JP2013122844A - 電池用温度調節機構 - Google Patents

Abstract

【課題】熱媒体を循環させて電池の温度調節を行う電池用温度調節機構において電池の温度調節を効率よく行うこと。
【解決手段】電池モジュール１は、ケース１１に収容された複数の電池１２に、電池用温度調節機構２を設けることにより構成されている。ケース１１には、流通路２０が接続されており、ケース１１と流通路２０により熱媒体が循環する循環路が形成されている。流通路２０には、流通路２０に外気を導入するための導入口２０ａが形成されている。導入口２０ａには、切替弁２４が設けられている。切替弁２４は、流通路２０に外気が導入される導入状態と、流通路２０に外気が導入されない非導入状態を切り替えることができる。制御装置４０は、流通路２０に外気を導入した方が電池１２の温度調節の効率が向上されると判定すると、切替弁２４を切り替えて、流通路２０に外気を導入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、循環路に熱媒体を循環させて電池の温度調節を行う電池用温度調節機構に関する。

二次電池は、規定温度に保たれることにより寿命が長くなる。このため、特許文献１では、二次電池の温度調節が行われている。
特許文献１では、電池を一定間隔毎に並べて電池組立体を形成するとともに、各電池間には熱媒体の流通する熱媒体通路が形成されている。そして、電池組立体は、ケース内に収容されている。ケース内には、熱媒体通路に熱媒体を送給する送給通路及び熱媒体通路から排出された熱媒体が流通する排出通路が形成されている。また、ケース内には、排出通路に排出された熱媒体を送給通路に送給する送給手段が設けられている。そして、送給通路から熱媒体通路に送給された熱媒体は、排出通路に排出され、送給手段により再度送給通路に送給されることによりケース内を循環する。また、ケース内には、加熱・冷却手段が設けられており、熱媒体を加熱又は冷却できるように構成されている。そして、ケース内を循環する熱媒体により電池の温度調節が行われる。

特開２００４−２８８５２７号公報

ところで、加熱・冷却手段の駆動を開始して間もないときなど、ケース内を循環している熱媒体では、電池に対する温度調節の効率が良くない場合がある。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱媒体を循環させて電池の温度調節を行う電池用温度調節機構において電池の温度調節を効率よく行うことができる電池用温度調節機構を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、循環機構により循環路に熱媒体を循環させて電池の温度調節を行う電池用温度調節機構であって、前記循環路を循環する熱媒体を加熱又は冷却する温度調節手段と、前記電池と熱交換された後の熱媒体の温度を計測する熱媒体温度計測手段と、前記循環路の外部に存在する外部熱媒体の温度を計測する外部温度計測手段と、前記循環路に設けられ、前記循環路に前記外部熱媒体が導入される導入状態と前記循環路に前記外部熱媒体が導入されない非導入状態とを切り替える切替手段と、を備え、前記電池を加熱する際には、前記外部熱媒体の温度が前記電池と熱交換された後の熱媒体の温度より許容差分高い温度である第１許容温度より高いときには、前記切替手段により前記循環路を導入状態に切り替える一方で、前記外部熱媒体の温度が前記第１許容温度以下のときには、前記切替手段により前記循環路を非導入状態に切り替え、前記電池を冷却する際には、前記外部熱媒体の温度が前記電池と熱交換された後の熱媒体の温度より許容差分低い温度である第２許容温度より低いときには、前記切替手段により前記循環路を導入状態に切り替える一方で、前記外部熱媒体の温度が前記第２許容温度以上のときには、前記切替手段により前記循環路を非導入状態に切り替えることを要旨とする。

これによれば、電池を加熱する際には、電池と熱交換された後の熱媒体の温度と外部熱媒体の温度を比べて外部熱媒体の温度が第１許容温度より高いときには外部熱媒体を循環路に導入し、電池と熱交換された後の熱媒体の温度と外部熱媒体の温度を比べて外部熱媒体の温度が第１許容温度以下のときには外部熱媒体を循環路に導入しない。したがって、循環路には、熱媒体よりも温度の高い外部熱媒体が導入されるため、電池に対する加熱効率が向上される。同様に、電池を冷却する際には、電池と熱交換された後の熱媒体の温度と外部熱媒体の温度を比べて、外部熱媒体の温度が第２許容温度より低いときには外部熱媒体を循環路に導入し、電池と熱交換された後の熱媒体の温度と外部熱媒体の温度を比べて外部熱媒体の温度が第２許容温度以上のときには外部熱媒体を循環路に導入しない。したがって、循環路には、電池と熱交換された後の熱媒体の温度以下の外部熱媒体が導入されるため、電池に対する冷却効率が向上される。よって、熱媒体を循環させて電池の温度調節を行う電池用温度調節機構において電池の温度調節を効率よく行うことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電池用温度調節機構において、前記熱媒体温度計測手段は、熱媒体の流通方向において前記電池の下流側に設けられていることを要旨とする。

