JP2016219146A - Storage battery device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、蓄電池装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a storage battery device.
従来、空気を冷媒として複数の蓄電池を冷却する蓄電池の冷却システムが知られている。この蓄電池の冷却システムは、蓄電池に対して比熱が小さい空気を冷媒として使用するため、空気流路のうち吸気側と排気側とで空気の温度差が発生することがある。この結果、従来の冷却システムでは、蓄電池の数などのシステム規模や蓄電池の充放電電流などのシステムの使用状況によっては、複数の蓄電池の温度ばらつきが大きくなる場合があった。 Conventionally, a storage battery cooling system for cooling a plurality of storage batteries using air as a refrigerant is known. Since this storage battery cooling system uses air having a smaller specific heat than the storage battery as a refrigerant, an air temperature difference may occur between the intake side and the exhaust side of the air flow path. As a result, in the conventional cooling system, the temperature variation of the plurality of storage batteries may increase depending on the system scale such as the number of storage batteries and the use situation of the system such as the charge / discharge current of the storage batteries.
本発明が解決しようとする課題は、複数の蓄電池の温度ばらつきを抑制することができる蓄電池装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a storage battery device capable of suppressing temperature variations of a plurality of storage batteries.
実施形態の蓄電池装置は、筐体と、複数の蓄電池と、第１のファンと、第２のファンと、温度検出部と、制御部とを持つ。筐体には、第１の孔部と第２の孔部が設けられる。複数の蓄電池には、前記筐体に収容される。第１のファンは、前記筐体の第１の孔部を介して前記筐体の外部から前記筐体の内部に空気を導入する吸気動作と、前記第１の孔部を介して前記筐体の内部から前記筐体の外部に空気を排出する排気動作との間で動作モードが切替可能である。第２のファンは、前記筐体の第２の孔部を介して前記筐体の外部から前記筐体の内部に空気を導入する吸気動作と、前記筐体の第２の孔部を介して前記筐体の内部から前記筐体の外部に空気を排出する排気動作との間で動作モードが切替可能である。温度検出部は、前記複数の蓄電池の温度を複数箇所で検出する。制御部は、前記温度検出部により検出された温度の分布に基づいて、前記第１のファンの動作モードおよび前記第２のファンの動作モードを切り替える。 The storage battery device according to the embodiment includes a housing, a plurality of storage batteries, a first fan, a second fan, a temperature detection unit, and a control unit. The housing is provided with a first hole and a second hole. The plurality of storage batteries are accommodated in the housing. The first fan includes an intake operation for introducing air from the outside of the housing into the housing through the first hole portion of the housing, and the housing through the first hole portion. The operation mode can be switched between an exhaust operation for exhausting air from the inside to the outside of the housing. The second fan includes an intake operation for introducing air from the outside of the housing into the housing through the second hole portion of the housing, and the second fan through the second hole portion of the housing. The operation mode can be switched between an exhaust operation for discharging air from the inside of the housing to the outside of the housing. The temperature detector detects temperatures of the plurality of storage batteries at a plurality of locations. The control unit switches between the operation mode of the first fan and the operation mode of the second fan based on the temperature distribution detected by the temperature detection unit.
以下、実施形態の蓄電池装置を、図面を参照して説明する。なお、適宜、ＸＹＺ座標系を適用して図示および説明を行う。
図１は、実施形態の蓄電池システム１の概略構成を示す斜視図である。図２は、実施形態の蓄電池システム１の機能的な構成を示すブロック図である。蓄電池システム１は、例えば、電気自動車やハイブリッド車などの車両に搭載されて、外部装置からの要求に従って放電し、車両の駆動力を発生させる駆動モータ等に電力を供給する。
Hereinafter, a storage battery device of an embodiment will be described with reference to the drawings. It should be noted that the XYZ coordinate system is applied and illustrated as appropriate.
