(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池セルを含むバッテリモジュールと、
複数の前記バッテリモジュールを収容した第１ケースと、
前記第１ケースを収容した第２ケースと、
前記第１ケースと前記第２ケースとの間に配置された断熱材と、
前記第１ケースと前記第２ケースとの間に挿入可能な可動断熱材と、
前記第１ケース、前記第２ケース、および前記断熱材を貫通する第１開口、第２開口、および、第３開口と、
前記可動断熱材を収納するとともに、前記第１ケースと前記第２ケースとの間に挿入する可動断熱材挿脱器と、
前記第２開口から取入れた空気を冷却又は加温して排出する冷却／加温装置と、
前記冷却／加温装置から排出された空気、又は、搭載機器内の空気を取入れて前記第１開口から前記第１ケース内へ送り込むファンと、
前記冷却／加温装置と、搭載機器内とのいずれか一方と前記ファンとの間の経路を開くように切替える切替器と、
前記第１開口、前記第２開口、および、前記第３開口のそれぞれを開閉可能なドアと、
を備えることを特徴とするバッテリパック。
【請求項２】
前記断熱材は、繊維系断熱材、発砲系断熱材、および、真空断熱材のいずれかであることを特徴とする請求項１記載のバッテリパック。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のバッテリパックと、
前記バッテリパックの温度管理範囲、前記バッテリパックの温度、前記バッテリパックを搭載した搭載機器内温度、および、搭載機器外温度に基づいて、前記可動断熱材挿脱器、前記ファン、前記冷却／加温装置、および、前記切替器を制御して、搭載機器外空気による冷却、搭載機器内空気による冷却又は加温、および、冷却／加温装置による冷却又は加温を組み合わせて前記バッテリパックの温度を管理するバッテリ制御ユニットと、を備えることを特徴とする二次電池装置。
【請求項４】
前記バッテリ制御ユニットは、前記バッテリパックの温度が第１温度しきい値以上であるとき、搭載機器外温度に応じて前記可動断熱材挿脱器へ前記可動断熱材を収納し、前記バッテリパックの温度が前記第１温度しきい値よりも高い第２温度しきい値以上であるとき、さらに、搭載機器内温度に応じて前記切替器により前記搭載機器内と前記ファンとの間の経路を開いて前記ファンを稼動し、前記バッテリパックの温度が前記第２温度しきい値よりも高い第３温度しきい値以上であるとき、前記切替器により前記冷却／加温装置と前記ファンとの間の経路を開いて前記冷却／加温装置と前記ファンとを稼動することを特徴とする請求項３記載の二次電池装置。
【請求項５】
前記バッテリ制御ユニットは、前記バッテリパックの温度が第４温度しきい値以下であるとき、搭載機器内温度に応じて前記切替器により前記搭載機器内と前記ファンとの間の経路を開いて前記ファンを稼動し、前記バッテリパックの温度が前記第４温度しきい値よりも低い第５温度しきい値以下であるとき、前記切替器により前記冷却／加温装置と前記ファンとの間の経路を開いて前記冷却／加温装置と前記ファンとを稼動することを特徴とする請求項３又は請求項４記載の二次電池装置。
【請求項６】
請求項３乃至請求項５のいずれか１項記載の二次電池装置と、
前記バッテリパックが搭載された搭載機器内の温度を検出する第１温度センサと、
前記バッテリパックが搭載された搭載機器外の温度を検出する第２温度センサと、
前記二次電池装置から出力された直流電力を変換するインバータと、
前記インバータから出力された電力により駆動されるモータと、
前記モータが回転する動力が伝達される車輪と、
前記モータのトルク要求を生成する車両制御ユニットと、を備えたことを特徴とする電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、バッテリパック、二次電池装置および電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車等の電動車両やその他電子機器のバッテリとして例えばリチウムイオン二次電池等が普及している。リチウムイオン二次電池等の二次電池は、劣化に伴い使用可能な容量が変化する。二次電池の劣化を抑制するためには、バッテリの温度を適切な温度範囲に保つことがよいことが分かっている。そのため、電動車両や電子機器に搭載されるバッテリについても、温度を一定範囲に保つように管理して、バッテリの長寿命化を実現するとともに信頼性を担保することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３２７２２３号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１９０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は上記事情を鑑みて成されたものであって、バッテリの劣化を抑制するバッテリパック、二次電池装置および電動車両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】
