WO2017043221A1 - 電池パック - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a battery pack having a plurality of battery cells housed inside a case.
- Patent Document 1 As a conventional battery pack, for example, one described in Patent Document 1 is known.
- the battery pack described in Patent Document 1 is a fan control device that cools an in-vehicle battery.
- the in-vehicle battery supplies electric power to an electric motor serving as a driving source for traveling, and is disposed, for example, under a passenger seat.
- a fan for cooling the in-vehicle battery is provided at a position adjacent to the in-vehicle battery. The operation of the fan is controlled by a control device.
- the air cooled in the passenger compartment is supplied to the in-vehicle battery by the operation of the fan.
- Patent Document 1 As described above, the in-vehicle battery and the fan are arranged under a seat that is an open space in the vehicle interior, and the vehicle is operated by operating the fan when the temperature of the in-vehicle battery is equal to or higher than the A level. Effective cooling is enabled by supplying the cooled air in the room to the in-vehicle battery. That is, Patent Document 1 is an open-type air-cooled battery pack. On the other hand, since the operating sound of the fan can be heard directly by the occupant, a control device for the rotational speed of the fan according to the noise level in the passenger compartment is incorporated. Further, when the fan is not operated, there is a problem that air flows around the in-vehicle battery and heat is accumulated.
- a sealed battery pack in which a plurality of battery cells and a blower are housed in a casing and the temperature of the plurality of battery cells is controlled by circulating a cooling fluid in the casing by the blower has been studied.
- the blower since the blower is accommodated in the housing, it is possible to suppress the influence of the operating sound of the blower on the occupant.
- the present invention has been made in view of the above problems, and provides a battery pack that enables effective temperature management of battery cells in a case where a plurality of battery cells and a blower are housed in a housing. With the goal.
- the present invention employs the following technical means in order to achieve the above object.
- One aspect disclosed is a plurality of batteries, a casing that accommodates the plurality of batteries, a circulation passage that is formed in the casing and through which a fluid for heat exchange flows around the batteries, and is accommodated in the casing. And a blower that circulates fluid in the circulation passage, a temperature detector that detects the temperature of at least one of the batteries, and the operation of the blower according to the battery temperature detected by the temperature detector.
- the blower when the battery temperature becomes equal to or higher than the cooling required temperature, the blower is operated in the cooling mode, and the plurality of batteries are reliably cooled by the fluid.
- the blower is operated in the soaking mode.
- the fluid flows through the circulation passage by the blower, so that the temperature is equalized (heat accumulation is avoided), and temperature variation among the plurality of batteries can be suppressed.
- the quality of the whole battery can be improved by suppressing temperature variation between the plurality of batteries.
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing a II-II portion in FIG. 1.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing a III-III portion in FIG. 1.
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing a IV-IV part in FIG. 1.
- It is a disassembled perspective view which shows an internal fin.
- It is a perspective view which shows an external fin.
- It is a perspective view which shows an external duct.
- It is a flowchart which shows the content of the air blower control in 1st Embodiment. It is the map which defined the rotation speed of the air blower with respect to the battery temperature in 1st Embodiment.
- the configuration of the battery pack 100 according to the first embodiment, which is an example of the present invention, will be described with reference to FIGS.
- the battery pack 100 is used, for example, in a hybrid vehicle using a motor driven by electric power charged in a battery and an internal combustion engine as a travel drive source, or an electric vehicle using a motor as a travel drive source.
- the plurality of battery cells 121 included in the battery pack 100 are, for example, a nickel hydrogen secondary battery, a lithium ion secondary battery, an organic radical battery, or the like.
- the battery pack 100 is installed in a pack accommodation space such as a trunk room of the vehicle or a back area of the trunk room provided below the trunk room.
- This pack storage space can also store spare tires, tools, and the like, for example.
- the battery pack 100 is installed in the pack housing space in a posture in which a bottom wall 112 and a bottom wall side passage 135 (to be described later) are on the lower side.
- the battery pack 100 may be installed below a front seat or a rear seat provided in a vehicle cabin.
- the battery pack 100 is installed below the front seat, the rear seat, etc. with the bottom wall 112 and the bottom wall side passage 135 positioned downward.
- the space where the battery pack 100 is installed below the rear seat may be communicated with the trunk room back area below the trunk room.
- the installation space can also be configured to communicate with the outside of the vehicle.
- the battery pack 100 includes a case 110, a battery pack 120 (cell stack 120A) including a plurality of battery cells 121, a fan 140 provided with a circulation passage 130, a PTC heater 144, internal fins 150 (151 and 152), and external fins. 160 (161, 162), an external duct 170 having a blower 172, a temperature detector 180, a battery management unit 190, and the like.
- Fr indicates the vehicle front side
- Rr indicates the vehicle rear side
- RH indicates the vehicle right side
- LH indicates the vehicle left side.
- the Fr-Rr direction is referred to as the front-rear direction
- the RH-LH direction is referred to as the left-right direction
- the action direction of gravity is referred to as the vertical direction.
- the case 110 is a housing that forms a sealed internal space isolated from the outside, and accommodates the assembled battery 120 and the fans 140 (140A and 140B) inside.
- the case 110 has a box shape composed of a plurality of walls surrounding an internal space, and is formed of a molded product of an aluminum plate or an iron plate.
- the case 110 is, for example, a rectangular parallelepiped that is flat in the vertical direction, and has six surfaces, that is, the top wall 111, the bottom wall 112, the first side wall 113, the second side wall 114, the third side wall 115, and the fourth side wall 116. have.
- the case 110 also has a partition wall 117 that partitions the inside, and a reinforcing beam 118 on the bottom wall 112.
- the top wall 111 is a wall that forms the upper surface of the case 110, and is a rectangular wall having long sides in the front-rear direction.
- the bottom wall 112 is a wall that forms the lower surface of the case 110 and has the same shape as the top wall 111.
- the first and second side walls 113 and 114 are walls that form the left and right sides of the case 110, and are elongated rectangular walls having long sides in the front-rear direction.
- the first and second side walls 113 and 114 are in a positional relationship facing each other.
- the third and fourth side walls 115 and 116 are walls that form the front and rear sides of the case 110, and are elongated rectangular walls having long sides in the left-right direction.
- the third and fourth side walls 115 and 116 are in a positional relationship facing each other.
- the third and fourth side walls 115 and 116 are walls orthogonal to the first and second side walls 113 and 114.
- the case 110 may be manufactured by forming a box-shaped space inside by joining and assembling a plurality of case bodies instead of using the walls 111 to 116 described above. Moreover, you may make it form a some convex part or a recessed part in the surface of a predetermined wall among the several walls of case 110, in order to enlarge a thermal radiation area.
- the direction along the long sides of the first and second side walls 113, 114 corresponds to the front-rear direction
- the direction along the long sides of the third and fourth side walls 115, 116 is left and right. It corresponds to the direction.
- the partition wall 117 is disposed on the fourth side wall 116 side inside the case 110 and is a wall that connects the first and second side walls 113 and 114 in parallel with the fourth side wall 116.
- the partition wall 117 extends from the upper surface of the bottom wall 112 (the surface on the inner side of the case 110) to an intermediate position in the vertical direction of the case 110.
- a space 117 a is formed between the partition wall 117 and the fourth side wall 116.
- a battery management unit 190 described later is accommodated in the space 117a.
- the beam 118 is a reinforcing member for improving the strength of the case 110, and is in parallel with the upper surface of the bottom wall 112 (the surface on the inner side of the case 110).
- a plurality are provided.
- five beams 118 are set.
- the beam 118 is formed in an elongated bar shape, and is provided on the bottom wall 112 so that the longitudinal direction thereof faces the front-rear direction with respect to the case 110 and is arranged at equal intervals in the left-right direction.
- the pitch (distance between center lines) between the beams 118 is set to be equal to the horizontal dimension of the battery cell 121.
- the beam 118 is formed separately from the case 110 and is, for example, a prismatic member that is hollow and has a square cross section. More specifically, the beam 118 has a U-shaped cross-section (or rectangular bracket shape), and the U-shaped opening side is fixed to the bottom wall 112.
- the beam 118 is made of, for example, a metal material such as an aluminum material or an iron material.
- a plate-shaped blocking wall 119 a connected from the first side wall 113 to the second side wall 114 is provided on the upper surface of the plurality of beams 118. Yes. The upper side of the space between the beams 118 is blocked by the blocking wall 119a.
- a plate-shaped blocking wall 119b connected from the first side wall 113 to the second side wall 114 is formed on the upper surface of the plurality of beams 118. Is provided. The upper side of the space between the beams 118 is blocked by the blocking wall 119b.
- the assembled battery 120 is formed by providing a plurality of cell stacks 120A in which a plurality of battery cells 121 are stacked.
- one cell stack 120A is formed by 20 battery cells 121, and four cell stacks 120A are arranged to form an assembled battery 120 (see FIG. 1).
- the battery cell 121 has a rectangular parallelepiped shape that is flat in the front-rear direction, and includes a positive electrode terminal and a negative electrode terminal that protrude outward from the outer case.
- the battery cell 121 corresponds to the battery of the present invention.
- the cell stack 120A is formed by stacking a plurality of battery cells 121 and accommodating the stacked battery cells 121 in a battery case. That is, the plurality of battery cells 121 are stacked such that the surfaces perpendicular to the flat direction face each other.
- the battery case is a case in which the upper surface side and the lower surface side of each battery cell 121 are opened to cover the periphery of each battery cell 121.
- terminals of different polarities in adjacent battery cells 121 are electrically connected by a conductive member such as a bus bar.
- the connection between the bus bar and the electrode terminal is performed, for example, by screwing or welding. Therefore, the total terminal portions arranged at both ends of the plurality of battery cells 121 electrically connected by a bus bar or the like are supplied with electric power from the outside or discharged toward other electric devices. Yes.
- a predetermined gap is provided between the plurality of battery cells 121 to be stacked.
- This gap is formed by a spacer member or the like provided between the battery cells 121.
- the spacer member can be formed and provided by providing a partition wall portion between the battery cells 121 and providing unevenness or the like on the partition wall portion.
- the plurality of cell stacks 120 ⁇ / b> A are fixed (arranged) on the upper surface of the beam 118 as shown in FIGS. 1 and 3. Specifically, in each cell stack 120A (each battery cell 121), both lower ends of the direction in which the plurality of beams 118 are arranged (left and right direction) are placed on the two beams 118, respectively. Is placed (fixed).
- the circulation passage 130 is a passage that is formed in the case 110 and through which the fluid for heat exchange flows around each battery cell 121.
- the circulation passage 130 mainly includes a side wall-side passage 131, a side wall-side passage 132, a top wall-side passage 133, A battery passage 134, a bottom wall side passage 135, and a series of flow passages connecting the respective fans 140A and 140B are formed.
- the side wall-side passage 131 is orthogonal to both the top wall 111 and the bottom wall 112 and extends in parallel to the first side wall 113, and between the plurality of battery cells 121 (the assembled battery 120) and the first side wall 113. It is a passage formed.
- the side wall-side passage 132 is orthogonal to both the top wall 111 and the bottom wall 112 and extends in parallel to the second side wall 114, and between the plurality of battery cells 121 (the assembled battery 120) and the second side wall 114. It is a passage formed.
- the top wall side passage 133 is a passage formed between the top wall 111 and the plurality of battery cells 121 (the assembled battery 120) and extending in parallel to the top wall 111.
- the side wall side passage 131 and the top wall side passage 133 are connected at the boundary between the top wall 111 and the first side wall 113. Further, the side wall side passage 132 and the top wall side passage 133 are connected by a boundary portion between the top wall 111 and the second side wall 114.
- the battery passage 134 is a passage formed by a gap between adjacent battery cells 121 in each cell stack 120A.
- the bottom wall side passage 135 is a passage formed as a space surrounded by the bottom wall 112, the lower end surfaces 121 a of the plurality of battery cells 121, and the beam 118.