蓄電池システム１は、筐体１０と、複数の蓄電池モジュール１２−１乃至１２−１２と、第１の冷却ファン１４−１と、第２の冷却ファン１４−２とを備える。また、蓄電池システム１は、正極コンタクタ１６ａと、プリチャージ用コンタクタ１６ｂと、プリチャージ抵抗１６ｃと、負極コンタクタ１６ｄと、電流センサ１６ｅと、ＢＭＵ（Battery Monitoring Unit；電池管理装置）１８とを備える。蓄電池システム１は、筐体１０に複数の蓄電池モジュール１２などが収容されたパッケージ型の蓄電池である。なお、以下の説明において、蓄電池モジュール１２を他の蓄電池モジュール１２と区別して説明しない場合には「蓄電池モジュール１２」と記載する。
The
筐体１０には、内部に複数の蓄電池モジュール１２−１乃至１２−１２、正極コンタクタ１６ａ、プリチャージ用コンタクタ１６ｂ、プリチャージ抵抗１６ｃ、負極コンタクタ１６ｄ、および電流センサ１６ｅが収容される。筐体１０の側面（図中のＸ方向に関する端面）１０ａおよび１０ｂには、第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２を設置するための第１の孔部および第２の孔部が形成される。第１の孔部および第２の孔部には、第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２が嵌め込まれる。
The
複数の蓄電池モジュール１２−１乃至１２−１２は、筐体１０内において、図中のＸ方向に３個、且つＹ方向に４個のマトリクス状に配置されている。複数の蓄電池モジュール１２−１乃至１２−１２は、図２に示すように、複数の直列接続と複数の並列接続とを組み合わせて接続される。蓄電池モジュール１２−１、１２−５、および１２−９は直列接続される。同様に、蓄電池モジュール１２−２、１２−６、および１２−１０は直列接続され、蓄電池モジュール１２−３、１２−７、および１２−１１は直列接続され、蓄電池モジュール１２−４、１２−８、および１２−１２は直列接続される。また、蓄電池モジュール１２−１、１２−５、および１２−９と、蓄電池モジュール１２−２、１２−６、および１２−１０と、蓄電池モジュール１２−３、１２−７、および１２−１１と、蓄電池モジュール１２−４、１２−８、および１２−１２とは、並列接続される。なお、複数の蓄電池モジュール１２は、実施形態においてマトリクス状に配置されているが、蓄電池モジュール１２の直列接続の数および並列接続の数は任意の数であればよい。また、蓄電池システム１は、複数の蓄電池モジュール１２が図中のＸ方向に一列に直列接続されている構成、または、複数の蓄電池モジュール１２が図中のＹ方向に一列に並列接続されている構成であってもよい。
The plurality of storage battery modules 12-1 to 12-12 are arranged in a matrix of three in the X direction and four in the Y direction in the
複数の蓄電池モジュール１２のそれぞれは、図１に示すように、図中のＸ方向に積層された複数の蓄電池セル１２０−１、・・・１２０−ｎを備える。複数の蓄電池セル１２０−１乃至１２０−ｎは、それぞれ直列接続される。なお、以下の説明において、蓄電池セルを他の蓄電池セルと区別して説明しない場合には蓄電池セル１２０と記載する。複数の蓄電池モジュール１２のそれぞれは、ＣＭＵ（Cell Monitoring Unit；電池監視ユニット）１２Ａを備える。ＣＭＵ１２Ａは、セル温度センサ（不図示）と接続され、自身が取り付けられた蓄電池モジュール１２における各蓄電池セル１２０の温度（セル温度）を検出する。ＣＭＵ１２Ａは、電圧センサ（不図示）と接続され、自身が取り付けられた蓄電池モジュール１２における各蓄電池セル１２０の電圧（セル電圧）を検出する。また、ＣＭＵ１２Ａは、セルバランス回路（不図示）を有し、自身が取り付けられた複数の蓄電池セル１２０の容量バランスを調整する。ＣＭＵ１２Ａは、自身が取り付けられた蓄電池モジュール１２におけるセル温度およびセル電圧をＢＭＵ１８に出力する。
As shown in FIG. 1, each of the plurality of
なお、以下では、ＣＭＵ１２Ａにより各蓄電池セル１２０の温度を検出すると説明するが、複数の蓄電池モジュール１２が形成する蓄電池群における複数の箇所の温度を検出すればよく、例えば、ＢＭＵ１８と複数の温度センサとを接続して、ＢＭＵ１８により複数の蓄電池モジュール１２における複数の箇所の温度を検出してもよい。
In the following, it is described that the temperature of each
第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２は、筐体１０に形成された第１の孔部および第２の孔部に設けられたプロペラファンである。第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２は、筐体１０外の空気を筐体１０内に吸気する吸気動作と、筐体１０内の空気を筐体１０外に排気する排気動作とが切換可能なファンである。第１の冷却ファン１４−１が取り付けられる位置と第２の冷却ファン１４−２が取り付けられる位置は、筐体１０内において蓄電池モジュール１２の周囲に空気流路を形成する位置である。第１の冷却ファン１４−１は、例えば筐体１０における図中の−Ｘ方向の側面１０ａに取り付けられている。第２の冷却ファン１４−２は、例えば筐体１０における図中の＋Ｘ方向の側面１０ｂに取り付けられている。
The first cooling fan 14-1 and the second cooling fan 14-2 are propeller fans provided in the first hole and the second hole formed in the
なお、第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２は、筐体１０のＺ方向における高さの中心よりも下方（図中の−Ｚ方向）に取り付けられていてもよい。第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２は、複数の蓄電池モジュール１２から筐体１０の上方側に熱が放射されることから、当該熱により温度が上昇された空気を筐体１０の下方に導く空気流路を形成することができる。
In addition, the 1st cooling fan 14-1 and the 2nd cooling fan 14-2 may be attached below the center of the height in the Z direction of the housing | casing 10 (-Z direction in a figure). . Since the first cooling fan 14-1 and the second cooling fan 14-2 radiate heat from the plurality of
図３は、実施形態の蓄電池システム１におけるモード（１）の吸気および排気の状態を示す図である。図４は、実施形態の蓄電池システム１におけるモード（２）の吸気および排気の状態を示す図である。なお、図３および図４は、いずれの蓄電池モジュール１２であるかを示す番号（「蓄電池モジュール１２−１乃至１２−１２」におけるハイフン以下の番号）を図示している。
Drawing 3 is a figure showing the state of intake and exhaust of mode (1) in
