JP2017529646A - バッテリ加熱システム、バッテリアセンブリ、および電気自動車 - Google Patents

バッテリ加熱システム、バッテリアセンブリ、および電気自動車 Download PDF

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Abstract

本開示の実施形態は、バッテリ加熱システム、バッテリアセンブリ、および電気自動車を提供する。バッテリ加熱システムは、陽極および陰極を有するバッテリ群１と、第１の端部が陽極と接続されるスイッチ３と、大電流放電モジュール４と、スイッチ３に接続され、バッテリ群１の温度に応じてスイッチ３を制御するように構成されたコントローラとを含む。大電流放電モジュール４の第１の端部は、スイッチ３の第２の端部に接続され、大電流放電モジュール４の第２の端部は、陰極に接続される。スイッチがオンになると、バッテリ群１は大電流放電モジュール４を介して放電し、バッテリ群１はその内部抵抗により加熱される。【選択図】図２

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１４年６月３０日に中華人民共和国国家知識産権局に出願された中国特許出願第２０１４１０３０９４７４．４号の優先権および利益を主張するものであり、これらの特許の内容全体を参照によって本願明細書に引用したものとする。
本開示は、全般的には、バッテリ加熱の分野に関し、特に、バッテリ加熱システム、バッテリアセンブリ、および電気自動車に関する。
従来技術では、バッテリ群の加熱は、複数のシリコーン製加熱ワイヤを各バッテリ間に配置することによって実現される。リレーは、シリコーン製加熱ワイヤ間に直列接続され、スイッチとして使用され、各々のシリコーン製加熱ワイヤの両端はバッテリの陽極および陰極にそれぞれ接続される。図１に示されているように、従来技術のバッテリ加熱システムは、バッテリ群１’、主回路スイッチ２’、主回路リレー３’、保護回路４’、リレー５’、および加熱ワイヤ６’を含む。
自動車を始動させる必要がある場合、主回路スイッチ２’がオンになり、保護回路４’が作動を開始し、保護回路４’の温度測定装置によって環境温度が決定される。環境温度が所定温度未満である場合、リレー５’がオンになり、バッテリ群１’はシリコーン製加熱ワイヤ６’を介して弱電流で放電する。この時、シリコーン製加熱ワイヤ６’は、熱を発生させてバッテリ群１’を加熱することができるように作動している。バッテリ群１’の温度が所定温度に達した場合、リレー５’はオフになり、主回路リレー３’がオンになり、自動車コントロールダイヤルは自動車を始動させることができることを示す。自動車の走行プロセス時に、バッテリ群は放電し、それと同時に熱を発生させるので、環境温度は要求温度で維持され、このことにより、バッテリ群が比較的低い環境温度で使用される場合にバッテリ群の放電効率が低くなるという問題が解消される。バッテリ群を充電する必要がある場合、主回路スイッチ２’がオンになり、保護回路４’が作動を開始する。環境温度が所定温度未満である場合、リレー５’がオンになり、バッテリ群１’はシリコーン製加熱ワイヤ６’を介して弱電流で放電し、その結果、環境温度を上昇させる。環境温度が所定温度に達した場合、リレー５’はオフになり、主回路リレー３’がオンになり、バッテリ群１’が充電される。充電プロセス時に、バッテリ群１’はさらに熱を発生させるので、環境温度を要求温度で維持することができる。したがって、バッテリ群１’が充電される時の低い温度環境による潜在的な安全性リスクを避けることができる。
しかし、従来技術には少なくとも以下の不利点がある。まず、バッテリ群は弱電流でシリコーン製加熱ワイヤに放電するので、加熱力は比較的小さい。次に、シリコーン製加熱ワイヤはバッテリ群の周囲環境を加熱してバッテリ群を加熱するので、バッテリ群の外側で熱が発生し、その後、熱は徐々にバッテリ群に伝達される。結果として、バッテリ群は非常に遅い加熱速度で加熱され、通常、バッテリ群を加熱するのに数時間が必要となるので、特に、自動車をすぐに使用したい、または自動車をすぐに充電したいユーザの要求を満たすことができない。
