JP2021026842A - Battery device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、密閉された筐体に複数のバッテリモジュールが収容されたバッテリ装置に関する。 The present invention relates to a battery device in which a plurality of battery modules are housed in a sealed housing.
従来、ハイブリッド式又は電動式の車両には、筐体内に複数のバッテリモジュール(バッテリパックと呼ばれることもある)が収容されたバッテリ装置が搭載されている。また、充放電に伴うバッテリモジュールの温度上昇を抑えるために、冷却ファンなどの冷却装置が設けられている。冷却装置は、設計段階における筐体内の温度状態の予測に基づき、複数のバッテリモジュールの温度ムラ(温度が不均一な状態)を低減するうえで適した箇所に設置される。但し、実際の使用において、設計段階で予測できなかった箇所が高温になった場合は、温度ムラを低減することが困難である。 Conventionally, a hybrid or electric vehicle is equipped with a battery device in which a plurality of battery modules (sometimes called a battery pack) are housed in a housing. Further, in order to suppress the temperature rise of the battery module due to charging / discharging, a cooling device such as a cooling fan is provided. The cooling device is installed at a suitable location for reducing temperature unevenness (state in which the temperature is not uniform) of a plurality of battery modules based on the prediction of the temperature state in the housing at the design stage. However, in actual use, it is difficult to reduce temperature unevenness when the temperature of a part that could not be predicted at the design stage becomes high.
特許文献1には、バッテリモジュールを構成するバッテリセルの温度と、筐体外の外気温度とに基づき、冷却ファンを作動させるか否かを判定するバッテリ装置が記載されている。特許文献2には、バッテリモジュールを構成するバッテリセルの温度と、筐体の周囲の温度(雰囲気温度)とに基づき、冷却ファンの風量を調節するバッテリ装置が記載されている。しかしながら、どちらのバッテリ装置も、バッテリモジュールに対する送風の当たり具合は一定であるため、実際の状況に応じてバッテリモジュールの温度ムラを低減できるものではない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、実際の状況に応じてバッテリモジュールの温度ムラを低減できるバッテリ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a battery device capable of reducing temperature unevenness of a battery module according to an actual situation.
本発明に係るバッテリ装置は、筐体と、前記筐体内に収容された複数のバッテリモジュールと、前記複数のバッテリモジュールに空気を送風する送風部と、前記送風部の作動を制御する制御部と、前記複数のバッテリモジュールの温度を検知する温度センサとを備え、前記制御部が、前記温度センサによる検知温度に基づいて第1閾値温度を超えたバッテリモジュールを判定し、その第1閾値温度を超えたバッテリモジュールを優先的に冷却するように前記送風部の風量または風向きを調節するものである。 The battery device according to the present invention includes a housing, a plurality of battery modules housed in the housing, a blower that blows air to the plurality of battery modules, and a control unit that controls the operation of the blower. A temperature sensor that detects the temperature of the plurality of battery modules is provided, and the control unit determines a battery module that exceeds the first threshold temperature based on the temperature detected by the temperature sensor, and determines the first threshold temperature. The air volume or the air direction of the blower unit is adjusted so as to preferentially cool the excess battery module.
このバッテリ装置では、複数のバッテリモジュールのうち何れかの温度が第1閾値温度を超えると、送風部の風量または風向きが調節され、その第1閾値温度を超えたバッテリモジュールが優先的に冷却される。そのため、設計段階で予測できなかった箇所が高温になった場合であっても、実際の状況に応じてバッテリモジュールの温度ムラを低減することができる。 In this battery device, when the temperature of any one of the plurality of battery modules exceeds the first threshold temperature, the air volume or the air direction of the blower is adjusted, and the battery module exceeding the first threshold temperature is preferentially cooled. Ru. Therefore, it is possible to reduce the temperature unevenness of the battery module according to the actual situation even when the temperature of the portion that could not be predicted at the design stage becomes high.
前記温度センサは、前記筐体内に収容された前記複数のバッテリモジュールの各々の温度を個別に検知することが好ましい。これにより、個々のバッテリモジュールの温度を精度良く検知して、温度ムラを更に効果的に低減できる。 It is preferable that the temperature sensor individually detects the temperature of each of the plurality of battery modules housed in the housing. As a result, the temperature of each battery module can be detected with high accuracy, and temperature unevenness can be reduced more effectively.
前記制御部は、前記第1閾値温度を超えたバッテリモジュールを優先的に冷却する運転モードを、そのバッテリモジュールの温度が前記第1閾値温度よりも低い第2閾値温度以下になるまで実行することが好ましい。これにより、第1閾値温度を超えたバッテリモジュールを優先的に冷却する運転モード(後述する優先冷却モード)を解除した後、比較的早期に、そのバッテリモジュールが再び第1閾値温度を超えてしまうことを抑制できる。 The control unit executes an operation mode for preferentially cooling the battery module exceeding the first threshold temperature until the temperature of the battery module becomes equal to or lower than the second threshold temperature lower than the first threshold temperature. Is preferable. As a result, the battery module exceeds the first threshold temperature again relatively early after the operation mode (priority cooling mode described later) for preferentially cooling the battery module exceeding the first threshold temperature is released. Can be suppressed.
