(57)【要約】【課題】簡単な構成で、電池モジュールを加熱および冷却することができる電池冷却装置を提供する。【解決手段】筐体２内には、モジュール集合体３が収納される。送風部材５は、筐体２の外周面に対向して設けられる。送風部材５は、筐体２内の空気流れ方向がモジュール集合体３に向かう冷却方向Ｃである冷却状態と、筐体２内の空気流れ方向が冷却方向とは反対の加熱方向Ｈである加熱状態と、にわたって切替え可能に構成される。筐体２の冷却方向Ｃ下流側には、ＤＣ／ＤＣコンバータが収納される機器ボックス６が設けられる。ＤＣ／ＤＣコンバータは、動作時には発熱する発熱手段である。【選択図】図１
2010097872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の電池モジュール（４）を有するモジュール集合体（３）と、
前記モジュール集合体を収納する筐体（２）と、
前記筐体内の前記モジュール集合体に対する空気流れを形成する送風部材（５）と、
外部に放熱する発熱手段（６，２０）と、を含み、
前記送風部材は、前記筐体内の空気流れ方向が予め定める第１流れ方向（Ｃ）である第１流れ状態と、前記筐体内の前記空気流れ方向が前記第１流れ方向とは反対の第２流れ方向（Ｈ）である第２流れ状態と、にわたって切替えられ、
前記発熱手段は、前記第１流れ方向に関して、前記筐体の下流側に設けられることを特徴とする電池冷却装置。
【請求項２】
前記送風部材および前記発熱手段を制御する制御手段をさらに含み、
前記制御手段は、前記送風部材を前記第２流れ状態に制御する場合、前記発熱手段が発熱するように制御することを特徴とする請求項１に記載の電池冷却装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記電池モジュールの内部の温度が予め定める設定温度未満である場合、前記送風部材を前記第２流れ状態に制御することを特徴とする請求項２に記載の電池冷却装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記電池モジュールに要求される出力電圧が予め定める設定電圧より大きい場合、前記送風部材を前記第２流れ状態に制御することを特徴とする請求項３に記載の電池冷却装置。
【請求項５】
車両に搭載される電池冷却装置（１）であって、
前記制御手段は、車室内の温度が予め定める設定温度未満である場合、前記送風部材を前記第２流れ状態に制御することを特徴とする請求項３または４に記載の電池冷却装置。
【請求項６】
前記発熱手段は、スイッチング素子を有する電子装置であり、
前記制御手段は、前記送風部材を前記第２流れ状態に制御する場合、前記電子装置が発熱するようにスイッチング素子の通電状態を制御することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の電池冷却装置。
【請求項７】
前記各電池モジュールは、正極端子（８）および負極端子（７）をそれぞれ有し、
前記モジュール集合体は、複数個の前記電池モジュールを、前記電池モジュールの長手方向（Ｙ）に延びる側面を対向させるように配列方向（Ｘ）に並べて配置してなり、
前記モジュール集合体の上面に設けられ、前記電池モジュール間の前記異極端子間を電気的に接続する電極部（９）をさらに含み、
前記送風部材は、前記筐体の外周面のうち前記筐体の上下面以外の側面であって、前記電池モジュールの前記配列方向に延びる側面に対向して設けられ、
前記送風部材は、前記モジュール集合体の上面を空気が流れるように空気流れを形成し、
前記空気流れの範囲は、前記配列方向に関して、前記対向するモジュール集合体の略全域を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の電池冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車走行用モータの駆動電源等として用いられる電池を空冷する電池冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車走行用モータの駆動電源等として用いられる電池を空冷する電池冷却装置としては、たとえば特許文献１に記載の装置が知られている。特許文献１に記載の電池冷却装置は、重要部品である電池モジュールを冷却することが重要な機能であり、電池モジュールおよび電池モジュールの集合体に対して冷却風を提供する送風機から構成されている。送風機の外装を構成する筐体とモジュール集合体を覆うバッテリカバーは、モジュール集合体の上方で接続されて一体となって冷却風の通風路を構成している。
【特許文献１】特開２００３−３４６７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前述の特許文献１に係る従来技術では、各電池モジュールは、起動時において周囲の温度が低い場合には、電池性能が室温などの通常の温度の場合に比べて低下する。したがって電池モジュールの低温における出力を保証するために、低温での電池性能（出力）に基づいて電池体格を決めていた。これによって電池モジュールは、低温で出力が小さい状態で設計されるので、要求される出力に適合させるために、電池モジュールの体格を大きくする必要がある。したがって電池モジュールの集合体も大型化するので、集合体の重量が増加し、電池モジュールのコストが増加する。また電池モジュールの車両搭載性が低下し、搭載後の車両商品性の低下、たとえば荷物室の狭小化につながる。
【０００４】
このような問題を解決する手段として、送風機が送風する空気を加熱する加熱手段を設け、加熱した空気を電池に送風することも考えられるが、加熱手段を設けると、加熱手段が通風抵抗となり、圧力損失の増大とともに騒音が大きくなるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、電池モジュールを加熱および冷却することができる電池冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【０００７】
