JP6879122B2 - Battery temperature controller - Google Patents
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Description
本発明は、車両に搭載される二次電池(以下、「電池」という)の温度を調節する電池温調装置に関するものである。 The present invention is a secondary battery mounted on a vehicle (hereinafter, referred to as "battery") is relates to the battery temperature regulating equipment for adjusting the temperature of the.
近年、電気自動車やハイブリッド車などの電動車両(以下、「車両」という)において、車両に搭載される電池の充電時間を短くするため、急速充電時に電池に流す電流値を増加させることが検討されている。その場合、急速充電時に電池に流す電流値は、電気モータを使用した車両走行時に電池に流れる電流値よりも大きいものとなる。具体的には、急速充電時の出力は150kW又はそれ以上となることがある。ここで、電池の発熱量Qと、電池に流れる電流値Iと、電池の内部抵抗値Rとの関係は、Q=I2×Rで表される。すなわち、電池の発熱量は、電流値の二乗に比例して大きくなる。そのため、急速充電を行う場合には、電池を十分に冷却することが求められる。電池の冷却を、車両用空調装置に用いられる冷凍サイクルでつくられた冷熱を利用して行う場合、充電時の出力が4kW程度の電池発熱に対応することが可能であるが、それ以上の出力の電池発熱には対応できない。車両に搭載される電池冷却装置の冷却能力を大きくして急速充電時の電池発熱に対応する場合、次のような問題が考えられる。例えば、電池冷却装置の大型化に伴い、車両搭載スペースの確保が困難になる。電池冷却装置の重量増加と共に車両重量が増加し、電気モータを使用した車両走行可能距離が短くなる。または、電池冷却装置にかかるコストが増加する、などの問題である。 In recent years, in electric vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles (hereinafter referred to as "vehicles"), in order to shorten the charging time of the batteries mounted on the vehicles, it has been studied to increase the current value flowing through the batteries during rapid charging. ing. In that case, the current value flowing through the battery during quick charging is larger than the current value flowing through the battery when the vehicle is running using the electric motor. Specifically, the output during quick charging may be 150 kW or more. Here, the relationship between the calorific value Q of the battery, the current value I flowing through the battery, and the internal resistance value R of the battery is represented by Q = I 2 × R. That is, the calorific value of the battery increases in proportion to the square of the current value. Therefore, when performing quick charging, it is required to sufficiently cool the battery. When the battery is cooled by using the cold heat generated by the refrigeration cycle used in the air conditioner for vehicles, the output during charging can correspond to the heat generated by the battery of about 4 kW, but the output is higher than that. It cannot cope with the heat generation of the battery. When the cooling capacity of the battery cooling device mounted on the vehicle is increased to cope with the heat generation of the battery during quick charging, the following problems can be considered. For example, as the size of the battery cooling device increases, it becomes difficult to secure a vehicle mounting space. As the weight of the battery cooling device increases, the weight of the vehicle increases, and the mileage of the vehicle using the electric motor becomes shorter. Another problem is that the cost of the battery cooling device increases.
特許文献1には、車両搭載の電池の充電時に、車両の外部に設置される充電装置から車両に設けられた液回路に熱媒体を供給し、その熱媒体の冷熱を利用して電池を冷却する技術が記載されている。具体的には、この技術は、車両搭載の電池の充電時に、車両の外部に設置される充電装置に設けられた熱媒体供給用のプラグを車両の熱媒体導入部に差し込み、その充電装置で冷却した熱媒体を車両に設けられた液回路に供給するものである。なお、この技術では、充電装置から熱媒体が供給される第1の液回路と、それとは別に車両に設けた第2の液回路との間で熱媒体同士を熱交換させている。そして、第2の液回路を循環する熱媒体により電池を冷却している。これにより、特許文献1の技術では、車両に搭載される電池冷却装置の冷却能力を大きくすることなく、電池の冷却を可能としている。
According to
しかしながら、特許文献1の技術は、車両搭載の電池の充電開始時に充電装置に設けられた熱媒体供給用のプラグを車両の熱媒体導入部に差し込む作業と、充電終了時にそのプラグを車両の熱媒体導入部から取り外す作業が必要である。そのため、熱媒体供給用のプラグと車両の熱媒体導入部との接続箇所から、車両に設けられた液回路に異物などが入り込むおそれがある。その異物により車両に設けられた液回路が詰まると、液回路の故障に繋がるといった問題がある。また、熱媒体供給用のプラグと車両の熱媒体導入部との間からの熱媒体の漏れや、熱媒体の液垂れが生じると、車両、充電作業者または充電場などが熱媒体によって汚れてしまうといった問題がある。仮に、熱媒体に可燃性の液体が使用される場合には、引火の危険性もある。
However, the technology of
本発明は上記点に鑑みて、外部熱源供給装置から熱接触により供給される熱を利用して電池の温度を調整可能な電池温調装置を提供することを目的とする。 In view of the above points, it is an object of the present invention to provide a battery temperature control device capable of adjusting the temperature of a battery by utilizing heat supplied by heat contact from an external heat source supply device .
上記目的を達成するため、請求項1に係る発明は、
車両(3)の外部に設置される外部熱源供給装置(80)から供給される熱を用いて車両に搭載された電池(2)の温度を調節する電池温調装置であって、
電池と熱媒体との熱交換を行う電池用熱交換器(10)と、
電池用熱交換器に接続され、熱媒体が流れる配管(21、22)と、
外部熱源供給装置が有する外部熱接触面(84)に直接接触または熱伝導部材(6)を介して間接的に熱接触可能な車載熱接触面(35)を有し、外部熱接触面から車載熱接触面を介して伝わる熱により、配管を通じて流れる熱媒体を冷却又は加熱する接続熱交換器(30)と、を備える。
In order to achieve the above object, the invention according to
It is a battery temperature control device that adjusts the temperature of the battery (2) mounted on the vehicle by using the heat supplied from the external heat source supply device (80) installed outside the vehicle (3).
A battery heat exchanger (10) that exchanges heat between the battery and the heat medium,
Piping (21, 22) connected to the heat exchanger for batteries and through which the heat medium flows,
It has an in-vehicle heat contact surface (35) that can be in direct contact with the external heat contact surface (84) of the external heat source supply device or indirectly through a heat conductive member (6), and is in-vehicle from the external heat contact surface. It is provided with a connection heat exchanger (30) that cools or heats a heat medium flowing through a pipe by heat transferred through a heat contact surface.
これによれば、外部熱接触面と車載熱接触面との熱接触により接続熱交換器で冷却又は加熱された熱媒体は、配管を通じて電池用熱交換器に流れる。電池用熱交換器は、その熱媒体と電池との熱交換を行うことで、電池を冷却または暖機することが可能である。そのため、この電池温調装置は、特許文献1に記載の技術のように外部熱源供給装置から電池温調装置の熱媒体の回路に熱媒体が流入することがないので、電池温調装置の熱媒体の回路に異物等の混入が防がれる。また、外部熱接触面と車載熱接触面との間に熱媒体の漏れや液垂れが生じないので、車両、充電作業者または充電場などが熱媒体によって汚れることが防がれる。さらに、電池温調装置は、車両の外部に設置される外部熱源供給装置から供給される熱を用いて車両に搭載された電池の温度を調節するので、電池温調装置の重量および体格を増加させることなく、電池の冷却能力を増加させることが可能である。したがって、この電池温調装置は、回路の故障を防ぐと共に、清潔、安全、且つ、大能力で電池の温度を調整することができる。
According to this, the heat medium cooled or heated by the connection heat exchanger by the thermal contact between the external heat contact surface and the vehicle-mounted heat contact surface flows to the battery heat exchanger through the pipe. The battery heat exchanger can cool or warm the battery by exchanging heat between the heat medium and the battery. Therefore, unlike the technique described in
なお、上記各構成に付した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載する具体的構成との対応関係の一例を示したものである。 The reference numerals in parentheses attached to each of the above configurations indicate an example of the correspondence with the specific configurations described in the embodiments described later.
以下、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the following embodiments, parts that are the same or equal to each other will be described with the same reference numerals.