これによれば、熱媒体温度計測手段は、電池の下流側に設けられるので、電池と熱交換された後の熱媒体の温度を適切に計測することができる。このため、外部熱媒体を導入するか否かを適切に決定することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の電池用温度調節機構において、前記電池は循環路と接続される流入部及び流出部が形成されたケースに収容され、前記熱媒体温度計測手段は、熱媒体の流通方向において最も下流側に設けられる電池から前記ケースの流出部までの区間に設けられることを要旨とする。

これによれば、熱媒体温度計測手段は、電池が収容されるケースの流出部に設けられるため、電池と熱交換された直後の熱媒体の温度を計測することができる。このため、外部熱媒体を導入するか否かをより適切に決定することができる。

本発明によれば、熱媒体を循環させて電池の温度調節を行う電池用温度調節機構において電池の温度調節を効率よく行うことができる。

実施形態における電池モジュールを示す概要図。 実施形態における電池モジュールを示す概要図。 実施形態における制御装置が行う処理を示すフローチャート。

以下、本発明を具体化した一実施形態について図１〜図３にしたがって説明する。
図１に示すように、本実施形態の電池モジュール１は、ＰＨＶ(Plug in Hybrid Vehicle)などの、図示しない車両に搭載されている。電池モジュール１は、ケース１１に収容された複数の電池１２に、電池用温度調節機構２を設けることにより構成されている。電池１２には、電池１２の温度を計測する電池温度センサ１３が設けられている。本実施形態の電池用温度調節機構２は、ケース１１内に熱媒体を循環させて電池１２の温度調節を行う電池用温度調節機構である。

ケース１１には、ケース１１内に熱媒体を流入させるための流入部１１ａ及びケース１１内に流入した熱媒体をケース１１外に排出させるための流出部１１ｂが設けられている。流入部１１ａ及び流出部１１ｂは、ダクトやパイプなどからなる流通路２０により接続されている。これにより、ケース１１と流通路２０とから熱媒体が循環する循環路が形成されている。流通路２０には、循環路に熱媒体を循環させるための循環機構としての送風機２１が設けられている。

また、流通路２０には、流通路２０を循環する熱媒体を加熱又は冷却する温度調節手段としての温度調節ユニット２２が設けられている。温度調節ユニット２２は、送風機２１の送風方向、すなわち、熱媒体の流通方向において送風機２１よりも下流側で、かつ、電池１２よりも上流側に設けられている。温度調節ユニット２２は、図示しないペルチェ素子から構成されている。

また、熱媒体の流通方向において電池１２よりも下流側には、電池１２と熱交換された後の熱媒体の温度を計測する熱媒体温度計測手段としての熱媒体温度センサ２３が設けられている。より詳細には、熱媒体温度センサ２３は、流出部１１ｂに設けられている。

流通路２０において、熱媒体の流通方向における熱媒体温度センサ２３よりも下流側、かつ、送風機２１よりも上流側には、流通路２０に外部熱媒体としての外気を導入するための導入口２０ａが形成されている。導入口２０ａには、循環路の外部から供給される外気を流通路２０に導入するための導入路３０が設けられている。導入路３０には、外部温度計測手段としての外気温度センサ３１が設けられている。そして、導入口２０ａには、流通路２０と導入路３０との連通状態を切り替える切替手段としての切替弁２４が設けられている。切替弁２４は、導入口２０ａの閉鎖（図１に示す状態）と、導入口２０ａの開放（図２に示す状態）を切り替えることができる。そして、図１に示すように、導入口２０ａが閉鎖されている場合には、流通路２０は、導入路３０からの外気が流通路２０に導入されない非導入状態とされる。一方、図２に示すように、導入口２０ａが開放されている場合には、流通路２０は、導入路３０からの外気が流通路２０に導入される導入状態とされる。したがって、切替弁２４は、流通路２０の導入状態と非導入状態を切り替えているといえる。なお、外気とは、循環路外の空気のみを示すものではなく、循環路の外部に設けられた供給源から供給される気体状の熱媒体も外気に含まれる。すなわち、循環路の外部に存在する熱媒体であればよい。

