KR101544658B1 - 전지 팩의 공조 제어 장치 - Google Patents

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케이고 아토베
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Abstract

전지 셀(1a)을 수용하는 전지 팩(1) 내의 공기를 제열하여, 공기를 냉각 또는 제습하는 제열 수단(4)을 마련한다. 또한, 전지 팩(1)과 제열 수단(4)과의 사이를 접속하고, 공기를 내기 순환시키는 순환 경로(2)를 마련한다. 또한, 냉각시와 제습시에서 역방향으로 공기를 순환 경로(2) 내에서 순환시키는 방향 제어 수단(5)을 마련한다.

Description

전지 팩의 공조 제어 장치{AIR-CONDITIONING CONTROL DEVICE FOR BATTERY PACK}
본 발명은, 전지 셀을 수용하는 전지 팩 내의 온도 및 습도를 제어하는 공조(空調) 제어 장치에 관한 것이다.
종래, 리튬이온 전지나 니켈수소 전지 등의 배터리에 축적된 전력을 이용하여 차량을 구동하는 전기자동차, 하이브리드 자동차가 개발되고 있다. 특히, 에너지 밀도가 높은 리튬이온 전지는, 배터리 용량에 비하여 소형 경량화를 도모하기 쉽고, 대전력이 요구되는 차량의 주행용 배터리로서의 수요의 증대가 예상되고 있다.
차량에 탑재되는 일반적인 리튬이온 전지는, 금속제의 케이스 내에 전극 및 전해액을 수납한 기밀, 수밀(水密) 구조를 구비하고 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1에는, 복수의 단전지(전지 셀)를 외기로부터 실 한 금속 케이스에 밀봉한 전지 팩이 기재되어 있다. 이와 같이 금속제의 케이스를 이용함으로써, 단전지의 강성을 향상시킬 수가 있다고 되어 있다.
그런데, 차량에 탑재된 배터리의 총 배터리 용량이 클수록, 보다 많은 에너지를 사용할 수 있기 때문에, 차량의 항속거리(1회의 충전량으로 주행할 수 있다고 추정되는 최대 거리)는 증대한다. 한편, 배터리의 탑재량이 많을수록 차량 중량이 증대하기 때문에, 차량을 주행시키는데도 필요로 하는 에너지가 증대하여, 전비(電費)나 항속거리가 감소한다. 따라서 배터리 자체를 경량화할 수 있으면, 차량 중량의 증대를 억제하면서, 보다 많은 에너지를 차량의 주행용 에너지로서 이용하는 것이 가능하게 되어, 차량의 주행성능을 향상시킬 수 있다.
그래서 근래에는, 배터리의 케이스로서, 금속제의 것 대신에 수지제의 것을 사용하는 것이 제안되어 있다. 예를 들면, 특허 문헌 2에 기재와 같게, 배터리의 셀 전조(電槽)(케이스)를 폴리프로필렌제로 하여, 요구되는 강성을 확보하면서 경량화 및 저비용화를 도모하는 것이 검토되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본국 특개2007-200758호 공보 특허 문헌 2 : 일본국 특개2008-300144호 공보
그러나, 배터리의 케이스를 수지제로 하면, 충분한 수밀성을 유지하기가 어렵고, 배터리의 열화를 억제하기 어렵다는 과제가 있다. 특히, 리튬이온 전지의 경우에는, 수지 케이스의 벽면으로부터의 수분의 침입에 의해 전해질의 분해가 발생하고, 이것이 용량 열화나 수명 저하의 원인이 되기 때문에, 고도의 수밀성이 요구된다. 이와 같은 수밀 성능을 수지제의 케이스에서 실현하기는 어렵다. 한편, 금속제의 케이스를 이용한 경우에는 수밀성을 확보하는 것은 가능해지는 것이지만, 배터리의 중량이 증대하여, 차량의 주행성능을 향상시킬 수가 없다.
본건의 목적의 하나는, 이들과 같은 과제를 감안하여, 온도 환경 및 습도 환경을 적절하게 제어하여 배터리의 열화를 억제하는 것이다.
또한, 이 목적으로 한하지 않고, 후술하는 발명을 실시하기 위한 형태에 나타내는 각 구성에 의해 도출되는 작용 효과로서, 종래의 기술에 의해서는 얻어지지 않는 작용 효과를 이루는 것도 본건의 다른 목적으로서 위치매김할 수 있다.
(1) 여기서 개시하는 전지 팩의 공조 제어 장치는, 전지 셀을 수용하는 전지 팩 내의 공기를 제열(除熱)하여 상기 공기를 냉각 또는 제습하는 제열 수단을 구비한다. 또한, 상기 전지 팩과 상기 제열 수단과의 사이를 접속하고 상기 공기를 내기(內氣) 순환시키는 순환 경로를 구비한다. 또한, 상기 냉각시와 상기 제습시에서 역방향으로 상기 공기를 상기 순환 경로 내에서 순환시키는 방향 제어 수단을 구비한다.
(2) 또한, 상기 제열 수단보다도 상기 냉각시에 있어서의 상류측의 상기 순환 경로상에 마련되고, 상기 공기와 외기와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 상기 열교환 수단은, 상기 냉각시에는 냉각기로서 기능하고, 상기 제습시에는 가온기(加溫器)로서 기능한다.
(3) 또한, 상기 전지 셀의 충전 또는 방전시에 상기 공기를 냉각하는 냉각 제어를 실시하고, 상기 충전의 종료 후에 상기 공기를 제습하는 제습 제어를 실시하는 공조 제어 수단을 구비하는 것이 바람직하다.
(4) 이 경우, 상기 공조 제어 수단이, 상기 냉각 제어시에 상기 순환 경로 내를 순환하는 공기의 유량보다도, 상기 제습 제어시에 상기 순환 경로 내를 순환하는 공기의 유량을 감소시키는 것이 바람직하다.
(5) 또한, 상기 제습시에 상기 제열 수단에 부착한 수분을 상기 순환 경로로부터 유출시키는 바이패스로(路)를 구비하는 것이 바람직하다.
(6) 또한, 상기 전지 팩의 상방에 마련되고, 상기 공기의 냉각시에 상기 순환 경로로부터 상기 전지 팩 내로 상기 공기를 도입하는 제1 도입구와, 상기 전지 팩의 하방에 마련되고, 상기 공기의 제습시에 상기 순환 경로로부터 상기 전지 팩 내로 상기 공기를 도입하는 제2 도입구를 구비하는 것이 바람직하다.
(7) 이 경우, 상기 제1 도입구가, 상기 전지 팩의 윗면의 복수 개소에 마련되고, 상기 전지 팩 내에 수용된 전지 셀의 전체를 향하여 상기 공기를 공급하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제2 도입구가, 상기 전지 팩의 구석부(隅部)에 마련되고, 상기 전지 팩의 하면측부터 층형상(層狀)으로 상기 공기를 공급하는 것이 바람직하다.
개시된 전지 팩의 공조 제어 장치에 의하면, 냉각시와 제습시에서 역방향으로 공기를 순환시킴으로써, 제열 수단에서 냉각된 공기가 전지 팩에 도입될 때의 온도를 서로 다르게 할 수가 있어서, 전지 팩 내의 공기의 온도 및 습도를 조절할 수 있다. 이에 의해, 효율적으로 배터리를 냉각하면서 건조시킬 수 있고, 배터리의 열화를 억제할 수 있다.
