JP2019160442A - Battery module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バッテリモジュールに関する。より詳しくは、電池と、この電池を加熱するヒータと、この電池を冷却する冷却部と、を備えるバッテリモジュールに関する。 The present invention relates to a battery module. More specifically, the present invention relates to a battery module including a battery, a heater that heats the battery, and a cooling unit that cools the battery.
ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両は、バッテリモジュールから供給される電力を用いてモータを駆動することによって走行する。バッテリモジュールは、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の充放電が可能な単電池を複数積層して構成される組み電池と、この組電池を収容する箱状の筐体と、を備える。 An electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle travels by driving a motor using electric power supplied from a battery module. The battery module includes an assembled battery configured by stacking a plurality of chargeable / dischargeable cells such as a lithium ion battery and a nickel metal hydride battery, and a box-shaped housing that accommodates the assembled battery.
またバッテリモジュールには、筐体内の組電池を充放電に適した温度範囲に制御するため、組電池を加熱する加熱装置や組電池を冷却する冷却装置が設けられる。 The battery module is provided with a heating device for heating the assembled battery and a cooling device for cooling the assembled battery in order to control the assembled battery in the housing to a temperature range suitable for charging and discharging.
例えば特許文献1には、複数の電池と、これら電池を収容する筐体と、筐体内に設けられ電池を加熱するための熱を発する加熱部と、筐体に形成された吸気口から筐体内に電池を冷却するための空気を供給するブロアファンと、を備える空冷式のバッテリモジュールが示されている。特許文献1の発明では、ブロアファンによる冷却時に、電池の近傍に設けられた加熱部が空気の流れの妨げにならないようにするため、加熱部を電池からやや離れた位置に設けている。また特許文献1の発明では、加熱部に温度上昇により形状が変化するバイメタルを用いることにより、加熱部を発熱させて電池を加温する際には、この加熱部を電池に接近させる。特許文献1の発明によれば、電池の加温時には加熱部を電池に接近させることにより、加熱部によって電池を効率的に加温しつつ、冷却時には加熱部が冷却の妨げとなるのを防止できる。
For example,
しかしながら特許文献1の発明では、バイメタルの形状が変化するまで加熱部を発熱する必要があり、加熱部を電池に接近させ、加熱部を加熱するまでに時間がかかってしまう。また特許文献1の発明では、外気の温度が低下し、ひいては筐体自体の温度が低下すると、その内部に設けられた電池の温度も低下してしまう。このため加熱部による加温が要求される低温時には、外気によって冷やされた筐体によって加熱部による電池の加温が妨げられてしまうおそれがある。
However, in the invention of
本発明は、電池を効率的に加温又は冷却できるバッテリモジュールを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the battery module which can heat or cool a battery efficiently.
(1)本発明に係るバッテリモジュール(例えば、後述のバッテリモジュール1)は、電池(例えば、後述の組電池2)と、前記電池を収容しかつ冷媒によって冷却される筐体(例えば、後述のヒートシンク7)と、前記筐体に設けられたヒータ(例えば、後述の電気ヒータ3)と、前記筐体の一部又は当該筐体に接する部材である冷却部(例えば、後述の冷却面76)と、を備えるものであって、前記電池と前記冷却部との間に設けられた熱伝導部材(例えば、後述の熱伝導部材5)と、前記電池の温度に応じて状態が変化する状態変化部材(例えば、後述のバイメタル62)を備え、当該状態変化部材の状態に応じて、前記熱伝導部材が前記冷却部及び前記電池に接近した伝熱状態と、前記熱伝導部材が前記冷却部及び前記電池の少なくとも何れかから離隔した非伝熱状態とで切り替える切替装置(例えば、後述のバイメタルサーモスタット6)と、を備えることを特徴とする。
(1) A battery module (for example, a
(2)この場合、前記電池と前記筐体のうち前記電池が設置される設置部との間に設けられ、前記熱伝導部材よりも熱伝導率が低い断熱部材(例えば、後述の断熱部材4)をさらに備えることが好ましい。
(2) In this case, a heat insulating member (for example, a
(3)この場合、前記バッテリモジュールは、前記筐体の内部に設けられたヒータをさらに備え、前記ヒータは、前記冷却部よりも前記電池に近い位置に設けられていることが好ましい。 (3) In this case, it is preferable that the battery module further includes a heater provided inside the housing, and the heater is provided at a position closer to the battery than the cooling unit.
(4)前記状態変化部材は、前記電池に接する部材(例えば、後述の熱伝導部材5)又は前記電池に接することが好ましい。
(4) It is preferable that the said state change member contacts the member (for example, heat
(5)この場合、前記筐体は、内部に冷媒である冷却水(例えば、後述の冷却水75a)が通流する冷却水流路(例えば、後述の冷却水流路75)が形成された冷却壁部(例えば、後述の左側壁部73)を備え、前記冷却部は、前記冷却壁部のうち前記冷却水流路が形成されている部分の前記電池側の面であることが好ましい。
(5) In this case, the casing has a cooling wall in which a cooling water channel (for example, a
(6)この場合、前記熱伝導部材は、前記電池と接する接触部(例えば、後述の固定部51)と前記冷却部と対向する対向部(例えば、後述の可動部52)とを有し、前記状態変化部材は、前記熱伝導部材の温度に応じて第1形状又は第2形状に変形するバイメタル(例えば、後述のバイメタル62)であり、前記切替装置は、前記バイメタルと、当該バイメタルの形状の変化に応じて進退するプランジャ(例えば、後述のプランジャ63)と、を備えるバイメタルサーモスタットであり、前記切替装置は、前記バイメタルの形状が前記第1形状である場合には、前記対向部を前記冷却部から離隔させることによって前記熱伝導部材を前記非伝熱状態にし、前記バイメタルの形状が前記第2形状である場合には、前記対向部を前記冷却部に接近させることによって前記熱伝導部材を前記伝熱状態にすることが好ましい。
(6) In this case, the heat conducting member has a contact portion (for example, a fixed
(7)この場合、前記バイメタルは、第1設定温度を上回ると前記第1形状から前記第2形状に変形し、前記第1設定温度より低い第2設定温度を下回ると前記第2形状から前記第1形状に変形し、前記第1設定温度は、充放電中における前記電池の適温範囲の上限近傍に設定され、前記第2設定温度は、前記適温範囲の下限近傍に設定されることが好ましい。 (7) In this case, the bimetal deforms from the first shape to the second shape when it exceeds a first set temperature, and from the second shape when it falls below a second set temperature that is lower than the first set temperature. Preferably, the first set temperature is set near the upper limit of the appropriate temperature range of the battery during charging and discharging, and the second set temperature is set near the lower limit of the appropriate temperature range. .
