JP2021051883A - Battery unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池ユニットに関するものである。 The present invention relates to a battery unit.
蓄電池を大容量化するために、複数の電池セルを直列又は並列に接続して、電池ユニットを形成することが行われる。このような電池ユニットでは、各電池セルが過高温になることを抑制するために、各電池セルに接触させた状態で冷却器が設けられ、この冷却器により各電池セルが冷却される。例えば、特許文献1の組電池には、組電池を冷却する冷却器が設けられている。冷却器に設けられた冷却通路の往路側と復路側では、受熱により復路側の冷媒の温度が上昇するため、往路側の方が復路側よりも冷却されやすくなる。この往路と復路との冷却差を調整するために、発熱する電子部品を往路側の蓄電池の近傍に設けている。 In order to increase the capacity of the storage battery, a plurality of battery cells are connected in series or in parallel to form a battery unit. In such a battery unit, in order to prevent each battery cell from becoming excessively high temperature, a cooler is provided in a state of being in contact with each battery cell, and each battery cell is cooled by this cooler. For example, the assembled battery of Patent Document 1 is provided with a cooler for cooling the assembled battery. On the outward path side and the return path side of the cooling passage provided in the cooler, the temperature of the refrigerant on the return path side rises due to heat reception, so that the outward path side is more likely to be cooled than the return path side. In order to adjust the cooling difference between the outward path and the return path, an electronic component that generates heat is provided near the storage battery on the outward path side.
ところで、各電池セルでは外表面からの大気への放熱により空気冷却が行われる。電池セルが並べられた電池ブロックにおいて、内側の電池セルと外側の電池セルとでは、この空気冷却による放熱量が異なっている。そのため、外側ほど電池セルの温度が低く内側ほど電池セルの温度が高くなる。このように電池ブロック内での温度のばらつきがあると、温度による劣化や、温度による特性の違いが生じてしまい望ましくない。 By the way, in each battery cell, air cooling is performed by heat dissipation from the outer surface to the atmosphere. In the battery block in which the battery cells are arranged, the amount of heat radiated by the air cooling is different between the inner battery cell and the outer battery cell. Therefore, the temperature of the battery cell is lower toward the outside and the temperature of the battery cell is higher toward the inside. If there is such a variation in temperature within the battery block, deterioration due to temperature and difference in characteristics due to temperature occur, which is not desirable.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、電池ブロックの冷却を適切に実施することができる電池ユニットを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and a main object thereof is to provide a battery unit capable of appropriately cooling a battery block.
第1の手段は、複数の電池セルを並べて設けられる電池ブロックと、前記複数の電池セルに各々対向する状態で設けられ、前記複数の電池セルを横切る方向に冷媒を流す冷媒通路を有する冷却器と、を備え、前記冷媒通路は、冷媒流通方向において通路断面積が異なるように設けられており、空気冷却の度合いの小さい電池セルを横切る通路領域では、空気冷却の度合いの大きい電池セルを横切る通路領域よりも通路断面積が小さい。 The first means is a cooler having a battery block provided by arranging a plurality of battery cells and a refrigerant passage provided in a state of facing each of the plurality of battery cells and flowing a refrigerant in a direction crossing the plurality of battery cells. The refrigerant passages are provided so as to have different passage cross-sectional areas in the refrigerant flow direction, and cross a battery cell having a large degree of air cooling in a passage region that crosses a battery cell having a small degree of air cooling. The passage cross-sectional area is smaller than the passage area.
電池ユニットの冷却器において、冷媒通路は、冷媒流通方向で通路断面積が異なるように設けられており、空気冷却の度合いの小さい電池セルを横切る通路領域では、空気冷却度合いの大きい電池セルを横切る通路領域よりも通路断面積が小さくなっている。これにより、空気冷却の度合いの小さい電池セルを横切る通路領域での冷媒の速度が、空気冷却度合いの大きい電池セルを横切る通路領域での冷媒の速度より速くなり、空気冷却度合いの小さい電池セルでは、空気冷却の度合いの大きい電池セルに比べて冷却器への放熱が促進される。つまり、空気冷却の度合いの小さい電池セルから冷却器への放熱量が増えることで、各電池セルの温度のばらつきを抑制できる。 In the cooler of the battery unit, the refrigerant passages are provided so that the passage cross-sectional area differs depending on the refrigerant flow direction, and in the passage region that crosses the battery cell with a small degree of air cooling, it crosses the battery cell with a large degree of air cooling. The passage cross-sectional area is smaller than the passage area. As a result, the speed of the refrigerant in the passage region crossing the battery cell having a small degree of air cooling becomes faster than the speed of the refrigerant in the passage region crossing the battery cell having a high degree of air cooling, and in the battery cell having a small degree of air cooling. , Heat dissipation to the cooler is promoted as compared with a battery cell having a large degree of air cooling. That is, by increasing the amount of heat radiated from the battery cell having a small degree of air cooling to the cooler, it is possible to suppress the variation in the temperature of each battery cell.
第2の手段は、前記冷媒通路において、通路入口と通路出口との間の中間部で前記通路断面積が小さくなっている。 The second means is that in the refrigerant passage, the passage cross-sectional area is reduced at the intermediate portion between the passage inlet and the passage outlet.
