガスが発生して破裂を招いたりするため、温度ヒューズやサーミスタを配置して安全対策を行っている。 Further, for example, in a lithium ion battery, a chemical reaction is rapidly accelerated due to overheating and fire is generated, or gas is generated and rupture occurs. Therefore, a safety measure is provided by arranging a temperature fuse or a thermistor.
上記のように、従来の電池システムにおいては、急激な放電を行うと急激な発熱と温度上昇が発生する。このため、高出力の放電に制約があるという課題を有している。特に今後普及が予測される電気自動車用などの輸送車両用のバッテリは、発進加速時に急激な放電が必要となるが、上記のように高出力が抑えられてしまうことから、パワー不足となってしまう。 As described above, in the conventional battery system, when rapid discharge is performed, rapid heat generation and temperature increase occur. For this reason, there is a problem that there is a restriction on high-output discharge. In particular, batteries for transport vehicles such as electric vehicles, which are expected to become widely used in the future, require a rapid discharge during acceleration of starting. End up.
また、特許文献２のように放熱により温度上昇を防止したとしても、断熱容器内部で発生した熱は、全量断熱容器から大気に放熱している。このため、エネルギーの有効利用という観点からも大きな課題を有している。 Moreover, even if the temperature rise is prevented by heat radiation as in Patent Document 2, the heat generated inside the heat insulation container is radiated from the heat insulation container to the atmosphere. For this reason, it has a big subject also from a viewpoint of effective use of energy.
そこで本発明は、高出力を可能とすると共に、蓄放電に伴う発熱を有効に利用しうる電池システムを提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a battery system that enables high output and can effectively use heat generated by storage and discharge.
上記課題を解決するために、本発明にかかる電池システムの代表的な構成は、電池モジュールを収容する電池ユニットと、電池ユニット内において電池モジュールと熱交換しうる液体の熱媒体と、熱媒体を電池ユニットに対して搬送する供給ポンプと、熱媒体の熱を回収する熱交換器と、を備えたことを特徴とする。熱媒体としては、例えば油などの有機熱媒を用いることができる。なお電池モジュールとは、１つの単電池、または複数の単電池を直列または並列に接続してモジュール化した構成部品である。 In order to solve the above problems, a typical configuration of a battery system according to the present invention includes a battery unit that houses a battery module, a liquid heat medium that can exchange heat with the battery module in the battery unit, and a heat medium. A supply pump for conveying the battery unit and a heat exchanger for recovering heat of the heat medium are provided. As the heat medium, for example, an organic heat medium such as oil can be used. The battery module is a component formed by modularizing one single battery or a plurality of single batteries in series or in parallel.
上記構成によれば、熱媒体によって電池ユニット内部の温度上昇を防止すると共に、外部回路として設けた熱交換器によって熱媒体から排熱を回収することができる。これにより、高出力を可能とすると共に、蓄放電に伴う発熱を有効に利用することができる。 According to the above configuration, it is possible to prevent the temperature inside the battery unit from rising due to the heat medium, and to recover the exhaust heat from the heat medium by the heat exchanger provided as an external circuit. Thereby, while being able to make a high output possible, the heat_generation | fever accompanying storage / discharge can be utilized effectively.
本発明にかかる電池システムの他の代表的な構成は、電池モジュールを収容する電池ユニットと、電池ユニット内において電池モジュールと熱交換しうる液体の熱媒体と、熱媒体を電池ユニットに対して搬送する供給ポンプと、電池ユニットから排出された熱媒体を貯留する蓄熱タンクと、蓄熱タンクから排出された熱媒体の熱を回収する熱交換器と、を備えたことを特徴とする。なお、供給ポンプは可変速であることが望ましい。 Another typical configuration of the battery system according to the present invention includes a battery unit that houses the battery module, a liquid heat medium that can exchange heat with the battery module in the battery unit, and the heat medium conveyed to the battery unit. And a heat storage tank for storing the heat medium discharged from the battery unit, and a heat exchanger for recovering the heat of the heat medium discharged from the heat storage tank. The supply pump is preferably variable speed.
上記構成によれば、過熱された熱媒体を蓄熱タンクに貯留することにより、排熱の再利用の利便性を向上させることができる。すなわち回収できる排熱の熱量がさほど大きくない場合は十分に想定されるが、排熱を利用する際に継続的に熱を必要とするとは限らない。そこで蓄熱タンクに熱媒体を貯留することにより、ひいては熱を貯留することとなり、任意のタイミングで排熱を回収することができる。なお、より有効に電池ユニットを冷却するために、熱交換器と電池ユニットの間にさらに放熱器を備えていてもよい。 According to the above configuration, the convenience of reusing exhaust heat can be improved by storing the overheated heat medium in the heat storage tank. That is, it is sufficiently assumed that the amount of exhaust heat that can be recovered is not so large, but it does not always require heat continuously when using exhaust heat. Therefore, by storing the heat medium in the heat storage tank, heat is eventually stored, and the exhaust heat can be recovered at an arbitrary timing. In order to cool the battery unit more effectively, a heat radiator may be further provided between the heat exchanger and the battery unit.
