JP2013098081A - 電池温度調節システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の二次電池それぞれに対する温度調節能力のばらつきを抑制すること。
【解決手段】電池温度調節システム１０を、ブロア２０と、第１〜第３供給路２１，２２，２３と、第１〜第３熱交換器３１，３２，３３と、第１〜第３循環流路４１，４２，４３と、第１〜第３温度調節機５１，５２，５３とから構成した。そして、第１〜第３供給路２１，２２，２３を流れる空気の流量に応じて、第１〜第３温度調節機５１，５２，５３の冷却能力を制御するようにし、第１〜第３供給路２１，２２，２３の空気の温度を、第１〜第３供給路２１，２２，２３での空気の流量に応じた温度に調節するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池温度調節システムに関する。

この種のものとして、例えば特許文献１のものが挙げられる。特許文献１の温度制御モジュールはバッテリの温度を制御するものである。バッテリは複数のバッテリユニットからなるとともに、各バッテリユニットは、ケーシングによって区画されたコンパートメント内に設置されている。また、温度制御モジュールのケーシングには熱電セルが設けられるとともに、熱電セルには、熱電セルを流れる電流の向きによって吸熱と放熱との相反する作用をする第１の面及び第２の面が形成されている。熱電セルは、第１の面がコンパートメントの内部を流れる流体と接触し得るようにケーシングに設置されている。

ケーシング内には流体を移送するための移送装置が収容されている。この移送装置によって、流体がコンパートメント内において拡散される。そして、この流体によって、バッテリの温度が所望の範囲内に維持される。

特開２００９−３０２０５４号公報

特許文献１の温度制御モジュールにおいては、複数のバッテリユニットそれぞれと熱交換する流体の流量にばらつきが生じてしまい、各バッテリユニットに対する温度調節能力にばらつきが生じてしまうという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の二次電池それぞれに対する温度調節能力のばらつきを抑制することができる電池温度調節システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数の二次電池に熱媒体を供給する熱媒体供給源と、前記熱媒体供給源からの前記熱媒体を各二次電池それぞれに供給するため各二次電池に接続された複数の供給路と、各供給路の熱媒体の温度を、各供給路での前記熱媒体の流量に応じた温度に調節する温度調節機構と、を備えたことを要旨とする。

この発明によれば、熱媒体供給源から供給された各供給路を流れる熱媒体の流量にばらつきが生じていたとしても、温度調節機構によって、各供給路の熱媒体の温度を、各供給路での熱媒体の流量に応じた温度に調節することで、各供給路の熱媒体間での温度調節能力（熱量）のばらつきを抑えることができる。その結果として、各二次電池に対する温度調節能力のばらつきを抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記温度調節機構は各供給路に一つずつ設けられていることを要旨とする。
この発明によれば、各供給路の熱媒体の温度を、各供給路に設けられた各温度調節機構によって、各供給路での熱媒体の流量に応じた温度に個別に調節することができる。よって、各供給路の熱媒体の温度を、一つの温度調節機構によって、各供給路での熱媒体の流量に応じた温度に調節する場合に比べると、各供給路の熱媒体の温度調節をし易くすることができる。

この発明によれば、複数の二次電池それぞれに対する温度調節能力のばらつきを抑制することができる。

実施形態における電池温度調節システムを示す模式図。 別の実施形態における電池温度調節システムを示す模式図。 別の実施形態における電池温度調節システムを示す模式図。 （ａ）は別の実施形態における温度調節機構を示す斜視図、（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１にしたがって説明する。なお、電池温度調節機構は、車両としてのハイブリッド車に搭載されるとともに、走行モータを駆動するための二次電池を温度調節するために用いられる。

図１に示すように、電池温度調節システム１０には、熱媒体としての空気を供給する熱媒体供給源としてのブロア２０が設けられている。ブロア２０は、複数（本実施形態では３つ）の二次電池としての第１〜第３二次電池１１，１２，１３に空気を供給するためのものであり、この空気によって第１〜第３二次電池１１，１２，１３は温度調節されるようになっている。ブロア２０には集合管２０ａの一端が接続されるとともに、集合管２０ａの他端には供給路としての複数（本実施形態では３つ）の第１〜第３供給路２１，２２，２３の一端が集合管２０ａの他端から分岐された状態で接続されている。第１〜第３供給路２１，２２，２３はそれぞれ同じ内径になっている。ブロア２０から供給された空気は、集合管２０ａを介して第１〜第３供給路２１，２２，２３それぞれに供給されるようになっている。

