JP2014137930A - Battery system - Google Patents

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Takeshi Kitamura
剛 北村
Tetsuo Shigemizu
哲郎 重水
Yasutaka Aoki
泰高 青木
Satoshi Watanabe
聡 渡辺
Shinpei Todaka
心平 戸▲高▼
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery system using a plurality of battery cells, which can contribute to uniform cooling effect, and can contribute to long life by suppressing the aging of the battery cells.SOLUTION: A battery system includes a battery module 20 configured by arranging a plurality of battery cells 10, an evaporation section 3 which is arranged in contact with the battery cells 10 while having a refrigerant passage 2 for internally circulating the refrigerant, and which evaporates the liquid-phase refrigerant flowing therein, a compressor 4 for compressing the refrigerant flowing out of the evaporation section 3, a condenser 5 for condensing the refrigerant compressed by the compressor 4, and an expansion valve 6 for supplying the refrigerant condensed by the condenser 5 to the evaporation section 3 while expanding.

Description

本発明は、電池システムに関する。   The present invention relates to a battery system.

従来から、複数の二次電池を有する電池群と、この電池群を収容したケースと、を備え、電池群の周囲に冷却空気を流すことによって電池群の各二次電池を冷却してシステムの温度上昇を抑制するように構成した電池システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, a battery group having a plurality of secondary batteries and a case containing the battery group are provided, and each secondary battery of the battery group is cooled by flowing cooling air around the battery group to A battery system configured to suppress a temperature rise is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2010−192209号公報JP 2010-192209 A

しかしながら、上述した電池システムにあっては、二次電池の蓄放電時の電流を大きくした場合、二次電池の発熱量も大きくなるため、上述した空調機やファン等を用いた空冷方式では冷却不足になる虞れがあった。この際、冷却空気の流れに対して下流側に位置する二次電池には、上流側に位置する二次電池を冷却した後の温度が上昇した空気によって冷却するため、上流側に配置された二次電池と下流側に配置された二次電池とで冷却効果に偏りができてしまい、下流側に配置された二次電池が早期に劣化する要因となってしまうなどの問題も生じていた。   However, in the battery system described above, if the current during storage and discharge of the secondary battery is increased, the amount of heat generated by the secondary battery also increases. There was a risk of running out. At this time, the secondary battery located on the downstream side with respect to the flow of the cooling air is arranged on the upstream side in order to cool the secondary battery located on the upstream side with air whose temperature has increased after cooling. The secondary battery and the secondary battery disposed on the downstream side have biased the cooling effect, causing problems such as the early deterioration of the secondary battery disposed on the downstream side. .

そこで、本発明は、複数の電池セルを用いた電池システムにおいて、冷却効果の均一化に貢献することができ、電池セルの経年劣化を抑制して長寿命化に貢献することができる電池システムを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a battery system that can contribute to uniform cooling effect in a battery system using a plurality of battery cells, and can contribute to a long life by suppressing deterioration of the battery cells over time. The purpose is to provide.

上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を提案している。
本発明の電池システムは、複数の電池セルが配列して構成された電池モジュールと、該電池モジュールの電池セルに接するようにして配され、内部に冷媒が流通する冷媒流路を有し、流入する液相の冷媒を蒸発させる蒸発部と、蒸発部から流出する冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮器で凝縮された冷媒を膨張させて蒸発部に供給する膨張弁とを備えることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The battery system of the present invention has a battery module configured by arranging a plurality of battery cells, a refrigerant flow path that is arranged so as to be in contact with the battery cells of the battery module, and through which the refrigerant flows, An evaporator that evaporates the refrigerant in the liquid phase, a compressor that compresses the refrigerant flowing out of the evaporator, a condenser that condenses the refrigerant compressed by the compressor, and the refrigerant condensed by the condenser is expanded And an expansion valve that supplies the evaporating section.

