JP2013114759A

JP2013114759A - 蓄電装置、電池温度調節方法

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Publication number: JP2013114759A
Application number: JP2011256984A
Authority: JP
Inventors: Takashi Murata; 崇村田; Yasumitsu Omi; 康光大見
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2013-06-10
Anticipated expiration: 2031-11-25
Also published as: CN103947035A; CN103947035B; JP5912450B2; US20140287281A1; EP2783404B1; US9385405B2; EP2783404A1; WO2013076546A1

Abstract

【課題】放置停車中や長期保管中でも温度調整が可能となる構造を有する蓄電装置を提供する。
【解決手段】少なくとも１つの単電池を収容する筐体と、前記筐体内と前記筐体外の双方に臨むように前記筐体壁面に設けられ、前記筐体内と前記筐体外との間での熱交換を行なう熱交換器と、前記筐体内においてそれぞれが独立して開閉可能なように上下方向に複数配列され、前記筐体内の空間を、前記単電池が収容される空間と前記熱交換器が配置される空間とに間仕切る複数の仕切り部材と、を備える蓄電装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電装置内の温度を調節する技術に関する。

近年、地球環境を意識した車両として、車両走行用の電動モータを搭載した電気自動車やハイブリッド自動車などが注目され、実用化されている。電動モータは、充放電可能な複数の単電池を有するバッテリから出力される電力により駆動する。

またリチウムイオン電池のような電池は、低温環境では電池本来のエネルギを出力することができず、一方高温環境では電池寿命が短くなるため、１０℃〜４０℃程度に維持されることが望ましい。

このような温度調整に関連した技術として、高温電池が発熱したときに、断熱パネルをシリンダ装置により持ち上げ、真空断熱壁の天井部の断熱厚さを減少させて保温容器の断熱性能を低下させ、熱の放散を促進させ、このときのシリンダ装置の稼動は、真空断熱壁に取り付けられた熱電発電素子を用いて断熱壁から放散する熱を電気に変換し、この廃熱を利用したエネルギで賄う高温電池用保温容器が開示されている（例えば特許文献１）。

特開平７−２２６２２９号公報

上記の温度調整を行うため、断熱材を単純に用いる場合、夏季にはバッテリケース内部の温度は高温に成り難いが冷却しづらいため、バッテリケース内部の温度は、外気温度よりも高くなる場合が多い。一方、冬季の場合は、断熱材により低温に成り難いが高温に成り難いため、バッテリケース内部の温度は外気温度よりも低くなる場合が多い。

また１日を通して、一般的に車両走行中よりも放置停車中の方が長時間となる。この放置停車状態や長期保管状態についてもバッテリの温度調整を考慮する必要がある。しかしながら特許文献１は、電力の供給が必要であるため、放置停車状態や長期保管状態での対処が困難となる。

本願発明は、放置停車中や長期保管中でも温度調整が可能となる構造を有する蓄電装置を提供することを第１の目的とする。

上記第１の目的を達成するために、本願発明に係る蓄電装置は、（１）少なくとも１つの単電池を収容する筐体と、前記筐体内と前記筐体外の双方に臨むように前記筐体壁面に設けられ、前記筐体内と前記筐体外との間での熱交換を行なう熱交換器と、前記筐体内においてそれぞれが独立して開閉可能なように上下方向に複数配列され、前記筐体内の空間を、前記単電池が収容される空間と前記熱交換器が配置される空間とに間仕切る複数の仕切り部材と、を備える。複数の仕切り部材による間仕切りは、少なくとも空気の流通が妨げられる状態となっていればよく、必ずしも完全密閉である必要は無い。また、蓄電装置が長期保管される場合等、電力によって仕切り部材を開閉できない状況を考慮し、これら複数の仕切り部材は、筐体外部からの手動操作によっても開閉可能な構成となっていることが望ましい。

（２）また、上記（１）の構成において、前記複数の仕切り部材は、前記複数の仕切り部材のうち最も上側に配置され、下端部を支点として回動可能な上側仕切り部材と、前記複数の仕切り部材のうち最も下側に配置され、上端部を支点として回動可能な下側仕切り部材と、を有することを特徴とする。この構成により、最上段に位置する仕切り部材と最下段に位置する仕切り部材とを、本実施例のような支点を中心として回動する構成とすることにより、開状態における仕切り部材が熱対流の流れ方向と略平行となり、熱交換器側の空間と単電池側の空間との間での熱対流を妨げにくい。

（３）また、上記（１）の構成において、前記複数の仕切り部材は、前記上側仕切り部材を開状態としたときに前記上側仕切り部材により形成される開口は、前記熱交換器よりも上方に位置し、前記下側仕切り部材を開状態としたときに前記下側仕切り部材により形成される開口は、前記熱交換器よりも下方に位置することを特徴とする。

（４）上記（１）の構成において、前記複数の仕切り部材は、前記筐体内の空間を、前記単電池が収容される空間と前記熱交換器が配置される空間とに間仕切る閉状態において、それぞれが上下方向と平行な姿勢となることを特徴とする。