前記送風部が、前記複数のバッテリモジュールの各々に対して設置された複数の補助送風部を有し、前記制御部は、前記第1閾値温度を超えたバッテリモジュールを優先的に冷却する運転モードにおいて、そのバッテリモジュールに対して設置された前記補助送風部を作動させるものでもよい。この場合、補助送風部を作動させて送風部の風量を増加することにより、第1閾値温度を超えたバッテリモジュールを優先的に冷却できる。 The operation unit has a plurality of auxiliary air blowers installed for each of the plurality of battery modules, and the control unit preferentially cools the battery modules exceeding the first threshold temperature. In, the auxiliary air blower installed for the battery module may be operated. In this case, the battery module exceeding the first threshold temperature can be preferentially cooled by operating the auxiliary air blowing unit to increase the air volume of the air blowing unit.
実際の使用において、第1閾値温度を超えたバッテリモジュールが同時に複数検知された状況下では、それらを効率的に或いは優先的に冷却することが難しい場合がある。このため、前記制御部が、前記第1閾値温度を超えたバッテリモジュールが同時に複数検知され且つ所定の条件を満たす場合には、前記第1閾値温度を超えたバッテリモジュールを優先的に冷却する運転モードを実行せずに前記送風部の風量を増加させてもよい。 In actual use, in a situation where a plurality of battery modules exceeding the first threshold temperature are detected at the same time, it may be difficult to cool them efficiently or preferentially. Therefore, when the control unit simultaneously detects a plurality of battery modules exceeding the first threshold temperature and satisfies a predetermined condition, the operation of preferentially cooling the battery modules exceeding the first threshold temperature. The air volume of the blower may be increased without executing the mode.
前記筐体内で第1室、第2室、及び、それらに挟まれた第3室を区画形成する第1仕切り部及び第2仕切り部と、前記第1室と前記第2室とを互いに連通させるダクトとを備え、前記複数のバッテリモジュールは前記第3室に配置され、前記送風部は、前記ダクト内に空気を送風するように構成されており、前記第1仕切り部及び前記第2仕切り部には、それぞれ、前記バッテリモジュールを構成するバッテリセルの隙間を介して前記第1室と前記第2室との間で空気を循環させる循環穴が設けられていてもよい。 The first partition and the second partition that partition the first chamber, the second chamber, and the third chamber sandwiched between them, and the first chamber and the second chamber communicate with each other in the housing. The plurality of battery modules are arranged in the third chamber, and the blower portion is configured to blow air into the duct, and the first partition portion and the second partition are provided. Each unit may be provided with a circulation hole for circulating air between the first chamber and the second chamber through a gap between battery cells constituting the battery module.
かかる構成によれば、送風部によって送風された空気が、バッテリセルの隙間を介して第1室と第2室との間で循環し、個々のバッテリセルの隙間が気流の経路となって、個々のバッテリセル間の温度のばらつきが抑えられる。このため、バッテリモジュールの温度ムラを低減するうえで有用である。 According to such a configuration, the air blown by the blower circulates between the first chamber and the second chamber through the gaps between the battery cells, and the gaps between the individual battery cells serve as airflow paths. Temperature variations between individual battery cells are suppressed. Therefore, it is useful for reducing the temperature unevenness of the battery module.