この構成よれば、気体の冷媒を圧縮機で圧縮し、凝縮器で冷却して圧力が高い液体をつくり、膨張弁で圧力を下げ、蒸発部で低温で気化させ、その気化熱で電池セルとで熱交換することにより、蒸発部の蒸発過程時における冷媒は等温となるため、冷却性能が低下することなく電池セルの冷却効果の均一化に貢献することができうえ、電池セルの経年劣化を抑制して長寿命化に貢献することができる。   According to this configuration, a gaseous refrigerant is compressed by a compressor, cooled by a condenser to produce a liquid having a high pressure, the pressure is reduced by an expansion valve, and vaporized at a low temperature by an evaporation unit, and the heat of vaporization and By exchanging heat in the evaporator, the refrigerant during the evaporation process in the evaporation section becomes isothermal, so that it can contribute to the uniform cooling effect of the battery cell without lowering the cooling performance, and the deterioration of the battery cell over time. It can be suppressed and contribute to longer life.

また、本発明の電池システムでは、前記冷媒には揮発性絶縁流体を用いることにより、環境汚染をもたらすことがない。   In the battery system of the present invention, the volatile insulating fluid is used as the refrigerant, thereby preventing environmental pollution.

また、本発明の電池システムは、前記蒸発部から前記圧縮機へと流入する冷媒と、前記凝縮器から前記膨張弁に流入するする冷媒と、の間に熱交換器を配置し、前記蒸発部では、液相から二相流までの範囲で冷媒を加熱し、前記熱交換器では、前記蒸発部から流入する二相流の冷媒を気相にまで加熱することを特徴としている。   In the battery system of the present invention, a heat exchanger is disposed between the refrigerant flowing from the evaporator to the compressor and the refrigerant flowing from the condenser to the expansion valve, and the evaporator Then, the refrigerant is heated in the range from the liquid phase to the two-phase flow, and the heat exchanger is characterized in that the two-phase flow refrigerant flowing from the evaporation section is heated to the gas phase.

この構成によれば、多数の電池モジュールを配置した大型な電池システムを構築することが可能となる。   According to this configuration, it is possible to construct a large battery system in which a large number of battery modules are arranged.

また、本発明の電池システムでは、前記蒸発部は、複数の前記冷媒流路を形成した本体部と、前記本体部と一体に設けられて前記冷媒流路と連通する冷媒の流入部及び流出部と、を備えることを特徴としている。   In the battery system of the present invention, the evaporating part includes a main body part in which a plurality of the refrigerant flow paths are formed, and an inflow part and an outflow part of a refrigerant that are provided integrally with the main body part and communicate with the refrigerant flow path. It is characterized by providing these.

この構成によれば、簡素で安価な蒸発部を構成することができる。   According to this configuration, a simple and inexpensive evaporation unit can be configured.

しかも、本発明の電池システムでは、前記蒸発部は、前記複数の電池セルのうち、隣接する前記電池セルの間に配置されるとともに、その両方の対向する壁面に密着して配置していることを特徴とする。   Moreover, in the battery system of the present invention, the evaporation section is disposed between the adjacent battery cells among the plurality of battery cells, and is disposed in close contact with both opposing wall surfaces. It is characterized by.

この構成によれば、蒸発部に電池セルが密着していることから、電池セルを効率良く冷却することができる。   According to this configuration, since the battery cell is in close contact with the evaporation unit, the battery cell can be efficiently cooled.

本発明の電池システムによれば、複数の二次電池を用いた電池システムにおいて、冷却効果の均一化に貢献することができ、二次電池の経年劣化を抑制して長寿命化に貢献することができる。   According to the battery system of the present invention, in a battery system using a plurality of secondary batteries, it is possible to contribute to the uniform cooling effect, and to contribute to a long life by suppressing deterioration over time of the secondary battery. Can do.

本発明の一実施形態に係る電池システムのブロック図である。It is a block diagram of the battery system which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る電池システムに適用される電池セルの一部を破断した斜視図である。It is the perspective view which fractured | ruptured a part of battery cell applied to the battery system which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る電池システムに適用される電池モジュールの平面図である。It is a top view of the battery module applied to the battery system which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る電池システムに適用される蒸発部の一例を示し、(A)は蒸発部の側面図、(B)は(A)のB−B線に沿う断面図である。An example of the evaporation part applied to the battery system which concerns on one Embodiment of this invention is shown, (A) is a side view of an evaporation part, (B) is sectional drawing which follows the BB line of (A). 本発明の一実施形態に係る電池システムにおける冷却サイクルのグラフ図である。It is a graph of the cooling cycle in the battery system which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る変形例の電池システムのブロック図である。It is a block diagram of the battery system of the modification which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る変形例の電池システムにおける冷却サイクルのグラフ図である。It is a graph of the cooling cycle in the battery system of the modification which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る変形例の電池システムの説明図である。It is explanatory drawing of the battery system of the modification which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る変形例の電池システムにおける蒸発部の配置例の説明図である。It is explanatory drawing of the example of arrangement | positioning of the evaporation part in the battery system of the modification which concerns on one Embodiment of this invention.