(1)本発明のバッテリモジュールは、冷媒によって冷却される筐体と、この筐体に収容された電池と筐体の一部又は筐体に接する部材である冷却部との間に設けられた熱伝導部材と、電池の温度に応じて状態が変化する状態変化部材を備え、この状態変化部材の状態に応じて、熱伝導部材を伝熱状態と非伝熱状態とで切り替える切替装置と、を備える。ここで伝熱状態では、熱伝導部材は冷却部及び電池に接近した状態になる。従って本発明では、電池の冷却が要求される高温時には、熱伝導部材は切替装置により伝熱状態に切り替えられるため、電池の熱は熱伝導部材を介して冷却部に放熱されるので、電池を効率的に冷却できる。 (1) The battery module of the present invention is provided between a casing cooled by a refrigerant, a battery accommodated in the casing, and a cooling unit which is a part of the casing or a member in contact with the casing. A heat conduction member and a state change member that changes state according to the temperature of the battery, and a switching device that switches the heat conduction member between a heat transfer state and a non-heat transfer state according to the state of the state change member; Is provided. Here, in the heat transfer state, the heat conducting member is in a state of being close to the cooling unit and the battery. Therefore, in the present invention, since the heat conduction member is switched to the heat transfer state by the switching device at a high temperature at which cooling of the battery is required, the heat of the battery is dissipated to the cooling unit via the heat conduction member. It can be cooled efficiently.
一方、非伝熱状態では、熱伝導部材は冷却部及び電池の少なくとも何れかから離隔する。従って本発明では、電池の加温が要求される低温時には、熱伝導部材は切替装置により非伝熱状態に切り替えられるため、電池から冷却部への熱伝導部材を介した熱の伝導経路が遮断される。以上のように本発明では、熱伝導部材を介した熱の伝導経路が遮断されるため、電池の加温が要求される低温時には、ヒータを用いることによって電池を効率的に加温できる。 On the other hand, in the non-heat transfer state, the heat conducting member is separated from at least one of the cooling unit and the battery. Therefore, in the present invention, since the heat conduction member is switched to the non-heat transfer state by the switching device at a low temperature where the battery is required to be heated, the heat conduction path from the battery to the cooling unit through the heat conduction member is interrupted. Is done. As described above, in the present invention, the heat conduction path through the heat conducting member is interrupted, so that the battery can be efficiently heated by using the heater at a low temperature where the battery is required to be heated.
(2)本発明のバッテリモジュールでは、冷媒によって冷却される筐体のうち電池が設置される設置部と電池との間には、熱伝導部材よりも熱伝導率が低い断熱部材が設けられる。これにより、電池の加温が要求される低温時には、上記のように切替装置により電池から冷却部への熱伝導部材を介した熱の伝熱経路が遮断され、さらにこの断熱部材により電池から筐体への設置部を介した熱の伝導経路も遮断される。このように本発明では、熱伝導部材を介した熱の伝導経路と電池の設置部を介した熱の伝導経路との両方が遮断されるため、電池の加温が要求される低温時には、ヒータを用いることによって電池を効率的に加温できる。 (2) In the battery module of the present invention, a heat insulating member having a thermal conductivity lower than that of the heat conducting member is provided between the battery and the installation portion where the battery is installed in the casing cooled by the refrigerant. As a result, when the battery is required to be heated at a low temperature, the heat transfer path through the heat conduction member from the battery to the cooling unit is blocked by the switching device as described above. The heat conduction path through the installation part to the body is also blocked. As described above, in the present invention, since both the heat conduction path through the heat conduction member and the heat conduction path through the battery installation portion are blocked, the heater is used at a low temperature when the battery is required to be heated. By using the battery, the battery can be efficiently heated.
(3)本発明のバッテリモジュールでは、ヒータを、冷却部よりも電池に近い位置に設ける。すなわち本発明では、電池をヒータで直接加温する。よって本発明によれば、熱伝導部材が伝熱状態であるか非伝熱状態であるかに関わらず、ヒータで電池を加温することができる。 (3) In the battery module of the present invention, the heater is provided at a position closer to the battery than the cooling unit. That is, in the present invention, the battery is directly heated by the heater. Therefore, according to the present invention, the battery can be heated by the heater regardless of whether the heat conducting member is in a heat transfer state or a non-heat transfer state.
(4)本発明のバッテリモジュールでは、電池に接する部材又は電池に接する状態変化部材の状態に応じて伝熱状態と非伝熱状態とを切り替える。これにより本発明では、電池の温度に応じて状態変化部材の状態を変化させることができるので、電池の温度が好ましい範囲に収まるように、熱伝導部材を伝熱状態と非伝熱状態とで切り替えることができる。 (4) In the battery module of the present invention, the heat transfer state and the non-heat transfer state are switched according to the state of the member in contact with the battery or the state change member in contact with the battery. Thereby, in this invention, since the state of a state change member can be changed according to the temperature of a battery, a heat conductive member is made into a heat-transfer state and a non-heat-transfer state so that the temperature of a battery may be settled in a preferable range. Can be switched.