請求項１に記載の発明では、複数個の電池モジュール（４）を有するモジュール集合体（３）と、
前記モジュール集合体を収納する筐体（２）と、
前記筐体内の前記モジュール集合体に対する空気流れを形成する送風部材（５）と、
外部に放熱する発熱手段（６，２０）と、を含み、
前記送風部材は、前記筐体内の空気流れ方向が予め定める第１流れ方向（Ｃ）である第１流れ状態と、前記筐体内の前記空気流れ方向が前記第１流れ方向とは反対の第２流れ方向（Ｈ）である第２流れ状態と、にわたって切替えられ、
前記発熱手段は、前記第１流れ方向に関して、前記筐体の下流側に設けられることを特徴とする電池冷却装置である。
【０００８】
請求項１に記載の発明に従えば、送風部材は、第１流れ状態と第２流れ状態とを切り替え可能である。したがって送風部材が第１流れ状態である場合、筐体内に収納されるモジュール集合体に対する空気流れが第１流れ方向であるので、空気流れによってモジュール集合体を冷却することができる。また送風部材が第２流れ状態である場合、筐体内の空気流れ方向が第１流れ方向とは反対の第２流れ方向である。筐体の第１流れ方向の下流側には発熱手段が設けられるので、電池モジュールが加熱を必要とするときに、送風部材の当該切替により、発熱手段によって加熱された空気が、送風部材によって第２流れ方向に流れる。これによって加熱された空気が筐体内で第２流れ方向に流れるので、筐体内のモジュール集合体を加熱することができる。電池モジュールは、低温である場合、電池性能が低下するが、前述のように電池モジュールを加熱することによって、電池モジュールを暖めることができる。したがって安定した電池性能を提供することができる。
【０００９】
このように本発明では、送風部材の空気流れ方向を切り替えることによって、筐体の第１流れ方向下流側に位置する発熱手段を用いることができる。発熱手段は、筐体の第１流れ方向下流側に位置するので、第１流れ状態において空気流れの通風抵抗となることはない。したがって簡単な構成で、電池モジュールを加熱および冷却することができる電池冷却装置を実現することができる。
【００１０】
また請求項２に記載の発明では、送風部材および前記発熱手段を制御する制御手段をさらに含み、
前記制御手段は、前記送風部材を前記第２流れ状態に制御する場合、前記発熱手段が発熱するように制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明に従えば、制御手段は、送風部材を第２流れ状態に制御する場合、発熱手段が発熱するように制御するので、発熱手段の発熱によって加熱された空気をモジュール集合体に導くことができる。これによってモジュール集合体を効率よく加熱することができる。
【００１２】
さらに請求項３に記載の発明では、  前記制御手段は、前記電池モジュールの内部の温度が予め定める設定温度未満である場合、前記送風部材を前記第２流れ状態に制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明に従えば、制御手段は、電池モジュールの内部の温度が設定温度未満である低温の場合、送風部材を第２流れ状態に制御するので、電池モジュールが低温の場合に加熱された空気を電池モジュールに導くことができる。これによって低温の電池モジュールを加熱することができ、電池モジュールの出力を上昇させることができる。
【００１４】
さらに請求項４に記載の発明では、制御手段は、前記電池モジュールに要求される出力電圧が予め定める設定電圧より大きい場合、前記送風部材を前記第２流れ状態に制御することを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明に従えば、制御手段は、電池モジュールの内部の温度が設定温度未満である低温の場合であり、かつ電池モジュールに要求される出力電圧が設定電圧より大きい場合、送風部材を第２流れ状態に制御するので、電池モジュールの出力電圧が小さい場合に加熱された空気を電池モジュールに導くことができる。これによって電池モジュールの出力を上昇させて、要求される出力電圧にすることができる。
【００１６】
さらに請求項５に記載の発明では、車両に搭載される電池冷却装置（１）であって、
前記制御手段は、車室内の温度が予め定める設定温度未満である場合、前記送風部材を前記第２流れ状態に制御することを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明に従えば、制御手段は、電池モジュールの内部の温度が設定温度未満である低温の場合であり、かつ車室内の温度が設定温度未満である場合、送風部材を第２流れ状態に制御するので、車室内の温度が低温の場合に加熱された空気を電池モジュールに導くことができる。これによって低温の電池モジュールを加熱することができ、電池モジュールの出力を上昇させることができる。
【００１８】
さらに請求項６に記載の発明では、前記発熱手段は、スイッチング素子を有する電子装置であり、
前記制御手段は、前記送風部材を前記第２流れ状態に制御する場合、前記電子装置が発熱するようにスイッチング素子の通電状態を制御することを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明に従えば、制御手段は、送風部材を第２流れ状態に制御する場合、電子装置が発熱するようにスイッチング素子の通電状態を制御するので、発熱手段の発熱によって加熱された空気をモジュール集合体に導くことができる。スイッチング素子を有する電子装置は、発熱することが主目的の装置ではなく、制御対象物を電子制御することを主目的とする装置であるが、スイッチング素子の通電状態を制御することによって、発熱手段としても機能させることができる。このように電池冷却装置の周囲に配置される既存の電子装置を発熱手段として用いることができる。したがって発熱手段を新たに設ける必要がないので、製造コストを低減することができ、さらに小型の電池冷却装置を実現することができる。
【００２０】
さらに請求項７に記載の発明では、各電池モジュールは、正極端子（８）および負極端子（７）をそれぞれ有し、
