(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池パックに備えられた導入口から排気口に空気を通過させて、前記電池パックに内蔵された電池を温調する電池の温調装置であって、
前記導入口から前記電池パック内に空気を供給する送風機と、
前記排気口を開閉する開閉器と、
前記電池の熱暴走を検出する熱暴走検出器と、
前記熱暴走検出器により前記電池の熱暴走が検出された際に、前記送風機による前記電池パック内への空気の供給を停止させるとともに、前記開閉器により前記排気口を開口させ、前記送風機の停止及び前記排気口の開口から所定時間経過したことが判別されると前記送風機を作動させる制御装置と、
を備え、
前記所定時間は、前記電池の熱暴走により発生する可燃性ガスの前記電池パック内の濃度が、可燃濃度の下限値を下回る時間であることを特徴とする電池の温調装置。
【請求項２】
前記電池パックは複数の前記電池を内蔵し、
前記熱暴走検出器は、複数の前記電池毎に熱暴走を検出し、
前記制御装置は、更に、前記熱暴走が検出された前記電池の個数が増加するに伴って、前記所定時間を増加させることを特徴とする請求項１に記載の電池の温調装置。
【請求項３】
前記熱暴走検出器は、前記電池の温度に基づいて前記熱暴走を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の電池の温調装置。
【請求項４】
前記熱暴走検出器は、前記電池の電圧に基づいて前記熱暴走を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の電池の温調装置。
【請求項５】
前記電池パックは、前記電池と前記送風機との間に熱遮蔽材を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電池の温調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パック内に空気を通過させて電池パック内の電池を温調する電池の温調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド車等のように高容量高出力の電池を搭載した車両において、当該電池を温調する電池温調装置を備えたものがある。電池温調装置としては、例えば複数の電池セルを収納した電池パック内に外気等の空気を通過させて冷却する空冷式の冷却装置が知られている。
例えば特許文献１には、電池パック（バッテリボックス）に空気の導入口と排気口とを設け、ファンによって空気を導入口に強制的に導入して、電池パック内の電池（バッテリ）を冷却し、排気口から空気を排出する構造の冷却装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５４６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１のように、電池パック内に空気を導入して電池の冷却を行う車両において、導入口及び排気口の少なくともいずれか一方に開閉弁を備え、電池の温度低下時には開閉弁を閉弁しておき、電池の温度上昇時に開閉弁を開弁するとともにファンを作動して空気を導入し電池パック内の電池を冷却するものがある。
しかしながら、上記のように開閉弁及びファンを備えた冷却装置では、電池の熱暴走により電池から可燃ガスが発生した場合、電池パック内に可燃ガスが充満しているときに、電池を冷却すべく開閉弁を開弁するとともに冷却ファンを作動させると、電池パック内への多量な空気の供給によって急激な発火燃焼を引き起こす虞がある。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、
熱暴走時に電池を冷却すべく電池パック内に空気を導入した際の安全性を向上させる電池の温調装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するべく、請求項１の電池の温調装置は、電池パックに備えられた導入口から排気口に空気を通過させて、前記電池パックに内蔵された電池を温調する電池の温調装置であって、前記導入口から前記電池パック内に空気を供給する送風機と、
前記排気口を開閉する開閉器と、前記電池の熱暴走を検出する熱暴走検出器と、