蓄電池システム１は、図３に示すように、モード（１）において、第１の冷却ファン１４−１により筐体１０外の空気を吸気すると共に、第２の冷却ファン１４−２により筐体１０内の空気を排気する。これにより、蓄電池システム１は、図中のＸ方向に向かう空気流路を形成する。なお、モード（１）において、蓄電池モジュール１２−１、１２−２、１２−３、および１２−４が吸気側に位置する蓄電池モジュール１２となり、蓄電池モジュール１２−９、１２−１０、１２−１１、および１２−１２が排気側に位置する蓄電池モジュール１２となり、蓄電池モジュール１２−５、１２−６、１２−７、および１２−８が吸気側および排気側の何れにも属さない中央部の蓄電池モジュール１２となる。
As shown in FIG. 3, the
蓄電池システム１は、図４に示すように、モード（２）において、第２の冷却ファン１４−２により筐体１０外の空気を吸気すると共に、第１の冷却ファン１４−１により筐体１０内の空気を排気する。これにより、蓄電池システム１は、図中の−Ｘ方向に向かう空気流路を形成する。なお、モード（２）において、蓄電池モジュール１２−９、１２−１０、１２−１１、および１２−１２が吸気側に位置する蓄電池モジュール１２となり、蓄電池モジュール１２−１、１２−２、１２−３、および１２−４が排気側に位置する蓄電池モジュール１２となり、蓄電池モジュール１２−５、１２−６、１２−７、および１２−８が吸気側および排気側の何れにも属さない中央部の蓄電池モジュール１２となる。
As shown in FIG. 4, the
図５および図６は、実施形態の蓄電池システム１における第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２の回路構成を示す図である。なお、第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２は、補機用電源１４０と、第１の冷却ファン１４−１の駆動力を発生するモータＭ１と、第２の冷却ファン１４−２の駆動力を発生するモータＭ２とを備える。また、第１の冷却ファン１４−１は、モータＭ１の正極と負極との間に接続されたスイッチング素子ＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ２１、およびＳＷ２２を備える。スイッチング素子ＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ２１、およびＳＷ２２は、モータＭ１に供給されるモータ電流の向きを切り替えるようにオンオフ動作（オン：導通、オフ：遮断）するＨブリッジ駆動回路である。さらに、第２の冷却ファン１４−２は、モータＭ２の正極と負極との間に接続されたスイッチング素子ＳＷ３１、ＳＷ３２、ＳＷ４１、およびＳＷ４２を備える。スイッチング素子ＳＷ３１、ＳＷ３２、ＳＷ４１、およびＳＷ４２は、モータＭ２に対してモータＭ２に供給されるモータ電流の向きを切り替えるようにオンオフ動作するＨブリッジ駆動回路である。
5 and 6 are diagrams illustrating circuit configurations of the first cooling fan 14-1 and the second cooling fan 14-2 in the
スイッチング素子ＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ４１、およびＳＷ４２のゲート端子には、ＢＭＵ１８が接続される。また、スイッチング素子ＳＷ２１、ＳＷ２２、ＳＷ３１、およびＳＷ３２のゲート端子には、ＮＯＴ回路１４１を介してＢＭＵ１８が接続される。ＢＭＵ１８は、スイッチング素子ＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ２１、ＳＷ２２、ＳＷ３１、ＳＷ３２、ＳＷ４１、およびＳＷ４２のオンオフ動作を制御するスイッチング制御信号を出力する。
The
ＢＭＵ１８は、モード（１）である期間において、ロー（Ｌｏｗ）レベルのスイッチング制御信号をＨブリッジ駆動回路に出力する。これにより、ＢＭＵ１８は、スイッチング素子ＳＷ１１、ＳＷ２２、ＳＷ４１、およびＳＷ３２をオン動作させると共に、スイッチング素子ＳＷ２１、ＳＷ１２、ＳＷ３１、およびＳＷ４２をオフ動作させる。この結果、モータＭ１およびモータＭ２には、図５中の矢印で示すように、互いに逆方向に流れるモータ電流が供給される。
The
ＢＭＵ１８は、モード（２）である期間において、ハイ（Ｈｉｇｈ）レベルのスイッチング制御信号をＨブリッジ駆動回路に出力する。これにより、ＢＭＵ１８は、スイッチング素子ＳＷ２１、ＳＷ１２、ＳＷ３１、およびＳＷ４２をオン動作させると共に、スイッチング素子ＳＷ１１、ＳＷ２２、ＳＷ４１、およびＳＷ３２をオフ動作させる。この結果、モータＭ１およびモータＭ２には、図６中の矢印で示すように、図５に示したモータ電流とは逆方向に流れるモータ電流が供給される。
The
正極コンタクタ１６ａは、複数の蓄電池モジュール１２の正極と外部装置とを接続するスイッチ回路である。正極コンタクタ１６ａは、複数の蓄電池モジュール１２を外部装置と電気的に接続させることができる。また、正極コンタクタ１６ａは、例えば異常時などに複数の蓄電池モジュール１２を外部装置と電気的に切断させることができる。プリチャージ用コンタクタ１６ｂは、プリチャージ用コンタクタ１６ｂを介して複数の蓄電池モジュール１２を外部装置と接続させるスイッチ回路である。プリチャージ用コンタクタ１６ｂは、複数の蓄電池モジュール１２に電力を充電させるときの突入電流を抑制するために、プリチャージ抵抗１６ｃを介して蓄電池モジュール１２を外部装置と接続させる。
The
負極コンタクタ１６ｄは、複数の蓄電池モジュール１２の負極と外部装置とを接続するスイッチ回路である。負極コンタクタ１６ｄは、複数の蓄電池モジュール１２を外部装置と電気的に接続させることができる。また、負極コンタクタ１６ｄは、例えば異常時などに複数の蓄電池モジュール１２を外部装置と電気的に切断させることができる。電流センサ１６ｅは、複数の蓄電池モジュール１２に流れる電流値を検出する。電流センサ１６ｅは、検出した電流値をＢＭＵ１８に出力する。
The
ＢＭＵ１８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサが、記憶部（不図示）に記憶されたプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部である。また、これらの機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのハードウェア機能部であってもよい。ＢＭＵ１８は、ＣＭＵ１２Ａにより検出されたセル温度に基づいて、第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードを制御する。ＢＭＵ１８は、ＣＭＵ１２Ａにより出力されたセル温度と共に、蓄電池モジュール１２を特定するモジュール番号および蓄電池セル１２０を特定するセル番号が供給される。ＢＭＵ１８は、モジュール番号およびセル番号に基づいて筐体１０内における蓄電池モジュール１２の位置および蓄電池セル１２０の位置を特定する。
The
図７は、実施形態の蓄電池システム１において第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードを切り替える処理の流れを示すフローチャートである。なお、第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードを切り替える処理は、ＢＭＵ１８が行うと説明するが、ＢＭＵ１８に接続された上位装置によって行ってもよい。上位装置は、例えば、蓄電池モジュール１２の充放電を制御して車両の駆動モータの動作を制御する車両制御システムである。