複数の電池セルが並べられた電池ブロックでは、電池セルが並べられた方向、つまり冷媒流通方向における中間部の電池セルで空気冷却の度合いが小さく、熱がこもりやすい。そこで、中間部の電池セルが接触する冷媒通路の中間部において、通路断面積が小さくなっている。これにより、空気冷却の度合いが小さく熱がこもりやすい中間部の電池セルでの冷却器への放熱が促進される。そのため、中間部の電池セルでの冷却器への放熱量が増えることで、各電池セルの温度のばらつきを抑制できる。 In a battery block in which a plurality of battery cells are arranged, the degree of air cooling is small in the battery cells in the middle portion in the direction in which the battery cells are arranged, that is, in the refrigerant flow direction, and heat tends to be trapped. Therefore, the cross-sectional area of the passage is small in the middle part of the refrigerant passage in which the battery cells in the middle part come into contact with each other. This promotes heat dissipation to the cooler in the battery cell in the middle portion where the degree of air cooling is small and heat tends to be trapped. Therefore, by increasing the amount of heat radiated to the cooler in the battery cells in the intermediate portion, it is possible to suppress variations in the temperature of each battery cell.
第3の手段は、前記冷却器は、前記電池ブロック側の第1壁部と、前記第1壁部に対向する第2壁部とを有し、それらの間に前記冷媒通路が形成されており、前記第2壁部に、前記第1壁部に向けて突出する突出部が設けられ、その突出部により通路断面積が狭められている。 The third means is that the cooler has a first wall portion on the battery block side and a second wall portion facing the first wall portion, and the refrigerant passage is formed between them. The second wall portion is provided with a protruding portion that projects toward the first wall portion, and the projecting portion narrows the cross-sectional area of the passage.
冷媒通路を挟んで設けられる第1壁部と第2壁部のうち、第2壁部に突出部が設けられており、この突出部により通路断面積が狭められている。これにより、冷媒通路において、第2壁部側に設けられた突出部により、冷媒が第1壁部側、つまり電池ブロック側を流れることになる。そのため、各電池セルにおいて、冷媒通路とセル端面との間の離間距離を同一にしつつ、各電池セルで冷媒効果の差を持たせることができる。 Of the first wall portion and the second wall portion provided across the refrigerant passage, a protrusion is provided on the second wall portion, and the passage cross-sectional area is narrowed by this protrusion. As a result, in the refrigerant passage, the refrigerant flows on the first wall side, that is, on the battery block side due to the protrusion provided on the second wall side. Therefore, in each battery cell, it is possible to have a difference in the refrigerant effect in each battery cell while keeping the distance between the refrigerant passage and the cell end face the same.
第4の手段は、前記複数の電池セルに対向する対向面内において、前記冷媒流通方向に直交する方向に通路断面積が狭くなっている。 In the fourth means, the passage cross-sectional area is narrowed in the direction orthogonal to the refrigerant flow direction in the facing surface facing the plurality of battery cells.
冷媒通路は、複数の電池セルに対向する対向面内において、冷媒流通方向に直交する方向に通路断面積が狭くなっている。これにより、複数の電池セルを横切る方向で通路断面積を狭くすることができない場合にも通路断面積を異ならせることができる。 The refrigerant passage has a narrow passage cross-sectional area in the direction orthogonal to the refrigerant flow direction in the facing surface facing the plurality of battery cells. As a result, the passage cross-sectional area can be made different even when the passage cross-sectional area cannot be narrowed in the direction across the plurality of battery cells.
第5の手段は、前記冷却器は、前記冷媒通路の通路断面積を可変とする断面積可変部材を有し、前記断面積可変部材は、温度に応じて変形可能であり、高温の前記電池セルに対応する通路領域の通路断面積が狭く、低温の前記電池セルに対応する通路領域の通路断面積が広くなるように変形する。 Fifth means, the cooler has a cross-sectional area variable member that makes the passage cross-sectional area of the refrigerant passage variable, and the cross-sectional area variable member is deformable according to temperature, and the high temperature battery. It is deformed so that the passage cross-sectional area of the passage region corresponding to the cell is narrow and the passage cross-sectional area of the passage region corresponding to the low temperature battery cell is wide.
冷媒流通方向において通路断面積が異なっていると、通路断面積が狭くなる箇所では圧損の懸念が生じる。また、電池ユニットに流れる電流が小さいときには、各電池セルの発熱量が小さく、空気冷却による電池セル間の温度差が生じにくい。このような場合には、冷却器への放熱を場所によって変える必要があまりない。 If the passage cross-sectional area is different in the refrigerant flow direction, there is a concern of pressure loss in a place where the passage cross-sectional area becomes narrow. Further, when the current flowing through the battery unit is small, the amount of heat generated by each battery cell is small, and a temperature difference between the battery cells due to air cooling is unlikely to occur. In such a case, it is not necessary to change the heat dissipation to the cooler depending on the location.