電池温度センサ１３、熱媒体温度センサ２３、外気温度センサ３１は、それぞれ制御装置４０に接続されている。制御装置４０は、熱媒体温度センサ２３の計測結果、熱媒体温度センサ２３、外気温度センサ３１の計測結果を入力する。送風機２１、温度調節ユニット２２及び切替弁２４は、制御装置４０に制御される。

次に、本実施形態の電池用温度調節機構２の作用について説明する。
図３に示すように、制御装置４０は、電池モジュール１が駆動されると、電池１２の温度を計測し（ステップＳ１０）、ステップＳ２０に移行する。ステップＳ２０において、制御装置４０は、ステップＳ１０において計測された電池１２の温度から電池１２の温度調節が必要か否かを判定する。具体的にいえば、制御装置４０は、電池温度センサ１３により計測された電池１２の温度が予め設定された一定範囲内の温度か否かを判断し、一定範囲内の温度であれば温度調節は不要と判定し、一定範囲内の温度でなければ温度調節が必要と判定する。この一定範囲の温度は、電池１２を適切に放電することのできる温度の範囲であり、制御装置４０は、電池１２の温度が上限より高ければ電池１２の冷却が必要であり、電池１２の温度が下限より低ければ電池１２の加熱が必要と判定する。ステップＳ２０の判定結果が否定の場合、制御装置４０はステップＳ１０からの処理を繰り返す。一方、ステップＳ２０の判定結果が肯定の場合、制御装置４０はステップＳ３０に移行する。

ステップＳ３０において、制御装置４０は、外気温度センサ３１により外気の温度を計測するとともに、熱媒体温度センサ２３により電池１２と熱交換された後の熱媒体の温度を計測し、ステップＳ４０に移行する。ステップＳ４０において、制御装置４０は、ステップＳ３０で計測した外気の温度と電池１２と熱交換された後の熱媒体の温度を比較して、流通路２０に外気を導入するか否かを判定する。具体的にいえば、電池１２を加熱する際には、電池１２と熱交換された後の熱媒体の温度と比べて外気の温度が電池１２と熱交換された後の熱媒体の温度より許容差分高い温度である第１許容温度より高いときには、外気を導入する。一方、電池１２と熱交換された後の熱媒体の温度と比べて外気の温度が第１許容温度以下のときには、外気を導入しない。具体的にいえば、許容差が０度の場合には、電池１２と熱交換された後の熱媒体の温度と比べて外気の温度が高いときに外気が導入され、電池１２と熱交換された後の熱媒体の温度が外気の温度以下のときに外気が導入されない。許容差は、電池１２の温度や、切替弁２４を駆動させることによる消費電力などの条件から定められる。例えば、外気の温度が電池１２と熱交換された後の熱媒体の温度より高い場合であっても、外気を導入したとしても電池１２の加熱にほとんど影響を与えないような場合には、切替弁２４を駆動させることによる消費電力を抑制することを目的として、許容差を０度以上に設定することもできる。許容差は、０度未満に設定することはできない。許容差を０度未満に設定する場合、流通路２０には、電池１２と熱交換された後の熱媒体よりも温度の低い外気が流入し、加熱効率が低下する。このため、許容差は０度以上に設定される。

また、電池１２を冷却する際には、電池１２と熱交換された後の熱媒体の温度と比べて外気の温度が電池１２と熱交換された後の熱媒体の温度より許容差分低い温度である第２許容温度より低いときには、外気を導入する。一方、電池１２と熱交換された後の熱媒体の温度と比べて外気の温度が第２許容温度以上のときには、外気を導入しない。具体的にいえば、許容差が０度の場合には、外気の温度が電池１２と熱交換された後の熱媒体の温度以下のときに外気が導入され、外気の温度が電池１２と熱交換された後の熱媒体の温度よりも高いときに外気が導入されない。電池１２を冷却する際の許容差についても、電池１２を加熱する際の許容差と同様に、電池１２の温度や、切替弁２４を駆動させることによる消費電力などの条件から定められる。許容差は、電池１２の冷却効率を低下させない範囲内で適宜変更することができる。そして、ステップＳ４０の判定結果が肯定の場合、制御装置４０はステップＳ５０に移行する。一方、ステップＳ４０の判定結果が否定の場合、制御装置４０はステップＳ８０に移行する。

