JP7384183B2 - battery device - Google Patents
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Description
本発明は、バッテリー装置に関する。 The present invention relates to a battery device.
電気自動車等の車両には、複数のバッテリーセルを有するバッテリー装置が搭載されている。このようなバッテリー装置においては、バッテリーセルが高温になって劣化することを抑制するために、バッテリーセルの端面を冷却するヒートシンクが設けられている。 A vehicle such as an electric vehicle is equipped with a battery device having a plurality of battery cells. In such a battery device, a heat sink is provided to cool the end face of the battery cell in order to prevent the battery cell from becoming high temperature and deteriorating.
ヒートシンク内には冷媒が流れる流路が設けられており、冷媒がバッテリーセルとの間で熱交換することで、バッテリーセルを冷却する。しかし、流路内において入口から出口に向かって冷媒の温度分布が生じるため、複数のバッテリーセルを均一に冷却できない。これにより、各バッテリーセルの温度履歴にばらつきが発生し、劣化度合いに差が生じてしまうため、バッテリーの利用可能な容量が低下してしまうおそれがある。 A flow path through which a coolant flows is provided in the heat sink, and the coolant cools the battery cells by exchanging heat with the battery cells. However, since the temperature distribution of the coolant occurs in the flow path from the inlet to the outlet, it is not possible to uniformly cool the plurality of battery cells. This causes variations in the temperature history of each battery cell, resulting in differences in the degree of deterioration, which may reduce the usable capacity of the battery.
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、複数のバッテリーセルの劣化度合いのばらつきを抑制することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to suppress variations in the degree of deterioration of a plurality of battery cells.
本発明の一の態様においては、複数のバッテリーセルと、前記複数のバッテリーセルの端面を冷却するための平板状のヒートシンクであって、冷媒が流れる第1流路部と、前記第1流路部に対して所定間隔だけ離れて設けられ、冷媒の流れが前記第1流路部の冷媒の流れの逆方向である第2流路部とを有するヒートシンクと、前記第1流路部及び前記第2流路部へ流れる冷媒の流量を調整する流量調整部と、前記第1流路部を流れる冷媒の第1温度と、前記第2流路部を流れる冷媒の第2温度とを検出する温度検出部と、前記温度検出部が検出した前記第1温度と前記第2温度の温度差に応じて、前記第1流路部と前記第2流路部を流れる冷媒の流量を調整するように前記流量調整部を動作させる制御部と、を備える、バッテリー装置を提供する。 In one aspect of the present invention, there is provided a flat heat sink for cooling a plurality of battery cells and an end surface of the plurality of battery cells, the first flow path portion through which a refrigerant flows, and the first flow path. a second flow path section that is provided at a predetermined distance from the first flow path section and in which the flow of refrigerant is in the opposite direction to the flow of refrigerant in the first flow path section; a flow rate adjustment unit that adjusts the flow rate of the refrigerant flowing to the second flow path portion, a first temperature of the refrigerant flowing through the first flow path portion, and a second temperature of the refrigerant flowing through the second flow path portion; A temperature detection section adjusts the flow rate of the refrigerant flowing through the first flow path section and the second flow path section according to the temperature difference between the first temperature and the second temperature detected by the temperature detection section. and a control section that operates the flow rate adjustment section.
また、前記制御部は、前記第1流路部の出口側での前記第1温度と、前記第2流路部の出口側での前記第2温度との温度差が、所定値以下になるように、前記流量調整部を動作させることとしてもよい。 Further, the control unit may cause a temperature difference between the first temperature at the outlet side of the first flow path section and the second temperature at the exit side of the second flow path section to be equal to or less than a predetermined value. The flow rate adjustment section may be operated as shown in FIG.
また、前記温度検出部は、前記第1流路部の入口側での第1入口温度、前記第1流路部の出口側での第1出口温度、前記第2流路部の入口側での第2入口温度、及び前記第2流路部の出口側での第2出口温度を検出し、前記制御部は、前記温度検出部が検出した前記第1入口温度、前記第1出口温度、前記第2入口温度及び前記第2出口温度に基づいて、前記流量調整部を動作させることとしてもよい。 Further, the temperature detection unit may have a first inlet temperature at the inlet side of the first flow path section, a first outlet temperature at the outlet side of the first flow path section, and a first outlet temperature at the inlet side of the second flow path section. and a second outlet temperature on the outlet side of the second flow path section, and the control section detects the first inlet temperature, the first outlet temperature detected by the temperature detection section, The flow rate adjustment section may be operated based on the second inlet temperature and the second outlet temperature.
