特開 2024-178754 電池冷却システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024178754

(43)【公開日】2024-12-25

(54)【発明の名称】電池冷却システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/633 20140101AFI20241218BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20241218BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20241218BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALI20241218BHJP

【ＦＩ】

H01M10/633

H01M10/613

H01M10/625

H01M10/6556

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023097137

(22)【出願日】2023-06-13

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 花澄

【テーマコード（参考）】

5H031

【Ｆターム（参考）】

5H031KK08

(57)【要約】

【課題】冷媒流れの下流側の電池モジュールを効率的に冷却できるようにする。
【解決手段】電池冷却システムは、第１及び第２の電池モジュールを冷却するように構成されている。電池冷却システムは、冷媒回路と、制御装置とを備える。冷媒回路は、第１及び第２の冷却器と第１及び第２の膨張弁とを含み、冷媒が循環する。制御装置は、第１及び第２の膨張弁を制御する。第１及び第２の冷却器は、第１及び第２の電池モジュールをそれぞれ冷却する。第１の冷却器は、第２の冷却器の上流に配置されている。第１の膨張弁は、第１の冷却器の上流に配置されている。第２の膨張弁は、第１の冷却器の下流、且つ第２の冷却器の上流に配置されている。第２の電池モジュールの温度が閾値より高くなった場合、制御装置は、第１の膨張弁の開度より大きくなるように第２の膨張弁の開度を制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１及び第２の電池モジュールを冷却する電池冷却システムであって、
第１及び第２の冷却器と第１及び第２の膨張弁とを含み、冷媒が循環する冷媒回路と、
前記第１及び第２の膨張弁を制御する制御装置と、
を備え、
前記第１及び第２の冷却器は、前記第１及び第２の電池モジュールをそれぞれ冷却し、
前記第１の冷却器は、前記第２の冷却器の上流に配置され、
前記第１の膨張弁は、前記第１の冷却器の上流に配置され、
前記第２の膨張弁は、前記第１の冷却器の下流、且つ前記第２の冷却器の上流に配置され、
前記第２の電池モジュールの温度が閾値より高くなった場合、前記制御装置は、前記第１の膨張弁の開度より大きくなるように前記第２の膨張弁の開度を制御する
ことを特徴とする電池冷却システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、複数の電池モジュールを冷却する電池冷却システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、電気機器の冷却装置を開示している。この冷却装置は、車室空調用の冷媒が流通する冷媒通路を含む。冷媒通路は、冷媒の流れ方向に対して並列に並ぶ多孔管形状をそれぞれ有する第１及び第２の多孔管部と、反転空間部と、を有する。反転空間部は、第１の多孔管部と第２の多孔管部とに設けられた仕切り壁によって第１及び第２の多孔管部の間で冷媒の流れ方向を反転させることにより、温度差のある冷媒を攪拌する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－１０５８８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の冷媒通路によれば、冷媒通路の上流では低温の冷媒が流れるが、冷媒通路の下流では上流で電気機器と熱交換した後の冷媒が流れてくる。このため、下流における熱交換量は、上流と比べて低下する。特許文献１に記載の技術を複数の電池モジュールを順に（直列で）冷却する電池冷却システムに適用した場合、下流の電池モジュールでの熱交換量が十分でなくなり得る。その結果、電池モジュール間の温度ばらつきが大きくなり得る。このように、特許文献１に記載の技術は、下流側の電池モジュールを効率的に冷却できるようにするという点において改善の余地がある。

【0005】

本開示は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、冷媒流れの下流側の電池モジュールを効率的に冷却できるようにした電池冷却システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る電池冷却システムは、第１及び第２の電池モジュールを冷却するように構成されている。電池冷却システムは、冷媒回路と、制御装置とを備える。冷媒回路は、第１及び第２の冷却器と第１及び第２の膨張弁とを含み、冷媒が循環する。制御装置は、第１及び第２の膨張弁を制御する。第１及び第２の冷却器は、第１及び第２の電池モジュールをそれぞれ冷却する。第１の冷却器は、第２の冷却器の上流に配置されている。第１の膨張弁は、第１の冷却器の上流に配置されている。第２の膨張弁は、第１の冷却器の下流、且つ第２の冷却器の上流に配置されている。第２の電池モジュールの温度が閾値より高くなった場合、制御装置は、第１の膨張弁の開度より大きくなるように第２の膨張弁の開度を制御する。

【発明の効果】

【0007】

本開示に係る電池冷却システムによれば、上述の第２の膨張弁の開度制御により、冷媒流れの下流側の電池モジュールを効率的に冷却できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態に係る電池冷却システムの要部の構成を概略的に示す図である。

