JPWO2013024533A1 - 電池システム - Google Patents
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Abstract
本発明に係る電池システム(11)は、内部空間を有する筺体(13)と、複数の電池セル(35)を接続してなる電池モジュール(15)と、内部空間に空気を取り込むための取込口(17)と、内部空間の空気を筐体(13)の外部へ排出するための排出口(19)と、取込口(17)から排出口(19)へ至る通風路(18)を通る風の量を調節する通風量調節部(20,23,25)と、を備える。電池モジュール(15)は、通風路(18)に設けられる。本発明に係る電池システム(11)によれば、適用対象としての構造物の汎用性を保ちつつ、電池モジュール(15)を適温に維持することができる。
Description
本発明は、複数の電池セルを接続してなる電池モジュールを適温に維持する電池システムに関する。
最近、風力や太陽光などの自然エネルギー(再生可能エネルギー)を利用した発電技術が注目を集めている。また、発電所と需要家との間を例えばメッシュ状に結ぶ電力系統を、IT(Information Technology)技術を活用して効率的に運用するスマートグリッド(次世代送電網)と呼ばれる技術も、電力系統の安定化を担う技術として注目されている。
電力系統では、例えば、電力の需給バランスが崩れることによって系統事故を生じるおそれがある。かかる系統事故の発生に起因する停電を未然に防ぐ目的で、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池(電池セル)を複数接続してなる電池モジュールを含む電池システムが用いられている。こうした電池システムのなかには、複数の電池モジュールを組み合わせることによって、メガワット級の電力を出力可能なものもある。
このような電池システムでは、効率的な充放電が可能な適正温度環境に電池セルを置くために、電池セルの温度を調整することが重要である。電池セルの温度調整技術として、例えば特許文献1には、蓄電装置に蓄えられた電力を、動力源としてのモータに供給することで駆動する車両において、吸気流路及び排気流路に接続され、排気流路から車室に排気される空気を吸気流路へ循環させる循環流路と、循環流路を通じた吸気流路及び排気流路を流通する空気の再循環経路を形成するための流路切替手段と、を有し、流路切替手段を車室との境界に配置した蓄電装置の温度調節装置が開示されている。
特許文献1に係る温度調整技術によれば、装置自体の配置スペースの効率化を図りつつ、好適な温度調整を図ることができるという。
しかしながら、特許文献1に係る温度調整技術は、室内部、室外部、および、これら各部の間を仕切る境界を有し、かつ、室外部に蓄電装置の設置スペースを有する車両のような構造物に適用した場合に限り、装置自体の配置スペースの効率化を図ることができるのであって、適用対象としての構造物の汎用性に欠けるという課題があった。
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、適用対象としての構造物の汎用性を保ちつつ、電池モジュールを適温に維持することができるようにすることを目的とする。
本発明は、内部空間を有する筺体と、前記内部空間に設けられ、複数の電池セルを接続してなる電池モジュールと、前記筺体に設けられ、前記内部空間に空気を取り込むための取込口と、前記筺体に設けられ、前記内部空間の空気を該筐体の外部へ排出するための排出口と、前記取込口から前記排出口へ至る通風路を通る風の量を調節する通風量調節部と、を備え、前記電池モジュールは、前記通風路に設けられる、ことを最も主要な特徴とする。
本発明によれば、適用対象としての構造物の汎用性を保ちつつ、電池モジュールを適温に維持することができる。
以下に、本発明の複数の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
<第1実施形態>
はじめに、第1実施形態に係る電池システム11について、図1〜図4を参照しながら詳細に説明する。図1は、第1実施形態に係る電池システム11の概略構成を表す説明図である。図2は、第1実施形態に係る電池システム11の可動ダンパ周辺の構成を拡大して表す説明図である。図3は、第1実施形態に係る電池システム11の外観を前方側から視た斜視図である。図4は、第1実施形態に係る電池システム11の外観を後方側から視た斜視図である。
<第1実施形態>
はじめに、第1実施形態に係る電池システム11について、図1〜図4を参照しながら詳細に説明する。図1は、第1実施形態に係る電池システム11の概略構成を表す説明図である。図2は、第1実施形態に係る電池システム11の可動ダンパ周辺の構成を拡大して表す説明図である。図3は、第1実施形態に係る電池システム11の外観を前方側から視た斜視図である。図4は、第1実施形態に係る電池システム11の外観を後方側から視た斜視図である。
(第1実施形態に係る電池システム11の構成)
第1実施形態に係る電池システム11は、図1に示すように、内部空間を有する直方体形状の筺体13と、電池モジュール15と、取込口17と、排出口19と、送風部20と、統合制御部25とを備えて構成されている。
なお、送風部20、ダンパ機構部23、統合制御部25は、それぞれが本発明の“通風量調節部”として機能する。また、送風部20は、本発明の“通風創出部”に相当し、ダンパ機構部23は、本発明の“通風量調節機構”の一態様に相当し、統合制御部25は、本発明の“制御部”に相当する。
第1実施形態に係る電池システム11は、図1に示すように、内部空間を有する直方体形状の筺体13と、電池モジュール15と、取込口17と、排出口19と、送風部20と、統合制御部25とを備えて構成されている。
なお、送風部20、ダンパ機構部23、統合制御部25は、それぞれが本発明の“通風量調節部”として機能する。また、送風部20は、本発明の“通風創出部”に相当し、ダンパ機構部23は、本発明の“通風量調節機構”の一態様に相当し、統合制御部25は、本発明の“制御部”に相当する。
電池モジュール15は、図1に示すように、直流電源回路31と、電池セル監視部33と、を備えて構成されている。電池モジュール15は、図3に示すように、略直方体形状の函体16に収容されている。実際には、函体16に収容された電池モジュール15は、図3に示すように、筺体13の内部空間に複数(図3の例では5つ)並列に、相互に間隔を置いて設けられている。
