JP2013037919A - Battery temperature adjustment device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バッテリの温度を調整するバッテリ温度調整装置に関し、特に、発熱源の排熱を利用してバッテリの温度を調整するバッテリ温度調整装置に関する。 The present invention relates to a battery temperature adjusting device that adjusts the temperature of a battery, and more particularly, to a battery temperature adjusting device that adjusts the temperature of a battery using exhaust heat from a heat generation source.
動力源としてモータを搭載した車両(電気自動車、ハイブリッド車両等)では、リチウムイオン型等の二次電池からなる高圧のバッテリを搭載し、加速時にバッテリを放電させたり、減速時に回生動力によってバッテリを充電したりしている。このようなバッテリの充放電性能は、温度に大きく依存し、バッテリの温度が高い場合、発熱してさらに高温になりやすいので、バッテリを冷却する必要があり、逆に、バッテリの温度が低い場合、出力電圧が低下するので、バッテリを暖機する必要がある。そのため、バッテリの温度を調整する技術が提案されている。 A vehicle (electric vehicle, hybrid vehicle, etc.) equipped with a motor as a power source is equipped with a high-voltage battery consisting of a lithium ion type secondary battery, and the battery is discharged by regenerative power at the time of deceleration or at the time of deceleration. Or charging. The charge / discharge performance of such a battery greatly depends on the temperature, and if the battery temperature is high, it tends to generate heat and become hotter, so it is necessary to cool the battery, and conversely, if the battery temperature is low Since the output voltage decreases, it is necessary to warm up the battery. Therefore, a technique for adjusting the temperature of the battery has been proposed.
例えば、特許文献1では、ペルチェ素子の切替制御によって少ない電流で効果的にバッテリの冷却・加熱を行える電気自動車用バッテリの温度調節装置が開示されている。また、特許文献2では、エアポンプによる空気圧縮により暖機風を伝熱パイプ通じてバッテリに送って、バッテリを加熱することが可能なバッテリ温調システムが開示されている。
For example,
以下の分析は、本願発明者により与えられる。 The following analysis is given by the inventor.
特許文献1のようにペルチェ素子を用いたものでは、加熱、冷却が低効率であるだけでなく、希少金属(Co、Sb、Bi、Te、Ce等)を使用しているため素子自体が高価である。また、特許文献1に記載の技術では、温度センシングとペルチェ素子の電流方向の制御が必要となり、装置の構成が複雑になる。また、特許文献2のようにエアポンプを用いたものでは、複数の配管、複数の開閉弁、及び、複数の遮断弁が必要となり、構成が複雑になる。また、特許文献2に記載の技術では、配管を通じて加熱する構造であり、構成が大型となる。
In the case of using a Peltier element as in
本発明の主な課題は、コストを低減しつつ、構成の簡素化及び小型化が可能なバッテリ温度調整装置を提供することである。 The main subject of this invention is providing the battery temperature control apparatus which can simplify a structure and reduce in size, reducing cost.
本発明の一視点においては、バッテリ温度調整装置において、排熱を要する発熱源と、前記発熱源から所定の間隔をおいて配されたバッテリと、前記発熱源の前記バッテリ側の面に接続固定されるとともに、前記発熱源で発生した熱を外部に放熱するための第1放熱部材と、前記バッテリの前記発熱源側の面に接続固定されるとともに、前記バッテリで発生した熱を外部に放熱するための第2放熱部材と、前記第1放熱部材と接触可能な接触板と、一端が前記第2放熱部材の前記発熱源側の面に接続固定されるとともに、他端が前記接触板の前記バッテリ側の面に接続固定され、温度が低くなると前記接触板を前記第1放熱部材に接触させるように作用し、かつ、温度が高くなると前記接触板を前記第1放熱部材から離れるように作用するバイメタルと、を備えることを特徴とする。 In one aspect of the present invention, in a battery temperature adjusting device, a heat source that requires exhaust heat, a battery that is disposed at a predetermined interval from the heat source, and a connection-fixed to the surface of the heat source on the battery side In addition, the first heat radiating member for radiating the heat generated in the heat source to the outside and the surface of the battery on the heat source side are connected and fixed, and the heat generated in the battery is radiated to the outside. A second heat dissipating member, a contact plate that can contact the first heat dissipating member, one end of which is connected and fixed to the surface of the second heat dissipating member on the heat source side, and the other end of the contact plate It is connected and fixed to the surface on the battery side, and acts to bring the contact plate into contact with the first heat radiating member when the temperature is low, and so that the contact plate is separated from the first heat radiating member when the temperature is high. Acting Characterized in that it comprises a metal, a.
