JP2016018637A - Temperature control device of battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池パック内に空気を通過させて電池パック内の電池を温調する電池の温調装置に関する。 The present invention relates to a battery temperature control device that controls the temperature of a battery in a battery pack by allowing air to pass through the battery pack.
電気自動車やハイブリッド車等のように高容量高出力の電池を搭載した車両において、当該電池を温調する電池温調装置を備えたものがある。電池温調装置としては、例えば複数の電池セルを収納した電池パック内に外気等の空気を通過させて冷却する空冷式の冷却装置が知られている。
例えば特許文献1には、電池パック(バッテリボックス)に空気の導入口と排気口とを設け、ファンによって空気を導入口に強制的に導入して、電池パック内の電池(バッテリ)を冷却し、排気口から空気を排出する構造の冷却装置が開示されている。
Some vehicles equipped with a high-capacity, high-power battery such as an electric vehicle or a hybrid vehicle are equipped with a battery temperature control device for controlling the temperature of the battery. As a battery temperature control device, for example, an air-cooling type cooling device that cools air such as outside air by passing it through a battery pack that houses a plurality of battery cells is known.
For example, in Patent Document 1, an air inlet and an exhaust port are provided in a battery pack (battery box), and air is forcibly introduced into the inlet by a fan to cool a battery (battery) in the battery pack. A cooling device having a structure for discharging air from an exhaust port is disclosed.
上記特許文献1のように、電池パック内に空気を導入して電池の冷却を行う車両において、導入口及び排気口の少なくともいずれか一方に開閉弁を備え、電池の温度低下時には開閉弁を閉弁しておき、電池の温度上昇時に開閉弁を開弁するとともにファンを作動して空気を導入し電池パック内の電池を冷却するものがある。
しかしながら、上記のように開閉弁及びファンを備えた冷却装置では、電池の熱暴走により電池から可燃ガスが発生した場合、電池パック内に可燃ガスが充満しているときに、電池を冷却すべく開閉弁を開弁するとともにファンを作動させると、電池パック内への多量な空気の供給によって急激な発火燃焼を引き起こす虞がある。
In a vehicle that cools a battery by introducing air into the battery pack as in Patent Document 1, the vehicle is provided with an opening / closing valve in at least one of the introduction port and the exhaust port, and the opening / closing valve is closed when the temperature of the battery decreases. In some cases, the valve is opened when the temperature of the battery rises, and the fan is operated to introduce air to cool the battery in the battery pack.
However, in the cooling device having the on-off valve and the fan as described above, when combustible gas is generated from the battery due to thermal runaway of the battery, the battery pack should be cooled when the combustible gas is filled in the battery pack. When the on-off valve is opened and the fan is operated, there is a risk of sudden ignition and combustion due to the supply of a large amount of air into the battery pack.
また、排気口側にファンを設けて電池パックから電池パック内の空気を吸い出すような構造の場合、電池パック内で高温となった空気がファンを通過するので、ファンの耐久性が低下するといった問題点もある。
本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、熱暴走時に電池を冷却すべく電池パック内に空気を導入した際の安全性を向上させる電池の温調装置を提供することにある。
In addition, in the case of a structure in which a fan is provided on the exhaust port side and the air in the battery pack is sucked out from the battery pack, the high-temperature air in the battery pack passes through the fan, so that the durability of the fan is reduced. There are also problems.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to improve the safety of the battery when air is introduced into the battery pack to cool the battery during thermal runaway. It is to provide a preparation device.
上記の目的を達成するべく、請求項1の電池の温調装置は、電池パックに備えられた導入口から排気口に空気を通過させて、前記電池パックに内蔵された電池を温調する電池の温調装置であって、前記排気口から前記電池パック内の空気を吸い出す送風機と、前記導入口を開閉する開閉器と、前記電池の熱暴走を検出する熱暴走検出器と、前記熱暴走検出器により前記電池の熱暴走が検出された際に、前記開閉器により前記導入口を閉口した後に、前記送風機による前記電池パック内からの空気の吸い出しを行い、当該送風機による吸い出し開始から所定時間経過した後に、前記開閉器を作動制御して前記導入口を開口させる制御装置と、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a battery temperature control apparatus according to claim 1 is a battery that controls the temperature of a battery built in the battery pack by allowing air to pass from an introduction port provided in the battery pack to an exhaust port. A temperature control device for sucking air in the battery pack from the exhaust port, a switch for opening and closing the introduction port, a thermal runaway detector for detecting thermal runaway of the battery, and the thermal runaway When a thermal runaway of the battery is detected by the detector, after the introduction port is closed by the switch, air is sucked out from the battery pack by the blower, and a predetermined time from the start of sucking by the blower And a controller for controlling the operation of the switch after the elapse of time to open the introduction port.