そこで、冷却器に冷媒通路の通路断面積を可変とする断面積可変部材を設ける。断面積可変部材は、高温の電池セルに対応する通路領域の通路断面積が狭く、低温の電池セルに対応する通路領域の通路断面積が広くなるように変形する。これにより、電池セルの間で温度差が生じる状態では、空気冷却の度合いが小さく電池セルの温度が高温になった電池セルに対応する通路領域の通路断面積が相対的に狭くなる。一方、温度差が生じない、つまり高温の電池セルが生じない場合には、冷媒流通方向において全ての電池セルが低温になり、冷媒流通方向において通路断面積が変化しない。そのため、冷媒の速度を変化させる必要性と圧損とのバランスをとることができる。 Therefore, the cooler is provided with a cross-sectional area variable member that makes the passage cross-sectional area of the refrigerant passage variable. The variable cross-sectional area member is deformed so that the passage cross-sectional area of the passage region corresponding to the high-temperature battery cell is narrow and the passage cross-sectional area of the passage region corresponding to the low-temperature battery cell is wide. As a result, in a state where a temperature difference occurs between the battery cells, the passage cross-sectional area of the passage region corresponding to the battery cells in which the degree of air cooling is small and the temperature of the battery cells is high becomes relatively narrow. On the other hand, when there is no temperature difference, that is, when a high temperature battery cell does not occur, all the battery cells become low temperature in the refrigerant flow direction, and the passage cross-sectional area does not change in the refrigerant flow direction. Therefore, it is possible to balance the necessity of changing the speed of the refrigerant and the pressure loss.
第6の手段は、前記電池ブロックと前記冷却器とを有する複数の電池モジュールを備え、前記複数の電池モジュールは、各々の前記冷却器の前記冷媒通路が直列に接続されるように構成されており、前記複数の電池モジュールのうち上流側の前記電池モジュールの平均通路断面積は、前記複数の電池モジュールのうち下流側の前記電池モジュールの平均通路断面積より大きい。 The sixth means includes a plurality of battery modules having the battery block and the cooler, and the plurality of battery modules are configured such that the refrigerant passages of the respective coolers are connected in series. The average passage cross-sectional area of the battery module on the upstream side of the plurality of battery modules is larger than the average passage cross-sectional area of the battery module on the downstream side of the plurality of battery modules.
複数の電池モジュールの各冷媒通路を直列に接続した場合、上流側の電池モジュールに比べて下流側の電池モジュールの冷媒の温度が上昇し、冷却効率が下がることになる。そこで、上流側の電池モジュールの平均通路断面積を下流側の電池モジュールの平均通路断面積より大きくしてある。これにより、下流側の電池モジュールの冷媒の平均速度が上流側の電池モジュールの平均速度より速くなる。そのため、電池モジュール間での温度のばらつきを抑制できる。 When the refrigerant passages of the plurality of battery modules are connected in series, the temperature of the refrigerant in the battery module on the downstream side rises as compared with the battery module on the upstream side, and the cooling efficiency decreases. Therefore, the average passage cross-sectional area of the battery module on the upstream side is made larger than the average passage cross-sectional area of the battery module on the downstream side. As a result, the average speed of the refrigerant in the battery module on the downstream side becomes faster than the average speed of the battery module on the upstream side. Therefore, the temperature variation between the battery modules can be suppressed.
第7の手段は、前記電池ブロックと前記冷却器とを有する複数の電池モジュールを備え、前記複数の電池モジュールは、各々の前記冷却器の前記冷媒通路が直列に接続されるように構成されており、前記複数の電池モジュールのうち上流側の前記電池モジュールの通路断面積が小さくなっている領域の冷媒流通方向の寸法は、前記複数の電池モジュールのうち下流側の前記電池モジュールの通路断面積が小さくなっている領域の冷媒流通方向の寸法より小さい。 The seventh means includes a plurality of battery modules having the battery block and the cooler, and the plurality of battery modules are configured such that the refrigerant passages of the respective coolers are connected in series. The dimension in the refrigerant flow direction of the region where the passage cross-sectional area of the battery module on the upstream side of the plurality of battery modules is small is the passage cross-sectional area of the battery module on the downstream side of the plurality of battery modules. Is smaller than the dimension in the refrigerant flow direction in the region where is small.
複数の電池モジュールの各冷媒通路を直列に接続した場合、上流側の電池モジュールに比べて下流側の電池モジュールの冷媒の温度が上昇し、冷却効率が下がることになる。そこで、上流側の電池モジュールの通路断面積が小さくなっている領域の冷媒流通方向の寸法が、下流側の電池モジュールの通路断面積が小さくなっている領域の冷媒流通方向の寸法より小さくしてある。これにより、下流側の電池モジュールの冷媒への放熱が大きくなる領域が上流側の電池モジュールより長くなる。そのため、電池モジュール間での温度のばらつきを抑制できる。 When the refrigerant passages of the plurality of battery modules are connected in series, the temperature of the refrigerant in the battery module on the downstream side rises as compared with the battery module on the upstream side, and the cooling efficiency decreases. Therefore, the dimension in the refrigerant flow direction in the region where the passage cross-sectional area of the battery module on the upstream side is small is made smaller than the dimension in the refrigerant flow direction in the region where the passage cross-sectional area of the battery module on the downstream side is small. is there. As a result, the region where the heat radiation of the battery module on the downstream side to the refrigerant becomes large becomes longer than that of the battery module on the upstream side. Therefore, the temperature variation between the battery modules can be suppressed.
