JP7306849B2 - 車載用バッテリ調温装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車載用バッテリ調温装置に関し、特に、複数の熱源によりバッテリを昇温する車載用バッテリ調温装置に関する。
従来の昇温機構を有するバッテリ100として、図7および図8に示す構造が知られている。図7(A)は、従来のバッテリ100を説明する斜視図である。図7(B)は、従来のバッテリを説明する断面図であり、図7(A)に示すD-D線方向の断面図である。図8(A)は、従来のバッテリ100のセルスタック101を説明する斜視図である。図8(B)は、従来のバッテリ100のセルスタック101を説明する断面図であり、図8(A)に示すセルスタック101のE-E線方向の断面図である。
図7(A)に示す如く、バッテリ100は、主に、箱型の筐体102と、筐体102の内部に配設される複数のセルスタック101(図7(B)参照)と、筐体102の内部と連通するダクト103と、ダクト103と連結するブロワ104と、を有している。
筐体102の内部には、例えば、5個のセルスタック101が配設され、バッテリ100は、車両に搭載されたPCU(図示せず)にて制御され、車両内に配設されたモータ等に電力を供給する。
図7(B)に示す如く、ブロワ104は、バッテリシステムのBCU(図示せず)にて制御され、セルスタック101を構成するセル105を冷却する際に稼働し、筐体102(図7(A)参照)内へと外部の空気を送風する。そして、実線109は空気の流れを示すが、筐体102内へと送風された空気は、送風路110を流れた後、各セル105間の間隙を流れることで、各セル105を冷却する。
図8(A)に示す如く、個々のセルスタック101は、複数のセル105を含んで構成されている。セル105は、例えば、リチウムイオン電池等の2次電池にて構成されている。そして、各セル105の側面105Aには、長手方向(紙面前後方向)に沿って凹部106が形成されている。凹部106には、空気を整流する複数の凸部107と、伝熱ヒータとしての配線108が形成されている。
配線108は、例えば、銅等の金属線にて形成され、配線108は、電力供給部(図示せず)と接続し、電力が供給されることで発熱し、セル105を外部から昇温させる。図示したように、配線108は、セル105を均等に昇温させるために、側面105Aに対して出来る限り均一に配設されている。
図8(B)に示す如く、セルスタック101では、複数のセル105が隣接して配設され、凹部106は、隣接するセル105間の間隙となり、セルスタック101の長手方向(紙面前後方向)に貫通した冷却風路として用いられる(例えば、特許文献1参照。)。
また、特許文献2の図2およびその説明箇所を参照すると、バッテリを昇温するための熱源として、電気ヒータと潜熱蓄熱材とを併用する車両の二次電池温度調整装置が記載されている。ここでは、潜熱蓄熱材に電池セルが浸漬されており、電池セルの下方に電気ヒータが配設されている。
特開2017-184522号公報 特開2017-216098号公報
しかしながら、特許文献1に記載された発明では、電熱線である配線108が通電されて発熱することで、熱伝導の原理を用いてセル105を昇温するものであったが、電熱線である配線108による昇温には長時間を要する課題があった。また、配線108のみによりセル105を全体的に昇温しようとすれば、配線108によりセル105を囲い込む必要があるため、昇温のためのコストが上昇する恐れもあった。
また、特許文献2に記載された二次電池温度調整装置では、電気ヒータと潜熱蓄熱材とを併用して電池セルを昇温しているため、潜熱蓄熱材により短時間で電池セルを昇温することができる。しかしながら、電気ヒータと潜熱蓄熱材との使い分けは、基本的には電池セルの温度のみに基づいているのみであり、車両の可動条件や電池セルの充放電状況など、電池セルの充放電に密接に関連している条件まで加味するものではなかった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、車両およびバッテリの様々な条件を加味し、流体加熱ヒータと発熱体とを効果的に組み合わせて用いることで、バッテリを効率的に昇温することができる車載用バッテリ調温装置を提供することにある。
本発明は、車両の内部に於いて、複数のバッテリセルから成るバッテリの近傍に配置され、前記バッテリセルを調温する車載用バッテリ調温装置であり、内部を流通する加熱流体と前記バッテリセルとが熱交換することで、前記バッテリセルを昇温する流体加熱ヒータと、通電されて発せられる熱が前記バッテリセルに伝導することで、前記バッテリセルを昇温する発熱体と、前記バッテリの温度に基づいて、前記流体加熱ヒータおよび前記発熱体の動作を制御する演算制御部と、を具備し、前記演算制御部は、前記バッテリが充電されていない場合は、前記発熱体により前記バッテリセルを昇温することを特徴とする。
本発明は、車両の内部に於いて、複数のバッテリセルから成るバッテリの近傍に配置され、前記バッテリセルを調温する車載用バッテリ調温装置であり、内部を流通する加熱流体と前記バッテリセルとが熱交換することで、前記バッテリセルを昇温する流体加熱ヒータと、通電されて発せられる熱が前記バッテリセルに伝導することで、前記バッテリセルを昇温する発熱体と、前記バッテリの温度に基づいて、前記流体加熱ヒータおよび前記発熱体の動作を制御する演算制御部と、を具備し、前記演算制御部は、前記バッテリと外部との温度差が一定以上となれば、前記流体加熱ヒータまたは前記発熱体により、前記バッテリを昇温することを特徴とする車載用バッテリ調温装置。
本発明の車載用バッテリ調温装置では、前記流体加熱ヒータは、前記車両に配設されたエンジンを冷却する流体が流通することを特徴とする。
本発明は、車両の内部に於いて、複数のバッテリセルから成るバッテリの近傍に配置され、前記バッテリセルを調温する車載用バッテリ調温装置であり、内部を流通する加熱流体と前記バッテリセルとが熱交換することで、前記バッテリセルを昇温する流体加熱ヒータと、通電されて発せられる熱が前記バッテリセルに伝導することで、前記バッテリセルを昇温する発熱体と、前記バッテリの温度に基づいて、前記流体加熱ヒータおよび前記発熱体の動作を制御する演算制御部と、を具備し、前記演算制御部は、前記バッテリが充電されている時には、車室内空調装置を運転せず、前記流体加熱ヒータのみを用いて前記バッテリを充電することを特徴とする。
