JP5401900B2 - 電池温度調節装置 - Google Patents

Description

本発明は、温度調節媒体により電池の温度を調節する技術分野に関する。

従来から、直列接続された電池セルの温度を調節する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、電池温度調整装置において、外端部の電熱線の密度を中央部の電熱線の密度よりも高くし、外端部に対する加熱能力を上げる技術が開示されている。また、特許文献２には、内部にヒートパイプが配設された電池パックが記載されている。

特開平０６−２８３２１５号公報 特開２００１−２９７７４１号公報

電池セルを収納するケースには、電池セルを固定するための部材（拘束部材）が設置される。そして、拘束部材に近い電池セルは、拘束部材に熱を奪われるため、低温になりやすく（以下、これを「熱引け」と呼ぶ。）、暖機時でも昇温が遅い。しかしながら、特許文献１及び特許文献２には、上述の問題は、何ら検討されていない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、拘束部材に起因した電池セルの熱引けを防ぎ、全ての電池セルを適切に暖機することが可能な電池温度調節装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、電池温度調整装置は、収納ケースと、前記収納ケース内に並べられた複数の電池セルと、前記電池セルを前記収納ケース内に固定する拘束部材と、前記拘束部材と当該拘束部材に隣接する電池セルとの間に設けられた加熱部と、前記加熱部を駆動させる暖機手段と、を備え、前記暖機手段は、前記加熱部による暖機をした場合の方が、前記加熱部による暖機をしない場合よりもエネルギー効率がよいときに、前記加熱部を駆動させる。

上記の電池温度調節装置は、ハイブリッド車両や電気自動車などに好適に適用される。電池温度調節装置は、収納ケースと、電池セルと、拘束部材と、加熱部とを備える。収納ケース内には複数の電池セルが並べられている。拘束部材は、電池セルを収納ケース内に固定する。そして、拘束部材と電池セルとの間には加熱部が設けられる。加熱部は、例えば抵抗加熱ヒータなどが該当する。電池温度調節装置は、加熱部を駆動することで、拘束部材に隣接する電池セルの暖機を実行する。一般的に、拘束プレートに隣接する電池セルは、拘束プレートに熱を奪われやすく、熱引けが発生する。従って、電池温度調節装置は、拘束部材とこれに隣接する電池セルとの間に加熱部を設置し、加熱部を駆動させることで、拘束プレートに起因した電池セルの熱引けを防ぐ。これにより、電池温度調節装置は、低温になりやすい電池セルを積極的に暖機することができる。
また、暖機手段は、前記加熱部による暖機をした場合の方が、前記加熱部による暖機をしない場合よりもエネルギー効率がよいときに、前記加熱部を駆動させる。一般に、電池セルが直列接続されている場合、低温な電池セルが存在すると、電池セル全体の入出力性能が低下する。従って、電池温度調節装置を搭載した車両は、低温な電池セルを使用することにより、エネルギー効率が低下する。即ち、エネルギー消費が増える。一方、加熱部が電気ヒータ等の場合、電池温度調節装置は、加熱部を駆動させる場合でも、所定量のエネルギー消費が伴う。従って、暖機手段は、これらのエネルギー効率を比較し、加熱部による暖機をした場合の方が、加熱部による暖機をしない場合よりもエネルギー効率がよいときに、加熱部を駆動させる。このようにすることで、電池温度調節装置は、車両全体のエネルギー効率を考慮した電池セルの暖機を実行することができる。

上記の電池温度調節装置の一態様では、暖機手段は、前記収納ケース内に温度調節媒体を流入させる。暖機手段は、例えば、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。暖機手段は、収納ケース内に温度調節媒体を流入させる。温度調節媒体は、例えば車両の客室等の暖機された空気が該当し、その他水などの流体が該当する。従って、暖機手段は、例えば、ブロアなどを駆動することによって、暖かい空気を収納ケース内へ送り込む。また、暖機手段は、例えば、加熱部に制御信号を送信することにより、加熱部を駆動させる。このようにすることで、電池温度調節装置は、温度調節媒体により全ての電池セルを暖機しつつ、加熱部により拘束部材に隣接する電池セルを暖機する。これにより、電池温度調節装置は、拘束部材に起因した熱引けを防ぐことができ、かつ全ての電池セルを暖機することができる。

上記の電池温度調節装置の他の一態様では、前記暖機手段は、前記加熱部による暖機をした場合の燃料消費量の予測値が、前記加熱部による暖機に起因して改善する燃料消費量の予測値より小さい場合に、前記エネルギー効率がよいと判断する。この態様では、暖機手段は、燃費を基準として上述のエネルギー効率を比較する。これにより、暖機手段は、加熱部による暖機をした場合としない場合とのいずれが、エネルギー効率が良いかを判定することができる。

上記の電池温度調節装置の他の一態様では、前記暖機手段は、前記加熱部による暖機をした場合の消費電力の予測値が、前記加熱部による暖機に起因して改善する消費電力の予測値より小さい場合に、前記エネルギー効率がよいと判断する。この態様では、暖機手段は、消費電力を基準として上述のエネルギー効率を比較する。これによっても、暖機手段は、加熱部による暖機をした場合としない場合とのいずれが、エネルギー効率が良いかを判定することができる。

上記の電池温度調節装置の他の一態様では、前記加熱部と当該加熱部に隣接する拘束部材との間に設けられた断熱材をさらに備える。これにより、加熱部で発生した熱が拘束部材によって奪われない。従って、電池温度調節装置は、加熱部により、電池セルを効率よく暖機することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。

[第１実施形態]
まず、本発明の第１実施形態について説明する。

（全体構成）
図１は、第１実施形態に係る電池温度調節装置１００の概略構成図を示す。なお、図中の実線矢印は空気の流れを示し、破線矢印は信号の入出力を示している。

電池温度調節装置１００は、主に、吸入通路１と、ブロア２と、電池３と、電池温度センサ４と、収納ケース５と、排気通路６と、キャビン温度センサ７と、ＥＣＵ１０と、を備える。電池温度調節装置１００は、例えば、ハイブリッド車両（ＨＶ車）や電気自動車（ＥＶ車）などに搭載される。

