JP7207235B2 - battery system - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池を温めることが可能な電池システムに関する。 The present invention relates to a battery system capable of warming secondary batteries.
一般に、リチウムイオン電池などの二次電池は、低温になると内部抵抗が高くなるので、常温時に比べて出力できる電力が低くなってしまう。このため、従来は、例えば特許文献1に示すように、電気ヒータによって冷却水及び潜熱蓄熱材を介して二次電池を温める構成の二次電池温度調整装置が提案されている。
In general, a secondary battery such as a lithium-ion battery has an increased internal resistance at low temperatures, so that the output power is lower than at room temperature. For this reason, conventionally, as shown in
しかし、上述のような二次電池温度調整装置では、電気ヒータによって冷却水及び潜熱蓄熱材を介して二次電池を温める構成であるため、消費電力が大きくなってしまうという問題がある。 However, the secondary battery temperature control device as described above has a configuration in which the secondary battery is warmed by the electric heater via the cooling water and the latent heat storage material, so there is a problem that power consumption increases.
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされた。その目的は、消費電力を低減しつつ二次電池を温めることができる電池システムを提供することにある。 The present invention has been made by paying attention to such problems existing in the prior art. An object thereof is to provide a battery system capable of warming a secondary battery while reducing power consumption.
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する電池システムは、熱を伝達する流体が循環する循環流路と、前記循環流路を循環する前記流体と熱交換可能に配置された二次電池と、前記循環流路に設けられ、熱を持つ前記流体を蓄える蓄熱部と、を備えることを要旨とする。
Means for solving the above problems and their effects will be described below.
A battery system for solving the above problems includes a circulation channel in which a heat-transferring fluid circulates, a secondary battery arranged so as to be capable of exchanging heat with the fluid circulating in the circulation channel, and a secondary battery provided in the circulation channel. and a heat storage unit that stores the fluid having heat.
この構成によれば、例えば二次電池が高温のときに二次電池の熱によって温められた流体は蓄熱部に蓄えておくことができるので、二次電池が低温のときに蓄熱部に蓄えた熱を持つ流体によって二次電池を温めることができる。このため、電力を使わずに二次電池を温めることができるので、消費電力を低減しつつ二次電池を温めることができる。 According to this configuration, for example, when the secondary battery is at a high temperature, the fluid warmed by the heat of the secondary battery can be stored in the heat storage unit. A fluid with heat can warm the secondary battery. Therefore, since the secondary battery can be warmed without using electric power, the secondary battery can be warmed while reducing power consumption.
以下、電池システムの一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、電池システム11は、例えばハイブリッド自動車などに搭載され、熱を伝達する流体が循環する矩形環状の循環流路12と、循環流路12における長手方向の一端と他端とを繋ぐ直線状の冷却流路13とを備えている。冷却流路13の一端と循環流路12の長手方向の一端との連結部分には第1三方弁14が設けられ、冷却流路13の他端と循環流路12の長手方向の他端との連結部分には第2三方弁15が設けられている。
