CN111430607A - 车辆、换热板以及电池组 - Google Patents
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Abstract
本发明提供能降低车载电池的中央区域的温度上升的车辆、换热板以及电池组。车辆具备:换热板,其具有冷却液层和制冷剂层;电池模块组,其具有多个电池模块并沿换热板的第一面配置;车体,其收纳换热板和电池模块;第一车轮和第二车轮,其与车体结合;以及电动机,其使用从电池模块组供给的电力驱动第一车轮,冷却液层在从第一面和第二面排列的方向观察的俯视时具有第一区域,制冷剂层在俯视时具有第二区域,电池模块组在俯视时在第一面具备第三区域,制冷剂层的第二区域比冷却液层的第一区域小,制冷剂层的第二区域的至少一部分与冷却液层的第一区域重叠地配置,电池模块组的第三区域的中心与制冷剂层的第二区域重叠地配置。
Description
技术领域
本发明涉及车辆、换热板以及电池组。
背景技术
在混合动力车、电动车搭载有对作为驱动源的马达供电的车载电池。为了抑制车载电池的温度上升,公知有同时供给制冷剂和冷却液这二者的混合式换热器(参照专利文献1)。
专利文献1公开了一种车辆用的电源装置,其具备将多个电池单体连结而成的电池块、与电池单体热耦合并利用被供给的制冷剂来冷却电池单体的冷却板、向冷却板供给制冷剂的冷却机构、以及控制冷却机构来控制冷却板的冷却状态的控制电路,上述车辆用的电源装置高效且迅速地冷却电池,并且减小电池单体的温差从而防止因电池单体的不平衡带来的弊端。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2010-50000号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1公开了对电池单体进行水冷并利用制冷剂来冷却的情况,但没有考虑中央部的温度上升,所以会有位于电池单体中央部的单电池的温度升高这样的问题。
本发明的目的是提供能够降低车载电池的中央区域的温度上升的车辆、换热板以及电池组。
本发明的车辆具备:换热板,该换热板具有第一面和与第一面相反的第二面;电池模块组,其具有多个电池模块并沿上述换热板的上述第一面配置;车体,其收纳上述换热板和上述电池模块;第一车轮和第二车轮,其与上述车体结合;以及电动机,其使用从上述电池模块组供给的电力来驱动上述第一车轮,上述车辆能够使用上述第一车轮和上述第二车轮沿规定的方向行驶,上述换热板具有在上述第一面与上述第二面之间使冷却液循环的冷却液层和在上述第一面与上述第二面之间使制冷剂循环的制冷剂层,上述冷却液层在从上述第一面和上述第二面排列的方向观察的俯视时具有第一区域,上述制冷剂层在上述俯视时具有第二区域,上述电池模块组上述俯视时在上述第一面具备第三区域,上述制冷剂层的上述第二区域比上述冷却液层的上述第一区域小,上述制冷剂层的上述第二区域的至少一部分与上述冷却液层的上述第一区域重叠地配置,上述电池模块组的上述第三区域的中心与上述制冷剂层的上述第二区域重叠地配置。
本发明的换热板具有第一面和与第一面相反的第二面,上述换热板具有在上述第一面与上述第二面之间使冷却液循环的冷却液层和在上述第一面与上述第二面之间使制冷剂循环的制冷剂层,上述冷却液层在从上述第一面和上述第二面排列的方向观察的俯视时具有第一区域,上述制冷剂层在上述俯视时具有第二区域,上述制冷剂层的上述第二区域比上述冷却液层的上述第一区域小,上述制冷剂层的上述第二区域的至少一部分与上述冷却液层的上述第一区域重叠地配置,在电池模块组沿上述第一面配置的情况下,上述电池模块组上述俯视时在上述第一面具备第三区域,上述电池模块组具备多个电池模块,上述电池模块组的上述第三区域的中心与上述制冷剂层的上述第二区域重叠地配置。
本发明的电池组具备:换热板,该换热板具有第一面和与第一面相反的第二面;以及电池模块组,该电池模块组具有多个电池模块,并沿上述换热板的上述第一面配置,上述换热板具有在上述第一面与上述第二面之间使冷却液循环的冷却液层和在上述第一面与上述第二面之间使制冷剂循环的制冷剂层,上述冷却液层在从上述第一面和上述第二面排列的方向观察的俯视时具有第一区域,上述制冷剂层在上述俯视时具有第二区域,上述电池模块组在上述俯视时在上述第一面具备第三区域,上述制冷剂层的上述第二区域比上述冷却液层的上述第一区域小,上述制冷剂层的上述第二区域的至少一部分与上述冷却液层的上述第一区域重叠地配置,上述电池模块组的上述第三区域的中心与上述制冷剂层的上述第二区域重叠地配置。
发明的效果
根据本发明,在车载电池的因充放电而产生温度上升的中央区域设置冷却部,在冷却时能够降低车载电池的中央区域的温度上升,或与周边相比降低中央区域的温度。另外,使制冷剂配管集中于冷却液通路内的中央区域等,由此能够较短地构成配管,所以能够降低压损。
附图说明
图1是表示本发明的电池调温系统1的一个例子的概念图。
图2是基于图1的电池调温系统1的结构图,图2的(a)是局部分解立体图,图2的(b)是第一A-A’剖视图,图2的(c)是第二A-A’剖视图,图2的(d)是第三A-A’剖视图。