さらに、中国特許出願第２０１０１０２７１４０５．０号は、バッテリ加熱方法を開示しており、該方法では、電圧もしくは電流がバッテリに印加され、バッテリの電圧が下限値より低い場合、負荷抵抗器を介してバッテリの陽極と陰極とが互いに接続され、放電電流によりバッテリが加熱される。しかし、この方法は、充電器を用いて行われる、すなわち、中国特許出願第２０１０１０２７１４０５．０号に開示されている加熱装置は、充電器の一部として使用され、加熱装置は外部に配置され、バッテリは充電される前に加熱される。したがって、バッテリは、いつでもどこでも加熱できるというものではない。すなわち、バッテリは、加熱する必要がある場合に、充電器、例えば、充電ポストに接続されなければならない。さらに、負荷抵抗器は、充電ポストを介してのみバッテリと接続することができ、このことが加熱電流を制限し、その結果、バッテリをすぐに加熱することができなくなる。
本開示の実施形態は、先行技術に見られる問題の少なくとも１つを少なくともある程度解決することを目的とする。
本開示の第１の広範な態様によれば、バッテリ加熱システムが提供される。バッテリ加熱システムは、陽極および陰極を有するバッテリ群と、第１の端部が陽極と接続されるスイッチと、大電流放電モジュールと、スイッチに接続され、バッテリ群の温度に応じてスイッチを制御するように構成されたコントローラとを含む。大電流放電モジュールの第１の端部は、スイッチの第２の端部に接続され、大電流放電モジュールの第２の端部は、陰極に接続される。スイッチがオンになると、バッテリ群は大電流放電モジュールを介して放電し、その内部抵抗により加熱される。
本開示のバッテリ加熱システムによれば、大電流放電モジュールによって、バッテリ群は比較的大きな電流で放電し、その結果、バッテリ群はその内部抵抗により短時間で大量の熱を発生させることができる。すなわち、バッテリ群はその内側から加熱されるので、バッテリ群をすぐに加熱することができる。具体的には、放電電流は比較的大きく、バッテリ群はその内側から加熱されるので、加熱速度が速く、加熱効率が高くなり、ユーザの要求を満たすことができる。
本開示の第２の広範な態様によれば、上記のバッテリ加熱システムを含むバッテリアセンブリが提供される。バッテリアセンブリを使用すれば、バッテリ群をすぐに加熱することができるので、加熱時間を短縮し、加熱効率を向上させることができる。
本開示の第３の広範な態様によれば、モータ、空調システム、および上記バッテリアセンブリを含む電気自動車が提供される。電気自動車では、バッテリ群をすぐに加熱することができるので、加熱時間を短縮し、加熱効率を向上させることができる。電気自動車が始動または充電される前にバッテリ群の温度が低い場合、バッテリ群をすぐに加熱することができるので、電気自動車が始動または充電される前の準備時間を節約することができる。
本開示の実施形態のさらに別の態様および利点の一部は、以下の説明に示されており、以下の説明から一部明らかになるであろう、または本開示の実施形態を実施することにより理解されるであろう。
本開示は、添付図面に示されている。
従来技術のバッテリ加熱システムの概略図である。 本開示の一実施形態のバッテリ加熱システムの概略図である。 本開示の別の実施形態のバッテリ加熱システムの概略図である。
本開示の実施形態について詳細に説明する。同一もしくは同様の機能を有する同一もしくは同様の要素は、説明全体を通して同じ参照番号で示されている。本明細書において添付図面を参照しながら説明されている実施形態は、説明的かつ例示的であり、本開示を全般的に理解するのに使用される。実施形態は、本開示を制限するものであると解釈すべきでない。
本明細書において、特別の定めのない限り、もしくは特別に制限しない限り、「長手方向」、「側方」、「前方」、「後方」、「右側」、「左側」、「下側」、「上側」、「垂直方向」、「〜より上方」、「〜より下方」、「上」、「最上部」、「底部」のような相対語およびそれらの派生語（例えば、「下方に」、「上方に」など）は、当該図面の中で説明もしくは例示する時に向きを指す語であると解釈すべきである。これらの相対語は、説明の便宜上使用するものであり、本開示が特定の向きで構成または操作されることを要求するものではない。さらに、「第１の」および「第２の」のような用語は、本明細書では、説明のために使用されており、相対的重要度もしくは重要性を示す、または意味することを意図するものではない。したがって、「第１の」および「第２の」によって制限される特徴は、１つまたは複数のこれらの特徴を含むことを示す、または意味することを意図するものである。本開示の説明において、「複数の」は、２つ以上に関連する語である。