(第1実施形態)
第1実施形態について、図1〜図3を参照して説明する。第1実施形態の電池温調装置1は、電気自動車やハイブリッド車などの電動車両(以下、単に「車両3」という)に搭載される。第1実施形態の電池温調装置1は、車両3に搭載される二次電池(以下、「電池2」という)を冷却または暖機し、電池2の温度を調節するものである。
(First Embodiment)
The first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. The battery
まず、電池温調装置1が冷却対象および暖機対象とする電池2について説明する。車両3に設置される大型の電池2は、複数の電池セルが組み合わされた電池モジュールが複数格納された電池パック(すなわち蓄電装置)として、車両3の座席下またはトランクルームの下などに搭載される。電池2に蓄えた電力は、インバータなどを介して車両走行用モータに供給される。この電池2は、車両3の外部に設置される充電装置70から供給される電力により充電可能な構成である。なお、充電装置70は、出力が150kW又はそれ以上の急速充電を行うことの可能な急速充電装置であってもよく、または、出力が150kW以下の充電装置であってもよい。
First, the
電池2は車両走行中などの放電時および充電時や、車両3の外部に設置される充電装置70から電力が供給される充電時に自己発熱する。電池2は高温になると、十分な機能を発揮できないだけでなく、劣化や破損を招くので、電池2を一定温度以下に維持するための冷却装置が必要となる。一方、電池2が低温状態にあると、電池2の内部抵抗が大きくなり、充電を行うことができない。そのため、低温環境下での充電開始時に低温状態の電池2を暖機するための暖機装置が必要となる。
The
さらに、電池2は、複数の電池セルを含む電池モジュールとして構成されているが、各電池セルの温度にばらつきがあると電池セルの劣化に偏りが生じ、電池2の蓄電性能が低下してしまう。これは、最も劣化した電池セルの特性に合わせて蓄電装置の入出力特性が決まることによる。そのため、長期間にわたって電池2に所望の性能を発揮させるためには、複数の電池セル相互間の温度ばらつきを低減させる均温化が重要となる。
Further, the
また、一般に、電池2を冷却する他の冷却装置として、ブロワによる送風方式が採用されることがある。しかし、ブロワは車室内の空気を送風するだけなので、冷却能力は低い。また、ブロワによる送風では空気の顕熱で電池2を冷却するので、空気流れの上流と下流との間で温度差が大きくなり、複数の電池セル同士の温度ばらつきを十分に抑制できない。このような背景から、第1実施形態の電池温調装置1は、熱媒体の自然循環によって電池2の温度を調整するサーモサイフォン方式を採用している。
Further, in general, as another cooling device for cooling the
図1に示すように、第1実施形態の電池温調装置1は、車両3の外部に設置される充電装置70に設けられた外部熱源供給装置80から供給される冷熱または温熱を用いて、車両3に搭載された電池2の温度を調節することが可能な装置である。
As shown in FIG. 1, the battery
本実施形態の充電装置70は、外部熱源供給装置80と外部電力供給装置90とを備えている。外部電力供給装置90は、外部電力供給装置本体91、充電ケーブル92、および、充電用コネクタ93などを備えている。外部電力供給装置90が備える充電用コネクタ93は、車両3に設けられた充電口4に差し込むことが可能である。その状態で、外部電力供給装置90は、外部電力供給装置本体91から充電ケーブル92、充電用コネクタ93、充電口4および車両内部の配線5などを介して、車両3に搭載された電池2に電力を供給する。外部電力供給装置90から電池2に対し電力が供給されると、電池2が充電される。
The charging
一方、外部熱源供給装置80は、外部熱源供給装置本体81、外部配管82、および、外部接続熱交換器83などを備えている。外部熱源供給装置80が備える外部接続熱交換器83は、車両3に設けられた車載熱接触面35に対し直接接触するか、または、熱伝導部材6を介して間接的に熱接触することが可能である。その状態で、外部熱源供給装置80は、外部熱源供給装置本体81から外部配管82、および、外部接続熱交換器83を介して、車載熱接触面35に冷熱または温熱を供給する。外部熱源供給装置80から電池温調装置1に対して冷熱または温熱が供給されると、電池温調装置1はその熱を利用して電池2を冷却または暖機する。なお、外部熱源供給装置80は、充電装置70とは別体で設けられていてもよい。
On the other hand, the external heat
次に、電池温調装置1の構成について説明する。図2および図3に示すように、電池温調装置1は、電池用熱交換器10、配管21、22、接続熱交換器30、および、車載熱源部40を備えている。電池温調装置1は、熱媒体が循環するサーモサイフォン回路を構成している。その熱媒体には、例えば、HFO−1234yfまたはHFC−134aなどのフロン系の作動流体が用いられる。
Next, the configuration of the battery
電池用熱交換器10は、上ヘッダタンク11、下ヘッダタンク12、および、その上ヘッダタンク11と下ヘッダタンク12とを連通する複数のチューブ13を有している。電池用熱交換器10が有する複数のチューブ13は、重力方向に沿うように延びている。なお、本明細書において「重力方向に沿う」とは、重力方向に平行な状態に加え、重力方向に対して30°程度傾いている状態も含むことを意味している。サーモサイフォン回路を循環する熱媒体の液面FL1は、電池用熱交換器10のチューブ13の内側の流路の途中に位置している。電池用熱交換器10は、電池2に対し、図示していない粘着性の放熱シート等により接着されている。そのため、電池用熱交換器10は、電池2と熱媒体との熱交換を行うことが可能である。
The
接続熱交換器30も、上ヘッダタンク31、下ヘッダタンク32、および、その上ヘッダタンク31と下ヘッダタンク32とを連通する複数のチューブ33を有している。接続熱交換器30が有する複数のチューブ33も、重力方向に沿うように延びている。サーモサイフォン回路を循環する熱媒体の液面FL2は、接続熱交換器30のチューブ33の内側の流路の途中に位置している。接続熱交換器30は、車外に露出可能な位置に、車載熱接触面35を有している。車載熱接触面35は、重力方向に沿うように形成されている。図3では、車載熱接触面35の範囲を分かりやすく示すため、断面ではないが、車載熱接触面35にハッチングを付している。なお、車載熱接触面35の外側に位置する車両外壁に図示していないカバーを設け、そのカバーを開けることで、車載熱接触面35が車外に露出する構成としてもよい。
The
車載熱接触面35には、外部熱源供給装置80が備える外部接続熱交換器83の外部熱接触面84が、直接接触するか、または、放熱シートなどの熱伝導部材6を介して間接的に熱接触することが可能である。なお、車載熱接触面35と外部熱接触面84とが熱接触した状態で、外部熱源供給装置80が備える外部接続熱交換器83は、車両3または接続熱交換器30に対して図示していないクランプ装置などにより固定される。接続熱交換器30は、外部熱源供給装置80が有する外部熱接触面84から車載熱接触面35を介して伝わる冷熱または温熱により、接続熱交換器30の内側を流れる熱媒体が冷却または加熱されるように構成されている。
The external
配管21は、電池用熱交換器10と接続熱交換器30を接続し、その間に熱媒体を循環させる。また、配管22は、電池用熱交換器10と車載熱源部40とを接続し、その間に熱媒体を循環させる。以下の説明では、電池用熱交換器10と接続熱交換器30を接続する配管21を、第1配管21と称する。また、電池用熱交換器10と車載熱源部40とを接続する配管22を、第2配管22と称する。
The
第1配管21は、第1液体通路211および第1気体通路212を有している。第1液体通路211は、電池用熱交換器10の下ヘッダタンク12に設けられた流出入口121と、接続熱交換器30の下ヘッダタンク32に設けられた流出入口321とを接続している。すなわち、第1液体通路211は、電池用熱交換器10のうちで熱媒体の液面FL1より下側に設けられた流出入口121と、接続熱交換器30のうちで熱媒体の液面FL2より下側に設けられた流出入口321とを接続している。第1気体通路212は、電池用熱交換器10の上ヘッダタンク11に設けられた流出入口111と、接続熱交換器30の上ヘッダタンク31に設けられた流出入口311とを接続している。すなわち、第1気体通路212は、電池用熱交換器10のうちで熱媒体の液面FL1より上側に設けられた流出入口111と、接続熱交換器30のうちで熱媒体の液面FL2より上側に設けられた流出入口311とを接続している。これにより、電池用熱交換器10、接続熱交換器30、第1液体通路211および第1気体通路212は、熱媒体が循環する第1のサーモサイフォン回路100を構成する。
The
車載熱源部40は、1つまたは複数の放熱器により構成されている。第1実施形態では、車載熱源部40は、空気放熱器41と、冷凍サイクル50の蒸発器51に接続された冷媒放熱器42により構成されている。空気放熱器41は、空気放熱器41の内側を流れる熱媒体と空気放熱器41を通過する外気との熱交換を行うことで、空気放熱器41の内側を流れる熱媒体の熱を外気に放熱させる熱交換器である。また、冷媒放熱器42は、冷媒放熱器42の内側を流れる熱媒体と冷凍サイクル50を循環する低温低圧の冷媒との熱交換を行うことで、冷媒放熱器42の内側を流れる熱媒体の熱を、冷凍サイクル50を循環する冷媒に放熱させる熱交換器である。なお、空気放熱器41と冷媒放熱器42は、電池2の発熱状態または車両3の走行状態などに応じて使い分けることが可能である。また、車載熱源部40は、空気放熱器41または冷媒放熱器42に代えて、図示していない液回路を流れる冷却水等の液体と熱媒体との熱交換を行う液冷放熱器としてもよい。また、車載熱源部40は、ペルチェ素子により構成してもよい。
The in-vehicle heat source unit 40 is composed of one or a plurality of radiators. In the first embodiment, the vehicle-mounted heat source unit 40 includes an