（５）上記（２）の構成において、前記複数の仕切り部材により前記単電池が収容される空間と前記熱交換器が配置される空間とが間仕切れた閉状態であるときに、前記単電池が収容される空間側に位置するファンをさらに備えることを特徴とする。このような位置にファンを設けることにより、筐体内での循環流を促進させることができる。また、ファンを、単電池が収容される空間側に配置することにより、例えば、単電池間での温度バラツキが大きい場合、熱交換器付近の単電池がさらに過剰に温められたり冷やされたりすることで温度バラツキが増大することのないよう、外気との熱交換を行なわずに筐体内部だけで強制的な循環流を行なわせる、といったことが可能となる。

（６）上記（２）の構成において、前記熱交換器は、前記筐体の側面に設けられており、前記上側仕切り部材および下側仕切り部材の支点は、上下方向における前記熱交換器の中央付近に位置していることを特徴とする。

（７）上記（５）の構成において、前記筐体外に設けられ、前記熱交換器の前記筐体外に臨む側に送風を行なう外部ファンをさらに備えることを特徴とする。

また、本願発明の電池温度調節方法は、（８）少なくとも１つの単電池を収容する筐体と、前記筐体内と前記筐体外の双方に臨むように前記筐体壁面に設けられ、前記筐体内と前記筐体外との間での熱交換を行なう熱交換器と、前記筐体内においてそれぞれが独立して開閉可能なように上下方向に複数配列され、前記筐体内の空間を、前記単電池が収容される空間と前記熱交換器が配置される空間とに間仕切る複数の仕切り部材と、前記複数の仕切り部材それぞれを独立して駆動する駆動部と、を備える蓄電装置における電池温度調節方法であって、前記熱交換器が曝される前記筐体外の気温を検知する外気温検知ステップと、前記筐体内の気温を検知する内気温検知ステップと、前記外気温検知ステップおよび内気温検知ステップにおける検知結果に基づいて、前記複数の仕切り部材の内の少なくともいずれかを回動させる駆動制御ステップと、を備える。もちろん、外気温検知ステップと内気温検知ステップとはいずれが先に実行されてもよく、仕切り部材の回動方向を判定する際に結果として双方の温度検知が完了していれば、その先後は問わない。

（９）上記（８）の構成において、前記複数の仕切り部材は、前記複数の仕切り部材のうち最も上側に配置され、下端部を支点として回動可能な上側仕切り部材と、前記複数の仕切り部材のうち最も下側に配置され、上端部を支点として回動可能な下側仕切り部材と、を有するものであり、前記駆動制御ステップは、前記駆動部への電力供給可能な状態においては、前記上側仕切り部材および下側仕切り部材の双方が、共に開状態または閉状態のいずれかとなるように駆動制御し、前記駆動部に電力供給されない状態となる場合には、前記駆動部に電力供給されない状態となる前に、前記上側仕切り部材または下側仕切り部材の内のいずれか一方を、開状態または閉状態のいずれかとなるように駆動制御することを特徴とする。

（１０）上記（８）の構成において、前記蓄電装置は、前記筐体内に配置されるファンをさらに備えるものであり、前記内気温検知ステップにて検知された温度が第１閾値よりも高い場合、前記熱交換器付近において下降気流を発生させる回転方向で前記ファンを回転駆動させ、前記内気温検知ステップにて検知された温度が、前記第１閾値よりも小さい値である第２閾値よりも低い場合、前記熱交換器付近において上昇気流を発生させる回転方向で前記ファンを回転駆動させる回転駆動ステップをさらに備えることを特徴とする。このように、夏季等、筺体内温度が高くなる場合は冷気の取り込みを促進させるように下降気流を起こし、冬季等、筺体内温度が低くなる場合は暖気の取り込みを促進させるように上昇気流を起こすことで、効率良く筺体内の冷却、加熱が可能となる。

（１１）前記（８）の構成において、前記複数の仕切り部材は、前記複数の仕切り部材のうち最も上側に配置され、下端部を支点として回動可能な上側仕切り部材と、前記複数の仕切り部材のうち最も下側に配置され、上端部を支点として回動可能な下側仕切り部材と、を有するものであり、前記駆動制御ステップは、前記駆動部に電力供給されない状態となる場合には、前記外気温検知ステップにて検知される温度が第１閾値よりも高い場合、前記駆動部に電力供給されない状態となる前に、前記上側仕切り部材を閉状態とするとともに前記下側仕切り部材を開状態とし、前記外気温検知ステップにて検知される温度が第１閾値よりも低い場合、前記駆動部に電力供給されない状態となる前に、前記上側仕切り部材を開状態とするとともに前記下側仕切り部材を閉状態とするように駆動制御することを特徴とする。このようにすることで、車両放置状態時でも、筺体内の保温、加熱、保冷、冷却を、より効率よく行うことができる。

上記（１）によれば、単電池が収容された筺体内の温度を調整することができ、また電気エネルギ等の供給が無い場合でも、筺体内の温度調整が可能な構造となる。

実施形態の蓄電装置冷却システム、および蓄電装置を示す図である。電池温度と電池寿命の特性の一例を示す図である。冬季、夏季における電池温度と外気温度との関係を示す図である。上側仕切り部材、下側仕切り部材の開閉パターンを示す図である。ファンが駆動可能な場合（電力供給有り）の各温度状況での仕切り部材の開閉状態を示す図である。電力供給が無い場合の各温度状況での仕切り部材の開閉状態を示す図である。実施形態の蓄電装置冷却システムの制御の一例を示すフローチャートである。実施形態の冷却効果の一例を示す図である。実施形態を適用させる場合の寿命の上昇例を示す図である。実施例１の構成を示す図である。実施例２の構成を示す図である。

