JP5182546B2 - 電池温度調節装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用あるいは定置用の二次電池や燃料電池に好適な電池温度調節装置に関する。

環境保護や資源節約の観点から車両走行エネルギーとしての電力使用が希求されている。車両走行エネルギーとしての電力使用のためには、二次電池又は燃料電池の車載が必須となる。この種の電力エネルギー多用型車両としてハイブリッド車が広く量産されている。

しかしながら、車両は夜間戸外に駐車されるのが通常であり、このため冬季の早朝に二次電池に大電流放電させたり、燃料電池を急速始動させたりすることは問題が大きいことが知られている。すなわち、低温時には二次電池の充放電特性や燃料電池の発電性能は非常に悪化するため、二次電池や燃料電池の急速な加熱が要求される。下記の特許文献１は、電気ヒータにより電池を所望の温度まで昇温することを提案している。

また、たとえば夏期等の車両の高速運転時や登坂時などにおいて、大電流を出力する車載の二次電池や燃料電池内部で大きな熱発生が生じるためその冷却が必須となる。更に説明すると、二次電池の過熱はその寿命低下やガス発生を助長する。燃料電池においても過熱は膜劣化や電圧の低下を促進する。したがって、このような場合には二次電池や燃料電池の放熱が要求される。たとえば、上記ハイブリッド車では、搭載される二次電池（バッテリ又は組電池とも言う）の過熱防止のために外気等を冷却風として組電池に通風するオープン通風型冷却系が用いられている。
特開2006-269426号公報

しかしながら、上記した電気ヒータによる加熱は、貴重な電池蓄電電力を浪費してしまうという問題を発生させた。また、上記したオープン通風型冷却系では、大電流出力時の電池温度の過昇を阻止するために夏期など外気温度が高い場合には大量の冷却風量を電池に導入しなければならず、騒音、通風電力を浪費してしまうという問題を発生させた。

本発明は電力消費を低減しつつ電池温度を好適な範囲に管理する電池温度調節装置を提供することをその目的としている。

上記課題を解決する本発明の電池温度調節装置は、熱交換流体を電池に供給する流体供給系を有し、前記電池と前記熱交換流体との熱授受により前記電池の温度を調節する電池温度調節装置において、前記熱交換流体の流れる熱交換部と、前記熱交換部の周囲に配置され、前記熱交換流体又は前記電池と潜熱授受する潜熱型蓄熱部とを有し、前記潜熱型蓄熱部は、前記電池の低温始動時に前記電池に前記潜熱を与えて前記電池を加熱し、前記電池の温度が所定しきい値温度よりも高い場合に前記冷却流体又は前記電池から前記潜熱型蓄熱部へ前記潜熱を与えることにより前記潜熱型蓄熱部の前記電池への潜熱放出機能を再生させることを特徴としている。

ここで言う潜熱とは固体又は液体に熱媒としての気体を吸収乃至放出する際に生じる固体の吸着熱又は気体凝縮熱を言うものとする。

潜熱を発生したり吸収する潜熱型蓄熱部としては、吸湿、脱湿により固体吸着熱（デシカント熱）を吸収、放出するデシカント型蓄熱方式、水蒸気などのガスを臭化リチウム液などにより吸収、放出する吸収型蓄熱方式を採用することができる。この種の潜熱型蓄熱部は、固体又は液体の吸収剤が収容された吸収剤ストレージ部と、水などの被吸収媒体が収容された媒体ストレージ部と、これら両部を連通させる連通路とをもつ。連通路などに配置されて被吸収媒体の流量を調節する電磁弁などの開閉手段を設けることが好ましい。

吸収剤ストレージ部及び媒体ストレージ部はそれぞれ外部と熱交換機能をもつべきである。吸収剤ストレージ部は電池と熱交換する熱交換流体（たとえば空気流）を介して熱交換したり、あるいは電池と固体伝熱作用により直接熱交換することができる。媒体ストレージ部は、通常、外気と熱交換するが、媒体ストレージ部の缶体外表面に接触して流れる空気流と熱交換することが最も簡単である。この缶体外表面にフィンを設けることは更に好適である。

吸収剤は被吸収媒体を吸着乃至吸収する際に潜熱を放熱し、吸収剤は被吸収媒体を放出する際に潜熱を吸収する。デシカント吸収剤としてはシリカゲルなどが知られており、被吸収媒体としては水蒸気が知られている。吸収剤は、被吸収媒体を吸収して潜熱を放出し、被吸収媒体を放出して潜熱を吸収する。吸収剤ストレージ部が被吸収媒体を吸収乃至吸着して潜熱を放出する際に、媒体ストレージ部は被吸収媒体を放出することによりたとえば外気から潜熱を吸収する。吸収剤ストレージ部が被吸収媒体を放出して潜熱を吸収する際に、媒体ストレージ部は被吸収媒体を吸収することによりたとえば外気に潜熱を放出する。媒体ストレージ部の熱容量が大きい場合には、媒体ストレージ部と外気との間に間接熱交換器を設置しなくてもよい。