【図2】図１に示す電池冷却システムの制御系の構成の一例を示すブロック図である。

【図3】実施の形態に係る膨張弁の制御の作用効果を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

添付図面とともに本開示の実施の形態を説明する。

【0010】

１．電池冷却システムの構成
図１は、実施の形態に係る電池冷却システム１０の要部の構成を概略的に示す図である。電池冷却システム１０は、例えば、電池パック１００（図２参照）内に配置されている。電池パック１００は、車両に搭載され、車両を駆動する電動機に電力を供給する。

【0011】

電池パック１００は、複数の電池モジュールを備えている。電池冷却システム１０は、当該複数の電池モジュールを冷却する。複数の電池モジュールは、例えば、図１に示す３つの電池モジュール１、２、及び３を含む。

【0012】

電池冷却システム１０は、冷媒が循環する冷媒回路１２を備える。冷媒回路１２は、例えば冷凍サイクルを利用するものであり、複数の電池モジュールをそれぞれ冷却する複数の冷却器を含む。冷媒回路１２上において、複数の冷却器は、直列に配置されている。複数の冷却器は、冷却用熱交換器であり、例えばエバポレータである。

【0013】

複数の冷却器は、３つの電池モジュール１、２、及び３をそれぞれ冷却する３つの冷却器１４、１６、及び１８を含む。図１に示すように、３つの冷却器１４、１６、及び１８は、冷媒流れの上流側から冷却器１４、冷却器１６、及び冷却器１８の順に配置されている。３つの冷却器１４、１６、及び１８の内部には、それぞれ、冷媒回路１２の流路の一部である冷媒流路１４ａ、１６ａ、及び１８ａが形成されている。

【0014】

また、冷媒回路１２は、複数の冷却器のそれぞれに対応する複数の膨張弁を含む。複数の膨張弁は、後述の制御装置３０からの指令に応じて開度を調整可能な電気式（例えば、電動式又は電磁式）の膨張弁である。複数の膨張弁は、３つの冷却器１４、１６、及び１８にそれぞれ対応する３つの膨張弁２０、２２、及び２４を含む。図１に示すように、膨張弁２０は、冷却器１４の上流に配置されている。膨張弁２２は、冷却器１４の下流、且つ冷却器１６の上流に配置されている。同様に、膨張弁２４は、冷却器１６の下流、且つ冷却器１８の上流に配置されている。

【0015】

付け加えると、冷媒回路１２には、図示省略されるコンプレッサ及び凝縮器等の機器が配置されている。なお、図１に示す例では、電池モジュール１と電池モジュール２との関係においては、電池モジュール１及び２が本開示に係る「第１及び第２の電池モジュール」にそれぞれ相当し、電池モジュール２と電池モジュール３との関係においては、電池モジュール２及び３が本開示に係る「第１及び第２の電池モジュール」にそれぞれ相当する。このことは、冷却器１４、１６、及び１８と「第１及び第２の冷却器」との対応関係、並びに、膨張弁２０、２２、及び２４と「第１及び第２の膨張弁」との対応関係についても同様である。

【0016】

図２は、図１に示す電池冷却システム１０の制御系の構成の一例を示すブロック図である。電池冷却システム１０は、制御装置３０を備える。制御装置３０は、電池冷却システム１０に関する各種処理を実行する。各種処理は、膨張弁２０等の複数の膨張弁の制御に関する処理を含む。制御装置３０は、例えば、プロセッサと記憶装置とを含む電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。記憶装置は、プロセッサによる処理に必要な各種情報を格納する。記憶装置に格納されているコンピュータプログラムをプロセッサが実行することにより、制御装置３０による各種処理が実現される。あるいは、各種処理は、専用の電子回路によるハードウェア処理で実現されてもよい。

【0017】

制御装置３０には、各種センサが接続されている。各種センサは、例えば、複数の冷媒温度センサと、複数の電池温度センサとを含む。複数の冷媒温度センサは、図１に示すように、３つの冷却器１４、１６、及び１８の上流にそれぞれ配置された３つの冷媒温度センサ３２、３４、及び３６を含む。複数の電池温度センサは、３つの電池モジュール１、２、及び３のそれぞれの温度Ｔｂを検出する３つの電池温度センサ３８、４０、及び４２を含む。