도 1은 한 실시 형태에 관한 공조 제어 장치가 적용된 차량의 전체 구성을 도시하는 모식도.
도 2는 도 1의 차량에 탑재된 배터리(전지 팩)의 단면 구조를 예시한 종단면도.
도 3은 도 1의 공조 제어 장치에서 실시되는 냉각 제어의 시작 조건을 설명하기 위한 그래프.
도 4는 도 1의 공조 제어 장치에서 실시되는 제어 내용을 예시하는 플로 차트.
도 5는 도 1의 공조 제어 장치에 의한 제어 작용을 설명하기 위한 모식도로서, (a)는 냉각 제어시, (b)는 제습 제어시, (c)는 디프로스트 제어시에 대응하는 도면.
도 6은 도 1의 순환 경로상에 있어서 공기의 온도 분포를 예시한 그래프이고, (a)는 냉각 제어시, (b)는 제습 제어시에 대응하는 도면.
도 7은 제습 제어시에 있어서의 전지 팩 내의 수분량의 변화를 모식적으로 도시하는 그래프.
도면을 참조하여 본 실시 형태의 전지 팩의 공조 제어 장치에 관해 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시 형태는 어디까지나 예시에 지나지 않고, 이하의 실시 형태에서 명시(明示)하지 않은 여러가지의 변형이나 기술의 적용을 배제하는 의도는 없다. 또한, 이하의 실시 형태의 각 구성은, 필요에 응하여 취사선택할 수 있고, 또는 적절히 조합하여도 좋고, 실시 형태의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 변형하여 실시할 수 있다.
[1. 장치 구성]
본 실시 형태의 전지 팩의 공조 제어 장치는, 도 1에 도시하는 차량(10)에 적용되어 있다. 이 차량(10)은, 배터리의 전력으로 도시하지 않은 모터 장치를 구동하여 주행하는 전기자동차이다. 이 모터 장치는, 배터리의 전력을 소비하여 차륜을 회전 구동하는 기능과, 제동시에 있어서의 차륜의 토오크를 이용한 발전에 의해 전력을 회생하는 기능을 겸비한 모터·제너레이터이다. 이들 2종류의 기능은, 차량(10)의 주행 상태에 응하여 적절히 제어된다.
배터리는, 전지 팩(1)의 내부에 복수의 전지 셀(1a)로서 수용되어 있다. 전지 팩(1)은 소정의 기밀성, 수밀성을 구비한 수지제의 용기이고, 노면상의 진흙이나 수적(水滴) 등이 내부에 들어가지 않도록 형성되어 있다. 한편, 전지 팩(1)의 벽면은 수지이고, 수지중에 약간의 수분이 침입할 가능성이 있다. 그래서 본 실시 형태에서는, 이 전지 팩(1)의 내부에 존재하는 공기의 온도 및 습도(수증기량)를 제어한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 전지 팩(1)에는, 내부의 공기를 그 내부에서만 순환시키기 위한 순환 경로(2)가 고리형상(環狀)으로 접속되어 있다. 순환 경로(2)는, 전지 팩(1)에 대해 제1 접속부(2a) 및 제2 접속부(2b)의 2개소에서 접속된다. 이 순환 경로(2) 위에는 이배퍼레이터(4), 팬 5, 외기와의 열교환부(6) 및 바이패스로(7)가 마련되고, 또한 이배퍼레이터(4)나 팬(5) 등을 제어하기 위한 전지 공조 ECU(3)가 마련된다.
[1-1. 이배퍼레이터]
이배퍼레이터(4)(제열 수단)는, 순환 경로(2) 내의 공기를 제열하는 열교환기이고, 코어(4a) 및 냉매 배관(4b)를 갖는다. 냉매 배관(4b)은, 도시하지 않은 팽창 밸브에서 기화된 냉매를 코어(4a)에 공급하는 것이다. 또한, 코어(4a)의 내부에는, 냉매 배관(4b)으로부터 공급된 냉매가 유통하는 복수의 핀이 소정의 간격으로 병설되어 있고, 코어(4a) 내를 유통하는 냉매가 이들 핀의 사이를 통과하는 공기로부터 열을 빼앗아 공기를 냉각한다. 또한, 차량(10)의 에어컨 장치의 냉매를 이배퍼레이터(4)의 냉매로서 유용(流用)하여도 좋다.
이배퍼레이터(4)는, 2개의 기능을 갖는다. 제1의 기능은, 공기를 냉각하는 기능이다. 예를 들면, 전지 셀(1a)의 발열에 의해 데워진 30 내지 40[℃]의 순환 경로(2) 내의 공기를 10 내지 15[℃] 정도까지 냉각하는 능력을 갖는 것으로 한다. 제2의 기능은, 공기중의 수증기를 응결(凝結)시키는 기능이다. 예를 들면, 20[℃] 정도의 공기중의 수분을 결로(結露)시키기 위해, 코어(4a)의 표면 온도가 -10[℃] 정도 이하(일반적인 외기 온도보다도 낮은 온도)가 되는 냉각 능력을 갖는 것으로 한다. 이배퍼레이터(4)는, 전지 공조 ECU(3)로부터의 제어 신호에 의거하여 냉매의 코어(4a)에의 유통을 허용 또는 차단하고, 냉매의 차단시에는 상기한 냉각 기능 및 수분 응결 기능이 정지하도록 구성되어 있다.
또한, 이배퍼레이터(4)의 배설 위치는, 순환 경로(2)의 제1 접속부(2a)로부터 제2 접속부(2b)까지 이르는 경로의 중간점(2c)보다도 어느 한쪽에 치우친 위치가 된다. 본 실시 형태에서는, 도 1에 도시하는 바와 같이 중간점(2c)보다도 제1 접속부(2a) 가까이의 위치에 이배퍼레이터(4)가 마련된 것을 예시한다.
[1-2. 팬]
팬(5)(방향 제어 수단)은, 순환 경로(2) 내의 공기를 내기(內氣) 순환시키기 위한 송풍 장치이고, 내장된 전동기의 회전 방향에 응하여 공기의 토출 방향을 역전 가능하게 형성되어 있다. 이하, 팬(5)으로부터 토출되는 공기의 유통 방향에 관해, 제2 접속부(2b)측부터 흡입하여 제1 접속부(2a)측으로 토출하는 순환 방향인 것을 순방향이라고 부르고, 제1 접속부(2a)측부터 제2 접속부(2b)측으로의 순환 방향인 것을 역방향이라고 부른다. 팬(5)은, 전지 공조 ECU(3)로부터의 제어 신호에 의거하여, 순환 경로(2) 내의 공기를 순방향 또는 역방향의 어느 하나로 송풍하도록 기능한다.