本発明は、車両の内部に於いて、複数のバッテリセルから成るバッテリの近傍に配置され、前記バッテリセルを調温する車載用バッテリ調温装置であり、内部を流通する加熱流体と前記バッテリセルとが熱交換することで、前記バッテリセルを昇温する流体加熱ヒータと、通電されて発せられる熱が前記バッテリセルに伝導することで、前記バッテリセルを昇温する発熱体と、前記バッテリの温度に基づいて、前記流体加熱ヒータおよび前記発熱体の動作を制御する演算制御部と、を具備し、前記演算制御部は、前記バッテリが充電されており、且つ、車室内空調装置が運転されており、前記バッテリの温度が、前記バッテリの出力が制限される温度帯域であれば、前記発熱体および前記流体加熱ヒータの両方で、前記バッテリを昇温することを特徴とする。
本発明は、車両の内部に於いて、複数のバッテリセルから成るバッテリの近傍に配置され、前記バッテリセルを調温する車載用バッテリ調温装置であり、内部を流通する加熱流体と前記バッテリセルとが熱交換することで、前記バッテリセルを昇温する流体加熱ヒータと、通電されて発せられる熱が前記バッテリセルに伝導することで、前記バッテリセルを昇温する発熱体と、前記バッテリの温度に基づいて、前記流体加熱ヒータおよび前記発熱体の動作を制御する演算制御部と、を具備し、前記演算制御部は、前記バッテリが充電されており、且つ、車室内空調装置が運転されており、前記バッテリの温度が、前記バッテリの出力が制限されない温度帯域であれば、前記発熱体のみで、前記バッテリを昇温することを特徴とする。
本発明の車載用バッテリ調温装置では、前記流体加熱ヒータは、前記バッテリセルの直下に配設される温調プレートであることを特徴とする。
本発明の車載用バッテリ調温装置では、前記発熱体は、前記バッテリどうしの間の空間部に配設されたシート状に配設された電熱線であることを特徴とする。
本発明は、車両の内部に於いて、複数のバッテリセルから成るバッテリの近傍に配置され、前記バッテリセルを調温する車載用バッテリ調温装置であり、内部を流通する加熱流体と前記バッテリセルとが熱交換することで、前記バッテリセルを昇温する流体加熱ヒータと、通電されて発せられる熱が前記バッテリセルに伝導することで、前記バッテリセルを昇温する発熱体と、前記バッテリの温度に基づいて、前記流体加熱ヒータおよび前記発熱体の動作を制御する演算制御部と、を具備し、前記演算制御部は、前記バッテリが充電されていない場合は、前記発熱体により前記バッテリセルを昇温することを特徴とする。これにより、本発明の車載用バッテリ調温装置によれば、バッテリが充電されていない際に、消費電力が小さい発熱体でバッテリを昇温することで、バッテリの過度な消耗を抑止することができる。
本発明は、車両の内部に於いて、複数のバッテリセルから成るバッテリの近傍に配置され、前記バッテリセルを調温する車載用バッテリ調温装置であり、内部を流通する加熱流体と前記バッテリセルとが熱交換することで、前記バッテリセルを昇温する流体加熱ヒータと、通電されて発せられる熱が前記バッテリセルに伝導することで、前記バッテリセルを昇温する発熱体と、前記バッテリの温度に基づいて、前記流体加熱ヒータおよび前記発熱体の動作を制御する演算制御部と、を具備し、前記演算制御部は、前記バッテリと外部との温度差が一定以上となれば、前記流体加熱ヒータまたは前記発熱体により、前記バッテリを昇温することを特徴とする。これにより、本発明の車載用バッテリ調温装置によれば、バッテリと外部との温度差が大きくても、バッテリを加熱することで、バッテリに結露が発生することを抑止できる。
本発明の車載用バッテリ調温装置では、前記流体加熱ヒータは、前記車両に配設されたエンジンを冷却する流体が流通することを特徴とする。これにより、本発明の車載用バッテリ調温装置によれば、専用の加熱手段を用意することなく、エンジンの排熱を用いて、流体加熱ヒータによりバッテリを昇温することができる。
本発明は、車両の内部に於いて、複数のバッテリセルから成るバッテリの近傍に配置され、前記バッテリセルを調温する車載用バッテリ調温装置であり、内部を流通する加熱流体と前記バッテリセルとが熱交換することで、前記バッテリセルを昇温する流体加熱ヒータと、通電されて発せられる熱が前記バッテリセルに伝導することで、前記バッテリセルを昇温する発熱体と、前記バッテリの温度に基づいて、前記流体加熱ヒータおよび前記発熱体の動作を制御する演算制御部と、を具備し、前記演算制御部は、前記バッテリが充電されている時には、車室内空調装置を運転せず、前記流体加熱ヒータのみを用いて前記バッテリを充電することを特徴とする。これにより、本発明の車載用バッテリ調温装置によれば、充電時に供給される電流を用いて流体加熱ヒータにより短期間でバッテリ昇温することができる。更に、車室内空調装置を運転しないことで、車室内空調装置のための80℃程度の高温流体を流体加熱ヒータに流すのではなく、バッテリの昇温に適した温度の加熱流体を流体加熱ヒータに供給することができる。
本発明は、車両の内部に於いて、複数のバッテリセルから成るバッテリの近傍に配置され、前記バッテリセルを調温する車載用バッテリ調温装置であり、内部を流通する加熱流体と前記バッテリセルとが熱交換することで、前記バッテリセルを昇温する流体加熱ヒータと、通電されて発せられる熱が前記バッテリセルに伝導することで、前記バッテリセルを昇温する発熱体と、前記バッテリの温度に基づいて、前記流体加熱ヒータおよび前記発熱体の動作を制御する演算制御部と、を具備し、前記演算制御部は、前記バッテリが充電されており、且つ、車室内空調装置が運転されており、前記バッテリの温度が、前記バッテリの出力が制限される温度帯域であれば、前記発熱体および前記流体加熱ヒータの両方で、前記バッテリを昇温することを特徴とする。これにより、本発明の車載用バッテリ調温装置によれば、発熱体および加熱ヒータの両方によりバッテリを効果的に昇温することができる。
本発明は、車両の内部に於いて、複数のバッテリセルから成るバッテリの近傍に配置され、前記バッテリセルを調温する車載用バッテリ調温装置であり、内部を流通する加熱流体と前記バッテリセルとが熱交換することで、前記バッテリセルを昇温する流体加熱ヒータと、通電されて発せられる熱が前記バッテリセルに伝導することで、前記バッテリセルを昇温する発熱体と、前記バッテリの温度に基づいて、前記流体加熱ヒータおよび前記発熱体の動作を制御する演算制御部と、を具備し、前記演算制御部は、前記バッテリが充電されており、且つ、車室内空調装置が運転されており、前記バッテリの温度が、前記バッテリの出力が制限されない温度帯域であれば、前記発熱体のみで、前記バッテリを昇温することを特徴とする。これにより、本発明の車載用バッテリ調温装置によれば、加熱流体を車室内空調装置のみに供給することができ、車室内を効果的に暖めつつ、バッテリの昇温は発熱体で続行することができる。