前記熱暴走検出器により前記電池の熱暴走が検出された際に、前記送風機による前記電池パック内への空気の供給を停止させるとともに、前記開閉器により前記排気口を開口させ、前記送風機の停止及び前記排気口の開口から所定時間経過したことが判別されると前記送風機を作動させる制御装置と、を備え、前記所定時間は、前記電池の熱暴走により発生する可燃性ガスの前記電池パック内の濃度が、可燃濃度の下限値を下回る時間であることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２の電池の温調装置は、請求項１において、前記電池パックは複数の前記電池を内蔵し、前記熱暴走検出器は、複数の前記電池毎に熱暴走を検出し、前記制御装置は、更に、前記熱暴走が検出された前記電池の個数が増加するに伴って、前記所定時間を増加させることを特徴とする。
また、請求項３の電池の温調装置は、請求項１または２において、前記熱暴走検出器は、前記電池の温度に基づいて前記熱暴走を検出することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４の電池の温調装置は、請求項１または２において、前記熱暴走検出器は、前記電池の電圧に基づいて前記熱暴走を検出することを特徴とする。
また、請求項５の電池の温調装置は、請求項１から４のいずれか１項において、前記電池パックは、前記電池と前記送風機との間に熱遮蔽材を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の電池の温調装置によれば、電池が熱暴走した際に、送風機による電池パック内への空気の供給が停止されるので、熱暴走した電池から発生した可燃性ガスが多量に電池パックに充満していたとしても、送風機によって多量の空気が供給されることによる電池パック内での可燃性ガスの発火燃焼を防止して、安全性を向上させることができる。また、送風機の停止とともに排気口が開口されるので、送風機が停止していても、電池パック内の可燃性ガスが排気口から少しずつ排出され、電池パック内の可燃性ガス濃度が徐々に低下する。そして、電池パック内の可燃性ガス濃度が、可燃濃度の下限値を下回る時間である所定時間経過した後に送風機を作動させることで、電池パック内での可燃性ガスの発火燃焼を防止した上で、送風機の作動後に電池の冷却を推進させることができ、更なる熱暴走を抑制することができる。
【００１０】
請求項２の電池の温調装置によれば、熱暴走している電池の個数が増加するに伴って所定時間を増加させることで、熱暴走している電池の個数が多くとも電池パック内の可燃性ガスを十分に排出させてから送風機を作動させることができ、電池パック内の可燃性ガスの発火燃焼を防止して安全性を向上させることができる。
請求項３の電池の温調装置によれば、電池の温度に基づいて、熱暴走しているか否かを判別することができ、送風機及び開閉器の作動制御により電池パック内での可燃性ガスの発火燃焼を防止した上で、電池を冷却して更なる熱暴走を抑制することができる。
【００１１】
請求項４の電池の温調装置によれば、電池の電圧に基づいて、熱暴走しているか否かを判別することができ、送風機及び開閉器の作動制御により電池パック内での可燃性ガスの発火燃焼を防止した上で、電池を冷却して更なる熱暴走を抑制することができる。
請求項５の電池の温調装置によれば、電池が熱暴走したときに、熱遮蔽材によって送風機の保護を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る電池の温調装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態における熱暴走時の温調装置の作動要領を示すフローチャートである。
【図３】ファン起動タイミングの設定要領を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電池の温調装置の概略構成図である。
本実施形態の電池の温調装置１は、例えば電気自動車やプラグインハイブリッド車のように、走行駆動用モータへ電力を出力する電池を搭載した車両に適用される。
図１に示すように、車両に搭載された電池パック２は、ケース３内に複数の電池セル４（電池)を搭載して構成されている。電池パック２では、隣り合う電池セル４が離間して配置され、電池セル４の間及び電池セル４の上部及び下部に空気の流通路５が形成されている。
【００１４】
電池パック２の車両前側下部には、電池パック２内に空気を導入する導入ダクト６（導入口）が設けられている。また、電池パック２の車両後側上部には、電池パック２内から空気を排出する排気口７が設けられている。