本発明にかかる電池システムの他の代表的な構成は、電池モジュールを収容する電池ユニットと、電池ユニット内において電池モジュールと熱交換しうる液体の熱媒体と、電池ユニットに供給する熱媒体を貯留する貯留タンクと、熱媒体を貯留タンクから電池ユニットに対して搬送する供給ポンプと、電池ユニットから排出された熱媒体を貯留する蓄熱タンクと、熱媒体を蓄熱タンクから貯留タンクに対して搬送する移送ポンプと、蓄熱タンクから排出された熱媒体の熱を回収する熱交換器と、を備えたことを特徴とする。 Another typical configuration of the battery system according to the present invention includes a battery unit that houses the battery module, a liquid heat medium that can exchange heat with the battery module in the battery unit, and a heat medium that is supplied to the battery unit. Storage tank, a supply pump that conveys the heat medium from the storage tank to the battery unit, a heat storage tank that stores the heat medium discharged from the battery unit, and a heat medium that is conveyed from the heat storage tank to the storage tank A transfer pump and a heat exchanger that recovers the heat of the heat medium discharged from the heat storage tank are provided.
上記構成によれば、熱媒体は蓄熱タンクと貯留タンクにそれぞれ貯留される。そして蓄熱タンクには高温の熱媒体を貯留することによって熱が貯留されるが、貯留タンクには排熱が回収されて低温になった熱媒体が貯留される。これにより排熱回収のための熱媒体の搬送と、電池ユニットの冷却のための熱媒体の搬送とを、独立して行うことが可能となる。したがって任意のタイミングで所望の熱搬送を行うことができ、制御性を向上させることができる。 According to the above configuration, the heat medium is stored in the heat storage tank and the storage tank, respectively. Heat is stored in the heat storage tank by storing a high-temperature heat medium, but the storage medium stores the heat medium that has become low temperature by recovering exhaust heat. Thereby, conveyance of the heat medium for exhaust heat recovery and conveyance of the heat medium for cooling the battery unit can be performed independently. Therefore, desired heat transfer can be performed at an arbitrary timing, and controllability can be improved.
なお、貯留タンクまたは蓄熱タンクには、熱媒体を冷却する放熱器を備えていることが好ましい。これにより、排熱回収を行わない場合や、回収する熱量よりも電池ユニットからの発熱が多い場合であっても、強制冷却をすることにより、電池ユニットの冷却能力を確保することができる。 The storage tank or the heat storage tank is preferably provided with a radiator that cools the heat medium. Thereby, even when exhaust heat recovery is not performed or when heat is generated from the battery unit more than the amount of heat to be recovered, the cooling capacity of the battery unit can be ensured by forced cooling.
また貯留タンクには、熱媒体を加熱するヒータを備えていることが好ましい。これにより、熱媒体が排熱回収によって低温になりすぎた場合であっても、電池ユニットを動作温度に調整することができる。 The storage tank is preferably provided with a heater for heating the heat medium. Thereby, even if it is a case where a heat medium becomes too low temperature by exhaust heat recovery, a battery unit can be adjusted to operating temperature.
本発明にかかる電池システムの代表的な構成は、電池モジュールを収容する電池ユニットと、電池ユニット内において電池モジュールと熱交換しうる液体の熱媒体と、熱媒体を電池ユニットに対して搬送する供給ポンプと、熱媒体の熱を回収する熱交換器と、熱媒体を冷却する放熱器と、熱交換器と放熱器とを並列に接続する媒体経路と、熱交換器と放熱器に流れる熱媒体の流量の配分を調整する流量調整弁とを備えていることを特徴とする。 A typical configuration of a battery system according to the present invention includes a battery unit that houses a battery module, a liquid heat medium that can exchange heat with the battery module in the battery unit, and a supply that conveys the heat medium to the battery unit. A pump, a heat exchanger that recovers heat of the heat medium, a radiator that cools the heat medium, a medium path that connects the heat exchanger and the heat radiator in parallel, and a heat medium that flows through the heat exchanger and the heat radiator And a flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate distribution.
上記構成によれば、熱媒体の経路を２つに分岐させ、排熱回収のためには熱交換器に流通させ、単に冷却する場合には放熱器に流通させることができる。これにより熱媒体の冷却を確保しつつ、所望の熱量を回収することが可能となる。またタンクを設けないことから、設置スペースの限られる移動体への搭載に適している。 According to the said structure, the path | route of a heat medium can be branched into two, it can distribute | circulate to a heat exchanger for exhaust heat recovery, and can distribute | circulate to a heat radiator when only cooling. This makes it possible to recover a desired amount of heat while ensuring cooling of the heat medium. In addition, since a tank is not provided, it is suitable for mounting on a moving body having a limited installation space.
