JP2009170370A - 温度調節機構 - Google Patents

Abstract

【課題】電源体の温度調節を効率良く行うことのできる温度調節機構を提供する。
【解決手段】複数の電源体と、電源体との間で熱交換を行うための液状の第１の熱交換媒体４とを収容するケースと、ケース内に収容され、回転動作によって第１の熱交換媒体４を層流の状態で流動させるための第１の駆動ユニット３０と、ケースの外面に対して第２の熱交換媒体を供給するための第２の駆動ユニット５とを有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、電源体の温度を調節するための機構に関するものである。

従来、複数の単電池（二次電池）からなる組電池において、組電池の温度上昇を抑制するための構造が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

ここで、特許文献１に記載の電池冷却装置では、複数の電池を収容する容器の内部に、冷却液を循環させるための冷却管を配置し、冷却管を介して複数の電池を冷却するようにしている。また、特許文献２に記載の構成では、冷媒を撹拌させたり、熱交換器との間で冷媒を循環させたりすることにより、電池の温度上昇を抑制するようにしている。
特開平１１−３０７１３９号公報（図１等） 特開平０６−１２４７３３号公報（図４等）

しかしながら、特許文献１，２に記載の構成では、電池の冷却効率が不十分となるおそれがある。

そこで、本発明の目的は、電源体の温度調節を効率良く行うことのできる温度調節機構を提供することにある。

本発明は、複数の電源体の温度を調節するための温度調節機構であって、複数の電源体と、電源体との間で熱交換を行うための液状の第１の熱交換媒体とを収容するケースと、ケース内に収容され、回転動作によって第１の熱交換媒体を層流の状態で流動させるための第１の駆動ユニットと、ケースの外面に対して第２の熱交換媒体を供給するための第２の駆動ユニットとを有することを特徴とする。

ここで、第２の駆動ユニットは、ケースの外面のうち、重力方向における上面に対して、第２の熱交換媒体を供給することができる。電源体が発熱した場合において、電源体の熱は、第１の熱交換媒体を介してケースの上方に移動しやすくなる。このため、ケースの上面に対して、第２の熱交換媒体（冷却用）を供給することにより、ケースの放熱性を向上させることができる。

ケースの外面に、第２の熱交換媒体と接触し、突状に形成されたフィンを設けることができる。これにより、第２の熱交換媒体との接触面積を増加させることができる。また、ケースの内面に、第１の熱交換媒体と接触し、突状に形成されたフィンを設けることができる。これにより、第１の熱交換媒体との接触面積を増加させることができる。

ここで、第２の駆動ユニットとしては、第２の熱交換媒体を流動させるためのファンと、第２の熱交換媒体をケースの外表面に導くダクトとを用いることができる。また、第２の熱交換媒体として、ケースの冷却又は加温に用いられる気体を用いることができる。

一方、第１の熱交換媒体を、層流の状態において、ケースの内面に沿って流動させることができる。これにより、ケースに収容された複数の電源体に対して、第１の熱交換媒体を行き渡らせることができる。また、第１の駆動ユニットにより、電源体の長手方向と略直交する方向において、第１の熱交換媒体を流動させ、層流の幅を、電源体の長手方向における長さ以上とすることができる。これにより、各電源体の全体に対して、第１の熱交換媒体を接触させることができる。

また、第１の熱交換媒体を加熱するためのヒータを、ケース内のうち、第１の熱交換媒体が第１の駆動ユニットに吸入される側の領域に配置することができる。ここで、第１の熱交換媒体が吸入される側の領域では、第１の駆動ユニットの駆動によって乱流が生じやすくなっている。そこで、乱流の生じやすい領域に、ヒータを配置することにより、ヒータの熱を第１の熱交換媒体に伝達しやすくすることができる。

さらに、電源体の温度を検出するための温度センサと、温度センサの出力に基づいて、第１及び第２の駆動ユニットの駆動を制御するコントローラとを設けることができる。これにより、第１及び第２の駆動ユニットを連動させることができ、電源体の温度調節を効率良く行うことができる。