<実施形態>
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、例えば電気自動車やPHV、HVのようなモータを駆動源として走行する車両において、当該車両のモータ等の各種機器に電力を供給する車載電源である電池ユニットとして具体化するものとしている。なお、エンジンを駆動源として走行する車両の車載電源である電池ユニットとして具現化してもよい。また、以下の説明において、図2の上側、つまり電池ブロック30側を上側とし、図2の下側、つまり冷却器40側を下側とする。また、図2の左側、つまり冷媒の流れる方向の上流側を前側とし、図2の右側、つまり下流側を後側とする。そして、上下方向及び前後方向に直交する方向を幅方向とする。
<Embodiment>
Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, for example, in a vehicle traveling by using a motor such as an electric vehicle or a PHV or HV as a drive source, the battery unit is embodied as an in-vehicle power source that supplies electric power to various devices such as the motor of the vehicle. There is. In addition, it may be embodied as a battery unit which is an in-vehicle power source of a vehicle traveling by using an engine as a drive source. Further, in the following description, the upper side of FIG. 2, that is, the
図1は、電池ユニット10の概略構成図である。電池ユニット10は、複数の電池モジュール20を有している。各電池モジュール20は、複数の電池セル31を並べて設けられる電池ブロック30と、複数の電池セル31に各々接触した状態で設けられた冷却器40とを備えている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the
複数の電池モジュール20は、各電池モジュール20の冷却器40における冷媒通路41が直列に接続されるように構成されている。そして、冷媒通路41が直列に接続された複数の電池モジュール20の列同士が、互いに並列になるように配置されている。また、冷媒通路41には、冷却機構60から冷媒が供給されている。
The plurality of
冷却機構60は、冷媒を循環させる循環ポンプ61と、冷媒から放熱させる放熱部62とを備えている。循環ポンプ61は、冷媒である冷却水を、冷却器40内の冷媒通路41及び放熱部62を含む循環経路で循環させる。放熱部62は、例えばファンによって冷媒から放熱させるラジエータやチラーである。なお、冷媒は、液体や気体等の流体であればよい。
The
循環ポンプ61と放熱部62は、制御装置70により制御されて駆動される。制御装置70は、CPU、ROM、RAM、入出力インターフェース等を含むマイコンにより構成されている。また、制御装置70には、その上位の制御装置である上位ECU等が接続されている。制御装置70は、CAN等の通信ネットワークにより上位ECU等に接続されて相互に通信可能となっており、各種データが互いに共有できるものとなっている。
The
制御装置70は、電池セル31の表面に設けられた温度センサ71で検出した電池セル31の温度に基づいて、循環ポンプ61及び放熱部62を駆動する。なお、温度センサ71は、各電池モジュール20に設けられていることが望ましい。また、温度センサ71によって検出された電池セル31の温度だけでなく、電池ユニット10の充電電流や放電電流に基づいて、循環ポンプ61及び放熱部62を駆動してもよい。
The
電池ブロック30は、複数の電池セル31により構成されている。各電池セル31は、リチウムイオン蓄電池等の二次電池である。各電池セル31は、積層方向、つまり前後方向に複数(本実施形態では6個)並べることで電池ブロック30を構成している。また、各電池セル31は、前後方向の厚さが薄い直方体状をしている。各電池セル31には、その上面に端子32が設けられている。各電池セル31は、その端子32が隣接する電池セル31に対して直列又は並列に接続されている。なお、電池セル31は、直方体状ではなく円筒状であってもよい。
The
複数の電池セル31に各々対向した状態で、電池ブロック30の下側に冷却器40が設けられている。つまり、電池ブロック30の下面に冷却器40が接触している。なお、各電池セル31は冷却器40と直接接触していなくてもよい。この場合には、各電池セル31から冷却器40に伝熱可能になっていればよい。つまり、各電池セル31と冷却器40とは熱的に接していればよい。
A cooler 40 is provided under the
冷却器40は、複数の電池セル31を横切る方向、つまり前後方向に冷媒を流す冷媒通路41を有している。各電池モジュール20の冷媒通路41は、前後方向に隣接する電池モジュール20の冷媒通路41に繋ぎ配管42を介して直列に接続されている。繋ぎ配管42は、前後方向に隣接する冷却器40の冷媒通路41同士を接続している。繋ぎ配管42は、冷媒通路41との接続部分では、冷却器40と同じ幅を有しており、途中で一度通路が狭くなって、再び冷媒通路41の幅まで広がるようになっている。なお、繋ぎ配管42はその全長に亘って冷却器40と同じ幅になっていてもよい。
The cooler 40 has a