- the bottom wall side passage 135 includes a space surrounded by the bottom wall 112, the blocking wall 119a, and the beam 118, and further includes a space surrounded by the bottom wall 112, the blocking wall 119b, and the beam 118.
- the bottom wall side passage 135 is a passage formed between the adjacent beams 118 on the lower side of each battery cell 121. In the present embodiment, four passages are formed based on the five beams 118. It is formed as.
- the second passage from the first side wall 113 side communicates with the first passage from the first side wall 113 side through a communication portion (not shown) in the vicinity of the blower 140A. Further, the third passage from the first side wall 113 side is communicated with the fourth passage from the first side wall 113 side by a communication portion (not shown) in the vicinity of the blower 140B.
- the upper side of the battery passage 134 is connected to the top wall side passage 133, and the lower side of the battery passage 134 is connected to the bottom wall side passage 135.
- the blower 140 is a fluid driving means that is housed in the case 110 and forcibly circulates (circulates) the heat exchange fluid in the circulation passage 130.
- the blower 140 is set so that two of the first blower 140A and the second blower 140B are arranged.
- the two blowers 140A and 140B may be collectively referred to as the blower 140.
- the fluid circulated in the circulation passage 130 for example, air, various gases, water, a refrigerant, or the like can be used.
- the first blower 140A is a blower that circulates fluid through the circulation passage 130 corresponding to the region of the two cell stacks 120A on the first side wall 113 side.
- the second blower 140B is a blower that circulates fluid through the circulation passage 130 corresponding to the region of the two cell stacks 120A on the second side wall 114 side.
- the first blower 140A and the second blower 140B are symmetrical with respect to the center line facing the front-rear direction of the case 110, and the third side wall 115 and the cell stack 120A (a plurality of battery cells 121). ).
- Each blower 140A, 140B has a motor 141, a sirocco fan 142, and a fan casing 143.
- the motor 141 is an electric device that rotationally drives the sirocco fan 142, and is provided on the upper side of the sirocco fan 142.
- the sirocco fan 142 is a centrifugal fan that sucks fluid in the direction of its rotation axis and blows out fluid in the centrifugal direction. Further, the sirocco fan 142 is arranged so that its rotation axis is directed in the vertical direction.
- the fan casing 143 is formed so as to cover the sirocco fan 142, and serves as an air guide member that sets the suction and blowing directions of the fluid by the sirocco fan 142.
- the fan casing 143 has a suction port 143a that opens below the sirocco fan 142, a blowout duct 143b that guides the flow of the blown fluid, and a blowout port 143c that opens at the tip of the blowout duct 143b.
- the air inlets 143a of the fans 140A and 140B are arranged so as to be connected to the region on the third side wall 115 side in the bottom wall side passage 135.
- the suction port 143a of the blower 140A is connected to the first and second passages from the first side wall 113 side among the four bottom wall side passages 135.
- the suction port 143a of the blower 140B is connected to the third and fourth passages from the first side wall 113 side among the four bottom wall passages 135.
- Each blower duct 143b of each blower 140A, 140B extends from the side surface of the sirocco fan 142 to the center side of the case 110 once.
- the duct 143b is formed to extend toward the side wall side passages 131 and 132 so as to make a U-turn.
- the blower outlet 143c of the blower 140A is arranged so as to be connected to the side wall side passage 131.
- the air outlet 143c is positioned near the lower side in the vertical direction in the side wall passage 131, and in the vicinity of the battery cell 121 on the third side wall 115 side among the plurality of stacked battery cells 121. And it arrange
- the outlet 143c of the blower 140B is disposed so as to be connected to the side wall passage 132.
- the air outlet 143c is located near the battery cell 121 on the third side wall 115 side among the plurality of battery cells 121 stacked at a position closer to the lower side in the vertical direction in the side wall side passage 132. And it arrange
- the PTC heater 144 is a heating device for heating the fluid in the case 110 to a predetermined temperature, and is provided at an intermediate position inside the fan casing 143.
- the PTC heater 144 has a self-temperature control function, and its operation is controlled by a battery management unit 190 described later.
- the internal fin 150 is a heat exchange promoting fin provided inside the case 110, and includes a first internal fin 151 and a second internal fin 152.
- Each of the internal fins 151 and 152 is formed of a metal member such as an aluminum material or an iron material having excellent thermal conductivity.
- the first internal fins 151 are provided on the first side wall 113 side and the second side wall 114 side so as to be symmetric with respect to the center line facing the front-rear direction of the case 110.
- the second internal fins 152 are provided at two locations on the first side wall 113 side and the second side wall 114 side of the top wall 111 so as to be symmetric with respect to the center line facing the front-rear direction of the case 110. ing.
- each of the internal fins 151 and 152 for example, a straight fin capable of setting a flow resistance to a fluid relatively small is employed.
- the straight fins are fins in which a large number of thin plate-like fin portions protruding vertically from the thin plate-like substrate portion are arranged in parallel, and fluid passages are formed between the fin portions.
- the internal fins 151 and 152 are not limited to the straight fins, but may be other corrugated fins (with or without louvers), offset fins, or the like.
- the fin portion of the first internal fin 151 protrudes vertically from the substrate portion toward the plurality of battery cells 121, and the protruding tip portion has a plurality of batteries so that more fluid flows through the fin portion. It extends to a position close to the side surface of the cell 121. Further, the plate surface of the fin portion is set to be inclined toward the fourth side wall 116 from the lower side to the upper side with respect to the vertical direction. Further, the length of the fluid passage by the fin portion becomes longer as it goes from the third side wall 115 side to the fourth side wall 116 side.
- the fin portion of the second internal fin 152 protrudes vertically from the substrate portion toward the plurality of battery cells 121, and the protruding tip portion has a plurality of protrusions so that more fluid flows inside the fin portion.
- the battery cell 121 extends to a position close to the upper surface.
- the plate surface of the fin portion is set to be inclined toward the fourth side wall 116 toward the center side of the case 110 with respect to the left-right direction.
- the length of the fluid passage by the fin portion is shortened from the third side wall 115 side toward the fourth side wall 116 side.
- the fluid passage by the fin part of the 2nd internal fin 152 is connected so that the fluid path by the fin part of the 1st internal fin 151 may be followed.
- the external fin 160 is a heat exchange promoting fin provided on the outside of the case 110, and includes a first external fin 161 and a second external fin 162.
- Each of the external fins 161 and 162 is formed of a metal material such as an aluminum material or an iron material having excellent thermal conductivity.
- the first external fins 161 are provided on the first side wall 113 side and the second side wall 114 side so as to be symmetric with respect to the center line facing the front-rear direction of the case 110.
- the second external fins 162 are provided at two locations on the first side wall 113 side and the second side wall 114 side of the top wall 111 so as to be symmetric with respect to the center line facing the front-rear direction of the case 110. ing.
- each external fin 161, 162 for example, a corrugated fin capable of setting a heat transfer performance for a fluid relatively large is employed.
- the corrugated fin has a wave shape as a whole, and a large number of louvers are formed on the wavy surfaces facing each other, and a fluid passage is formed between the wavy surfaces facing each other and between the louvers. It has become a fin.
- the external fins 161 and 162 may be straight fins such as the internal fins 151 and 152, corrugated fins without louvers, or offset fins.
- the first outer fins 161 are provided as a set of a plurality of (two in this case), and the first and second side walls 113 and 114 have a wave in a region corresponding to the first inner fin 151.
- the continuous direction is directed in the front-rear direction and is slightly offset toward the fourth side wall 116 side.
- the second external fins 162 are provided as a set of a plurality (two in this case) and correspond to the second internal fins 152 on the first and second side walls 113 and 114 side of the top wall 111. Within the region, the wave is arranged such that the direction in which the waves continue is directed in the front-rear direction and slightly closer to the third side wall 115 side than the first external fin 161.
- the external duct 170 is a duct that circulates a cooling fluid along the outer surface of the case 110 as shown in FIG. 7 (FIG. 13).
- a cooling fluid for example, cooled air in the passenger compartment (cooled cooling air) is used.
- the outer duct 170 has a flat cross-sectional shape, and the outer surface of the case 110, specifically, the first and second side walls 113 and 114 region, the first and second side walls 113 and 114 side of the top wall 111. And the third sidewall 115 region, and are formed so as to enclose (cover) the external fins 161 and 162.
- the inside of the external duct 170 is mainly a flow path that connects the first and second side walls 113 and 114 region, the first and second side wall 113 and 114 side regions of the top wall 111, and the third side wall 115 region in this order. ing.
- Both ends of the external duct 170 on the fourth side wall 116 side are suction portions for sucking cooling air.
- a wind direction device 171 for diverting the sucked cooling air to the lower side of the first external fin 161 and the center side of the case 110 of the second external fin 162 is provided on the downstream side immediately after the suction portion. .
- a blower 172 is provided in the center of the external duct 170 on the third side wall 115 side, and the upper and lower portions of the blower 172 serve as blow-out portions for blowing cooling air.
- a turbo fan is used for the blower 172.
- the temperature detector 180 is a device that detects the temperature of at least one battery cell 121 of the plurality of battery cells 121. Specifically, the temperature detector 180 is provided in all the battery cells 121 or the predetermined battery cells 121 in the plurality of battery cells 121.
- the temperature detector 180 can be constituted by a temperature sensor, a temperature detection line for signal output, and the like.
- the temperature signal (battery temperature T) of the battery cell 121 detected by the temperature detector 180 is output to the battery management unit 190 described later.
- a battery management unit 190 is configured to be able to communicate with various electronic control devices mounted on the vehicle.
- the battery management unit 190 is a device that manages at least the amount of electricity stored in the battery cell 121, and is an example of a battery control unit that performs control related to the battery cell 121.
- the battery management unit 190 monitors current, voltage, temperature, and the like related to the battery cell 121, and manages an abnormal state of the battery cell 121, electric leakage, and the like.
- the battery management unit 190 receives a signal related to the current value detected by the current sensor.
- the battery management unit 190 includes an input circuit, a microcomputer, an output circuit, and the like, like the vehicle ECU. Battery information is stored as data in the storage means of the microcomputer.
- the stored battery information data includes, for example, the battery voltage, the charging current, the discharging current, and the battery temperature in the battery pack 100.
- the battery management unit 190 also functions as a control device that controls the operation of the fans 140A and 140B, the fan 172, and the PTC heater 144.
- the battery management unit 190 is provided with each of the fans 140A, 140B, The operation of the blower 172 and the PTC heater 144 is controlled. Details of the control contents of the battery management unit 190 will be described later.
- Battery cell 121 self-heats at the time of output from which current is taken out and at the time of input to be charged. Further, the battery cell 121 is affected by the temperature outside the case 110 according to the season, the cooling condition in the passenger compartment, and the like.
- the battery management unit 190 constantly monitors the battery temperature T of the battery cell 121 by the temperature detector 180 and controls the operation of each of the fans 140A and 140B, the fan 172, and the PTC heater 144 based on the battery temperature T.
- the battery management unit 190 grasps the battery temperature T of the battery cell 121 from the temperature signals from the plurality of temperature detectors 180 (battery cells 121).
- the battery management unit 190 includes a cooling required temperature Tc1 as a predetermined determination value for determining whether or not the battery cell 121 needs to be cooled, and a battery cell 121 on the side lower than the cooling required temperature Tc1.
- a required temperature increase Th1 as a predetermined determination value for determining whether or not the temperature needs to be raised is preset.
- the required cooling temperature Tc1 is set as a temperature of about 30 ° C., for example, and the required temperature increase Th1 is set as a temperature of about ⁇ 5 ° C., for example.
- the battery management unit 190 uses the maximum value among the temperature signals from the plurality of temperature detectors 180 when determining the necessity for cooling, and when determining the necessity for increasing the temperature. Among the temperature signals from the plurality of temperature detectors 180, the minimum value is used.
- Cooling Mode The battery management unit 190 executes a cooling mode for cooling the battery cell 121 in steps S100 to S120.