第１〜第３供給路２１，２２，２３の他端には第１〜第３電池パック１１ａ，１２ａ，１３ａがそれぞれ接続されている。第１〜第３電池パック１１ａ，１２ａ，１３ａ内にはそれぞれ第１〜第３二次電池１１，１２，１３が収容されている。第１〜第３供給路２１，２２，２３と第１〜第３電池パック１１ａ，１２ａ，１３ａ内とは連通している。そして、第１〜第３供給路２１，２２，２３を流れる空気が第１〜第３電池パック１１ａ，１２ａ，１３ａ内に供給されることにより、第１〜第３二次電池１１，１２，１３が空気によって温度調節されるようになっている。

第１〜第３供給路２１，２２，２３には第１〜第３熱交換器３１，３２，３３がそれぞれ配設されている。第１〜第３供給路２１，２２，２３における第１〜第３熱交換器３１，３２，３３よりも空気の流通方向上流側には、第１〜第３供給路２１，２２，２３を流れる空気の流量を検出する第１〜第３流量センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３が配設されている。

第１〜第３熱交換器３１，３２，３３の内部には、熱交換流体としての水が循環する流路としての第１〜第３循環流路４１，４２，４３の一部が蛇行するように配設されている。第１〜第３循環流路４１，４２，４３それぞれには第１〜第３温度調節機５１，５２，５３が配設されている。そして、第１〜第３循環流路４１，４２，４３を循環する水は、第１〜第３温度調節機５１，５２，５３により温度調節されるようになっている。第１〜第３温度調節機５１，５２，５３により温度調節された水は、第１〜第３熱交換器３１，３２，３３において、第１〜第３供給路２１，２２，２３を流れる空気と熱交換されるようになっている。

次に、電池温度調節システム１０の電気的構成について説明する。
ハイブリッド車には、各種制御を実行する制御装置Ｓが搭載されている。第１〜第３流量センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３は制御装置Ｓと電気的に接続されるとともに、第１〜第３流量センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３によって検出された検出情報は、制御装置Ｓに送られるようになっている。また、第１〜第３温度調節機５１，５２，５３は制御装置Ｓと電気的に接続されている。そして、制御装置Ｓは、第１〜第３流量センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３から送られた検出情報に基づいて、第１〜第３温度調節機５１，５２，５３の温度調節能力を制御する。第１〜第３温度調節機５１，５２，５３は、第１〜第３循環流路４１，４２，４３を流れる水の冷却又は加熱を行い、その冷却量又は加熱量を制御可能になっている。

第１〜第３温度調節機５１，５２，５３により温度調節された水は、第１〜第３循環流路４１，４２，４３を流れるとともに、第１〜第３熱交換器３１，３２，３３において、第１〜第３供給路２１，２２，２３を流れる空気と熱交換される。この水との熱交換により、第１〜第３供給路２１，２２，２３を流れる空気の温度が、第１〜第３供給路２１，２２，２３での空気の流量に応じた温度に調節される。よって、本実施形態では、第１〜第３熱交換器３１，３２，３３、第１〜第３循環流路４１，４２，４３、及び第１〜第３温度調節機５１，５２，５３によって温度調節機構としての第１〜第３温度調節機構６１，６２，６３が構成されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
第１〜第３二次電池１１，１２，１３を冷却する場合について説明する。ブロア２０から供給された空気は、集合管２０ａを介して第１〜第３供給路２１，２２，２３それぞれに供給される。

ここで、第１流量センサＳ１により検出された空気の流量が、第２及び第３流量センサＳ２，Ｓ３により検出された空気の流量よりも多かったとする。また、第２流量センサＳ２により検出された空気の流量が、第３流量センサＳ３により検出された空気の流量よりも多かったとする。すなわち、第１流量センサＳ１により検出された空気の流量が最も多く、第３流量センサＳ３により検出された空気の流量が最も少なかったとする。

このとき、制御装置Ｓは、第１温度調節機５１の冷却能力が最も小さく、第３温度調節機５３の冷却能力が最も大きくなるように第１〜第３温度調節機５１，５２，５３を制御する。そして、第１〜第３循環流路４１，４２，４３を流れる水が、第１〜第３温度調節機５１，５２，５３によって温度調節されるとともに、第１〜第３循環流路４１，４２，４３を流れる水と、第１〜第３供給路２１，２２，２３を流れる空気とが第１〜第３熱交換器３１，３２，３３において熱交換される。これにより、第１〜第３供給路２１，２２，２３の空気の温度が、その流量に応じて温度調節され、第１〜第３供給路２１，２２，２３の各空気間での冷却能力（熱量）のばらつきが抑えられる。