本発明の車載用バッテリ調温装置では、前記流体加熱ヒータは、前記バッテリセルの直下に配設される温調プレートであることを特徴とする。これにより、本発明の車載用バッテリ調温装置によれば、調温プレートの内部を流通する加熱流体によりバッテリセルを効果的に昇温できる。
本発明の車載用バッテリ調温装置では、前記発熱体は、前記バッテリどうしの間の空間部に配設されたシート状に配設された電熱線であることを特徴とする。これにより、本発明の車載用バッテリ調温装置によれば、シート状に配設された電熱線により、バッテリを効果的に昇温することができる。
本発明の一実施形態に係る車載用バッテリ調温装置を備えた車両を説明する図であり、(A)は斜視図であり、(B)は平面図である。 本発明の一実施形態に係る車載用バッテリ調温装置を説明する図であり、(A)は斜視図であり、(B)は断面図である。 本発明の一実施形態に係る車載用バッテリを説明する図であり、(A)と斜視図であり、(B)は分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る車載用バッテリ調温装置を説明する図であり、(A)は側面図であり、(B)は断面図であり、(C)は断面図である。 本発明の一実施形態に係る車載用バッテリ調温装置を説明するブロック図である。 本発明の一実施形態に係る車載用バッテリを説明する図であり、車載用バッテリの温度制御等を詳細に示す表である。 従来のバッテリを説明する図であり、(A)は斜視図であり、(B)は断面図である。 従来のバッテリのセルスタックを説明する図であり、(A)は斜視図であり、(B)は断面図である。
以下、本発明の一実施形態に係る車載用バッテリ調温装置10を図面に基づき詳細に説明する。尚、本実施形態の説明の際には、同一の部材には原則として同一の符番を用い、繰り返しの説明は省略する。
図1(A)は、本実施形態の車載用バッテリ調温装置10(図5参照)及び車載用バッテリ11を搭載した車両12を説明する斜視図である。図1(B)は、本実施形態の車載用バッテリ調温装置10および車載用バッテリ11の配設状態を説明する平面図である。ここで、車載用バッテリ11は、後述するバッテリセル52の集合体であることから、バッテリモジュール、バッテリスタック、バッテリ等と称されることもある。
図1(A)に示す如く、自動車や電車等の車両12には、モータや様々の電装部品に電力を供給するための車載用バッテリ11(図1(B)参照)が搭載されている。車両12としては、EV(Electric Vehicle)、HEV(Hybrid Electric Vehicle)やPHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)等を採用できる。そして、これらの車両12にも、高い蓄電機能を有した複数の車載用バッテリ11が搭載されている。
図1(A)は、車載用バッテリ11を備えた車両12の平面図である。車両12は、主に、車体13と、車両12の底面14近傍のバッテリ配置領域15に配設された複数の車載用バッテリ11と、車載用バッテリ11から供給される電力により駆動される駆動モータ25(図5参照)と、駆動モータ25の駆動力で回転するタイヤ(図示せず)と、を有している。
図1(B)に示す如く、車両12のバッテリ配置領域15には、行列状に複数の車載用バッテリ11が配設されている。車載用バッテリ11は、例えば、略直方体形状であり、車両12の前後方向に沿ってその長手方向が配置されている。そして、複数の車載用バッテリ11が、バッテリ配置領域15に効率良く配置され、多くの車載用バッテリ11が搭載されることで、車両12の連続走行距離を伸ばすことができる。
図示したように、車載用バッテリ調温装置10の昇温ヒータ16が車載用バッテリ11の長手方向の側面111,112に沿って配設されている。昇温ヒータ16は、車載用バッテリ11を挟むように配設され、車載用バッテリ11の側面111,112から車載用バッテリ11を昇温する。そして、車両12が低温環境下にて車載用バッテリ11を充放電する際に、昇温ヒータ16は、車載用バッテリ11を適切な温度範囲まで昇温させることで、出力特性や放充電特性等のバッテリ特性を良好に保つことができる。
具体的には、車両12のバッテリ配置領域15では、最前列には、2個の車載用バッテリ11が配設されると共に、それらの車載用バッテリ11と隣接して3個の昇温ヒータ16が配設されている。一方、2列目から4列目には、各列4個の車載用バッテリ11が配設されると共に、それらの車載用バッテリ11と隣接して5個の昇温ヒータ16が配設されている。
後述するように、昇温ヒータ16の長手方向(車両12の前後方向)の両端部近傍には、第1開閉扉31(図4(B)参照)と、第2開閉扉32(図4(B)参照)とが、開閉可能に配設されている。そして、車載用バッテリ11と昇温ヒータ16との間には空間部35(図4(B)参照)が形成され、その空間部35は、第1開閉扉31および第2開閉扉32により塞がれ、あるいは開放される。そして、車載用バッテリ11を空冷する際には、第1開閉扉31および第2開閉扉32は開状態となり、空間部35は外部と連通し、冷却風通路として開放された状態となる。一方、車載用バッテリ11を昇温する際には、第1開閉扉31および第2開閉扉32は閉状態となり、空間部35と外部との連通は制限され、密閉空間または密閉空間に近い状態となる。
図2を参照して、車載用バッテリ調温装置10により車載用バッテリ11を昇温する状態を説明する。図2(A)は、車載用バッテリ調温装置10の配設状態を説明する斜視図である。図2(B)は、車載用バッテリ調温装置10により車載用バッテリ11を昇温する状態を説明する断面図であり、図2(A)に示す配設状態のA-A線方向の断面図である。