第2配管22は、第2液体通路221および第2気体通路222を有している。第2液体通路221は、電池用熱交換器10の下ヘッダタンク12に設けられた流出入口122と、空気放熱器41の下側に設けられた流出入口411と、冷媒放熱器42の下側に設けられた流出入口421とを接続している。第2気体通路222は、電池用熱交換器10の上ヘッダタンク11に設けられた流出入口112と、空気放熱器41の上側に設けられた流出入口412と、冷媒放熱器42の上側に設けられた流出入口422とを接続している。これにより、電池用熱交換器10、空気放熱器41、冷媒放熱器42、第2液体通路221および第2気体通路222も、熱媒体が循環する第2のサーモサイフォン回路200を構成する。なお、第1のサーモサイフォン回路100と第2のサーモサイフォン回路200とは連通しており、同一の熱媒体が循環する。
The second pipe 22 has a second liquid passage 221 and a
続いて、電池温調装置1が電池2を冷却するときの熱媒体の動きを、図2を参照して説明する。図2では、気体の熱媒体の動きを破線の矢印で示し、液体の熱媒体の動きを実線の矢印で示している。なお、図2に示す熱媒体の動きは、外部電力供給装置90が備える充電用コネクタ93が車両3に設けられた充電口4に差し込まれた状態で、電池2の充電が行われているときのものである。また、その熱媒体の動きは、外部熱源供給装置80が備える外部接続熱交換器83が車載熱接触面35に対し直接接触するか、または、熱伝導部材6を介して間接的に熱接触した状態のものである。その状態で、外部熱源供給装置80は外部接続熱交換器83から車載熱接触面35に冷熱を供給する。
Subsequently, the movement of the heat medium when the battery
電池2が発熱すると、その熱は電池用熱交換器10内の熱媒体に吸熱され、電池用熱交換器10の内側で熱媒体が蒸発する。電池用熱交換器10で気体となった熱媒体の一部は、電池用熱交換器10から第1気体通路212を通り、接続熱交換器30に流入する。また、電池用熱交換器10で気体となった熱媒体の他の一部は、電池用熱交換器10から第2気体通路222を通り、空気放熱器41と冷媒放熱器42に流入する。すなわち、電池から電池用熱交換器10の内側の熱媒体に吸熱された熱は、その熱媒体によって、接続熱交換器30と空気放熱器41と冷媒放熱器42へ輸送される。
When the
上述したように、外部接続熱交換器83が有する外部熱接触面84と接続熱交換器30が有する車載熱接触面35とは、直接接触または熱伝導部材6を介して間接的に熱接触している。そのため、外部熱源供給装置80が有する外部熱接触面84から車載熱接触面35を介して接続熱交換器30の熱媒体に冷熱が供給される。これにより、接続熱交換器30の熱媒体は、車載熱接触面35を介して外部熱接触面84に放熱し、凝縮する。接続熱交換器30で液体となった熱媒体は、第1液体通路211を流れ、電池用熱交換器10に流入する。
As described above, the external
一方、空気放熱器41に流れた熱媒体は、外気に放熱し、凝縮する。また、冷媒放熱器42に流れた熱媒体は、冷凍サイクル50を流れる冷媒に放熱し、凝縮する。空気放熱器41と冷媒放熱器42でそれぞれ液体となった熱媒体は、第2液体通路221を流下し、電池用熱交換器10に流入する。
On the other hand, the heat medium flowing through the
このようにして、電池2から生じた熱は、電池用熱交換器10で蒸発した熱媒体によって接続熱交換器30、空気放熱器41および冷媒放熱器42に輸送され、それぞれの機器で、外部熱接触面84、外気、または、冷凍サイクル50を流れる冷媒に放熱される。これにより、第1実施形態の電池温調装置1は、車両3に搭載される電池2を冷却することが可能である。
In this way, the heat generated from the
次に、低温環境下における充電開始時に、電池温調装置1が低温状態の電池2を暖機するときの熱媒体の動きを、図4を参照して説明する。図4でも、気体の熱媒体の動きを破線の矢印で示し、液体の熱媒体の動きを実線の矢印で示している。なお、図4に示す熱媒体の動きは、外部熱源供給装置80が備える外部接続熱交換器83が車載熱接触面35に対し直接接触するか、または、熱伝導部材6を介して間接的に熱接触した状態のものである。
Next, the movement of the heat medium when the battery
低温環境下における充電開始時では、外部熱源供給装置80が有する外部熱接触面84から接続熱交換器30が有する車載熱接触面35に温熱が供給される。これにより、接続熱交換器30を流れる熱媒体は車載熱接触面35および外部熱接触面84から吸熱し、接続熱交換器30内で熱媒体が蒸発する。接続熱交換器30で気体となった熱媒体は、接続熱交換器30から第1気体通路212を通り、電池用熱交換器10に流入する。電池用熱交換器10に流入した気体の熱媒体は、電池2に放熱して凝縮する。これにより、電池2が暖機される。電池用熱交換器10で液体になった熱媒体は、第1液体通路211を流れ、接続熱交換器30に流入する。
At the start of charging in a low temperature environment, heat is supplied from the external
このようにして、外部熱源供給装置80の外部熱接触面84から車載熱接触面35に供給された温熱は、接続熱交換器30で蒸発した熱媒体によって電池用熱交換器10へ輸送され、電池2に伝えられる。これにより、第1実施形態の電池温調装置1は、車両3に搭載される電池2を暖機することが可能である。
In this way, the heat supplied from the external
以上説明した第1実施形態の電池温調装置1は、次の作用効果を奏するものである。
(1)第1実施形態では、電池温調装置1が備える接続熱交換器30は、外部熱源供給装置80が有する外部熱接触面84に直接接触または熱伝導部材6を介して間接的に熱接触可能な車載熱接触面35を有する。その接続熱交換器30は、外部熱源供給装置80が有する外部熱接触面84から車載熱接触面35を介して伝わる熱により熱媒体を冷却又は加熱する。
The battery
(1) In the first embodiment, the
これによれば、外部熱接触面84と車載熱接触面35との熱接触により冷却又は加熱された熱媒体は、第1配管21を通って電池用熱交換器10に流れる。電池用熱交換器10は、その熱媒体と電池2との熱交換を行うことで、電池2を冷却または暖機することが可能である。そのため、この電池温調装置1は、特許文献1に記載の技術のように外部熱源供給装置80から電池温調装置1に熱媒体が流入することがないので、電池温調装置1の熱媒体の回路に異物等の混入が防がれる。また、外部熱接触面84と車載熱接触面35との間に熱媒体の漏れや液垂れが生じないので、車両3、充電作業者または充電場などが熱媒体によって汚れることが防がれる。さらに、電池温調装置1は、車両3の外部に設置される外部熱源供給装置80から供給される熱を用いて電池2の温度を調節するので、電池温調装置1の重量および体格を増加させることなく、電池2の冷却能力を増加させることが可能である。したがって、この電池温調装置1は、回路の故障を防ぐと共に、清潔、安全、且つ、大能力で電池2の温度を調整することができる。
According to this, the heat medium cooled or heated by the thermal contact between the external
(2)第1実施形態では、電池温調装置1が備える電池用熱交換器10と第1配管21と接続熱交換器30は、第1のサーモサイフォン回路100を構成している。第1のサーモサイフォン回路100を循環する熱媒体の液面FL1、FL2は、電池用熱交換器10の内側の流路の途中に位置し、且つ、接続熱交換器30の内側の流路の途中に位置している。これによれば、電池用熱交換器10の内側の流路で、熱媒体は蒸発と凝縮のどちらも行うことが可能である。また、接続熱交換器30の内側の流路で、熱媒体は蒸発と凝縮のどちらも行うことが可能である。したがって、電池温調装置1は、外部熱源供給装置80が有する外部熱接触面84から車載熱接触面35を介して接続熱交換器30に伝わる冷熱または温熱により、電池2の冷却と暖機の両方を行うことが可能である。
(2) In the first embodiment, the
(3)第1実施形態では、電池温調装置1は、車載熱源部40として、冷凍サイクル50の蒸発器51に接続された冷媒放熱器42と、空気放熱器41とを備える。これによれば、電池温調装置1は、電池2を充放電しているときの車両の状態や電池の発熱状態に応じて、車載熱源部40を冷熱供給源とした電池冷却と、外部熱源供給装置80を冷熱供給源とした電池冷却を使い分けることができる。例えば、車両3の停車中に外部電力供給装置90から電池2に充電を行う場合、電池2の発熱量が大きいときは、外部熱源供給装置80と車載熱源部40の両方を冷熱供給源とした電池冷却を行うことが可能である。また、その場合、電池2の発熱量が小さく、且つ、車内に乗員が乗車しているときは、外部熱源供給装置80を冷熱供給源とした電池冷却を行い、冷凍サイクル50は車室内空調装置の冷熱供給源として利用することも可能である。一方、車両走行時に電池2が充放電する場合には、車載熱源部40を冷熱供給源とした電池冷却を行うことが可能である。
(3) In the first embodiment, the battery
(第2実施形態)
第2実施形態について図5を参照して説明する。第2実施形態は、第1実施形態に対して接続熱交換器30の配置を変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
The second embodiment will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the arrangement of the
第2実施形態でも、電池温調装置1は、第1実施形態と同様に、サーモサイフォン回路を構成している。この電池温調装置1が備える接続熱交換器30は、電池用熱交換器10よりも重力方向上側に設けられている。この場合、サーモサイフォン回路を循環する熱媒体の液面FL1は、電池用熱交換器10の内側の流路の途中に位置している。または、熱媒体の液面FL1は、電池用熱交換器10と接続熱交換器30とを接続する第1配管21の途中に位置していてもよい。なお、第2実施形態の車載熱接触面35も、第1実施形態と同様に、車外に露出可能な位置に設けられている。車載熱接触面35には、外部熱源供給装置80が備える外部接続熱交換器83の外部熱接触面84が、直接接触するか、または、放熱シートなどの熱伝導部材6を介して間接的に熱接触することが可能である。接続熱交換器30は、外部熱源供給装置80が有する外部熱接触面84から車載熱接触面35を介して伝わる冷熱により、接続熱交換器30の内側を流れる熱媒体を冷却することが可能である。
Also in the second embodiment, the battery