本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下に詳述する通り、本発明に係るバッテリ装置は、優先的に冷却することが必要なバッテリモジュールを判定し、そのバッテリモジュールに対する冷媒としての送風の当たり具合を可変に構成されたものである。第1〜第3実施形態は、風量の調節によって送風の当たり具合を変更する例であり、第4及び第5実施形態は、風向き(及び風量)の調節によって送風の当たり具合を変更する例である。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As described in detail below, the battery device according to the present invention is configured to determine a battery module that needs to be preferentially cooled and to variably configure the degree of air blown as a refrigerant to the battery module. .. The first to third embodiments are examples of changing the air contact condition by adjusting the air volume, and the fourth and fifth embodiments are examples of changing the air blow contact condition by adjusting the wind direction (and air volume). is there.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係るバッテリ装置を示す斜視図である。図2は、図1に示したバッテリ装置1aの縦断面図であり、図1のA−A矢視断面図に相当する。図3は、バッテリ装置1aの横断面図であり、図2のB−B矢視断面図に相当する。バッテリ装置1aは、筐体2と、その筐体2内に収容された複数(即ち、少なくとも二つ)のバッテリモジュール3と、複数のバッテリモジュール3に空気を送風する送風部7と、送風部7の作動を制御する制御部9と、複数のバッテリモジュール3の温度を検知する温度センサ10とを備える。制御部9は、図3のように筐体2内に設置されているが、図示の都合上、図2では筐体2の外部に描かれている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view showing a battery device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a vertical sectional view of the
筐体2は、略直方体形状に形成されている。本実施形態において、筐体2は、熱伝導率の高い材料、例えば鉄やステンレス、アルミニウムなどの金属材料で形成されている。密閉された筐体2は、防塵性や防水性に優れるため、比較的過酷な環境で用いられる建設機械などの作業車両に搭載するうえで有用である。その反面、バッテリモジュール3から発生した熱が籠りやすいため、冷却装置としての送風部7が筐体2内に設置されている。本実施形態では、筐体2内に四つのバッテリモジュール3が収容されており、説明の便宜上、これらをモジュール3A〜3Dとして区別する。
The
図4に示すように、バッテリモジュール3は、互いに隙間Gを設けて配置された複数のバッテリセル4(以下、単に「セル4」と呼ぶ)を有する。個々のセル4は、例えばリチウムイオン電池などの二次電池で構成される。セル4は、略直方体形状に形成されており、その長手方向を上下に向けて互いに平行に配置されている。バッテリモジュール3は、隙間Gを設けた状態で複数のセル4を保持するモジュールケース31を備える。モジュールケース31の上面と下面には、それぞれ複数の開口32が形成されている。個々のセル4の隙間Gは、この開口32を介して上方と下方に向けて露出している。
As shown in FIG. 4, the
バッテリモジュール3は、上げ底状に設けられた支持部材50に載置されている。モジュール3の下方のスペースには、後述するサブファン7sが設置されており、制御部9を設置することも可能である。図5のように、支持部材50は、筐体2内を上下に仕切る板状部材で形成されているが、これに限られない。支持部材50には、支持部材50の上下の空間を連通させる穴50hが設けられている。支持部材50は、底部2bから上方へ向けて延びたステー(図示せず)で支持されているとともに、ボルトなどの固定具(図示せず)を用いて筐体2に対して着脱自在に固定されている。
The
送風部7を構成するファン7mは、バッテリモジュール3の温度ムラ(温度が不均一な状態)を低減するうえで適した箇所に設置され、本実施形態では筐体2の平面視中央部に配置されている。通常、送風部7は、複数のバッテリモジュール3の各々を平等に冷却しようとする運転モード(以下、「通常冷却モード」と呼ぶ)で作動される。通常冷却モードでは、ファン7mによって複数のバッテリモジュール3の各々に送風が均等に行き渡る。ファン7mは軸流ファンであるが、これに限定されない。また、ファン7mは、空気を下方へ向けて送風するように構成されているが、これに限られない。
The
本実施形態(及び後述する第2及び3実施形態)では、送風部7が、複数のバッテリモジュール3の各々に対して設置された複数のサブファン7s(補助送風部に相当)を有する。本実施形態では、四つのバッテリモジュール3に対応する四つのサブファン7sが設置され、その各々がバッテリモジュール3の下方に配置されている。サブファン7sはシロッコファンであるが、これに限定されない。サブファン7sが送り出した空気は、穴50h及び開口32を介してモジュールケース31の内部に流れ込み、セル4の隙間Gを通ることでバッテリモジュール3を冷却する。
In the present embodiment (and the second and third embodiments described later), the
制御部9は、温度センサ10による検知温度に基づいて第1閾値温度を超えたバッテリモジュール3を判定し、その第1閾値温度を超えたバッテリモジュール3を優先的に冷却するように送風部7の風量を調節する。別の言い方をすると、制御部9は、温度センサ10による検知温度に基づいて第1閾値温度を超えたバッテリモジュール3を判定したときに、送風部7の運転モードを、通常冷却モードから、第1閾値温度を超えたバッテリモジュール3を優先的に冷却する運転モード(以下、「優先冷却モード」と呼ぶ)に切り替えて、送風部7の風量を調節する。
The
本実施形態では、複数のバッテリモジュール3の各々に温度センサ10が設置されている。即ち、温度センサ10は、複数のバッテリモジュール3の各々の温度を個別に検知するように構成されている。温度センサ10は、各モジュールケース31の上部外面に装着されているが、これに限定されない。また、温度センサ10は、モジュール単位でなく、エリア単位で温度を検知してもよい。例えば、モジュール3A及び3Cを含むエリアと、モジュール3B及び3Dを含むエリアに対して、それぞれの温度を計測し、その検知温度に基づいて第1閾値温度を超えたバッテリモジュール3を判定してもよい。第1閾値温度などの閾値温度は予め設定される。
In this embodiment, the
図6では、送風部7の運転モードを模式的に示している。通常冷却モードでは、サブファン7sを作動させずに、ファン7mだけを作動させる。ファン7mの作動によりモジュールA〜Dの各々に送風が均等に行き渡るため、本来であれば、通常冷却モードによってモジュールA〜Dの温度は均一になり、温度ムラが生じない。しかし、実際の使用では、設計段階で予測できなかった箇所が高温になることがあり、その場合、通常冷却モードでは温度ムラを低減することが困難である。
