JP2012226895A - 電池温度調整装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】充放電可能な電池セル100aを複数直列に接続した複数のモジュールM1〜M3を並列に接続して構成される電池パック100に適用され、複数のモジュールM1〜M3の温度を調整する電池温度調整装置であって、複数のモジュールM1〜M3のうち、一部の組電池が有する熱を他の組電池に移動させる熱移動手段を備える。これによれば、複数のモジュールM1〜M3のうち、一部の組電池が有する熱を有効活用して、他の組電池の温度を調整することができるので、外部から投入するエネルギ量の増大を抑制しつつ、各モジュールM1〜M3の温度を調整することが可能となる。
【選択図】図6
Description
本発明の第1実施形態について図1〜図9に基づいて説明する。本実施形態では、本発明の温度調整装置1を車両に搭載された電池パック100の温度を調整する温度調整手段1に適用している。なお、車両としては、電池パック100を電源とする走行用電動モータ(図示略)によって走行可能な電気自動車やハイブリッド自動車を想定している。
次に、本発明の第2実施形態について図10〜図15に基づいて説明する。図10は、本実施形態に係る温度調整装置1の全体構成図である。
(a)第1モジュールM1の暖機
第1モジュールM1の暖機処理では、熱媒体回路10の第4開閉弁12dおよび第7開閉弁12gを開くと共に、第4、第7開閉弁12d、12g以外の開閉弁12e、12f、12h〜12jを閉じ、さらに、流路切替弁13にて熱媒体が高温熱源2側に流れる熱媒体流路に切り替える。そして、熱媒体ポンプ11を作動させる。
(b)第2モジュールM2の暖機
第2モジュールM2の暖機処理では、熱媒体回路10の第4開閉弁12dおよび第9開閉弁12iを開くと共に、第4、第9開閉弁12d、12i以外の開閉弁12e〜12h、12jを閉じ、さらに、流路切替弁13にて熱媒体が高温熱源2側に流れる熱媒体流路に切り替える。この際、高温熱源2が有する熱が熱媒体へ移動しないように、高温熱源2の作動を停止する。そして、熱媒体ポンプ11を作動させる。
(c)第3モジュールM3の第1暖機
第3モジュールM3の第1暖機処理では、熱媒体回路10の第4開閉弁12dおよび第9、第10開閉弁12i、12jを開くと共に、第4開閉弁12dおよび第9、第10開閉弁12i、12j以外の開閉弁12e〜12hを閉じ、さらに、流路切替弁13にて熱媒体が高温熱源2側に流れる熱媒体流路に切り替える。この際、高温熱源2が有する熱が熱媒体へ移動しないように、高温熱源2の作動を停止する。そして、熱媒体ポンプ11を作動させる。
(d)第3モジュールM3の第2暖機
第3モジュールM3の第2暖機処理では、熱媒体回路10の第5開閉弁12eおよび第10開閉弁12jを開くと共に、第5開閉弁12eおよび第10開閉弁12j以外の開閉弁12d、12f〜12iを閉じ、さらに、流路切替弁13を熱媒体が高温熱源2側に流れるように熱媒体流路を切り替える。この際、高温熱源2が有する熱が熱媒体へ移動しないように、高温熱源2の作動を停止する。そして、熱媒体ポンプ11を作動させる。
(e)第3モジュールM3の冷却
第3モジュールM3の冷却処理では、熱媒体回路10の第6開閉弁12fおよび第7開閉弁12gを開くと共に、第6開閉弁12fおよび第7開閉弁12g以外の開閉弁12d、12e、12h〜12jを閉じ、さらに、流路切替弁13にて熱媒体が室外熱交換器3側に流れる熱媒体流路を切り替える。そして、熱媒体ポンプ11を作動させる。
次に、本発明の第3実施形態について図16〜図20に基づいて説明する。図16は、本実施形態に係る温度調整装置1の全体構成図である。本実施形態では、第1、第2実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。
(a)第1モジュールM1の暖機