- the battery management unit 190 determines in step S100 whether or not the battery temperature T grasped from the temperature detector 180 is equal to or higher than the cooling required temperature Tc1. If an affirmative determination is made in step S100, the battery cell 121 is in a state where the temperature has risen and needs to be cooled, and the battery management unit 190 determines the rotation speed of each of the blowers 140A and 140B in step S110 by changing the battery temperature T It is determined as the cooling speed N1 according to
- the cooling rotation speed N1 is a rotation speed set within a predetermined cooling rotation speed range, and as shown in FIG. 9, the higher the battery temperature T in the cooling rotation speed range, the lower the cooling rotation speed.
- the number N1 is set to be large. Specifically, the cooling speed N1 is linearly increased with respect to the battery temperature T (as the battery temperature T increases). When the cooling rotation speed N1 is increased, the amount of air blown from each of the fans 140A and 140B is increased.
- step S120 the battery management unit 190 operates each air blower 140A, 140B with the cooling rotation speed N1 determined in step S110.
- the fluid flowing into the side wall passages 131 and 132 is directed from the lower side (bottom wall 112 side) to the upper side (top wall 111 side) along the fin portion in which the first internal fin 151 is inclined. Flows smoothly. In each of the side wall-side passages 131 and 132, the heat of the fluid accompanied by the flow velocity is transmitted to the first internal fin 151 and further discharged to the outside through the first and second side walls 113 and 114.
- the fluid smoothly flows to the fin portion of the second internal fin 152 continuously connected to the first internal fin 151 and flows into the top wall side passage 133 along this fin portion.
- the fluid that has flowed into the top wall side passage 133 extends into the top wall side passage 133.
- the fluid flowing into the top wall side passage 133 from the side wall side passage 131 mainly spreads in the region of the two cell stacks 120 ⁇ / b> A on the first side wall 113 side. Further, the fluid flowing into the top wall side passage 133 from the side wall side passage 132 mainly spreads in the region of the two cell stacks 120A on the second side wall 114 side. Then, the heat of the fluid flowing into the ceiling wall side passage 133 is transmitted from the second internal fins 152 to the ceiling wall 111 or directly transmitted to the ceiling wall 111 and released to the outside.
- the fluid flowing into the top wall side passage 133 passes through the battery passage 134 formed between the battery cells 121 and reaches the bottom wall side passage 135.
- the side wall side passages 131 and 132 and the top wall side passage 133 become positive pressure spaces due to the blowout of the respective fans 140A and 140B, and the bottom wall side passage 135 is drawn by the suction of the respective blowers 140A and 140B.
- a negative pressure space is formed, and fluid is continuously moved from the top wall side passage 133 side to the bottom wall side passage 135 side due to the pressure difference between the two.
- the heat of each battery cell 121 is transmitted to the fluid.
- the fluid that has flowed into the bottom wall side passage 135 moves along the longitudinal direction of each beam 118 and reaches the suction port 143a of each of the fans 140A and 140B. Then, the heat of the fluid flowing into the bottom wall side passage 135 is transmitted to the bottom wall 112 and released to the outside.
- the fluid circulates through the circulation passage 130 in the case 110, so that the heat of the fluid, that is, the heat of the battery cell 121, is mainly released from the wide top wall 111 and bottom wall 112.
- Temperature Raising Mode Battery management unit 190 executes a temperature raising mode for raising the temperature of battery cell 121 in steps S130 to S150.
- step S130 the battery management unit 190 determines whether or not the battery temperature T obtained from the temperature detector 180 is lower than the temperature increase required temperature Th1. If the determination in step S130 is affirmative, the battery management unit 190 determines that the temperature of the battery cell 121 has decreased and the temperature needs to be increased. In step S140, the battery management unit 190 determines the rotation speed of each of the fans 140A and 140B as the battery temperature. This is determined as the temperature increase speed N3 according to T.
- the temperature increase rotation speed N3 is a rotation speed set within a predetermined temperature increase rotation speed range, and as shown in FIG. 9, the lower the battery temperature T is within the temperature increase rotation speed range.
- the temperature increase rotational speed N3 is set to be large. Specifically, the temperature increase speed N3 is linearly increased with respect to the battery temperature T (as the battery temperature T decreases). When the temperature increase rotational speed N3 is increased, the amount of air blown from each of the fans 140A and 140B is increased.
- the minimum value of the temperature increase rotational speed N3 is equivalent to the minimum value of the cooling rotational speed N1, and further, the temperature equalizing rotational speed N2 described later. Further, the maximum value of the temperature increase rotational speed N3 is set to a value smaller than the maximum value of the cooling rotational speed N1.
- step S150 the battery management unit 190 operates each of the blowers 140A and 140B and the PTC heater 144 at the temperature increase rotational speed N3 determined in step S140.
- each of the fans 140A and 140B and the PTC heater 144 when each of the fans 140A and 140B and the PTC heater 144 is operated, the fluid flowing through the blowout duct 143b is heated by the PTC heater 144. As the heated fluid circulates in the circulation passage 130 in the case 110 as described above, each battery cell 121 is heated to a temperature at which it can be properly operated by the heated fluid. The performance degradation at the time is corrected.
- Soaking Mode Battery management unit 190 executes a soaking mode in step S100, step S130, and step S160 to achieve soaking in case 110 (soaking temperature of battery cell 121).
- step S160 the battery management unit 190 determines NO in both step S100 and step S130.
- the battery temperature T when the negative determination is made in both steps S100 and S130 is equal to or higher than the required temperature increase Th1 and is lower than the required cooling temperature Tc1. Under such temperature conditions, normally, in the case of an open-type air-cooled battery pack, the battery cell is not cooled and the blower is not operated.
- the battery management unit 190 operates each of the fans 140A and 140B at the temperature equalizing rotation speed N2 in step S160 even under conditions where cooling is not necessary.
- the temperature equalizing rotation speed N2 is determined in advance as the rotation speed on the low rotation speed that is equal to or lower than the minimum value of the cooling rotation speed N1.
- the soaking speed N2 is set to be equal to the minimum value of the cooling speed N1, and is constant between the required temperature increase Th1 and the required cooling temperature Tc1. It is the number of revolutions.
- the fluid in the case 110 circulates in the circulation passage 130 as in the cooling mode.
- the temperature equalizing rotation speed N2 is equivalent to the minimum value of the cooling rotation speed N1, and is set as the rotation speed on the low rotation side, so that the flow rate of the fluid circulating in the circulation passage 130 can be kept small.
- the fluid whose flow rate is suppressed does not actively cool the battery cell 121.
- the fluid is circulated through the circulation passage 130, so that the temperature in the case 110 is equalized, and heat is accumulated in a local region in the case 110 (for example, the center side of the case 110). Occurrence is avoided.
- the battery management unit 190 operates the fans 140A and 140B.
- the blower 172 in the external duct 170 is operated. In this case, the cooling air in the passenger compartment is sucked into the external duct 170 from the suction portion of the external duct 170.
- the cooling air sucked from the suction port is diverted by the wind direction device 171 and is diverted toward the lower side of the first external fin 161 and the center side of the case 110 of the second external fin 162.
- the And each flow passes and merges so that each external fin 161,162 may be crossed, and it blows off from the blowing part provided in the upper and lower part of the air blower 172.
- the heat of the fluid in the case 110 is transmitted to the cooling air via the internal fins 151 and 152, the first and second side walls 113 and 114, the top wall 111, and the external fins 161 and 162. To be released. Therefore, heat exchange of the fluid in the case 110 is further promoted by the external fins 161 and 162 in addition to the internal fins 151 and 152.
- Each battery cell 121 is forcibly cooled to an appropriate temperature in a short time.
- the cooling mode in which the blowers 140A and 140B are operated is executed in order to cool the plurality of battery cells 121.
- the plurality of battery cells 121 are reliably cooled by the fluid.
- the mode is to be executed.
- the fluid flows through the circulation passage 130 by the blowers 140 ⁇ / b> A and 140 ⁇ / b> B, so that the temperature is equalized (heat accumulation is avoided) and temperature variation among the plurality of battery cells 121 is suppressed. can do.
- the quality of the entire battery can be improved.
- the PTC heater 144 is operated, and the fluid heated by the PTC heater 144 is circulated through the circulation passage 130 to raise the temperature of the plurality of battery cells 121. Therefore, the temperature raising mode for operating the fans 140A and 140B is executed. Thereby, when the battery temperature T is lower than the temperature increase required temperature Th1, the plurality of battery cells 121 can be heated by the fluid heated by the PTC heater 144 in the temperature increase mode. That is, it is possible to prevent the performance of the battery cell 121 from being lowered due to the temperature drop.
- each air blower 140A, 140B is provided in the case 110, even if each air blower 140A, 140B is operated, it is suppressed that the noise leaks outside. Therefore, the operating conditions of the blower 140 for cooling, raising the temperature, and equalizing the temperature of the plurality of battery cells 121 are not restricted for noise suppression.
- the temperature management of the battery cells 121 can be effectively performed.
- the plurality of battery cells 121 can be reliably cooled by operating each of the blowers 140A and 140B at the cooling rotation speed N1 in the cooling rotation speed range.
- the temperature equalization rotation speed N2 is set to a low rotation speed that is equal to or lower than the cooling rotation speed N1, and the fans 140A, 140B can be operated, and the energy used by each of the fans 140A and 140B can be set low.
- the cooling rotation speed N1 is increased. Therefore, the fluid flow rate in the circulation passage 130 can be increased to increase the cooling capacity.
- each of the fans 140A and 140B is operated at a temperature raising speed N3 that is equal to or higher than the temperature equalizing speed N2.
- the battery cell 121 can be effectively heated.
- the temperature increasing speed N3 is increased as the battery temperature T is lower. Therefore, the flow rate of the fluid in the circulation passage 130 can be increased to increase the temperature increasing capability.
- the maximum value in the temperature increase rotational speed range is set to be smaller than the maximum value in the cooling rotational speed range.
- the outside of the case 110 and the battery cell 121 are in a low temperature environment.
- the temperature raising rotational speed N3 if the temperature raising rotational speed N3 is increased too much, the heat of the heated fluid is, for example, via the inner fin 150 and the outer fin 160, the top wall 111, the first and second side walls 113, 114. It becomes easy to radiate heat from the outside, and the temperature rise effect of the battery cell 121 is reduced. Therefore, such a problem can be prevented by setting the maximum value in the temperature increase rotational speed range to be smaller than the maximum value in the cooling rotational speed range.
- the battery management unit 190 is preset with required cooling temperatures Tc2, Tc3, and Tc4 in addition to the required cooling temperature Tc1 as predetermined determination values for determining whether or not the battery cell 121 needs to be cooled. ing.
- the magnitude relationship between the respective cooling required temperatures Tc1 to Tc4 is Tc1 ⁇ Tc2 ⁇ Tc3 ⁇ Tc4, and is set to have a predetermined temperature interval.
- N11, N12, N13, and N14 are set in advance as the cooling rotation speed when operating each of the fans 140A and 140B in the cooling mode.
- the relationship between the cooling rotational speeds N11 to N14 is N11 ⁇ N12 ⁇ N13 ⁇ N14, and is set to have a predetermined rotational speed interval. In the cooling speed range, the cooling speed N11 is the minimum value, and the cooling speed N14 is the maximum value.
- the battery management unit 190 adds to the temperature increase required temperature Th1 as a predetermined determination value for determining whether or not the temperature increase of the battery cell 121 is necessary on the side lower than the cooling required temperature Tc1.
- the temperature increase required temperature Th2 is set in advance.
- the magnitude relation between the temperatures Th1 and Th2 is Th2 ⁇ Th1, and is set to be a predetermined temperature interval.
- N31 and N32 are set in advance as the number of rotations for temperature increase when operating each of the fans 140A and 140B in the temperature increase mode.
- the magnitude relationship between the respective temperature increase rotational speeds N31 and N32 is N31 ⁇ N32, and is set to be a predetermined rotational speed interval.
