专利名称：温度调节机构及车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够抑制电源体过度升温或过度降温的温度调节机构。
背景技术：
通过来自电动机的驱动力而运行的车辆包括混合动力车辆、燃料电池 车辆以及电动车辆。在这些车辆中，安装有储存要被供给至电动机的电力 的二次电池或电容器(电容)。二次电池的性能和使用寿命极大地依赖于 环境温度。特别地，如果在高温下执行充电和放电，则二次电池有时会显 著劣化。
因此，为了抑制二次电池的劣化，已提出了冷却二次电池的结构。
发明内容
本发明提供了 一种抑制电源装置过度升温和过度降温的温度调节机 构，还提供了一种配备有该温度调节机构的车辆。
本发明的第 一方面涉及一种温度调节机构。该温度调节机构的特征在
于包括电源装置和包含PTC材料的部件，所述部件设于所述电源装置和传
热部件之间并与所述电源装置和传热部件相接触。
在前述方面中，所述包含PTC材料的部件可以是发热元件。 在前述方面中，所述包含PTC材料的部件可以与所述电源装置的面向
所述传热部件的整个表面相接触。
此外，在前述方面中，所述电源装置可以具有壳体、容纳于所述壳体
内的电源体、容纳于所述壳体内的液体以及用于搅动所述液体的搅动部件，并且所述搅动部件可以设于经由所述壳体面向所述发热元件的位置上。
在前述方面中，所述发热元件可以与所述电源装置的表面内面向所述 传热部件的区域接触。
此外，在前述方面中，所述温度调节机构还可以设有支承部件，所述 支承部件在所述电源装置和所述传热部件之间的区域以外且所述电源装置 与所述发热元件接触的区域以外的区域设于所述电源装置和所述传热部件 之间，且支承所述电源装置使得所述电源装置保持远离所述传热部件。
在前述方面中，所述温度调节机构还可以设有控制装置，所述控制装 置用于基于所述电源装置的温度控制所述发热元件的驱动，并且当所述电 源装置的温度低于阈值时，所述控制装置可以使所述发热元件发热。这抑 制了所述电源装置的过度降温。
本发明的第二方面涉及一种车辆。该车辆的特征在于包括根据所述第 一方面的温度调节机构，其中，所述传热部件为车辆主体。
根据本发明，所述包含PTC材料的部件设于所述电源装置和所述传热 部件之间，从而如果所述电源装置发热，则热量能够经由所述包含PTC材 料的部件被传送至所述传热部件。这抑制了所述电源装置的过度升温。
此外，在所述传热部件被过度地加热的情况下，所述包含PTC材料的 部件可以脱开，使得从所述传热部件至所述电源装置的热传递不容易发生。 因而，能够抑制所述电源装置的过度升温。
由参照附图对示例实施例的以下说明，本发明的前述和其他目的、特 征和优点将更为明显，其中用相同的标号表示相同的元件，附图中
图1为示意性地示出根据本发明的实施例1的温度调节机构的截面图； 图2为示出执行根据实施例1的温度调节机构的工作控制的结构的框
图3为示出才艮据实施例1的温度调节机构的工作控制的流程图4为示出才艮据本发明的实施例2的温度调节机构的结构的示意5图5为示出搅动部件的结构的示意图；以及
图6为示出比较例中的电池组的布置示例的示意图。
具体实施例方式
在对本发明的实施例进行说明前，将说明比较例。在如图6所示的结 构中，电池組100设置成与车辆主体(例如地板)200接触，在该电池组 中，二次电池102和冷却液103容纳于壳体101内。在此结构中，由二次 电池102产生的热量经由冷却液103被传送至壳体101,并从壳体101被 释放至大气中，或者被传送至与壳体101接触的车辆主体200。因此，能 够抑制二次电池102的升温。
然而，在电池组100被设置为与车辆主体200接触的前述结构中，会 发生如下所述的缺陷。
在前述结构中，由于电池组100总是与车辆主体200相接触，所以视 环境温度而定，电池组100有时会被过度冷却或过度加热。
例如，在冬季，车辆主体200的温度有时达到低于冰点以下的温度。 在这种情况下，与车辆主体200接触的电池组100 ( 二次电池102 )被过度 冷却。在夏季，由于车辆主体200的温度升高，与车辆主体200相接触的 电池组100有时被过度加热。
如果温度在预定温度范围内，则二次电池能够获得足够的电池特性。 如果二次电池的温度低于前述温度范围的下限值，或者高于其上限值，则 不能获得足够的电池特性。
