(57)【要約】【課題】制御ユニットによる電池残量及び温度制御をすることなく、電池の過放電を確実に抑制するとともに、制御を不要にして、前記電池を所望の温度に効率的に加温させることを可能にする。【解決手段】電池加温システム１０は、駆動モータ３２に電力を供給する蓄電池モジュール１６と、前記蓄電池モジュール１６から供給される前記電力により加熱され、該蓄電池モジュール１６を加温する抵抗加熱ヒータ２０と、所定の閾値温度以下で自動的に電流を通す温度スイッチ２２と、所定の閾値電圧以上で自動的に電流を通す電圧スイッチ２４と、を備える。抵抗加熱ヒータ２０、温度スイッチ２２及び電圧スイッチ２４は、蓄電池モジュール１６に対して電気的に直列に接続される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に電力を供給する電池と、
少なくとも前記電池から供給される前記電力により加熱され、該電池を加温する抵抗加熱ヒータと、
所定の閾値温度以下で自動的に電流を通す温度スイッチと、
所定の閾値電圧以上で自動的に電流を通す電圧スイッチと、
を備え、
前記抵抗加熱ヒータ、前記温度スイッチ及び前記電圧スイッチは、前記電池に対して電気的に直列に接続されることを特徴とする電池加温システム。
【請求項２】
請求項１記載の電池加温システムにおいて、複数個の前記電池が電気的に直列に接続される複数組みの電池モジュールを備え、各電池モジュールは、電気的に直列に接続されるとともに、
各電池モジュールに隣接して、前記抵抗加熱ヒータと前記温度スイッチとが電気的に直列に接続される複数組みの加温ユニットが配置され、且つ、各加温ユニットは、前記電池モジュールに対して互いに電気的に並列に接続されることを特徴とする電池加温システム。
【請求項３】
請求項２記載の電池加温システムにおいて、前記電池モジュールと前記負荷とを電気的に直列に接続する第１電気回路と、
前記電池モジュールと前記電圧スイッチと互いに電気的に並列接続された複数組みの加温ユニットとを、電気的に直列に接続する第２電気回路と、
を備えることを特徴とする電池加温システム。
【請求項４】
請求項３記載の電池加温システムにおいて、外部から電力を供給する外部電力供給装置を備え、
前記外部電力供給装置は、前記第１電気回路に電気的に接続されるとともに、前記所定の閾値温度よりも高温な閾値温度以上で自動的に電流を通す高温温度スイッチが配置された第３電気回路と、
前記高温温度スイッチを迂回して前記第３電気回路から分岐し、前記第２電気回路に接続される分岐回路と、
を備えることを特徴とする電池加温システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池等の電池を電気加熱ヒータにより加温するための電池加温システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、電池として、一次電池や二次電池等の種々の化学電池が使用されている。例えば、複数の蓄電池（バッテリセル）が積層された蓄電池群（バッテリモジュール）を備えた蓄電装置が知られている。この蓄電装置は、例えば、ハイブリッド車両やＥＶ等の電動車両に搭載されている。
【０００３】
化学電池（以下、単に電池という）は、化学変化を電気エネルギーに変換させるため、電池温度が高い程、反応が活発になっている。従って、電池から所望の電力量を供給させるためには、前記電池を所望の温度に加温する必要がある。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１に開示されているバッテリヒータが知られている。このバッテリヒータでは、ヒータ及びサーモスイッチを備えており、バッテリから駆動電力が供給されている。そして、サーモスイッチによりバッテリ温度に応じたオン／オフ制御が行われ、バッテリを所望の温度に維持している。
【０００５】