第2実施形態においても、電池2が発熱すると、その熱は電池用熱交換器10内の熱媒体に吸熱され、電池用熱交換器10で熱媒体が蒸発する。電池用熱交換器10で気体となった熱媒体は、電池用熱交換器10から第1気体通路212を通り、接続熱交換器30に流入する。接続熱交換器30を流れる熱媒体は、車載熱接触面35を介して外部熱接触面84に放熱し、凝縮する。接続熱交換器30で液体となった熱媒体は、第1液体通路211を流れ、電池用熱交換器10に流入する。なお、図示していないが、電池用熱交換器10から空気放熱器41と冷媒放熱器42に流れた熱媒体も、外気、または、冷凍サイクル50を流れる冷媒に放熱し、凝縮する。空気放熱器41または冷媒放熱器42で液体となった熱媒体は、第2液体通路221を流れ、電池用熱交換器10に流入する。これにより、第2実施形態の電池温調装置1も、第1実施形態と同様に、車両3に搭載される電池2を冷却することが可能である。
Also in the second embodiment, when the
(第3実施形態)
第3実施形態について図6を参照して説明する。第3実施形態は、電池温調装置1を、水または油などの液体が循環する液回路で構成したものである。水または油などの液体は、液回路を循環する熱媒体の一例である。
(Third Embodiment)
The third embodiment will be described with reference to FIG. In the third embodiment, the battery
第3実施形態の電池温調装置1は、電池用熱交換器10、第1配管21、接続熱交換器30、第2配管22、車載熱源部40などを備えている。それに加えて、第3実施形態の電池温調装置1は、第1配管21の途中に設けられた第1ポンプ25と、第2配管22の途中に設けられた第2ポンプ26およびバルブ27を備えている。なお、第1ポンプ25と第2ポンプ26のうち、いずれか一方を省略することも可能である。
The battery
電池用熱交換器10、第1配管21、接続熱交換器30および第1ポンプ25は、第1の液回路300を構成している。なお、第1配管21は、電池用熱交換器10と接続熱交換器30を接続する第1往路通路213および第1復路通路214を有している。第1ポンプ25が駆動すると、第1の液回路300を熱媒体が循環する。
The
電池用熱交換器10、第2配管22、車載熱源部40、第2ポンプ26およびバルブ27は、第2の液回路400を構成している。なお、第2配管22は、電池用熱交換器10と接続熱交換器30を接続する第2往路通路223および第2復路通路224を有している。バルブ27が開いた状態で、第2ポンプ26が駆動すると、第2の液回路400を熱媒体が循環する。なお、第1の液回路300と第2の液回路400とは連通しており、同一の熱媒体が循環する。
The
図6では、電池温調装置1が電池2を冷却するときの熱媒体の動きを矢印により示している。すなわち、図6に示す熱媒体の動きは、外部電力供給装置90が備える充電用コネクタ93が車両3に設けられた充電口4に差し込まれた状態で、電池2の充電が行われているときのものである。また、その熱媒体の動きは、外部熱源供給装置80が備える外部接続熱交換器83が車載熱接触面35に対し直接接触するか、または、熱伝導部材6を介して間接的に熱接触した状態で、外部接続熱交換器83から車載熱接触面35に冷熱が供給されているときのものである。
In FIG. 6, the movement of the heat medium when the battery
電池2が発熱すると、その熱は電池用熱交換器10の内側を流れる熱媒体に吸熱される。第1ポンプ25が駆動すると、電池用熱交換器10で加熱された熱媒体は、電池用熱交換器10から第1復路通路214を通り、接続熱交換器30に流入する。また、バルブ27が開き、第2ポンプ26が駆動すると、電池用熱交換器10で加熱された熱媒体は、電池用熱交換器10から第2復路通路224を通り、空気放熱器41と冷媒放熱器42に流入する。
When the
上述したように、外部接続熱交換器83が有する外部熱接触面84と接続熱交換器30が有する車載熱接触面35とは、直接接触または熱伝導部材6を介して間接的に熱接触している。そのため、外部熱源供給装置80が有する外部熱接触面84から車載熱接触面35を介して接続熱交換器30を流れる熱媒体に冷熱が供給される。そのため、接続熱交換器30を流れる熱媒体は、車載熱接触面35を介して外部熱接触面84に放熱する。接続熱交換器30で冷却された熱媒体は、第1往路通路213を流れ、電池用熱交換器10に流入する。
As described above, the external
一方、空気放熱器41に流れた熱媒体は、外気に放熱する。また、冷媒放熱器42に流れた熱媒体は、冷凍サイクル50を流れる冷媒に放熱する。空気放熱器41と冷媒放熱器42でそれぞれ冷却された熱媒体は、第2往路通路223から電池用熱交換器10に流入する。
On the other hand, the heat medium flowing through the
このようにして、電池2から生じた熱は、熱媒体によって電池用熱交換器10から接続熱交換器30、空気放熱器41および冷媒放熱器42に輸送され、それぞれの機器内で、外部熱接触面84、外気、または、冷凍サイクル50を流れる冷媒に放熱される。これにより、第3実施形態の電池温調装置1は、車両3に搭載される電池2を冷却することが可能である。
In this way, the heat generated from the
なお、第3実施形態において、低温環境下における充電開始時に、電池温調装置1が低温状態の電池2を暖機するときの熱媒体の動きについては、矢印による図示を省略する。低温環境下における充電開始時では、外部熱源供給装置80の外部熱接触面84から接続熱交換器30が有する車載熱接触面35に温熱が供給される。これにより、接続熱交換器30を流れる熱媒体は車載熱接触面35および外部熱接触面84から吸熱し、接続熱交換器30内で熱媒体が加熱される。第1ポンプ25の駆動により、接続熱交換器30で加熱された熱媒体は、接続熱交換器30から第1復路通路214を通り、電池用熱交換器10に流入する。電池用熱交換器10に流入した熱媒体は、電池2に放熱する。これにより、電池2が暖機される。
In the third embodiment, the movement of the heat medium when the battery
このようにして、外部熱源供給装置80の外部熱接触面84から車載熱接触面35に供給された温熱は、接続熱交換器30で加熱された熱媒体によって電池用熱交換器10へ輸送され、電池2に伝えられる。これにより、第3実施形態の電池温調装置1も、車両3に搭載される電池2を暖機することが可能である。
In this way, the heat supplied from the external
以上説明した第3実施形態の電池温調装置1は、液回路を使用した簡素な構成で、外部熱源供給装置80から供給される熱を用いて、車両3に搭載された電池2の温度を調整することができる。
The battery
(第4実施形態)
第4実施形態について図7を参照して説明する。第4実施形態は、第1実施形態に対し、外部熱接触面84と車載熱接触面35との間にペルチェ素子71を備えたものである。第4実施形態では、外部熱接触面84と車載熱接触面35とは、ペルチェ素子71を介して熱移動が行われる。第4実施形態のペルチェ素子71は、外部熱源供給装置80が備える外部接続熱交換器83の外部熱接触面84に設けられている。このペルチェ素子71は、充電装置70に設けられたペルチェ用電源回路72から配線73を通じて電力を供給されて駆動する。
(Fourth Embodiment)
The fourth embodiment will be described with reference to FIG. The fourth embodiment is provided with the
外部熱接触面84とペルチェ素子71と車載熱接触面35とを、直接接触または熱伝導部材6を介して間接的に熱接触させた状態で電池2を冷却する場合について説明する。図7では、電池2を冷却する場合の気体の熱媒体の動きを破線の矢印で示し、液体の熱媒体の動きを実線の矢印で示している。電池2を冷却する場合、ペルチェ素子71は、ペルチェ素子71のうち車載熱接触面35側の面711が冷却面となり、ペルチェ素子71のうち外部熱接触面84側の面712が放熱面となる。これにより、外部熱源供給装置80の外部接続熱交換器83から接続熱交換器30に冷熱を供給するとき、外部接続熱交換器83の外部熱接触面84の温度を、ペルチェ素子71でさらに低い温度にして、車載熱接触面35に対し、より大きい冷熱を供給することが可能である。具体的には、外部熱接触面84の温度≧ペルチェ素子71のうち外部熱接触面84側の面712の温度>ペルチェ素子71のうち車載熱接触面35側の面711の温度、となる。
A case where the
次に、外部熱接触面84とペルチェ素子71と車載熱接触面35とを、直接接触または熱伝導部材6を介して間接的に熱接触させた状態で電池2を暖機する場合について説明する。電池2を暖機する場合、ペルチェ素子71は、ペルチェ素子71のうち車載熱接触面35側の面711が放熱面となり、ペルチェ素子71のうち外部熱接触面84側の面712が冷却面となる。これにより、外部熱源供給装置80の外部接続熱交換器83から接続熱交換器30に温熱を供給するとき、外部接続熱交換器83の外部熱接触面84の温度を、ペルチェ素子71でさらに高い温度にして、車載熱接触面35に対し、より大きい温熱を供給することが可能である。具体的には、外部熱接触面84の温度≦ペルチェ素子71のうち外部熱接触面84側の面712の温度<ペルチェ素子71のうち車載熱接触面35側の面711の温度、となる。
Next, a case will be described in which the
以上説明した第4実施形態の電池温調装置1は、外部熱源供給装置80から接続熱交換器30に供給される冷熱または温熱をペルチェ素子71により増加させることが可能である。したがって、この電池温調装置1は、電池2の温度調整能力を高めることができる。
In the battery
(第5実施形態)
第5実施形態について図8を参照して説明する。第5実施形態は、第4実施形態に対し、ペルチェ素子75を外部熱接触面84に設けることに代えて、接続熱交換器30の車載熱接触面35に設けるようにしたものである。このペルチェ素子75は、車両3に設けられた図示していない電源回路から電力を供給されて駆動する。
(Fifth Embodiment)
A fifth embodiment will be described with reference to FIG. In the fifth embodiment, in contrast to the fourth embodiment, the