因此，在电池组100仅被设为与车辆主体200相接触的结构中，有时 会发生电池组100的过度加热，使得不能实现足够的电池特性。
下面将说明本发明的实施例1和实施例2。
实施例1
下面将参照图1至图3说明根据本发明的实施例1的温度调节机构。 图l是示意性地示出电池组的温度调节机构的截面图。图2是示出执 行温度调节机构的工作控制的结构的框图，图3是示出温度调节机构的工作控制的流程图。顺便提及，在图1至图3中，用相同的参考标记表示相 同的部件。
在图1中，电池组(电源装置)lO具有电池壳体ll，以及容纳于该电 池壳体ll内的电池组件(电源体)12和液体13。电池组件12具有多个圆 筒形的单电池12a，并且由夹持部件(图未示)从两端侧夹持。此外，单 电池12a通过母线(图未示)串联电连接。
正极和负极的配线(图未示)连接至电池组件12。这些配线延伸通过 电池壳体ll，并连接至设于电池壳体ll外部的电子器件(例如，电动机)。
在此实施例中，单电池12a是圆筒形二次电池。二次电池的例子包括 镍氲电池、锂离子电池等。另外，单电池12a的形状并不限于圆筒形，还 可以是不同的形状，例如棱柱形等。此外，尽管此实施例采用了二次电池， 但是，也可以使用电双层电容器(电容)或燃料电池来代替二次电池。这 里的二次电池等用作前述的电子器件的电源。
液体13与电池组件12的外周面和电池壳体11的内壁面接触。如果电 池组件12由于充电或放电等产生热量，则与电池组件12接触的液体13 通过与电池组件12进行热交换来抑制电池组件12的温度升高。由于电池 壳体ll内的自然对流，在经历了与电池组件12的热交换后，液体13接触 电池壳体ll的内壁面。结果，液体13的热量被传递至电池壳体11。
尽管在此实施例中，电池壳体ll内的液体13利用温差自然对流，但 是，这并非限制性的。例如，可以在电池壳体11内设置用以迫使液体13 流动的搅动部件。
这里所使用的液体13可以是绝缘油、惰性液体。这里所使用的绝缘油 为例如珪油。此外，这里所使用的惰性液体可以是Fluorinert、 NovecHFE (氢氟醚)、Novecl230 (由3M制造)，它们均为氟系惰性液体。
而且，尽管在此实施例中，将液体用作冷却剂，但是，也可以使用诸 如空气、氮气等气体来代替液体作为冷却剂。
如上所述构造的电池组IO被安装于车辆内，并向车辆内的电动机等供 给电力(放电)，或者回收在车辆减速等过程中产生的再生能量(充电)。
7片状的PTC (正温度系数)加热器(发热元件)20设于电池组10的 底面和车辆主体(传热部件)30之间。具体地，PTC加热器20在其一个 侧面与电池组10的整个底面相接触而在其另 一个侧面与车辆主体30的表 面相接触。
这里的车辆主体30的例子包括地板以及车架。
在PTC加热器20中，如果对其施加恒定电压，则对应于初始电阻的 电流流动，使得PTC加热器的温度由于自身加热而升高。然后，当PTC 加热器20的温度达到居里温度时，其电阻急剧增大，因此通过PTC加热 器20的电流急剧减小。而且，如果PTC加热器20的温度由于来自车辆主 体30的热量而达到居里温度，则经由PTC加热器20从车辆主体30至电 池组10的热传递较为不容易发生。在下文中，这种现象被称为"PTC加 热器20脱开(断开，trip)"。此外，在本实施例中，在图1中所示的PTC 加热器20内，加热元件平行设置，电流被平行供给至加热元件，尽管附图 中未示出。
这里使用的PTC加热器20可以是，例如，通过将稀土元素作为添加 剂添加至高纯度钬酸钡(BaTi03)中以转化为半导体，并添加极少量的 Mn、 Cr、 B等作为对抗剧变特性的添加剂，然后烧结混合物而获得的陶资。 此外，可以通过适当地设定材料成分和含量，使得能够在约-20至300。C范 围内任意设定居里温度。
如图2所示，电池组10设有第一温度传感器41。控制器(控制装置) 50能够接收第一温度传感器41的输出，并且从中获得(检测)关于电池 组10的温度信息。
第一温度传感器41能够直接或间接地检测电池组件12的温度即可。 例如，第一温度传感器41可以设为在电池壳体11内与电池组件12直接接 触，以便检测电池组件12的温度；或者第一温度传感器41还可以,皮设为 在电池壳体ll内与液体13接触，以便间接检测电池组件12的温度。