本発明によれば、第１の熱交換媒体を層流の状態で流動させることにより、電源体との間における熱交換を効率良く行わせることができる。また、ケースの外面に対して、第２の熱交換媒体を供給しているため、ケースとの間における熱交換も行うことができる。これにより、第１及び第２の熱交換媒体を用いて、電源体の温度調節を効率良く行うことができる。

例えば、第１の熱交換媒体を用いて、電源体で発生した熱をケースに効率良く伝達させることができる。そして、第２の熱交換媒体を用いてケースを冷却することができる。これにより、電源体の冷却効率を向上させることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１における電池パックの構成について、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、車両に搭載されている。そして、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１０と、撹拌ユニット（第１の駆動ユニット）３０と、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、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、アルミニウムや鉄等といった金属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（第１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）の温度を調節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。

なお、電池ユニット１０や撹拌ユニット３０の表面に絶縁処理を施しておけば、熱交換媒体４として、絶縁性を有する液体を用いなくてもよい。例えば、電池ユニット１０の表面に、絶縁性を有する膜を形成しておくことができ、この場合には、水といった、絶縁性を持たない熱交換媒体４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。

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。各単電池１１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、電池ユニット１０として所望の高出力（例えば、２００[Ｖ]）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に接続されている。これにより、電池ユニット１０の出力を用いて、電子機器を駆動することができる。電子機器としては、電力の供給を受けて動作するものであればよく、例えば、電池ユニット１０の電圧値を変換するためのコンバータや、車両の走行に用いられるモータに電力を供給するためのインバータなどが挙げられる。

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。

第１のファン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、第１のファン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、第１のファン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、第１のファン３１の外周面に沿った形状に形成されている。また、第１のファン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、第１のファン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、第２の仕切り部材３７ｂの先端が電池ユニット１０の上部に位置している。

第１の仕切り部材３７ａ及び第２の仕切り部材３７ｂの幅は、第１のファン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、第１のファン３１の上方には、熱交換媒体４と接触する電気ヒータ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。図４に示すように、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。

ここで、電源４０としては、電池パック１（電池ユニット１０）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を車両に搭載した場合には、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。

次に、上述した電池パック１の構成において、第１のファン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の駆動によって第１のファン３１が回転すると、第１のファン３１から熱交換媒体４が送り出される。すなわち、第１のファン３１から送り出された熱交換媒体４は、第１の仕切り部材３７ａと収容部材２１の底面との間を通過して、電池ユニット１０の側に移動する。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、第１のファン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、第１のファン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、第１のファン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。

本実施例において、電池ユニット１０（最も外側に位置する単電池１１）とケース２０の内壁面との間の距離（最短距離）は、隣り合う単電池１１の間における距離（最短距離）よりも長くなっている。このように設定することで、第１のファン３１から送り出される熱交換媒体４を、電池ユニット１０の周囲に沿って移動させることができる。そして、電池ユニット１０の周囲において、熱交換媒体４の主な流れ（層流）を発生させることにより、隣り合う単電池１１の間にも熱交換媒体４の二次的な流れを発生させることができる。

ここで、図６には、電池パック１（ケース２０）の内部における熱交換媒体４の流れを示している。図６に示すように、電池ユニット１０の周囲には、熱交換媒体４の主な流れが発生している。また、電池ユニット１０の下方から上方に向かって、隣り合う単電池１１の間を通過する熱交換媒体４の二次的な流れが発生している。

本実施例では、第１のファン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。また、図６の矢印で示すように、すべての単電池１１に対して、熱交換媒体４を接触させることにより、すべての単電池１１との間で熱交換を行うことができる。

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、上述したようにケース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。これにより、電池パック１（単電池１１）の放熱（冷却）を行うことができる。

一方、電気ヒータ３８を駆動することによって熱交換媒体４を温めれば、温められた熱交換媒体４を第１のファン３１から送り出すことができる。この場合には、温められた熱交換媒体４が、単電池１１と接触することで、単電池１１を温めることができる。すなわち、単電池１１の温度が低温の場合には、熱を持った熱交換媒体４を単電池１１に接触させることにより、単電池１１の温度低下を抑制することができる。しかも、上述したように、熱交換媒体４が層流の状態で単電池１１に接触するため、各単電池１１のすべての領域を略均等に温めることができる。また、すべての単電池１１に対して、熱交換媒体４を到達させることができるため、すべての単電池１１を略均等に温めることができる。