FIG. 7 is a flowchart illustrating a flow of processing for switching the operation mode of the first cooling fan 14-1 and the operation mode of the second cooling fan 14-2 in the
ＢＭＵ１８は、蓄電池システム１が起動する同時に、第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードをモード（１）に制御する。これにより、ＢＭＵ１８は、第１の冷却ファン１４−１に吸気動作をさせると共に第２の冷却ファン１４−２に排気動作をさせる（ステップＳ１００）。ＢＭＵ１８は、複数のＣＭＵ１２Ａにより検出された蓄電池セル１２０のセル温度を取得する（ステップＳ１０２）。
The
ＢＭＵ１８は、ステップＳ１０２において検出された複数のセル温度に基づいて筐体１０内における温度差を演算する。ＢＭＵ１８は、複数のセル温度のうち最大のセル温度および最小のセル温度を抽出し、最大のセル温度と最小のセル温度との温度差を演算する。最大のセル温度と最小のセル温度との温度差は、筐体１０内における複数の箇所の温度差に相当する。ＢＭＵ１８は、演算した温度差が所定の閾値（第１の閾値）を超えているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ＢＭＵ１８は、演算した温度差が所定の閾値を超えていないと判定した場合にはステップＳ１０２に処理を戻して、モード（１）を継続させる。
The
ＢＭＵ１８は、演算した温度差が所定の閾値を超えていると判定した場合にはステップＳ１０６に処理を進める。ＢＭＵ１８は、最大のセル温度が検出された蓄電池セル１２０の位置が、吸気動作を行っている第１の冷却ファン１４−１よりも排気動作を行っている第２の冷却ファン１４−２に近いか否かを判定する（ステップＳ１０６）。ＢＭＵ１８は、最大のセル温度が検出された蓄電池セル１２０の位置が第２の冷却ファン１４−２に近くないと判定した場合には、ステップＳ１００に処理を戻して、モード（１）を継続する。
If the
ＢＭＵ１８は、最大のセル温度が検出された蓄電池セル１２０の位置が第２の冷却ファン１４−２に近いと判定した場合には、ステップＳ１０８に処理を進める。ＢＭＵ１８は、第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードをモード（２）に制御する。これにより、ＢＭＵ１８は、第１の冷却ファン１４−１を吸気動作から排気動作に切り替えると共に第２の冷却ファン１４−２を排気動作から吸気動作に切り替える（ステップＳ１０８）。
If the
図８は、比較例として排気側のセル温度、中央部のセル温度、および吸気側のセル温度の変化を示す図である。排気側のセル温度、中央部のセル温度、および吸気側のセル温度は、例えば図３に示すように蓄電池モジュール１２を吸気側、中央部、および排気側の領域に区分した場合において、区分した領域に含まれる蓄電池セル１２０のセル温度の平均値である。なお、図８に示すセル温度の変化は、複数の蓄電池モジュール１２における全ての蓄電池セル１２０が同じ条件で動作し、蓄電池モジュール１２に要求される放電電流の変動に基づいて変化する。
FIG. 8 is a graph showing changes in the exhaust-side cell temperature, the central cell temperature, and the intake-side cell temperature as comparative examples. The cell temperature on the exhaust side, the cell temperature on the center side, and the cell temperature on the intake side are divided when the
図８によれば、蓄電池セル１２０に電流が流れると蓄電池セル１２０が発熱してセル温度が上昇する。セル温度の上昇速度は、蓄電池セル１２０の電流の大きさおよび蓄電池システム１の冷却能力に基づいて決定される。吸気側の蓄電池モジュール１２に近い空気の温度よりも排気側の蓄電池モジュール１２に近い空気の温度が高いため、吸気側の蓄電池モジュール１２に対する冷却能力は排気側の蓄電池モジュール１２に対する冷却能力よりも高くなる。したがって、吸気側の蓄電池モジュール１２におけるセル温度は、排気側の蓄電池モジュール１２におけるセル温度よりも低くなる。蓄電池システム１の動作時間の経過と共に、吸気側の蓄電池モジュール１２におけるセル温度と排気側の蓄電池モジュール１２におけるセル温度の温度差が大きくなり、温度差は閾値Ｔ＿ｔｈｄ（第１の閾値）よりも大きくなる。また、第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードを変更しないと、排気側の蓄電池モジュール１２におけるセル温度は、最大使用セル温度を超えてしまう。最大使用セル温度は、蓄電池セル１２０の特性により設定されるセル温度の限界値であって、充放電動作を停止させる必要がある温度値である。
According to FIG. 8, when a current flows through the
図９は、実施形態の蓄電池システム１における排気側のセル温度、および吸気側のセル温度の変化を示す図である。
これに対し、実施形態の蓄電池システム１は、起動した後において第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードをモード（１）に制御する。蓄電池システム１の動作時間の経過と共に、吸気側である第１の冷却ファン１４−１側のセル温度と排気側である第２の冷却ファン１４−２側のセル温度の温度差が大きくなる。蓄電池システム１は、時刻ｔ１においてセル温度の温度差が閾値Ｔ＿ｔｈｄを超えたと判定したことに応じて動作モードをモード（１）からモード（２）に切り替える。これにより、第２の冷却ファン１４−２側の蓄電池モジュール１２が吸気側に切り替えられ、第１の冷却ファン１４−１側の蓄電池モジュール１２が排気側に切り替えられる。時刻ｔ１後、第２の冷却ファン１４−２側の蓄電池モジュール１２のセル温度は、上昇速度が低くなる。一方、第１の冷却ファン１４−１側の蓄電池モジュール１２のセル温度は、上昇速度が高くなる。蓄電池システム１は、動作モードをモード（２）に切り替えた後の時刻ｔ２において最大のセル温度と最小のセル温度との温度差が閾値Ｔ＿ｔｈｄよりも大きくなったことに応じて、動作モードをモード（２）からモード（１）に切り替える。
FIG. 9 is a diagram illustrating changes in the exhaust-side cell temperature and the intake-side cell temperature in the
On the other hand, after starting, the
以上説明したように、実施形態の蓄電池システム１によれば、筐体１０の側面１０ａおよび１０ｂに第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２を設けて、蓄電池システム１内の蓄電池モジュール１２における温度の分布に基づいて第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードを切り替える。これにより、実施形態の蓄電池システム１によれば、筐体１０の吸気側と排気側とを切り替えることができ、筐体１０内の空気流路を切り替えることができる。この結果、実施形態の蓄電池システム１によれば、複数の蓄電池モジュール１２の温度ばらつきを抑制することができる。
