WO2012160922A1 - 電池パックの空調制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
(3)また、前記電池セルの充電又は放電時に前記空気を冷却する冷却制御を実施し、前記充電の終了後に前記空気を除湿する除湿制御を実施する空調制御手段を備えることが好ましい。
(5)また、前記除湿時に前記除熱手段に付着した水分を前記循環経路から流出させるバイパス路を備えることが好ましい。
(7)この場合、前記第一導入口が、前記電池パックの上面の複数箇所に設けられ、前記電池パック内に収容された電池セルの全体に向かって前記空気を供給することが好ましい。また、前記第二導入口が、前記電池パックの隅部に設けられ、前記電池パックの下面側から層状に前記空気を供給することが好ましい。
本実施形態の電池パックの空調制御装置は、図1に示す車両10に適用されている。この車両10は、バッテリーの電力で図示しないモーター装置を駆動して走行する電気自動車である。このモーター装置は、バッテリーの電力を消費して車輪を回転駆動する機能と、制動時における車輪のトルクを利用した発電によって電力を回生する機能とを兼ね備えたモーター・ジェネレーターである。これらの二種類の機能は、車両10の走行状態に応じて適宜制御される。
エバポレーター4(除熱手段)は、循環経路2内の空気を除熱する熱交換器であり、コア4a及び冷媒配管4bを有する。冷媒配管4bは、図示しない膨張弁で気化された冷媒をコア4aに供給するものである。また、コア4aの内部には、冷媒配管4bから供給された冷媒が流通する複数のフィンが所定の間隔で並設されており、コア4a内を流通する冷媒がこれらのフィンの間を通過する空気から熱を奪って空気を冷却する。なお、車両10のエアコン装置の冷媒をエバポレーター4の冷媒として流用してもよい。
ファン5(方向制御手段)は、循環経路2内の空気を内気循環させるための送風装置であり、内蔵された電動機の回転方向に応じて空気の吐出方向を逆転可能に形成されている。以下、ファン5から吐出される空気の流通方向について、第二接続部2b側から吸い込んで第一接続部2a側へ吐き出す循環方向のことを順方向と呼び、第一接続部2a側から第二接続部2b側への循環方向のことを逆方向と呼ぶ。ファン5は、電池空調ECU3からの制御信号に基づき、循環経路2内の空気を順方向又は逆方向の何れかに送風するように機能する。
熱交換部6(熱交換手段)は、循環経路2の管壁を蛇腹状に形成した部位であり、循環経路2内の空気と外気との間で熱交換を行うための部位である。この熱交換部6は、外周に外気が接触する位置に設けられている。循環経路2上における外気との熱交換部6の配設位置は、エバポレーター4よりも第一接続部2a側の任意の位置とされる。なお、循環経路の管壁自体が十分な熱伝導性を備えている場合には管壁の加工は不要であり、単に循環経路2上の外気と接触する部位のことを熱交換部6と称してもよい。
このように、熱交換部6は循環経路2内での空気の循環方向に応じて異なる働きをする部位であり、空気の冷却時には冷却器として機能するとともに、空気の除湿時には昇温器として機能する。
バイパス路7は、循環経路2内の空気中に含まれていた水分を循環経路2外へと排出するための通路である。図1に示す例では、二つのバイパス路7が循環経路2から車両10の下方向へと分岐するように形成され、バイパス路7の先端が外気に開放されている。一方のバイパス路7aはファン5よりも第二接続部2b側に配置され、他方のバイパス路7bはエバポレーター4よりも第一接続部2a側に配置されている。また、これらのバイパス路7と循環経路2との分岐点にはそれぞれ、空気の流通方向を制御するための流路切換弁9が設けられている。
図2(a)に示すように、電池パック1には、内部に電池セル1aを収容するケース本体1bと、その上方を覆うように固定された分岐配管1cとが設けられる。循環経路2の第一接続部2aは分岐配管1cに対して接続され、第二接続部2bはケース本体1bに対して接続されている。また、ケース本体1bの任意の位置には、電池セル1aのバッテリー温度T(又は、ケース本体1bの内部の空気の温度)を検出する温度センサ11(温度検出手段)と、ケース本体1bの内部の湿度(水蒸気量)を検出する湿度センサ12(湿度検出手段)とが設けられる。
一方、第二接続部2bが接続される第二導入口1eは、第二接続部2b側から空気が導入されるときに、ケース本体1bの下面側から空気が層状に充填されるように、ケース本体1bの下面近傍の隅部に設けられる。
電池空調ECU3(空調制御手段)は、マイクロコンピュータで構成された電子制御装置であり、例えば周知のマイクロプロセッサやROM,RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成される。電池空調ECU3は、信号線を介して電池パック1,温度センサ11及び湿度センサ12と接続されており、電池セル1aの充電状態に関する情報や充放電に係る通電量A,電池パック1の温度情報,湿度情報等が電池空調ECU3に随時伝達されている。
電池空調ECU3では、冷却制御,除湿制御及びデフロスト制御の三種類の制御が実施される。
冷却制御とは、電池パック1内に低温の空気を供給して冷却する制御であり、例えば電池セル1aの充放電に伴う発熱量が大きい状態(急速充電時や回生充電時,通電量Aが大きい時等)で実施される。
除湿制御とは、電池パック1内の空気を除湿して乾燥させる制御であり、例えば冷却制御の終了後に実施される。この除湿制御では、循環経路2内の空気中に含まれる水分をエバポレーター4に結露させ、あるいは着霜させることによって除湿がなされる。
これらの制御を実施するためのソフトウェア又はハードウェアとして、電池空調ECU3には、冷却制御部3a,除湿制御部3b及びデフロスト制御部3cが設けられる。