ここで、単電池１１は、所定の温度範囲において、所望の特性（充放電の特性）を得ることができる。すなわち、単電池１１の温度が、上記温度範囲の上限値を超えたり、下限値を下回ったりした場合には、単電池１１の特性が低下してしまう。したがって、単電池１１の特性が低下するのを抑制するためには、単電池１１の温度を上記温度範囲内に維持する必要がある。

また、本実施例では、図３に示すように、第１のファン３１の上方に電気ヒータ３８を配置している。ここで、第１のファン３１の上方に位置する領域では、第１のファン３１の駆動に伴って、熱交換媒体４の乱流が発生する。すなわち、第１のファン３１を駆動した場合には、第１のファン３１の上方に位置する領域において、熱交換媒体４の流れが最も速くなる。

ここで、最も速く流動する熱交換媒体４は、第１のファン３１にそのまま取り込まれる成分もあるが、撹拌ユニット３０に衝突して、第１のファン３１に取り込まれる方向とは逆方向に進む成分もある。このような熱交換媒体４の流れによって、第１のファン３１の上方には、熱交換媒体４の乱流が発生することになる。そこで、熱交換媒体４の乱流が発生する位置に、電気ヒータ３８を配置しておけば、電気ヒータ３８で発生した熱を熱交換媒体４に効率良く伝達させることができる。すなわち、乱流が発生する位置では、熱交換媒体４の一部が留まっていることになるため、電気ヒータ３８の熱を熱交換媒体４に伝達させやすくすることができる。

熱交換媒体４の乱流が発生する領域は、第１のファン３１に対して熱交換媒体４の吸入側に位置しており、ある程度の大きさを有している。したがって、乱流が発生する領域内に電気ヒータ３８が配置させればよい。

ここで、本発明としては、電源体と、電源体との間で熱交換を行うための液状の熱交換媒体と、熱交換媒体を層流の状態で流動させるための駆動ユニットと、熱交換媒体と接触して熱交換媒体を加熱するためのヒータとを有する電源装置であって、熱交換媒体が駆動ユニットに吸引される側の領域にヒータを配置していることを特徴としている。

一方、本実施例では、図６に示すように、電池パック１の上部にダクト（第２の駆動ユニットの一部）５を配置している。ここで、ダクト５の一部には、開口部が形成されており、この開口部には、電池パック１（蓋部材２２）の上面が位置している。なお、ダクト５に開口部を設けずに、ダクト５の外表面を、電池パック１の上面に接触させるようにしてもよい。

図７に示す面内において、ダクト５の幅（図７の上下方向における長さ）は、電池パック１が位置する部分において最も広くなっており、電池パック１から離れるにつれて、ダクト５の幅が狭くなっている。ここで、図７は、ダクト５を上方から見たときの図である。ダクト５の両端には開口部（不図示）が形成されており、一方の開口部は車両の室内に面しており、他方の開口部は車両の外部に面している。ここで、車両の室内とは、車両の乗車者が乗車する空間や、荷物等を収容するための空間（いわゆる、ラゲージコンパートメント）を意味する。

また、ダクト５の一部には、第２のファン（第２の駆動ユニットの一部）６が配置されている。第２のファン６は、モータ等を含む駆動機構によって駆動され、この駆動機構の駆動は、コントローラによって制御される。なお、第２のファン６を設ける位置は、図７に示す位置に限るものではない。すなわち、後述するように、ダクト５の内部において、所定方向の空気（第２の熱交換媒体）の流れを発生させることができれば、いかなる位置に設けてもよい。

ダクト５は、電池パック１に接触している外気（空気）よりも熱伝導率の高い材料で形成することが好ましい。具体的には、ダクト５を、アルミニウムや鉄といった金属で形成することができる。ダクト５を上述した材料で形成することにより、ケース２０に伝達された熱をダクト５に伝達させることができ、ケース２０の放熱性を向上させることができる。

