JP2009140654A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電源体を効率良く温めることのできる電源装置を提供する。
【解決手段】電池ユニット１０は、複数の単電池（電源体としての二次電池）が電気的に接続されている。複数の単電池は、ケースの内部で、並列に配置されている。複数の電源体及び、電源体との間で熱交換を行うための液状の熱交換媒体を収容するケースと、ケース内に収容され、回転動作によって熱交換媒体を層流の状態で電源体に導くためのファン３１と、ファンのうち回転軸方向に沿った領域における温度を調節（加熱又は冷却）するための温度調節機構とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の電源体を効率良く温めることのできる電源装置に関するものである。

従来の電池パックでは、電気的に接続された複数の単電池（二次電池）を、絶縁性の油とともにケース内に収容し、ファンを用いて絶縁性の油を循環させているものがある。この絶縁性の油は、ケース内で循環させることにより、単電池との間で熱交換を行うために用いられる。例えば、充放電によって発熱した単電池に、絶縁性の油を接触させることにより、単電池の熱を絶縁性の油に伝達させ、単電池の温度上昇を抑制することができる。

一方、電池パック内にヒータを配置すれば、単電池を温めることができる。
特開２００２−２６０７４５号公報 特開２００５−１２９３５９号公報 特開２００２−２１３７６５号公報 特開平７−７３９０８号公報

しかしながら、電池パックの内部にヒータを配置する場合であっても、ヒータを配置する位置によっては、各単電池又は複数の単電池において温度のバラツキが発生してしまう。例えば、ヒータによって絶縁性の油を温めたとしても、熱を持った絶縁性の油が、単電池に対して均等に到達しなければ、温度のバラツキが発生してしまう。

ここで、複数の単電池において温度のバラツキが生じると、電池の出力特性にもバラツキが生じてしまう。この場合には、最も出力特性の低い単電池を基準として、複数の単電池の充放電を制御しなければならず、すべての単電池に対して効率良く、充放電を行うことができなくなってしまう。

本発明の電源装置は、複数の電源体と、複数の電源体及び、電源体との間で熱交換を行うための液状の熱交換媒体を収容するケースと、ケース内に収容され、回転動作によって熱交換媒体を層流の状態で電源体に導くためのファンと、ファンのうち回転軸方向に沿った領域における温度を調節（加熱又は冷却）するための温度調節機構とを有することを特徴とする。

ここで、温度調節機構として、ファンに取り付けられ、ファンの回転軸方向に沿って配置されたヒータを用いることができる。また、ヒータを、ファンの回転軸部内に配置することができる。また、ファンの回転軸方向に関して、ファンの長さを電源体の長さ以上とすることができる。

一方、複数の電源体における最高温度を検出するための温度センサと、ヒータの駆動を制御するコントローラとを設け、最高温度が電源体の目標温度範囲の上限値よりも低い場合に、コントローラによってヒータを駆動することができる。

また、複数の電源体における最大温度差を検出するための温度センサと、ファン及びヒータの駆動を制御するコントローラとを設け、最大温度差が所定値よりも大きい場合に、ヒータを駆動した状態で、ファンの駆動速度を増加させることができる。さらに、複数の電源体における最大温度差を検出するための温度センサと、ファン及びヒータの駆動を制御するコントローラとを設け、ファン及びヒータを駆動している状態において、最大温度差が所定値よりも大きい場合には、ヒータの駆動を停止させることができる。

なお、電源体としては、リチウムイオン電池を用いることができる。

本発明によれば、電源体に対して熱交換媒体を層流の状態で導くためのファンのうち、この回転軸方向に沿った領域を、温度調節機構によって温めたり、冷やしたりすることができる。これにより、温度のバラツキが抑えられた熱交換媒体の層流を電源体に到達させることができ、電源体を効率良く温めたり、冷やしたりすることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の電池パック（電源装置）の構成について、図１を用いて説明する。ここで、図１は、本実施例の電池パックの構成を示す分解斜視図である。本実施例の電池パックは、車両に搭載することができる。具体的には、電池パックの出力を用いて車両を走行させたり、車両の回生エネルギを電池パックに充電させたりすることができる。

本実施例の電池パック１は、電池ユニット（電源ユニット）１０と、電池ユニット１０及び撹拌ユニット３０を収容するためのケース２０とを有している。ケース２０は、電池ユニット１０及び撹拌ユニット３０を収容するための空間を形成する収容部材２１と、収容部材２１の開口部２１ａを覆う蓋部材２２とを有している。蓋部材２２は、この外縁部分において、収容部材２１にネジ等の締結部材によって固定されたり、溶接によって固定されたりする。これにより、ケース２０の内部は、密閉状態となる。

