JP7122664B2 - 車両、熱交換プレート、及び電池パック - Google Patents
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Description
・冷媒層の第2領域REG2は、冷却液層の第1領域REG1より小さい(図2(a)参照)。すなわち、冷媒層の領域(第2領域REG2)を、冷却液層の第1領域REG1より小さくなるよう、集中して配置する。これにより、冷媒用の配管を短くまとめることができる。配管が短いことにより、圧力損失(圧損)が低減される効果がある。
・冷媒層の前記第2領域REG2の少なくとも一部は、冷却液層の第1領域REG1に重なって配置される(図2(a)~図2(d)参照)。これにより、冷媒層の前記第2領域REG2が冷却液層の第1領域REG1と重なる部分において、冷却液と冷媒との間の熱交換を行うことができる。
・電池モジュール群の第3領域REG3の中心Oが、冷媒層の前記第2領域REG2に重なって配置される(図2(a)~図2(d)参照)。これにより、電池モジュール群における第3領域REG3の中心O付近が、冷媒層を流れる冷媒によって集中的に冷却される。第3領域REG3の中心O付近は、熱がこもり、温度がより高くなる部分である。従って、中心O付近を集中的に冷却することにより、電池モジュール群の温度ばらつきが低減される。
・電池モジュール群(車載電池10)の第3領域REG3の中心Oにおいて、冷媒層(冷却部50)と前記電池モジュール群の間に、冷却液層(冷却液通路30)が配置される。図2(b)~図2(d)のいずれの状態においても、そのような配置となっている。冷媒層と電池モジュール群の間に冷却液層があることにより、冷媒による冷却時のムラを冷却液が拡散するので、電池モジュール群をより均一に冷却することができる。
冷媒配管40内を流れる冷媒は、気体(ガス)と液体とが混じった2相状態のものであってよく、一例は、HFC(Hydrofluorocarbon)である。ただし、冷媒はHFC以外のものであってもよい。
冷却液通路30)、冷媒(冷却部50)へも放熱(受熱)ルートができる。特に、中央寄りの二次電池セル11では冷却液との間の温度差が大きくなるため、冷却液への放熱が支配的となる。そして、二次電池外60と冷却部50への放熱量(=冷却能力)が、各二次電池セル11の発熱量と釣り合うことで車載電池10としての温度上昇が均衡する。さらに、コンプレッサ41等により、冷却部50への冷却能力が可変となり、必要に応じて増減できる。また、ポンプ32で冷却液を循環させることで、冷却部50の冷却効果、ヒータ33の加熱効果を各々の二次電池セル11に早く届けることとなり、冷却液通路30内の冷却液部分の熱抵抗を大きく下げることができる。
(1)車載電池10の中央寄りの二次電池セル11の温度をAとする(中央寄りの代表温度)
(2)車載電池10の周辺寄りの二次電池セル11の温度をBとする(周辺寄りの代表温度)
(3)外部温度をCとする
(4)充放電電流をiとする
(5)二次電池セル11の内部抵抗をRとする(予め取得、もしくは計算等で求める)
(6)冷却液の温度をEとする(排出管31b近傍での測定)
許容最高温度Gが二次電池セル温度A、B以上である。G≧AかつG≧B
許容温度バラツキHが二次電池セル温度A、Bの温度差以上である。H≧|A-B|
充放電電流i、内部抵抗Rより個々の二次電池セルnの発熱量Wn、車載電池20総発熱量Wallを計算できる。Wall=W1+W2+・・・Wnである。そして、二次電池セル温度A、B及び外部温度Cより、車載電池10からの放熱量Woutを推定することができる。予め熱抵抗モデル化及びデータ取得しておいたものを使用する。また、冷却に必要な冷却能力をWcoolとすると、WCool>Wall―Woutとなり、当該冷却能力Wcoolが冷却の目標値となる。尚、二次電池セル11及び熱管理システム20はWallに対して大きな熱容量があるので、Wcoolは過去時間(Tcool)のWallの平均値を用いることもできる。
二次電池セル温度差の測定値(|A-B|)が一定値を超えたらポンプ32を動作させる。ポンプ32は測定値により多段、無段に変化させても良い。充放電電流iが大きく、Wallが大きいほど二次電池セル温度差(|A-B|)が大きくなることは自明であり、二次電池セル温度差(|A-B|)に関わらず、充放電電流iに基づいてポンプ32の動作量を増やすよう制御しても良い。そして、冷却部50とポンプ32の動作量は、同時又は順次判断し、冷却部50とポンプ32は併用することができる。
二次電池セル温度A、Bが、許容最高温度G以下であり許容最低温度L以上である。G≧A≧LかつG≧B≧L
許容温度バラツキHが二次電池セル温度A、Bの温度差以上である。H≧|A-B|