本発明の前記バッテリ温度調整装置において、前記バイメタルは、バネ構造となっていることが好ましい。 In the battery temperature adjusting device of the present invention, it is preferable that the bimetal has a spring structure.
本発明の前記バッテリ温度調整装置において、前記第1放熱部材は、前記接触板の接触面に対して平行な方向への前記接触板の移動を規制するガイド部を有することが好ましい。 In the battery temperature adjusting device of the present invention, it is preferable that the first heat radiating member has a guide portion that regulates movement of the contact plate in a direction parallel to the contact surface of the contact plate.
本発明の前記バッテリ温度調整装置において、前記接触板と前記第2放熱部材との間に配されるとともに、前記接触板と前記バッテリ放熱部材との間の伝熱が可能であり、かつ、前記接触板をスライド可能に前記第2放熱部材に支持させるスライド機構を備えることが好ましい。 In the battery temperature adjusting device according to the present invention, the battery temperature adjusting device is arranged between the contact plate and the second heat radiating member, heat transfer between the contact plate and the battery heat radiating member is possible, and It is preferable to provide a slide mechanism that allows the contact plate to be slidably supported by the second heat radiating member.
本発明の前記バッテリ温度調整装置において、前記接触板と前記第2放熱部材との間に配されるとともに、一端が前記第2放熱部材に接続固定され、他端が前記接触板に接続固定され、可撓性を有し、かつ、前記接触板と前記バッテリ放熱部材との間の伝熱が可能な可撓性伝熱部材を備えることが好ましい。 In the battery temperature adjusting device of the present invention, the battery temperature adjusting device is disposed between the contact plate and the second heat radiating member, one end is connected and fixed to the second heat radiating member, and the other end is connected and fixed to the contact plate. It is preferable to provide a flexible heat transfer member having flexibility and capable of transferring heat between the contact plate and the battery heat dissipation member.
本発明によれば、バッテリの温度が低いときに発熱源の排熱を利用してバッテリを暖機することができるので、バッテリ暖機のための熱源構成が不要となり、車両としてのシステム効率を向上させることができる。また、バイメタルを使用して伝熱を自動的にオンオフすることにより、高価なペルチェ素子や、複雑な電気制御が不要となり、装置のコストを低減させることができる。また、バイメタルを使用して伝熱を自動的にオンオフすることにより、スペースを要する配管構成が不要となるので、装置の小容量化が可能である。 According to the present invention, since the battery can be warmed up using the exhaust heat of the heat source when the temperature of the battery is low, the configuration of the heat source for battery warming becomes unnecessary, and the system efficiency as a vehicle is improved. Can be improved. In addition, by automatically turning on and off heat transfer using bimetal, expensive Peltier elements and complicated electrical control are not required, and the cost of the apparatus can be reduced. In addition, by automatically turning on and off heat transfer using bimetal, a piping configuration requiring a space becomes unnecessary, and thus the capacity of the apparatus can be reduced.
本発明の実施形態に係るバッテリ温度調整装置では、排熱を要する発熱源(図1の1)と、前記発熱源から所定の間隔をおいて配されたバッテリ(図1の4)と、前記発熱源の前記バッテリ側の面に接続固定されるとともに、前記発熱源で発生した熱を外部に放熱するための第1放熱部材(図1の2)と、前記バッテリの前記発熱源側の面に接続固定されるとともに、前記バッテリで発生した熱を外部に放熱するための第2放熱部材(図1の5)と、前記第1放熱部材と接触可能な接触板(図1の7)と、一端が前記第2放熱部材の前記発熱源側の面に接続固定されるとともに、他端が前記接触板の前記バッテリ側の面に接続固定され、温度が低くなると前記接触板を前記第1放熱部材に接触させるように作用し、かつ、温度が高くなると前記接触板を前記第1放熱部材から離れるように作用するバイメタル(図1の6)と、を備える。 In the battery temperature control apparatus according to the embodiment of the present invention, a heat source that requires exhaust heat (1 in FIG. 1), a battery (4 in FIG. 1) disposed at a predetermined interval from the heat source, A first heat dissipating member (2 in FIG. 1) that is connected and fixed to the surface of the heat generating source on the battery side, and dissipates heat generated by the heat generating source to the outside, and a surface of the battery on the heat generating source side And a second heat radiating member (5 in FIG. 1) for radiating the heat generated in the battery to the outside, and a contact plate (7 in FIG. 1) that can contact the first heat radiating member. The one end is connected and fixed to the surface of the second heat radiating member on the heat source side, and the other end is connected and fixed to the surface of the contact plate on the battery side. Acts so as to come into contact with the heat dissipation member, and before the temperature rises It comprises a bimetal acting (6 in FIG. 1) so as to leave the contact plate from the first heat radiating member.