図１（Ａ）を参照しながら、本実施形態に係る蓄電装置冷却システムの概略構成について説明する。蓄電装置冷却システム１００は、蓄電装置１、コントローラ１０、外気温度センサ７３を有し、車両に搭載されている。コントローラ１０と蓄電装置１との間の破線矢印、および、コントローラ１０と外気温度センサ７３との間の破線矢印は、制御の方向もしくはデータの送信方向を示している。

まず、蓄電装置１の内部構成について説明する。蓄電装置１は、複数の単電池２と、単電池２を収容するバッテリケース３と、バッテリケース３の開口部に装着される温調ユニット５０とを有し、バッテリケース３と温調ユニットケース４とが接合することで１つの筐体として形成される。バッテリケース３は、樹脂、もしくは金属外装の内部に発砲ウレタンの断熱層が設けられたものであり、温調ユニットケース４には、樹脂と発砲ウレタンとによって構成される断熱材が用いられる。

単電池２は、単一の電池セルによって構成されていてもよく、また複数の電池セルを接続して構成されてもよい。尚、電池セルは、放充電可能な最小単位の要素である。単電池２は、それぞれ電池温度センサ７２を有する。電池温度センサ７２は、単電池２の温度に関する情報を取得し、この取得した情報をコントローラ１０に出力する。温度に関する情報は、サーミスタの抵抗値であってもよい。この場合、コントローラ１０は、サーミスタの抵抗値の変化から、単電池２の温度を算出する。

またバッテリケース３には、ケース内部の温度を計測するケース内温度センサ７１が収容されている。ケース内温度センサ７１は、バッテリケース３内部の温度に関する情報を取得し、この取得した情報をコントローラ１０に出力する。バッテリケース３、温調ユニットケース４によって構成される内部空間は、内部循環ファン５１によって循環流が形成される。この循環流により、単電池２の温度バラツキが低減する。内部循環ファン５１は、コントローラ１０から制御信号を受信することで駆動し、一方向の回転のみならず、制御信号に応じて逆方向に回転することも可能である。本実施形態では、内部循環ファン５１は、内部循環ファン５１の回転軸方向が温調ユニットケース４内部の上側に向くように傾斜している。このようにすることで、バッテリケース３の内部のみならず、温調ユニットケース４の内部も含めた循環流が形成される。

温調ユニット５０は、上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２の２つの部材を有する。上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２は、それぞれ支点を中心に回転することで、温調ユニットケース４内の一部の空間（図１の２点鎖線で示された空間）を閉空間または開空間にする（間仕切る）。本例では、この一部の空間を、必要に応じて空気室５と称す。上側仕切り部材２１の回転動作は、コントローラ１０から出力される制御信号に応じて、駆動部であるアクチュエータ４１によって制御され、下側仕切り部材２２の回転動作は、コントローラ１０から出力される制御信号に応じて、駆動部であるアクチュエータ４２によって制御される。また上側仕切り部材２１は、温調ユニットケース４内の上方に位置し、下端部を支点として、支点中心に上方が開口するように回転する。また下側仕切り部材２２は、温調ユニットケース４内の下方に位置し、上端部を支点として、支点中心に下方が開口するように回転する。また、上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２は、循環流の妨げにならないように、長手方向の向きが開状態では循環流の流れ方向と略平行となる。

また温調ユニット５０は、温調ユニットケース４の外壁に、外気とケース内部の空気とで熱の交換を可能にするアルミニウム製の熱交換フィン３１（熱交換器）を有する。熱交換フィン３１は、蓄電装置１内部と蓄電装置１外の双方に臨むように、温調ユニットケース４の側面に設けられ、蓄電装置１内部と蓄電装置１外との間での熱交換を行う。熱交換フィン３１は、受熱面積を増大させるために、複数の棒状、もしくは板状のフィンをケース内外に突出させた構成となっている。熱交換フィン３１の外気側には、熱交換フィン３１に向けて送風する外部ファン５２が装着されている。外部ファン５２は、コントローラ１０からの制御信号に基づき回転する。

上側仕切り部材２１が開状態の場合、形成される開口部の高さ位置は熱交換フィン３１よりも上方となり、また下側仕切り部材２２が開状態の場合、形成される開口部の高さ位置は熱交換フィン３１よりも下方となる。また上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２が共に閉状態の場合、それぞれが上下方向と平行な姿勢となる。上側仕切り部材２１および下側仕切り部材２２の支点は、上下方向において、熱交換フィン３１の中央付近に位置する。

車外温度センサ７３は、車両外部の温度に関する情報を取得し、この取得した情報をコントローラ１０に出力する。温度に関する情報は、サーミスタの抵抗値であってもよい。この場合、コントローラ１０は、サーミスタの抵抗値の変化から、車両外部の温度を算出する。ここで、車外温度センサ７３は、車両外壁の前方下部に配置されるものとする。

コントローラ１０は、ＥＣＵ（Engine Control Unit）であり、車両の種々の制御を行う。コントローラ１０は、ＣＰＵ、ＭＰＵが搭載されていてもよいし、或いはこれらのＣＰＵなどにおいて行われる少なくとも一部の処理を回路的に実行するＡＳＩＣ回路を含んでいてもよい。また、ＣＰＵなどの個数は、単数であってもよいし、複数であってもよい。

