JP7306850B2 - 車載用バッテリ調温装置 - Google Patents

Description

本発明は、車載用バッテリ調温装置に関し、特に、車載用バッテリの近傍における気体流を好適に調整する車載用バッテリ調温装置に関する。

従来のバッテリ１００として、図９および図１０に示す構造が知られている。図９（Ａ）は、従来のバッテリ１００を説明する斜視図である。図９（Ｂ）は、従来のバッテリを説明する断面図であり、図９（Ａ）に示すＤ－Ｄ線方向の断面図である。図１０（Ａ）は、従来のバッテリ１００のセルスタック１０１を説明する斜視図である。図１０（Ｂ）は、従来のバッテリ１００のセルスタック１０１を説明する断面図であり、図１０（Ａ）に示すセルスタック１０１のＥ－Ｅ線方向の断面図である。

図９（Ａ）に示す如く、バッテリ１００は、主に、箱型の筐体１０２と、筐体１０２の内部に配設される複数のセルスタック１０１（図９（Ｂ）参照）と、筐体１０２の内部と連通するダクト１０３と、ダクト１０３と連結するブロワ１０４と、を有している。

筐体１０２の内部には、例えば、５個のセルスタック１０１が配設され、バッテリ１００は、車両に搭載されたＰＣＵ（図示せず）にて制御され、車両内に配設されたモータ等に電力を供給する。

図９（Ｂ）に示す如く、ブロワ１０４は、バッテリシステムのＢＣＵ（図示せず）にて制御され、セルスタック１０１を構成するセル１０５を冷却する際に稼働し、筐体１０２（図９参照）内へと外部の空気を送風する。そして、実線１０９は空気の流れを示すが、筐体１０２内へと送風された空気は、送風路１１０を流れた後、各セル１０５間の間隙を流れることで、各セル１０５を冷却する。

図１０（Ａ）に示す如く、個々のセルスタック１０１は、複数のセル１０５を含んで構成されている。セル１０５は、例えば、リチウムイオン電池等の２次電池にて構成されている。そして、各セル１０５の側面１０５Ａには、長手方向（紙面前後方向）に沿って凹部１０６が形成されている。凹部１０６には、空気を整流する複数の凸部１０７と、伝熱ヒータとしての配線１０８が形成されている。

配線１０８は、例えば、銅等の金属線にて形成され、配線１０８は、電力供給部（図示せず）と接続し、電力が供給されることで発熱し、セル１０５を外部から昇温させる。図示したように、配線１０８は、セル１０５を均等に昇温させるために、側面１０５Ａに対して出来る限り均一に配設されている。

図１０（Ｂ）に示す如く、セルスタック１０１では、複数のセル１０５が隣接して配設され、凹部１０６は、隣接するセル１０５間の間隙となり、セルスタック１０１の長手方向（紙面前後方向）に貫通した冷却風路として用いられる（例えば、特許文献１参照。）。

また、特許文献２の図５およびその説明箇所を参照すると、電池セルどうしの間に開閉可能なシャッタを配設し、電池の温度に応じて当該シャッタを開閉する発明が記載されている。

特開２０１７－１８４５２２号公報 特開２００６－１００１２３号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載された発明は、各セル１０５間の凹部１０６を用いた間隙は、常時開放した構造である。そして、筐体１０２内へと送風される空気は、ダクト１０３の近傍領域では、空気が、各セル１０５間の間隙へと誘導され易い。その結果、セル１０５は効率的に冷却されるが、筐体１０２の端部、特に、ダクト１０３に対して遠方に位置する右側のセル１０５では、空気が流れ込み難く、その領域のセル１０５は、効率的に冷却され難い。この構造により、筐体１０２内の全てのセル１０５が、均一に冷却され難く、電池特性にばらつきが発生し易いという課題がある。

また、特許文献２に記載された発明では、シャッタの開閉は電池温度に応じて行われているのみであり、シャッタの開閉を行う具体的な温度帯域に関する検討は成されていない。よって、電池温度の最適な温度制御という観点から、特許文献２に記載された発明は改良の余地があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、バッテリが活性化される温度に着目し、バッテリ周りの流体の挙動を正確に制御することができる車載用バッテリ調温装置を提供することにある。

本発明の車載用バッテリ調温装置は、複数のバッテリセルから成るバッテリの近傍に配置され、前記バッテリセルと熱交換する流体が流通する車載用バッテリ調温装置であり、前記バッテリの近傍に形成される空間である空間部と、開閉動作を実行することで、開状態の場合は前記空間部と外部とを連通させ、閉状態の場合は前記空間部と前記外部との連通を制限する開閉部と、演算制御部と、を具備し、前記演算制御部は、前記バッテリセルの平均温度が、前記バッテリが活性化する第１温度を下回る場合であっても、何れかの前記バッテリセルの温度が、前記第１温度よりも高く設定された第２温度を上回れば、前記開閉部を開状態とし、前記バッテリセルの平均温度が、前記第１温度を上回る場合であっても、何れかの前記バッテリセルの温度が、前記第１温度よりも低く設定された第３温度を下回れば、前記開閉部を閉状態とすることを特徴とする。

また、本発明の車載用バッテリ調温装置では、前記演算制御部は、前記バッテリの温度が前記第１温度を下回れば、昇温装置で、前記バッテリを昇温することを特徴とする。

また、本発明の車載用バッテリ調温装置では、前記演算制御部は、前記バッテリの温度が、前記第１温度を上回れば、冷却装置を運転することで、前記開閉部を経由して、前記空間部に向けて送風することを特徴とする。