【０００５】
実施形態によるバッテリパックは、複数の二次電池セルを含むバッテリモジュールと、複数の前記バッテリモジュールを収容した第１ケースと、前記第１ケースを収容した第２ケースと、前記第１ケースと前記第２ケースとの間に配置された断熱材と、前記第１ケースと前記第２ケースとの間に挿入可能な可動断熱材と、前記第１ケース、前記第２ケース、および前記断熱材を貫通する第１開口、第２開口、および、第３開口と、前記可動断熱材を収納するとともに、前記第１ケースと前記第２ケースとの間に挿入する可動断熱材挿脱器と、前記第２開口から取入れた空気を冷却又は加温して排出する冷却／加温装置と、前記冷却／加温装置から排出された空気、又は、搭載機器内の空気を取入れて前記第１開口から前記第１ケース内へ送り込むファンと、前記冷却／加温装置と、搭載機器内とのいずれか一方と前記ファンとの間の経路を開くように切替える切替えフラップと、前記第１開口、前記第２開口、および、前記第３開口のそれぞれを開閉可能なドアと、備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、一実施形態の電動車両の構成例を概略的に示すブロック図である。
【図２】図２は、バッテリパックＢＴの一構成例を説明するための図である。
【図３】図３は、バッテリ制御ユニットがバッテリパックの温度管理を行う際に用いる温度しきい値の一例を説明するための図である。
【図４】図４は、バッテリ制御ユニットがバッテリパックの温度管理を行う動作の一例を示す状態遷移図である。
【図５】図５は、バッテリパックの温度、車外温度、および車室内温度に応じたバッテリ制御ユニットの温度制御の一例を説明する図である。
【図６】図６は、バッテリ制御ユニットの温度管理状態毎の、バッテリパックへの制御信号の一例を示す図である。
【図７】図７は、冷却も加温も行わないときのバッテリパックの一例である。
【図８】図８は、走行風又は車外空気により冷却するときのバッテリパックの一例である。
【図９】図９は、車室内空気により冷却又は加温するときのバッテリパックの一例である。
【図１０】図１０は、走行風又は車外空気により冷却するとともに、車室内空気により冷却するときのバッテリパックの一例である。
【図１１】図１１は、冷却／加温装置を用いて冷却又は加温するときのバッテリパックの一例である。
【図１２】図１２は、冷却／加温装置を用いて冷却するとともに、走行風又は車外空気により冷却するときのバッテリパックの一例である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の二次電池装置および電動車両について、図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は、一実施形態の電動車両の構成例を概略的に示すブロック図である。  
本実施形態の電動車両は、駆動輪ＷＬと、減速機ＲＧと、モータＭと、インバータＩＮＶと、モータ制御ユニット６０と、アクセルペダルＡＰと、アクセルペダルセンサ２２と、車速センサ２４と、シフトレバーＳＬと、シフトセンサ２６と、起動スイッチＳＷと、起動スイッチセンサ２８と、ブレーキペダルＢＰと、ブレーキペダルセンサ５２と、ブレーキ制御ユニット５０と、ブレーキアクチュエータ５４と、充電用コネクタＣＮＴと、充電制御ユニット３０と、車外温度センサ４２と、車室内温度センサ４４と、二次電池装置と、車両制御ユニット２０と、を備えている。二次電池装置は、バッテリパックＢＴと、バッテリ制御ユニット１０と、を備えている。
【０００９】
アクセルペダルセンサ２２は、ユーザが操作するアクセルペダルＡＰの踏み込み量を検出して、検出したアクセルペダル踏み込み量を車両制御ユニット２０へ出力する。
【００１０】
車速センサ２４は、電動車両の速度を検出して、車両制御ユニット２０へ出力する。
【００１１】
シフトセンサ２６は、ユーザが操作するシフトレバーＳＬの位置（Ｄ：ドライブ、Ｒ：リバース、Ｐ：パーキング等）を検出し、検出したシフト位置を車両制御ユニット２０へ出力する。
【００１２】
起動スイッチセンサ２８は、ユーザによって起動スイッチＳＷが操作されると、制御に必要となる信号である起動通知を生成する。起動スイッチセンサ２８は、起動通知を車両制御ユニットへ送信する。
【００１３】
充電用コネクタＣＮＴは、電動車両のバッテリパックＢＴを充電（急速充電又は普通充電）する際に外部の充電器（急速充電器又は普通充電器）と電気的に接続する。なお、バッテリパックＢＴの充電は、有線による充電でもよく、無線による充電であってもよい。
【００１４】
充電制御ユニット３０は、バッテリ制御ユニット１０からの充電率と車両制御ユニット２０からの設定値とにもとづいて、バッテリパックＢＴの充電率が設定値以下になるように充電の制御を行う。具体的には、バッテリパックＢＴの充電率が設定値に達したら充電を停止する。
【００１５】
モータ制御ユニット６０は、車両制御ユニット２０からトルク指令を受信し、モータＭがトルク指令の値を実現するようにモータ制御信号を生成し、インバータＩＮＶの動作を制御する。
【００１６】