図2(A)では、図1(B)に示す車両12のバッテリ配置領域15の最前列に配設された2個の車載用バッテリ11および3個の車載用バッテリ調温装置10を示している。そして、車載用バッテリ調温装置10の昇温ヒータ16は、車載用バッテリ11の側面111,112に対して配設され、車載用バッテリ11を挟み込むように配設されている。また、2個の車載用バッテリ11の間には、1個の昇温ヒータ16が配設され、同時に2個の車載用バッテリ11を一つの昇温ヒータ16で昇温することができる。
図2(B)に示す如く、筐体部33の上面部332および底面部333の先端面が、それぞれ車載用バッテリ11の側面111,112の外周端部周辺に対して密接した状態となるように、昇温ヒータ16が、車載用バッテリ11に対して配設されている。また、バッテリセル52どうしの間には空間部35が形成され、空間部35の内部に、不織布42に織り込まれた電熱線41が配置されている。
図3を用いて、車載用バッテリ11を説明する。図3(A)は、車載用バッテリ11を説明する斜視図である。図3(B)は、車載用バッテリ11を説明する分解斜視図である。
図3(A)に示す如く、車載用バッテリ11は、主に、収納ケース51と、収納ケース51内に収納される複数のバッテリセル52(図3(B)参照)と、収納ケース51の上面を塞ぐカバー53と、収納ケース51の下方に配設される流体径路である温調プレート54(図3(B)参照)と、温調プレート54の下方に配設される断熱部材55(図3(B)参照)と、を有している。
車載用バッテリ11は、例えば、略直方体形状であり、車載用バッテリ11の側方の側面111,112では、車両12(図1(A)参照)の前後方向にその長手方向が配設され、車両12の上下方向にその短手方向が配設されている。上述したように、側面111,112の長手方向の幅は、筐体部33の側面36,37の長手方向の幅と略同一である。また、側面111,112の短手方向の幅は、筐体部33の側面36,37の短手方向の幅と略同一である。
図3(B)に示す如く、収納ケース51は、主に、一対のエンドプレート56と、一対のバインドバー57とから構成され、複数のバッテリセル52を前方、後方、左方および右方から囲み、支持している。そして、エンドプレート56は、例えば、板状に成形された樹脂板または鋼板等から成り、両端部に位置するバッテリセル52の前側面および後側面を覆う部材である。また、バインドバー57は、例えば、樹脂板または鋼板等から成り、複数のバッテリセル52の右側面および左側面を覆う部材である。また、カバー53は、例えば、樹脂板または鋼板等から成り、バッテリセル52を上方から覆う部材である。
バッテリセル52は、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の2次電池である。個々のバッテリセル52は、例えば、角型平板形状であり、車両12の前後方向に沿って、その前後に小さな隙間を有した状態にて等間隔に配列されている。そして、複数のバッテリセル52が、導電性の接続板(図示せず)を介して直列接続されることで、高出力の車載用バッテリ11が構成されている。尚、図示していないが、バッテリセル52の上面には、それぞれ上方に突出した正極側端子と負極側端子とが配設されている。
温調プレート54は、複数のバッテリセル52の下面の近傍に配設された流体加熱ヒータである。温調プレート54の内部には、水などの調温用流体が流通するパイプ(図示せず)が配設されている。温調プレート54が複数のバッテリセル52の下方に配設されることで、バッテリセル52の充電時および放電時における電池特性が向上する。具体的には、バッテリセル52の温度が使用可能温度範囲よりも高い場合には、温調プレート54に冷却媒体が流通することでバッテリセル52を冷却し、バッテリセル52を冷却する。一方、バッテリセル52の温度が使用可能温度範囲よりも低い場合には、温調プレート54に加熱媒体が流通することでバッテリセル52を昇温する。
断熱部材55は、温調プレート54の下方に配置された板状の部材であり、例えば、発泡ポリエチレン等の断熱性を有する発泡合成樹脂から成る。断熱部材55が、温調プレート54の下方に配置されることで、温調プレート54と外部とを断熱することができ、温調プレート54の温調効果を増大させることができる。
図4を参照して、車載用バッテリ調温装置10の昇温ヒータ16を説明する。図4(A)は、昇温ヒータ16を説明する側面図である。図4(B)は、本実施形態の車載用バッテリ調温装置10の昇温ヒータ16を説明する断面図であり、図4(A)に示す昇温ヒータ16のB-B線方向の断面図である。図4(C)は、本実施形態の車載用バッテリ調温装置10の昇温ヒータ16を説明する断面図であり、図4(A)に示す昇温ヒータ16のC-C線方向の断面図である。
図4(A)および図4(C)に示す如く、昇温ヒータ16の筐体部33は、車両12の前後方向に長手方向を有し、その断面形状は、例えば略H字形状である。筐体部33の主柱部331は、その短手方向(車両12の左右方向)の中央部に上下方向延在して形成されると共に、筐体部33の長手方向に延在して形成されている。また、主柱部331の上端側には、筐体部33の上面部332が主柱部331と一体に形成され、主柱部331の下端側には、筐体部33の底面部333が主柱部331と一体に形成されている。上面部332および底面部333は、筐体部33の長手方向に延在して形成されている。
図4(B)に示すように、筐体部33には、その長手方向の両端部の近傍に、開閉部としての第1開閉扉31および第2開閉扉32が配設されている。第1開閉扉31および第2開閉扉32が、図4(B)に示す閉状態となることで、熱伝導経路として介在する空気は、空間部35の内部に留まる。そして、空間部35の内部の空気が、一定の温度まで上昇した後には、その温度を維持し易くなる。その結果、サブバッテリ23(図6参照)から電熱線41に供給される電力量を調整することで、昇温ヒータ16の消費電力を低減できる。
また、筐体部33では、第1開閉扉31および第2開閉扉32の内側には、主柱部331の側面36,37に沿って空間部35が形成されている。昇温ヒータ16が車載用バッテリ11の側面111,112(図2(B)参照)に隣接して配設された状態において、空間部35は、車載用バッテリ11の側面111,112と筐体部33の側面36,37との間に位置する。そして、第1開閉扉31および第2開閉扉32の閉状態時には、空間部35は略密閉空間となり、空間部35の内部の空気が熱伝導経路として用いられ、車載用バッテリ11を昇温する。
