JP2022080546A - 電池パック - Google Patents
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Abstract
【課題】簡素な構成で電池モジュールの冷却および保温を効果的に行うことができる電池パックを提供する。【解決手段】本発明の電池パック14は、電池モジュール15と、冷却器17と、電池温度検知部18と、リザーバタンク19と、流体ポンプ20と、演算制御部22と、を具備する。演算制御部22は、電池温度検知部18で検知した電池モジュール15の温度に基づいて、電池モジュール15を冷却する際には、流体ポンプ20を運転して冷却流体16を循環させることで、冷却器17を流れる冷却流体16と電池モジュール15を熱交換させ、電池モジュール15を保温する際には、冷却流体16の少なくとも一部をリザーバタンク19に貯留することで、冷却器17の内部において冷却流体16を減少させる。【選択図】図2
Description
本発明は、電池パックに関し、特に、冷却流体を用いて電池セルを温調するする電池パックに関する。
電動車両には、走行用の電力を蓄積する蓄電池が搭載される。この蓄電池は温度管理され、一定の温度帯域となるように調温される。即ち、蓄電池の温度が下限温度以下とならないように昇温され、且つ、蓄電池の温度が上限温度以上とならないように冷却される。また、蓄電池の温度状況に応じて、蓄電池からの出力を制限することもある。
特許文献1には、車両に搭載される電池において、電池を覆う形状の冷却空間に、リザーバの冷媒を出し入れすることで、電池を冷却する電池パック冷却装置が記載されている。
しかしながら、前述した構成の電池パック冷却装置では、電池パックを効果的に冷却する観点から改善の余地があった。
具体的には、特許文献1に記載された発明では、冷却空間に冷媒を流して電池と熱交換することで電池を冷却しているが、電池パックが冷却環境下に晒された際に、電池パックを保温する構成に関しては考慮されていない。
本発明は、このような問題点を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、簡素な構成で電池モジュールの冷却および保温を効果的に行うことができる電池パックを提供することにある。
本発明の請求項1に記載された電池パックは、電池と、前記電池と熱交換する冷却流体が内部を流通する冷却器と、前記電池の温度を検知する電池温度検知部と、前記冷却流体を貯留するリザーバタンクと、前記冷却流体が循環する経路に介装された流体ポンプと、演算制御部と、を具備し、前記演算制御部は、前記電池温度検知部で検知した前記電池の温度に基づいて、前記電池を冷却する際には、前記流体ポンプを運転して前記冷却流体を循環させることで、前記冷却器を流れる前記冷却流体と前記電池を熱交換させ、前記電池を保温する際には、前記冷却流体の少なくとも一部を前記リザーバタンクに貯留することで、前記冷却器の内部において前記冷却流体を減少させることを特徴とする。
また、本発明の請求項2に記載された電池パックでは、前記冷却器は、前記電池と車外との間に配置されることを特徴とする。
また、本発明の請求項3に記載された電池パックでは、前記電池を保温する際には、前記冷却器の内部から前記冷却流体を抜き取ることを特徴とする。
また、本発明の請求項4に記載された電池パックでは、前記電池を保温する際には、前記冷却器の内部を減圧することを特徴とする。
また、本発明の請求項5に記載された電池パックでは、前記電池を保温する際には、前記冷却器の内部に、前記冷却流体と気体から成る泡状の混合体を導入することを特徴とする。
請求項1に記載された電池パックによれば、電池セルを温調する際には、流体ポンプを運転して冷却流体を循環させることで、冷却器を流れる冷却流体と電池モジュールを熱交換させ、電池モジュールの温度が過度に上昇することを抑制できる。一方、電池モジュールを保温する際には、冷却器の内部において冷却流体を減少させることで、冷却器が断熱層として機能し、電池モジュールの温度が過度に下降することを抑制できる。よって、電池モジュールの温度を好適な温度帯域にすることができ、電池モジュールの放電特性および充電特性の低下を抑制できる。
請求項2に記載された電池パックによれば、冷却器は、電池モジュールと車外との間に配置されることで、電池を冷却する際には、冷却器を流れる冷却流体を外気で冷却することで、冷却流体を効果的に冷却することができる。また、電池モジュールを保温する際には、冷却器を断熱部材として用いることで、外気と電池モジュールとの熱交換を抑制し、電池モジュールを保温することができる。
請求項3に記載された電池パックによれば、冷却器の内部から冷却流体を抜き取ることで、冷却器の断熱材としての効果を向上することができる。
請求項4に記載された電池パックによれば、電池セルを保温する際には、冷却器の内部を減圧することで、冷却器の断熱材としての効果を更に向上することができる。
請求項5に記載された電池パックによれば、電池セルを保温する際には、冷却器の内部に、冷却流体と気体から成る泡状の混合体を導入することで、泡状の混合体が断熱層として機能し、電池セルを効果的に保温することができる。
以下、本発明の実施形態に係る電池パック14を図面に基づき詳細に説明する。以下の説明では前後上下左右の各方向を用いるが、左右とは車両10を後方から見た場合の左右である。更に、以下の説明では、同一の部材には原則的に同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。