- the temperature increase rotation speed N31 has a minimum value
- the temperature increase rotation speed N32 has a maximum value.
- N31 ⁇ N11 and N32 ⁇ N12.
- Cooling Mode The battery management unit 190 executes a cooling mode for cooling the battery cell 121 in steps S100 to S103 and steps S121 to S124.
- the battery management unit 190 determines in step S100 whether or not the battery temperature T grasped from the temperature detector 180 is equal to or higher than the cooling required temperature Tc1. If an affirmative determination is made in step S100, the battery management unit 190 determines in step S101 whether or not the battery temperature T is equal to or higher than the required cooling temperature Tc2.
- step S101 If it is determined NO in step S101, the battery temperature T is equal to or higher than the required cooling temperature Tc1 and lower than the required cooling temperature Tc2, and the battery management unit 190 operates each of the fans 140A and 140B at the cooling rotational speed N11 in step S121. .
- step S101 the battery management unit 190 determines in step S102 whether or not the battery temperature T is equal to or higher than the required cooling temperature Tc3.
- step S102 If it is determined NO in step S102, the battery temperature T is equal to or higher than the required cooling temperature Tc2 and lower than the required cooling temperature Tc3, and the battery management unit 190 operates each of the fans 140A and 140B at the cooling rotation speed N12 in step S122. .
- step S102 the battery management unit 190 determines in step S103 whether or not the battery temperature T is equal to or higher than the required cooling temperature Tc4.
- the battery temperature T is equal to or higher than the required cooling temperature Tc3 and lower than the required cooling temperature Tc4, and the battery management unit 190 operates each of the fans 140A and 140B at the cooling rotation speed N13 in step S123. .
- step S103 if an affirmative determination is made in step S103, the battery temperature T is equal to or higher than the required cooling temperature Tc4, and the battery management unit 190 operates each of the fans 140A and 140B at the cooling rotational speed N14 in step S124.
- the cooling rotational speed (N11 to N14) of each of the fans 140A and 140B is varied stepwise according to the battery temperature T.
- Heating Mode Battery management unit 190 executes a temperature raising mode for raising the temperature of battery cell 121 in steps S130, S131, S151, and S152.
- the battery management unit 190 determines whether or not the battery temperature T is lower than the temperature increase required temperature Th1 in step S130.
- step S130 the battery management unit 190 determines in step S131 whether or not the battery temperature T is less than the required temperature increase Th2.
- step S131 If it is determined as NO in step S131, the battery temperature T is less than the required temperature increase Th1 and becomes equal to or higher than the required temperature rise Th2, and the battery management unit 190 activates the PTC heater 144 in step S151 and each blower 140A. , 140B is operated at the temperature rising speed N31.
- step S131 If an affirmative determination is made in step S131, the battery temperature T is lower than the temperature increase required temperature Th2, and the battery management unit 190 activates the PTC heater 144 in step S152 and sets each of the fans 140A and 140B to the temperature increase rotational speed N32. Operate with.
- the cooling rotation speed of each of the fans 140A and 140B is varied stepwise according to the battery temperature T.
- Soaking Mode Battery management unit 190 executes a soaking mode in step S100, step S130, and step S160 to achieve soaking in case 110 (soaking temperature of battery cell 121).
- step S100 when the battery management unit 190 determines NO in both step S100 and step S130, the battery management unit 190 moves to step S160 and operates each of the fans 140A and 140B at the temperature equalizing rotation speed N2.
- the cooling mode, the temperature raising mode, and the temperature equalizing mode are executed as in the first embodiment, and the same effect can be obtained.
- the number of rotations of each of the fans 140A and 140B is changed stepwise in the cooling mode and the temperature raising mode, so that it is stepless as in the first embodiment.
- the rotational speed control becomes easier.
- the battery management unit 190 has been described as executing the cooling mode, the temperature equalizing mode, and the temperature increasing mode. It may be executed.
- the cooling rotation speed N1 is set to increase according to the battery temperature T (the higher the battery temperature T), but the rotation speed is equal to or higher than the soaking speed N2.
- the rotation speed may not be changed according to the battery temperature T.
- the temperature increase speed N3 is set to increase in accordance with the battery temperature T (lower battery temperature T), but the speed that becomes equal to or higher than the temperature equalizing speed N2. Thus, it may be a constant rotational speed that does not change according to the battery temperature T.
- the maximum value of the temperature increase rotational speed N3 is set to be smaller than the maximum value of the cooling rotational speed N1, but the present invention is not limited to this.
- the cooling rotation speed N1 is greater than or equal to the maximum value. It may be made to become.
- the PTC heater 144 as a heating device may be an electric heater, a heat pump (heating heat exchanger), a combustion heater, or the like.
- the PTC heater 144 is not limited to the inside of the fan casing 143 but may be provided inside the case 110 and outside the fan casing 143.
- the fluid in the case 110 circulates in the circulation passage 130 in the order of the fans 140A and 140B, the side wall side passages 131 and 132, the top wall side passage 133, the battery passage 134, and the bottom wall side passage 135. However, this may be reversed.
- a plurality of (two) blowers 140A and 140B are used to circulate fluid in the circulation passage 130.
- one blower or three blowers are used.
- the fluid may be circulated through the circulation passage 130 by the above blower.
- a cooler for cooling the fluid may be provided in the case 110.
- the cooler can be, for example, a battery evaporator connected in parallel by a branch pipe to an evaporator in the refrigeration cycle of the vehicular cooling device.
- the refrigerant is circulated through the battery evaporator, and the fluid is supplied to the battery evaporator by the fans 140A and 140B. Then, the cooling effect can be enhanced by lowering the fluid temperature, flowing the lowered fluid through the circulation passage 130, and cooling the plurality of battery cells 121.