次に、本発明の一実施形態に係る電池システムについて、図面を参照して説明する。
図1は本発明の一実施形態に係る電池システムのブロック図である。
Next, a battery system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a battery system according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、本発明の電池システム1は、複数の二次電池(以下、「電池セル」と称する)10が配列して構成された電池モジュール20と、電池セル10に接するようにして配されて内部に冷媒が流通する冷媒流路2を有し、流入する液相の冷媒を蒸発させる蒸発部3と、蒸発部3から流出する冷媒を圧縮する圧縮機4と、圧縮機4で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器5と、凝縮器5で凝縮された冷媒を膨張させて蒸発部3に供給する膨張弁6と、を備える。   As shown in FIG. 1, the battery system 1 of the present invention is configured to contact a battery cell 10 with a battery module 20 in which a plurality of secondary batteries (hereinafter referred to as “battery cells”) 10 are arranged. An evaporator 3 for evaporating inflowing liquid phase refrigerant, a compressor 4 for compressing refrigerant flowing out of the evaporator 3, and a compressor 4 A condenser 5 for condensing the refrigerant compressed in step (b), and an expansion valve 6 for expanding the refrigerant condensed in the condenser 5 and supplying the refrigerant to the evaporator 3.

なお、電池システム1で用いられる冷媒としては、VDF(Vaporizable Dielectric Fluid:揮発性絶縁流体)を用いており、具体的には代替フロン系冷媒(例えば、R134a)を用いている。   In addition, as a refrigerant | coolant used with the battery system 1, VDF (Vaporable Dielectric Fluid: Volatile insulating fluid) is used, and the alternative CFC type refrigerant | coolant (for example, R134a) is specifically used.

[電池セル10の構成]
図2は、電池セル10の一部を破断した斜視図である。図2に示すように、電池セル10は、内部に電解液を貯留する電池容器11を備えている。電池セル10は、例えば、リチウムイオン二次電池である。電池容器11は、例えば、アルミニウム製の中空容器である。本例の電池容器11は、外形が略角柱状(略直方体状)である。電池容器11は、開口部を有する筒状体11aと、筒状体11aの開口部を塞ぐ蓋11bとからなっている。
[Configuration of Battery Cell 10]
FIG. 2 is a perspective view in which a part of the battery cell 10 is broken. As shown in FIG. 2, the battery cell 10 is provided with the battery container 11 which stores electrolyte solution inside. The battery cell 10 is, for example, a lithium ion secondary battery. The battery container 11 is an aluminum hollow container, for example. The battery container 11 of this example has a substantially prismatic shape (substantially rectangular parallelepiped shape). The battery container 11 includes a cylindrical body 11a having an opening and a lid 11b that closes the opening of the cylindrical body 11a.

蓋11bに、電極端子12、13及び電解液の注入口14が設けられている。例えば、電極端子12が正極端子であり、電極端子13が負極端子である。電池容器11の内部に、電極15,16及びセパレータ17が収容されている。   The lid 11b is provided with electrode terminals 12 and 13 and an electrolyte inlet 14. For example, the electrode terminal 12 is a positive terminal and the electrode terminal 13 is a negative terminal. Electrodes 15 and 16 and a separator 17 are accommodated inside the battery container 11.

電極15,16は、導体箔や導体薄板などのシート状の集電体(導体)を母材とし、母材の表面に電解液の種類に応じた電極活物質のコーティングがなされたものである。電極15は、例えば、正極板であり、アルミニウム製の母材の表面にリチウム含有のフッ化鉄からなる電極活物質(正極活物質)を含有する正極活物質層が形成されている。電極16は、例えば、負極板であり、電解液と接触する部分がグラファイトからなる。   The electrodes 15 and 16 are formed by using a sheet-like current collector (conductor) such as a conductor foil or a conductor thin plate as a base material, and coating the surface of the base material with an electrode active material corresponding to the type of the electrolytic solution. . The electrode 15 is, for example, a positive electrode plate, and a positive electrode active material layer containing an electrode active material (positive electrode active material) made of lithium-containing iron fluoride is formed on the surface of an aluminum base material. The electrode 16 is, for example, a negative electrode plate, and a portion in contact with the electrolytic solution is made of graphite.