また、収容部材２１及び蓋部材２２は、熱伝導性や耐食性等に優れた材料、例えば、後述する熱交換媒体４の熱伝導率と同等又はこれよりも高い熱伝導率を有する材料で形成することができる。具体的には、収容部材２１や蓋部材２２を金属（銅や鉄等）で形成することができる。

ここで、ケース２０の内部には、電池ユニット１０及び撹拌ユニット３０の他に、電池ユニット１０との間で熱交換を行うための熱交換媒体４が収容されている。この熱交換媒体４は、後述するように、電池ユニット１０（単電池１１）における温度のバラツキを抑制するために用いられる。

熱交換媒体４は、絶縁性を有する液体であり、例えば、絶縁性を有する油や、フッ素系不活性液体を用いることができる。フッ素系不活性液体としては、例えば、フロリナート、Ｎｏｖｅｃ ＨＦＥ(hydrofluoroether)、Ｎｏｖｅｃ１２３０（スリーエム社製）を用いることができる。

次に、電池ユニット１０の構成について説明する。

電池ユニット１０は、複数の単電池（電源体としての二次電池）１１が電気的に接続されたものである。複数の単電池１１は、ケース２０の内部において、並列に配置されている。

ここで、単電池１１は充放電によって発熱するが、単電池１１に熱交換媒体４を接触させることにより、単電池１１及び熱交換媒体４の間で熱交換が行われ、単電池１１の熱が熱交換媒体４に伝達される。熱を持った熱交換媒体４は、ケース２０の内部で流動し、ケース２０の内壁面に接触することにより、ケース２０に熱を伝達することができる。そして、ケース２０に伝達された熱は、大気中に放出される。

なお、本実施例では、ケース２０の外表面を平坦な面で構成しているが、ケース２０からの放熱性を向上させるために、ケース２０の表面に、突状に形成されたフィンを設けることもできる。例えば、収容部材２１の側面に複数のフィンを設けることができる。

また、電池パック１を車両ボディの表面に配置した場合には、ケース２０に伝達された熱が、車両ボディにも伝達される。このように単電池１１で発生した熱を電池パック１の外部に放出させることにより、単電池１１の温度上昇を抑制することができる。

電池ユニット１０を構成する各単電池１１は、両端側において、一対の板状の支持部材１２によって支持されている。これらの支持部材１２は、ネジ等の締結部材（不図示）によって、ケース２０（収容部材２１）に固定されている。なお、本実施例では、２つの支持部材１２を用いているが、これらの支持部材１２を一体として構成することもできる。

また、各単電池１１の両端には、正極用及び負極用の端子１１ａが設けられている。これらの端子１１ａは、隣り合って配置された他の単電池１１の端子１１ａとバスバー１３を介して接続されている。すなわち、複数の単電池１１を、バスバー１３を介して電気的に直列に接続することにより、電池パック１として所望の高出力を得ることができる。

ここで、複数の単電池１１のうち特定の単電池１１には、正極用及び負極用の配線（不図示）が接続されており、これらの配線は、ケース２０を貫通して、ケース２０の外部に配置された電子機器（例えば、モータ）に接続されている。これにより、電池パック１の出力を用いて、電子機器を駆動することができる。

各単電池１１の内部には、発電要素が収容されている。発電要素は、電極板（正極板及び負極板）と、セパレータと、電解質とで構成されており、公知の構成を適宜、適用することができる。

ここで、正極板としては、アルミニウム等の金属（合金を含む）で形成された集電体の表面に正極層を形成したものを用い、負極板としては、アルミニウム等の金属（合金を含む）で形成された集電体の表面に負極層を形成したものを用いることができる。より具体的には、ニッケル−水素電池では、正極層の活物質として、ニッケル酸化物を用い、負極層の活物質として、ＭｍＮｉ_{（５−ｘ−ｙ−ｚ）}Ａｌ_ｘＭｎ_ｙＣｏ_ｚ（Ｍｍ：ミッシュメタル）等の水素吸蔵合金を用いることができる。また、リチウムイオン電池では、正極層の活物質として、リチウム−遷移金属複合酸化物を用い、負極層の活物質として、カーボンを用いることができる。

