JP6169225B1 - 電池パック熱管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】高温設備に対する冷却効率を向上させ、エネルギーの総合的利用効率を向上させ、かつ、車両全体の動作環境を改善することにより、電気自動車の総合性能を向上する。【解決手段】動力電池パック熱管理システムにおいて、加熱分岐路１０、冷却分岐路２０、電池パックチューブ路３０を備える。加熱分岐路と冷却分岐路の各々は、それぞれ電池パックチューブ路に接続し、かつ加熱分岐路と冷却分岐路とは並列接続して設置され、切り替えることができる。加熱分岐路には、外部高温設備の冷却液管６０により熱を吸収するための第１熱交換器１００が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、電池パック熱管理システムに関し、特に、動力電池パック熱管理システムに関する。

現在、電気自動車の発展は、ますます注目されている。電気自動車の電力源とするリチウムイオン電池の作業温度が一般的に２０乃至４０度の範囲にある時に、その充放電性能が最もよく、寿命が最も長い。従って、関連技術において、温度制御システムにより電池パック内の温度を制御することが多い。

関連技術では、一般的には、１つの循環回路において電熱器とクーラユニットとが直列接続される形態を採用し、電熱器とクーラユニットの開閉状態を制御することにより、循環回路内における作動媒体を加熱する又は冷却することで、電池パック内の温度の制御を実現する。

しかしながら、関連技術における電熱器は、電池パック内における電気エネルギーを電力源とする必要があるので、電気自動車の航続距離走行距離を低減させることになり、特に、冷たい環境において走行距離の低下が明らかになっている。

本発明の目的は、電気自動車の走行距離を効果的に向上することができる電池パック熱管理システムを提供していることにある。

本発明の目的は、以下の技術案により実現される。
電池パック熱管理システムであって、加熱分岐路、冷却分岐路、及び電池パックチューブ路を備える。

前記加熱分岐路と前記冷却分岐路とは、それぞれ前記電池パックチューブ路に接続し、かつ前記加熱分岐路と前記冷却分岐路とは並列接続して設置され、切り替えることができる。

前記加熱分岐路には、外部の高温設備の冷却液管により熱を吸収するための第１熱交換器が設けられている。

好ましくは、さらに、外部注入液チューブ路を備え、前記外部注入液チューブ路の一端部には注入口が設けられ、前記第１熱交換器と前記外部注入液チューブ路との間には熱交換を行うことができる。

好ましくは、前記加熱分岐路には、さらに電熱器が設けられている。

好ましくは、前記電熱器には、外部電源に接続するための接続端が設けられている。

好ましくは、前記電熱器と前記第１熱交換器とは、並列接続して設置され、切り替えることができる。

好ましくは、前記電熱器と前記第１交換器とは、直列接続して設置されている。

好ましくは、前記冷却分岐路には、放熱器が設けられている。

好ましくは、さらに、単独のクーラユニットを備え、前記冷却分岐路には、前記単独のクーラユニットと熱交換を行うための第２熱交換器が設けられている。

好ましくは、前記加熱分岐路、前記冷却分岐路及び前記電池パックチューブ路は、スリーウェイバルブにより接続される。

好ましくは、前記スリーウェイバルブは、電磁スリーウェイバルブである。

従来技術に比べて、本発明は、以下の有利な効果を有している。

本発明に関わる電池パック熱管理システムは、電気自動車におけるほかの高温設備の冷却液の余熱を利用して電池パックを加熱することにより、加熱中に電池パック自体の電力を消耗してしまい、電気自動車の走行距離を低下させる問題を防止している。それと同時に、これらの高温設備の冷却液の温度をさらに低下することができ、それにより、これらの高温設備に対する冷却効率を向上させ、そのため、エネルギーの総合的利用効率を向上させ、かつ自動車全体の動作環境を改善することができ、それにより、電気自動車の総合性能を向上させる。