第5実施形態では、ペルチェ素子75のうち車載熱接触面35とは反対側の面752を冷却するためのペルチェ用液回路730が設けられている。このペルチェ用液回路730は、ペルチェ用熱交換器76、ポンプ77、配管78および放熱器79などにより構成されている。ペルチェ用熱交換器76は、ペルチェ素子75のうち車載熱接触面35とは反対側の面752に設けられている。
In the fifth embodiment, a
ポンプ77が駆動すると、ペルチェ用液回路730に液媒体が循環する。ペルチェ用液回路730を循環する液媒体は、放熱器79で空気に放熱することで冷却される。放熱器79から配管78を経由してペルチェ用熱交換器76に流入した液媒体は、ペルチェ素子75のうち車載熱接触面35とは反対側の面752と熱交換し、その面を冷却する。
When the
電池2の充電時において、外部熱源供給装置80が有する外部熱接触面84とペルチェ用熱交換器76とを、直接接触または熱伝導部材6を介して間接的に熱接触させた状態で電池2を冷却する場合について説明する。図7では、電池2を冷却する場合の気体の熱媒体の動きを破線の矢印で示し、液体の熱媒体の動きを実線の矢印で示している。電池2を冷却する場合、ペルチェ素子75は、ペルチェ素子75のうち車載熱接触面35側の面751が冷却面となり、ペルチェ素子75のうちペルチェ用熱交換器側の面752が放熱面となる。これにより、外部熱接触面84の温度をペルチェ素子75でさらに低い温度にして、車載熱接触面35に対し、より大きい冷熱を供給することが可能である。具体的には、外部熱接触面84の温度≧ペルチェ用熱交換器76の温度≧ペルチェ素子75のうちペルチェ用熱交換器側の面752の温度>ペルチェ素子75のうち車載熱接触面35側の面751の温度、となる。
When charging the
さらに、第5実施形態の電池温調装置1は、車両走行時においても、ペルチェ素子75を駆動してペルチェ素子75から車載熱接触面35に冷熱を供給することにより、電池2を冷却することが可能である。その場合も、ペルチェ素子75は、ペルチェ素子75のうち車載熱接触面35側の面751が冷却面となり、ペルチェ素子75のうちペルチェ用熱交換器側の面752が放熱面となる。車両走行時にペルチェ素子75から車載熱接触面35に冷熱を供給する場合、放熱器79からペルチェ用熱交換器76に流入する液媒体の温度を、ペルチェ素子75でさらに低い温度にして、車載熱接触面35に対し、より大きい冷熱を供給することが可能である。具体的には、放熱器79からペルチェ用熱交換器76に流入する液媒体の温度≧ペルチェ素子75のうちペルチェ用熱交換器側の面752の温度>ペルチェ素子75のうち車載熱接触面35側の面751の温度、となる。したがって、第5実施形態の電池温調装置1は、電池2の温度調整能力を高めることができる。
Further, the battery
(第6実施形態)
第6実施形態について図9および図10を参照して説明する。第6実施形態は、電池温調装置1と充電装置70の制御方法を示したものである。
(Sixth Embodiment)
The sixth embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. The sixth embodiment shows a control method of the battery
図9に示すように、電池温調装置1が搭載される車両3では、電池2の温度は温度センサ7によって検出される。温度センサ7によって検出された電池2の温度は、その車両3に搭載される電池制御装置8に伝送される。電池制御装置8は、車両3の外部に設置される充電装置70に設けられる充電制御装置9と通信可能な構成である。充電制御装置9は、充電装置70が備える外部電力供給装置90の動作と外部熱源供給装置80の動作を制御するものである。
As shown in FIG. 9, in the
なお、電池制御装置8は、制御処理や演算処理を行うプロセッサ、プログラムやデータ等を記憶するROM、RAM等の記憶部を含むマイクロコンピュータ、およびその周辺回路で構成されている。なお、電池制御装置8の記憶部は、非遷移的実体的記憶媒体で構成されている。電池制御装置8は、記憶部に記憶されたプログラムに基づいて、各種制御処理および演算処理を行い、出力ポートに接続された各機器の作動を制御する。このことは、充電制御装置9についても同じである。
The
電池制御装置8と充電制御装置9が行う制御処理について、図10のフローチャートを参照して説明する。この制御処理は、充電開始時および充電時に実行される。すなわち、この制御処理は、外部電力供給装置90が備える充電用コネクタ93が車両3に設けられた充電口4に差し込まれ、且つ、外部熱源供給装置80が備える外部接続熱交換器83が車載熱接触面35に対し直接接触または熱伝導部材6を介して間接的に熱接触している状態で実行される。
The control processing performed by the
ステップS10で電池制御装置8は、温度センサ7により電池2の温度を検出する。次に、ステップS20で電池制御装置8は、電池2の温度が電池温度閾値の範囲内であるか否かを判定する。電池温度閾値の範囲とは、電池2が高温であることで電池2が劣化するおそれのある温度を上限とし、電池2が低温であることで内部抵抗が大きくて急速充電ができない温度を下限とするものである。この電池温度閾値は、予め実験などにより設定され、電池制御装置8の記憶部に記憶されている。電池制御装置8は、電池2の温度が電池温度閾値の範囲外にあると判定すると、充電制御装置9にそのことを伝送し、処理をステップS50に移行する。
In step S10, the
ステップS50で充電制御装置9は、外部熱源供給装置80による電池2の冷却運転または暖機運転を行う。具体的には、電池2の温度が電池温度閾値より高い場合、外部熱源供給装置本体81から外部配管82、および、外部接続熱交換器83を介して、車載熱接触面35に冷熱が供給され、電池2の冷却運転が行われる。一方、電池2の温度が電池温度閾値より低い場合、外部熱源供給装置本体81から外部配管82、および、外部接続熱交換器83を介して、車載熱接触面35に温熱が供給され、電池2の暖機運転が行われる。
ステップS50で電池2の冷却運転または暖機運転が開始された後、その運転が継続中、再びステップS10から上述の制御処理が繰り返し実行される。これにより、電池2の温度が電池温度閾値の範囲内になるまで、電池2の冷却運転または暖機運転が実行される。
In step S50, the
After the cooling operation or warm-up operation of the
ステップS20において、電池制御装置8は、電池2の温度が電池温度閾値の範囲内にあると判定すると、充電制御装置9にそのことを伝送し、処理をステップS30に移行する。ステップS30で充電制御装置9は、外部電力供給装置90による急速充電を行う。具体的には、外部電力供給装置本体91から充電ケーブル92、充電用コネクタ93、充電口4および車両内部の配線5などを介して、車両3に搭載された電池2に電力が供給される。これにより、電池2が急速充電される。
In step S20, when the
ステップS30に続くステップS40で充電制御装置9は、外部熱源供給装置80による電池2の冷却運転を行う。具体的には、外部熱源供給装置本体81から外部配管82、および、外部接続熱交換器83を介して、車載熱接触面35に冷熱が供給され、電池2の冷却運転が行われる。電池2の冷却運転は、電池2の急速充電が終了するまで、継続して行われる。なお、電池2の冷却運転を行う際、電池制御装置8は、充電制御装置9との通信により、外部熱源供給装置80が接続熱交換器30に対して供給する熱量を、電池2の温度に応じて調整してもよい。これにより、電池2の温度に応じた冷熱量が外部熱源供給装置80から電池温調装置1に対して供給される。したがって、急速充電中に電池2の温度が電池温度閾値の範囲から外れることが防がれる。
In step S40 following step S30, the
以上説明した第6実施形態では、電池制御装置8と充電制御装置9は、電池2の急速充電を開始する前、電池2の温度が所定の電池温度閾値の範囲内となるまで外部熱源供給装置80が接続熱交換器30に対して冷熱または温熱を供給するように制御する。また、電池制御装置8と充電制御装置9は、電池2の温度が所定の電池温度閾値の範囲になった後、外部電力供給装置90が電池2に対して急速充電を開始するように制御する。これにより、急速充電時に電池2が高温となって劣化することが防がれる。また、低温環境においても電池2を暖機した後に急速充電を行うことができる。
In the sixth embodiment described above, the
なお、上述した制御処理において、電池制御装置8は、急速充電を開始する前、および、急速充電運転中において、複数の電池セル同士の温度差が所定の電池セル間温度閾値より小さいか否かを判定してもよい。電池セル間温度閾値とは、複数の電池セルのうち一部の電池セルの温度が高温であることで電池2が劣化するおそれのある温度である。この電池セル間温度閾値は、予め実験などにより設定され、電池制御装置8の記憶部に記憶されている。急速充電開始前、電池制御装置8は、複数の電池セル同士の温度差が電池セル間温度閾値より小さいと判定すると、充電制御装置9にそのことを伝送し、外部熱源供給装置80による電池2の冷却運転または暖機運転を行う。これにより、複数の電池セル同士の温度差が大きくなることで電池2が劣化することを防ぐことができる。急速充電中、電池制御装置8は、複数の電池セル同士の温度差が電池セル間温度閾値より小さくなるように、外部熱源供給装置80から接続熱交換器30に供給する冷熱量を制御する。これにより、複数の電池セル同士の温度差が大きくなることが防がれる。
In the control process described above, in the
(第7実施形態)
第7実施形態について図11を参照して説明する。第7実施形態は、車両3の外部に設置される充電装置70について説明する。充電装置70は、外部電力供給装置90と外部熱源供給装置80を備えている。
(7th Embodiment)
The seventh embodiment will be described with reference to FIG. A seventh embodiment describes a charging
外部電力供給装置90は、外部電力供給装置本体91、充電ケーブル92、および、充電用コネクタ93などを備えている。外部電力供給装置本体91には、図示していない発電所から変電所95などを経由して電力が供給される。外部電力供給装置90が備える充電用コネクタ93は、車両3に設けられた充電口4に差し込むことが可能である。その状態で、外部電力供給装置90は、外部電力供給装置本体91から充電ケーブル92、充電用コネクタ93、充電口4および車両内部の配線5などを介して、車両3に搭載された電池2に電力を供給する。これにより、外部電力供給装置90は、車両3に搭載された電池2を充電することが可能である。
