JP2019142390A - Cooling structure of secondary battery for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、車両用二次電池の冷却構造に関する。 The present disclosure relates to a cooling structure for a vehicular secondary battery.
特許文献1には、電気自動車用の熱管理システムが開示されている。かかる熱管理システムは、電気自動車パワートレインに結合されて、電気自動車パワートレインの電気モータに電力を供給する電気エネルギー貯蔵システム(ESS)と、ESSに熱的に連通する冷却液ループ内に冷却液を含んだ冷却システムであって、該冷却システムはさらに、冷却液ループを通して冷却液を圧送する冷却液ポンプを含んだ冷却システムと、該冷却システムに結合した温度制御システムであって、冷却システムは、温度制御システムの制御下にある温度システムと、を具備する。
そして、温度制御システムはさらに、自動車状態モニタであって、該自動車状態モニタは、電気自動車が稼動中であるとき第1状態信号を出力し、電気自動車が停止中であるとき第2状態信号を出力する自動車状態モニタと、ESSに熱的に連通した少なくとも1つの温度センサであって、該少なくとも1つの温度センサはESS温度を監視している少なくとも1つの温度センサと、ESS温度をプリセット温度と比較する比較器回路であって、該比較器回路は、ESS温度がプリセット温度より低いときに第1信号を出力し、ESS温度がプリセット温度より高いときに第2信号を出力する比較器回路と、冷却システムに結合した冷却システムコントローラであって、該冷却システムコントローラは、自動車状態モニタが第2状態信号を出力するとき、冷却システムに制御信号を出力するよう構成され、冷却システムコントローラはさらに、比較器回路から第1および第2信号を受信するよう構成され、制御信号は、冷却システムコントローラが第2信号を受信したとき、冷却液ポンプを起動させ、制御信号は、冷却システムコントローラが第1信号を受信したとき、冷却液ポンプを停止させる冷却システムコントローラと、を具備している。
上述した電気自動車用の熱管理システムでは、冷却システムコントローラは、ESS温度がプリセット温度よりも高いときに冷却液ポンプを起動させ、ESS温度がプリセット温度よりも低いときに冷却液ポンプを停止させる。
Patent Document 1 discloses a thermal management system for an electric vehicle. Such a thermal management system is coupled to an electric vehicle powertrain to supply power to an electric motor of the electric vehicle powertrain and an electrical energy storage system (ESS) and a coolant in a coolant loop that is in thermal communication with the ESS. A cooling system that includes a cooling liquid pump that pumps the cooling liquid through a cooling liquid loop, and a temperature control system coupled to the cooling system, the cooling system comprising: A temperature system under the control of the temperature control system.
The temperature control system is further an automobile status monitor, which outputs a first status signal when the electric vehicle is in operation and outputs a second status signal when the electric vehicle is stopped. An automotive status monitor for output; at least one temperature sensor in thermal communication with the ESS, the at least one temperature sensor monitoring the ESS temperature; and the ESS temperature as a preset temperature A comparator circuit for comparing, wherein the comparator circuit outputs a first signal when the ESS temperature is lower than a preset temperature, and outputs a second signal when the ESS temperature is higher than the preset temperature; A cooling system controller coupled to the cooling system, wherein the cooling system controller outputs a second status signal from the vehicle status monitor. The cooling system controller is further configured to receive the first and second signals from the comparator circuit, and the control signal is transmitted from the cooling system controller to the second signal. When received, the coolant pump is activated, and the control signal includes a cooling system controller that stops the coolant pump when the cooling system controller receives the first signal.
In the above-described thermal management system for an electric vehicle, the cooling system controller starts the coolant pump when the ESS temperature is higher than the preset temperature, and stops the coolant pump when the ESS temperature is lower than the preset temperature.
車両用二次電池は、大型のケースに複数の二次電池を搭載するために内部で温度バラツキが生じる。複数の二次電池において部分的に使用上限温度に達すると電池性能を十分に発揮することができないため、複数の二次電池の温度を均一にすることが望まれている。
しかしながら、特許文献1が開示する電気自動車用の熱管理システムでは、ESS(車両用電池パック内の複数の二次電池)において温度を均一にすることができない。
Since a secondary battery for vehicles has a plurality of secondary batteries mounted in a large case, temperature variation occurs inside. When the use upper limit temperature is partially reached in a plurality of secondary batteries, the battery performance cannot be sufficiently exhibited. Therefore, it is desired to make the temperatures of the plurality of secondary batteries uniform.