インバータＩＮＶは、モータ制御ユニット６０からのモータ制御信号に従って、バッテリパックＢＴの直流電力を交流電力に変換してモータＭへ出力する。
【００１７】
モータＭは、インバータＩＮＶから供給された交流電力により回転する。モータＭは回転動力を車軸に伝達して力行運転を行う。また、モータＭは車軸の駆動力を電力に逆変換して回生運転を行う。
【００１８】
減速機ＲＧは、モータＭで発生した駆動力を車軸へ伝達するとともに、車軸からの駆動力をモータＭへ伝達する。
【００１９】
ブレーキペダルセンサ５２は、ユーザが操作するブレーキペダルＢＰの踏み込み量を検出する。ブレーキペダルセンサ５２は、検出したブレーキペダル踏み込み量をブレーキ制御ユニット５０へ出力する。
【００２０】
ブレーキ制御ユニット５０は、ブレーキペダルの踏み込み量に応じて、ブレーキアクチュエータ５４に対してブレーキ制御信号を出力する。
【００２１】
ブレーキアクチュエータ５４は、ブレーキ制御信号に従って、ブレーキ機構５５を制御するための油圧を発生する。
【００２２】
ブレーキ機構５５は、各車輪ＷＬ、ＷＬに対応して設けられたディスクロータを、ブレーキアクチュエータ５４からの油圧によって操作されるブレーキパッドによって押さえつけることにより制動を行う。
【００２３】
バッテリパックＢＴは、インバータＩＮＶへ直流電力を出力するとともに、充電制御ユニット３０から供給される直流電力により充電される。バッテリパックＢＴの構成は図２を用いて後に説明する。
【００２４】
車外温度センサ４２は、バッテリパックＢＴの走行風・車外空気による冷却対象面の車外側の温度を測定し、制御に必要となる信号である車外温度を生成する。なお、車外温度センサ４２は、バッテリパックＢＴの走行風・車外空気による冷却対象面の車外側に備えることが好適であるが、車外の温度を測定でき、走行風・車外空気による冷却について判断できる箇所であれば別の場所に備えてもよい。
【００２５】
車室内温度センサ４４は、バッテリパックＢＴの車室内空気による冷却／加温のための車室内側の温度を測定し、制御に必要となる信号である車室内温度を生成する。なお、車室内温度センサ４４は、バッテリパックＢＴの車室内空気取入れ口に備えることが好適であるが、車室内空気の温度を測定でき、車室内空気による冷却／加温について判断できる箇所であれば別の場所に備えてもよい。
【００２６】
バッテリ制御ユニット１０は、バッテリパックＢＴからのバッテリ温度と、車外温度センサ４２からの車外温度と、車室内温度センサ４４からの車室内温度と、を用いてバッテリ温度をバッテリ温度管理範囲内とするために、バッテリパックＢＴ内の各装置に対する制御信号（冷却／加温制御信号、ファン制御信号、可動断熱材挿脱器制御信号、空気切替えフラップ制御信号、および、ドア制御信号）を生成する。
【００２７】
バッテリ制御ユニット１０は、バッテリパックＢＴからのバッテリ温度と、車外温度センサ４２からの車外温度と、車室内温度センサ４４からの車室内温度と、バッテリ温度管理範囲にもとづいて、走行風・車外空気によるバッテリパックＢＴの冷却、車室内空気によるバッテリパックＢＴの冷却又は加温、冷却／加温装置によるバッテリパックＢＴの冷却又は加温、を組み合わせてバッテリパックＢＴへの制御信号を生成する。
【００２８】
バッテリ制御ユニット１０は、バッテリパックＢＴの温度制御のために、バッテリ温度管理範囲内に複数の温度しきい値を設定している。バッテリパックＢＴの温度を下げる方向、すなわち冷却側では３つの温度しきい値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を設定し、バッテリパックＢＴの温度を上げる方向、すなわち加温側では２つの温度しきい値Ｍ１、Ｍ２を設定している。
【００２９】
車両制御ユニット２０は、ユーザのアクセルペダル操作量、車速、シフト位置から駆動トルクマップを用いて必要となる駆動トルクを算出し、トルク指令をモータ制御ユニット６０に与えるとともに、バッテリ制御ユニット１０、充電制御ユニット３０、および、ブレーキ制御ユニット５０を協調制御する。
【００３０】
図２は、バッテリパックＢＴに搭載されたバッテリモジュールの一構成例を説明するための図である。
【００３１】
バッテリパックＢＴは、複数のバッテリモジュールＭＤＬと、内側ケース１１と、外側ケース１２と、断熱材１３と、冷却／加温装置１４と、空気切替えフラップ（切替器）ＦＬＰと、ファン１５と、可動断熱材１６と、可動断熱材挿脱器１７と、ダクトＤ１〜Ｄ３と、を備えている。
【００３２】
バッテリモジュールＭＤＬは、複数の二次電池セル（図示せず）を含む。複数の二次電池セルは例えばリチウムイオン電池である。複数のバッテリモジュールＭＤＬは並列又は直列に接続されている。
【００３３】
内側ケース１１は、複数のバッテリモジュールＭＤＬを収容している。内側ケース（第１ケース）１１は、底面と、底面と対向する上面と、底面と上面との間に延びる側面と、側面に設けられた第１開口１１Ａ、第２開口１１Ｂ、および第３開口１１Ｃと、第１ドアＡ１と、第２ドアＢ１と、第３ドアＣ１とを有している。