図2は、電池モジュール20の概略断面図である。電池モジュール20の冷却器40は、アルミ等の金属製であって、前後方向に開口する中空の角筒状になっている。冷却器40は、上側(電池ブロック30側)の第1壁部51と、第1壁部51に対向する下側の第2壁部52とを有しており、その間の中空の部分が、冷媒が流れる冷媒通路41になっている。冷却器40の幅方向の寸法は、電池ブロック30の幅方向の寸法と同じ又は若干大きくなっている。また、冷却器40の前後方向の寸法は、電池ブロック30の前後方向の寸法と同じ又は若干大きくなっている。つまり、冷却器40の電池ブロック30と接する上面は、電池ブロック30の下面よりも大きくなっている。これにより、各電池セル31の下面がそれぞれ全面で冷却器40に接するようになっている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the
冷却器40の前端部(通路入口53側)と後端部(通路出口54側)には、繋ぎ配管42を接続するための繋ぎ部43が設けられている。繋ぎ部43は、繋ぎ配管42の内側に入り込むようになっている。なお、繋ぎ部43が繋ぎ配管42の外側を覆い、繋ぎ配管42が繋ぎ部43の内側に入り込むようになっていてもよい。
A connecting
冷媒通路41において、通路入口53と通路出口54との間の中間部55で、通路断面積が狭く(小さく)なっている。冷媒通路41の中間部55において、第2壁部52に突出部56が設けられている。突出部56が設けられていることで、冷媒通路41の中間部55の通路断面積が狭められている。これにより、冷媒通路41において、第2壁部52側に設けられた突出部56により、冷媒が第1壁部51側、つまり電池ブロック30側を流れることになる。なお、通路断面積とは、冷媒の流れる方向(前後方向)に直交する面の面積である。
In the
突出部56は、冷媒通路41の中央側に向かって突出寸法が大きくなるようになっている。具体的には、突出部56は、幅方向の全域に亘って設けられており、下流側に向けて徐々に突出量が大きくなり、かつ頂部を超えた後に徐々に突出量が小さくなるような円弧状の突出形状を有している。突出部56の冷媒通路41側の面は曲面になっている。突出部56は、その前後方向の寸法L1は、電池ブロック30の前後方向の寸法より小さくなっている。具体的には、突出部56は、電池ブロック30の前端の電池セル31Aと後端の電池セル31Bのある領域には設けられていないことが望ましい。また、突出部56の最大突出寸法H1は、圧損が大きくなりすぎない程度となっていることが望ましい。
The protruding
次に、本実施形態のように突出部56を設けた場合の効果について説明する。図3は、従来の電池モジュールにおける放熱状態を示す図である。図3の矢印は熱の伝わり方を示しており、矢印が大きいほど従来の電池モジュールから放熱される量が大きいことを示している。
Next, the effect when the protruding
従来の電池モジュールでは、冷却器Cに突出部が設けられておらず、その冷媒通路の通路断面積が前後方向の全長に亘って同じである点が本実施形態と異なっている。電池ブロック30等の構成については、従来の電池モジュールは本実施形態と同様である。
The conventional battery module is different from the present embodiment in that the cooler C is not provided with a protrusion and the passage cross-sectional area of the refrigerant passage is the same over the entire length in the front-rear direction. Regarding the configuration of the
充電時や放電時、電池ブロック30に電流が流れると、各電池セル31の温度が上昇する。各電池セル31の温度が上昇し、周囲(大気)温度と電池セル31の温度とに差が生じると、各電池セル31から大気に放熱される。この際、前端の電池セル31Aでは、その前側の外表面からも放熱できる。同様に、後端の電池セル31Bでも、その後側の外表面からも放熱できる。つまり、外側(前端及び後端)の電池セル31A,31Bは他の電池セル31よりも空気冷却の度合いが大きくなる。そして、外側の電池セル31A,31Bに隣接する電池セル31は、外側の電池セル31A,31Bに伝熱して、その温度がある程度下がる。つまり、大気への放熱により、電池ブロック30の外側の電池セル31の温度が最も下がり、中間部の電池セル31Cが最も高くなる。なお、以下の説明では、大気への放熱(空気冷却)の度合い及び空気冷却に伴う隣接セルへの伝熱の度合いを合わせて空気冷却の度合いとする。
When a current flows through the
一方、冷却器Cには、各電池セル31が同じように接している。また、冷却器Cの冷媒通路内での速度等の放熱条件の違いはない。そのため、各電池セル31からの冷却器Cへの放熱量はほぼ同じになる。
On the other hand, each
したがって、従来では、各電池セル31の空気冷却の度合いの違いが、そのまま各電池セル31からの放熱量の違いになる。各電池セル31からの放熱量が異なることで、各電池セル31の温度が異なることになる。具体的には、中間部の電池セル31Cの温度が高く、外側の電池セル31A,31Bの温度が低くなる。そして、温度が高い中間部の電池セル31Cに合わせて電流制限を実施するため、電池モジュール全体の充電電流や放電電流に制限がかかる。また、中間部の電池セル31Cは、温度が高くなるため劣化が促進される。この中間部の電池セル31Cの劣化に合わせて電池ブロック30の使用範囲が定まるため、全ての電池セル31の使用範囲が狭くなる。
Therefore, conventionally, the difference in the degree of air cooling of each
一方、本実施形態では、冷媒通路41内の通路断面積が中間部55で狭くなっている。図4は、本実施形態の冷媒通路41における冷媒速度を示す図である。図4の矢印は、冷媒の速度を示しており、サイズが大きいほど冷媒の速度が速いことを示している。
On the other hand, in the present embodiment, the passage cross-sectional area in the
本実施形態では、冷媒通路41の通路断面積が場所により異なることから、冷媒通路41において冷媒の速度が場所により異なっている。つまり、冷媒通路41において、冷媒の速度が場所により変化している。具体的には、通路断面積が狭くなるほど、冷媒の速度が速くなっている。通路断面積の狭い中間部55では、通路断面積の広い通路入口53付近や通路出口54付近に比べて冷媒の速度が速くなっている。