图3是表示本发明的冷却部50的不同形状的一个例子的俯视时的示意图,图3的(a)是实施方式1,图3的(b)是实施方式2。
图4是表示本发明的冷却部50的其它实施方式的一个例子的俯视时的示意图,图4的(a)是实施方式3,图4的(b)是实施方式4。
图5是表示本发明的各二次电池单体的排列例的俯视时的示意图,图5的(a)是实施例1,图5的(b)是实施例2。
图6是表示本发明的基于二次电池单体的各电阻而产生的发热状态的示意图。
图7是表示本发明的二次电池单体11以及热管理系统20的发热状态的示意图。
图8是说明本发明的电池调温系统1的冷却控制的一个例子的示意图。
图9是说明本发明的电池调温系统1的加热控制的一个例子的示意图。
图10是表示本发明的冷却部50的其它实施方式的框图。
图11是说明在本发明的车辆100搭载了电池调温系统1的状态的示意图,图11的(a)是车辆100的侧视图,图11的(b)是车辆100的后视图。
图12是表示使用图11的车辆100的路径、目的信息而进行的电池调温系统1的控制的一个例子的示意图。
图13是表示设置于车辆100的电池组α的侧视图。
附图标记说明
1、电池调温系统;10、车载电池;11、二次电池单体;20、热管理系统;21、换热器;22、第一面;23、第二面;30、冷却液通路;30a、第一冷却液层;30b、第二冷却液层;31、冷却液通路配管;31a、导入管;31b、排出管;32、泵;33、加热器;40、制冷剂配管;41、压缩机;42、冷凝器;43、膨胀阀;50、冷却部;51、入口配管;52、出口配管;53、第一点;54、第二点;100、车辆;101、车轮;101a、第一车轮;101b、第二车轮;101c、第三车轮;102、车体;103、底面;REG1、第一区域;REG2、第二区域;REG21、第一制冷剂层区域;REG22、第二制冷剂层区域;REG3、第三区域;S、中央区域;α、电池组;α1、框体;α11、第一框体面;α12、第二框体面;α13、框体端面;α131、第一框体端面;α132、第二框体端面;α31a、冷却液输入部;α31b、冷却液输出部;α51、制冷剂输入部;α52、制冷剂输出部。
具体实施方式
以下,适当地参照附图详细说明具体公开了本发明的车辆、换热板以及电池组的实施方式(以下称为“本实施方式”)。但是会有省略不必要的详细说明的情况。例如,有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长,便于本领域技术人员的理解。此外,附图及以下说明是为了本领域技术人员充分理解本发明而提供的,并不旨在限定权利要求书所记载的主题。
以下,参照附图详细说明用于实施本发明的优选的本实施方式,。
图1是表示本发明的电池调温系统1的一个例子的概念图。图2是基于图1的电池调温系统1的结构图,图2的(a)是局部分解立体图,图2的(b)是第一A-A’剖视图,图2的(c)是第二A-A’剖视图,图2的(d)是第三A-A’剖视图。基于图1以及图2详述本发明的电池调温系统1。
电池调温系统1具备车载电池10和载置并冷却车载电池10的热管理系统20。热管理系统20具有换热器21。车载电池10含有多个二次电池单体11,在换热器21的第一面22上直线地排列配置。此外,将换热器21的与第一面22相反的一侧设为第二面23。二次电池单体11是例如混合动力车或者电动车的作为行驶用马达的驱动源的积蓄电能的电池,是需要冷却等温度调节的构件。另外,将多个二次电池单体11(单电池)组合而成的构件称为电池模块。将多个电池模块组合而成的构件称为电池模块组。车载电池10既可以相当于一个电池模块,也可以相当于具有多个电池模块的电池模块组。这里使车载电池10成为电池模块组来说明。与图示相同,电池模块组沿换热器21的第一面22上配置。电池模块组在从第一面22和第二面23排列的方向观察的俯视时在上述第一面22具备第三区域REG3。
热管理系统20是用于冷却车载电池10的装置,与车载电池10相邻地配置并具备换热器21。热管理系统20还具备被收纳于换热器21并供冷却液流动的冷却液通路30和供制冷剂流动的制冷剂配管40。冷却液通路30可以如图2的(b)~图2的(d)所示那样呈层状。即,冷却液通路30是在第一面22与第二面23之间使冷却液循环的冷却液层。该冷却液层在俯视时具备第一区域REG1(参照图2的(a))。热管理系统20还具备与冷却液通路30连通的冷却液通路配管31、与冷却液通路配管31连结并使冷却液循环的泵32、加热器33、使制冷剂在制冷剂配管40循环的压缩机41、冷凝器42、膨胀阀43。
制冷剂配管40与压缩机41、冷凝器42以及膨胀阀43连通,在图1中制冷剂配管40的配置于冷却液通路30内的部分构成了冷却部50。冷却部50可以如图2的(b)~图2的(d)所示那样为层状,制冷剂在冷却部50中流动。即,冷却部50是在第一面22与第二面23之间使制冷剂循环的制冷剂层。该制冷剂层在俯视时具备第二区域REG2(参照图2的(a))。
上述所示的第一区域REG1、第二区域REG2以及第三区域REG3的相互关系如下所述。