【００３４】
第１開口１１Ａは、側面の上面側に設けられている。第２開口１１Ｂおよび第３開口１１Ｃは、側面の底面側に設けられている。
【００３５】
第１ドアＡ１は、内側ケース１１の内側に取り付けられ、上下方向にスライドして第１開口１１Ａと内側ケース１１内部との間を開閉する。第２ドアＢ１は、内側ケースの１１の内側に取り付けられ、上下方向にスライドして第２開口１１Ｂと内側ケース１１の内部との間を開閉する。第３ドアＣ１は、内側ケース１１の内側に取り付けられ、上下方向にスライドして第３開口１１Ｃと内側ケース１１内部との間を開閉する。
【００３６】
断熱材１３は内側ケース１１と外側ケース１２との間において、第１開口１１Ａ、第２開口１１Ｂ、および第３開口１１Ｃを除く内側ケース１１の側面および上面と対向して配置されている。
【００３７】
可動断熱材１６は、後述する可動断熱材挿脱器１７により、内側ケース１１の冷却対象面と対向するように内側ケース１１と外側ケース１２との間に挿入されるとともに、可動断熱材挿脱器１７内に収納可能である。本実施形態では、内側ケース１１の冷却対象面は底面である。
【００３８】
断熱材１３および可動断熱材１６は、例えば、繊維系断熱材、発砲系断熱材に加え、断熱性能に優れた真空断熱材を用いることができる。
【００３９】
なお、図２に示すバッテリパックＢＴは、バッテリパックＢＴの底面を走行風又は車外空気による冷却対象面としているが、バッテリパックＢＴの形状、電動車両におけるバッテリパックＢＴの配置、車両空力設計、車両冷却設計等に応じて、適した冷却対象面とすることが好適である。同様に、図２に示すバッテリパックＢＴでは、冷却対象面を底面のみとしているが、冷却対象面は複数であっても構わない。
【００４０】
外側ケース１２は、底面と、上面と、側面とを有し、内側ケース１１、断熱材１３、および、可動断熱材１６を収容している。外側ケース１２の底面は図示しない一部が車両床面上に配置されて車両床面に支持されているとともに、車両床面に設けられた開口によりバッテリモジュールＭＤＬと対向する領域が外部環境に露出している。外側ケース１２の側面には、内側ケース１１の第１開口１１Ａ、第２開口１１Ｂ、および、第３開口１１Ｃと連続する第４開口１２Ａ、第５開口１２Ｂ、および、第６開口１２Ｃとを有している。また、外側ケース１２は、第４ドアＡ２と、第５ドアＢ２と、第６ドアＣ２とを有している。第４ドアＡ２は、外側ケース１２の外側に取り付けられ、上下方向にスライドして第４開口１２Ａと外部環境との間を開閉する。第５ドアＢ２は、外側ケースの１２の外側に取り付けられ、上下方向にスライドして第５開口１２Ｂと外部環境との間を開閉する。第６ドアＣ２は、外側ケース１２の外側に取り付けられ、上下方向にスライドして第６開口１２Ｃと車外排出ダクトＤ３との間を開閉する。
【００４１】
第１開口１１Ａおよび第４開口１２Ａは開口Ａを構成し、第２開口１１Ｂおよび第５開口１２Ｂは開口Ｂを構成し、第３開口１１Ｃおよび第６開口１２Ｃは開口Ｃを構成する。開口Ａ、開口Ｂおよび開口Ｃは、第１ケース１１、第２ケース１２および断熱材１３を貫通している。
【００４２】
冷却／加温装置１４は、バッテリ制御ユニット１０からの冷却／加温制御信号により、内側ケース１１内の空気を開口Ｂから取入れて、冷却および加温して排出する。冷却／加温装置１４は、開口Ｂと接続した空気取り入れ部１４ＩＮと、冷却／加温装置ダクトＤ２と接続した空気排出部１４ＯＵＴとを有している。冷却／加温装置１４は、内側ケース１１内の空気を取り入れて冷却／加温ダクトへ冷却した空気又は加温した空気を排出する。
【００４３】
車室内ダクトＤ１は、車室内とファン１５との間に設けられた風導管である。車室内ダクトＤ１は、車室内空気取入れ口Ｄ１０と、車室内空気取入れ口を開閉する第７ドアＤ１１と、を有している。車室内空気取入れ口Ｄ１０は車両の室内空間と接続している。第７ドアＤ１１は車室内空気取入れ口Ｄ１０の縁を支点として回転し、車室内ダクトＤ１と車室内の空間との間を開閉する。
【００４４】
冷却／加温装置ダクトＤ２は、冷却／加温装置１４の空気排出部１４ＯＵＴとファン１５との間に設けられた風導管である。ダクトＤ１とダクトＤ２とは、ファン１５の手前で連結している。
【００４５】
空気切替えフラップＦＬＰは、ダクトＤ１とダクトＤ２とが連結した部分に設けられ、ダクトＤ１とダクトＤ２とのいずれか一方とファン１５の空気とり入れ側との経路を開く。従って、冷却／加温装置１４と、車室内（搭載機器内）とのいずれか一方から排出された空気がファン１５の空気とり入れ側へ導かれる。
【００４６】
ファン１５はバッテリ制御ユニット１０からのファン制御信号により動作し、冷却／加温装置１４から排出された空気、又は、車室内（搭載機器内）の空気を取入れて、開口Ａから内側ケース内へ送り込む。
【００４７】
車外排出ダクトＤ３は、車外と内側ケース１１内との間に設けられた風導管である。車外排出ダクトＤ３は、車外空気排出口Ｄ３０と車外空気排出口Ｄ３０を開閉する第８ドアＤ３１と、を有している。車外空気排出口Ｄ３０は外部環境と接続している。第８ドアＤ３１は車外空気排出口Ｄ３０の縁を支点として回転し、車外排出ダクトＤ３と外部環境との間を開閉する。