また、本発明の車載用バッテリ調温装置では、前記演算制御部は、車両停車時に於いては、前記開閉部を閉状態とすることを特徴とする。

また、本発明の車載用バッテリ調温装置では、前記演算制御部は、故障を検出したら、前記開閉部を開状態とすることを特徴とする。

また、本発明の車載用バッテリ調温装置では、前記演算制御部は、各々の前記バッテリセルの温度を監視し、前記バッテリの温度として、前記バッテリセルの平均温度を採用することを特徴とする。

また、本発明の車載用バッテリ調温装置では、前記昇温装置は、前記バッテリが昇温するように配設された電熱線であることを特徴とする。

また、本発明の車載用バッテリ調温装置では、前記空間部は、前記バッテリの側面部間に形成されることを特徴とする。

本発明の車載用バッテリ調温装置は、複数のバッテリセルから成るバッテリの近傍に配置され、前記バッテリセルと熱交換する流体が流通する車載用バッテリ調温装置であり、前記バッテリの近傍に形成される空間である空間部と、開閉動作を実行することで、開状態の場合は前記空間部と外部とを連通させ、閉状態の場合は前記空間部と前記外部との連通を制限する開閉部と、演算制御部と、を具備し、前記演算制御部は、前記バッテリセルの平均温度が、前記バッテリが活性化する第１温度を下回る場合であっても、何れかの前記バッテリセルの温度が、前記第１温度よりも高く設定された第２温度を上回れば、前記開閉部を開状態とし、前記バッテリセルの平均温度が、前記第１温度を上回る場合であっても、何れかの前記バッテリセルの温度が、前記第１温度よりも低く設定された第３温度を下回れば、前記開閉部を閉状態とすることを特徴とする。これにより、本発明の車載用バッテリ調温装置によれば、バッテリの温度が、バッテリが活性化する第１温度に達したら、開閉部を開状態とすることで、活性化したバッテリにより暖められた暖気を外部に放出することができ、充電または放電時に於いてバッテリが過熱することを抑制できる。また、バッテリが活性化する第１温度を下回れば、開閉部を閉状態とすることで、空間部を略密閉状態とし、バッテリの温度低下を抑制することができる。

また、本発明の車載用バッテリ調温装置では、前記演算制御部は、前記バッテリの温度が前記第１温度を下回れば、昇温装置で、前記バッテリを昇温することを特徴とする。これにより、本発明の車載用バッテリ調温装置によれば、開閉部を閉状態とし、昇温手段でバッテリを効果的に昇温することができる。

また、本発明の車載用バッテリ調温装置では、前記演算制御部は、前記バッテリの温度が、前記第１温度を上回れば、冷却装置を運転することで、前記開閉部を経由して、前記空間部に向けて送風することを特徴とする。これにより、本発明の車載用バッテリ調温装置によれば、バッテリが高温となっている際に、送風機で空間部に向けて送風することで、バッテリの過熱を防止できる。

また、本発明の車載用バッテリ調温装置では、前記演算制御部は、車両停車時に於いては、前記開閉部を閉状態とすることを特徴とする。これにより、本発明の車載用バッテリ調温装置によれば、車両停車時に於いて開閉部を閉状態とすることで、内部空間に存在する空気が断熱材の如く作用し、バッテリ等に結露が発生することを抑止できる。

また、本発明の車載用バッテリ調温装置では、前記演算制御部は、故障を検出したら、前記開閉部を開状態とすることを特徴とする。これにより、本発明の車載用バッテリ調温装置によれば、例えばバッテリセルが故障した際に発生する熱を外部に放出することができる。

また、本発明の車載用バッテリ調温装置では、前記演算制御部は、各々の前記バッテリセルの温度を監視し、前記バッテリの温度として、前記バッテリセルの平均温度を採用することを特徴とする。これにより、本発明の車載用バッテリ調温装置によれば、バッテリセルの平均温度に基づいて、演算制御部が開閉部の開閉動作を司ることで、バッテリの平均的な温度を好適に制御することができる。

また、本発明の車載用バッテリ調温装置では、前記昇温装置は、前記バッテリが昇温するように配設された電熱線であることを特徴とする。これにより、本発明の車載用バッテリ調温装置によれば、電熱線により短時間にバッテリを昇温することができる。

また、本発明の車載用バッテリ調温装置では、前記空間部は、前記バッテリの側面部間に形成されることを特徴とする。これにより、本発明の車載用バッテリ調温装置によれば、バッテリの側面部間に、調温のための空間部を形成することで、バッテリを効果的に調温することができる。

本発明の一実施形態に係る車載用バッテリ調温装置を備えた車両を説明する図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は平面図である。 本発明の一実施形態に係る車載用バッテリ調温装置を説明する図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は断面図である。 本発明の一実施形態に係る車載用バッテリ調温装置を説明する図であり、（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図であり、（Ｃ）は上面図である。 本発明の一実施形態に係る車載用バッテリを説明する図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る車載用バッテリ調温装置を説明する図であり、（Ａ）は側面図であり、（Ｂ）は断面図であり、（Ｃ）は断面図である。 本発明の一実施形態に係る車載用バッテリ調温装置を説明するブロック図である。 本発明の一実施形態に係る車載用バッテリを説明する図であり、車載用バッテリの温度制御等を詳細に示す表である。 本発明の一実施形態に係る車載用バッテリを説明する図であり、バッテリが活性化する温度を示すグラフである。 従来のバッテリを説明する図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は断面図である。 従来のバッテリのセルスタックを説明する図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る車載用バッテリ調温装置１０を図面に基づき詳細に説明する。尚、本実施形態の説明の際には、同一の部材には原則として同一の符番を用い、繰り返しの説明は省略する。