吸収剤による潜熱形態における吸収放熱の熱量は、吸収剤ストレージ部と媒体ストレージ部との間の被吸収媒体の移動量を調節することにより、あるいは吸収剤ストレージ部の温度と媒体ストレージ部の温度とを制御することにより調節することができる。

本発明によれば、電池の急加熱が必要とされる場合に潜熱型蓄熱部が冷却流体を通じてあるいは電池に直接潜熱を放出し、電池の強力放熱が必要とされる場合に潜熱型蓄熱部が冷却流体を通じてあるいは電池から直接潜熱を吸収する。これにより、電池の多様な使用環境にもかかわらず電池電力の浪費を回避しつつ電池温度に好適な温度範囲を与えることができる。なお、潜熱型蓄熱部は、本質的に媒体ストレージ部に貯蔵された吸収剤の量に比例する一定の潜熱量だけを放出する。言い換えれば、潜熱型蓄熱部の熱放出吸収機能は一定の熱量限界をもつ。しかし、最も重要なのは電池の低温始動時の急速加熱であるため、この熱量制限は使用において問題とはならない。

また、前記潜熱型蓄熱部は、前記電池の温度が所定しきい値温度よりも高い場合に前記冷却流体又は前記電池から前記潜熱型蓄熱部へ前記潜熱を与えることにより前記潜熱型蓄熱部の前記電池への潜熱放出機能を再生させる。

すなわち、潜熱型蓄熱部が電池に潜熱を与えた後、電池が発熱状態となり温度上昇するため、この上昇した電池温度を利用して潜熱型蓄熱部の潜熱放出機能を再生させる。このようにすれば、簡素な構成により潜熱型蓄熱部の再生が可能となる。つまり、電池では、潜熱を吸収して始動した後、温度上昇するため、配管系や熱交換流体の切り替えを簡素としつつ潜熱型蓄熱部内の吸収剤や吸収液の再生が可能となる。なお、この明細書で言う電池は燃料電池も含む。燃料電池車ではその始動後、温度上昇した燃料電池の熱を利用して潜熱型蓄熱部を再生することができる。

好適な態様によれば、前記電池は、単電池を多数並べて接続された組電池（２）であり、前記潜熱型蓄熱部は、冷却状態にて吸着媒体を吸着し加熱状態にて吸着媒体を脱着する吸着剤（３２）を備えた吸着器（３）を有し、前記組電池（２）の充放電開始直後に、前記吸着器（３）の前記吸着剤（３２）に前記吸着媒体を吸着させるとともに、この吸着による吸着熱により前記組電池（２）を加熱することを特徴としている。すなわち、この発明は、固体吸湿材料の吸湿、乾燥により必要に応じて電池の加熱乃至冷却を行うデシカント型熱発生装置からなる。このようにすれば、電力エネルギー消費を抑制しつつ組電池を好適温度範囲内で運転することができる。

好適な態様において、前記吸着媒体を内蔵し、前記吸着器（３）にて前記吸着媒体を吸着するとき前記吸着媒体を蒸発させ、前記吸着器（３）にて前記吸着媒体を脱着するとき前記吸着媒体を凝縮させる凝縮蒸発器（４）が、前記吸着器（３）に連通して設けられ、前記吸着器（３）と前記凝縮蒸発器（４）との連通部（３３）には、この連通部（３３）を開閉する開閉手段（５６）が設けられ、前記組電池（２）の充放電開始直後に、前記開閉手段（５６）にて前記連通部（３３）を開き、運転終了後（車両駆動装置停止後）、前記吸着剤（３２）から前記吸着媒体を脱着させた後に、前記開閉手段（５６）にて前記連通部（３３）を閉じる。なお、吸着器（３）、凝縮蒸発器（４）及び開閉手段（５６）は第１発明で言う潜熱型蓄熱部をデシカントタイプとしたものに相当するので、第１発明で説明した効果を奏することができる。

好適な態様において、前記組電池（２）が充放電初期状態においては、設定温度範囲（ε）以内迄の間、前記組電池（２）が発生する熱を前記吸着器（３）に導入する。これにより電力エネルギーを節約しつつ組電池の早期始動が可能となる。

好適な態様において、前記組電池（２）の前記熱を奪って前記組電池を冷却するファン（６）が設けられており、通常時には直接ファンからの熱交換流体を組電池（２）に導入する。

好適な態様において、前記組電池（２）が設定温度(T0）以上となると、前記組電池（２）が発生する熱を前記吸着器（３）に導入する。

好適な態様において、運転終了後、車両が持つ廃熱を利用してラジエータ等の熱交換器（７）から熱を前記吸着剤（３２）に与える。

好適な態様において、前記吸着器（３）における前記吸着媒体の吸着および脱着を検出する検出手段（８１、８２、８４）と、前記検出手段（ ８１、８２、８４ ）の検出信号に基づいて、前記開閉手段（５６）による前記連通部（３３）の開閉を制御する制御手段（９）とを備えている。