図1は、電池パック14を備えた車両10を示す斜視図である。自動車や電車等の車両10には、モータや様々な電装部品に電力を供給するための電池パック14が搭載されている。車両10は、例えば、EV(Electrical Vehicle)、HEV(Hybrid Electrical Vehicle)やPHEV(Plug-in Hybrid Electrical Vehicle)等である。
電池パック14は、前方シート12および後方シート13の下方側に配置されている。このようにすることで、前方シート12および後方シート13の下方領域を有効に活用することができる。更に、このような位置に電池パック14を配置することで、電池パック14の下側が、車両10の底面側に配置される。よって、走行時において車両10の下方に発生する走行風で、電池パック14を冷却することができる。
図2は、電池パック14の具体的な構成を示す模式図である。
電池パック14は、電池モジュール15と、冷却器17と、リザーバタンク19と、を主要に有している。
電池モジュール15は、車両10の車体に駆動力を与えるモータに電流を供給する。電池モジュール15としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の2次電池を採用することができる。ここでは図示しないが、電池モジュール15は、積層配置された複数の電池セルから構成されている。また、電池モジュール15は、電池収納ケース24により囲まれた領域に配置されている。電池収納ケース24は、金属板または合成樹脂板から成る。
冷却器17は、電池モジュール15の近傍、ここでは電池モジュール15の下方に配置され、電池モジュール15と熱交換する冷却流体16が内部を流通する。冷却流体16としては、水や不凍液などの液体または気体を採用することができる。後述するように、冷却流体16としては、液体と気体との混合流体を採用できる。また、冷却器17は、電池モジュール15と車外との間に配置される。このようにすることで、車両10が走行する際に発生する走行風を利用して、冷却器17の内部を流通する冷却流体16を冷却できる。更には、冷却器17の下面を、車外に露出することで、この効果を顕著にすることもできる。
ここで、本実施形態において、電池モジュール15と冷却流体16とが熱交換する際には、より具体的には、電池モジュール15を構成する多数の電池セルと冷却流体16とが熱交換する。また、電池モジュール15が調温される際には、より具体的には、電池モジュール15を構成する多数の電池セルが調温される。更に、電池モジュール15および電池セルは、電池の一種である。
チラー28は、冷却器17と熱交換することで昇温した冷却流体16を冷却させる。チラー28は、冷却水循環装置とも称される。
流体ポンプ20は、冷却流体16を循環させる。具体的には、流体ポンプ20は、冷却流体16を、冷却器17、バルブ27、流体経路344、リザーバタンク19、流体経路343、チラー28、流体経路342、流体ポンプ20、流体経路341、バルブ26、冷却器17の順番で循環させる。
リザーバタンク19は、冷却器17から引き抜かれた冷却流体16を、一時的に貯留する。
気体ポンプ29は、後述するように、冷却器17に対して、空気または混合体21を移送する。
電池パック14を構成する各機器は、流体経路34を介して相互に接続されている。具体的には、流体経路341は冷却器17と流体ポンプ20とを接続し、流体経路342は流体ポンプ20とチラー28とを接続し、流体経路343はチラー28とリザーバタンク19とを接続する。流体経路344はリザーバタンク19と冷却器17とを接続し、流体経路345はリザーバタンク19と気体ポンプ29とを接続し、流体経路346は冷却器17と外部とを接続している。流体経路34は、金属または合成樹脂から成る管路である。
バルブ25は、冷却器17と流体経路346との接続部分に取りつけられている。バルブ26は冷却器17と流体経路341との接続箇所に取りつけられている。バルブ27は、冷却器17と流体経路344との接続箇所に取りつけられている。
後述するように、電池パック14では、電池モジュール15を冷却する際には、流体ポンプ20を運転して冷却流体16を循環させることで、冷却器17を流れる冷却流体16と電池モジュール15を熱交換させ、電池モジュール15を冷却する。一方、電池モジュール15を保温する際には、冷却流体16の一部をリザーバタンク19に貯留することで、冷却器17の内部において冷却流体16を減少させ、電池モジュール15を保温する。
ここで、流体経路346の冷却器17に接続されない側の端部は、電池パック14を構成する各構成機器よりも、高い位置に配置される。このようにすることで、冷却器17から確実に空気を抜くことができる。
図3は、電池パック14の接続構成を示すブロック図である。電池パック14は、演算制御部22と、電池温度検知部18と、周囲温度検出部23と、記憶部35と、流体ポンプ20と、気体ポンプ29と、を有する。
電池温度検知部18は、電池モジュール15の温度を検知する。
周囲温度検出部23は、電池パック14の外部、例えば車外温度を検知する。
記憶部35は、RAMまたはROMであり、電池パック14が動作するためのプログラムやパラメータ等を記憶している。
演算制御部22は、例えばCPUであり、その入力側端子は、電池温度検知部18、周囲温度検出部23および記憶部35に接続されており、その出力側端子は、流体ポンプ20および気体ポンプ29に接続されている。演算制御部22は、電池温度検知部18、周囲温度検出部23および記憶部35から入力される入力情報に基づいて、流体ポンプ20および気体ポンプ29の動作を制御する。更に、演算制御部22は、図2に示した各バルブ26等の各バルブの開閉状態も制御する。