本発明にかかる電池システムの代表的な構成は、電池モジュールを収容する電池ユニットと、電池ユニット内において電池モジュールと熱交換しうる液体の熱媒体と、熱媒体を電池ユニットに対して搬送する供給ポンプと、熱媒体の熱を回収する熱交換器と、熱媒体を冷却する放熱器と、熱交換器と放熱器とを直列に接続する媒体経路と、熱交換器と放熱器それぞれに設けられた放熱量調整部とを備えていることを特徴とする。 A typical configuration of a battery system according to the present invention includes a battery unit that houses a battery module, a liquid heat medium that can exchange heat with the battery module in the battery unit, and a supply that conveys the heat medium to the battery unit. A pump, a heat exchanger that recovers the heat of the heat medium, a radiator that cools the heat medium, a medium path that connects the heat exchanger and the heat radiator in series, and a heat exchanger and a heat radiator. And a heat radiation amount adjusting unit.
上記構成によれば、熱交換器と放熱器に放熱量調整部を備えることにより、電池ユニットと熱交換器と放熱器を直列に接続することができる。なお、熱交換機と放熱器の直列する順序はどちらでも可能である。単純化して説明すれば、熱媒体から出すべき排熱のうち、一部を熱交換器で回収し、残りを放熱器で放熱する。このときそれぞれに放熱量調整部を設けることにより、回収熱量と放熱量を調整することができる。なお放熱量調整部は、空冷の場合にはファンの回転数を可変にすることによって実現することができ、水冷の場合にはポンプの流量を可変にすることによって実現することができる。 According to the said structure, a battery unit, a heat exchanger, and a heat radiator can be connected in series by providing the heat exchanger and the heat radiator with the thermal radiation amount adjustment part. It should be noted that either the heat exchanger and the heatsink can be arranged in series. If it demonstrates simply, a part of exhaust heat which should be taken out from a heat medium will be collect | recovered with a heat exchanger, and the rest will be thermally radiated with a heat radiator. At this time, the amount of recovered heat and the amount of heat radiation can be adjusted by providing a heat radiation amount adjustment unit for each. Note that the heat radiation amount adjusting unit can be realized by changing the number of rotations of the fan in the case of air cooling, and can be realized by changing the flow rate of the pump in the case of water cooling.
上記の電池ユニットは、ナトリウム−硫黄電池（ＮａＳ電池）であってもよい。ＮａＳ電池は充電時も放電時も発熱を生じるため、冷却することによって出力の増加を図ることができ、また排熱を回収することによって電池効率（電池の入力電力と出力電力の比）を向上させることが可能となる。 The battery unit may be a sodium-sulfur battery (NaS battery). NaS batteries generate heat during both charging and discharging, so cooling can increase output, and exhaust heat is recovered to improve battery efficiency (ratio of battery input power to output power). It becomes possible to make it.
また上記の電池ユニットは、電気自動車の車載用電池であってもよい。エネルギー源の限られる電気自動車に本発明を適用することにより、回収した排熱を暖房の熱源とすることができる。これにより、寒冷地に対する電気自動車の普及を促進することができる。 The battery unit may be an in-vehicle battery for an electric vehicle. By applying the present invention to an electric vehicle having a limited energy source, the recovered exhaust heat can be used as a heat source for heating. Thereby, the spread of the electric vehicle with respect to a cold region can be promoted.
本発明によれば、電池システムの高出力を可能とすると共に、蓄放電に伴う発熱を有効に利用することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while making high output of a battery system possible, the heat_generation | fever accompanying storage / discharge can be utilized effectively.
［第１実施形態］
本発明にかかる電池システムの第１実施形態について説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
[First Embodiment]
1st Embodiment of the battery system concerning this invention is described. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.