アクチュエータ４１、内部循環ファン５１、外部ファン５２は、車両走行時では蓄電装置１から電力が供給されてもよいし、また不図示の補機バッテリから電力が供給されてもよい。

上記図１（Ａ）では、蓄電装置１は車両に搭載されている状態であるとしており、コントローラ１０等と接続された状態であるが、出荷前状態や保管時等、電池装置１単体での状態を図１（Ｂ）に示す。また本実施形態では、電池装置１は、出荷前や保管状態でも、上方、下方の向き（天地の向き）が車両搭載時と同じ向きとなるように配置される。尚、出荷前や保管状態では、電力が供給されないため、アクチュエータ４１、内部循環ファン５１、外部ファン５２は稼働しない。また、上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２の開閉状態を手動で制御するためのスイッチ６が温調ユニットケース４の外壁上部に備えられているが、このスイッチ６の説明は後述する。

ここで、図２、図３を参照しつつ、実施形態の温度調整の必要性や概要について説明する。まず図２に、単電池の電池温度とその寿命について例示する。単電池は、平均温度が高温である程寿命が減り、低温である程寿命が長くなる。しかしながら、単電池が低温状態、例えば５℃を下回る状況下である場合、エネルギ供給出力が低下する。

図３は、夏季と冬季の各季節について、外気温度と車両放置時の電池温度との温度変化を日単位で例示している。通常、夜間時間帯に冷やされた外気温度は、朝方から昼間にかけて上昇し、夕方ごろに降下する。一方電池温度は、外気温度に追随するように温度が上昇、降下するが、外気温の影響を受けるまで時間的なズレが生ずる。これにより、日中は外気温度の方が電池温度よりも高温となるが、夕方ごろを境に温度差が逆転し、電池温度の方が外気温度よりも高温となる。

また、夏季においては、周囲の温度が高くなるため、電池は周囲温度に対して相対的に低温状態となる方がよい。よって、電池温度の方が外気温度よりも低い場合、電池と外気とは断熱して電池を保冷した方がよい。逆に、電池温度の方が外気温度よりも高い場合、電池は冷気を取り入れて冷却する方が望ましい。

一方、冬季においては、周囲の温度が低くなるため、電池は周囲温度に対して相対的に高温状態となる方がよい。よって、電池温度の方が外気温度よりも低い場合、暖気を取り入れて電池を暖める方が望ましく、電池温度の方が外気温度よりも高い場合、断熱して電池を保温した方がよい。

本実施形態では、外気との断熱／熱交換を制御することで、電池が過度な高温状態、過度な低温状態とならないように制御する。すなわち、コントローラ１０が上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２の開閉を制御することで、外気との断熱、および熱交換フィン３１を介した熱交換を制御する。また外部ファン５２の駆動により、外気と温調ユニットケース４内部（空気室５）との間での熱交換をより効率良くし、内部循環ファン５１の駆動により、温調ユニットケース４内部とバッテリケース３内部の熱交換をより効率良くする。

図４に、上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２の開閉パターンを示す。図４（Ａ）は、上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２を共に閉じた状態であり、バッテリケース３内部と温調ユニットケース４内部とを仕切っている状態である。尚、本実施形態では、この閉状態時での開口部面積は、開状態時の開口部の面積の１／１０まで許容され、１／１０以下であればよい。図４（Ｂ）は、上側仕切り部材２１が開いた状態であり、空気室５の上方部が開口した状態である。図４（Ｃ）は、下側仕切り部材２２が開いた状態であり、空気室５の下方部が開口した状態である。図４（Ｄ）は、上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２が共に開いた状態であり、バッテリケース３内部と温調ユニットケース４内部（空気室５）とが連通している状態である。この開閉制御は、コントローラ１０からの信号に応じて行われる。

図５、図６に、外気との断熱／熱交換の制御についての具体例を示す。図５は、車両走行中等、電力供給がある場合の断熱／熱交換の制御例について示している。

上記例の夏季の場合や車両が高温地域にある場合等、周囲温度が高温である場合、バッテリケース３、温調ユニットケース４によって形成される内部の空間（以下、ケース内部と称す）の空気温度も追随して高い状態となる。ケース内部温度が高い状態（本例では２０℃以上とする）であり、且つ、ケース内部よりも、外気の方が高温である場合、ケース内部がさらに高温にならないように（保冷されるように）、上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２が制御される。すなわち外気と断熱状態となるように上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２が共に閉じるように制御される（図５（Ａ）参照）。このようにすることで、空気室５が空気断熱層となり、熱交換フィン３１を介して外気と空気室５との間での熱交換は行われるものの、バッテリケース３内部と空気室５との間では断熱される。また外気とケース内部との断熱維持を図るため、熱交換を促進させる外部ファン５２は停止していることが望ましい。一方内部循環ファン５１は、ケース内部の温度バラツキを抑止するため、駆動する。

またケース内部の温度が高い状態であり、且つ、ケース内部の空気温度よりも、外気の方が低温である場合、ケース内部の温度が積極的に冷却されるように、上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２が共に開くように制御される（図５（Ｂ）参照）。外気とケース内部との熱交換を積極的に行うため、内部循環ファン５１および外部ファン５２は共に駆動させる。この場合、冷気を効率よくバッテリケース３内部に取り込むため、内部循環ファン５１は下向き（図５（Ｂ）の矢印方向の向き）に送風するように回転する。これは、高温空気と低温空気では、温度差によって空気密度に差が生じ、高温空気は上方に、低温空気は下方に向かうことから、低温空気を下方向に向かわせて、より早くバッテリケース３内部に冷気を取り込むようにするためである。