また、例えば、特許文献２に開示されている自動車用バッテリの温度制御装置では、ヒータ、サーモスタット及びエンジン作動検出センサを備えている。そして、サーモスタット及びエンジン作動検出センサにより、バッテリ温度及びエンジン作動状態に応じたオン／オフ制御が行われ、バッテリを所望の温度に維持している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開昭６１−１９４２５９号公報
【特許文献２】特開平３−０４９１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献１では、バッテリのＳＯＣ（state of charge）（充電状態）が低い場合でも、バッテリ温度が低いと、サーモスイッチがオンされてしまう。このため、バッテリの過放電が発生し易くなり、バッテリ残量がなくなるおそれがある。
【０００８】
また、上記の特許文献２では、バッテリのＳＯＣが低い場合でも、バッテリ温度が低く、エンジンが作動状態であれば、回路がオンされてしまう。従って、バッテリの過放電が発生し易くなり、バッテリ残量がなくなるおそれがある。
【０００９】
その上、特許文献１及び２では、いずれもバッテリの充電状態を検出する手段が設けられておらず、バッテリ残量が規定量を下回っても、対応することができないという問題がある。
【００１０】
これを解決するためには、例えば、バッテリ充電状態を検出するセンサと、オン／オフスイッチとを追加することが考えられる。すなわち、制御ユニットによりバッテリ充電状態を監視しながら、前記バッテリ充電状態に応じてスイッチをオン／オフ制御するものである。しかしながら、回路構成が複雑化するとともに、制御ユニットを動作させるための電力が必要になり、電力消費が大きくなるという問題がある。
【００１１】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、制御ユニットを動作させることなく、電池の過放電を確実に抑制し、前記電池を所望の温度に効率的に加温させることが可能な電池加温システム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】
【００１２】
本発明に係る電池加温システムは、負荷に電力を供給する電池と、少なくとも前記電池から供給される前記電力により加熱され、該電池を加温する抵抗加熱ヒータと、を備えている。電池加温システムは、さらに所定の閾値温度以下で自動的に電流を通す温度スイッチと、所定の閾値電圧以上で自動的に電流を通す電圧スイッチと、を備えている。そして、抵抗加熱ヒータ、温度スイッチ及び電圧スイッチは、電池に対して電気的に直列に接続されている。
【００１３】
また、この電池加温システムでは、複数個の電池が電気的に直列に接続される複数組みの電池モジュールを備え、各電池モジュールは、電気的に直列に接続されることが好ましい。その際、各電池モジュールに隣接して、抵抗加熱ヒータと温度スイッチとが電気的に直列に接続される複数組みの加温ユニットが配置され、且つ、各加温ユニットは、前記電池モジュールに対して互いに電気的に並列に接続されることが好ましい。
【００１４】
さらに、この電池加温システムは、第１電気回路と第２電気回路とを備えることが好ましい。その際、第１電気回路は、電池モジュールと負荷とを電気的に直列に接続することが好ましい。第２電気回路は、電池モジュールと電圧スイッチと互いに電気的に並列接続された複数組みの加温ユニットとを、電気的に直列に接続することが好ましい。
【００１５】
さらにまた、この電池加温システムでは、外部から電力を供給する外部電力供給装置を備えることが好ましい。外部電力供給装置は、第１電気回路に電気的に接続されるとともに、所定の閾値温度よりも高温な閾値温度以上で自動的に電流を通す高温温度スイッチが配置された第３電気回路を備えることが好ましい。外部電力供給装置は、さらに高温温度スイッチを迂回して第３電気回路から分岐し、第２電気回路に接続される分岐回路を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、抵抗加熱ヒータ、温度スイッチ及び電圧スイッチは、電池に対して電気的に直列に接続されている。このため、電池が所定の閾値温度以下で且つ所定の閾値電圧以上である場合にのみ、抵抗加熱ヒータが自動的に作動し、前記電池を加温することができる。