図4は、電池パック14の動作を示すフローチャートである。図4を参照して、上記した構成を有する電池パック14の動作を説明する。
ステップS10では、演算制御部22は、電池温度検知部18および周囲温度検出部23を用いて、電池温度Tbatおよび外気温度Toutを計測する。
ステップS11では、演算制御部22は、外気温度Toutが0℃以上であるか否かを判断する。
ステップS11でYESの場合、即ち、外気温度Toutが0℃以上である場合、演算制御部22は、ステップS12に移行する。
ステップS11でNOの場合、即ち、外気温度Toutが0℃未満である場合、演算制御部22は、ステップS18に移行する。
ステップS12では、演算制御部22は、冷却器17に冷却流体16が充填されているか否かを判断する。
ステップS12でYESの場合、即ち、冷却器17に冷却流体16が充填されている場合、演算制御部22は、ステップS15に移行する。
ステップS12でNOの場合、即ち、冷却器17に冷却流体16が充填されていない場合、演算制御部22は、ステップS13に移行する。
ステップS13では、演算制御部22は、バルブ26およびバルブ27を開状態とする。
ステップS14では、流体ポンプ20を運転する。このようにすると、図2を参照して、流体ポンプ20が与える圧力により、リザーバタンク19に貯留されている冷却流体16は、流体経路343、チラー28、流体経路342、流体ポンプ20、流体経路341およびバルブ26を介して、冷却器17に流入する。演算制御部22は、冷却器17が冷却流体16で充填されるまで、流体ポンプ20を運転する。ステップS14が終了したら、ステップS12に戻る。
ステップS15では、演算制御部22は、電池温度検知部18で計測した電池モジュール15の電池温度Tbatが、予め設定された閾値以上であるか否かを判断する。ここで、閾値とは、電池モジュール15の放電特性および充電特性を補償できる温度帯域の上限値であり、例えば、0℃である。
ステップS15でYESの場合、即ち、電池温度Tbatが、予め設定された閾値以上であれば、演算制御部22は、ステップS16に移行する。
ステップS15でNOの場合、即ち、電池温度Tbatが、予め設定された閾値未満であれば、チラー28で冷却された冷却流体16を、流体ポンプ20により循環させることで、電池モジュール15を充分に冷却できていることから、演算制御部22は、ステップS17に移行する。
ステップS16では、演算制御部22は、チラー28および流体ポンプ20を運転する。ここでは、バルブ26およびバルブ27は開状態である。このようにすることで、冷却流体16は、流体経路341、バルブ26、冷却器17、バルブ27、流体経路344、リザーバタンク19、流体経路343、チラー28、流体経路342、流体ポンプ20の順番で循環する。これにより、冷却器17の内部を流通する冷却流体16と電池モジュール15とが熱交換することで、電池モジュール15は冷却される。
ステップS17では、演算制御部22は、上記したステップS16により電池モジュール15が充分に冷却されたことから、流体ポンプ20およびチラー28を停止する。
ステップS18では、演算制御部22は、電池温度検知部18で計測した電池モジュール15の電池温度Tbatが、閾値以下であるか否かを判断する。ここで閾値とは、例えば、0℃である。
ステップS18でYESの場合、即ち、電池温度Tbatが、予め設定された閾値以下であれば、演算制御部22は、ステップS19に移行する。
ステップS18でNOの場合、即ち、電池温度Tbatが、予め設定された閾値よりも高温であれば、演算制御部22は、ステップS12に移行する。
ステップS19では、演算制御部22は、バルブ26を閉状態にする。
ステップS20では、演算制御部22は、気体ポンプ29を運転する。このようにすると、冷却器17に貯留された冷却流体16は、バルブ27および流体経路344を経由して、リザーバタンク19に移送される。即ち、冷却器17の内部において冷却流体16を減少させることで、後述するように、冷却器17を断熱層として用いる。
ステップS21では、演算制御部22は、冷却器17から冷却流体16が抜けたか否かを判断する。この判断は、リザーバタンク19に流入した冷却流体16の量に基づいて判断できる。更には、この判断は、気体ポンプ29の駆動時間が一定以上となることで判断することもできる。
ステップS21でYESの場合、即ち、冷却器17から、ほぼ全ての冷却流体16が抜ければ、演算制御部22は、ステップS22に移行する。
ステップS21でNOの場合、即ち、冷却器17から冷却流体16が抜けていなければ、演算制御部22は、ステップS20に戻り、気体ポンプ29を運転させて冷却器17の内部から冷却流体16を抜き続ける。
ステップS22では、演算制御部22は、更に、気体ポンプ29による吸引を続ける。ここでは、冷却器17の内部が略真空状態または所定の減圧状態になるまで、気体ポンプ29で、冷却器17の内部の空気を吸引し続ける。ここでは、所定の時間が経過するまで、気体ポンプ29による吸引を続行することで、冷却器17の内部を略真空状態または所定の減圧状態とすることができる。更には、冷却器17に配置したセンサで計測した内部気圧が所定値となるまで、気体ポンプ29による吸引を続行することで、冷却器17の内部を略真空状態または所定の減圧状態とすることができる。このようにすることで、冷却器17の内部空間が断熱層として機能し、電池モジュール15と外部との熱交換を抑制し、電池モジュール15を保温することができる。