ブロア２は、キャビン（車室）の空気を吸入通路１から吸入して、当該空気を電池３に対して送風可能に構成されている。ブロア２は、ＥＣＵ１０から供給される制御信号Ｓ１によって動作などが制御される。電池３は、二次電池などで構成され、車両内の構成要素における電源として機能する。電池３は、後述するように、直列接続された複数の電池セルからなる。電池温度センサ４は、電池３の温度（以後、「電池温度Ｔｂ」と呼ぶ。）を検出可能に構成されたセンサであり、検出した電池温度に対応する検出信号Ｓ２をＥＣＵ１０に供給する。電池温度センサ４は、例えば、電池温度Ｔｂとして、各電池セルの温度を検出する。この場合、例えば、各電池セルごとにセンサが設置される。

収納ケース５は、電池３を収納するためのケースである。収納ケース５は、吸入通路１と、排気通路６とに接続する。吸入通路１上には、ブロア２が設置されている。吸入通路１は、ブロア２の駆動により発生した風（以後、「ブロア風」と呼ぶ。）を収納ケース５内に送る。排気通路６は、電池３を暖機または冷却したブロア風を収納ケース５外へ排出する。

キャビン温度センサ５は、キャビンの空気の温度（以下、単に「キャビン温度Ｔｃ」と呼ぶ。）を検出可能に構成されたセンサであり、検出したキャビン温度に対応する検出信号Ｓ３をＥＣＵ１０に供給する。

ＥＣＵ１０は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを備えて構成され、主に、キャビンの空気を電池３に送風することで電池３の暖機が行われるように、ブロア２に対して制御を行う（即ち、ブロア２に対して制御信号Ｓ１を供給する）。この場合、ＥＣＵ１０は、一例として、電池温度センサ４から供給される検出信号Ｓ２及びキャビン温度センサ７から供給される検出信号Ｓ３に基づいて、ブロア２を駆動させる。従って、ＥＣＵ１０は、本発明における第１の加熱手段の一例である。また、後述するように、ＥＣＵ１０は、収納ケース内に配置されたヒータを駆動し、特定の電池セルを暖機する。従って、ＥＣＵ１０は、本発明における第２の加熱手段の一例である。

（収納ケース内の構成）
次に、収納ケース５内の構成について具体的に説明する。図２は、収納ケース５内の構成を示した図の一例である。図２に示すように、収納ケース５内には、電池セル３ａ乃至３ｋと、拘束プレート１２ｘ、１２ｙと、ヒータ２０ｘ、２０ｙと、が存在する。矢印は空気の流れを示す。

電池３は、電池セル３ａ乃至３ｋからなる。電池セル３ａ乃至３ｋは、直列接続されており、収納ケース５内にブロア風が吸入通路１から流入する向きと交差する向きに所定の間隔で並べられている。具体的には、電池セルが並ぶ方向と、ブロア風の風向き（流動方向）とは垂直である。以後、電池セルのうち、両端に配列された電池セル（ここでは、電池セル３ａ、３ｋ）を、「端セル」と呼ぶ。

電池セル３ａ乃至３ｋの間には、空気が流通可能な流路９ａｂ乃至９ｊｋが形成される。例えば、電池セル３ａと電池セル３ｂとの間には、流路９ａｂが形成され、電池セル３ｂと電池セル３ｃとの間には流路９ｂｃが形成される。

拘束プレート１２ｘ、１２ｙは、電池セル３ａ乃至３ｋの位置を固定する部材である。拘束プレート１２ｘ、１２ｙは、収納ケース５内で固定されている。拘束プレート１２ｘは、ヒータ２０ｘを介して端セル３ａに隣接する。即ち、拘束プレート１２ｘは、電池セル３ａ乃至３ｋのうち、端セル３ａと最も近い位置に存在する。拘束プレート１２ｙは、ヒータ２０ｙを介して端セル３ｋと隣接する。拘束プレート１２ｘと拘束プレート１２ｙとは、図２に図示しない金属性のバンド等により電池３及びヒータ２０ｘ、２０ｙを挟みこむように固定する。この形態の具体例について図３を用いて説明する。図３は、収納ケース５内を、図２の矢印９０の方向から見た斜視図の一例である。図３に示すように、電池セル３ａ乃至３ｋは、２つの拘束プレート１２ｘ、１２ｙの間に挟み込まれるように金属バンド１２ａによって固定されている。言い換えると、金属バンド１２ａは、拘束プレート１２ｘ、１２ｙとヒータ２０ｘ、２０ｙと電池セル３ａ乃至３ｋとを一括りにして縛るように、これらの外周に巻きついている。なお、拘束プレート１２ｘ及び１２ｙは、本発明における拘束部材の一例である。

ヒータ２０ｘ、２０ｙは、熱を発生させることで電池３の暖機を行う。ヒータ２０ｘ、２０ｙは、例えば電気により熱が発生する抵抗加熱ヒータやフィルム状のＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータである。具体的には、ヒータ２０ｘは、拘束プレート１２ｘと端セル３ａとに挟まれる位置に配置され、隣接する端セル３ａを加熱する。ヒータ２０ｙは、拘束プレート１２ｙと電池セル３ｋとに挟まれる位置に配置され、隣接する電池セル３ｋを加熱する。ヒータ２０ｘとヒータ２０ｙは、それぞれＥＣＵ１０と電気的に接続し、ＥＣＵ１０からの制御信号に基づき駆動し、熱を発生させる。ヒータ２０ｘ、２０ｙは、本発明における加熱部の一例である。

（ＥＣＵの暖機制御）
次に、ＥＣＵ１０が行う電池３の暖機制御について説明する。ＥＣＵ１０の暖機制御は、ブロア２により電池３の暖機を行う場合と、ヒータ２０ｘ、２０ｙにより電池３の暖機を行う場合の２通り存在する。

