JP2008282548A - バッテリの冷却装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】充放電可能な9つの電池モジュール51乃至59を有するバッテリ50の冷却装置において、該各電池モジュール51乃至59の寿命時間のバラツキを抑制して該バッテリ50の長寿命化を図る。
【解決手段】9つの電池モジュール51乃至59を内部に収容するとともに、3つの空気取込口70乃至72及び空気排出口73乃至75を有するバッテリケース60と、該空気取込口70乃至72及び空気排出口73乃至75のそれぞれを開閉可能な開閉シャッター80乃至85と、バッテリケース60内に空気を導くための冷却ファン65とを備え、バッテリコントローラ64により、内部抵抗値が相対的に高い電池モジュール51乃至59を識別して、当該電池モジュール51乃至59に対しての上記冷却ファン65の駆動による冷却風の供給が促進されるように、開閉シャッター80乃至85の開閉制御を行う。
【選択図】図2

Description

本発明は、充放電可能な複数の電池モジュールを有するバッテリの冷却装置に関する技術分野に属する。
この種のバッテリの冷却装置として、複数の電池モジュールに対して冷却風の供給を行うことで該各電池モジュールの発熱による温度上昇を抑制する冷却手段を備えたものが知られている。
例えば特許文献1に示すバッテリの冷却装置は、上記冷却手段としての送風ファンと、上記複数の電池モジュールを互いに積層してなるモジュール集合体とを備えている。そして、上記モジュール集合体に対して上記各電池モジュールの積層方向の一方の側に位置する部分には、送風ファンからの冷却風が供給される冷媒導入空間が設けられている。
そして、この送風ファンは、モジュール集合体を上記積層方向の一方の側から見たときに、該送風ファンから冷媒導入空間に至る冷却風の流れが該モジュール集合体の中心部に向かうように配設されている。
このように、モジュール集合体の中心部に対して冷却風を供給することで、該冷却風が該中心部を基点としてほぼ対称に流動してモジュール集合体の全体に満遍なく供給されることとなり、これによって、該モジュール集合体の全体つまり各電池モジュールを満遍なく均一に冷却可能になっている。
特開2003−317813号公報
ところで、充放電可能な複数の電池モジュールを有するバッテリ(特許文献1参照)では、該各電池モジュールの製造時における品質のバラツキ等に起因してそれぞれの劣化度合(内部抵抗値)に差が生じ、このため、電池モジュールの内部抵抗値が限界抵抗値に達するまでの時間(寿命時間)にバラツキが生じることとなり、この結果、複数の電池モジュールのうちの一つでも寿命に達した場合には、それ以外の電池モジュールの内部抵抗値が限界抵抗値に達していないにも拘わらず、バッテリが全体として機能しなくなり、この結果、各電池モジュール間の品質(寿命時間)にバラツキがない場合に比べてバッテリ全体としての寿命時間が短くなるという問題がある。
こうした問題を解決してバッテリの長寿命化を図るためには、各電池モジュールの寿命時間のバラツキつまり劣化度合のバラツキを抑制する必要がある。
しかしながら、上記特許文献1に示すバッテリ冷却装置では、各電池モジュールの劣化度合に拘わらず、該各電池モジュールの全てを同じ冷却条件で一様(均一)に冷却するようになっており、このため、上記のように例えば各電池モジュール間に品質のバラツキがある場合には、それぞれの電池モジュールの性能劣化を抑制することはできるものの、寿命時間のバラツキを解消することはできないという問題がある。従って、バッテリ全体としての長寿命化を図る上で改良の余地がある。
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、充放電可能な複数の電池モジュールを有するバッテリの冷却装置に対して、その構成及び制御方法に工夫を凝らすことで、該各電池モジュールの寿命時間のバラツキを抑制することによってバッテリ全体としての長寿命化を図ろうとすることにある。
上記の目的を達成するために、この発明では、複数の電池モジュールのそれぞれに対して冷却風を供給可能な冷却手段と、各電池モジュールの内部抵抗値を検出するための内部抵抗検出手段とを備えるとともに、該内部抵抗検出手段により検出された内部抵抗値が大きい電池モジュールに対しての上記冷却手段による冷却風の供給が促進されるようにした。
具体的には、請求項1の発明では、充放電可能な複数の電池モジュールを有するバッテリの冷却装置を対象とする。
そして、上記複数の電池モジュールのそれぞれに対して冷却風を供給可能な冷却手段と、上記各電池モジュールの内部抵抗値を検出するための内部抵抗検出手段と、上記内部抵抗検出手段からの内部抵抗情報に基づいて、上記冷却手段により上記各電池モジュールに供給される冷却風の風路を制御する冷却風路制御手段とを備え、上記冷却風路制御手段は、上記内部抵抗検出手段により検出された各電池モジュールの内部抵抗値の和を該電池モジュールの総数で除した値である平均内部抵抗値を算出するとともに、該平均内部抵抗値よりも所定抵抗値以上大きな内部抵抗値を有する高内部抵抗電池モジュールが存在するか否かを判定し、且つ存在すると判定した場合には、該高内部抵抗電池モジュールを識別して、該識別した高内部抵抗電池モジュールに対しての上記冷却手段による冷却風の供給が促進されるように、該冷却風の風路を制御するよう構成されているものとする。
上記の構成により、上記内部抵抗検出手段により上記各電池モジュールの内部抵抗値が検出される。そして、上記冷却風路制御手段は、該内部抵抗検出手段により検出された各電池モジュールの内部抵抗値の和を該電池モジュールの総数で除した値である平均内部抵抗値を算出するとともに、該平均内部抵抗値よりも所定抵抗値以上大きな内部抵抗値を有する電池モジュールを識別する。
これにより、上記複数の電池モジュールのうち、他と比較して相対的に劣化度合の高い電池モジュールの識別が可能となる。すなわち、通常、各電池モジュールは、その内部抵抗値が所定の限界抵抗値に達すると設計性能を発揮できなくなって寿命に達することとなり、このため、該内部抵抗値は各電池モジュールの劣化度合を示すものであると言える。従って、各電池モジュールの内部抵抗平均値を算出することで、該各電池モジュールの集合体としての劣化度合を知ることができるとともに、該算出した内部抵抗平均値に対して所定抵抗値以上大きな内部抵抗値を有する電池モジュールを識別することにより、劣化度合が他と比較して相対的に大きい電池モジュールである高内部抵抗電池モジュールの識別が可能となる。
