JP6976762B2 - Battery pack - Google Patents
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Description
本発明は、電池パックに関する。 The present invention relates to a battery pack.
電気車両(EV)、ハイブリッド車両(HEV)、プラグインハイブリッド車両(PHEV)等の車両は、駆動源であるモータの駆動に必要な電力を供給する電源として、例えば電池パックが搭載されている。電池パックは、例えば、複数個の電池(二次電池)が収容されており、各電池が直列および/または並列に接続されている。電池パックに収容される電池には、例えば、リチウムイオン電池が利用される。リチウムイオン電池は、低温時の入出力特性が低下する。そのため、低温時の車両の始動に支障をきたさないように、大容量のリチウムイオン電池を搭載することで、容量当たりの入出力負荷を軽減している。例えば、特許文献1では、電池の温度上昇を防ぐことができるが、低温時の電池の入出力特性を確保するまでには至っていない。
Vehicles such as electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid vehicles (PHEVs) are equipped with, for example, a battery pack as a power source for supplying power necessary for driving a motor as a drive source. The battery pack contains, for example, a plurality of batteries (secondary batteries), and each battery is connected in series and / or in parallel. As the battery housed in the battery pack, for example, a lithium ion battery is used. Lithium-ion batteries have reduced input / output characteristics at low temperatures. Therefore, by installing a large-capacity lithium-ion battery so as not to interfere with the start of the vehicle at low temperatures, the input / output load per capacity is reduced. For example, in
低温時の電池の入出力特性を確保する方法として、例えば、電池自体をヒータで加熱する方法がある。ヒータをすべての電池に接触するように配索すると、電池間に隙間を設ける必要があり、電池パックの容積に対するエネルギー密度が低下することから、改善の余地がある。 As a method of ensuring the input / output characteristics of the battery at low temperature, for example, there is a method of heating the battery itself with a heater. If the heater is arranged so as to be in contact with all the batteries, it is necessary to provide a gap between the batteries, and the energy density with respect to the volume of the battery pack decreases, so there is room for improvement.
本発明は、低温時の電池出力の低下を抑制することができる電池パックを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a battery pack capable of suppressing a decrease in battery output at low temperatures.
上記目的を達成するため、本発明に係る電池パックは、熱伝導性を有する筐体と、前記筐体の内部空間に配列され、かつ前記筐体に保持される複数個の電池と、前記筐体に収容されるとともに、各前記電池の少なくとも一部に直接接触し、かつ凝固点以下で過冷却状態に移行する潜熱蓄熱部材と、前記潜熱蓄熱部材の前記過冷却状態を解除する過冷却解除手段と、を備え、前記潜熱蓄熱部材は、前記電池の使用温度範囲の上限温度に対応する温度より低い温度で固相から液相に相変化する融点を有し、前記凝固点以下で前記過冷却状態に移行し、かつ前記過冷却状態が自然に解除される温度まで前記過冷却状態を維持し、前記潜熱蓄熱部材は、複数個の前記電池と鉛直方向に対向する前記筐体の内部底面に貯留し、前記潜熱蓄熱部材は、液相時に、前記筐体の内部空間を残して収容され、かつ各前記電池を少なくとも部分的に覆うように貯留され、前記過冷却解除手段は、前記電池パックにより駆動する車両の始動を検出する始動検出手段を備え、前記始動検出手段により前記車両の始動が検出されたときに、前記潜熱蓄熱部材に任意のエネルギーを与えて前記過冷却状態を解除し、前記車両が停止した後の始動時に、前記電池の温度が前記潜熱蓄熱部材の凝固点に対応する温度以下で、かつ外気温が前記電池への加温が必要となる第1閾値温度以下の場合に、前記過冷却状態を解除する、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the battery pack according to the present invention includes a housing having thermal conductivity, a plurality of batteries arranged in the internal space of the housing and held in the housing, and the housing. A latent heat storage member that is housed in the body and that directly contacts at least a part of each of the batteries and shifts to a supercooled state below the freezing point, and a supercooling releasing means for releasing the supercooled state of the latent heat storage member. The latent heat storage member has a melting point that changes from a solid phase to a liquid phase at a temperature lower than the temperature corresponding to the upper limit temperature of the operating temperature range of the battery, and is in the supercooled state below the freezing point. And the supercooled state is maintained until the temperature at which the supercooled state is naturally released, and the latent heat storage member is stored in the inner bottom surface of the housing vertically facing the plurality of batteries. However, the latent heat storage member is housed in the liquid phase, leaving the internal space of the housing, and is stored so as to cover at least a part of each of the batteries, and the supercooling releasing means is the battery pack. A start detecting means for detecting the start of the vehicle driven by the above means is provided, and when the start of the vehicle is detected by the start detection means, arbitrary energy is applied to the latent heat storage member to release the supercooled state. When the temperature of the battery is equal to or lower than the temperature corresponding to the freezing point of the latent heat storage member and the outside temperature is equal to or lower than the first threshold temperature at which the battery needs to be heated at the time of starting after the vehicle has stopped. , The supercooled state is released .