이배퍼레이터(4)의 경우와는 달리, 순환 경로(2)상에서의 팬(5)의 배설 위치는 임의이다. 즉, 팬(5)을 중간점(2c)보다도 제1 접속부(2a)측에 마련하여도 좋고, 제2 접속부(2b)측에 마련하여도 좋다. 따라서 팬(5)과 이배퍼레이터(4)와의 위치 관계는 임의이다. 또한, 팬(5)에 의한 순방향 및 역방향으로의 각각의 송풍 효율(송풍 량)은, 순방향에의 송풍 효율이 역방향으로의 송풍 효율보다도 높게 설정되어 있다.
[1-3. 열교환부]
열교환부(6)(열교환 수단)는, 순환 경로(2)의 관벽(管壁)을 주름상자형상으로 형성한 부위이고, 순환 경로(2) 내의 공기와 외기와의 사이에서 열교환을 행하기 위한 부위이다. 이 열교환부(6)는, 외주에 외기가 접촉하는 위치에 마련되어 있다. 순환 경로(2)상에 있어서의 외기와의 열교환부(6)의 배설 위치는, 이배퍼레이터(4)보다도 제1 접속부(2a)측의 임의의 위치가 된다. 또한, 순환 경로의 관벽 자체가 충분한 열전도성을 구비하고 있는 경우에는 관벽의 가공은 불필요하고, 단지 순환 경로(2)상의 외기와 접촉하는 부위인 것을 열교환부(6)라고 칭하여도 좋다.
열교환부(6)의 기능으로서는, 2종류의 기능을 들 수 있다. 제1의 기능은, 전지 팩(1)측부터 유통하는 공기를 냉각하는 기능이다. 예를 들면, 외기 온도보다도 고온의 공기가 전지 팩(1)측부터 유통하여 온 때에, 열교환부(6)는 그 공기를 외기로 냉각한다. 제2의 기능은, 이배퍼레이터(4)측부터 유통하는 공기를 승온시키는 기능이다. 예를 들면, 외기 온도보다도 저온의 공기가 이배퍼레이터(4)측부터 유통하여 온 때에, 열교환부(6)는 그 공기를 외기로 데운다.
이와 같이, 열교환부(6)는 순환 경로(2) 내에서의 공기의 순환 방향에 응하여 다른 작용을 한 부위이고, 공기의 냉각시에는 냉각기로서 기능함과 함께, 공기의 제습시에는 승온기로서 기능한다.
[1-4. 바이패스로(路), 유로 전환 밸브]
바이패스로(7)는, 순환 경로(2) 내의 공기중에 포함되어 있던 수분을 순환 경로(2) 밖으로 배출하기 위한 통로이다. 도 1에 도시하는 예에서는, 2개의 바이패스로(7)가 순환 경로(2)로부터 차량(10)의 하방향으로 분기하도록 형성되고, 바이패스로(7)의 선단(先端)이 외기에 개방되어 있다. 한쪽의 바이패스로(7a)는 팬(5)보다도 제2 접속부(2b)측에 배치되고, 다른쪽의 바이패스로(7b)는 이배퍼레이터(4)보다도 제1 접속부(2a)측에 배치되어 있다. 또한, 이들 바이패스로(7)와 순환 경로(2)와의 분기점에는 각각, 공기의 유통 방향을 제어하기 위한 유로 전환 밸브(9)가 마련되어 있다.
유로 전환 밸브(9)는, 바이패스로(7)를 폐쇄하는 자세와, 바이패스로(7)를 개방하면서 순환 경로(2)를 폐쇄하는 자세와의 2위치로 전환 가능하게 되어 있다. 한쪽의 바이패스로(7a)에 마련된 유로 전환 밸브(9a)는, 바이패스로(7a)를 폐쇄하는 자세와, 순환 경로(2)의 팬(5) 방향으로만 바이패스로(7a)를 개방하는 자세의 2자세로 제어된다.
이에 대해, 다른쪽의 바이패스로(7b)에 마련된 유로 전환 밸브(9b)는, 바이패스로(7b)를 폐쇄하는 자세와, 바이패스로(7b)를 순환 경로(2)의 이배퍼레이터(4) 방향으로 바이패스로(7b)를 개방하는 자세와 2위치로 제어된다. 따라서 도 1 중에 파선으로 도시하는 바와 같이 2개의 바이패스로(7a, 7b)가 모두 개방되면, 순환 경로(2) 중 이배퍼레이터(4) 및 팬(5)이 개장된 부위와 2개의 바이패스로(7a, 7b)가 연통한다.
[1-5. 전지 팩]
도 2(a)에 도시하는 바와 같이, 전지 팩(1)에는, 내부에 전지 셀(1a)을 수용하는 케이스 본체(1b)와, 그 위쪽을 덮도록 고정된 분기 배관(1c)이 마련된다. 순환 경로(2)의 제1 접속부(2a)는 분기 배관(1c)에 대해 접속되고, 제2 접속부(2b)는 케이스 본체(1b)에 대해 접속되어 있다. 또한, 케이스 본체(1b)의 임의의 위치에는, 전지 셀(1a)의 배터리 온도(T)(또는, 케이스 본체(1b)의 내부의 공기의 온도)를 검출하는 온도 센서(11)(온도 검출 수단)와, 케이스 본체(1b)의 내부의 습도(수증기 량)를 검출하는 습도 센서(12)(습도 검출 수단)가 마련된다.
분기 배관(1c)은, 순환 경로(2)와 케이스 본체(1b)와의 사이를 접속하는 통로가 되는 부위이다. 이 분기 배관(1c)은, 제1 접속부(2a)측부터 공기가 도입될 때에, 전지 셀(1a)의 전체를 향하여 공기를 공급하도록, 케이스 본체(1b)측이 복수개에 분기된 매니폴드 형상을 하고 있다. 이러한 분기 형성된 복수의 도입구(1d)는, 케이스 본체(1b) 내에서의 전지 셀(1a)의 배치에 맞추었던 위치에 마련된다.
한편, 제2 접속부(2b)가 접속되는 제2 도입구(1e)는, 제2 접속부(2b)측부터 공기가 도입된 때에, 케이스 본체(1b)의 하면측부터 공기가 층형상으로 충전되도록, 케이스 본체(1b)의 하면 부근의 구석부에 마련된다.
[2. 제어 구성]
전지 공조 ECU(3)(공조 제어 수단)는, 마이크로 컴퓨터로 구성된 전자 제어 장치이고, 예를 들면 주지의 마이크로 프로세서나 ROM, RAM 등을 집적한 LSI 디바이스나 조립 전자 디바이스로서 구성된다. 전지 공조 ECU(3)는, 신호선을 통하여 전지 팩 1, 온도 센서(11) 및 습도 센서(12)와 접속되어 있고, 전지 셀(1a)의 충전 상태에 관한 정보나 충방전에 관한 통전량(A), 전지 팩(1)의 온도 정보, 습도 정보 등이 전지 공조 ECU(3)에 수시로 전달되고 있다.
또한, 충전 제어 전반을 맡는 전자 제어 장치(이른바, 배터리 ECU나 EV-ECU 등)를 탑재한 차량의 경우에는, 그 전자 제어 장치로부터 상기한 각종 정보를 취득하는 것으로 하여도 좋다. 전지 공조 ECU(3)의 제어 대상은, 이배퍼레이터(4), 팬(5) 및 유로 전환 밸브(9)이고, 전지 공조 ECU(3)는 이들 각 장치를 충전 상태나 전지 팩(1)의 온도 등에 응하여 제어한다.