本開示の説明において、特別の定めのない限り、もしくは特に限定しない限り、「取り付けられる」、「接続される」、「結合される」、および「締結される」という語は、例えば、永久的接続もしくは取り外し可能な接続、電子的接続もしくは機械的接続、直接的接続もしくは中間物を介した間接的接続、２つの要素間の内部連通もしくは相互作用のような広い意味で理解してよいことに留意されたい。当業者は、特定の状況に従って、本開示における特定の意味を理解すべきである。
図２は、本開示の一実施形態のバッテリ加熱システムの概略図である。図２に示されているように、バッテリ加熱システムは、バッテリ群１、スイッチ３、大電流放電モジュール４、およびコントローラ（図示せず）を含む。
スイッチ３の第１の端部（図２に示されているスイッチ３の左側端部）は、バッテリ群１の陽極と接続される。いくつかの実施形態では、スイッチ３は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を含む。スイッチ３は、当業者に周知の他の種類のスイッチとすることができることに留意されたい。大電流放電モジュール４の第１の端部（図２に示されている大電流放電モジュール４の上端）は、スイッチ３の第２の端部（図２に示されているスイッチ３の右側端部）に接続され、大電流放電モジュール４の第２の端部（図２に示されている大電流放電モジュール４の下端）は、バッテリ群１の陰極に接続される。コントローラは、スイッチ３に接続され、バッテリ群１の温度に応じてスイッチ３を制御するように構成される。スイッチ３がオンになると、バッテリ群１は大電流放電モジュール４を介して放電し、それと同時に、バッテリ群１は、自身の内部抵抗により加熱される。
本開示のいくつかの実施形態では、大電流放電モジュール４は、約４００Ａ〜約５００Ａの放電電流を有してよい。一実施形態では、大電流放電モジュール４は、例えば、ニッケル・クロム合金電熱線のような金属電熱線を含む。いくつかの実施形態では、金属電熱線は、約（１．１４±０．０５）×１０−６Ω＊ｍの電気抵抗率を有してよい。
本開示の実施形態では、大電流放電モジュール４、例えば、金属電熱線は、バッテリ群１の陽極と陰極との間に直接接続されてループ電流を発生させ、その結果、バッテリ群１は内部抵抗により自己加熱する。
低温（例えば、−３０℃）のバッテリ群１のインピーダンスは常温もしくは高温のバッテリ群１のインピーダンスよりかなり高い、すなわち、低温のバッテリ群１の内部抵抗は常温もしくは高温のバッテリ群１の内部抵抗よりかなり大きいことに留意されたい。したがって、バッテリ群が低温で使用される場合、バッテリ群１の陽極と陰極は大電流放電モジュール４（例えば、金属電熱線）を介して直接接続され、この時、バッテリ群１は大きな内部抵抗を有するので、バッテリ群１の電圧は大きく降下することができ、したがって、バッテリ群１はその内部抵抗により自己加熱することができる。バッテリ群１の陽極と陰極が常温で金属電熱線を介して直接接続される場合、短絡が発生する可能性があり、バッテリ群１が損傷する可能性があることに留意されたい。
一実施形態では、ニッケル・クロム合金電熱線は、所定の電気抵抗率、所定の抵抗値、および所定の直径を有する。所定の電気抵抗率はニッケル対クロム比を調整することによって求めることができ、所定の抵抗値はバッテリ群１のインピーダンスおよびバッテリ群１の加熱電流に従って求めることができ、所定の直径は放電能力および加熱時間に従って求めることができることに留意されたい。
具体的には、ニッケル・クロム合金電熱線の電気抵抗率は、ニッケルとクロムの組成比に応じて最良値にすることができる。ニッケル・クロム合金電熱線の電気抵抗率の最良値は、実験もしくは経験に従って求めることができること留意されたい。ニッケル・クロム合金電熱線の抵抗は、バッテリ群１のインピーダンスおよびバッテリ群１を加熱するのに必要な放電電流に従って決定することができる。ニッケル・クロム合金電熱線の直径は、放電回路の放電能力および加熱時間に応じて決定することができる。ニッケル・クロム合金電熱線の容積は、比較的理想的であり、バッテリ加熱システムが故障した場合、例えば、スイッチ３を正常にオフにすることができない場合、ニッケル・クロム合金電熱線は、バッテリ加熱システムを保護するために、一定時間加熱された後に溶融することができる。したがって、バッテリ加熱システムは安全で信頼性の高いシステムであると言える。
