JP2022129697A

JP2022129697A - バッテリー装置

Info

Publication number: JP2022129697A
Application number: JP2021028476A
Authority: JP
Inventors: 晃太加藤; Kota Kato
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2021-02-25
Filing date: 2021-02-25
Publication date: 2022-09-06
Anticipated expiration: 2041-02-25
Also published as: JP7384183B2

Abstract

【課題】複数のバッテリーセルの劣化度合いのばらつきを抑制する。【解決手段】バッテリー装置は、複数のバッテリーセルと、複数のバッテリーセルの端面を冷却するための平板状のヒートシンク２０であって、冷媒が流れる第１流路部２４と、第１流路部２４に対して所定間隔だけ離れて設けられ、冷媒の流れが第１流路部２４の冷媒の流れの逆方向である第２流路部２６とを有するヒートシンク２０と、第１流路部２４及び第２流路部２６へ流れる冷媒の流量を調整する流量調整部と、第１流路部２４を流れる冷媒の第１温度と、第２流路部２６を流れる冷媒の第２温度とを検出する温度検出部と、温度検出部が検出した第１温度と第２温度の温度差に応じて、第１流路部２４と第２流路部２６を流れる冷媒の流量を調整するように流量調整部を動作させる制御部とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、バッテリー装置に関する。

電気自動車等の車両には、複数のバッテリーセルを有するバッテリー装置が搭載されている。このようなバッテリー装置においては、バッテリーセルが高温になって劣化することを抑制するために、バッテリーセルの端面を冷却するヒートシンクが設けられている。

特開２０２０－１８４４８６号公報

ヒートシンク内には冷媒が流れる流路が設けられており、冷媒がバッテリーセルとの間で熱交換することで、バッテリーセルを冷却する。しかし、流路内において入口から出口に向かって冷媒の温度分布が生じるため、複数のバッテリーセルを均一に冷却できない。これにより、各バッテリーセルの温度履歴にばらつきが発生し、劣化度合いに差が生じてしまうため、バッテリーの利用可能な容量が低下してしまうおそれがある。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、複数のバッテリーセルの劣化度合いのばらつきを抑制することを目的とする。

本発明の一の態様においては、複数のバッテリーセルと、前記複数のバッテリーセルの端面を冷却するための平板状のヒートシンクであって、冷媒が流れる第１流路部と、前記第１流路部に対して所定間隔だけ離れて設けられ、冷媒の流れが前記第１流路部の冷媒の流れの逆方向である第２流路部とを有するヒートシンクと、前記第１流路部及び前記第２流路部へ流れる冷媒の流量を調整する流量調整部と、前記第１流路部を流れる冷媒の第１温度と、前記第２流路部を流れる冷媒の第２温度とを検出する温度検出部と、前記温度検出部が検出した前記第１温度と前記第２温度の温度差に応じて、前記第１流路部と前記第２流路部を流れる冷媒の流量を調整するように前記流量調整部を動作させる制御部と、を備える、バッテリー装置を提供する。

また、前記制御部は、前記第１流路部の出口側での前記第１温度と、前記第２流路部の出口側での前記第２温度との温度差が、所定値以下になるように、前記流量調整部を動作させることとしてもよい。

また、前記温度検出部は、前記第１流路部の入口側での第１入口温度、前記第１流路部の出口側での第１出口温度、前記第２流路部の入口側での第２入口温度、及び前記第２流路部の出口側での第２出口温度を検出し、前記制御部は、前記温度検出部が検出した前記第１入口温度、前記第１出口温度、前記第２入口温度及び前記第２出口温度に基づいて、前記流量調整部を動作させることとしてもよい。

また、前記流量調整部は、前記第１流路部と前記第２流路部の分岐部に設けられたバルブであることとしてもよい。

本発明によれば、複数のバッテリーセルの劣化度合いのばらつきを抑制できるという効果を奏する。

バッテリー装置１のセル群１０とヒートシンク２０を説明するための模式図である。バッテリー装置１の構成の一例を説明するためのブロック図である。ヒートシンク２０の構成の一例を説明するための模式図である。第１流路部２４と第２流路部２６の分岐部３０及び合流部３３の構成の一例を説明するための模式図である。