また、上記電池パックにおいて、前記過冷却解除手段は、前記車両が停止した後、前記電池の温度が前記潜熱蓄熱部材の凝固点に対応する電池温度以下であって、前記外気温が前記第1閾値温度より越えて、かつ前記電池の温度が前記外気温に第2閾値温度を加えた温度以下の場合に、前記過冷却状態を解除することが好ましい。 Further, in the battery pack, in the overcooling release means, after the vehicle is stopped, the temperature of the battery is equal to or lower than the battery temperature corresponding to the freezing point of the latent heat storage member, and the outside air temperature is the first threshold value. It is preferable to release the overcooling state when the temperature exceeds the temperature and the temperature of the battery is equal to or lower than the temperature obtained by adding the second threshold temperature to the outside air temperature.
本発明に係る電池パックによれば、低温時の電池出力の低下を抑制することができるという効果を奏する。 According to the battery pack according to the present invention, there is an effect that a decrease in battery output at low temperature can be suppressed.
以下に、本発明の実施形態に係る電池パックを図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態により本発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。 Hereinafter, the battery pack according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments shown below. In addition, the components in the embodiments shown below include those that can be easily replaced by those skilled in the art, or those that are substantially the same. Furthermore, the configurations described below can be combined as appropriate.
[実施形態]
本実施形態に係る電池パックについて説明する。図1は、実施形態に係る電池パックの概略構成を示す部分平面図である。図2は、図1中のA−A断面図である。図3は、実施形態に係る潜熱蓄熱部材のDSC曲線の一例を示す図である。図4は、実施形態に係るBMUの過冷却状態解除動作を示すフローチャート図である。図5は、実施形態に係る電池の温度降下時間、電池温度と外気温との温度差の割合を示すグラフである。なお、図1(図6も同様)は、筐体の蓋(不図示)を取り外して、内部空間を外部に露出させた状態を示す図である。ここで、図1(図2、図6、図7も同様)のX方向は、以下に示す実施形態における電池パックの幅方向である。Y方向は、以下に示す実施形態における電池パックの奥行き方向であり、幅方向と直交する方向である。Z方向は、以下に示す実施形態における電池パックの上下方向であり、幅方向および奥行き方向と直交する方向である。
[Embodiment]
The battery pack according to this embodiment will be described. FIG. 1 is a partial plan view showing a schematic configuration of a battery pack according to an embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. FIG. 3 is a diagram showing an example of the DSC curve of the latent heat storage member according to the embodiment. FIG. 4 is a flowchart showing the operation of releasing the supercooled state of the BMU according to the embodiment. FIG. 5 is a graph showing the temperature drop time of the battery and the ratio of the temperature difference between the battery temperature and the outside air temperature according to the embodiment. Note that FIG. 1 (also in FIG. 6) is a diagram showing a state in which the lid (not shown) of the housing is removed to expose the internal space to the outside. Here, the X direction of FIG. 1 (the same applies to FIGS. 2, 6, and 7) is the width direction of the battery pack in the embodiment shown below. The Y direction is the depth direction of the battery pack in the embodiment shown below, and is a direction orthogonal to the width direction. The Z direction is the vertical direction of the battery pack in the embodiment shown below, and is a direction orthogonal to the width direction and the depth direction.