まず、ブロア２を用いた電池３の暖機制御について説明する。ＥＣＵ１０は、例えば、電池温度センサ４から電池温度Ｔｂを検出し、電池３が所定の目標温度（以後、「暖機目標温度Ｔｏ」と呼ぶ。）に達しているか否か、即ち、電池３を暖機する必要があるか否か判定するとともに、キャビン温度センサ７からキャビン温度Ｔｃを検出し、キャビンの空気により電池３を暖機可能か否か判定する。暖機目標温度Ｔｏは、例えば、電池３の入出力性能が最大付近となる電池セルの温度にする。そして、電池３を暖機する必要があると判断し、かつ、例えばキャビン温度Ｔｃが電池温度Ｔｂより高く、キャビンの空気により電池３を暖機可能と判断した場合、ＥＣＵ１０は、ブロア２に対し制御信号Ｓ１を送信し、ブロア２を駆動させる。これにより、ブロア２のプロペラが回転し、吸入通路１から排気通路６へのブロア風が発生する。また、吸入通路１はキャビンと接続しているため、ＥＣＵ１０は、エアコンなどにより暖機されたキャビンの空気をブロア風として収納プレート５内へ送ることができる。そして、ブロア風は、流路９ａｂ乃至流路９ｊｋを通過する過程で、電池セル３ａ乃至３ｋと接触し、電池セル３ａ乃至３ｋを加熱する。従って、ＥＣＵ１０は、ブロア２を駆動させることにより、電池セル３ａ乃至３ｋを暖機することができる。

次に、ヒータ２０ｘ、２０ｙを用いた電池３の暖機制御について説明する。ＥＣＵ１０は、例えば、電池温度センサ４から電池温度Ｔｂを検出し、電池３が暖機目標温度Ｔｏに達しているか否か判定する。このとき、ＥＣＵ１０は、電池温度Ｔｂとして、端セル３ａ、３ｋの温度を用いるのが好ましい。そして、ＥＣＵ１０は、電池温度Ｔｂが暖機目標温度Ｔｏに達していない場合、ＥＣＵ１０は、ヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動させて電池３を暖機させた場合と、ヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動させない場合とのどちらがエネルギー効率がよいか判断する。この判断方法については後述する。そして、ＥＣＵ１０は、ヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動させて電池３を暖機した方がエネルギー効率がよいと判断した場合、ＥＣＵ１０は、ヒータ２０ｘとヒータ２０ｙとに対しそれぞれ制御信号を送信し、ヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動させる。これにより、ヒータ２０ｘに発生した熱で端セル３ａが暖機され、ヒータ２０ｙに発生した熱で端セル３ｋが暖機される。また、ヒータ２０ｘとヒータ２０ｙの熱で収納ケース５内の空気が暖機され、間接的に他の電池セル３ｂ乃至３ｊも暖機される。

ここで、ヒータ２０ｘ、２０ｙを用いて電池３を暖機することの効果について補足する。電池セル３ａ乃至３ｋのうち拘束プレート１２ｘに最も近い端セル３ａは、拘束プレート１２ｘに熱を奪われやすい。同様に、電池セル３ａ乃至３ｋのうち拘束プレート１２ｙに最も近い端セル３ｋは、拘束プレート１２ｙに熱を奪われやすい。これに対し、ヒータ２０ｘは、拘束プレート１２ｘと端セル３ａとの間に介在することで、拘束プレート１２ｘと端セル３ａが密着するのを防いでいる。さらに、ヒータ２０ｘは、駆動することで熱を発生し、端セル３ａを加熱する。これにより、電池温度調節装置１００は、端セル３ａの拘束プレート１２ｘによる熱引けを抑制し、かつ端セル３ａを暖機することができる。同様に、ヒータ２０ｙは、拘束プレート１２ｙと電池セル３ｋとが密着するのを防ぐとともに、熱を発生させることにより電池セル３ｋを加熱する。これにより、電池温度調節装置１００は、端セル３ｋの拘束プレート１２ｙによる熱引けを抑制し、かつ端セル３ｋを暖機することができる。従って、以上のようにヒータ２０ｘ、２０ｙを設置することで、電池温度調節装置１００は、特に低温な端セル３ａ、３ｂをヒータ２０ｘ、２０ｙにより暖機することができる。

ここで、ヒータ２０ｘ、２０ｙを用いて電池３を暖機することの効果についてデータを用いてさらに補足する。図４は、配列順に番号付けされた２８個の電池セルに対する電池セルの番号（セル番号）と電池セルの温度（セル温度）との関係を示す。図４において、実線７０ｘは、拘束プレートと端セルとの間にヒータを設置していない場合（以後、「比較例」と呼ぶ。）におけるセル番号とセル温度との関係（グラフ）を示し、破線７０ｙは、本実施形態と同様にヒータを拘束プレートと端セルとの間に介在させた場合におけるセル番号とセル温度とのグラフを示す。なお、図４では、セル番号１とセル番号２８とが端セルに該当する。図４に示すように、比較例では、セル番号１乃至３の電池セルやセル番号２６乃至２８の電池セルなどの両端付近の電池セルの昇温は、中央付近の他の電池セルの昇温に比べ遅い。特に、端セルは、拘束プレートによる熱引け等に起因して温度が最も低くなっている。これに対し、本実施形態と同様にヒータを拘束プレートと端セルとの間に介在させた場合、破線７０ｘに示すように、両端付近の電池セルの温度は、中央付近の電池セルの温度とほぼ同じである。一般的に、直列接続された電池セルの低温時での入出力性能（充電及び放電の性能）は、各電池セルの温度のうちの最低温度（以後、「電池セルの最低温度」と呼ぶ。）に影響を受ける。従って、電池温度調節装置１００は、ヒータ２０ｘ、２０ｙを設置することで、電池セルの最低温度を効率的に昇温させ、電池セルの入出力性能を向上させることができる。