【００４８】
可動断熱材挿脱器１７は、バッテリ制御ユニット１０からの可動断熱材挿脱器制御信号により、可動断熱材１６を内側ケース１１と外側ケース１２との間に挿入するとともに収納する。可動断熱材１６は、例えば円筒状に巻取られて可動断熱材挿脱器１７内に収容されてもよく、蛇腹状に折り畳まれて可動断熱材挿脱器１７内に収容されてもよい。可動断熱材１６が外側ケース１２の底面と内側ケース１１の底面との間に挿入されると、内側ケース１１は可動断熱材１６および断熱材１３により外部環境から断熱される。可動断熱材１６が巻き取られると、外側ケース１２および内側ケース１１の底面は断熱されること無く外部環境に曝されて、走行風又は車外空気により冷却することが可能となる。
【００４９】
図３は、バッテリ制御ユニット１０がバッテリパックＢＴの温度管理を行う際に用いる温度しきい値の一例を説明するための図である。
【００５０】
本実施形態では、バッテリ使用温度の上限値と下限値との間に、バッテリ温度管理範囲を設け、バッテリ温度管理範囲の中心値と上限値との間に３つの温度しきい値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３（中心値＜Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜上限値）を設け、バッテリ温度管理範囲の中心値と下限値との間に温度しきい値Ｍ１、Ｍ２（下限値＜Ｍ２＜Ｍ１＜中心値）を設けて、バッテリパックＢＴの温度を管理している。
【００５１】
これら温度しきい値の決め方の一例としては下記のように決めることができる。  
温度ステップＰ＝（温度管理範囲上限値−温度管理範囲中心値）÷４  
温度しきい値Ｐ１＝温度管理範囲中心値＋温度ステップＰ  
温度しきい値Ｐ２＝温度管理範囲中心値＋温度ステップＰ×２  
温度しきい値Ｐ３＝温度管理範囲中心値＋温度ステップＰ×３  
温度ステップＭ＝（温度管理範囲中心値−温度管理範囲下限値）÷４  
温度しきい値Ｍ１＝温度管理範囲中心値−温度ステップＭ  
温度しきい値Ｍ２＝温度管理範囲中心値−温度ステップＭ×２
ただし、上記温度しきい値の決め方は一例であり、冷却／加温装置１４による冷却／加温能力、車室内空気による冷却／加温能力、走行風・車外空気による冷却能力に応じて決めることが好適である。更に、冷却又は加温の待ち時間（レイテンシ）も考慮して設定することも好適である。また、バッテリ温度管理範囲、各温度しきい値を書き換え可能なメモリに入れておくことで、電気自動車メーカが車両製造時・販売時に設定する以外に車両点検時等に書き換えが可能となり、電池の劣化状況に応じて変更することも好適である。
【００５２】
バッテリ制御ユニット１０は、バッテリパックＢＴの温度が温度しきい値Ｍ１より大きく、温度しきい値Ｐ１未満である場合には、バッテリパックＢＴの冷却および加温を行わない。
【００５３】
バッテリ制御ユニット１０は、バッテリパックＢＴの温度が温度しきい値Ｐ１以上となると、バッテリパックＢＴの外部の温度に応じて走行風および車外空気による冷却を行う。バッテリパックＢＴの温度が温度しきい値Ｐ２以上となると、バッテリ制御ユニット１０は、バッテリパックＢＴの外部の温度に応じて走行風および車外空気による冷却を行うとともに車室内温度に応じてさらに車室内空気による冷却を行う。バッテリパックＢＴの温度が温度しきい値Ｐ３以上となると、バッテリ制御ユニット１０は、バッテリパックＢＴの外部の温度に応じて走行風および車外空気による冷却を行うとともに、冷却／加温装置１４によりバッテリパックＢＴの冷却を行う。
【００５４】
バッテリ制御ユニット１０は、バッテリパックＢＴの温度が温度しきい値Ｍ１以下となると、車室内温度に応じて車室内空気によるバッテリパックＢＴの加温を行う。バッテリ制御ユニット１０は、バッテリパックＢＴの温度が温度しきい値Ｍ２以下となると、冷却／加温装置１４によりバッテリパックＢＴの加温を行う。
【００５５】
図４は、バッテリ制御ユニット１０がバッテリパックＢＴの温度管理を行う動作の一例を示す状態遷移図である。本実施形態では、バッテリ温度管理範囲、バッテリ温度、車室内温度、車外温度から、走行風・車外空気によるバッテリパックＢＴの冷却、車室内空気によるバッテリパックＢＴの冷却又は加温、および、冷却／加温装置１４によるバッテリパックＢＴの冷却又は加温、の３つの処理を組み合わせてバッテリパックＢＴの温度をバッテリ温度管理範囲内に維持している。
【００５６】
図５は、バッテリパックＢＴの温度、車外温度、および車室内温度に応じたバッテリ制御ユニット１０の温度制御の一例を説明する図である。
【００５７】
バッテリパックＢＴの温度が温度しきい値Ｐ１未満であって、かつ、温度しきい値Ｍ１よりも大きいときには、バッテリ制御ユニット１０は、冷却制御も加温制御も行わない。（ステート１）