直流電源回路31は、複数(図1の例では3つ)の電池セル35を直列に接続して構成されている。電池セル35としては、例えば、リチウムイオン二次電池を好適に用いることができる。複数の電池セル35のそれぞれには、電池セル35周囲の温度を検出するセル温度センサ37と、セル電圧を検出する不図示のセル電圧センサとが設けられている。
電池セル監視部33は、ひとつの電池モジュール15に対して一対一で設けられている。図3に示す例では、電池セル監視部33は、5つ設けられている。電池セル監視部33は、電池モジュール15を構成する複数の電池セル35の管理機能を有する。具体的には、電池セル監視部33は、セル温度センサ37、および、セル電圧センサからそれぞれの温度および電圧に関する検出値を取得し、これら検出値に基づいて、それぞれの電池セル35毎の充電度(SOC:State Of Charge)を、温度補正を加味して求める。また、電池セル監視部33は、それぞれの電池セル35毎のセル電圧に基づいて、過充電または過放電の診断を行なう。
取込口17は、図1および図3に示すように、筺体13の前側(電池モジュール15が収容された函体16を望む側)に設けられている。取込口17は、筺体13の内部空間に空気を取り込む役割を果たす。
なお、函体16の前側に、取込口17を設けてもよい。
なお、函体16の前側に、取込口17を設けてもよい。
排出口19は、図1〜図4に示すように、筺体13の後側(送風ファン21の設置側)に設けられている。排出口19は、筺体13の内部空間の空気を筐体13の外部へ排出する役割を果たす。
なお、函体16の後側に、排出口19を設けてもよい。
なお、函体16の後側に、排出口19を設けてもよい。
取込口17から排出口19へと至る筺体13の内部空間には、風の通り路である通風路18が設けられている。この通風路18を挟むように、図1および図3に示すように、電池モジュール15をそれぞれに収容した複数の函体16が並列に、相互に間隔を置いて設けられている。
送風部20は、筺体13の後側に設けられている。送風部20は、送風ファン21およびファンモータ22からなる。送風ファン21は、図2に示すように、ファンモータ22によって回転駆動される。送風部20は、図1〜図4に示すように、電池モジュール15の冷却が必要な場合に、通風路18を通る前側から後側への風の流れを創り出す役割を果たす。
ダンパ機構部23は、通風路18の風の流れ方向を基準として、電池モジュール15が収容された函体16と、送風ファン21との間に設けられている。ダンパ機構部23は、通風路18の断面積を変化させることで通風量を調節する役割を果たす。実際には、ダンパ機構部23は、図2に示すように、本発明の“回動部材”に相当する複数(図2の例では3つ)のダンパ41と、ダンパ41の回転支軸43と、ダンパ駆動モータ45と、駆動側プーリ47と、一対の従動側プーリ48と、駆動ベルト49とを備えて構成されている。
複数の各ダンパ41は、筺体13に一側(回転支軸43)が軸支され、他側(自由端側)が通風路18を開放または閉止するように回転動作する。図2において、通風路18を最も開放した状態に位置づけられたダンパ41aを実線で示す一方、通風路18を完全に閉止した状態に位置づけられたダンパ41bを二点鎖線で示している。前記した開放状態から閉止状態に至る回転位置のうちいずれかに、ダンパ41を回転動作させつつ位置づけることによって、通風路18を通る風の量を調整可能になっている。
複数のダンパ41のうち、いずれか一(図2の例では最上位に位置するダンパ41)の回転支軸43には、この回転支軸43に回転力を与えるダンパ駆動モータ45、および、この回転支軸43の回転力をその他のダンパ41に伝えるための駆動側プーリ47がそれぞれ設けられている。
前記したその他のダンパ41には、一対の従動側プーリ48がそれぞれ設けられている。駆動側プーリ47、および、一対の従動側プーリ48のそれぞれには、不図示の外歯が設けられている。また、駆動側プーリ47、および、一対の従動側プーリ48のそれぞれには、前記した外歯にかみ合う内歯49aが形成された駆動ベルト49が掛け渡されている。
なお、送風部20、ダンパ機構部23、および、統合制御部25を動作させるための電力は、自前の電池モジュール15から供給されている。ただし、送風部20、ダンパ機構部23、または、統合制御部25のうち少なくともいずれかを動作させるための電力を、外部電源から受電する構成を採用してもよい。
統合制御部25は、複数(図3の例では5つ)の電池セル監視部33に接続されると共に、ファンモータ22およびダンパ駆動モータ45にそれぞれ接続されている。統合制御部25は、詳しくは後記するが、セル温度センサ37による温度検出値の相関値が予め定められる基準温度値以下となった場合に、ファンモータ22の回転動作を弱めると共に、通風路18の通風量を零側に調節する制御(保温運転制御)を行う機能を有する。
具体的には、電池セル監視部33は、複数(図1の例では3つ)のセル温度センサ37から取得したセル温度に基づくセル温度情報(例えば、複数のセル温度値の平均値、最小値、最大値など)を、通信線39(図1参照)を介して統合制御部25に渡す。これを受けて統合制御部25は、複数(図3の例では5つ)の電池モジュール15のそれぞれに関するセル温度情報を集計し、適当な演算(例えば、複数のセル温度情報の平均値、最小値、最大値など)を施すことにより、代表特性温度Tcを取得するように動作する。
そして、統合制御部25は、求められた代表特性温度Tcと、あらかじめ設定された第1および第2の基準温度しきい値T1,T2との大小関係に係る比較・判定を行い、その判定結果に従って、後記する通常運転モードまたは保温運転モードでの制御を実行する。
詳しく述べると、例えば、代表特性温度Tcが、予め定められる第2の基準温度しきい値T2を超えており、電池モジュール15の保温が不要と判断された場合、統合制御部25は、通常運転モードによる通風量調節制御を行う。この通常運転モードによる通風量調節制御では、駆動ベルト49は、ダンパ駆動モータ45の反時計周り方向の回転に伴って図2中のB方向とは逆の方向に動く。すると、ダンパ41の回転支軸43に設けられた駆動側プーリ47、および、一対の従動側プーリ48は、反時計周り方向に回転する。すると、ダンパ41は、図2中のA方向とは逆の開放方向に回転動作する。