スイッチ３がオンになると、バッテリ群１と大電流放電モジュール４は放電回路を形成し、放電回路の全抵抗はバッテリ群１の温度の上昇に伴って変化する、すなわち、バッテリ群１の内部抵抗および大電流放電モジュール４の抵抗は温度の変化と共に変化し、さらに放電回路内の電流も温度の変化に伴って変化する。バッテリ群１および大電流放電モジュール４が過電流による損傷するのを防ぐために、放電回路内の放電電流を制御する必要がある。したがって、一実施形態では、バッテリ加熱システムはさらに、大電流放電モジュール４に直列接続される可変抵抗器（図示せず）、およびバッテリ群１の加熱電流を検出するように構成された電流検出モジュール（図示せず）を含む。コントローラはさらに、バッテリ群１の加熱電流を調整するために可変抵抗器の抵抗を調整するように構成される。例えば、可変抵抗器の抵抗を調整することによって、放電回路の全抵抗を一定に維持する、もしくはわずかに変化させることができ、そのことにより、放電回路内の加熱電流（すなわち、放電電流）を比較的妥当な範囲内で維持することができ、ひいては、バッテリ群１および大電流放電モジュール４を保護することができる。さらに、放電回路内の放電電流を制御することによって、バッテリ群１の安定性および信頼性を向上させることができる。
本開示のいくつかの実施形態では、バッテリ加熱システムはさらに、密閉容器５と、密閉容器５内に収容される冷却液とを含んでよい。大電流放電モジュール４および可変抵抗器は、冷却液に漬けられており、冷却液は、大電流放電モジュール４および可変抵抗器を冷却するように構成される。バッテリ群１は大電流で放電するので、放電時に大電流放電モジュール４および可変抵抗器によって多量の熱が生成され、その結果、大電流放電モジュール４および可変抵抗器の温度が高くなりすぎて、バッテリ加熱システムの加熱効率が低下する可能性がある。密閉容器５および冷却液により、大電流放電モジュール４および可変抵抗器を冷却することができ、その結果、大電流放電モジュール４および可変抵抗器の高温による損傷を防ぐことができ、バッテリ加熱システムの加熱効率を高めることができる。
本開示のいくつかの実施形態では、密閉容器５は、非導電材料製である。例えば、一実施形態では、密閉容器５はプラスチック材料製である。プラスチック材料のコストは比較的安いので、バッテリ加熱システムのコストを低減することができる。さらに、冷却液は、一般に、導電性であり、非導電材料製の密閉容器５を使用することで、絶縁性能を向上させることができ、ひいては、バッテリ加熱システムの安全性能を向上させることができる。
さらに、密閉容器５の容積および冷却液の容積は、実際のニーズに応じて調節されてよい。すなわち、密閉容器５のサイズ（つまり、容積）および形状は大電流放電モジュール４のサイズおよび形状に従って調整することができるので、密閉容器５の材料の消費量をできる限り低減することができ、さらに密閉容器５は大電流放電モジュール４を収容するのに十分な大きさである。
具体的には、金属電熱線（例えば、ニッケル・クロム合金電熱線）はバッテリ群１の陽極と陰極との間に接続され、金属電熱線は冷却液に漬けられ、ＩＧＢＴは回路のオンオフを制御するためのスイッチ３として使用される。冷却液が導電性である場合、金属電熱線は絶縁処理されてよい。図２を参照すると、スイッチ３がオンになると、バッテリ群１は比較的大きな電流で放電する。バッテリ群１が比較的高い内部抵抗を有するので、バッテリ群１はその内部抵抗により加熱され、その結果、バッテリ群１の温度をすぐに上昇させることができる。金属電熱線は、実際には、負荷抵抗器として使用され、金属電熱線が直接バッテリ群１に熱を付与するのではない。しかし、金属電熱線は非常に大きい加熱力を有することができるので、いくつかの実施形態では、金属電熱線は冷却液に漬けられて冷却され、冷却液が加熱される。
本開示の実施形態では、バッテリ群１は比較的大きな電流（通常は、１０Ｃより高い）で放電するので、バッテリ群１の温度をすぐに上昇させることができ、例えば、バッテリ群１の加熱を３０秒以内で終了させることができる。比較的大きな電流を実現するために、金属電熱線は、バッテリ群１の規格に従って選択されてよい。
いくつかの実施形態では、大電流放電モジュール４は、ニッケル・クロム合金電熱線を含む。ニッケル・クロム合金電熱線は、非常に強い高温強度を有し、ニッケル・クロム合金電熱線は、長期間の使用後に冷却された時に損傷することはない。さらに、ニッケル・クロム合金電熱線は、放出率が高く、非磁性で、優れた耐腐食性を有し、ニッケル・クロム合金電熱線は熱を放散しやすい。