第二温度传感器42为用于检测车辆主体30的温度的传感器，并将检 测的结果输出至控制器50。第二温度传感器42能够直接或间接地检测车辆主体30的温度即可。
第二温度传感器42可以为设于车辆内的现有的传感器。此外，还可以
基于车室内空调的温度调节状态来估计车辆主体30的温度。在这种情况
下，不需要设置第二温度传感器42。
除了以下的控制外，控制器50还能够控制安装于车辆内的器件等，使 得车辆呈现期望的工作状态。
电池组IO (电池组件12)的输出(高电压)^f皮输出至DC/DC转换器 60,并在DC/DC转换器60处被转换至预定电压(低电压)。开关电路70 设于DC/DC转换器60和PTC加热器20之间。在接收到来自控制器50 的控制信号时，开关电路70从开状态和关状态中的一种状态转变为另一种 状态。
当开关电路70处于开状态时，DC/DC转换器60的输出被输入至PTC 加热器20。当开关电路70处于关状态时，PTC加热器20的通电被中断。 所以，PTC加热器20能够被加热，并且其发热能够被停止。
尽管在本实施例中，使用来自电池组10(电池组件12)的电力来驱动 PTC加热器20,但是，也可以使用设于车辆内的其他电源来驱动PTC加 热器20。这里使用的其它电源的例子包括输出12V电压的电池(所谓的辅 助电池)。
此外，尽管在本实施例中使用DC/DC转换器60将电池组件12的高 电压转变为低电压，但也可以将电池组件12的输出直接输入至PTC加热 器20。
然后，将通过使用如图3所示的流程图说明控制器50的控制工作。尽 管在本实施例中，与电池组10的温度变化相关的PTC加热器20的通电控 制和与车辆主体30的温度变化相关的PTC加热器20的通电被分别执行， 但是，这些控制是相同的操作，因此将一起说明。
在步骤S1中，控制器50接收第一温度传感器41的输出信号，并获得 关于电池组10的温度信息。此外，控制器50还接收第二温度传感器42 的输出信号，并获得关于车辆主体30的温度信息。在步骤S2中，控制器50判定由第一温度传感器41测得的温度是否高 于或等于阈值。如果所测得的温度高于或等于阈值，则处理进行至步骤S4。 如果所测得的温度低于阈值，则处理进行至步骤S3。
此外，控制器50还判定由第二温度传感器41测得的温度是否高于或 等于阈值。如果所测得的温度高于或等于阈值，则处理进行至步骤S4。如 果所测得的温度低于阈值，则处理进行至步骤S3。
各阈值均为由于过度冷却而对电池组10 (电池组件12 )的电池性能造 成不良影响的温度。各阈值可以基于电池组件12的适当的温度范围的下限 值来设定，并且可以设定为例如0匸。
顺便提及，电池组10的温度和车辆主体30的温度大多数情况下表现 为彼此十分近似的值。然而，例如在冬季等环境中，车辆主体30的温度可 能会大大低于电池组10的温度。此外，在夏季等环境中，车辆主体30的 温度可能会大大高于电池组10的温度。
在步骤S3中，控制器50通过开启开关电路70对PTC加热器20通电。 结果，PTC加热器20发热，使得电池组10和车辆主体30被加热。
就是i兌，如果电池组10的温度低于阈值，则电池组件12的电池性能 有时会恶化。然而，在这种情况下，能够通过经由PTC加热器20加热电 池组10来抑制电池组10 (电池组件12 )的温度下降。结果，能够使电池 組件12〗果持期望的电池性能。
此外，如果车辆主体30例如在冬季被过度冷却，则设于车辆主体30 上的电池组10有时也会被过度冷却。所以，在此实施例中，即使当车辆主 体30纟皮过度冷却时，也能够通过4吏PTC加热器20发热来抑制电池组10 的过度冷却。
在步骤S4中，控制器50通过关闭开关电路70来禁止PTC加热器20 通电。在电池组件12已经由于充电/放电等被加热的情况下，如上所述， 热量经由液体13被传递至电池壳体11。然后，被传递至电池壳体ll的热 量从电池壳体11的外表面释放至大气中，或者经由PTC加热器20被传递 至车辆主体30。在这种情况下，PTC加热器20不净皮加热，由电池组件12产生的热量 大部分经由PTC加热器20被传递至车辆主体30。因此，能够抑制电池组 件12的温度上升，并且能够抑制与温度上升相关的电池性能的恶化。