[2-1. 제어의 개요]
전지 공조 ECU(3)에서는, 냉각 제어, 제습 제어 및 디프로스트 제어의 3종류의 제어가 실시된다.
냉각 제어란, 전지 팩(1) 내에 저온의 공기를 공급하여 냉각하는 제어이고, 예를 들면 전지 셀(1a)의 충방전에 수반하는 발열량이 큰 상태(급속 충전시나 소생 충전 시, 통전량(A)이 큰 때 등)에서 실시된다.
제습 제어란, 전지 팩(1) 내의 공기를 제습하여 건조시키는 제어이고, 예를 들면 냉각 제어의 종료 후에 실시된다. 이 제습 제어에서는, 순환 경로(2) 내의 공기중에 포함되는 수분을 이배퍼레이터(4)에 결로시켜서, 또는 착상(着霜)시킴에 의해 제습이 이루어진다.
디프로스트 제어란, 결로나 착상한 수분을 순환 경로(2)의 외부에 배출하는 제어이고, 예를 들면 제습 제어의 종료 후에 실시된다. 이 디프로스트 제어에서는, 이배퍼레이터(4)에의 냉매의 공급을 차단하여 냉각 기능을 정지시키고, 외기로 서리를 흘려내림(또는 불어 날림)에 의해 디프로스트가 이루어진다.
이들의 제어를 실시하기 위한 소프트웨어 또는 하드웨어로서, 전지 공조 ECU(3)에는, 냉각 제어부(3a), 제습 제어부(3b) 및 디프로스트 제어부(3c)가 마련된다.
[2-2. 제어 블록 구성]
냉각 제어부(3a)는, 냉각 제어를 맡는 것이다. 여기서는, 냉각 제어의 시작 조건 및 종료 조건이 판정되고, 각각의 판정 결과에 의거하여 냉각 제어가 실시된다. 냉각 제어의 시작 조건은 임의이고, 예를 들면 전지 셀(1a)이 충전중인 것이나, 온도 센서(11)에서 검출된 배터리 온도(T)가 소정의 온도 이상인 것 등을 들 수 있다. 또한, 종료 조건은, 예를 들면 전지 셀(1a)이 충전중이 아닌 것(예를 들면, 충전량이 소정량 이상이 된 것)이나, 온도 센서(11)에서 검출된 배터리 온도(T)가 소정의 온도 미만인 것 등이다.
본 실시 형태에서는, 전지 셀(1a)의 충전 상태, 배터리 온도(T) 및 배터리의 통전량(A)에 의거하여 냉각 제어의 시작 조건 및 종료 조건이 판정된다. 예를 들면, 도 3에 도시하는 바와 같은 배터리 온도(T) 및 통전량(A)과 냉각의 필요여부와의 관계를 규정한 제어 맵을 냉각 제어부(3a)가 기억하고 있고, 전지 셀(1a)의 충전시에 이 제어 맵에 의거하여 냉각 제어의 실시/불실시를 판정한다.
전지 셀(1a)의 발열량은, 충방전에 관한 통전량(A)의 제곱에 비례한다. 그 때문에, 도 3의 제어 맵에서는, 냉각 제어를 실시하기 위한 배터리 온도(T)의 판정 임계치가, 통전량(A)의 제곱에 비례하여 감소한다(T=T0-kA2, k는 계수)게 설정되어 있다. 통전량(A)이 0인 때에는, 배터리 온도(T)가 판정 온도(T0) 이상인 때에 냉각 제어의 시작 조건이 성립하고, 통전량(A)이 클수록, 그 통전량(A)의 제곱에 비례한 온도(kA2)분만큼 낮은 온도(T0-kA2) 이상인 때에, 냉각 제어의 시작 조건이 성립한다. 도면중의 통전량(A)의 최대치(Amax)는, 충전시 또는 방전시의 최대 전류치에 상당한다.
또한, 도 3 중에 실선으로 도시하는 그래프 T=T0-kA2은, 냉각 제어의 시작 조건 및 종료 조건의 양쪽에 관한 판정 임계치을 주는 것이라고 말할 수 있지만, 시작 조건의 판정 임계치을 주는 함수와 종료 조건의 판정 임계치을 주는 함수를 서로 다르게 하여도 좋다. 예를 들면, 도 3 중에 파선으로 도시하는 바와 같이, 통전량(A)이 0인 경우에는, 배터리 온도(T)가 판정 온도(T0) 보다도 작은 제2 판정 온도(T1) 미만인 때에, 냉각 제어의 종료 조건이 성립하는 것으로 하는 판정 임계치을 설정하여도 좋다. 시작 조건과 종료 조건을 서로 다르게 함에 의해, 제어 헌팅(단시간에 교대로 제어가 반복되는 것)이 방지되고, 제어성이 향상한다.
냉각 제어의 시작 조건이 성립하면, 냉각 제어부(3a)는 이배퍼레이터(4)에 제어 신호를 출력하여 냉매를 코어(4a)에 유통시킴과 함께, 팬(5)에 제어 신호를 출력하여 순환 경로(2) 내의 공기를 순방향으로 송풍시킨다. 또한, 유로 전환 밸브(9a, 9b)는, 각각 바이패스로(7a, 7b)를 폐쇄하는 자세로 제어된다.
이에 의해, 이배퍼레이터(4)의 표면에서 냉각된 공기는, 제1 접속부(2a)를 통하여 복수의 도입구(1d)로부터 전지 팩(1)의 케이스 본체(1b) 내부에 공급된다. 한편, 케이스 본체(1b) 내부의 공기는, 제2 도입구(1e)를 통하여 제2 접속부(2b)측부터 순환 경로(2) 내로 유통되고, 열교환부(6)에서 냉각된 후에 이배퍼레이터(4)에서 더욱 냉각된다.
제습 제어부(3b)는, 제습 제어를 맡는 것이다. 여기서는, 제습 제어의 시작 조건 및 종료 조건이 판정되고, 각각의 판정 결과에 의거하여 제습 제어가 실시된다. 제습 제어의 시작 조건은, 예를 들면 냉각 제어가 종료된 것이나, 냉각 제어가 소정 시간 이상 계속해서 실시된 것이나, 습도 센서(12)에서 검출된 전지 팩(1) 내의 습도(B)가 소정 습도(B0) 이상인 것 등이다. 또한, 종료 조건은, 예를 들면 제습 제어의 실시 시간이 소정 시간 이상이 된 것이나, 전지 팩(1) 내의 습도(B)가 소정 습도(B0) 미만까지 저하된 것 등이다.
제습 제어의 시작 조건이 성립하면, 제습 제어부(3b)는 이배퍼레이터(4)에 제어 신호를 출력하여 냉매를 코어(4a)에 유통시킴과 함께, 팬(5)에 제어 신호를 출력하여 순환 경로(2) 내의 공기를 역방향으로 송풍시킨다. 즉, 제습 제어부(3b)는, 냉각 제어부(3a)와는 반대의 방향으로 공기를 순환시키도록, 팬(5)을 제어한다. 팬(5)의 송풍 효율은, 순방향보다도 역방향의 쪽이 낮게 설정되어 있기 때문에, 냉각 제어시와 비교하여 제습 제어시에 순환 경로(2) 내을 순환하는 공기의 유량은 감소한다. 또한, 유로 전환 밸브(9a, 9b)는, 각각 바이패스로(7a, 7b)를 폐쇄하는 자세로 제어된다.