The external
外部熱源供給装置80は、外部電力供給装置90と共に充電装置70に設置される。外部熱源供給装置80は、車両3に搭載される電池温調装置1に冷熱または温熱を供給するものである。外部熱源供給装置80は、水、油または液体窒素などの熱媒体が流れる熱媒体回路800を備えている。熱源制御装置801は、その熱媒体回路800の各構成の動作を制御する。熱媒体回路800は、ポンプ802、第1バルブ803、ラジエータ804、チラー805、保温タンク806、第2バルブ807および、外部接続熱交換器83などが配管809によって接続されている。ポンプ802は、熱媒体回路800に熱媒体を循環させる。第1バルブ803は、ポンプ802から流出した熱媒体がラジエータ804またはチラー805に流れるように流路を切り替える。ラジエータ804は、ファン810によって送風される外気と、熱媒体とを熱交換させ、熱媒体を冷却するものである。ラジエータ804は、熱媒体に対し冷熱を供給するための熱源部の一例である。
The external heat
チラー805は、冷凍サイクル811を流れる低温低圧の冷媒と熱媒体との熱交換により、熱媒体を冷却するものである。冷凍サイクル811では、コンプレッサ812で圧縮された冷媒がコンデンサ813で外気に放熱された後、膨張弁814で減圧膨張される。そしてその冷媒はチラー805を流れる熱媒体から吸熱する。これにより、熱媒体は、冷凍サイクル811を循環する冷媒との熱交換により冷却される。したがって、冷凍サイクル811も、熱媒体に対し冷熱を供給するための熱源部の一例である。なお、熱媒体に対し冷熱を供給するための熱源部として、図示していないペルチェ素子や冷却液回路を採用することも可能である。ラジエータ804または冷凍サイクル811などの熱源部によって冷却された熱媒体は、配管809を流れて保温タンク806に貯留される。
The
保温タンク806は、その熱媒体を、所定の温度状態で貯留することが可能である。温度センサ816は、保温タンク806に貯留された熱媒体の温度を検出する。温度センサ816により検出された保温タンク806の熱媒体の温度は、熱源制御装置801に伝送される。保温タンク806は、急速充電時の電池2の発熱量に対応する冷熱量を貯留可能な大きさに設定されている。これにより、外部熱源供給装置80は、この保温タンク806に、所定の温度状態にした熱媒体を貯留しておくことで、電池2の温度調整のために短時間に大能力が必要な急速充電時に対応することができる。
The
保温タンク806から流出した熱媒体は、第2バルブ807を経由して外部接続熱交換器83に流れる。なお、第2バルブ807は、保温タンク806から流出した熱媒体が外部接続熱交換器83またはポンプ802に流れるように流路を切り替えるものである。外部接続熱交換器83は、車両3に設けられた車載熱接触面35に直接接触または熱伝導部材6を介して間接的に熱接触可能な外部熱接触面84を有している。外部接続熱交換器83は、配管809および外部配管82を流れる熱媒体により供給される熱を、外部熱接触面84から車載熱接触面35へ伝えることが可能である。
The heat medium flowing out of the
充電装置70に供給される電力は、外部電力供給装置本体91とは別に、外部熱源供給装置80用の蓄電池820に蓄電される。蓄電池820に蓄電された電力により、熱媒体回路800に設けられたポンプ802、および、ラジエータ804のファン810、冷凍サイクル811のコンプレッサ812およびファン817、第1バルブ803および第2バルブ807などが駆動する。蓄電池820は、それらの装置を急速充電時に駆動することが可能な電力を蓄電している。これにより、外部熱源供給装置80は、急速充電時に外部電力供給装置本体91に大電力が使用されるときにも、蓄電池820に蓄えた電力により駆動することができる。
The electric power supplied to the charging
以上説明した第7実施形態の充電装置70は、第1〜第6実施形態で説明した電池温調装置1に対応するものである。
The charging
(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified within the scope of the claims. Further, the above-described embodiments are not unrelated to each other, and can be appropriately combined unless the combination is clearly impossible. Further, in each of the above embodiments, it goes without saying that the elements constituting the embodiment are not necessarily essential except when it is clearly stated that they are essential and when they are clearly considered to be essential in principle. No. Further, in each of the above embodiments, when numerical values such as the number, numerical values, amounts, and ranges of the constituent elements of the embodiment are mentioned, when it is clearly stated that they are particularly essential, and in principle, the number is clearly limited to a specific number. It is not limited to the specific number except when it is done. Further, in each of the above embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc. of a component or the like, the shape, unless otherwise specified or limited in principle to a specific shape, positional relationship, etc. It is not limited to the positional relationship.
(1)他の実施形態では、外部熱源供給装置80が備える外部接続熱交換器83の外部熱接触面84と、電池温調装置1が備える接続熱交換器30の車載熱接触面35とは、全面同士が熱接触するものに限らない。例えば、電池温調装置1が備える接続熱交換器30の車載熱接触面35の上側の部位のみに外部熱接触面84が熱接触する構成でもよく、または、接続熱交換器30の車載熱接触面35の下側の部位のみに外部熱接触面84が熱接触する構成でもよい。
(1) In another embodiment, the external
(2)他の実施形態では、電池温調装置1は、1つの接続熱交換器30に対し、複数の電池用熱交換器10が配管を介して接続される構成としてもよい。その場合、1つの接続熱交換器30に対し、複数の電池用熱交換器10は並列に接続されてもよく、または、直列に接続されてもよい。
(2) In another embodiment, the battery
(まとめ)
上述の実施形態の一部または全部で示された第1の観点によれば、電池温調装置は、車両の外部に設置される外部熱源供給装置から供給される熱を用いて車両に搭載された電池の温度を調節する。電池温調装置は、電池用熱交換器、配管および接続熱交換器を備える。電池用熱交換器は、電池と熱媒体との熱交換を行う。配管は、電池用熱交換器に接続され、熱媒体が流れる。接続熱交換器は、外部熱源供給装置が有する外部熱接触面に直接接触または熱伝導部材を介して間接的に熱接触可能な車載熱接触面を有する。その接続熱交換器は、外部熱源供給装置が有する外部熱接触面から車載熱接触面を介して伝わる熱により、配管を通じて流れる熱媒体を冷却又は加熱する。
(Summary)
According to the first aspect shown in some or all of the above embodiments, the battery temperature control device is mounted on the vehicle using heat supplied from an external heat source supply device installed outside the vehicle. Adjust the temperature of the battery. The battery temperature controller includes a battery heat exchanger, piping and a connection heat exchanger. The battery heat exchanger exchanges heat between the battery and the heat medium. The piping is connected to the heat exchanger for batteries, and the heat medium flows through it. The connection heat exchanger has an in-vehicle heat contact surface capable of direct contact with the external heat contact surface of the external heat source supply device or indirectly through a heat conductive member. The connection heat exchanger cools or heats the heat medium flowing through the piping by the heat transferred from the external heat contact surface of the external heat source supply device through the vehicle-mounted heat contact surface.