一方、上記例の冬季の場合や車両が低温地域にある場合等、周囲温度が低温である場合、ケース内部の温度も追随して低い状態となる。ケース内部温度が低い状態（本例では５℃以下とする）であり、且つ、ケース内部の空気温度よりも、外気の方が低温である場合、ケース内部がこれ以上冷却されないように（保温されるように）、上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２が制御される。すなわち、断熱状態となるように上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２が共に閉じるように制御される（図５（Ｃ）参照）。また上記同様、断熱を維持するため外部ファン５２は停止し、ケース内部の温度バラツキを抑止するため内部循環ファン５１は駆動する。

またケース内部の温度が低い状態であり、且つ、ケース内部の空気温度よりも、外気の方が高温である場合、ケース内部が積極的に加熱されるように、上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２が共に開くように制御される（図５（Ｄ）参照）。外気とケース内部との熱交換を促進させるため、内部循環ファン５１および外部ファン５２は共に駆動する。この場合、高温空気を上方向に向かわせて、より早くバッテリケース３内部に暖気を取り込むようにするため、内部循環ファン５１は上方向の向き（図５（Ｄ）の矢印方向の向き）に空気が流れるように回転する。

図６は、車両のエンジンを停止させ、放置とするときの上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２の状態例を示している。この場合、電力の供給が原則無いため、コントローラ１０は、エンジン停止により電力の供給が停止する直前に、図６に示す各図のうちいずれかの状態となるように制御する。また、内部循環ファン５１、外部ファン５２は電力供給が無いため駆動しない（図６では内部循環ファン５１、外部ファン５２を省略している）。

上記例の夏季の場合や車両が高温地域にある場合等、周囲温度が高温である場合、上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２は、暖気がバッテリケース３内部に流入するのを低減させるとともに、冷気がバッテリケース３内部に流入するのを促進させるような開閉状態となる。このようにするため、コントローラ１０は、電力供給が停止する前に、上側仕切り部材２１が閉状態となるように、また下側仕切り部材２２が開状態となるように制御する（図６（Ａ）、図６（Ｂ）参照）。ケース内の温度が外気温度よりも低温である場合、図６（Ａ）に示すように、上方が閉じているため、空気密度の差により外気由来の暖気は空気室５の上方に滞留する。これにより、周囲温度が高温である場合においては、暖気がバッテリケース３内部に流入するのを低減させ、バッテリケース３内部を保冷状態にすることができる。一方、周囲温度が高温の場合において、ケース内の温度が外気温度よりも高温である場合、図６（Ｂ）に示すように、外気由来の冷気は、空気密度の差により下方へ向かい、下方が開いているためバッテリケース３内部に流入することができる。これにより、高温環境の場合においては、冷気をバッテリケース３内部に流入させることができ、バッテリケース３内部の空気を冷却することができる。

また、上記例の冬季の場合や車両が低温地域にある場合等、周囲温度が低温である場合、暖気がバッテリケース３内部に流入するのを促進させ、冷気がバッテリケース３内部に流入するのを低減させるような開閉状態となる。このようにするため、コントローラ１０は、電力供給が停止する前に、上側仕切り部材２１が開き、下側仕切り部材２２が閉じる状態となるように制御する（図６（Ｃ）、図６（Ｄ）参照）。ケース内の温度が外気温度よりも高温である場合、図６（Ｃ）に示すように、下方が閉じているため、空気密度の差により外気由来の冷気は空気室５の下方に滞留する。これにより、低温環境の場合においては、冷気がバッテリケース３内部に流入するのを低減させ、バッテリケース３内部を保温状態にすることができる。一方、周囲温度が低温である場合において、ケース内の温度が外気温度よりも低温である場合、図６（Ｄ）に示すように、上方が開いているため外気由来の暖気はバッテリケース３内部に流入することができる。これにより、周囲温度が低温である場合においては、外気由来の暖気をバッテリケース３内部に流入させることができ、バッテリケース３内部の空気を加熱することができる。

次に、コントローラ１０の制御について図７のフローチャートを参照しつつ説明する。

コントローラ１０は、まず、電力使用可能か否かの判定を行う（Ｓ１０１）。ここでの判定は、イグニッションスイッチのオン／オフの状態判定、および、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったかの判定に基づき行われる。

電力使用可能である場合（Ｓ１０１、Ｙｅｓ）、コントローラ１０は、走行時のパターン、すなわち、上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２共に開状態もしくは閉状態となるようにモードを切り替える（Ｓ１０２）。

コントローラ１０は、ケース内温度センサ７１から温度情報を取得し、ケース内の温度が２０℃以上であるかを判定する（Ｓ１０３）。ここで２０℃以上である場合（Ｓ１０３、Ｙｅｓ）、コントローラ１０は、車外温度センサ７３から温度情報を取得し、外気温度と、Ｓ１０３で取得されたケース内温度とを比較する（Ｓ１０４）。ケース内温度が外気温度よりも高温である場合（Ｓ１０４、Ｙｅｓ）、コントローラ１０は、上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２が共に開くように制御するとともに、内部循環ファン５１、外部ファン５２を共に駆動させる（Ｓ１０５）。Ｓ１０５で図５（Ｂ）の状態となる。