また、前記流量調整部は、前記第1流路部と前記第2流路部の分岐部に設けられたバルブであることとしてもよい。 Further, the flow rate adjusting section may be a valve provided at a branching section between the first flow path section and the second flow path section.
本発明によれば、複数のバッテリーセルの劣化度合いのばらつきを抑制できるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to suppress variations in the degree of deterioration of a plurality of battery cells.
<バッテリー装置の構成>
本発明の一の実施形態に係るバッテリー装置の構成について、図1~図4を参照しながら説明する。
<Battery device configuration>
The configuration of a battery device according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
図1は、バッテリー装置1のセル群10とヒートシンク20を説明するための模式図である。図2は、バッテリー装置1の構成の一例を説明するためのブロック図である。なお、図1では、説明の便宜上、セル群10とヒートシンク20を離して示している。また、図1の示すヒートシンク20は、簡略化して示されており、実際には厚みがある形状となっている。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a cell group 10 and a
バッテリー装置1は、ここでは電気自動車等の車両に搭載されており、モータ等に電力を供給する。バッテリー装置1は、例えばリチウムイオンバッテリーであり、充電及び放電が可能である。バッテリー装置1は、図1に示すように、セル群10と、ヒートシンク20とを有する。
The battery device 1 is mounted on a vehicle such as an electric vehicle here, and supplies electric power to a motor and the like. The battery device 1 is, for example, a lithium ion battery, and can be charged and discharged. The battery device 1 includes a cell group 10 and a
セル群10は、複数のバッテリーセル(以下、単にセルと呼ぶ)12を含む。セル12が単電池であり、セル群10が組電池である。複数のセル12は、図1に示すように、互いに隣接するように設けられている。複数のセル12は、それぞれ同じ大きさである。複数のセル12は、底面が同一面に位置するように配置されている。
The cell group 10 includes a plurality of battery cells (hereinafter simply referred to as cells) 12. The
ヒートシンク20は、セル群10を冷却する。ヒートシンク20は、複数のセル12の端面(ここでは、下面)に対向するように配置されており、複数のセル12の下面を冷却する。ヒートシンク20は、内部を流れる冷媒がセル群10と熱交換することで、セル群10を冷却する。ヒートシンク20は、ここでは平板状の形状を成しており、セル群10よりも広い範囲に亘って設けられている。これにより、ヒートシンク20は、複数のセル12の全体を冷却する。
The heat sink 20 cools the cell group 10. The
図3は、ヒートシンク20の構成の一例を説明するための模式図である。ヒートシンク20は、図3に示すように、板部材22と、第1流路部24と、第2流路部26と、測温部34a、34b、36a、36bとを有する。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining an example of the configuration of the
板部材22は、ここでは平板部材であり、一対設けられている。図3では、説明の便宜上、一対の板部材22のうちの一つのみが示されている。一対の板部材22は、第1流路部24及び第2流路部26を挟むように配置されている。
The
第1流路部24及び第2流路部26は、冷媒が流れる流路である。第1流路部24と第2流路部26は、所定間隔だけ離れて設けられている。第1流路部24及び第2流路部26は、板部材22のほぼ全領域に位置するように、湾曲しながら配置されている。これにより、複数のセル12の全体を冷却できる。
The first
第1流路部24の入口24aと第2流路部26の出口26bとが、板部材22の同じ側面に位置し、第1流路部24の出口24bと第2流路部26の入口26aとが、板部材22の同じ側面に位置している。このため、第2流路部26の冷媒の流れは、第1流路部24の冷媒の流れの逆方向である。すなわち、第1流路部24を流れる冷媒と、第2流路部26を流れる冷媒は、対向流となっている。
The
流路部が一つのみの場合には、流路部の出口側の冷媒の温度が、入口側の冷媒の温度よりも低くなる。これに対して、本実施形態のような第1流路部24及び第2流路部26を設けた場合には、第1流路部24を流れる冷媒と第2流路部26を流れる冷媒とが互いに熱交換を行うことで、入口側と出口側の温度差を小さくできる。これにより、第1流路部24と第2流路部26内で温度分布が生じることを抑制できるので、複数のセル12を均一に冷却しやすくなる。
When there is only one flow path, the temperature of the refrigerant on the outlet side of the flow path is lower than the temperature of the refrigerant on the inlet side. On the other hand, when the first
測温部34a、34bは、例えば温度センサを有し、第1流路部24を流れる冷媒の温度を測定する。測温部34aは、第1流路部24の入口24aの近くに位置し、測温部34bは、第1流路部24の出口24bの近くに位置する。測温部36a、36bは、例えば温度センサを有し、第2流路部26を流れる冷媒の温度を測定する。測温部36aは、第2流路部26の入口26aの近くに位置し、測温部36bは、第2流路部26の出口26bの近くに位置する。
