JP7287315B2 - バッテリーモジュール、及びバッテリー - Google Patents

Description

本発明は、車両のバッテリーモジュール、及びバッテリーに関する。

従来、車両には、複数のバッテリーを有するバッテリーモジュールが設けられている。特許文献１には、バッテリーの温度に基づいて電磁切替弁を複数のモードのうちのいずれかに切り替えることで冷却又は加温した水を用いてバッテリーを冷却又は加温する駆動用バッテリー温度調整システムが開示されている。

特開２０１２－８１９３２号公報

車両には、複数のバッテリーを有するバッテリーモジュールが設けられている場合がある。この場合、１つの熱源を用いて複数のバッテリーの加熱又は冷却を行うと、例えば熱源と各バッテリーとの間の流路の長さに起因する放熱損失が異なっていたり、各バッテリーの位置に起因して放熱損失が異なっていたりすることで、各バッテリー間で温度差が生じてしまうおそれがあるという問題が生じていた。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、複数のバッテリーを有するバッテリーモジュールにおいて、バッテリーごとに温度の調整が可能なバッテリーモジュールを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様においては、複数のバッテリーを有するバッテリーモジュールであって、前記バッテリーは、電気を蓄積する蓄電部と、前記蓄電部と熱交換する熱搬送媒体を輸送する輸送管と、熱搬送媒体を加熱するヒーター部と、前記蓄電部の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部が検出した温度に基づいて、前記輸送管を流れる熱搬送媒体の流量のうちの前記ヒーター部で加熱した熱搬送媒体の流量を調節する制御部と、を有することを特徴とするバッテリーモジュールを提供する。

また、前記バッテリーは、前記ヒーター部で加熱した熱搬送媒体を前記輸送管に流すか、前記バッテリーの外部から流入した熱搬送媒体を前記輸送管に流すか、又は前記ヒーター部で加熱した熱搬送媒体及び前記バッテリーの外部から流入した熱搬送媒体を前記輸送管に流すかを切り替える切替部と、をさらに有し、前記制御部は、前記温度検出部が検出した温度が所定の第１閾値よりも低い場合に、少なくとも前記ヒーター部で加熱した熱搬送媒体を前記輸送管に流すように前記切替部を制御してもよい。

また、前記制御部は、前記温度検出部が検出した温度が前記所定の第１閾値よりも小さい所定の第２閾値よりも低い場合に、前記ヒーター部で加熱した熱搬送媒体を前記輸送管に流し、前記バッテリーの外部から流入した熱搬送媒体を前記輸送管に流さないように前記切替部を制御してもよい。

本発明の第２の態様においては、電気を蓄積する蓄電部と、前記蓄電部と熱交換する熱搬送媒体を輸送する輸送管と、熱搬送媒体を加熱するヒーター部と、前記蓄電部の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部が検出した温度に基づいて、前記輸送管を流れる熱搬送媒体の流量のうちの前記ヒーター部で加熱した熱搬送媒体の流量を調節する制御部と、を有することを特徴とするバッテリーを提供する。

本発明によれば、複数のバッテリーを有するバッテリーモジュールにおいて、バッテリーごとに温度の調整が可能になるという効果を奏する。

本実施形態に係るバッテリーモジュールが設けられている車両の構成を示す。 比較例としてのバッテリーモジュールが設けられている車両の構成を示す。 バッテリーの構成を示す。 制御部の動作の流れを示すフローチャートである。

［バッテリーモジュールＳの周辺構成］
図１は、本実施形態に係るバッテリーモジュールＳが設けられている車両Ａの構成を示す図である。
バッテリーモジュールＳは、車両Ａの駆動用の電源として用いられている。車両Ａには、バッテリーモジュールＳ、流路切替部Ｃ、ラジエータＤ、ポンプＦ、及びチラーＧが設けられている。

バッテリーモジュールＳは、複数のバッテリー１を有する。バッテリー１は、電気を蓄積する。バッテリーモジュールＳは、例えば３つのバッテリー１を有する。バッテリーモジュールＳが有するバッテリー１の数は任意である。バッテリー１の詳細は後述するが、バッテリー１は内部の温度を適切な範囲に維持するために、熱搬送媒体を流すことができるように構成されている。熱搬送媒体は、例えば冷却水である。