本実施形態に係る電池パック1Aは、駆動源としてモータを用いる車両、例えば電気車両(EV)、ハイブリッド車両(HEV)、プラグインハイブリッド車両(PHEV)等に搭載され、モータに電力を供給する高電圧電源である。電池パック1Aは、図1および図2に示すように、筐体2と、複数個の電池3と、潜熱蓄熱部材4と、過冷却解除部6とを含んで構成される。
The
筐体2は、複数個の電池3、潜熱蓄熱部材4、および保持部材(不図示)を収容するものである。筐体2は、例えば、外表面が車両外から取り込まれた外気等と接触可能な場所に設けられている。本実施形態における筐体2は、内部空間2aを有する箱状に形成されている。筐体2は、熱伝導性を有するものであり、例えば、鉄(Fe)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)等により構成されている。なお、筐体2は、蓋により、内部空間2aを閉塞する。電池パック1Aに防水性が要求される場合は、筐体2と蓋との間に防水構造を形成し、内部空間2aを密閉する。
The
複数個の電池3は、それぞれが充放電可能な二次電池である。本実施形態の電池3は、例えば、鉛直方向に延びる円筒型のリチウムイオン電池で構成される。複数個の電池3は、筐体2の内部空間2aに配列され、かつ筐体2に保持部材により保持される。本実施形態における複数個の電池3は、筐体2の内部空間2aにおいて上下方向と直交する方向(幅方向または奥行き方向)に互いに間隔をあけて千鳥格子状または正方格子状に配列される。なお、複数個の電池3を筐体2に保持する保持部材については、どのような構造、構成であってもよい。
Each of the plurality of
潜熱蓄熱部材4は、熱伝導性および蓄熱性を有し、筐体2よりも蓄熱量が大きく、顕熱と潜熱の両方の特性を有する潜熱蓄熱材で構成される。潜熱蓄熱材は、典型的には、融点で固相から液相に相変化(融解)するときに熱を蓄え(蓄熱)、凝固点で液相から固相に相変化(凝固)するときに熱を放出(放熱)する特性を有する。本実施形態における潜熱蓄熱材は、凝固点以下で過冷却状態に移行する。過冷却状態は、潜熱蓄熱材が凝固点を過ぎて冷却されても液相から固相に相変化せずに液相を維持している状態をいう。このような特性を有する潜熱蓄熱材は、いわゆる過冷却型潜熱蓄熱材とも呼ばれる、過冷却型潜熱蓄熱材は、例えば、酢酸ナトリウム三水和物(CH3COONa・3H2O)、硝酸ニッケル(II)六水和物(Ni(NO3)2・6H2O)、チオ硫酸ナトリウム五水和物(Na2S2O3・5H2O)、臭化カルシウム・六水塩(CaBr2・6H2O)等が挙げられるが、上記特性を有するものであれば、これらに限定されるものではない。
The latent
潜熱蓄熱部材4は、筐体2に収容されるとともに、少なくとも各電池3および筐体2と直接熱的に接続される。ここで、潜熱蓄熱部材4が各電池3および筐体2と直接熱的に接続されるとは、各電池3および筐体2と接触することで、潜熱蓄熱部材4と、各電池3および筐体2との間で直接的に熱の授受が可能な場合をいう。本実施形態における潜熱蓄熱部材4は、液相時に流動性を有し、複数個の電池3と鉛直方向に対向する筐体2の内部底面2bに貯留する。潜熱蓄熱部材4は、液相時に、筐体2の内部空間2aを残して収容され、かつ各電池3を少なくとも部分的に覆うように貯留される。潜熱蓄熱部材4は、液相時に、車両が傾斜していない状態で複数個の電池3のすべてを全体的に覆うように筐体2内に充填されていてもよいし、車両が最大安定傾斜角まで傾斜しても複数個の電池3のすべてを少なくとも部分的に覆うように貯留されていてもよい。
The latent
過冷却解除部6は、過冷却解除手段であり、潜熱蓄熱部材4の過冷却状態を解除するものである。過冷却解除部6は、ドライバ11と、BMU12と、電磁リレー(電磁継電器)13とを含んで構成される。
The supercooling
ドライバ11は、BMU12からの制御信号16に基づいて電磁リレー13に電圧15を印加して電磁リレー13を駆動するものである。ドライバ11は、電源7からの電力供給を受けて駆動する。電源7は、例えば、車両に搭載され、電池パック1Aとは異なる電圧を有する補機バッテリである。補機バッテリは、典型的には、車両内の各種補機に電力を供給するための12Vの二次電池である。電源7は、例えばDC/DCコンバータ(不図示)を介して電池パック1Aに接続され、電池パック1Aの出力電圧がDC/DCコンバータによって降圧され供給されることで適宜充電される。
The
BMU(Battery Management Unit)12は、典型的には、温度センサ、電圧センサ、電流センサ等により、電池3の温度、充電電圧、充電電流等を検出し、電池3が過充電や過放電とならないように電池3の状態を監視するものである。BMU12は、例えばマイクロコンピュータであり、電源7からの電力供給を受けて駆動する。本実施形態におけるBMU12は、電池管理手段としての機能と、車両の始動検出手段としての機能を有する。