なお、本出願において図面参照符号を付している場合は、それらは、専ら理解を助けるためのものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。 Note that, in the present application, where reference numerals are attached to the drawings, these are only for the purpose of helping understanding, and are not intended to be limited to the illustrated embodiments.
本発明の実施例1に係るバッテリ温度調整装置について図面を用いて説明する。図1は、本発明の実施例1に係るバッテリ温度調整装置の構成及び動作を模式的に示した図であり、(A)バッテリ温度適温時の図、(B)バッテリ温度低下時の図である。 A battery temperature adjusting apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A and 1B are diagrams schematically illustrating the configuration and operation of a battery temperature adjusting device according to a first embodiment of the present invention, where FIG. 1A is a diagram when the battery temperature is appropriate, and FIG. 1B is a diagram when the battery temperature is low. is there.
バッテリ温度調整装置10は、バッテリ4の温度を調整する装置である。バッテリ温度調整装置10は、発熱源(ここでは、エンジン1)の排熱を利用してバッテリ4の温度を調整する。バッテリ温度調整装置10は、主な構成要素として、エンジン1と、エンジン放熱部材2と、ガイド部3と、バッテリ4と、バッテリ放熱部材5と、バイメタル6と、接触板7と、を有する。
The battery temperature adjusting
エンジン1は、例えば、燃料(例えば、ガソリン、軽油などの炭化水素系)の燃焼により回転動力を出力する内燃機関である。なお、エンジン1に関しては、発熱源となるものであればエンジン1以外のものでもよく、排熱を要する器具、機関、装置等を用いることができる。エンジン1は、バッテリ4側の面にてエンジン放熱部材2が接続固定されている。エンジン1で発生した熱は、主にエンジン放熱部材2を介して外部に放熱されることになる。
The
エンジン放熱部材2は、発熱源となるエンジン1で発生した熱を外部に放熱するための部材である。エンジン放熱部材2は、金属よりなる。エンジン放熱部材2は、エンジン1と一体のものでもよい。エンジン放熱部材2は、エンジン1のバッテリ4側の面に接続固定されている。エンジン放熱部材2は、バッテリ4側の面において接触板7と接離する接触面を有する。エンジン放熱部材2と接触板7とが接触したときに、エンジン1からの熱がエンジン放熱部材2、接触板7、バイメタル6、及びバッテリ放熱部材5を通じてバッテリ4に伝熱可能である。エンジン放熱部材2は、接触板7が接触面に対して平行な方向への移動を規制するガイド部3を有する。ガイド部3は、エンジン放熱部材2のバッテリ4側の面に配された突起部である。ガイド部3は、接触板7と常時接触しているわけではなく、通常時は接触板7と離れており、振動等により接触板7が接触面に対して平行な方向への移動したときに一時的に接触するように設定されている。
The engine
バッテリ4は、充放電可能な二次電池である。バッテリ4には、リチウムイオン型等の高圧の二次電池を用いることができる。バッテリ4は、エンジン1から離れた位置に複数(1つでも可)配されている。バッテリ4は、エンジン1側の面にてバッテリ放熱部材5が接続固定されている。バッテリ4で発生した熱は、主にバッテリ放熱部材5を介して外部に放熱されることになる。バッテリ4は、冷えているときにエンジン放熱部材2と接触板7とが接触することによって、エンジン1からの熱がエンジン放熱部材2、接触板7、バイメタル6、及びバッテリ放熱部材5を通じてバッテリ4に伝熱可能である。バッテリ4は、熱くなっているときにエンジン放熱部材2と接触板7とが離れることによって、エンジン1からの熱が伝熱されず、バッテリ放熱部材5を介して外部に放熱される。
The