なお、通常運転モードによる通風量調節制御では、ファンモータ22は、統合制御部25から送られてくる駆動制御信号に従う速度で回転している。
なお、通常運転モードによる通風量調節制御では、ファンモータ22は、統合制御部25から送られてくる駆動制御信号に従う速度で回転している。
要するに、通常運転モードによる通風量調節制御では、充電または放電動作に伴うジュール熱によって、電池モジュール15のセル温度が上昇する傾向にあるケースを想定し、かかるケースでは、電池モジュール15が収容された函体16の側面に沿って風を通す。ここで、通常運転モードによる通風量調節制御では、ダンパ41は開放状態にあり、送風ファン21は回転動作している。このため、前記の函体16の側面に沿う通風は、その流れを阻害することなく円滑に行われる。これにより、電池モジュール15の加熱を抑えて、電池モジュール15を適温に維持するようにしている。
前記とは逆に、代表特性温度Tcが、予め定められる第1の基準温度しきい値T1以下であり、電池モジュール15の保温が必要と判断された場合、統合制御部25は、保温運転モードによる通風量調節制御を行う。この保温運転モードによる通風量調節制御では、駆動ベルト49は、ダンパ駆動モータ45の時計周り方向の回転に伴って図2中のB方向に動く。すると、ダンパ41の回転支軸43に設けられた駆動側プーリ47、および、一対の従動側プーリ48は、時計周り方向に回転する。すると、ダンパ41は、図2中のA方向で示す閉止方向に回転動作する。これにより、通風路18における風の流れを遮断して、電池モジュール15の保温を図る。
なお、保温運転モードによる通風量調節制御では、ファンモータ22は、統合制御部25から送られてくる駆動制御信号に従って、その回転を停止している。
なお、保温運転モードによる通風量調節制御では、ファンモータ22は、統合制御部25から送られてくる駆動制御信号に従って、その回転を停止している。
要するに、保温運転モードによる通風量調節制御では、充電または放電動作に伴うジュール熱によっても、電池モジュール15のセル温度が低下する傾向にあるケースを想定し、かかるケースでは、電池モジュール15が収容された函体16の側面に沿う風の流れを遮断する。ここで、保温運転モードによる通風量調節制御では、ダンパ41は閉止状態にあり、送風ファン21はその回転を停止している。このため、前記の函体16の側面に沿う風の流れは遮断されている。これにより、電池モジュール15の放熱を抑えて、電池モジュール15を適温に維持するようにしている。
(第1実施形態に係る電池システム11の動作)
次に、第1実施形態に係る電池システム11の動作について、図5および図6を参照して説明する。図5は、第1実施形態に係る電池システム11の温度制御動作の説明に供するフローチャート図である。図6は、第1実施形態に係る電池システム11の温度制御動作の説明に供するタイムチャート図である。図5に示す処理の流れは、第1実施形態に係る電池システム11の主電源スイッチ(不図示)がオンされている場合に、所定時間毎(例えば3秒毎などの、予め任意に定められる時間)に開始される。
次に、第1実施形態に係る電池システム11の動作について、図5および図6を参照して説明する。図5は、第1実施形態に係る電池システム11の温度制御動作の説明に供するフローチャート図である。図6は、第1実施形態に係る電池システム11の温度制御動作の説明に供するタイムチャート図である。図5に示す処理の流れは、第1実施形態に係る電池システム11の主電源スイッチ(不図示)がオンされている場合に、所定時間毎(例えば3秒毎などの、予め任意に定められる時間)に開始される。
ステップS1において、統合制御部25は、代表特性温度Tcの取得処理を行う。この代表特性温度Tcの取得は、次の手順により遂行される。すなわち、統合制御部25は、複数(図3の例では5つ)の電池セル監視部33から送られてきたセル温度情報を集計し、適当な演算(例えば、複数のセル温度情報の平均値をとるか、最小値をとるか、または、最大値をとるかなど)を施すことにより、代表特性温度Tcを取得する。
なお、代表特性温度Tcは、本発明の“電池温度検出部(セル温度センサ37)による温度検出値の相関値”に相当する。
なお、代表特性温度Tcは、本発明の“電池温度検出部(セル温度センサ37)による温度検出値の相関値”に相当する。
ステップS2において、統合制御部25は、第1実施形態に係る電池システム11の動作モードが、電池モジュール15を冷却するための通常運転モードか、または、電池モジュール15を保温するための保温運転モードか、を調べる。この調査の結果、第1実施形態に係る電池システム11の動作モードが通常運転モードの場合、統合制御部25は、処理の流れをステップS3へと進ませる。一方、第1実施形態に係る電池システム11の動作モードが保温運転モードの場合、統合制御部25は、処理の流れをステップS4へと進ませる。
第1実施形態に係る電池システム11の動作モードが通常運転モードの場合、ステップS3において、統合制御部25は、ステップS1で取得した代表特性温度Tcと、第1の基準温度しきい値T1との大小関係に係る比較・判定を行う。
ステップS3の比較・判定の結果、代表特性温度Tcが第1の基準温度しきい値T1以上である旨(ステップS3の“No”参照)の判定が下された場合、統合制御部25は、第1実施形態に係る電池システム11の動作モードを、そのまま通常運転モードに維持させる制御を行い、この制御の実行後に、処理の流れを終了させる。
一方、ステップS3の比較・判定の結果、代表特性温度Tcが第1の基準温度しきい値T1と比べて低い旨(ステップS3の“Yes”参照)の判定が下された場合、ステップS4において、統合制御部25は、次の手順を用いて、第1実施形態に係る電池システム11の動作モードを、通常運転モードから保温運転モードに切り換える制御(図6の時刻t1参照)を行う。具体的には、統合制御部25は、ファンモータ22の動作を弱めると共に、ダンパ41を閉止状態側に駆動することで通風量を零側に調節する制御(保温運転制御)を行う。
さらに詳しく述べると、ステップS4aにおいて、統合制御部25は、ファンモータ22の動作を弱める制御を行う。ここで、ファンモータ22の動作を弱めるとは、直前までのファンモータ22の回転速度と比べて、低い回転速度で動作させることを意味する。また、低い回転速度で動作させるとは、ファンモータ22の回転を停止させることを含む。