·制冷剂层的第二区域REG2比冷却液层的第一区域REG1小(参照图2的(a))。即,以比冷却液层的第一区域REG1小的方式集中配置制冷剂层的区域(第二区域REG2)。由此,能够缩短制冷剂用的配管。通过使配管较短,具有降低压力损失(压损)的效果。
·制冷剂层的上述第二区域REG2的至少一部分与冷却液层的第一区域REG1重叠地配置(参照图2的(a)~图2的(d))。由此,能够在制冷剂层的上述第二区域REG2与冷却液层的第一区域REG1重叠的部分,进行冷却液与制冷剂之间的换热。
·电池模块组的第三区域REG3的中心O与制冷剂层的上述第二区域REG2重叠地配置(参照图2的(a)~图2的(d))。由此,电池模块组的第三区域REG3的中心O附近被在制冷剂层流动的制冷剂集中冷却。第三区域REG3的中心O附近是热量积聚、温度更高的部分。因此,通过集中冷却中心O附近,降低电池模块组的温度偏差。
此外,电池模块组的第三区域REG3优选小于冷却液层的第一区域REG1。在该情况下,能够利用冷却液层冷却电池模块组整体。
另外,第一区域REG1、第二区域REG2以及第三区域REG3的上下方向的相互关系如下。
·在俯视时的电池模块组(车载电池10)的第三区域REG3的中心O,在制冷剂层(冷却部50)与上述电池模块组之间配置冷却液层(冷却液通路30)。在图2的(b)~图2的(d)的任一状态下,都形成这样的配置。通过在制冷剂层与电池模块组之间存在冷却液层,冷却液使由制冷剂进行冷却时的不均扩散,所以能够更均匀地冷却电池模块组。
在图2的(b)中,制冷剂层埋于冷却液层的内部。在图2的(c)中,制冷剂层位于冷却液层的内部且是底部。在图2的(d)中,冷却液层载置于制冷剂层之上。这里,图2的(b)所示的构成也能够解释为利用两个冷却液层夹入制冷剂层的三明治构造。即,冷却液层在俯视时的电池模块组的第三区域REG3的中心O具备第一冷却液层30a和第二冷却液层30b,在俯视时的电池模块组的第三区域REG3的中心O,在制冷剂层与电池模块组之间配置有第一冷却液层30a,在俯视时的电池模块组的上述第三区域REG3的中心O,在第一冷却液层30a与第二冷却液层30b之间配置有制冷剂层。通过这样的配置,能够利用第一冷却液层30a和第二冷却液层30b包围制冷剂层,使制冷剂层与冷却液层之间的换热顺畅地进行。
冷却部50由配管构成。如图1的概略图所示,在冷却部50设置有制冷剂的入口配管51和出口配管52,在一侧具有第一点53,在另一侧具有第二点54。在图1的例子中,制冷剂从入口配管51向出口配管52,在一笔画那样地构成的冷却部50流动、循环,冷却车载电池10。此外,冷却部50构成了从第一点53经由第二点54向第一点53折回的部分。即,制冷剂从入口配管51流入,在第一点53附近和第二点54附近之间往复,从出口配管52流出。
在本实施方式中,冷却部50配置在车载电池10的俯视时的中央区域S内,中央区域S被设定为在车载电池10的俯视时的纵向和横向上具有大致1/3的长度的靠中央的区域。
在冷却液通路30流动的冷却液例如是含有乙二醇的防冻液。在制冷剂配管40内流动的制冷剂可以是混合气体(GAS)和液体而成的两相状态的制冷剂,一个例子是HFC(Hydrofluorocarbon:氢氟烃)。但是,制冷剂也可以是HFC以外的制冷剂。
在冷却液通路30内的冷却液的循环通过图1所示的泵32的驱动来进行,泵32例如是冷却液压送用泵、电动水泵等。
压缩机41将气化了的制冷剂压缩,并供给至冷凝器42,冷凝器42将被压缩机41压缩了的制冷剂冷却而使其液化,并供给至膨胀阀43,使该制冷剂在制冷剂配管40内循环。
换热器21例如呈平板状,形成高度比前后方向和左右方向的长度短的板状形状,被称为换热板。然而换热器21也可以是相比左右方向在前后方向上较短的箱形形状、正方形状或圆筒形状。在换热器21分别设置有与冷却部50连通的入口配管51和出口配管52、以及与冷却液通路30连通的冷却液通路配管31的导入管31a和排出管31b。
图3是表示本发明的冷却部50的不同形状的一个例子的俯视时的示意图,图3的(a)是实施方式1,图3的(b)是实施方式2。结合图3,说明冷却部50的配管构造。
在图3的(a)所示的实施方式1中,第一点53和第二点54处的折回的部分的形状为平面。各个配管部分中的制冷剂的流动在第一点53和第二点54之间是平行的。能够任意设定入口配管51和出口配管52的位置。由此,制冷剂配管40连续地连结,能够成为紧凑且低成本的配管结构。
如图3的(a)所示,冷却部50的制冷剂配管40如一笔画那样连续地呈一根管形状地配管而不分支为多个。另外,俯视时说明的配管形状也可以在冷却液通路30内的纵向(俯视)上排列有多个。
另外,也可以如图3的(b)示出的实施方式2所示那样,使制冷剂配管40在中途分支为多个流路。在图3的(a)和图3的(b)的任一情况下,都可以使多个配管相连从而形成图示的管的形状。
图4是表示本发明的冷却部50的其它实施方式的一个例子的俯视时的示意图,图4的(a)是实施方式3,图4的(b)是实施方式4。结合图4,说明冷却部50的配管构造。