前記モジュール集合体は、複数個の前記電池モジュールを、前記電池モジュールの長手方向（Ｙ）に延びる側面を対向させるように配列方向（Ｘ）に並べて配置してなり、
前記モジュール集合体の上面に設けられ、前記電池モジュール間の前記異極端子間を電気的に接続する電極部（９）をさらに含み、
前記送風部材は、前記筐体の外周面のうち前記筐体の上下面以外の側面であって、前記電池モジュールの前記配列方向に延びる側面に対向して設けられ、
前記送風部材は、前記モジュール集合体の上面を空気が流れるように空気流れを形成し、
前記空気流れの範囲は、前記配列方向に関して、前記対向するモジュール集合体の略全域を含むことを特徴とする。
【００２１】
請求項７に記載の発明に従えば、送風部材による空気はモジュール集合体の上面を流れるので、上面に設けられる電極部にも流れ、空気流れの範囲は配列方向に関してモジュール集合体の略全域にわたっているので、通風路断面積を配列方向に広くとって通風抵抗を低減し、モジュール集合体の全体に空気流れを供給することができる。したがって低騒音および小型の電池冷却装置を提供できる。また電極部を空気流れによって加熱または冷却することによって、電池モジュールの内部から加熱または冷却することができ、効率良く電池モジュールを加熱または冷却することができる。
【００２２】
なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００２４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図４を用いて説明する。図１は、第１実施形態の電池冷却装置１の全体的構成と、筐体２内に収納されたモジュール集合体３の構成を示す斜視図である。図１では、理解を容易にするため、筐体２を仮想的に示す。第１実施形態の電池冷却装置１は、内燃機関と電池駆動モータとを組み合わせて走行駆動源とする周知のハイブリッド自動車に用いられ、走行用モータの駆動電源等となる電池モジュール４を冷却するものである。電池モジュール４は、たとえばニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池および有機ラジカル電池である。また電池モジュール４は、筐体２内に収納された状態で自動車の座席下、後部座席とトランクルームとの間の空間、および運転席と助手席の間の空間などに配置されている。
【００２５】
また電池冷却装置１の冷却対象である車載の発熱体としては、電池モジュール４の他、ＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）がある。ＤＣ／ＤＣコンバータは、電池モジュール４の高電圧を低電圧に変換し、補機電池（例えば１２Ｖ）を充電してライト、ワイパおよびホーン等を動作させる。
【００２６】
電池冷却装置１は、主に、複数の電池モジュール４の集合体であるモジュール集合体３と、モジュール集合体３を冷却風および加熱風を供給する送風部材５とからなり、これらを一体化した単位を電池パックとして自動車に搭載している。モジュール集合体３は、電気的に直列接続された複数個の電池モジュール４をその長手方向Ｙに延びる側面を対向させて並列配置し、これらを一体化して構成されたものであり、筐体２内に収納されている。
【００２７】
以下、各電池モジュール４が延びる方向を長手方向Ｙと称し、長手方向Ｙに直交し、電池モジュール４が並ぶ方向を配列方向Ｘと称し、長手方向Ｙおよび配列方向Ｘに垂直な方向を上下方向Ｚと称することがある。
【００２８】
筐体２は、メンテナンスのために少なくとも一面を取り外し可能に構成された直方体状ケースであり、樹脂または鋼板で形成されている。長手方向Ｙの筐体２の側部には、車両側に筐体２をボルト締め等により固定するための取付部（図示せず）および機器ボックス６が設けられている。
【００２９】
機器ボックス６には、前述のＤＣ／ＤＣコンバータ、各電池モジュール４の電池状態を監視する各種センサ（図示せず）を含む電池監視ユニット（図示せず）、各機器を接続するワイヤーハーネス（図示せず）、各機器を制御する制御装置（図示せず）などが収納されている。制御装置は、送風部材５のモータ（図示せず）の駆動制御、電池制御およびＤＣ／ＤＣコンバータの制御を行う。
【００３０】
各電池モジュール４は、電気絶縁性樹脂の外装ケースによってその外周面を被覆された扁平状直方体である。各電池モジュール４の外装ケースの内部には、電池部（図示せず）が設けられる。電池部には、正極端子８および負極端子７が設けられる。各電池モジュール４には、正極端子８および負極端子７が長手方向Ｙ両端側に離れて配置されており、この両端子７，８は外装ケースから露出している。両端子７，８の上部、すなわちモジュール集合体３の上面には、電池モジュール４間の異極端子７，８間を電気的に接続する電極部９が設けられる。電池モジュール４の長手方向Ｙは、送風部材５の送風方向と略平行である。
【００３１】
電池モジュール４は、配列方向Ｘに筐体２内全体を占めるように複数組並べられて、配列方向Ｘに積層されている。このように筐体２内全体に配されたすべての電池モジュール４は、配列方向Ｘに隣接する電池モジュール４間を接続する各電極部９によって配列方向Ｘにつながるように直列接続されている。
【００３２】
電極部９とモジュール集合体３の上面とは近接し、電極部９と筐体２の上壁とは離間する。筐体２の上壁とは、筐体２の上方側の配列方向Ｘおよび長手方向Ｙに延びる壁部である。また電極部９は、その上方を冷却風が流通することができる位置に設けられる。
【００３３】
このように筐体２内には、筐体２の上壁と電極部９とによって、その上部に比較的高さが高い通路空間が区画形成されている。筐体２の下部には、上部の空間と比べて充分に狭い空間が形成されるか、あるいは筐体２にモジュール集合体３が接触して設けられる。筐体２内の上部の通路空間は、電極部９を配置するための空間として提供されるとともに、モジュール集合体３を冷却および加熱するための通風路としても提供される。
【００３４】