そして更に、上記冷却風路制御手段は、上記のようにして識別した高内部抵抗電池モジュールに対しての上記冷却手段による冷却風の供給が促進されるように、該冷却風の風路を制御する。これにより、劣化度合が大きい電池モジュール(高内部抵抗電池モジュール)に対する冷却を、該電池モジュール以外の他の電池モジュールに比べて強化することができる。従って、劣化度合が大きい電池モジュール(高内部抵抗電池モジュール)の劣化を遅らせてその長寿命化を図るとともに、各電池モジュール間の寿命時間のバラツキを抑制することが可能となる。
よって、複数の電池モジュールのうちの一つが寿命時間に達することにより、その他の電池モジュールが寿命時間に達していないにも拘わらずバッテリが全体として機能しなくなるのを防止し、これによってバッテリ全体の長寿命化を図ることが可能となる。
請求項2の発明では、請求項1の発明において、上記バッテリは、上記複数の電池モジュールを内部に収容するバッテリケースを有し、上記バッテリケースには、該バッテリケース内に、上記冷却手段により供給される冷却風を取り込むための複数の冷却風取込口と、該冷却風取込口から取り込まれた冷却風を該バッテリケース外に排出するための少なくとも一つの冷却風排出口とが設けられており、上記冷却風路制御手段は、上記複数の冷却風取込口のそれぞれを開閉可能な複数の開閉部材を有していて、該各開閉部材の開閉動作を制御することで、上記高内部抵抗電池モジュールに対しての冷却風の供給が促進されるように、該冷却風の風路を制御するよう構成されているものとする。
このように、バッテリケースに複数の冷却風取込口と該各冷却風取込口を開閉可能な開閉部材とを設けるとともに、上記バッテリコントローラにより、該各開閉部材の開閉動作を制御することで、バッテリケース内に流入する冷却風の流入口を構成する上記冷却風取込口の数や位置を様々に変化させることができ、これによって該冷却風取込口からバッテリケース内に流入して上記冷却風排出口から排出される冷却風の風路の向きや位置等の多様な制御が可能となる。この結果、バッテリコントローラにより上記各開閉部材の開閉動作を制御することで、上記高内部抵抗電池モジュールに対しての冷却風の供給を促進させるような冷却風の風路制御を確実に行うことが可能となる。よって、請求項1の発明と同様の作用効果を確実に得ることが可能となる。
請求項3の発明では、請求項2の発明において、上記バッテリケースは、複数の上記冷却風排出口が設けられており、上記冷却風路制御手段は更に、上記複数の冷却風排出口のそれぞれを開閉可能な複数の開閉部材を有していて、該各開閉部材の開閉動作を制御することで、上記高内部抵抗電池モジュールに対しての冷却風の供給が促進されるように、該冷却風の風路を制御するよう構成されているものとする。
このように、バッテリケースに複数の冷却風排出口と該各冷却風排出口を開閉可能な開閉部材とを更に設けるとともに、上記冷却風路制御手段により、該各開閉部材の開閉動作を制御可能としたことで、バッテリケースから流出する流出口を構成する上記冷却風排出口の数や位置を様々に変化させることができ、これによって上記冷却風取込口からバッテリケース内に流入して該冷却風排出口から排出される冷却風の風路の向きや位置等のより一層多様な制御が可能となる。従って、請求項2の発明と同様の作用効果をより一層確実に得ることが可能となる。
請求項4の発明では、請求項1の発明において、上記バッテリは、上記複数の電池モジュールを内部に収容するバッテリケースを有し、上記バッテリケースには、該バッテリケース内に、上記冷却手段により供給される冷却風を取り込むための少なくとも一つの冷却風取込口と、該冷却風取込口から取り込まれた冷却風を該バッテリケース外に排出するための複数の冷却風排出口とが設けられており、上記冷却風路制御手段は、上記複数の冷却風排出口のそれぞれを開閉可能な複数の開閉部材を有していて、該各開閉部材の開閉動作を制御することで、上記高内部抵抗電池モジュールに対しての冷却風の供給が促進されるように、該冷却風の風路を制御するよう構成されているものとする。
このように、バッテリケースに複数の冷却風排出口と該各冷却風排出口を開閉可能な開閉部材とを設けるとともに、上記冷却風路制御手段により、該各開閉部材の開閉動作を制御するようにしたことで、バッテリケースから流出する流出口を構成する上記冷却風排出口の数や位置を様々に変化させることができる。これによって、上記高内部抵抗電池モジュールに対しての冷却風の供給を促進させるような風路制御を確実に行うことが可能となる。よって、請求項1の発明と同様の作用効果を確実に得ることが可能となる。
請求項5の発明では、請求項1乃至4のいずれか一つの発明において、上記複数の電池モジュールのそれぞれの電圧を検出するためのモジュール電圧検出手段を備え、上記内部抵抗検出手段は、上記各電池モジュールの放電開始時において、上記モジュール電圧検出手段により検出された該各電池モジュールの電圧の変化量に基づいて、該各電池モジュールの内部抵抗値を検出するように構成されているものとする。
このことにより、上記内部抵抗検出手段により、上記各電池モジュールの内部抵抗値を確実に検出することができる。すなわち、モジュール電圧検出手段により各電池モジュールの放電開始時の電圧降下である所謂IRドロップを検出して、該IRドロップを、例えば各電池モジュールを流れる電流値で除することにより内部抵抗値を算出(検出)することが可能となる。よって、上記冷却風路制御手段による、上記高内部抵抗電池モジュールの識別を確実に行うことが可能となる。