在实施方式3和实施方式4中,制冷剂配管40朝向冷却部50的中央排列为螺旋状。入口配管51配置于冷却部50的周边附近,出口配管52配置于冷却部50的中央附近。另外,入口配管51与出口配管52的位置也可以相反。在该情况下,液相的制冷剂从配置于冷却部50的中央附近的入口配管51进入,制冷剂从液相变为气相并冷却中央附近,制冷剂向配置于周边附近的出口配管52流动。由此,能够高效地冷却冷却部50的中央附近。
这里,与图4的(b)所示的实施方式4比较,在图4的(a)所示的实施方式3中,制冷剂配管40在冷却部50的中央附近较为密集。即,冷却部50的中央附近与在冷却液通路30中流动的冷却液接触的表面积变大,因此冷却能力变大。这里,将制冷剂层的第二区域REG2进一步分为两个区域来考虑。设为与第三区域REG3的中心O(参照图2)对应的第一制冷剂层区域REG21和俯视时位于上述第一制冷剂层区域的外侧的第二制冷剂层区域REG22。这两个制冷剂层区域REG21和REG22用图中的虚线示出。此时,第一制冷剂层区域REG21的第一冷却能力比第二制冷剂层区域REG22的第二冷却能力大。
冷却部50的形状由载置于热管理系统20的车载电池10的温度上升,特别是中央区域S的温度上升值来决定。如果构成车载电池10的二次电池单体11的数量、容量多,则需要增大换热器21、冷却液通路30以及冷却部50,可以选择实施方式1~实施方式4所示的代表性的形状的排列,也能选择多个排列、多层排列等。另外,配管的排列结构不限于实施方式。
图5是表示各二次电池单体11的排列例的俯视时的示意图,图5的(a)是实施例1,图5的(b)是实施例2。基于图5,说明多个二次电池单体11的排列。
在实施例1中,二次电池单体11在换热器21的第一面22上沿附图横向以一端平齐的方式相邻且呈直列状排列有多个。在实施例2中,将实施例1的排列在附图纵向上排列为2列。在附图中,二次电池单体11的长边方向沿着附图纵向,但也可以在附图横向上排列,同样,排列并不局限于2列,也可以是3列以上。
图6是表示基于串联连接的二次电池单体11的各电阻而产生的发热状态的示意图。在图6中,在二次电池单体11的上方画出了表示温度的图表,在二次电池单体11的下方表示二次电池单体11的电阻。
将二次电池单体11各自的电阻(内部电阻)设为R,流向二次电池单体11的充电电流设为i,若各二次电池单体11的电阻R相同,则各二次电池单体11的发热量P能够用R×i2表示,发热量P相同(P=R×i2)。然而,由于二次电池单体11排列为与相邻的二次电池单体11大致紧密接触的状态,所以相比配置于周边的二次电池单体11,靠中央的二次电池单体11的热量积聚,所以温度上升变高。
在本实施方式的热管理系统20中,在与车载电池10的因充放电而发生温度上升的靠中央的部分对应并位于热管理系统20的冷却液通路30内的位置或与冷却液通路30重叠的位置,设置有由制冷剂配管40构成的冷却部50。特别是在设定为在车载电池10的俯视时的纵向和横向上具有大致1/3的长度的靠中央的区域的中央区域S设置冷却部50,由此能够在冷却时降低车载电池10的靠中央的温度上升,或与周边相比降低靠中央的温度。另外,在车载电池10的靠中心的部分中,热量积聚而二次电池单体11的温度上升,所以在冷却时利用中央区域S的冷却部50的制冷剂来冷却,在车载电池10的靠周边的部分中,通过由冷却液的循环进行的热扩散和车载电池10向周边的自然散热来冷却,由此能够降低车载电池10的温度并且降低偏差。
制冷剂配管40集中于热管理系统20的中央区域S,由此能够较短地构成制冷剂配管40,所以能够降低压损。并且,通过如一笔画那样连续地形成制冷剂配管40,能够冷却热管理系统20整体,与将制冷剂分配为多支的情况比较,能够降低制冷剂的流动的偏差。而且,利用泵32使在热管理系统20内的冷却液通路30流动的冷却液循环,使冷能、热能扩散,由此能够降低构成车载电池10的多个二次电池单体11的温度偏差,还能将最高温度设为容许范围。
图7是表示串联连接的二次电池单体11和热管理系统20的发热状态的示意图。在图7中,在二次电池单体11的上方画出了表示温度的图表,示出了利用热阻将二次电池单体11和热管理系统20连接的状态。
若考虑利用热阻将各个二次电池单体11与冷却液(冷却液通路30)以及制冷剂(冷却部50)连接,则二次电池单体11能够考虑为因充放电引起的发热源。这里,将相当于外部空气的结构设为二次电池外60。二次电池外(外部空气)60因周边环境而温度变化,所以产生散热(受热)。若周围温度低于车载电池10的温度则为散热,越是靠近二次电池外60的二次电池单体11,越散热而被冷却,相反,靠中心的二次电池单体11容易积聚热量。
通过存在基于冷却液和制冷剂的热管理系统20,从二次电池单体11向冷却液(冷却液通路30)、制冷剂(冷却部50)也形成散热(受热)路径。特别地,由于靠中央的二次电池单体11与冷却液之间的温差变大,朝向冷却液的散热成为主导。而且,朝向二次电池外60和冷却部50的散热量(=冷却能力)与各二次电池单体11的发热量相互平衡,从而使车载电池10的温度上升均衡。并且,利用压缩机41等,使冷却部50的冷却能力可变,能够根据需要来增减。另外,利用泵32使冷却液循环,从而使冷却部50的冷却效果、加热器33的加热效果较快到达各二次电池单体11,能够大幅降低冷却液通路30内的冷却液部分的热阻。