【００１７】
従って、電池の加温処理が行われる際、電池残量が低下し過ぎることがない。これにより、制御ユニットを動作させて電池残量及び電池温度に応じた制御をすることなく、電池の過放電を確実に抑制しながら、前記電池を所望の温度に効率的に加温することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電池加温システムの要部構成説明図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る電池加温システムの要部構成説明図である。
【図３】前記電池加温システムの要部を直線的に配置した状態の概略構成図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る電池加温システムの要部構成説明図である。
【図５】前記電池加温システムの要部を直線的に配置した状態の概略構成図である。
【図６】前記電池加温システムの要部を簡素化した状態の、バッテリ温度が低く且つバッテリ電圧が低い場合の動作説明図である。
【図７】前記電池加温システムの要部を簡素化した状態の、バッテリ温度が高く且つバッテリ電圧が低い場合の動作説明図である。
【図８】前記電池加温システムの要部を簡素化した状態の、バッテリ温度が低く且つバッテリ電圧が高い場合の動作説明図である。
【図９】前記電池加温システムの要部を簡素化した状態の、バッテリ温度が高く且つバッテリ電圧が高い場合の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る電池加温システム１０は、例えば、ハイブリッド車両又はＥＶ等の電動車両１２に搭載される。
【００２０】
電池加温システム１０は、電池として蓄電池（二次電池）１４を備え、複数の前記蓄電池１４が電気的に直列に接続されて蓄電池モジュール１６を構成する。蓄電池モジュール１６の一端（正極）には、電力線１８ａが接続されるとともに、前記蓄電池モジュール１６の他端（負極）には、電力線１８ｂが接続される。電力線１８ａの一端と電力線１８ｂの一端との間には、抵抗加熱ヒータ２０、温度スイッチ２２及び電圧スイッチ２４が、蓄電池モジュール１６に対して電気的に直列に接続される。
【００２１】
抵抗加熱ヒータ２０は、蓄電池モジュール１６に隣接（近接）して配置され、前記蓄電池モジュール１６から供給される電力により加熱され、該蓄電池モジュール１６を加温する。温度スイッチ２２は、所定の閾値温度以下で自動的に電流を通す機能を有する。蓄電池１４は、温度により出力可能な電力量が変化しており、所定の閾値温度は、前記蓄電池１４から所望の電力量が得られる温度に設定される。
【００２２】
電圧スイッチ２４は、所定の閾値電圧以上で自動的に電流を通す機能を有し、例えば、バリスタが使用される。バリスタは、蓄電池モジュール１６の両端子間の電圧が低い場合に、電気抵抗が高くなって電流を殆ど通さない一方、前記電圧がある程度以上に高くなると、急激に前記電気抵抗が低くなって電流を通す機能を有する。所定の閾値電圧は、蓄電池１４のＳＯＣ（バッテリ充電状態）等に基づいて設定される。
【００２３】
電力線１８ａの他端と電力線１８ｂの他端とには、コンタクタ２６ａとコンタクタ２６ｂとが接続される。コンタクタ２６ａ、２６ｂには、バスライン２８ａ、２８ｂの一端が接続されるとともに、前記バスライン２８ａ、２８ｂの他端は、インバータ３０に接続される。インバータ３０には、三相の車両走行用の駆動モータ（負荷）３２が接続される。
【００２４】
蓄電池モジュール１６、抵抗加熱ヒータ２０、温度スイッチ２２、電圧スイッチ２４及びコンタクタ２６ａ、２６ｂは、バッテリパック３４内に収容されることにより、電池加温システム１０全体の電気的な安全性が保持される。
【００２５】
このように構成される電池加温システム１０の動作について、以下に説明する。
【００２６】
先ず、電動車両１２が寒冷地等で使用され、外気温度が低下して蓄電池モジュール１６を構成する蓄電池１４の温度が所定の閾値温度以下になると、温度スイッチ２２がオンされる。すなわち、温度スイッチ２２は、自動的に電流を通す状態になっている。