これらの各態様によれば、電池温度調節装置の良好な運転が可能となる。

（実施形態１）
実施形態１の電池温度調節装置を用いた車両用組電池装置を図１を参照して説明する。この実施形態１ではオープンタイプの潜熱型蓄熱部を用いる。

（構成）
組電池２と連結された吸着器３は、密閉容器３０の内部に、熱交換流体の流れる熱交換部２１と、この熱交換部２１の周囲に固定した多数の粒状の吸着剤（例えばシリカゲル）３２とを収容してなる。吸着剤３２は、冷却されることにより吸着媒体（例えば水）を吸着し、加熱されることにより、その吸着媒体を脱着するものである。凝縮蒸発器４は、密閉容器４０の内部に、熱交換流体の流れる熱交換部４１と、吸着媒体としての水Ｗとを収容してなる。なお、凝縮蒸発器４の密閉容器４０と吸着器３の密閉容器３０との連通部３３には、この連通部３３を開閉する開閉弁（開閉手段）５６が設けてある。

吸着器３の熱交換部２１と送風ファン６とは、流体回路Ａにより直列に接続され、組電池２の熱交換部２１と、ラジエータ等との熱交換器７と、その内部にある図示しない送風ファンとが、流体回路Ｂにより直列に接続されている。吸着熱を利用しない場合には、三方切り替え弁５２、５３によりファンからの空気のみで冷却することを可能としている。

吸着器３の熱交換部３１の入口部および出口部には、この入口部および出口部を流れる熱交換流体の温度Ｔ1 、Ｔ2、Ｔ３ を検出する温度検出器８１、８２、８３が設けられている。９は電気制御装置である。電気制御装置９は、車両の始動スイッチのオンオフの信号、および、温度検出器８１、８２、８３の検出信号を入力されるとともに、これら入力信号に基づいて上記した送風ファン６、熱交換器７内のファンへの通電の断続、三方切替弁５２、５３および開閉弁５６の回動位置の切り替えを制御する。その他、電気制御装置９は、この他にも種々の公知の電気制御を行なうようになっている。

（作動説明）
この装置の作動を以下に説明する。電気制御装置９は、始動スイッチがオンされた後において、所定時間（例えば１分）毎に、上記温度Ｔ1 、Ｔ2 を検出するとともに、図３に示す判定を行なうようになっている。

自動車の始動スイッチがオンされると、電気制御装置９の制御により、温度検出器８１、８２が温度Ｔ1 、Ｔ2 の検出を開始するとともに、図２（a）、図３（ａ）に示す制御１が行なわれる。具体的に制御１とは、三方切替弁５２、５３の回動位置が図１中実線位置とされ、連通部３３を開くように開閉弁５６を回動させ、送風ファン６に通電することである。同時に、凝縮蒸発器４の内部の水が蒸発することにより、吸着剤３２に水が吸着する。このとき、熱交換部２１を流れる熱交換流体へ、上記吸着による吸着熱が放出されるため、熱交換流体が加熱される。すなわち組電池２の温度が上昇し、図２（ａ）に示すように、入口温度Ｔ1 よりも出口温度Ｔ2 の方が高くなる。

これにより、始動スイッチをオンした直後、つまり、組電池２の始動直後において、組電池２を急速に暖機でき、組電池２の出入力を急速に向上できる。よって、始動スイッチをオンした直後からすぐに、車両駆動用モータへ大量の電力を供給したり回生できるようになる。上記吸着の開始により密閉容器３０および４０内の圧力が下がって、凝縮蒸発器４において水の蒸発が促進される。

吸着器３における吸着が実行されている期間に、吸着器３の熱交換部２１を流れる熱交換流体は、上述のように、入口温度Ｔ1 よりも出口温度Ｔ2 の方が高くなるが、吸着が完了したときは、入口温度Ｔ1 ≒出口温度Ｔ2 となる（図２（ａ）中時間ｔ1 ）。ここで、組電池２の充放電が継続されて、組電池２の温度が定常状態となると、この組電池２は徐々に温度が高くなる。そして、吸着が完了した後に、吸着剤３２が加熱されて吸着器３が水の脱着を開始する。

この結果、吸着器３の熱交換部２１を流れる熱交換流体は、水の脱着による脱着熱を奪われて冷却されるため、入口温度Ｔ1 の方が出口温度Ｔ2 よりも高くなる。なお、この脱着時には、発熱する組電池２を冷却して、組電池２の損傷を抑制する効果もある。同時に、凝縮蒸発器４において水の凝縮が開始される。

組電池２の温度が定常状態にあり、入口温度Ｔ1 と出口温度Ｔ2の温度差が設定温度ε以上となったとき、すなわち図３（ａ）中ステップＳ１の判定結果がＹＥＳとなる。このときには、三方切り替え弁５２，５３の回動位置が図１中破線位置に切り替わり、連通部３３を閉じるように開閉弁５６を回動させ、外気導入による通常冷却モード（制御４）となる。この際には、電気制御装置９の制御信号によりラジエータ等の熱交換器７から熱を得た流体が吸着器３内の熱交換部７１に導入される。これにより、吸着器３の吸着剤３２は、脱着される。ただし、このときには湿度検出器８４により半分脱着された状態に制御されると同時に、組電池２が過熱状態とならない程度の温度（例えば６０℃）に制御される。