以使冷却用的能量与泵32的驱动用的能量之和最小的方式决定冷却部50的冷却能力、冷却部50的尺寸即可。为了利用最小能量冷却,根据车载电池10的因充放电产生的发热量和热管理系统20产生的冷能量以及向周边环境的散热量的推断来决定冷却能力,决定热管理系统20所需要的工作量来使其工作,进一步通过使用测定温度而进行的反馈控制来实施修正。
为了推断车载电池10的温度,能够根据二次电池单体11的充放电电流i、内部电阻R而取得发热量P,根据预先得到的热容量、传热模型来推断二次电池单体11的温度。为了推断冷却部50和泵32的热阻降低效果,能够预先使用热管理系统20的冷却液的温度、周边温度与压缩机41的控制量、泵32的工作量的关系,使车载电池10的温度大致均匀化,能够将最高温度降至容许范围。
而且,也可以使用与后述的车辆100的目的地有关的地图信息、气象信息等推断发热量、必要冷却能力来进行前馈控制。需要加热车载电池10的情况是周围温度较低时的行驶开始时、充电开始时。需要加热的是车载电池10的容易受到外部空气温度的影响的靠周边的二次电池单体11,所以优选为利用加热器33对借助泵32来循环的冷却液进行加热而作为用于加热的液体,从而加热车载电池10整体。
图8是说明本发明的电池调温系统1的冷却控制的一个例子的示意图。使用图8来说明冷却控制的方法。
参数如下所述,通过测定来获得。
(1)将车载电池10的靠中央的二次电池单体11的温度设为A(靠中央的代表温度)
(2)将车载电池10的靠周边的二次电池单体11的温度设为B(靠周边的代表温度)
(3)将外部温度设为C
(4)将充放电电流设为i
(5)将二次电池单体11的内部电阻设为R(预先取得,或通过计算等求得)
(6)将冷却液的温度设为E(在排出管31b附近测定)
应满足的温度条件如下所述。
容许最高温度G在二次电池单体温度A、B以上。G≥A并且G≥B
容许温度偏差H在二次电池单体温度A、B的温差以上。H≥|A-B|
说明冷却控制中的冷却工作量的考虑方法。
能够利用充放电电流i、内部电阻R计算各个二次电池单体n的发热量Wn、车载电池20的总发热量Wall。Wall=W1+W2+…Wn。然后,能够利用二次电池单体温度A、B以及外部温度C,推断来自车载电池10的散热量Wout。使用预先热阻模型化以及数据取得的结果。另外,若将冷却所需要的冷却能力设为Wcool,则WCool>Wall―Wout,该冷却能力Wcool成为冷却的目标值。另外,二次电池单体11和热管理系统20存在大于Wall的热容量,所以Wcool也能够使用过去时间(Tcool)的Wall的平均值。
Wcool的推断:针对外部温度C、冷却液的温度E、压缩机41的设定值的组合,预先获得Wcool的期待值并使用该值。也可以调整压缩机41的设定来达到需要的Wcool。而且,根据二次电池单体温度A、B的测定值调整Wcool,以满足容许最高温度G≥二次电池单体温度A、且容许最高温度G≥二次电池单体温度B。这是修正Wcool推断值的多或少的反馈控制。
说明冷却控制中的泵32的工作量的考虑方法。
若二次电池单体温差的测定值(|A-B|)超过了一定值则使泵32工作。泵32也可以根据测定值而多级、无级地变化。充放电电流i越大、Wall越大,则二次电池单体温差(|A-B|)越大是显而易见的,也可以不管二次电池单体温差(|A-B|)而基于充放电电流i进行控制,以增加泵32的工作量。而且,冷却部50和泵32的工作量能够同时或者依次判断,并同时采用冷却部50和泵32。
图9是说明本发明的电池调温系统1的加热控制的一个例子的示意图。使用图9来说明加热控制的方法。
参数因与冷却控制相同故而省略。另外,省略与冷却控制相同的附图标记的说明。
应满足的温度条件如下所述。
二次电池单体温度A、B在容许最高温度G以下且在容许最低温度L以上。G≥A≥L并且G≥B≥L
容许温度偏差H在二次电池单体温度A、B的温差以上。H≥|A-B|
说明加热控制中的加热器33的工作量的考虑方法。
能够利用充放电电流D、内部电阻R计算各个二次电池单体n的发热量Wn、车载电池20总发热量Wall。Wall=W1+W2+…Wn。然后,能够利用二次电池单体温度A、B以及外部温度C,推断来自车载电池10的散热量Wout。使用预先热阻模型化以及数据取得的结果。
若将加热器33所需要的能力设为Wheat,则Wheat>Wout―Wall,Wheat成为加热器33的目标值。另外,二次电池单体11和热管理系统20存在大于Wall的热容量,所以Wheat也能够使用过去时间(Tcool)的Wall的平均值。
Wheat的计算:Wheat能够通过加热器33的电源电压×电流来计算。调整加热器33的电流以达到需要的Wheat。而且,根据二次电池单体温度A、B的测定值调整Wheat、Wcool,以满足容许最高温度G≥二次电池单体温度A≥容许最低温度L、且容许最高温度G≥二次电池单体温度B≥容许最低温度L。
说明加热控制中的泵32的工作量的考虑方法。