才艮据车辆主体30或电池组10 (电池组件12 )的温度对PTC加热器 20进行通电控制的例子在表l中示出。
表l
车辆主体的温度(。c)-300206080
电池组的温度(°c)-3002060
PTC加热器的通电通电 (ON)通电 (ON)不通电 (OFF)不通电 (OFF)不通电 (OFF)
PTC加热器的脱开一-一-脱开
如表1所示，与步骤S2关联的上述阈值被设定为在0'C至2(TC范围内 的值。
如表1所示，如果车辆主体30的温度达到高温(80。C )，则由于PTC 加热器20从车辆主体30接收热量，所以PTC加热器20脱开。就是说， 如上所述，经由PTC加热器20的传热率下降，因此，不容易发生从车辆 主体30至电池组10的热传递。
因而，通过抑制电池组10从车辆主体30接收的热量，可以抑制电池 组10的温度上升，并且能够抑制电池组件12的电池性能恶化。
另一方面，如果电池组10的温度为0'C或-30。C,则PTC加热器20 被通电，电池組10通过PTC加热器20的发热而变暖。所以，能够抑制电 池组IO (电池组件12)的过度冷却，从而抑制电池性能的恶化。
此实施例中PTC加热器20的使用获得了以下效果。
就是说，具有前述性能的PTC加热器20能够仅加热温度已下降的区 域。所以，即使在如本实施例中PTC加热器20被设置为与电池组10的整 个下表面接触的结构中，也能够仅加热电池组10的冷部位。结果，能够使 与电池组10接触的整个表面实质均匀地变暖。
ii此外，由于PTC加热器20能够在通电时迅速产生热量，所以能够缩 短用于使电池组10的温度达到特定温度所经历的时间。此外，如果车辆主 体30的温度高于或等于预定温度(本实施例中为)，则如上所述PTC 加热器20脱开，由此能够抑制车辆主体30和电池组10之间的热传递，从 而能够抑制电池组10的过度冷却。
顺便提及，尽管在本实施例中，检测电池组10 (电池组件12)的温度 和车辆主体30的温度，但是，允许仅检测电池组10的温度。具体地，在 车辆主体30被过度冷却的情况下，有可能电池组10也被如上所述过度冷 却。然而，如果监测电池组10的温度，则可以使PTC加热器20在电池组 10的温度剧烈下降之前产生热量。
此外，尽管在本实施例中，电池组10设于车辆主体30上，PTC加热 器20夹持在电池组10和车辆主体30之间，但这并非限制性的。例如，在 电池组10设于与车辆主体30接触的其他部件(所谓的传热部件)上的结 构中，PTC加热器20可以^没于该其他部件和电池组10之间。
此外，尽管在本实施例中，使用具有发热元件功能的PTC加热器20, 但也可以使用不具有发热元件功能的PTC加热器。具体地，电池组10还 可以用具有包含PTC材料的介入部件设于车辆主体30上。所以，如上所 述，如果包含PTC材料的部件的温度由于来自车辆主体30的热量而变得 高于预定值，则该包含PTC材料的部件的导热性下降。因而，能够防止电 池组10被车辆主体30的过多热量过度加热。
实施例2
下面将参照图4说明根据本发明实施例2的温度调节机构。图4为示 出本实施例的温度调节机构的结构的示意图。顺便提及，与实施例l的结 构中的上述部件具有相同功能的部件用相同的参考标号表示。
在此实施例中，和实施例1中一样，电池组10具有电池壳体11以及 容纳于电池壳体ll内的电池组件12和液体13。
此外，在电池壳体ll内设有用于搅动电池壳体ll内的液体13的搅动 部件14。如图5所示，搅动部件14具有沿电池壳体11的壁面延伸的轴部14a和形成于轴部14a的表面上的搅动叶片14b。
搅动部件14不限于图5中所示的结构，而是可以具有任意结构，只要 该结构允许液体13在电池壳体11内循环即可。
搅动部件14被连结至电动机15,并且能够通过来自电动机15的动力 而转动。可以向电动机15供给来自电池组件12或来自其他电源的电力。 这里所使用的电动机15可以是电磁电动机等。如果使用电磁电动机，则可 以在不需要在电池壳体11的壁面上形成开口部的情况下，驱动搅动部件 14。
如图4所示，片状PTC加热器20设于车辆主体30和电池壳体11内 设有搅动部件14的区域之间。此外，用于支承电池壳体ll的多个支承部 件21设于车辆主体30和电池壳体11内设有搅动部件14的区域以外的区 域之间。