In the present embodiment, since the passage cross-sectional area of the
図5は、本実施形態の電池モジュール20における放熱状態を示す図である。図5の矢印は、図3の矢印と同様に、熱の伝わり方を示しており、矢印が大きいほど従来の電池モジュール20から放熱される量が大きいことを示している。
FIG. 5 is a diagram showing a heat dissipation state in the
充電や放電時、電池ブロック30に電流が流れると、各電池セル31の温度が上昇する。各電池セル31の温度が上昇し、周囲(大気)温度と電池セル31の温度とに差が生じると、各電池セル31から大気に放熱される。この際、従来と同様、外側の電池セル31A,31Bは他の電池セル31よりも空気冷却の度合いが大きくなる。そのため、電池ブロック30の外側のほど放熱され、中間部の電池セル31Cで最も熱がこもる。
When a current flows through the
一方、各電池セル31から冷却器40への放熱は、場所により冷媒通路41の通路断面積が異なることから、場所により放熱量が異なっている。具体的には、通路断面積が狭く冷媒の速度が速い領域ほど、冷媒への放熱量が大きくなる。そのため、通路断面積が狭い領域に対応する中間部の電池セル31Cから冷却器40への放熱量が促進される。また、突出部56により通路断面積が狭くなっているが、突出部56は、第2壁部52側に設けられており、各電池セル31から冷媒への放熱を阻害しない。つまり、突出部56が第2壁部52側に設けられていることで、各電池セル31において、冷媒通路41とセル端面(下面)との間の離間距離を同一にしつつ、各電池セル31で冷媒効果の差を持たせることができる。
On the other hand, the amount of heat radiated from each
したがって、空気冷却度合いの大きい外側の電池セル31A,31Bよりも、空気冷却度合いの小さい中間部の電池セル31Cの方が冷却器40への放熱量が大きくなる。つまり、空気冷却の度合いの小さい電池セル31(中間部の電池セル31C)を横切る通路領域での冷媒の速度が、空気冷却度合いの大きい電池セル31(外側の電池セル31A,31B)を横切る通路領域での冷媒の速度より速くなる。そして、中間部の電池セル31Cでは、外側の電池セル31A,31Bに比べて冷却器40への放熱が促進される。
Therefore, the amount of heat radiated to the cooler 40 is larger in the
また、外側の電池セル31A,31Bと中間部の電池セル31Cとの空気冷却度合いの差分が、外側の電池セル31A,31Bと中間部の電池セル31Cとの冷却器40への放熱量の違いと同じぐらいであることが望ましい。これにより、各電池セル31間において、空気冷却の度合いと冷却器40への放熱量との合計が同じくらいになる。そのため、各電池セル31が均温化され、一部の高温の電池セル31により電流や使用範囲が制限されることを抑制できる。
Further, the difference in the degree of air cooling between the
そして、本実施形態のように複数の電池モジュール20の冷媒通路41が直列に接続されている場合には、上流側の電池モジュール20に比べて下流側の電池モジュール20の冷媒の温度が上昇する。そのため、電池ブロック30と冷媒との温度差が小さくなり、上流側に比べて下流側の冷却効率が下がることになる。
When the
そこで、上流側の電池モジュール20の冷媒通路41の平均通路断面積は、下流側の電池モジュール20の冷媒通路41の平均通路断面積より大きくなっていることが望ましい。具体的には、突出部56の最大突出寸法H1が、上流側の方が下流側の方よりも小さくなっている。これにより、下流側の電池モジュール20の冷媒の平均速度が上流側の電池モジュール20の平均速度より速くなる。そのため、上流側の電池モジュール20と下流側の電池モジュール20の温度を同じぐらいにすることができる。また、冷媒の温度が上がって冷却効率が下がっていても、突出部56の最大突出寸法H1が大きくなることで、冷却器40への放熱効率の差を確保でき、下流側の電池モジュール20内での温度差を小さくできる。なお、上流側の電池モジュール20の冷媒通路41の通路断面積よりも下流側の電池モジュール20の通路断面積を全体的に小さくしてもよい。つまり、冷媒通路41の同じ位置に相当する場所での通路断面積が上流側よりも下流側が小さくなるようにしてもよい。
Therefore, it is desirable that the average passage cross-sectional area of the
また、電池モジュール20の通路断面積が小さくなっている領域の前後方向の寸法L1は、複数の電池モジュール20のうち下流側の電池モジュール20の通路断面積が小さくなっている領域の前後方向の寸法L1より小さいことが望ましい。具体的には、突出部56が設けられている領域の前後方向の寸法L1は、上流側の方が下流側の方よりも小さくなっている。これにより、下流側の電池モジュール20の冷媒への放熱が大きくなる領域が上流側の電池モジュール20より長くなる。そのため、上流側の電池モジュール20と下流側の電池モジュール20の温度を同じぐらいにすることができる。
Further, the dimension L1 in the front-rear direction of the region where the passage cross-sectional area of the
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。 According to the present embodiment described in detail above, the following excellent effects can be obtained.