ここで、第１〜第３熱交換器３１，３２，３３で熱交換された後の第１〜第３供給路２１，２２，２３の空気の温度を比較すると、第１供給路２１の空気の温度は、第２供給路２２及び第３供給路２３の空気の温度よりも高くなっている。しかし、第１供給路２１での空気の流量は、第２供給路２２及び第３供給路２３での空気の流量よりも多いため、この空気の温度と流量との関係から、第１供給路２１の空気間での冷却能力と、第２供給路２２及び第３供給路２３の空気間での冷却能力とがほぼ同じになる。そして、第１〜第３供給路２１，２２，２３を流れる空気が第１〜第３電池パック１１ａ，１２ａ，１３ａ内に流入することにより、第１〜第３二次電池１１，１２，１３に対する冷却能力のばらつきが抑制される。

なお、第１〜第３二次電池１１，１２，１３を加熱する場合の説明は、前述の説明中の第１〜第３二次電池１１，１２，１３を冷却する場合の説明と同じであるため、その詳細な説明を省略する。このため、第１〜第３二次電池１１，１２，１３を加熱する場合の説明は、前述の説明中における「冷却能力」を「加熱能力」に読み替えることで説明される。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）電池温度調節システム１０を、ブロア２０と、第１〜第３供給路２１，２２，２３と、第１〜第３熱交換器３１，３２，３３と、第１〜第３循環流路４１，４２，４３と、第１〜第３温度調節機５１，５２，５３とから構成した。そして、第１〜第３供給路２１，２２，２３を流れる空気の流量に応じて、第１〜第３温度調節機５１，５２，５３の冷却能力を制御するようにし、第１〜第３供給路２１，２２，２３の空気の温度を、第１〜第３供給路２１，２２，２３での空気の流量に応じた温度に調節する。これによれば、第１〜第３供給路２１，２２，２３の各空気間での温度調節能力のばらつきを抑えることができ、第１〜第３二次電池１１，１２，１３に対する温度調節能力のばらつきを抑制することができる。

（２）第１〜第３供給路２１，２２，２３毎に第１〜第３温度調節機構６１，６２，６３を設けた。よって、第１〜第３供給路２１，２２，２３の空気の温度を、第１〜第３温度調節機構６１，６２，６３によって個別に調節することができる。このため、第１〜第３供給路２１，２２，２３の空気の温度を、一つの温度調節機構によって調節する場合に比べると、第１〜第３供給路２１，２２，２３の空気の温度調節をし易くすることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、第１〜第３供給路２１，２２，２３の空気の温度を、一つの温度調節機構によって、第１〜第３供給路２１，２２，２３での空気の流量に応じた温度に調節するようにしてもよい。図２に示すように、電池温度調節システム７０には、温度調節機構８０が設けられている。温度調節機構８０の温度調節機８２には循環流路８１が配設されるとともに、循環流路８１は、第１〜第３熱交換器３１，３２，３３を直列接続している。循環流路８１の一部は、第１〜第３熱交換器３１，３２，３３の内部を蛇行するように配設されている。循環流路８１を循環する水は、第１熱交換器３１→第２熱交換器３２→第３熱交換器３３の順に流れるようになっている。

ここで、第１〜第３二次電池１１，１２，１３を冷却する場合を考える。また、このとき、第１供給路２１を流れる空気の流量が、第２及び第３供給路２２，２３を流れる空気の流量よりも少なかったとする。また、第２供給路２２を流れる空気の流量が、第３供給路２３を流れる空気の流量よりも少なかったとする。すなわち、第１供給路２１を流れる空気の流量が最も少なく、第３供給路２３を流れる空気の流量が最も多かったとする。

循環流路８１を流れる水は、第１熱交換器３１→第２熱交換器３２→第３熱交換器３３の順に流れるため、第１熱交換器３１で第１供給路２１を流れる空気と熱交換されて、第１供給路２１を流れる空気を温度調節する。続いて、循環流路８１を流れる水は、第２熱交換器３２で第２供給路２２を流れる空気と熱交換されて、第２供給路２２を流れる空気を温度調節する。続いて、循環流路８１を流れる水は、第３熱交換器３３で第３供給路２３を流れる空気と熱交換されて、第３供給路２３を流れる空気を温度調節する。