バッテリパックＢＴの温度が温度しきい値Ｐ１以上となると、バッテリパックＢＴの温度制御はステート１からステート２となる。バッテリ制御ユニット１０はバッテリパックＢＴの温度と車外温度とを比較する。バッテリ制御ユニット１０は、バッテリパックＢＴの温度が車外温度よりも高い場合（ステート２−１）、走行風および車外空気によりバッテリパックＢＴを冷却し、バッテリパックＢＴの温度が車外温度以下である場合（ステート２−２）、走行風および車外空気によるバッテリパックＢＴの冷却を行わない。
【００５８】
ここで、車両が駐車時には、走行風が無いために車外空気のみの冷却となる。車外空気による冷却のみでは走行風による冷却に比べると冷却能力は低くなるが、バッテリパックＢＴの温度上昇は、充電時のような駐車時の場合であっても発生するために、冷却対象面を車外空気により冷却することで冷却能力の向上と冷却で使用する電力の削減が可能である。
【００５９】
バッテリパックＢＴの温度が温度しきい値Ｐ２以上となると、バッテリパックＢＴの温度制御はステート２からステート３となる。バッテリ制御ユニット１０は、バッテリパックＢＴの温度と車外温度とを比較するとともに、バッテリパックＢＴの温度と車室内温度とを比較する。バッテリ制御ユニット１０は、バッテリパックＢＴの温度が車外温度よりも高い場合（ステート３−１）、走行風および車外空気によりバッテリパックＢＴを冷却し、バッテリパックＢＴの温度が車外温度以下である場合（ステート３−２）、走行風および車外空気によるバッテリパックＢＴの冷却を行わない。また、バッテリ制御ユニット１０は、バッテリパックＢＴの温度が車室内温度よりも高い場合（ステート３−３）、車室内空気によりバッテリパックＢＴを冷却し、バッテリパックＢＴの温度が車室内温度以下である場合（ステート３−４）、車室内空気によるバッテリパックＢＴの冷却を行わない。
【００６０】
バッテリパックＢＴの温度が温度しきい値Ｐ３以上となると、バッテリパックＢＴの温度制御はステート３からステート４となる。バッテリ制御ユニット１０は、バッテリパックＢＴの温度と車外温度とを比較する。バッテリ制御ユニット１０は、バッテリパックＢＴの温度が車外温度よりも高い場合（ステート４−１）、走行風および車外空気によりバッテリパックＢＴを冷却し、バッテリパックＢＴの温度が車外温度以下である場合（ステート４−２）、走行風おより車外空気によるバッテリパックＢＴの冷却を行わない。さらに、バッテリ制御ユニット１０は、冷却／加温装置１４を制御して、バッテリパックＢＴの冷却を行う。（ステート４）
バッテリパックＢＴの温度が温度しきい値Ｍ１以下となると、バッテリパックＢＴの温度制御はステート１からステート５となる。バッテリ制御ユニット１０は、バッテリパックＢＴの温度と車室内温度とを比較する。バッテリ制御ユニット１０は、バッテリパックＢＴの温度が車室内温度よりも低い場合（ステート５−１）、車室内空気によりバッテリパックＢＴを加温し、バッテリパックＢＴの温度が車室内温度以上である場合（ステート５−２）、車室内空気によるバッテリパックＢＴの加温を行わない。（ステート５）
バッテリパックＢＴの温度が温度しきい値Ｍ２以下となると、バッテリパックＢＴの温度制御はステート５からステート６となる。バッテリ制御ユニット１０は、冷却／加温装置１４を制御して、バッテリパックＢＴの加温を行う（ステート６）。
【００６１】
図６は、バッテリ制御ユニット１０の温度管理状態毎の、バッテリパックＢＴへの制御信号の一例を示す図である。
【００６２】
図７は、バッテリパックＢＴの冷却も加温も行わないときのバッテリパックＢＴである。ステート１、ステート２−２、ステート３−２かつステート３−４、およびステート５−２では、バッテリ制御ユニット１０はバッテリパックＢＴの冷却も加温も行わない。このとき、バッテリ制御ユニット１０は、冷却／加温制御信号をオフとして冷却／加温装置１４を停止するとともに、切替えフラップ制御信号を車室内側と車室内とファン１５との間の経路を開く。また、バッテリ制御ユニット１０は、ファン制御信号をオフとしてファン１５を停止する。また、バッテリ制御ユニット１０は、可動断熱材挿脱器制御信号を挿入として可動断熱材挿脱器１７から可動断熱材１６を内側ケース１１と外側ケース１２との間に挿入する。また、バッテリ制御ユニット１０は、ドアＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１１、Ｄ３１を閉じて、内側ケース１１および外側ケース１２内の空間と外部の空間と間の空気の経路を全て閉じる。
【００６３】
図８は、バッテリパックＢＴを走行風又は車外空気により冷却するときのバッテリパックＢＴである。ステート２−１、および、ステート３−１かつステート３−４では、バッテリ制御ユニット１０は走行風又は車外空気によりバッテリパックＢＴを冷却する。このとき、バッテリ制御ユニット１０は、冷却／加温制御信号をオフとして冷却／加温装置１４を停止するとともに、切替えフラップ制御信号を車室内側とし車室内とファン１５との間の経路を開く。また、バッテリ制御ユニット１０は、ファン制御信号をオフとしてファン１５を停止する。また、バッテリ制御ユニット１０は、可動断熱材挿脱器制御信号を巻取りとして可動断熱材挿脱器１７で可動断熱材１６を巻き取る。可動断熱材１６が巻き取られると、外側ケース１２および内側ケース１１の底面は断熱されること無く外部環境に曝されて、走行風又は車外空気により冷却される。また、バッテリ制御ユニット１０は、ドアＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１１、Ｄ３１を閉じて、内側ケース１１および外側ケース１２内の空間と外部の空間と間の空気の経路を全て閉じる。