The BMU (Battery Management Unit) 12 typically detects the temperature, charging voltage, charging current, etc. of the
BMU12は、電池管理手段として、温度センサ(不図示)から入力された温度センサ信号14に基づいて電池3の温度(以下、「電池温度」とも呼ぶ)を検出すると共に、外気温センサ(不図示)から入力された外部信号17に基づいて外気温を検出する。温度センサおよび外気温センサは、例えば、サーミスタ等で構成される。温度センサは、電池3の内部または近傍に設置されている。外気温センサは、車両外から取り込まれた外気と接触可能な場所に設置されている。
As a battery management means, the
BMU12は、始動検出手段として、不図示のMPU(Micro Processing Unit)から入力された外部信号17に基づいて、車両の始動および停止を判定する。MPUは、車両内の各部を制御するものである。外部信号17は、外気温センサから出力される外気温センサ信号、MPUから出力される車両停止信号や車両始動信号等を総称するものである。車両の始動は、例えば、車両に搭載された不図示のSMR(System Main Relay)がONされ、電池パック1Aからモータへの電力供給が可能で、車両がアクセルペダルの操作に応じて走行可能な状態をいう。車両の停止は、例えば、SMRがOFFされ、電池パック1Aからモータへの電力供給が不可能で、車両が直ちに走行できない状態をいう。BMU12は、車両が停止した後、電池温度、外気温、および車両の始動有無に応じて、過冷却状態にある潜熱蓄熱部材4に任意のエネルギーを与えて過冷却状態を解除するように制御する。この任意のエネルギーには、例えば「衝撃」が含まれる。すなわち、BMU12は、ドライバ11に制御信号16を送信し、ドライバ11により電磁リレー13を駆動して潜熱蓄熱部材4に衝撃を与える。
The
電磁リレー13は、典型的には、電磁石により可動鉄片を物理的に動かしてスイッチを開閉するものである。本実施形態における電磁リレー13は、潜熱蓄熱部材4に直接または間接的に衝撃を与えて過冷却状態を解除するものである。すなわち、電磁リレー13は、例えば電磁石により可動鉄片を動作させることで振動を発生し、過冷却状態を解除するための衝撃を潜熱蓄熱部材4に与える。電磁リレー13は、図2に示すように、潜熱蓄熱部材4内に埋設され、内部底面2b上に固定される。電磁リレー13は、例えば不図示の電磁石、可動鉄片、固定鉄片、復帰ばね等を含んで構成され、電磁石に通電すると鉄芯に吸引力が発生して可動鉄片と一方の固定鉄片とが衝突する。電磁石の通電が無くなると、復帰ばねの力で可動鉄片がもとの状態に戻って他方の固定鉄片と衝突する。電磁リレー13は、これらの動作が繰り返されることで振動が発生する。
The
次に、本実施形態に係る電池パック1Aの熱特性について図3を参照して説明する。なお、図3に示すDSC(Differential scanning calorimetry)曲線は、縦軸に熱流[mW]、横軸に温度[℃]を示す。DSC(示差走査熱量測定)の詳細については省略する。
Next, the thermal characteristics of the
車両の走行中は、各電池3で熱が発生して電池温度が上昇する。各電池3で発生した熱は、各電池3の外周面3aを介して、潜熱蓄熱部材4に伝熱され、潜熱蓄熱部材4に一旦蓄熱される。潜熱蓄熱部材4に蓄熱された熱は、一部が潜熱蓄熱部材4に接する筐体2の内部底面2bおよび内部側面2cに伝熱され、筐体2の外表面から外気等に放熱されるので、潜熱蓄熱部材4を介して各電池3が冷却される。さらに、電池温度が上昇した場合、液相に相変化した潜熱蓄熱部材4が自然対流や車両走行時の揺れ等によって流動し、液温の均一化が急速に進むとともに、筐体2の内部底面2bや内部側面2cに繰り返し伝熱され、筐体2の外表面から外気等への放熱が促されるので、電池3を継続的に許容上限温度60℃以下で使用することができ、電池3の劣化の進行を抑制することができる。
While the vehicle is running, heat is generated in each
車両の走行中に、急加速等で電池3に高負荷がかかり、電池温度が急激に上昇した場合、潜熱蓄熱部材4が融点で固相から液相に相変化(融解)して電池3に生じた熱を吸熱するので、電池温度の上昇を抑制することができる。本実施形態における潜熱蓄熱部材4は、電池3の使用温度範囲の上限温度に対応する温度より低い温度で固相から液相に相変化する融点を有する。電池3がリチウムイオン電池の場合、電池温度が使用温度範囲(例えば−30℃〜60℃)であれば電池出力や電池寿命に対する影響を抑えることが可能であるが、上限温度60℃を超える環境で使用すると劣化が進む。潜熱蓄熱部材4の融点(相変化温度)は、上限温度60℃よりも低い温度、例えば38℃〜50℃の範囲で設定されることが好ましい。さらに、潜熱蓄熱部材4の融点は、例えば電池3の使用温度範囲の上限温度が60℃である場合、38℃〜50℃が好適である。潜熱蓄熱部材4は、融点より高い温度で吸熱ピークを迎えることから(図示の矢印a)、融点が電池3の使用温度範囲の上限温度の手前にあることで、電池温度を使用温度範囲内に抑えることが可能となる。潜熱蓄熱部材4の吸熱ピークは、例えば45℃〜60℃の範囲内にあることが好ましい。さらに、潜熱蓄熱部材4の吸熱ピークは、電池3の使用温度範囲の上限温度が好適である。