第１供給路２１を流れる空気の流量は、第２及び第３供給路２２，２３を流れる空気の流量よりも少ない。しかし、第１供給路２１を流れる空気は、温度調節機８２により温度調節された直後の水と熱交換されるため冷却能力が高い。また、第２供給路２２を流れる空気の流量は、第１供給路２１を流れる空気の流量よりも多い。しかし、第２供給路２２を流れる空気は、第１供給路２１を流れる空気との熱交換により第１熱交換器３１の内部に流入する前の水の温度よりも高くなった水と熱交換されるため、空気の温度と流量との関係から、第１供給路２１の空気と同等の冷却能力になっている。さらに、第３供給路２３を流れる空気の流量は、第１供給路２１及び第２供給路２２を流れる空気の流量よりも多い。しかし、第３供給路２３を流れる空気は、第１供給路２１及び第２供給路２２を流れる空気との熱交換により第２熱交換器３２の内部に流入する前の水の温度よりも高くなった水と熱交換されるため、空気の温度と流量との関係から、第１供給路２１及び第２供給路２２の空気と同等の冷却能力になっている。よって、第１〜第３供給路２１，２２，２３の各空気間での冷却能力のばらつきを抑えることができる。なお、第１〜第３二次電池１１，１２，１３を加熱する場合についても、第１〜第３二次電池１１，１２，１３を冷却する場合とほぼ同じ作用であるため、その詳細な説明を省略する。

○ また、図３に示す電池温度調節システム９０のように、第１熱交換器３１、第２熱交換器３２及び第３熱交換器３３を一つの熱交換器９３としてまとめてもよい。熱交換器９３には、第１〜第３供給路２１，２２，２３が配設されるとともに、熱交換器９３の内部には循環流路９１の一部が蛇行するように配設されている。さらに、循環流路９１には温度調節機９２が配設されている。これによれば、電池温度調節システム９０自体を小型化することができる。

○ 実施形態では、第１〜第３供給路２１，２２，２３を流れる空気を、第１〜第３循環流路４１，４２，４３を循環する水によって温度調節したが、これに限らず、例えば、水のような熱交換流体の代わりに、熱電素子モジュールを用いて、第１〜第３供給路２１，２２，２３を流れる空気を温度調節してもよい。例えば、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１〜第３熱交換器３１，３２，３３の上面には開口３５が形成されている。第１〜第３熱交換器３１，３２，３３の内部には、温度調節機構１００が配設されている。温度調節機構１００には、熱電素子モジュール１１０が設けられている。熱電素子モジュール１１０には、熱電素子モジュール１１０に対して供給される電流の流れる向きによって、吸熱又は放熱する第１の面１１０ａ及び第２の面１１０ｂが形成されている。第１の面１１０ａには第１ヒートシンク１２０が熱的に結合されるとともに、第２の面１１０ｂに第２ヒートシンク１３０が熱的に結合されている。第１ヒートシンク１２０には複数のフィン１２０ａが突出形成されるとともに、各フィン１２０ａは、第１〜第３熱交換器３１，３２，３３の開口面に向けて突出している。また、第２ヒートシンク１３０には複数のフィン１３０ａが突出形成されるとともに、各フィン１３０ａは、第１〜第３熱交換器３１，３２，３３の下面に向けて突出している。そして、第１〜第３熱交換器３１，３２，３３の内部において、各フィン１３０ａと第１〜第３熱交換器３１，３２，３３の下面との間に空気が流れる流路１４０が形成されている。流路１４０は、第１〜第３供給路２１，２２，２３に連通している。

例えば、第１〜第３二次電池１１，１２，１３を冷却する場合、第１の面１１０ａが放熱するとともに第２の面１１０ｂが吸熱するように熱電素子モジュール１１０に対して電流を供給する。すると、第２の面１１０ｂにより第２ヒートシンク１３０が冷却される。その結果、第２ヒートシンク１３０のフィン１３０ａと流路１４０を流れる空気との間で熱交換が行われ、空気が冷却される。そして、この冷却された空気が第１〜第３電池パック１１ａ，１２ａ，１３ａ内に流入されることで、第１〜第３二次電池１１，１２，１３が冷却される。なお、第１ヒートシンク１２０のフィン１２０ａは外気が供給されることで冷却され、この冷却されたフィン１２０ａの熱が第１の面１１０ａに伝わることで、第１の面１１０ａが冷却されている。その結果として、第１の面１１０ａと第２の面１１０ｂとの間の温度差が少なくなっている。これによれば、第１〜第３循環流路４１，４２，４３を削除することができ、電池温度調節システム１０自体を小型化することができる。