ステップS23では、演算制御部22は、バルブ26およびバルブ27を閉じる。このようにすることで、冷却器17の内部の略真空状態または所定の減圧状態を維持することができる。よって、冷却器17が断熱層として機能し、電池モジュール15を保温することができる。
ステップS24では、演算制御部22は、電池温度検知部18で計測した電池温度Tbatが0℃以下であるか否かを判断する。
ステップS24でYESの場合、即ち、電池温度Tbatが0℃以下であれば、演算制御部22は、ステップS25に移行する。
ステップS24でNOの場合、即ち、電池温度Tbatが0℃未満であれば、演算制御部22は、ステップS10に戻る。
ステップS25では、演算制御部22は、車両10がプラグインの状態であるか否か、即ち、車両10が外部の商用電源等と接続されているか否かを判断する。
ステップS25でYESの場合、即ち、車両10がプラグインの状態であれば、演算制御部22は、ステップS26に移行する。
ステップS25でNOの場合、即ち、車両10がプラグインの状態でなければ、演算制御部22は、ステップS10に戻る。
ステップS26では、演算制御部22は、後述するヒータ30をオンにすることで、電池モジュール15を昇温し、電池モジュール15の充電特性および放電特性が劣化することを防止する。
以上が、電池パック14の動作に関する説明である。
図5は、本発明の他の形態に係る電池パック14を示す断面図である。ここでの電池パック14の基本構成は、図2を参照して説明したものと同様であり、相違点は放熱フィン33を有している点にある。
放熱フィン33は、電池収納ケース24の下面に取りつけられている。放熱フィン33は、車両幅方向に沿って波形状に成形された鋼板等から成る。ここでは、2つの電池モジュール15が電池収納ケース24に内蔵されており、放熱フィン33は各電池モジュール15の下方側に配置されている。また、放熱フィン33は、車両10の下面に露出している。
また、電池モジュール15の下方には、冷却流体16が流通する冷却器17が形成されている。
このようにすることで、電池モジュール15の放熱特性を向上することができる。即ち、電池モジュール15から発生する熱は、冷却器17、電池収納ケース24の下面および放熱フィン33を介して外気に放出される。よって、電池モジュール15の過熱を抑制することができる。更には、車両10の車体底面が接地した場合でも、放熱フィン33および冷却器17がクッションの如く作用し、電池モジュール15への入力を低減することができる。
図6は、本発明の他の形態に係る電池パック14を示す断面図である。ここでの電池パック14の基本構成は、図2を参照して説明したものと同様であり、相違点は開閉部31を有している点にある。
具体的には、電池パック14の下方に車体フロア32が配置されており、車体フロア32には開閉部31(開閉部311ないし開閉部318)が取りつけられている。開閉部311ないし開閉部318は、後方側の端部を支点として開閉可能な状態で、車体フロア32に取りつけられている。ここでは、開閉部311、開閉部313、開閉部315、開閉部317および開閉部318は外側に向かって開いており、開閉部312、開閉部314および開閉部316は内側に向かって開いている。
このようにすることで、例えば、開閉部311に沿って流れることで冷却器17を冷却した空気は開閉部312に沿って車外に放出される。よって、車両10が走行している際に、車外から導入した空気を効果的に冷却器17の下面に当て、波及的に電池モジュール15を効果的に冷却することができる。
一方、電池モジュール15を外気と熱交換させたくない場合、例えば、外気温が高温である場合、電池モジュール15を強制的に冷却している場合、外気温が極寒である場合、は、開閉部31を閉状態とし、電池モジュール15と車外雰囲気とを断熱することができる。
図7は、本発明の他の形態に係る電池パック14を示す図であり、図7(A)は電池パック14を側方から見た断面図であり、図7(B)は電池パック14を後方から見た断面図である。ここでの電池パック14の基本構成は、図2を参照して説明したものと同様であり、相違点はヒータ30を有している点にある。
ヒータ30は、電池モジュール15の下面と冷却器17の上面との間に配置されている。ヒータ30は、例えば通電により発熱する電熱ヒータである。ヒータ30は、前述した演算制御部22の指示に基づいて、電池モジュール15の温度または外気が低温の際に発熱する。このようにするとで、電池モジュール15を好適に昇温させ、放電特性および充電特性が低下することを抑制できる。更にこの場合、後述するように、冷却器17の内部の流体を少なくとも部分的に減少させることで、冷却器17を断熱層として機能させ、電池モジュール15を保温することができる。
図8は、リザーバタンク19およびその周辺部の構成を示す模式図である。
気体ポンプ29とリザーバタンク19とをつなぐ流体経路345は、リザーバタンク19に上面から接続しており、流体経路345の下端は冷却流体16の液面には接しないように構成されている。このようにすることで、気体ポンプ29に冷却流体16が入り込むことを抑止できる。
冷却器17からリザーバタンク19に流れる冷却流体16が通過する流体経路344は、リザーバタンク19に上面から接続している。
リザーバタンク19から冷却器17に流れる冷却流体16が通過する流体経路343は、リザーバタンク19の底面に接続している。
このようにするとで、気体ポンプ29で吸引した場合、冷却器17からの冷却流体16が流体経路344を経由してリザーバタンク19に流入する。また、冷却器17に貯留された全ての冷却流体16がリザーバタンク19に移送されても、冷却流体16の液面は流体経路345の下端に接しないので、冷却流体16が気体ポンプ29に及んでしまうことを防止できる。