(5)本発明のバッテリモジュールでは、筐体に、その内部に冷却水が通流する冷却水流路が形成された冷却壁部を設け、この冷却壁部のうち冷却水流路が形成されている部分の電池側の面を冷却部とする。このため、筐体の内部に冷却水の配管や冷却部を設ける必要がない。したがって本発明によれば、筐体の容積を小さくしながら、電池を効率的に加温又は冷却できる。 (5) In the battery module of the present invention, the casing is provided with a cooling wall portion in which a cooling water passage through which cooling water flows is formed, and the cooling water passage is formed in the cooling wall portion. A part of the battery side is a cooling part. For this reason, it is not necessary to provide a cooling water pipe or a cooling unit inside the housing. Therefore, according to the present invention, the battery can be efficiently heated or cooled while reducing the volume of the housing.
(6)本発明のバッテリモジュールでは、熱伝導部材として、電池と接する接触部と冷却部と対向する対向部とを有するものを用い、状態変化部材として、熱伝導部材の温度に応じて第1形状又は第2形状に変形するバイメタルを用い、切替装置として、このバイメタルと、バイメタルの変形に応じて進退するプランジャと、を備えるバイメタルサーモスタットを用いる。またこの切替装置は、バイメタルの形状が第1形状である場合には、対向部を冷却部から離隔させることで熱伝導部材を非伝熱状態にし、バイメタルの形状が第2形状である場合には、対向部を冷却部に接近させることで熱伝導部材を伝熱状態にする。これにより本発明によれば、電池の温度に応じたレベルの検出信号を発生する温度センサや、この温度センサの検出信号に基づいて熱伝導部材を伝熱状態と非伝熱状態とで切り替える電磁アクチュエータ及びその制御装置等を用いずに、適切なタイミングで熱伝導部材を伝熱状態と非伝熱状態とで切り替えることができる。 (6) In the battery module of the present invention, as the heat conducting member, a member having a contact part in contact with the battery and a facing part facing the cooling part is used, and the state change member is the first according to the temperature of the heat conducting member. A bimetal thermostat having a shape or a second shape is used, and a bimetal thermostat including the bimetal and a plunger that advances and retreats according to the deformation of the bimetal is used as a switching device. In addition, in the case where the shape of the bimetal is the first shape, the switching device makes the heat conducting member in a non-heat transfer state by separating the facing portion from the cooling portion, and the shape of the bimetal is the second shape. Makes the heat conducting member in a heat transfer state by bringing the facing portion closer to the cooling portion. Thus, according to the present invention, a temperature sensor that generates a detection signal at a level corresponding to the temperature of the battery, or an electromagnetic that switches the heat conducting member between a heat transfer state and a non-heat transfer state based on the detection signal of the temperature sensor. The heat conducting member can be switched between a heat transfer state and a non-heat transfer state at an appropriate timing without using an actuator and its control device.
(7)本発明のバッテリモジュールでは、バイメタルとして、第1設定温度を上回ると第1形状から第2形状に変形することで対向部を冷却部に接近させ、第2設定温度を下回ると第2形状から第1形状に変形することで対向部を冷却部から離隔させるものを用い、第1設定温度は、充放電中における電池の適温範囲の上限近傍に設定し、第2設定温度は、適温範囲の下限近傍に設定する。したがって本発明によれば、電池及びこれと接する熱伝導部材の温度が、電池の適温範囲の上限近傍の第1設定温度を上回ると対向部が冷却部に接近するので、電池は冷却部によって冷却され、その温度が低下に転じる。その後電池及び熱伝導部材の温度が適温範囲の下限近傍の第2設定温度を下回ると対向部が冷却部から離隔するので、電池の昇温が促進され、その温度が上昇に転じる。よって本発明によれば、上記のように温度センサ、電磁アクチュエータ、及びその制御装置を用いずに、電池の温度を適温範囲内に維持できる。 (7) In the battery module of the present invention, as the bimetal, when the temperature exceeds the first set temperature, the opposing portion approaches the cooling portion by deforming from the first shape to the second shape, and when the temperature falls below the second set temperature, Using the one that separates the opposing part from the cooling part by deforming from the shape to the first shape, the first set temperature is set in the vicinity of the upper limit of the appropriate temperature range of the battery during charging and discharging, and the second set temperature is the appropriate temperature. Set near the lower end of the range. Therefore, according to the present invention, when the temperature of the battery and the heat conducting member in contact with the battery exceeds the first set temperature in the vicinity of the upper limit of the appropriate temperature range of the battery, the facing part approaches the cooling part, so the battery is cooled by the cooling part. And the temperature starts to drop. Thereafter, when the temperature of the battery and the heat conducting member falls below the second set temperature near the lower limit of the appropriate temperature range, the facing portion is separated from the cooling portion, so that the temperature rise of the battery is promoted, and the temperature starts to rise. Therefore, according to the present invention, the temperature of the battery can be maintained within an appropriate temperature range without using the temperature sensor, the electromagnetic actuator, and the control device thereof as described above.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1及び図2は、本実施形態に係るバッテリモジュール1の構成を示す図である。バッテリモジュール1は、これを電源としてモータを駆動し走行する図示しない電動車両に搭載される。なお図1は、後述の熱伝導部材5が伝熱状態である場合を示し、図2は、熱伝導部材が非伝熱状態である場合を示す。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG.1 and FIG.2 is a figure which shows the structure of the
バッテリモジュール1は、複数の単電池セルを積層して構成される立方体状の組電池2と、組電池2を加温する機能を有する電気ヒータ3と、断熱部材4と、熱伝導部材5と、組電池2の温度に応じて状態が変化するバイメタル62を有するバイメタルサーモスタット6と、これら組電池2、電気ヒータ3、断熱部材4、熱伝導部材5、及びバイメタルサーモスタット6を収容する筐体としてのヒートシンク7と、を備える。なお図1には、バッテリモジュール1の一部を組電池2の積層方向に対し垂直な断面に沿って破断した図を示す。
The
ヒートシンク7は、組電池2よりもやや大きな略立方体状の槽体であり、少なくともその一部は冷却水75aによって冷却される。ヒートシンク7は、組電池2が設置される底板72と、組電池2の左右両側部に立設された板状の左側壁部73及び右側壁部74と、図示しない蓋部と、を備える。これら底板72、左側壁部73、及び右側壁部74は、例えばアルミニウム等の金属が用いられる。
The
左側壁部73の内部には、冷却水流路75が形成されている。この冷却水流路75には、図示しない冷却システムによって冷却及び圧送された冷却水75aが通流する。このため、左側壁部73のうち冷却水流路75が張り巡らされた部分の組電池2側の内壁面は、冷却水75aによって冷却される冷却面76となっている。また左側壁部73のうち冷却水流路75から離れた部分の内壁面は、冷却面76よりも冷却水75aによる冷却効果が小さい非冷却面77となっている。なお右側壁部74の内部には、左側壁部73と異なり冷却水流路は形成されていない。このため、右側壁部74は、左側壁部73よりも高い温度で維持される。
A cooling
断熱部材4は、シート状であり、組電池2及び熱伝導部材5が設置される底板72に敷かれている。すなわち、組電池2及び熱伝導部材5とヒートシンク7の底板72との間には、断熱部材4が設けられている。断熱部材4は、ヒートシンク7や後述の熱伝導部材5よりも熱伝導率が低い材料、より具体的には、ウレタンやセルロース等の樹脂製の断熱材やグラスウールやロックウール等の難燃性の断熱材等、既知の材料が用いられる。
The
組電池2は、ヒートシンク7内のうち、左側壁部73よりも右側壁部74に近い位置において、断熱部材4を介して底板72の上に設置されている。
The assembled
電気ヒータ3は、板状であり、組電池2の右側面と右側壁部74との間に設けられている。電気ヒータ3は、図示しない補機バッテリと接続されており、この補機バッテリから供給されるヒータ電流が流れると発熱し、その発熱面31と対向する組電池2を加温する。図1に示すように、電気ヒータ3の発熱面31は、左側壁部73に形成された冷却面76よりも組電池2に近い位置に設けられている。したがってバッテリモジュール1は、電気ヒータ3の発熱面で発生する熱で組電池2及びその周囲の空気を加温し、組電池2を直接的に加温する直接加温式となっている。なおこの電気ヒータ3には、その温度が高くなるほど内部抵抗が大きくなり、ヒータ電流が流れにくくなる特性を有する所謂PTCヒータが好ましく用いられる。
The
熱伝導部材5は、断熱部材4よりも熱伝導率の高い材料によって形成されており、組電池2と左側壁部73の一部である冷却面76との間で熱伝達を可能とする部材である。熱伝導部材5は、板状であり、断面視ではU字状に曲げられた状態で、ヒートシンク7内のうち組電池2の左側部と左側壁部73との間に設けられている。
The
熱伝導部材5は、組電池2の左側面においてその積層方向に沿って延びる板状の固定部51と、左側壁部73において冷却面76に沿って延びる板状の可動部52と、これら固定部51と可動部52とを接続する接続部53と、を備える。これら固定部51と可動部52と接続部53とは同じ材料、例えばアルミニウム等の金属によって形成されており、したがって各々の温度は熱伝導によりほぼ等しい。
The
固定部51は、ねじやボルト等の締結部材や接着剤等によって組電池2の左側面と常に接するように、組電池2に固定されている。したがって熱伝導部材5と組電池2との間では、常に熱交換を行うことが可能となっている。
The fixing