When a high load is applied to the
車両の停止後しばらく経過した場合、潜熱蓄熱部材4は、温度が低下して凝固点に達しても液相から固相への相変化(凝固)することなく、過冷却状態に移行する。本実施形態における潜熱蓄熱部材4は、例えば凝固点が融点と略同一であり、38℃〜50℃の範囲内にあることが好ましい。潜熱蓄熱部材4は、過冷却状態に移行すると、過冷却状態が自然に解除される温度まで過冷却状態を維持する。本実施形態では、過冷却状態が自然に解除される温度を過冷却自然解除点と呼ぶ。潜熱蓄熱部材4は、過冷却自然解除点を電池3の使用温度範囲の下限温度(例えば−30℃)の付近にすることで、凝固点から過冷却自然解除点までの温度範囲(以下、「過冷却領域」とも呼ぶ)では過冷却状態を維持し、任意のタイミングで過冷却解除部6により過冷却状態が解除される。
When a while has passed after the vehicle is stopped, the latent
本実施形態に係る潜熱蓄熱部材4は、電池温度および外気温に応じて過冷却状態が解除される。例えば、車両の始動時に電池温度および外気温がいずれも低い場合、潜熱蓄熱部材4を過冷却状態から解除することで、潜熱蓄熱部材4に生じた凝固熱を電池3に伝熱することができ、電池3の出力特性を確保または維持する。潜熱蓄熱部材4が過冷却状態のまま、電池温度の上昇により暖められて融点に達した場合、相変化による吸熱効果が得られないおそれがあることから、電池温度および外気温に応じて、過冷却状態が解除される。
The latent
次に、電池パック1Aにおける過冷却解除部6の動作について図4を参照して説明する。過冷却解除部6は、例えば、車両の始動(例えば、イグニッションON)とともに起動するものとするが、これに限定されるものではない。例えば、タイマーによる自動起動やリモコンによる起動であってもよい。
Next, the operation of the supercooling
ステップS11では、BMU12は、MPUから受信する車両停止信号に応じて、車両が停止したか否かを判定する。BMU12は、MPUから車両停止信号を受信した場合、車両が停止したと判定して、ステップS12に進む。一方、MPUから車両停止信号を受信していない場合には、ステップS11を繰り返す。
In step S11, the
ステップS12では、BMU12は、現在の電池温度TBが潜熱蓄熱部材4の凝固点に対応する電池温度TL以下か否かを判定する。電池温度TBは、BMU12が温度センサ信号14を受信して取得したものである。電池温度TLは、BMU12が内部のメモリから取得したものであり、潜熱蓄熱部材4が高温から凝固点に達したときの電池温度である。ステップS12の判定の結果、電池温度TBが電池温度TL以下の場合には、ステップS13に進む。一方、電池温度TBが電池温度TLを越える場合には、ステップS16に進む。
In step S12, the
ステップS13では、BMU12は、外気温が第1閾値温度TS1以下か否かを判定する。外気温は、BMU12が外部信号17を受信して取得したものである。第1閾値温度TS1は、電池3を加温するか否かを判定するために予め設定される温度であり、例えば10℃である。第1閾値温度TS1は、電池3の種類(正極、負極等)に応じて変更される。ステップS13の判定の結果、外気温が第1閾値温度TS1以下である場合には、ステップS14に進む。一方、外気温が第1閾値温度TS1を越える場合には、ステップS18に進む。
In step S13, the
ステップS14では、BMU12は、MPUから受信する車両始動信号に応じて、車両が始動したか否かを判定する。BMU12は、MPUから車両始動信号を受信した場合、車両が始動したと判定して、ステップS15へ進む。一方、MPUから車両始動信号を受信していない場合には、ステップS12に戻る。
In step S14, the
ステップS15では、BMU12は、潜熱蓄熱部材4の過冷却状態を解除して、本処理を終了する。BMU12は、電池温度TBが十分に下がり、電池3への伝熱を行う必要があることから、ドライバ11に制御信号16を送信し、ドライバ11により電磁リレー13を駆動して潜熱蓄熱部材4に衝撃を与える。電磁リレー13は、電磁石により可動鉄片を動作させることで振動を発生して潜熱蓄熱部材4に衝撃を与える。
In step S15, the
ステップS16では、BMU12は、MPUから受信する車両始動信号に応じて、車両が始動したか否かを判定する。MPUから車両始動信号を受信した場合、車両が始動したと判定して、ステップS17へ進む。一方、MPSから車両始動信号を受信していない場合、車両が始動していないと判定して、ステップS12に戻る。