一方、第1開閉扉31および第2開閉扉32の開状態時には、空間部35は冷却風通路となり、車載用バッテリ11を空冷する。第1開閉扉31および第2開閉扉32が、左右方向に於ける内側端部を支点として、紙面上時計回りに回動することで、第1開閉扉31および第2開閉扉32は開状態と成る。第1開閉扉31および第2開閉扉32の開状態時には、空気は、例えば第1開閉扉31側から第2開閉扉32側へと向けて流れる。外部の空気は、第1開閉扉31側から空間部35の内部へと送り込まれ、その後、空間部35の内部で車載用バッテリ11を冷却した空気は、第2開閉扉32から外部へと送り出される。これにより、車載用バッテリ11が冷却される。
図4(A)および図4(B)に示す如く、昇温ヒータ16の筐体部33には、発熱体としての電熱線41と、電熱線41を支持する不織布42と、が内蔵されている。電熱線41は、不織布42の表面に縫い付けられた状態にて支持され、サブバッテリ23(図5参照)から電力が供給されることで発熱する。そして、不織布42は、例えば、熱伝導率の優れたガラス繊維から形成され、筐体部33の側面36,37の略全面に対して配設されている。不織布42は、電熱線41を支持すると共に、電熱線41から発生した熱を周囲の空気層へと効率的に伝熱する。
図4(C)に示す如く、筐体部33の長手方向の端部近傍には、上記した第2開閉扉32が配設されている。第2開閉扉32は、主柱部331、上面部332および底面部333に対して、回動自在に可動できる程度のクリアランスを有して配設されている。係る事項は、第1開閉扉31も同様である。
上述したように、筐体部33の主柱部331には、電熱線41および不織布42が内蔵されている。そして、電熱線41は、サブバッテリ23(図6参照)から電力が供給されることで発熱すると共に、熱伝導率の優れた不織布42も利用して、空間部35の内部の空気を効果的に加熱する。
図5は、車載用バッテリ調温装置10を説明するブロック図である。車載用バッテリ調温装置10は、主に、電子制御ユニット21と、車載用バッテリ11を温める昇温ヒータ16と、車載用バッテリ11の温度を測定する温度センサ22と、車載用バッテリ11を昇温あるいは空冷する際に開閉動作する第1開閉扉31および第2開閉扉32と、車載用バッテリ11を昇温する流体加熱ヒータである温調プレート54と、昇温ヒータ16等に電力を供給するサブバッテリ23と、を有している。ここで、サブバッテリ23は、車載用バッテリ11等から給電されている。
車載用バッテリ11は、例えば、350Vの高電圧の電力供給源である。車載用バッテリ11は、インバータ24を介して駆動モータ25と接続し、駆動モータ25へと電力を供給する。駆動モータ25は、車両12(図1(A)参照)の駆動輪(図示せず)を駆動するための動力を出力する。
電子制御ユニット21は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を有して構成され、車両制御のための各種の演算等を実行する演算制御部である。そして、電子制御ユニット21は、例えば、運転手がブレーキ(図示せず)を踏んだ状態にて、車両12のイグニッションスイッチ26を押下することで始動する。
温度センサ22は、車載用バッテリ11の温度を計測する。温度センサ22は、車載用バッテリ11を構成するバッテリセル52の各々に取り付けられ、各バッテリセル52の温度を示す情報は、電子制御ユニット21に伝送される。
電子制御ユニット21は、例えば、温度センサ22からの測定値を記憶する。そして、車載用バッテリ11を昇温する際には、電子制御ユニット21は、図4(B)に示した第1開閉扉31および第2開閉扉32を閉状態へと回動させると共に、昇温ヒータ16をオン動作させる。また、後述するように、車載用バッテリ11の状況に応じて、電子制御ユニット21は、温調プレート54もオン動作する。
一方、電子制御ユニット21は、車載用バッテリ11を冷却する際には、第1開閉扉31および第2開閉扉32を開状態へと回動させると共に、昇温ヒータ16が稼働していた場合には昇温ヒータ16をオフ動作させ、温調プレート54が稼働していた場合は温調プレート54をオフ動作する。ここで、昇温ヒータ16および温調プレート54を効果的に組み合わせて動作させる方法は、図6を参照して後述する。
図6の表を参照して、上記した車載用バッテリ調温装置10により車載用バッテリ11を調温する方法を説明する。本実施形態では、電熱線41と温調プレート54とを効果的に組み合わせて車載用バッテリ11を昇温している。これにより、電熱線41により比較的小さな消費電力で車載用バッテリ11を昇温でき、更に、温調プレート54により車載用バッテリ11を早期に昇温することができる。ここで、図6を参照する以下の説明では、具体的な車載用バッテリ11の温度等に言及するが、係る温度は一実施例であるので、車載用バッテリ11の温度等はバッテリ性能等の各種条件に応じて変動する。
図6では、上段から、車載用バッテリ11の電池温度、温調動作、車載用バッテリ11の使用制限、その内容、充電のみを行っている場合の電熱線41および温調プレート54の動作、充電と車室内空調を行っている場合の電熱線41および温調プレート54の動作、充電無しで車両12が放置または走行中の場合の電熱線41および温調プレート54の動作、結露防止時の動作を示している。以下の説明に於いて、車載用バッテリ11の温度とは、例えばバッテリセル52の平均温度であるが、特定のバッテリセル52の温度を代表値として採用することもでき、更には、バッテリセル52の温度の中央値等を採用することができる。
電子制御ユニット21は、上記した車載用バッテリ11の温度を計測する温度センサ22の出力に基づいて、電熱線41および温調プレート54のオンオフ動作を制御する。また、電子制御ユニット21は、温度センサ22を介して、全てのバッテリセル52の温度を監視している。電子制御ユニット21は、例えば、複数のバッテリセル52の平均温度に基づいて以下の制御を行っている。
温調動作に関して説明すると、車載用バッテリ11の温度が-35℃ないし10℃までの間は、電子制御ユニット21は、車載用バッテリ11を昇温する昇温動作を実行する。この調温動作としては、図4(B)に示したように、第1開閉扉31および第2開閉扉32を閉状態とし、電熱線41に通電して空間部35の内部を加熱し、空間部35からの熱伝導作用により車載用バッテリ11を昇温する動作を採用できる。更には、図3(B)を参照して、温調プレート54に高温流体を流すことで、温調プレート54からの熱伝導により車載用バッテリ11を昇温する動作を採用できる。電熱線41と温調プレート54とを組み合わせた昇温方法は、車両12および車載用バッテリ11の条件によって異なり、その詳細は後述する。