【0018】

２．膨張弁の制御
上述した構成を有する電池冷却システム１０では、相対的に下流側に位置する電池モジュール２等に必要とされる冷却量に応じて膨張弁２２等の開度を制御することにより、相対的に下流側に位置する冷却器１６等の内部を流れる冷媒温度を調整できる。そして、このように冷媒温度を調整することにより、下流側の冷却器１６等にそれぞれ対応する電池モジュール２等の熱交換量を確保可能である。

【0019】

そこで、本実施形態では、第２の電池モジュールの温度Ｔｂが所定の閾値ＴＨより高くなった場合、制御装置３０は、第１の膨張弁の開度より大きくなるように第２の膨張弁の開度を制御する。

【0020】

より具体的には、図１に示す例では、電池モジュール２の温度Ｔｂが所定の閾値ＴＨ１より高くなった場合、制御装置３０は、上流側の膨張弁２０の開度よりも大きくなるように下流側の膨張弁２２の開度を制御する。また、電池モジュール３の温度Ｔｂが所定の閾値ＴＨ２より高くなった場合、制御装置３０は、上流側の膨張弁２２の開度よりも大きくなるように下流側の膨張弁２４の開度を制御する。したがって、例えば下流側の電池モジュール２及び３の温度Ｔｂがそれぞれの閾値ＴＨ１及びＴＨ２より高い場合には、制御装置３０は、膨張弁２４＞膨張弁２２＞膨張弁２０の順で大きくなるように膨張弁２２及び２４の開度を制御する。付け加えると、ここでいう閾値ＴＨ１及びＴＨ２等の閾値ＴＨは、例えば、第２の電池モジュールの温度Ｔｂが第１の電池モジュールの温度Ｔｂに対して所定値だけ高い値として設定されてもよい。

【0021】

図３は、実施の形態に係る膨張弁の制御の作用効果を説明するための図である。図３は、本実施形態に係る上述の膨張弁の制御が実行された場合において冷媒回路１２内を循環する冷媒の圧力及び温度の変化を表している。

【0022】

冷媒がコンプレッサによって圧縮されることにより、冷媒の圧力及び温度が上昇する。その後、冷媒が冷却器１４の上流の膨張弁２０を通過すると、図３中に矢印Ａ１によって表されているように、冷媒が減圧され、冷媒温度が低下する。そして、冷却器１４内での冷媒と電池モジュール１との熱交換により、電池モジュール１が冷却され、矢印Ａ２によって表されているように冷媒は電池モジュール１から受熱する。

【0023】

その後、冷媒が膨張弁２０の下流の膨張弁２２を通過すると、矢印Ａ３とともに表されているように、冷媒が減圧され、冷媒温度が低下する。そして、冷却器１４の下流の冷却器１６内での冷媒と電池モジュール２との熱交換により、電池モジュール２が冷却され、矢印Ａ４によって表されているように冷媒は電池モジュール２から受熱する。

【0024】

同様に、その後に冷媒が膨張弁２２の下流の膨張弁２４を通過すると、矢印Ａ５とともに表されているように、冷媒が減圧され、冷媒温度が低下する。そして、冷却器１６の下流の冷却器１８内での冷媒と電池モジュール３との熱交換により、電池モジュール３が冷却され、矢印Ａ６によって表されているように冷媒は電池モジュール３から受熱する。

【0025】

本実施形態の膨張弁の制御によれば、下流側の電池モジュール２及び３の温度Ｔｂがそれぞれの閾値ＴＨ１及びＴＨ２より高い場合には、上述のように、膨張弁２４＞膨張弁２２＞膨張弁２０の順で大きくなるように膨張弁２２及び２４の開度が制御される。すなわち、冷却器毎（冷媒流路毎）に膨張弁の開度が制御される。これにより、膨張弁２０～２４の開度が一律に制御されている場合と比べて、下流側の冷却器（ここでは、冷却器１６及び１８）を流れる冷媒温度を下げることができる。このため、下流側の電池モジュール（ここでは、電池モジュール２及び３）の熱交換量を適切に確保できるようになる。その結果、各電池モジュール１～３を平均的に冷却できるようになる。付け加えると、冷却器１４～１８の形状を変える必要がないため、１つの標準部品に汎用性を持たせることが可能となる。

【符号の説明】

【0026】

１、２、３ 電池モジュール、 １０ 電池冷却システム、 １２ 冷媒回路、 １４、１６、１８ 冷却器、 １４ａ、１６ａ、１８ａ 冷媒流路、 ２０、２２、２４ 膨張弁、 ３０ 制御装置、 ３８、４０、４２ 電池温度センサ、 １００ 電池パック

【図1】

【図2】

【図3】