Ｓ１０４で、ケース内温度が外気温度よりも低温である場合（Ｓ１０４、Ｎｏ）、コントローラ１０は、次に電池温度センサ７２から各単電池２の温度情報を取得して、単電池２同士での温度差を算出し、温度差が５℃以下であるかを判定する（Ｓ１０６）。単電池２それぞれの温度差が５℃以下である場合（Ｓ１０６、Ｙｅｓ）、コントローラ１０は、上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２を共に閉じるように制御するとともに、単電池内の温度バラツキが許容範囲内であるため、内部循環ファン５１がオフとなるように制御する（Ｓ１０９）。一方、単電池２それぞれの温度差が５℃を超えている場合（Ｓ１０６、Ｎｏ）、コントローラ１０は、上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２を共に閉じるように制御するとともに、単電池内の温度バラツキが許容範囲外であるため、内部循環ファン５１がオンとなるように制御する（Ｓ１１０）。Ｓ１１０で図５（Ａ）の状態となる。

Ｓ１０３の判定に説明を戻す。Ｓ１０３で２０℃未満である場合（Ｓ１０３、Ｎｏ）、コントローラ１０は、Ｓ１０３で取得したケース内温度が５℃以下であるかを判定する（Ｓ１０７）。ここでケース内温度が５℃以下である場合（Ｓ１０７、Ｙｅｓ）、コントローラ１０は、車外温度センサ７３から温度情報を取得し、外気温度と、Ｓ１０３で取得されたケース内温度とを比較する（Ｓ１０８）。ケース内温度が外気温度よりも低温である場合（Ｓ１０８、Ｙｅｓ）、Ｓ１０５に進む。このとき、図５（Ｄ）の状態となる。

Ｓ１０７でケース内温度が５℃を超えている場合（Ｓ１０７、Ｎｏ）、および、Ｓ１０８でケース内温度が外気温度以下である場合（Ｓ１０８、Ｎｏ）、共にＳ１０６へ進む。尚、この場合でのＳ１１０で、上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２の状態は図５（Ｃ）の通りとなる。

Ｓ１０１の判定処理に説明を戻す。Ｓ１０１で、電力使用不可の状態に遷移すると判定される場合（Ｓ１０１、Ｎｏ）、コントローラ１０は、放置／保管のパターン、すなわち、上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２のいずれか一方が開き、他方が開く状態となるようにモードを切り替える（Ｓ１１１）。

コントローラ１０は、不図示の記憶装置に記憶されている、前回の電池使用開始時の温度情報を取得し、当該温度情報が５℃以上であるかを判定する（Ｓ１０２）。この例では、前回使用時という過去の温度情報が取得されて閾値と比較されるとしているが、コントローラ１０は、車外温度センサ７３からリアルタイムの温度情報を取得して閾値と比較してもよい。取得された温度が５℃以上である場合（Ｓ１１２、Ｙｅｓ）、コントローラ１０は、上側仕切り部材２１が閉じ、下側仕切り部材２２が開く状態となるように制御する（Ｓ１１３）。Ｓ１１３で図６（Ａ）、図６（Ｂ）の状態となる。

一方、Ｓ１１２で、取得された温度が５℃未満である場合（Ｓ１１２、Ｎｏ）、コントローラ１０は、上側仕切り部材２１が開き、下側仕切り部材２２が閉じる状態となるように制御する（Ｓ１１４）。Ｓ１１４で図６（Ｃ）、図６（Ｄ）の状態となる。

上記判定用の閾値（５℃や２０℃）は、不図示の記憶装置に事前に記憶された設計値であり、変更することができる。

尚、蓄電装置１を車両から取り外して長期保管する場合や、出荷前のときは、図１（Ｂ）に示すように、上側仕切り部材２１を閉状態とし、下側仕切り部材２２を開状態となるように制御しておく。すなわち、バッテリケース３内を保冷もしくは冷却することが優先となる開閉状態となるようにする。これは、長期保管の場合は、バッテリの出力低下よりも熱による劣化を低減させる方を優先させる方が好ましいためである。また、蓄電装置１は、上側仕切り部材２１を閉状態とし、下側仕切り部材２２を開状態となるように手動制御可能なスイッチ６を温調ユニットケース４の外壁上部に備える。このスイッチ６を手動で操作することで、上側仕切り部材２１、下側仕切り部材２２が動作する。尚、スイッチ６の位置を温調ユニットケース４の外壁上部とした理由は、作業者が蓄電装置１を置く際、上下向きに誤りがないように配置させるためである。作業者は、スイッチが上方に向くということを事前に認識し、配置する際はスイッチの向きを確認することで、蓄電装置１は上下向きが異ならないように配置される。

次に、本実施形態の効果について詳細に説明する。図８は、比較例のケース内温度の時間経過に伴う温度変化、および本実施例でのケース内温度の時間経過に伴う温度変化を示している。また図８で示すデータは、夏季の高温環境下で実施し、冷却や保冷の効果を検証した例である。

比較例では、バッテリケースを亜鉛メッキ鋼板のみで構成したバッテリパックをプラグインハイブリッド車両に搭載して、ケースの時間経過に伴う温度変化を測定した。また実施例では、上記に説明した蓄電装置冷却システム１００をプラグインハイブリッド車両に搭載させ、時間経過に伴う温度変化を測定した。