为了使Wheat向冷却液通路30内扩散而使泵32工作。若二次电池单体温差的测定值|A-B|超过了一定值则使泵32工作。泵32也可以根据测定值而多级、无级地变化。冷却部50和泵32的工作量能够同时或者依次判断,并同时采用冷却部50和泵32。
图10是表示本发明的冷却部50的其它实施方式的框图。
特别地,在将车载电池10配置为2列以上(参照图5的(b))的情况下,冷却液和制冷剂的热管理系统20在物理上变大,所以热管理系统20内的温度的均匀化成为问题。在将冷却部50配置于车载电池10的中央区域S并利用一台泵32进行循环的情况下,如图10所示,利用泵32循环的冷却液成为在冷却部50的外周环绕的状态(图10中用虚线箭头示出了冷却液通路30内的冷却液的流动)。这里,冷却部50、入口配管51以及出口配管52相对于进行循环的冷却液的流动大致正交,所以通过例如在入口配管51附近扩张冷却部50,从而对于外周的冷却液也能够进行适当的冷却。因此,优选为至少连结冷却部50与膨胀阀43的入口配管51的一部分配置于冷却液通路30内。
图11是说明将电池调温系统1搭载于本发明的车辆100的状态的示意图,图11的(a)是车辆100的侧视图,图11的(b)是车辆100的后视图。
搭载电池调温系统1的车辆100具备沿行进方向旋转的车轮101、车体102、以及车体102的底面103。车体102收纳换热器21和电池模块。车轮101可以包含与车体102结合的第一车轮101a和第二车轮101b。车轮101也可以还包含与车体102结合的第三车轮101c等,通常车辆100为四轮。但也可以是自动三轮等除了四轮以外的车辆。省略图示的电动机使用由电池模块(组)供给的电力,驱动上述第一车轮101a。第二车轮101b可以是转向轮。但是,电动机也可以驱动除第一车轮101a以外的车轮。车辆100能够使用第一车轮101a和第二车轮101b沿规定的方向行驶。
在图11的(a)中,沿车辆100的行进方向配置换热器21的长边方向,在图11的(b)中,沿车辆100的宽度方向配置换热器21的长边方向。即在图11的(b)中,沿车辆100的行进方向配置换热器21的短边方向。这样,使换热器21沿规定的方向配置。此外,能够考虑车辆100的配置空间、电池调温系统1的抗震性等,适当地决定换热器21的配置方向。
图12是表示使用图11的车辆100的路径、目的信息而进行的电池调温系统1的控制的一个例子的示意图。
在车辆100进行自动行驶、基于汽车导航的路径引导的情况下,通过通信使用云端信息,从而能够推断在今后的行驶中产生的各种参数的变化。例如有外部温度C的变化、天气、海拔的变化、充放电电流i的变化、由海拔的升降、行驶的路径上的速度、红绿灯、限速、交通堵塞引起的速度、所需时间的变化等。外部温度C、充放电电流i在进行电池调温系统1的控制上是重要的参数,预先获得这些信息,从而能够预先推断二次电池单体温度A、B的变化。
能够对压缩机41的设定值、泵32的工作量进行前馈控制,以便能够必要且充分地满足容许最高温度G≥二次电池单体温度A、B、以及容许温度偏差H≥二次电池单体温差(|A-B|)。由此能够降低用于冷却的消耗电力,还能够必要且充分小地设计制冷剂回路的能力。另外,使用路径、目的地信息而进行的推断、压缩机41的设定值、泵32的工作量的调整也可以在云端实施运算,利用通信传给车辆100。
图13是表示设置于车辆100的电池组α的侧视图。
在车辆100的车体102的下部设置有电池组α。电池组α具备框体α1,框体α1至少收纳有车载电池10和换热器21。此外,在图示的例子中,电池调温系统1具备三个电池模块(车载电池10)、三个换热器21(换热板)。但是,也可以在一个换热器21上载置由三个电池模块(车载电池10)构成的电池模块组。电池调温系统所具备的换热器21和车载电池10的数量没有特别限定。
框体α1具备沿换热器21的第一面22配置的第一框体面α11和沿换热器21的第二面23配置的第二框体面α12。而且,电池模块组(车载电池10)和换热器21配置在第一框体面α11与第二框体面α12之间。
框体α1具备将第一框体面α11与第二框体面α12相连的框体端面α13,框体端面α13具备供制冷剂向制冷剂层进入的制冷剂输入部α51和供制冷剂从制冷剂层出来的制冷剂输出部α52。此外,制冷剂输入部α51和制冷剂输出部α52可以由管构成,分别相当于图1等示意图的入口配管51和出口配管52。即,至少制冷剂输入部α51和制冷剂输出部α52能够与具备压缩机41、冷凝器42以及膨胀阀43等的换热循环系统结合。该换热循环系统可以用于车厢空调,换热循环系统不仅使制冷剂向冷却部50循环,还可以使制冷剂相对于车厢空调装置(车载空调)循环。
另外,框体端面α13也可以还具备供冷却液向冷却液层进入的冷却液输入部α31a和供冷却液从冷却液层出来的冷却液输出部α31b。此外,冷却液输入部α31a和冷却液输出部α31b可以由管构成,分别相当于图1等示意图的导入管31a和排出管31b。