就是说，在此实施例中，由于面积小于电池组10的底面面积的PTC 加热器20设于电池组10和车辆主体30之间，所以，设有高度与PTC加 热器20的厚度相对应的支承部件21，使得电池组20被设置为与车辆主体 30大致平行。
在此实施例中，和在实施例1中一样(见图2和3)，由控制器50控 制PTC加热器20的驱动。具体地，如果电池组10的温度低于阈值，则控 制器50使PTC加热器20通电。如果电池组10的温度高于或等于阈值， 则控制器50使PTC加热器20的通电中断。此外，还允许检测车辆主体 30的温度，并且当车辆主体30被过度冷却时使PTC加热器20通电。
电池壳体11内的搅动部件14可以一直保持旋转，还可以根据PTC加 热器20的通电而旋转。如果搅动部件14 一直保持旋转，则能够有效地冷 却通过充电/放电等而被加热的电池组件12。此外，如果搅动部件14根据 PTC加热器20的通电而旋转，则能够抑制与PTC加热器20的驱动相关 的电力消耗。
在此实施例中，根据电池组10的温度选择性地执行PTC加热器20 的通电和不通电，从而，能够得到与实施例1实质相同的效果。在此实施例中，由于搅动部件14设于电池壳体11的靠近PTC加热器 20的部分中，所以能够通过旋转搅动部件14来使被PTC加热器20加热 的液体在整个电池壳体ll内流动。因此，如果电池组10是冷的，则能够 有效地温暖电池组IO。此外，与实施例l相比，可以减小PTC加热器20 的尺寸，从而能够抑制成本上升。
顺便提及，搅动部件14被设于便于有效地使液体13被PTC加热器 20温暖以便在电池壳体11内流动的位置即可。不完全需要如图4所示将 搅动部件14直接设置在PTC加热器20上方。
此外，在此实施例中，通过使用支承部件21，电池组10的底面离开 车辆主体30的上表面。具体地，在电池组10和车辆主体30之间形成有空 气层。结果，在车辆主体30被过度冷却或加热的情况下，能够抑制电池组 10的过度冷却或加热。
权利要求
1.一种温度调节机构，其特征在于包括电源装置；以及包含PTC材料的部件，所述部件设于所述电源装置和传热部件之间并与所述电源装置和传热部件相接触。
2. 根据权利要求1所述的温度调节机构，其中，所述包含PTC材料 的部件与所述电源装置的面向所述传热部件的整个表面相接触。
3. 根据权利要求1或2所述的温度调节机构，其中，所述包含PTC 材料的部件是发热元件。
4. 根据权利要求3所述的温度调节机构，其中 所述电源装置具有壳体、容纳于所述壳体内的电源体、容纳于所述壳体内的液体以及用于搅动所述液体的搅动部件；并且所述搅动部件设于经由所述壳体面向所述发热元件的位置。
5. 根据权利要求l所述的温度调节机构，其特征在于还包括 支承部件，所述支承部件在所述电源装置与所述发热元件相接触的区域以外的区域设于所述电源装置和所述传热部件之间，并支承所述电源装 置使得所述电源装置保持远离所述传热部件，其中 所述包含PTC材料的部件是发热元件；所述电源装置具有壳体、容纳于所述壳体内的电源体、容纳于所述壳 体内的液体以及用于搅动所述液体的搅动部件；并且所述搅动部件设于经由所述壳体面向所述发热元件的位置。
6. 根据权利要求3至5中任一项所述的温度调节机构，其特征在于还 包括控制装置，所述控制装置用于基于所述电源装置的温度来控制所述发 热元件的驱动。
7. 根据权利要求6所述的温度调节机构，其中，当所述电源装置的温 度和所述传热部件的温度中的至少一者低于预定温度时，所述控制装置驱动所述发热元件。
8. 根据权利要求4所述的温度调节机构，其中，所述电源体为二次电 池或电容器。
9. 一种包括根据权利要求1至8中任一项所述的温度调节机构的车 辆，其中，所述传热部件为车辆主体。
全文摘要
一种温度调节机构具有电源装置(10)，以及设于电源装置和传热部件(30)之间且与电源装置和传热部件接触的电加热部件(20)，其中该电加热部件(20)包含PTC材料。
文档编号H01M10/50GK101542824SQ200880000459
公开日2009年9月23日 申请日期2008年2月14日 优先权日2007年2月20日
发明者高木优 申请人:丰田自动车株式会社