第2の観点によれば、電池温調装置は、配管の途中に設けられたポンプをさらに備える。配管は、電池用熱交換器と接続熱交換器を接続する往路通路および復路通路を有する。電池用熱交換器、往路通路、復路通路、接続熱交換器およびポンプは、液体の熱媒体が循環する液回路を構成している。これによれば、電池温調装置は、液回路を使用した簡素な構成で、外部熱源供給装置から供給される冷熱または温熱を用いて、車両に搭載された電池の温度を調整することができる。 According to the second aspect, the battery temperature control device further includes a pump provided in the middle of the piping. The piping has an outward passage and a return passage connecting the heat exchanger for batteries and the connection heat exchanger. The battery heat exchanger, the outward passage, the return passage, the connection heat exchanger, and the pump constitute a liquid circuit in which a liquid heat medium circulates. According to this, the battery temperature control device has a simple configuration using a liquid circuit, and the temperature of the battery mounted on the vehicle can be adjusted by using the cold heat or the heat supplied from the external heat source supply device. ..
第3の観点によれば、配管は、液体通路および気体通路を有する。液体通路は、電池用熱交換器のうちで熱媒体の液面より下側に設けられた流出入口と、接続熱交換器のうちで熱媒体の液面より下側に設けられた流出入口とを接続する。気体通路は、電池用熱交換器のうちで熱媒体の液面より上側に設けられた流出入口と、接続熱交換器のうちで熱媒体の液面より上側に設けられた流出入口とを接続する。電池用熱交換器と配管と接続熱交換器は、熱媒体が循環するサーモサイフォン回路を構成している。サーモサイフォン回路を循環する熱媒体の液面は、電池用熱交換器の内側の流路の途中に位置し、且つ、接続熱交換器の内側の流路の途中に位置している。 According to a third aspect, the piping has a liquid passage and a gas passage. The liquid passage includes an outflow port provided below the liquid level of the heat medium in the heat exchanger for batteries and an outflow port provided below the liquid level of the heat medium in the connected heat exchanger. To connect. The gas passage connects the outflow port provided above the liquid level of the heat medium in the heat exchanger for batteries and the outflow port provided above the liquid level of the heat medium in the connected heat exchanger. To do. Battery heat exchanger, piping, and connection The heat exchanger constitutes a thermosiphon circuit in which a heat medium circulates. The liquid level of the heat medium circulating in the thermosiphon circuit is located in the middle of the inner flow path of the battery heat exchanger and in the middle of the inner flow path of the connection heat exchanger.
これによれば、電池用熱交換器の内側の流路で、熱媒体は蒸発と凝縮のどちらも行うことが可能である。また、接続熱交換器の内側の流路で、熱媒体は蒸発と凝縮のどちらも行うことが可能である。そのため、電池温調装置は、外部熱源供給装置が有する外部熱接触面から車載熱接触面を介して接続熱交換器に伝わる冷熱または温熱により、電池の冷却と暖機の両方を行うことが可能である。したがって、電池温調装置は、サーモサイフォン回路を用いた熱輸送効率の高い構成で、外部熱源供給装置から供給される熱を用いて、車両に搭載された電池の温度を調整することができる。 According to this, the heat medium can both evaporate and condense in the inner flow path of the battery heat exchanger. Also, in the flow path inside the connection heat exchanger, the heat medium can both evaporate and condense. Therefore, the battery temperature control device can both cool and warm the battery by the cold heat or heat transmitted from the external heat contact surface of the external heat source supply device to the connection heat exchanger via the in-vehicle heat contact surface. Is. Therefore, the battery temperature control device has a configuration with high heat transport efficiency using a thermosiphon circuit, and the temperature of the battery mounted on the vehicle can be adjusted by using the heat supplied from the external heat source supply device.
第4の観点によれば、電池温調装置は、車載熱源部をさらに備える。車載熱源部は、車両に搭載され、配管を通じて熱媒体が流れるように構成され、熱媒体と他の熱媒体との熱交換により、配管を通じて流れる熱媒体を冷却または加熱する。 According to the fourth aspect, the battery temperature control device further includes an in-vehicle heat source unit. The in-vehicle heat source unit is mounted on a vehicle and is configured so that a heat medium flows through a pipe, and the heat medium flowing through the pipe is cooled or heated by heat exchange between the heat medium and another heat medium.
これによれば、電池温調装置は、電池を充放電しているときの車両の状態や電池の発熱状態に応じて、車載熱源部を熱供給源とした電池の温度調整と、外部熱源供給装置を熱供給源とした電池の温度調整を使い分けることができる。例えば、車両停車中に外部電力供給装置から電池に充電を行う場合、電池の発熱量が大きいときは、外部熱源供給装置と車載熱源部の両方を熱供給源とした電池の温度調整を行う。また、車両停車中に外部電力供給装置から電池に充電を行う場合、電池の発熱量が小さく、且つ、車内に乗員が乗車しているときは、外部熱源供給装置を熱供給源とした電池の温度調整を行い、車載熱源部は車室内空調設備の熱供給源として利用してもよい。一方、車両走行時に電池が充放電により発熱する場合には、車載熱源部を熱供給源とした電池の温度調整を行うことが可能である。 According to this, the battery temperature control device adjusts the temperature of the battery using the in-vehicle heat source as the heat supply source and supplies the external heat source according to the state of the vehicle when the battery is charged and discharged and the heat generation state of the battery. The temperature control of the battery using the device as the heat supply source can be used properly. For example, when charging a battery from an external power supply device while the vehicle is stopped, when the amount of heat generated by the battery is large, the temperature of the battery is adjusted by using both the external heat source supply device and the in-vehicle heat source unit as heat supply sources. Further, when the battery is charged from the external power supply device while the vehicle is stopped, the amount of heat generated by the battery is small, and when the occupant is in the vehicle, the battery using the external heat source supply device as the heat supply source is used. The temperature may be adjusted and the in-vehicle heat source unit may be used as a heat supply source for the vehicle interior air conditioning equipment. On the other hand, when the battery generates heat due to charging / discharging while the vehicle is running, it is possible to adjust the temperature of the battery using the in-vehicle heat source unit as the heat supply source.
第5の観点によれば、車載熱源部は、車両に搭載される冷凍サイクルが備える蒸発器に接続された冷媒放熱器、車両に搭載される液回路に接続された液冷放熱器、空気放熱器、またはペルチェ素子により構成されている。これによれば、車載熱源部として、種々の構成を採用することが可能である。 According to the fifth aspect, the vehicle-mounted heat source unit includes a refrigerant radiator connected to an evaporator provided in a refrigeration cycle mounted on the vehicle, a liquid-cooled radiator connected to a liquid circuit mounted on the vehicle, and air heat dissipation. It is composed of a vessel or a Peltier element. According to this, it is possible to adopt various configurations as the in-vehicle heat source unit.
第6の観点によれば、電池温調装置は、外部熱接触面と車載熱接触面との間に設けられるペルチェ素子をさらに備える。これによれば、外部熱源供給装置から接続熱交換器に供給される冷熱または温熱をペルチェ素子により増加させることが可能である。例えば、外部熱源供給装置から接続熱交換器に冷熱を供給する場合、外部熱接触面の温度をペルチェ素子でさらに低い温度として、車載熱接触面に対し、より大きい冷熱を供給することが可能である。また、外部熱源供給装置から接続熱交換器に温熱を供給する場合、外部熱接触面の温度をペルチェ素子でさらに高い温度として、車載熱接触面に対し、より大きい温熱を供給することが可能である。したがって、電池温調装置は、電池の温度調整能力を高めることができる。 According to the sixth aspect, the battery temperature control device further includes a Peltier element provided between the external thermal contact surface and the vehicle-mounted thermal contact surface. According to this, it is possible to increase the cold heat or hot heat supplied from the external heat source supply device to the connection heat exchanger by the Peltier element. For example, when cold heat is supplied from the external heat source supply device to the connection heat exchanger, the temperature of the external heat contact surface can be set to a lower temperature by the Peltier element, and larger cold heat can be supplied to the in-vehicle heat contact surface. is there. Further, when the heat is supplied from the external heat source supply device to the connection heat exchanger, the temperature of the external heat contact surface can be set to a higher temperature by the Peltier element, and a larger heat can be supplied to the in-vehicle heat contact surface. is there. Therefore, the battery temperature control device can increase the temperature control ability of the battery.
第7の観点によれば、電池は、車両の外部に設置される外部電力供給装置から供給される電力により充電可能な構成である。電池温調装置は、外部電力供給装置の駆動および外部熱源供給装置の駆動を制御する充電制御装置と通信可能な電池制御装置を備える。その電池制御装置は、電池の急速充電時、充電制御装置との通信により、電池の温度が所定の電池温度閾値の範囲となるまで外部熱源供給装置が接続熱交換器に対して冷熱または温熱を供給するように制御する。また、電池制御装置は、充電制御装置との通信により、電池の温度が所定の電池温度閾値の範囲になった後、外部電力供給装置が電池に対して急速充電を開始するように制御する。 According to the seventh aspect, the battery has a configuration that can be charged by the electric power supplied from the external electric power supply device installed outside the vehicle. The battery temperature control device includes a battery control device capable of communicating with a charge control device that controls the drive of the external power supply device and the drive of the external heat source supply device. When the battery is rapidly charged, the battery control device communicates with the charge control device so that the external heat source supply device heats or cools the connected heat exchanger until the battery temperature falls within a predetermined battery temperature threshold range. Control to supply. Further, the battery control device controls the external power supply device to start rapid charging of the battery after the battery temperature reaches a predetermined battery temperature threshold value by communicating with the charge control device.