An embodiment of a battery system will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a
第1三方弁14及び第2三方弁15は、冷却流路13に流体を流さない状態(図1に示す状態)と、冷却流路13に流体を流す状態(図4に示す状態)との間で切り替えられる。冷却流路13の中央部には、冷却流路13を流れる流体を冷却するラジエータ16が設けられている。なお、流体には空気などの各種気体や水などの各種液体を用いることができるが、本実施形態の流体には水が採用されている。
The first three-
循環流路12における短手方向の一端側には流体を一方向に流すポンプ17と熱交換部18とが設けられ、循環流路12における短手方向の他端側には蓄熱部19と発熱部20とが設けられている。したがって、ポンプ17及び熱交換部18と、蓄熱部19及び発熱部20とは、冷却流路13を挟んで互いに反対側となるように循環流路12に設けられている。
A
ポンプ17は、その駆動により、流体を循環流路12に沿って図1における時計回りに循環させる。ポンプ17と熱交換部18とは、互いに隣り合うように配置されている。この場合、ポンプ17と熱交換部18とは、熱交換部18の方がポンプ17よりも循環流路12における上流側に位置するように配置されている。熱交換部18は、比較的熱伝導率の高い銅やアルミニウムなどの金属によって矩形板状に形成される。熱交換部18の内部には、流体が流れる流路(図示略)が熱交換部18全体にわたって蛇行して延びるように形成されている。
The
熱交換部18上には、ハイブリッド自動車の動力源となる複数の矩形板状の二次電池21が互いに接触するように水平方向に並んで配置されている。すなわち、複数の二次電池21は、循環流路12を循環する流体と熱交換部18において熱交換可能に配置されている。複数の二次電池21には、複数の二次電池21の温度を検出する温度センサ22(図3参照)がそれぞれ取り付けられている。
A plurality of rectangular plate-shaped
図1及び図2に示すように、複数の二次電池21は、例えばリチウムイオン電池によって構成され、バスバー(図示略)によって直列に電気的に接続されている。複数の二次電池21には、これらを強制的に放電させるための放電回路23がそれぞれ設けられている。各放電回路23は、スイッチ24と抵抗25とを有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the plurality of
そして、各放電回路23のスイッチ24をオンにすることで、二次電池21から放電回路23に電流が流れて二次電池21が放電される。この場合、各放電回路23の抵抗25で発生する熱は、発熱部20に供給されるようになっている。つまり、発熱部20は、各放電回路23によって強制的に放電させる二次電池21の電気エネルギーによって発熱する。
By turning on the
図3に示すように、電池システム11は、電池システム11全体を統括的に制御する制御部26を備えている。制御部26には、複数の温度センサ22、複数の二次電池21、ポンプ17、第1三方弁14、第2三方弁15、及び複数の放電回路23のスイッチ24がそれぞれ電気的に接続されている。
As shown in FIG. 3 , the
制御部26は、複数の温度センサ22及び複数の二次電池21から送信される信号に基づいて、ポンプ17の駆動、第1三方弁14の切替動作、第2三方弁15の切替動作、及び複数の放電回路23のスイッチ24のオンオフの切替動作を制御する。なお、制御部26には、各二次電池21を効率よく使用する上での各二次電池21の適切な温度範囲である所定温度範囲Tが記憶されている。
Based on the signals transmitted from the plurality of
図2及び図3に示すように、通常、直列に接続された複数の二次電池21の間では、製造上のばらつき、温度分布のばらつき、劣化状態の差などがあるため、充電量にばらつきが発生した状態になっている。この状態で複数の二次電池21の充放電を行う場合、放電時には最も充電量の少ない二次電池21が使用下限充電量になった時点で全ての二次電池21の放電を停止しなければならない一方、充電時には最も充電量の多い二次電池21が使用上限充電量になった時点で全ての二次電池21の充電を停止しなければならない。
As shown in FIGS. 2 and 3, there are usually variations in manufacturing, variations in temperature distribution, and differences in the state of deterioration among the plurality of
こうした複数の二次電池21の間での充電時のアンバランスを解消するため、電池システム11では、制御部26が、複数の二次電池21の電圧を均一化して充電量を合わせるべく複数の二次電池21を選択的且つ強制的に放電する制御、すなわちパッシブ方式のセルバランス制御を行う。
In the
パッシブ方式のセルバランス制御では、複数の二次電池21の放電時に、最も充電量の少ない二次電池21が使用下限充電量になった時点で充電量が使用下限充電量よりも多い他の二次電池21を、これらに対応するそれぞれの放電回路23のスイッチ24を制御部26がオンにして選択的且つ強制的に放電させることにより、全ての二次電池21の充電量を使用下限充電量に合わせる。
In the passive cell balance control, when the
また、パッシブ方式のセルバランス制御では、複数の二次電池21の充電時に、最も充電量の少ない二次電池21が使用上限充電量に達するまで、これよりも先に使用上限充電量に達している他の二次電池21を、これらに対応するそれぞれの放電回路23のスイッチ24を制御部26がオンにして選択的且つ強制的に放電させることにより、全ての二次電池21の充電量を使用上限充電量に合わせる。