なお、本実施例では、円筒型の単電池１１を用いているが、角型等の他の形状の単電池を用いることもできる。また、本実施例では、二次電池を用いているが、二次電池の代わりに、電源体としての電気二重層キャパシタ（コンデンサ）や燃料電池を用いることもできる。

一方、電池ユニット１０の一端には、撹拌ユニット３０が配置されている。ここで、撹拌ユニット３０の両端は、一対の支持部材１２と同一面内に位置するように配置されている。以下、図２を用いて、撹拌ユニット３０の構成について説明する。ここで、図２は、撹拌ユニット３０の構成を示す外観斜視図である。

ファン３１は、回転軸３２と、回転軸３２の外周面に設けられた複数の羽根部３３とを有している。また、ファン３１は、単電池３１と略平行となるように配置されている。ここで、複数の羽根部３３は、回転軸３２の周方向において等間隔に配置されており、各羽根部３３は、曲面を持った形状となっている。ここで、ファン３１としては、公知の構成のクロスフローファンを用いることができる。

回転軸３２の両端側は、軸受け３５によって回転可能に支持されており、回転軸３２の一端は、モータ３４に接続されている。軸受け３５は、支持板３６に固定されている。ここで、支持板３６の一部は、ファン３１の外周面に沿った形状に形成されている。また、ファン３１の長手方向における各羽根部３３の長さは、単電池１１の長手方向における長さと略等しくなっている。なお、各羽根部３３の長さを、単電池１１の長さよりも長くすることもできる。

一方、ファン３１と電池ユニット１０（単電池１１）との間には、第１の仕切り部材３７ａ及び第２の仕切り部材３７ｂが配置されている。第１の仕切り部材３７ａは、図３に示すように、電池ユニット１０における最も下方に位置する単電池１１（１１Ａ）とケース２０（収容部材２１）の底面との間に配置されている。また、第２の仕切り部材３７ｂは、電池ユニット１０に沿って重力方向（図３の上下方向）に延びており、先端が電池ユニット１０の上面に位置している。

第１の仕切り部材３７ａ及び第２の仕切り部材３７ｂの幅は、ファン３１の長手方向における羽根部３３の長さと略等しくなっている。

一方、回転軸３２は、図４に示すように、中空構造となっており、回転軸３２の内部には、電気ヒータ３８が配置されている。電気ヒータ３８としては、例えば、ニクロムヒータやＰＴＣ（positive temperature coefficient）ヒータを用いることができる。電気ヒータ３８の両端は、配線３９を介して電源４０に接続されている。また、電源４０には、電気ヒータ３８への通電及び非通電を切り換えるためのスイッチ４１が接続されている。スイッチ４１の切り換えは、後述するようにコントローラによって制御される。

本実施例では、回転軸３２の内部におけるスペース（いわゆるデッドスペース）を用いて電気ヒータ３８を配置しているため、ファン３１を大型化させることもなく、簡素な構成とすることができる。

ここで、電源４０としては、電池パック１を用いてもよいし、他の電源を用いてもよい。電池パック１を車両に搭載する場合には、電源４０として補機用のバッテリを用いたり、車両の回生エネルギを用いたりすることができる。補機用のバッテリとは、車両に搭載された電子機器に電力を供給するための電源である。

なお、本実施例では、回転軸３２を中空構造としたが、これに限るものではなく、回転軸３２の内部に電気ヒータ３８が配置された構成であればいかなる構成であってもよい。具体的には、回転軸３２を形成する際に、電気ヒータ３８を埋め込んでおいてもよい。また、本実施例では、回転軸３２に電気ヒータ３８を配置したが、回転軸３２に設けられる羽根部３３の内部に電気ヒータ３８を配置してもよい。

次に、上述した電池パック１の構成において、ファン３１の駆動に伴う熱交換媒体４の流れについて説明する。

モータ３４の駆動によってファン３１が回転すると、図３に示すように、ファン３１から矢印Ａ１で示す方向に熱交換媒体４が送り出される。ここで、複数の羽根部３３は、回転軸３２の長手方向に沿って延びているため、ファン３１から送り出される熱交換媒体４は、層流を形成することになる。すなわち、熱交換媒体４は、羽根部３３の幅（回転軸３２の長手方向における長さ）と略同一の幅を有する流れを形成することになる。

そして、ファン３１から送り出された熱交換媒体４は、図５の矢印で示すように、電池ユニット１０の周囲を辿るように進んで、ファン３１に戻るようになっている。ここで、図５の矢印で示す熱交換媒体４の流れは、主な流れの成分を示すものであり、この流れとは異なる方向に進む成分も存在する。