- an axial fan, a turbo fan, or the like can be used in addition to the sirocco fan described in the first embodiment.
- the essential components of the present invention are the case 110, the assembled battery 120, the circulation passage 130, the blower 140, the PTC heater (heating device) 144, the temperature detector 180, and the battery management unit (control unit) 190.
- 150, the external fin 160, and the external duct 170 may be set as necessary.
- fins integrally formed on the first and second side walls 113 and 114 and the top wall 111 may be used.
- the case (housing) 110 forms a hexahedron and a rectangular parallelepiped, but the housing included in the invention is not limited to this shape.
- the case 110 may be a polyhedron having more than six surfaces, or at least one surface may include a curved surface.
- the case 110 may be formed in a dome shape in which the top wall 111 includes a curved surface, or the case 110 may have a trapezoidal vertical cross-sectional shape.
- the top wall 111 is a wall having a positional relationship facing the bottom wall 112, and the shape thereof may include either a flat surface or a curved surface.
- the first side wall 113 to the fourth side wall 116 may be walls extending from the bottom wall 112 in a direction intersecting the bottom wall 112, or the top side wall in the direction intersecting the top wall 111.
- a wall extending from the wall 111 may be used.
- the boundary portion between the top wall 111 and the first side wall 113 to the fourth side wall 116 in the case 110 may form a corner or a curved surface.
- the boundary between the bottom wall 112 and the first side wall 113 to the fourth side wall 116 in the case 110 may form a corner or may form a curved surface.
- the cell stack 120A included in the battery pack 100 is four, but the number is not limited to this. That is, when only one cell stack 120A included in the battery pack 100 is accommodated inside the case 110, or when a plurality of cell stacks 120A are installed side by side in one direction, the cell stack 120A is arranged in another direction that intersects the one direction. This also includes the case where a plurality are installed side by side.
- Battery pack 110 Case (housing) 121 Battery cell (battery) 130 Circulating passage 140 Blower 144 PTC heater (heating device) 180 Temperature detector 190 Battery management unit (control unit)
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Abstract
筐体内に複数の電池、および送風機が収容されて、温度検出器による電池温度に応じて、制御部によって複数の電池の温度管理が実施される電池パックにおいて、制御部は、電池温度が、予め定めた所定の冷却必要温度Tc1以上となると、複数の電池を冷却するために、送風機を作動させる冷却モードを実行する。また、電池温度Tが、冷却必要温度Tc1よりも低く、冷却が不要となる条件下であっても、循環通路に流体を流通させて筐体内の均温化を図るために、送風機を作動させる均温化モードを実行する。
Description
本発明は、ケース内部に収容された複数個の電池セルを有する電池パックに関するものである。
従来の電池パックとして、例えば、特許文献1に記載されたものが知られている。特許文献1に記載の電池パックは、車載バッテリを冷却するファンの制御装置となっている。車載バッテリは、走行用駆動源となる電気モータに電力を供給するものであり、例えば、乗員用の座席の下に配置されている。また、車載バッテリに隣接する位置には、この車載バッテリを冷却するためのファンが設けられている。ファンの作動は、制御装置によって制御される。ファンの作動により車室内の冷却された空気が車載バッテリに供給されるようになっている。
そして、特許文献1では、制御装置は、車載バッテリの温度が予め定めたAレベル以上となるとファンを作動させて、車載バッテリを冷却するようになっている。このとき、特許文献1では、バッテリ温度が高くなるほど(A~Eに上昇するほど)、更には、車室内の騒音のレベルが高いほど(1~3に上昇するほど)、ファンの回転速度が大きくなるように制御される。
これにより、ファンの作動音による体感騒音を低減しつつ、車載バッテリの効果的な冷却を可能としている。
特許文献1では、上記のように、車載バッテリおよびファンは、車室内の開放空間となる座席の下に配置されており、車載バッテリの温度がAレベル以上のときにファンを作動させて、車室内の冷却された空気を車載バッテリに供給することで効果的な冷却を可能としている。つまり、特許文献1は、開放式の空冷電池パックとなっている。その反面、ファンの作動音が直接的に乗員に聞こえてしまうことから、車室内の騒音レベルに応じたファンの回転速度の制御装置が組み込まれている。また、ファンが作動されないときは、車載バッテリ周りの空気の流れがなくなり、熱がこもるという問題があった。
ここで、筐体内に複数の電池セルおよび送風機を収容し、送風機によって筐体内で冷却流体を循環させることで複数の電池セルの温度を制御する密閉式の電池パックを検討されている。このような密閉式の電池パックでは、送風機が筐体内に収容されることから、乗員に対する送風機の作動音の影響を抑制することが可能となる。
しかしながら、密閉式の電池パックにおいては、上記の開放式の空冷電池パックと同様に、送風機が作動されないときは、筐体内における冷却流体の流れが停止し、筐体の中心側になるほど熱がこもりやすく、複数の電池セル間の温度バラツキが大きくなるという問題が残った。複数の電池セル間の温度バラツキが大きくなると、電池パック全体としての品質の低下を招いてしまう。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、複数の電池セルおよび送風機が筐体内に収容されるものにおいて、効果的な電池セルの温度管理を可能とする電池パックを提供することを目的とする。
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
開示される一つの態様は、複数の電池と、複数の電池を収容する筐体と、筐体内に形成されて、電池の周りを熱交換用の流体が流通する循環通路と、筐体内に収容されて、循環通路に流体を流通させる送風機と、複数の電池のうち、少なくとも1つの電池の温度を検出する温度検出器と、温度検出器によって検出された電池温度に応じて、送風機の作動を制御する制御部と、を備え、制御部は、電池温度が、予め定めた所定の冷却必要温度以上となると、複数の電池を冷却するために、送風機を作動させる冷却モードを実行すると共に、電池温度が、冷却必要温度よりも低く、冷却が不要となる条件下であっても、循環通路に流体を流通させて筐体内の均温化を図るために、送風機を作動させる均温化モードを実行することを特徴としている。
この本発明によれば、電池温度が冷却必要温度以上となると、冷却モードによって送風機が作動され、流体によって複数の電池が確実に冷却される。
また、電池温度が冷却必要温度よりも低く、上記のような冷却が不要となる条件下であっても、均温化モードによって送風機が作動される。筐体内では、送風機によって流体が循環通路を流通するので、均温化されて(熱のこもりが回避されて)、複数の電池間の温度バラツキを抑制することができる。複数の電池間の温度バラツキを抑制することで、電池全体の品質を向上させることができる。
尚、本電池パックでは、送風機は筐体内に設けられているので、送風機が作動されても、その騒音が外部にもれることが抑制される。よって、複数の電池の冷却、および均温化のための送風機の作動条件が、騒音抑制のために制約されることがない。
総じて、複数の電池および送風機が筐体内に収容されるものにおいて、効果的な電池の温度管理を可能とすることができる。
尚、特許請求の範囲における括弧内の符号は、記載内容の理解を容易にすべく、後述する実施形態において対応する構成を例示するものに留まり、発明の内容を限定することを意図したものではない。
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
(第1実施形態)
本発明の一例である第1実施形態の電池パック100の構成について、図1~図7を参照しながら説明する。電池パック100は、例えば、電池に充電された電力によって駆動されるモータと、内燃機関とを走行駆動源とするハイブリッド自動車、あるいはモータを走行駆動源とする電気自動車等に用いられる。電池パック100に含まれる複数の電池セル121は、例えば、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、有機ラジカル電池等である。
本発明の一例である第1実施形態の電池パック100の構成について、図1~図7を参照しながら説明する。電池パック100は、例えば、電池に充電された電力によって駆動されるモータと、内燃機関とを走行駆動源とするハイブリッド自動車、あるいはモータを走行駆動源とする電気自動車等に用いられる。電池パック100に含まれる複数の電池セル121は、例えば、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、有機ラジカル電池等である。
電池パック100は、車両のトランクルーム、あるいはトランクルームより下方に設けられたトランクルーム裏エリア等のパック収容スペースに設置される。このパック収容スペースは、例えば、スペアタイヤ、工具等も収納することができる。電池パック100は、後述する底壁112や底壁側通路135を下側にした姿勢で、パック収容スペースに設置される。
また、電池パック100は、車両の車室内に設けられる前部座席の下方や後部座席等の下方に設置されるようにしてもよい。この場合、電池パック100は、底壁112や底壁側通路135を下側にした姿勢で、前部座席や後部座席等の下方に設置される。また、後部座席の下方において電池パック100を設置する空間は、トランクルームよりも下方のトランクルーム裏エリアに連通させるようにしてもよい。また当該設置空間は、車外に連通するようにも構成できる。
電池パック100は、ケース110、複数の電池セル121からなる組電池120(セル積層体120A)、循環通路130、PTCヒータ144の設けられた送風機140、内部フィン150(151、152)、外部フィン160(161、162)、送風機172を有する外部ダクト170、温度検出器180、および電池管理ユニット190等を備えている。
尚、本実施形態では、図1において、Frは車両前方側を示し、Rrは車両後方側を示し、RHは車両右側を示し、LHは車両左側を示している。電池パック100における方向を示す際に、Fr-Rrの方向を前後方向、RH-LHの方向を左右方向と呼ぶことにする。また、重力の作用方向を上下方向と呼ぶことにする。
ケース110は、外部と隔離した密閉された内部空間を形成する筐体であり、組電池120、および送風機140(140A、140B)を内部に収容している。ケース110は、内部の空間を包囲する複数の壁からなる箱形を呈し、アルミニウム板または鉄板の成型品で形成されている。ケース110は、例えば、上下方向に扁平な直方体となっており、6面、即ち、天壁111、底壁112、第一側壁113、第二側壁114、第三側壁115、および第四側壁116を有している。また、ケース110は、内部を区画する区画壁117、および底壁112における補強用の梁118を有している。
天壁111は、ケース110の上側の面を形成する壁であり、前後方向に長辺を有する長方形の壁となっている。底壁112は、ケース110の下側の面を形成する壁であり、天壁111と同様の形状を有している。
また、第一および第二側壁113、114は、ケース110の左右側の面を形成する壁であり、前後方向に長辺を有する細長い長方形の壁となっている。第一および第二側壁113、114は、互いに向かい合う位置関係にある。また、第三および第四側壁115、116は、ケース110の前後側の面を形成する壁であり、左右方向に長辺を有する細長い長方形の壁となっている。第三および第四側壁115、116は、互いに向かい合う位置関係にある。また、第三および第四側壁115、116は、第一および第二側壁113、114に対して直交する壁となっている。
ケース110は、上記各壁111~116を用いたものに代えて、複数のケース体を接合して組み立てることにより、内部に箱体状の空間を形成して製作するようにしてもよい。また、ケース110の複数の壁のうち、所定の壁の表面には、放熱面積を大きくするために複数の凸部または凹部を形成するようにしてもよい。
尚、電池パック100において、第一および第二側壁113、114の長辺に沿う方向が前後方向に対応しており、また、第三および第四側壁115、116の長辺に沿う方向が左右方向に対応している。