温度センサ22で計測したバッテリセル52の平均温度が10℃ないし35℃までの間は、電子制御ユニット21は、車載用バッテリ11を調温しない調温停止帯域とする。係る温度帯域であればバッテリセル52は、昇温および冷却を行わなくても、効率的に充電または放電を行うことができる。
調温停止帯域では、原則として車載用バッテリ11の調温動作は実行しないが、電子制御ユニット21の指示に基づいて、バッテリセル52どうしの温度を均一化するための均温動作を実行することもできる。これは、昇温動作と冷却動作を適宜行うことで実行することができる。例えば、何れかのバッテリセル52の温度が、予め定められた高温側設定温度を上回ったら、上記した冷却動作を実行する。逆に、何れかのバッテリセル52の温度が、予め定められた低温側設定温度を下回ったら、上記した昇温動作を実行する。係る均温動作を実行することで、特定のバッテリセル52が極端に低温または高温となることを防止できる。調温停止帯域で均温動作としての昇温動作を行う場合、暖気が外部に漏出することを防止するために、図4(B)に示した第1開閉扉31および第2開閉扉32を閉状態としても良い。一方、均温動作としての冷却動作を実行する場合は、バッテリセル52から発生する熱を外部に逃がすために、図4(B)に示した第1開閉扉31および第2開閉扉32を開状態としても良い。
温度センサ22で計測したバッテリセル52の平均温度が35℃以上の場合は、車載用バッテリ11を冷却する冷却帯域となる。冷却帯域では、例えば、電子制御ユニット21は、図4(B)に示した第1開閉扉31および第2開閉扉32を開状態とすることで、空間部35と外部とを連通させ、空間部35の内部に於いて冷却風を通過させる。この時、図示しない送風機で送風することで、冷却風の流通を促進することができる。空間部35の内部を通過する冷却風と、バッテリセル52とが熱交換することで、バッテリセル52が冷却される。また、電子制御ユニット21の指示に基づいて、温調プレート54に冷却流体を流通させることでバッテリセル52を冷却することもできる。空間部35を流通する冷却風による冷却と、温調プレート54による冷却とは、どちらか一方が採用されても良いし、両方が同時に採用されても良い。
次に、各温度帯域に於ける車載用バッテリ11の制限およびその内容を説明する。
車載用バッテリ11の温度が-35℃から-25℃までの温度帯域では、電子制御ユニット21は、車載用バッテリ11からの出力は停止する。また、車両12のイグニッション・オンを禁止する。出力を停止する理由は、-25℃以下となると、車載用バッテリ11で用いる電解液が凍結するからである。
車載用バッテリ11の温度が-25℃から-5℃までの間は、電子制御ユニット21は、車載用バッテリ11からの出力を制限する。このように出力を制限する理由は、車載用バッテリ11で用いる電解液の反応が鈍く、充電または放電時に於ける効率が低下するためである。
車載用バッテリ11の温度が-5℃から50℃までの間は、電子制御ユニット21は、車載用バッテリ11からの出力を通常に使用する。即ち、特段の制限を設けることなく、電子制御ユニット21は、車載用バッテリ11の充電または放電を行う。
車載用バッテリ11の温度が50℃から55℃までの間は、電子制御ユニット21は、車載用バッテリ11からの出力を制限する。即ち、車載用バッテリ11が充電または放電する際の出力を制限し、車載用バッテリ11からの発熱を抑制する。
車載用バッテリ11の温度が55℃以上の場合は、電子制御ユニット21は、車載用バッテリ11からの出力を停止する。即ち、この温度帯域では、車載用バッテリ11の性能が劣化するため、車載用バッテリ11からの充電または放電を禁止する。即ち、イグニッション・オンを禁止する。
次に、車両12および車載用バッテリ11の状況に応じて、電熱線41および温調プレート54を使い分けて車載用バッテリ11を昇温する方法を説明する。
先ず、車両12が車載用バッテリ11に電力を供給することで充電を行い、且つ、車室内空調装置を運転しない場合を説明する。車載用バッテリ11を充電する電源としては、車載エンジンにより駆動される発電機、外部電源が採用される。この場合は、車載用バッテリ11の温度が-25℃以下の温度帯域では、電子制御ユニット21は、電熱線41および温調プレート54の両方を動作させない。一方、車載用バッテリ11の温度が-25℃から15℃までの温度帯域では、電子制御ユニット21は、電熱線41は停止した状態で、温調プレート54に加熱流体を流通させることで、車載用バッテリ11を昇温する。このようにすることで、エンジンを冷却した冷却水(例えば不凍液)を、温調プレート54に供給し、車載用バッテリ11を効果的且つ早期に昇温できる。一方、電熱線41に発熱用の電力を供給しないことで、車載用バッテリ11に優先的に電力を供給することができる。車載用バッテリ11の温度が15℃以上の温度帯域では、車載用バッテリ11は充分に昇温されているので、電子制御ユニット21は、電熱線41および温調プレート54の昇温動作を停止する。
次に、車載用バッテリ11を充電しつつ、車室内空調装置を運転する場合を説明する。この場合は、例えば、充電設備から電力を供給することで車載用バッテリ11を充電しつつ、車室で乗員が休憩等を行う場合である。ここでの車室内空調は、プレ空調とも称される。具体的には、車載用バッテリ11の温度が-35℃から-25℃までの温度帯域では、電子制御ユニット21は、電熱線41および温調プレート54の両方を動作させない。車載用バッテリ11の温度が-25℃から-5℃までの温度帯域では、電子制御ユニット21は、電熱線41と温調プレート54の両方を動作させることで、車載用バッテリ11を昇温する。このようにすることで、車載用バッテリ11を電熱線41および温調プレート54により効果的に昇温できる。車載用バッテリ11の温度が-5℃から15℃までの温度帯域では、電子制御ユニット21は、電熱線41のみで車載用バッテリ11を昇温し、温調プレート54は停止する。これにより、エンジンを冷却した流体で車室内を集中的に暖房することができる。車載用バッテリ11の温度が15℃以上の温度帯域では、車載用バッテリ11は充分に昇温されているので、電子制御ユニット21は、電熱線41および温調プレート54の昇温動作を停止する。