例えば、ファン３１から送り出された熱交換媒体４の一部は、ケース２０の側壁に到達する手前で、上方に移動することがある。この場合には、隣り合う単電池１１の間を熱交換媒体４が移動することになる。上方に移動した熱交換媒体４は、熱交換媒体４の主な流れと合流して、ファン３１に戻ることになる。また、図５の矢印に沿って電池ユニット１０の上方に移動した熱交換媒体４の一部は、ファン３１に導かれることなく、下方に移動することもある。この場合には、隣り合う単電池１１の間を熱交換媒体４が移動して、熱交換媒体４の主な流れと合流する。この後は、図５の矢印で示す方向に沿って移動することになる。

本実施例では、ファン３１から送り出された熱交換媒体４が、層流となって単電池１１に接触するようになっている。ここで、熱交換媒体４の層流の幅は、単電池１１の長手方向における長さと略等しくなっているため、熱交換媒体４は、単電池１１におけるすべての領域との間で熱交換を行うことができる。すなわち、単電池１１の全体において、略均一な熱交換を行うことができる。

次に、ファン３１及び電気ヒータ３８の駆動を制御するための回路構成について、図６を用いて説明する。

第１の温度センサ４２ａ及び第２の温度センサ４２ｂは、電池ユニット１０における２つの単電池１１の温度を検出するために用いられ、ケース２０の内部に配置されている。第１の温度センサ４２ａは、図３の単電池１１Ａに接触した状態で配置されており、第２の温度センサ４２ｂは、図３の単電池１１Ｂに接触した状態で配置されている。

ここで、単電池１１Ａ，１１Ｂは、電池ユニット１０に含まれる複数の単電池１１のうち、最もファン３１側に配置されている単電池である。そして、単電池１１Ａは、ファン３１から送り出された熱交換媒体４が最初に接触する単電池であり、単電池１１Ｂは、電池ユニット１０の外周を循環した熱交換媒体４が最後に接触する単電池である。

コントローラ４３は、第１の温度センサ４２ａ及び第２の温度センサ４２ｂの出力に基づいて、モータ３４を介してファン３１の駆動を制御したり、スイッチ４１のオン及びオフを切り換えることによって電気ヒータ３８の通電を制御したりする。ここで、本実施例の電池パック１を車両に搭載した場合には、コントローラ４３としては、車両の走行を制御するためのコントローラと兼用することができる。

次に、コントローラ４３の動作について、図７を用いて説明する。以下に説明する動作では、ファン３１を常に駆動している。また、以下に説明する動作は、電気ヒータ３８への通電がオフとなっている状態で開始されるものとする。

ステップＳ１０において、コントローラ４３は、第１の温度センサ４２ａ及び第２の温度センサ４２ｂの出力に基づいて、単電池１１Ａ，１１Ｂの温度を検出する。そして、コントローラ４３は、単電池１１Ａ，１１Ｂの温度のうち、高い方の温度（最高温度）が上限値よりも低いか否かを判断する。この上限値とは、電池ユニット１０を構成する単電池１１の特性が劣化すると判断される温度の上限値であり、単電池１１の特性に基づいて適宜設定することができる。

すなわち、単電池１１では、所定の温度範囲（目標温度範囲）内において充放電等の電池特性が適正となるが、所定の温度範囲を外れると電池特性が劣化してしまうことが知られている。上述した上限値とは、所定の温度範囲の上限に相当する温度である。

ステップＳ１０において、単電池１１の最高温度が上限値よりも低い場合には、ステップＳ１１に進み、そうでない場合には本処理を終了する。なお、単電池１１の最高温度が上限値よりも高い場合には、単電池１１の温度を低下させるために、ファン３１を回転させることができる。この場合において、電気ヒータ３８への通電は遮断される。これにより、ケース２０内における熱交換媒体４の循環が促進され、熱交換媒体４及びケース２０を介した放熱を促進させることができる。

ステップＳ１１において、コントローラ４３は、スイッチ４１をオフからオンに切り換えることにより、電気ヒータ３８への通電を開始させる。電気ヒータ３８への通電によって、電気ヒータ３８が発熱するとともに、ファン３１が加熱される。そして、ステップＳ１２において、ファン３１を第１の状態で駆動する。具体的には、コントローラ４３がモータ３４を駆動することにより、ファン３１を所定の速度で回転させる。