図１（Ａ）は、本実施形態の車載用バッテリ調温装置１０（図６参照）及び車載用バッテリ１１を搭載した車両１２を説明する斜視図である。図１（Ｂ）は、本実施形態の車載用バッテリ調温装置１０および車載用バッテリ１１の配設状態を説明する平面図である。ここで、車載用バッテリ１１は、後述するバッテリセル５２の集合体であることから、バッテリモジュール、バッテリスタック、バッテリ等と称されることもある。

図１（Ａ）に示す如く、自動車や電車等の車両１２には、モータや様々の電装部品に電力を供給するための車載用バッテリ１１（図１（Ｂ）参照）が搭載されている。車両１２としては、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）やＰＨＥＶ（Ｐｌｕｇ－ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等を採用できる。そして、これらの車両１２にも、高い蓄電機能を有した複数の車載用バッテリ１１が搭載されている。

図１（Ａ）は、車載用バッテリ１１を備えた車両１２の平面図である。車両１２は、主に、車体１３と、車両１２の底面１４近傍のバッテリ配置領域１５に配設された複数の車載用バッテリ１１と、車載用バッテリ１１から供給される電力により駆動される駆動モータ２５（図６参照）と、駆動モータ２５の駆動力で回転するタイヤ（図示せず）と、を有している。

図１（Ｂ）に示す如く、車両１２のバッテリ配置領域１５には、行列状に複数の車載用バッテリ１１が配設されている。車載用バッテリ１１は、例えば、略直方体形状であり、車両１２の前後方向に沿って、その長手方向が配置されている。そして、複数の車載用バッテリ１１が、バッテリ配置領域１５に効率良く配置され、多くの車載用バッテリ１１が搭載されることで、車両１２の連続走行距離を伸ばすことができる。

図２に図示したように、車載用バッテリ調温装置１０の昇温ヒータ１６が車載用バッテリ１１の長手方向の側面１１１，１１２に沿って配設されている。昇温ヒータ１６は、車載用バッテリ１１を挟むように配設され、車載用バッテリ１１の側面１１１，１１２から車載用バッテリ１１を昇温する。そして、車両１２が低温環境下にて車載用バッテリ１１を充放電する際に、昇温ヒータ１６は、車載用バッテリ１１を適切な温度範囲まで昇温させることで、出力特性や放充電特性等のバッテリ特性を良好に保つことができる。

具体的には、車両１２のバッテリ配置領域１５では、最前列には、２個の車載用バッテリ１１が配設されると共に、それらの車載用バッテリ１１と隣接して３個の昇温ヒータ１６が配設されている。一方、２列目から４列目には、各列４個の車載用バッテリ１１が配設されると共に、それらの車載用バッテリ１１と隣接して５個の昇温ヒータ１６が配設されている。

後述するように、昇温ヒータ１６の長手方向（車両１２の前後方向）の両端部近傍には、第１開閉扉３１（図３（Ａ）参照）と、第２開閉扉３２（図３（Ａ）参照）とが、開閉可能に配設されている。そして、車載用バッテリ１１と昇温ヒータ１６との間には空間部３５（図３（Ａ）参照）が形成され、その空間部３５は、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２により塞がれ、あるいは開放される。そして、車載用バッテリ１１を空冷する際には、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２は開状態となり、空間部３５は外部と連通し、冷却風通路として開放された状態となる。一方、車載用バッテリ１１を昇温する際には、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２は閉状態となり、空間部３５と外部との連通は制限され、空間部３５は密閉空間または密閉空間に近い状態となる。

図２を参照して、車載用バッテリ調温装置１０により車載用バッテリ１１を昇温する状態を説明する。図２（Ａ）は、車載用バッテリ調温装置１０の配設状態を説明する斜視図である。図２（Ｂ）は、車載用バッテリ調温装置１０により車載用バッテリ１１を昇温する状態を説明する断面図であり、図２（Ａ）に示す配設状態のＡ－Ａ線方向の断面図である。

図２（Ａ）では、図１（Ｂ）に示す車両１２のバッテリ配置領域１５の最前列に配設された２個の車載用バッテリ１１および３個の車載用バッテリ調温装置１０を示している。そして、車載用バッテリ調温装置１０の昇温ヒータ１６は、車載用バッテリ１１の側面１１１，１１２に対して配設され、車載用バッテリ１１を挟み込むように配設されている。また、２個の車載用バッテリ１１の間には、１個の昇温ヒータ１６が配設され、同時に２個の車載用バッテリ１１を一つの昇温ヒータ１６で昇温することができる。

図２（Ｂ）に示す如く、筐体部３３の上面部３３２および底面部３３３の先端面が、それぞれ車載用バッテリ１１の側面１１１，１１２の外周端部周辺に対して密接した状態となるように、昇温ヒータ１６が、車載用バッテリ１１に対して配設されている。また、バッテリセル５２どうしの間には空間部３５が形成され、空間部３５の内部に、不織布４２に織り込まれた電熱線４１（昇温装置）が配置されている。