各電極部９と筐体２の上面との間には、電池モジュール４からの熱が伝わる温度調節用フィン１０が設けられる。したがって温度調節用フィン１０は、送風部材５の通風路に設けられる。温度調節用フィン１０は、筐体２内の電池モジュール４における正極端子８および負極端子７の上方に各端子（正極端子８または負極端子７）毎にそれぞれ設けられる。
【００３５】
温度調節用フィン１０は、各電極部９と電気的および機械的に接続している。温度調節用フィン１０は、各電極部９の上面の全域に設けられる。温度調節用フィン１０は、アルミニウム合金等で構成される周知の波形状フィンであり、山部および谷部が配列方向Ｘに交互に繰り返され、山部と谷部の間を送風方向に流れるように長手方向Ｙに伸長するように形成されている。
【００３６】
次に、送風部材５に関して説明する。送風部材５は、筐体２の外周面のうち上下面以外の面であって電池モジュール４の長手方向Ｙに延びる側面に対して直交する面に対向して設けられている。換言すると、送風部材５は、筐体２の長手方向Ｙ一方に位置し、配列方向Ｘに沿って延びる側面に対向して設けられている。
【００３７】
送風部材５は、筐体２内のモジュール集合体３に対する空気流れを形成する。送風部材５は、筐体２内の空気流れ方向がモジュール集合体３に向かう冷却方向（第１流れ方向）Ｃである冷却状態（第１流れ状態）と、筐体２内の空気流れ方向が冷却方向の反対の加熱方向（第２流れ方向）Ｈである加熱状態（第２流れ状態）と、にわたって切替え可能に構成される。したがって送風部材５は、筐体２内の空気流れ方向を、冷却方向Ｃと加熱方向Ｈとにわたって切替えられる。ここで冷却状態とは、送風部材５によってモジュール集合体３を冷却するために空気流れ方向が冷却方向Ｃに設定されている状態である。また加熱状態とは、送風部材５によってモジュール集合体３を加熱するために空気流れ方向が加熱方向Ｈに設定されている状態である。具体的には、送風部材５は、モジュール集合体３に向かう冷却方向Ｃに冷却風を吹き出す冷却状態と、冷却方向Ｃの反対の加熱方向Ｈにモジュール集合体３の周囲の空気を吸い込む加熱状態と、にわたって切替え可能に構成される。したがって送風部材５は、冷却状態では、温度調節用フィン１０に向けて冷却風を吹き出す。また送風部材５は、加熱状態では、筐体２内の空気を送風部材５に向かう加熱方向Ｈに向けて吸い込む。
【００３８】
送風部材５は、モータ（図示せず）とファン１１とを含む。ファン１１は、扁平有底筒状をなすボス部１２の周方向に、相互に離間しつつ放射状に延びる複数のブレード１３が形成された軸流式のファン１１であり、複数のブレード１３の外周端部（外方側先端部）は、周状に形成されたリング部１４により相互に連結されて、所謂リングファンとなっている。
【００３９】
送風部材５は、軸流式のファン１１であるので、ブレード１３の回転方向によって送風方向が変更される。送風部材５は、冷却状態では、モジュール集合体３に向かう冷却方向Ｃに送風し、加熱状態では、モジュール集合体３と離反する方向である加熱方向Ｈに送風する。換言すると、送風部材５は、加熱状態では、筐体２内の空気を吸引する、所謂吸込み式として機能する。
【００４０】
ファン１１は、長手方向Ｙに沿って配されたモータの回転軸（図示せず）に固定されている。回転軸は、対向するモジュール集合体３の上下（高さ）方向両端部の間にその軸心高さが含まれるように配置されている。換言すれば、回転軸の高さがモジュール集合体３の上部と下部との間に位置している。
【００４１】
モータの駆動は制御装置（図示せず）によって制御される。制御装置は、たとえば電圧のパルス波のデューティー比を変化させて変調するＰＷＭ制御を行う。制御装置は、ＰＷＭ制御によりファン１１の回転数および回転方向を目標とする能力に応じて可変制御し、温度センサ等で検出されるモジュール集合体３の表面温度を制御している。
【００４２】
筐体２には、送風部材５によって送風される空気をモジュール集合体３の上部表面に向けて吹き出す吹出口１５が設けられている。吹出口１５は、筐体２の長手方向Ｙ一方に位置し、配列方向Ｘに沿って延びる側面の上方に設けられる。吹出口１５は、配列方向Ｘに沿って延びる細長状の開口形状を有する。吹出口１５は、配列方向Ｘの寸法は送風部材５が対向するモジュール集合体３の略全域に及んでいる。吹出口１５は、筐体２内の上部に臨むとともに温度調節用フィン１０と略同じ高さに設けられている。
【００４３】
また好ましくは、送風部材５によって送風される空気を吹出口１５に案内する案内部材（図示せず）が設けられる。案内部材は、送風部材５のリング部１４に連結される筒状体であって、吹出口１５へ向けてすぼまり、高さが徐々に減少するように形成される。このような案内部材によって、吹出口１５側に向かう末広がりの流路を形成することができる。これによって吹出口１５から吹き出される空気を筐体２内の配列方向Ｘの広範囲に均等化するように筐体２内に導くことができる。
【００４４】
また筐体２には、吹出口１５から吹き出された空気が温度調節用フィン１０で吸熱した後、排出される排出口１６が設けられている。排出口１６は、吹出口１５と向き合うように配置されている筐体２の側面に設けられている。換言すると、排出口１６は、筐体２の長手方向Ｙ他方に位置し、配列方向Ｘに延びる側面の上方に設けられる。排出口１６は、吹出口１５と同様に、配列方向Ｘに沿って延びる細長状の開口形状を有する。排出口１６は、配列方向Ｘの寸法は送風部材５が対向するモジュール集合体３の略全域に及んでいる。排出口１６は、好ましくは図１に示すように、吹出口１５および温度調節用フィン１０と略同じ高さに設けられる。
【００４５】
次に、電池モジュール４と温度との関係について説明する。図２は、電池出力（Ｖ）と温度（℃）との関係を示すグラフである。図２に示すグラフでは、縦軸が電池出力（Ｖ）を示し、横軸が温度（℃）を示す。図２に示すように、温度が高くなると、電池出力が大きくなる。したがって電池モジュール４が室温（２５℃）より低く低温の場合、電池出力が小さくなるので、電池モジュール４を加熱して電池出力を大きくする必要がある。
【００４６】