【００２７】
一方、蓄電池モジュール１６全体の電圧が所定の閾値電圧以上であると、電圧スイッチ２４がオンされる。すなわち、電圧スイッチ２４は、自動的に電流を通す状態になっている。このため、温度スイッチ２２及び電圧スイッチ２４は、それぞれオンとなり、蓄電池モジュール１６から抵抗加熱ヒータ２０に電力（直流電流）が供給される。従って、抵抗加熱ヒータ２０が発熱するため、前記抵抗加熱ヒータ２０に近接して配置されている蓄電池モジュール１６では、各蓄電池１４に熱が伝達され、前記蓄電池１４が昇温される。
【００２８】
蓄電池１４の温度が所定の閾値温度を超えると、温度スイッチ２２がオフされ、蓄電池モジュール１６から抵抗加熱ヒータ２０への電力の供給が停止される。これにより、各蓄電池１４は、発電反応に適した温度に加温される。そこで、コンタクタ２６ａ、２６ｂが閉じられると、蓄電池モジュール１６からバスライン２８ａ、２８ｂを介してインバータ３０に電力が供給される。このため、駆動モータ３２が駆動されて電動車両１２が走行可能になる。
【００２９】
この場合、第１の実施形態では、抵抗加熱ヒータ２０、温度スイッチ２２及び電圧スイッチ２４は、蓄電池モジュール１６に対して電気的に直列に接続されている。従って、各蓄電池１４が所定の閾値温度以下で且つ所定の閾値電圧以上である場合にのみ、抵抗加熱ヒータ２０が自動的に作動し、前記蓄電池１４を加温することができる。
【００３０】
これにより、蓄電池モジュール１６では、各蓄電池１４の加温処理が行われる際に、電池残量が低下し過ぎることがない。このため、制御ユニットを動作させて電池残量及び電池温度に応じた制御をすることなく、蓄電池モジュール１６の過放電を確実に抑制しながら、前記蓄電池モジュール１６を所望の温度に効率的に加温することが可能になるという効果が得られる。
【００３１】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る電池加温システム４０の要部構成説明図である。図３は、説明内容の理解を容易にするために、電池加温システム４０の要部を直線的に配置した状態の概略構成図である。
【００３２】
電池加温システム４０は、電動車両４２に搭載される。なお、第２の実施形態では、上記の第１の実施形態に係る電池加温システム１０と同一の構成要素には、同一の参照符号に同一の参照数字を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３３】
電池加温システム４０は、それぞれ所定数の蓄電池１４が電気的に直列に接続される複数組み、例えば、４組みの蓄電池モジュール１６ａ、１６ｂ、１６ｃ及び１６ｄを備える。蓄電池モジュール１６ａ〜１６ｄは、電気的に直列に接続される。第２の実施形態では、４組みの蓄電池モジュール１６ａ〜１６ｄを用いているが、これに限定されるものではなく、３組み又は５組み以上にしてもよい。
【００３４】
４組みの蓄電池モジュール１６ａ〜１６ｄには、抵抗加熱ヒータ２０と温度スイッチ２２とが電気的に直列に接続される４組みの加温ユニット４４ａ〜４４ｄが隣接（近接）して配置される。
【００３５】
蓄電池モジュール１６ａの端部（正極）には、電力線４６ａの一端が接続されるとともに、電力線４６ａの他端には、加温ユニット４４ａ〜４４ｄの一端が互いに電気的に並列して接続される。蓄電池モジュール１６ｄの端部（負極）には、電力線４６ｂの一端が接続されるとともに、電力線４６ｂの他端には、加温ユニット４４ａ〜４４ｄの他端が互いに電気的に並列して接続される。電力線４６ｂには、蓄電池モジュール１６ａ〜１６ｄと直列に電圧スイッチ２４が配置される。加温ユニット４４ａ〜４４ｄは、互いに電気的に並列して蓄電池モジュール１６ａ〜１６ｄの両端に接続される。
【００３６】
蓄電池モジュール１６ａ〜１６ｄ、加温ユニット４４ａ〜４４ｄ及びコンタクタ２６ａ、２６ｂは、バッテリパック４８内に収容されることにより、電池加温システム４０全体の電気的な安全性が保持される（図２参照）。
【００３７】