また、請求項2の電池の温調装置は、請求項1において、前記電池パックは複数の前記電池を内蔵し、前記熱暴走検出器は、複数の前記電池毎に熱暴走を検出し、前記制御装置は、更に、前記熱暴走が検出された前記電池の個数が増加するに伴って、前記所定時間を増加させることを特徴とする。
また、請求項3の電池の温調装置は、請求項1または2において、前記熱暴走検出器は、前記電池の温度に基づいて前記熱暴走を検出することを特徴とする。
The battery temperature control device according to
According to a third aspect of the present invention, there is provided the battery temperature control device according to the first or second aspect, wherein the thermal runaway detector detects the thermal runaway based on a temperature of the battery.
また、請求項4の電池の温調装置は、請求項1または2において、前記熱暴走検出器は、前記電池の電圧に基づいて前記熱暴走を検出することを特徴とする。
また、請求項5の電池の温調装置は、請求項1から4のいずれか1項において、前記電池パックの排気口と前記送風機との間の空気通路に空気を導入する空気導入路が設けられたことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the battery temperature control device according to the first or second aspect, wherein the thermal runaway detector detects the thermal runaway based on a voltage of the battery.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the battery temperature control device according to any one of the first to fourth aspects, wherein an air introduction path for introducing air into the air passage between the exhaust port of the battery pack and the blower is provided. It is characterized by that.
また、請求項6の電池の温調装置は、請求項5において、前記排気口から排出される空気の温度を検出する排気温度検出器と、前記空気導入路から前記空気通路に導入される空気量を調節する調節器と、を更に備え、前記制御装置は、更に、前記排気温度検出器によって検出された前記空気の温度に基づいて、前記調節器による前記空気通路に導入される空気量の調節を行うことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the battery temperature control device according to the fifth aspect, wherein the temperature of the air discharged from the exhaust port is detected, and the air introduced from the air introduction path into the air passage. A controller for adjusting the amount, and the control device further controls the amount of air introduced into the air passage by the controller based on the temperature of the air detected by the exhaust gas temperature detector. It is characterized by adjusting.
請求項1の電池の温調装置によれば、電池が熱暴走した際に、導入口が閉じられるので、電池パック内への空気の供給が停止される。したがって、熱暴走した電池から発生した可燃性ガスが多量に電池パックに充満したとしても、送風機の作動によって多量の空気が電池パック内へ流入することが防止される。これにより、電池パック内での可燃性ガスの発火燃焼を防止して、安全性を向上させることができる。また、導入口の閉口とともに送風機が作動されることで、電池パック内の可燃性ガスが空気とともに排気口から少しずつ吸い出され、電池パック内の可燃性ガス濃度が徐々に低下する。そして、所定時間経過した後に導入口を開口させることで、電池パック内での可燃性ガスの発火燃焼を防止した上で、送風機の作動後に電池の冷却を推進させることができ、更なる熱暴走を抑制することができる。 According to the battery temperature control apparatus of the first aspect, since the inlet is closed when the battery runs out of heat, the supply of air into the battery pack is stopped. Therefore, even if the battery pack is filled with a large amount of combustible gas generated from the thermal runaway battery, a large amount of air is prevented from flowing into the battery pack due to the operation of the blower. Thereby, the ignition combustion of the combustible gas in the battery pack can be prevented, and safety can be improved. Further, when the blower is operated along with the closing of the introduction port, the combustible gas in the battery pack is sucked out from the exhaust port together with air little by little, and the concentration of the combustible gas in the battery pack gradually decreases. Then, after the predetermined time has elapsed, the introduction port is opened to prevent ignition and combustion of the combustible gas in the battery pack, and then the cooling of the battery can be promoted after the operation of the blower. Can be suppressed.