FIG. 6 schematically shows the operation mode of the
そこで、このバッテリ装置1aでは、複数のバッテリモジュール3のうち何れかの温度が上昇して第1閾値温度を超えると、送風部7の運転モードが優先冷却モードに切り替わる。例えば、モジュール3Cの温度が第1閾値温度を超えたと判定された場合には、図6(B)のようにモジュール3Cの下方に配置されたサブファン7sが作動して送風部7の風量が増え、モジュール3Cが優先的に冷却される。このように、本実施形態では、通常冷却モードではファン7mだけが作動し、優先冷却モードでのみサブファン7sが作動するように構成されている。
Therefore, in the
図6(B)のように第1閾値温度を超えたモジュール3Cを優先的に冷却することにより、温度ムラを低減できる。また、他のモジュール3A,3B及び3Dを必要以上に冷却しないため、過度な冷却による悪影響(例えば、充電性能の低下)を及ぼさない。制御部9は、優先冷却モードの実行後、温度センサ10の検知温度に基づきモジュール3Cの温度が十分に低下したと判定したときは、サブファン7sの作動を停止して図6(A)の如き通常冷却モードに戻す。このようにして、設計段階で予測できなかった箇所が高温になった場合でも、実際の状況に応じてバッテリモジュール3の温度ムラを低減できる。
Temperature unevenness can be reduced by preferentially cooling the
上述のように、本実施形態では、制御部9が、第1閾値温度を超えたバッテリモジュール3を優先的に冷却する運転モード(即ち、優先冷却モード)において、そのバッテリモジュール3に対して設置されたサブファン7sを作動させる。この場合、サブファン7sの作動によって送風部7の風量を増加することにより、第1閾値温度を超えたバッテリモジュール3を優先的に冷却できる。このようなサブファン7sを利用した機構は、後述するようなアクチュエータを必要としないため比較的簡易な構成で済み、既存のバッテリ装置にも容易に搭載できる。
As described above, in the present embodiment, the
制御部9は、送風部7の運転モード(通常冷却モード、優先冷却モード)を自動で判断して実行するだけでなく、第1閾値温度を超えたバッテリモジュール3の位置関係から優先冷却モードの実行可否を判断することが好ましい。本実施形態において、制御部9は、第1閾値温度を超えたバッテリモジュール3が同時に複数検知され且つ所定の条件を満たす場合に、優先冷却モードを実行せずに送風部7の風量を増加させる。優先冷却モードを実行せずに送風部7の風量を増加させるには、サブファン7sを作動することなく、ファン7mの回転数を増加すればよい。
The
上記所定の条件としては、筐体2内に収容された複数のバッテリモジュール3のうち過半数の温度が同時に第1閾値温度を超えている状況にあることが例示される。そのような状況では、第1閾値温度を超えた個々のバッテリモジュール3を優先的に冷却するよりも、それらを包括的に冷却した方が効率的であるため、敢えて優先冷却モードを実行せずに、送風部7の風量増加で対処することが好ましい。かかる制御は、筐体2内に四つ以上のバッテリモジュール3が収容されている場合に特に有用であると考えられる。
As the predetermined condition, it is exemplified that the temperature of the majority of the plurality of
制御部9による制御フローチャートの一例を図7に示す。まずは、通常冷却モードにおいてバッテリモジュール3の温度を検知する(ステップS1)。全てのバッテリモジュール3の温度が閾値内(第1閾値温度以下)であれば、通常冷却モードを続行して通常運転を行う(ステップS2及びS9)。全てのバッテリモジュール3の温度が閾値内でない場合、即ち何れかのバッテリモジュール3の温度が第1閾値温度を超えた場合は、そのバッテリモジュール3の位置関係に基づいて優先冷却モードの実行可否を判断する(ステップS3)。
FIG. 7 shows an example of the control flowchart by the
ステップS3で実行不可と判断されない場合は、優先冷却モードを実行する(ステップS4)。本実施形態であれば、第1閾値温度を超えたバッテリモジュール3を優先的に冷却するよう、それに対応したサブファン7sを作動させて送風部7の風量を増やす。優先冷却モードによってバッテリモジュール3の温度が閾値内(第1閾値温度以下)に収まれば、通常冷却モードに戻して通常運転を行う(ステップS5及びS9)。優先冷却モードを開始して所定時間内にバッテリモジュール3の温度が閾値内に収まらない場合は、送風部7の風量を増やすことで対処してもよい(ステップS6)。
If it is not determined in step S3 that it cannot be executed, the priority cooling mode is executed (step S4). In the present embodiment, the corresponding sub-fan 7s is operated to increase the air volume of the
過半数のバッテリモジュール3の温度が第1閾値温度を超えていることなどを理由として、ステップS3で実行不可と判断された場合は、優先冷却モードを実行せずに送風部7の風量を増加する(ステップS6)。その結果、バッテリモジュール3の温度が閾値内に収まれば、通常冷却モードに戻して通常運転を行う(ステップS5及びS9)。なお、ステップS6における風量の減少は、優先冷却モードを実行したとき(即ち、ステップS4を経由したとき)の過度な冷却を想定したものであるが、これが適用されるケースは多くないと考えられる。
If it is determined in step S3 that the
この例では、ステップS5からステップS9に移行する際に、所定の条件を満たすか否かを判定し、条件を満たしていない場合には直前の運転モードと風量を維持するようにしている(ステップS7及びS8)。このように通常冷却モードに戻すための条件を更に加えることで、バッテリモジュール3の温度ムラをより確実に低減させることが可能である。なお、ステップS7及びS8の設定は任意であり、これらは省略しても構わない。
In this example, when shifting from step S5 to step S9, it is determined whether or not a predetermined condition is satisfied, and if the condition is not satisfied, the immediately preceding operation mode and the air volume are maintained (step). S7 and S8). By further adding the conditions for returning to the normal cooling mode in this way, it is possible to more reliably reduce the temperature unevenness of the