次に、車載用バッテリ11を充電しない場合、即ち、車載用バッテリ11が放電することで車両12が走行または放置している場合を説明する。車載用バッテリ11の温度が-35℃から25℃までの温度帯域では、電子制御ユニット21は、電熱線41および温調プレート54の両方を動作させない。車載用バッテリ11の温度が-25℃から15℃までの温度帯域では、電子制御ユニット21は、電熱線41のみを動作させ、温調プレート54を停止する。車両12が走行中であっても、係る温度帯域では車載用バッテリ11の温度が低いことから、電熱線41で車載用バッテリ11を昇温する。一方、この温度帯域で温調プレート54を停止状態とする理由は、エンジンを冷却する85℃程度の流体を、リチウムイオン電池に熱的に接触させると、リチウムイオン電池に悪影響が及ぶ恐れがあるからである。車載用バッテリ11の温度が15℃から35℃までの温度帯域では、電子制御ユニット21は、電熱線41を停止し、温調プレート54も基本的には停止する。ただし、電子制御ユニット21は、バッテリセル52どうしの温度差が5℃以上の場合は、温調プレート54の内部に、温度が25℃程度の均温水を循環させる。また、車載用バッテリ11の温度が35℃以上の場合は、電熱線41は停止し、温調プレート54に15℃以下の水を循環させることで、車載用バッテリ11を冷却する。
次に、車載用バッテリ11に結露が発生することを防止するための制御を説明する。車載用バッテリ11の温度が15℃以下の場合は、結露が発生する恐れが小さいので、電熱線41は停止する。また、車載用バッテリ11の温度が15℃から40℃までの間は、車載用バッテリ11と外気温の温度差が20℃を超えたら、電子制御ユニット21は、電熱線41を動作させる。具体的には、車載用バッテリ11の温度が7℃以上であり、且つ、車載用バッテリ11と外気温の温度差が20℃を超えたら、電熱線41の動作を開始する。また、車載用バッテリ11の最高温度を計測し、電熱線41の動作を開始した温度よりも最高温度が7℃高かったら、電子制御ユニット21は電熱線41の動作を停止する。これは、車載用バッテリ11の温度を計測する温度センサ22であるサーミスタの測定誤差が2℃であることと、温調プレート54どうしの温度差が5℃であることを考慮している。また、車載用バッテリ11の温度が35℃以上の場合は、電熱線41は停止する。
ここで、上記した電熱線41および温調プレート54が昇温動作を開始する動作開始温度は、サーミスタである温度センサ22の誤差を考慮した温度とすることができる。具体的には、例えば、バッテリセル52の温度が低下して0℃から昇温を行う際、温度センサ22の計測温度が0℃であったとしても、温度センサ22の計測誤差が存在するので、実際にはバッテリセル52の温度は0℃以下となっている場合がある。係る事項を考慮し、電池温度特性を考慮して0℃から昇温を行う場合であっても、実際の制御では、動作開始温度は、温度センサ22の計測誤差を加えた温度、例えば2℃とする。このようにすることで、バッテリセル52の平均温度を、バッテリセル52の充放電性能を所定以上に確保できる温度、例えば、例えば0℃以上に保持することができる。
また、上記した電熱線41および温調プレート54が昇温動作を停止する動作停止温度は、サーミスタである温度センサ22の誤差およびバッテリセル52どうしの温度差を考慮した温度とすることができる。例えば、動作停止温度を0℃としてバッテリセル52を昇温した場合、温度センサ22の誤差(例えば2℃)とバッテリセル52どうしの温度差(例えば5℃)が存在する。このことを考慮すれば、温度センサ22の計測値が0℃であるときに、電熱線41および温調プレート54が動作を停止すると、何れかのバッテリセル52の温度が-7℃であるときに昇温を停止してしまい、バッテリセル52が充分に昇温されない恐れがある。よって、温度センサ22の誤差およびバッテリセル52どうしの温度差を考慮し、動作停止温度を7℃に設定すれば、全てのバッテリセル52の温度を0℃まで昇温することができ、バッテリセル52の充放電を効果的に行うことができる。
更に、温度センサ22の誤差およびバッテリセル52どうしの温度差を加味して、電熱線41および温調プレート54の動作開始温度および動作停止温度を設定する場合、ハンチングが発生しないように、動作開始温度と動作停止温度とは一定以上の温度差を持たせた方が良い。尚、バッテリセル52は、熱容量が大きいため、0℃のバッテリセル52を-10℃の環境下に放置しても、10℃の温度変化を得るために8時間程度の時間を要する。係る事項を考慮した場合、動作開始温度と動作停止温度との温度差は、それほど大きく設定する必要は無い。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。また、上記した各形態は相互に組み合わせることが可能である。
10 車載用バッテリ調温装置
11 車載用バッテリ
111 側面
112 側面
12 車両
13 車体
14 底面
15 バッテリ配置領域
16 昇温ヒータ
21 電子制御ユニット
22 温度センサ
23 サブバッテリ
24 インバータ
25 駆動モータ
26 イグニッションスイッチ
31 第1開閉扉
32 第2開閉扉
33 筐体部
331 主柱部
332 上面部
333 底面部
35 空間部
36 側面
41 電熱線
42 不織布
51 収納ケース
52 バッテリセル
53 カバー
54 温調プレート
55 断熱部材
56 エンドプレート
57 バインドバー
100 バッテリ
101 セルスタック
102 筐体
103 ダクト
104 ブロワ
105 セル
105A 側面
106 凹部
107 凸部
108 配線
109 実線
110 送風路

Claims (8)

  1. 車両の内部に於いて、複数のバッテリセルから成るバッテリの近傍に配置され、前記バッテリセルを調温する車載用バッテリ調温装置であり、
    内部を流通する加熱流体と前記バッテリセルとが熱交換することで、前記バッテリセルを昇温する流体加熱ヒータと、
    通電されて発せられる熱が前記バッテリセルに伝導することで、前記バッテリセルを昇温する発熱体と、
    前記バッテリの温度に基づいて、前記流体加熱ヒータおよび前記発熱体の動作を制御する演算制御部と、を具備し、
    前記演算制御部は、前記バッテリが充電されていない場合は、前記発熱体により前記バッテリセルを昇温することを特徴とする車載用バッテリ調温装置。