As described above, according to the
また、実施形態の蓄電池システム１によれば、第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２の冷却能力を高くすることができるので、蓄電池モジュール１２に許容される発熱量を高くすることができ、例えば、バス用や電車用のバッテリシステムのように筐体１０に収容する蓄電池モジュール１２の容量を高くすることができる。さらに、実施形態の蓄電池システム１によれば、第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２の回転数を抑制して効率的に複数の蓄電池モジュール１２の温度ばらつきを抑制することができる。
Moreover, according to the
また、実施形態の蓄電池システム１によれば、筐体１０内のセル温度の温度差に基づいて第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードを決定するので、複数の蓄電池モジュール１２の温度ばらつきがあるために筐体１０内のセル温度の温度差が大きくなったことに応じて筐体１０内の空気流路を切り替えることができる。この結果、実施形態の蓄電池システム１によれば、複数の蓄電池モジュール１２の温度ばらつきをさらに抑制することができる。
Further, according to the
さらに、実施形態の蓄電池システム１によれば、筐体１０内の最大のセル温度が検出された箇所が、吸気動作を行っているファンよりも排気動作を行っているファンに近い場合に、排気動作を行っているファンを吸気動作に切り替えると共に、吸気動作を行っているファンを排気動作に切り替える。これにより、実施形態の蓄電池システム１によれば、筐体１０の吸気側の空気の温度よりも筐体１０の排気側の空気の温度が高い場合に、筐体１０の排気側に筐体１０の外部の空気を導入することができる。この結果、実施形態の蓄電池システム１によれば、筐体１０の排気側のセル温度が筐体１０の吸気側のセル温度よりも高いために生じている蓄電池モジュール１２の温度ばらつきをさらに抑制することができる。
Furthermore, according to the
上述した実施形態の蓄電池システム１は、蓄電池モジュール１２の温度が低い状態である場合には、第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２の動作を停止させてもよい。例えば、蓄電池システム１が車両に搭載され、冬期などの外気温が低い温度環境に車両が長時間に亘り駐車された場合、筐体１０内の蓄電池モジュール１２の温度が非常に低くなる。
The
これに対し、実施形態の蓄電池システム１は、以下の動作を行う。図１０は、実施形態の蓄電池システム１における第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードを切り替える他の処理の流れを示すフローチャートである。ＢＭＵ１８は、図１０に示すように、蓄電池システム１の起動後に第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードをモード（１）に制御し（ステップＳ１００）、複数のＣＭＵ１２Ａにより検出された蓄電池セル１２０のセル温度を取得する（ステップＳ１０２）。ＢＭＵ１８は、ステップＳ１０２において取得された蓄電池セル１２０のセル温度が所定の停止温度（第２の閾値）よりも低いか否かを判定する（ステップＳ１１０）。所定の停止温度は、第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２の適正温度（例えば２５℃）に設定される。第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２の適正温度は、充放電動作をすることによる内部抵抗の劣化が低い状態に設定される。ＢＭＵ１８は、蓄電池セル１２０のセル温度が所定の停止温度よりも高い場合にはステップＳ１０４に処理を進める。
On the other hand, the
ＢＭＵ１８は、蓄電池セル１２０のセル温度のうち少なくとも一つのセル温度が所定の停止温度よりも低い場合には、第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２の動作を停止させる（ステップＳ１１２）。このとき、ＢＭＵ１８は、Ｈブリッジ駆動回路におけるスイッチング素子を全てオフに制御し、モータＭ１およびモータＭ２に供給される電流値を「０」に制御する。図１１は、実施形態の蓄電池システム１におけるＨブリッジ駆動回路の構成図である。図１２は、実施形態の蓄電池システム１における動作モードとＨブリッジ駆動回路に供給する信号との関係を示す図である。ＢＭＵ１８は、第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２の動作を停止させる動作モードとしてモード（３）が設定される。ＢＭＵ１８は、動作モードがモード（３）である場合には、全てのスイッチング素子に供給する信号レベルを全てＨｉｇｈレベルにする。
The
実施形態の蓄電池システム１によれば、筐体１０内の温度が蓄電池モジュール１２の劣化が促進されるような低い温度である場合には、第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２の動作を停止させる。これにより、実施形態の蓄電池システム１によれば、蓄電池モジュール１２の冷却を停止して、蓄電池モジュール１２の温度が適正な温度に達したことに応じて蓄電池セル１２０のセル温度に基づく第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２の動作を制御する。この結果、実施形態の蓄電池システム１によれば、蓄電池モジュール１２の発熱により蓄電池モジュール１２の暖機を促して、蓄電池モジュール１２の劣化を抑制することができる。
According to the
また、実施形態の蓄電池システム１によれば、蓄電池モジュール１２の冷却を停止させることによって第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２の消費電力を抑制することができる。さらに、実施形態の蓄電池システム１によれば、蓄電池モジュール１２に要求される充放電電流が低いために蓄電池モジュール１２の発熱量に対して第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２の冷却能力が上回る場合がある。この場合、実施形態の蓄電池システム１によれば、蓄電池セル１２０のセル温度が所定の停止温度よりも低くなったことに応じて第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２の動作を停止させることができ、さらに消費電力を抑制することができる。
Moreover, according to the