이에 의해, 이배퍼레이터(4)에 의해 냉각된 공기중의 수분이 코어(4a)의 표면에 결로, 착상하여 제습되고, 습도가 저하된다. 또한, 그 공기는 열교환부(6)에서 승온된 후에 제2 접속부(2b)측으로 유통되고, 제2 도입구(1e)로부터 전지 팩(1)의 케이스 본체(1b) 내부에 공급된다. 케이스 본체(1b)의 내부에서는, 건조된 약간 찬 공기가 하면측부터 층형상으로 충전된다. 한편, 케이스 본체(1b) 내부의 나머지 공기는 윗면측에 밀려올라가, 상부에 마련된 복수의 도입구(1d)를 통과하여 제1 접속부(2a)측에서 순환 경로(2) 내로 유통되고, 이배퍼레이터(4)의 부근에 도달한다.
디프로스트 제어부(3c)는, 디프로스트 제어를 맡는 것이다. 여기서는, 디프로스트 제어의 시작 조건 및 종료 조건이 판정되고, 각각의 판정 결과에 의거하여 디프로스트 제어가 실시된다. 디프로스트 제어의 시작 조건은, 예를 들면 냉각 제어가 종료된 것이나 제습 제어가 종료된 것 등이다. 또한, 종료 조건은, 예를 들면 디프로스트 제어의 실시 시간이 소정 시간 이상이 된 것 등이다.
디프로스트 제어의 시작 조건이 성립하면, 디프로스트 제어부(3c)는 이배퍼레이터(4)에 제어 신호를 출력하여 냉매의 코어(4a)에의 유통을 차단시킴과 함께, 팬(5)에 제어 신호를 출력하여 순환 경로(2) 내의 공기를 역방향으로 송풍시킨다. 또한, 유로 전환 밸브(9a, 9b)는, 각각 바이패스로(7a, 7b)를 개방한 자세로 제어된다. 즉, 디프로스트 제어에서는 순환 경로(2)가 폐쇄되고, 외기가 바이패스로(7b)를 통하여 이배퍼레이터(4)에 공급된다.
이에 의해, 이배퍼레이터(4)의 코어(4a)의 표면에 결로, 착상한 수분이 제거된다. 예를 들면, 코어(4a)의 표면에서 증발한 수분은, 외기와 함께 바이패스로(7a)로부터 차외로 배출된다. 또한, 코어(4a)의 표면에서 수적으로 된 수분은 순환 경로(2) 내로 낙하하여, 바이패스로(7a, 7b)를 통하여 차외로 유출된다.
[3. 플로 차트]
도 4는, 상기한 전지 공조 ECU(3)에서 실행되는 제어 내용을 모식적으로 도시하는 플로 차트이다. 이 플로는 전지 공조 ECU(3)의 내부에서 반복 실시된다. 또한 여기서는, 전지 셀(1a)의 충전시에 냉각 제어를 실시하고, 제습 제어의 시작 조건과 냉각 제어의 종료 조건이 동일하고, 디프로스트 제어의 시작 조건과 제습 제어의 종료 조건이 동일한 경우의 제어를 설명한다.
스텝 A10에서는, 전지 셀(1a)이 충전중인지(충전이 시작되어 있는지)의 여부가 냉각 제어부(3a)에서 판정된다. 여기서 충전중이라고 판정된 경우에는 스텝 A15로 진행하고, 충전중이 아니라고 판정된 경우에는 그대로 플로를 종료한다. 또한 스텝 A15에서는, 배터리 온도(T)가 판정 온도(T0-kA2) 이상인지의 여부가 판정된다. 이 배터리 온도(T)에 관한 판정 조건이 성립하면 스텝 A20으로 진행하고, 불성립의 경우에는 그대로 플로를 종료한다. 또한, 이러한 스텝 A10, A15에서의 판정 내용은, 냉각 제어의 시작 조건에 대응한다.
스텝 A20에서는, 냉각 제어부(3a)에 의해 냉각 제어가 실시된다. 이 때, 전지 셀(1a)은 충전중이기 때문에 발열하고, 케이스 본체(1b)의 내부의 온도가 상승한다. 한편, 충전 시작과 함께 냉각 제어가 실시되고, 순환 경로(2) 내의 공기가 순방향으로 순환하도록 송풍된다. 공기의 순환 방향은, 도 5(a) 중에 화살표로 도시하는 바와 같이 순방향이 되고, 케이스 본체(1b) 내에서 데워진 공기는 제2 접속부(2b)를 통과하여 열교환부(6)에서 공냉되고, 또한 이배퍼레이터(4)에 의해 냉각된다. 여기서 냉각된 공기는, 도 2(a)에 도시하는 바와 같이, 복수의 도입구(1d)로부터 케이스 본체(1b)의 내부에 도입되고, 전지 셀(1a)의 전체를 향하여 공기가 공급된다. 이에 의해, 전지 셀(1a)의 승온이 효과적으로 억제된다.
여기서, 순환 경로(2)를 순환하는 공기의 온도 분포에 주목한다. 예를 들면 도 6(a)에 도시하는 바와 같이, 전지 팩(1)으로부터 유출하는 공기의 온도가 40[℃] 전후이고, 외기온이 25[℃] 전후일 때, 그 공기는 열교환부(6)에서 30[℃] 전후까지 공냉되고, 그 후, 이배퍼레이터(4)에서 15[℃] 전후까지 냉각된다. 이 때, 이배퍼레이터(4)의 냉매 온도를 예를 들면 -10[℃] 전후라고 하면, 코어(4a)의 표면 온도는 그 주위의 공기로 데워저서 10[℃] 전후가 된다. 그러나, 이배퍼레이터(4)보다도 상류측에 열교환부(6)가 배치되기 때문에, 열교환부(6)에서 냉각된 열량분만큼 이배퍼레이터(4)에 요구되는 냉각 능력이 작아도 괜찮다.
또한, 이배퍼레이터(4)에서 냉각된 공기는 그 온도를 유지한 채로 전지 팩(1)에 도입된다. 이에 의해, 전지 팩(1)에서 흡수할 수 있는 발열량은, 전지 팩(1)에 도입되는 공기의 온도와 전지 팩(1)으로부터 유출하는 공기의 온도와의 차에 응한 양이 된다.
계속된 스텝 A30에서는, 전지 셀(1a)의 충전이 완료되었는지의 여부가 냉각 제어부(3a)에서 판정된다. 여기서 충전이 완료되었다고 판정된 경우에는 스텝 A35로 진행하고, 완료하지 않았다고 판정된 경우에는 스텝 A20으로 되돌아온다.