次に、ＤＣ／ＤＣコンバータに関してさらに説明する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、車両に搭載される各種電子機器に安定した直流電力を供給する。ＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチング素子を有する電子装置である。ＤＣ／ＤＣコンバータは、同期整流素子を持たないチョッパ型のＤＣ−ＤＣコンバータと、同期整流素子を持つ同期整流型のＤＣ−ＤＣコンバータに大別できる。たとえばチョッパ型のＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチング素子の動作により一次側の直流電力を間欠的にコイルに供給するもので、コイルに蓄積された電磁エネルギーを利用して、昇圧または降圧された二次側の直流出力を得るものである。またたとえば同期整流型のＤＣ−ＤＣコンバータは、チョッパ型のＤＣ−ＤＣコンバータを構成する整流ダイオードに代えて、同期整流素子を用いるものである。
【００４７】
ＤＣ／ＤＣコンバータは、機器ボックス６内に収納される。ＤＣ／ＤＣコンバータは、冷却対象であり、動作時には発熱する発熱手段である。電池モジュール４の管理温度は、たとえば４０度であり、ＤＣ／ＤＣコンバータの管理温度は、たとえば８０度である。したがってＤＣ／ＤＣコンバータの管理温度は、電池モジュール４の管理温度より高い。このようなＤＣ／ＤＣコンバータを収納する機器ボックス６は、電池モジュール４の冷却方向Ｃ下流側に配置し、冷却状態では電池モジュール４を冷却した後の冷却風が機器ボックス６に供給される。換言すると、モジュール集合体３およびＤＣ／ＤＣコンバータが、冷却方向Ｃに沿って管理温度の低い順に配列されている。
【００４８】
図３は、ＤＣ／ＤＣコンバータの発熱量（Ｗ）と、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力（Ｗ）との関係を示すグラフである。図３に示すグラフでは、縦軸が発熱量（Ｗ）を示し、横軸が出力（Ｗ）を示す。図３では、４つの波形を示し、各波形はＤＣ／ＤＣコンバータの効率が異なる。図３に示すように、出力は発熱量に比例し、出力が大きくなると、発熱量が大きくなる。またＤＣ／ＤＣコンバータの効率によって、出力と発熱量と傾き（比例定数）が変化し、効率が良い場合、傾きは小さく、効率が悪い場合、傾きが大きい。換言すると、同じ出力において、効率が悪くなるにつれて発熱量が大きくなる。ここでＤＣ／ＤＣコンバータの効率とは、エネルギー変換効率のことである。ＤＣ／ＤＣコンバータは、理想状態においてはエネルギー変換効率１００％が可能であるが、実際には以下の損失要因によって、効率特性を悪化させる。
【００４９】
損失要因の１つとして、スイッチング素子による損失がある。ＤＣ／ＤＣコンバータは、スイッチング素子の通電状態によって損失が発生し、この損失によって効率が変化する。ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子をＯＮおよびＯＦＦするときのターンオン、ターンオフ時間で、損失が発生する。これらの時間は短いが、ターンオン（ターンオフ）時に入力電圧とスイッチ充電電流（スイッチ放電電流）での損失が発生するため効率悪化の要因となる。特にスイッチング周波数を高くすると、よりスイッチングによる損失の比率が大きくなる。換言すると、ＤＣ／ＤＣコンバータは、スイッチング周波数を増加させたり、スイッチング時間を間延びさせたりすることによって、効率が悪くなる。
【００５０】
図４は、ＤＣ／ＤＣコンバータの発熱量（Ｗ）と、ＤＣ／ＤＣコンバータの効率との関係を示すグラフである。図４に示すグラフでは、縦軸が発熱量（Ｗ）を示し、横軸が効率を示す。図４に示すように、効率は発熱量に反比例し、効率が良くなると、発熱量が小さくなり、効率が悪くなると、発熱量が大きくなる。
【００５１】
制御装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータと同様に機器ボックス６内に収納される。制御装置は、制御手段であって、前述のように送風部材５のモータを制御する。また制御装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。
【００５２】
制御装置は、センサによって検出される電池モジュール４の内部の温度が予め定める冷却用の設定温度（たとえば２０度）以上である場合、送風部材５を冷却状態に制御する。また制御装置は、送風部材５を冷却状態に制御する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータが最も効率良く動作するようにスイッチング素子の通電状態を制御する。換言すると、制御装置は、送風部材５を冷却状態に制御する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータを効率よく制御して、ＤＣ／ＤＣコンバータの発熱量を抑える。
【００５３】
また制御装置は、センサによって検出される電池モジュール４の内部の温度が予め定める加熱用の設定温度（たとえば−１０度）未満である場合、送風部材５を加熱状態に制御する。制御装置は、送風部材５を加熱状態に制御する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータが発熱するようにスイッチング素子の通電状態を制御する。換言すると、制御装置は、送風部材５を加熱状態に制御する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータをあえて効率が悪くなるように制御して、出力は要求される出力電圧とし、発熱量を増加させる。
【００５４】
制御装置は、加熱状態においてＤＣ／ＤＣコンバータを制御する場合、図３および図４に基づいて効率を決定する。ＤＣ／ＤＣコンバータに要求される出力電圧Ｗａは、既知であるので、予め決定している。制御装置は、要求される出力電圧ＷａをＤＣ／ＤＣコンバータが出力できる効率のうち、最も悪い効率ηａを選択する。これによって制御装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータによって要求される出力電圧Ｗａを確保し、かつＤＣ／ＤＣコンバータの発熱量Ｑａを最大にすることができる。