In step S16, the
ステップS17では、BMU12は、潜熱蓄熱部材4の過冷却状態の解除不可と判定して、本処理を終了する。BMU12は、電池温度TBが十分に下がっておらず、電池3への伝熱を行う必要がないことから、潜熱蓄熱部材4の過冷却状態の解除を行うことなく、終了する。
In step S17, the
ステップS18では、BMU12は、電池温度TBが外気温に第2閾値温度TS2を加えた温度以下か否かを判定する。第2閾値温度TS2は、電池温度TBと外気温との差分の許容温度である。すなわち、潜熱蓄熱部材4の過冷却状態の解除は、電池温度TBが外気温と同じ温度まで低下した後に実施することが好ましいが、車両停止後に電池温度TBが外気温と同じ温度まで低下するには相当な時間がかかる。図5は、縦軸の一方が電池温度[℃]、他方が温度差の割合[%]であり、横軸が時間[秒]である。例えば、図5に示すように、車両停止直後の電池温度TBが60℃である場合、外気温25℃と同じ温度まで低下するのに約1800秒(約30分)かかる。そこで、本実施形態では、電池温度TBが(外気温+第2閾値温度TS2)と同じ温度まで低下したときに、潜熱蓄熱部材4の過冷却状態を解除する。第2閾値温度TS2は、例えば車両停止時の電池温度TB(図示例の60℃)と外気温(図示例の25℃)との温度差の割合5%(約1.75℃)とする。第2閾値温度TS2に対応する電池温度と外気温との温度差の割合が5%の場合、電池温度TBが(外気温+第2閾値温度TS2)と同じ温度まで低下する時間が約800秒(約13分)に短縮される。ステップS18の判定の結果、電池温度TBが第2閾値温度TS2を越える場合、ステップS11に戻る。一方、電池温度TBが第2閾値温度TS2以下の場合、ステップS15に進む。
In step S18, the
以上のように、本実施形態に係る電池パック1Aは、熱伝導性を有する筐体2と、筐体2の内部空間2aに配列され、かつ筐体2に保持される複数個の電池3と、筐体2に収容されるとともに、各電池3に直接または熱伝導部材5を介して接続され、かつ凝固点以下で過冷却状態に移行する潜熱蓄熱部材4と、潜熱蓄熱部材4の過冷却状態を解除する過冷却解除部6とを備える。潜熱蓄熱部材4は、電池3の使用温度範囲の上限温度に対応する温度より低い温度で固相から液相に相変化する融点を有し、凝固点以下で過冷却状態に移行し、かつ過冷却状態が自然に解除される温度まで過冷却状態を維持する。
As described above, the
上記構成を有する電池パック1Aによれば、例えば車両の低温時に潜熱蓄熱部材4の過冷却状態を過冷却解除部6により解除することで、低温時の電池出力の低下を抑制することができる。また、潜熱蓄熱部材4の潜熱を電池3に伝熱して電池温度の低下を抑制するので、電池パック1A内のヒータの配置によるエネルギー密度の低下や消費電力の増加による燃費性能の低下を抑制することが可能となる。
According to the
また、上記構成を有する電池パック1Aは、過冷却解除部6が、車両の始動を検出したときに、潜熱蓄熱部材4に衝撃を与えて過冷却状態を解除する。これにより、車両の始動時に潜熱蓄熱部材4を過冷却状態から解除することで、潜熱蓄熱部材4に生じた凝固熱を電池3に伝熱することができ、始動時の電池出力の低下を抑制することができる。
Further, in the
また、上記構成を有する電池パック1Aは、過冷却解除部6が、車両の停止後の始動時に、電池温度が潜熱蓄熱部材4の凝固点に対応する温度以下で、かつ外気温が電池への加温が必要となる第1閾値温度TS1以下の場合に過冷却状態を解除する。これにより、例えば外気温に応じて潜熱蓄熱部材4の過冷却状態を解除することができる。
Further, in the
また、上記構成を有する電池パック1Aは、過冷却解除部6が、車両の停止後、電池温度が潜熱蓄熱部材4の凝固点に対応する電池温度以下であって、外気温が第1閾値温度TS1より越えて、かつ外気温に第2閾値温度TS2を加えた温度以下の場合に、過冷却状態を解除する。これにより、例えば外気温に応じて潜熱蓄熱部材4の過冷却状態を解除する場合において、時間を掛けることなく、過冷却状態の解除を判定することができる。
Further, in the
また、上記構成を有する電池パック1Aは、過冷却解除部6が、車両の停止後の始動時に、電池温度が潜熱蓄熱部材4の凝固点に対応する温度より高い場合には、潜熱蓄熱部材4の過冷却状態を解除しないので、過冷却解除を適切なタイミングで行うことが可能となる。
Further, in the
また、上記構成を有する電池パック1Aは、過冷却解除部6が、車両に搭載された電池パック1Aは異なる電源7の電力に基づいて衝撃を発生する電磁リレー13を備える。これにより、高電圧電源である電池パック1Aの電圧を降圧することなく、例えば低電圧の電源7で過冷却解除部6を駆動することが可能となる。
Further, the