組電池２からの入出力が大きくかつ頻繁になると組電池が発生する熱が熱交換部２１に伝達されて熱交換流体の温度が上昇する。熱交換部２１の出口部にはこれを流れる熱交換流体の温度Ｔ３を検出する温度検出器８３が設けられている。このＴ３がある温度（Ｔ０）以上（例えば６０度以上）となったとき、すなわち図３（ａ）中ステップＳ２の判定がＹＥＳとなる。このとき、三方切り替え弁５２，５３の回動位置が図１中実線位置に切り替わり、連通部３３を開くように開閉弁５６を回動させ、吸着器３による急速冷却モード（制御３）となる。このとき、高温の熱交換流体が吸着器３の熱交換部２１に流れて吸着剤３２から水を脱着させ、水の蒸発潜熱により熱交換部２１が冷却される。つまり図２（ｂ）に示すように入口温度Ｔ1よりも出口温度Ｔ2の方が低くなる。このようにして、組電池２が急速に冷却される。

始動スイッチがオフされ車両の駆動装置（エンジン等）が停止したときには、電気制御装置９の割り込み処理により図３（ｂ）の制御５が行われる。具体的には、電気制御装置９の制御により、ラジエータ等の熱交換器７と接続された吸着器３の熱交換部７１に導入される。これにより、熱交換器７の余熱を利用して、吸着器３の吸着剤から水がほぼ全て脱着されるまで加熱される。このときの湿度は湿度検出器８４により検出され脱着がほぼ完了した状態で開閉弁５６を閉じる。ただし、この場合も組電池２が過熱状態とならない程度の温度（例えば６０℃）に制御をする。この一連の操作により、次の始動時の温度制御を良好に行うことが可能となる。

本実施形態では、上記吸着による吸着熱を利用して、組電池２の急速暖機を行なっているため、電気ヒータ等の熱を利用する従来技術に比べて、組電池２の急速暖機の際に使用する組電池２の電力量を低減できる。また、組電池２の発電定常状態においては、組電池２が発生する熱を利用して、吸着器３において吸着媒体を脱着させており、この脱着の際に使用する組電池２の電力量も少なくてすむ。更に、車両停止後には車両の廃熱を利用して吸着器３において吸着媒体を脱着させておりこれでも電力量が少なくてすむ。また、組電池２が設定温度以上に発熱しているときは、組電池２の熱を吸着器３の加熱に利用することで、この組電池２が冷却される。この結果、組電池２の充放電状態において、常に、組電池２が異常に高温となることを防止できる。よって、組電池２の寿命の劣化を抑制できる。

図４、図６は組電池２の一例を示す斜視図である。図４、図６において吸着剤３２は図示していないが熱交換部２１に配されている。図５、図７はそれぞれ図４、図５の組電池の平面図である。これには吸着剤３２が図示してある。図４、図５では、組電池２の熱交換部２１は、電池の側面でありスタックされた電池の間に0.2〜5mm程度の隙間を設け、この空隙に吸着剤３２を配すると共に、熱交換流体を通すことにより熱交換を行う例である。図６、図７では、組電池の熱交換部は電池の端子部に接合されたフィンを用いた例である。電池の端子は内部の化学反応を行う活物質まで銅やアルミニウムといった金属で接合されている。このため良熱伝導体である銅やアルミニウムで電池内部まで接合されているため電池の芯部から冷却されるため冷却性に優れると共に、及び図4の例のように電池間に空隙を必要としないため小型化が可能となる。この場合の熱交換部２１は、正負極端子と接合されたフィンであり、このフィンに吸着剤３２が配されている。

（実施形態２）
実施形態２を図８に示す。この実施形態２では、吸着器３は、組電池２と離れて設けられ、吸着器３と組電池２とは熱交換流体である空気流を通じて後述する実施形態３（図１０参照）と本質的に同じ作動原理により間接熱交換により熱授受する。

なお、図８において、吸着器３は後述する実施形態３の吸収剤ストレージ部３００に相当し、凝縮蒸発器４は実施形態３の媒体ストレージ部４００に相当し、開閉弁５６は実施形態３の電磁弁６００に相当する。吸着器（吸収剤ストレージ部３００）３、凝縮蒸発器（媒体ストレージ部４００）４、開閉弁（電磁弁６００）５６はクローズド方式の潜熱型蓄熱部を構成している。図１、図８、図９では図示省略しているが、凝縮蒸発器４はたとえば車室空気や外気やラジエータ流体と熱交換可能であり、この熱交換量は適宜調整できる。

以下、更に詳しく説明する。

（構成）
図８において、吸着器３は、熱交換流体が流れる熱交換部３１と、この熱交換部３１の周囲に固定した多数の粒状の吸着剤（例えばシリカゲル）３２とを密閉容器３０の内部に収容してなる。吸着剤３２は、冷却されることにより吸着媒体（例えば水）を吸着し、加熱されることにより吸着媒体を脱着する。凝縮蒸発器４は、熱交換流体が流れる熱交換部４１と、吸着媒体としての水Ｗとを密閉容器４０の内部に収容してなる。３３は凝縮蒸発器４の密閉容器４０と吸着器３の密閉容器３０との連通部３３であり、連通部３３には、開閉用の開閉弁５６が設けられている。吸着器３、凝縮蒸発器４、開閉弁５６は後述する実施例３と同様のクローズド形式の熱ストレージ装置（潜熱型蓄熱部）を構成している。

