JP2013020497A - 組電池の温度調節装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】容器30内に第一電池31A〜D及び第二電池31E〜Hを収容してなる組電池10の温度調節装置であって、容器30に接続され容器30内の第一電池31A〜Dに空気を供給する第一流路21aと第二電池31E〜Hに空気を供給する第二流路21bとに分岐形成された供給流路21と、容器30に接続され容器30の第二電池31E〜H側から空気を排出する排出流路22と、第一電池31A〜Dの第一温度及び第二電池31E〜Hの第二温度をそれぞれ検出する温度センサ33と、温度センサ33で検出された第一温度及び第二温度に応じて、第一流路21a及び第二流路21bを流通する各空気の流量を変更する流量変更手段33と、を備える。
【選択図】図1
Description
これらの事情から、電池には通常使用に適した温度範囲(すなわち、上限温度及び下限温度)が定められている。そして、電池を使用する場合は、この温度範囲内において適切に使用できるように、電池を冷却又は暖房する装置が種々提案されている。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
例えば、前記組電池の冷却時に第一電池が第二電池よりも過冷却された場合に、前記流量変更手段が前記第二流路の空気(冷却用の空気)の流量を増大させる。或いは、前記組電池の暖房時に第一電池が第二電池よりも過昇温された場合に、前記流量変更手段が前記第二流路の空気(暖房用の空気)の流量を増大させる。
(4)前記温度センサで検出された前記第一温度及び前記第二温度に応じて前記組電池を温度調節する温度制御手段を備え、前記温度制御手段が、前記温度センサで検出された前記第一温度及び前記第二温度の少なくとも一方が予め設定された所定の要冷却温度以上の場合に、前記組電池を冷却することが好ましい。
(7)前記第一電池及び前記第二電池が前記容器内に複数収容され、前記温度センサは前記複数の第一電池及び前記複数の第二電池にそれぞれ複数設けられ、前記温度制御手段が、前記複数の温度センサで検出された前記複数の第一温度の最小値及び前記複数の第二温度の最小値の少なくとも一方が前記要暖房温度未満の場合に、前記組電池を暖房することが好ましい。
(9)前記流量変更手段が、前記第一流路に設けられ、前記第一流路及び前記第二流路を流れる空気の流量と前記第二流路を流れる空気の流量とを変更するシャッタバルブであることが好ましい。
(11)前記供給流路の分岐点の上流側と前記排出流路とを接続する循環流路と、前記循環流路上に設けられ、前記容器内を流れる空気を加熱するヒータと、前記供給流路と前記循環流路との接続点及び前記排出流路と前記循環流路との接続点にそれぞれ設けられ、前記供給流路及び前記排出流路の流通状態を切り替える切替弁と、を備えることが好ましい。
[1.第一実施形態]
第一実施形態に係る組電池の温度調節装置の構成について、図1及び図2を用いて説明する。本温度調節装置は、電気自動車やハイブリッド車等の電動車両に用いて好適であり、ここではハイブリッド車に適用したものを例として説明する。
図2は本温度調節装置を備えた車両の構成図である。図2に示すように、車両1は、エンジン(ENG)2の出力軸(回転軸)2aにクラッチ3を介して電動発電機(以下、電動機ともいう)4の回転軸4aが接続され、電動機4の回転軸4aに変速機(T/M)5の入力軸5aが直結されたパラレル式ハイブリッド自動車として構成されている。また、変速機5の出力軸5bは、プロペラシャフト6,図示しないディファレンシャル及びドライブシャフトを介して左右の駆動輪7に接続されている。したがって、クラッチ3が接続されているときには、エンジン2の出力軸2aと電動機4の回転軸4aの双方が駆動輪7と機械的に接続され、クラッチ3が切断されているときには、電動機4の回転軸4aのみが駆動輪7と機械的に接続された状態となる。
図1は本温度調節装置の構成を示すブロック図である。図1に示すように、車室1a内には、バッテリ10,ヒータ11,BMU15,車両ECU16及び配管20が設けられ、車室1a外には、エアコンECU14,配管17及び18,配管17内に配置されたエアコンブロア9a及びエアコン側シャッタバルブ9bが設けられている。配管17は車室1a内へ外気を導入するものであり、配管18は車室1a内の空気を配管17へ循環させる配管である。エアコン側シャッタバルブ9bはこれら配管17及び18が接続された部分に設けられ、エアコンECU14により制御されて空気の流れを切り替える。なお、エアコンブロア9a及びエアコン側シャッタバルブ9bの上流側には図示しないコンプレッサやコンデンサ等が設けられており、これらによりエアコン9(図2参照)が構成されている。車室1a内は、このエアコン9により空調される。