以上説明したように、本発明のバッテリの冷却装置によると、複数の電池モジュールのそれぞれに対して冷却風を供給可能な冷却手段と、各電池モジュールの内部抵抗値を検出するための内部抵抗検出手段とを備えるとともに、該内部抵抗検出手段により検出された内部抵抗値が大きい電池モジュールに対しての上記冷却手段による冷却風の供給が促進されるようにしたことで、各電池モジュールの寿命時間のバラツキを抑制してバッテリ全体としての長寿命化を図ることが可能となる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係るバッテリ冷却装置が搭載される自動車Aの駆動系の構成を示している。この自動車Aは、駆動源としてエンジン1及びモータ21を備え、これらエンジン1及びモータ21を組み合わせて走行を行うハイブリッド自動車Aである。このハイブリッド自動車Aは、所謂シリーズ・パラレル方式を採用していて、エンジン1の出力軸であるクランクシャフトは、動力分割機構4を通じて後述のモータ21及びジェネレータ22に連結され、更にモータ21は差動機構(デファレンシャルギヤ)61を介して駆動輪6に連結される。そうして、この自動車Aでは、上記エンジン1の発生する動力を、動力分割機構4によってジェネレータ22と駆動輪6(モータ21)とに適宜分割して伝達する。
この自動車Aには、エンジン制御コンピュータ(ECU)5が搭載されており、このECU5によって、上記エンジン1、モータ21及びジェネレータ22が制御される。
上記エンジン1(以下、エンジン1と呼ぶ)は、ガソリンを燃料として自動車Aの駆動力を発生するガソリンエンジンであって、本実施形態では特に、図示は省略するが、トロコイド内周面を有する繭状のロータハウジングとサイドハウジングとに囲まれたロータ収容室(気筒)に収容され且つ、クランクシャフトに対して、遊星回転運動をするように支持された概略三角形状のロータを備えたロータリーエンジンとされている。つまり、ロータは、その外周の3つの頂部にそれぞれ配設されたシール部がロータハウジングのトロコイド内周面に当接した状態で上記クランクシャフトの偏心輪の周りを自転しながら、該クランクシャフトの軸心の周りに公転するようになっており、ロータが1回転する間に、該ロータの各頂部間にそれぞれ形成された作動室が周方向に移動しながら、吸気、圧縮、膨張(燃焼)及び排気の各行程を行い、これにより発生する回転力がロータを介してクランクシャフトから出力される。
また、上記エンジン1は、2つのロータハウジングを3つのサイドハウジングの間に挟み込むようにして一体化し、その間に形成される2つの気筒にそれぞれロータを収容した2ロータタイプのものとされており、1気筒につき2つの点火プラグが設けられている。
尚、上記エンジン1はロータリーエンジンに限らず、レシプロエンジンであってもよい。
上記エンジン1のクランクシャフトは、動力分割機構4を介して2つのモータ・ジェネレータ21,22に連結されている。これらのモータ・ジェネレータ21,22は共に、状況に応じて電動機と発電機との間で機能が切り替わるようになっているが、通常の走行状況では、符号21のモータ・ジェネレータは、エンジンの補助動力を発生する電動機としての機能を主に担い、符号22のモータ・ジェネレータは、エンジン1の動力によって発電を行う発電機としての役割を主に担っている。そこで、以下の説明では、モータ・ジェネレータ21をモータ(駆動用モータ)と呼び、モータ・ジェネレータ22をジェネレータと呼ぶ。
上記動力分割機構4は、サンギヤ、リングギヤ、及びプラネタリキャリアを有する遊星歯車であり、上記サンギヤはジェネレータ22に、リングギヤはモータ21に、プラネタリキャリアは上記エンジン1に、それぞれ接続されている。
上記モータ21及びジェネレータ22は、インバータ25を介してバッテリ50に接続されている。
このバッテリ50は、6つのセル電池45(図3参照)を積層してなる9つの電池モジュール51乃至59(図2参照)と、該各電池モジュール51乃至59を内部に収容するとともに、図示しないフロアパネルの車両前後方向略中央部に取付固定されたバッテリケース60とを有している。
上記各電池モジュール51乃至59には、それぞれの温度を検出するためのモジュール温度センサ61及びそれぞれの電圧を検出するためのモジュール電圧センサ62が付設されている。
また、上記9つの電池モジュール51乃至59のうちの一つである電池モジュール57には、各電池モジュール51乃至59に流れる電流値を検出するためのモジュール電流センサ63が付設されている。尚、上記各電池モジュール51乃至59は互いに直列に接続されており、このため、それぞれの電池モジュール51乃至59に流れる電流値は互いに等しくなっている。従って、各電池モジュール51乃至59毎にモジュール電流センサ63を設けずとも、各電池モジュール51乃至59のうちのいずれかの電流値を検出することで、全ての電池モジュール51乃至59の電流値を検出することが可能になっている。
上記バッテリケース60は、内部に収容空間60aを有する直方体状に形成されていて、その長手方向を車幅方向に一致させ且つ高さ方向を上下方向に一致させた状態で配設されている。
そして、上記各電池モジュール51乃至59は、車両前側から後側に向かって順に並ぶ、3つの電池モジュール51乃至53からなる第一電池列90と、同じく3つの電池モジュール54乃至56からなる第二電池列91と、同じく3つの電池モジュール57乃至59からなる第三電池列92とを車幅方向左側から右側に向かって順に並べるようにして配設されている。また、各電池モジュール51乃至59同士は互いに、所定の隙間Lを隔てて配設されている。
そして、バッテリケース60における車両前側面60bには、後述の冷却ファン65の駆動により該バッテリケース60内に空気を導入するための3つの空気取込口70乃至72が形成されており、該バッテリケース60における車両後側面60c(上記車両前側面60bに対向する面)には、空気取込口70乃至72から該ケース60内に取り込まれた空気をケース60外に排出するための3つの空気排出口73乃至75が形成されている。
上記3つの空気取込口70乃至72はそれぞれ左側から右側に向かって順に、上記各電池列90乃至92と同列で車幅方向に互いに所定間隔Sを隔てて配設されている。また同様に、上記3つの空気排出口73乃至75もそれぞれ左側から右側に向かって順に、上記各電池列90乃至92と同列で車幅方向に互いに所定間隔Sを隔てて、上記空気取込口70乃至72に相対するようにして配設されている。
また、バッテリケース60の車両前側面60bにおける上記3つの空気取込口70乃至72に対応する部分には、上下方向にスライドすることで該取込口70乃至72を開閉可能な開閉シャッター80乃至82がそれぞれ設けられている。
同様にバッテリケース60の車両後側面60cにおける上記3つの空気排出口73乃至75に対応する部分には、上下方向のスライドにより該排出口73乃至75を開閉可能な開閉シャッター83乃至85がそれぞれ設けられている。