図１は第１実施形態にかかる電池システム１００を説明する図、図２は電池ユニット１２０を説明する図である。図１に示す電池システム１００は、本実施形態においてはＮａＳ電池である。図１に示すように、電池システム１００は、電池モジュール１２２を収容する電池ユニット１２０と、液体の熱媒体１３０と、供給ポンプ１４０と、熱媒体１３０の熱を回収する熱交換器１５０とを備えている。電池ユニット１２０、供給ポンプ１４０、および熱交換器１５０は、熱媒体１３０を流通させる媒体経路１３２によって接続されている。また供給ポンプ１４０には、電池ユニット１２０の温度を監視して供給ポンプ１４０を制御する制御部１６０が接続されている。
FIG. 1 is a diagram illustrating a
電池ユニット１２０は、図２に示すように、内部に１または複数の電池モジュール１２２を収納している。電池モジュール１２２は、単数または複数のＮａＳ単電池１２４（電池セル）を内包した構成部品（アセンブリ）である。電池モジュール１２２内に単電池１２４が複数ある場合は、単電池１２４は直列および並列に接続され、所定の電圧となるように設定されている。また電池ユニット１２０には、電池モジュール１２２を動作温度まで上昇させるヒータ１２８が備えられている。
As shown in FIG. 2, the
本実施形態においては電池モジュール１２２は伝熱性のよいものを用いており、複数の電池モジュール１２２の全体を電池ユニット１２０のケーシング１２１によって封止している。ケーシング１２１は、断熱構造１２１ａを備えていることが好ましい。そして、電池ユニット１２０の内部であって電池モジュール１２２の周囲の空間に、熱媒体１３０が循環するように構成されている。これにより電池モジュール１２２で発生した熱は、熱媒体１３０に伝達される。
In the present embodiment, the
電池モジュール１２２の内部において単電池１２４の周囲には充填砂１２６が封入されており、異常発熱の際に火災に発展しないように配慮されている。ただし、熱媒体１３０に不燃性の液体を用いることにより、充填砂１２６の封入を省略し、または削減して、電池モジュール１２２の内部にも熱媒体１３０が循環するように構成してもよい。
Inside the
熱媒体１３０は、電池ユニット１２０内において電池モジュール１２２と熱交換する。熱媒体１３０はＮａＳ電池の動作温度で発火しない液体であればよい。熱媒体１３０には熱媒体油やシリコン油を好適に用いることができ、例えばバーレルサーム（松村石油株式会社）、ダウサム（ザ ダウ ケミカル コンパニ−）などの高分子材料を用いることができる。
The
供給ポンプ１４０は、媒体経路１３２に流れる熱媒体１３０を電池ユニット１２０に対して搬送する。供給ポンプ１４０が熱媒体１３０を送り出す流量が増加するほど、熱媒体１３０によって電池モジュール１２２が冷却される。
The
熱交換器１５０は、熱媒体１３０と外部の空気または他の冷媒との間で熱交換を行う。具体例としては、フィンを備えた熱コイルに熱媒体１３０を流通させることにより、空気と熱交換を行うことができる。さらにファンによって通風量を調節することにより、熱交換の程度を調節することができる。暖まった空気は、暖房や加熱、乾燥、給湯の熱源として利用することができる。
The
制御部１６０は、供給ポンプ１４０、ヒータ１２８、熱交換器１５０に接続され、また電池ユニット１２０の温度を監視している。まず制御部１６０は、電池ユニット１２０の温度を監視してヒータ１２８を動作させ、電池モジュール１２２を動作温度になるまで加熱する。また制御部１６０は、電池ユニット１２０の温度を監視して、供給ポンプ１４０による熱媒体１３０の搬送量を制御する（例：温度が高い場合には搬送量を増加させる）。また供給ポンプ１４０の搬送量を増加させても電池ユニット１２０の温度が下がらない場合には、熱交換器１５０のファンの回転数を増加させて、熱交換器１５０における熱交換を促進させることもできる。
The
なお、熱交換器１５０からの放熱を熱源として積極的に利用する場合、電池モジュール１２２からの発熱量を熱交換器１５０の要求量が上回ってしまう場合がある。原則としては余剰分を放熱することが想定されているが、熱交換器１５０において要求量に応じて放熱し、温度が低下した熱媒体１３０はヒータ１２８を動作させて加熱してもよい。
In addition, when the heat radiation from the
上記構成によれば、熱媒体１３０によって電池ユニット１２０内部の温度上昇を防止すると共に、外部回路として設けた熱交換器１５０によって熱媒体１３０から排熱を回収することができる。これにより、高出力を可能とすると共に、電池モジュール１２２における蓄放電に伴う発熱を有効に利用することができる。
According to the above configuration, the
特にＮａＳ電池は、充電時も放電時も発熱を生じるため、冷却することによって出力の増加を図ることができる。例えば、従来は定格出力の１．２倍程度に制限されていた放電倍率を、１．５倍以上に増加することが可能となる。このように電池利用の制約条件が緩和されることにより、急速な蓄放電が可能となることから、自然エネルギー併用など不安定な出力変動への適応性が向上する。また、急激な放電が必要とされる電気自動車への適用もさらに有利となる。また、排熱を回収することによって、従来は９０％弱であった電池効率（電池の入力電力と出力電力の比）を、さらに数％ほど向上させることが可能となる。 In particular, the NaS battery generates heat during charging and discharging, and thus the output can be increased by cooling. For example, it is possible to increase the discharge magnification, which is conventionally limited to about 1.2 times the rated output, to 1.5 times or more. Thus, by relaxing the restrictions on battery use, rapid storage and discharge are possible, so that adaptability to unstable output fluctuations such as combined use with natural energy is improved. Moreover, application to an electric vehicle that requires rapid discharge is further advantageous. Further, by recovering the exhaust heat, the battery efficiency (ratio of the input power to the output power of the battery), which was conventionally less than 90%, can be further improved by several percent.