本開示の実施形態では、ニッケル・クロム合金は、約１５重量％〜約３１重量％のクロムと、約２９重量％〜約８０重量％のニッケルとを含む。ニッケル含有量が多いほど、ニッケル・クロム合金の電気抵抗率は高くなり、耐熱性が高くなることに留意されたい。一実施形態では、金属電熱線は、Ｃｒ２０Ｎｉ８０製であり、その電気抵抗率は約（１．１４±０．０５）×１０−６Ω＊ｍであり、最高使用温度は約１２００℃である。
大電流が金属電熱線を通過する際の金属電熱線の断面積に一定の必要条件があることに留意されたい。例えば、大電流および断面積は、１００２（Ａ２）：１．１３１（ｍｍ２）の比に従って決定されてよい、すなわち、大電流が約１００Ａである場合、金属電熱線の断面積は約１．１３１ｍｍ２以上としなければならない。一実施形態では、大電流が５００Ａであり、約６ｍｍの直径および約２８．２７ｍｍ２の断面積を有する円筒状金属電熱線が選択される。さらに、金属電熱線の抵抗は、バッテリ群１の電圧（Ｖ）および加熱電流（Ｉ）に従って、例えば、数式Ｉ＝Ｖ／（Ｒ＋ｒ）に従って決定されることに留意されたい。数式において、ｒはバッテリ群１の抵抗を示し、Ｒは金属電熱線の抵抗を示している。すなわち、Ｒ＝Ｖ／Ｉ−ｒであり、ｒは温度の上昇に伴って小さくなるので、Ｒは温度の上昇に伴って大きくなる。確実に加熱電流Ｉを５００Ａ未満にするためには、大電流放電モジュール４として約４８０ｍΩの抵抗を有する金属電熱線が選択される。
本開示の実施形態のバッテリ加熱システムの作動プロセスは、以下の通りのプロセスとすることができる。電気自動車が低い温度の条件下で使用される、または充電される場合、バッテリ加熱システムのコントローラはバッテリ管理システム（ＢＭＳ）から温度信号（すなわち、バッテリ群１の電流温度、または略してバッテリ温度）を受信し、バッテリ温度が第１の所定値Ｔ１未満である場合、コントローラはスイッチ（ＩＧＢＴ）がオンになるように制御し、その結果、バッテリ群１が加熱され、バッテリ温度が第２の所定値Ｔ２以上である場合、コントローラはスイッチ（ＩＧＢＴ）がオフになるように制御し、その結果、加熱が終了される。
具体的には、電気自動車が使用される、または充電される場合、スイッチ（ＩＧＢＴ）はＢＭＳから温度信号を受信する。バッテリ温度が第１の所定値Ｔ１（例えば、−３０℃）未満である場合、スイッチ（ＩＧＢＴ）はオンになり、その結果、バッテリ群１（例えば、５００Ｖの電圧を有するバッテリ群１）は金属電熱線４（例えば、約４８０ｍΩの抵抗を有するニッケル・クロム合金電熱線４）を介して比較的大きな電流（例えば、約４００Ａ〜約５００Ａ）で放電し、バッテリ群１はその内部抵抗により加熱され、金属電熱線４は冷却液（例えば、−４０°のカークーラント）によって冷却される。バッテリ温度が第２の所定値Ｔ２（例えば、０℃）以上である場合、スイッチ（ＩＧＢＴ）はオフになり、その結果、加熱が終了される。この場合、バッテリ群１を加熱する時間は、２５秒以内で制御されてよい。第１の所定値Ｔ１および第２の所定値Ｔ２は、実際のニーズに応じて定義されてよく、金属電熱線４のパラメータは、バッテリ群１およびバッテリ群１を加熱するのに必要な時間に応じて調整されてよいことに留意されたい。通常、バッテリ群を加熱する時間は、３０秒以内で制御される。
本開示のバッテリ加熱システムによれば、大電流放電モジュールによって、バッテリ群は比較的大きな電流で放電し、その結果、バッテリ群はその内部抵抗により短時間で大量の熱を発生させることができる。すなわち、バッテリ群はその内側から加熱されるので、バッテリ群をすぐに加熱することができる。具体的には、放電電流は比較的大きく、バッテリ群はその内側から加熱されるので、加熱速度が速く、加熱効率が高くなり、ユーザの要求を満たすことができる。さらに、バッテリ群を充電する前にバッテリ群を加熱するのに限定されるのではなく、バッテリ群をいつでもどこでも一定の温度まで加熱するために、バッテリアセンブリもしくは電気自動車の一部として、バッテリ加熱システムを使用することもできる。
大電流放電モジュールから生成される熱を効率的に利用するために、バッテリ加熱システムは以下の実装を含んでよい。
１．バッテリ群１が自身の冷却システムを含む場合、バッテリ加熱システムの加熱された冷却液を冷却システムに直接供給することができる。あるいは、冷却液が収容されている密閉容器５がバッテリ群１の近くに配置されてよい。このように、密閉容器５内の冷却液が大電流放電モジュール４によって加熱された後に、バッテリ群１が外側から加熱され、そのことにより、バッテリ群１の加熱効率を向上させ、さらにバッテリ群１を加熱する時間を短縮することができる。