上記開閉シャッター80乃至85は、後述のバッテリコントローラ64により制御される図示しないモータによりリンク機構を介して駆動される。すなわち、開閉シャッター80乃至85の開閉動作は、バッテリコントローラ64により制御されるようになっている。
そして、上記バッテリケース60における車両前側面60bには、上記3つの空気取込口70乃至72に空気を導くための空気導入ダクト76が接続されている。
この空気導入ダクト76は、断面積が一定のダクト本体部76aと、該ダクト本体部76aの下流側端部(車両後側端部)に接続されて下流側(車両後側)に向かうほど車幅方向両側にそれぞれ均等に拡大するテーパ部76cを有し且つバッテリケース60の車両前側面60bに接続されるダクト接続部76bとで構成されている。
また、バッテリケース60における車両後側面60cには上記3つの空気排出口73乃至75から排出された空気を車両後方へと導く空気排出ダクト77が接続されている。
この空気排出ダクト77は、空気導入ダクト76と同様に、断面積一定のダクト本体部77aと、該ダクト本体部77aの上流側端部(車両前側端部)に接続されて上流側(車両前側)に向かうほど車幅方向両側にそれぞれ均等に拡大するテーパ部77cを有し且つバッテリケース60の車両後側面60cに接続されるダクト接続部76bとで構成されている。
そして、ダクト接続部76b内における、車幅方向略中央で且つ空気排出口74の車両後側には、バッテリケース60内に空気を導くための冷却ファン65が配設されている。
また、上記3つの空気取込口70乃至72は、車両前方視において、上記ダクト接続部76bの下流側端縁の径方向内側に位置しており、上記3つの空気排出口73乃至75は、車両前方視において、上記ダクト接続部77bの上流側端縁の径方向内側に位置している。
また、上記バッテリケース60の収容空間60a内における車幅方向右側端部で且つ上記第三電池列92よりも右側には、各電池モジュール51乃至59(バッテリ50)の充放電制御を実行するとともに後述のバッテリ冷却制御を実行するバッテリコントローラ64が収容されている。
上記バッテリコントローラ64は、図1に示すように、上記モジュール電流センサ63からの電流情報と、上記各モジュール電圧センサ62と、上記各モジュール温度センサ61からの温度情報とを受けて、各電池モジュール51乃至59のSOC(state of charge)を算出してその情報をECU5に送信するとともに、ECU5からの指令を受けて、各電池モジュール51乃至59(バッテリ50)のそれぞれの充放電制御及び冷却制御を実行する。この冷却制御は、バッテリコントローラ64により、冷却ファン65の作動、並びに、上記開閉シャッター80乃至85のそれぞれの開閉動作を制御することにより実行される。
上記ECU5には、図1に示すように、バッテリコントローラ64及び各種センサ24の出力信号が入力されるようになっており、ECU5は、それらの出力信号に基づいて自動車Aの走行状態を判定して、その走行状態に応じてエンジン1、モータ21及びジェネレータ22の制御を行うとともに、バッテリコントローラ64に対して必要な制御信号を出力することでバッテリ50の充放電を行う。すなわち、走行状態に応じて各気筒の燃料噴射量や点火時期の制御を行うことによってエンジン1の制御を行うと共に、バッテリコントローラ64に対して制御信号を出力することで、インバータ25を制御することによって、モータ21とバッテリ50との間に流れる電流、及びジェネレータ22とバッテリ50との間に流れる電流を調整して、モータ21の出力や回転速度、及びジェネレータ22の発電量や回転速度を制御する。
具体的に、発進時や低速走行時のように駆動輪6の回転が低速かつ高負荷となってエンジン1の作動効率が低下する領域では、エンジン1の作動を停止させて、モータ21の動力のみによって駆動輪6を駆動する。一方、通常走行時には、エンジン1が作動されてその動力が動力分割機構4を介して駆動輪6に伝達されると共に、その動力は動力分割機構4を介してジェネレータ22にも伝達され発電が行われる。そして、ジェネレータ22が発電した電力をモータ21に給電して、そのモータ21をエンジン1の補助動力として使用する。この通常走行時における走行状態に応じて、ジェネレータ22の発電量を減少させてモータ21による動力補助を低下又は中止させたり、ジェネレータ22の発電量を増大させてモータ21による動力補助を向上させたりする。
次に、バッテリコントローラ64におけるバッテリ50の冷却制御処理について、図4に示すフローチャートを参照しながら説明する。
先ず、最初のステップSA1では、モジュール電流センサ63、並びに、各電池モジュール51乃至59毎に設けられた、モジュール温度センサ61及びモジュール電圧センサ62のそれぞれから出力される検出信号を読み込む。
ステップSA2では、ステップSA1にて読み込んだ各モジュール電圧センサ62及びモジュール電流センサ63からの検出信号を基に、各電池モジュール51乃至59のSOCを算出する。
具体的には、モジュール電圧センサ62及びモジュール電流センサ63からの検出信号を基に算出された各電池モジュール51乃至59の電流値と電圧値との積により充放電電力を算出するとともに、この充放電電力の時間積分により各電池モジュール51乃至59の蓄電量(残容量)を算出する。そうして、各電池モジュール51乃至59の残容量からそれぞれのSOC(%)を算出する。尚、SOC(%)=(バッテリの残容量)/(満充電量)×100として算出される。
ステップSA3では、各電池モジュール51乃至59のそれぞれが放電開始後の状態にあり且つ該放電開始後から所定時間経過したか否かを判定し、この判定がYESの場合にはステップSA4に進み、NOの場合にはリターンする。
具体的には、SOCが低下傾向にあり且つSOCが低下し始めてから所定時間経過した場合には、電池モジュール51乃至59が放電を開始してから所定時間経過したものとしてYESの判定を行う一方、そうでない場合にはNOの判定を行う。
ステップSA4では、各電池モジュール51乃至59の内部抵抗値を算出する。具体的には、各電池モジュール51乃至59が放電を開始してからつまりSOCが低下し始めてから、上記所定時間が経過するまでの間の電圧降下量(IRドロップ)ΔVを算出し、この電圧降下量ΔVを、各電池モジュール51乃至59の放電開始時における電流値で割り算することによりそれぞれの内部抵抗値を算出する。