＜バッテリー装置の構成＞
本発明の一の実施形態に係るバッテリー装置の構成について、図１～図４を参照しながら説明する。

図１は、バッテリー装置１のセル群１０とヒートシンク２０を説明するための模式図である。図２は、バッテリー装置１の構成の一例を説明するためのブロック図である。なお、図１では、説明の便宜上、セル群１０とヒートシンク２０を離して示している。また、図１の示すヒートシンク２０は、簡略化して示されており、実際には厚みがある形状となっている。

バッテリー装置１は、ここでは電気自動車等の車両に搭載されており、モータ等に電力を供給する。バッテリー装置１は、例えばリチウムイオンバッテリーであり、充電及び放電が可能である。バッテリー装置１は、図１に示すように、セル群１０と、ヒートシンク２０とを有する。

セル群１０は、複数のバッテリーセル（以下、単にセルと呼ぶ）１２を含む。セル１２が単電池であり、セル群１０が組電池である。複数のセル１２は、図１に示すように、互いに隣接するように設けられている。複数のセル１２は、それぞれ同じ大きさである。複数のセル１２は、底面が同一面に位置するように配置されている。

ヒートシンク２０は、セル群１０を冷却する。ヒートシンク２０は、複数のセル１２の端面（ここでは、下面）に対向するように配置されており、複数のセル１２の下面を冷却する。ヒートシンク２０は、内部を流れる冷媒がセル群１０と熱交換することで、セル群１０を冷却する。ヒートシンク２０は、ここでは平板状の形状を成しており、セル群１０よりも広い範囲に亘って設けられている。これにより、ヒートシンク２０は、複数のセル１２の全体を冷却する。

図３は、ヒートシンク２０の構成の一例を説明するための模式図である。ヒートシンク２０は、図３に示すように、板部材２２と、第１流路部２４と、第２流路部２６と、測温部３４ａ、３４ｂ、３６ａ、３６ｂとを有する。

板部材２２は、ここでは平板部材であり、一対設けられている。図３では、説明の便宜上、一対の板部材２２のうちの一つのみが示されている。一対の板部材２２は、第１流路部２４及び第２流路部２６を挟むように配置されている。

第１流路部２４及び第２流路部２６は、冷媒が流れる流路である。第１流路部２４と第２流路部２６は、所定間隔だけ離れて設けられている。第１流路部２４及び第２流路部２６は、板部材２２のほぼ全領域に位置するように、湾曲しながら配置されている。これにより、複数のセル１２の全体を冷却できる。

第１流路部２４の入口２４ａと第２流路部２６の出口２６ｂとが、板部材２２の同じ側面に位置し、第１流路部２４の出口２４ｂと第２流路部２６の入口２６ａとが、板部材２２の同じ側面に位置している。このため、第２流路部２６の冷媒の流れは、第１流路部２４の冷媒の流れの逆方向である。すなわち、第１流路部２４を流れる冷媒と、第２流路部２６を流れる冷媒は、対向流となっている。

流路部が一つのみの場合には、流路部の出口側の冷媒の温度が、入口側の冷媒の温度よりも低くなる。これに対して、本実施形態のような第１流路部２４及び第２流路部２６を設けた場合には、第１流路部２４を流れる冷媒と第２流路部２６を流れる冷媒とが互いに熱交換を行うことで、入口側と出口側の温度差を小さくできる。これにより、第１流路部２４と第２流路部２６内で温度分布が生じることを抑制できるので、複数のセル１２を均一に冷却しやすくなる。

測温部３４ａ、３４ｂは、例えば温度センサを有し、第１流路部２４を流れる冷媒の温度を測定する。測温部３４ａは、第１流路部２４の入口２４ａの近くに位置し、測温部３４ｂは、第１流路部２４の出口２４ｂの近くに位置する。測温部３６ａ、３６ｂは、例えば温度センサを有し、第２流路部２６を流れる冷媒の温度を測定する。測温部３６ａは、第２流路部２６の入口２６ａの近くに位置し、測温部３６ｂは、第２流路部２６の出口２６ｂの近くに位置する。