供給流路21は、その上流端が車室1a内の任意の位置で開口して設けられ、その中間部が下流に向かって二つの流路に分岐形成されている。分岐した一方の流路(第一流路)21aの下流端は、バッテリケース30の長手方向の一端部に接続され、他方の流路(第二流路)21bの下流端は、バッテリケース30の長手方向の中間部に接続されている。第一流路21aと第二流路21bとに分岐した分岐点には、第一流路21aに流れる空気の流量と第二流路21bに流れる空気の流量とを変更する流量変更バルブ(流量変更手段)33が設けられている。流量変更バルブ33は、車両ECU16によりその開度が制御されることで第一流路21a及び第二流路21bに流れる空気の流量を変更する。
BMU15は、バッテリ10の温度や電圧、インバータ8とバッテリ10との間に流れる電流等を検出すると共に、これらの検出結果からバッテリ10の充電率を算出し、過充電や過放電とならないようにバッテリ10の状態を監視するものである。ここでは、BMU15は、温度センサ32で検出された全ての電池モジュール31の温度を収集しており、この温度情報から、第一電池(上流側の電池モジュール)31A〜Dの最大値(最大温度)TA及び最小値(最小温度)TCと、第二電池(下流側の電池モジュール)31E〜Hの最大値(最大温度)TB及び最小値(最小温度)TDとを選択する。なお、以下、特に最大値と最小値とを区別しない場合は、第一電池31A〜Dの温度を第一温度、第二電池31E〜Hの温度を第二温度と呼ぶ。
まず、冷却の場合を説明する。温度制御部16aは、第一電池31A〜Dの最大値TAと第二電池31E〜Hの最大値TBの少なくとも一方が、冷却を必要とする温度(以下、要冷却温度という)以上の場合は、バッテリ10を冷却する制御を行う。要冷却温度は、バッテリ10の冷却を行うか否かを判定するための閾値であり、使用される電池モジュールに応じて予め設定される。要冷却温度は、第一電池31A〜Dに対する温度(以下、第一要冷却温度という)TA0と、第二電池31E〜Hに対する温度(以下、第二要冷却温度という)TB0とがあり、ここでは、第一要冷却温度TA0と第二要冷却温度TB0とが同じ温度に設定されている。
(1)第一電池31A〜Dの最大値TAが第一要冷却温度TA0以上(TA≧TA0)
(2)第二電池31E〜Hの最大値TBが第二要冷却温度TB0以上(TB≧TB0)
(指令1)ヒータ11をオフ,ファン26をオン,上流側シャッタバルブ24及び下流側シャッタバルブ25を閉状態とする。
(3)第一電池31A〜Dの最大値TAが第一要冷却温度TA0未満、且つ、第二電池31E〜Hの最大値TBが第二要冷却温度TB0未満(TA<TA0、且つ、TB<TB0)
(4)第一電池31A〜Dの最小値TCが第一要暖房温度TC0未満(TC<TC0)
(5)第二電池31E〜Hの最小値TDが第二要暖房温度TD0未満(TD<TD0)
(指令2)ヒータ11をオン,ファン26をオン,上流側シャッタバルブ24及び下流側シャッタバルブ25を開状態とする。
(6)第一電池31A〜Dの最小値TCが第一要暖房温度TC0以上、且つ、第二電池31E〜Hの最小値TDが第二要暖房温度TD0以上(TC≧TC0、且つ、TD≧TD0)
(指令3)ヒータ11をオフ,ファン26をオフ,上流側シャッタバルブ24及び下流側シャッタバルブ25は現状の開閉状態を保持する。
当該指令3により、バッテリケース30内には空気が供給されない(循環しない)ため、バッテリ10は冷却も暖房もされず、現状の状態が保持される。
本実施形態にかかる温度調節装置は上述のように構成されているので、バッテリ10の温度調節は、例えば以下のように行われる。
イグニッションスイッチがオンにされると、温度センサ32は各電池モジュール31の温度を検出し、この温度情報をBMU15へ伝達する。BMU15は、この温度情報から第一電池31A〜Dの最大値TA及び最小値TCと、第二電池31E〜Hの最大値TB及び最小値TDとを選択する。BMU15は、選択したこれらの温度情報を車両ECU16へ伝達する。車両ECU16の温度制御部16aは、この温度情報からバッテリ10の冷却が必要か、暖房が必要か、或いは、現状を保持する必要があるかを判断して温度調節制御を実施する。
したがって、本温度調節装置によれば、第一温度及び第二温度に応じて、流量変更部16bが第一流路21a及び第二流路21bを流通する各空気の流量を変更するため、上流側に位置する第一電池31A〜Dと下流側に位置する第二電池31E〜Hとの間の温度差を解消することができる。これにより、バッテリ10を適切な温度範囲内で使用することができる。