ステップSA5では、ステップSA4にて算出した各電池モジュール51乃至59の内部抵抗値を規格値に変換する。この規格値への変換は、本バッテリコントローラ64のメモリ内に記憶された変換マップ(図5参照)に基づいて行われる。この変換マップは、バッテリ温度及びSOC及び内部抵抗値の3つのパラメータからなるパラメータセット毎に予めメモリ内に記憶されている。
ここで、規格値とは、SOCやバッテリ温度等が異なる条件下で算出された内部抵抗値を、所定条件下における内部抵抗値に変換した値であって、本実施形態においては、電池モジュール温度が25℃でSOC50%とした場合における内部抵抗値(規格値)とされている。
図5は、例えばバッテリ温度が40℃、SOC90%、且つ内部抵抗値1000mΩ(A点に対応する値)のときに対応する変換マップであり、この変換マップによれば、電池モジュール温度が25℃でSOC50%とした場合における内部抵抗値つまり規格値は1100mΩ(図のB点に対応する値)とされる。そして、以下の説明では、この規格化された内部抵抗値のことを単に内部抵抗値と呼ぶ。
ステップSA6では、電池モジュール51乃至59(高内部抵抗電池モジュールに相当)のうち内部抵抗値が他の電池モジュール51乃至59に比較して相対的に高いものが存在するか否かを判定し、この判定がYESの場合にはステップSA7に進み、NOの場合にはステップSA10に進む。
より具体的には、ステップSA5にて算出された各電池モジュール51乃至59の内部抵抗値の和を電池モジュール51乃至59の総数(本実施形態においては9個)で除した値である平均内部抵抗値を算出するとともに、この平均内部抵抗値よりも所定抵抗値以上大きな内部抵抗値を有する電池モジュール51乃至59が存在するか否かを判定する。
そして、(内部抵抗値)≧(平均内部抵抗値)+(所定抵抗値)の関係式を満たす電池モジュール51乃至59が存在する場合には、その電池モジュール51乃至59を識別してYESの判定を行う一方、上記関係式を満たす電池モジュール51乃至59が存在しない場合には、NOの判定を行う。
ここで、所定抵抗値は、0mΩよりも大きな値であって、例えば上記モジュール電圧センサ62やモジュール電流センサ63の測定誤差により生じる平均内部抵抗値の算出誤差よりも十分大きな値として設計段階において予め設定される。
ステップSA7では、ステップSA6にて内部抵抗値が高いと判定(識別)した電池モジュール51乃至59(高内部抵抗電池モジュール)の冷却が促進されるように、開閉シャッター80乃至85の開閉制御を行う。
具体的には、本実施形態においては、例えばステップSA6にて、第一電池列90(図2参照)の最前方に位置する電池モジュール51の内部抵抗値が、他の電池モジュール52乃至59に比較して高いと判定された場合には、該第一電池列90の前後に配設された開閉シャッター80及び83を開状態とする一方、その他の開閉シャッター81及び82、並びに、開閉シャッター84及び85を閉状態とするべく該各開閉シャッター80乃至85の開閉制御を行う。
また、例えばステップSA6にて、第一電池列90の最前方に位置する電池モジュール51及び第三電池列92の最後方に位置する電池モジュール59の内部抵抗値が、他の電池モジュール52乃至58に比較して高いと判定された場合には、該第一電池列90の前後に配設された開閉シャッター80及び83、並びに、第三電池列92の前後に配設された開閉シャッター82及び85を開状態とする一方、その他の開閉シャッター81及び84を閉状態とするべく該各開閉シャッター80乃至85の開閉制御を行う。
ステップSA8では、内部抵抗値の最も高い電池モジュール51乃至59の温度が所定温度以上か否かを判定し、この判定がYESの場合の場合にはステップSA9に進み、NOの場合にはリターンする。尚、全電池モジュール51乃至59の内部抵抗値が等しい場合には、最も温度の高い電池モジュール51乃至59の温度が所定温度以上か否かを判定し、この判定がYESの場合にはステップSA9に進み、NOの場合にはリターンする。
これにより、内部抵抗値の高い電池モジュール51乃至59を確実に冷却して、その劣化を遅らせることができ、各電池モジュール51乃至59間での劣化度合のバラツキを確実に抑制することができる。また、内部抵抗値に差が無い場合には、最も温度の高い電池モジュール51乃至59を確実に冷却することでその劣化を抑制し、これによって上記劣化度合のバラツキを抑制することが可能となる。
ステップSA9では、冷却ファン65を所定回転数で作動させる。こうして、該冷却ファン65の作動により、所定風量の空気(冷却風)が空気導入ダクト76内に取り込まれてバッテリケース60内に導かれる。
尚、上記所定温度及び所定回転数は、各電池モジュール51乃至59の内部抵抗値の上昇を抑制するのに十分な温度及び回転数として設計段階にて予め設定されるものであって、本実施形態においては、ステップSA8における判定に拘わらず一定値とされている。
ステップSA6でNOと判定された場合に進むステップSA10では、全ての開閉シャッター80乃至85を開状態とするべく開閉制御を行う。
以上のように構成されたバッテリ冷却装置におけるバッテリコントローラ64により上記冷却ファン65が駆動された場合(ステップSA8の判定がYESの場合)に、各電池モジュール51乃至59に供給される空気の風路について説明する。
すなわち、上記したように、例えば、ステップSA6にて、電池モジュール51の内部抵抗値が他の電池モジュール52乃至59に比べて高いと判定されて、上記開閉制御の実行により第一電池列90(図2参照)の前後に配設された開閉シャッター80及び83のみが開状態となっている場合には、上記冷却ファン65の作動(駆動)により上記空気導入ダクト76内に取り込まれた空気は、上記開閉シャッター80により開閉される空気取込口70からバッテリケース60内に導かれて、電池モジュール51の車両前側面に当たった後、第一電池列90を構成する各電池モジュール51乃至53の上下左右の面に沿って流れて、上記開閉シャッター83により開閉される空気排出口73から該バッテリケース60外に排出される。そして、この排出された空気は、冷却ファン65及び空気排出ダクト77(ダクト本体部77a)を通って車両後方に排出される。こうして、空気導入ダクト76から取り込まれた空気を電池モジュール51に向かって積極的に流動させ、これによって、該電池モジュール51への空気の供給を促進してその冷却強化を図ることが可能となる。この結果、該電池モジュール51の劣化を遅らせて、該電池モジュール51の内部抵抗値が所定の限界抵抗値に達するまでの時間である寿命時間を引き延ばすことによってその長寿命化を図ることができる。よって、劣化度合の高い電池モジュール51が寿命に達することにより、それ以外の電池モジュール52乃至59が寿命に達していないにも拘わらずバッテリ50が全体として機能しなくなるのを確実に防止することができる。