図８において、「放置」は、車両のイグニッションスイッチをオフにした状態でプラグインハイブリッド車両を停車させた時間帯を示している。したがって、放置の時間帯は、図１に図示する内部循環ファン５１、外部ファン５２は停止している。「走行」は、プラグインハイブリッド車両が実際に走行している時間帯を示している。「充電」は、外部電源から延びる充電ケーブルのコネクタを接続することにより、プラグインハイブリッド車両を充電している時間帯を示している。実験結果を同一基準で比較するために、実験日及び実験場所を同じにして、実施例及び比較例それぞれで温度を測定した。

図８からも明らかなように、蓄電装置冷却システム１００を搭載することで、比較例よりもケース内の温度上昇を抑えることができるということがわかった。つまり、本実施例によれば、特にバッテリの温度上昇を効果的に抑制できるということがわかった。

比較例のバッテリパックと、実施例のバッテリパックとの寿命差について図９を参照しつつ説明する。比較例では、平均電池温度が高いためバッテリの寿命が約６．２５年と試算されるが、実施例では、平均電池温度が相対的に低くなるためバッテリの寿命が約８年（試算値）となる。これらの結果から、効果が実証された。

（実施例１）
図１０（Ａ）に実施例１での温調ユニット５０Ａの平面図、図１０（Ｂ）に、図１０（Ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。温調ユニットケース４Ａは、内部が樹脂層Ｌ１、外部が断熱層Ｌ２（素材は発砲ＰＰ）の各層によって形成されている。また温調ユニットケース４Ａの上部、下部は、図１０（Ｂ）に示す断面形状において、空気の流れが滞留しやすい角部を無くした円弧の形状となっている。また温調ユニットケース４Ａは、上側仕切り部材２１Ａ、下側仕切り部材２２Ａの閉状態のときに端部が収まるための屈曲部Ｋ１、Ｋ２を有する。屈曲部Ｋ１、Ｋ２により、上側仕切り部材２１Ａ、下側仕切り部材２２Ａの閉状態のときの停止位置が固定する。またストッパ部材８１Ａ、８２Ａは、上側仕切り部材２１Ａ、下側仕切り部材２２Ａが開状態となったときの停止位置を固定するために設けられる。上側仕切り部材２１Ａの動作はサーボモータ６１によって制御され、下側仕切り部材２２Ａの動作はサーボモータ６２によって制御される。

また従前の蓄電装置のバッテリケース内部には循環用のファンが備えられていないため、実施例１では、内部循環ファン５１Ａを温調ユニット５０Ａの内部に備えるようにしている。

温調ユニット５０Ａは、図１０（Ｃ）に示すようにバッテリケース３Ａの側面２箇所に装着される。また蓄電装置１Ａ付近の外気は、蓄電装置１Ａやその他機器からの発熱により高温である可能性が高い。よって実施例１では、蓄電装置１Ａ付近の外気を取り入れるのではなく、一方の開口部が温調ユニット５０Ａに向いて配置され、他方の開口部が車外に向いて配置される導風ダクト９１を用いて、車外気を外部ファン５２Ａの駆動により直接導風させる。

（実施例２）
図１１は、高さ方向に高低差のあるバッテリケース３Ｂに、温調ユニットを装着する場合を例示しており、図１１（Ａ）にバッテリケース３Ｂおよび温調ユニット５０Ｂの断面図、図１１（Ｂ）にバッテリケース３Ｂに温調ユニット５０Ｂを装着させる際の斜視図を示す。バッテリケース３Ｂには、バッテリケース３Ｂの内部上方から温調ユニット５０Ｂの内部上方まで導風するダクト８５を有し、また温調ユニット５０Ｂの内部下方からバッテリケース３Ｂの内部下方まで導風するダクト８６を有する。ダクト８５、８６により、熱交換フィン３１Ａによって熱交換された冷気、暖気がバッテリケース３Ｂ全体に流入される。

また実施例１のストッパ部材８１Ａ、８２Ａでは、高さ方向に長い形状であるため、内部循環ファン５１Ａによる循環流がストッパ部材８１Ａ、８２Ａによって遮られるおそれがある（図１０（Ｂ）参照）。実施例２のストッパ部材８１Ｂ、８２Ｂは、実施例１のストッパ部材よりも、高さ方向に短くなる形状であるため、循環流の遮りを低減することができる。また実施例２の温調ユニット５０Ｂは、上側仕切り部材２１Ａ、下側仕切り部材２２Ａが閉状態のときに一定の流路が確保されるように、板８３がバッテリケース３Ｂと温調ユニット５０Ｂとの間に設けられる。

本実施形態では、上側仕切り部材、下側仕切り部材の２つの開閉可能な仕切り部材を用いた例について説明したが、数を限定するものではなく、上下方向に２つ以上あればよい。

以上詳説したように、本実施形態によって、蓄電装置内の温度を調整することができ、また電力供給が無い場合でも、空気温度差に起因する空気密度差を利用して蓄電装置内の温度調整が可能となる。