また、上記構成を有する電池パック1Aは、電磁リレー13が潜熱蓄熱部材4内に埋設され、内部底面2b上に固定されるので、潜熱蓄熱部材4に直接的に衝撃を与えることができる。
Further, in the
[変形例]
なお、上記実施形態では、各電池3に潜熱蓄熱部材4が直接的に熱接続されていたがこれに限定されるものではない。図6は、実施形態の変形例に係る電池パック1Bの概略構成を示す部分平面図である。図7は、図6中のB−B断面図である。図6および図7に示すように、電池パック1Bは、潜熱蓄熱部材4が、筐体2に収容されるとともに、各電池3に熱伝導部材5を介して接続されている。熱伝導部材5は、潜熱蓄熱部材4よりも熱伝導性が高い熱伝導材で構成される。熱伝導材としては、例えば、グラファイト、熱伝導性フィラーを含有する樹脂、熱伝導性が高い金属材料である銅、アルミニウム等がある。熱伝導部材5は、例えばシート状のグラファイトで構成される。熱伝導部材5は、少なくとも各電池3および潜熱蓄熱部材4と熱的に接続される。熱伝導部材5は、複数個の電池3の配列方向に沿って配置され、複数個の電池3の各外周面3aに接触する。熱伝導部材5は、図6に示すように、上下方向から見た場合に、幅方向に配列される各電池3の外周面3aに沿って波状に形成され、奥行き方向に電池3が隣り合う場合には、隣り合う電池3に挟まれて形成される。熱伝導部材5は、図7に示すように、電池3の外周面3aと接触する接触部5aと、当該接触部5aから上下方向に向かって延設された延設部5bとを有し、当該延設部5bが潜熱蓄熱部材4に浸かっている。潜熱蓄熱部材4は、熱伝導部材5の延設部5bが部分的に浸かる(または埋没する)ように、筐体2の内部底面2b上に満たされている。
[Modification example]
In the above embodiment, the latent
また、上記実施形態では、電池3は、円筒型のリチウムイオン電池である場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、四角柱型の電池であってもよいし、リチウムイオン電池以外の電池であってもよい。
Further, in the above embodiment, the case where the
また、上記実施形態では、電磁リレー13は、潜熱蓄熱部材4内に埋設され、内部底面2b上に固定されているが、これに限定されるものではない。例えば、図1、図2、図6、および図7に示すように、筐体2の外部側面2dに接するように配置されていてもよいし、筐体2の内部空間2aに配置されていてもよい。
Further, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、過冷却解除部6は、電磁リレー13により潜熱蓄熱部材4に衝撃を与えているが、潜熱蓄熱部材4に衝撃を与えることが可能なものであれば、これに限定されるものではない。例えば、電圧を印加することで伸縮するピエゾ素子を可動子に用いた装置により当該可動子で潜熱蓄熱部材4に衝撃を与えてもよいし、電圧を印加してファンが回転する装置により当該ファンで潜熱蓄熱部材4を攪拌して衝撃を与えてもよい。また、超音波振動発生装置を筐体2の外部側面2dに接するように配置して、当該超音波発生装置により潜熱蓄熱部材4に超音波振動を与えてもよい。さらに、高電圧を印加して火花放電を起こす装置により潜熱蓄熱部材4に火花放電をもって衝撃を与えてもよい。
Further, in the above embodiment, the supercooling
また、上記実施形態では、熱伝導部材5は、延設部5bが部分的に潜熱蓄熱部材4に浸かる構成であるが、これに限定されるものではない。例えば、延設部5bが部分的に潜熱蓄熱部材4に浸かると共に、延設部5bの鉛直方向の端部が筐体2の内部底面2bと接触していてもよい。
Further, in the above embodiment, the heat
また、上記実施形態では、BMU12がドライバ11により電磁リレー13を駆動していたが、BMU12がドライバ11を介さず直接電磁リレー13を駆動する構成であってもよい。
Further, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、電池パック1A,1Bが車両に搭載される電源に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電子機器等に利用される電源であってもよい。 Further, in the above embodiment, the case where the battery packs 1A and 1B are applied to the power source mounted on the vehicle has been described, but the present invention is not limited to this, and the power source may be used for electronic devices and the like. ..