这里,如图所示,框体端面α13可以存在多个。框体端面α13至少具备第一框体端面α131和第二框体端面α132。第一框体端面α131与第二框体端面α132相对配置。冷却液输入部α31a、冷却液输出部α31b、制冷剂输入部α51以及上述制冷剂输出部α52配置于第一框体端面α131。上述管集中配置于第一框体端面α131,由此向电池组α的外侧延伸的配管紧凑地集中,也能够缩短配管的长度。但是,冷却液输入部α31a、冷却液输出部α31b、制冷剂输入部α51以及上述制冷剂输出部α52也可以分别配置于不同的框体端面(α131、α132等)。根据车体102的底面103的形状、空闲空间的形状适当地决定向多个框体端面中的哪个端面延伸各配管。
如上所述,制冷剂层的第二区域REG2具备与第三区域REG3的中心对应的第一制冷剂层区域和俯视时位于第一制冷剂层区域的外侧的第二制冷剂层区域,第一制冷剂层区域的第一冷却能力比第二制冷剂层区域的第二冷却能力大。由此,能够将在第三区域REG3的中心附近积聚的热量集中除去,能够降低电池模块组的温度偏差。
另外,换热板沿规定的方向配置。由此,能够考虑车辆100的配置空间、电池调温系统1的抗震性等,决定换热板的配置方向。
另外,多个电池模块各自具备多个电池单体。由此,能够集中多个电池单体并作为电池模块来管理。
另外,电池模块组的第三区域REG3比冷却液层的第一区域REG1小。由此,能够利用冷却液层冷却电池模块组整体。
另外,在俯视时的电池模块组的第三区域REG3的中心O处,在制冷剂层与电池模块组之间配置冷却液层。由此,冷却液使由制冷剂进行冷却时的不均扩散,所以能够更均匀地冷却电池模块组。
另外,冷却液层在俯视时的电池模块组的第三区域REG3的中心具备第一冷却液层和第二冷却液层,在俯视时的电池模块组的第三区域REG3的中心O处,在制冷剂层与电池模块组之间配置第一冷却液层,在俯视时的电池模块组的第三区域REG3的中心O处,在第一冷却液层与第二冷却液层之间配置制冷剂层。由此,能够利用第一冷却液层和第二冷却液层包围制冷剂层,顺畅地进行制冷剂层与冷却液层之间的换热。
另外,上述的电池组具备收纳电池模块组和换热板的框体,框体具备沿换热板的第一面配置的第一框体面和沿换热板的第二面配置的第二框体面,电池模块组和换热板配置在第一框体面第二框体面之间,上述框体具备将第一框体面与第二框体面相连的框体端面,
框体端面具备供制冷剂向制冷剂层进入的制冷剂输入部和供制冷剂从制冷剂层出来的制冷剂输出部。由此,能够将电池模块组和换热板集中于框体内而收纳于一处,作为一个电池组来处理。即,能够容易在车辆等设置电池调温系统。
另外,至少制冷剂输入部和制冷剂输出部能够与换热循环系统结合。由此,能够同时利用车载空调等换热循环系统的制冷剂,冷却电池模块组。
另外,框体端面还具备供冷却液向冷却液层进入的冷却液输入部和供冷却液从冷却液层出来的冷却液输出部。由此,能够使电池组成为使用制冷剂和冷却液二者的混合型。
另外,冷却液输入部、冷却液输出部、制冷剂输入部以及制冷剂输出部分别由管构成。由此,能够利用管将换热循环系统等与电池组结合。
另外,框体端面至少具备第一框体端面和第二框体端面,第一框体端面与第二框体端面相对配置,冷却液输入部、冷却液输出部、制冷剂输入部以及制冷剂输出部配置于第一框体端面。由此,向电池组的外侧延伸的配管紧凑地集中,也能够缩短配管的长度。
以上参照附图,说明了本发明的车辆、换热板以及电池组的实施方式,但本发明不限定于上述例子。对于本领域技术人员而言能够在权利要求书所记载的范围内想到各种变更例、修改例、置换例、附加例、删除例、等同例是显而易见的,应理解这些也当然属于本发明的技术范围。
工业上的可利用性
本发明的车辆、换热板以及电池组在期望与车载电池的靠周边的温度相比降低车载电池的靠中央的温度、维持温度均匀性的领域有用。
Claims (20)
1.一种车辆,该车辆具备:
换热板,其具有第一面和与第一面相反的第二面;
电池模块组,其具有多个电池模块,并沿所述换热板的所述第一面配置;
车体,其收纳所述换热板和所述电池模块;
第一车轮和第二车轮,其与所述车体结合;以及
电动机,其使用从所述电池模块组供给的电力来驱动所述第一车轮,
所述车辆能够使用所述第一车轮和所述第二车轮沿规定的方向行驶,其中,
所述换热板具有在所述第一面与所述第二面之间使冷却液循环的冷却液层和在所述第一面与所述第二面之间使制冷剂循环的制冷剂层,
所述冷却液层在从所述第一面和所述第二面排列的方向观察的俯视时具有第一区域,
所述制冷剂层在所述俯视时具有第二区域,
所述电池模块组在所述俯视时在所述第一面具备第三区域,
所述制冷剂层的所述第二区域比所述冷却液层的所述第一区域小,
所述制冷剂层的所述第二区域的至少一部分与所述冷却液层的所述第一区域重叠地配置,
所述电池模块组的所述第三区域的中心与所述制冷剂层的所述第二区域重叠地配置。
2.根据权利要求1所述的车辆,其中,
所述制冷剂层的所述第二区域具备与所述第三区域的中心对应的第一制冷剂层区域和所述俯视时位于所述第一制冷剂层区域的外侧的第二制冷剂层区域,
所述第一制冷剂层区域的第一冷却能力比所述第二制冷剂层区域的第二冷却能力大。
3.根据权利要求1或2所述的车辆,其中,
所述换热板沿所述规定的方向配置。
4.一种换热板,其中,
所述换热板具有第一面和与第一面相反的第二面,