図３は車載用バッテリ調温装置１０を説明する図であり、図３（Ａ）は上面図であり、図（Ｂ）は側面図であり、図３（Ｃ）は上面図である。

図３（Ａ）に示す如く、昇温ヒータ１６の筐体部３３は、車両１２の前後方向に長手方向を有し、その断面形状は、例えば略Ｈ字形状である。筐体部３３の主柱部３３１は、その短手方向（車両１２の左右方向）の中央部に上下方向延在して形成されると共に、筐体部３３の長手方向に延在して形成されている。また、主柱部３３１の上端側には、筐体部３３の上面部３３２が主柱部３３１と一体に形成され、主柱部３３１の下端側には、筐体部３３の底面部３３３（図３（Ｂ）参照）が主柱部３３１と一体に形成されている。上面部３３２および底面部３３３は、筐体部３３の長手方向に延在して形成されている。

また、筐体部３３には、その長手方向の両端部の近傍に、開閉部としての第１開閉扉３１および第２開閉扉３２が配設されている。第１開閉扉３１および第２開閉扉３２が、図３（Ａ）に示す閉状態となることで、熱伝導経路として介在する空気は、空間部３５の内部に留まる。そして、空間部３５の内部の空気が、一定の温度まで上昇した後には、その温度を維持し易くなる。その結果、サブバッテリ２３（図６参照）から電熱線４１（図３（Ｃ）参照）に供給される電力量を調整することで、昇温ヒータ１６の消費電力を低減できる。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示す如く、第１開閉扉３１は、主柱部３３１を挟むように一対設けられ、主柱部３３１近傍の筐体部３３の上面部３３２および底面部３３３に対して回転自在に軸支されている。同様に、第２開閉扉３２も、主柱部３３１を挟むように一対が設けられ、主柱部３３１近傍の筐体部３３の上面部３３２および底面部３３３に対して、回転自在に軸支されている。

また、筐体部３３では、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２の内側には、主柱部３３１の側面３６，３７に沿って空間部３５が形成されている。詳細は後述するが、昇温ヒータ１６が車載用バッテリ１１の側面１１１，１１２（図２（Ｂ）参照）に隣接して配設された状態において、空間部３５は、車載用バッテリ１１の側面１１１，１１２と筐体部３３の側面３６，３７との間に位置する。そして、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２の閉状態時には、空間部３５は略密閉空間となり、空間部３５の内部の空気が熱伝導経路として用いられ、車載用バッテリ１１を昇温する。一方、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２の開状態時には、空間部３５は冷却風通路となり、車載用バッテリ１１を空冷する。

図３（Ｃ）では、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２の開状態を示している。上述したように、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２は、電子制御ユニット２１（図６参照）により制御され、車載用バッテリ１１の温度の測定値に応じて開閉する。矢印３８にて示すように、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２は、主柱部３３１側が筐体部３３に軸支され、その軸支された箇所を支点として空間部３５の下流側（車両１２の後方側）へと向けて回動する。係る動作により、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２は開状態とされる。一方、この逆動作を行うことで、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２は、図３（Ｃ）に示す開状態から、図３（Ａ）に示す閉状態とされる。

矢印３４は、走行風や送風機等により、昇温ヒータ１６の周囲に発生する空気の流れを示し、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２の開状態時には、空気は、第１開閉扉３１側から第２開閉扉３２側へと向けて流れる。外部の空気は、第１開閉扉３１側から空間部３５の内部へと送り込まれ、その後、空間部３５の内部で車載用バッテリ１１を冷却した空気は、第２開閉扉３２から外部へと送り出される。

図４を用いて、車載用バッテリ１１を説明する。図４（Ａ）は、車載用バッテリ１１を説明する斜視図である。図４（Ｂ）は、車載用バッテリ１１を説明する分解斜視図である。

図４（Ａ）に示す如く、車載用バッテリ１１は、主に、収納ケース５１と、収納ケース５１内に収納される複数のバッテリセル５２（図４（Ｂ）参照）と、収納ケース５１の上面を塞ぐカバー５３と、収納ケース５１の下方に配設される流体径路である温調プレート５４（図４（Ｂ）参照）と、温調プレート５４の下方に配設される断熱部材５５（図４（Ｂ）参照）と、を有している。

車載用バッテリ１１は、例えば、略直方体形状である。上述したように、車載用バッテリ１１の側面１１１，１１２の前後方向の幅は、筐体部３３の側面３６，３７の前後方向の幅と略同一である。また、車載用バッテリ１１の側面１１１，１１２の上下方向の幅は、筐体部３３の側面３６，３７の上下方向の幅と略同一である。

図４（Ｂ）に示す如く、収納ケース５１は、主に、一対のエンドプレート５６と、一対のバインドバー５７とから構成され、複数のバッテリセル５２を前方、後方、左方および右方から囲み、支持している。そして、エンドプレート５６は、例えば、板状に成形された樹脂板または鋼板等から成り、両端部に位置するバッテリセル５２の前側面および後側面を覆う部材である。また、バインドバー５７は、例えば、樹脂板または鋼板等から成り、複数のバッテリセル５２の右側面および左側面を覆う部材である。また、カバー５３は、例えば、樹脂板または鋼板等から成り、バッテリセル５２を上方から覆う部材である。