1A,1B 電池パック
2 筐体
2a 内部空間
2b 内部底面
2c 内部側面
2d 外部側面
3 電池
3a 外周面
4 潜熱蓄熱部材
5 熱伝導部材
5a 接触部
6 過冷却解除部
7 電源
11 ドライバ
12 BMU
13 電磁リレー
14 温度センサ信号
15 電圧
16 制御信号
17 外部信号
TS1 第1閾値温度
TS2 第2閾値温度
1A,
13
Claims (2)
前記筐体の内部空間に配列され、かつ前記筐体に保持される複数個の電池と、
前記筐体に収容されるとともに、各前記電池の少なくとも一部に直接接触し、かつ凝固点以下で過冷却状態に移行する潜熱蓄熱部材と、
前記潜熱蓄熱部材の前記過冷却状態を解除する過冷却解除手段と、
を備え、
前記潜熱蓄熱部材は、
前記電池の使用温度範囲の上限温度に対応する温度より低い温度で固相から液相に相変化する融点を有し、
前記凝固点以下で前記過冷却状態に移行し、かつ前記過冷却状態が自然に解除される温度まで前記過冷却状態を維持し、
前記潜熱蓄熱部材は、複数個の前記電池と鉛直方向に対向する前記筐体の内部底面に貯留し、
前記潜熱蓄熱部材は、液相時に、前記筐体の内部空間を残して収容され、かつ各前記電池を少なくとも部分的に覆うように貯留され、
前記過冷却解除手段は、
前記電池パックにより駆動する車両の始動を検出する始動検出手段を備え、
前記始動検出手段により前記車両の始動が検出されたときに、前記潜熱蓄熱部材に任意のエネルギーを与えて前記過冷却状態を解除し、
前記車両が停止した後の始動時に、前記電池の温度が前記潜熱蓄熱部材の凝固点に対応する温度以下で、かつ外気温が前記電池への加温が必要となる第1閾値温度以下の場合に、前記過冷却状態を解除する、
ことを特徴とする電池パック。 A housing with thermal conductivity and
A plurality of batteries arranged in the internal space of the housing and held in the housing,
A latent heat storage member that is housed in the housing and that directly contacts at least a part of each battery and shifts to a supercooled state below the freezing point.
A supercooling release means for releasing the supercooled state of the latent heat storage member,
Equipped with
The latent heat storage member is
It has a melting point that changes phase from solid phase to liquid phase at a temperature lower than the temperature corresponding to the upper limit temperature of the operating temperature range of the battery.
The supercooled state is maintained below the freezing point until the temperature shifts to the supercooled state and the supercooled state is naturally released.
The latent heat storage member is stored in the inner bottom surface of the housing that faces the plurality of batteries in the vertical direction.
The latent heat storage member is housed in the liquid phase, leaving the internal space of the housing, and is stored so as to cover at least a part of each battery .
The supercooling release means is
A start detection means for detecting the start of a vehicle driven by the battery pack is provided.
When the start of the vehicle is detected by the start detection means, arbitrary energy is applied to the latent heat storage member to release the supercooled state.
When the temperature of the battery is equal to or lower than the temperature corresponding to the freezing point of the latent heat storage member and the outside air temperature is equal to or lower than the first threshold temperature at which the battery needs to be heated at the time of starting after the vehicle has stopped. , Release the supercooled state,
A battery pack that features that.
前記車両が停止した後、前記電池の温度が前記潜熱蓄熱部材の凝固点に対応する電池温度以下であって、前記外気温が前記第1閾値温度より越えて、かつ前記電池の温度が前記外気温に第2閾値温度を加えた温度以下の場合に、前記過冷却状態を解除する、
請求項1に記載の電池パック。 The supercooling release means is
After the vehicle has stopped, the temperature of the battery is equal to or lower than the battery temperature corresponding to the freezing point of the latent heat storage member, the outside air temperature exceeds the first threshold temperature, and the temperature of the battery is the outside air temperature. When the temperature is equal to or lower than the temperature obtained by adding the second threshold temperature to the above, the overcooled state is released.
The battery pack according to claim 1.
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