上述した実施形態の蓄電池システム１は、蓄電池モジュール１２の異常によりセル温度が高い状態である場合に、蓄電池モジュール１２の異常に対応した制御を行ってもよい。蓄電池モジュール１２において検出されるセル温度は、例えば蓄電池モジュール１２における内部抵抗の増加により高くなる。図１３は、実施形態の蓄電池システム１において異常がない場合の蓄電池モジュール１２の温度分布を示す図である。図１４は、実施形態の蓄電池システム１において異常がある場合の蓄電池モジュール１２の温度分布を示す図である。蓄電池システム１に異常がない場合、吸気側に位置する蓄電池モジュール１２−１、１２−２、１２−３、および１２−４において検出されるセル温度は、略一定値となる。また、中央部に位置する蓄電池モジュール１２おいて検出されるセル温度、および排気側に位置する蓄電池モジュール１２において検出されるセル温度も、同様に、略一定となる。一方、吸気側の蓄電池モジュール１２のうち蓄電池モジュール１２−３に異常がある場合、蓄電池モジュール１２−３において検出されるセル温度は、吸気側の蓄電池モジュール１２において検出される他のセル温度よりも高くなる。
The
これに対し、実施形態の蓄電池システム１は、以下の動作を行う。図１５は、実施形態の蓄電池システム１における第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードを切り替える他の処理の流れを示すフローチャートである。ＢＭＵ１８は、第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードがモード（１）またはモード（２）に制御されている状態（ステップＳ１２０）において、複数のＣＭＵ１２Ａにより検出された蓄電池セル１２０のセル温度を取得する（ステップＳ１２１）。
On the other hand, the
ＢＭＵ１８は、ステップＳ１２１において取得された蓄電池セル１２０のセル温度に基づいて、セル温度が異常になっている蓄電池セル１２０があるか否かを判定する（ステップＳ１２２）。ＢＭＵ１８は、例えば、各蓄電池モジュール１２におけるセル温度の最大値を所定時間に亘り検出し、所定時間毎に吸気側、中央部、および排気側の各箇所におけるセル温度の最大値の平均値を演算する。ＢＭＵ１８は、各箇所におけるセル温度の最大値の平均値が各箇所におけるセル温度の最大値に対して所定の偏差がある場合には、セル温度が異常になっている蓄電池セル１２０があると判定する。図１４の吸気側の蓄電池モジュール１２を例にすると、蓄電池モジュール１２−１乃至１２−４のセル温度の最大値の平均値と、蓄電池モジュール１２−１乃至１２−４のセル温度の最大値との偏差に基づき、蓄電池モジュール１２−３の偏差が大きいと判定した場合に蓄電池モジュール１２−３におけるセル温度が異常になっている蓄電池セル１２０があると判定する。所定の偏差は、蓄電池モジュール１２に要求される充放電電流に対応したセル温度の変化を超えるようなセル温度の上昇幅が設定される。ＢＭＵ１８は、セル温度が異常になっている蓄電池セル１２０があると判定した場合にはステップＳ１２３に処理を進め、セル温度が異常になっている蓄電池セル１２０がないと判定した場合にはステップＳ１２０に処理を戻す。
The
ＢＭＵ１８は、セル温度が異常になっている蓄電池セル１２０の位置を特定し、特定された位置に対応する蓄電池モジュール１２を特定する。ＢＭＵ１８は、セル温度が異常になっている蓄電池セル１２０の位置を特定し、位置情報を不揮発性メモリなどの記憶部（不図示）に記憶する。また、ＢＭＵ１８は、セル温度が異常となっている蓄電池セル１２０に対応する蓄電池モジュール１２の位置に基づいて、第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードを制御する（ステップＳ１２３）。ＢＭＵ１８は、第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２のうちセル温度が異常となっている蓄電池セル１２０に対応する蓄電池モジュール１２の位置に近いファンが吸気側となるように動作モードを制御する。なお、ＢＭＵ１８は、セル温度が異常となっている蓄電池セル１２０に対応する蓄電池モジュール１２の位置が中央部である場合には、第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードを制御しなくてもよい。
The
ＢＭＵ１８は、少なくとも一つの蓄電池セル１２０のセル温度が最大使用セル温度（第３の閾値）を超えたか否かを判定する（ステップＳ１２４）。ＢＭＵ１８は、蓄電池セル１２０のセル温度が最大使用セル温度を超えたと判定した場合にはステップＳ１２５に処理を進め、蓄電池セル１２０のセル温度が最大使用セル温度を超えていないと判定した場合にはステップＳ１２０に処理を戻す。
The
ＢＭＵ１８は、蓄電池セル１２０のセル温度が最大使用セル温度を超えたことに応じて異常処理を行う。ＢＭＵ１８は、セル温度が最大使用セル温度を超えた蓄電池セル１２０の位置を特定し、位置情報を不揮発性メモリなどの記憶部（不図示）に記憶する。ＢＭＵ１８は、例えば、上位装置により送信された記憶部に記憶された位置情報の読み出し命令に応じて、位置情報を上位装置に送信する。また、ＢＭＵ１８は、蓄電池システム１の動作を停止させる。
The
なお、ＢＭＵ１８は、セル温度が最大使用セル温度を超えた蓄電池セル１２０充放電動作、または当該蓄電池セル１２０の位置に対応する蓄電池モジュール１２の充放電動作を停止させて、異常がない他の蓄電池セル１２０または蓄電池モジュール１２を動作させてもよい。ＢＭＵ１８は、異常がない蓄電池セル１２０のセル温度の分布に基づいて第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードを決定する。
Note that the
実施形態の蓄電池システム１によれば、蓄電池セル１２０のセル温度に異常がある蓄電池セル１２０の位置情報を記憶部に記憶させるので、記憶された位置情報に基づいて異常がある蓄電池モジュール１２を特定でき、蓄電池モジュール１２の交換を円滑に行わせることができる。
According to the
上述した実施形態の蓄電池システム１は、第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードが切り替えられていない期間が所定期間に達したことに応じて第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードを切り替えてもよい。実施形態の蓄電池システム１は、上述したように複数の蓄電池モジュール１２の温度分布に基づいて第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードを切り替える。実施形態の蓄電池システム１は、例えば、蓄電池モジュール１２に要求される充放電電流が低い状態が継続した場合には蓄電池モジュール１２の発熱量が少なく、第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードが切り替わらないことがある。
The
これに対し、実施形態の蓄電池システム１は、以下の動作を行う。図１６は、実施形態の蓄電池システム１における第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードを切り替える他の処理の流れを示すフローチャートである。ＢＭＵ１８は、第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードがモード（１）またはモード（２）に制御されている状態（ステップＳ１３０）において、動作モードの継続時間をカウントアップする（ステップＳ１３１）。
On the other hand, the