［第２実施形態］
本発明にかかる電池システムの第２実施形態について説明する。図３は第２実施形態にかかる電池システムを説明する図であって、上記第１実施形態と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
2nd Embodiment of the battery system concerning this invention is described. FIG. 3 is a diagram for explaining the battery system according to the second embodiment. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
上記第１実施形態は、電池ユニット１２０から排出された熱媒体１３０は、媒体経路１３２を滞りなく搬送されて循環する構成であった。それに対し本実施形態は、熱交換器１５０の上流側に蓄熱タンク２１０を設けた例である。
In the first embodiment, the
図３（ａ）に示す電池システム１０２は、上記第１実施形態に示した電池システム１００に加えて、蓄熱タンク２１０と放熱器１７０とをさらに備えている。
The
蓄熱タンク２１０は、電池ユニット１２０と熱交換器１５０の間の経路に配置されており、電池ユニット１２０から排出された熱媒体１３０を貯留する。したがって熱交換器１５０は、蓄熱タンク２１０から排出された熱媒体１３０の熱を外部と熱交換する。この熱媒体１３０は、電池モジュール１２２から生じる発熱によって高温になっている。したがって蓄熱タンク２１０には高温の熱媒体１３０が蓄積されるということは、すなわち熱が蓄積されることを意味する。
The
上記構成によれば、過熱した熱媒体１３０を蓄熱タンク２１０に貯留することにより、排熱の再利用の利便性を向上させることができる。すなわち回収できる排熱の熱量がさほど大きくない場合は十分に想定されるが、一方、排熱を利用する際に継続的に熱を必要とするとは限らない。そこで蓄熱タンク２１０に熱媒体１３０を貯留することにより、ひいては熱を貯留することとなり、熱容量を増大させて任意のタイミングで排熱を回収することができる。
According to the above configuration, the convenience of reusing exhaust heat can be improved by storing the
放熱器１７０は、熱交換器１５０と同様に外部の空気等と熱交換を行う。熱交換器１５０との違いは、排熱を利用するか放出するかの違いである。放熱器１７０は、熱交換器１５０において所望の熱量を回収した後に、まだ熱媒体１３０の温度が高い場合に積極的に動作させて、熱媒体１３０を冷却する。このように第２の放熱手段を設けたことにより、熱交換器１５０において必ずしも放熱（熱回収）する必要がなくなり、熱源としての自由度を向上させることができる。
Similarly to the
図３（ｂ）に示す電池システム１０４は、熱交換器１５０を蓄熱タンク２１０と電池ユニット１２０の媒体経路１３２上に設けず、別途に蓄熱タンク２１０に対して循環する第２媒体経路１３４上に設けた例である。
In the
図３（ｂ）に示すように、媒体経路１３２上には、電池システム１０２、蓄熱タンク２１０、放熱器１７０、供給ポンプ１４０が配置されている。これにより媒体経路１３２によって電池ユニット１２０に熱媒体１３０を循環させる第１媒体経路が形成され、電池モジュール１２２において生じた発熱は、必要に応じて放熱器１７０で冷却し、電池効率を向上させる機能を有している。
As shown in FIG. 3B, the
また蓄熱タンク２１０には、移送ポンプ１４２、熱交換器１５０を通って蓄熱タンク２１０に熱媒体１３０を循環させる第２媒体経路１３４が形成されている。また移送ポンプ１４２および熱交換器１５０には、これらの動作を制御する回収制御部１６２が接続されている。
The
回収制御部１６２は、熱交換器１５０における熱交換に対する外部からの要求量（例えば暖房の温度設定）に対し、移送ポンプ１４２による熱媒体１３０の搬送量と、熱交換器１５０におけるファンの回転数を制御する。例えば、蓄熱タンク２１０に蓄積されている熱媒体１３０の温度が低い場合には移送ポンプ１４２の搬送量を増加させ、外気温と設定温度の差が大きいときにはファンの回転数を増加させることができる。
The
上記構成によれば、電池モジュール１２２を冷却するための制御と、熱交換器１５０による排熱回収の制御が独立している。これは、蓄熱タンク２１０に大量の熱媒体１３０が貯留していることにより、蓄熱タンク２１０を間接的な熱源と見なすことができ、別系統の熱媒体１３０の循環で熱回収が可能となるものである。そしてこの構成によっても、温度が低下した熱媒体によって電池モジュール１２２を冷却することができると共に、電池モジュール１２２から生じた発熱を回収して有効利用することができる。
According to the above configuration, the control for cooling the
［第３実施形態］
本発明にかかる電池システムの第３実施形態について説明する。図４は第３実施形態にかかる電池システムを説明する図であって、上記第１または第２実施形態と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
[Third Embodiment]
3rd Embodiment of the battery system concerning this invention is described. FIG. 4 is a diagram for explaining the battery system according to the third embodiment. The same reference numerals are given to the same parts as those in the first or second embodiment, and the explanation is omitted.