図8に示した制御フローチャートは、ステップS7の判定条件を具体化したことを除いて、図7のフローチャートと同じである。この例では、ステップS7において、バッテリモジュール3の温度が、第1閾値温度よりも低い第2閾値温度以下であるか否かを判定し、そうでない場合にステップS8へ移行する。したがって、この場合、制御部9は、優先冷却モードを、バッテリモジュール3の温度が第1閾値温度よりも低い第2閾値温度以下になるまで実行する。これにより、優先冷却モードの解除後、比較的早期に、そのバッテリモジュール3が再び第1閾値温度を超えてしまうことを抑制できる。
The control flowchart shown in FIG. 8 is the same as the flowchart of FIG. 7, except that the determination condition in step S7 is embodied. In this example, in step S7, it is determined whether or not the temperature of the
図9のグラフは、第2閾値温度を設定することによる効果を示す。横軸は、優先冷却モードの開始後の時間を表し、縦軸は、第1閾値温度を超えたバッテリモジュール3の温度を表す。図9に示すように、優先冷却モードを実行することにより、第1閾値温度を超えたバッテリモジュール3の温度は次第に低下する。第2閾値温度を設定しなかった場合は、バッテリモジュール3の温度が第1閾値温度以下になると通常冷却モードに戻るため、比較的早期に再び第1閾値温度を超えてしまう恐れがあるのに対し、第2閾値温度を設定した場合は、そのような事態になることを抑制できる。
The graph of FIG. 9 shows the effect of setting the second threshold temperature. The horizontal axis represents the time after the start of the priority cooling mode, and the vertical axis represents the temperature of the
第1閾値温度を上限とし且つ第3閾値温度を下限とする第1温度範囲R1を設定し、その範囲R1内に収まるようにバッテリモジュール3の温度を制御してもよい。この場合、バッテリモジュール3の温度が第3閾値温度を下回らないよう、送風部7の風量を適宜に減少させることができる。また、第2閾値温度を設定する場合は、その第2閾値温度を上限とし且つ第3閾値温度よりも高い第4閾値温度を下限とする第2温度範囲R2を設定し、その範囲R2内に収まるようにバッテリモジュール3の温度を制御してもよい。それにより、過度な冷却によってバッテリモジュール3の温度が第3閾値温度を下回ることを防止できる。
A first temperature range R1 having a first threshold temperature as an upper limit and a third threshold temperature as a lower limit may be set, and the temperature of the
本実施形態では、サブファン7sがバッテリモジュール3の下方に配置された例を示したが、これに限られず、例えばバッテリモジュール3の側方または上方にサブファン7sを配置することも可能である。かかる場合には、筐体2を上げ底にする必要がないため、支持部材50を省略し、複数のバッテリモジュール3の各々を筐体2の底部2bに載置してもよい。
In the present embodiment, an example in which the sub-fan 7s is arranged below the
[第2実施形態]
第2実施形態は、以下に説明する構成の他は第1実施形態と同様に構成できるので、共通点を省略して主に相違点について説明する。第1実施形態で説明した構成と同様の構成には、同一の符号を付し、重複した説明を省略する。後述する第3〜第5実施形態においても、これと同様である。
[Second Embodiment]
Since the second embodiment can be configured in the same manner as the first embodiment except for the configuration described below, common points will be omitted and differences will be mainly described. The same reference numerals are given to the same configurations as those described in the first embodiment, and duplicate description will be omitted. The same applies to the third to fifth embodiments described later.
図10は、本発明の第2実施形態に係るバッテリ装置を示す平面図である。図11は、図10に示したバッテリ装置1bの縦断面図であり、図10のC−C矢視断面図に相当する。図12は、バッテリ装置1bの横断面図であり、図11のD−D矢視断面図に相当する。図13は、バッテリ装置1bの横断面図であり、図11のE−E矢視断面図に相当する。
FIG. 10 is a plan view showing a battery device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 11 is a vertical sectional view of the
第2実施形態では、バッテリ装置1bが、第1仕切り部51及び第2仕切り部52と、ダクト6とを備える。第1仕切り部51及び第2仕切り部52は、筐体2内で第1室21、第2室22、及び、それらに挟まれた第3室23を区画形成する。この例では、第1室21と第3室23とが第1仕切り部51で仕切られ、第2室22と第3室23とが第2仕切り部52で仕切られている。第1仕切り部51及び第2仕切り部52は、それぞれ筐体2の内部空間を上下に仕切っている。第3室23には、複数のバッテリモジュール3と制御部9が配置されている。そのバッテリモジュール3の下方に位置するようにして、複数のサブファン7sが第1室21に配置されている。
In the second embodiment, the
ダクト6は、第1室21と第2室22とを互いに連通させる。ダクト6は、筐体2内の下部に設けられた第1室21と、筐体2内の上部に設けられた第2室22との間で上下方向に延びている。第3室23は、第1室21と第2室22との間に介在し、上下方向における筐体2の中央部に配置されている。筐体2の底部2b及び天井部2cは、それぞれ第1室21及び第2室22に面しており、空気との接触が活発であることから、これらのうち少なくとも一方が熱伝導率の高い材料で形成されていることが望ましい。