可動部52は、左側壁部73の冷却面76に対向する位置に設けられている。可動部52と接続部53とは図示しないヒンジを介して連結されている。従って熱伝導部材5は、図1に示すように可動部52が冷却面76に接近した伝熱状態と、図2に示すように可動部52が冷却面76から離隔した非伝熱状態と、の2つの状態間で遷移することが可能となっている。伝熱状態では、非伝熱状態よりも可動部52が冷却面76に接近しているため、熱伝導部材5と冷却面76との間で非伝熱状態よりも効率的な熱交換を行うことが可能となっている。なお伝熱状態では、図1に示すように熱伝導部材5と冷却面76との間で熱交換が可能な程度に可動部52と冷却面76とは離隔していてもよいし、可動部52は冷却面76に接触していてもよい。
The
バイメタルサーモスタット6は、熱伝導部材5の所定の部位に接する受熱部61と、この受熱部61に接するバイメタル62と、バイメタル62の形状の変化に応じて進退するプランジャ63と、を備える。バイメタルサーモスタット6は、例えば熱伝導部材5の可動部52の先端部と左側壁部73の非冷却面77との間に設けられている。
The
バイメタル62は、断面視では湾曲した円盤状であり、熱膨張係数の異なる2種以上の金属や合金を接合して構成されている。このためバイメタル62は、自身の温度に応じてその形状を変化させる。受熱部61は、棒状であり、一端側が熱伝導部材5の可動部52に接続され、他端側がバイメタル62の熱伝導部材5側の面の中央部に接続されている。このようにバイメタル62は、受熱部61及び熱伝導部材5を介して組電池2に接するため、その温度は組電池2の温度に応じて変化する。またバイメタル62の外周部のうち非冷却面77側の面は、プランジャ63を介して非冷却面77に接続している。受熱部61は、プランジャ63よりも熱伝導率の高い材料で形成されている。したがってバイメタル62は、非冷却面77よりも熱伝導部材5との間で効率的な熱交換が可能となっている。よってバイメタル62の温度は、熱伝導部材5、及び組電池2とほぼ等しい。
The bimetal 62 has a curved disk shape in a cross-sectional view, and is configured by joining two or more kinds of metals and alloys having different thermal expansion coefficients. For this reason, the bimetal 62 changes its shape according to its own temperature. The
バイメタル62は、その温度が所定の第1設定温度を上回ると、断面視では非冷却面77に対し凹状であり、その中央部が非冷却面77に接近した第2形状となる(図1参照)。これによりプランジャ63は受熱部61側へ退避する。またバイメタル62は、その温度が第1設定温度よりも低い第2設定温度を下回ると、断面視では非冷却面77に対し凸状であり、その中央部が非冷却面77から離隔した第1形状となる(図2参照)。これによりプランジャ63は非冷却面77側へ前進する。
When the temperature of the bimetal 62 exceeds a predetermined first set temperature, the bimetal 62 has a concave shape with respect to the
バイメタル62は、第2形状になると、その中央部が非冷却面77に接近する。したがって、このバイメタル62と受熱部61を介して接続された可動部52は、バイメタル62の形状の変化によって冷却面76に接近し、熱伝導部材5は伝熱状態になる(図1参照)。
When the bimetal 62 has the second shape, the central portion thereof approaches the
またバイメタル62は、第1形状になると、その中央部が非冷却面77から離隔する。したがって、このバイメタル62と受熱部61を介して接続された可動部52は、バイメタル62の形状の変化によって冷却面76から離隔し、熱伝導部材5は非伝熱状態になる(図2参照)。
Further, when the bimetal 62 has the first shape, the central portion thereof is separated from the
以上のように、バイメタルサーモスタット6は、受熱部61に接続された熱伝導部材5の温度に応じて、この熱伝導部材5を伝熱状態と非伝熱状態とで切り替える。ここでバイメタル62の材料や板厚は、第1設定温度が充放電中における組電池の適温範囲(例えば、25℃〜35℃)の下限(例えば、25℃)よりも高い温度に設定され、第2設定温度はこの第1設定温度よりも低い温度に設定されるようなものが用いられる。
As described above, the
図3は、バッテリモジュール1の作動例を示す図である。より具体的には、車両を寒冷地で停止させた後、組電池2を外部充電器で充電した場合におけるバッテリモジュール1の作動例を示す。図1において横軸は組電池2の温度であるバッテリ温度[℃]を示し、縦軸は冷却水の温度である冷却水温度[℃]を示す。図3では、バッテリ温度及び冷却水温度の2つのパラメータで特定されるバッテリモジュール1の状態の遷移を示す。
FIG. 3 is a diagram illustrating an operation example of the
図3において破線3aよりも上方側は冷却水温度がバッテリ温度よりも高い領域となっており、破線3aよりも下方側はバッテリ温度が冷却水温度よりも高い領域となっている。また図3において破線3bは、組電池2において充放電を行うことが可能な温度範囲である使用可能範囲の上限(例えば、60℃)を示し、破線3cは、この使用可能範囲の下限(例えば、−30℃)を示す。
In FIG. 3, the region above the
また図3において一点鎖線3dは、組電池2の適温範囲の上限(例えば、35℃)を示し、一点鎖線3eは、組電池2の適温範囲の下限(例えば、25℃)を示す。従って図3において、一点鎖線3dよりも高温側は、組電池2の冷却が要求されている領域であり、一点鎖線3eよりも低温側は、組電池2の加温が要求されている領域である。
In FIG. 3, the alternate long and
また図3において二点鎖線3fは、バイメタルサーモスタット6の第1設定温度を示し、二点鎖線3gは、バイメタルサーモスタット6の第2設定温度を示す。また図3において二点鎖線3hは、電気ヒータ3が発熱する作動温度を示す。
In FIG. 3, a two-
図3では、P1で示す状態においてバッテリモジュール1を搭載する車両のパワースイッチがオフにされた場合を示す。状態P1では、組電池2の温度が第1設定温度よりも高温であることに応じて、熱伝導部材5は図1に示す伝熱状態となっている。
In FIG. 3, the case where the power switch of the vehicle which mounts the
先ず、状態P1においてパワースイッチがオフにされると、組電池2及びヒートシンク7の冷却水の温度は、外気によって低下し、バッテリ温度は冷却水温度と等しくなる(状態P2参照)。状態P2では、熱伝導部材5は伝熱状態である。したがって、バッテリ温度は、冷却水温度と等しい速度で低下する。
First, when the power switch is turned off in the state P1, the temperature of the cooling water of the assembled
その後、状態P3では、バッテリ温度が第2設定温度まで低下したことに応じて、熱伝導部材5は伝熱状態から非伝熱状態に切り替わる。これにより、組電池2と冷却面76との間の熱の経路が遮断されるため、バッテリ温度の低下速度は冷却水温度の低下速度よりも遅くなる。