区画壁117は、ケース110の内部において、第四側壁116側に配置されて、第四側壁116と平行となって、第一および第二側壁113、114間を繋ぐ壁となっている。区画壁117は、底壁112の上側の面(ケース110の内側となる面)からケース110の上下方向の中間位置まで延びている。区画壁117と第四側壁116との間には空間117aが形成されている。空間117aには、後述する電池管理ユニット190が収容されている。
梁118は、図1~図3に示すように、ケース110の強度を向上させるための補強部材となっており、底壁112の上側の面(ケース110の内側となる面)に並列となるように複数本、設けられている。本実施形態では、梁118は、5本の設定となっている。梁118は、細長の棒状を成しており、長手方向がケース110に対して前後方向を向くように、且つ、左右方向に等間隔で並ぶようにして、底壁112に設けられている。各梁118同士のピッチ(中心線間距離)は、電池セル121の左右方向の寸法と同等となるように設定されている。
梁118は、ケース110に対して別体形成されたものであり、例えば、中空で断面が四角形を成す角柱部材となっている。更に具体的には、梁118は、断面形状がコの字状(あるいは矩形ブラケット状)を成しており、コの字状の開口側が底壁112に固定されている。梁118は、例えば、アルミニウム材、あるいは鉄材等の金属材料から形成されている。
区画壁117と複数の電池セル121(組電池120)との間において、複数本の梁118の上面には、第一側壁113から第二側壁114に繋がる板状の閉塞壁119aが設けられている。この閉塞壁119aによって、各梁118間の空間の上側は、閉塞されている。
同様に、第三側壁115と複数の電池セル121(組電池120)との間において、複数本の梁118の上面には、第一側壁113から第二側壁114に繋がる板状の閉塞壁119bが設けられている。この閉塞壁119bによって、各梁118間の空間の上側は、閉塞されている。
組電池120は、複数の電池セル121が積層されたセル積層体120Aが、複数設けられて形成されている。本実施形態では、例えば、20個の電池セル121によって1つのセル積層体120Aが形成され、このセル積層体120Aが4つ並べられて、組電池120が形成されている(図1参照)。
電池セル121は、前後方向に扁平な直方体を成しており、外装ケースから外部に突出する正極端子、および負極端子を備えている。電池セル121は、本発明の電池に対応する。
セル積層体120Aは、複数の電池セル121が積層されて、この積層された電池セル121が電池ケースに収容されて形成されている。即ち、複数の電池セル121は、扁平方向と直交する面が互いに向かい合うように積層されている。そして、電池ケースは、各電池セル121の上面側、および下面側が開口されて、各電池セル121の周囲を覆うケースとなっている。
セル積層体120Aにおいて、隣り合う電池セル121における異極の端子間は、バスバー等の導電部材によって電気的に接続されている。バスバーと電極端子との接続は、例えばネジ締めや、溶接等により行われる。したがって、バスバー等によって電気的に接続された複数の電池セル121の両端に配された総端子部は、外部から電力が供給されたり、他の電気機器へ向けて放電したりするようになっている。
また、セル積層体120Aにおいて、積層される複数の電池セル121の間には、それぞれ所定の隙間が形成されるように設置されている。この隙間は、電池セル121間に設けられたスペーサ部材等によって形成されている。スペーサ部材は、例えば、電池ケースにおいて、各電池セル121間に仕切り壁部を設け、この仕切り壁部に凹凸等を設けることで形成対応することができる。
複数のセル積層体120A(各電池セル121)は、図1、図3に示すように、梁118の上面に固定(配置)されている。具体的には、1つのセル積層体120A(各電池セル121)は、複数の梁118が並べられた方向(左右方向)の下側の両端部が、それぞれ2本の梁118の上に乗せられて配置(固定)されている。
循環通路130は、ケース110内に形成され、各電池セル121の周りを熱交換用の流体が流通する通路であり、主に、側壁側通路131、側壁側通路132、天壁側通路133、電池通路134、底壁側通路135、および各送風機140A、140Bを結ぶ一連の流通路によって形成されている。
側壁側通路131は、天壁111、および底壁112の両方に直交し、第一側壁113に対して平行に延び、複数の電池セル121(組電池120)と第一側壁113との間に形成される通路である。
側壁側通路132は、天壁111、および底壁112の両方に直交し、第二側壁114に対して平行に延び、複数の電池セル121(組電池120)と第二側壁114との間に形成される通路である。
天壁側通路133は、天壁111と複数の電池セル121(組電池120)との間に形成されて、天壁111に平行に延びる通路である。
側壁側通路131と天壁側通路133は、天壁111と第一側壁113との境界部で繋がっている。また、側壁側通路132と天壁側通路133は、天壁111と第二側壁114との境界部で繋がっている。
電池通路134は、各セル積層体120Aにおいて、隣り合う電池セル121間の隙間によって形成される通路である。
底壁側通路135は、底壁112、複数の電池セル121の下端面121a、および梁118によって囲まれた空間として形成される通路である。加えて、底壁側通路135には、底壁112、閉塞壁119a、および梁118によって囲まれた空間、更には、底壁112、閉塞壁119b、および梁118によって囲まれた空間も含まれている。底壁側通路135は、各電池セル121の下側で、隣り合う梁118の間に形成される通路となっており、本実施形態では、5本の梁118をもとに、4つの通路として形成されている。
4つの底壁側通路135のうち、第一側壁113側から2つめの通路は、送風機140Aの近傍で、図示しない連通部によって第一側壁113側から1つめの通路と連通している。また、第一側壁113側から3つめの通路は、送風機140Bの近傍で、図示しない連通部によって第一側壁113側から4つめの通路と連通している。
電池通路134の上側は、天壁側通路133と繋がっており、また、電池通路134の下側は、底壁側通路135と繋がっている。
送風機140は、ケース110内に収容されて、循環通路130に熱交換用の流体を強制的に流通(循環)させる流体駆動手段である。本実施形態では、送風機140は、第1送風機140Aと第2送風機140Bとの2つが並ぶように設定されている。以下、2つの送風機140A、140Bを総称して送風機140として記載することもある。循環通路130に循環させる流体としては、例えば、空気、各種のガス、水、冷媒等を用いることができる。
第1送風機140Aは、図1、図2、図4に示すように、第一側壁113側の2つのセル積層体120Aの領域に対応する循環通路130に流体を循環させる送風機となっている。また、第2送風機140Bは、第二側壁114側の2つのセル積層体120Aの領域に対応する循環通路130に流体を循環させる送風機となっている。第1送風機140Aと、第2送風機140Bは、ケース110の前後方向を向く中心線に対して対称となるように、ケース110内において、第三側壁115とセル積層体120A(複数の電池セル121)との間に配置されている。
各送風機140A、140Bは、モータ141、シロッコファン142、およびファンケーシング143を有している。
モータ141は、シロッコファン142を回転駆動させる電気機器であり、シロッコファン142の上側に設けられている。
シロッコファン142は、その回転軸方向に流体を吸入し、遠心方向に流体を吹出す遠心式のファンである。また、シロッコファン142は、その回転軸が上下方向を向くように配置されている。
ファンケーシング143は、シロッコファン142を覆うように形成されて、シロッコファン142による流体の吸込み、および吹出し方向を設定する導風部材となっている。ファンケーシング143は、シロッコファン142の下側で開口する吸込み口143a、吹出した流体の流れを導く吹出しダクト143b、および吹出しダクト143bの先端部で開口する吹出し口143cを有している。
各送風機140A、140Bの各吸込み口143aは、底壁側通路135における第三側壁115側の領域と繋がるように配置されている。送風機140Aの吸込み口143aは、4つの底壁側通路135のうち、第一側壁113側から1つめと2つめの通路と繋がっている。また、送風機140Bの吸込み口143aは、4つの底壁側通路135のうち、第一側壁113側から3つめと4つめの通路と繋がっている。
各送風機140A、140Bの各吹出しダクト143bは、シロッコファン142の側面からケース110の中心側に一旦延びる。そして、ダクト143bはUターンするようにして、側壁側通路131、132側に、それぞれ延びるように形成されている。
そして、送風機140Aの吹出し口143cは、側壁側通路131に繋がるように配置されている。具体的には、吹出し口143cは、側壁側通路131における上下方向の下側寄りの位置で、積層される複数の電池セル121のうち、第三側壁115側となる電池セル121の近傍で、且つ、第四側壁116側を向くように配置されている。
また、送風機140Bの吹出し口143cは、側壁側通路132に繋がるように配置されている。具体的には、吹出し口143cは、側壁側通路132における上下方向の下側寄りの位置で、積層される複数の電池セル121のうち、第三側壁115側となる電池セル121の近傍で、且つ、第四側壁116側を向くように配置されている。
PTCヒータ144は、図1、図4に示すように、ケース110内の流体を所定温度となるように加熱するための加熱装置であり、ファンケーシング143内部の中間位置に設けられている。PTCヒータ144は、自己温度制御機能を有しており、後述する電池管理ユニット190によって、その作動が制御されるようになっている。
内部フィン150は、図5に示すように、ケース110の内側に設けられた熱交換促進用のフィンであり、第1内部フィン151、および第2内部フィン152を有している。各内部フィン151、152は、熱伝導性に優れるアルミニウム材、あるいは鉄材等の金属部材から形成されている。
第1内部フィン151は、ケース110の前後方向を向く中心線に対して対称となるように第一側壁113側と、第二側壁114側とに設けられている。また、第2内部フィン152は、ケース110の前後方向を向く中心線に対して対称となるように、天壁111の第一側壁113側、および第二側壁114側となる2カ所に設けられている。
ここでは、各内部フィン151、152は、例えば、流体に対する流通抵抗を比較的小さく設定することのできるストレートフィンが採用されている。ストレートフィンは、薄肉板状の基板部から垂直に突出する薄肉板状のフィン部が平行となるように多数並び、各フィン部の間に流体用の通路が形成されるフィンとなっている。
尚、各内部フィン151、152としては、上記ストレートフィンに限らず、他のコルゲートフィン(ルーバあり、なし)、オフセットフィン等とすることもできる。
第1内部フィン151のフィン部は、基板部から複数の電池セル121側に向けて垂直に突出しており、フィン部の内部により多くの流体が流通するように、突出した先端部は複数の電池セル121の側面に近接する位置まで延びている。またフィン部の板面は、上下方向に対して、下側から上側に向けて、第四側壁116側に傾くように設定されている。また、フィン部による流体通路の長さは、第三側壁115側から第四側壁116側に向かうほど、長くなっている。
第2内部フィン152のフィン部は、基板部から複数の電池セル121側に向けて垂直に突出しており、フィン部の内部により多くの流体が流通するように、突出した先端部は、複数の電池セル121の上面に近接する位置まで延びている。またフィン部の板面は、左右方向に対して、ケース110の中心側に向かうほど、第四側壁116側に傾くように設定されている。フィン部による流体通路の長さは、第三側壁115側から第四側壁116側に向かうほど、短くなっている。そして、第2内部フィン152のフィン部による流体通路は、第1内部フィン151のフィン部による流体通路と連続するように接続されている。
外部フィン160は、図6に示すように、ケース110の外側に設けられた熱交換促進用のフィンであり、第1外部フィン161、および第2外部フィン162を有している。各外部フィン161、162は、熱伝導性に優れるアルミニウム材、あるいは鉄材等の金属材料から形成されている。
第1外部フィン161は、ケース110の前後方向を向く中心線に対して対称となるように第一側壁113側と、第二側壁114側とに設けられている。また、第2外部フィン162は、ケース110の前後方向を向く中心線に対して対称となるように、天壁111の第一側壁113側、および第二側壁114側となる2カ所に設けられている。
ここでは、各外部フィン161、162は、例えば、流体に対する熱伝達性能を比較的大きく設定することのできるコルゲートフィンが採用されている。コルゲートフィンは、全体形状が波状を成して、波状の互いに対向する面には多数のルーバが形成されており、波状の互いに対向する面の間、およびルーバの間に流体用の通路が形成されるフィンとなっている。
尚、各外部フィン161、162としては、上記内部フィン151、152のようなストレートフィン、ルーバ無しのコルゲートフィン、あるいはオフセットフィン等とすることもできる。
第1外部フィン161は、複数本(ここでは2本)が一組となって設けられており、第一および第二側壁113、114において、第1内部フィン151と対応する領域内で、波の連続する方向が前後方向を向くように、且つ、多少、第四側壁116側にオフセットされるように配置されている。
第2外部フィン162は、複数本(ここでは2本)が一組となって設けられており、天壁111の第一および第二側壁113、114側において、第2内部フィン152と対応する領域内で、波の連続する方向が前後方向を向くように、且つ、第1外部フィン161よりも多少、第三側壁115側となるように配置されている。
外部ダクト170は、図7(図13)に示すように、冷却用の流体を、ケース110の外側表面に沿うように流通させるダクトとなっている。冷却用の流体は、例えば、車室内の冷却された空気(冷房された冷却空気)が使用される。
外部ダクト170は、断面形状が扁平に形成されて、ケース110の外側表面、具体的には、第一および第二側壁113、114領域、天壁111の第一および第二側壁113、114側の領域、および第三側壁115領域に設けられており、各外部フィン161、162を内包する(覆う)ように形成されている。外部ダクト170の内部は、主に、第一および第二側壁113、114領域、天壁111の第一および第二側壁113、114側領域、および第三側壁115領域の順に繋がる流路となっている。
外部ダクト170の第四側壁116側の両端部(第一および第二側壁113、114側)が、冷却空気を吸い込む吸込み部となっている。そして、この吸込み部の直後となる下流側には、吸込んだ冷却空気を第1外部フィン161の下側、および第2外部フィン162のケース110中央側に分流させる風向装置171が設けられている。
また、外部ダクト170の第三側壁115側の中央には、送風機172が設けられており、送風機172の上部、および下部が冷却空気を吹出す吹出し部となっている。送風機172には、例えば、ターボファンが使用されている。
温度検出器180は、複数の電池セル121の少なくとも1つの電池セル121の温度を検出する装置である。具体的には、温度検出器180は、複数の電池セル121において、全部の電池セル121、または所定の電池セル121に設けられている。温度検出器180は、温度センサ、および信号出力用の温度検出線等によって構成することができる。温度検出器180によって検出された電池セル121の温度信号(電池温度T)は、後述する電池管理ユニット190に出力されるようになっている。