○ 実施形態において、第１〜第３流量センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３を削除してもよい。この場合、例えば、ブロア２０から供給された空気が、集合管２０ａを介して第１供給路２１に最も多い流量の空気が流れるとともに、第２供給路２２に２番目に多い流量の空気が流れ、第３供給路２３に最も少ない流量の空気が流れるように、第１〜第３供給路２１，２２，２３の内径が予め設定されているとする。このようにすれば、第１〜第３供給路２１，２２，２３を流れる空気の流量が予め分かっているので、第１〜第３流量センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３を削除してもよい。

○ 実施形態において、第１〜第３供給路２１，２２，２３の設計時に、第１〜第３供給路２１，２２，２３を流れる各空気間での流量のばらつきを予め計測しておく。そして、第１〜第３温度調節機構６１，６２，６３によって、第１〜第３供給路２１，２２，２３の空気の温度を、その計測結果に応じた温度に調節するようにしてもよい。この場合であれば、第１〜第３流量センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３を削除してもよい。

○ 実施形態において、第１〜第３熱交換器３１，３２，３３を蛇行する第１〜第３循環流路４１，４２，４３の蛇行数を適宜変更してもよい。好ましくは、第１〜第３供給路２１，２２，２３を流れる空気の流量が少ない第１〜第３供給路２１，２２，２３に対応する第１〜第３熱交換器３１，３２，３３を通過する第１〜第３循環流路４１，４２，４３の蛇行数を多くする。また、第１〜第３供給路２１，２２，２３を流れる空気の流量が多い第１〜第３供給路２１，２２，２３に対応する第１〜第３熱交換器３１，３２，３３を通過する第１〜第３循環流路４１，４２，４３の蛇行数を少なくする。

○ 実施形態では、熱媒体として空気を用いたが、これに限らず、例えば水であってもよい。この場合、熱媒体供給源としてポンプを用いるようにする。また、熱媒体は、熱交換作用を持つ流体であれば、特に限定されるものではない。

○ 実施形態では、熱交換流体として水を用いたが、これに限らず、例えば、空気等の熱交換作用を持つ流体であれば、特に限定されるものではない。
○ 実施形態において、二次電池の数を適宜変更してもよく、この二次電池の数に応じて供給路の数を適宜変更するようにしてもよい。

○ 実施形態では、ハイブリッド車に適用したが、これに限らず、例えば、電気自動車やエンジン車に適用してもよい。
○ 実施形態では、車両用の電池温度調節システムとしたが、これに限らず、例えば、住宅用の電池温度調節システムとしてもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記温度調節機構それぞれは、対応する供給路での温度調節能力が調節可能になっていることを特徴とする請求項２に記載の電池温度調節システム。

（ロ）前記温度調節機構は、前記熱媒体と熱交換される熱交換流体が流れる流路と、各供給路に配設される熱交換器とを備え、各熱交換器は前記流路によって直列接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電池温度調節システム。

（ハ）前記電池温度調節システムは車両に搭載されていることを特徴とする請求項１、請求項２、及び前記技術的思想（イ）、（ロ）のいずれか一項に記載の電池温度調節システム。

１０，７０，９０…電池温度調節システム、１１，１２，１３…二次電池としての第１〜第３二次電池、２０…熱媒体供給源としてのブロア、２１，２２，２３…供給路としての第１〜第３供給路、３１，３２，３３…温度調節機構を構成する第１〜第３熱交換器、４１，４２，４３…温度調節機構を構成する流路としての第１〜第３循環流路、５１，５２，５３…温度調節機構を構成する第１〜第３温度調節機、６１，６２，６３…温度調節機構としての第１〜第３温度調節機構、８０，１００…温度調節機構、８１，９１…温度調節機構を構成する循環流路、８２，９２…温度調節機構を構成する温度調節機。

Claims (2)

1. 複数の二次電池に熱媒体を供給する熱媒体供給源と、
   前記熱媒体供給源からの前記熱媒体を各二次電池それぞれに供給するため各二次電池に接続された複数の供給路と、
   各供給路の熱媒体の温度を、各供給路での前記熱媒体の流量に応じた温度に調節する温度調節機構と、を備えたことを特徴とする電池温度調節システム。
2. 前記温度調節機構は各供給路に一つずつ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池温度調節システム。