Thereafter, in the state P3, the
その後、状態P4では、バッテリ温度が電気ヒータ3の作動温度まで低下したことに応じて、電気ヒータ3にヒータ電流が流れ始める。その後、電気ヒータ3が発熱することにより、バッテリ温度が上昇し、バッテリモジュール1は、状態P4から状態P5に遷移する。この際、熱伝導部材5は非伝熱状態となっているため、組電池2と冷却面76との間の熱の経路が遮断される。このため、電気ヒータ3はバッテリ温度のみを上昇させ、冷却水温度は殆ど上昇しない。また電気ヒータ3をオフにした後も、組電池2と冷却面76との間の熱の経路が遮断されているため、組電池2の保温効果が高い。すなわちバッテリモジュール1によれば、寒冷地において車両を停車させた後は、熱伝導部材5が非伝熱状態に切り替わり、組電池2は少ないエネルギで保温されるため、効率的な充電が可能となる。
Thereafter, in the state P4, the heater current starts to flow through the
その後、P5で示す状態から、車両のパワースイッチがオンにされたことに応じて、組電池2の温度が上昇し始める。この際、熱伝導部材5は非伝熱状態となっているため、冷却水温度よりもバッテリ温度の方が速く上昇する。その後、状態P6においてバッテリ温度が第1設定温度を上回ったことに応じて、熱伝導部材5は非伝熱状態から伝熱状態に切り替わる。このため、バッテリ温度は冷却水温度に近づくように低下しながら、冷却水温度が上昇する。その後、状態P7においてバッテリ温度が第2設定温度を下回ったことに応じて、熱伝導部材5は伝熱状態から非伝熱状態に切り替わる。これにより図3に示すように、バッテリ温度は再び上昇に転じる。以上のように、バッテリモジュール1によれば、組電池2の温度は第1設定温度と第2設定温度との間に概ね維持される。
Thereafter, from the state indicated by P5, the temperature of the assembled
本実施形態に係るバッテリモジュール1によれば、以下の効果を奏する。
(1)バッテリモジュール1は、冷却水によって冷却されるヒートシンク7と、このヒートシンク7に収容された組電池2と冷却面76との間に設けられた熱伝導部材5と、組電池2の温度に応じて形状が変化するバイメタル62を有し、このバイメタル62の形状に応じて、熱伝導部材5を伝熱状態と非伝熱状態とで切り替えるバイメタルサーモスタット6と、を備える。ここで伝熱状態では、熱伝導部材は冷却面76及び組電池2に接近した状態になる。従ってバッテリモジュール1では、組電池2の冷却が要求される高温時には、熱伝導部材5はバイメタルサーモスタット6により伝熱状態に切り替えられるため、組電池2の熱は熱伝導部材5を介して冷却面76に放熱されるので、組電池2を効率的に冷却できる。
The
(1) The
一方、非伝熱状態では、熱伝導部材5は冷却面76及び組電池2の少なくとも何れかから離隔する。従ってバッテリモジュール1では、組電池2の加温が要求される低温時には、熱伝導部材5はバイメタルサーモスタット6により非伝熱状態に切り替えられるため、組電池2から冷却面76への熱伝導部材5を介した熱の伝導経路が遮断される。以上のようにバッテリモジュール1では、熱伝導部材5を介した熱の伝導経路が遮断されるため、組電池2の加温が要求される低温時には、電気ヒータ3を用いることによって組電池2を効率的に加温できる。
On the other hand, in the non-heat transfer state, the
(2)バッテリモジュール1では、冷却水によって冷却されるヒートシンク7のうち組電池2が設置される底板72と組電池2との間には、熱伝導部材5よりも熱伝導率が低い断熱部材4が設けられる。これにより、組電池2の加温が要求される低温時には、上記のようにバイメタルサーモスタット6により組電池2から冷却面76への熱伝導部材5を介した熱の伝熱経路が遮断され、さらにこの断熱部材4により組電池2からヒートシンク7への底板72を介した熱の伝導経路も遮断される。このようにバッテリモジュール1では、熱伝導部材5を介した熱の伝導経路と組電池2の底板72を介した熱の伝導経路との両方が遮断されるため、組電池2の加温が要求される低温時には、電気ヒータ3を用いることによって組電池2を効率的に加温できる。
(2) In the
(3)バッテリモジュール1では、電気ヒータ3を、冷却面76よりも組電池2に近い位置に設ける。すなわちバッテリモジュール1では、組電池2を電気ヒータ3で直接加温する。よってバッテリモジュール1によれば、熱伝導部材5が伝熱状態であるか非伝熱状態であるかに関わらず、電気ヒータ3で組電池2を加温することができる。
(3) In the
(4)バッテリモジュール1では、受熱部61及び熱伝導部材5を介して組電池2に接するバイメタル62の形状に応じて伝熱状態と非伝熱状態とを切り替える。これによりバッテリモジュール1では、組電池2の温度が好ましい範囲に収まるように、熱伝導部材5を伝熱状態と非伝熱状態とで切り替えることができる。
(4) In the
(5)バッテリモジュール1では、ヒートシンク7に、その内部に冷却水が通流する冷却水流路75が形成された左側壁部73を設け、この左側壁部73のうち冷却水流路75が形成された部分の組電池2側の面を冷却面76とする。このため、ヒートシンク7の内部に冷却水の配管や冷却面を設ける必要がない。したがってバッテリモジュール1によれば、ヒートシンク7の容積を小さくしながら、組電池2を効率的に加温又は冷却できる。
(5) In the
(6)バッテリモジュール1では、熱伝導部材5として、組電池2と接する固定部51と冷却面76と対向する可動部52とを有するものを用い、切替装置として、熱伝導部材5の温度に応じて第1形状又は第2形状に変形するバイメタル62と、バイメタル62の変形に応じて進退するプランジャ63と、を備えるバイメタルサーモスタット6を用いる。またこのバイメタルサーモスタット6は、バイメタル62の形状が第1形状である場合には、可動部52を冷却面76から離隔させることで熱伝導部材5を非伝熱状態にし、バイメタル62の形状が第2形状である場合には、可動部52を冷却面76に接近させることで熱伝導部材5を伝熱状態にする。
(6) In the
ところで、組電池2の温度に応じて状態を変化させる状態変化部材として、上記のようにバイメタル62を用いる場合の他、組電池2の温度に応じたレベルの検出信号を発生する温度センサを用いることもできる。しかしながらこの場合、温度センサに電力を供給するための電源や、温度センサの検出信号に基づいて熱伝導部材5を伝熱状態と非伝熱状態とで切り替える電磁アクチュエータ及びその制御装置等を用いる必要がある。これに対し本発明では、状態変化部材としてバイメタル62を用いることにより、大がかりな装置を用いずに、適切なタイミングで熱伝導部材5を伝熱状態と非伝熱状態とで切り替えることができる。
By the way, as a state change member that changes the state in accordance with the temperature of the assembled
次に、本実施形態に係るバッテリモジュールの変形例について説明する。変形例に係るバッテリモジュールは、上記バッテリモジュール1と第1設定温度及び第2設定温度の大きさが異なる。より具体的には、変形例におけるバイメタルサーモスタットの第1設定温度は上限近傍(例えば、適温範囲の上限温度35℃の±1℃の範囲内)に設定され、第2設定温度は上記適温範囲の下限近傍(例えば、適温範囲の下限温度25℃の±1℃の範囲内)に設定される。