組電池２の熱交換部２１、凝縮蒸発器４の熱交換部３１は流体回路A（図８にて実線にて示す）により接続され、流体回路Aを流れる熱交換流体である空気流により間接的に熱授受可能となっている。更に詳しく説明すると、送風ファン６により形成される空気流は、三方切替弁５０、５５，吸着器３の熱交換部（間接熱交換器）３１、三方切替弁５４、５１、組電池の熱交換部（間接熱交換器）２１、三方切替弁５３、５２の順に循環可能となっている。また、組電池２の熱交換部２１と、ラジエータ等の熱交換器７と、熱交換器７内の送風ファン（図示せず）とは流体回路Ｂにより直列に接続されており、三方切替弁５４、５５により、流体回路ＡまたはＢに熱交換流体（空気等）が循環するようになっている。また、組電池２の冷却に吸着器３を使用しない場合には、組電池２の熱交換部２１は、三方切り替え弁５０、５１、５２、５３を通じてファン６からの空気流のみで冷却される。なお、図１、図８において、凝縮蒸発器４は、外気と熱授受する間接熱交換器を有しているが図示は省略する。

吸着器３の熱交換部３１の入口部および出口部には、この入口部および出口部を流れる熱交換流体（ここでは空気流）の温度Ｔ1 、Ｔ2 を検出する温度検出器（検出手段）８１、８２が設けられている。９は電気制御装置９であり、電気制御装置９は、入力？された車両の始動スイッチのオンオフの信号、および、温度検出器８１、８２、８３の検出信号に基づいて、送風ファン６や熱交換器７内の図略のファンへの通電の断続、三方切替弁５０、５１、５２、５３、５４、５５の切り替え、および開閉弁５６の回動位置の切り替えを制御する。電気制御装置９は、この他にも種々の公知の電気制御を行なうことができる。

（作動説明）
次に、この装置の作動を説明する。この実施形態では、電気制御装置９は、始動スイッチがオンされた後において、所定時間（例えば１分）毎に上記温度Ｔ1 、Ｔ2 を検出し、図３に示す判定を行うものとされている。

まず、自動車の始動スイッチがオンされると、電気制御装置９は制御を開始し、温度検出器８１、８２は温度Ｔ1 、Ｔ2 の検出を開始し、図３（ａ）に示す制御１が行なわれる。すなわち、三方切替弁５０、５１、５２、５３、５４、５５の回動位置が図１中実線位置とされ、連通部３３を開くように開閉弁５６を回動させ、送風ファン６に通電する。これにより、室温（例えば２５℃）程度の熱交換流体が吸着器３の熱交換部３１を流れ、吸着剤３２が冷却されて水を吸着する。

このとき、熱交換部３１を流れる熱交換流体へ、上記吸着による吸着熱が放出されて熱交換流体が加熱される。つまり、図２（ａ）に示すように、入口温度Ｔ1 よりも出口温度Ｔ2 の方が高くなる。この加熱された熱交換流体は流体回路Ａを経て組電池２の熱交換部２１へ循環し、熱交換部２１において加熱された熱交換流体が放熱し、組電池２が加熱される。すなわち、始動スイッチのオン直後つまり組電池２の始動直後において、組電池２を急速に暖機でき、組電池２の出入力を急速に向上できる。これにより、始動スイッチをオンした直後から車両駆動用モータへ大量の電力を供給したり回生できるようになる。

また、上記吸着熱を組電池２の加熱に利用することにより組電池２の熱交換部２１から吸着器３の熱交換部３１へ供給される熱交換流体を冷却して吸着器３の吸着剤３２を冷却することができるため、吸着器３における水の吸着を良好に続行させることができる。上記吸着の開始により密閉容器３０および４０内の圧力が下がって、凝縮蒸発器４において水の蒸発が促進される。なお、吸着器３において吸着が実行されているときは、吸着器３の熱交換部３１を流れる熱交換流体は、上述のように、入口温度Ｔ1 よりも出口温度Ｔ2 の方が高くなるが、吸着が完了すると、入口温度Ｔ1はほぼ出口温度Ｔ2に等しくなる（図２（ａ）中時間ｔ1 ）。

その後、組電池２の充放電の継続により組電池２の温度は徐々に高くなる。組電池２の熱交換部２１にて加熱された流体が、吸着剤３２から水を脱着可能な温度となると、流体が吸着状態の吸着器３の熱交換部３１で放熱することにより、吸着器３が加熱されて吸着器３は吸着している水の脱離を開始する。その結果、吸着器３の熱交換部３１を流れる熱交換流体は、水の脱着による脱着熱を奪われて冷却されるため、入口温度Ｔ1 の方が出口温度Ｔ2 よりも高くなる。したがって、吸着器３の脱離動作時には、凝縮蒸発器４において水の凝縮が行われるとともに、組電池２の冷却を行う。