스텝 A35에서는, 배터리 온도(T)가 판정 온도(T0-kA2) 미만인지의 여부가 판정된다. 이 배터리 온도(T)에 관한 판정 조건이 성립하면 스텝 A40으로 진행하고, 불성립의 경우에는 스텝 A36으로 진행되여 냉각 제어만이 계속되다. 또한, 스텝 A30, A35에서는 냉각 제어의 종료 조건(제습 제어의 시작 조건)가 판정되고 있고, 예를 들어 전지 셀(1a)이 만충전의 상태가 되었다고 하여도, 배터리 온도(T)가 어느 정도 저하되지 않는 한, 냉각 제어가 계속된다.
스텝 A40에서는, 제습 제어부(3b)에 의해 제습 제어가 실시된다. 이 때, 전지 셀(1a)의 충전이 완료되어 있기 때문에 발열은 정지하고 있고, 케이스 본체(1b)의 내부의 온도는 어느 정도 저하된 상태이다. 그래서, 제습 제어에서는 순환 경로(2) 내의 공기가 역방향으로 순환하도록, 팬(5)이 제어된다. 공기의 순환 방향은, 도 5(b) 중에 화살표로 도시하는 바와 같이 냉각 제어시와는 역방향이 되고, 그 유량도 감소한다. 즉, 케이스 본체(1b) 내의 공기는 제1 접속부(2a)를 통과하여 이배퍼레이터(4)에 공급되고, 코어(4a)의 부근에서 냉각된다. 또한, 공기중의 수분이 코어(4a)의 표면에 결로, 착상하여, 이배퍼레이터(4)보다도 하류측의 공기중은 건조된다.
건조된 저온의 공기는 열교환부(6)에서 데워지고, 제2 도입구(1e)로부터 케이스 본체(1b)의 내부에 도입된다. 또한, 도 2(b)에 도시하는 바와 같이, 케이스 본체(1b)의 내부에서는 이 건조된 공기가 하면측부터 층형상으로 충전된다. 또한, 제2 도입구(1e)로부터 도입된 건조된 공기가 저온일수록, 하면측에 쌓이기 쉬워지고, 케이스 본체(1b)의 내부의 공기와 혼합되기 어려워진다.
한편, 케이스 본체(1b) 내부의 나머지 공기는 윗면측으로 밀어올려져, 그 상부에 마련된 복수의 도입구(1d)를 통과하여 제1 접속부(2a)측부터 순환 경로(2) 내로 유출된다. 이에 의해, 케이스 본체(1b)의 내부의 수분을 포함한 공기는, 건조된 공기에 의해 하방부터 차례로 치환되게 된다. 따라서 제습 제어시에 있어서의 케이스 본체(1b)의 내부의 수분량의 경시 변화는, 도 7 중에 실선으로 도시하는 바와 같이 거의 직선형상이 되고, 소정의 시간(t0)에서 공기중의 수분량이 약 0으로 된다.
또한, 도 7 중에 파선으로 도시하는 것은, 제습 제어시에 순환 경로(2) 내의 공기를 순방향으로 순환시킨 경우의 수분량의 경시 변화이다. 이 경우, 수분을 포함한 공기와 건조된 공기가 케이스 본체(1b)의 내부에서 혼합하여 버리기 때문에, 수분량이 감소할수록 그 감소율이 작아짐을 알 수 있다.
제습 제어시에 있어서의 순환 경로(2) 내의 공기의 온도 분포를 도 6(b)에 예시한다. 전지 팩(1) 내의 온도가 20[℃] 전후일 때, 그 공기는 이배퍼레이터(4)에서 즉석에서 냉각된다. 이배퍼레이터(4)의 냉매 온도를 예를 들면 -10[℃] 전후라고 하면, 제습 제어시의 공기의 유량은 적기 때문에, 공기의 온도도 -10[℃] 전후까지 저하된다. 한편, 외기온이 25[℃] 전후라면 그 공기는 열교환부(6)에서 15 내지 20[℃] 전후까지 자연스럽게 데워지고, 전지 팩(1)에 도입된다. 따라서 전지 팩(1)의 내부에서 결로나 착상이 생기는 일은 없다.
계속된 스텝 A50에서는, 제습 제어가 완료되었는지의 여부가 제습 제어부(3b)에서 판정된다. 여기서 제습 제어가 완료되었다고 판정된 경우에는 스텝 A60으로 진행하고, 완료되지 않았다고 판정된 경우에는 스텝 A40으로 되돌아온다. 여기서는, 제습 제어의 종료 조건(디프로스트 제어의 시작 조건)이 판정되어 있고, 여기서의 조건이 성립하지 않는 한, 제습 제어가 속행된다. 예를 들면, 습도 센서(12)에서 검출된 습도가 소정 습도 미만이 되든지, 제습 제어의 실시 시간이 소정 시간 이상이 되면, 제습 제어가 종료된다.
스텝 A60에서는, 디프로스트 제어부(3c)에 의해 디프로스트 제어가 실시된다. 이 때에도, 전지 셀(1a)의 발열은 정지하고 있고, 케이스 본체(1b)의 내부의 온도는 상승하지 않는다. 한편, 직전의 제습 제어에 의해 이배퍼레이터(4)의 코어(4a)에는 결로수나 서리가 부착하여 있을 우려가 있다. 그래서, 디프로스트 제어에서는 순환 경로(2)가 폐쇄되고, 유로 전환 밸브(9a, 9b)가 바이패스로(7a, 7b)를 개방하는 자세로 제어된다. 또한, 이배퍼레이터(4)에서는 냉매의 코어(4a)에의 유통이 차단되고, 냉각 기능 및 수분 응결 기능이 정지한다.
이와 같은 상태에서 팬(5)이 구동되면, 도 5(c) 중에 화살표로 도시하는 바와 같이, 외기가 바이패스로(7b)를 통하여 이배퍼레이터(4)에 공급되고, 코어(4a)의 표면에서 증발한 수분이 외기와 함께 바이패스로(7a)로부터 차외로 배출된다. 또한, 코어(4a)의 표면에서 수적으로 된 수분은 순환 경로(2) 내에 낙하하고, 바이패스로(7a, 7b)를 통하여 차외로 유출된다.
계속된 스텝 A70에서는, 디프로스트 제어가 완료되었는지의 여부가 디프로스트 제어부(3c)에서 판정된다. 여기서 제습 제어가 완료되었다고 판정된 경우, 이 플로는 종료하고, 완료되지 않았다고 판정된 경우에는 스텝 A60으로 되돌아온다. 여기서는, 디프로스트 제어의 종료 조건이 판정되고, 여기서의 조건이 성립할 때까지 디프로스트 제어가 계속된다. 예를 들면, 디프로스트 제어의 실시 시간이 소정 시간 이상이 되면, 디프로스트 제어가 종료된다.
[4. 작용, 효과]
상기한 전지 팩(1)의 공조 제어 장치에서는, 순환 경로(2) 내의 공기의 공조 제어에 관해, 냉각 제어시와 제습 제어시에서는 역방향으로 공기를 순환시키고 있다. 이와 같은 제어 구성에 의해, 도 6(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 순환 경로(2) 내에서의 공기의 온도 분포 형상을 서로 다르게 하여, 온도 특성을 변경할 수 있다. 또한, 위치(A0 및 A5)는 각각 순환 경로(2)의 제1 접속부(2a) 및 제2 접속부(2b)의 위치에 대응하고, 위치(A1 및 A2)는 각각 이배퍼레이터(4)의 제2 접속부(2b)측의 단부 및 제1 접속부(2a)측의 단부의 위치에 대응한다. 또한, 위치(A3 및 A4)는 각각 열교환부(6)의 제2 접속부(2b)측의 단부와 제1 접속부(2a)측의 단부의 위치에 대응한다.