バッテリセル５２は、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の２次電池である。個々のバッテリセル５２は、例えば、角型平板形状であり、車両１２の前後方向に沿って、その前後に小さな隙間を有した状態にて等間隔に配列されている。そして、複数のバッテリセル５２が、導電性の接続板（図示せず）を介して直列接続されることで、高出力の車載用バッテリ１１が構成されている。尚、図示していないが、バッテリセル５２の上面には、それぞれ上方に突出した正極側端子と負極側端子とが配設されている。

温調プレート５４は、複数のバッテリセル５２の下面の近傍に配設された温調手段である。温調プレート５４の内部には、水などの調温用流体が流通するパイプ（図示せず）が配設されている。温調プレート５４が複数のバッテリセル５２の下方に配設されることで、バッテリセル５２の充電時および放電時における電池特性が向上される。具体的には、バッテリセル５２の温度が使用可能温度範囲よりも高い場合には、温調プレート５４に冷却媒体が流通することでバッテリセル５２を冷却し、バッテリセル５２を冷却する。一方、バッテリセル５２の温度が使用可能温度範囲よりも低い場合には、温調プレート５４に加熱媒体が流通することでバッテリセル５２を昇温する。

断熱部材５５は、温調プレート５４の下方に配置された板状の部材であり、例えば、発泡ポリエチレン等の断熱性を有する発泡合成樹脂から成る。断熱部材５５が、温調プレート５４の下方に配置されることで、温調プレート５４と外部とを断熱することができ、温調プレート５４の温調効果を増大させることができる。

図５を参照して、車載用バッテリ調温装置１０の昇温ヒータ１６を説明する。図５（Ａ）は、昇温ヒータ１６を説明する側面図である。図５（Ｂ）は、本実施形態の車載用バッテリ調温装置１０の昇温ヒータ１６を説明する断面図であり、図５（Ａ）に示す昇温ヒータ１６のＢ－Ｂ線方向の断面図である。図５（Ｃ）は、本実施形態の車載用バッテリ調温装置１０の昇温ヒータ１６を説明する断面図であり、図５（Ａ）に示す昇温ヒータ１６のＣ－Ｃ線方向の断面図である。

図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示す如く、昇温ヒータ１６の筐体部３３には、主に、発熱体としての電熱線４１と、電熱線４１を支持する不織布４２と、が内蔵されている。電熱線４１は、不織布４２の表面に縫い付けられた状態にて支持され、サブバッテリ２３（図６参照）から電力が供給されることで発熱する。そして、不織布４２は、例えば、熱伝導率の優れたガラス繊維から形成され、筐体部３３の側面３６，３７の略全面に対して配設されている。不織布４２は、電熱線４１を支持すると共に、電熱線４１から発生した熱を周囲の空気層へと効率的に伝熱する。

上記したように、筐体部３３は、例えば略板状体であり、その側方に位置する側面３６，３７では、車両１２の前後方向に沿って長手方向を有し、車両１２の上下方向に沿って短手方向を有している。上述したように、筐体部３３は、車載用バッテリ１１の側面１１１，１１２に沿って配設される。

図５（Ｃ）に示す如く、筐体部３３の長手方向の端部近傍には、第２開閉扉３２が配設されている。第２開閉扉３２は、主柱部３３１、上面部３３２および底面部３３３に対して、回動自在に可動できる程度のクリアランスを有して配設されている。

上述したように、筐体部３３の主柱部３３１には、電熱線４１および不織布４２が内蔵されている。そして、電熱線４１は、サブバッテリ２３（図６参照）から電力が供給されることで発熱すると共に、熱伝導率の優れた不織布４２も利用して、空間部３５の内部の空気を効果的に加熱する。

図６は、車載用バッテリ調温装置１０を説明するブロック図である。図６に示す如く、車載用バッテリ調温装置１０は、主に、電子制御ユニット２１と、車載用バッテリ１１を温める昇温ヒータ１６と、車載用バッテリ１１の温度を測定する温度センサ２２と、車載用バッテリ１１を昇温あるいは空冷する際に開閉動作する第１開閉扉３１および第２開閉扉３２と、昇温ヒータ１６や第１開閉扉３１および第２開閉扉３２を回動させるモータに電力を供給するサブバッテリ２３と、を有している。ここで、サブバッテリ２３は、車載用バッテリ１１等から給電されている。

車載用バッテリ１１は、例えば、３５０Ｖの高電圧の電力供給源である。車載用バッテリ１１は、インバータ２４を介して駆動モータ２５と接続し、駆動モータ２５へと電力を供給する。駆動モータ２５は、車両１２（図１（Ａ）参照）の駆動輪（図示せず）を駆動するための動力を出力する。

電子制御ユニット２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を有して構成され、車両制御のための各種の演算等を実行する演算制御部である。そして、電子制御ユニット２１は、例えば、運転手がブレーキ（図示せず）を踏んだ状態にて、車両１２のイグニッションスイッチ２６を押下することで始動する。

温度センサ２２は、車載用バッテリ１１の温度を計測する。温度センサ２２は、車載用バッテリ１１を構成するバッテリセル５２の各々に取り付けられ、各バッテリセル５２の温度を示す情報は、電子制御ユニット２１に伝送される。