【００５５】
次に、冷却状態にて吹出口１５から吹き出される冷却風の流れに関して説明する。制御装置は、電池モジュール４を冷却する必要がある場合、送風部材５を冷却状態に制御する。送風部材５によって吹出口１５から吹き出される冷却風は、モジュール集合体３の上部表面に対して低風量であるが比較的流速が速く高静圧の流れとなる。このような吹出口１５を備えることにより、小型化した筐体２内に形成される狭い流路に対しても騒音を抑えた冷却風を提供することができる。
【００５６】
送風部材５から送風された冷却風は、吹出口１５から筐体２内に吹き出されるが、その高さ位置は筐体２内の上部であり、その配列方向Ｘの範囲は送風部材５が対向するモジュール集合体３の略全域に及んでいるので、冷却風は筐体２内の上部全体に行き渡ることになる。
【００５７】
吹出口１５から吹き出された冷却風は、モジュール集合体３の上部表面に向かって流れ、吹出し電池モジュール４の上部表面に達してモジュール集合体３の上部を冷却する。具体的には、吹出口１５から吹き出された冷却風は、モジュール集合体３の上方に配置された温度調節用フィン１０に向かって流れ、これらの温度調節用フィン１０を通過するときにフィン表面から吸熱して温度調節用フィン１０を冷やしモジュール集合体３を冷却する。そして、冷却風は、排出口１６に向かい、排出口１６から筐体２の外部に排出される。排出口１６から外部に排出された冷却風は、機器ボックス６に吹き出される。したがって電池モジュール４よりも管理温度が高いＤＣ／ＤＣコンバータを備える機器ボックス６が冷却される。
【００５８】
次に、加熱状態にて排出口１６から吸い込まれる加熱風の流れに関して説明する。制御装置は、電池モジュール４を加熱する必要がある場合、送風部材５を加熱状態に制御し、ＤＣ／ＤＣコンバータを発熱させる。これによってＤＣ／ＤＣコンバータの周囲の空気は、加熱される。したがって機器ボックス６の周囲の空気が、加熱される。このような加熱された空気は、送風部材５によって排出口１６から吸い込まれる。排出口１６から吸い込まれた加熱風は、冷却風とは逆向きにモジュール集合体３の上部表面に向かって流れ、電池モジュール４の上部表面に達してモジュール集合体３の上部を加熱する。具体的には、排出口１６から吸い込まれた加熱風は、モジュール集合体３の上方に配置された温度調節用フィン１０に向かって流れ、これらの温度調節用フィン１０を通過するときにフィン表面によって加熱風から吸熱されて、温度調節用フィン１０を加熱し、モジュール集合体３を加熱する。そして、加熱風は、吹出口１５に向かい、吹出口１５から筐体２の外部に排出される。
【００５９】
以上説明したように本実施の形態の電池冷却装置１は、送風部材５が冷却状態と加熱状態とを切り替え可能である。電池モジュール４が冷却を必要とする場合には、送風部材５を冷却状態に切替え、筐体２内に収納されるモジュール集合体３に向かう冷却方向Ｃに冷却風を吹き出すので、冷却風によってモジュール集合体３を冷却することができる。
【００６０】
また電池モジュール４が加熱を必要とする場合には、送風部材５を加熱状態に切替えて、モジュール集合体３の空気を加熱方向Ｈに吸い込む。筐体２の冷却方向Ｃの下流側には、発熱手段として機能するＤＣ／ＤＣコンバータが設けられるので、ＤＣ／ＤＣコンバータによって加熱された空気が、送風部材５によって加熱方向Ｈに吸い込まれる。これによって加熱された加熱風がモジュール集合体３を通過するので、モジュール集合体３を加熱することができる。
【００６１】
電池モジュール４は、低温である場合、図２に示すように電池性能が低下するが、前述のように電池モジュール４を加熱することによって、電池モジュール４を効率的に暖めることができる。したがって早期に電池出力および回生能力を向上させて、安定した電池性能を提供することができる。これによって回生時の電池への取り込み電力も大きくなり、車両加速性および燃費向上に寄与することができる。
【００６２】
このように本実施の形態では、送風部材５によって筐体内２の空気流れ方向を切り替えることによって、筐体２の冷却方向Ｃ下流側に位置するＤＣ／ＤＣコンバータを用いることができる。ＤＣ／ＤＣコンバータは、筐体２の冷却方向Ｃ下流側に位置するので、冷却状態において冷却風の通風抵抗となることはない。また筐体２の冷却方向Ｃ下流側にＤＣ／ＤＣコンバータが位置するので、発熱するＤＣ／ＤＣコンバータを設けることによって、冷却状態における電池冷却装置１の冷却性能は低下しない。このように簡単な構成で、電池モジュール４を加熱および冷却することができる電池冷却装置１を実現することができる。
【００６３】
また電池モジュール４を加熱することができるので、電池モジュール４の低温における出力を保証するために、低温での電池性能（出力）に基づいて電池体格を決める必要がない。したがって電池モジュール４を低温で出力が小さい状態で設計する必要がなく、加熱時の温度で設計することができるので、電池モジュール４の体格を小さくすることができる。これによって電池モジュール４の集合体も小型化することができ、モジュール集合体３を軽量化することができ、さらに電池モジュール４のコストを低減することができる。また電池モジュール４の車両搭載性が向上するので、荷物室を大きくすることができるなど、車両商品性を向上することができる。
【００６４】
また本実施の形態では、制御装置は、送風部材５を加熱状態に制御する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータが発熱するように制御する。これによってＤＣ／ＤＣコンバータの発熱によって加熱された空気をモジュール集合体３に導くことができる。したがってモジュール集合体３を効率よく加熱することができる。また冷却状態において、筐体２の冷却方向Ｃ下流側に位置し、管理温度が電池モジュール４よりも高いＤＣ／ＤＣコンバータを、冷却風によって冷却することができる。
【００６５】