上記第２実施形態においては、媒体経路１３２上に熱媒体１３０を貯留させるタンクを一つ設けた例について説明した。第３実施形態は、さらにもう一つのタンクを設けた例である。
In the second embodiment, the example in which one tank for storing the
図４に示す電池システム１０６は、媒体経路１３２上に、蓄熱タンク２１０、移送ポンプ１４２、熱交換器１５０、貯留タンク２２０、供給ポンプ１４０を備えている。また蓄熱タンク２１０には放熱器２１２が別系統として接続され、貯留タンク２２０には放熱器１７０が別系統として接続されている。
The
貯留タンク２２０は、蓄熱タンク２１０と同様に、媒体経路１３２を流れる熱媒体１３０を貯留する。貯留タンク２２０は熱交換器１５０と電池ユニット１２０の間に配置されており、供給ポンプ１４０は熱媒体１３０を貯留タンク２２０から電池ユニット１２０へと搬送する。すなわち、電池ユニット１２０に搬送される熱媒体１３０は、貯留タンク２２０に貯留された熱媒体１３０の温度となる。
The
移送ポンプ１４２は、熱交換器１５０と同様に、蓄熱タンク２１０と貯留タンク２２０の間に配置されている。移送ポンプ１４２が動作することにより、蓄熱タンク２１０内の熱媒体１３０を、熱交換器１５０を通過させて、貯留タンク２２０へと搬送することができる。すなわち、熱交換器１５０で外部と熱交換する熱媒体１３０は、蓄熱タンク２１０に貯留された熱媒体１３０の温度となる。
Similarly to the
ここで蓄熱タンク２１０と貯留タンク２２０は、その容量が可変である。具体例としては、蓄熱タンク２１０および貯留タンク２２０に対する媒体経路１３２の接続口は下部にあり、これらのタンクの上部に不活性ガスを封入することで、容量を可変にすることができる。これにより、供給ポンプ１４０と移送ポンプ１４２はある程度の範囲内（蓄熱タンク２１０および貯留タンク２２０の容量の範囲内）で独立して動作することができる。
Here, the capacities of the
なお、図において制御部１６０は、図面が煩雑になるために電気的接続を示す破線を描いていないが、上記各実施形態で説明したように制御の必要なポンプやファン、ヒータなどには適宜接続されているものとする。
In the drawing, the
上記構成によれば、制御部１６０は、蓄放電による発熱によって電池ユニット１２０の温度が上昇すると、供給ポンプ１４０の流量を増やして、貯留タンク２２０に貯留されている熱媒体１３０によって電池ユニット１２０を冷却する。これにより電池ユニット１２０の電池効率を向上させることができると共に、高温になった熱媒体１３０が蓄熱タンク２１０に貯留される。
According to the above configuration, the
そして制御部１６０は、熱交換器１５０における熱交換に対する外部からの要求量に対し、移送ポンプ１４２による熱媒体１３０の搬送量と、熱交換器１５０におけるファンの回転数を制御する。これにより、暖房として排熱を有益に回収すると共に、低温になった熱媒体１３０が貯留タンク２２０に貯留される。
Then, the
すなわち、蓄熱タンク２１０には高温の熱媒体１３０を貯留することによって熱が貯留されるが、貯留タンク２２０には排熱が回収されて低温になった熱媒体１３０が貯留される。このように、排熱回収のための熱媒体１３０の搬送と、電池ユニット１２０の冷却のための熱媒体１３０の搬送とを、独立して行うことが可能となる。したがって任意のタイミングで所望の熱搬送を行うことができ、制御性を向上させることができる。
In other words, heat is stored in the
なお、貯留タンク２２０および蓄熱タンク２１０に、熱媒体１３０を冷却する放熱器１７０、２１２を備えていることにより、排熱回収を行わない場合や、回収する熱量よりも電池ユニットからの発熱が多い場合であっても、強制冷却をすることができる。これにより、熱媒体１３０による電池ユニット１２０の冷却能力を確保することができる。
The
また熱媒体１３０が排熱回収によって低温になりすぎた場合には、貯留タンク２２０に備えたヒータ１２８によって熱媒体１３０を過熱することにより、電池ユニット１２０の動作温度を確保することができる。
Further, when the
［第４実施形態］
本発明にかかる電池システムの第４実施形態について説明する。図５は第４実施形態にかかる電池システムを説明する図であって、上記各実施形態と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
4th Embodiment of the battery system concerning this invention is described. FIG. 5 is a diagram for explaining the battery system according to the fourth embodiment. The same parts as those in the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
上記各実施形態において電池システム１００〜１０６は、施設に設置されたＮａＳ電池であるとして説明した。本実施形態にかかる電池システム１０８、１１０は、電気自動車１１２に搭載された車載用電池である。
In each of the above embodiments, the
図５（ａ）に示す電池システム１０８は、電池ユニット１２０と、熱交換器１５０と、放熱器１７０と、供給ポンプ１４０、および流量調整弁１８０を備えている。
The
供給ポンプ１４０は電池ユニット１２０に接続された媒体経路１３６ａ上にあり、電池ユニット１２０に対して熱媒体１３０を搬送する。ここで媒体経路１３６ａは媒体経路１３６ｂ、１３６ｃに分岐しており、熱交換器１５０と放熱器１７０とを並列に接続している。媒体経路１３６ｂ、１３６ｃは、電池ユニット１２０に対して供給ポンプ１４０より上流側で合流している。