ステップＳ５０において、制御装置４０は、切替弁２４を切り替えることにより、流通路２０を導入状態にする。すなわち、制御装置４０は、電池１２を加熱する際には、電池１２と熱交換された後の熱媒体の温度と外気の温度を比べて外気の温度が第１許容温度より高いときには流通路２０を導入状態にする。また、制御装置４０は、電池１２を冷却する際には、電池１２と熱交換された後の熱媒体の温度と外気の温度を比べて、外気の温度が第２許容温度より低いときには流通路２０を導入状態にする。これにより、流通路２０には外気が導入される。そして、制御装置４０はステップＳ６０に移行する。

ステップＳ６０において、制御装置４０は、温度調節ユニット２２を駆動することにより、流通路２０内の熱媒体の温度調節を行い、ステップＳ７０に移行する。具体的にいえば、制御装置４０は、電池１２を加熱する際には、温度調節ユニット２２が熱媒体を加熱するように温度調節ユニット２２の制御を行い、電池１２を冷却する際には、温度調節ユニット２２が熱媒体を冷却するように温度調節ユニット２２の制御を行う。

ステップＳ７０において、制御装置４０は、送風機２１を駆動する。送風機２１が駆動されることにより、流通路２０及びケース１１内を熱媒体が循環する。そして、この循環する熱媒体により電池１２の温度調節が行われる。またステップＳ８０において、制御装置４０は、切替弁２４を切り替えることにより、流通路２０を非導入状態にする。すなわち、制御装置４０は、電池１２を加熱する際には、電池１２と熱交換された後の熱媒体の温度と外気の温度を比べて外気の温度が第１許容温度以下のときには流通路２０を非導入状態にする。また、制御装置４０は、電池１２を冷却する際には、電池１２と熱交換された後の熱媒体の温度と外気の温度を比べて外気の温度が第２許容温度以上のときには流通路２０を非導入状態にする。そして、制御装置４０は、ステップＳ６０に移行する。

なお、制御装置４０は、電池１２の温度を監視しており、電池１２の温度調節が不要になると、温度調節ユニット２２、送風機２１を停止する。
したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）制御装置４０は、電池１２を加熱する際には、電池１２と熱交換された後の熱媒体の温度と外気の温度を比べて外気の温度が第１許容温度より高いときには流通路２０を導入状態にする。一方、電池１２と熱交換された後の熱媒体の温度と外気の温度を比べて外気の温度が第１許容温度以下のときには流通路２０を非導入状態にする。したがって、流通路２０には、熱媒体よりも温度の高い外気が導入されるため、電池１２に対する加熱効率が向上される。同様に、電池１２を冷却する際には、電池１２と熱交換された後の熱媒体の温度と外気の温度を比べて、外気の温度が第２許容温度以下のときには流通路２０を導入状態にする。一方、電池１２と熱交換された後の熱媒体の温度と外気の温度を比べて外気の温度が第２許容温度より高いときには流通路２０を非導入状態にする。したがって、流通路２０には、電池１２と熱交換された後の熱媒体の温度以下の外気が導入されるため、電池１２に対する冷却効率が向上される。よって、熱媒体を循環させて電池１２の温度調節を行う電池用温度調節機構において電池１２の温度調節を効率よく行うことができ、電池１２の長寿命化が図られる。

（２）外気の温度と電池１２と熱交換された後の熱媒体を比べるときに、許容差を設けている。このため、様々な条件に応じて外気を導入するか否かを決定することができる。
（３）熱媒体温度センサ２３は、ケース１１の流出部１１ｂに設けられている。このため、熱媒体温度センサ２３は、電池１２と熱交換した直後の熱媒体の温度を計測することができる、このため、電池１２と熱交換した後の熱媒体の温度を適切に計測することができ、より適切に外気を導入するか否かの判定を行うことができる。