また、流量変更部16bが、第一温度と第二温度の温度差が増大傾向であり、且つ、温度変化しにくい第二電池31E〜Hの第二温度が所定の要冷却温度TB0以上である場合、及び、要暖房温度TD0未満の場合に、第二流路21b側の空気の流量を増加させるため、第一電池31A〜Dと第二電池31E〜Hとの間に生じる温度差を解消できるとともに、温度変化しにくい第二電池31E〜Hを適切な温度範囲内にすることができる。
このとき、第一電池31A〜D及び第二電池31E〜Hがそれぞれ複数個あり、これらの最大温度(最大値)TA,TBを要冷却温度TA0,TB0と比較してバッテリ10を冷却するため、冷却が必要な電池モジュールが一つでも存在する場合に確実に冷却することができ、バッテリ10の充電性能の低下や寿命の悪化を防止することができる。また、電池が複数ある場合の温度のばらつきに対応することができる。
このとき、第一電池31A〜D及び第二電池31E〜Hがそれぞれ複数個あり、これらの最小温度(最小値)TC,TDを要暖房温度TC0,TD0と比較してバッテリ10を暖房するため、暖房が必要な電池モジュールが一つでも存在する場合に確実に暖房することができ、バッテリ10の放電特性を確保することができ、入出力性能の低下や電費の悪化を確実に防止することができる。また、電池が複数ある場合の温度のばらつきに対応することができる。
次に、本発明の第二実施形態にかかる組電池の温度調節装置について、図3を用いて説明する。図3は第二実施形態に係る組電池の温度調節装置の構成を示すブロック図である。なお、第一実施形態と同じ部材等は、第一実施形態の説明と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
次に、本発明の第三実施形態にかかる組電池の温度調節装置について、図4を用いて説明する。図4は第三実施形態に係る組電池の温度調節装置の構成を示すブロック図である。なお、第一実施形態と同じ部材等は、第一実施形態の説明と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
また、第一電池31A〜Dの最大値TAが第一要冷却温度TA0未満で第二電池31E〜Hの最大値TBが第二要冷却温度TB0以上であれば、第一流量変更ファン34のスイッチをオフとし、第二流量変更ファン35のスイッチをオンにして第二流路21b側に流れる空気の流量を増加させる(表5の2)。これは、第一,第二実施形態と同様、第一温度と第二温度との温度差が増大傾向にある場合に、第二流路21b側に流れる空気の流量を増加させるためである。
また、第一電池31A〜Dの最小値TCが第一要暖房温度TC0以上で第二電池31E〜Hの最小値TDが第二要暖房温度TD0未満であれば、第一流量変更ファン34のスイッチをオフとし、第二流量変更ファン35のスイッチをオンにして第二流路21b側に流れる空気の流量を増加させる(表6の2)。これは、第一,第二実施形態と同様、第一温度と第二温度との温度差が増大傾向にある場合に、第二流路21b側に流れる空気の流量を増加させるためである。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
また、上記実施形態では、バッテリ10は、バッテリケース30内に複数の電池モジュール31が収容された組電池として構成されているが、組電池は容器内に複数の電池セルを収容した電池モジュールとして構成してもよく、また、収容される電池セルや電池モジュールの数は任意に選択可能である。
また、上記実施形態では、パラレル式のハイブリッド車に搭載されたバッテリ10を例として説明したが、車両1はハイブリッド車に限られず、電気自動車等の電動車両であればよい。また、バッテリ10は車両に搭載されたものでなくてもよい。
9 エアコン
10 バッテリ(組電池)
11 ヒータ
14 エアコンECU
15 バッテリマネジメントユニット(BMU)
16 車両ECU
16a 温度制御部(温度制御手段)
16b 流量変更部(流量変更手段)
20 配管
21 供給流路
21a 第一流路
21b 第二流路
22 排出流路
23 循環流路
24 上流側シャッタバルブ(切換弁)
25 下流側シャッタバルブ(切換弁)
26 ファン
30 バッテリケース(容器)
31 電池モジュール(電池)
31A〜D 第一電池
31E〜H 第二電池
32 温度センサ
33,33′ 流量変更バルブ(流量変更手段)
34 第一流量変更ファン(流量変更手段,第一ファン)
35 第二流量変更ファン(流量変更手段,第二ファン)