図9ないし図12を参照して、冷却器17に冷却流体16と気体から成る泡状の混合体21または気体を導入することで、冷却器17の内部空間を断熱層として機能させ、電池モジュール15を保温する事項を説明する。
図9(A)、図9(B)、図9(C)および図9(D)は、リザーバタンク19および流体経路等の各形態を示す模式図である。ここでは、液状である冷却流体16をドットのハッチングで示し、混合体21を斜線のハッチングで示している。
図9(A)および図9(B)に示すリザーバタンク19からは、混合体21が冷却器17に送られる。一方、図9(C)および図9(D)に示すリザーバタンク19からは気体が冷却器17に送られる。
図9(A)を参照して、リザーバタンク19には、流体経路344および流体経路343が連通している。
流体経路344は、リザーバタンク19の底面に接続し、その上端は冷却流体16の液面よりも上方に配置されている。
流体経路343は、リザーバタンク19の底面に接続している。
流体経路347は、流体経路343の途中部分と冷却流体16の内部とを連通する。流体経路347の下端は、流体経路343の途中部分に接続している。また、流体経路347は、冷却流体16の底面からリザーバタンク19に接続し、流体経路347の上端は冷却流体16の液面よりも上方に配置されている。係る構成により、リザーバタンク19の内部の気体を、流体経路343の途中部分から流体経路343に導入することができる。
バルブ37は、流体経路343と流体経路347とが接続する接続部の近傍で、流体経路347の側に介装されている。
フロータ36は、例えば発泡樹脂からなる冷却流体16よりも比重が小さい材料から成り、冷却流体16の液面に浮遊している。演算制御部22は、リザーバタンク19の内部に於けるフロータ36の高さに基づいて、リザーバタンク19に貯留されている冷却流体16の液量を検知する。
冷却器17に混合体21を送る際には、バルブ37を開状態とし、前述した流体ポンプ20を運転すると、リザーバタンク19の冷却流体16が、流体経路343を経由して冷却器17の側に向かって流動する。その際、ベンチュリ効果によりリザーバタンク19の内部気体が、流体経路343を流れる冷却流体16と混ざり合い、冷却流体16と気体が混合された混合体21が生成され、混合体21が冷却器17に向かって送られる。また、冷却器17に送られた混合体21は、流体経路344を経由してリザーバタンク19に戻り、その後、リザーバタンク19の内部で気液分離される。
リザーバタンク19の内部の気体は、冷却流体16と共に混合体21として循環する。よって、混合体21を構成する気体としては、任意の気体、例えば空気や窒素を採用することができる。また、混合体21を構成する気体として、アルゴンガス等の断熱性が高い気体を採用することで、混合体21により電池モジュール15を保温する効果を高めることができる。
図9(B)に示すリザーバタンク19等の基本構成は、図9(A)に示したものと同様である。ここでは、流体経路347の上端はリザーバタンク19の外部側に配置されている。また、リザーバタンク19の上面と外部とを連通させる流体経路348が配置されており、流体経路348にはバルブ38が介装されている。リザーバタンク19の内圧に応じてバルブ38を開状態とすることで、リザーバタンク19の内圧の過度な高まりを抑制できる。
冷却器17に混合体21を送る際には、バルブ37を開状態とし、前述した流体ポンプ20を運転すると、リザーバタンク19の冷却流体16が、流体経路343を経由して冷却器17の側に向かって流動する。その際、ベンチュリ効果により、外部の気体が、流体経路343を流れる冷却流体16と混ざり合い、冷却流体16と気体が混合された混合体21が生成され、混合体21が冷却器17に向かって送られる。
また、バルブ38を開状態とすることで、リザーバタンク19に冷却流体16が導入された際に、導入された冷却流体16の量に応じたリザーバタンク19の内部の気体が、流体経路348から外部に放出される。このようにするとで、リザーバタンク19の内部圧力が高まることを抑制できる。
このようにすることで、外部からの気体を用いて混合体21を生成するため、混合体21を生成するための気体をリザーバタンク19の内部に貯留する必要が無いことから、リザーバタンク19を小型化することができる。
図9(C)に示したリザーバタンク19等の構成は、図9(B)に示したものと基本的には同様であり、ここでは気体ポンプ29を有している。
流体経路347の下端は流体経路343の途中部分に接続され、流体経路347の上端は気体ポンプ29に接続されている。
流体経路347が接続する部分の流体経路343には、三方弁であるバルブ39が介装されている。バルブ39を切り替えることで、リザーバタンク19に貯留された冷却流体16を、流体経路343を経由して冷却器17に送ることができる。更に、バルブ39を別方向に切り替えることで、気体ポンプ29から圧送される空気を、流体経路347および流体経路343を経由して、冷却器17に向けて送ることができる。
冷却器17に冷却流体16を送る際には、バルブ39を操作することで流体経路343の上流側と下流側とを連通させる。この状態で図2に示した流体ポンプ20を運転すると、冷却流体16の内部の冷却流体16は、流体経路343を経由して冷却器17に送られる。
一方、冷却器17に空気を送る際には、バルブ39を操作することで、バルブ39よりも下流部分の流体経路343と、流体経路347とを連通させる。この状態で気体ポンプ29を運転すると、気体ポンプ29から発生する圧力により、外部の空気が流体経路347および流体経路343等を経由して冷却器17に送られる。