また、上記したように、例えば、ステップSA6にて、電池モジュール51及び59の内部抵抗値が他の電池モジュール52乃至58に比べて高いと判定されて、上記開閉制御の実行により、第一電池列90の前後に配設された開閉シャッター80及び83、並びに、第三電池列92の前後に配設された開閉シャッター82及び85が開状態となっている場合には、上記冷却ファン65の作動(駆動)により上記空気導入ダクト76内に取り込まれた空気は左右に分岐して、上記開閉シャッター80及び82により開閉される空気取込口70及び72からそれぞれバッテリケース60内に導かれる。そして、該左右に分岐した空気はそれぞれ、電池モジュール51及び電池モジュール57の車両前側面に当たった後、第一電池列90を構成する各電池モジュール51乃至53、並びに、第二電池列91を構成する各電池モジュール57乃至59の上下左右の面に沿って流れて、上記開閉シャッター83及び85により開閉される空気排出口73及び75からバッテリケース60外に排出される。排出された空気は、上記のように、冷却ファン65を通過して合流した後に空気排出ダクト77(ダクト本体部77a)を介して車両後方に排出される。こうして、空気導入ダクト76から取り込まれた空気を電池モジュール51及び59に向かって積極的に流動させ、これによって、該電池モジュール51及び59への空気の供給を促進することが可能となる。
この結果、該電池モジュール51及び59の冷却を他の電池モジュール52乃至58に比べて強化して、該電池モジュール51及び59の劣化を遅らせることが可能となる。よって、該電池モジュール51及び59が寿命に達することにより、それ以外の電池モジュール52乃至58が寿命に達していないにも拘わらずバッテリが全体として機能しなくなるのを確実に防止することが可能となる。
また、上記したように、ステップSA6にてNOと判定されて、ステップSA10に進み、該ステップSA10にて全開閉シャッター80乃至85を開状態とする開閉制御が実行された場合には、冷却ファン65の作動により上記空気導入ダクト76内に取り込まれた空気は中央とその左右の3つの流れに分岐して、開閉シャッター80乃至83により開閉される空気取込口70乃至73のそれぞれからバッテリケース60内に導かれる。そして、左右中央に分岐した3つの空気流はそれぞれ、第一電池列90を構成する電池モジュール51乃至53、第二電池列91を構成する電池モジュール54乃至56、及び第三電池列92を構成する電池モジュール57乃至59の上下左右の面に沿って流れて、上記開閉シャッター83乃至85により開閉される空気排出口73乃至75からバッテリケース60外に排出される。排出された空気は、上記のように、冷却ファン65を通過して合流した後に空気排出ダクト77(ダクト本体部77a)を介して車両後方に排出される。
ここで、冷却ファン65は、中央の空気排出口74の車両後側に配設されているが故に、左右の空気取込口70及び72からバッテリケース60内に取り込まれた空気流の一部が冷却ファン65により吸い寄せられて中央の空気排出口74から排出される結果、第二電池列91を通過する空気流量が、第一電池列90及び第三電池列92のそれぞれを通過する空気流量に比べて多くなる傾向にあるが、本実施形態においては、冷却ファン65は、各電池列90乃至92を通過する空気流量が略均等になるように中央の空気排出口74から車両後側に所定距離以上離間した位置に配設されている。こうして、各電池モジュール51乃至59のそれぞれに対して略均等に空気を供給して、該各電池モジュール51乃至59を均等に冷却することが可能となる。
以上の如く上記実施形態1では、上記バッテリコントローラ64は、モジュール電圧センサ62及びモジュール電流センサ63からの出力信号を基に算出した上記平均内部抵抗値よりも所定抵抗値以上大きな内部抵抗値を有する電池モジュール51乃至59が存在する場合(ステップSA6でYESと判定した場合)には、当該電池モジュール51乃至59に対しての上記冷却ファン65の作動(駆動)による空気(冷却風)の供給を促進させるべく、開閉シャッター80乃至85の開閉制御を行うことで該空気の流路(風路)を制御する(ステップSA7の制御処理を実行する)ように構成されている。
これにより、バッテリコントローラ64により内部抵抗値が高いと判定した電池モジュール51乃至59に対する空気供給を促進して冷却を行うことで、バッテリ50の全体としての長寿命化を図ることが可能となる。
また、上記実施形態1では、各電池モジュール51乃至59のそれぞれの内部抵抗値が高いか否かの判定を、各電池モジュール51乃至59の内部抵抗値の総和をその個数で割った内部抵抗平均値を基準に行うようになっている。
このように、基準となる値を上記内部抵抗平均値とすることで、内部抵抗値が時間の経過とともに変化する電池モジュール51乃至59の中で、相対的に内部抵抗値の高い電池モジュール51乃至59を確実に識別することが可能となる。
(実施形態2)
図6及び図7は、本発明の実施形態2を示し、開閉シャッター80乃至85を設けずに、冷却ファン65の数及び配置、並びに、バッテリコントローラ64による冷却制御処理を上記実施形態1とは異ならせたものである。尚、図6において、図2と実質的に同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明を適宜省略する。
すなわち、図6に示すように、本実施形態では、空気排出ダクト77のダクト接続部77b内における各空気排出口73乃至75の後側には、左側から右側に向かって3つの冷却ファン65が互いに所定の間隔を隔てて配設されている。そして、左側の冷却ファン65は、第一電池列90と同列で且つ空気排出口73の後側に配設され、中央の冷却ファン65は上記実施形態1のものと同様に、第二電池列91と同列で且つ空気排出口74の後側に配設され、右側の冷却ファン65は、第三電池列92と同列で且つ空気排出口75の後側に配設されている。