예를 들면, 이배퍼레이터(4)의 제2 접속부(2b)측의 단부(A1)와 제1 접속부(2a)측의 단부(A2)와의 사이의 온도 구배에 주목하면, 도 6(a)와 도 6(b)에서는 역구배가 된다. 즉, 공기를 냉각한다는 이배퍼레이터(4)의 본래의 기능을 변경하는 일 없이, 또는 여분의 에너지를 필요로 하는 히터 등의 부가 장치를 병설하는 일 없이, 제1 접속부(2a)나 제2 접속부(2b)의 부근에서의 공기의 온도를 크게 변경할 수 있게 된다. 따라서 간소한 구성으로, 전지 팩(1)에 도입되는 공기의 온도를 비교적 자유롭게 조절하는 것이 가능하게 되어, 전지 팩(1) 내의 공기의 온도 및 습도를 적절하게 제어할 수 있다.
또한, 상기한 공조 제어 장치에서는, 열교환부(6)가 이배퍼레이터(4)보다도 냉각 제어시에 있어서의 상류측에 위치한다. 즉, 전지 팩(1) 내의 고온의 공기가 열교환부(6)에서 일단 냉각된 후, 이배퍼레이터(4)에서 제열된다. 이에 의해, 이배퍼레이터(4)에 도입되는 공기의 온도는, 전지 팩(1) 내의 공기의 온도보다도 저온이 된다. 따라서 이배퍼레이터(4)의 작동량을 감소시킬 수 있고, 냉각 제어시에 있어서의 전지 팩(1)의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
한편, 제습 제어시에는, 열교환부(6)가 이배퍼레이터(4)보다도 하류측에 위치한다. 즉, 이배퍼레이터(4)에서 제열된 공기는, 열교환부(6)에서 외기와 열교환한 후에, 전지 팩(1)에 공급된다. 이에 의해, 전지 팩(1)에 도입되는 온도는, 이배퍼레이터(4)에서 제열된 공기의 온도보다도 고온이 된다. 따라서 전지 팩(1) 내에서의 결로의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 도 6(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 열교환부(6)의 제2 접속부(2b)측의 단부(A3)와 제1 접속부(2a)측의 단부(A4)와의 사이의 온도 구배는, 이배퍼레이터(4)와 같이 역구배가 되지 않는다. 이것은, 공기의 순환 방향에 응하여 열교환부(6)의 기능이 변화하고 있는 것을 나타내고 있다. 이와 같이, 외기와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환부(6)를 이용함에 의해, 외기 온도를 기준으로 하여 그 냉각 기능 및 승온 기능을 자동적으로 전환할 수 있고, 전지 팩(1) 내의 공기의 온도 및 습도를 보다 적절하게 제어할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 상기한 공조 제어 장치에서는, 전지 셀(1a)의 충전시에 냉각 제어를 실시하고, 그 완료 후에 제습 제어를 실시하고 있다. 전지 셀(1a)로부터의 방열량이 큰 충전시에 냉각 제어를 실시함으로써, 전지 셀(1a)의 특성 유지 및 수명을 확보하면서, 충전 효율을 향상시킬 수 있고, 충전 시간을 단축할 수 있다. 또한, 예를 들어 충전이 완료되었다고 하여도 배터리 온도(T)가 고온이라면 계속해서 냉각 제어가 계속되기 때문에, 예를 들면 배터리 특성의 저하 방지 효과를 더욱 높일 수 있다. 한편, 전지 셀(1a)로부터의 방열이 진정된 충전의 종료 후에 제습 제어가 실시되기 때문에, 순환 경로(2) 내의 공기중의 수분을 이배퍼레이터(4)에서 결로시키기 쉽게 할 수 있고, 제습 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기한 공조 제어 장치에서는, 제습 제어시의 팬(5)의 유량이 냉각 제어시의 유량보다도 작게 설정되어 있다. 그 때문에, 순환 경로(2) 내의 공기의 온도가 고온이었다고 하여도 이배퍼레이터(4)의 코어(4a)의 온도를 노점(露点)보다도 저온으로 유지하는 것이 용이하고, 확실하게 결로나 서리를 발생시킬 수 있다. 또한, 공기의 유량을 감소시킴으로써, 코어(4a)와 공기와의 접촉 시간을 길게 할 수 있고, 수분을 결로시키기 쉽게 할 수 있다. 이들에 의해, 이배퍼레이터(4)에서의 제습 효과를 더욱 높일 수 있다.
또한, 상기한 공조 제어 장치에서는, 디프로스트 제어시에 순환 경로(2) 내의 결로수나 서리를 순환 경로(2)의 외부로 배출하기 위한 바이패스로(7a, 7b)가 구비되어 있다. 이들 바이패스로(7a, 7b)를 통하여 외기를 이배퍼레이터(4)에 불어댐에 의해, 이배퍼레이터(4)의 코어(4a)에 부착한 수적이나 증발한 수증기를 유출시킬 뿐만 아니라, 코어(4a)의 표면에 결빙한 서리를 용이하게 용융시킬 수 있다. 이에 의해, 순환 경로(2) 내의 수분을 용이하게 배출시킬 수 있음과 함께, 그 배출 속도나 배출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 2(a)에 도시하는 바와 같이, 상기한 공조 제어 장치에서는 냉각 제어시의 케이스 본체(1b)로의 공기의 도입 방향이 상방으로 되어 있고, 냉각 풍은 복수의 전지 셀(1a)의 간극을 상방부터 하방으로 이동하기 때문에, 전지 셀(1a)의 전체에 대해 냉각 풍을 공급할 수가 있어서, 냉각성을 향상시킬 수 있다. 한편, 제습 제어시에는 케이스 본체(1b)의 하방부터 공기가 공급되기 때문에, 케이스 본체(1b)의 내부의 환기성을 향상시킬 수 있고, 수분을 포함한 공기를 건조된 공기와 교체할 수가 있어서, 단시간에 습도, 수분량을 저하시킬 수 있다.
또한, 상기한 공조 제어 장치에서는, 냉각 제어시의 도입구(1d)가 복수 개소에 마련되어 있기 때문에, 케이스 본체(1b)의 구석구석까지 냉각 풍을 확산시키는 것이 용이하고, 냉각성을 향상시킬 수 있다. 또한, 도 2(a)에 도시하는 바와 같이, 수용된 전지 셀(1a)의 배치에 맞추어서서 도입구(1d)의 위치를 설정한 경우에는, 복수의 전지 셀(1a)에 얼룩 없이 냉각 풍을 공급할 수 있고, 각각의 전지 셀(1a)의 온도를 균일하게 할 수 있다는 이점이 있다.