電極15は、電極16と対向して配置されている。電極15,16は、互いに対向する方向に繰り返し配置されている。電極15,16の間にセパレータ17が設けられており、電極15,16が互いに接触しないようになっている。セパレータ17は、例えば、多孔質の樹脂フィルムなどの絶縁材料からなる。なお、図2においては、説明の便宜上、セパレータ17の肉厚を電極15,16の肉厚よりも薄く図示しているが、実際の肉厚関係を示すものではない。   The electrode 15 is disposed to face the electrode 16. The electrodes 15 and 16 are repeatedly arranged in directions facing each other. A separator 17 is provided between the electrodes 15 and 16 so that the electrodes 15 and 16 do not contact each other. The separator 17 is made of an insulating material such as a porous resin film. In FIG. 2, for convenience of explanation, the thickness of the separator 17 is shown to be thinner than the thickness of the electrodes 15, 16, but this does not indicate the actual thickness relationship.

電極15における電極端子12側の端部には、電極タブ15aが形成されている。繰返し配置された複数の電極15の電極タブ15aが一括して、電極端子12と電気的に接続されている。電極16における電極端子13側の端部には、電極タブ16aが形成されている。繰返し配置された複数の電極16の電極タブ16aが一括して、電極端子13と電気的に接続されている。   An electrode tab 15a is formed at the end of the electrode 15 on the electrode terminal 12 side. The electrode tabs 15 a of the plurality of electrodes 15 that are repeatedly arranged are collectively connected to the electrode terminal 12. An electrode tab 16a is formed at the end of the electrode 16 on the electrode terminal 13 side. The electrode tabs 16 a of the plurality of electrodes 16 that are repeatedly arranged are collectively connected to the electrode terminal 13.

電池容器11の内部には、電解液が電極15,16と接触するように貯留される。リチウムイオン二次電池の電解液としては、例えば、炭酸エチレン、炭酸ジエチル、炭酸メチルエチル、炭酸プロピレンなどの有機溶媒に、六フッ化リン酸リチウムや四フッ化ホウ酸リチウムなどのリチウム塩を溶解した溶液などが挙げられる。また、電池セル10が、ナトリウム二次電池の場合、ナトリウム二次電池の電解液としては、例えば、有機溶媒に過塩素酸ナトリウムなどのナトリウム塩を溶解した溶液などが挙げられる。   In the battery container 11, the electrolytic solution is stored so as to come into contact with the electrodes 15 and 16. As an electrolyte for a lithium ion secondary battery, for example, a lithium salt such as lithium hexafluorophosphate or lithium tetrafluoroborate is dissolved in an organic solvent such as ethylene carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, or propylene carbonate. And the like. Further, when the battery cell 10 is a sodium secondary battery, examples of the electrolyte solution for the sodium secondary battery include a solution in which a sodium salt such as sodium perchlorate is dissolved in an organic solvent.

[電池モジュール20の構成]
図3は、電池モジュール20の平面図である。なお、この図3では、隣接する2つ(一対)の電池セル10を4組(4列)に配列した場合で説明する。また、以下の説明では、この配列状態を1つの電池セルユニットと称する。
[Configuration of Battery Module 20]
FIG. 3 is a plan view of the battery module 20. In addition, in this FIG. 3, it demonstrates by the case where the two adjacent battery cells 10 (a pair) are arranged in 4 sets (4 rows). In the following description, this arrangement state is referred to as one battery cell unit.

図3に示すように、電池モジュール20は、1つの電池セルユニットの両側面に位置する一対の拘束板21,21と、一対の拘束板21,21により1つの電池セルユニットを保持するシャフト部材22,22と、を備えている。   As shown in FIG. 3, the battery module 20 includes a pair of restraining plates 21 and 21 located on both side surfaces of one battery cell unit, and a shaft member that holds one battery cell unit by the pair of restraining plates 21 and 21. 22 and 22.