The
図4は、第1流路部24と第2流路部26の分岐部30及び合流部33の構成の一例を説明するための模式図である。第1流路部24と第2流路部26は、図4(a)に示すように、共通流路部23から分岐部30で分岐している。また、第1流路部24と第2流路部26は、図4(b)に示すように、共通流路部27に合流部33で合流する。このように、第1流路部24及び第2流路部26には、同じ冷媒が分かれて流れる。分岐部30には、冷媒の流れを調整するためのバルブ32(図4(a))が設けられている。バルブ32は、例えば電磁バルブであり、第1流路部24へ流れる冷媒の流量と、第2流路部26へ流れる冷媒の流量とを調整する。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an example of the configuration of the branching portion 30 and the merging portion 33 of the first
バッテリー装置1は、上述したセル群10及びヒートシンク20以外の構成を有する。バッテリー装置1は、図2に示すように、冷媒供給部40と、温度検出部50と、流量調整部60と、制御部70とを有する。
The battery device 1 has a configuration other than the cell group 10 and
冷媒供給部40は、第1流路部24及び第2流路部26に冷媒を供給する。冷媒供給部40は、例えばポンプを含む。冷媒供給部40とヒートシンク20の間には、冷媒が循環する流路が設けられている。このため、冷媒供給部40によって循環する冷媒によって、セル12が冷却される。
The
温度検出部50は、ヒートシンク20内の冷媒の温度を検出する。具体的には、温度検出部50は、第1流路部24を流れる冷媒の第1温度と、第2流路部26を流れる冷媒の第2温度とを検出する。
The
温度検出部50は、ここでは第1温度として、第1流路部24の入口24a側での冷媒の温度(以下、第1入口温度)と、第1流路部24の出口24b側での冷媒の温度(以下、第1出口温度)を検出する。また、温度検出部50は、第2温度として、第2流路部26の入口26a側での冷媒の温度(以下、第2入口温度)と、第2流路部26の出口26b側での冷媒の温度(以下、第2出口温度)を検出する。具体的には、温度検出部50は、測温部34a、34b、36a、36bの測定結果から、第1入口温度、第1出口温度、第2入口温度及び第2出口温度を検出する。ただし、上記に限定されず、例えば、温度検出部50は、第1温度として第1出口温度を検出し、第2温度として第2出口温度を検出してもよい。
The
流量調整部60は、第1流路部24及び第2流路部26へ流れる冷媒の流量を調整する。流量調整部60は、第1流路部24へ流れる冷媒の流量と、第2流路部26へ流れる冷媒の流量とを、個別に調整可能である。流量調整部60が流量を調整することで、第1流路部24と第2流路部26を流れる冷媒の流量が変わることで、冷媒によるセル12の冷却の度合いが変化する。
The flow
流量調整部60は、例えば、図4(a)に示す分岐部30に設けられたバルブ32である。これにより、一つのバルブ32によって、第1流路部24及び第2流路部26へ流れる冷媒の流量を調整できる。ただし、上記に限定されず、流量調整部60は、第1流路部24と第2流路部26の各々に個別に設けられたバルブであってもよい。
The flow
制御部70は、バッテリー装置1の動作を制御する。制御部70は、ここでは、冷媒供給部40、温度検出部50及び流量調整部60の動作を制御して、複数のセル12を均一に冷却させる。
The
本実施形態では、制御部70は、温度検出部50の検出結果に基づいて、流量調整部60を制御する。制御部70は、温度検出部50が検出した第1温度と第2温度の温度差に応じて、第1流路部24と第2流路部26を流れる冷媒の流量を調整するように流量調整部60を動作させる。例えば、制御部70は、第1流路部24の冷媒の第1温度と、第2流路部26の冷媒の第2温度との温度差が、所定値以下になるように、第1流路部24と第2流路部26を流れる流量を調整する。具体的には、第1温度が第2温度よりも大きい場合には、制御部70は、第1流路部24を流れる冷媒の流量を多くして、温度差が小さくなるようにする。これにより、第1流路部24を流れる冷媒の温度と、第2流路部26を流れる冷媒の温度との温度差が小さくなり、複数のセル12を均一に冷却しやすくなる。
In this embodiment, the
第1流路部24及び第2流路部26では、入口側での冷媒の温度はほとんど変化がないが、出口側での冷媒の温度は、流路部の途中でセル12と熱交換するため、変化しやすい。そこで、制御部70は、第1流路部24の出口側での第1温度と、第2流路部26の出口側での第2温度との温度差が、所定値(一例として、1.2℃)以下になるように、流量調整部60を動作させる。例えば、制御部70は、温度検出部50が検出した第1出口温度と第2出口温度との温度差が所定値以下になるように、流量調整部60を動作させる。これにより、セル12の冷却中に冷媒の温度が変化しても、温度差を所定値以下に維持するように流量を調整できる。
In the first
制御部70は、第1出口温度及び第2出口温度だけでなく、温度検出部50が検出した第1入口温度及び第2入口温度も参照して、流量を調整してもよい。この場合には、第1流路部24と第2流路部26内の冷媒の温度分布を小さくするように、流量を調整可能となる。すなわち、制御部70は、温度検出部50が検出した第1入口温度、第1出口温度、第2入口温度及び第2出口温度に基づいて、第1流路部24と第2流路部26を流れる冷媒の流量を調整するように流量調整部60を動作させてもよい。これにより、複数のセル12をより均一に冷却しやすくなる。
The
<本実施形態における効果>
上述した実施形態のバッテリー装置1は、冷媒の流れる方向が互いに逆方向である第1流路部24及び第2流路部26を有し、第1流路部24及び第2流路部26を流れる冷媒によって、複数のセル12を冷却する。バッテリー装置1は、第1流路部24の冷媒の温度と、第2流路部26の冷媒の温度との温度差に応じて、第1流路部24と第2流路部26を流れる冷媒の流量を調整する。