バッテリ放熱部材5は、バッテリ4で発生した熱を外部に放熱するための部材である。バッテリ放熱部材5は、金属よりなる。バッテリ放熱部材5は、バッテリ4のエンジン1側の面に接続固定されている。バッテリ放熱部材5は、エンジン1側の面におけるエンジン放熱部材2と対向する領域に複数(1個でも可)のバイメタル6の一端が伝熱可能に接続固定されている。バッテリ放熱部材5は、バイメタル6を介して接触板7を、バッテリ4からエンジン1に向かう方向に移動可能に支持する。
The battery
バイメタル6は、熱膨張率が異なる2つの金属板を貼り合わせた部材である。バイメタル6は、一端がバッテリ放熱部材5に接続固定され、他端が接触板7に接続固定されている。バイメタル6は、バネ構造(コイルバネ構造、板バネ構造)となっている。これにより、エンジン1の振動をバッテリ4に伝達しにくい構造とすることができる。バイメタル6は、自身の温度が高くなるとバッテリ放熱部材5に接触板7が近づけるように作用することで接触板7がエンジン放熱部材2から離れさせ、自身の温度が低くなるとバッテリ放熱部材5から接触板7が離れるように作用することで接触板7がエンジン放熱部材2と接触するように設定されている。バイメタル6は、バッテリ放熱部材5と接触板7との間の伝熱経路となる。
The bimetal 6 is a member obtained by bonding two metal plates having different thermal expansion coefficients. The bimetal 6 has one end connected and fixed to the battery
接触板7は、エンジン放熱部材2に対して接離可能な板状部材である。接触板7は、金属よりなる。接触板7は、バイメタル6の他端に伝熱可能に接続固定されている。接触板7は、バイメタル6を介してバッテリ放熱部材5に、バッテリ4からエンジン1に向かう方向に移動可能に支持されている。
The
次に、本発明の実施例1に係るバッテリ温度調節装置の動作について説明する。 Next, operation | movement of the battery temperature control apparatus which concerns on Example 1 of this invention is demonstrated.
(A)バッテリ温度適温時
バッテリ4の温度が適温時のとき、バッテリ4を加熱する必要がないので、図1(A)のように、接触板7がエンジン放熱部材2から乖離し、エンジン1の熱がバッテリ4に伝熱されない。このとき、エンジン1の熱はエンジン放熱部材2から外部に放熱される。また、バッテリ4の熱はバッテリ放熱部材5、バイメタル6、及び接触板7から外部に放熱される。これにより、エンジン1及びバッテリ4が冷却される。
(A) When the battery temperature is at an appropriate temperature When the temperature of the
(B)バッテリ温度低下時
バッテリ4の温度が低下すると、バッテリ4を加熱する必要があるので、図1(B)のように、接触板7がエンジン放熱部材2と接触し、エンジン1の熱がエンジン放熱部材2、接触板7、バイメタル6、及びバッテリ放熱部材5を介してバッテリ4に伝熱される。これにより、エンジン1の排熱を利用してバッテリ4を暖機することができる。
(B) When the battery temperature decreases When the temperature of the
実施例1によれば、バッテリ4の温度が低いときにエンジン1の排熱を利用してバッテリ4を暖機することができるので、バッテリ暖機のための熱源構成が不要となり、車両としてのシステム効率を向上させることができる。また、バイメタルを使用して伝熱を自動的にオンオフすることにより、高価なペルチェ素子や、複雑な電気制御が不要となり、装置のコストを低減させることができる。また、バイメタルを使用して伝熱を自動的にオンオフすることにより、スペースを要する配管構成が不要となるので、装置の小容量化が可能である。
According to the first embodiment, when the temperature of the
本発明の実施例2に係るバッテリ温度調整装置について図面を用いて説明する。図2は、本発明の実施例2に係るバッテリ温度調整装置の構成を模式的に示した図である。 A battery temperature adjusting device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the configuration of the battery temperature adjusting device according to the second embodiment of the present invention.