  2. 車両の内部に於いて、複数のバッテリセルから成るバッテリの近傍に配置され、前記バッテリセルを調温する車載用バッテリ調温装置であり、
    内部を流通する加熱流体と前記バッテリセルとが熱交換することで、前記バッテリセルを昇温する流体加熱ヒータと、
    通電されて発せられる熱が前記バッテリセルに伝導することで、前記バッテリセルを昇温する発熱体と、
    前記バッテリの温度に基づいて、前記流体加熱ヒータおよび前記発熱体の動作を制御する演算制御部と、を具備し、
    前記演算制御部は、前記バッテリと外部との温度差が一定以上となれば、前記流体加熱ヒータまたは前記発熱体により、前記バッテリを昇温することを特徴とする車載用バッテリ調温装置。
  3. 前記流体加熱ヒータは、前記車両に配設されたエンジンを冷却する流体が流通することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の車載用バッテリ調温装置。
  4. 車両の内部に於いて、複数のバッテリセルから成るバッテリの近傍に配置され、前記バッテリセルを調温する車載用バッテリ調温装置であり、
    内部を流通する加熱流体と前記バッテリセルとが熱交換することで、前記バッテリセルを昇温する流体加熱ヒータと、
    通電されて発せられる熱が前記バッテリセルに伝導することで、前記バッテリセルを昇温する発熱体と、
    前記バッテリの温度に基づいて、前記流体加熱ヒータおよび前記発熱体の動作を制御する演算制御部と、を具備し、
    前記演算制御部は、
    前記バッテリが充電されている時には、
    車室内空調装置を運転せず、前記流体加熱ヒータのみを用いて前記バッテリを充電することを特徴とする車載用バッテリ調温装置。
  5. 車両の内部に於いて、複数のバッテリセルから成るバッテリの近傍に配置され、前記バッテリセルを調温する車載用バッテリ調温装置であり、
    内部を流通する加熱流体と前記バッテリセルとが熱交換することで、前記バッテリセルを昇温する流体加熱ヒータと、
    通電されて発せられる熱が前記バッテリセルに伝導することで、前記バッテリセルを昇温する発熱体と、
    前記バッテリの温度に基づいて、前記流体加熱ヒータおよび前記発熱体の動作を制御する演算制御部と、を具備し、
    前記演算制御部は、
    前記バッテリが充電されており、且つ、車室内空調装置が運転されており、
    前記バッテリの温度が、前記バッテリの出力が制限される温度帯域であれば、
    前記発熱体および前記流体加熱ヒータの両方で、前記バッテリを昇温することを特徴とする車載用バッテリ調温装置。
  6. 車両の内部に於いて、複数のバッテリセルから成るバッテリの近傍に配置され、前記バッテリセルを調温する車載用バッテリ調温装置であり、
    内部を流通する加熱流体と前記バッテリセルとが熱交換することで、前記バッテリセルを昇温する流体加熱ヒータと、
    通電されて発せられる熱が前記バッテリセルに伝導することで、前記バッテリセルを昇温する発熱体と、
    前記バッテリの温度に基づいて、前記流体加熱ヒータおよび前記発熱体の動作を制御する演算制御部と、を具備し、
    前記演算制御部は、
    前記バッテリが充電されており、且つ、車室内空調装置が運転されており、
    前記バッテリの温度が、前記バッテリの出力が制限されない温度帯域であれば、
    前記発熱体のみで、前記バッテリを昇温することを特徴とする車載用バッテリ調温装置。
  7. 前記流体加熱ヒータは、前記バッテリセルの直下に配設される温調プレートであることを特徴とする請求項1から請求項の何れかに記載の車載用バッテリ調温装置。
  8. 前記発熱体は、前記バッテリどうしの間の空間部に配設されたシート状に配設された電熱線であることを特徴とする請求項1から請求項の何れかに記載の車載用バッテリ調温装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112331961B (zh) * 2020-10-30 2021-12-14 湖北亿纬动力有限公司 一种电芯的温度控制方法、装置、设备及存储介质
CN112531232B (zh) 2020-12-01 2023-03-31 阳光电源股份有限公司 一种储能系统及其热管理方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017216098A (ja) 2016-05-31 2017-12-07 マツダ株式会社 車両の二次電池温度調整装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0822845A (ja) * 1994-07-06 1996-01-23 Calsonic Corp 電気自動車用バッテリ保温装置
CA2225585A1 (en) * 1997-12-12 1999-06-12 Hydro-Quebec Battery control system
JP4807595B2 (ja) * 2008-12-12 2011-11-02 本田技研工業株式会社 電池保持装置
EP2514002B1 (de) * 2009-12-18 2016-03-30 Samsung SDI Co., Ltd. Kühl-/heizelement für einen akkumulator
US20110206967A1 (en) * 2010-02-25 2011-08-25 Sanyo Electric Co., Ltd. Battery cooling/heating structure and battery module
US9991568B2 (en) * 2012-03-19 2018-06-05 Nissan Motor Co., Ltd. Battery-temperature adjustment apparatus
JP6709098B2 (ja) 2016-03-31 2020-06-10 株式会社Subaru バッテリシステム

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017216098A (ja) 2016-05-31 2017-12-07 マツダ株式会社 車両の二次電池温度調整装置

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