【００６４】
図９は、バッテリパックＢＴを車室内空気により冷却又は加温するときのバッテリパックＢＴである。ステート３−２かつステート３−３、および、ステート５−１では、バッテリ制御ユニット１０は車室内空気によりバッテリパックＢＴを冷却又は加温する。このときバッテリ制御ユニット１０は、冷却／加温制御信号をオフとして冷却／加温装置１４を停止するとともに、切替えフラップ制御信号を車室内側とし車室内とファン１５との間の経路を開く。また、バッテリ制御ユニット１０は、ファン制御信号をオンとしてファン１５を稼動する。また、バッテリ制御ユニット１０は、可動断熱材挿脱器制御信号を挿入として、可動断熱材挿脱器１７で可動断熱材１６を内側ケース１１と外側ケース１２との間に挿入する。また、バッテリ制御ユニット１０は、ドアＡ１、Ａ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１１、Ｄ３１を開き、ドアＢ１、Ｂ２を閉じる。この状態では、車室内空気はファン１５により内側ケース１１内に取入れられて、内側ケース１１内のバッテリモジュールＭＤＬを冷却又は加温した後、車外排出ダクトＤ３の車外空気排出口Ｄ３０から排出される。
【００６５】
図１０は、バッテリパックＢＴを走行風又は車外空気により冷却するとともに、車室内空気により冷却するときのバッテリパックＢＴである。ステート３−１かつステート３−３では、バッテリ制御ユニット１０は走行風又は車外空気、および、車室内空気によりバッテリパックＢＴを冷却する。このときバッテリ制御ユニット１０は、冷却／加温制御信をオフとして冷却／加温装置１４を停止するとともに、切替えフラップ制御信号を車室内側とし車室内とファン１５との間の経路を開く。また、バッテリ制御ユニット１０は、ファン制御信号をオンとしてファン１５を稼動する。また、バッテリ制御ユニット１０は、可動断熱材挿脱器制御信号を巻取りとして、可動断熱材挿脱器１７で可動断熱材１６を巻き取る。可動断熱材１６が巻き取られると、外側ケース１２および内側ケース１１の底面は断熱されること無く外部環境に曝されて、走行風又は車外空気により冷却される。また、バッテリ制御ユニット１０は、ドアＡ１、Ａ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１１、Ｄ３１を開き、ドアＢ１、Ｂ２を閉じる。この状態では、車室内空気はファン１５により内側ケース１１内に取入れられて、内側ケース１１内のバッテリモジュールＭＤＬを冷却した後、車外排出ダクトＤ３の車外空気排出口Ｄ３０から排出される。
【００６６】
図１１は、バッテリパックＢＴを冷却／加温装置１４を用いて冷却又は加温するときのバッテリパックＢＴである。ステート４−２およびステート６では、バッテリ制御ユニット１０は、冷却／加温装置１４を用いてバッテリパックＢＴを冷却又は加温する。このときバッテリ制御ユニット１０は、冷却／加温制御信号をオンとして冷却／加温装置１４を稼動するとともに、切替えフラップ制御信号を冷却／加温装置側とし冷却／加温装置１４とファン１５との間の経路を開く。また、バッテリ制御ユニット１０は、ファン制御信号をオンとしてファン１５を稼動する。また、バッテリ制御ユニット１０は、可動断熱材挿脱器制御信号を挿入として、可動断熱材挿脱器１７で可動断熱材１６を内側ケース１１と外側ケース１２との間に挿入する。また、バッテリ制御ユニット１０は、ドアＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２を開き、ドアＣ１、Ｃ２、Ｄ１１、Ｄ３１を閉じる。この状態では、内側ケース１１内に取入れられた空気は、ファン１５により内側ケース１１内、冷却／加温装置１４、および冷却／加温装置ダクトＤ２を循環する。内側ケース１１内のバッテリモジュールＭＤＬは、冷却／加温装置１４により冷却又は加温された空気により冷却又は加温される。
【００６７】
図１２は、バッテリパックＢＴを冷却／加温装置１４を用いて冷却するとともに、走行風又は車外空気により冷却するときのバッテリパックＢＴである。ステート４−１では、バッテリ制御ユニット１０は、冷却／加温装置１４を用いてバッテリパックＢＴを冷却するとともに、走行風又は車外空気によりバッテリパックＢＴを冷却する。このときバッテリ制御ユニット１０は、冷却／加温制御信号をオンとして冷却／加温装置１４を稼動するとともに、切替えフラップ制御信号を冷却／加温装置側とし冷却／加温装置１４とファン１５との間の経路を開く。また、バッテリ制御ユニット１０は、ファン制御信号をオンとしてファン１５を稼働する。また、バッテリ制御ユニット１０は、可動断熱材挿脱器制御信号を巻取りとして、可動断熱材挿脱器１７で可動断熱材１６を巻き取る。また、バッテリ制御ユニット１０は、ドアＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２を開き、ドアＣ１、Ｃ２、Ｄ１１、Ｄ３１を閉じる。この状態では、ファン１５により内側ケース１１内に取入れられた空気は、内側ケース１１内、冷却／加温装置１４、および冷却／加温装置ダクトＤ２を循環して、バッテリモジュールＭＤＬを冷却する。また、外側ケース１２および内側ケース１１の底面は断熱されること無く外部環境に曝されて、走行風又は車外空気により冷却される。