また本実施の形態では、制御装置は、電池モジュール４の内部の温度が設定温度未満である低温の場合、送風部材５を加熱状態に制御する。したがって電池モジュール４が低温時、特に冬場の車両始動時に、加熱風を電池モジュール４に導くことができる。これによって低温の電池モジュール４を早期に加熱することができ、電池モジュール４の出力を上昇させることができる。
【００６６】
また本実施の形態では、制御装置は、送風部材５を加熱状態に制御する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータが発熱するようにスイッチング素子の通電状態を制御するので、ＤＣ／ＤＣコンバータの発熱によって加熱された空気をモジュール集合体３に導くことができる。スイッチング素子を有するＤＣ／ＤＣコンバータは、発熱することが主目的の装置ではなく、高電圧を低電圧に変換することを主目的とする装置であるが、スイッチング素子の通電状態を制御することによって、発熱手段としても機能させることができる。このように電池冷却装置１の周囲に配置される既存のＤＣ／ＤＣコンバータを発熱手段として用いることができる。したがって発熱手段を新たに設ける必要がないので、製造コストを低減することができ、さらに小型の電池冷却装置１を実現することができる。
【００６７】
また本実施の形態では、送風部材５による冷却風はモジュール集合体３の上面に設けられる電極部９に向けて行われ、配列方向Ｘに関して、冷却風の範囲は、モジュール集合体３の略全域を含むので、通風路断面積を配列方向Ｘに広くとって通風抵抗を低減し、モジュール集合体３の全体に冷却風を供給することができる。したがって低騒音および小型の電池冷却装置１を提供できる。また電極部９を冷却することによって、電池モジュール４の内部から冷却することができ、効率良く電池モジュール４を冷却することができる。
【００６８】
また本実施の形態では、各電極部９に温度調節用フィン１０が設けられる。これによって冷却状態において、電池モジュール４から発生する熱の放熱面積を拡大することができるので、放熱性能が向上し、電池モジュール４毎の温度のばらつきを改善できる電池冷却装置１を提供でき、安定した電池性能を確保できる。また温度調節用フィン１０によって、加熱状態においても、同様の効果を達成することができる。
【００６９】
また、吹出口１５は筐体２内の上部に臨むとともに温度調節用フィン１０と略同じ高さに設けられている。この構成を採用する場合には、冷却状態において、温度調節用フィン１０で吸熱する送風量が多くなり冷却性能が向上するとともに、吹出口１５から温度調節用フィン１０に至る通路を直線的に構成することになり通風抵抗を小さくできる。また吹出口１５の構成によって、加熱状態においても、同様の効果を達成することができる。
【００７０】
また冷却状態では、吹出口１５から温度調節用フィン１０に向けて吹き出された空気が温度調節用フィン１０で吸熱した後、排出される排出口１６を備え、吹出口１５は筐体２内の上部に臨むとともに、排出口１６は吹出口１５と向き合っている筐体２面に設けられている。この構成を採用する場合には、吹出口１５から温度調節用フィン１０を介して排出口１６に至る通路を直線的に構成することになり通風抵抗を小さくできる。さらに、排出口１６、吹出口１５および温度調節用フィン１０を略同じ高さとなるように設けた場合にはさらに通風抵抗を低減して低騒音化を促進できる。また排出口１６の構成によって、加熱状態においても、同様の効果を達成することができる。
【００７１】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に関して、図５を用いて説明する。図５は、第２実施形態の電池冷却装置１Ａの全体的構成と、筐体２内に収納されたモジュール集合体３の構成を示す斜視図である。図５では、理解を容易にするため、筐体２を仮想的に示す。本実施の形態では、第１実施形態における温度調節用フィン１０が設けられていない。また本実施の形態では、第１実施形態における機器ボックス６が設けられていなく、機器ボックス６の位置に電気ヒータ２０が設けられている。また各電池モジュール４は、配列方向Ｘに予め定める隙間を空けて配列される。
【００７２】
送風部材５は、複数組のモータとファン１１とを含み、本実施の形態では３組のモータとファン１１とを含む。各ファン１１は、配列方向Ｘに沿って配置される。したがって送風部材５は、筐体２の配列方向Ｘの全域に送風することができる。
【００７３】
また、ファン１１の径寸法はモジュール集合体３の上下方向Ｚ外形寸法に対して同等以下である。さらに、ファン１１の径方向外形がモジュール集合体３の上下方向Ｚ両端部の間に含まれるように配置されている。また、ファン１１の径方向外形が筐体２の上下方向Ｚ両端部の間に含まれるように配置されている。
【００７４】
筐体２に設けられる吹出口１５は、送風部材５によって送風される空気をモジュール集合体３の配列方向Ｘに沿って延びる側面に向けて吹き出すように設けられる。したがって吹出口１５は、筐体２の長手方向Ｙ一方に位置し配列方向Ｘに沿って延びる側面の略全域に設けられる。吹出口１５は、配列方向Ｘおよび上下方向Ｚの寸法が、送風部材５が対向するモジュール集合体３の略全域よりやや小さい。
【００７５】
また筐体２に設けられる排出口１６は、吹出口１５と向き合うように配置されている筐体２の側面に設けられている。換言すると、排出口１６は、筐体２の長手方向Ｙ他方側に位置し配列方向Ｘに延びる側面の略全域に設けられる。排出口１６は、吹出口１５と同様に、配列方向Ｘおよび上下方向Ｚの寸法がモジュール集合体３の略全域よりやや小さい。
【００７６】
電気ヒータ２０は、発熱手段であって、筐体２に対して冷却方向Ｃ下流側に位置する。電気ヒータ２０は、排出口１６が設けられる筐体２の側面に対向する位置に設けられる。したがって電気ヒータ２０は、排出口１６に対向するように配置される。電気ヒータ２０は、電力が供給されると発熱する。電気ヒータ２０は、たとえばニクロム線を利用したシーズヒータである。電気ヒータ２０は、電力供給状態が制御装置によって制御される。
【００７７】