２．モータを有するハイブリッド車の場合、加熱冷却液はモータの予熱のために供給されてもよい。あるいは、加熱冷却液は、自動車を暖めるために自動車の空調システムに供給されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、バッテリ加熱システムの密閉容器５は、空調システムもしくはモータの近くに配置され、密閉容器５内の冷却液が大電流放電モジュール４によって加熱された後、加熱冷却液がモータの予熱のために利用されてもよいし、または自動車を暖めるために空調システムに供給されてもよい。したがって、モータもしくは空調システムのエネルギー消費量を低減することができる。
３．バッテリ群が正の温度係数（ＰＴＣ）を有する抵抗器を有する場合、または空調システムが加熱のためにＰＴＣ抵抗器を使用する場合、放電電流をＰＴＣ抵抗器に分流させることができる。
具体的には、図３に示されているように、バッテリ加熱システムはさらに、第１のリレー８とＰＴＣ加熱モジュール１３とを含んでよい。ＰＴＣ加熱モジュール１３は、第１のリレー８を介してスイッチ３の第２の端部と接続され、スイッチ３がオンになるとバッテリ群１の外側からバッテリ群１を加熱するように構成される。例えば、ＰＴＣ加熱モジュール１３は、バッテリ群１の表面に配置され、ＰＴＣ加熱モジュール１３の第１の端部はスイッチ３の第１の端部と接続され、ＰＴＣ加熱モジュール１３の第２の端部はスイッチ３の第２の端部と接続される。この場合、ＰＴＣ加熱モジュール１３はバッテリ群１の外側からバッテリ群１を効率良く加熱することができるので、バッテリ群１の加熱効率を向上させることができる。
具体的には、自動車が使用される、または充電される時に、バッテリ温度が第１の所定値Ｔ１（例えば、−３０℃）未満であればスイッチがオンになり、バッテリ群１（５００Ｖ）は金属電熱線４（ニッケル・クロム合金電熱線、４８０ｍΩ）を介して比較的大きな電流（４００Ａ〜５００Ａ）で放電し、バッテリ群１はその内部抵抗により加熱される。その間に、第１のリレー８がオンになり、主回路内の放電電流はＰＴＣ加熱モジュール１３に分流され、その結果、ＰＴＣ加熱モジュール１３は外側からバッテリ群１を加熱するので、加熱効率が向上する。
図３に示されているように、一実施形態では、バッテリ加熱システムはさらに、第１のポンプ７と液体冷却システム１２とを含んでよい。液体冷却システム１２は、第１のポンプ７を介して密閉容器５と連通しており、第１のポンプ７が作動すると、液体冷却システム１２と密閉容器５との間で冷却液循環が行われ、バッテリ群１を補助的に加熱することができる。
具体的には、密閉容器５内に収容されている冷却液（例えば、クーラント、−４０℃）が大電流放電モジュール４（例えば、金属電熱線４）によって加熱された後、第１のポンプ７が作動し、密閉容器５および液体冷却システムの中の冷却液が熱交換のために対流する。したがって、加熱効率をさらに向上させることができる。
本開示のバッテリ加熱システムによれば、大電流放電モジュールによって、バッテリ群は比較的大きな電流で放電し、その結果、バッテリ群はその内部抵抗により短時間で大量の熱を発生させることができる。すなわち、バッテリ群はその内側から加熱されるので、バッテリ群をすぐに加熱することができる。具体的には、放電電流は比較的大きく、バッテリ群はその内側から加熱されるので、加熱速度が速く、加熱効率が高くなり、ユーザの要求を満たすことができる。さらに、密閉容器内の加熱冷却液は、自動車の他の部品（例えば、モータ冷却システム、空調システム、およびバッテリ群の液体冷却システム）に利用されてよく、その結果、エネルギー消費量を低減すると同時に、ユーザの要求を満たすことができる。
図２および図３に示されているように、一実施形態では、バッテリ加熱システムはさらに、ヒューズ２を含んでよい。ヒューズ２は、バッテリ群１の陽極とスイッチ３との間に配置される。したがって、バッテリ加熱システムが損傷するのを防ぐことができ、バッテリ加熱システムの安全性を高めることができる。
本開示はさらに、バッテリアセンブリを提供する。バッテリアセンブリは、上記のバッテリ加熱システムを含む。バッテリアセンブリを使用すれば、低い温度で大きな放電電流によってバッテリ群をすぐに加熱することができるので、加熱時間を短縮し、加熱効率を向上させることができる。さらに、バッテリアセンブリは、自動車の一部の機能を果たし、バッテリ加熱システムは、バッテリ群を充電する前にバッテリ群を加熱するのに限定されるのではなく、バッテリ群をいつでもどこでも一定の温度まで加熱するのに使用されてよい。