However, in the thermal management system for an electric vehicle disclosed in Patent Document 1, the temperature cannot be made uniform in ESS (a plurality of secondary batteries in a vehicle battery pack).
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、複数の二次電池において温度を均一にすることができる車両用二次電池の冷却構造を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of at least one embodiment of the present invention is to provide a cooling structure for a vehicular secondary battery that can make the temperature uniform among a plurality of secondary batteries.
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る車両用二次電池の冷却構造は、一列に整列した複数の二次電池と、前記複数の二次電池の下方域において前記複数の二次電池の整列方向に沿って設けられ、前記複数の二次電池の下面を区画壁の一部とする冷媒通路と、前記冷媒通路から前記複数の二次電池の側方に向けて個別に分岐し、前記二次電池の側面を区画壁の一部とする複数の分岐通路と、前記複数の分岐通路のそれぞれと前記冷媒通路との境界に設けられ、前記複数の分岐通路のそれぞれに滞留する冷媒の温度上昇によって前記複数の分岐通路のそれぞれを個別に開放可能な複数の扉体と、を備える。 (1) A vehicle secondary battery cooling structure according to at least one embodiment of the present invention includes a plurality of secondary batteries arranged in a row, and a plurality of secondary batteries in a lower region of the plurality of secondary batteries. A refrigerant passage provided along an alignment direction, the lower surface of the plurality of secondary batteries being a part of a partition wall, and individually branched from the refrigerant passage toward a side of the plurality of secondary batteries, The temperature of the refrigerant | coolant which is provided in the boundary of the some branch passage which makes the side surface of a secondary battery a part of partition wall, and each of the said some branch passage, and the said refrigerant passage, and retains in each of the said some branch passage A plurality of door bodies capable of individually opening each of the plurality of branch passages by ascending.
上記(1)の構成によれば、複数の分岐通路のそれぞれに滞留する冷媒の温度上昇によって複数の扉体が複数の分岐通路を個別に開放するので、開放された分岐通路に滞留する冷媒が入れ替わり、温度が上昇した二次電池を冷却する。これにより、複数の二次電池において温度を均一にすることができる。 According to the configuration of (1) above, since the plurality of doors individually open the plurality of branch passages due to the temperature rise of the refrigerant staying in each of the plurality of branch passages, the refrigerant staying in the opened branch passages The secondary battery that has been replaced is cooled. Thereby, temperature can be made uniform in a some secondary battery.
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、前記冷媒通路は、前記複数の二次電池の下方域において前記冷媒が循環可能な循環路であって、往路と復路とが前記複数の二次電池の下方域に配置される。
上記(2)の構成によれば、冷媒通路は、複数の二次電池の下方域において冷媒が循環可能な循環路であって、往路と復路とが複数の二次電池の下方域に配置されるので、複数の二次電池の下方域において冷媒が循環し、往路と復路とにおいて複数の二次電池を冷却することができる。
(2) In some embodiments, in the configuration of the above (1), the refrigerant passage is a circulation path through which the refrigerant can circulate in a lower region of the plurality of secondary batteries, and includes an outward path and a return path. The battery is disposed in a lower area of the plurality of secondary batteries.
According to the configuration of (2) above, the refrigerant passage is a circulation path through which the refrigerant can circulate in the lower area of the plurality of secondary batteries, and the forward path and the return path are arranged in the lower area of the plurality of secondary batteries. Therefore, the refrigerant circulates in the lower region of the plurality of secondary batteries, and the plurality of secondary batteries can be cooled in the forward path and the return path.
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、前記複数の扉体は、前記冷媒の流れ方向に対して逆らう方向に開放可能である。
上記(3)の構成によれば、複数の扉体は、冷媒の流れ方向に対して逆らう方向に開放するので、冷媒通路から分岐通路に冷媒を流れ込ませることができ、分岐通路に滞留する冷媒を分岐通路から冷媒通路に排出させることができる。
(3) In some embodiments, in the configuration of the above (1) or (2), the plurality of door bodies can be opened in a direction opposite to the flow direction of the refrigerant.