このように第1流路部24と第2流路部26の対向流である冷媒の流量を調整することで、複数のセル12を均一に冷却できる。これにより、複数のセル12の劣化のばらつきを抑制できるので、全てのセル12の利用可能容量を最大限に活用できる。この結果、劣化に伴うバッテリー装置1の容量低下を遅らせることができる。
<Effects of this embodiment>
The battery device 1 of the embodiment described above has a first
By adjusting the flow rate of the refrigerant, which is a counterflow between the first
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist. be. For example, all or part of the device can be functionally or physically distributed and integrated into arbitrary units. In addition, new embodiments created by arbitrary combinations of multiple embodiments are also included in the embodiments of the present invention. The effects of the new embodiment resulting from the combination have the effects of the original embodiment.
1 バッテリー装置
12 バッテリーセル
20 ヒートシンク
50 温度検出部
60 流量調整部
70 制御部
1
Claims (3)
前記複数のバッテリーセルの端面を冷却するための平板状のヒートシンクであって、冷媒が流れる第1流路部と、前記第1流路部に対して所定間隔だけ離れて設けられ、冷媒の流れが前記第1流路部の冷媒の流れの逆方向である第2流路部とを有するヒートシンクと、
前記第1流路部及び前記第2流路部へ流れる冷媒の流量を調整する流量調整部と、
前記第1流路部を流れる冷媒の第1温度と、前記第2流路部を流れる冷媒の第2温度とを検出する温度検出部と、
前記温度検出部が検出した前記第1温度と前記第2温度の温度差に応じて、前記第1流路部と前記第2流路部を流れる冷媒の流量を調整するように前記流量調整部を動作させる制御部と、
を備える、バッテリー装置。 multiple battery cells;
A flat heat sink for cooling end surfaces of the plurality of battery cells, the heat sink having a first flow path portion through which a refrigerant flows, and a heat sink provided at a predetermined distance from the first flow path portion, and configured to cool an end surface of the plurality of battery cells. a second flow path portion in which the flow direction of the refrigerant is opposite to that of the first flow path portion;
a flow rate adjustment section that adjusts the flow rate of the refrigerant flowing to the first flow path section and the second flow path section;
a temperature detection unit that detects a first temperature of the refrigerant flowing through the first flow path portion and a second temperature of the refrigerant flowing through the second flow path portion;
The flow rate adjustment section adjusts the flow rate of the refrigerant flowing through the first flow path section and the second flow path section according to the temperature difference between the first temperature and the second temperature detected by the temperature detection section. a control unit that operates the
A battery device comprising:
請求項1に記載のバッテリー装置。 The control unit is configured such that a temperature difference between the first temperature at the exit side of the first flow path section and the second temperature at the exit side of the second flow path section is equal to or less than a predetermined value. , operating the flow rate adjustment section;
The battery device according to claim 1.
請求項1又は2に記載のバッテリー装置。 The flow rate adjustment part is a valve provided at a branching part of the first flow path part and the second flow path part,
The battery device according to claim 1 or 2 .
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