ファン３１を回転させると、上述したように、熱交換媒体４がケース２０内で循環することになる。このとき、ファン３１は電気ヒータ３８によって加熱されているため、ファン３１から送り出される熱交換媒体４は、ファン３１からの熱を受けて温まった状態となっている。熱を持った熱交換媒体４は、上述したようにケース２０の内部で循環し、複数の単電池１１を温めることになる。

次に、ステップＳ１３において、コントローラ４３は、第１の温度センサ４２ａ及び第２の温度センサ４２ｂの出力に基づいて、単電池１１Ａ，１１Ｂの温度を検出する。そして、コントローラ４３は、単電池１１Ａ，１１Ｂの温度差（最大温度差）を求め、この温度差が上限値よりも低いか否かを判断する。

ここでの上限値は、電池ユニット１０を構成する複数の単電池１１における温度のバラツキ（具体的には、単電池１１Ａ，１１Ｂにおける温度のバラツキ）を低減するために設定された上限値であり、適宜設定することができる。すなわち、複数の単電池１１における温度のバラツキを極力低減させる場合には、上記上限値を小さな値に設定することができる。一方、温度のバラツキをある程度、許容する場合には、上記上限値を大きな値に設定することができる。本実施例では、上限値を３℃に設定している。

ここで、本実施例では、複数の単電池１１のうち、特定の単電池１１Ａ，１１Ｂにおける温度差を求めているが、これに限るものではない。例えば、すべての単電池１１に温度センサを設けておき、最大の温度を示す単電池１１と、最小の温度を示す単電池１１との温度差を求めるようにすることができる。また、すべての単電池１１の温度を検出する代わりに、隣り合って配置された単電池１１の間に温度センサを配置しておき、隣り合って配置された単電池１１の温度を検出するようにしてもよい。

本実施例では、単電池１１Ａ，１１Ｂの温度を検出するようにしているが、これは以下の理由に基づくものである。

単電池１１Ａは、図３に示すように、ファン３１から送り出された熱交換媒体４が最初に接触する単電池である。このため、単電池１１Ａは、電池ユニット１０を構成する複数の単電池１１のうち、熱を持った熱交換媒体４によって最も温められる単電池となる。一方、単電池１１Ｂは、ケース２０の内部を循環した熱交換媒体４が最後に接触する単電池である。このため、単電池１１Ｂは、電池ユニット１０を構成する複数の単電池１１のうち、熱交換媒体４によって最も温められない単電池となる。

したがって、単電池１１Ａ，１１Ｂの温度を検出しておけば、電池ユニット１０を構成する複数の単電池１１における最大の温度差を検出することが可能となる。そして、この最大の温度差を小さくさせれば、結果として、電池ユニット１０を構成する複数の単電池１１における温度差を小さくさせることができる。

ステップＳ１３において、単電池１１Ａ，１１Ｂの温度差が上限値よりも高い場合には、ステップＳ１４に進み、そうでない場合にはステップＳ１３を循環する。すなわち、単電池１１Ａ，１１Ｂの温度差が上限値以下の場合には、ファン３１は、第１の状態（ステップＳ１２）で駆動され続けることになる。

ステップＳ１４において、コントローラ４３は、モータ３４を介してファン３１を第２の状態で駆動する。第２の状態とは、ファン３１の回転速度（単位時間当たりの回転量）が、第１の状態におけるファン３１の回転速度よりも高い状態を示す。これにより、ファン３１から送り出される熱交換媒体４の量は、第１の状態においてファン３１から送り出される熱交換媒体４の量よりも多くなる。言い換えれば、ケース２０の内部を循環する熱交換媒体４の速度は、第２の状態の方が第１の状態よりも速くなる。

このようにファン３１の回転速度を高めれば、熱交換媒体４の循環経路のうち、ファン３１から離れた位置に配置された単電池１１に対しても、熱を持ったままの熱交換媒体４を接触させることができる。ここで、熱交換媒体４の循環経路において、ファン３１から離れた位置にある単電池１１ほど、熱を持った熱交換媒体４が到達しにくくなってしまう。

すなわち、ファン３１の近くに配置されている単電池１１では、ファン３１から送り出された熱交換媒体４（熱を持った熱交換媒体４）が接触することにより、熱交換媒体４からの熱を受けやすい。一方、ファン３１から離れた位置にある単電池１１では、ファン３１に近い位置にある単電池１１に熱を与えた後の熱交換媒体４（言い換えれば、熱を持たない熱交換媒体４）が接触することになるため、熱交換媒体４からの熱を受けにくくなってしまう。これによって、電池ユニット１０を構成する複数の単電池１１において、温度のバラツキが生じてしまう。