一対の拘束板21,21は、耐熱性に高く、ある程度の剛性を有する金属板(例えば、アルミ)等が用いられている。シャフト部材22,22は、拘束板21,21と同等又は別の金属等から円柱又は角柱体に構成されている。シャフト部材22,22は、その両端面に雌ネジ孔が形成されており、ボルト等によって拘束板21,21の四隅付近に固定される。シャフト部材22,22は、その長さによって一対の拘束板21,21の対向間隔を規定する。したがって、シャフト部材22,22の長さは、一対の拘束板21,21によって保持する1つの電池セルユニットによって決定する。   The pair of restraining plates 21 and 21 is a metal plate (for example, aluminum) having high heat resistance and a certain degree of rigidity. The shaft members 22, 22 are configured as cylinders or prismatic bodies from the same or different metals as the restraining plates 21, 21. The shaft members 22 and 22 have female screw holes formed at both end faces thereof, and are fixed near the four corners of the restraining plates 21 and 21 by bolts or the like. The shaft members 22 and 22 define the facing distance between the pair of restraining plates 21 and 21 according to their lengths. Therefore, the length of the shaft members 22 and 22 is determined by one battery cell unit held by the pair of restraining plates 21 and 21.

[蒸発部3の構成]
図4は、蒸発部3の一例を示し、図4(A)は電池セル10を配置した状態の蒸発部3の側面図、図4(B)は図4(A)のB−B線に沿う断面図である。図3に示したように、蒸発部3は一対の電池セル10の各列の間に密着状態で配置している。なお、図3では、蒸発部3は、拘束板21と電池セル10との間には配置していないが、この拘束板21と電池セル10との間にも密着状態で配置することができる。
[Configuration of Evaporating Unit 3]
FIG. 4 shows an example of the evaporation unit 3, FIG. 4 (A) is a side view of the evaporation unit 3 in a state where the battery cells 10 are arranged, and FIG. 4 (B) is a line BB in FIG. 4 (A). It is sectional drawing which follows. As shown in FIG. 3, the evaporating unit 3 is disposed in close contact between each row of the pair of battery cells 10. In FIG. 3, the evaporation unit 3 is not disposed between the restraining plate 21 and the battery cell 10, but can be disposed in close contact with the restraining plate 21 and the battery cell 10. .

熱交換機能としての蒸発部3は、冷媒を蒸発・気化させる。蒸発部3は、図4(A)に示すように、側面視において矩形(長方形)の本体部3aと、この本体部3aの対向する二辺に逆向き三角形状の流入部3b及び流出部3cと、を一体に備えている。蒸発部3には、図4(B)に示すように、複数の冷媒流路2が形成されている。この冷媒流路2は、流入部3b及び流出部3cに連通しており、流入部3bから本体部3aの内部を経由して流出部3cへと冷媒が通過するように構成されている。なお、蒸発部3は、アルミダイカスト等によって一体又は半割の合わせ構造体で構成することができ、簡素で安価な蒸発部3とすることができる。   The evaporation unit 3 as a heat exchange function evaporates and vaporizes the refrigerant. As shown in FIG. 4A, the evaporation unit 3 includes a rectangular (rectangular) main body 3a in a side view, and an inflow portion 3b and an outflow portion 3c that are oppositely triangle-shaped on two opposite sides of the main body 3a. And are integrally provided. As shown in FIG. 4B, a plurality of refrigerant flow paths 2 are formed in the evaporation unit 3. The refrigerant flow path 2 communicates with the inflow portion 3b and the outflow portion 3c, and is configured such that the refrigerant passes from the inflow portion 3b to the outflow portion 3c via the inside of the main body portion 3a. In addition, the evaporation part 3 can be comprised with a one-piece | unit or a half-matching structure body by aluminum die-casting etc., and can be set as the simple and cheap evaporation part 3.

圧縮機4、凝縮器5、膨張弁6は、公知のものを用いているため、ここでの詳細な説明は省略するが、以下の機能を備えている。圧縮機4は気体の冷媒を高温高圧に圧縮する。熱交換機能としての凝縮器5は空気(図1の白抜き矢印参照)により冷媒を液化する。膨張弁6は液体の冷媒を絞りって減圧するとともに冷媒の循環量を調整する機能を具備している。   Since the compressor 4, the condenser 5, and the expansion valve 6 are well-known ones, a detailed description thereof is omitted here, but the following functions are provided. The compressor 4 compresses the gaseous refrigerant to a high temperature and a high pressure. The condenser 5 as a heat exchange function liquefies the refrigerant with air (see the white arrow in FIG. 1). The expansion valve 6 has a function of reducing the pressure of the liquid refrigerant to reduce the pressure and adjusting the circulation amount of the refrigerant.