このように、ダンパ41を閉止状態側に駆動するのに先立って、ファンモータ22の動作を弱める制御を行うのは、ダンパ駆動モータ45の負荷を減じる趣旨である。すなわち、通風路18における通風量が大きい状態でダンパ41を閉止状態側に駆動しようとすると、空気抵抗に抗するだけの大きな駆動力を要し、ダンパ駆動モータ45に多大な負荷を強いることになるからである。
次いで、ステップS4bにおいて、統合制御部25は、ダンパ41を閉止状態側に駆動することで通風量を零側に調節する制御を行う。ここで、ダンパ41を閉止状態側に駆動するとは、直前までのダンパ41の回転位置と比べて、閉止状態側に位置づけるようにダンパ駆動モータ45を駆動することを意味する。また、閉止状態側に位置づけるとは、通風路18を完全に閉止した状態にダンパ41(図2の41b参照)を位置づけることを含む。
前記した動作モード切り換え制御の実行後に、統合制御部25は、処理の流れを終了させる。
さて、第1実施形態に係る電池システム11の動作モードが保温運転モードの場合、ステップS5において、統合制御部25は、ステップS1で取得した代表特性温度Tcと、第2の基準温度しきい値T2との大小関係に係る比較・判定を行う。
ステップS5の比較・判定の結果、代表特性温度Tcが第2の基準温度しきい値T2以下である旨(ステップS5の“No”参照)の判定が下された場合、統合制御部25は、第1実施形態に係る電池システム11の動作モードを、そのまま保温運転モードに維持させる制御を行い、この制御の実行後に、処理の流れを終了させる。
一方、ステップS5の比較・判定の結果、代表特性温度Tcが第2の基準温度しきい値T2と比べて高い旨(ステップS5の“Yes”参照)の判定が下された場合、ステップS6において、統合制御部25は、第1実施形態に係る電池システム11の動作モードを、保温運転モードから通常運転モードに切り換える制御(図6の時刻t2参照)を行い、この制御の実行後に、処理の流れを終了させる。
前記した動作説明では、第1実施形態に係る電池システム11の動作モードを、通常運転モードから保温運転モードへと切り換えるタイミングをはかる場合、代表特性温度Tcと第1の基準温度しきい値T1との大小関係を比較・判定する構成を採用した。ここで、第1実施形態に係る電池システム11の動作モードを、通常運転モードから保温運転モードへと切り換える要請が生じるケースとは、図6に示すように、充電または放電動作に伴うジュール熱によっても、電池モジュール15のセル温度が低下する傾向にあるケースが相当する。かかるケースでは、電池モジュール15が収容された函体16の側面に沿う風の流れを遮断することにより、電池モジュール15の放熱を抑えて、電池モジュール15を適温に維持する。
一方、第1実施形態に係る電池システム11の動作モードを、保温運転モードから通常運転モードへと切り換えるタイミングをはかる場合、代表特性温度Tcと第2の基準温度しきい値T2(第1の基準温度しきい値T1よりも高い値に設定される)との大小関係を比較・判定する構成を採用した。ここで、第1実施形態に係る電池システム11の動作モードを、保温運転モードから通常運転モードへと切り換える要請が生じるケースとは、図6に示すように、充電または放電動作に伴うジュール熱によって、電池モジュール15のセル温度が上昇する傾向にあるケースが相当する。かかるケースでは、電池モジュール15が収容された函体16の側面に沿って風を通すことにより、電池モジュール15の冷却を促進させる。
要するに、第1実施形態に係る電池システム11では、その動作モードを切り換えるためのタイミングを決定する基準温度しきい値(第1および第2の基準温度しきい値T1,T2)に対し、往路と復路とで経路が異なるヒステリシス特性を与えている。これにより、第1実施形態に係る電池システム11の動作モードが、短い時間で頻繁に切り換わる、いわゆるハンチング現象を抑制するようにしている。
なお、電池モジュール15内の電池セル35の数および配置としては、特に限定されないが、例えば、7つの電池セル35を直列に接続する構成を採用することができる。また、第1の基準温度しきい値T1としては、特に限定されないが、例えば、摂氏0度〜5度程度を好適に採用することができる。さらに、第2の基準温度しきい値T2としては、特に限定されないが、例えば、摂氏5度〜15度程度を好適に採用することができる。このような第1および第2の基準温度しきい値T1,T2に係る設定値は、電池セル35としてリチウムイオン二次電池を採用した場合、その性能を維持する上で好ましい。
(第1実施形態に係る電池システム11の作用効果)
第1実施形態に係る電池システム11では、取込口17から排出口19へ至る通風路18を通る風の量を調節する“通風量調節部”として、送風部20、ダンパ機構部23、および、統合制御部25を備え、電池モジュール15は、通風路18に設けられる。
このため、第1実施形態に係る電池システム11によれば、適用対象となる構造物の物理的な構造に関わらず、温度調整システムを導入することができる。したがって、適用対象としての構造物の汎用性を保ちつつ、電池モジュール15を適温に維持することができる。
第1実施形態に係る電池システム11では、取込口17から排出口19へ至る通風路18を通る風の量を調節する“通風量調節部”として、送風部20、ダンパ機構部23、および、統合制御部25を備え、電池モジュール15は、通風路18に設けられる。
このため、第1実施形態に係る電池システム11によれば、適用対象となる構造物の物理的な構造に関わらず、温度調整システムを導入することができる。したがって、適用対象としての構造物の汎用性を保ちつつ、電池モジュール15を適温に維持することができる。
また、第1実施形態に係る電池システム11では、本発明に係る“通風量調節部”として、通風路18を通る風の流れを創り出す送風部20(通風創出部)と、通風路18の断面積を変化させることで通風量を調節するダンパ機構部23(通風量調節機構)と、送風ファン21およびファンモータ22(通風創出部)、または、ダンパ機構部23(通風量調節機構)の少なくともいずれか一方の通風量調節動作を制御する統合制御部25(制御部)と、を備えた。
したがって、第1実施形態に係る電池システム11によれば、風の流れの強弱、または、通風量の大小の少なくともいずれか一方を制御することによって、きめ細かな温度調整を実現することができる。