The
ファン7mは、ダクト6内に空気を送風する。第1仕切り部51及び第2仕切り部52には、それぞれ、ファン7mより送風された空気をセル4の隙間Gを介して第1室21と第2室22との間で循環させる循環穴54が設けられている。第1仕切り部51は、図14に示すような板状部材で形成されており、第2仕切り部52もこれと同様である。バッテリモジュール3は、第1仕切り部51に載置されている。第1仕切り部51及び第2仕切り部52は、それぞれ、底部2bから上方へ向けて延びたステー(図示せず)で支持されているとともに、ボルトなどの固定具(図示せず)を用いて筐体2に対して着脱自在に固定されている。
The
バッテリ装置1bは、ファン7mによってダクト6内で空気を下方へ向けて送風するように構成されている。図15は、筐体2内の気流を模式的に示しており、空気が流れる方向を矢印で表している。図15(A)に示すように、ファン7mによって送り出された空気は、ダクト6を通って第1室21に流れ込み、そこからセル4の隙間Gを通って第2室22に流れ込んで、再びダクト6内に送り込まれる。このように、バッテリセル4の隙間Gを介して第1室21と第2室22との間で空気が筐体2内を循環する。このため、個々のセル4の隙間Gが気流の経路となり、個々のセル4間の温度のばらつきが抑えられ、バッテリモジュール3を構成する複数のセル4が均一に冷却される。
The
筐体2内には、ダクト6から第1室21、セル4間の隙間G及び第2室22を経てダクト6に至る、空気の循環経路が形成されている。この循環経路の一部は、個々のセル4の隙間Gによって構成されている。ファン7mの作用により、空気が押し込まれる第1室21と、空気が吸い込まれる第2室22との間には圧力差が生じるため、その圧力差を利用して個々のセル4間の隙間Gに空気を均等に流すことができる。これにより、セル4間の隙間Gの各々を流れる空気の温度や流量が略等しくなり、バッテリモジュール3を構成する複数のセル4を均一に冷却できる。また、複数のバッテリモジュール3に対して満遍なく空気が行き渡るので、温度ムラが生じにくい。
An air circulation path is formed in the
セル4から熱を奪った空気は、筐体2との接触により熱交換を行いながら循環し、セル4で発生した熱が筐体2の外部に放出される。本実施形態では、ファン7mによって空気を下方へ向けて送風する例を示したが、ファン7mを逆回転させて、空気を上方へ向けて送風してもよい。この場合、ファン7mによって送り出された空気は、第2室22からセル4間の隙間Gを下向きに通過して個々のセル4を冷却する。ファン7mによる強制対流に加えて自然対流を利用するうえでは、図15のようにファン7mによって空気を下方へ向けて送風することが好ましい。
The air that has taken heat from the
ダクト6は第3室23の平面視中央部に設けられており、そのダクト6を挟むようにして複数のバッテリモジュール3が配置されている。このような配置は、バッテリモジュール3の温度ムラを抑えるうえで都合が良い。本実施形態では、四つのバッテリモジュール3がダクト6を囲むように配置されている。個々のバッテリモジュール3からダクト6までの距離は互いに同等に設定されている。尚、中央部からずれた位置にダクト6が配置されていても構わない。
The
第1仕切り部51及び第2仕切り部52には、それぞれ挿通穴53と循環穴54とが設けられている。ダクト6は、挿通穴53に挿通される。個々のセル4の隙間Gは、第1仕切り部51に設けられた循環穴54を介して第1室21に通じ、第2仕切り部52に設けられた循環穴54を介して第2室22に通ずる。ダクト6は、第1仕切り部51に設けられた挿通穴53と、第2仕切り部52に設けられた挿通穴53との間に設けられ、そのダクト6内にファン7mが設置されている。取り付けの利便性に照らし、ファン7mはダクト6の上端部又は下端部に配置されることが好ましい。
The
制御部9などのバッテリ装置1bに必要な周辺回路は、第1室21や第2室22に設置しても構わないが、バッテリモジュール3が配置される第3室23に設置することで配線などを行いやすい。そのため、本実施形態では、図13に示すように第3室23に周辺回路の設置スペース8が設けられている。これにより、バッテリ装置1bをコンパクトに構成して搭載性を向上できる。複数のバッテリモジュール3は、ダクト6と、そのダクト6を挟んで位置する両側の設置スペース8を挟むようにして対称的に配置されている。
Peripheral circuits required for the
第1実施形態と同様に、制御部9は、温度センサ10による検知温度に基づいて第1閾値温度を超えたバッテリモジュール3を判定し、その第1閾値温度を超えたバッテリモジュール3を優先的に冷却するように、サブファン7sを利用して送風部7の風量を調節する。本実施形態は、送風部7から送風された空気が隙間Gを介して第1室21と第2室22との間で循環する点を除き、第1実施形態と同様に構成されている。図6を参照して説明した運転モードの変更、及び、図7〜9で例示した制御手順は、第2実施形態でも同様に適用できる。
Similar to the first embodiment, the
したがって、例えば、モジュール3Cの温度が第1閾値温度を超えたと判定された場合には、図15(B)のようにモジュール3Cの下方に配置されたサブファン7sが作動し、モジュール3Cにおけるセル4の隙間Gを流れる風量が増えて、モジュール3Cが優先的に冷却される。モジュール3Cの温度が十分に低下したら、サブファン7sの作動を停止して通常運転(通常冷却モード)に戻る。このようにして、設計段階で予測できなかった箇所が高温になったとしても、実際の状況に応じてバッテリモジュール3の温度ムラを低減できる。
Therefore, for example, when it is determined that the temperature of the
[第3実施形態]
図16に示すように、第3実施形態のバッテリ装置1cは、複数のサブファン7sが第2室22に配置されている点を除き、第2実施形態のバッテリ装置1bと同様の構成を有する。よって、図6を参照して説明した運転モードの変更、及び、図7〜9で例示した制御手順は、第3実施形態でも同様に適用できる。優先冷却モードにおいて、例えばモジュール3Cの上方に配置されたサブファン7sが作動すると、モジュール3Cの上方の動圧が増加し、それによってモジュール3Cの上下の圧力差が増大する。その結果、モジュール3Cにおけるセル4の隙間Gを流れる風量が増え、モジュール3Cが優先的に冷却される。このように、サブファン7sは、バッテリモジュール3に直接的に空気を送り込むものに限られない。
[Third Embodiment]
As shown in FIG. 16, the
[第4実施形態]