上記の構成において、本発明の電池システム1では、図5に示すように、蒸発部3、圧縮機4、凝縮器5、膨張弁6、蒸発部3の経路で気液二相の冷媒による蒸気圧縮冷却サイクルを構成している。なお、図5に示す丸付数字は、図1における丸付数字の経路に対応する。   In the above-described configuration, in the battery system 1 of the present invention, as shown in FIG. It constitutes a compression cooling cycle. Note that the circled numbers shown in FIG. 5 correspond to the path of the circled numbers in FIG.

具体的には、凝縮器5で凝縮する際に液体となった冷媒を熱交換して冷却用の気体とする。その気体は、膨張弁6を通過した後、蒸発部3の冷媒流路2を通過する際に電池セル10を熱交換により冷却(蒸発部3の冷媒を加熱)し、この電池セル10との熱交換することで蒸発する。この際、蒸発部3は電池セル10に密着していることから、冷却効率を確保することができる。さらに、蒸発部3の冷媒流路2を通過する際に高温となった冷媒は、再び凝縮器5で凝縮して液体となった冷媒を熱交換する。   Specifically, the refrigerant that has become liquid when condensed in the condenser 5 is heat-exchanged to form a cooling gas. When the gas passes through the expansion valve 6 and then passes through the refrigerant flow path 2 of the evaporation unit 3, the gas cools the battery cell 10 by heat exchange (heats the refrigerant in the evaporation unit 3). Evaporates by heat exchange. At this time, since the evaporating unit 3 is in close contact with the battery cell 10, the cooling efficiency can be ensured. Furthermore, the refrigerant that has become high temperature when passing through the refrigerant flow path 2 of the evaporation section 3 exchanges heat with the refrigerant that is condensed again by the condenser 5 and becomes liquid.

本実施の形態では、気体の冷媒を圧縮機4で圧縮し、凝縮器5で冷却して圧力が高い液体をつくり、膨張弁6で圧力を下げ、蒸発部3で低温で気化させ、その気化熱で電池セル10とで熱交換する。これにより、蒸発部3による蒸発過程時の冷媒は等温となるため、冷却性能が低下することなく、電池セル10の冷却効果の均一化に貢献することができうえ、電池セル10の経年劣化を抑制して長寿命化に貢献することができる。しかも、蒸発過程時の潜熱を利用した冷却とすることが可能となり、冷却性能を高く維持することができる。   In the present embodiment, gaseous refrigerant is compressed by the compressor 4, cooled by the condenser 5 to produce a high-pressure liquid, the pressure is reduced by the expansion valve 6, and vaporized at a low temperature by the evaporation unit 3. Heat exchange is performed with the battery cell 10 by heat. Thereby, since the refrigerant during the evaporation process by the evaporation unit 3 becomes isothermal, it can contribute to the uniform cooling effect of the battery cell 10 without deteriorating the cooling performance, and the deterioration of the battery cell 10 over time. It can be suppressed and contribute to longer life. Moreover, it is possible to perform cooling using latent heat during the evaporation process, and the cooling performance can be maintained high.

また、冷媒の必要流量を低く抑えることができるため、冷媒を循環させるための気体液化ヒートポンプ(又は膨張弁6)や電源(共に図示せず)の小型化・省電力化に貢献することができる。   Moreover, since the required flow rate of the refrigerant can be kept low, it is possible to contribute to miniaturization and power saving of the gas liquefaction heat pump (or the expansion valve 6) and the power supply (both not shown) for circulating the refrigerant. .