したがって、第1実施形態に係る電池システム11によれば、風の流れの強弱、または、通風量の大小の少なくともいずれか一方を制御することによって、きめ細かな温度調整を実現することができる。
また、第1実施形態に係る電池システム11では、ダンパ機構部23(通風量調節機構)は、筺体13に一側(回転支軸43)が軸支され、他側(自由端側)が通風路18を開放または閉止するように回転動作するダンパ41(回動部材)よりなる。
したがって、第1実施形態に係る電池システム11によれば、ダンパ41の回転位置調整を通じて通風量を制御することによって、きめ細かな温度調整を実現することができる。
したがって、第1実施形態に係る電池システム11によれば、ダンパ41の回転位置調整を通じて通風量を制御することによって、きめ細かな温度調整を実現することができる。
また、第1実施形態に係る電池システム11では、その動作モードを、通常運転モードから保温運転モードに切り換える制御を行うに際し、ダンパ41を閉止状態側に駆動するのに先立って、ファンモータ22の動作を弱める制御を行う構成を採用した。
したがって、第1実施形態に係る電池システム11によれば、通風路18における空気抵抗を減らすことを通じて、ダンパ41を回転駆動するダンパ駆動モータ45の負荷を減じることができる。
したがって、第1実施形態に係る電池システム11によれば、通風路18における空気抵抗を減らすことを通じて、ダンパ41を回転駆動するダンパ駆動モータ45の負荷を減じることができる。
また、第1実施形態に係る電池システム11では、その動作モードを切り換えるためのタイミングを決定する基準温度しきい値(第1および第2のしきい値T1,T2)に対し、往路と復路とで経路が異なるヒステリシス特性を与える構成を採用した。
したがって、第1実施形態に係る電池システム11によれば、その動作モードが短い時間で頻繁に切り換わる、いわゆるハンチング現象を抑制することができる。
したがって、第1実施形態に係る電池システム11によれば、その動作モードが短い時間で頻繁に切り換わる、いわゆるハンチング現象を抑制することができる。
<第2実施形態>
次に、第2実施形態に係る電池システム71について、図7を参照しながら詳細に説明する。図7は、第2実施形態に係る電池システム71の外観を表す斜視図である。第2実施形態に係る電池システム71と、第1実施形態に係る電池システム11とは、基本的な構成がほぼ共通している。そこで、両者間で共通の機能を有する部材には共通の符号を付し、その重複した説明を省略する。そして、両者間の相違点に注目して説明を進める。
次に、第2実施形態に係る電池システム71について、図7を参照しながら詳細に説明する。図7は、第2実施形態に係る電池システム71の外観を表す斜視図である。第2実施形態に係る電池システム71と、第1実施形態に係る電池システム11とは、基本的な構成がほぼ共通している。そこで、両者間で共通の機能を有する部材には共通の符号を付し、その重複した説明を省略する。そして、両者間の相違点に注目して説明を進める。
第1実施形態と第2実施形態との相違点は次の通りである。
すなわち、第1実施形態に係る電池システム11では、ひとつの筐体13に対し、送風部20およびダンパ機構部23がそれぞれひとつずつ設けられている。
すなわち、第1実施形態に係る電池システム11では、ひとつの筐体13に対し、送風部20およびダンパ機構部23がそれぞれひとつずつ設けられている。
これに対し、第2実施形態に係る電池システム71では、ひとつの収納ラック73に対し、それぞれに複数(図7の例では5つ)の電池モジュール15を収納した複数(図7の例では5つ)の筐体13を、縦方向に重ねて収納している。個々の筐体13には、送風部20、ダンパ機構部23、および、統合制御部25は設けられていない。
その代わりに、収納ラック73の上部には、複数の筐体13のそれぞれに設けられた通風路18における通風量を調節するための送風部20およびダンパ機構部23、並びに、複数の筐体13のそれぞれに収納された電池モジュール15の通風量調整などの制御を司る統合制御部25が、それぞれひとつずつ設けられている。
なお、第2実施形態において、個々の電池モジュール15を収容した複数の函体16の狭間に取込口17および通風路18が設けられている点、並びに、送風部20に排出口19が設けられている点は、第1実施形態と同じである。
なお、第2実施形態において、個々の電池モジュール15を収容した複数の函体16の狭間に取込口17および通風路18が設けられている点、並びに、送風部20に排出口19が設けられている点は、第1実施形態と同じである。
第2実施形態に係る電池システム71では、ひとつの収納ラック73に対し、それぞれに複数の電池モジュール15を収納した複数の筐体13を、縦方向に重ねて収納する構成を採用した。
したがって、第2実施形態に係る電池システム71によれば、大規模な電池システムを構築した場合であっても、個々の電池モジュールの温度調整を適切に実現することができる。
したがって、第2実施形態に係る電池システム71によれば、大規模な電池システムを構築した場合であっても、個々の電池モジュールの温度調整を適切に実現することができる。
<第3実施形態>
次に、第3実施形態に係る電池システム81について、図8(a),図8(b)を参照しながら詳細に説明する。図8(a)は、第3実施形態に係る電池システム81の外観を表す斜視図である。図8(b)は、第3実施形態に係る電池システム81の前部を右側方から視た図である。
次に、第3実施形態に係る電池システム81について、図8(a),図8(b)を参照しながら詳細に説明する。図8(a)は、第3実施形態に係る電池システム81の外観を表す斜視図である。図8(b)は、第3実施形態に係る電池システム81の前部を右側方から視た図である。
第3実施形態に係る電池システム81と、第1実施形態に係る電池システム11とは、基本的な構成がほぼ共通している。そこで、両者間で共通の機能を有する部材には共通の符号を付し、その重複した説明を省略する。そして、両者間の相違点に注目して説明を進める。
第1実施形態と第3実施形態との相違点は次の通りである。
すなわち、第1実施形態に係る電池システム11では、ひとつの筐体13の後側に、本発明の“通風量調節部”として機能するダンパ機構部23が設けられている。
すなわち、第1実施形態に係る電池システム11では、ひとつの筐体13の後側に、本発明の“通風量調節部”として機能するダンパ機構部23が設けられている。