冷却制御部3aは、冷却制御を司るものである。ここでは、冷却制御の開始条件及び終了条件が判定され、それぞれの判定結果に基づいて冷却制御が実施される。冷却制御の開始条件は任意であり、例えば電池セル1aが充電中であることや、温度センサ11で検出されたバッテリー温度Tが所定の温度以上であること等が挙げられる。また、終了条件は、例えば電池セル1aが充電中でないこと(例えば、充電量が所定量以上になったこと)や、温度センサ11で検出されたバッテリー温度Tが所定の温度未満であること等である。
これにより、エバポレーター4の表面で冷却された空気は、第一接続部2aを介して複数の導入口1dから電池パック1のケース本体1b内部に供給される。一方、ケース本体1b内部の空気は、第二導入口1eを介して第二接続部2b側から循環経路2内へと流通し、熱交換部6で冷却された後にエバポレーター4でさらに冷却される。
図4は、上記の電池空調ECU3で実行される制御内容を模式的に示すフローチャートである。このフローは電池空調ECU3の内部において繰り返し実施される。なおここでは、電池セル1aの充電時に冷却制御を実施し、除湿制御の開始条件と冷却制御の終了条件とが同一であり、デフロスト制御の開始条件と除湿制御の終了条件とが同一である場合の制御を説明する。
続くステップA30では、電池セル1aの充電が完了したか否かが冷却制御部3aで判定される。ここで充電が完了したと判定された場合にはステップA35へ進み、完了していないと判定された場合にはステップA20へ戻る。
なお、図7中に破線で示すものは、除湿制御時に循環経路2内の空気を順方向に循環させた場合の水分量の経時変化である。この場合、水分を含む空気と乾燥した空気とがケース本体1bの内部で混合してしまうため、水分量が減少するほどその減少率が小さくなることがわかる。
上記の電池パック1の空調制御装置では、循環経路2内の空気の空調制御に関して、冷却制御時と除湿制御時とでは逆方向に空気を循環させている。このような制御構成により、図6(a),(b)に示すように、循環経路2内における空気の温度分布形状を相違させて、温度特性を変更することができる。なお、位置A0及びA5はそれぞれ循環経路2の第一接続部2a及び第二接続部2bの位置に対応し、位置A1及びA2はそれぞれエバポレーター4の第二接続部2b側の端部及び第一接続部2a側の端部の位置に対応する。また、位置A3及びA4はそれぞれ熱交換部6の第二接続部2b側の端部と第一接続部2a側の端部の位置に対応する。
また、空気の循環方向を逆にすることで、図6(a),(b)に示すように、温度分布特性を大きく変化させることができ、電池パック1内の空気の温度及び湿度の調節が容易となる。これにより、効率よく電池セル1aを冷却しつつ電池セル1a周りの環境を乾燥させることができ、電池セル1aの劣化を抑制することができる。
上述の実施形態では、ファン5を用いて空気を循環経路2内で循環させるものを示したが、空気を循環させるための具体的な手段はこれに限定されない。例えば、気体ポンプや真空ポンプを利用して空気を循環させる構成としてもよい。少なくとも空気の循環方向を逆転させることができる手段であれば、上述の実施形態と同様の効果を奏するものとなる。エバポレーター4や熱交換部6についても同様であり、具体的な熱交換の手段は任意である。
1a 電池セル
1b ケース本体
1d 導入口(第一導入口)
1e 第二導入口
2 循環経路
3 電池空調ECU(空調制御手段)
4 エバポレーター(除熱手段)
5 ファン(方向制御手段)
6 熱交換部(熱交換手段)
7,7a,7b バイパス路
9,9a,9b 流路切換弁
10 車両
11 温度センサ(温度検出手段)
12 湿度センサ(湿度検出手段)
Claims (7)
- 電池セルを収容する電池パック内の空気を除熱し前記空気を冷却又は除湿する除熱手段と、
前記電池パックと前記除熱手段との間を接続し前記空気を内気循環させる循環経路と、
前記冷却時と前記除湿時とで逆方向に前記空気を前記循環経路内で循環させる方向制御手段と
を備えたことを特徴とする、電池パックの空調制御装置。 - 前記除熱手段よりも前記冷却時における上流側の前記循環経路上に設けられ、前記空気と外気との間で熱交換を行う熱交換手段を備えた
ことを特徴とする、請求項1記載の電池パックの空調制御装置。 - 前記電池セルの充電又は放電時に前記空気を冷却する冷却制御を実施し、前記充電の終了後に前記空気を除湿する除湿制御を実施する空調制御手段を備えた
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の電池パックの空調制御装置。 - 前記空調制御手段が、前記冷却制御時に前記循環経路内を循環する空気の流量よりも、前記除湿制御時に前記循環経路内を循環する空気の流量を減少させる
ことを特徴とする、請求項3記載の電池パックの空調制御装置。 - 前記除湿時に前記除熱手段に付着した水分を前記循環経路から流出させるバイパス路を備えた
ことを特徴とする、請求項1~4の何れか1項に記載の電池パックの空調制御装置。 - 前記電池パックの上方に設けられ、前記空気の冷却時に前記循環経路から前記電池パック内へと前記空気を導入する第一導入口と、
前記電池パックの下方に設けられ、前記空気の除湿時に前記循環経路から前記電池パック内へと前記空気を導入する第二導入口とを備えた
ことを特徴とする、請求項1~5の何れか1項に記載の電池パックの空調制御装置。 - 前記第一導入口が、前記電池パックの上面の複数箇所に設けられ、前記電池パック内に収容された電池セルの全体に向かって前記空気を供給し、
前記第二導入口が、前記電池パックの隅部に設けられ、前記電池パックの下面側から層状に前記空気を供給する
ことを特徴とする、請求項6記載の電池パックの空調制御装置。
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