そこで、上述したように、ファン３１の回転速度を高めれば、熱を持った熱交換媒体４を、ファン３１から離れた位置にある単電池１１にも接触させることができ、電池ユニット１０を構成する複数の単電池１１における温度のバラツキを低減することができる。

次に、ステップＳ１５において、コントローラ４３は、第１の温度センサ４２ａ及び第２の温度センサ４２ｂの出力に基づいて、単電池１１Ａ，１１Ｂの温度を検出する。そして、コントローラ４３は、単電池１１Ａ，１１Ｂの温度差（最大温度差）を求め、この温度差が下限値よりも低いか否かを判断する。

ここでの下限値は、電池ユニット１０を構成する複数の単電池１１における温度のバラツキを許容するために設定された下限値であり、適宜設定することができる。すなわち、下限値は、複数の単電池１１において温度のバラツキが生じているものの、このバラツキを許容しうる温度差である。ここで、許容しうるバラツキを大きくする場合には、下限値を大きくし、許容しうるバラツキを小さくする場合には、下限値を小さくすればよい。本実施例では、第１の温度センサ４２ａ及び第２の温度センサ４２ｂにおける検出誤差を考慮して、上述した下限値を１℃に設定している。

ステップＳ１５において、単電池１１Ａ，１１Ｂの温度差が下限値よりも小さい場合には、ステップＳ１６に進み、そうでない場合にはステップＳ１５を循環する。すなわち、単電池１１Ａ，１１Ｂの温度差が下限値以上の場合には、ファン３１は、第２の状態（ステップＳ１４）で駆動され続けることになる。

ステップＳ１６において、コントローラ４３は、スイッチ４１をオンからオフに切り換えることにより、電気ヒータ３８への通電を遮断する。これにより、電気ヒータ３８の発熱は停止し、ファン３１の加熱が停止される。

上述した制御によれば、電池ユニット１０を構成する複数の単電池１１における最大の温度差を、少なくとも上述した上限値（ステップＳ１３）よりも小さくすることができ、複数の単電池１１における温度のバラツキを低減することができる。また、熱交換媒体４の層流を形成するファン３１に電気ヒータ３８を設けているため、単電池１１の全体に対して、略均一な温度分布を有する熱交換媒体４を接触させることができる。これにより、単電池１１を略均一に温めることができる。

また、電気ヒータ３８を用いて電池パック１を温める構成では、単電池１１としてリチウムイオン電池を好適に用いることができる。すなわち、リチウムイオン電池は、ニッケル水素電池に比べて、低温時における出力特性が低い傾向がある。そこで、本実施例の構成を用いて、リチウムイオン電池を温めるようにすれば、出力特性が低下する低温の状態を回避することができる。

次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例の電池パックの構成は、実施例１で説明した電池パックの構成と同じであり、コントローラの動作内容が実施例１と異なるものである。以下、実施例１と異なる点について説明する。なお、実施例１で説明した部材と同一の部材については同一符号を用い、詳細な説明は省略する。

図８には、本実施例におけるコントローラ４３の動作を示している。以下に説明する動作では、ファン３１が常に一定の速度で回転しているものとし、本処理が開始されるときには、電気ヒータ３８への通電が遮断されている状態である。

ステップＳ２０において、コントローラ４３は、第１の温度センサ４２ａ及び第２の温度センサ４２ｂの出力に基づいて、単電池１１Ａ，１１Ｂの温度を検出する。そして、コントローラ４３は、単電池１１Ａ，１１Ｂの温度のうち、高い方の温度（最高温度）が上限値よりも低いか否かを判断する。この上限値とは、実施例１（図７）のステップＳ１０で説明した上限値と同様であり、電池ユニット１０を構成する単電池１１の特性が劣化すると判断される温度の上限値である。

ステップＳ２０において、単電池１１の最高温度が上限値よりも低い場合には、ステップＳ２１に進み、そうでない場合には本処理を終了する。なお、単電池１１の最高温度が上限値よりも高い場合には、単電池１１の温度を低下させるために、ファン３１を回転させることができる。この場合において、電気ヒータ３８への通電は遮断される。これにより、ケース２０内における熱交換媒体４の循環が促進され、熱交換媒体４及びケース２０を介した放熱を促進させることができる。