請求項2の電池の温調装置によれば、熱暴走している電池の個数が増加するに伴って所定時間を増加させることで、熱暴走している電池の個数が多くとも電池パック内の可燃性ガスを十分に排出させてから導入口を開口させることができ、電池パック内の可燃性ガスの発火燃焼を防止して安全性を向上させることができる。
請求項3の電池の温調装置によれば、電池の温度に基づいて、熱暴走しているか否かを判別することができ、送風機及び開閉器の作動制御により電池パック内での可燃性ガスの発火燃焼を防止した上で、電池を冷却して更なる熱暴走を抑制することができる。
According to the battery temperature control apparatus of
According to the temperature control device for a battery of claim 3, it is possible to determine whether or not the thermal runaway occurs based on the temperature of the battery, and the combustible gas in the battery pack is controlled by the operation control of the blower and the switch. In addition, the battery can be cooled and further thermal runaway can be suppressed.
請求項4の電池の温調装置によれば、電池の電圧に基づいて、熱暴走しているか否かを判別することができ、送風機及び開閉器の作動制御により電池パック内での可燃性ガスの発火燃焼を防止した上で、電池を冷却して更なる熱暴走を抑制することができる。
請求項5の電池の温調装置によれば、電池が熱暴走したときに、排気口から排出される電池パック内の空気に空気導入路から導入された空気が混合して、送風機を通過する空気の温度を低下させることができ、送風機の保護を図ることができる。
According to the battery temperature control apparatus of
According to the temperature control device for a battery of claim 5, when the battery runs out of heat, the air in the battery pack discharged from the exhaust port is mixed with the air introduced from the air introduction path and passes through the blower. The temperature of the air can be lowered, and the blower can be protected.
請求項6の電池の温調装置によれば、排気口から排出される空気の温度に基づいて空気導入路から空気通路に導入される空気量が調節されることで、送風機を通過する空気の温度を適切に調節することができる。これにより、送風機の保護を図るとともに、必要以上の空気導入路からの空気の導入を抑えて、送風機による電池パック内の空気の吸い出しを効率よく行うことができる。
According to the temperature control device for a battery of
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る電池の温調装置の概略構成図である。
本実施形態の電池の温調装置1は、例えば電気自動車やプラグインハイブリッド車のように、走行駆動用モータへ電力を出力する電池を搭載した車両に適用される。
図1に示すように、車両に搭載された電池パック2は、ケース3内に複数の電池セル4(電池)を搭載して構成されている。電池パック2では、隣り合う電池セル4が離間して配置され、電池セル4の間及び電池セル4の上部及び下部に空気の流通路5が形成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a battery temperature control device according to an embodiment of the present invention.
The battery temperature control device 1 of the present embodiment is applied to a vehicle equipped with a battery that outputs electric power to a travel drive motor, such as an electric vehicle or a plug-in hybrid vehicle.