図17は、本発明の第4実施形態に係るバッテリ装置を示す斜視図であり、筐体2の内部を透過させて模式的に描いている。バッテリ装置1dは、筐体2と、その筐体2内に収容された複数のバッテリモジュール3(四つのモジュール3A〜3D)と、それらに空気を送風する送風部7とを備える。本実施形態では、図示しない制御部が、図示しない温度センサによる検知温度に基づいて第1閾値温度を超えたバッテリモジュール3を判定し、その第1閾値温度を超えたバッテリモジュール3を優先的に冷却するように送風部7の風向きを調節する。
[Fourth Embodiment]
FIG. 17 is a perspective view showing a battery device according to a fourth embodiment of the present invention, and is schematically drawn through the inside of the
送風部7は、筐体2の天井部2cに設置されたファン7mで構成されている。ファン7mは、四つの支持部71〜74を介して支持されている。支持部71〜74は、ファン7mの四隅から上方に向けて延びている。支持部71〜74は、それぞれ電動アクチュエータなどの伸縮可能な構造を有し、それらの伸縮動作は制御部によって制御される。ファン7mの姿勢(傾き)は支持部71〜74の長さに応じて変化するので、これを利用して送風部7の風向きを調節することができる。
The
例えば、モジュール3Cの温度が第1閾値温度を超えたと判定された場合は、図18(A)のようにモジュール3Cを優先的に冷却するように送風部7の風向きを調節する。かかる送風部7の風向きは、支持部72を伸ばすとともに支持部73を縮めることにより得られる。また、モジュール3Aとモジュール3Cの温度が第1閾値温度を超えたと判定された場合は、図18(B)のようにそれらを優先的に冷却するように送風部7の風向きを調節する。かかる送風部7の風向きは、支持部72,74を伸ばすとともに支持部71,73を縮めることにより得られる。
For example, when it is determined that the temperature of the
このように、設計段階で予測できなかった箇所が高温になり、バッテリモジュール3の何れかが第1閾値温度を超えた場合には、送風部7の運転モードを優先冷却モードに切り替え、その高温のバッテリモジュール3を優先的に冷却することにより、バッテリモジュール3の温度ムラを低減できる。第1閾値温度を超えたバッテリモジュール3を優先的に冷却するように送風部7の風向きを調節することにより、第1閾値温度を超えていない他のバッテリモジュール3に対する送風は減少するものの、それらの冷却効果を弱めることは温度ムラの低減に資する。
In this way, when the temperature of the part that could not be predicted at the design stage becomes high and any of the
制御部は、第1閾値温度を超えたバッテリモジュール3が同時に複数検知され且つ所定の条件を満たす場合に、優先冷却モードを実行せずに送風部7の風量を増加させる。所定の条件としては、既述のように、複数のバッテリモジュール3のうち過半数の温度が同時に第1閾値温度を超えている状況にあることが例示される。これに加えて、モジュール3Aとモジュール3Dの温度、またはモジュール3Bとモジュール3Cの温度が第1閾値温度を超えたと判定された場合のように、風向きの調整では対処できない状況にあることが挙げられる。
When a plurality of
図19は、送風部7の運転モードを模式的に示している。通常冷却モードでは、複数のバッテリモジュール3の各々に送風を均等に行き渡らせるのに対し、優先冷却モードでは、送風部7の風向きが第1閾値温度を超えたバッテリモジュール3(図19の例ではモジュール3C)に向けられている。所定時間内にバッテリモジュール3の温度が第1閾値温度以下まで下がらない場合は、図19(C)のようにファン7mの風量を増やすことで対処してもよい。図7〜9で例示した制御手順は、第4実施形態でも同様に適用できる。
FIG. 19 schematically shows an operation mode of the
[第5実施形態]
図20は、本発明の第5実施形態に係るバッテリ装置を示す横断面図である。図21は、図20に示したバッテリ装置1eが備えるダクト6の斜視図である。このバッテリ装置1eは、サブファンを備えていない点、及び、ダクト6が可動式である点を除き、第2実施形態のバッテリ装置1bと同様の構成を有する。本実施形態では、制御部9が、温度センサ10による検知温度に基づいて第1閾値温度を超えたバッテリモジュール3を判定し、その第1閾値温度を超えたバッテリモジュール3を優先的に冷却するように送風部7の風向きを調節する。
[Fifth Embodiment]
FIG. 20 is a cross-sectional view showing a battery device according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 21 is a perspective view of the
ダクト6は、図21に示すような矩形筒状をなし、その下端部6bは第1仕切り部51に沿って配置されている。ダクト6を構成する四つの壁部61〜64には、それぞれ可動壁6wが設けられている。各可動壁6wは、電動アクチュエータなどによって上下動可能に構成されている。図21では、下端部6bから突出した可動壁6wによって壁部61が下方に伸長している。四つの壁部61〜64は、それぞれ下方に向けて伸長可能に構成されており、それらの伸長動作(即ち、可動壁6wの変位)は制御部9によって制御される。これを利用して送風部7の風向きを調節することができる。
The
例えば、モジュール3Cの温度が第1閾値温度を超えたと判定された場合は、図22(A)のようにモジュール3Cを優先的に冷却するように送風部7の風向きを調節する。具体的には、壁部61,62及び64を下方に伸長させることで他のモジュール3A,3B及び3Dへの空気の流れを阻み、それによりモジュール3Cへ向けて優先的に空気が流れるようにする。また、モジュール3Aとモジュール3Cの温度が第1閾値温度を超えたと判定された場合は、それらを優先的に冷却するために、図22(B)のように壁部62及び64を下方に伸長させて送風部7の風向きを調節する。
For example, when it is determined that the temperature of the
モジュール3Aとモジュール3Dの温度が第1閾値温度を超えたと判定された場合は、それらを優先的に冷却するために、図22(C)のように壁部62及び63を下方に伸長させて送風部7の風向きを調節すればよい。これに対し、複数のバッテリモジュール3のうち過半数の温度が同時に第1閾値温度を超えた場合は、第1閾値温度を超えた個々のバッテリモジュール3を優先的に冷却するよりも、それらを包括的に冷却した方が効率的であるため、優先冷却モードを実行せずに送風部7の風量増加で対処することが考えられる。図7〜9の制御手順は、第5実施形態でも同様に適用できる。
When it is determined that the temperatures of the