According to the configuration of (3) above, the plurality of door bodies open in a direction opposite to the flow direction of the refrigerant, so that the refrigerant can flow into the branch passage from the refrigerant passage, and the refrigerant stays in the branch passage. Can be discharged from the branch passage to the refrigerant passage.
(4)幾つかの実施形態では、上記(1)から(3)の何れか一つの構成において、前記複数の扉体のそれぞれは、熱膨張率が異なる二枚の金属板を貼り合わせたバイメタルで構成される。
上記(4)の構成によれば、複数の扉体のそれぞれは、熱膨張率が異なる二枚の金属板を貼り合わせたバイメタルで構成されるので、分岐通路に滞留する冷媒の温度上昇によって扉体が変形することで分岐通路を個別に開放することができる。
(4) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (3), each of the plurality of door bodies is a bimetal obtained by bonding two metal plates having different thermal expansion coefficients. Consists of.
According to the configuration of (4) above, each of the plurality of door bodies is composed of a bimetal obtained by bonding two metal plates having different thermal expansion coefficients, so that the door is raised by the temperature rise of the refrigerant staying in the branch passage. The branch passages can be opened individually by deforming the body.
(5)幾つかの実施形態では、上記(1)から(3)の何れか一つの構成において、前記複数の扉体のそれぞれは、温度変化によって記憶された元の形状に戻る形状記憶合金で構成される。
上記(5)の構成によれば、複数の扉体のそれぞれは、分岐通路に滞留する冷媒の温度上昇によって記憶された元の形状に戻る形状記憶合金で構成されるので、温度上昇によって扉体が元の形状に戻ることで分岐通路を開くことができる。
(5) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (3), each of the plurality of door bodies is a shape memory alloy that returns to an original shape memorized by a temperature change. Composed.
According to the configuration of (5) above, each of the plurality of door bodies is made of the shape memory alloy that returns to the original shape stored by the temperature rise of the refrigerant staying in the branch passage. The branch passage can be opened by returning to the original shape.
(6)幾つかの実施形態では、上記(1)から(3)の何れか一つの構成において、前記複数の扉体のそれぞれは、温度変化によって伸縮可能な紐が張られて閉塞している。
上記(6)の構成によれば、複数の扉体のそれぞれは、分岐通路に滞留する冷媒の温度上昇によって伸長可能な紐が張られて閉塞しているので、温度上昇によって紐が伸長することで扉体を開くことができる。
(6) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (3), each of the plurality of door bodies is closed with a string that can be expanded and contracted by a temperature change. .
According to the configuration of (6) above, since each of the plurality of door bodies is stretched and closed by the temperature increase of the refrigerant staying in the branch passage, the string is extended by the temperature increase. You can open the door.
本発明の少なくとも一実施形態によれば、複数の二次電池において温度を均一にすることができる。 According to at least one embodiment of the present invention, the temperature can be made uniform in a plurality of secondary batteries.
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described in the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples. Absent.
For example, expressions expressing relative or absolute arrangements such as “in a certain direction”, “along a certain direction”, “parallel”, “orthogonal”, “center”, “concentric” or “coaxial” are strictly In addition to such an arrangement, it is also possible to represent a state of relative displacement with an angle or a distance such that tolerance or the same function can be obtained.
In addition, for example, expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes not only represent shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes in a strict geometric sense, but also within the range where the same effect can be obtained. A shape including a chamfered portion or the like is also expressed.
On the other hand, the expressions “comprising”, “comprising”, “comprising”, “including”, or “having” one constituent element are not exclusive expressions for excluding the existence of the other constituent elements.
図1は、本発明の一実施形態に係る車両用二次電池の冷却構造1を概略的に示す平面図である。図2は、図1に示した車両用二次電池の冷却構造1のII−II線断面図であり、図3は、図1に示した車両用二次電池のIII−III線断面図である。 FIG. 1 is a plan view schematically showing a cooling structure 1 for a vehicle secondary battery according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of the vehicle secondary battery cooling structure 1 shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of the vehicle secondary battery shown in FIG. is there.
本発明の一実施形態に係る車両用二次電池の冷却構造1は、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)又はプラグインハイブリッド自動車(PHEV)等の電動車両の動力源(モータ)に電力の供給が可能な車両用二次電池を冷却するためのものである。 A vehicle secondary battery cooling structure 1 according to an embodiment of the present invention provides power to a power source (motor) of an electric vehicle such as an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HV), or a plug-in hybrid vehicle (PHEV). It is for cooling the secondary battery for vehicles which can be supplied.