ＢＭＵ１８は、第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードが切り替えられたか否かを判定し（ステップＳ１３２）、第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードが切り換えた場合には継続時間をクリアして（ステップＳ１３３）、ステップＳ１３０に処理を戻す。ＢＭＵ１８は、第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードが切り替えられていないと判定した場合には、動作モードの継続時間が閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ１３４）。この閾値は、動作モードが切り替えられていない期間が継続することにより、第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２の動作に影響を与える埃が蓄積するような期間が設定されている。また、この閾値は、蓄電池システム１のメンテナンスにおいて筐体１０内の埃などを除去するよりも短い期間（例えば３時間）に設定される。
The
ＢＭＵ１８は、動作モードの継続時間が閾値を超えていないと判定した場合にはステップＳ１３１に処理を戻して継続時間のカウントアップを行う。ＢＭＵ１８は、動作モードの継続時間が閾値を超えたと判定した場合には、第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードを切り替える（ステップＳ１３５）。第１の冷却ファン１４−１および第２の冷却ファン１４−２のうち吸気動作を行っているファンは排気動作に切り替えられ、排気動作を行っているファンは吸気動作に切り替えられる。
If the
実施形態の蓄電池システム１によれば、長期間に亘り第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードが切り替えられていない場合に動作モードを切り替えて、筐体１０内において空気流路を切り替えることができる。この結果、実施形態の蓄電池システム１によれば、筐体１０内に蓄積した埃を除去することができ、埃による冷却能力の低下を抑制ことができる。
According to the
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、筐体１０の第１の孔部を介して筐体１０の外部から筐体１０の内部に空気を導入する吸気動作と、筐体１０の第２の孔部を介して筐体１０の内部から筐体１０の外部に空気を排出する排気動作との間で動作モードが切替可能な第１の冷却ファン１４−１と、筐体１０の第２の孔部を介して筐体１０の外部から筐体１０の内部に空気を導入する吸気動作と、筐体１０の第２の孔部を介して筐体１０の内部から筐体１０の外部に空気を排出する排気動作との間で動作モードが切替可能な第２の冷却ファン１４−２と、複数の蓄電池セル１２０の温度を複数箇所で検出するＣＭＵ１２Ａと、ＣＭＵ１２Ａにより検出された温度の分布に基づいて、第１の冷却ファン１４−１の動作モードおよび第２の冷却ファン１４−２の動作モードを切り替えるＢＭＵ１８とを持つことにより、筐体１０内の空気流路を切り替えることができ、複数の蓄電池セル１２０の温度ばらつきを抑制することができる。
According to at least one embodiment described above, an intake operation for introducing air into the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き替え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
１０…筐体、１２…蓄電池モジュール、１２Ａ…ＣＭＵ、１４−１…第１の冷却ファン、１４−２…第２の冷却ファン、１８…ＢＭＵ、１２０…蓄電池セル
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記筐体に収容された複数の蓄電池と、
前記筐体の第１の孔部を介して前記筐体の外部から前記筐体の内部に空気を導入する吸気動作と、前記第１の孔部を介して前記筐体の内部から前記筐体の外部に空気を排出する排気動作との間で動作モードが切替可能な第１のファンと、
前記筐体の第２の孔部を介して前記筐体の外部から前記筐体の内部に空気を導入する吸気動作と、前記筐体の第２の孔部を介して前記筐体の内部から前記筐体の外部に空気を排出する排気動作との間で動作モードが切替可能な第２のファンと、
前記複数の蓄電池の温度を複数箇所で検出する温度検出部と、
前記温度検出部により検出された温度の分布に基づいて、前記第１のファンの動作モードおよび前記第２のファンの動作モードを切り替える制御部と、
を備える、蓄電池装置。 A housing provided with a first hole and a second hole;
A plurality of storage batteries housed in the housing;
An intake operation for introducing air into the housing from the outside of the housing through the first hole of the housing; and the housing from the inside of the housing through the first hole. A first fan whose operation mode can be switched between an exhaust operation for discharging air to the outside of the fan,
An intake operation for introducing air from the outside of the housing into the housing through the second hole of the housing; and from the inside of the housing through the second hole of the housing A second fan whose operation mode can be switched between an exhaust operation for discharging air to the outside of the housing;
A temperature detector for detecting the temperatures of the plurality of storage batteries at a plurality of locations;
A control unit that switches between an operation mode of the first fan and an operation mode of the second fan based on a distribution of temperatures detected by the temperature detection unit;
A storage battery device.
前記制御部は、前記第１の温度センサにより検出された温度と前記第２の温度センサにより検出された温度との温度差に基づいて、前記第１のファンの動作モードおよび前記第２のファンの動作モードを決定する、
請求項１に記載の蓄電池装置。 The temperature detection unit includes a first temperature sensor, and a second temperature sensor disposed closer to the second fan than the first temperature sensor,