制御装置は、センサによって検出される電池モジュール４の内部の温度が予め定める設定温度未満であり、かつ電池モジュール４に要求される出力電圧が予め定める設定電圧より大きい場合、送風部材５を加熱状態に制御する。または制御装置は、センサによって検出される電池モジュール４の内部の温度が予め定める設定温度未満であり、かつ車室内の温度が予め定める設定温度（たとえば−１０度など）未満である場合、送風部材５を加熱状態に制御する。制御装置は、送風部材５を加熱状態に制御する場合、電気ヒータ２０が発熱するように電力供給状態を制御する。換言すると、制御装置は、送風部材５を加熱状態に制御する場合、電気ヒータ２０を発熱させる。
【００７８】
このように制御装置は、電池モジュール４に要求される出力電圧が設定電圧より大きい場合、送風部材５を加熱状態に制御するので、電池モジュール４の出力電圧が小さい場合に加熱風を電池モジュール４に導くことができる。これによって図２に示すように、電池モジュール４の出力を上昇させて、要求される出力電圧にすることができる。
【００７９】
さらに制御装置は、車室内の温度が設定温度未満である場合、送風部材５を加熱状態に制御するので、車室内の温度が低温の場合に加熱風を電池モジュール４に導くことができる。これによって低温の電池モジュール４を加熱することができ、電池モジュール４の出力を上昇させることができる。
【００８０】
また本実施の形態では、発熱手段として電気ヒータ２０を用いるので、短時間で加熱風の温度を高くすることができる。これによって短時間で電池モジュール４を加熱することができる。
【００８１】
また本実施の形態では、吹出口１５および排出口１６が配列方向Ｘに延びる側面の略全域に設けられるので、冷却風は電池モジュール４の長手方向Ｙに延びる側面間に形成された隙間に沿うように流れ込み、排出口１６に向かって流れながら各電池モジュール４を吸熱冷却し、排出口１６から筐体２の外部に排出される。このように本実施の形態では、各電池モジュール４の外表面を沿うように流れる冷却風を提供するので、冷却能力を向上することができる。加熱風に関しても、同様の効果を達成することができる。
【００８２】
またファン１１の径方向外形がモジュール集合体３の上下方向Ｚ両端部の間に含まれるように配置されている。この構成によれば、送風部材３０とモジュール集合体１を含む装置の高さ方向の体格を抑えることができる。
【００８３】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【００８４】
前述の第１実施形態では、電池冷却装置１は、配列方向Ｘが水平方向になるよう車両に設置されているが、電池冷却装置１を自動車に設置するときには、吹出口１５が水平方向に伸長する形態で上方に位置するように設置してもよいし、あるいは、電池モジュール４の長手方向Ｙが鉛直方向になるように車両に設置してもよい。
【００８５】
また、送風部材５は、軸流式のファン１１の回転方向によって送風方向を変更しているが、このような構成に限ることはなく、筐体２内の空気流れ方向を変更できる送風部材５であれば、遠心送風機であってもよい。また送風部材５に加熱流路と冷却流路とを別途設け、ダンパで加熱流路と冷却流路とを切り替えることによって、空気流れ方向を変更するように構成してもよい。
【００８６】
また加熱状態では、筐体２の外方に位置する発熱手段から延設された伝熱棒などの伝熱手段を用いて、電池モジュール４を加熱してもよい。
【００８７】
また前述の第１実施形態では、機器ボックス６内に制御装置とＤＣ／ＤＣコンバータとが収納されているが、これらを１つの機器ボックス６内に収納する構成に限ることはなく、ＤＣ／ＤＣコンバータだけを筐体２の冷却方向Ｃ下流側に位置するように配置し、制御装置を別の位置に配置してもよい。これによって冷却が必要なＤＣ／ＤＣコンバータに直接冷却風を供給することができ、また発熱手段としてＤＣ／ＤＣコンバータが機能しているときは、ＤＣ／ＤＣコンバータによって加熱された空気を直接、筐体２内に取り込むことができ、温度制御の効率を向上することができる。
【００８８】
また発熱手段は、前述の第１実施形態ではＤＣ／ＤＣコンバータによって実現され、第２実施形態では電気ヒータ２０によって実現されているが、発熱手段はこれらに限ることはなく、他の外部に放熱する手段であってもよい。発熱手段は、たとえば機器ボックス６内に設けらるＤＣ／ＤＣコンバータ以外の制御機器でもよく、他の電子機器でもよい。また発熱手段は、他の放熱手段から伝熱棒などの伝熱手段を介して放熱する部材であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】第１実施形態の電池冷却装置１の全体的構成と、筐体２内に収納されたモジュール集合体３の構成を示す斜視図である。
【図２】電池出力（Ｖ）と温度（℃）との関係を示すグラフである。
【図３】ＤＣ／ＤＣコンバータの発熱量（Ｗ）と、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力（Ｗ）との関係を示すグラフである。
【図４】ＤＣ／ＤＣコンバータの発熱量（Ｗ）と、ＤＣ／ＤＣコンバータの効率との関係を示すグラフである。
【図５】第２実施形態の電池冷却装置１Ａの全体的構成と、筐体２内に収納されたモジュール集合体３の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００９０】
１…電池冷却装置
２…筐体
３…モジュール集合体
４…電池モジュール
５…送風部材
６…機器ボックス（発熱手段）
７…負極端子
８…正極端子
９…電極部
１０…温度調節用フィン
１１…ファン
１２…ボス部
１３…ブレード
１４…リング部
１５…吹出口
１６…排出口
２０…電気ヒータ（発熱手段）
【図１】
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【図２】
2010097872.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010097872.tif 000006
【図５】
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