電子制御ユニット２１は、例えば、温度センサ２２からの測定値を記憶する。そして、車載用バッテリ１１を昇温する際には、電子制御ユニット２１は、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２を閉状態へと回動させると共に、昇温ヒータ１６をオン動作させる。一方、車載用バッテリ１１を冷却する際には、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２を開状態へと回動させると共に、昇温ヒータ１６が稼働していた場合には、昇温ヒータ１６をオフ動作させる。電子制御ユニット２１の具体的な動作は図７を参照して後述する。

図７の表を参照して、上記した車載用バッテリ調温装置１０により車載用バッテリ１１を調温する方法を説明する。図７では、上段から、車載用バッテリ１１の温度、温調動作、車載用バッテリ１１の使用制限、その内容、開閉部としての第１開閉扉３１および第２開閉扉３２の動作およびその動作概要を示している。以下の説明に於いて、車載用バッテリ１１の温度とは、例えばバッテリセル５２の平均温度であるが、特定のバッテリセル５２の温度を代表値として採用することもでき、更には、バッテリセル５２の温度の中央値等を採用することができる。ここで、図７を参照する以下の説明では、具体的な車載用バッテリ１１の温度等に言及するが、係る温度は一実施例であるので、車載用バッテリ１１の温度等はバッテリ性能等の各種条件に応じて変動する。

電子制御ユニット２１は、上記した車載用バッテリ１１の温度を計測する温度センサ２２の出力に基づいて、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２の開閉動作を行い、更に、車載用バッテリ１１を昇温する昇温動作および車載用バッテリ１１を冷却する冷却動作を実行する。また、電子制御ユニット２１は、係る制御のために、温度センサ２２を介して、全てのバッテリセル５２の温度を監視している。具体的には、電子制御ユニット２１は、以下の制御を行っている。

温調動作に関して説明すると、温度センサ２２で計測したバッテリセル５２の平均温度が－３５℃から１０℃までの間は、電子制御ユニット２１は、車載用バッテリ１１を昇温する昇温動作を実行する。この調温動作としては、図５（Ｂ）に示したように、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２を閉状態とし、電熱線４１に通電して空間部３５の内部を加熱し、空間部３５から熱伝導作用により車載用バッテリ１１を昇温する動作を採用できる。更には、図４（Ｂ）を参照して、温調プレート５４に高温流体を流すことで、温調プレート５４からの熱伝導により車載用バッテリ１１を昇温する動作を採用できる。更にまた、電熱線４１および温調プレート５４の両方を用いた昇温動作を採用できる。

温度センサ２２で計測したバッテリセル５２の平均温度が１０℃ないし３５℃までの間は、電子制御ユニット２１は、車載用バッテリ１１を調温しない調温停止帯域となる。係る温度帯域であればバッテリセル５２は、昇温および冷却を行わなくても、効率的に充電または放電を行うことができる。

調温停止帯域では、原則として車載用バッテリ１１の調温動作は実行しないが、電子制御ユニット２１の指示に基づいて、バッテリセル５２どうしの温度を均一化するための均温動作を実行することもできる。これは、昇温動作と冷却動作を適宜行うことで実行することができる。例えば、何れかのバッテリセル５２の温度が、予め定められた高温側設定温度を上回ったら、冷却動作を実行する。逆に、何れかのバッテリセル５２の温度が、予め定められた低温側設定温度を下回ったら、昇温動作を実行する。係る均温動作を実行することで、特定のバッテリセル５２が極端に低温または高温となることを防止できる。

更に、調温停止帯域で均温動作としての昇温動作を行う場合、暖気が外部に漏出することを防止するために、図３（Ａ）に示すように第１開閉扉３１および第２開閉扉３２を閉状態としても良い。一方、均温動作としての冷却動作を実行する場合は、バッテリセル５２から発生する熱を外部に逃がすために、図３（Ｃ）に示すように、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２を開状態としても良い。

車載用バッテリ１１の温度が３５℃以上の場合は、車載用バッテリ１１を冷却する冷却帯域となる。冷却帯域では、例えば、図３（Ｃ）に示したように、電子制御ユニット２１は、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２を開状態とすることで、空間部３５と外部とを連通させ、空間部３５の内部に於いて矢印３４の方向に沿って冷却風を通過させる。この時、図示しない送風機で矢印３４の方向に沿って送風することで、冷却風の流通を促進することができる。空間部３５の内部を通過する冷却風と、車載用バッテリ１１のバッテリセル５２とが熱交換することで、バッテリセル５２が冷却される。また、電子制御ユニット２１の指示に基づいて、温調プレート５４に冷却流体を流通させることでバッテリセル５２を冷却することもできる。空間部３５を流通する冷却風による冷却と、温調プレート５４による冷却とは、どちらか一方が採用されても良いし、両方が同時に採用されても良い。

次に、各温度帯域に於ける車載用バッテリ１１の制限およびその内容を説明する。

車載用バッテリ１１の温度が－３５℃から－２５℃までの温度帯域では、電子制御ユニット２１は、車載用バッテリ１１からの出力は停止する。また、車両１２のイグニッション・オンを禁止する。出力を停止する理由は、－２５℃以下となると、車載用バッテリ１１で用いる電解液が凍結するからである。

車載用バッテリ１１の温度が－２５℃から－５℃までの温度帯域では、電子制御ユニット２１は、車載用バッテリ１１からの出力を制限する。このように出力を制限する理由は、車載用バッテリ１１で用いる電解液の反応が鈍く、充電時または放電時に於ける効率が低下するためである。