これに対し、第3実施形態に係る電池システム81では、ひとつの筐体13の前側にも、本発明の“通風量調節部”として機能する通風量調節機構83を設けた点が、第1実施形態とは大きく相違している。その他の構成は、第1実施形態と同じである。
第3実施形態に係る通風量調節機構83は、筐体13における前側の上辺部および下辺部のそれぞれに設けられた一対のガイドレール85a,85bと、平板形状のシャッタ部材87とからなる。シャッタ部材87は、本発明の“移動部材”に相当する。また、個々の電池モジュール15を収容した複数の函体16の狭間(本発明の“風を通す通風部”に相当する。)と、複数の函体16の前側面(本発明の“風を遮る遮風部”に相当する。)との組み合わせによって、本発明の“通風部材”が形成されている。
一対のガイドレール85a,85bは、図8(a),図8(b)に示すように、それぞれの断面が略U字形状のU字溝86を有する。これらのガイドレール85a,85bは、そのU字溝86の開放側が相互に相対するように位置して設けられている。一対のガイドレール85a,85bのそれぞれの長さは、筐体13における前側の上辺部および下辺部の長さとほぼ同じである。
シャッタ部材87は、筐体13における前側をほぼ覆うことのできる程度のサイズに形成されている。シャッタ部材87は、その上辺および下辺のそれぞれが、一対のガイドレール85a,85bのU字溝86に嵌り合うことにより、ガイドレール85a,85bの長手方向に沿って往復移動自在(図8(a)の矢印88で示す方向参照)に設けられている。シャッタ部材87には、上方方向に延びる長方形状の複数(図8(a)の例では6つ)の通風孔89が、ガイドレール85a,85bの長手方向において相互に等しい間隔を置いて設けられている。
シャッタ部材87における通風孔89は、筐体13における前側全面を覆うようにシャッタ部材87を位置させた場合に、個々の電池モジュール15を収容した複数の函体16の狭間に形成される取込口17の位置に合わせて設けられている。これにより、筐体13における前側全面を覆うようにシャッタ部材87を位置(この位置を、説明の便宜上“開放位置”と称する。)させた場合に、取込口17からの空気の取り込み量が最も大きくなるようになっている。
また、“開放位置”にあるシャッタ部材87を、左右いずれかに少しずつスライド移動させて位置付けることによって、取込口17からの空気の取り込み量を調整可能になっている。そして、シャッタ部材87における通風孔89が、電池モジュール15を収容した複数の函体16の前側面に重なるように位置(この位置を、説明の便宜上“閉止位置”と称する。)させた場合に、取込口17からの空気の取り込みが遮断されるようになっている。
なお、例えば、約20W程度の電池モジュール15の発熱が想定される場合、シャッタ部材87に開設される通風孔89の幅方向サイズは、約5〜20mm程度が好ましい。また、通風孔89に、通風量の調節などに寄与するメッシュ状の部材を設けてもよい。
なお、例えば、約20W程度の電池モジュール15の発熱が想定される場合、シャッタ部材87に開設される通風孔89の幅方向サイズは、約5〜20mm程度が好ましい。また、通風孔89に、通風量の調節などに寄与するメッシュ状の部材を設けてもよい。
第3実施形態に係る電池システム81では、ひとつの筐体13の後側のみならず、その筐体13の前側にも、本発明の“通風量調節部”として機能する通風量調節機構83を設ける構成を採用した。
したがって、第3実施形態に係る電池システム81によれば、第1実施形態に係る電池システム11と比べて、よりきめ細かい温度調整の実現を期待することができる。
したがって、第3実施形態に係る電池システム81によれば、第1実施形態に係る電池システム11と比べて、よりきめ細かい温度調整の実現を期待することができる。
<第3実施形態の変形例>
次に、第3実施形態の変形例について、図9を参照しながら詳細に説明する。図9は、第3実施形態の変形例に係るシャッタ部材91の説明図である。
次に、第3実施形態の変形例について、図9を参照しながら詳細に説明する。図9は、第3実施形態の変形例に係るシャッタ部材91の説明図である。
第3実施形態に係るシャッタ部材87と、第3実施形態の変形例に係るシャッタ部材91との相違点は次の通りである。
すなわち、第3実施形態に係るシャッタ部材87では、通風孔89の形状として、長方形状を採用したのに対し、第3実施形態の変形例に係るシャッタ部材91では、通風孔93の形状として、長方形状の相互に隣り合う二辺にわたり、それぞれの二辺を部分的に残して斜めに覆うことにより、シャッタ部材87をスライド移動させた場合に、通風孔93の開口面積が非線形に変わる形状を採用した点が大きく相違している。その他の構成は、第3実施形態と同じである。
すなわち、第3実施形態に係るシャッタ部材87では、通風孔89の形状として、長方形状を採用したのに対し、第3実施形態の変形例に係るシャッタ部材91では、通風孔93の形状として、長方形状の相互に隣り合う二辺にわたり、それぞれの二辺を部分的に残して斜めに覆うことにより、シャッタ部材87をスライド移動させた場合に、通風孔93の開口面積が非線形に変わる形状を採用した点が大きく相違している。その他の構成は、第3実施形態と同じである。
第3実施形態の変形例に係るシャッタ部材91では、シャッタ部材87をスライド移動させた場合に、通風孔93の開口面積が非線形に変わる形状を採用した。
したがって、第3実施形態の変形例によれば、第3実施形態と比べて、通風量の微調整を行うことが可能となる結果として、より一層きめ細かい温度調整の実現を期待することができる。
したがって、第3実施形態の変形例によれば、第3実施形態と比べて、通風量の微調整を行うことが可能となる結果として、より一層きめ細かい温度調整の実現を期待することができる。
<第4実施形態>
次に、第4実施形態について、図10を参照しながら詳細に説明する。図10は、第4実施形態に係る統合制御部101およびその周辺の構成を表す機能ブロック図である。
次に、第4実施形態について、図10を参照しながら詳細に説明する。図10は、第4実施形態に係る統合制御部101およびその周辺の構成を表す機能ブロック図である。
第1実施形態に係る統合制御部25と、第4実施形態に係る統合制御部101との相違点は次の通りである。