As shown in FIG. 1, a
電池パック2の車両前側下部には、電池パック2内に空気を導入する導入口6が設けられている。また、電池パック2の車両後側上部には、電池パック2内から空気を排出する排気口7が設けられている。
電池パック2には、排気口7から延出して空気通路となる排気ダクト8が設けられている。排気ダクト8の先端部には、電動式の冷却ファン10(送風機)が設けられており、当該冷却ファン10の回転により電池パック2内から空気が吸い出される。
An
The
また、排気ダクト8に連結して空気導入路9が設けられている。空気導入路9は、排気口7と冷却ファン10との間の排気ダクト8内に外気を導入する機能を有する。空気導入路9には当該空気導入路9の開度(流路面積)を変更する調節弁11(調節器)が設けられている。
また、電池パック2には、導入口6を開閉する吸気弁12(開閉器)が設けられている。
An
In addition, the
冷却ファン10を作動させると、排気口7から排気ダクト8を通過して、電池パック2内の空気が排出される。このとき、吸気弁12を開弁させることで、導入口6から電池パック2内に空気が導入され、電池パック2内の流通路5を通過して、排気口7から排出される。これにより、高温となった電池セル4を外気と熱交換して冷却することができる。
冷却ファン10、調節弁11及び吸気弁12は、車両に搭載に搭載されたセルマネジメントユニット20(制御装置)により作動制御される。
When the
The
また、電池パック2内の各電池セル4には、夫々電池セル4の温度を検出する電池温度センサ21(熱暴走検出器)が設けられている。
更に、電池パック2には、排気口7から排出される空気の温度(排気温度)を検出する排気温度センサ13(排気温度検出器)を備えている。
セルマネジメントユニット20は、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)、中央演算処理装置(CPU)及びタイマ等を含んで構成され、各電池温度センサ21から電池セル4の温度を入力するとともに排気温度センサ13から排気温度を入力し、冷却ファン10、調節弁11及び吸気弁12を作動制御する。
Each
Further, the
The
セルマネジメントユニット20は、車両電源オフ時に全ての電池セル4の温度が許容範囲内である場合には、冷却ファン10の作動を停止し、吸気弁12を閉弁する。
図2は、本実施形態のセルマネジメントユニット20において実行される熱暴走時の温調装置1の作動要領を示すフローチャートである。図3は、調節弁の開度設定用マップの一例である。図4は、吸気弁を開弁する所定時間の設定要領を説明するグラフである。
The
FIG. 2 is a flowchart showing an operation procedure of the temperature control device 1 during thermal runaway executed in the
本制御は、車両電源オン時に繰り返し実行される。
始めにステップS10では、通常冷却を行う。通常冷却は、電池セル4の温度が許容範囲の上限値より低い温度で適宜設定された所定温度T1以上となると、吸気弁12を開弁し、冷却ファン10を作動させて、電池セル4を冷却する制御である。なお、電池セル4の温度が上記所定温度T1未満である場合には、吸気弁12を閉弁し、冷却ファン10を停止させる。そして、ステップS20に進む。
This control is repeatedly executed when the vehicle power is turned on.
First, in step S10, normal cooling is performed. In the normal cooling, when the temperature of the
ステップS20では、熱暴走セルがあるか否かを判別する。複数の電池セル4のうち、少なくとも1つの電池セル4で熱暴走がある場合には、ステップS30に進む。全ての電池セル4で熱暴走がない場合には、ステップS20に戻る。熱暴走があるか否かは、電池セル4の電池温度センサ21から入力した電池セル4の温度Tcが、あらかじめ設定された所定温度T2より高い場合に、熱暴走ありと判定すればよい。所定温度T2は、熱暴走時に到達する電池セル4の温度に設定すればよい。なお、電池セル4の温度Tcの代わりに、各電池セル4の電圧Vcを検出する電圧センサ22(熱暴走検出器)を設け、少なくとも1つの電池セル4で電圧センサ22により検出した電圧Vcが急激に大きく変動した場合に熱暴走ありと判定してもよい。
In step S20, it is determined whether there is a thermal runaway cell. If there is a thermal runaway in at least one
ステップS30では、吸気弁12を閉弁させ、その後に冷却ファン10をオンに(作動)する。なお、電池セル4の温度低下等により吸気弁12が閉弁状態である場合には、閉弁状態を維持する。そして、ステップS40に進む。
ステップS40では、排気温度センサ13から排気温度を入力し、当該排気温度に基づいて、調節弁11の開度を制御する。そして、ステップS50に進む。
In step S30, the
In step S40, the exhaust temperature is input from the