次に、ＥＣＵ１０がヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動するか否かの判断方法について詳細する。上述したように、電池温度調節装置１００は、電池セルの最低温度が低い場合、ヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動させることで、電池３を暖機し、電池セルの最低温度を昇温させることができる。その結果、電池３の入出力性能が向上するため、電池温度調節装置１００を搭載する車両（以後、「搭載車両」と呼ぶ。）は、例えばハイブリッド車両であればＥＶ走行がより長い時間できたり、回生エネルギーを増やすことができる。結果として、搭載車両は、燃料消費量を抑えて燃費を向上させることができる。以後、ヒータ２０ｘ、２０ｙにより電池３を暖機することで、即ち電池３の入出力性能を向上させることで抑制される所定時間あたりの燃料消費量（燃費）を、以後「第１の燃料」と呼ぶ。

一方、電池温度調節装置１００は、ヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動させる場合に電力を消費する。言い換えると、搭載車両は、ヒータ２０ｘ、２０ｙに電力を消費することに起因して、その分ＥＶ走行を行う距離が減るなどにより、間接的に燃料消費量が増える。以後、ヒータ２０ｘ、２０ｙが電池３の暖機に費やす消費電力の燃料相当分を、「第２の燃料」と呼ぶ。

そこで、ＥＣＵ１０は、ヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動させるか否かを判断するにあたり、第１の燃料の予測値（以後、「第１の予測値」と呼ぶ。）と、第２の燃料の予測値（以後、「第２の予測値」と呼ぶ。）とを算出する。ここで、第１及び第２の予測値の算出方法の一例を説明する。まず、第１の予測値の算出方法の一例を説明する。例えば、電池セルが低温状態の搭載車両を走行させた場合の燃費（以後、単に「低温時の燃費」と呼ぶ。）と、電池温度Ｔｂを暖機目標温度Ｔｏ以上にして電池３を暖機した上で搭載車両を走行させた場合の燃費（以後、「暖機時の燃費」と呼ぶ。）と、を実験等により予め求めておく。低温時の燃費は、例えば、想定される電池セルの最低温度ごとに求めておく。そして、ＥＣＵ１０は、低温時の燃費と暖機時の燃費との情報をメモリに予め保存しておく。そして、ＥＣＵ１０は、ヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動させるか否かの判断時において、暖機時の燃費と電池セルの最低温度に対応する低温時の燃費とをメモリから抽出し、その差分値を第１の予測値とする。

次に、第２の予測値の算出方法の一例を説明する。まず、ヒータ２０ｘ、２０ｙにより、低温状態の電池セルを暖機目標温度Ｔｏまで暖機するのに費やす消費電力を実験または理論的に予め求める。この消費電力は、想定される電池セルの最低温度ごとに求めておく。そして、求めた消費電力を理論的にまたは実験により燃料相当分に換算し、ＥＣＵ１０は、燃料相当分をメモリに予め保持しておく。そして、ＥＣＵ１０は、ヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動させるか否かの判断時において、電池セルの最低温度に対応する燃料相当分の値をメモリから検出し、それを第２の予測値とする。

そして、ＥＣＵ１０は、第１の予測値と第２の予測値とを比較し、第１の予測値が第２の予測値よりも大きければ、ヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動させる。これにより、ＥＣＵ１０は、搭載車両のエネルギー効率を向上させることができる。即ち、ヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動することで消費する第２の燃料よりも、電池３を暖機することにより改善する第１の燃料が大きい場合、ヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動させた方が、搭載車両のエネルギー効率がよくなる。従って、ＥＣＵ１０は、搭載車両全体のエネルギー効率を考慮し、第１の予測値が第２の予測値より大きい場合、ヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動させる。

一方、ＥＣＵ１０は、第１の予測値が第２の予測値以下の場合には、ヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動させない。これにより、ＥＣＵ１０は、ヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動させることによるエネルギー効率の悪化を防ぐ。即ち、電池３を暖機することにより改善する第１の燃料がヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動することで消費する第２の燃料以下の場合、ＥＣＵ１０は、ヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動させても、燃費を向上させることはできず、エネルギー効率が向上しない、または悪化する。従って、ＥＣＵ１０は、第１の予測値が第２の予測値と同じか小さい場合、燃費を考慮し、ヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動させない。

なお、上述の説明では、ＥＣＵ１０は、エネルギー効率を比較する基準として燃料（燃費）を用いていたが、これに限らず、例えば燃費に代えて電力を用いてもよい。この場合、ＥＣＵ１０は、電池３の入出力性能を向上させることで抑制される電力の予測値を第１の予測値とし、電池３を暖機するのに要するヒータ２０ｘ、２０ｙの消費電力の予測値を第２の予測値としてそれぞれ求める。これらの電力の予測値は、燃費の予測値と同様に、電池セルの最低温度ごとに実験的に求めておく。そして、ＥＣＵ１０は、これらの電力の予測値の大小を判定することにより、エネルギー効率を比較する。その他、ＥＣＵ１０は、エネルギー効率の基準となる尺度に統一して第１及び第２の予測値を算出してもよい。いずれを単位として第１及び第２の予測値を算出した場合であっても、ＥＣＵ１０は、エネルギー効率が向上すると判断した場合に、即ち、第１の予測値が第２の予測値よりも大きい場合に、ヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動させる。

（処理フロー）
次に、フローチャートを用いて第１実施形態に係る処理の手順について説明する。図５は、ＥＣＵ１０が行う制御の処理手順を表すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ１０によって所定の間隔に従い繰り返し実行される。なお、以後において、ＥＣＵ１０がブロア２を駆動させる、または駆動状態を継続させることを「ブロア２をＯＮにする」と表現し、ＥＣＵ１０がブロア２を停止させる、または停止状態を継続させることを「ブロア２をＯＦＦにする」と表現する。同様に、ＥＣＵ１０がヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動させる、または駆動状態を継続させることを「ヒータ２０ｘ、２０ｙをＯＮにする」と表現し、ＥＣＵ１０がヒータ２０ｘ、２０ｙを停止させる、または停止状態を継続させることを「ヒータ２０ｘ、２０ｙをＯＦＦにする」と表現する。