すなわち、第1実施形態に係る統合制御部25では、セル温度センサ37による温度検出値の相関値が基準温度値(第1の基準温度しきい値T1)以下となった場合に、電池モジュール15を保温する目的で、送風部20の動作を弱めると共に、ダンパ機構部23によって通風量を零側に調節する保温運転を行わせる構成を採用した。
すなわち、第1実施形態に係る統合制御部25では、セル温度センサ37による温度検出値の相関値が基準温度値(第1の基準温度しきい値T1)以下となった場合に、電池モジュール15を保温する目的で、送風部20の動作を弱めると共に、ダンパ機構部23によって通風量を零側に調節する保温運転を行わせる構成を採用した。
これに対し、第4実施形態に係る統合制御部101では、セル温度センサ37による温度検出値の相関値が予め定められる基準温度値(第1の基準温度しきい値T1)以下となった場合に、電池モジュール15を保温する目的で、送風部20およびダンパ機構部23の保温運転制御に加えて、電池モジュール15の電力を負荷103に供給する制御を行う点が、第1実施形態に係る統合制御部25とは大きく相違している。その他の構成は、第1実施形態と同じである。
第4実施形態に係る統合制御部101は、図10に示すように、電池モジュール15からの直流電力の供給を受けると共に、同電池モジュール15に内蔵される電池セル35に設けられるセル温度センサ37によるセル温度検出値の相関値を入力し、入力したセル温度検出値の相関値が基準温度値(第1の基準温度しきい値T1)以下となった場合に、電池モジュール15を保温する目的で、電池モジュール15の電力を負荷103に供給する制御を行うように動作する。
前記の動作を実行するために、第4実施形態に係る統合制御部101は、負荷駆動電源105、負荷回路107、リレースイッチ109、および、比較演算部111を備えて構成されている。負荷駆動電源105は、電池モジュール15に接続されている。負荷駆動電源105は、電池モジュール15からの直流電力の供給を受けて、この直流電力を、負荷回路107およびリレースイッチ109を介して負荷103に供給する機能を有する。
負荷回路107は、負荷駆動電源105と、負荷103との間を、リレースイッチ109を介在させて接続する電気回路である。比較演算部111は、セル温度検出値の相関値と、基準温度値(第1の基準温度しきい値T1)との大小関係を比較演算し、セル温度検出値の相関値が基準温度値以下となった場合に、負荷103を駆動するための負荷駆動制御信号を出力する。この負荷駆動制御信号を受けて、リレースイッチ109は、負荷回路107の常開接点NCを閉止させるように動作する。これにより、電池モジュール15の電力は、負荷103へと供給される。
なお、負荷103としては、例えば、モータ、電磁開閉機、電磁ポンプなどの、電力の供給を受けて何らかの動作を行うことで電力を消費する機能を有していれば、いかなるものを採用してもよい。電池モジュール15の放電による発熱を促すことが、負荷103の存在意義だからである。ただし、負荷103が、第4実施形態に係る電池システムに関連するものであれば、無駄な電力消費を抑える観点から、さらに好ましい。
第4実施形態に係る統合制御部101では、セル温度検出値の相関値が基準温度値以下となった場合に、電池モジュール15を保温する目的で、送風部20およびダンパ機構部23の保温運転制御に加えて、電池モジュール15の電力を負荷103に供給する制御を行う構成を採用した。
したがって、第4実施形態に係る電池システムによれば、第1実施形態に係る電池システム11と比べて、電池モジュール15の保温効果を高めることができる。
したがって、第4実施形態に係る電池システムによれば、第1実施形態に係る電池システム11と比べて、電池モジュール15の保温効果を高めることができる。
(第1〜第4実際形態に共通の作用効果)
次に、第1〜第4実際形態に共通の作用効果について、図11を参照しつつ説明する。図11は、電池モジュール15の放電時間に対する出力電圧特性を、温度パラメータ(摂氏0度および摂氏25度)を用いて対比した説明図である。図11に示すように、電池の温度が摂氏25度の場合の出力電圧特性は、電池の温度が摂氏0度の場合のそれと比べて、所定電圧V1をより長く維持できており、電池の性能を良好に発揮させることができる点で優位である。
次に、第1〜第4実際形態に共通の作用効果について、図11を参照しつつ説明する。図11は、電池モジュール15の放電時間に対する出力電圧特性を、温度パラメータ(摂氏0度および摂氏25度)を用いて対比した説明図である。図11に示すように、電池の温度が摂氏25度の場合の出力電圧特性は、電池の温度が摂氏0度の場合のそれと比べて、所定電圧V1をより長く維持できており、電池の性能を良好に発揮させることができる点で優位である。
本発明の第1〜第4実際形態に係る電池システムによれば、セル温度検出値の相関値が基準温度値以下となるなど、電池モジュール15の環境温度が比較的低い場合であっても、電池モジュール15を適温に維持することができる。その結果、電池モジュール15の性能を良好に発揮させることができる。
また、例えば、メガワット級などといった大規模な電池システムを構築した場合であっても、電池モジュール15を効率よく機能させるための温度調整を適時に行うことができる。
また、例えば、メガワット級などといった大規模な電池システムを構築した場合であっても、電池モジュール15を効率よく機能させるための温度調整を適時に行うことができる。
[その他の実施形態]
以上説明した複数の実施形態は、本発明の具現化例を示したものである。従って、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。本発明はその要旨またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形態で実施することができるからである。
以上説明した複数の実施形態は、本発明の具現化例を示したものである。従って、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。本発明はその要旨またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形態で実施することができるからである。
11 第1実施形態に係る電池システム
13 筺体
15 電池モジュール
16 函体
17 取込口
18 通風路
19 排出口
20 送風部(通風量調節部)
21 送風ファン