図１は、本発明の電池パック熱管理システムの原理を示すブロック図である。

以下、図１を参照しながら本発明の電池パック熱管理システムの具体的な実施形態を説明する。

図１に示すように、本実施例に関わる電池パック熱管理システムは、加熱分岐路１０、冷却分岐路２０、及び電池パックチューブ路３０を備え、さらに、センサ、制御システムなどの部材を備える。発明のポイントは、チューブ路構造の改良であるので、センサや制御システムなどの部材は、いずれも通常の配置であり、ここで重複して説明しない。本実施例は、主に、加熱分岐路１０、冷却分岐路２０、及び電池パックチューブ路３０について詳しく説明する。ここで、加熱分岐路１０と冷却分岐路２０とは、それぞれ電池パックチューブ路３０に接続し、接続を行う時に、加熱分岐路１０と冷却分岐路２０とが並列接続して設けられるとともに切り替えることができるようにする必要があり、つまり、加熱分岐路１０と冷却分岐路２０両方はいずれも独立して電池パックチューブ路３０と閉ループを形成することができる。ここで、加熱分岐路１０と電池パックチューブ路３０とは加熱回路を構成し、電池パック４０を加熱することができるが、冷却分岐路２０と電池パックチューブ路３０とは冷却回路を構成し、電池パック４０を冷却して降温することができる。

切り替え形態において、独立してそれぞれの分岐路の両端にバルブを設置することができるが、この形態は、構成が複雑であり、制御が煩わしい。制御構成を簡単化にするために、加熱分岐路１０、冷却分岐路２０、及び電池パックチューブ路３０をスリーウェイバルブ５０により直接的に接続することが最もよい。電磁スリーウェイバルブが構成の信頼性及び制御精度が高いなどのメリットを有するため、好ましい。

本実施例において、加熱分岐路１０には外部高温設備（例えば、電気自動車のエンジン）の冷却液管６０により熱を吸収するための第１熱交換器１００が設けられる必要がある。電気自動車のエンジンを例として、車両が走行する時に、エンジンは自体が高速に動作しているため、運動エネルギを発生すると共に大量の熱を生じてしまう。熱の蓄積は、エンジン自体及び電気自動車のそのほかの部材の正常の動作ひいては作業安全に大きい影響を与えるため、関連技術において、いずれも冷却液により冷却して降温する必要がある。冷却液はエンジンの熱を吸収した後に温度が非常に高くなるが、関連技術において、この部分の熱が利用されることなく、電気自動車の冷却システムによって降温して放熱された後に再度循環して利用されるしかない。

本実施例において、第１熱交換器１００が設置されたため、第１熱交換器１００により加熱回路内における作動媒体に高温の冷却液の内部の熱を吸収させて昇温するとともに、この熱を利用して電池パック４０の温度を向上させる。このように、電池パック４０の昇温中、電池パック４０自体の電力を消耗する必要がなくなるため、電気自動車の走行距離を影響しない。それと同時に、冷却液は、第１熱交換器１００との熱交換を行った後に熱が減少してしまい、その後、電気自動車の本来の冷却システムにより冷却液の温度をさらに低下させることができ、このように、冷却液の温度をさらに低下させ、これらの高温設備に対する冷却液の冷却効率を向上させることができる。そのため、エネルギーの総合的利用効率を向上させ、かつ車両全体の動作環境を改善し、それにより、電気自動車の総合性能を向上した。

なお、電気自動車の走行中に冷却液が常に作動状態にあるため、第１熱交換器１００も常に冷却液と熱交換を行っている。従って、加熱分岐路１０と冷却分岐路２０とを直列接続する場合、循環回路全体内の作動媒体がずっと加熱されることになる。この状況は、電池パック４０の冷却に極めて不利であり、さらに、冷却降温効果が完全に失うことになってしまうおそれがある。従って、本実施例は、加熱分岐路１０と冷却分岐路２０とを並列接続する形態を採用し、分岐路を切り替えることにより、第１熱交換器１００のアクセス状態を制御することができ、それにより、必要ではない状況で循環状態にある作動媒体を加熱することを避ける。

図１に示すように、本実施例において、さらに外部注入液チューブ路７０を備えることができ、外部注入液チューブ路７０は一端部に注入口（図示せず）が設けられ、第１熱交換器１００と外部注入液チューブ路７０との間に熱交換を行うことができる。車両がまだ起動していない時に、電気自動車の高温設備がこの時まだ動作していないため、熱を供給することができない。この時、注入口から注入液チューブ路７０の内部へ一部の高温流体を注入し、かつ第１熱交換器１００により作動媒体にこれらの高温流体内の熱を吸収させ、さらに電池パック４０を加熱する。あるいは、加熱分岐路１０にさらにもう一つの電熱器１０２を設置し、電池パック４０の電力を利用して電熱器１０２に作動媒体を加熱させてもよい。電熱器１０２には外部電源（例えば、充電パイル）に接続するための接続端（図示せず）が設置することもできる。このように、充電パイルがある場合、充電パイルを直接的に利用して電熱器１０２を駆動し、電池パック４０の充電進捗に影響しない。