本開示はさらに、電気自動車を提供する。電気自動車は、モータと、空調システムと、上記のバッテリアセンブリとを含む。電気自動車では、バッテリ群をすぐに加熱することができるので、加熱時間を短縮し、加熱効率を向上させることができる。電気自動車が始動または充電される前にバッテリ群の温度が低い場合、バッテリ群をすぐに加熱することができるので、電気自動車を始動または充電する前の準備時間を節約することができる。さらに、バッテリ群を充電する前にバッテリ群を加熱するのに限定されるのではなく、バッテリ群をいつでもどこでも一定の温度まで加熱するために、電気自動車の一部としてバッテリ加熱システムが使用されてもよい。
図３に示されているように、一実施形態では、電気自動車はさらに、第２のポンプ１４とモータ冷却システム１０とを含んでよい。モータ冷却システム１０は、第２のポンプ１４を介してバッテリ加熱システムの密閉容器５と連通している。第２のポンプ１４が作動すると、モータ冷却システム１０と密閉容器５との間で冷却液循環が行われるので、モータ冷却システムは、モータの予熱のために加熱冷却液を使用することができる。すなわち、モータを予熱する必要がある場合、第２のポンプ１４が作動し、モータ冷却システム１０および密閉容器５の中の冷却液は熱交換のために対流し、その結果、モータを予熱することができる。
図３に示されているように、一実施形態では、電気自動車はさらに、第３のポンプ６を含んでよい。空調システム１１は、第３のポンプ６を介してバッテリ加熱システムの密閉容器５と連通している。第３のポンプ６が作動すると、空調システム１１と密閉容器５との間で冷却液循環が行われるので、空調システム１１は、自動車を暖めるために冷却液を使用することができる。別の実施形態では、電気自動車はさらに、第２のリレー９を含んでよい。空調システム１１の陽極は第２のリレー９を介してスイッチ３の第２の端部と接続され、空調システム１１の陰極はバッテリ群１の陰極と接続される。このように、スイッチ３および第２のリレー９の両方がオンになると、バッテリ群１は空調システム１１に電力を供給する。
具体的には、空調システム１１が作動すると、空調システムのコントローラからの信号フィードバックに従って第２のリレー９がオンになり、主回路内の放電電流が空調システム１１に分流される。自動車を暖める必要がある場合、第３のポンプ６が作動し、空調システム１１および密閉容器５の中の冷却液が熱交換のために対流するので、空調システム１１は自動車を暖めるために冷却液を利用することができ、エネルギー消費量を低減することができる。
具体的には、バッテリ温度が第２の所定値Ｔ２（０℃）以上である場合、第１のリレー８および第２のリレー９がオフになり、スイッチ３がオフになり、加熱が終了する。バッテリ群１を加熱する加熱時間は、２８秒以内で制御される。密閉容器５、モータ冷却システム１０、空調システム１１、および液体冷却システム１２の中の冷却液の温度が平衡状態になれば、第１のポンプ７、第２のポンプ１４、および第３のポンプ６が停止される。あるいは、モータ冷却システム１０、空調システム１１、および液体冷却システム１２のうちのいずれか１つのみが作動する必要がある場合、対応するポンプが停止されて、冷却液の循環が遮断される。すなわち、これらのシステムは互いに影響を及ぼし合うことがなくなる。
電気自動車の他の要素もしくは構造は当業者に周知であるので、本明細書ではその説明は省略されていることに留意されたい。
例示的な実施形態を示して説明したが、当業者は、上述の実施形態が本開示を制限するものであると解釈され得ず、本開示の精神、原理、および範囲から逸脱せずに、これらの実施形態の変更、代替形態、修正が可能であることを理解するであろう。

Claims (19)

  1. 陽極と陰極とを有するバッテリ群と、
    第１の端部が前記陽極と接続されるスイッチと、
    第１の端部が前記スイッチの第２の端部に接続され、第２の端部が前記陰極に接続される大電流放電モジュールと、
    前記スイッチに接続され、前記バッテリ群の温度に応じて前記スイッチを制御するように構成されるコントローラと
    を備える、バッテリ加熱システムであって、
    前記スイッチがオンになると、前記バッテリ群は前記大電流放電モジュールを介して放電し、その内部抵抗により加熱される、バッテリ加熱システム。
  2. 前記大電流放電モジュールに直列接続される可変抵抗器と、
    前記バッテリ群の加熱電流を検出するように構成された電流検出モジュールと
    をさらに備え、