ステップＳ２１において、コントローラ４３は、スイッチ４１をオフからオンに切り換えることにより、電気ヒータ３８への通電を開始させる。これにより、電気ヒータ３８は発熱するとともに、ファン３１が加熱される。ファン３１が加熱されると、ファン３１から送り出される熱交換媒体４も加熱されることになる。そして、熱を持った熱交換媒体４は、実施例１で説明したようにケース２０の内部で循環し、複数の単電池１１を温めることになる。

次に、ステップＳ２２において、コントローラ４３は、第１の温度センサ４２ａ及び第２の温度センサ４２ｂの出力に基づいて、単電池１１Ａ，１１Ｂの温度を検出する。そして、コントローラ４３は、単電池１１Ａ，１１Ｂの温度差（最大温度差）を求め、この温度差が上限値よりも低いか否かを判断する。

ここでの上限値は、実施例１（図７）のステップＳ１３で説明した上限値と同様であり、電池ユニット１０を構成する複数の単電池１１における温度のバラツキを抑制するために設定された上限値である。なお、本実施例でも、実施例１と同様に、電池ユニット１０を構成する複数の単電池１１の温度をすべて検出するようにしてもよいし、すべての単電池１１の温度を検出する代わりに、隣り合う単電池１１の温度を検出するようにしてもよい。

ステップＳ２２において、単電池１１Ａ，１１Ｂの温度差が上限値よりも高い場合には、ステップＳ２３に進み、そうでない場合にはステップＳ２２を循環する。すなわち、単電池１１Ａ，１１Ｂの温度差が上限値以下の場合には、ファン３１は、電気ヒータ３８によって加熱されたままの状態で回転し続けることになる。

ステップＳ２３において、コントローラ４３は、スイッチ４１をオンからオフに切り換えることにより、電気ヒータ３８への通電を遮断する。これにより、電気ヒータ３８によるファン３１の加熱も停止し、ファン３１から送り出される熱交換媒体４は、熱を持たない状態となる。

次に、ステップＳ２４において、コントローラ４３は、第１の温度センサ４２ａ及び第２の温度センサ４２ｂの出力に基づいて、単電池１１Ａ，１１Ｂの温度を検出する。そして、コントローラ４３は、単電池１１Ａ，１１Ｂの温度差を求め、この温度差が下限値よりも低いか否かを判断する。この下限値は、実施例１（図７）のステップＳ１５で説明した下限値と同様であり、電池ユニット１０を構成する複数の単電池１１における温度のバラツキを許容するために設定された値である。

ステップＳ２４において、単電池１１Ａ，１１Ｂの温度差が下限値よりも低い場合には、本処理を終了し、そうでない場合にはステップＳ２４を循環する。すなわち、単電池１１Ａ，１１Ｂの温度差が下限値以上の場合には、電気ヒータ３８が発熱していない状態において、ファン３１が回転し続けることになる。

本実施例においても、実施例１と同様に、複数の単電池１１における温度のバラツキを抑制することができる。

なお、上述した実施例では、ファン３１の回転軸３２に電気ヒータ３８を設けて、ファン３１から送り出される熱交換媒体４を温めるようにしているが、これに限るものではない。例えば、ファン３１の回転軸３２を冷却して、ファン３１から送り出される熱交換媒体４を冷却することもできる。すなわち、熱交換媒体４の温度が上昇した場合には、熱を持った熱交換媒体４がファン３１（回転軸３２や羽根部３３の外表面）と接触して熱交換されることにより、冷却されることになる。これにより、上述した実施例と同様の作用により、複数の単電池１１における温度のバラツキを低減することができるとともに、単電池１１を略均一に冷却することができる。

ここで、ファン３１の回転軸３２を冷却するための構造について説明する。なお、以下に説明する回転軸３２の冷却構造は、一例であり、回転軸３２を冷却できる構造であれば、いかなる構造であってもよい。

具体的には、ファン３１の回転軸３２を中空構造としておき、回転軸３２の内部に対して、ファン３１の冷却に用いられる液体又は気体（以下、熱交換媒体という）を供給することができる。すなわち、回転軸３２の両端部に対して、電池パック１の外部との間で熱交換媒体を循環させるためのダクトを接続しておき、回転軸３２の一端側から他端側に向けて熱交換媒体を移動させることができる。ここで、ダクトは、電池パック１のケース２０を貫通することになるため、ダクト及びケース２０の間にシール材を配置して、密閉性を確保しておく必要がある。