所述换热板具有在所述第一面与所述第二面之间使冷却液循环的冷却液层和在所述第一面与所述第二面之间使制冷剂循环的制冷剂层,
所述冷却液层在从所述第一面和所述第二面排列的方向观察的俯视时具有第一区域,
所述制冷剂层在所述俯视时具有第二区域,
所述制冷剂层的所述第二区域比所述冷却液层的所述第一区域小,
所述制冷剂层的所述第二区域的至少一部分与所述冷却液层的所述第一区域重叠地配置,
在电池模块组沿所述第一面配置的情况下,
所述电池模块组在所述俯视时在所述第一面具备第三区域,
所述电池模块组具备多个电池模块,
所述电池模块组的所述第三区域的中心与所述制冷剂层的所述第二区域重叠地配置。
5.根据权利要求4所述的换热板,其中,
所述制冷剂层的所述第二区域具备与所述第三区域的中心对应的第一制冷剂层区域和所述俯视时位于所述第一制冷剂层区域的外侧的第二制冷剂层区域,
所述第一制冷剂层区域的第一冷却能力比所述第二制冷剂层区域的第二冷却能力大。
6.根据权利要求4或5所述的换热板,其中,
所述多个电池模块各自具备多个电池单体。
7.根据权利要求4~6中任一项所述的换热板,其中,
所述电池模块组的所述第三区域比所述冷却液层的所述第一区域小。
8.根据权利要求4~7中任一项所述的换热板,其中,
在所述俯视时的所述电池模块组的所述第三区域的中心处,在所述制冷剂层与所述电池模块组之间配置有所述冷却液层。
9.根据权利要求8所述的换热板,其中,
所述冷却液层在所述俯视时的所述电池模块组的所述第三区域的中心具备第一冷却液层和第二冷却液层,
在所述俯视时的所述电池模块组的所述第三区域的中心处,在所述制冷剂层与所述电池模块组之间配置有所述第一冷却液层,
在所述俯视时的所述电池模块组的所述第三区域的中心处,在所述第一冷却液层与所述第二冷却液层之间配置有所述制冷剂层。
10.一种电池组,该电池组具备:
换热板,其具有第一面和与第一面相反的第二面;以及
电池模块组,其具有多个电池模块,并沿所述换热板的所述第一面配置,其中,
所述换热板具有在所述第一面与所述第二面之间使冷却液循环的冷却液层和在所述第一面与所述第二面之间使制冷剂循环的制冷剂层,
所述冷却液层在从所述第一面和所述第二面排列的方向观察的俯视时具有第一区域,
所述制冷剂层在所述俯视时具有第二区域,
所述电池模块组在所述俯视时在所述第一面具备第三区域,
所述制冷剂层的所述第二区域比所述冷却液层的所述第一区域小,
所述制冷剂层的所述第二区域的至少一部分与所述冷却液层的所述第一区域重叠地配置,
所述电池模块组的所述第三区域的中心与所述制冷剂层的所述第二区域重叠地配置。
11.根据权利要求10所述的电池组,其中,
所述制冷剂层的所述第二区域具备与所述第三区域的中心对应的第一制冷剂层区域和所述俯视时位于所述第一制冷剂层区域的外侧的第二制冷剂层区域,
所述第一制冷剂层区域的第一冷却能力比所述第二制冷剂层区域的第二冷却能力大。
12.根据权利要求10或11所述的电池组,其中,
所述多个电池模块各自具备多个电池单体。
13.根据权利要求10~12中任一项所述的电池组,其中,
所述电池模块组的所述第三区域比所述冷却液层的所述第一区域小。
14.根据权利要求10~13中任一项所述的电池组,其中,
在所述电池模块组的所述第三区域的中心处,在所述制冷剂层与所述电池模块组之间配置有所述冷却液层。
15.根据权利要求14所述的电池组,其中,
所述冷却液层在所述俯视时的所述电池模块组的所述第三区域的中心具备第一冷却液层和第二冷却液层,
在所述俯视时的所述电池模块组的所述第三区域的中心处,在所述制冷剂层与所述电池模块组之间配置有所述第一冷却液层,
在所述俯视时的所述电池模块组的所述第三区域的中心处,在所述第一冷却液层与所述第二冷却液层之间配置有所述制冷剂层。
16.根据权利要求10~15中任一项所述的电池组,其中,
所述电池组具备收纳所述电池模块组和所述换热板的框体,
所述框体具备沿所述换热板的所述第一面配置的第一框体面和沿所述换热板的所述第二面配置的第二框体面,
所述电池模块组和所述换热板配置在所述第一框体面与所述第二框体面之间,
所述框体还具备将所述第一框体面与所述第二框体面相连的框体端面,
所述框体端面具备供所述制冷剂向所述制冷剂层进入的制冷剂输入部和供所述制冷剂从所述制冷剂层出来的制冷剂输出部。
17.根据权利要求16所述的电池组,其中,
至少所述制冷剂输入部和所述制冷剂输出部能够与换热循环系统结合。
18.根据权利要求16或17所述的电池组,其中,
所述框体端面还具备供所述冷却液向所述冷却液层进入的冷却液输入部和供所述冷却液从所述冷却液层出来的冷却液输出部。
19.根据权利要求18所述的电池组,其中,
所述冷却液输入部、所述冷却液输出部、所述制冷剂输入部以及所述制冷剂输出部分别由管构成。
20.根据权利要求18或19所述的电池组,其中,
所述框体端面至少具备第一框体端面和第二框体端面,
所述第一框体端面与所述第二框体端面相对配置,
所述冷却液输入部、所述冷却液输出部、所述制冷剂输入部以及所述制冷剂输出部配置于所述第一框体端面。
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