電池ユニット10の冷却器40において、冷媒通路41は、冷媒流通方向(前後方向)で通路断面積が異なるように設けられており、空気冷却の度合いの小さい電池セル31を横切る通路領域では、空気冷却度合いの大きい電池セル31を横切る通路領域よりも通路断面積が小さくなっている。これにより、空気冷却の度合いの小さい電池セル31から冷却器40への放熱量が増えることで、各電池セル31の温度のばらつきを抑制できる。
In the cooler 40 of the
空気冷却の度合いが小さく熱がこもりやすい中間部の電池セル31Cでの冷却器40への放熱が促進される。そのため、中間部の電池セル31Cでの冷却器40への放熱量が増えることで、各電池セル31の温度のばらつきを抑制できる。
Heat dissipation to the cooler 40 in the
冷媒通路41において、第2壁部52側に設けられた突出部56により、冷媒が第1壁部51側、つまり電池ブロック30側を流れることになる。そのため、各電池セル31において、冷媒通路41とセル端面との間の離間距離を同一にしつつ、各電池セル31で冷媒効果の差を持たせることができる。
In the
複数の電池モジュール20の各冷媒通路41を直列に接続した場合、上流側の電池モジュール20に比べて下流側の電池モジュール20の冷媒の温度が上昇し、冷却効率が下がることになる。そこで、上流側の電池モジュール20の平均通路断面積を下流側の電池モジュール20の平均通路断面積より大きくしてある。これにより、下流側の電池モジュール20の冷媒の平均速度が上流側の電池モジュール20の平均速度より速くなる。そのため、電池モジュール20間での温度のばらつきを抑制できる。
When the
複数の電池モジュール20の各冷媒通路41を直列に接続した場合、上流側の電池モジュール20に比べて下流側の電池モジュール20の冷媒の温度が上昇し、冷却効率が下がることになる。そこで、上流側の電池モジュール20の通路断面積が小さくなっている領域の前後方向の寸法L1が、下流側の電池モジュール20の通路断面積が小さくなっている領域の前後方向の寸法L1より小さくしてある。これにより、下流側の電池モジュール20の冷媒への放熱が大きくなる領域が上流側の電池モジュール20より長くなる。そのため、電池モジュール20間での温度のばらつきを抑制できる。
When the
<他の実施形態>
本発明は、上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実施してもよい。ちなみに、以下の別例の構成を、上記実施形態の構成に対して、個別に適用してもよく、また、任意に組み合わせて適用してもよい。
<Other Embodiments>
The present invention is not limited to the above embodiment, and may be implemented as follows, for example. Incidentally, the configuration of the following alternative example may be applied individually to the configuration of the above embodiment, or may be applied in any combination.
・図6は、他の実施形態における電池モジュール120の概略構成図である。図6では、通路断面積を断面積可変部材156により変化させている。前後方向において通路断面積が異なっていると、通路断面積が狭くなる箇所では圧損の懸念が生じる。また、電池ユニット10に流れる電流が小さいときには、各電池セル31の発熱量が小さく、空気冷却による電池セル31間の温度差が生じにくい。このような場合には、各電池セル31から冷却器40への放熱度合いを場所によって変える必要があまりない。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the battery module 120 in another embodiment. In FIG. 6, the passage cross-sectional area is changed by the cross-sectional area
そこで、冷却器40に冷媒通路141の通路断面積を可変とする断面積可変部材156を設ける。断面積可変部材156は、例えば、形状記憶合金等の温度によって記憶した形状に変化する感温材料よりなる。断面積可変部材156は、高温になる中間部の電池セル31Cに対応する通路領域(中間部155)の通路断面積が狭く、低温になる外側の電池セル31A,31Bに対応する通路領域の通路断面積が広くなるように変形する。具体的には、断面積可変部材156は、第2壁部52に設けられており、冷却器40と接する各電池セル31の温度に応じて記憶された形状に突出して通路断面積を部分的に狭くする。
Therefore, the cooler 40 is provided with a cross-sectional area
これにより、電池セル31の間で温度差が生じる状態では、空気冷却の度合いが小さく、温度が高温になった中間部の電池セル31Cに対応する通路領域(中間部155)の通路断面積が相対的に狭くなる。一方、温度差が生じない、つまり一部の電池セル31が高温にならない場合には、前後方向において全ての電池セル31が低温になり、前後方向において通路断面積が変化しない。そのため、必要な場合のみ部分的に速度を変化させ、不必要な場合には、圧損が生じることを抑制できる。
As a result, in a state where a temperature difference occurs between the
・通路断面積を狭くするための形状は、他の形状であってもよい。例えば、図7に示すように、通路断面積を狭くする突出部256Aは、直線状になっていてもよい。直線状とすることで、成形が容易になる。また、図8に示すように、各電池セル31に対応する位置毎に、通路断面積が異なるようになっていてもよい。具体的には、冷媒通路241における各電池セル31に対応する領域毎に第1壁部51と突出部256Bとの間の寸法が異なるようになっていてもよい。これにより、各電池セル31の放熱量を調整しやすくなる。また、図9に示すように、圧損を低減するために、突出部256Cの角部は、R形状となっていてもよい。
-The shape for narrowing the cross-sectional area of the passage may be another shape. For example, as shown in FIG. 7, the
・図10に示すように、冷却器340の冷媒通路341は、複数の電池セル31に対向する対向面内において、冷媒流通方向(前後方向)に直交する方向に部分的に通路断面積が狭くなっていてもよい。具体的には、冷媒通路341が中間部355において幅方向に狭くなるようになっている。これにより、上下方向で通路断面積を狭くすることができない場合にも通路断面積を変化させることができる。なお、幅方向で最も狭くなる位置でも、全ての電池セル31が冷却器340に接するように、冷却器340の幅が電池ブロック30の幅よりも大きいことが望ましい。また、冷媒通路341内に翼断面状の障害物を設けて、幅方向に通路断面積を狭くするようにしてもよい。複数の電池セル31を横切る方向(前後方向)において通路断面積を狭くした上で、直交する方向(幅方向)においても通路断面積を異ならせることができる。
As shown in FIG. 10, the
・図11に示すように、電池モジュール20の近くに、ジャンクションボード、DC/DCコンバータ等の熱源Hがあって、一部の電池セル31がその熱源Hから受熱する場合には、冷却器440の冷媒通路441の熱源H付近の通路断面積が狭くなるようにしてもよい。
As shown in FIG. 11, when there is a heat source H such as a junction board or a DC / DC converter near the
・上記実施形態では、複数の電池モジュール20を直列に接続して電池ユニット10を構成していたが、1つの電池モジュール20で電池ユニット10を構成してもよい。また、各電池モジュール20を並列に接続して電池ユニット10を構成してもよい。
-In the above embodiment, a plurality of
・上記実施形態では、複数の電池モジュール20の冷媒通路41を直列に接続し、上流側の電池モジュール20を通過した冷媒が下流側の電池モジュール20に流れ込むようになっていたが、各電池モジュール20に冷媒を供給、排出するようにしてもよい。例えば、列状に並べられた複数の電池モジュール20のそれぞれに冷媒を供給する供給管を設け、供給管から各冷媒通路41に冷媒を供給する。そして、各冷媒通路41から排出された冷媒を流す排出管を設け、排出管から循環ポンプ61に冷媒を流すようにしてもよい。
-In the above embodiment, the
10…電池ユニット、30…電池ブロック、31…電池セル、40…冷却器、41…冷媒通路。 10 ... Battery unit, 30 ... Battery block, 31 ... Battery cell, 40 ... Cooler, 41 ... Refrigerant passage.