TA0,TB0 要冷却温度
TC0,TD0 要暖房温度
Claims (11)
- 容器内に第一電池及び第二電池を収容してなる組電池の温度調節装置であって、
前記容器に接続され前記容器内の前記第一電池に空気を供給する第一流路と前記第二電池に空気を供給する第二流路とに分岐形成された供給流路と、
前記容器に接続され前記容器の前記第二電池側から空気を排出する排出流路と、
前記第一電池の第一温度及び前記第二電池の第二温度をそれぞれ検出する温度センサと、
前記温度センサで検出された前記第一温度及び前記第二温度に応じて、前記第一流路及び前記第二流路を流通する各空気の流量を変更する流量変更手段と、を備えた
ことを特徴とする、組電池の温度調節装置。 - 前記流量変更手段が、前記第一流路を流通した空気によって前記第一温度及び前記第二温度の温度差が増大傾向にある場合に、前記第二流路の空気の流量を増加させる
ことを特徴とする、請求項1記載の組電池の温度調節装置。 - 前記流量変更手段が、前記第二温度が予め設定された所定の要冷却温度以上である場合及び所定の要暖房温度未満の場合に、前記第二流路側の空気の流量を増加させる
ことを特徴とする、請求項2記載の組電池の温度調節装置。 - 前記温度センサで検出された前記第一温度及び前記第二温度に応じて前記組電池を温度調節する温度制御手段を備え、
前記温度制御手段が、前記温度センサで検出された前記第一温度及び前記第二温度の少なくとも一方が予め設定された所定の要冷却温度以上の場合に、前記組電池を冷却する
ことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の組電池の温度調節装置。 - 前記第一電池及び前記第二電池が前記容器内に複数収容され、前記温度センサは前記複数の第一電池及び前記複数の第二電池にそれぞれ複数設けられ、
前記温度制御手段が、前記複数の温度センサで検出された前記複数の第一温度の最大値及び前記複数の第二温度の最大値の少なくとも一方が前記要冷却温度以上の場合に、前記組電池を冷却する
ことを特徴とする、請求項4記載の組電池の温度調節装置。 - 前記温度センサで検出された前記第一温度及び前記第二温度に応じて前記組電池を温度調節する温度制御手段を備え、
前記温度制御手段が、前記温度センサで検出された前記第一温度及び前記第二温度の少なくとも一方が予め設定された所定の要暖房温度未満の場合に、前記組電池を暖房する
ことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の組電池の温度調節装置。 - 前記第一電池及び前記第二電池が前記容器内に複数収容され、前記温度センサは前記複数の第一電池及び前記複数の第二電池にそれぞれ複数設けられ、
前記温度制御手段が、前記複数の温度センサで検出された前記複数の第一温度の最小値及び前記複数の第二温度の最小値の少なくとも一方が前記要暖房温度未満の場合に、前記組電池を暖房する
ことを特徴とする、請求項6記載の組電池の温度調節装置。 - 前記流量変更手段が、前記供給流路の分岐点に設けられ、前記第一流路を流れる空気の流量と前記第二流路を流れる空気の流量とを変更するシャッタバルブである
ことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の組電池の温度調節装置。 - 前記流量変更手段が、前記第一流路に設けられ、前記第一流路及び前記第二流路を流れる空気の流量と前記第二流路を流れる空気の流量とを変更するシャッタバルブである
ことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の組電池の温度調節装置。 - 前記流量変更手段が、前記第一流路に設けられ前記第一電池に空気を送風する第一ファン及び前記第二流路に設けられ前記第二電池に空気を送風する第二ファンである
ことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の組電池の温度調節装置。 - 前記供給流路の分岐点の上流側と前記排出流路とを接続する循環流路と、
前記循環流路上に設けられ、前記容器内を流れる空気を加熱するヒータと、
前記供給流路と前記循環流路との接続点及び前記排出流路と前記循環流路との接続点にそれぞれ設けられ、前記供給流路及び前記排出流路の流通状態を切り替える切替弁と、を備えた
ことを特徴とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載の組電池の温度調節装置。
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