図9(C)に示したリザーバタンク19等の構成によれば、気体ポンプ29が、リザーバタンク19の外部から取り入れた空気を、流体経路347等を経由して冷却器17に送る。このようにすることで、リザーバタンク19を小型にすることができる。
図9(D)に示したリザーバタンク19等の構成は、図9(C)に示したものと基本的には同様であり、ここでは気体ポンプ29が流体経路347を介してリザーバタンク19と接続されている。
具体的には、気体ポンプ29の吐出側は、流体経路347を介して、流体経路343の途中部分に連続している。気体ポンプ29の吸入側は流体経路348を介してリザーバタンク19の上面に接続している。また、流体経路348の途中部分にはバルブ38が介装されている。
冷却器17に冷却流体16を送る際には、バルブ39を操作することで流体経路343の上流側と下流側とを連通させ、バルブ38を開く。この状態で図2に示した流体ポンプ20を運転すると、リザーバタンク19の内部の冷却流体16は、流体経路343を経由して冷却器17に送られる。
一方、冷却器17に空気を送る際には、バルブ39を操作することで、バルブ39よりも下流部分の流体経路343と、流体経路347とを連通させる。更に、バルブ38を開く。この状態で気体ポンプ29を運転すると、気体ポンプ29から発生する圧力により、リザーバタンク19の内部の気体が、流体経路348、気体ポンプ29、流体経路343等を経由して冷却器17に送られる。
図10の各図は、冷却器17の内部に混合体21または冷却流体16を注入する方法を逐次的に示している模式図である。
図10(A)を参照して、冷却器17には混合体21が充填され、且つ、リザーバタンク19には冷却流体16が充填されている。ここでは、流体経路341、流体経路347および流体経路342は、閉鎖状態となっている。このようにすることで、冷却器17に充填された混合体21が断熱層として機能し、前述した電池モジュール15を保温することができる。
図10(B)を参照して、流体ポンプ20を運転することで、リザーバタンク19の内部の冷却流体16を、流体経路342を経由して冷却器17に導入する。そうすると、冷却器17に貯留されていた混合体21は、流体経路341を経由して、リザーバタンク19に移送される。リザーバタンク19では、気泡分離が行われることで、混合体21は冷却流体16となる。
図10(C)を参照して、流体ポンプ20による冷却流体16の移送を続けると、冷却器17が冷却流体16で満たされる。この状態で冷却流体16を循環させることにより、前述した電池モジュール15を効果的に冷却することができる。
図10(D)を参照して、流体ポンプ20を運転することで、混合体21を冷却器17に注入する。このようにすることで、冷却器17からリザーバタンク19に冷却流体16が移送される。その後、図10(A)に示すように、冷却器17は混合体21で満たされる。
図11は、図9(A)および図9(B)に示したリザーバタンク19の構成において、電池モジュール15の冷却または保温を行う方法を示すフローチャートである。ここでは、電池モジュール15を保温する際には、混合体21を冷却器17に充填する。
ステップS30では、演算制御部22は、電池温度検知部18により電池温度Tbatを計測する。
ステップS31では、演算制御部22は、電池温度Tbatが、予め設定された閾値(例えば、0℃)以上であるか否かを確認する。
ステップS31でYESの場合、演算制御部22は、ステップS32に移行する。
ステップS31でNOの場合、演算制御部22は、ステップS34に移行する。
ステップS32では、電池モジュール15を冷却するべく、演算制御部22の指示に基づいて、図9(A)および図9(B)に示すバルブ37を閉じる。
ステップS33では、演算制御部22の指示に基づいて、図2に示した流体ポンプ20を運転することで、冷却流体16を循環させ、電池モジュール15を冷却する。
ステップS34では、電池モジュール15を保温するべく、演算制御部22は、フロータ36の高さを計測することで、リザーバタンク19の内部に於ける冷却流体16の液量を計測する。
ステップS35では、演算制御部22は、リザーバタンク19の内部における冷却流体16の液量が、予め定められた閾値以下であるか否かを判断する。ここで、リザーバタンク19の内部に於ける冷却流体16の水量が少ないことは、冷却器17の内部に充填されている冷却流体16の液量が多いことを意味している。また、冷却器17の内部に充填されている冷却流体16の液量が多いことは、冷却器17の内部に充填されている混合体21の量が少ないことを意味している。
ステップS35でYESの場合、演算制御部22は、冷却器17に混合体21を充填するために、ステップS36に移行する。
ステップS35でNOの場合、演算制御部22は、冷却器17に充分に混合体21が充填されており、それ以上混合体21を冷却器17に送る必要が無いので、ステップS34に移行する。
ステップS36では、演算制御部22は、バルブ37を開き、冷却流体16と空気とを混合することで混合体21を生成できる環境を実現する。ステップS36が終了したら、演算制御部22は、ステップS33に移行する。
ステップS37では、演算制御部22は、流体ポンプ20を停止する。
図12は、図9(C)および図9(D)に示したリザーバタンク19の構成において、電池モジュール15の冷却または保温を行う方法を示すフローチャートである。ここでは、冷却器17の内部を空洞にすることで、電池モジュール15を保温する。