第１熱交換器１００と電熱器１０２との間は、直列接続の形態を採用してもよいが、並列接続の形態（図１には、並列接続の設置を示す）を採用してもよい。かつ、並列接続の形態を採用する時に、第１熱交換器１００と電熱器１０２とは、独立して切り替えて使用されることができ、同時に使用されることもできる。

本実施例において、冷却分岐路２０は、電気自動車のクーラユニットを採用して冷却することができるが、電気自動車のクーラユニットは、さらにエアコンまたは電気自動車のほかの部材を冷却する必要があるため、発熱量が比較的大きく、或いは環境温度が比較的高い時に、クーラユニットは一つのクーラーが二つの設備に共用される問題が発生し、冷却効果が低下することを引き起こしやすい。それと同時に、クーラユニットの圧縮機の類型選択とコンパクト化とが難しくなる問題を引き起こす。

従って、本実施例において以下の形態を採用して冷却することが好ましい。第１の形態は、冷却分岐路２０に放熱器２００を設置することである。放熱器２００は、空冷形態または水冷形態を採用することができる。例えば、空冷方式は、外部環境の冷たい風がファンにより駆動され放熱器２００の表面の熱を持ち去る。水冷形態は、放熱器２００を水タンクの内部に浸漬させるものであり、水タンクは、外部から冷水を注入しあるいは氷を加えることにより、電池パック４０を迅速に冷却することができる。第２形態は、さらに単独のクーラユニット８０を取り付けると共に冷却分岐路２０に第２熱交換器２０２を設置し、第２熱交換器２０２と単独のクーラユニット8０を利用して熱交換を行うことにより、冷却回路内の作動媒体の温度を低下させるものである。この２つの形態は、単独に利用されてもよいが、同時に使用されてもよい。２つの形態を同時に使用する場合、好ましくは、直列接続で配置され、第２熱交換器２０２を放熱器２００の下流に設けて、段階がついて冷却して、冷却効果を向上させる。

本実施例における電池パック熱管理システムは、加熱中に電池パック４０自体の電力を消耗してしまい、電気自動車の走行距離が低下させる問題を防止している。それと同時に、エネルギーの総合的利用効率を向上させ、かつ車両全体の動作環境を改善することにより、電気自動車の総合性能を向上させる。

以上、本発明の一部の実施形態にすぎないが、すべての実施形態ではなく、当業者が、本発明の明細書を読んで本発明の技術案に対して行ったいずれかの等価な変更も、本発明の請求項に含まれる。

Claims (9)

1. 電池パック熱管理システムであって、加熱分岐路、冷却分岐路、電池パックチューブ路を備え、
   前記加熱分岐路と前記冷却分岐路とは、それぞれ前記電池パックチューブ路に接続し、かつ前記加熱分岐路と前記冷却分岐路とは並列接続して設置され、切り替えることができ、
   前記加熱分岐路には、外部高温設備の冷却液管により熱を吸収するための第１熱交換器が設けられ、
   前記電池パック熱管理システムは、さらに外部注入液チューブ路を備え、前記外部注入液チューブ路の一端部には注入口が設けられ、前記第１熱交換器と前記外部注入液チューブ路との間には熱交換を行うことができることを特徴とする電池パック熱管理システム。
2. 前記加熱分岐路には、さらに電熱器が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック熱管理システム。
3. 前記電熱器には、外部電源に接続するための接続端が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電池パック熱管理システム。
4. 前記電熱器と前記第１熱交換器とは並列接続して設けられ、切り替えることができることを特徴とする請求項２に記載の電池パック熱管理システム。
5. 前記電熱器と前記第１熱交換器とは直列接続して設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電池パック熱管理システム。
6. 前記冷却分岐路には、放熱器が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電池パック熱管理システム。
7. さらに単独のクーラユニットを備え、前記冷却分岐路には、前記独立のクーラユニットと熱交換を行うための第２熱交換器が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電池パック熱管理システム。
8. 前記加熱分岐路、前記冷却分岐路、及び前記電池パックチューブ路はスリーウェイバルブにより接続されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電池パック熱管理システム。
9. 前記スリーウェイバルブは電磁スリーウェイバルブであることを特徴とする請求項８に記載の電池パック熱管理システム。