これによれば、電池の温度が高いときに急速充電を行うと、電池が劣化するおそれがある。一方、電池の温度が低いと、電池の内部抵抗が大きくなり、急速充電を行うことができない。そのため、電池制御装置は、電池の急速充電時、充電制御装置との通信により、外部熱源供給装置を用いて電池の温度を充電可能な所定の温度とした後、急速充電を開始するように制御する。 According to this, if quick charging is performed when the temperature of the battery is high, the battery may deteriorate. On the other hand, when the temperature of the battery is low, the internal resistance of the battery becomes large and quick charging cannot be performed. Therefore, the battery control device controls to start quick charging after the temperature of the battery is set to a predetermined temperature that can be charged by using an external heat source supply device by communicating with the charge control device at the time of quick charging of the battery. To do.
第8の観点によれば、電池制御装置は、充電制御装置との通信により、外部熱源供給装置から接続熱交換器に対して供給する熱量を電池の温度に応じて調整する。これによれば、電池制御装置は、充電制御装置との通信により、外部熱源供給装置から供給される熱量を適切に制御し、電池を短時間で充電可能な所定の温度範囲にすることができる。 According to the eighth aspect, the battery control device adjusts the amount of heat supplied from the external heat source supply device to the connection heat exchanger according to the temperature of the battery by communicating with the charge control device. According to this, the battery control device can appropriately control the amount of heat supplied from the external heat source supply device by communicating with the charge control device, and can bring the battery into a predetermined temperature range in which the battery can be charged in a short time. ..
第9の観点によれば、車両の外部に設置される外部熱源供給装置は、ポンプ、熱源部、保温タンク、および、外部接続熱交換器を備える。ポンプは、熱媒体回路に熱媒体を循環させる。熱源部は、熱媒体回路を流れる熱媒体を冷却または加熱する。保温タンクは、熱源部で冷却または加熱された熱媒体を、所定の温度で貯留する。外部接続熱交換器は、車両に設けられた車載熱接触面に直接接触または熱伝導部材を介して間接的に熱接触可能な外部熱接触面を有する。そして外部接続熱交換器は、熱媒体回路を流れる熱媒体により供給される熱を、外部熱接触面から車載熱接触面へ伝えることが可能である。 According to the ninth aspect, the external heat source supply device installed outside the vehicle includes a pump, a heat source unit, a heat retaining tank, and an externally connected heat exchanger. The pump circulates the heat medium through the heat medium circuit. The heat source unit cools or heats the heat medium flowing through the heat medium circuit. The heat insulation tank stores the heat medium cooled or heated by the heat source portion at a predetermined temperature. The externally connected heat exchanger has an external heat contact surface that can be directly contacted with an in-vehicle heat contact surface provided on the vehicle or indirectly via a heat conductive member. The externally connected heat exchanger can transfer the heat supplied by the heat medium flowing through the heat medium circuit from the external heat contact surface to the vehicle-mounted heat contact surface.
これによれば、外部熱源供給装置は、所定の温度状態にした熱媒体を保温タンクに貯留しておくことで、電池の温度調整のために短時間に大能力が必要な急速充電時に対応することができる。 According to this, the external heat source supply device stores the heat medium in a predetermined temperature state in the heat insulating tank, so that it can cope with the rapid charging that requires a large capacity in a short time for adjusting the temperature of the battery. be able to.
第10の観点によれば、外部熱源供給装置は、ポンプおよび熱源部を駆動するための電力を蓄電する蓄電池をさらに備える。これによれば、外部熱源供給装置は、急速充電時を除く時間に蓄電池に電力を蓄電しておくことで、電池の充電のために大電力が必要な急速充電時にも、予め蓄電池に蓄えた電力を使って電池の冷却を行うことが可能である。 According to the tenth aspect, the external heat source supply device further includes a storage battery for storing electric power for driving the pump and the heat source unit. According to this, the external heat source supply device stores electric power in the storage battery at a time other than the time of quick charging, so that the external heat source supply device stores the electric power in the storage battery in advance even during quick charging, which requires a large amount of electric power for charging the battery. It is possible to cool the battery using electric power.
1 電池温調装置
2 電池
3 車両
6 熱伝導部材
10 電池用熱交換器
21、22 配管
30 接続熱交換器
35 車載熱接触面
80 外部熱源供給装置
84 外部熱接触面
1 Battery
Claims (8)
前記電池と熱媒体との熱交換を行う電池用熱交換器(10)と、
前記電池用熱交換器に接続され、熱媒体が流れる配管(21、22)と、
前記外部熱源供給装置が有する外部熱接触面(84)に直接接触または熱伝導部材(6)を介して間接的に熱接触可能な車載熱接触面(35)を有し、前記外部熱接触面から前記車載熱接触面を介して伝わる熱により、前記配管を通じて流れる熱媒体を冷却又は加熱する接続熱交換器(30)と、を備える電池温調装置。 A battery temperature control device that adjusts the temperature of the battery (2) mounted on the vehicle by using the heat supplied from the external heat source supply device (80) installed outside the vehicle (3).
A battery heat exchanger (10) that exchanges heat between the battery and the heat medium.
Piping (21, 22) connected to the battery heat exchanger and through which a heat medium flows,
The external heat contact surface (84) has an in-vehicle heat contact surface (35) that can be directly contacted or indirectly heat-contacted via a heat conduction member (6). A battery temperature control device including a connection heat exchanger (30) that cools or heats a heat medium flowing through the pipe by heat transferred from the vehicle-mounted heat contact surface.
前記配管は、前記電池用熱交換器と前記接続熱交換器を接続する往路通路(213)および復路通路(214)を有するものであり、
前記電池用熱交換器、前記往路通路、前記復路通路、前記接続熱交換器および前記ポンプは、液体の熱媒体が循環する液回路(300)を構成している、請求項1に記載の電池温調装置。 A pump (25) provided in the middle of the pipe is further provided.
The pipe has an outward passage (213) and a return passage (214) for connecting the battery heat exchanger and the connection heat exchanger.
The battery according to claim 1, wherein the battery heat exchanger, the outward passage, the return passage, the connection heat exchanger, and the pump constitute a liquid circuit (300) in which a liquid heat medium circulates. Temperature control device.
前記電池用熱交換器のうちで熱媒体の液面(FL1)より下側に設けられた流出入口(121)と、前記接続熱交換器のうちで熱媒体の液面(FL2)より下側に設けられた流出入口(321)とを接続する液体通路(211)と、
前記電池用熱交換器のうちで熱媒体の液面より上側に設けられた流出入口(111)と、前記接続熱交換器のうちで熱媒体の液面より上側に設けられた流出入口(311)とを接続する気体通路(212)と、を有するものであり、
前記電池用熱交換器と前記配管と前記接続熱交換器は、熱媒体が循環するサーモサイフォン回路(100)を構成しており、
前記サーモサイフォン回路を循環する熱媒体の液面(FL1、FL2)は、前記電池用熱交換器の内側の流路の途中に位置し、且つ、前記接続熱交換器の内側の流路の途中に位置している、請求項1に記載の電池温調装置。 The piping
An outflow port (121) provided below the liquid level (FL1) of the heat medium in the heat exchanger for batteries, and a side below the liquid level (FL2) of the heat medium in the connected heat exchanger. A liquid passage (211) connecting the outflow port (321) provided in the
The outflow port (111) provided above the liquid level of the heat medium in the heat exchanger for batteries and the outflow port (311) provided above the liquid level of the heat medium in the connected heat exchanger. ), And has a gas passage (212).
The battery heat exchanger, the piping, and the connection heat exchanger form a thermosiphon circuit (100) in which a heat medium circulates.
The liquid levels (FL1, FL2) of the heat medium circulating in the thermosiphon circuit are located in the middle of the inner flow path of the battery heat exchanger, and in the middle of the inner flow path of the connection heat exchanger. The battery temperature control device according to claim 1, which is located in.
前記電池温調装置は、前記外部電力供給装置の駆動および前記外部熱源供給装置の駆動を制御する充電制御装置(9)と通信可能な電池制御装置(8)をさらに備え、
前記電池制御装置は、前記電池の急速充電時、前記充電制御装置との通信により、前記電池の温度が所定の電池温度閾値の範囲となるまで、前記外部熱源供給装置が前記接続熱交換器に対して冷熱または温熱を供給するように制御し(S50)、
前記電池の温度が所定の電池温度閾値の範囲になった後、前記外部電力供給装置が前記電池に対して急速充電を開始するように制御する(S30)、請求項1ないし6のいずれか1つに記載の電池温調装置。 The battery has a configuration that can be charged by electric power supplied from an external electric power supply device (90) installed outside the vehicle.
The battery temperature control device further includes a battery control device (8) capable of communicating with a charge control device (9) that controls the drive of the external power supply device and the drive of the external heat source supply device.
In the battery control device, when the battery is rapidly charged, the external heat source supply device is connected to the connection heat exchanger until the temperature of the battery falls within a predetermined battery temperature threshold range by communication with the charge control device. Controlled to supply cold or hot heat (S50),
Any one of claims 1 to 6 controls the external power supply device to start rapid charging of the battery after the battery temperature reaches a predetermined battery temperature threshold range (S30). The battery temperature control device described in 1.
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