図23は、送風部7の運転モードを模式的に示している。通常冷却モードでは、複数のバッテリモジュール3の各々に送風が均等に行き渡るのに対し、優先冷却モードでは、第1閾値温度を超えたバッテリモジュール3(この例ではモジュール3C)に向けて優先的に空気が流れるよう、送風部7の風向きが調節される。既述のように、本実施形態では、可動壁6wの変位によってダクト6を部分的に下方へ伸長させることにより、送風部7の風向きを調節できる。
FIG. 23 schematically shows the operation mode of the
本発明は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
1a バッテリ装置
1b バッテリ装置
1c バッテリ装置
1d バッテリ装置
1e バッテリ装置
2 筐体
3 バッテリモジュール
4 バッテリセル
6 ダクト
7 送風部
7m ファン
7s サブファン(補助送風部)
9 制御部
10 温度センサ
21 第1室
22 第2室
23 第3室
51 第1仕切り部
52 第2仕切り部
54 循環穴
9
Claims (6)
前記筐体内に収容された複数のバッテリモジュールと、
前記複数のバッテリモジュールに空気を送風する送風部と、
前記送風部の作動を制御する制御部と、
前記複数のバッテリモジュールの温度を検知する温度センサとを備え、
前記制御部は、前記温度センサによる検知温度に基づいて第1閾値温度を超えたバッテリモジュールを判定し、その第1閾値温度を超えたバッテリモジュールを優先的に冷却するように前記送風部の風量または風向きを調節するバッテリ装置。 With the housing
A plurality of battery modules housed in the housing and
An air blower that blows air to the plurality of battery modules,
A control unit that controls the operation of the blower unit and
It is equipped with a temperature sensor that detects the temperature of the plurality of battery modules.
The control unit determines a battery module that exceeds the first threshold temperature based on the temperature detected by the temperature sensor, and the air volume of the blower unit so as to preferentially cool the battery module that exceeds the first threshold temperature. Or a battery device that adjusts the wind direction.
前記制御部は、前記第1閾値温度を超えたバッテリモジュールを優先的に冷却する運転モードにおいて、そのバッテリモジュールに対して設置された前記補助送風部を作動させる請求項1〜3いずれか1項に記載のバッテリ装置。 The blower has a plurality of auxiliary blowers installed for each of the plurality of battery modules.
The control unit operates any one of claims 1 to 3 in an operation mode in which the battery module exceeding the first threshold temperature is preferentially cooled to operate the auxiliary air blowing unit installed on the battery module. The battery device described in.
前記第1室と前記第2室とを互いに連通させるダクトとを備え、
前記複数のバッテリモジュールは前記第3室に配置され、
前記送風部は、前記ダクト内に空気を送風するように構成されており、
前記第1仕切り部及び前記第2仕切り部には、それぞれ、前記バッテリモジュールを構成するバッテリセルの隙間を介して前記第1室と前記第2室との間で空気を循環させる循環穴が設けられている請求項1〜5いずれか1項に記載のバッテリ装置。
A first partition and a second partition that partition the first chamber, the second chamber, and the third chamber sandwiched between them in the housing.
A duct for communicating the first chamber and the second chamber with each other is provided.
The plurality of battery modules are arranged in the third chamber.
The blower portion is configured to blow air into the duct.
Each of the first partition and the second partition is provided with a circulation hole for circulating air between the first chamber and the second chamber through a gap between battery cells constituting the battery module. The battery device according to any one of claims 1 to 5.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2024013867A1 (en) * | 2022-07-13 | 2024-01-18 | 三菱電機株式会社 | Storage battery system and method for controlling storage battery system |
EP4343924A1 (en) * | 2022-09-26 | 2024-03-27 | TOYOTA MATERIAL HANDLING MANUFACTURING ITALY S.p.A | Industrial work vehicle |
JP7567147B2 (en) | 2021-11-19 | 2024-10-16 | エルジー エナジー ソリューション リミテッド | Battery cell charging/discharging device including a lower cooling fan |
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