Next, a modification of the battery module according to this embodiment will be described. The battery module which concerns on a modification differs from the said
図4は、上記実施形態に係るバッテリモジュールの変形例の作動例を示す図である。図4において、破線3a,3b,3c、一点鎖線3d,3e、及び二点鎖線3f,3g,3hの意味はそれぞれ図3と同じであるので説明を省略する。また状態P1,P2,P4,P5の間の遷移は、図3とほぼ同じであるので詳細な説明は省略する。
FIG. 4 is a diagram illustrating an operation example of a modification of the battery module according to the embodiment. In FIG. 4, the meanings of the
P5で示す状態から、車両のパワースイッチがオンにされたことに応じて、組電池2の温度が上昇し始める。この際、熱伝導部材5は非伝熱状態となっているため、冷却水温度よりもバッテリ温度の方が速く上昇する。その後、状態P6においてバッテリ温度が第1設定温度を上回ったことに応じて、熱伝導部材5は非伝熱状態から伝熱状態に切り替わる。このため、バッテリ温度は冷却水温度に近づくように低下しながら、冷却水温度が上昇する。その後、状態P7においてバッテリ温度が第2設定温度を下回ったことに応じて、熱伝導部材5は伝熱状態から非伝熱状態に切り替わる。これにより図4に示すように、バッテリ温度は再び上昇に転じる。以上のように、バッテリモジュール1によれば、組電池2の温度は第1設定温度と第2設定温度との間に概ね維持される。ここで、第1設定温度は、組電池2の適温範囲の上限近傍に設定され、また第2設定温度は、組電池2の適温範囲の下限近傍に設定される。よって変形例に係るバッテリモジュールによれば、組電池2の温度は、その適温範囲内に維持される。
From the state indicated by P5, the temperature of the assembled
変形例に係るバッテリモジュールによれば、以下の効果を奏する。
(7)バッテリモジュールでは、バイメタルとして、第1設定温度を上回ると第1形状から第2形状に変形することで可動部を冷却面に接近させ、第2設定温度を下回ると第2形状から第1形状に変形することで可動部を冷却面から離隔させるものを用い、第1設定温度は、充放電中における電池の適温範囲の上限近傍に設定し、第2設定温度は、適温範囲の下限近傍に設定する。したがってバッテリモジュールによれば、組電池及びこれと接する熱伝導部材の温度が、組電池の適温範囲の上限近傍の第1設定温度を上回ると可動部が冷却面に接近するので、組電池は冷却面によって冷却され、その温度が低下に転じる。その後組電池及び熱伝導部材の温度が適温範囲の下限近傍の第2設定温度を下回ると可動部が冷却面から離隔するので、組電池の昇温が促進され、その温度が上昇に転じる。よってバッテリモジュールによれば、上記のように温度センサ、電磁アクチュエータ、及びその制御装置を用いずに、組電池の温度を適温範囲内に維持できる。
According to the battery module which concerns on a modification, there exist the following effects.
(7) In the battery module, as the bimetal, when the temperature exceeds the first set temperature, the first shape is deformed to the second shape to bring the movable part closer to the cooling surface, and when the temperature falls below the second set temperature, the second shape changes from the second shape. The first set temperature is set near the upper limit of the appropriate temperature range of the battery during charging and discharging, and the second set temperature is the lower limit of the appropriate temperature range. Set near. Therefore, according to the battery module, when the temperature of the assembled battery and the heat conducting member in contact with the battery module exceeds the first set temperature near the upper limit of the appropriate temperature range of the assembled battery, the movable part approaches the cooling surface. Cooled by the surface, the temperature starts to drop. Thereafter, when the temperature of the assembled battery and the heat conducting member falls below the second set temperature near the lower limit of the appropriate temperature range, the movable part is separated from the cooling surface, so that the temperature rise of the assembled battery is promoted and the temperature starts to rise. Therefore, according to the battery module, the temperature of the assembled battery can be maintained within an appropriate temperature range without using the temperature sensor, the electromagnetic actuator, and the control device thereof as described above.
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。
例えば上記実施形態では、熱伝導部材5を伝熱状態と非伝熱状態に切り替える切替装置としてバイメタルサーモスタット6を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限らない。切替装置は、組電池2の温度に応じて状態が変化する状態変化部材を有し、この状態変化部材の状態に応じて熱伝導部材5を伝熱状態と非伝熱状態とで切り替える機能を備えるものであれば、どのようなものを用いてもよい。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this.