図1から図3に示すように、本発明の一実施形態に係る車両用二次電池の冷却構造1は、複数の二次電池2、冷媒通路3、複数の分岐通路4及び複数の扉体5を備えて構成される。複数の二次電池2は、例えば、直列に接続されている。二次電池2は、例えば、リチウムイオン二次電池であり、二次電池2は、電池セルであっても良いし、複数の電池セルによって構成される電池モジュールであっても良い。
As shown in FIGS. 1 to 3, the vehicle secondary battery cooling structure 1 according to an embodiment of the present invention includes a plurality of
冷媒通路3は、複数の二次電池2を冷却するための冷媒が流れる通路である。冷媒は、例えば、液体(冷媒液)であるが、液体に限れるものではなく、気体であってもよい。冷媒が液体である場合に冷媒通路3は水密に構成され、冷媒液が気体である場合に冷媒通路3は気密に構成される。また、冷媒通路3は、例えば、複数の二次電池2の下方域において複数の二次電池2の整列方向に沿って設けられる。また、冷媒通路3は、例えば、複数の二次電池2の下面を区画壁の一部とする。これにより、冷媒通路3を流れる冷媒が複数の二次電池2の下面に触れることによって直接二次電池2が冷却される。
The
冷媒通路3は、例えば、複数の二次電池2の下方域において冷媒が循環可能な循環路であって、往路31と復路32とが複数の二次電池2の下方域に配置される。これにより、複数の二次電池2の下方域において冷媒が循環し、往路31と復路32とにおいて複数の二次電池2を冷却することができる。この結果、冷媒通路3は、複数の二次電池2を効率的に冷却することが可能である。
The
冷媒通路3は、ポンプ6と冷却器7を含んで構成されている。ポンプ6は、冷媒を冷媒通路3に供給するためのものであり、冷媒が循環するように設けられた冷媒通路3では冷媒を冷媒通路3に循環させる。冷却器7は、冷媒を冷却するためのものであり、冷媒が循環するように設けられた冷媒通路3では冷媒通路3を循環する冷媒を冷却させる。
The
図2及び図3に示すように、複数の分岐通路4は、複数の二次電池2を個別に冷却するための冷媒が滞留する通路である。複数の分岐通路4のそれぞれは、例えば、冷媒通路3から複数の二次電池2の側方に向けて個別に分岐している。また、複数の分岐通路4のそれぞれは、例えば、二次電池2の側面を区画壁の一部とする。これにより、複数の分岐通路4のそれぞれに滞留する冷媒が二次電池2の側面に触れることによって直接二次電池2が冷却される。複数の分岐通路4のそれぞれは、例えば、分岐通路4に滞留する冷媒によって冷却される二次電池2と隣り合う二次電池2に分岐通路4を区画する側断面が鈎の手状(L字状)の部材41が設置される。鈎の手状の部材41は、例えば、絶縁材で構成され、二次電池2と該二次電池2に隣り合う二次電池2とが絶縁される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the plurality of
複数の扉体5は、複数の分岐通路4のそれぞれを開閉するためのものである。複数の扉体5のそれぞれは、複数の分岐通路4と冷媒通路3との境界に設けられている。複数の扉体5は、例えば、複数の分岐通路4のそれぞれに滞留する冷媒の温度上昇によって複数の分岐通路4のそれぞれを個別に開放可能である。また、複数の扉体5は、複数の分岐通路4のそれぞれを対流する冷媒の温度が下降することによって複数の分岐通路4のそれぞれを個別に閉塞可能である。
The plurality of
図2及び図3に示すように、複数の扉体5のそれぞれは、例えば、上述した鈎の手状の部材41に支持されている。複数の扉体5は、冷媒の流れ方向に対して逆らう方向(冷媒を迎え入れる方向)に開放可能である。このようにすれば、扉体5が開放した場合に、冷媒通路3から分岐通路4に冷媒を流れ込ませることができ、分岐通路4に滞留する冷媒を分岐通路4から冷媒通路3に排出させることができる。
As shown in FIGS. 2 and 3, each of the plurality of
図4に示すように、複数の扉体5のそれぞれは、例えば、バイメタルで構成される。バイメタルは、熱膨張率が異なる二枚の金属板を貼り合わせたものであり、分岐通路4に滞留する冷媒の温度上昇によって分岐通路4を開放可能である。このようにすれば、分岐通路4に滞留する冷媒の温度上昇によって扉体5が変形することで分岐通路4を個別に開放することができる。また、分岐通路4を対流する冷媒の温度が下降することによって扉体5が元に戻ることによって分岐通路4を閉塞することができる。
As shown in FIG. 4, each of the plurality of
複数の扉体5のそれぞれは、例えば、形状記憶合金で構成しても良い。形状記憶合金は、温度変化によって記憶された元の形状に戻るものであり、分岐通路4に滞留する冷媒の温度上昇によって分岐通路4を開放可能である。このようにすれば、分岐通路4に滞留する冷媒の温度上昇によって扉体5が元の形状に戻ることで分岐通路4を個別に開放することができる。また、分岐通路4を対流する冷媒の温度が下降することによって扉体5が変形することで分岐通路4を個別に閉塞することができる。
Each of the plurality of