１蓄電装置２単電池３、３Ａ、３Ｂバッテリケース
４、４Ａ温調ユニットケース５空気室６スイッチ
１０コントローラ２１、２１Ａ上側仕切り部材
２２、２２Ａ下側仕切り部材３１、３１Ａ熱交換フィン
４１、４２アクチュエータ５０、５０Ａ、５０Ｂ温調ユニット
５１、５１Ａ内部循環ファン５２、５２Ａ外部ファン
６１、６２サーボモータ７１ケース内温度センサ
７２電池温度センサ７３車外温度センサ
８１Ａ、８２Ａ、８１Ｂ、８２Ｂストッパ部材８５、８６ダクト
９１導風ダクト１００蓄電装置冷却システム

Claims

少なくとも１つの単電池を収容する筐体と、
前記筐体内と前記筐体外の双方に臨むように前記筐体壁面に設けられ、前記筐体内と前記筐体外との間での熱交換を行なう熱交換器と、
前記筐体内においてそれぞれが独立して開閉可能なように上下方向に複数配列され、前記筐体内の空間を、前記単電池が収容される空間と前記熱交換器が配置される空間とに間仕切る複数の仕切り部材と、
を備える蓄電装置。
前記複数の仕切り部材は、
前記複数の仕切り部材のうち最も上側に配置され、下端部を支点として回動可能な上側仕切り部材と、
前記複数の仕切り部材のうち最も下側に配置され、上端部を支点として回動可能な下側仕切り部材と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
前記複数の仕切り部材は、前記上側仕切り部材を開状態としたときに前記上側仕切り部材により形成される開口は、前記熱交換器よりも上方に位置し、前記下側仕切り部材を開状態としたときに前記下側仕切り部材により形成される開口は、前記熱交換器よりも下方に位置することを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
前記複数の仕切り部材は、前記筐体内の空間を、前記単電池が収容される空間と前記熱交換器が配置される空間とに間仕切る閉状態において、それぞれが上下方向と平行な姿勢となることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
前記複数の仕切り部材により前記単電池が収容される空間と前記熱交換器が配置される空間とが間仕切れた閉状態であるときに、前記単電池が収容される空間側に位置するファンをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置。
前記熱交換器は、前記筐体の側面に設けられており、
前記上側仕切り部材および下側仕切り部材の支点は、上下方向における前記熱交換器の中央付近に位置していることを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置。
前記筐体外に設けられ、前記熱交換器の前記筐体外に臨む側に送風を行なう外部ファンをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の蓄電装置。
少なくとも１つの単電池を収容する筐体と、前記筐体内と前記筐体外の双方に臨むように前記筐体壁面に設けられ、前記筐体内と前記筐体外との間での熱交換を行なう熱交換器と、前記筐体内においてそれぞれが独立して開閉可能なように上下方向に複数配列され、前記筐体内の空間を、前記単電池が収容される空間と前記熱交換器が配置される空間とに間仕切る複数の仕切り部材と、前記複数の仕切り部材それぞれを独立して駆動する駆動部と、を備える蓄電装置における電池温度調節方法であって、
前記熱交換器が曝される前記筐体外の気温を検知する外気温検知ステップと、
前記筐体内の気温を検知する内気温検知ステップと、
前記外気温検知ステップおよび内気温検知ステップにおける検知結果に基づいて、前記複数の仕切り部材の内の少なくともいずれかを回動させる駆動制御ステップと、
を備える電池温度調節方法。
前記複数の仕切り部材は、前記複数の仕切り部材のうち最も上側に配置され、下端部を支点として回動可能な上側仕切り部材と、前記複数の仕切り部材のうち最も下側に配置され、上端部を支点として回動可能な下側仕切り部材と、を有するものであり、
前記駆動制御ステップは、前記駆動部への電力供給可能な状態においては、前記上側仕切り部材および下側仕切り部材の双方が、共に開状態または閉状態のいずれかとなるように駆動制御し、前記駆動部に電力供給されない状態となる場合には、前記駆動部に電力供給されない状態となる前に、前記上側仕切り部材および下側仕切り部材の内のいずれか一方を、開状態または閉状態のいずれかとなるように駆動制御することを特徴とする請求項８に記載の電池温度調節方法。
前記蓄電装置は、前記筐体内に配置されるファンをさらに備えるものであり、
前記内気温検知ステップにて検知された温度が第１閾値よりも高い場合、前記熱交換器付近において下降気流を発生させる回転方向で前記ファンを回転駆動させ、前記内気温検知ステップにて検知された温度が、前記第１閾値よりも小さい値である第２閾値よりも低い場合、前記熱交換器付近において上昇気流を発生させる回転方向で前記ファンを回転駆動させる回転駆動ステップをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の電池温度調節方法。
前記複数の仕切り部材は、前記複数の仕切り部材のうち最も上側に配置され、下端部を支点として回動可能な上側仕切り部材と、前記複数の仕切り部材のうち最も下側に配置され、上端部を支点として回動可能な下側仕切り部材と、を有するものであり、
前記駆動制御ステップは、前記駆動部に電力供給されない状態となる場合には、前記外気温検知ステップにて検知される温度が第１閾値よりも高い場合、前記駆動部に電力供給されない状態となる前に、前記上側仕切り部材を閉状態とするとともに前記下側仕切り部材を開状態とし、前記外気温検知ステップにて検知される温度が第１閾値よりも低い場合、前記駆動部に電力供給されない状態となる前に、前記上側仕切り部材を開状態とするとともに前記下側仕切り部材を閉状態とするように駆動制御することを特徴とする請求項８に記載の電池温度調節方法。