次に、バッテリコントローラ64におけるバッテリ50の冷却制御処理について、図7に示すフローチャートを参照しながら説明する。
ステップSB1乃至ステップSB6までの処理についてはそれぞれ、上記実施形態1におけるステップSA1乃至ステップSA6までの処理と同様であるため説明を省略する。
ステップSB6にて内部抵抗値が高い電池モジュール51乃至59があると判定した場合に進むステップSB7では、冷却ファン65作動時(ステップSB9の処理実行時)に当該電池モジュール51乃至59に対する冷却風の供給が促進されるように、3つの冷却ファン65の中から作動用の冷却ファン65を選択する。
具体的には、本実施形態では、例えば、ステップSB6にて、第一電池列90の最前方に位置する電池モジュール51の内部抵抗値が、他の電池モジュール52乃至59に比較して高いと判定された場合には、作動用冷却ファン65として、該第一電池列90と同列に配設された左側の冷却ファン65を選択する。
また、例えば、ステップSB6にて、第一電池列90の最前方に位置する電池モジュール51及び第三電池列92の最後方に位置する電池モジュール59の内部抵抗値が、他の電池モジュール52乃至58に比較して高いと判定された場合には、作動用冷却ファン65として、第一電池列90と同列に配設された左側の冷却ファン65(以下、左側の冷却ファン65と呼ぶ)、及び、第三電池列92と同列に配設された右側の冷却ファン65(以下、右側の冷却ファン65と呼ぶ)を選択する。
ステップSB8では、上記実施形態1におけるステップSA8と同様の処理を行う。
ステップSB9では、ステップSB7及び後述のステップSB10にて選択した作動用冷却ファン65を所定回転数で作動させる。
こうして、上記選択した作動用冷却ファン65の作動により、所定風量の空気(冷却風)が空気導入ダクト76内に取り込まれてバッテリケース60内に導かれる。
ステップSB6でNOと判定した場合に進むステップSB10では、作動用冷却ファン65として3つの冷却ファン65全てを選択する。
以上のように構成されたバッテリ冷却装置におけるバッテリコントローラ64により上記冷却ファン65が駆動された場合(ステップSB8の判定がYESの場合)に、各電池モジュール51乃至59に供給される空気の風路について説明する。
すなわち、上記したようにステップSB6にて、電池モジュール51の内部抵抗値が他の電池モジュール52乃至59に比べて高いと判定されて、作動用冷却ファン65として左側の冷却ファン65が選択されている場合には、該左側の冷却ファン65の作動(駆動)により上記空気導入ダクト76内に取り込まれた空気の大半が左側に吸い寄せられて、空気取込口70からバッテリケース60内に導かれる。そして、該空気は電池モジュール51の車両前側面に当たった後、第一電池列90を構成する各電池モジュール51乃至53の上下左右の面に沿って流れて空気排出口73から該バッテリケース60外に排出される。そして、この排出された空気は、左側の冷却ファン65及び空気排出ダクト77を通って車両後方に排出される。こうして、空気導入ダクト76から取り込まれた空気を電池モジュール51に向かって積極的に流動させることで、該電池モジュール51への空気の供給を促進して、該電池モジュール51の冷却強化を図ることが可能となる。よって、該電池モジュール51の劣化を遅らせることが可能となる。
また、上記したように、ステップSB6にて、電池モジュール51及び59の内部抵抗値が他の電池モジュール52乃至58に比べて高いと判定されて、左側の冷却ファン65及び右側の冷却ファン65が選択されている場合には、該左側及び右側の冷却ファン65の作動(駆動)により上記空気導入ダクト76内に取り込まれた空気は、左側及び右側に吸い寄せられて2つに分岐する。そして、該分岐した空気はそれぞれ、電池モジュール51及び電池モジュール57の車両前側面に当たった後、第一電池列90を構成する各電池モジュール51乃至53、並びに、第二電池列91を構成する各電池モジュール57乃至59の上下左右の面に沿って流れて、空気排出口73及び75からバッテリケース60外に排出される。排出された空気は、左側及び右側の冷却ファン65を通過後、空気排出ダクト77内にて合流して車両後方に排出される。こうして、空気導入ダクト76から取り込まれた空気を電池モジュール51及び59に向かって積極的に流動させることで、該電池モジュール51及び59への空気の供給を促進してその冷却が強化される。これにより、該電池モジュール51及び59の劣化を遅らせることが可能となる。
また、ステップSB6にてNOと判定されてステップSB10に進み、該ステップSB10にて作動用冷却ファン65として上記3つの冷却ファン65の全てが選択されている場合には、上記3つの冷却ファン65の作動により上記空気導入ダクト76内に取り込まれた空気は中央とその左右の3方向に略均等に分岐して、空気取込口70乃至73のそれぞれからバッテリケース60内に導かれる。そして、この3方向に分岐した空気はそれぞれ、第一電池列90を構成する電池モジュール51乃至53、第二電池列91を構成する電池モジュール54乃至56、及び第三電池列92を構成する電池モジュール57乃至59の上下左右の面に沿って流れて、空気排出口73乃至75からバッテリケース60外に排出される。排出された空気は、3つの冷却ファン65を通過後、空気排出ダクト77内にて合流して車両後方に排出される。こうして、各電池モジュール51乃至59のそれぞれに対して略均等に空気を供給して冷却を行うことができる。
以上の如く上記実施形態2では、上記バッテリコントローラ64は、モジュール電圧センサ62及びモジュール電流センサ63からの出力信号を基に算出した上記平均内部抵抗値よりも所定抵抗値以上大きな内部抵抗値を有する電池モジュール51乃至59が存在する場合(ステップSB6でYESと判定した場合)には、当該電池モジュール51乃至59に対しての上記冷却ファン65の作動(駆動)による空気(冷却風)の供給を促進させるべく、該冷却ファン65の作動制御を行うことで該空気の流路(風路)を制御する(ステップSB7の制御処理を実行する)ように構成されている。これにより、上記実施形態1と同様の作用効果を得ることが可能となる。
(他の実施形態)