入口温度Ｔ1 と出口温度Ｔ2の温度差が設定温度ε以上となり、図３（ａ）中ステップＳ１の判定結果がＹＥＳとなると、三方切り替え弁５０，５１，５２，５３の回動位置が図１中破線位置に切り替わり、外気導入による通常冷却モード（制御４）が開始される。この際には、三方切り替え弁５４、５５の回動位置が図１中破線位置に切り替わり、ラジエータ等の熱交換器７から受熱した流体が吸着器３内の熱交換部３１に導入され、吸着器３の吸着剤３２からの水の脱離が継続される。ただし、この実施形態では、湿度検出器８４により吸着剤３２からの水の脱離は半分程度にとどめられる。

組電池２の充放電量が大きくかつ頻繁になると組電池の熱交換器部２１から熱交換流体への放熱量が増大して熱交換流体の温度が更に上昇する。熱交換器部２１の出口部には熱交換流体の温度Ｔ３を検出する温度検出器８３が設けられている。温度Ｔ３があるしきい値温度（Ｔ０）以上（例えば６０度以上）となると（図３（ａ）中ステップＳ２の判定がＹＥＳとなる）と、三方切り替え弁５０，５１，５２，５３、５４、５５の回動位置が図１中実線位置に切り替わり、吸着器３による急速冷却モード（制御３）となる。このときには、高温の熱交換流体が吸着器３の熱交換部３１に流れ込み、吸着剤３２から水を脱離し、このときの水の蒸発潜熱により熱交換流体が冷却される。つまり図２（ｂ）に示すように入口温度Ｔ1よりも出口温度Ｔ2の方が低くなる。冷却された熱交換流体は、流体回路Ａを経て組電池２の熱交換部２１へ循環して熱交換部２１にて組電池２を冷却する。

車両が停止し始動スイッチがオフされると、電気制御装置９の割り込み処理により図３（ｂ）の制御５が行われる。更に具体的に説明すると、三方切り替え弁５４、５５の回動位置が図１中破線位置に切り替わり、吸着器３の熱交換器部３１がラジエータ等との熱交換器７と接続されて熱交換器７内のファンにより、熱交換流体が熱交換器７から吸着器３の熱交換器３１に導入される。これにより、熱交換器７の余熱により吸着器３の吸着剤に吸着されている水はほぼ全て脱離される。このときの湿度は湿度検出器８４により検出され脱着がほぼ完了した状態で開閉弁５６をとじる。この一連の操作により、次の始動時の温度制御を良好に行うことが可能となる。

この実施形態では、上記吸着による吸着熱を利用して組電池２の急速暖機を行なっているため、電気ヒータ等の熱を利用する従来技術に比べて、組電池２の急速暖機の際に使用する組電池２の電力量を低減できる。また、組電池２の発電定常状態では組電池２の発生熱を利用して吸着器３にて吸着媒体を脱着させており、脱着に使用する組電池２の電力量も少なくてすむ。更に、車両停止後には車両の廃熱を利用して吸着器３において吸着媒体を脱着させておりこれによっても脱着に使用する組電池２の電力量を減らすことができる。

また、組電池２が設定温度以上に発熱しているときは、組電池２の熱を吸着器３の加熱に利用することでこの組電池２が冷却される。この結果、組電池２の充放電状態において、常に組電池２が異常に高温となることを防止できる。よって、組電池２の寿命の劣化を抑制できる。

なお、組電池２の熱交換部２１は、実施形態１と同様、各電池の間に0.2〜5mm程度の隙間を設けこの空隙に熱交換流体を通すことにより熱交換を行うことができる（図４参照）。また、組電池の熱交換部２１として電池の端子部に接合されたフィンを用いることも可能である（図６参照）。電池の端子は内部の化学反応を行う活物質まで銅やアルミニウムといった金属で接合されている。このため良熱伝導体である銅やアルミニウムで電池内部まで接合されているため電池の芯部から冷却されるため冷却性に優れると共に、及び図4の例のように電池間に空隙を必要としないため小型化が可能となる。この場合の熱交換器部２１は、正負極端子と接合されたフィンである。

（変形態様）
また、図９に示すように、熱交換器７を別流路で構成しても良い。すなわち、図９では、吸着器３には、内部の熱交換部３１の他に熱交換部（間接熱交換器）７１が追加され、この熱交換部７１と熱交換器７とは、熱交換器７内の図略のファンの制御により熱授受を制御され、制御４、５において熱交換部７１と熱交換器７との間を循環する熱交換流体（水でも可）により吸着器３の吸着剤が脱着されることになる。

（実施形態３）
本発明の電池温度調節装置を用いた車両用組電池装置を図１０を参照して説明する。この実施形態２ではクローズタイプ（密閉型）の潜熱型蓄熱部を用いる。図１０は車両用組電池装置のブロック図である。

（構成）
１００は組電池、２００は組電池の上端部に被せられた端子ボックス、３００は吸収剤ストレージ部、４００は媒体ストレージ部、５００は連通管、６００は電磁弁、７００は間接熱交換器、８００はファン装置である。