In addition, in the passive cell balance control, when the plurality of
したがって、本実施形態では、複数の二次電池21の電圧を均一化するべく複数の二次電池21を選択的に放電させる放電部が、放電回路23と制御部26とによって構成される。
Therefore, in the present embodiment, the
図1に示すように、蓄熱部19と発熱部20とは、互いに隣り合うように配置されている。この場合、蓄熱部19と発熱部20とは、発熱部20の方が蓄熱部19よりも循環流路12における上流側に位置するように配置されている。したがって、蓄熱部19には、その上流側に位置する発熱部20の発熱によって温められて熱を持った流体が流れ込んで蓄えられる。なお、蓄熱部19は、内部に蓄えた流体の熱が外部へ逃げることを効果的に抑制するべく、例えば真空断熱構造などの高い断熱性を持つ構造のケースによって構成することが好ましい。
As shown in FIG. 1, the
次に、電池システム11の作用について説明する。
例えば寒冷地において一晩放置したハイブリッド自動車のエンジンの始動時には、電池システム11における各二次電池21の温度が所定温度範囲Tに比べて格段に低い状態になっている。このため、各二次電池21をできるだけ早く温めることが好ましい。そして、各二次電池21を温める場合には、まず、図1に示すように、冷却流路13に流体が流れない状態になるように、第1三方弁14及び第2三方弁15が切替動作される。
Next, operation of the
For example, the temperature of each
続いて、ポンプ17が駆動されると、流体は、冷却流路13に流れることなく、循環流路12に沿って図1における時計回りに流れる。すると、前回のハイブリッド自動車の使用中に行われたパッシブ方式のセルバランス制御による発熱部20の発熱によって温められた流体が保温状態で蓄えられている蓄熱部19から熱を持つ温かい流体が熱交換部18に向かって流れる。そして、この温かい流体が熱交換部18を流れる過程で、この流体の熱によって各二次電池21が温められる。
Subsequently, when the
各二次電池21を温めて温度が下がった流体は、循環流路12に沿って発熱部20に向かって流れた後、再び蓄熱部19に流れ込む。このようにして蓄熱部19内の熱を持つ温かい流体が循環流路12を循環することで、各二次電池21が迅速に温められる。また、今回のハイブリッド自動車の使用中にパッシブ方式のセルバランス制御が行われると、発熱部20が発熱するため、循環流路12を流れる流体の温度が上昇する。このため、各二次電池21がより一層迅速に温められる。そして、各二次電池21の温度が所定温度範囲Tの下限を上回ると、ポンプ17が停止される。
The fluid whose temperature has been lowered by warming each
また、各二次電池21は、その使用により発熱するため、徐々に温度が上昇する。そして、各二次電池21の温度が所定温度範囲Tの上限を上回ると、各二次電池21を冷却することが好ましい。各二次電池21を冷却する場合には、まず、図4に示すように、冷却流路13に流体が流れる状態になるように、第1三方弁14及び第2三方弁15が切替動作される。これにより、流体は、発熱部20及び蓄熱部19を流れなくなる。
In addition, since each
続いて、ポンプ17が駆動されると、流体は、冷却流路13を流れるようにして循環される。すなわち、ポンプ17によって送り出された流体は、第1三方弁14から冷却流路13に流れ込み、ラジエータ16を流れる過程で冷却され、その後、第2三方弁15を経由して熱交換部18に向かって流れる。そして、この冷却された流体は、熱交換部18を流れる過程で各二次電池21から熱を奪うことで、各二次電池21を冷却する。
Subsequently, when the
各二次電池21を冷却して温度が上がった流体は、第1三方弁14を経由して冷却流路13に流れ込み、ラジエータ16を流れる過程で冷却され、その後、第2三方弁15を経由して熱交換部18に向かって流れる。このようにしてラジエータ16によって冷却された流体が循環することで、各二次電池21が迅速に冷却される。そして、各二次電池21の温度が所定温度範囲Tの上限を下回ると、ポンプ17が停止される。
The fluid whose temperature has risen by cooling each
以上詳述した実施形態によれば、次のような効果が発揮される。
(1)電池システム11は、熱を伝達する流体が循環する循環流路12と、循環流路12を循環する流体と熱交換可能に配置された複数の二次電池21と、循環流路12に設けられて熱を持つ流体を蓄える蓄熱部19と、複数の二次電池21の電圧を均一化するべく複数の二次電池21を選択的に放電させる複数の放電回路23及び制御部26と、循環流路12に設けられて上記放電させる電気エネルギーによって発熱する発熱部20とを備える。この構成によれば、複数の二次電池21の電圧を均一化する際に一部の二次電池21から放電させる電気エネルギーによって発熱する発熱部20の熱によって循環流路12を循環する流体を温めることができる。そして、この温められた流体は蓄熱部19に蓄えておくことができるので、各二次電池21が低温のときに蓄熱部19に蓄えた熱を持つ流体によって各二次電池21を温めることができる。このため、電力を使わずに各二次電池21を温めることができるので、消費電力を低減しつつ各二次電池21を温めることができる。さらに、流体は、複数の二次電池21の電圧を均一化するために無駄に消費しなければならない電気エネルギーによって温めることができるので、当該電気エネルギーを有効利用することができる。
According to the embodiment detailed above, the following effects are exhibited.