電池管理ユニット(Battery Management Unit)190は、車両に搭載された各種の電子制御装置と通信可能に構成されている。電池管理ユニット190は、少なくとも電池セル121の蓄電量を管理する機器であり、電池セル121に係る制御を行う電池制御ユニットの一例である。また、電池管理ユニット190は、電池セル121に関する電流、電圧、温度等を監視すると共に、電池セル121の異常状態、漏電等を管理するようになっている。
また、電池管理ユニット190には、電流センサによって検出された電流値に係る信号が入力される。電池管理ユニット190は、車両ECUと同様に入力回路、マイクロコンピュータ、および出力回路等を備えている。マイクロコンピュータが有する記憶手段には、電池情報がデータとして随時蓄積されている。蓄積される電池情報のデータは、例えば、電池パック100における電池電圧、充電電流、放電電流、および電池温度等である。
また、電池管理ユニット190は、各送風機140A、140B、送風機172、およびPTCヒータ144の作動を制御する制御装置としても機能するようになっている。電池管理ユニット190は、温度検出器180によって検出される電池温度Tに応じて電池セル121に対する冷却、均温化、あるいは昇温を実施する条件が成立した場合には、各送風機140A、140B、送風機172、およびPTCヒータ144の作動を制御するようになっている。電池管理ユニット190の制御内容の詳細については後述する。
以上のように構成される電池パック100の作動について、図8~図13を参照しながら説明する。
電池セル121は、電流が取り出される出力時、および充電される入力時に自己発熱する。また、電池セル121は、季節、および車室内の冷却条件等に応じてケース110外部の温度の影響を受ける。電池管理ユニット190は、温度検出器180によって電池セル121の電池温度Tを常時モニターし、電池温度Tに基づいて各送風機140A、140B、送風機172、およびPTCヒータ144の作動を制御する。
電池管理ユニット190は、複数の温度検出器180(電池セル121)からの温度信号から、電池セル121の電池温度Tを把握する。電池管理ユニット190には、電池セル121に対する冷却が必要であるか否かを判定するための所定の判定値としての冷却必要温度Tc1と、この冷却必要温度Tc1よりも低い側に、電池セル121に対する昇温が必要であるか否かを判定するための所定の判定値としての昇温必要温度Th1と、が予め設定されている。冷却必要温度Tc1は、例えば、30℃程度の温度として設定されており、また昇温必要温度Th1は、例えば、-5℃程度の温度として設定されている。
尚、電池管理ユニット190は、冷却の必要性を判定する場合は、複数の温度検出器180からの温度信号のうち、最大値を使用し、また、昇温の必要性を判定する場合は、複数の温度検出器180からの温度信号のうち、最小値を使用するようになっている。
以下、電池管理ユニット190が実施する具体的な制御の要領について、図8に示すフローチャートを用いて説明する。
1.冷却モード
電池管理ユニット190は、ステップS100~ステップS120において、電池セル121を冷却するための冷却モードを実行する。
電池管理ユニット190は、ステップS100~ステップS120において、電池セル121を冷却するための冷却モードを実行する。
即ち、電池管理ユニット190は、ステップS100で、温度検出器180から把握した電池温度Tが、冷却必要温度Tc1以上となっているか否かを判定する。ステップS100で、肯定判定すると、電池セル121は温度上昇しており、冷却が必要な状態であるとして、電池管理ユニット190は、ステップS110で、各送風機140A、140Bの回転数を、電池温度Tに応じた冷却回転数N1として決定する。
本実施形態では、冷却回転数N1は、所定の冷却回転数範囲内で設定される回転数となっており、図9に示すように、冷却回転数範囲において電池温度Tが高い程、冷却回転数N1が大きくなるように設定される。具体的には、冷却回転数N1は、電池温度Tに対して(電池温度Tが高くなる程)、直線的に増加されるようになっている。冷却回転数N1が増加されると、各送風機140A、140Bの送風量が増加する。
そして、ステップS120において、電池管理ユニット190は、ステップS110にて決定した冷却回転数N1で、各送風機140A、140Bを作動させる。
上記のように、各送風機140A、140Bが作動された場合、ケース110内における内部の流体は、図10~図12に示すように、循環通路130を循環する。
即ち、各送風機140A、140Bの吸込み口143aから吸い込まれ、吹出しダクト143bを介して、吹出し口143cから吹出される流体は、それぞれ側壁側通路131、および側壁側通路132に流入する。
そして、各側壁側通路131、132に流入した流体は、第1内部フィン151の傾斜配置されたフィン部に沿って、下側(底壁112側)から上側(天壁111側)に向けてスムーズに流れる。各側壁側通路131、132において、流速を伴う流体の熱は、第1内部フィン151に伝達され、更に第一および第二側壁113、114を介して外部に放出される。
次に、流体は、第1内部フィン151と連続的に接続される第2内部フィン152のフィン部にスムーズに流れ、このフィン部に沿って、天壁側通路133に流入する。天壁側通路133に流入した流体は、天壁側通路133内に拡がる。
図10に示すように、側壁側通路131から天壁側通路133内に流入した流体は、主に第一側壁113側の2つのセル積層体120Aの領域に拡がる。また、側壁側通路132から天壁側通路133内に流入した流体は、主に第二側壁114側の2つのセル積層体120Aの領域に拡がる。そして、天壁側通路133内に流入した流体の熱は、第2内部フィン152から天壁111へ伝達され、あるいは天壁111に直接的に伝達され、外部に放出される。
次に、天壁側通路133内に流入した流体は、各電池セル121の間に形成された電池通路134を通り、底壁側通路135に至る。ここで、各側壁側通路131、132、および天壁側通路133は、各送風機140A、140Bの吹出しによって、陽圧空間となり、また、底壁側通路135は、各送風機140A、140Bの吸込みによって陰圧空間となり、両者の圧力差によって、天壁側通路133側から底壁側通路135側への流体の移動が継続的に行われることになる。そして、流体が電池通路134を通る際に、各電池セル121の熱が流体に伝達される。
次に、底壁側通路135に流入した流体は、各梁118の長手方向に沿うように移動して、各送風機140A、140Bの吸込み口143aに至る。そして、底壁側通路135内に流入した流体の熱は、底壁112に伝達され、外部に放出される。
上記のように、ケース110内の循環通路130を流体が循環することで、主に、面積の広い天壁111、および底壁112から流体の熱、即ち電池セル121の熱が外部に放出される。このとき、各内部フィン151、152によって、熱交換が促進されるようになっている。よって、各電池セル121は、効果的に冷却されて適切な温度に調節される。
2.昇温モード
電池管理ユニット190は、ステップS130~ステップS150において、電池セル121を昇温するための昇温モードを実行する。
電池管理ユニット190は、ステップS130~ステップS150において、電池セル121を昇温するための昇温モードを実行する。
即ち、電池管理ユニット190は、ステップS130で、温度検出器180から把握した電池温度Tが、昇温必要温度Th1未満となっているか否かを判定する。ステップS130で、肯定判定すると、電池セル121は温度低下しており、昇温が必要な状態であるとして、電池管理ユニット190は、ステップS140で、各送風機140A、140Bの回転数を、電池温度Tに応じた昇温回転数N3として決定する。
本実施形態では、昇温回転数N3は、所定の昇温転数範囲内で設定される回転数となっており、図9に示すように、昇温回転数範囲において電池温度Tが低い程、昇温回転数N3が大きくなるように設定される。具体的には、昇温回転数N3は、電池温度Tに対して(電池温度Tが低くなる程)、直線的に増加されるようになっている。昇温回転数N3が増加されると、各送風機140A、140Bの送風量が増加する。
図9に示すように、昇温回転数N3の最小値は、冷却回転数N1の最小値、更には後述する均温化回転数N2と同等としている。また、昇温回転数N3の最大値は、冷却回転数N1の最大値よりも小さい値としている。
そして、ステップS150において、電池管理ユニット190は、ステップS140にて決定した昇温回転数N3で、各送風機140A、140Bを作動させると共に、PTCヒータ144を作動させる。
上記のように、各送風機140A、140B、およびPTCヒータ144が作動された場合は、吹出しダクト143b内を流通する流体は、PTCヒータ144によって加熱される。そして、この加熱された流体が上記のように、ケース110内の循環通路130を循環することで、逆に各電池セル121は、加熱された流体によって適正作動可能な温度に昇温され、低温時における性能低下が是正される。
3.均温化モード
電池管理ユニット190は、ステップS100、ステップS130、ステップS160において、ケース110内の均温化(電池セル121の均温化)を図るための均温化モードを実行する。
電池管理ユニット190は、ステップS100、ステップS130、ステップS160において、ケース110内の均温化(電池セル121の均温化)を図るための均温化モードを実行する。
即ち、電池管理ユニット190は、ステップS100、およびステップS130で共に否と判定すると、ステップS160に移行する。上記ステップS100、S130で共に否定判定した場合の電池温度Tは、昇温必要温度Th1以上であり、冷却必要温度Tc1よりも低い。このような温度条件下では、通常、開放式の空冷電池パックであれば、電池セルの冷却は実施されず送風機は作動されない。
しかしながら、本実施形態では、冷却が不要となる条件下であっても、電池管理ユニット190は、ステップS160で、各送風機140A、140Bを均温化回転数N2で作動させる。均温化回転数N2は、冷却回転数N1の最小値以下となる低回転側の回転数として予め定められている。ここでは、図9に示すように、均温化回転数N2は、冷却回転数N1の最小値と同等に設定されており、昇温必要温度Th1と冷却必要温度Tc1との間において、一定の回転数となっている。
上記のように、各送風機140A、140Bが作動された場合は、ケース110内の流体は、冷却モードの場合と同様に、循環通路130を循環する。しかしながら、均温化回転数N2は、冷却回転数N1の最小値と同等で、低回転側の回転数として設定されているので、循環通路130を循環する流体の流速は小さく抑えられる。流速の押えられた流体は、電池セル121を積極的に冷却するものではない。ここでは、循環通路130に流体が流通されることで、ケース110内の均温化が図られて、ケース110内の局部的な領域(例えば、ケース110の中心側)での熱のこもりの発生が回避される。
尚、例えば夏場等で、電池温度Tが、冷却必要温度Tc1を超えて、更に、所定の高温側温度を超えるような高温となる場合は、電池管理ユニット190は、各送風機140A、140Bの作動に加えて、外部ダクト170における送風機172を作動させる。この場合は、車室内の冷却空気が外部ダクト170の吸込み部から外部ダクト170内に吸込まれる。
吸込み口から吸込まれた冷却空気は、図13に示すように、風向装置171によって、分流され、第1外部フィン161の下側と、第2外部フィン162のケース110の中央側に向け分流される。そして、それぞれの流れは、各外部フィン161、162を横切るように通過、合流して、送風機172の上下部に設けられた吹出し部から吹出される。
このとき、ケース110内の流体の熱は、各内部フィン151、152、第一および第二側壁113、114、天壁111、各外部フィン161、162を介して冷却空気に伝達されて、外部に放出される。よって、ケース110内の流体の熱は、各内部フィン151、152に加えて、各外部フィン161,162によって、熱交換が更に促進されるようになっている。そして、各電池セル121は、短時間で適切な温度に強制冷却される。
以上のように、本実施形態では、電池温度Tが、冷却必要温度Tc1以上となると、複数の電池セル121を冷却するために、各送風機140A、140Bを作動させる冷却モードを実行する。これにより、流体によって複数の電池セル121が確実に冷却される。
また、電池温度Tが、冷却必要温度Tc1よりも低く、冷却が不要となる条件下であっても、ケース110内の均温化を図るために、各送風機140A、140Bを作動させる均温化モードを実行するようにしている。これにより、ケース110内では、各送風機140A、140Bによって流体が循環通路130を流通するので、均温化されて(熱のこもりが回避されて)、複数の電池セル121間の温度バラツキを抑制することができる。複数の電池セル121間の温度バラツキを抑制することで、電池全体の品質を向上させることができる。
更に、電池温度Tが、昇温必要温度Th1よりも低いと、PTCヒータ144を作動させると共に、PTCヒータ144によって加熱された流体を循環通路130に流通させて複数の電池セル121を昇温させるために、各送風機140A、140Bを作動させる昇温モードを実行する。これにより、電池温度Tが昇温必要温度Th1よりも低い場合は、昇温モードによって、PTCヒータ144により加熱された流体によって、複数の電池セル121を昇温させることができる。つまり、温度低下に伴う電池セル121の性能低下を防止することができる。
尚、本電池パック100では、各送風機140A、140Bは、ケース110内に設けられているので、各送風機140A、140Bが作動されても、その騒音が外部にもれることが抑制される。よって、複数の電池セル121の冷却、昇温、および均温化のための送風機140の作動条件が、騒音抑制のために制約されることがない。
総じて、複数の電池セル121および各送風機140A、140Bがケース110内に収容されるものにおいて、効果的な電池セル121の温度管理を可能とすることができる。
また、冷却モードの場合は、冷却回転数範囲における冷却回転数N1で各送風機140A、140Bを作動させることで、複数の電池セル121を確実に冷却することができる。また、均温化モードの場合は、複数の電池セル121を冷却する必要はないため、均温化回転数N2を冷却回転数N1以下となる低回転側の回転数にして、各送風機140A、140Bを作動させることができ、各送風機140A、140Bの使用エネルギを低く設定することができる。
また、冷却モード時において、電池温度Tが高い程、冷却回転数N1を大きくするようにしているので、循環通路130における流体の流速を大きくして、冷却能力を上げることができる。
また、昇温モード時には、各送風機140A、140Bを、均温化回転数N2以上となる昇温回転数N3で作動させるようにしているので、均温化モード時よりも流体の流速を大きくして、電池セル121の効果的な昇温が可能となる。
また、昇温モード時において、電池温度Tが低い程、昇温回転数N3を大きくするようにしているので、循環通路130における流体の流速を大きくして、昇温能力を上げることができる。
また、昇温回転数範囲の最大値は、冷却回転数範囲の最大値よりも小さく設定されるようにしている。昇温モード時においては、ケース110の外部、および電池セル121は、低温環境にある。昇温モード時において、昇温回転数N3を上げ過ぎると、加熱された流体の熱は、例えば、内部フィン150および外部フィン160を介して、天壁111、第一および第二側壁113、114等から外部に放熱されやすくなり、電池セル121の昇温効果が低下してしまう。よって、昇温回転数範囲の最大値を、冷却回転数範囲の最大値よりも小さく設定することで、このような問題を防止することができる。