流路切替部Ｃは、熱搬送媒体をラジエータＤに流すか、又は熱搬送媒体をラジエータＤに流さずにポンプＦに流すかを切り替える。流路切替部Ｃは、バッテリーモジュールＳとラジエータＤとの間に設けられている。ラジエータＤは、熱搬送媒体を冷却する。ラジエータＤは、熱搬送媒体を空気と熱交換させることで、熱搬送媒体を冷却する。ラジエータＤは、流路切替部ＣとポンプＦとの間に設けられている。

車両Ａにおいては、流路切替部Ｃが切り替えられることで、熱搬送媒体をラジエータＤにおいて冷却したり、熱搬送媒体をラジエータＤにおいて冷却しなかったりすることができる。

ポンプＦは、熱搬送媒体を圧送する。ポンプＦの消費電力は、例えば３０Ｗである。ポンプＦは、ラジエータＤとチラーＧとの間に設けられている。チラーＧは、熱搬送媒体を冷却する。チラーＧは、ポンプＦとバッテリーモジュールＳとの間に設けられている。

チラーＧから流出した熱搬送媒体は、バッテリーモジュールＳに流入し、複数のバッテリー１に流入する。そして、複数のバッテリー１から流出した熱搬送媒体はバッテリーモジュールＳから流出し、流路切替部Ｃに流入する。その後、流路切替部Ｃから流出した熱搬送媒体は、ラジエータＤ、ポンプＦ、及びチラーＧの順に流れる。

図２は、比較例としてのバッテリーモジュールＳａが設けられている車両Ａａの構成を示す図である。
比較例のバッテリーモジュールＳａは、バッテリーモジュールＳと比べて、バッテリー１ａが蓄電部、及び蓄電部と熱交換する熱搬送媒体を輸送する輸送管のみを有する点で異なる。比較例の車両Ａａは、ポンプＦの代わりにポンプＦａを有する点、及び流路切替部Ｉａ及びヒーター部Ｈａを有し、流路切替部Ｉａは、熱搬送媒体をヒーター部Ｈａに流すか、又は熱搬送媒体をチラーＧに流すかを切り替える点で異なる。

ポンプＦａの消費電力は、ポンプＦの消費電力よりも大きい。ポンプＦａの消費電力は、例えば１００Ｗである。ヒーター部Ｈａの消費電力は、例えば７ｋＷである。比較例のバッテリーモジュールＳａにおいては、ヒーター部Ｈａで加熱した熱搬送媒体を各バッテリー１ａに流す。よって、バッテリーモジュールＳａにおいては、例えばヒーター部Ｈａと各バッテリー１ａとの間の流路の長さに起因する放熱損失が異なっていたり、各バッテリー１ａの位置に起因して放熱損失が異なっていたりすることで、各バッテリー１ａ間で温度差が生じてしまうおそれがある。

この結果、比較例のバッテリーモジュールＳａにおいては、例えば各バッテリー１ａの温度に起因して各バッテリー１ａの劣化具合又は出力特性にばらつきが生じてしまうおそれがある。これに対して、バッテリーモジュールＳにおいては、バッテリー１が内部の温度を適切な範囲に維持するために、内部を流れる熱搬送媒体の流量を変えられるように構成されている。したがって、バッテリーモジュールＳにおいては、各バッテリー１の温度差が大きくなり過ぎないようにすることができる。

［バッテリー１の構成］
図３は、バッテリー１の構成を示す図である。
バッテリー１は、蓄電部１１、輸送管１２、ヒーター部１３、温度検出部１４、切替部１５、ポンプ１６、及び制御部１７を有する。

蓄電部１１は、電気を蓄積する。輸送管１２は、蓄電部１１と熱交換する熱搬送媒体を輸送する。ヒーター部１３は、熱搬送媒体を加熱する。ヒーター部１３の消費電力は、ヒーター部Ｈａの消費電力よりも小さい。ヒーター部１３の消費電力は、例えば２ｋＷである。温度検出部１４は、蓄電部１１の温度を検出する。

切替部１５は、ヒーター部１３で加熱した熱搬送媒体を輸送管１２に流すか、バッテリー１の外部から流入した熱搬送媒体を輸送管１２に流すか、又はヒーター部１３で加熱した熱搬送媒体及びバッテリー１の外部から流入した熱搬送媒体を輸送管１２に流すかを切り替える。切替部１５は、例えば三方弁を含む。