第1モジュールM1の暖機処理では、熱媒体回路10の第1三方弁14aにて第1モジュールM1の熱媒体通路の出口側と流路切替弁13とを接続する熱媒体通路に切り替えると共に、流路切替弁13にて熱媒体が高温熱源2側に流れる熱媒体流路に切り替える。そして、熱媒体ポンプ11を作動させる。
(b)第2モジュールM2の暖機
第2モジュールM2の暖機処理では、第1三方弁14aにて第1モジュールM1の熱媒体通路の出口側と第2モジュールM2の熱媒体通路の入口側とを接続する熱媒体通路に切り替えると共に、第2三方弁14bにて第2モジュールM2の熱媒体通路の出口側と流路切替弁13とを接続する熱媒体通路に切り替え、さらに、流路切替弁13にて熱媒体が高温熱源2側に流れる熱媒体流路に切り替える。この際、高温熱源2が有する熱が熱媒体へ移動しないように、高温熱源2の作動を停止する。
(c)第3モジュールM3の暖機
第3モジュールM3の暖機処理では、熱媒体回路10の第1三方弁14aにて第1モジュールM1の熱媒体通路の出口側と第2モジュールM2の熱媒体通路の入口側とを接続する熱媒体通路に切り替えると共に、第2三方弁14bにて第2モジュールM2の熱媒体通路の出口側と第3モジュールM3の熱媒体通路の入口側とを接続する熱媒体通路に切り替え、さらに、流路切替弁13にて熱媒体が高温熱源2側に流れる熱媒体流路に切り替える。この際、高温熱源2が有する熱が熱媒体へ移動しないように、高温熱源2の作動を停止する。そして、熱媒体ポンプ11を作動させる。
(d)第3モジュールM3の冷却
第3モジュールM3の冷却処理では、熱媒体回路10の第1三方弁14aにて第1モジュールM1の熱媒体通路の出口側と第2モジュールM2の熱媒体通路の入口側とを接続する熱媒体通路に切り替えると共に、第2三方弁14bにて第2モジュールM2の熱媒体通路の出口側と第3モジュールM3の熱媒体通路の入口側とを接続する熱媒体通路に切り替え、さらに、流路切替弁13にて熱媒体が室外熱交換器3側に流れる熱媒体流路に切り替える。そして、熱媒体ポンプ11を作動させる。
次に、本発明の第4実施形態について図21〜図27に基づいて説明する。図21は、本実施形態に係る温度調整装置1の全体構成図である。
次に、本発明の第5実施形態について図28〜図32に基づいて説明する。図8は、本実施形態に係る温度調整装置1の全体構成図である。
(a)第1モジュールM1の暖機
第1モジュールM1の暖機処理では、熱媒体回路10の第11開閉弁12kを開くと共に、第13開閉弁12mを閉じ、さらに、第2、第3、第5流路切替弁13b、13c、13eにて第1モジュールM1の熱媒体通路の出口側と高温熱源2とを接続する熱媒体通路に切り替える。そして、第1熱媒体ポンプ11aを作動させる。
(b)第2モジュールM2の暖機
第2モジュールM2の暖機処理では、熱媒体回路10の第11開閉弁12kを閉じ、第2流路切替弁13bにて第1モジュールM1の熱媒体通路の出口側と第2熱交換器37の入口側とを接続する熱媒体通路に切り替える。また、熱媒体回路10の第13開閉弁12mを開き、第3、第5流路切替弁13c、13eにて第2モジュールM2の熱媒体通路の出口側と第1熱交換器36の入口側とを接続する熱媒体通路に切り替える。
(c)第2モジュールM2の冷却
第2モジュールM2の冷却処理では、熱媒体回路10の第13開閉弁12mを開くと共に、第11開閉弁12kを閉じ、さらに、第3、第5流路切替弁13c、13eにて、第2モジュールM2の熱媒体通路を通過した熱媒体が室外熱交換器3に流れる熱媒体流路に切り替える。そして、第1熱媒体ポンプ11a、および冷凍サイクル30の圧縮機31の作動を停止した状態で、第2熱媒体ポンプ11bを作動させる。
(d)各モジュールM1、M2間の熱移動
上述の第2モジュールM2の暖機処理では、第1モジュールM1が有する熱を冷凍サイクル30を介して第2モジュールM2に移動させる例を説明したが、逆に、第2モジュールM2が有する熱を冷凍サイクル30を介して第1モジュールM1に移動させることで第1モジュールM1の暖機を行うことも可能である。
次に、本発明の第6実施形態について図33〜図39に基づいて説明する。図33は、本実施形態に係る温度調整装置1の全体構成図である。