上述した構成において、第２のファン６を駆動すると、車両の室内に存在する空気がダクト５の一端に位置する開口部から進入して、電池パック１の上面に導かれる。すなわち、電池パック１の上面に空気が接触することになる。そして、電池パック１の上面を通過した空気は、ダクト５の他端に位置する開口部から車両の外部に放出される。図６及び図７の一点鎖線で示す矢印は、ダクト５の内部における空気の流れを示している。

本実施例の電池パック１では、上述したように、ケース２０の内部において、熱交換媒体４が層流の状態で流れることにより、単電池１１で発生した熱が熱交換媒体４を介してケース２０に伝達されやすくなっている。ここで、熱交換媒体４から熱を受けたケース２０に対して、ダクト５を用いて空気を接触させることにより、ケース２０の放熱を効率良く行うことができる。

一方、ダクト５を介して電池パック１に導かれる空気を温めておけば、電池パック１（単電池１１）を温めることができる。例えば、第２のファン６の近傍にヒータを配置し、電池パック１に向かう空気を温めておくことができる。なお、車両の室内における温度が、電池パック１の温度よりも高ければ、ヒータによって空気を温めなくても、室内における空気をそのまま電池パック１に導くこともできる。

上述した場合には、温められた空気が、ケース２０の上面に接触することにより、ケース２０が温められることになる。そして、ケース２０が温められることにより、ケース２０の内部に収容された熱交換媒体４や単電池１１も温められることになる。また、本実施例では、第１のファン３１によって熱交換媒体４が層流の状態で流れるようになっているため、ケース２０を介して熱交換媒体４を温めることにより、電池ユニット１０を構成するすべての単電池１１を効率良く温めることができる。

ここで、特許文献１に記載の構成では、電池を収容する容器の内部において、冷却管を複数の電池に沿って配置しなければならないため、構造が複雑となってしまう。しかも、複数の冷却管が必要となるため、コストアップとなってしまう。一方、本実施例では、上述した簡単な構成において、単電池１１の温度調節を効率良く行うことができる。

また、特許文献２に記載の構成では、冷媒の撹拌状態等によっては、電池の冷却（温度調節）が不十分となるおそれがある。一方、本実施例では、上述したように、熱交換媒体４の層流を形成させることと、ケース２０の表面に熱交換媒体４を接触させることにより、電池ユニット１０を構成するすべての単電池１１の温度調節を効率良く行うことができる。

なお、電池パック１に導かれる空気を、ヒータによって温める場合には、電池パック１の内部に電気ヒータ３８を配置してもよいし、配置しなくてもよい。

また、本実施例では、蓋部材２２の外壁面及び内壁面を略平坦な面で構成しているが、図８に示すように、蓋部材２２の表面に突状のフィンを形成しておくこともできる。ここで、図８では、ケース２０の内部に収容される電池ユニット１０を省略して示している。

図８に示す構成では、蓋部材２２の外壁面に複数のフィン２２ａを形成しているとともに、蓋部材２２の内壁面に複数のフィン２２ｂを形成している。ここで、フィン２２ａは、ダクト５の内部を流れる空気と接触するようになっている。また、フィン２２ｂは、ケース２０の内部に収容された熱交換媒体４と接触するようになっている。ここで、フィン２２ａやフィン２２ｂの数は、適宜設定することができ、１つのフィンを用いるだけでもよい。また、各フィン２２ａ，２２ｂの形状は、適宜設定することができる。

蓋部材２２の外壁面にフィン２２ａを形成することにより、ダクト５を流れる空気との接触面積を増加させることができる。これにより、蓋部材２２の放熱性を向上させることができる。また、蓋部材２２の内壁面にフィン２２ｂを形成することにより、熱交換媒体４との接触面積を増加させることができる。これにより、蓋部材２２（フィン２２ｂ）と熱交換媒体４との間における熱伝達を効率良く行うことができる。