이와 같이, 상기한 전지 팩(1)의 공조 제어 장치에 의하면, 냉각 제어시와 제습 제어시에서 역방향으로 공기를 순환시킴으로써, 이배퍼레이터(4)에서 냉각된 공기가 전지 팩(1)에 도입될 때의 온도(즉, 냉각 제어시의 제1 접속부(2a) 부근의 온도와 제습 제어시의 제2 접속부(2b) 부근의 온도)를 서로 다르게 할 수 있고, 전지 팩(1) 내의 공기의 온도 및 습도를 조절할 수 있다.
또한, 공기의 순환 방향을 역으로 함으로써, 도 6(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 온도 분포 특성을 크게 변화시킬 수 있고, 전지 팩(1) 내의 공기의 온도 및 습도의 조절이 용이해진다. 이에 의해, 효율적으로 전지 셀(1a)을 냉각하면서 전지 셀(1a) 주위의 환경을 건조시킬 수 있고, 전지 셀(1a)의 열화를 억제할 수 있다.
[5. 변형례]
상술한 실시 형태에서는, 팬(5)을 이용하여 공기를 순환 경로(2) 내에서 순환시키는 것을 나타냈지만, 공기를 순환시키기 위한 구체적인 수단은 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 기체 펌프나 진공 펌프를 이용하여 공기를 순환시키는 구성으로 하여도 좋다. 적어도 공기의 순환 방향을 역전시킬 수 있는 수단이라면, 상술한 실시 형태와 같은 효과를 이루게 된다. 이배퍼레이터(4)나 열교환부(6)에 대해서도 마찬가지이고, 구체적인 열교환의 수단은 임의이다.
또한, 전지 공조 ECU(3)의 제어에 관해, 도 4에 도시하는 플로 차트에서는, 전지 셀(1a)의 충전시에 냉각 제어를 실시하고, 제습 제어의 시작 조건과 냉각 제어의 종료 조건이 동일하고, 디프로스트 제어의 시작 조건과 제습 제어의 종료 조건이 동일한 경우의 제어를 설명하였지만, 시작 조건이나 종료 조건은 이것으로 한하지 않고 여러가지 생각된다.
예를 들면, 충전시뿐만 아니라 방전시(예를 들면, 차량탑재 전장품에 의한 배터리 사용시나 차량 주행시 등)나, 다른 조건에 관계없이 온도 센서(11)에서 검출된 배터리 온도(T)가 소정치보다도 고온인 경우에 냉각 제어를 실시하는 것, 냉각 제어의 완료시의 배터리 온도(T)나 습도에 응하여 제습 제어를 실시하는 것 등으로 하여도 좋다. 이와 같이 전지 셀(1a)의 상태에 응하여 적절히 냉각 제어 및 제습 제어를 실시함으로써, 전지 셀(1a)의 특성 유지를 더욱 유지하기 쉽게 할 수 있음과 함께, 전지 수명을 늘려서 오래 쓰게 할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 디프로스트 제어시에 한쪽의 바이패스로(7b)로부터 외기를 받아들여 이배퍼레이터(4)에 불어 대고, 또한쪽의 바이패스로(7a)로부터 배출하는 관로(管路) 구조의 것을 설명하였지만, 보다 간소한 구조로 하는 것도 생각된다. 예를 들면, 이배퍼레이터(4)의 하방에 물빼기구멍 및 개폐 자유로운 덮개체를 마련하고, 디프로스트시에 덮개체를 개방함에 의해 순환 경로(2)를 외부에 대해 개방하고, 물빼기를 행하는 것으로 하여도 좋다.
또한, 상술한 실시 형태는 차량(10)에 탑재되는 전지 팩(1)의 냉각 및 제습에 관한 것을 예시하였지만, 본 전지 팩의 공조 제어 장치의 적용 대상은 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 하이브리드 자동차나 연료전지 자동차뿐만 아니라, 온도 관리 및 습도 관리가 요구되는 배터리를 탑재한 차량이나 전자기기, 컴퓨터 등에의 적용이 가능하다. 한편, 전지 팩 내의 공기를 제열하는 수단이나, 그 공기와 외기와의 사이에서 열교환을 행하는 수단을 구비하는 것인 것이 바람직하다는 점을 감안하면, 배터리를 탑재한 장치로서, 주로 옥외에서 사용되는 장치에 이용하기 알맞다.
1 : 전지 팩
1a : 전지 셀
1b : 케이스 본체
1d : 도입구(제1 도입구)
1e : 제2 도입구
2 : 순환 경로
3 : 전지 공조 ECU(공조 제어 수단)
4 : 이배퍼레이터(제열 수단)
5 : 팬(방향 제어 수단)
6 : 열교환부(열교환 수단)
7, 7a, 7b : 바이패스로
9, 9a, 9b : 유로 전환 밸브
10 : 차량
11 : 온도 센서(온도 검출 수단)
12 : 습도 센서(습도 검출 수단)

Claims (7)

  1. 전지 셀을 수용하는 전지 팩 내의 공기를 제열하여 상기 공기를 냉각 또는 제습하는 제열 수단과,
    상기 공기와 외기의 사이에서 열교환을 행하는 열교환 수단과,
    상기 전지 팩과 상기 제열 수단과 상기 열교환 수단의 사이를 고리형상으로접속하여 상기 공기를 내기 순환시키는 순환 경로와,
    상기 냉각시에는 순방향으로, 상기 제습시에서 역방향으로, 상기 공기를 상기 순환 경로 내에서 순환시키는 방향 제어 수단을 구비하며,
    상기 순방향이, 상기 전지 팩으로부터 상기 열교환 수단을 통해 상기 제열 수단으로 향하는 방향이며,
    상기 역방향이, 상기 전지 팩으로부터 상기 제열 수단을 통해 상기 열교환 수단으로 향하는 방향인 것을 특징으로 하는 전지 팩의 공조 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전지 셀의 충전 또는 방전시에 상기 공기를 냉각하는 냉각 제어를 실시하고, 상기 충전의 종료 후에 상기 공기를 제습하는 제습 제어를 실시하는 공조 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 전지 팩의 공조 제어 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 공조 제어 수단이, 상기 냉각 제어시에 상기 순환 경로 내를 순환하는 공기의 유량보다도, 상기 제습 제어시에 상기 순환 경로 내를 순환하는 공기의 유량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 전지 팩의 공조 제어 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제습시에 상기 제열 수단에 부착한 수분을 상기 순환 경로로부터 유출시키는 바이패스로를 구비한 것을 특징으로 하는 전지 팩의 공조 제어 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전지 팩의 상방에 마련되고, 상기 공기의 냉각시에 상기 순환 경로로부터 상기 전지 팩 내로 상기 공기를 도입하는 제1 도입구와,
    상기 전지 팩의 하방에 마련되고, 상기 공기의 제습시에 상기 순환 경로로부터 상기 전지 팩 내로 상기 공기를 도입하는 제2 도입구를 구비한 것을 특징으로 하는 전지 팩의 공조 제어 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 도입구가, 상기 전지 팩의 윗면의 복수 개소에 마련되고, 상기 전지 팩 내에 수용된 전지 셀의 전체를 향하여 상기 공기를 공급하고,
    상기 제2 도입구가, 상기 전지 팩의 구석부에 마련되고, 상기 전지 팩의 하면측부터 층형상으로 상기 공기를 공급하는 것을 특징으로 하는 전지 팩의 공조 제어 장치.
  7. 삭제
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