まず、ＥＣＵ１０は、電池温度Ｔｂ及びキャビン温度Ｔｃを取得する（ステップＳ１）。具体的には、ＥＣＵ１０は、電池温度センサ４から送信される検出信号Ｓ２に基づき電池温度Ｔｂを取得し、キャビン温度センサ７から送信される検出信号Ｓ３に基づきキャビン温度Ｔｃを取得する。ＥＣＵ１０は、電池温度Ｔｂとして、例えば、電池セルの最低温度を用いる。

次に、ＥＣＵ１０は、電池温度Ｔｂがキャビン温度Ｔｃよりも小さいか否か判断する（ステップＳ２）。そして、電池温度Ｔｂがキャビン温度Ｔｃ以上であると判定した場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、ブロア２をＯＦＦにし、ヒータ２０ｘ、２０ｙをＯＦＦにする（ステップＳ３）。電池温度Ｔｂがキャビン温度Ｔｃ以上の場合、ＥＣＵ１０は、ブロア２を駆動させてブロア風を収納ケース５内に送っても、ブロア風によって電池３を暖機することはできない。また、キャビン温度Ｔｃが電池温度Ｔｂ以上の場合、ＥＣＵ１０は、電池３が暖機目標温度Ｔｏに十分に達しているとみなす。従って、ＥＣＵ１０は、ステップＳ３に示すように、ブロア２及びヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動しない。

一方、電池温度Ｔｂがキャビン温度Ｔｃよりも小さい場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、次に電池温度Ｔｂが暖機目標温度Ｔｏよりも小さいか否か判定する（ステップＳ４）。そして、電池温度Ｔｂが暖機目標温度Ｔｏ以上の場合（ステップＳ４；Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、電池３が十分に暖機されており、電池３を加熱する必要がないと判断し、ブロア２をＯＦＦにし、ヒータ２０ｘ、２０ｙをＯＦＦにする（ステップＳ３）。

次に、ＥＣＵ１０は、ブロア２をＯＮにする許可があるか否か判断する（ステップＳ５）。例えば、ＥＣＵ１０は、メモリ等に保存されたフラグ等を参照し、暖機以外の処理等に起因してブロア２の駆動が禁止されていないか否か判断する。そして、ブロア２をＯＮにする許可がないと判断した場合（ステップＳ５；Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、ブロア２をＯＦＦにするとともに、ヒータ２０ｘ、２０ｙをＯＦＦにする（ステップＳ３）。

一方、ブロア２をＯＮにする許可があると判断した場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、第１の予測値及び第２の予測値をそれぞれ算出する（ステップＳ６）。第１の予測値と第２の予測値との算出方法の一例は、上述した通り、電池温度Ｔｂに基づき電池温度Ｔｂと燃費とのマップをメモリから参照することで算出する。

そして、ＥＣＵ１０は、第１の予測値が第２の予測値よりも大きいか否か判定する（ステップＳ７）。そして、第１の予測値が第２の予測値よりも大きい場合（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、ブロア２をＯＮにするとともに、ヒータ２０ｘ、２０ｙをＯＮにする（ステップＳ８）。即ち、ＥＣＵ１０は、電池温度Ｔｂがキャビン温度Ｔｃ及び暖機目標温度Ｔｏより小さく、かつブロア２をＯＮにする許可があることから、ブロア２をＯＮにする。さらに、ＥＣＵ１０は、第１の予測値が第２の予測値よりも大きいことから、ヒータ２０ｘ、２０ｙさせた方が、ヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動させない場合よりもエネルギー効率が向上すると判断し、ヒータ２０ｘ、２０ｙをＯＮにする。これにより、ＥＣＵ１０は、電池３を暖機し、電池３の入出力性能を向上させ、結果として搭載車両の燃費を向上させることができる。

一方、第１の予測値が第２の予測値以下の場合（ステップＳ７；Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、ブロア２のみをＯＮにし、ヒータ２０ｘ、２０ｙをＯＦＦにする（ステップＳ９）。即ち、この場合、ＥＣＵ１０は、電池温度Ｔｂがキャビン温度Ｔｃ及び暖機目標温度Ｔｏより小さく、かつブロア２をＯＮにする許可があることから、ブロア２をＯＮにする。一方、ＥＣＵ１０は、ヒータ２０ｘ、２０ｙを駆動させることで、却って搭載車両の燃費が悪化すると判断し、ヒータ２０ｘ、２０ｙについては駆動させない。従って、この場合、電池温度調節装置１００は、キャビンの空気を利用して、ブロア風を収納ケース５内に流すことで、電池３の暖機を実行する。これにより、電池温度調節装置１００は、ヒータ２０ｘ、２０ｙの駆動に起因した搭載車両の燃費の悪化を防ぐことができる。

なお、ステップＳ２において、電池温度Ｔｂがキャビン温度Ｔｃ以上と判断した場合、ＥＣＵ１０は、ブロア２をＯＦＦにし、ヒータ２０ｘ、２０ｙをＯＦＦにした。しかし、これに代えて、ＥＣＵ１０は、電池温度Ｔｂがキャビン温度Ｔｃ以上と判断した場合であっても、電池温度Ｔｂが暖機目標温度Ｔｏより小さければ、ヒータ２０ｘ、２０ｙをＯＮにしてもよい。同様に、ステップＳ５において、ブロア２をＯＮにする許可がないと判断した場合であっても、ＥＣＵ１０は、ヒータ２０ｘ、２０ｙをＯＮにしてもよい。これにより、ＥＣＵ１０は、端セル３ａ、３ｋをヒータ２０ｘ、２０ｙで加熱できる。また、収納ケース５内の空気がヒータ２０ｘ、２０ｙにより加熱されることで、間接的に端セル３ａ、３ｋ以外の電池セルも加熱される。ただし、この場合であっても、ＥＣＵ１０は、第１及び第２の予測値を算出し、第１の予測値が第２の予測値よりも大きいと判断したときのみヒータ２０ｘ、２０ｙをＯＮにするのが好ましい。