この場合において、電池パック１の外部で予め冷却された熱交換媒体を、ダクトを介して回転軸３２の内部に導くことにより、回転軸３２が熱交換媒体によって冷却されることになる。回転軸３２を冷却しておくことで、ファン３１と接触する熱交換媒体４が熱を持っている場合において、この熱交換媒体４を冷却することができる。そして、回転軸３２の冷却に用いられた熱交換媒体は、回転軸３２の他端からダクトを介して電池パック１の外部に導かれ、回転軸３２の内部に再度導かれる前の移動経路において、再度冷却されることになる。電池パック１の外部に導かれた熱交換媒体は、ラジエータや冷却用の空気等を用いて、冷却することができる。上述したダクトやラジエータ等は、本発明における温度調節機構を構成する。

一方、以下に説明する構造とすることもできる。具体的には、回転軸３２の少なくとも一部を、この回転軸方向に延ばして電池パック１（ケース２０）の外部に位置させておく。そして、電池パック１の外部に位置する回転軸３２の一部に対して、回転軸３２を冷却させるための空気や液体を接触させることができる。この構成では、回転軸３２の一部が、電池パック１のケース２０を貫通することになるため、回転軸３２及びケース２０の間にシール材を配置して、密閉性を確保する必要がある。ここで、熱伝導率に優れた材料（金属等）で形成された熱伝達部材を、回転軸３２の内部に配置しておき、この熱伝達部材の一部を電池パック１の外部に位置させておくこともできる。

この構成では、回転軸３２のうち、電池パック１の外部に位置する部分が冷却されることで、回転軸３２のうち、電池パックの内部に位置する部分も冷却されることになる。これにより、上述した場合と同様に、複数の単電池１１における温度のバラツキを低減することができるとともに、単電池１１を略均一に冷却することができる。

本発明の実施例１である電池パックの構成を示す分解斜視図である。 撹拌ユニットの構成を示す外観斜視図である。 実施例１の電池パックの内部構造を示す図である。 電気ヒータを備えた構成の概略図である。 電池パック内における熱交換媒体の主な流れを説明する図である。 ファン及び電気ヒータの駆動を制御するための回路構成を示す図である。 実施例１におけるファン及び電気ヒータの制御を示すフローチャートである。 実施例２における電気ヒータの制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１：電池パック（電源装置）
１０：電池ユニット（電源ユニット）
１１：単電池（電源体）
２０：ケース
３０：撹拌ユニット
３１：ファン
３８：電気ヒータ
４２ａ、４２ｂ：温度センサ
４３：コントローラ

Claims (8)

1. 複数の電源体と、
   前記複数の電源体及び、前記電源体との間で熱交換を行うための液状の熱交換媒体を収容するケースと、
   前記ケース内に収容され、回転動作によって前記熱交換媒体を層流の状態で前記電源体に導くためのファンと、
   前記ファンのうち回転軸方向に沿った領域における温度を調節するための温度調節機構とを有することを特徴とする電源装置。
2. 前記温度調節機構は、前記ファンに取り付けられ、前記ファンの回転軸方向に沿って配置されたヒータを含むことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記ヒータは、前記ファンの回転軸部内に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
4. 前記ファンの回転軸方向に関して、前記ファンの長さが前記電源体の長さ以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の電源装置。
5. 前記複数の電源体における最高温度を検出するための温度センサと、
   前記ヒータの駆動を制御するコントローラとを有し、
   前記コントローラは、前記最高温度が前記電源体の目標温度範囲の上限値よりも低い場合に、前記ヒータを駆動することを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載の電源装置。
6. 前記複数の電源体における最大温度差を検出するための温度センサと、
   前記ファン及び前記ヒータの駆動を制御するコントローラとを有し、
   前記コントローラは、前記最大温度差が所定値よりも大きい場合に、前記ヒータを駆動した状態で、前記ファンの駆動速度を増加させることを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載の電源装置。
7. 前記複数の電源体における最大温度差を検出するための温度センサと、
   前記ファン及び前記ヒータの駆動を制御するコントローラとを有し、
   前記コントローラは、前記ファン及び前記ヒータを駆動している状態において、前記最大温度差が所定値よりも大きい場合には、前記ヒータの駆動を停止させることを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載の電源装置。
8. 前記電源体がリチウムイオン電池であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の電源装置。
   

Images