ポンプ１６は、熱搬送媒体を圧送する。ポンプ１６の消費電力は、ポンプＦａの消費電力よりも小さい。ポンプ１６の消費電力は、例えば３０Ｗである。

制御部１７は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を有するマイクロコンピュータを備えた電子制御装置である。制御部１７は、温度検出部１４が検出した温度に基づいて、輸送管１２を流れる熱搬送媒体の流量のうちのヒーター部１３で加熱した熱搬送媒体の流量を調節する。すなわち、制御部１７は、温度検出部１４が検出した温度に基づいて、輸送管１２を流れる熱搬送媒体に対するヒーター部１３で加熱した熱搬送媒体の割合を調節する。

バッテリーモジュールＳにおいては、このようにバッテリー１はヒーター部１３、蓄電部１１の温度を検出する温度検出部１４、及び温度検出部１４が検出した温度に基づいて、輸送管１２を流れる熱搬送媒体の流量のうちのヒーター部１３で加熱した熱搬送媒体の流量を調節する制御部１７を有する。よって、バッテリーモジュールＳは、バッテリー１ごとに温度の調整が可能になる。この結果、バッテリーモジュールＳにおいては、各バッテリー１間で温度を調整することが可能になるので、各バッテリー１間の温度差が生じづらくなる。

制御部１７は、温度検出部１４が検出した温度が所定の第１閾値よりも低い場合に、ヒーター部１３で加熱した熱搬送媒体を輸送管１２に流すように切替部１５を制御する。制御部１７は、温度検出部１４が検出した温度が所定の第１閾値以上の場合に、バッテリー１の外部から流入した熱搬送媒体を輸送管１２に流すように切替部１５を制御する。バッテリーモジュールＳにおいては、このように制御部１７が切替部１５を制御することで、バッテリー１を冷却することができる。

また、制御部１７は、温度検出部１４が検出した温度が所定の第１閾値よりも低く、所定の第２閾値以上の場合に、ヒーター部１３で加熱した熱搬送媒体及びバッテリー１の外部から流入した熱搬送媒体を輸送管１２に流すように切替部１５を制御する。所定の第２閾値は、所定の第１閾値よりも小さい。バッテリーモジュールＳにおいては、このように制御部１７が切替部１５を制御することで、バッテリー１を昇温させる速度を抑制しながら、バッテリー１を加熱することができる。

また、制御部１７は、温度検出部１４が検出した温度が所定の第２閾値よりも低い場合に、ヒーター部１３で加熱した熱搬送媒体を輸送管１２に流し、バッテリー１の外部から流入した熱搬送媒体を輸送管１２に流さないように切替部１５を制御する。

バッテリーモジュールＳにおいては、このように制御部１７が切替部１５を制御することで、蓄電部１１の温度が所定の第２閾値よりも低い場合に、バッテリー１の外部から熱搬送媒体を流入させずに、バッテリー１内において、ヒーター部１３で加熱した熱搬送媒体を循環させることができる。よって、バッテリーモジュールＳにおいては、蓄電部１１の温度が所定の第２閾値よりも低い場合に、ヒーター部１３で加熱した熱搬送媒体のみをバッテリーモジュールＳにおいて循環させることでバッテリー１を昇温させる速度を向上させることができる。

［制御部１７による動作］
図４は、制御部１７の動作の流れを示すフローチャートである。
まず、制御部１７は、温度検出部１４が検出した蓄電部１１の温度を特定する（Ｓ１１）。次に、制御部１７は、温度検出部１４が検出した温度が所定の第１閾値よりも低いか否かを判定する（Ｓ１２）。制御部１７は、温度検出部１４で検出した温度が所定の第１閾値以上であると判定した場合（Ｓ１２においてＮＯ）、バッテリー１の外部から流入した熱搬送媒体のみを輸送管１２に流す（Ｓ１４）。

制御部１７は、温度検出部１４が検出した温度が所定の第１閾値よりも低いと判定した場合（Ｓ１２においてＹＥＳ）、温度検出部１４が検出した温度が所定の第２閾値よりも低いか否かを判定する（Ｓ１３）。制御部１７が、温度検出部１４が検出した温度が所定の第２閾値以上であると判定した場合（Ｓ１３においてＮＯ）、制御部１７は、ヒーター部１３が加熱した熱搬送媒体及びバッテリー１の外部から流入した熱搬送媒体を輸送管１２に流す（Ｓ１５）。

制御部１７は、温度検出部１４で検出した温度が所定の第２閾値よりも低いと判定した場合（Ｓ１３においてＹＥＳ）、ヒーター部１３で加熱した熱搬送媒体を輸送管１２に流し、バッテリー１の外部から流入した熱搬送媒体を輸送管１２に流さない（Ｓ１６）。