The controller controls the operation mode of the first fan and the second fan based on a temperature difference between the temperature detected by the first temperature sensor and the temperature detected by the second temperature sensor. Determine the operating mode of the
The storage battery device according to claim 1.
請求項２に記載の蓄電池装置。 The control unit operates the first fan when a difference between a temperature detected by the first temperature sensor and a temperature detected by the second temperature sensor is equal to or greater than a first threshold. Switching mode and operation mode of the second fan,
The storage battery device according to claim 2.
請求項２または３に記載の蓄電池装置。 The control unit is configured such that a portion where the maximum temperature is detected by the temperature detection unit is a fan performing an exhaust operation rather than a fan performing an intake operation of the first fan and the second fan. When close, the fan performing the exhaust operation of the first fan and the second fan is switched to the intake operation, and the fan performing the intake operation is switched to the exhaust operation.
The storage battery device according to claim 2 or 3.
請求項１から４のうちいずれか１項に記載の蓄電池装置。 The controller controls the operations of the first fan and the second fan when the temperature of at least one of the temperatures detected by the temperature detector is lower than a second threshold. To stop,
The storage battery device according to any one of claims 1 to 4.
請求項１から５のうちいずれか１項に記載の蓄電池装置。 When the temperature of at least one location among the temperatures of the plurality of locations detected by the temperature detection unit is higher than a third threshold, the temperature detected by the temperature detection unit is a third level. Storing location information of the storage battery corresponding to a location higher than the threshold;
The storage battery device according to any one of claims 1 to 5.
請求項１から５のうちいずれか１項に記載の蓄電池装置。 When the temperature of at least one location among the temperatures of the plurality of locations detected by the temperature detection unit is higher than a third threshold, the temperature detected by the temperature detection unit is a third level. Stopping the charge / discharge operation of the storage battery corresponding to a location higher than the threshold,
The storage battery device according to any one of claims 1 to 5.
請求項１から５のうちいずれか１項に記載の蓄電池装置。 When the temperature of at least one location among the temperatures of the plurality of locations detected by the temperature detection unit is higher than a third threshold, the temperature detected by the temperature detection unit is a third level. Switching the operation mode of the first fan and the operation mode of the second fan based on a temperature other than a location higher than a threshold;
The storage battery device according to any one of claims 1 to 5.
請求項１から８のうちいずれか１項に記載の蓄電池装置。 The control unit is configured to control the first fan operation mode and the second fan in response to a period when the operation mode of the first fan and the operation mode of the second fan are not switched. Switch the fan's operating mode,
The storage battery device according to any one of claims 1 to 8.
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