充放電電流D、内部抵抗Rより個々の二次電池セルnの発熱量Wn、車載電池20総発熱量Wallを計算できる。Wall=W1+W2+・・・Wnである。そして、二次電池セル温度A、B及び外部温度Cより、車載電池10からの放熱量Woutを推定することができる。予め熱抵抗モデル化及びデータ取得しておいたものを使用する。
Wheatを冷却液通路30内に拡散するためにポンプ32を動作させる。二次電池セル温度差の測定値|A-B|が一定値を超えたらポンプ32を動作させる。ポンプ32は測定値により多段、無段に変化させても良い。冷却部50とポンプ32の動作量は、同時又は順次判断し、冷却部50とポンプ32は併用することができる。
筐体端面は、冷媒層に向かって冷媒が入る冷媒入力部と、冷媒層から冷媒が出る冷媒出力部と、を備える。これにより、電池モジュール群と熱交換プレートを筐体内にまとめて1つに収容し、1つの電池パックとして扱うことができる。すなわち、車両等に電池温調システムを容易に設置することができる。
10:車載電池
11:二次電池セル
20:熱管理システム
21:熱交換器
22:第1面
23:第2面
30:冷却液通路
30a:第1冷却液層
30b:第2冷却液層
31:冷却液通路配管
31a:導入管
31b:排出管
32:ポンプ
33:ヒータ
40:冷媒配管
41:コンプレッサ
42:コンデンサ
43:膨張弁
50:冷却部
51:入口配管
52:出口配管
53:第1の点
54:第2の点
100:車両
101:車輪
101a:第1車輪
101b:第2車輪
101c:第3車輪
102:車体
103:床面
REG1:第1領域
REG2:第2領域
REG21:第1冷媒層領域
REG22:第2冷媒層領域
REG3:第3領域
S:中央領域
α:電池パック
α1:筐体
α11:第1筐体面
α12:第2筐体面
α13:筐体端面
α131:第1筐体端面
α132:第2筐体端面
α31a:冷却液入力部
α31b:冷却液出力部
α51:冷媒入力部
α52:冷媒出力部
Claims (17)
- 第1面と第1面と反対の第2面を有し、
前記第1面と前記第2面の間において冷却液を循環させる冷却液層と、
前記第1面と前記第2面の間において冷媒を循環させる冷媒層と、を有する熱交換プレートと、
複数の電池モジュールを有し、前記熱交換プレートの前記第1面に沿って配置された電池モジュール群と、
前記熱交換プレート及び前記電池モジュールを収容する車体と、
前記車体に結合された第1車輪及び第2車輪と、
前記電池モジュール群から供給される電力を用いて、前記第1車輪を駆動する電動機と、を備え、
前記第1車輪及び前記第2車輪を用いて所定の方向に走行可能な車両であって、
前記熱交換プレートの前記第1面と前記第2面の間において、冷却液層全体は平面視で第1領域を備え、
前記熱交換プレートの前記第1面と前記第2面の間において、前記冷媒層全体は平面視で第2領域を備え、
前記熱交換プレートの前記第1面において、前記電池モジュール群全体は平面視で第3領域を備え、
前記冷媒層の前記第2領域は、前記冷却液層の前記第1領域より小さく、
前記冷媒層の前記第2領域の少なくとも一部は、前記冷却液層の前記第1領域に重なって配置され、
前記電池モジュール群の前記第3領域の中心は、前記冷媒層の前記第2領域に重なって配置され、
前記冷媒層の前記第2領域は、前記第3領域の中心に対応する第1冷媒層領域と、平面視において前記第1冷媒層領域の外側に位置する第2冷媒層領域を備え、
前記第1冷媒層領域の第1冷却能力は、前記第2冷媒層領域の第2冷却能力より大きい、
車両。 - 請求項1に記載の車両であって、
前記熱交換プレートは、前記所定の方向に沿って配置された、
車両。 - 第1面と第1面と反対の第2面を有し、
前記第1面と前記第2面の間において冷却液を循環させる冷却液層と、
前記第1面と前記第2面の間において冷媒を循環させる冷媒層と、を備え
前記第1面と前記第2面の間において、冷却液層全体は平面視で第1領域を備え、
前記第1面と前記第2面の間において、前記冷媒層全体は平面視で第2領域を備え、
電池モジュール群が前記第1面に沿って配置された場合、前記第1面において、前記電池モジュール群全体は平面視で第3領域を備え、
前記電池モジュール群は、複数の電池モジュールを備え、
前記冷媒層の前記第2領域は、前記冷却液層の前記第1領域より小さく、
前記冷媒層の前記第2領域の少なくとも一部は、前記冷却液層の前記第1領域に重なって配置され、
前記電池モジュール群の前記第3領域の中心は、前記冷媒層の前記第2領域に重なって配置され、
前記冷媒層の前記第2領域は、前記第3領域の中心に対応する第1冷媒層領域と、平面
視において前記第1冷媒層領域の外側に位置する第2冷媒層領域を備え、
前記第1冷媒層領域の第1冷却能力は、前記第2冷媒層領域の第2冷却能力より大きい、
熱交換プレート。 - 請求項3に記載の熱交換プレートであって、
前記複数の電池モジュールは、複数の電池セルを備える、