組電池１００は、多数の二次電池（単電池）を水平方向に配列して構成されている。図１０では端子ボックス２００内に収容されているが、各二次電池の上端部から上方へ一対の電極端子が突出しており、各電極端子はセル接続ブスバーにより直列接続されている。端子ボックス２００は、下端開口の箱形樹脂ケースからなり、組電池１００の上端面に被せられている。端子ボックス２００の左端部にはファン装置８００から導入された冷却風を端子ボックス２００内に導入する吸気口が設けられ、端子ボックス２００の右端部には端子ボックス２００から加熱された冷却風を外部に排出するための排気口が設けられている。ファン装置８００の駆動により、車室内の空気が冷却風として端子ボックス２００に導入される。冷却風は、各二次電池の電極端子やセル接続ブスバーを通じて各二次電池の熱を吸収し、各二次電池の温度を適正範囲に維持する。電池温度に応じてファン装置８００の回転数が調節される。

吸収剤ストレージ部３００、媒体ストレージ部４００及び連通管（連通路）５００、電磁弁６００、間接熱交換器７００は本発明で言う潜熱型蓄熱部を構成している。

吸収剤ストレージ部３００は、シリカゲルが充填された金属製の密閉角形缶であって、その上面は、熱伝導性かつ電気絶縁性の樹脂シートを介して組電池１００の各二次電池の底面に密着している。吸収剤ストレージ部３００の密閉角形缶の上端面から下方へ多数の熱伝導金属フィンが垂下しており、これらの熱伝導金属フィンはシリカゲルの熱を良好に各二次電池の底面に伝達する。

媒体ストレージ部４００は、水が充填された金属製の密閉角形缶であって、連通管５００を通じて吸収剤ストレージ部３００と連通している。連通管５００には水蒸気の流通を調節するための電磁弁６００が設けられている。媒体ストレージ部４００は、間接熱交換器７００を通じてファン装置８００から導入された冷却風と熱交換可能となっている。なお、ファン装置８００から出た冷却風を媒体ストレージ部４００の缶体から突出する冷却フィンにより間接熱交換器７００を代用しても良い。その他、媒体ストレージ部４００と熱交換する空気流と、端子ボックス２００に導入する冷却風とを別々に構成してもよい。

（電池急速加熱動作）
いま、吸収剤ストレージ部３００のシリカゲルは乾燥状態であるとする。寒冷時に組電池１００の充放電を始動する前に、電磁弁６００を開く。ファン装置８００は駆動してもよく、しなくてもよい。

電磁弁６００の開放により、吸収剤ストレージ部３００と媒体ストレージ部４００との間の水蒸気圧差により媒体ストレージ部４００内の水が蒸発し、連通管５００を通じて吸収剤ストレージ部３００内に流れる。吸収剤ストレージ部３００内のシリカゲルは流入する水蒸気を吸収して発熱し、吸収剤ストレージ部３００の温度が上昇し、吸収剤ストレージ部３００は組電池１００の各二次電池の底面を加熱する。この時、媒体ストレージ部４００は水蒸気蒸発熱を奪われて温度低下するが、媒体ストレージ部４００の熱容量が大きく、電磁弁６０の開放時間が小さければ、間接熱交換器７００を通じての媒体ストレージ部４００への熱供給は省略可能である。媒体ストレージ部４００の温度低下が無視できない場合には、ファン装置８００を駆動して媒体ストレージ部４００に外気又は車室空気から顕熱を与える。二次電池の温度がある程度上昇したら、電磁弁６００を閉鎖する。この動作を図１１に示す。

（電池強力冷却動作）
いま、吸収剤ストレージ部３００のシリカゲルは吸湿状態であるとする。吸収剤ストレージ部３００は組電池１００からの吸熱により温度が高くなっており、吸収剤ストレージ部３００内の水蒸気圧は高くなっている。媒体ストレージ部４００はファン装置により冷却されて相対的に低温となっており、相対的にその水蒸気圧は低くなっている。

電磁弁６００の開放により、吸収剤ストレージ部３００と媒体ストレージ部４００との間の水蒸気圧差により吸収剤ストレージ部３００から媒体ストレージ部４００へ水蒸気が流れ、その分だけ吸収剤ストレージ部３００のシリカゲルは放湿して低温となり、組電池から熱を吸収する。媒体ストレージ部４００は、間接熱交換器７００を通じて放熱し、媒体ストレージ部４００内にて水蒸気は凝縮する。この動作を図１２に示す。なお、図１２は本質的に吸収剤ストレージ部３００の再生動作と同じである。

（効果）
この実施形態では、密閉形式の潜熱型蓄熱部を採用しているため、吸収剤や水の汚れ、水が空気流とともに系外に逃げることによる水の補給問題を解決することができる。また、潜熱型蓄熱部内のガスは水蒸気のみとなるため、ガス移動性がよく、その分だけ低熱落差で作動可能となる。更に、制御系や配管系を簡素化することもできる。

（変形態様）
図１では、デシカントタイプのバッチ式潜熱型蓄熱部を用いたが、たとえば吸収剤としての臭化リチウム溶液と被吸収媒体としての水とを用いた吸収液タイプのバッチ式潜熱型蓄熱部を採用しても良い。