［変形例１］
上記実施形態においては、切替部１５が三方弁である例を示したが、これに限定されない。切替部１５は、例えば開度を調節可能な弁であってもよい。この場合、制御部１７は、温度検出部１４が検出した温度に基づいて弁の開度を調節することで、輸送管１２を流れる熱搬送媒体の流量のうちのヒーター部１３で加熱した熱搬送媒体の流量を調節してもよい。バッテリーモジュールＳにおいては、バッテリー１がこのような切替部１５を有することで、バッテリー１の昇温速度をより自由に調節できるようになる。

［変形例２］
上記実施形態においては、温度検出部１４が蓄電部１１の温度を検出する例を示したが、これに限定されない。温度検出部１４は、蓄電部１１から流出した熱搬送媒体の温度を検出するようにしてもよい。

［変形例３］
上記実施形態においては、ヒーター部１３が切替部１５の作動と関係なくＯＮである例を示したが、これに限定されない。ヒーター部１３は、切替部１５の作動に基づいて、ＯＮ又はＯＦＦになってもよい。この場合、制御部１７は、例えばヒーター部１３で加熱した熱搬送媒体を輸送管１２に流す場合はヒーター部１３をＯＮにし、バッテリー１の外部から流入した熱搬送媒体のみを輸送管１２に流す場合はヒーター部１３をＯＦＦにするようにしてもよい。バッテリーモジュールＳにおいては、バッテリー１がこのようにヒーター部１３を作動させる制御部１７を有することで、ヒーター部１３の消費電力を抑えることができる。

［変形例４］
上記実施形態においては、各バッテリー１が内部の温度を適切な範囲に維持するために、輸送管１２を流れる熱搬送媒体の流量のうちのヒーター部１３で加熱した熱搬送媒体の流量を制御部１７が調節する例を示したが、これに限定されない。バッテリーモジュールＳは、各バッテリー１の温度差に基づいて、各バッテリー１の温度を調節するように各バッテリー１を制御する統括制御部をさらに有していてもよい。

具体的には、統括制御部は、例えば各バッテリー１の制御部１７から温度検出部１４が検出した蓄電部１１の温度を受信する。そして、統括制御部は、受信した各バッテリー１の蓄電部１１の温度の平均値である平均温度を算出し、当該算出した平均温度を制御部１７に送信する。そして、制御部１７は、温度検出部１４が検出した蓄電部１１の温度を受信した平均温度にするように輸送管１２を流れる熱搬送媒体の流量のうちのヒーター部１３で加熱した熱搬送媒体の流量を調節する。

［本実施形態に係るバッテリーモジュールＳによる効果］
本実施形態に係るバッテリーモジュールＳは、複数のバッテリー１を有するバッテリーモジュールＳである。そして、バッテリー１は、電気を蓄積する蓄電部１１と、蓄電部１１と熱交換する熱搬送媒体を輸送する輸送管１２と、熱搬送媒体を加熱するヒーター部１３と、蓄電部１１の温度を検出する温度検出部１４と、を有する。また、バッテリー１は、温度検出部１４が検出した温度に基づいて、輸送管１２を流れる熱搬送媒体の流量のうちのヒーター部１３で加熱した熱搬送媒体の流量を調節する制御部１７を有する。

バッテリーモジュールＳは、このようにヒーター部１３、温度検出部１４、及び制御部１７を有する。よって、バッテリーモジュールＳは、バッテリー１ごとに温度の調整が可能になる。この結果、バッテリーモジュールＳにおいては、各バッテリー１間で温度を調整することが可能になるので、各バッテリー１間の温度差が生じづらくなる。

また、バッテリーモジュールＳにおいては、各バッテリー１がヒーター部１３を有し、ヒーター部１３が蓄電部１１に流す熱搬送媒体の加熱を行う。これに対して、比較例のバッテリーモジュールＳａにおいては、１つのヒーター部Ｈａで複数のバッテリー１ａに流す熱搬送媒体の加熱を行う。よって、バッテリーモジュールＳにおいては、ヒーター部１３で加熱する熱搬送媒体の流量をヒーター部Ｈａで加熱する熱搬送媒体の流量よりも小さくすることができる。この結果、バッテリーモジュールＳにおいては、１つ１つのヒーター部１３の消費電力を小さくすることができる。