For example, in the above-described embodiment, the case where the
例えば上記実施形態では、バイメタルサーモスタット6の受熱部61を、組電池2に接する部材でありかつその温度が組電池2の温度と相関がある熱伝導部材5の可動部52に接続し、バイメタル62を熱伝導部材5の温度に応じて変形させた場合について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、受熱部61を組電池2に接触させることにより、バイメタル62を組電池2の温度に応じて変形させてもよい。この場合、組電池2の温度変化に対するバイメタル62の応答性を向上できる場合がある。
For example, in the above embodiment, the
また上記実施形態では、バイメタルサーモスタット6の受熱部61を組電池2に接する熱伝導部材5に接触させた場合について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば冷間始動時には、組電池2の温度は、これを収容するヒートシンク7や冷却水75aの温度とほぼ等しいことから、ヒートシンク7や冷却水75aの温度も組電池2と相関があるといえる。よって受熱部61を、ヒートシンク7や冷却水75aに接触させてもよい場合がある。また電気ヒータ3で冷却水75aを加温する場合には、冷却水75aの温度も組電池2の温度と相関があるといえる。よってこの場合には、受熱部61を冷却水75aに接触させてもよい場合がある。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the
また上記実施形態では、電気ヒータ3の発熱面31を左側壁部73の冷却水流路75よりも組電池2に近い位置に設け、直接加温式とした場合について説明したが、本発明はこれに限らない。電気ヒータ3は、例えば組電池2よりも冷却水流路75に近い位置、例えば冷却水流路75内に設けてもよい。すなわち、電気ヒータ3の発熱面で発生する熱で冷却水75aを加温し、これにより間接的に組電池2を加温する冷却水加温式としてもよい。
In the above embodiment, the
1…バッテリモジュール
2…組電池(電池)
3…電気ヒータ(ヒータ)
31…発熱面(発熱部)
4…断熱部材
5…熱伝導部材
51…固定部(接触部)
52…可動部(対向部)
6…バイメタルサーモスタット(切替装置)
62…バイメタル(状態変化部材)
63…プランジャ
7…ヒートシンク(筐体)
72…底板(設置部)
73…左側壁部(冷却壁部)
75…冷却水流路
75a…冷却水(冷媒)
76…冷却面(冷却部)
1 ...
3 ... Electric heater (heater)
31 ... Heat generating surface (heat generating part)
4 ...
52. Movable part (opposite part)
6. Bimetal thermostat (switching device)
62 ... Bimetal (state change member)
63 ...
72 ... Bottom plate (installation part)
73 ... Left side wall (cooling wall)
75 ... cooling
76 ... Cooling surface (cooling part)
Claims (7)
前記電池を収容しかつ冷媒によって冷却される筐体と、
前記筐体の一部又は当該筐体に接する部材である冷却部と、を備えるバッテリモジュールであって、
前記電池と前記冷却部との間に設けられた熱伝導部材と、
前記電池の温度に応じて状態が変化する状態変化部材を備え、当該状態変化部材の状態に応じて、前記熱伝導部材が前記冷却部及び前記電池に接近した伝熱状態と、前記熱伝導部材が前記冷却部及び前記電池の少なくとも何れかから離隔した非伝熱状態とで切り替える切替装置と、を備えることを特徴とするバッテリモジュール。 Battery,
A housing containing the battery and cooled by a refrigerant;
A battery module comprising: a part of the housing or a cooling unit that is a member in contact with the housing;
A heat conducting member provided between the battery and the cooling unit;
A state change member that changes state according to the temperature of the battery, and according to the state of the state change member, the heat conduction member approaches the cooling unit and the battery, and the heat conduction member And a switching device that switches between a non-heat transfer state separated from at least one of the cooling unit and the battery.
前記ヒータは、前記冷却部よりも前記電池に近い位置に設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載のバッテリモジュール。 A heater provided inside the housing;
The battery module according to claim 1, wherein the heater is provided at a position closer to the battery than the cooling unit.
前記冷却部は、前記冷却壁部のうち前記冷却水流路が形成されている部分の前記電池側の面であることを特徴とする請求項1から4の何れかに記載のバッテリモジュール。 The housing includes a cooling wall portion in which a cooling water flow path through which cooling water as a coolant flows is formed,
5. The battery module according to claim 1, wherein the cooling part is a surface on the battery side of a part of the cooling wall part where the cooling water flow path is formed.
前記状態変化部材は、前記熱伝導部材の温度に応じて第1形状又は第2形状に変形するバイメタルであり、
前記切替装置は、前記バイメタルと、当該バイメタルの形状の変化に応じて進退するプランジャと、を備えるバイメタルサーモスタットであり、
前記切替装置は、前記バイメタルの形状が前記第1形状である場合には、前記対向部を前記冷却部から離隔させることによって前記熱伝導部材を前記非伝熱状態にし、前記バイメタルの形状が前記第2形状である場合には、前記対向部を前記冷却部に接近させることによって前記熱伝導部材を前記伝熱状態にすることを特徴とする請求項1から5の何れかに記載のバッテリモジュール。 The heat conducting member has a contact portion that contacts the battery and a facing portion that faces the cooling portion,
The state change member is a bimetal that deforms into a first shape or a second shape according to the temperature of the heat conducting member,
The switching device is a bimetal thermostat comprising the bimetal and a plunger that advances and retreats according to a change in the shape of the bimetal.
When the shape of the bimetal is the first shape, the switching device causes the heat conducting member to be in the non-heat transfer state by separating the facing portion from the cooling portion, and the shape of the bimetal is the 6. The battery module according to claim 1, wherein, in the case of the second shape, the heat conducting member is brought into the heat transfer state by bringing the facing portion closer to the cooling portion. .
前記第1設定温度は、充放電中における前記電池の適温範囲の上限近傍に設定され、
前記第2設定温度は、前記適温範囲の下限近傍に設定されることを特徴とする請求項6に記載のバッテリモジュール。 The bimetal deforms from the first shape to the second shape when it exceeds a first set temperature, and deforms from the second shape to the first shape when it falls below a second set temperature that is lower than the first set temperature. ,
The first set temperature is set near the upper limit of the appropriate temperature range of the battery during charging and discharging,
The battery module according to claim 6, wherein the second set temperature is set near a lower limit of the appropriate temperature range.
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