車載用バッテリ１１の温度が－５℃から５０℃までの温度帯域では、電子制御ユニット２１は、車載用バッテリ１１からの出力を通常に使用する。即ち、特段の制限を設けることなく、電子制御ユニット２１は、車載用バッテリ１１の充電または放電を行う。

車載用バッテリ１１の温度が５０℃から５５℃までの温度帯域では、電子制御ユニット２１は、車載用バッテリ１１からの出力を制限する。即ち、車載用バッテリ１１が充電または放電する際の出力を制限する。

車載用バッテリ１１の温度が５５℃以上の場合は、電子制御ユニット２１は、車載用バッテリ１１からの出力を停止する。具体的には、この温度帯域では、車載用バッテリ１１の性能が劣化するため、車載用バッテリ１１からの充電または放電を禁止する。即ち、イグニッション・オンを禁止する。

次に、温度帯域に応じて、上記した第１開閉扉３１および第２開閉扉３２を開閉する動作を説明する。本実施形態では、電子制御ユニット２１は、バッテリセル５２が活性化する第１温度を境界にして、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２の開閉動作を制御している。

具体的には、車載用バッテリ１１の温度が、バッテリセル５２が活性化する温度を下回るのであれば、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２を閉状態としている。第１開閉扉３１および第２開閉扉３２を閉状態とすることで、図２（Ｂ）に示したように、空間部３５が略密閉された状態となり、電熱線４１が通電されることで発熱すると、発生した熱は空間部３５を介して、空間部３５に隣接する車載用バッテリ１１のバッテリセル５２に良好に伝導し、バッテリセル５２は良好に昇温される。更に、温調プレート５４に加熱流体を流動させると、バッテリセル５２の側面は、略密閉空間である空間部３５で断熱されているので、温調プレート５４からバッテリセル５２に伝導した熱が、バッテリセル５２の側面から放熱されることはない。

ここで、バッテリセル５２が活性化する第１温度とは、その温度を上回ると、充放電に伴い車載用バッテリ１１からの発熱量が多くなる温度であり、ここでは当該温度の一例として１５℃を採用している。また、第１温度は、電池特性や電池状況に伴って変化し得ることを考慮すると、例えば１０℃ないし２０℃の範囲で設定を変更することもできる。

一方、車載用バッテリ１１の温度が、バッテリセル５２が活性化する第１温度を上回れば、電子制御ユニット２１は、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２を開状態とする。即ち、図３（Ｃ）に示したように、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２を開状態とすることで、空間部３５と外部とを連通させる。これにより、空間部３５の内部を矢印３４で示す方向に空気が流通し、この空気とバッテリセル５２とが熱交換することで、バッテリセル５２が冷却される。ここで、空間部３５に導入される空気としては、車外からの空気、車室用空調装置からの空調空気、車室から導かれた空気、空間部３５と空調装置との間で循環される空気等を採用できる。

また、車載用バッテリ１１の温度が３５℃を上回れば、電子制御ユニット２１は、冷却装置を運転することでバッテリセル５２を冷却しても良い。例えば、ここでは図示しない送風機から空間部３５に送風することもでき、これによりバッテリセル５２をより積極的に冷却することができる。更には、電子制御ユニット２１は、冷却装置である温調プレート５４に冷却流体を流すことで、バッテリセル５２を冷却しても良い。更に、係る冷却運転は、例えば、車載用バッテリ１１の温度が第１温度（例えば１５℃）を上回った時点から開始しても良い。

ここで、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２の開閉は、基本的に、バッテリセル５２の平均温度と上記した第１温度の比較対比に基づいて行う。しかしながら、充放電時に於いては、５℃程度のバッテリセル５２の個体間温度差が存在する。更には、２℃程度の温度センサ２２による測定誤差も存在する。よって、車載用バッテリ１１の正確な温度制御のために、個々のバッテリセル５２の温度を考慮して第１開閉扉３１および第２開閉扉３２の開閉を制御することもできる。この制御は、上記した均温処理として行っても良い。

具体的には、車載用バッテリ１１を構成する何れかのバッテリセル５２の温度が、上記した第１温度よりも高く設定された第２温度、例えば２２℃を上回れば、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２を開状態とする。この時、車載用バッテリ１１の温度、例えばバッテリセル５２の平均温度が第１温度を下回る場合であっても、何れかのバッテリセル５２の温度が第２温度を上回れば、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２を開状態とする。更に、上記した送風機による送風をこの時に行っても良い。更には、必要に応じて、温調プレート５４に冷却流体を流通させる。このようにすることで、特定のバッテリセル５２を冷却し、特定のバッテリセル５２が極端に高温となることを防止できる。

また、車載用バッテリ１１を構成する何れかのバッテリセル５２の温度が、上記した第１温度よりも低く設定された第３温度、例えば７℃を下回れば、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２を閉状態とする。この時、車載用バッテリ１１の温度、例えばバッテリセル５２の平均温度が第１温度を上回る場合であっても、何れかのバッテリセル５２の温度が第３温度を下回れば、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２を閉状態とする。更に、必要に応じて、電熱線４１や温調プレート５４による昇温動作も実行する。

このようにすることで、特定のバッテリセル５２が極端に高温になることを防止でき、更に、特定のバッテリセル５２が極端に低温となることを防止できる。

更に、車載用バッテリ１１の温度とは関係なく、車載用バッテリ１１を構成する各構成部材、例えばバッテリセル５２の故障が検知された場合は、電子制御ユニット２１は、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２を全開状態とする。更に、送風機による送風も行うこともできる。これにより、バッテリセル５２またはその周辺機器が故障により発熱したとしても、その熱を第１開閉扉３１および第２開閉扉３２を介して外部に放出でき、バッテリセル５２またはその周辺機器の過熱や発火を防止できる。