Claims (7)
前記複数の電池セルに各々対向する状態で設けられ、前記複数の電池セルを横切る方向に冷媒を流す冷媒通路(41,141,241,341)を有する冷却器(40,140,240,340)と、を備え、
前記冷媒通路は、冷媒流通方向において通路断面積が異なるように設けられており、空気冷却の度合いの小さい電池セル(31C)を横切る通路領域では、空気冷却の度合いの大きい電池セル(31A,31B)を横切る通路領域よりも通路断面積が小さい電池ユニット(10)。 A battery block (30) provided by arranging a plurality of battery cells (31),
A cooler (40, 140, 240, 340) provided with each of the plurality of battery cells facing each other and having a refrigerant passage (41,141,241,341) for flowing a refrigerant in a direction crossing the plurality of battery cells. And with
The refrigerant passages are provided so that the cross-sectional areas of the passages differ in the refrigerant flow direction, and in the passage region crossing the battery cell (31C) having a small degree of air cooling, the battery cells (31A, 31B) having a large degree of air cooling ) Is smaller than the passage area across the passage area (10).
前記第2壁部に、前記第1壁部に向けて突出する突出部(56,256)が設けられ、その突出部により通路断面積が狭められている請求項1又は請求項2に記載の電池ユニット。 The cooler has a first wall portion (51) on the battery block side and a second wall portion (52) facing the first wall portion, and the refrigerant passage is formed between them. Ori,
The first or second aspect of the present invention, wherein the second wall portion is provided with a projecting portion (56,256) projecting toward the first wall portion, and the passage cross-sectional area is narrowed by the projecting portion. Battery unit.
前記断面積可変部材は、温度に応じて変形可能であり、高温の前記電池セルに対応する通路領域の通路断面積が狭く、低温の前記電池セルに対応する通路領域の通路断面積が広くなるように変形する請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の電池ユニット。 The cooler has a cross-sectional area variable member (156) that makes the passage cross-sectional area of the refrigerant passage variable.
The cross-sectional area variable member can be deformed according to the temperature, the passage cross-sectional area of the passage region corresponding to the high temperature battery cell is narrow, and the passage cross-sectional area of the passage region corresponding to the low temperature battery cell is wide. The battery unit according to any one of claims 1 to 4, which is deformed as described above.
前記複数の電池モジュールは、各々の前記冷却器の前記冷媒通路が直列に接続されるように構成されており、
前記複数の電池モジュールのうち上流側の前記電池モジュールの平均通路断面積は、前記複数の電池モジュールのうち下流側の前記電池モジュールの平均通路断面積より大きい請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の電池ユニット。 A plurality of battery modules (20) having the battery block and the cooler are provided.
The plurality of battery modules are configured such that the refrigerant passages of the respective coolers are connected in series.
One of claims 1 to 5, wherein the average passage cross-sectional area of the battery module on the upstream side of the plurality of battery modules is larger than the average passage cross-sectional area of the battery module on the downstream side of the plurality of battery modules. The battery unit described in item 1.
前記複数の電池モジュールは、各々の前記冷却器の前記冷媒通路が直列に接続されるように構成されており、
前記複数の電池モジュールのうち上流側の前記電池モジュールの通路断面積が小さくなっている領域の冷媒流通方向の寸法は、前記複数の電池モジュールのうち下流側の前記電池モジュールの通路断面積が小さくなっている領域の冷媒流通方向の寸法より小さい請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の電池ユニット。 A plurality of battery modules (20) having the battery block and the cooler are provided.
The plurality of battery modules are configured such that the refrigerant passages of the respective coolers are connected in series.
The dimension in the refrigerant flow direction of the region where the passage cross-sectional area of the battery module on the upstream side of the plurality of battery modules is small is such that the passage cross-sectional area of the battery module on the downstream side of the plurality of battery modules is small. The battery unit according to any one of claims 1 to 5, which is smaller than the dimension in the refrigerant flow direction in the region.
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