図４は、第１流路部２４と第２流路部２６の分岐部３０及び合流部３３の構成の一例を説明するための模式図である。第１流路部２４と第２流路部２６は、図４（ａ）に示すように、共通流路部２３から分岐部３０で分岐している。また、第１流路部２４と第２流路部２６は、図４（ｂ）に示すように、共通流路部２７に合流部３３で合流する。このように、第１流路部２４及び第２流路部２６には、同じ冷媒が分かれて流れる。分岐部３０には、冷媒の流れを調整するためのバルブ３２（図４（ａ））が設けられている。バルブ３２は、例えば電磁バルブであり、第１流路部２４へ流れる冷媒の流量と、第２流路部２６へ流れる冷媒の流量とを調整する。

バッテリー装置１は、上述したセル群１０及びヒートシンク２０以外の構成を有する。バッテリー装置１は、図２に示すように、冷媒供給部４０と、温度検出部５０と、流量調整部６０と、制御部７０とを有する。

冷媒供給部４０は、第１流路部２４及び第２流路部２６に冷媒を供給する。冷媒供給部４０は、例えばポンプを含む。冷媒供給部４０とヒートシンク２０の間には、冷媒が循環する流路が設けられている。このため、冷媒供給部４０によって循環する冷媒によって、セル１２が冷却される。

温度検出部５０は、ヒートシンク２０内の冷媒の温度を検出する。具体的には、温度検出部５０は、第１流路部２４を流れる冷媒の第１温度と、第２流路部２６を流れる冷媒の第２温度とを検出する。

温度検出部５０は、ここでは第１温度として、第１流路部２４の入口２４ａ側での冷媒の温度（以下、第１入口温度）と、第１流路部２４の出口２４ｂ側での冷媒の温度（以下、第１出口温度）を検出する。また、温度検出部５０は、第２温度として、第２流路部２６の入口２６ａ側での冷媒の温度（以下、第２入口温度）と、第２流路部２６の出口２６ｂ側での冷媒の温度（以下、第２出口温度）を検出する。具体的には、温度検出部５０は、測温部３４ａ、３４ｂ、３６ａ、３６ｂの測定結果から、第１入口温度、第１出口温度、第２入口温度及び第２出口温度を検出する。ただし、上記に限定されず、例えば、温度検出部５０は、第１温度として第１出口温度を検出し、第２温度として第２出口温度を検出してもよい。

流量調整部６０は、第１流路部２４及び第２流路部２６へ流れる冷媒の流量を調整する。流量調整部６０は、第１流路部２４へ流れる冷媒の流量と、第２流路部２６へ流れる冷媒の流量とを、個別に調整可能である。流量調整部６０が流量を調整することで、第１流路部２４と第２流路部２６を流れる冷媒の流量が変わることで、冷媒によるセル１２の冷却の度合いが変化する。

流量調整部６０は、例えば、図４（ａ）に示す分岐部３０に設けられたバルブ３２である。これにより、一つのバルブ３２によって、第１流路部２４及び第２流路部２６へ流れる冷媒の流量を調整できる。ただし、上記に限定されず、流量調整部６０は、第１流路部２４と第２流路部２６の各々に個別に設けられたバルブであってもよい。

制御部７０は、バッテリー装置１の動作を制御する。制御部７０は、ここでは、冷媒供給部４０、温度検出部５０及び流量調整部６０の動作を制御して、複数のセル１２を均一に冷却させる。

本実施形態では、制御部７０は、温度検出部５０の検出結果に基づいて、流量調整部６０を制御する。制御部７０は、温度検出部５０が検出した第１温度と第２温度の温度差に応じて、第１流路部２４と第２流路部２６を流れる冷媒の流量を調整するように流量調整部６０を動作させる。例えば、制御部７０は、第１流路部２４の冷媒の第１温度と、第２流路部２６の冷媒の第２温度との温度差が、所定値以下になるように、第１流路部２４と第２流路部２６を流れる流量を調整する。具体的には、第１温度が第２温度よりも大きい場合には、制御部７０は、第１流路部２４を流れる冷媒の流量を多くして、温度差が小さくなるようにする。これにより、第１流路部２４を流れる冷媒の温度と、第２流路部２６を流れる冷媒の温度との温度差が小さくなり、複数のセル１２を均一に冷却しやすくなる。