さらに、冷却媒体が循環経路の途中で漏れたとしても、電源等は別途の配置とすることができるため、漏電の危険性を回避することができる。また、簡素な循環経路であることと、電池セル10の容量等に応じた冷媒流路2の設計が容易であること、さらに、冷媒に揮発性絶縁流体(VDF)を用いていること等により、冷媒が凍結してしまうことを抑制することができる。これにより、例えば、殺菌処理やフィルター交換といった各部のメンテナンスを不要もしく低減することができる。   Furthermore, even if the cooling medium leaks in the middle of the circulation path, the power source and the like can be arranged separately, so that the risk of electric leakage can be avoided. In addition, due to the simple circulation path, the design of the refrigerant flow path 2 according to the capacity of the battery cell 10 and the like, and the use of volatile insulating fluid (VDF) as the refrigerant, etc. The refrigerant can be prevented from freezing. Thereby, for example, maintenance of each part such as sterilization treatment and filter replacement can be unnecessary and reduced.

〔変形例〕
ところで、上記実施の形態では、電池セル10を冷却した後の熱交換器として凝縮器5を用いたが、例えば、図6及び図7に示すように、蒸発部3から圧縮機4へと流入する冷媒と、凝縮器5から膨張弁6に流入するする冷媒と、の間に熱交換器7を配置し、この熱交換器7で、蒸発部3から流入する二相流の冷媒を気相にまで加熱するようにしてもよい。この場合の冷却経路としては、蒸発部3、熱交換器7、圧縮機4、凝縮器5、熱交換器7、膨張弁6、蒸発部3の経路で気液二相の冷媒による蒸気圧縮冷却サイクルとなる。
[Modification]
By the way, in the said embodiment, although the condenser 5 was used as a heat exchanger after cooling the battery cell 10, as shown in FIG.6 and FIG.7, it flows in into the compressor 4 from the evaporation part 3, for example. The heat exchanger 7 is arranged between the refrigerant that flows into the expansion valve 6 from the condenser 5, and the two-phase flow refrigerant that flows in from the evaporator 3 is vaporized by the heat exchanger 7. You may make it heat to. As a cooling path in this case, vapor compression cooling with a gas-liquid two-phase refrigerant in the path of the evaporator 3, the heat exchanger 7, the compressor 4, the condenser 5, the heat exchanger 7, the expansion valve 6, and the evaporator 3. It becomes a cycle.

また、このような熱交換器7を用いることにより、図8に示すように、多数の電池モジュール20を配置した大型な電池システム1を構築することが可能となる。図8に示した電池システム1では、図示括弧付数字で示すように、23台の電池モジュール20を棚段式に配置した筐体8を備え、その下段に圧縮機4、凝縮器5、膨張弁6、熱交換器7を配置している。なお、上述した気体液化ヒートポンプや電源(或いは電気制御機器9)は、筐体8の下段に配置することができる。なお、図8において、黒塗りの太矢印は電池モジュール20単位での冷却経路を示し、冷媒配管等によって前段の流出部3cと後段の流入部3bとが接続される。   Moreover, by using such a heat exchanger 7, as shown in FIG. 8, it is possible to construct a large battery system 1 in which a large number of battery modules 20 are arranged. The battery system 1 shown in FIG. 8 includes a casing 8 in which 23 battery modules 20 are arranged in a shelf manner as indicated by numbers in parentheses in the figure, and a compressor 4, a condenser 5, an expansion are provided in the lower stage thereof. A valve 6 and a heat exchanger 7 are arranged. Note that the gas liquefied heat pump and the power source (or the electric control device 9) described above can be arranged in the lower stage of the housing 8. In FIG. 8, a thick black arrow indicates a cooling path for each battery module 20, and the upstream outflow portion 3c and the downstream inflow portion 3b are connected by a refrigerant pipe or the like.

この際、例えば、図9に示すように、前段の電池モジュール20における蒸発部3と後段の電池モジュール20における蒸発部3とで、向きを逆に配置すれば、同一の蒸発部3を流用することができるうえ、冷媒配管の配管経路を短く簡素とすることができ、冷却効率の低下を損なうことを抑制することができる。   At this time, for example, as shown in FIG. 9, if the evaporator 3 in the former battery module 20 and the evaporator 3 in the latter battery module 20 are disposed in opposite directions, the same evaporator 3 is used. In addition, the piping route of the refrigerant piping can be shortened and simplified, and the deterioration of the cooling efficiency can be suppressed.

なお、上記実施の形態(変形例を含)では、電池モジュール20では、電池セル10をを一対四列で配置したものを例示したが、一列中の電池セル10の個数及び列数は特に限定されるものではなく、電池システム1の所望の全体出力等に応じて任意である。   In the above-described embodiment (including the modification), the battery module 20 is illustrated in which the battery cells 10 are arranged in a pair of four rows, but the number and the number of the battery cells 10 in one row are particularly limited. However, it is optional depending on the desired overall output of the battery system 1 and the like.