また、バッテリーモジュールＳにおいては、バッテリー１がヒーター部１３を有することで、ヒーター部１３と蓄電部１１との間の流路の長さは、ヒーター部Ｈａと各バッテリー１ａとの間の流路の長さよりも短くなる。よって、バッテリーＳにおいては、輸送管１２におけるヒーター部１３と蓄電部１１との間の放熱損失を、ヒーター部Ｈａと各バッテリー１ａとの間の流路における放熱損失よりも小さくすることができる。

また、バッテリーＳにおいては、ヒーター部１３と蓄電部１１との間の流路の長さがヒーター部Ｈａとバッテリー１ａとの間の流路の長さよりも短くなることで、輸送管１２における放熱損失を抑制し、蓄電部１１の昇温速度を向上させることができる。

また、バッテリーモジュールＳにおいては、各バッテリー１がポンプ１６を有しており、車両ＡにはポンプＦが設けられている。これに対して、比較例のバッテリーモジュールＳａにおいては、各バッテリー１ａがポンプを有しておらず、車両ＡａにはポンプＦａが設けられている。ポンプＦａは、複数のバッテリー１ａに流す熱搬送媒体を圧送する。

よって、バッテリーモジュールＳにおいては、ポンプ１６の消費電力及びポンプＦの消費電力をポンプＦａの消費電力よりも小さくすることができる。また、バッテリーモジュールＳにおいては、バッテリー１ごとにバッテリー１内に流す熱搬送媒体の流速を調節することが可能になる。具体的には、バッテリーモジュールＳにおいては、例えば、バッテリー１内をヒーター部１３で加熱した熱搬送媒体のみを循環させている場合、各バッテリー１間で熱搬送媒体の流速を調節することが可能になる。また、バッテリーモジュールＳにおいては、ポンプＦが停止している場合でも、ポンプ１６を作動させることで、熱搬送媒体を流すことが可能になる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

Ａ・・・車両
Ｓ・・・バッテリーモジュール
１・・・バッテリー
１１・・・蓄電部
１２・・・輸送管
１３・・・ヒーター部
１４・・・温度検出部
１５・・・切替部
１６・・・ポンプ
１７・・・制御部
Ｃ・・・流路切替部
Ｄ・・・ラジエータ
Ｆ・・・ポンプ
Ｇ・・・チラー
Ａａ・・・比較例の車両
Ｆａ・・・ポンプ
Ｈａ・・・ヒーター部
Ｉａ・・・流路切替部
Ｓａ・・・比較例のバッテリーモジュール
１ａ・・・バッテリー

Claims (4)

1. 複数のバッテリーを有するバッテリーモジュールであって、
   前記バッテリーは、
   電気を蓄積する蓄電部と、
   前記蓄電部と熱交換する熱搬送媒体を輸送する輸送管と、
   熱搬送媒体を加熱するヒーター部と、
   前記蓄電部の温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部が検出した温度に基づいて、前記輸送管を流れる熱搬送媒体の流量のうちの前記ヒーター部で加熱した熱搬送媒体の流量を調節する制御部と、
   を有することを特徴とするバッテリーモジュール。
2. 前記バッテリーは、
   前記ヒーター部で加熱した熱搬送媒体を前記輸送管に流すか、前記バッテリーの外部から流入した熱搬送媒体を前記輸送管に流すか、又は前記ヒーター部で加熱した熱搬送媒体及び前記バッテリーの外部から流入した熱搬送媒体を前記輸送管に流すかを切り替える切替部と、
   をさらに有し、
   前記制御部は、前記温度検出部が検出した温度が所定の第１閾値よりも低い場合に、少なくとも前記ヒーター部で加熱した熱搬送媒体を前記輸送管に流すように前記切替部を制御することを特徴とする、
   請求項１に記載のバッテリーモジュール。
3. 前記制御部は、前記温度検出部が検出した温度が前記所定の第１閾値よりも小さい所定の第２閾値よりも低い場合に、前記ヒーター部で加熱した熱搬送媒体を前記輸送管に流し、前記バッテリーの外部から流入した熱搬送媒体を前記輸送管に流さないように前記切替部を制御することを特徴とする、
   請求項２に記載のバッテリーモジュール。
4. 電気を蓄積する蓄電部と、
   前記蓄電部と熱交換する熱搬送媒体を輸送する輸送管と、
   熱搬送媒体を加熱するヒーター部と、
   前記蓄電部の温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部が検出した温度に基づいて、前記輸送管を流れる熱搬送媒体の流量のうちの前記ヒーター部で加熱した熱搬送媒体の流量を調節する制御部と、
   を有することを特徴とするバッテリー。
   

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