ステップS40では、演算制御部22は、電池温度検知部18により電池温度Tbatを計測する。
ステップS41では、演算制御部22は、電池温度Tbatが、予め設定された閾値(例えば、0℃)以上であるか否かを確認する。
ステップS41でYESの場合、演算制御部22は、ステップS42に移行する。
ステップS41でNOの場合、演算制御部22は、ステップS43に移行する。
ステップS42では、演算制御部22の指示に基づいて、電池モジュール15を冷却するべく、図9(C)および図9(D)を参照して、気体ポンプ29を停止する。更に、演算制御部22の指示に基づいて、バルブ39で流体経路343の上流部分と下流部分とを連通させ、更に、流体ポンプ20を運転する。これにより、冷却流体16を循環させ、電池モジュール15を冷却する。
ステップS43では、電池モジュール15を保温するべく、演算制御部22は、フロータ36の高さを計測することで、リザーバタンク19の内部に於ける冷却流体16の液量を計測する。
ステップS44では、演算制御部22は、リザーバタンク19の内部における冷却流体16の液量が、予め定められた閾値以下であるか否かを判断する。ここで、リザーバタンク19の内部に於ける冷却流体16の水量が少ないことは、冷却器17の内部に充填されている冷却流体16の液量が多いことを意味している。
ステップS44でYESの場合、演算制御部22は、冷却器17に混合体21を充填するために、ステップS45に移行する。
ステップS44でNOの場合、演算制御部22は、冷却器17に充分に混合体21が充填されており、それ以上混合体21を冷却器17に送る必要が無いので、ステップS46に移行する。
ステップS45では、演算制御部22は、流体ポンプ20を停止し、バルブ39を切り替えることで、流体経路343の下流部分と流体経路347とを連通させ、気体ポンプ29を運転する。このようにすることで、空気等の気体が冷却器17に導入され、冷却流体16は冷却器17からリザーバタンク19に移送される。
ステップS46では、演算制御部22は、流体ポンプ20を停止する。
図13は、電池モジュール15の状態を検知して、冷却する方法を示すフローチャートである。
ステップS50では、演算制御部22は、電池モジュール15の状態を計測する。
ステップS51では、演算制御部22は、電池モジュール15が放電中であるか否かを判断する。
ステップS51でYESの場合、即ち、電池モジュール15が放電中の場合、演算制御部22は、ステップS52に移行する。
ステップS51でNOの場合、即ち、電池モジュール15が放電中でない場合、演算制御部22は、ステップS53に移行する。
ステップS52では、演算制御部22は、上記したように、電池モジュール15を冷却するためのフローを実行する。即ち、前述したステップS16等を実行する。
ステップS53では、演算制御部22は、電池モジュール15が充電中であるか否かを判断する。
ステップS53でYESの場合、即ち、電池モジュール15が充電中の場合、演算制御部22は、ステップS52に移行する。
ステップS53でNOの場合、即ち、電池モジュール15が充電中でない場合、演算制御部22は、ステップS54に移行する。
ステップS54では、演算制御部22は、冷却フローを実行する必要が無いので、流体ポンプ20を停止する。
以上が、本実施形態にかかる電池パック14の構成および動作に関する説明である。
前述した本実施形態により、以下のような主要な効果を奏することができる。
本実施形態では、電池モジュール15を冷却する際には、流体ポンプ20を運転して冷却流体16を循環させることで、冷却器17を流れる冷却流体16と電池モジュール15を熱交換させ、電池モジュール15の温度が過度に上昇することを抑制できる。一方、電池モジュール15を保温する際には、冷却器17の内部において冷却流体16を減少させることで、冷却器17が断熱層として機能し、電池モジュール15の温度が過度に下降することを抑制できる。よって、電池モジュール15の温度を好適な温度帯域にすることができ、電池モジュール15の放電特性および充電特性の低下を抑制できる。
更に、冷却器17は、電池モジュール15と車外との間に配置されることで、電池を冷却する際には、冷却器17を流れる冷却流体16を外気で冷却することで、冷却流体16を効果的に冷却することができる。また、電池モジュール15を保温する際には、冷却器17を断熱部材として用いることで、外気と電池モジュール15との熱交換を抑制し、電池モジュール15を保温することができる。
更にまた、冷却器17が車外に露出することで、外気を利用して更に積極的に、冷却器17を流れる冷却流体16を冷却することができる。
更に、電池モジュール15を保温する際には、冷却器17の内部を減圧することで、冷却器17の断熱材としての効果を更に向上することができる。
更にまた、電池モジュール15を保温する際には、冷却器17の内部に、冷却流体16と気体から成る泡状の混合体21を導入することで、泡状の混合体21が断熱層として機能し、電池モジュール15を効果的に保温することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。また、前述した各形態は相互に組み合わせることが可能である。
図2では、チラー28により冷却流体16を冷却したが、チラー28に替えてラジエタを採用することもできる。
10 車両
12 前方シート
13 後方シート
14 電池パック
15 電池モジュール
16 冷却流体
17 冷却器
18 電池温度検知部
19 リザーバタンク
20 流体ポンプ
21 混合体
22 演算制御部
23 周囲温度検出部
24 電池収納ケース