22 ファンモータ
23 ダンパ機構部(通風量調節部)
25 統合制御部(通風量調節部)
33 電池セル監視部
35 電池セル
37 セル温度センサ
41 ダンパ(回動部材)
43 回転支軸
45 ダンパ駆動モータ
47 駆動側プーリ
48 一対の従動側プーリ
49 駆動ベルト
71 第2実施形態に係る電池システム
73 収納ラック
81 第3実施形態に係る電池システム
83 通風量調節機構
85a,85b 一対のガイドレール
87 シャッタ部材(移動部材)
89 通風孔
91 第3実施形態の変形例に係るシャッタ部材(移動部材)
93 第3実施形態の変形例に係る通風孔
101 第4実施形態に係る統合制御部
103 負荷
105 負荷駆動電源
107 負荷回路
109 リレースイッチ
111 比較演算部
T1 第1の基準温度しきい値
T2 第2の基準温度しきい値
13 筺体
15 電池モジュール
16 函体
17 取込口
18 通風路
19 排出口
20 送風部(通風量調節部)
21 送風ファン
22 ファンモータ
23 ダンパ機構部(通風量調節部)
25 統合制御部(通風量調節部)
33 電池セル監視部
35 電池セル
37 セル温度センサ
41 ダンパ(回動部材)
43 回転支軸
45 ダンパ駆動モータ
47 駆動側プーリ
48 一対の従動側プーリ
49 駆動ベルト
71 第2実施形態に係る電池システム
73 収納ラック
81 第3実施形態に係る電池システム
83 通風量調節機構
85a,85b 一対のガイドレール
87 シャッタ部材(移動部材)
89 通風孔
91 第3実施形態の変形例に係るシャッタ部材(移動部材)
93 第3実施形態の変形例に係る通風孔
101 第4実施形態に係る統合制御部
103 負荷
105 負荷駆動電源
107 負荷回路
109 リレースイッチ
111 比較演算部
T1 第1の基準温度しきい値
T2 第2の基準温度しきい値
Claims (9)
- 内部空間を有する筺体と、
前記内部空間に設けられ、複数の電池セルを接続してなる電池モジュールと、
前記筺体に設けられ、前記内部空間に空気を取り込むための取込口と、
前記筺体に設けられ、前記内部空間の空気を該筐体の外部へ排出するための排出口と、
前記取込口から前記排出口へ至る通風路を通る風の量を調節する通風量調節部と、
を備え、
前記電池モジュールは、前記通風路に設けられる、
ことを特徴とする電池システム。 - 請求項1に記載の電池システムであって、
前記通風量調節部は、
前記通風路を通る風の流れを創り出す通風創出部と、
前記通風路の断面積を変化させることで通風量を調節する通風量調節機構と、
前記通風創出部または前記通風量調節機構の少なくともいずれか一方の通風量調節動作を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする電池システム。 - 請求項2に記載の電池システムであって、
前記通風量調節機構は、前記筺体に一側が軸支され、他側が前記通風路を開放または閉止するように回転動作する回動部材よりなることを特徴とする電池システム。 - 請求項2に記載の電池システムであって、
前記通風量調節機構は、
前記通風路に設けられ、風を通す通風部および風を遮る遮風部を有する通風部材と、
前記通風部を開放または閉止するように前記通風部材に沿って移動する移動部材と、
よりなることを特徴とする電池システム。 - 請求項4に記載の電池システムであって、
複数の前記電池モジュールは、それぞれが直方体形状の函体に収容され、
前記複数の函体は、前記通風路を通る風の流れ方向に沿って設けられ、
前記通風部材のうち前記遮風部は、前記複数の函体のうち前記風の流れ方向と略直交する面によって構成され、前記通風部材のうち前記通風部は、前記複数の函体を相互に間隔を置いて設けた際の前記間隔によって構成される、
ことを特徴とする電池システム。 - 請求項2に記載の電池システムであって、
前記複数の電池セルの温度を検出する電池温度検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記電池温度検出部による温度検出値の相関値が予め定められる基準温度値以下となった場合に、前記通風創出部の動作を弱めると共に、前記通風量調節機構による通風量を零側に調節する制御を行う、
ことを特徴とする電池システム。 - 請求項6に記載の電池システムであって、
前記制御部は、前記通風創出部の動作を弱めた後に、前記通風量調節機構による通風量を零側に調節する制御を行う、
ことを特徴とする電池システム。 - 請求項6に記載の電池システムであって、
前記制御部は、前記電池温度検出部による温度検出値の相関値が予め定められる基準温度値以下となった場合に、前記電池モジュールの電力を負荷に供給する制御を行う、
ことを特徴とする電池システム。 - 請求項1に記載の電池システムであって、
前記通風量調節部は、電力の供給を受けて動作するものであり、
前記電力は、前記電池モジュールから供給される、
ことを特徴とする電池システム。
Priority Applications (1)
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JP2013528883A JPWO2013024533A1 (ja) | 2011-08-17 | 2011-08-17 | 電池システム |
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JP2013528883A JPWO2013024533A1 (ja) | 2011-08-17 | 2011-08-17 | 電池システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2013024533A1 true JPWO2013024533A1 (ja) | 2015-03-05 |
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ID=52697020
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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-
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