実施形態１の電池温度調節装置を用いた車両用組電池装置のブロック図である。 図１の装置の各作動状態を説明するための温度湿度線図である。 図１の装置の制御を示すフローチャートである。 図１の組電池の一例を示す斜視図である。 図４の組電池の平面図である。 図１の組電池の他例を示す斜視図である。 図６の組電池の平面図である。 実施形態２の電池温度調節装置を用いた車両用組電池装置のブロック図である。 実施形態２の変形態様を示すブロック図である。 実施形態３の電池温度調節装置を用いた車両用組電池装置のブロック図である。 実施形態３の制御例を示すフローチャートである。 実施形態３の制御例を示すフローチャートである。

符号の説明

A 流体回路
B 流体回路
２ 組電池
３ 吸着器（潜熱型蓄熱部）
４ 凝縮蒸発器（潜熱型蓄熱部）
６ 送風ファン
７ 凝縮蒸発器
７ 熱交換器
９ 電気制御装置
２１ 熱交換部
３０ 密閉容器
３１ 熱交換部
３２ 吸着剤
３３ 連通部
４０ 密閉容器
４１ 熱交換部
５２ 三方切替弁
５６ 開閉弁（潜熱型蓄熱部）
７１ 熱交換部
８１ 温度検出器
８３ 温度検出器
８４ 湿度検出器
１００ 組電池
２００ 端子ボックス
３００ 吸収剤ストレージ部（潜熱型蓄熱部）
４００ 媒体ストレージ部（潜熱型蓄熱部）
５００ 連通管（潜熱型蓄熱部）
６００ 電磁弁（潜熱型蓄熱部）
６０１ 電磁逆止弁
７００ 間接熱交換器
８００ ファン装置

Claims (8)

1. 熱交換流体を電池に供給する流体供給系を有し、前記電池と前記熱交換流体との熱授受により前記電池の温度を調節する電池温度調節装置において、
   前記熱交換流体の流れる熱交換部と、
   前記熱交換部の周囲に配置され、前記熱交換流体又は前記電池と潜熱授受する潜熱型蓄熱部とを有し、
   前記潜熱型蓄熱部は、前記電池の低温始動時に前記電池に前記潜熱を与えて前記電池を加熱し、
   前記電池の温度が所定しきい値温度よりも高い場合に前記冷却流体又は前記電池から前記潜熱型蓄熱部へ前記潜熱を与えることにより前記潜熱型蓄熱部の前記電池への潜熱放出機能を再生させることを特徴とする電池温度調節装置。
2. 前記電池は、単電池を多数並べて接続された組電池（２）であり、
   前記潜熱型蓄熱部は、冷却状態にて吸着媒体を吸着し加熱状態にて吸着媒体を脱着する吸着剤（３２）を備えた吸着器（３）を有し、
   前記組電池（２）の充放電開始直後に、前記吸着器（３）の前記吸着剤（３２）に前記吸着媒体を吸着させるとともに、この吸着による吸着熱により前記組電池（２）を加熱することを特徴とする請求項１記載の電池温度調節装置。
3. 前記吸着媒体を内蔵し、前記吸着器（３）にて前記吸着媒体を吸着するとき前記吸着媒体を蒸発させ、前記吸着器（３）にて前記吸着媒体を脱着するとき前記吸着媒体を凝縮させる凝縮蒸発器（４）が、前記吸着器（３）に連通して設けられ、前記吸着器（３）と前記凝縮蒸発器（４）との連通部（３３）には、この連通部（３３）を開閉する開閉手段（５６）が設けられ、前記組電池（２）の充放電開始直後に、前記開閉手段（５６）にて前記連通部（３３）を開き、運転終了後（車両駆動装置停止後）、前記吸着剤（３２）から前記吸着媒体を脱着させた後に、前記開閉手段（５６）にて前記連通部（３３）を閉じることを特徴とする請求項２記載の電池温度調節装置。
4. 前記組電池（２）が充放電初期状態においては、設定温度範囲（ε）以内迄の間、前記組電池（２）が発生する熱を前記吸着器（３）に導入することを特徴とする請求項２記載の電池温度調節装置。
5. 前記組電池（２）の前記熱を奪って前記組電池を冷却するファン（６）が設けられており、通常時には、直接ファンからの熱交換流体を組電池（２）に導入することを特徴とする請求項２記載の電池温度調節装置。
6. 前記組電池（２）が設定温度(T0)以上となると、前記組電池（２）が発生する熱を前記吸着器（３）に導入することを特徴とする請求項２記載の電池温度調節装置。
7. 運転終了後、車両が持つ廃熱を利用してラジエタ等の熱交換器（７）から熱を前記吸着剤（３２）に与えることを特徴とする請求項２記載の電池温度調節装置。
8. 前記吸着器（３）における前記吸着媒体の吸着および脱着を検出する検出手段（８１、８２、８４）と、前記検出手段（８１、８２、８４）の検出信号に基づいて、前記開閉手段（５６）による前記連通部（３３）の開閉を制御する制御手段（９）とを備えていることを特徴とする請求項２乃至７記載の電池温度調節装置。

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