このように構成される電池加温システム４０では、蓄電池モジュール１６ａ〜１６ｄ間の電圧が所定の閾値電圧未満であると、電圧スイッチ２４がオフされる。このため、蓄電池モジュール１６ａ〜１６ｄから各加温ユニット４４ａ〜４４ｄにそれぞれ電流が流れることを規制される。そして、蓄電池モジュール１６ａ〜１６ｄの電圧が所定の閾値電圧以上であると、電圧スイッチ２４がオンされて、加温ユニット４４ａ〜４４ｄにそれぞれ電流が流れることを許容する。
【００３８】
その際、蓄電池モジュール１６ａ〜１６ｄのいずれかのモジュール、例えば、前記蓄電池モジュール１６ａの温度が所定の閾値温度以下になると、加温ユニット４４ａを構成する温度スイッチ２２がオンされる。従って、加温ユニット４４ａのみが自動的に電流を通す状態になり、抵抗加熱ヒータ２０に通電されて前記加温ユニット４４ａに近接する蓄電池モジュール１６ａのみが加温される。
【００３９】
この場合、第２の実施形態では、蓄電池モジュール１６ａ〜１６ｄの中、温度低下が惹起されたモジュールに優先的に電流を流すことができ、制御ユニットによる電池温度制御をすることなく、蓄電池１４の温度を良好に維持することが可能になる。しかも、制御ユニットによる電池残量に応じた制御をすることなく、蓄電池モジュール１６ａ〜１６ｄの過放電を確実に抑制するとともに、所望の温度に効率的に加温することができる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４０】
図４は、本発明の第３の実施形態に係る電池加温システム５０の要部構成説明図である。図５は、説明内容の理解を容易にするために、電池加温システム５０の要部を直接的に配置した状態の概略構成図である。
【００４１】
電池加温システム５０は、電動車両５２に搭載される。なお、第３の実施形態では、上記の第２の実施形態に係る電池加温システム４０と同一の構成要素には、同一の参照符号に同一の参照数字を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
電池加温システム５０は、蓄電池モジュール１６ａ〜１６ｄと駆動モータ３２とを電気的に直列に接続する第１電気回路５４ａを備える。電池加温システム５０は、蓄電池モジュール１６ａ〜１６ｄと電圧スイッチ２４と互いに電気的に並列接続された加温ユニット４４ａ〜４４ｄとを電気的に直列に接続する第２電気回路５４ｂを備える。
【００４３】
電池加温システム５０では、外部電源（例えば、家庭用電源や充電施設等）から電力を供給する外部電力供給装置５６を備える。外部電力供給装置５６は、外部電源に接続されるプラグ（又はコネクト）５８を備え、前記プラグ５８が充電部６０に接続される。充電部６０には、電力線６２ａ、６２ｂの一端が接続されるとともに、前記電力線６２ａは、コンタクタ６４ａを介してバスライン２８ａに接続される。電力線６２ｂは、コンタクタ６４ｂを介してバスライン２８ｂに接続されるとともに、前記電力線６２ｂには、高温温度スイッチ６６が配置される。
【００４４】
高温温度スイッチ６６は、温度スイッチ２２がオンされる所定の閾値温度よりも高温な閾値温度以上で、自動的に電流を通す機能を有する。高温な閾値温度は、蓄電池１４が良好な性能を有して使用可能な温度域に設定される。
【００４５】
電力線６２ａ、６２ｂは、第１電気回路５４ａに電気的に接続される第３電気回路５４ｃを構成する。電力線６２ｂ（第３電気回路５４ｃ）から分岐電力線（分岐回路）６８が分岐し、前記分岐電力線６８は、電力線４６ｂ（第２電気回路５４ｂ）に電圧スイッチ２４に近接して接続される。分岐電力線６８は、高温温度スイッチ６６を迂回して電力線６２ｂに接続される。
【００４６】
蓄電池モジュール１６ａ〜１６ｄ、加温ユニット４４ａ〜４４ｄ、コンタクタ２６ａ、２６ｂ、６４ａ、６４ｂ及び高温温度スイッチ６６は、バッテリパック７０内に収容される（図４参照）。これにより、電池加温システム５０全体の電気的な安全性が保持される。
【００４７】