（変形例）
上述の実施形態では、電池温度調節装置１００は、キャビンの空気を利用してブロア２により電池３を暖機する風を生成していた。しかし、本発明が適用可能な構成はこれに限らず、これに代わり、電池温度調節装置１００は、液体などの流体により電池３を暖機してもよい。この場合、ブロア２の代わりにポンプ等が設置される。なお、この変形例は、以後の実施形態においても適用可能である。

[第２実施形態]
上述の実施形態では、拘束プレート１２ｘ、１２ｙは、端セル３ａ、３ｋに隣接し、電池セルが並ぶ方向から電池３を挟み込むように固定していた。しかし、本発明が適用可能な電池温度調節装置１００の構成はこれに限定されず、これに代えて、またはこれに加えて、拘束プレートは、端セル３ａ、３ｋ以外の電池セルに隣接していてもよい。この場合であっても、電池温度調節装置１００は、拘束プレートと、それに隣在する電池セルとの間にヒータを介在させることで、拘束プレートに起因した電池３の熱引けを防止する。

図６（ａ）は、拘束プレートが電池セルの両端と中央に設置された場合における収納ケース５内の上面図の一例を示す。図６（ａ）では、拘束プレート１２ｘは、端セル３ａと収納ケース５の内壁との間に設置され、ヒータ２０ｘを介して端セル３ａと隣在する。拘束プレート１２ｙは、端セル３ｋと収納ケース５の内壁との間に設置され、ヒータ２０ｙを介して端セル３ｋと隣接する。そして、拘束プレート１２ｚは、中央付近に配置された電池セル３ｅと電池セル３ｆとの間に設置され、ヒータ２０ｖを介して電池セル３ｅと隣在するとともに、ヒータ２０ｗを介して電池セル３ｆと隣接する。

このように、ヒータ２０ｘ、２０ｙ、２０ｖ、２０ｗを夫々設置することで、電池温度調節装置１００は、拘束プレート１２ｘ乃至１２ｚに起因した電池セルの熱引けを防ぐことができる。即ち、ヒータ２０ｘ、２０ｙ、２０ｖ、２０ｗは、拘束プレート１２ｘ乃至１２ｚとこれに隣接する電池セル３ｅ、３ｆとが密着するのを防いでいる。さらに、ＥＣＵ１０の制御に基づき駆動することで、ヒータ２０ｘ、２０ｙ、２０ｖ、２０ｗは、電池セル３ｅ、３ｆを加熱することができる。以上のように、拘束プレート１２ｚが電池セル間にさらに設置された場合であっても、電池温度調節装置１００は、拘束プレート１２ｚに起因した熱引けを防ぐことができる。

図６（ｂ）は、電池３を四方から囲むように拘束プレートが設置された場合における収納ケース５内の上面図の一例を示す。図６（ｂ）では、拘束プレート１２ｘ、１２ｙは、図６（ａ）に示す拘束プレート１２ｘ、１２ｙと同一位置に配置されている。拘束プレート１２ｘｘは、電池３と排気通路６との間に設置され、排気通路６と対向する電池セル３ｅ、３ｆの側面に沿うように設置される。拘束プレート１２ｙｙは、電池３と吸入通路１との間に設置され、吸入通路１と対向する電池セル３ｅ、３ｆの側面に沿うように設置される。即ち、拘束プレート１２ｘｘと拘束プレート１２ｙｙとは、電池セル３ａ乃至３ｋが並ぶ方向と垂直方向から電池セル３ｅ、３ｆを挟む位置に配置されている。ヒータ２０ｘｘは、拘束プレート１２ｘｘと電池セル３ｅ、３ｆとの間に設置されている。ヒータ２０ｙｙは、拘束プレート１２ｙｙと電池セル３ｅ、３ｆとの間に設置されている。

このように、ヒータ２０ｘ、２０ｙ、２０ｘｘ、２０ｙｙを夫々設置することで、電池温度調節装置１００は、拘束プレート１２ｘ、１２ｙ、１２ｘｘ、１２ｙｙに起因した電池セルの熱引けを防ぐことができる。即ち、ヒータ２０ｘ、２０ｙ、２０ｘｘ、２０ｙｙは、拘束プレート１２ｘ、１２ｙ、１２ｘｘ、１２ｙｙとこれに隣接する電池セル３ｅ、３ｆとが密着するのを防いでいる。さらに、ＥＣＵ１０の制御に基づき駆動することで、ヒータ２０ｘ、２０ｙ、２０ｖ、２０ｗは、これらに隣接する電池セル３ｅ、３ｆを加熱することができる。以上のように、電池３を囲むように拘束プレート１２ｘ、１２ｙ、１２ｘｘ、１２ｙｙが設置された場合であっても、電池温度調節装置１００は、拘束プレート１２ｘ、１２ｙ、１２ｘｘ、１２ｙｙに起因した熱引けを防ぐことができる。

なお、第２実施形態に係るＥＣＵ１０の制御は、図５に示すフローチャートと同一であるため省略する。

[第３実施形態]
上述の実施形態では、電池温度調節装置１００は、拘束プレートと電池セルとの間にヒータを設置し、当該ヒータを駆動させることで、拘束プレートに起因する熱引けを防止していた。一方、本実施形態では、ヒータに代えて断熱材を拘束プレートと電池セルとの間に介在させることによって、電池温度調節装置１００は、拘束部材に起因する電池セルの熱引けを防ぐ。

図７（ａ）は、第３実施形態に係る収納ケース５内の上面図の一例である。図７（ａ）に示すように、第３実施形態において、電池温度調節装置１００は、断熱材３０ｘ、３０ｙを備える。断熱材３０ｘは、拘束プレート１２ｘとこれに隣接する電池セル３ａとの間に配置される。断熱材３０ｙは、拘束プレート１２ｙとこれに隣接する電池セル３ｋとの間に配置される。断熱材３０ｘ、３０ｙは、例えば真空断熱材や発泡材である。