熱交換プレート。 - 請求項3又は請求項4のいずれか1項に記載の熱交換プレートであって、
前記電池モジュール群の前記第3領域は、前記冷却液層の前記第1領域より小さい、
熱交換プレート。 - 請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の熱交換プレートであって、
前記電池モジュール群の前記第3領域の中心において、前記冷媒層と前記電池モジュール群の間に、前記冷却液層が配置される、
熱交換プレート。 - 請求項6に記載の熱交換プレートであって、
前記冷却液層は、前記電池モジュール群の前記第3領域の中心において、第1冷却液層と第2冷却液層を備え、
前記電池モジュール群の前記第3領域の中心において、前記冷媒層と前記電池モジュール群の間に、前記第1冷却液層が配置され、
前記電池モジュール群の前記第3領域の中心において、前記第1冷却液層と前記第2冷却液層の間に、前記冷媒層が配置された、
熱交換プレート。 - 第1面と第1面と反対の第2面を有し、
前記第1面と前記第2面の間において冷却液を循環させる冷却液層と、
前記第1面と前記第2面の間において冷媒を循環させる冷媒層と、を有する熱交換プレートと、
複数の電池モジュールを有し、前記熱交換プレートの前記第1面に沿って配置された電池モジュール群と、を備える電池パックであって、
前記熱交換プレートの前記第1面と前記第2面の間において、冷却液層全体は平面視で第1領域を備え、
前記熱交換プレートの前記第1面と前記第2面の間において、前記冷媒層全体は平面視で第2領域を備え、
前記熱交換プレートの前記第1面において、前記電池モジュール群全体は、平面視で第3領域を備え、
前記冷媒層の前記第2領域は、前記冷却液層の前記第1領域より小さく、
前記冷媒層の前記第2領域の少なくとも一部は、前記冷却液層の前記第1領域に重なって配置され、
前記電池モジュール群の前記第3領域の中心は、前記冷媒層の前記第2領域に重なって配置され、
前記冷媒層の前記第2領域は、前記第3領域の中心に対応する第1冷媒層領域と、平面視において前記第1冷媒層領域の外側に位置する第2冷媒層領域を備え、
前記第1冷媒層領域の第1冷却能力は、前記第2冷媒層領域の第2冷却能力より大きい、
電池パック。 - 請求項8に記載の電池パックであって、
前記複数の電池モジュールは、複数の電池セルを備える、
電池パック。 - 請求項8又は請求項9に記載の電池パックであって、
前記電池モジュール群の前記第3領域は、前記冷却液層の前記第1領域より小さい、
電池パック。 - 請求項8から請求項10のいずれか1項に記載の電池パックであって、
前記電池モジュール群の前記第3領域の中心において、前記冷媒層と前記電池モジュール群の間に、前記冷却液層が配置される、
電池パック。 - 請求項11に記載の電池パックであって、
前記冷却液層は、前記電池モジュール群の前記第3領域の中心において、第1冷却液層と第2冷却液層を備え、
前記電池モジュール群の前記第3領域の中心において、前記冷媒層と前記電池モジュール群の間に、前記第1冷却液層が配置され、
前記電池モジュール群の前記第3領域の中心において、前記第1冷却液層と前記第2冷却液層の間に、前記冷媒層が配置された、
電池パック。 - 請求項8から請求項12のいずれか1項に記載の電池パックであって、
前記電池モジュール群と前記熱交換プレートとを収容する筐体を備え、
前記筐体は、前記熱交換プレートの前記第1面に沿って配置された第1筐体面と、前記熱交換プレートの前記第2面に沿って配置された第2筐体面とを備え、
前記電池モジュール群と前記熱交換プレートは、前記第1筐体面と前記第2筐体面の間に配置され、
前記第1筐体面と前記第2筐体面を繋ぐ筐体端面を備え、
前記筐体端面は、前記冷媒層に向かって前記冷媒が入る冷媒入力部と、前記冷媒層から前記冷媒が出る冷媒出力部と、を備える、
電池パック。 - 請求項13に記載の電池パックであって、
少なくとも前記冷媒入力部と前記冷媒出力部は、熱交換サイクルシステムに結合可能である、
電池パック。 - 請求項13又は請求項14に記載の電池パックであって、
前記筐体端面は、前記冷却液層に向かって前記冷却液が入る冷却液入力部と、前記冷却液層から前記冷却液が出る冷却液出力部と、を更に備える、
電池パック。 - 請求項15に記載の電池パックであって、
前記冷却液入力部、前記冷却液出力部、前記冷媒入力部、及び前記冷媒出力部は、それぞれ管で構成される、
電池パック。 - 請求項15又は請求項16に記載の電池パックであって、
前記筐体端面は、少なくとも第1筐体端面と第2筐体端面を備え、
前記第1筐体端面は前記第2筐体端面と対向して配置され、
前記冷却液入力部、前記冷却液出力部、前記冷媒入力部、及び前記冷媒出力部は、前記第1筐体端面に配置された、
電池パック。
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