実施例2は、実施例1の変形例であり、バッテリ放熱部材5と接触板7との間の伝熱経路として、バイメタル6だけでなく、接触板7をバッテリ放熱部材5にスライド可能に支持させる伝熱可能なスライド機構を用いたものである。スライド機構は、突起部7aをスライド可能にガイド部5aに支持したものである。突起部7aは、接触板7のバッテリ4側の面に固定されている。ガイド部5aは、バッテリ放熱部材5のエンジン1側の面に固定されている。ガイド部5aは、突起部7aの周囲を囲むように形成されており、突起部7aとスライド可能に接し、接触板7がエンジン放熱部材2に接しても突起部7aが抜け落ちないように設定されている。突起部7a及びガイド部5aは、金属よりなる。なお、スライド機構における突起部7aとガイド部5aとの関係は逆でもよい。その他の構成は、実施例1と同様である。
The second embodiment is a modification of the first embodiment and supports not only the bimetal 6 but also the
実施例2によれば、実施例1と同様な効果を奏するとともに、伝熱経路としてスライド機構(突起部7a、ガイド部5a)を追加することで、バッテリ温度低下時のバッテリ4の暖機を速く行えるようになる。
According to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the slide mechanism (protrusion portion 7a and guide
本発明の実施例3に係るバッテリ温度調整装置について図面を用いて説明する。図3は、本発明の実施例3に係るバッテリ温度調整装置の構成を模式的に示した図である。 A battery temperature adjusting apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a configuration of the battery temperature adjusting device according to the third embodiment of the present invention.
実施例3は、実施例1の変形例であり、バッテリ放熱部材5と接触板7との間の伝熱経路として、バイメタル6だけでなく、可撓性伝熱部材8を設けたものである。可撓性伝熱部材8は、可撓性を有する伝熱部材であり、例えば、金属繊維メッシュクロス、金属薄版金属コイル線、等を用いることができる。可撓性伝熱部材8は、一端がバッテリ放熱部材5に接続固定され、他端が接触板7に接続固定されている。可撓性伝熱部材8は、接触板7がエンジン放熱部材2に接しても、突っ張らないように設定されている。その他の構成は、実施例1と同様である。
The third embodiment is a modification of the first embodiment, in which not only the bimetal 6 but also the flexible heat transfer member 8 is provided as a heat transfer path between the battery
実施例3によれば、実施例1と同様な効果を奏するとともに、伝熱経路として可撓性伝熱部材8を追加することで、バッテリ温度低下時のバッテリ4の暖機を速く行えるようになる。
According to the third embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the flexible heat transfer member 8 can be added as a heat transfer path so that the
なお、本発明の全開示(請求の範囲及び図面を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲及び図面を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。 It should be noted that the embodiments and examples may be changed and adjusted within the scope of the entire disclosure (including claims and drawings) of the present invention and based on the basic technical concept. Various combinations and selections of various disclosed elements are possible within the scope of the claims of the present invention. That is, the present invention naturally includes various variations and modifications that could be made by those skilled in the art according to the entire disclosure including the claims and the drawings, and the technical idea.
1 エンジン(発熱源)
2 エンジン放熱部材(第1放熱部材)
3 ガイド部
4 バッテリ
5 バッテリ放熱部材(第2放熱部材)
5a ガイド部
6 バイメタル
7 接触板
7a 突起部
8 可撓性伝熱部材
10、20、30 バッテリ温度調整装置
1 Engine (heat source)
2 Engine heat dissipation member (first heat dissipation member)
3
Claims (5)
前記発熱源から所定の間隔をおいて配されたバッテリと、
前記発熱源の前記バッテリ側の面に接続固定されるとともに、前記発熱源で発生した熱を外部に放熱するための第1放熱部材と、
前記バッテリの前記発熱源側の面に接続固定されるとともに、前記バッテリで発生した熱を外部に放熱するための第2放熱部材と、
前記第1放熱部材と接触可能な接触板と、
一端が前記第2放熱部材の前記発熱源側の面に接続固定されるとともに、他端が前記接触板の前記バッテリ側の面に接続固定され、温度が低くなると前記接触板を前記第1放熱部材に接触させるように作用し、かつ、温度が高くなると前記接触板を前記第1放熱部材から離れるように作用するバイメタルと、
を備えることを特徴とするバッテリ温度調整装置。 A heat source that requires exhaust heat,
A battery disposed at a predetermined interval from the heat source;
A first heat dissipating member that is connected and fixed to the surface of the heat generating source on the battery side and dissipates heat generated by the heat generating source to the outside;
A second heat radiating member that is connected and fixed to the surface of the battery on the side of the heat source, and radiates heat generated in the battery to the outside;
A contact plate capable of contacting the first heat dissipation member;
One end is connected and fixed to the surface of the second heat radiating member on the side of the heat source, and the other end is connected and fixed to the surface of the contact plate on the battery side. A bimetal that acts to contact a member and acts to move the contact plate away from the first heat dissipation member when the temperature is high;
A battery temperature adjusting device comprising:
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