図3に示すように、排気温度が上昇するに伴って、調節弁11の開度を増加させるように制御する。排気温度が、冷却ファン10の耐久温度(上限値)に近い高温では、耐久温度に到達する前に調節弁11が全開となるように制御すればよい。また、冷却ファンの耐久温度(上限値)に直ぐに達しないような低温では、調節弁11が全閉とすればよく、その間では連続的に変更するように設定すればよい。
As shown in FIG. 3, the opening degree of the
ステップS50では、ステップ30において吸気弁12が閉弁及び冷却ファン10がオンになった状態からの経過時間Tonを計測し、当該経過時間Tonが、あらかじめ設定された所定時間Tvoを過ぎたか否かを判別する。経過時間Tonが、所定時間Tvoを過ぎている場合には、ステップS50に進む。経過時間Tonが、所定時間Tvoを過ぎていない場合には、ステップS40に戻る。
In step S50, an elapsed time Ton from the state in which the
なお、図4は、本実施形態の電池パック2内に電池セル4から発生した可燃ガスが充満している状態から、吸気弁12を閉弁し冷却ファン10をオンにしたときの、電池パック2内の可燃性ガス濃度の推移を示している。図3に示すように、冷却ファン10を作動させることで電池パック2内の可燃性ガスが排出されるが、吸気弁12が閉弁しているので、電池パック2内に外気の流入が抑えられ、電池パック2内の可燃性ガス濃度が緩やかに低下する。そして、冷却ファン10をオンにしてから、電池パック2内の可燃性ガス濃度が可燃濃度(発火燃焼する濃度)の下限値を下回る経過時間をあらかじめ計算あるいは実験等で確認しておき、当該経過時間を所定時間Tvoとすればよい。
4 shows the
ステップS60では、吸気弁12を開弁させる。そして、本ルーチンを終了する。
以上のように制御することで、本実施形態では、電池セル4の熱暴走時には吸気弁12を閉弁した後に、冷却ファン10を作動させる。これにより、熱暴走した電池セル4から可燃性ガスが発生し、電池パック2内に充満したとしても、電池パック2内の可燃性ガスが排出されるが、吸気弁12が閉弁していることで、電池パック2内への空気の供給が抑えられ、電池パック2内で可燃性ガスが発火燃焼することを防止することができ、安全性を向上させることができる。
In step S60, the
By controlling as described above, in the present embodiment, the cooling
そして、冷却ファン10の作動により、電池パック2内の可燃性ガス濃度が徐々に低下し、可燃濃度の下限値よりも低下するに相当する時間経過してから、吸気弁12が開弁するので、可燃性ガスの発火燃焼を防止した上で、吸気弁12の開弁後に外気が多量に導入されて、電池セル4の冷却が推進され、更なる熱暴走を抑制することができる。
また、本実施形態では、排気口7と冷却ファン10との間の排気ダクト8内に外気を導入する空気導入路9が設けられているので、電池セル4の熱暴走により電池パック2内の空気が高温となって排気口7から排出されても、空気導入路9から導入された外気と混合してから冷却ファン10に到達するので、冷却ファン10に到達する空気の温度を低下させ、冷却ファン10を保護することができる。
Since the combustible gas concentration in the
In the present embodiment, since the
また、空気導入路9の開度を調節する調節弁11が設けられており、当該調節弁11の開度を調節することで空気導入路9から排気ダクト8内に導入される外気の量を調節することができる。そして、排気温度センサ13から入力した排気温度に基づいて調節弁11を作動制御することで、冷却ファン10に到達する空気の温度を調整することが可能となる。図3に示すように、排気口7から排出された空気の温度が高温である場合には、調節弁11の開度を大きくして、空気導入路9から導入さる外気の量を増加させ、冷却ファン10に到達する空気の温度を十分に低下させることができる。また、排気口7から排出された空気の温度が低温である場合には、調節弁11の開度を小さくして、空気導入路9から導入さる外気の量を減少させ、排気口7から吸い出す空気量を確保して、電池パック2内から可燃性ガスを効率よく排出することができる。
A
なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、所定時間Tvoを電池パック2に対応した1つの設定値としているが複数設けてもよい。具体的には、ステップS20において、電池セル4が熱暴走しているか判定する際に、熱暴走している電池セル4の個数を判定し、当該個数に応じて所定時間Tvoを変更すればよい。熱暴走している電池セル4の個数が多い場合には、可燃性ガスの発生量が多いことが予想されるので、吸気弁12を閉弁し冷却ファン10を作動させてからの経過時間を多くしなければ、電池パック2内の可燃性ガス濃度が可燃濃度の下限値を下回らない虞がある。したがって、熱暴走している電池セル4の個数が多いほど、所定時間Tvoを長くして、吸気弁12を閉弁し冷却ファン10を作動させてからの経過時間を増加させるように設定すればよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment.