なお、図８に示す構成では、蓋部材２２の外壁面及び内壁面にフィン２２ａ，２２ｂを形成しているが、これに限るものではない。具体的には、蓋部材２２の外壁面及び内壁面のうち、一方の面にのみフィンを形成することができる。

次に、第１のファン３１及び第２のファン６の駆動や、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９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及び第２の温度センサ４２ｂをそれぞれ取り付ける単電池１１は、適宜選択することができる。

本実施例では、電池ユニット１０を構成するすべての単電池１１における温度のバラツキを抑制するように、第１のファン３１を駆動するようにしている。このため、電池ユニット１０を構成するすべての単電池１１のうち、最も温度が高くなる単電池１１と、最も温度が低くなる単電池１１に対して、温度センサ４２ａ，４２ｂをそれぞれ配置しておくことが好ましい。すなわち、最も高い温度と最も低い温度との差が減少するように、第１のファン３１を駆動すれば、すべての単電池１１における温度のバラツキを抑制することができる。

ここで、最も温度が高くなる単電池１１と、最も温度が低くなる単電池１１とは、温度測定試験の結果に基づいて、予め特定しておくことができる。なお、本実施例では、２つの温度センサ４２ａ，４２ｂを用いているが、これに限るものではない。例えば、すべての単電池１１に温度センサを取り付けておき、すべての単電池１１の温度を検出するようにすることもできるし、１つの温度センサを用いて、隣り合って配置された複数の単電池１１の温度を検出することもできる。

コントローラ４３は、温度センサ４２ａ，４２ｂの出力に基づいて、モータ３４を介して第１のファン３１の駆動を制御したり、モータ６１を介して第２のファン６の駆動を制御したりする。また、コントローラ４３は、温度センサ４２ａ，４２ｂの出力に基づいて、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は車両に搭載されるため、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による制御動作について、図１０を用いて説明する。ここで、図１０に示す処理は、本実施例の電池パック１が搭載された車両において、イグニッションスイッチがオンになったときに開始される。

ステップＳ１０において、コントローラ４３は、温度センサ４２ａ，４２ｂの出力に基づいて、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。そして、コントローラ４３は、２つの単電池１１の温度のうち、低い方の温度（最低温度）が下限値よりも低いか否かを判断する。下限値とは、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下限値であり、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、所定の温度範囲内において所望の特性（充放電等の特性）が得られるが、所定の温度範囲を外れると特性が劣化してしまう。上述した下限値とは、所定の温度範囲の下限に相当する温度である。本実施例では、下限値を１０℃に設定している。

ステップＳ１０において、単電池１１の最低温度が下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ステップＳ１２に進む。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。これにより、電気ヒータ３８が発熱して、電気ヒータ３８と接触する熱交換媒体４が温められることになる。

ステップＳ１２において、コントローラ４３は、温度センサ４２ａ，４２ｂの出力に基づいて、２つの単電池１１の温度差を検出する。この温度差は、上述したように、すべての単電池１１における最大の温度差を示すことになる。そして、コントローラ４３は、単電池１１の温度差が閾値よりも大きいか否かを判断する。

この閾値とは、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抑制する観点に基づいて、予め設定された値である。すなわち、閾値は、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を示している。ここで、許容しうるバラツキを大きくする場合には、閾値を大きくし、許容しうるバラツキを小さくする場合には、閾値を小さくすればよい。本実施例では、温度センサ４２ａ，４２ｂの検出誤差を考慮して、閾値を３℃に設定している。

ステップＳ１２において、単電池１１の温度差が閾値よりも大きい場合には、ステップＳ１３に進み、そうでない場合には、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１３において、コントローラ４３は、モータ３４を介して第１のファン３１の駆動を開始させる。これにより、第１のファン３１が回転し始め、ケース２０の内部では、上述したように、熱交換媒体４が層流の状態で移動することになる。

ここで、第１のファン３１の回転速度は、適宜設定することができる。具体的には、単電池１１の温度差と閾値との関係に応じて、第１のファン３１の回転速度を変更することができる。すなわち、単電池１１の温度差が閾値から離れるほど、第１のファン３１の回転速度を増加させることができる。これにより、短時間で、単電池１１の温度差を小さくすることができる。