(a)第1モジュールM1の暖機
第1モジュールM1の暖機処理では、第1熱媒体回路101の各三方弁14c〜14eにて、第1モジュールM1の熱媒体通路の出口側と第1凝縮器32aの入口側とを接続する熱媒体通路に切り替える。また、第3熱媒体回路103の三方弁14iにて、第4熱媒体ポンプ11dから圧送された熱媒体を第3蒸発器34cに導く熱媒体流路に切り替える。そして、第2熱媒体ポンプ11bを停止した状態で、第1、第4熱媒体ポンプ11a、11d、および冷凍サイクル30の圧縮機31を作動させる。
(b)第2モジュールM2の暖機
第2モジュールM2の暖機処理では、第1熱媒体回路101の各三方弁14c〜14eにて、第1モジュールM1の熱媒体通路の出口側と第1蒸発器34aの入口側とを接続する熱媒体通路に切り替える。また、第2熱媒体回路102の各三方弁14f〜14hにて、第2モジュールM2の熱媒体通路の出口側と第2凝縮器32bの入口側とを接続する熱媒体流路に切り替える。
(c)第2モジュールM2の冷却
第2モジュールM2の冷却処理では、第2熱媒体回路102の各三方弁14f〜14hにて、第2モジュールM2の熱媒体通路の出口側と第2室外熱交換器104の入口側とを接続する熱媒体流路に切り替える。そして、第1、第4熱媒体ポンプ11a、11d、および冷凍サイクル30の圧縮機31を停止した状態で、第2熱媒体ポンプ11bを作動させる。
(d)各モジュールM1、M2の冷却
各モジュールM1、M2の冷却する場合には、第1熱媒体回路101の各三方弁14c〜14eにて、第1モジュールM1の熱媒体通路の出口側と第1蒸発器34aの入口側とを接続する熱媒体流路に切り替える。また、第2熱媒体回路102の各三方弁14f〜14hにて、第2モジュールM2の熱媒体通路の出口側と第2蒸発器34bの入口側とを接続する熱媒体流路に切り替える。さらに、第3熱媒体回路103の三方弁14iにて、第4熱媒体ポンプ11dから圧送された熱媒体を第3凝縮器32cに導く熱媒体流路に切り替える。そして、各熱媒体ポンプ11a、11b、11d、および冷凍サイクル30の圧縮機31を作動させる。
(e)各モジュールM1、M2間の第1熱移動
上述の第2モジュールM2の暖機処理では、第1モジュールM1が有する熱を冷凍サイクル30を介して第2モジュールM2に移動させる例を説明したが、 冷凍サイクル30を介することなく第1モジュールM1が有する熱を第2モジュールM2に移動させることも可能である。
(f)各モジュールM1、M2間の第2熱移動
上述の第2モジュールM2の暖機処理では、第1モジュールM1が有する熱を冷凍サイクル30を介して第2モジュールM2に移動させる例を説明したが、逆に、第2モジュールM2が有する熱を冷凍サイクル30を介して第1モジュールM1に移動させることで第1モジュールM1の暖機を行うことも可能である。
次に、本発明の第7実施形態について図40に基づいて説明する。図40は、本実施形態に係る温度調整装置1の全体構成図である。
次に、本発明の第8実施形態について図41に基づいて説明する。図41は、本実施形態に係る温度調整装置1の全体構成図である。本実施形態の温度調整装置1は、熱媒体として空気を利用して電池パック100を構成する各モジュールM1〜M3の温度を調整する。なお、本実施形態の各モジュールM1〜M3の内部には、空気が流通可能なように空気通路(図示略)が形成されている。
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、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。
101 第1熱媒体回路(熱媒体回路)
102 第2熱媒体回路(熱媒体回路)
100 電池パック
100a 電池セル
12a〜12m 第1〜第13開閉ドア(流路切替手段)
13、13a〜13e 流路切替弁、第1〜第5流路切替弁(流路切替手段)
14a〜14h 第1三方弁、第2三方弁、三方弁(流路切替手段)
30 冷凍サイクル
32 凝縮器(放熱手段)