第１流路部２４及び第２流路部２６では、入口側での冷媒の温度はほとんど変化がないが、出口側での冷媒の温度は、流路部の途中でセル１２と熱交換するため、変化しやすい。そこで、制御部７０は、第１流路部２４の出口側での第１温度と、第２流路部２６の出口側での第２温度との温度差が、所定値（一例として、１．２℃）以下になるように、流量調整部６０を動作させる。例えば、制御部７０は、温度検出部５０が検出した第１出口温度と第２出口温度との温度差が所定値以下になるように、流量調整部６０を動作させる。これにより、セル１２の冷却中に冷媒の温度が変化しても、温度差を所定値以下に維持するように流量を調整できる。

制御部７０は、第１出口温度及び第２出口温度だけでなく、温度検出部５０が検出した第１入口温度及び第２入口温度も参照して、流量を調整してもよい。この場合には、第１流路部２４と第２流路部２６内の冷媒の温度分布を小さくするように、流量を調整可能となる。すなわち、制御部７０は、温度検出部５０が検出した第１入口温度、第１出口温度、第２入口温度及び第２出口温度に基づいて、第１流路部２４と第２流路部２６を流れる冷媒の流量を調整するように流量調整部６０を動作させてもよい。これにより、複数のセル１２をより均一に冷却しやすくなる。

＜本実施形態における効果＞
上述した実施形態のバッテリー装置１は、冷媒の流れる方向が互いに逆方向である第１流路部２４及び第２流路部２６を有し、第１流路部２４及び第２流路部２６を流れる冷媒によって、複数のセル１２を冷却する。バッテリー装置１は、第１流路部２４の冷媒の温度と、第２流路部２６の冷媒の温度との温度差に応じて、第１流路部２４と第２流路部２６を流れる冷媒の流量を調整する。
このように第１流路部２４と第２流路部２６の対向流である冷媒の流量を調整することで、複数のセル１２を均一に冷却できる。これにより、複数のセル１２の劣化のばらつきを抑制できるので、全てのセル１２の利用可能容量を最大限に活用できる。この結果、劣化に伴うバッテリー装置１の容量低下を遅らせることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１バッテリー装置
１２バッテリーセル
２０ヒートシンク
５０温度検出部
６０流量調整部
７０制御部

Claims

複数のバッテリーセルと、
前記複数のバッテリーセルの端面を冷却するための平板状のヒートシンクであって、冷媒が流れる第１流路部と、前記第１流路部に対して所定間隔だけ離れて設けられ、冷媒の流れが前記第１流路部の冷媒の流れの逆方向である第２流路部とを有するヒートシンクと、
前記第１流路部及び前記第２流路部へ流れる冷媒の流量を調整する流量調整部と、
前記第１流路部を流れる冷媒の第１温度と、前記第２流路部を流れる冷媒の第２温度とを検出する温度検出部と、
前記温度検出部が検出した前記第１温度と前記第２温度の温度差に応じて、前記第１流路部と前記第２流路部を流れる冷媒の流量を調整するように前記流量調整部を動作させる制御部と、
を備える、バッテリー装置。
前記制御部は、前記第１流路部の出口側での前記第１温度と、前記第２流路部の出口側での前記第２温度との温度差が、所定値以下になるように、前記流量調整部を動作させる、
請求項１に記載のバッテリー装置。
前記温度検出部は、前記第１流路部の入口側での第１入口温度、前記第１流路部の出口側での第１出口温度、前記第２流路部の入口側での第２入口温度、及び前記第２流路部の出口側での第２出口温度を検出し、
前記制御部は、前記温度検出部が検出した前記第１入口温度、前記第１出口温度、前記第２入口温度及び前記第２出口温度に基づいて、前記流量調整部を動作させる、
請求項１又は２に記載のバッテリー装置。
前記流量調整部は、前記第１流路部と前記第２流路部の分岐部に設けられたバルブである、
請求項１から３のいずれか１項に記載のバッテリー装置。