第１のファン３１を駆動させることにより、すべての単電池１１に対して熱交換媒体４を到達させることができ、すべての単電池１１における温度のバラツキを抑制することができる。ここで、電気ヒータ３８を駆動した場合には、電気ヒータ３８からの熱を受けた熱交換媒体４がすべての単電池１１に接触することにより、すべての単電池１１を略均等に温めることができる。

次に、ステップＳ１４において、コントローラ４３は、温度センサ４２ａ，４２ｂの出力に基づいて、２つの単電池１１の温度を検出する。そして、コントローラ４３は、２つの単電池１１の温度のうち、高い方の温度（最高温度）が上限値よりも高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、上限値とは、上述した所定の温度範囲の上限に相当する温度である。本実施例では、上限値を３５℃に設定している。

ステップＳ１４において、単電池１１の最大温度が上限値よりも高い場合には、ステップＳ１５に進み、そうでない場合には、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１５において、コントローラ４３は、モータ６１を介して第２のファン６の駆動を開始させる。これにより、ダクト５の内部には、空気が流れるようになり、この空気は、電池パック１の表面に接触することになる。

単電池１１の最大温度が上限値よりも高い場合には、第１のファン３１が駆動されることにより、単電池１１の熱が熱交換媒体４を介してケース２０に伝達されることになる。また、第２のファン６も駆動されることにより、ケース２０に対して空気が接触し、ケース２０の放熱を向上させることができる。これにより、単電池１１の放熱性が向上し、単電池１１の温度を低下させることができる。

次に、ステップＳ１６において、コントローラ４３は、温度センサ４２ａ，４２ｂの出力に基づいて、２つの単電池１１の温度を検出する。そして、コントローラ４３は、２つの単電池１１の温度のうち、低い方の温度（最低温度）が上述した下限値よりも高いか否かを判断する。ここで、単電池１１の最低温度が下限値よりも高くなっている場合には、ステップＳ１７に進み、そうでない場合には、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１７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の発熱は停止することになる。

次に、ステップＳ１８において、コントローラ４３は、温度センサ４２ａ，４２ｂの出力に基づいて、２つの単電池１１の温度を検出する。そして、コントローラ４３は、２つの単電池１１の温度差を検出し、この温度差が上述した閾値よりも小さいか否かを判断する。ここで、単電池１１の温度差が閾値よりも小さい場合には、ステップＳ１９に進み、そうでない場合には、ステップＳ２０に進む。ステップＳ１９において、コントローラ４３は、モータ３４の駆動を停止させることにより、第１のファン３１の駆動を停止させる。これにより、ケース２０の内部に発生している熱交換媒体４の流れが停止する。

次に、ステップＳ２０において、コントローラ４３は、温度センサ４２ａ，４２ｂの出力に基づいて、２つの単電池１１の温度を検出する。そして、コントローラ４３は、２つの単電池１１の温度のうち、高い方の温度（最高温度）が上述した上限値よりも低いか否かを判断する。ここで、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。

ステップＳ２１において、コントローラ４３は、モータ６１の駆動を停止させることにより、第２のファン６の駆動を停止させる。これにより、ダクト５の内部に空気が流れなくなる。

なお、上述した制御において、電気ヒータ３８、第１のファン３１及び第２のファン６の駆動を開始させる順序は、上述した順序に限るものではなく、駆動を開始させる順序を変更することができる。例えば、ステップＳ１０の処理を行う前に、ステップＳ１４の処理を行うこともできる。また、電気ヒータ３８、第１のファン３１及び第２のファン６の駆動を停止させる順序は、上述した順序に限るものではなく、駆動を停止させる順序を変更することができる。例えば、ステップＳ１４の処理とステップＳ１６の処理との間に、ステップＳ２０の処理を行わせることもできる。

なお、本実施例では、ダクト５の内部に空気を流すようにしているが、これに限るものではない。例えば、空気とは異なる成分の気体（第２の熱交換媒体）や、液体（第２の熱交換媒体）を流すこともできる。液体を流す場合には、液体を循環させるダクトと、液体を流動させるためのポンプとを用いる必要がある。