(第2実施形態)
第2実施形態の電池管理ユニット190が実行する制御内容を図14、図15に示す。第2実施形態は、上記第1実施形態に対して、冷却回転数N1、および昇温回転数N3を電池温度Tに応じて増加させる際、段階的に可変するようにしたものである。
第2実施形態の電池管理ユニット190が実行する制御内容を図14、図15に示す。第2実施形態は、上記第1実施形態に対して、冷却回転数N1、および昇温回転数N3を電池温度Tに応じて増加させる際、段階的に可変するようにしたものである。
電池管理ユニット190には、電池セル121に対する冷却が必要であるか否かを判定するための所定の判定値として、冷却必要温度Tc1に加えて、冷却必要温度Tc2、Tc3、Tc4が予め設定されている。各冷却必要温度Tc1~Tc4の大小関係は、Tc1<Tc2<Tc3<Tc4であり、所定の温度間隔となるように設定されている。
そして、冷却モード時に各送風機140A、140Bを作動させる際の冷却回転数として、N11、N12、N13、N14が予め設定されている。各冷却回転数N11~N14の大小関係は、N11<N12<N13<N14であり、所定の回転数間隔となるように設定されている。冷却回転数範囲において、冷却回転数N11は最小値、冷却回転数N14は最大値となっている。
また、電池管理ユニット190には、冷却必要温度Tc1よりも低い側に、電池セル121に対する昇温が必要であるか否かを判定するための所定の判定値としての昇温必要温度Th1に加えて、昇温必要温度Th2が予め設定されている。各温度Th1、Th2の大小関係は、Th2<Th1であり、所定の温度間隔となるように設定されている。
そして、昇温モード時に各送風機140A、140Bを作動させる際の昇温回転数として、N31、N32が予め設定されている。各昇温回転数N31、N32の大小関係は、N31<N32であり、所定の回転数間隔となるように設定されている。昇温回転数範囲において、昇温回転数N31は最小値、昇温回転数N32は最大値となっている。また、昇温回転数N31、N32と、冷却回転数N11、N12との関係において、N31<N11、N32<N12となっている。
以下、第2実施形態における電池管理ユニット190が実施する具体的な制御の要領について、図14に示すフローチャートを用いて説明する。
1.冷却モード
電池管理ユニット190は、ステップS100~S103、ステップS121~S124において、電池セル121を冷却するための冷却モードを実行する。
電池管理ユニット190は、ステップS100~S103、ステップS121~S124において、電池セル121を冷却するための冷却モードを実行する。
即ち、電池管理ユニット190は、ステップS100で、温度検出器180から把握した電池温度Tが、冷却必要温度Tc1以上となっているか否かを判定する。ステップS100で、肯定判定すると、電池管理ユニット190は、ステップS101で、電池温度Tが、冷却必要温度Tc2以上となっているか否かを判定する。
ステップS101で否と判定すると、電池温度Tは、冷却必要温度Tc1以上で、冷却必要温度Tc2未満となり、電池管理ユニット190は、ステップS121で、各送風機140A、140Bを冷却回転数N11で作動させる。
次に、ステップS101で肯定判定すると、電池管理ユニット190は、ステップS102で、電池温度Tが、冷却必要温度Tc3以上となっているか否かを判定する。
ステップS102で否と判定すると、電池温度Tは、冷却必要温度Tc2以上で、冷却必要温度Tc3未満となり、電池管理ユニット190は、ステップS122で、各送風機140A、140Bを冷却回転数N12で作動させる。
次に、ステップS102で肯定判定すると、電池管理ユニット190は、ステップS103で、電池温度Tが、冷却必要温度Tc4以上となっているか否かを判定する。
ステップS103で否と判定すると、電池温度Tは、冷却必要温度Tc3以上で、冷却必要温度Tc4未満となり、電池管理ユニット190は、ステップS123で、各送風機140A、140Bを冷却回転数N13で作動させる。
次に、ステップS103で肯定判定すると、電池温度Tは、冷却必要温度Tc4以上であり、電池管理ユニット190は、ステップS124で、各送風機140A、140Bを冷却回転数N14で作動させる。
このように、第2実施形態の冷却モードにおいて、各送風機140A、140Bの冷却回転数(N11~N14)が、電池温度Tに応じて段階的に可変される。
2.昇温モード
電池管理ユニット190は、ステップS130、S131、ステップS151、S152において、電池セル121を昇温するための昇温モードを実行する。
電池管理ユニット190は、ステップS130、S131、ステップS151、S152において、電池セル121を昇温するための昇温モードを実行する。
即ち、電池管理ユニット190は、ステップS130で、電池温度Tが、昇温必要温度Th1未満となっているか否かを判定する。
ステップS130で肯定判定すると、電池管理ユニット190は、ステップS131で、電池温度Tが昇温必要温度Th2未満となっているか否かを判定する。
ステップS131で否と判定すると、電池温度Tは、昇温必要温度Th1未満で、昇温必要温度Th2以上となり、電池管理ユニット190は、ステップS151で、PTCヒータ144を作動させると共に、各送風機140A、140Bを昇温回転数N31で作動させる。
ステップS131で肯定判定すると、電池温度Tは、昇温必要温度Th2未満であり、電池管理ユニット190は、ステップS152で、PTCヒータ144を作動させると共に、各送風機140A、140Bを昇温回転数N32で作動させる。
このように、第2実施形態の昇温モードにおいて、各送風機140A、140Bの冷却回転数が、電池温度Tに応じて段階的に可変される。
3.均温化モード
電池管理ユニット190は、ステップS100、ステップS130、ステップS160において、ケース110内の均温化(電池セル121の均温化)を図るための均温化モードを実行する。
電池管理ユニット190は、ステップS100、ステップS130、ステップS160において、ケース110内の均温化(電池セル121の均温化)を図るための均温化モードを実行する。
即ち、電池管理ユニット190は、ステップS100、およびステップS130で共に否と判定すると、ステップS160に移行し、各送風機140A、140Bを均温化回転数N2で作動させる。
以上のように、本第2実施形態では、上記第1実施形態と同様に、冷却モード、昇温モード、および均温化モードが実行され、同様の効果を得ることができる。
加えて、本第2実施形態では、冷却モード時、および昇温モード時において、各送風機140A、140Bの回転数が段階的に可変されることから、第1実施形態のように、無段階のリニア制御を行う場合に比べて、回転数制御が容易となる。
(その他の実施形態)
前述の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。前述の実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものである。
前述の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。前述の実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものである。
上記各実施形態では、電池管理ユニット190は、冷却モード、均温化モード、および昇温モードを実行するものとして説明したが、本発明の最小限の機能として、冷却モードと均温化モードを実行するものとしてもよい。
また、上記各実施形態では、冷却回転数N1は、電池温度Tに応じて(電池温度Tが高い程)、大きくなるように設定されたが、均温化回転数N2以上となる回転数で、電池温度Tに応じて変化しない一定の回転数としてもよい。
また、上記各実施形態では、昇温回転数N3は、電池温度Tに応じて(電池温度Tが低い程)、大きくなるように設定されたが、均温化回転数N2以上となる回転数で、電池温度Tに応じて変化しない一定の回転数としてもよい。
また、上記各実施形態では、昇温回転数N3の最大値は、冷却回転数N1の最大値よりも小さく成るように設定したが、これに限定されるものではない。例えば、内部フィン150、外部フィン160の設定条件の違いによって、昇温モード時における加熱流体のケース110外部への放熱の度合い(状況)が小さい場合等では、冷却回転数N1の最大値以上となるようにしてもよい。
また、加熱装置としてのPTCヒータ144は、電気ヒータ、ヒートポンプ(加熱用熱交換器)、あるいは燃焼式ヒータ等としてもよい。
また、PTCヒータ144は、ファンケーシング143の内部に限らず、ケース110の内部で、ファンケーシング143の外部に設けるようにしてもよい。
また、ケース110内の流体は、循環通路130を、送風機140A、140B、各側壁側通路131、132、天壁側通路133、電池通路134、および底壁側通路135の順に循環するようにしたが、この逆となるようにしてもよい。
また、上記第1実施形態の電池パック100は、複数個(2個)の送風機140A、140Bを用いて、循環通路130に流体を循環せるようにしたが、例えば1個の送風機、あるいは3個以上の送風機によって、循環通路130に流体を循環させるようにしてもよい。
また、ケース110内に流体を冷却する冷却器を設けるようにしてもよい。冷却器は、例えば、車両用冷却装置の冷凍サイクル内におけるエバポレータに対して、分岐配管によって並列接続される電池用エバポレータとすることができる。特に、電池セル121に対する冷却性能が不足するような場合に、電池用エバポレータに冷媒を流通させて、送風機140A、140Bによって流体を電池用エバポレータに供給する。そして、流体温度を低下させ、温度低下された流体を循環通路130に流し、複数の電池セル121を冷却することで、冷却効果を高めることができる。
また、ケース110の内部に設けられる送風機140A、140Bが内蔵するファンには、上記第1実施形態に記載するシロッコファンの他、軸流ファン、ターボファン等を用いることができる。
また、本発明の必須構成は、ケース110、組電池120、循環通路130、送風機140、PTCヒータ(加熱装置)144、温度検出器180、および電池管理ユニット(制御部)190であり、内部フィン150、外部フィン160、および外部ダクト170は必要に応じて設定されるものとしてもよい。
また、内部フィン150、および外部フィン160を設定するにあたっては、各第一および第二側壁113、114、および天壁111に一体的に形成されるフィンとしてもよい。
また、上記の実施形態では、ケース(筐体)110は6面体、直方体を形成するが、発明に含まれる筐体はこの形状に限定されない。例えば、ケース110は、6面を超える多面体であってもよいし、少なくとも一つの面が曲面を含む面であってもよい。また、ケース110は、天壁111が湾曲面を含むドーム状に形成されてもよいし、ケース110の縦断面形状が台形状を呈するものでもよい。また、ケース110において天壁111は、底壁112に対して対向する位置関係にある壁であり、その形状は平面、曲面のいずれの形状を含むものでもよい。また、ケース110において第一側壁113~第四側壁116は、底壁112に対して交差する方向に底壁112から延びる壁であってもよいし、天壁111に対して交差する方向に天壁111から延びる壁であってもよい。ケース110における天壁111と第一側壁113~第四側壁116との境界部は角部を形成してもよいし、曲面を形成してもよい。ケース110における底壁112と第一側壁113~第四側壁116との境界部は角部を形成してもよいし、曲面を形成してもよい。
また、上記の実施形態では、電池パック100に含まれるセル積層体120Aは、4個であるが、この個数に限定されない。すなわち、電池パック100に含まれるセル積層体120Aは、ケース110の内部において、1個だけ収容される場合、一方向に複数個並んで設置される場合、当該一方向と交差する他の方向にも複数個並んで設置される場合も含むものである。
100 電池パック
110 ケース(筐体)
121 電池セル(電池)
130 循環通路
140 送風機
144 PTCヒータ(加熱装置)
180 温度検出器
190 電池管理ユニット(制御部)
110 ケース(筐体)
121 電池セル(電池)
130 循環通路
140 送風機
144 PTCヒータ(加熱装置)
180 温度検出器
190 電池管理ユニット(制御部)
Claims (7)
- 複数の電池(121)と、
複数の前記電池(121)を収容する筐体(110)と、
前記筐体(110)内に形成されて、前記電池(121)の周りを熱交換用の流体が流通する循環通路(130)と、
前記筐体(110)内に収容されて、前記循環通路(130)に前記流体を流通させる送風機(140)と、
複数の前記電池(121)のうち、少なくとも1つの電池(121)の温度を検出する温度検出器(180)と、
前記温度検出器(180)によって検出された電池温度(T)に応じて、前記送風機(140)の作動を制御する制御部(190)と、を備え、
前記制御部(190)は、
前記電池温度(T)が、予め定めた所定の冷却必要温度(Tc1)以上となると、複数の前記電池(121)を冷却するために、前記送風機(140)を作動させる冷却モードを実行すると共に、
前記電池温度(T)が、前記冷却必要温度(Tc1)よりも低く、前記冷却が不要となる条件下であっても、前記循環通路(130)に前記流体を流通させて前記筐体(110)内の均温化を図るために、前記送風機(140)を作動させる均温化モードを実行することを特徴とする電池パック。 - 前記制御部(190)は、
前記冷却モードの場合は、前記送風機(140)を所定の冷却回転数範囲に設定される冷却回転数(N1)で作動させ、
前記均温化モードの場合は、前記送風機(140)を前記冷却回転数範囲の最小値以下となる均温化回転数(N2)で作動させることを特徴とする請求項1に記載の電池パック。 - 前記制御部(190)は、
前記冷却回転数範囲において、前記電池温度(T)が高い程、前記冷却回転数(N1)を大きく設定することを特徴とする請求項2に記載の電池パック。 - 前記流体を加熱する加熱装置(144)を備え、
前記冷却必要温度(Tc1)よりも低い側に、所定の昇温必要温度(Th1)が予め設定されており、
前記制御部(190)は、
前記電池温度(T)が、前記昇温必要温度(Th1)よりも低いと、前記加熱装置(144)を作動させると共に、前記加熱装置(144)によって加熱された前記流体を前記循環通路(130)に流通させて複数の前記電池(121)を昇温させるために、前記送風機(140)を作動させる昇温モードを実行することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の電池パック。 - 前記制御部(190)は、
前記昇温モードの場合は、前記送風機(140)を、前記均温化回転数(N2)以上となる所定の昇温回転数範囲に設定される昇温回転数(N3)で作動させることを特徴とする請求項4に記載の電池パック。 - 前記制御部(190)は、
前記昇温回転数範囲において、前記電池温度(T)が低い程、前記昇温回転数(N3)を大きく設定することを特徴とする請求項5に記載の電池パック。 - 前記昇温回転数範囲の最大値は、前記冷却回転数範囲の最大値よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の電池パック。
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