    前記コントローラはさらに、前記可変抵抗器の抵抗を調整して前記バッテリ群の加熱電流を調整するように構成される、請求項１に記載のバッテリ加熱システム。
  3. 密閉容器と、
    前記密閉容器内に収容される冷却液と
    をさらに備え、
    前記大電流放電モジュールおよび前記可変抵抗器は前記冷却液に漬けられていて、前記冷却液は前記大電流放電モジュールおよび前記可変抵抗器を冷却するように構成される、請求項２に記載のバッテリ加熱システム。
  4. 前記密閉容器が非導電性材料製である、請求項３に記載のバッテリ加熱システム。
  5. 前記大電流放電モジュールは約４００Ａ〜約５００Ａの放電電流を有する、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載のバッテリ加熱システム。
  6. 前記大電流放電モジュールが金属電熱線を備え、前記金属電熱線がニッケル・クロム合金電熱線を含む、請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載のバッテリ加熱システム。
  7. 前記ニッケル・クロム合金電熱線は、所定の電気抵抗率、所定の抵抗値、および所定の直径を有する、請求項６に記載のバッテリ加熱システム。
  8. 前記金属電熱線は、約（１．１４±０．０５）×１０−６Ω＊ｍの電気抵抗率を有する、請求項６に記載のバッテリ加熱システム。
  9. 第１のリレーと、
    前記第１のリレーを介して前記スイッチの前記第２の端部と接続され、前記スイッチがオンになると、前記バッテリ群の外側から前記バッテリ群を加熱するように構成された正の温度係数の加熱モジュールと
    をさらに備える、請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載のバッテリ加熱システム。
  10. 前記密閉容器は、前記バッテリ群の近くに配置される、請求項１〜９のうちのいずれか一項に記載のバッテリ加熱システム。
  11. 第１のポンプと、
    前記第１のポンプを介して前記密閉容器と連通される液体冷却システムと
    をさらに備え、
    前記第１のポンプが作動すると、前記液体冷却システムと前記密閉容器との間で冷却液循環が行われて、前記バッテリ群を補助的に加熱することができる、請求項１〜１０に記載のバッテリ加熱システム。
  12. 前記バッテリ群の前記陽極と前記スイッチとの間に配置されるヒューズをさらに備える、請求項１〜１１のうちのいずれか一項に記載のバッテリ加熱システム。
  13. 前記スイッチが絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタを備える、請求項１〜１２のうちのいずれか一項に記載のバッテリ加熱システム。
  14. 請求項１〜１３のうちのいずれか一項に記載のバッテリ加熱システムを備える、バッテリアセンブリ。
  15. モータと、
    空調システムと、
    請求項１４に記載のバッテリアセンブリと
    を備える、電気自動車。
  16. 前記バッテリ加熱システムの前記密閉容器が、前記空調システムまたは前記モータの近くに配置されている、請求項１５に記載の電気自動車。
  17. 第２のポンプと、
    前記第２のポンプを介して前記バッテリ加熱システムの前記密閉容器と連通されるモータ冷却システムと
    をさらに備え、
    前記第２のポンプが作動すると、前記モータ冷却システムと前記密閉容器との間で冷却液循環が行われて、前記モータを予熱することができる、請求項１５または１６に記載の電気自動車。
  18. さらに第３のポンプを備え、前記空調システムは、前記第３のポンプを介して前記バッテリ加熱システムの前記密閉容器と連通されていて、前記第３のポンプが作動すると、前記空調システムと前記密閉容器との間で冷却液循環が行われて、前記空調システムは前記冷却液を利用して前記電気自動車を暖めることができる、請求項１５〜１７のうちのいずれか一項に記載の電気自動車。
  19. さらに第２のリレーを備え、前記空調システムの陽極は、前記第２のリレーを介して前記スイッチの前記第２の端部と接続され、前記空調システムの陰極は、前記バッテリ群の前記陰極と接続され、前記スイッチおよび前記第２のリレーがオンになると、前記バッテリ群が前記空調システムに電力を供給する、請求項１５〜１８のうちのいずれか一項に記載の電気自動車。
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