（４）車両に本実施形態における電池モジュール１を搭載している。電池１２の温度は適切な温度に維持されるため、電池１２の温度上昇に伴う電池１２の出力制限が抑制される。このため、車両走行時に電池１２に出力制限がかかることが抑制される。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、熱媒体温度センサ２３が設けられる位置は、熱媒体の流通方向において電池１２よりも下流側で、かつ、導入口２０ａよりも上流側の区間内で変更してもよい。特に、熱媒体の流通方向において最も下流側に設けられる電池１２からケース１１の流出部１１ｂまでの区間内に熱媒体温度センサ２３を設けることにより、電池１２と熱交換された直後の熱媒体の温度を計測することができるため、より適切に外気を導入するか否かの判定を行うことができる。

○ 実施形態において、熱媒体温度センサ２３をケース１１内に設けてもよい。
○ 実施形態において、循環路を流通する熱媒体及び外部熱媒体として、液体状の熱媒体を用いてもよい。この場合、循環機構としてポンプが用いられる。

○ 実施形態において、温度調節ユニット２２として、例えば、コンプレッサにより熱媒体を冷却するものや、ヒータにより熱媒体を加熱するものなどを用いてもよい。
○ 実施形態において、循環路を流通する熱媒体、あるいは外気のみにより電池１２の温度調節を行えることができる場合、温度調節ユニット２２を駆動せずに循環路を流通する熱媒体、あるいは外気を循環路に流通させて電池１２の温度調節を行ってもよい。

○ 実施形態において切替手段として、絞りを用いてもよい。
○ 実施形態において、許容差は循環路を流通する熱媒体の温度調節効率を下げない範囲内で変更してもよい。

○ 実施形態において、ステップＳ５０〜ステップＳ７０の処理を同時に行ってもよい。
○ 実施形態において、ステップＳ８０〜ステップＳ７０の処理を同時に行ってもよい。

○ 実施形態において、ステップＳ５０〜ステップＳ７０の処理の順番を変更してもよい。
○ 実施形態において、ステップＳ８０〜ステップＳ７０の処理の順番を変更してもよい。

○ 実施形態において、ステップＳ３０〜ステップＳ５０の処理の順番を変更してもよい。

２…電池用温度調節機構、１１…ケース、１１ａ…流入部、１１ｂ…流出部、１２…電池、２０…流通路、２１…送風機、２２…温度調節ユニット、２３…熱媒体温度センサ、２４…切替弁、３１…外気温度センサ。

Claims (3)

1. 循環機構により循環路に熱媒体を循環させて電池の温度調節を行う電池用温度調節機構であって、
   前記循環路を循環する熱媒体を加熱又は冷却する温度調節手段と、
   前記電池と熱交換された後の熱媒体の温度を計測する熱媒体温度計測手段と、
   前記循環路の外部に存在する外部熱媒体の温度を計測する外部温度計測手段と、
   前記循環路に設けられ、前記循環路に前記外部熱媒体が導入される導入状態と前記循環路に前記外部熱媒体が導入されない非導入状態とを切り替える切替手段と、を備え、
   前記電池を加熱する際には、前記外部熱媒体の温度が前記電池と熱交換された後の熱媒体の温度より許容差分高い温度である第１許容温度より高いときには、前記切替手段により前記循環路を導入状態に切り替える一方で、前記外部熱媒体の温度が前記第１許容温度以下のときには、前記切替手段により前記循環路を非導入状態に切り替え、
   前記電池を冷却する際には、前記外部熱媒体の温度が前記電池と熱交換された後の熱媒体の温度より許容差分低い温度である第２許容温度より低いときには、前記切替手段により前記循環路を導入状態に切り替える一方で、前記外部熱媒体の温度が前記第２許容温度以上のときには、前記切替手段により前記循環路を非導入状態に切り替えることを特徴とする電池用温度調節機構。
2. 前記熱媒体温度計測手段は、熱媒体の流通方向において前記電池の下流側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池用温度調節機構。
3. 前記電池は循環路と接続される流入部及び流出部が形成されたケースに収容され、前記熱媒体温度計測手段は、熱媒体の流通方向において最も下流側に設けられる電池から前記ケースの流出部までの区間に設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池用温度調節機構。