電池セル３ａと拘束プレート１２ｘとの間に断熱材３０ｘを介在させることで、電池セル３ａと拘束プレート１２ｘとは密着しない。また、断熱材３０ｘは、電池セル３ａから拘束プレート１２ｘへの熱の伝導を遮断する。従って、電池温度調節装置１００は、拘束プレート１２ｘに起因した電池セル３ａの熱引けを防ぐことができる。同様に、電池セル３ｋと拘束プレート１２ｙとの間に断熱材３０ｙを介在させることで、電池セル３ｋと拘束プレート１２ｙとは密着しない。また、断熱材３０ｙは、電池セル３ｋから拘束プレート１２ｙへの熱の伝導を遮断する。従って、電池温度調節装置１００は、拘束プレート１２ｙに起因した電池セル３ｋの熱引けを防ぐことができる。

以上のように、第３実施形態に係る電池温度調節装置１００は、ヒータに代えて断熱材を拘束プレートと電池セルとの間にそれぞれ配置することで、電力を使用することなく拘束プレートに起因した電池３の熱引けを防ぐ。なお、第３実施形態は、第２実施形態にも適用することができる。即ち、拘束プレート１２ｘ、１２ｙに代えて、または加えて別個の拘束プレートが設置された場合であっても、電池温度調節装置１００は、拘束プレートとこれに隣接する電池セルとの間に、断熱材が設置される。

[第４実施形態]
第１乃至第３実施形態では、電池温度調節装置１００は、ヒータまたは断熱材のいずれか一方を電池セルと拘束プレートとの間に介在させることで、拘束プレートに起因した電池セルの熱引けを防止し、電池セルの暖機を実行していた。これに対し、第４実施形態に係る電池温度調節装置１００では、拘束プレートとこれに隣接する電池セルとの間に断熱材を設置し、さらに断熱材と電池セルとの間にヒータを設置する。これにより、電池温度調節装置１００は、ヒータの消費電力を低減しつつ、電池セルを暖機する。

図７（ｂ）は、第４実施形態に係る収納ケース５内の上面図の一例である。図７（ｂ）に示すように、第４実施形態に係る電池温度調節装置１００は、ヒータ２０ｘ、２０ｙと、断熱材３０ｘ、３０ｙと、を備える。ヒータ２０ｘ及び断熱材３０ｘは、拘束プレート１２ｘと拘束プレート１２ｘに隣接する電池セル３ａとの間に設置される。具体的には、ヒータ２０ｘは、断熱材３０ｘと電池セル３ａとに対し、挟まれるようにして隣接する。断熱材３０ｘは、拘束プレート１２ｘとヒータ２０ｘとに対し、挟まれるようにして隣接する。同様にして、ヒータ２０ｙ及び断熱材３０ｙは、拘束プレート１２ｙと拘束プレート１２ｙに隣接する電池セル３ｋとの間に設置される。具体的には、ヒータ２０ｙは、断熱材３０ｙと電池セル３ｋとに対し、挟まれるようにして隣接する。断熱材３０ｙは、拘束プレート１２ｙとヒータ２０ｙとに対し、挟まれるようにして隣接する。

拘束プレート１２ｘとヒータ２０ｘとの間に断熱材３０ｘを介在させることで、拘束プレート１２ｘとヒータ２０ｘとは密着しない。また、断熱材３０ｘは、ヒータ２０ｘから拘束プレート１２ｘへの熱の伝導を遮断する。従って、電池温度調節装置１００は、ヒータ２０ｘで発生する熱が拘束プレート１２ｘに奪われないため、ヒータ２０ｘで発生する熱を効率良く電池セルの暖機に充てることができる。同様に、拘束プレート１２ｙとヒータ２０ｙとの間に断熱材３０ｙを介在させることで、拘束プレート１２ｙとヒータ２０ｙとは密着しない。また、断熱材３０ｙは、ヒータ２０ｙから拘束プレート１２ｙへの熱の伝導を遮断する。従って、電池温度調節装置１００は、ヒータ２０ｙで発生する熱が拘束プレート１２ｙに奪われないため、ヒータ２０ｙで発生する熱を効率良く電池セルの暖機に充てることができる。

以上のように、第４実施形態に係る電池温度調節装置１００は、拘束プレートとこれに隣接する電池セルとの間に断熱材を設置し、さらに断熱材と電池セルとの間にヒータを設置することで、ヒータの消費電力を低減することができる。なお、第４実施形態は、第２実施形態にも適用することができる。即ち、拘束プレート１２ｘ、１２ｙに代えて、または加えて別個の拘束プレートが設置された場合であっても、拘束プレートとこれに隣接する電池セルとの間に、断熱材とヒータを設置する。この場合であっても、断熱材は拘束プレートと隣接し、ヒータは電池セルと隣接する。

[第５実施形態]
上述の実施形態では、電池温度調節装置１００は、断熱材またはヒータの少なくとも一方を拘束プレートと電池セルとの間に設置することで、拘束プレートに隣接する電池セルの熱引けを防いだ。これに対し、第５実施形態に係る電池温度調節装置１００は、金属やヒートパイプなどの伝熱体を複数の電池セルと接するように収納ケース５内に設置することで、これらの電池セルの温度を均一化する。これにより、電池温度調節装置１００は、電池セルの最低温度を上昇させる。

図８（ａ）は、全ての電池セルに接するように１つの伝熱体が配置された場合における収納ケース５内の上面図の一例を示す。図８（ａ）では、伝熱体４０が、電池セル３ａ乃至３ｋの全ての上面に接するように、電池セル３ａ乃至３ｋに跨って設置されている。伝熱体４０は、例えば矩形の金属、ヒートパイプ等であり、電池セルの熱を他の電池セルへ伝導可能な伝熱体である。