For example, in the above-described embodiment, the predetermined time Tvo is set as one set value corresponding to the
これにより、熱暴走している電池セル4の個数が多くとも、電池パック2内の可燃性ガス濃度が可燃濃度の下限値を下回った状態で冷却ファン10を作動させることができ、冷却ファン10作動時における可燃性ガスの発火燃焼を防止して、安全性を向上させることができる。また、熱暴走している電池セル4の個数が少ない場合に所定時間Tvoを極力短く設定することができ、熱暴走をより速やかに抑制することができる。
As a result, even if the number of
また、電池パック2へ導入する空気を外気だけでなく、車両の空調装置によって温調した空気を導入してもよい。また、電池パック2の形状や配置等の各種構造を適宜変更してもよい。本願発明は、走行駆動用モータへの電力供給用の電池以外でも適用可能であり、各種車両に搭載した電池や、その他電池を内蔵した電池パック内に空気を通過させて温調する温調装置に対して広く適用することができる。
Further, the air introduced into the
1 温調装置
2 電池パック
4 電池セル(電池)
6 導入口
7 排気口
8 排気ダクト(空気通路)
9 空気導入路
10 冷却ファン(送風機)
11 調節弁(調節器)
12 吸気弁(開閉器)
13 排気温度センサ
20 セルマネジメントユニット(制御装置)
21 電池温度センサ(熱暴走検出器)
22 電圧センサ(熱暴走検出器)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
6 Introduction port 7 Exhaust port 8 Exhaust duct (air passage)
9
11 Control valve (regulator)
12 Intake valve (switch)
13
21 Battery temperature sensor (thermal runaway detector)
22 Voltage sensor (thermal runaway detector)
Claims (6)
前記排気口から前記電池パック内の空気を吸い出す送風機と、
前記導入口を開閉する開閉器と、
前記電池の熱暴走を検出する熱暴走検出器と、
前記熱暴走検出器により前記電池の熱暴走が検出された際に、前記開閉器により前記導入口を閉口するとともに前記送風機による前記電池パック内からの空気の吸い出しを行い、前記開閉器による前記導入口の閉口及び前記送風機による吸い出し開始から所定時間経過した後に、前記導入口を開口させる制御装置と、
を備えたことを特徴とする電池の温調装置。 A battery temperature control device for controlling the temperature of a battery built in the battery pack by allowing air to pass from an introduction port provided in the battery pack to an exhaust port,
A blower for sucking out air in the battery pack from the exhaust port;
A switch for opening and closing the inlet;
A thermal runaway detector for detecting thermal runaway of the battery;
When the thermal runaway detector detects thermal runaway of the battery, the switch closes the introduction port and sucks out air from the battery pack by the blower, and the introduction by the switch A control device that opens the inlet after a predetermined time has elapsed from the closing of the mouth and the suction start by the blower;
A temperature control device for a battery, comprising:
前記熱暴走検出器は、複数の前記電池毎に熱暴走を検出し、
前記制御装置は、更に、前記熱暴走が検出された前記電池の個数が増加するに伴って、前記所定時間を増加させることを特徴とする請求項1に記載の電池の温調装置。 The battery pack includes a plurality of the batteries,
The thermal runaway detector detects thermal runaway for each of the plurality of batteries,
The battery control apparatus according to claim 1, wherein the controller further increases the predetermined time as the number of the batteries in which the thermal runaway is detected increases.
前記空気導入路から前記空気通路に導入される空気量を調節する調節器と、を更に備え、
前記制御装置は、更に、前記排気温度検出器によって検出された前記空気の温度に基づいて、前記調節器による前記空気通路に導入される空気量の調節を行うことを特徴とする請求項5に記載の電池の温調装置。 An exhaust temperature detector for detecting the temperature of the air discharged from the exhaust port;
A regulator for adjusting the amount of air introduced from the air introduction path into the air passage,
6. The control device according to claim 5, wherein the controller further adjusts the amount of air introduced into the air passage by the regulator based on the temperature of the air detected by the exhaust gas temperature detector. The temperature control apparatus of the battery described.
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