The
流量調整弁１８０は媒体経路１３６ｂ、１３６ｃの一方に配置されており、供給ポンプ１４０によって搬送される熱媒体１３０の流量の配分を調節する。なお図５（ａ）では熱交換器１５０に接続される媒体経路１３６ｂ上に流量調整弁１８０を配置して例示しているが、媒体経路１３６ｃ上に配置してもよい。
The flow
制御部１６０は、電池ユニット１２０の温度に応じて、これを適温に冷却しうるように供給ポンプ１４０の流量を調節する。そして熱交換器１５０における熱交換に対する外部からの要求量に対し、必要な熱量の分の熱媒体１３０が熱交換器１５０に流れるように流量調整弁１８０の開度を調節する。すなわち、熱媒体１３０の経路を２つに分岐させ、排熱回収のためには熱交換器１５０に流通させ、単に冷却する場合には放熱器１７０に流通させる。
The
図５（ｂ）に示す電池システム１１０は、電池ユニット１２０と、熱交換器１５０と、放熱器１７０と、供給ポンプ１４０を備えている。図５（ａ）に示した電池システム１０８と比較すると、熱交換器１５０と放熱器１７０が媒体経路１３６上に直列に配置されており、流量調整弁１８０を備えていない。
A
電池システム１１０の構成によれば、制御部１６０は、電池ユニット１２０の温度に応じて、これを適温に冷却しうるように供給ポンプ１４０の流量を調節する。そして熱交換器１５０における熱交換に対する外部からの要求量に対し、必要分の熱量が熱交換器１５０から放熱されるように、熱交換器１５０の放熱量調整部であるファン１５０ａの回転数を制御する。またこれに対応して放熱器１７０の放熱量調整部であるファン１７０ａの回転数を制御して、最終的に熱媒体１３０の温度を調節する。
According to the configuration of the
このように、熱交換器１５０と放熱器１７０の放熱量を調節することにより、媒体経路１３６を分岐させることなく排熱の一部を熱源として回収することができる。したがって配管を設置するスペースが削減できることから装置全体を小型化することができ、搭載スペースが極めて限られた電気自動車１１２においても、好適に本発明を適用することができる。
As described above, by adjusting the heat radiation amounts of the
上記構成によれば、熱媒体１３０の冷却を確保しつつ、所望の熱量を回収することが可能となる。またタンクを設けないことから、設置スペースの限られる電気自動車などの移動体への搭載に好適である。
According to the above configuration, it is possible to recover a desired amount of heat while ensuring cooling of the
なお電気自動車に搭載する場合においては、ＮａＳ電池に限らず、リチウムイオン電池などの他の電池を用いることもできる。リチウムイオン電池等においても発進や加速により急激な放電を行うと急激な発熱と温度上昇が発生するため、冷却によって高出力が可能となり、また排熱を有益に回収することが可能となる。 In addition, when mounting in an electric vehicle, not only a NaS battery but other batteries, such as a lithium ion battery, can also be used. Even in a lithium ion battery or the like, if rapid discharge is performed by starting or accelerating, rapid heat generation and temperature increase occur, so that high output can be achieved by cooling and exhaust heat can be recovered beneficially.
また上記のように電気自動車に本発明を適用することにより、エネルギー源の限られる電気自動車において、回収した排熱を暖房の熱源とすることができる。これにより、寒冷地に対する電気自動車の普及を促進することができる。 In addition, by applying the present invention to an electric vehicle as described above, the recovered exhaust heat can be used as a heating heat source in an electric vehicle with a limited energy source. Thereby, the spread of the electric vehicle with respect to a cold region can be promoted.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.
本発明は、充電または放電に伴って発熱する電池ユニットを用いた電池システムとして利用することができる。 The present invention can be used as a battery system using a battery unit that generates heat upon charging or discharging.
１００、１０２、１０４、１０６、１０８、１１０ …電池システム
１１２ …電気自動車
１２０ …電池ユニット
１２１ …ケーシング
１２１ａ …断熱構造
１２２ …電池モジュール
１２４ …単電池
１２６ …充填砂
１２８ …ヒータ
１３０ …熱媒体
１３２、１３４、１３６ …媒体経路
１４０ …供給ポンプ
１４２ …移送ポンプ
１５０ …熱交換器
１６０ …制御部
１６２ …回収制御部
１７０、２１２ …放熱器
１８０ …流量調整弁
２１０ …蓄熱タンク
２２０ …貯留タンク
100, 102, 104, 106, 108, 110 ...