このように構成される電池加温システム５０の動作を、図６〜図９を参照しながら、以下に説明する。なお、図６〜図９では、説明の簡素化を図るため、蓄電池モジュール１６ａ〜１６ｄの中、前記蓄電池モジュール１６ａのみを表すとともに、加温ユニット４４ａ〜４４ｄの中、前記加温ユニット４４ａのみを表している。
【００４８】
図６〜図９は、コンタクタ６４ａ、６４ｂがオンされるとともに、外部電力供給装置５６により外部電力を取り込んで充電するプラグイン充電中の動作を示す。なお、プラグイン充電が行われないときには、第２の実施形態と同様に、蓄電池モジュール１６ａ〜１６ｄからのバッテリ電力を用いて加温ユニット４４ａ〜４４ｄによる加温処理が行われる。
【００４９】
先ず、蓄電池モジュール１６ａの温度が閾値温度以下であるとともに、前記蓄電池モジュール１６ａの電圧が閾値電圧未満であると、図６に示すように、温度スイッチ２２がオンされる一方、電圧スイッチ２４及び高温温度スイッチ６６がオフされる。このため、充電部６０に取り込まれた外部電力は、蓄電池モジュール１６ａに送られることがなく、加温ユニット４４ａにのみ供給される。従って、加温ユニット４４ａでは、抵抗加熱ヒータ２０に通電されて蓄電池モジュール１６ａが加温される。
【００５０】
次いで、蓄電池モジュール１６ａの温度が所定の閾値温度を超えると、図７に示すように、温度スイッチ２２がオフされる一方、高温温度スイッチ６６がオンされる。これにより、外部電力は、加温ユニット４４ａに送られることがなく、蓄電池モジュール１６ａのみに供給される。このため、蓄電池モジュール１６ａの充電が行われる。
【００５１】
このように、第３の実施形態では、プラグイン充電中に、蓄電池モジュール１６ａのバッテリ温度が低く且つバッテリ電圧が低い際には、図６に示すように、前記蓄電池モジュール１６ａの充電を行わずに、加温ユニット４４ａにのみ外部電力が供給されている。従って、外部電力により蓄電池モジュール１６ａを迅速に加温することができるとともに、バッテリ温度が十分に上昇した後に、前記蓄電池モジュール１６ａの充電を開始するため（図７参照）、充電効率が良好に向上するという効果が得られる。
【００５２】
また、バッテリ温度が低く、且つ、蓄電池モジュール１６ａの電圧が閾値電圧以上であると、図８に示すように、温度スイッチ２２及び電圧スイッチ２４がオンされる一方、高温温度スイッチ６６がオフされる。これにより、外部電力は、加温ユニット４４ａ及び蓄電池モジュール１６ａに供給される。このため、蓄電池モジュール１６ａの加温処理と、蓄電池モジュール１６ａの充電処理とが同時に遂行される。
【００５３】
なお、蓄電池モジュール１６ａが満充電に近い状態では、前記蓄電池モジュール１６ａから加温ユニット４４ａに電力を供給することができる。従って、蓄電池モジュール１６ａを一層効率的に昇温させることが可能になる。
【００５４】
さらにまた、バッテリ温度が高く、且つ、蓄電池モジュール１６ａが高電圧である際には、図９に示すように、温度スイッチ２２がオフされる一方、高温温度スイッチ６６がオンされる。これにより、外部電力は、蓄電池モジュール１６ａに供給されるため、前記蓄電池モジュール１６ａは、十分な充電状態を確保することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０、４０、５０…電池加温システム  １２、４２、５２…電動車両
１４…蓄電池
１６、１６ａ〜１６ｄ…蓄電池モジュール
１８ａ、１８ｂ、４６ａ、４６ｂ、６２ａ、６２ｂ…電力線
２０…抵抗加熱ヒータ                ２２…温度スイッチ
２４…電圧スイッチ                  ３２…駆動モータ
３４、４８、７０…バッテリパック    ４４ａ〜４４ｄ…加温ユニット
５４ａ、５４ｂ、５４ｃ…電気回路    ５６…外部電力供給装置
５８…プラグ                        ６０…充電部
６６…高温温度スイッチ              ６８…分岐電力線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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