(1) The
(2)電池システム11において、発熱部20は、循環流路12における蓄熱部19の上流側に設けられている。この構成によれば、発熱部20の熱によって温められた流体を円滑に蓄熱部19に供給することができる。
(2) In the
(変更例)
上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。また、上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
(Change example)
The above embodiment can be implemented with the following modifications. Moreover, the above embodiments and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
・電池システム11において、発熱部20は、蓄熱部19内に設けるようにしてもよい。このようにすれば、蓄熱部19内の流体を発熱部20によって温めることができるので、蓄熱部19内の流体の温度低下を効果的に抑制できる。
- In the
・電池システム11において、発熱部20は省略してもよい。この構成によれば、例えば二次電池21が高温のときに二次電池21の熱によって温められた流体を蓄熱部19に蓄えておくことができるので、二次電池21が低温のときに蓄熱部19に蓄えた熱を持つ流体によって二次電池21を温めることができる。このため、電力を使わずに二次電池21を温めることができるので、消費電力を低減しつつ二次電池21を温めることができる。
- In the
・電池システム11は、発熱部20を省略し、ハイブリッド自動車のエンジンの熱によって流体が温められて当該温められた流体が蓄熱部19に蓄えられるように構成してもよい。
The
・電池システム11において、二次電池21は1つであってもよい。
・電池システム11において、冷却流路13及びラジエータ16は省略してもよい。
・電池システム11におけるラジエータ16は、ハイブリッド自動車のエンジンを冷却するためのラジエータと兼用であってもよい。
- In the
- In the
- The
・電池システム11において、熱交換部18は省略してもよい。この場合、各二次電池21は、流体によって直接温められる。さらにこの場合には、流体として例えばフッ素系不活性液体であるフロリナート(登録商標)などの電気絶縁性を有する液体を採用することが好ましい。
- In the
11…電池システム、12…循環流路、19…蓄熱部、20…発熱部、21…二次電池、23…放電部を構成する放電回路、26…放電部を構成する制御部。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記循環流路を循環する前記流体と熱交換可能に配置された複数の二次電池と、
複数の前記二次電池と前記循環流路を循環する前記流体とにおいて熱交換する熱交換部と、
前記循環流路に設けられ、熱を持つ前記流体を蓄える蓄熱部と、
複数の前記二次電池の電圧を均一化するべく複数の前記二次電池を選択的に放電させる放電部と、
前記循環流路に設けられ、前記放電させる電気エネルギーによって発熱する発熱部と、
冷却流路と、
前記冷却流路に設けられ、前記冷却流路を流れる前記流体を冷却するラジエータと、
前記冷却流路に前記流体を流さずに前記循環流路に前記流体を流す第1状態と、前記循環流路に前記流体を流さずに前記冷却流路に前記流体を流す第2状態と、に切り替える弁と、
を備え、
前記第1状態のときに、前記発熱部は、前記蓄熱部内、又は、前記循環流路における前記熱交換部と前記蓄熱部との間に配置される
電池システム。 a circulation channel in which a heat-transferring fluid circulates;
a plurality of secondary batteries arranged so as to be capable of exchanging heat with the fluid circulating in the circulation channel;
a heat exchange unit that exchanges heat between the plurality of secondary batteries and the fluid circulating in the circulation passage;
a heat storage unit provided in the circulation flow path for storing the fluid having heat;
a discharge unit that selectively discharges the plurality of secondary batteries to equalize the voltages of the plurality of secondary batteries;
a heat-generating part provided in the circulation flow path and generating heat by the electric energy to be discharged;
a cooling channel;
a radiator provided in the cooling channel for cooling the fluid flowing through the cooling channel;
a first state in which the fluid is allowed to flow through the circulation flow path without causing the fluid to flow through the cooling flow path, and a second state in which the fluid is caused to flow through the cooling flow path without causing the fluid to flow through the circulation flow path; a valve that switches to
with
In the first state, the heat generating section is arranged within the heat storage section or between the heat exchange section and the heat storage section in the circulation flow path.
battery system.
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