更に、車両１２の停車時および車載用バッテリ１１の充放電停止時には、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２を閉状態とする。これにより、図２（Ｂ）を参照して、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２で閉鎖される空間部３５を、バッテリセル５２と外部とを断熱する断熱層として利用することができ、結露が発生することを抑制できる。

図８を参照して、バッテリセル５２が活性化する温度に関して説明する。図８は、バッテリセル５２の充電量（横軸）と電池温度（縦軸）との相関関係を示すグラフである。

このグラフは、出力制限領域Ａと、通常使用領域と、出力制限領域Ｂとを含んでいる。出力制限領域Ａでは、車載用バッテリ１１は出力制限や出力停止を行い、温調としては昇温動作を行う。通常開閉動作は、車載用バッテリ１１の最適使用範囲であり、温調は必要に応じて昇温または冷却を行う。出力制限領域Ｂでは、車載用バッテリ１１は、出力制限や出力停止を行い、温調としては冷却動作を行う。

本実施形態では、上記したように、車載用バッテリ１１の温度が、車載用バッテリ１１が活性化する第１温度、例えば１５℃を上回れば、第１開閉扉３１および第２開閉扉３２を開状態として、車載用バッテリ１１を冷却している。ここで、第１温度とは、例えば、車載用バッテリ１１の充放電に伴い、冷却が必要とされる温度であり、図８のグラフでは一点鎖線で示している。このようにすることで、本実施形態では、車載用バッテリ１１を効果的に冷却しつつ、効率的に充放電することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。また、上記した各形態は相互に組み合わせることが可能である。

例えば、上記説明では、車載用バッテリ１１と熱交換する気体が流通する空間部３５は、車載用バッテリ１１の側面近傍に配置されたが、空間部３５は側面以外の箇所に形成することもできる。一例として、空間部３５を、車載用バッテリ１１の上下主面の近傍に形成することもできる。

１０ 車載用バッテリ調温装置
１１ 車載用バッテリ
１１１ 側面
１１２ 側面
１２ 車両
１３ 車体
１４ 底面
１５ バッテリ配置領域
１６ 昇温ヒータ
２１ 電子制御ユニット
２２ 温度センサ
２３ サブバッテリ
２４ インバータ
２５ 駆動モータ
２６ イグニッションスイッチ
３１ 第１開閉扉
３２ 第２開閉扉
３３ 筐体部
３３１ 主柱部
３３２ 上面部
３３３ 底面部
３４ 矢印
３５ 空間部
３６ 側面
３８ 矢印
４１ 電熱線
４２ 不織布
５１ 収納ケース
５２ バッテリセル
５３ カバー
５４ 温調プレート
５５ 断熱部材
５６ エンドプレート
５７ バインドバー
１００ バッテリ
１０１ セルスタック
１０２ 筐体
１０３ ダクト
１０４ ブロワ
１０５ セル
１０５Ａ 側面
１０６ 凹部
１０７ 凸部
１０８ 配線
１０９ 実線
１１０ 送風路

Claims (8)

1. 複数のバッテリセルから成るバッテリの近傍に配置され、前記バッテリセルと熱交換する流体が流通する車載用バッテリ調温装置であり、
   前記バッテリの近傍に形成される空間である空間部と、
   開閉動作を実行することで、開状態の場合は前記空間部と外部とを連通させ、閉状態の場合は前記空間部と前記外部との連通を制限する開閉部と、
   演算制御部と、を具備し、
   前記演算制御部は、
   前記バッテリセルの平均温度が、前記バッテリが活性化する第１温度を下回る場合であっても、何れかの前記バッテリセルの温度が、前記第１温度よりも高く設定された第２温度を上回れば、前記開閉部を開状態とし、
   前記バッテリセルの平均温度が、前記第１温度を上回る場合であっても、何れかの前記バッテリセルの温度が、前記第１温度よりも低く設定された第３温度を下回れば、前記開閉部を閉状態とすることを特徴とする車載用バッテリ調温装置。
2. 前記演算制御部は、前記バッテリの温度が前記第１温度を下回れば、昇温装置で、前記バッテリを昇温することを特徴とする請求項１に記載の車載用バッテリ調温装置。
3. 前記演算制御部は、前記バッテリの温度が、前記第１温度を上回れば、冷却装置を運転することで、前記開閉部を経由して、前記空間部に向けて送風することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車載用バッテリ調温装置。
4. 前記演算制御部は、車両停車時に於いては、前記開閉部を閉状態とすることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の車載用バッテリ調温装置。
5. 前記演算制御部は、故障を検出したら、前記開閉部を開状態とすることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の車載用バッテリ調温装置。
6. 前記演算制御部は、
   各々の前記バッテリセルの温度を監視し、
   前記バッテリの温度として、前記バッテリセルの平均温度を採用することを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の車載用バッテリ調温装置。
7. 前記昇温装置は、前記バッテリが昇温するように配設された電熱線であることを特徴とする請求項２に記載の車載用バッテリ調温装置。
8. 前記空間部は、前記バッテリの側面部間に形成されることを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の車載用バッテリ調温装置。
   

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