【００６８】
上記のように、本実施形態のバッテリパックＢＴおよび電動車両によれば、バッテリ温度を下げる方向と上げる方向との両方の制御を行い、１つの機構で効率良くバッテリパックの温度管理を実現することができる。
【００６９】
また、バッテリパックＢＴを冷却するときには、バッテリパックＢＴの全面を断熱可能であるとともに、走行風又は車外空気による冷却が可能であることにより、車室内空気を使用することによる熱損失による車室内空調で使用する電力の低減と、冷却／加温装置１４の使用能力削減で使用する電力の低減を可能とする。
【００７０】
また、バッテリパックＢＴを加温するときには、バッテリパックＢＴの全面を断熱可能であることより、車室内空気を使用することによる熱損失による車室内空調で使用する電力の低減と、冷却／加温装置１４の使用能力削減で使用する電力の低減を可能とする。
【００７１】
また、バッテリパックＢＴの冷却および加温の両方の場合に、バッテリパックＢＴの全面を断熱できるため、必要となる冷却／加温能力が少なくてよいために、冷却／加温装置１４の大きさも小さくできる。
【００７２】
この結果、本実施形態によれば、冷却および加温に必要な電力と装置重量の削減が可能であり、バッテリパックＢＴの重量削減による電費向上・航続距離向上・加速性能向上等の電動車両性能の向上と、冷却／加温装置１４の体積削減、バッテリパックＢＴの体積削減による車両レイアウト性、居住性、および、生産性の向上が可能となる。
【００７３】
本実施形態によれば、バッテリの劣化を抑制するバッテリパック、二次電池装置、および電動車両を提供することができる。
【００７４】
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。これら新規な実施形態は、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、置き換え、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ともに、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。
【００７５】
なお、バッテリパックＢＴの構成部品の配置についても図２に示す場合に限定されるものではなく、バッテリパックＢＴの形状、電動車両におけるバッテリパックＢＴの配置、車室内の温度分布、車両空力設計、車両冷却設計等により、適した配置場所とすることが好適である。
【００７６】
また、バッテリパックＢＴは冷却対象面を外部に曝して冷却可能に構成されればよく、可動断熱材１６を可動断熱材挿脱器１７に収納する構成に限定されない。例えば、冷却対象面と断熱材との間の空間を外部と接続可能に構成して、走行風又は車外空気により冷却対象面を冷却してもよい。
【００７７】
また、上記実施形態では、二次電池装置を電動車両に搭載した場合について説明したが、二次電池装置の搭載機器は電動車両に限定されるものではない。電動車両以外の電子機器に搭載された場合であっても、上記実施形態と同様に搭載機器外の空気による冷却、搭載機器内の空気による冷却又は加温、および、冷却／加温装置による冷却又は加温を組み合わせてバッテリパックを冷却又は加温することにより、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７８】
ＢＴ…バッテリパック、ＷＬ…駆動輪、ＲＧ…減速機、Ｍ…モータ、ＩＮＶ…インバータ、ＭＤＬ…バッテリモジュール、ＦＬＰ…切替えフラップ（切換器）、Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１１、Ｄ２１、Ｄ３１…ドア、Ｄ１…車室内ダクト、Ｄ２…冷却／加温装置ダクト、Ｄ３…車外排出ダクト、Ａ…開口（第１開口）、Ｂ…開口（第２開口）、Ｃ…開口（第３開口）、Ｐ１〜Ｐ３、Ｍ１、Ｍ２…温度しきい値、１０…バッテリ制御ユニット、１１…内側ケース（第１ケース）、１２…外側ケース（第２ケース）、１３…断熱材、１４…冷却／加温装置、１５…ファン、１６…可動断熱材、１７…可動断熱材挿脱器、２０…車両制御ユニット、４２…車外温度センサ、４４…車室内温度センサ、６０…モータ制御ユニット。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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