Claims (11)
前記電池ユニット内において前記電池モジュールと熱交換しうる液体の熱媒体と、
前記熱媒体を前記電池ユニットに対して搬送する供給ポンプと、
前記熱媒体の熱を回収する熱交換器と、を備えたことを特徴とする電池システム。 A battery unit that houses the battery module;
A liquid heat medium capable of exchanging heat with the battery module in the battery unit;
A supply pump for conveying the heat medium to the battery unit;
And a heat exchanger for recovering heat of the heat medium.
前記電池ユニット内において前記電池モジュールと熱交換しうる液体の熱媒体と、
前記熱媒体を前記電池ユニットに対して搬送する供給ポンプと、
前記電池ユニットから排出された前記熱媒体を貯留する蓄熱タンクと、
前記蓄熱タンクから排出された前記熱媒体の熱を回収する熱交換器と、
前記熱媒体を冷却する放熱器と、
を備えたことを特徴とする電池システム。 A battery unit that houses the battery module;
A liquid heat medium capable of exchanging heat with the battery module in the battery unit;
A supply pump for conveying the heat medium to the battery unit;
A heat storage tank for storing the heat medium discharged from the battery unit;
A heat exchanger for recovering heat of the heat medium discharged from the heat storage tank;
A radiator for cooling the heat medium;
A battery system comprising:
前記熱交換器は、前記蓄熱タンクに前記熱媒体を循環させる第２媒体経路上に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の電池システム。 The heat storage tank and the radiator are connected to a first medium path for circulating a heat medium to the battery unit,
The battery system according to claim 2, wherein the heat exchanger is connected to a second medium path that circulates the heat medium in the heat storage tank.
前記電池ユニット内において前記電池モジュールと熱交換しうる液体の熱媒体と、
前記電池ユニットに供給する前記熱媒体を貯留する貯留タンクと、
前記熱媒体を前記貯留タンクから前記電池ユニットに対して搬送する供給ポンプと、
前記電池ユニットから排出された前記熱媒体を貯留する蓄熱タンクと、
前記熱媒体を前記蓄熱タンクから前記貯留タンクに対して搬送する移送ポンプと、
前記蓄熱タンクから排出された前記熱媒体の熱を回収する熱交換器と、を備えたことを特徴とする電池システム。 A battery unit that houses the battery module;
A liquid heat medium capable of exchanging heat with the battery module in the battery unit;
A storage tank for storing the heat medium supplied to the battery unit;
A supply pump for conveying the heat medium from the storage tank to the battery unit;
A heat storage tank for storing the heat medium discharged from the battery unit;
A transfer pump for conveying the heat medium from the heat storage tank to the storage tank;
And a heat exchanger for recovering heat of the heat medium discharged from the heat storage tank.
前記電池ユニット内において前記電池モジュールと熱交換しうる液体の熱媒体と、
前記熱媒体を前記電池ユニットに対して搬送する供給ポンプと、
前記熱媒体の熱を回収する熱交換器と、
前記熱媒体を冷却する放熱器と、
前記熱交換器と前記放熱器とを並列に接続する媒体経路と、
前記熱交換器と前記放熱器に流れる熱媒体の流量の配分を調整する流量調整弁とを備えていることを特徴とする電池システム。 A battery unit that houses the battery module;
A liquid heat medium capable of exchanging heat with the battery module in the battery unit;
A supply pump for conveying the heat medium to the battery unit;
A heat exchanger for recovering heat of the heat medium;
A radiator for cooling the heat medium;
A medium path connecting the heat exchanger and the radiator in parallel;
A battery system comprising: the heat exchanger; and a flow rate adjusting valve that adjusts distribution of a flow rate of the heat medium flowing through the radiator.
前記電池ユニット内において前記電池モジュールと熱交換しうる液体の熱媒体と、
前記熱媒体を前記電池ユニットに対して搬送する供給ポンプと、
前記熱媒体の熱を回収する熱交換器と、
前記熱媒体を冷却する放熱器と、
前記熱交換器と前記放熱器とを直列に接続する媒体経路と、
前記熱交換器と前記放熱器それぞれに設けられた放熱量調整部とを備えていることを特徴とする電池システム。 A battery unit that houses the battery module;
A liquid heat medium capable of exchanging heat with the battery module in the battery unit;
A supply pump for conveying the heat medium to the battery unit;
A heat exchanger for recovering heat of the heat medium;
A radiator for cooling the heat medium;
A medium path connecting the heat exchanger and the radiator in series;
A battery system comprising: the heat exchanger and a heat radiation amount adjusting unit provided in each of the heat radiators.
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