図5に示すように、複数の扉体5のそれぞれは、例えば、温度変化によって伸縮可能な紐8が張られて閉塞していても良い。温度変化によって伸縮可能な紐8は、例えば、形状記憶繊維(例えば、形状記憶ポリマー)によって構成され、分岐通路4に滞留する冷媒の温度上昇によって伸長され、扉体5は自重によって分岐通路4を開放する。このようにすれば、分岐通路4に滞留する冷媒の温度上昇によって紐が伸長することで、扉体5は自重によって分岐通路4を個別に開放することができる。また、分岐通路4を対流する冷媒の温度が下降することによって紐8が縮小することで、扉体5は自重に抗して分岐通路4を個別に閉塞することができる。
As shown in FIG. 5, each of the plurality of
上述した本発明の一実施形態に係る車両用二次電池の冷却構造1によれば、複数の分岐通路4のそれぞれに対流する冷媒の温度上昇によって複数の扉体5が複数の分岐通路4を個別に開放するので、開放された分岐通路4に滞留していた冷媒が入れ替わり、温度が上昇した二次電池2を冷却する。これにより、複数の二次電池2において温度を均一にすることができる。
According to the vehicular secondary battery cooling structure 1 according to the above-described embodiment of the present invention, the plurality of
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes forms obtained by modifying the above-described embodiments and forms obtained by appropriately combining these forms.
1 車両用二次電池の冷却構造
2 二次電池
3 冷却通路
4 分岐通路
41 鈎の手状の部材
5 扉体
6 ポンプ
7 冷却器
8 紐
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cooling structure of the secondary battery for
Claims (6)
前記複数の二次電池の下方域において前記複数の二次電池の整列方向に沿って設けられ、前記複数の二次電池の下面を区画壁の一部とする冷媒通路と、
前記冷媒通路から前記複数の二次電池の側方に向けて個別に分岐し、前記二次電池の側面を区画壁の一部とする複数の分岐通路と、
前記複数の分岐通路のそれぞれと前記冷媒通路との境界に設けられ、前記複数の分岐通路のそれぞれに滞留する冷媒の温度上昇によって前記複数の分岐通路のそれぞれを個別に開放可能な複数の扉体と、
を備えることを特徴とする車両用二次電池の冷却構造。 A plurality of secondary batteries arranged in a row;
A refrigerant passage provided along a direction in which the plurality of secondary batteries are aligned in a lower region of the plurality of secondary batteries, and having a lower surface of the plurality of secondary batteries as a part of a partition wall;
A plurality of branch passages individually branching from the refrigerant passage toward a side of the plurality of secondary batteries, wherein the side surfaces of the secondary batteries are part of partition walls;
A plurality of door bodies provided at the boundary between each of the plurality of branch passages and the refrigerant passage and capable of opening each of the plurality of branch passages individually by a rise in temperature of the refrigerant staying in the plurality of branch passages When,
A cooling structure for a vehicular secondary battery, comprising:
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---|---|---|---|---|
EP4040573A4 (en) * | 2020-08-24 | 2024-03-20 | Lg Energy Solution Ltd | Battery module and battery pack comprising same |
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