本発明の構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、それ以外の種々の構成を包含するものである。すなわち、上記実施形態1では、バッテリコントローラ64により、内部抵抗値が相対的に高い電池モジュール51乃至59が存在すると判定された場合(ステップSA6にてYESと判定された場合)には、空気取入側(車両前側)の開閉シャッター80乃至82の開閉と、空気排出側(車両後側)の開閉シャッター83乃至85の開閉との双方を制御するようにしているが、必ずしもこれに限ったものではなく、例えば、空気取入側の開閉シャッター80乃至82の開閉のみを制御して、空気排出側の開閉シャッター83乃至85は常に開状態のまま維持するようにしてもよい。これにより、バッテリコントローラ64による制御処理を簡易化することが可能となる。
また、上記実施形態1では、冷却ファン65を設けるようにしているが、必ずしも設ける必要はなく、例えば冷却ファン65を廃止して空気導入ダクト76から走行風を取り込むことでバッテリケース60内に空気を導入するようにしてもよい。これにより、バッテリ冷却装置全体の構成を簡素化してコスト削減を図ることが可能となる。
また、上記各実施形態では、バッテリ50は、自動車Aに搭載されているが、これに限ったものではなく、航空機や船舶等に搭載するものであってもよい。また、このような自動車Aや航空機等の乗物に搭載されるものでなくともよいことは言うまでもない。
本発明は、充放電可能な複数の電池モジュールを有するバッテリの冷却装置に有用であり、特に、エンジンと少なくともバッテリから電力供給を受けて作動するモータとを有するハイブリッド自動車に適用する場合に有用である。
本発明の実施形態に係るバッテリの冷却装置を搭載したハイブリッド自動車の構成を示すブロック図である。 バッテリ冷却装置の構成を示す概略図である。 図2のIII−III線断面図である。 バッテリコントローラにおける冷却制御処理を示すフローチャートである。 内部抵抗値を規格値に変換するための変換マップを示す図である。 実施形態2を示す図2相当図である。 実施形態2を示す図4相当図である。
符号の説明
51乃至59 電池モジュール
62 モジュール電流センサ(内部抵抗検出手段)
63 モジュール電圧センサ(モジュール電圧検出手段、内部抵抗検出手段)
64 バッテリコントローラ(冷却風路制御手段、内部抵抗検出手段)
50 バッテリ
60 バッテリケース
65 冷却ファン(冷却手段)
70乃至72 空気取込口(冷却風取込口)
73乃至75 空気排出口(冷却風排出口)
80乃至85 開閉シャッター(開閉部材、冷却風路制御手段)

Claims (5)

  1. 充放電可能な複数の電池モジュールを有するバッテリの冷却装置であって、
    上記複数の電池モジュールのそれぞれに対して冷却風を供給可能な冷却手段と、
    上記複数の電池モジュールのそれぞれの内部抵抗値を検出するための内部抵抗検出手段と、
    上記内部抵抗検出手段からの内部抵抗情報に基づいて、上記冷却手段により上記各電池モジュールに供給される冷却風の風路を制御する冷却風路制御手段とを備え、
    上記冷却風路制御手段は、上記内部抵抗検出手段により検出された各電池モジュールの内部抵抗値の和を該電池モジュールの総数で除した値である平均内部抵抗値を算出するとともに、該平均内部抵抗値よりも所定抵抗値以上大きな内部抵抗値を有する高内部抵抗電池モジュールが存在するか否かを判定し且つ存在すると判定した場合には、該高内部抵抗電池モジュールを識別して、該識別した高内部抵抗電池モジュールに対しての上記冷却手段による冷却風の供給が促進されるように、該冷却風の風路を制御するよう構成されていることを特徴とするバッテリの冷却装置。
  2. 請求項1記載のバッテリの冷却装置において、
    上記バッテリは、上記複数の電池モジュールを内部に収容するバッテリケースを有し、
    上記バッテリケースには、該バッテリケース内に、上記冷却手段により供給される冷却風を取り込むための複数の冷却風取込口と、該冷却風取込口から取り込まれた冷却風を該バッテリケース外に排出するための少なくとも一つの冷却風排出口とが設けられており、
    上記冷却風路制御手段は、上記複数の冷却風取込口のそれぞれを開閉可能な複数の開閉部材を有していて、該各開閉部材の開閉動作を制御することで、上記高内部抵抗電池モジュールに対しての冷却風の供給が促進されるように、該冷却風の風路を制御するよう構成されていることを特徴とするバッテリの冷却装置。
  3. 請求項2記載のバッテリの冷却装置において、
    上記バッテリケースには、複数の上記冷却風排出口が設けられており、
    上記冷却風路制御手段は更に、上記複数の冷却風排出口のそれぞれを開閉可能な複数の開閉部材を有していて、該各開閉部材の開閉動作を制御することで、上記高内部抵抗電池モジュールに対しての冷却風の供給が促進されるように、該冷却風の風路を制御するよう構成されていることを特徴とするバッテリの冷却装置。
  4. 請求項1記載のバッテリの冷却装置において、
    上記バッテリは、上記複数の電池モジュールを内部に収容するバッテリケースを有し、
    上記バッテリケースには、該バッテリケース内に、上記冷却手段により供給される冷却風を取り込むための少なくとも一つの冷却風取込口と、該冷却風取込口から取り込まれた冷却風を該バッテリケース外に排出するための複数の冷却風排出口とが設けられており、
    上記冷却風路制御手段は、上記複数の冷却風排出口のそれぞれを開閉可能な複数の開閉部材を有していて、該各開閉部材の開閉動作を制御することで、上記高内部抵抗電池モジュールに対しての冷却風の供給が促進されるように、該冷却風の風路を制御するよう構成されていることを特徴とするバッテリの冷却装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれか一項に記載のバッテリの冷却装置において、
    上記複数の電池モジュールのそれぞれの電圧を検出するためのモジュール電圧検出手段を備え、
    上記内部抵抗検出手段は、上記各電池モジュールの放電開始時において、上記モジュール電圧検出手段により検出された該各電池モジュールの電圧の変化量に基づいて、該各電池モジュールの内部抵抗値を検出するように構成されていることを特徴とするバッテリの冷却装置。
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