また、変形例で示した電池モジュール20の個数や棚段配置、全体の冷却経路においてに任意である。例えば、下段から上段まで電池モジュール20を冷却した後、隣接する段の上段から下段までを冷却するなど、電池モジュール20の個数や棚段配置に応じて変更等が可能となる。   Further, the number of battery modules 20 shown in the modification, the shelf arrangement, and the entire cooling path are arbitrary. For example, after the battery module 20 is cooled from the lower stage to the upper stage, the upper stage to the lower stage of the adjacent stage is cooled, and the like can be changed according to the number of battery modules 20 and the shelf arrangement.

1…電池システム
2…冷媒流路
3…蒸発部
4…圧縮機
5…凝縮器
6…膨張弁
7…熱交換器
10…電池セル(二次電池)
20…電池モジュール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Battery system 2 ... Refrigerant flow path 3 ... Evaporating part 4 ... Compressor 5 ... Condenser 6 ... Expansion valve 7 ... Heat exchanger 10 ... Battery cell (secondary battery)
20 ... Battery module

Claims (5)

複数の電池セルが配列して構成された電池モジュールと、
該電池モジュールの電池セルに接するようにして配され、内部に冷媒が流通する冷媒流路を有し、流入する液相の冷媒を蒸発させる蒸発部と、
蒸発部から流出する冷媒を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、
凝縮器で凝縮された冷媒を膨張させて蒸発部に供給する膨張弁と、
を備えることを特徴とする電池システム。
A battery module configured by arranging a plurality of battery cells;
An evaporation section that is arranged so as to be in contact with the battery cells of the battery module, has a refrigerant flow path through which the refrigerant flows, and evaporates the flowing liquid-phase refrigerant;
A compressor that compresses the refrigerant flowing out of the evaporation section;
A condenser that condenses the refrigerant compressed by the compressor;
An expansion valve for expanding the refrigerant condensed in the condenser and supplying the refrigerant to the evaporation unit;
A battery system comprising:
請求項1に記載の電池システムにおいて、
前記冷媒には、揮発性絶縁流体が用いられている
ことを特徴とする電池システム。
The battery system according to claim 1,
The battery system is characterized in that a volatile insulating fluid is used for the refrigerant.
請求項1又は請求項2に記載の電池システムにおいて、
前記蒸発部から前記圧縮機へと流入する冷媒と、前記凝縮器から前記膨張弁に流入するする冷媒と、の間に熱交換器を配置し、
前記蒸発部では、液相から二相流までの範囲で冷媒を加熱し、
前記熱交換器では、前記蒸発部から流入する二相流の冷媒を気相にまで加熱する
ことを特徴とする電池システム。
The battery system according to claim 1 or 2,
A heat exchanger is disposed between the refrigerant flowing from the evaporator to the compressor and the refrigerant flowing from the condenser to the expansion valve;
In the evaporation section, the refrigerant is heated in a range from a liquid phase to a two-phase flow,
In the heat exchanger, the two-phase refrigerant flowing from the evaporation section is heated to a gas phase.
請求項1乃至請求項3の何れかに記載の電池システムにおいて、
前記蒸発部は、
複数の前記冷媒流路を形成した本体部と、
前記本体部と一体に設けられて前記冷媒流路と連通する冷媒の流入部及び流出部と、
を備えることを特徴とする電池システム。
The battery system according to any one of claims 1 to 3,
The evaporation section is
A main body formed with a plurality of the refrigerant flow paths;
An inflow portion and an outflow portion of a refrigerant provided integrally with the main body portion and communicating with the refrigerant flow path;
A battery system comprising:
請求項1乃至請求項4の何れかに記載の電池システムにおいて、
前記蒸発部は、
前記複数の電池セルのうち、隣接する前記電池セルの間に配置されるとともに、その両方の対向する壁面に密着して配置している
ことを特徴とする電池システム。
The battery system according to any one of claims 1 to 4,
The evaporation section is
Among the plurality of battery cells, the battery system is disposed between the adjacent battery cells and is in close contact with both opposing wall surfaces.
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