ここで、電池パック１を冷却する場合には、液体の循環経路において、電池パック１に導かれる液体を予め冷却させておく必要がある。この場合には、ラジエータ等を用いて液体を冷却することができる。一方、電池パック１を温める場合には、液体の循環経路において、電池パック１に導かれる液体を予め温めておく必要がある。この場合には、ヒータ等を用いて液体を温めることができる。

また、本実施例では、蓋部材２２にダクト５を接続しているが、収容部材２１にダクト５を接続することもできる。すなわち、本実施例では、ケース２０の上部にダクト５を配置しているが、ケース２０の側面や底面に対してダクト５を配置することもできる。

さらに、本実施例では、ダクト５を用いて、電池パック１の温度を調節するようにしているが、これに限るものではない。例えば、電子機器を収容したジャンクションボックスが、電池パック１と隣り合って配置されている場合には、ジャンクションボックスにも空気を導くようにして、電子機器の温度を調節することができる。上述した電子機器としては、電池パック１（単電池１１）の温度を監視するためのコントローラや、電池ユニット１０の電圧値を変換するためのコンバータといったものが挙げられる。

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。 電池パックの内部における一部の構造を示す図である。 電気ヒータを備えた回路構成を示す概略図である。 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。 電池パック及びダクトの断面図である。 ダクトの上面図である。 実施例１の変形例である電池パックの断面図である。 電気ヒータと、第１及び第２のファンとを駆動するための回路構成を示す図である。 電気ヒータと、第１及び第２のファンの駆動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
１０：電池ユニット
１１：単電池（電源体）
２０：ケース
３０：撹拌ユニット（第１の駆動ユニット）
３１：第１のファン
３８：電気ヒータ
４２ａ、４２ｂ：温度センサ
４３：コントローラ
５：ダクト（第２の駆動ユニットの一部）
６：第２のファン（第２の駆動ユニットの一部）

Claims (10)

1. 複数の電源体の温度を調節するための温度調節機構であって、
   前記複数の電源体と、前記電源体との間で熱交換を行うための液状の第１の熱交換媒体と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第１の熱交換媒体を層流の状態で流動させるための第１の駆動ユニットと、
   前記ケースの外面に対して第２の熱交換媒体を供給するための第２の駆動ユニットとを有することを特徴とする温度調節機構。
2. 前記第２の駆動ユニットは、前記ケースの外面のうち、重力方向における上面に対して、前記第２の熱交換媒体を供給することを特徴とする請求項１に記載の温度調節機構。
3. 前記ケースの外面は、前記第２の熱交換媒体と接触し、突状に形成されたフィンを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の温度調節機構。
4. 前記ケースの内面は、前記第１の熱交換媒体と接触し、突状に形成されたフィンを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の温度調節機構。
5. 前記第２の駆動ユニットは、
   前記第２の熱交換媒体を流動させるためのファンと、
   前記第２の熱交換媒体を前記ケースの外表面に導くダクトとを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の温度調節機構。
6. 前記第２の熱交換媒体が、前記ケースの冷却又は加温に用いられる気体であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の温度調節機構。
7. 前記第１の熱交換媒体は、層流の状態において、前記ケースの内面に沿って流動することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の温度調節機構。
8. 前記第１の駆動ユニットは、前記電源体の長手方向と略直交する方向において、前記第１の熱交換媒体を流動させ、
   前記層流の幅が、前記電源体の長手方向における長さ以上であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の温度調節機構。
9. 前記第１の熱交換媒体を加熱するためのヒータを有し、
   前記ヒータは、前記ケース内のうち、前記第１の熱交換媒体が前記第１の駆動ユニットに吸入される側の領域に配置されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の温度調節機構。
10. 前記電源体の温度を検出するための温度センサと、
    前記温度センサの出力に基づいて、前記第１及び第２の駆動ユニットの駆動を制御するコントローラとを有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の温度調節機構。
    

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