25 バルブ
26 バルブ
27 バルブ
28 チラー
29 気体ポンプ
30 ヒータ
31,311,312,313,314,315,316,317,318 開閉部
32 車体フロア
33 放熱フィン
34,341,342,343,344,345,346,347,348 流体経路
35 記憶部
36 フロータ
37 バルブ
38 バルブ
39 バルブ
12 前方シート
13 後方シート
14 電池パック
15 電池モジュール
16 冷却流体
17 冷却器
18 電池温度検知部
19 リザーバタンク
20 流体ポンプ
21 混合体
22 演算制御部
23 周囲温度検出部
24 電池収納ケース
25 バルブ
26 バルブ
27 バルブ
28 チラー
29 気体ポンプ
30 ヒータ
31,311,312,313,314,315,316,317,318 開閉部
32 車体フロア
33 放熱フィン
34,341,342,343,344,345,346,347,348 流体経路
35 記憶部
36 フロータ
37 バルブ
38 バルブ
39 バルブ
Claims (5)
- 電池と、
前記電池と熱交換する冷却流体が内部を流通する冷却器と、
前記電池の温度を検知する電池温度検知部と、
前記冷却流体を貯留するリザーバタンクと、
前記冷却流体が循環する経路に介装された流体ポンプと、
演算制御部と、を具備し、
前記演算制御部は、前記電池温度検知部で検知した前記電池の温度に基づいて、
前記電池を冷却する際には、前記流体ポンプを運転して前記冷却流体を循環させることで、前記冷却器を流れる前記冷却流体と前記電池を熱交換させ、
前記電池を保温する際には、前記冷却流体の少なくとも一部を前記リザーバタンクに貯留することで、前記冷却器の内部において前記冷却流体を減少させることを特徴とする電池パック。 - 前記冷却器は、前記電池と車外との間に配置されることを特徴とする請求項1に記載の電池パック。
- 前記電池を保温する際には、前記冷却器の内部から前記冷却流体を抜き取ることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電池パック。
- 前記電池を保温する際には、前記冷却器の内部を減圧することを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載の電池パック。
- 前記電池を保温する際には、前記冷却器の内部に、前記冷却流体と気体から成る泡状の混合体を導入することを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載の電池パック。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020191678A JP2022080546A (ja) | 2020-11-18 | 2020-11-18 | 電池パック |
CN202111306353.0A CN114520380A (zh) | 2020-11-18 | 2021-11-05 | 电池组 |
US17/522,255 US20220158268A1 (en) | 2020-11-18 | 2021-11-09 | Battery pack |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020191678A JP2022080546A (ja) | 2020-11-18 | 2020-11-18 | 電池パック |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020191678A Pending JP2022080546A (ja) | 2020-11-18 | 2020-11-18 | 電池パック |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2022080546A (ja) |
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Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3125198B2 (ja) * | 1991-12-04 | 2001-01-15 | 本田技研工業株式会社 | 電気自動車におけるバッテリ温度制御装置 |
US10164303B2 (en) * | 2015-10-14 | 2018-12-25 | Ford Global Technologies, Llc | Traction battery thermal management systems and methods |
-
2020
- 2020-11-18 JP JP2020191678A patent/JP2022080546A/ja active Pending
-
2021
- 2021-11-05 CN CN202111306353.0A patent/CN114520380A/zh active Pending
- 2021-11-09 US US17/522,255 patent/US20220158268A1/en not_active Abandoned
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114520380A (zh) | 2022-05-20 |
US20220158268A1 (en) | 2022-05-19 |
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