32a 第1凝縮器(放熱手段)
32b 第2凝縮器(放熱手段)
34 蒸発器(蒸発手段)
34a 第1蒸発器(蒸発手段)
34b 第2蒸発器(蒸発手段)
36 第1熱交換器(放熱手段、蒸発手段)
37 第2熱交換器(放熱手段、蒸発手段)
51 第1空気通路(熱媒体回路)
52 第2空気通路(熱媒体回路)
57a 第1開閉ドア(流路切替手段)
57b 第2開閉ドア(流路切替手段)
57c 第3開閉ドア(流路切替手段)
57d 第4開閉ドア(流路切替手段)
60a 使用電池決定手段
M1 第1モジュール
M2 第2モジュール
M3 第3モジュール
Claims (7)
- 充放電可能な電池セル(100a)を複数直列に接続した複数の組電池(M1〜M3)を並列に接続して構成される電池パック(100)に適用され、前記複数の組電池(M1〜M3)の温度を調整する電池温度調整装置であって、
前記複数の組電池(M1〜M3)のうち、一部の組電池が有する熱を他の組電池に移動させる熱移動手段を備えることを特徴とする電池温度調整装置。 - 前記一部の組電池は、前記複数の組電池(M1〜M3)のうち、使用中の組電池および使用済みの組電池の少なくとも一方の組電池であり、
前記他の組電池は、次に使用する予定の組電池であることを特徴とする請求項1に記載の電池温度調整装置。 - 前記複数の組電池(M1〜M3)から次に使用する組電池を決定する使用電池決定手段(60a)を備え、
前記使用電池決定手段(60a)は、前記他の組電池のうち、前記一部の組電池との熱交換量が多い組電池を次に使用する組電池として決定することを特徴とする請求項1に記載の電池温度調整装置。 - 前記一部の組電池は、前記複数の組電池(M1〜M3)のうち、使用中の組電池であり、
前記他の組電池は、前記複数の組電池(M1〜M3)のうち、前記使用中の組電池よりも蓄電容量が多い組電池であり、
前記一部の組電池の蓄電容量が予め定めた基準容量を下回った際に、前記熱移動手段によって前記一部の組電池が有する熱が前記他の組電池へ移動されることを特徴とする請求項1に記載の電池温度調整装置。 - 前記熱移動手段は、冷凍サイクル(30)を含んで構成されており、前記冷凍サイクル(30)における冷媒を蒸発させる蒸発手段(34、34a〜34c、37)にて低圧冷媒と前記一部の組電池とを熱媒体を介して熱交換させて、前記一部の組電池から熱を吸収し、前記冷凍サイクル(30)における放熱手段(32、32a〜32c、36)にて高圧冷媒と前記他の組電池とを熱媒体を介して熱交換させて、前記一部の組電池が有する熱を前記他の組電池へ移動させることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の電池温度調整装置。
- 前記熱移動手段は、通電により熱を放出する放熱部位(41)、および熱を吸熱する吸熱部位(42)を有する熱電素子(40)を含んで構成されており、前記熱電素子(40)における吸熱部位(42)にて前記一部の組電池から熱媒体を介して熱を吸収し、前記熱電素子(40)における放熱部位(41)にて前記他の組電池へ熱媒体を介して熱を放熱することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の電池温度調整装置。
- 前記熱移動手段は、熱媒体が流通する熱媒体回路(10、101、102、51、52)に設けられて、前記熱媒体回路(10)の熱媒体流路を切り替える流路切替手段(12a〜12m、13、13a〜13e、14a〜14h、57a〜57d)を含んで構成され、
前記流路切替手段(12a〜12m、13、13a〜13e、14a〜14h、57a〜57d)は、前記一部の組電池が有する熱を吸収した前記熱媒体を前記他の組電池へ導く熱媒体流路に切り替え可能に構成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の電池温度調整装置。
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