図８（ａ）では、電池セル３ａ乃至３ｋは互いに伝熱体４０を介して熱交換を行う。これについて説明する。伝熱体４０は、全ての電池セル３ａ乃至３ｋと接している。従って、高温な電池セルの熱は、伝熱体４０を介して低温な電池セルへ奪われる。また、上述したように、電池セルの温度は、中央側に配列された電池セルほど高温になる。特に、電池セル３ａ及び３ｋは、拘束プレート２０ｘまたは２０ｙに隣接するため、熱引けが生じ、低温になる。しかし、伝熱体４０が設置されることで、中央側に配置された電池セル３ｅ乃至３ｇ等の熱が伝熱体４０を介して端に配置された電池セル３ａ、３ｋ等に分配される。その結果、電池セル３ａ乃至３ｋの各温度は均一化される。従って、図８（ａ）において、電池温度調節装置１００は、電池セルの最低温度を上昇させることができる。

図８（ｂ）は、２つの伝熱体が配置された場合における収納ケース５内の上面図の一例を示す。図８（ｂ）において、２つの伝熱体４０ｘ、４０ｘが収納ケース５内に設置されている。伝熱体４０ｘは、電池セル３ａ乃至３ｅの全ての上面と接するように、電池セル３ａ乃至３ｅに跨って設置されている。同様に、伝熱体４０ｙは、電池セル３ｆ乃至３ｋの全ての上面と接するように、電池セル３ｆ乃至３ｋに跨って設置されている。

図８（ｂ）では、電池セル３ａ乃至３ｅは伝熱体４０ｘを介して互いに熱交換を行い、電池セル３ｆ乃至３ｋは伝熱体４０ｙを介して互いに熱交換を行う。これについて詳細する。伝熱体４０ｘは、電池セル３ａ乃至３ｅの全てと接している。従って、中央側の高温な電池セル３ｅ、３ｄ等の熱が、伝熱体４０ｘを通じて端付近に配置された低温な電池セル３ａ、３ｂに伝導する。その結果、電池セル３ａ乃至３ｅの温度が均一化される。同様に、伝熱体４０ｙは、電池セル３ｆ乃至３ｋの全てと接している。従って、中央側の高温な電池セル３ｆ、３ｇ等の熱が、伝熱体４０ｙを通じて端付近に配置された低温な電池セル３ｊ、３ｋに伝導する。その結果、電池セル３ｆ乃至３ｋの温度が均一化される。従って、図８（ｂ）において、電池温度調節装置１００は、電池セルの最低温度を上昇させることができる。

次に、本実施形態における効果について補足する。図９は、配列順に番号付けされた２８個の電池セルに対する電池セルの番号（セル番号）と電池セルの温度（セル温度）との関係を示す。図９において、実線７１ｘは、本実施形態において伝熱体４０を設置する前の各セル番号に対応するセル温度を示し、破線７１ｙは、伝熱体４０を設置後４０分経過したときの各セル番号に対応するセル温度を示す。実線７１ｘに示すように、伝熱体４０が設置されていない状態では、両端部の電池セルの温度は、中央部の電池セルの温度よりも低い。これに対し、破線７１ｙに示すように、伝熱体４０を設置した場合、中央部の電池セルの温度が下がる一方、両端付近に配置された電池セルの温度は上昇する。その結果、電池セルの最低温度は上昇している。

以上のように、端付近に配置された電池セルと中央付近に配置された電池セルとに接する伝導体を設けることで、電池温度調節装置１００は、高温な電池セルの熱を利用して低温な電池セルの温度を上昇させることができる。その結果、電池温度調節装置１００は、電池セルの最低温度を昇温させることができる。

電池温度調節装置の概略構成を示す図である。 第１実施形態に係る電池温度調節装置の収納ケース内の上面図の一例である。 拘束プレート及び電池セル部分の斜視図の一例である。 電池セルの配列番号とそれに対応するセル温度との関係を示すグラフである。 ヒータの駆動制御及びブロアの駆動制御の流れを示すフローチャートの一例である。 第２実施形態に係る電池温度調節装置の収納ケース内の上面図の一例である。 第３及び第４実施形態に係る電池温度調節装置の収納ケース内の上面図の一例である。 第５実施形態に係る電池温度調節装置の収納ケース内の構成の一例を示す図である。 第６実施形態における電池セルの配列番号とそれに対応するセル温度との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 吸入通路
２ ブロア
３ 電池
４ 電池温度センサ
５ 収納ケース
６ 排気通路
７ キャビン温度センサ
１２ｘ、１２ｙ、１２ｚ、１２ｘｘ、１２ｙｙ 拘束プレート
２０ｘ、２０ｙ、２０ｘｘ、２０ｙｙ ヒータ
３０ｘ、３０ｙ 断熱材
４０ 伝熱体

Claims (5)

1. 収納ケースと、
   前記収納ケース内に並べられた複数の電池セルと、
   前記電池セルを前記収納ケース内に固定する拘束部材と、
   前記拘束部材と当該拘束部材に隣接する電池セルとの間に設けられた加熱部と、
   前記加熱部を駆動させる暖機手段と、
   を備え、
   前記暖機手段は、前記加熱部による暖機をした場合の方が、前記加熱部による暖機をしない場合よりもエネルギー効率がよいときに、前記加熱部を駆動させることを特徴とする電池温度調節装置。
2. 前記暖機手段は、前記収納ケース内に温度調節媒体を流入させる請求項１に記載の電池温度調節装置。
3. 前記暖機手段は、前記加熱部による暖機をした場合の燃費の予測値が、前記加熱部による暖機に起因して改善する燃費の予測値より小さい場合に、前記エネルギー効率がよいと判断する請求項１または２に記載の電池温度調節装置。
4. 前記暖機手段は、前記加熱部による暖機をした場合の消費電力の予測値が、前記加熱部による暖機に起因して改善する消費電力の予測値より小さい場合に、前記エネルギー効率がよいと判断する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電池温度調節装置。
5. 前記加熱部と当該加熱部に隣接する拘束部材との間に設けられた断熱材をさらに備える請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電池温度調節装置。

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