導入ダクト６には、電動式の冷却ファン１０（送風機）が設けられており、当該冷却ファン１０の回転により外気が電池パック２内に強制的に導入される。
【００１５】
電池パック２の内部には、導入ダクト６に最も近い電池セル４と冷却ファン１０の間を遮蔽するように金属等の耐熱性を有する薄板状の保護プレート１１（熱遮蔽材）が設けられている。
また、電池パック２には、排気口７を開閉する排気弁１２（開閉器）が設けられている。
【００１６】
冷却ファン１０を作動させると、導入ダクト６から電池パック２内に空気が導入される。このとき、導入ダクト６から導入された空気は、保護プレート１１の車両左右方向及び上方から廻り込むようにして電池パック２内に導入され、電池パック２内の流通路５を通過して、排気口７から排出される。これにより、高温となった電池セル４を外気と熱交換して冷却することができる。
【００１７】
冷却ファン１０及び排気弁１２は、車両に搭載に搭載されたセルマネジメントユニット２０（制御装置）により作動制御される。
また、電池パック２内の各電池セル４には、夫々電池セル４の温度を検出する温度センサ２１（熱暴走検出器）が設けられている。
セルマネジメントユニット２０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びタイマ等を含んで構成され、各温度センサ２１から電池セル４の温度を検入力して、冷却ファン１０及び排気弁１２を作動制御する。
【００１８】
セルマネジメントユニット２０は、車両電源オフ時に全ての電池セル４の温度が許容範囲内である場合には、冷却ファン１０の作動を停止し、排気弁１２を閉弁する。
図２は、本実施形態のセルマネジメントユニット２０において実行される熱暴走時の温調装置１の作動要領を示すフローチャートである。図３は、ファン起動タイミングの設定要領を説明するためのグラフである。
【００１９】
本制御は、車両電源オン時に繰り返し実行される。
始めにステップＳ１０では、通常冷却を行う。通常冷却は、電池セル４の温度が許容範囲の上限値より低い温度で適宜設定された所定温度Ｔ1以上となると、排気弁１２を開弁し、冷却ファン１０を作動させて、電池セル４を冷却する制御である。なお、電池セル４の温度が上記所定温度Ｔ1未満である場合には、排気弁１２を閉弁し、冷却ファン１０を停止させる。そして、ステップＳ２０に進む。
【００２０】
ステップＳ２０では、熱暴走セルがあるか否かを判別する。複数の電池セル４のうち、少なくとも１つの電池セル４で熱暴走がある場合には、ステップＳ３０に進む。全ての電池セル４で熱暴走がない場合には、ステップＳ２０に戻る。熱暴走があるか否かは、電池セル４の温度センサ２１から入力した電池セル４の温度Ｔcが、あらかじめ設定された所定温度Ｔ2より高い場合に、熱暴走ありと判定すればよい。所定温度Ｔ2は、熱暴走時に到達する電池セル４の温度に設定すればよい。なお、電池セル４の温度Ｔcの代わりに、各電池セル４の電圧Ｖcを検出する電圧センサ２２（熱暴走検出器）を設け、少なくとも１つの電池セル４で電圧センサ２２により検出した電圧Ｖcが急激に大きく変動した場合に熱暴走ありと判定してもよい。
【００２１】
ステップＳ３０では、冷却ファン１０をオフ（作動停止）とする。また、排気弁１２を開弁にする。排気弁１２が開弁になっている場合には開弁状態を維持するが、電池セル４の温度低下等により排気弁１２が閉弁状態である場合には、強制的に排気弁１２を開弁させる。そして、ステップＳ４０に進む。
ステップＳ４０では、ステップ３０において冷却ファン１０をオフにしてからの経過時間Ｔoffを計測し、当該経過時間Ｔoffが、あらかじめ設定されたファン起動タイミングＴfs（所定時間）を過ぎたか否かを判別する。冷却ファン１０をオフにしてからの経過時間Ｔoffが、ファン起動タイミングＴfsを過ぎている場合には、ステップＳ５０に進む。経過時間Ｔoffが、ファン起動タイミングＴfsを過ぎていない場合には、ステップＳ４０に戻る。
【００２２】
なお、図３は、本実施形態の電池パック２内に電池セル４からの可燃ガスが充満している状態から、冷却ファン１０オフのままで排気弁１２を開弁したときの、電池パック２内の可燃性ガス濃度の推移を示している。図３に示すように、冷却ファン１０がオフであっても排気弁１２を開弁することで、電池パック２内の可燃性ガス濃度が緩やかに低下する。そして、排気弁１２を開弁してから、電池パック２内の可燃性ガス濃度が可燃濃度（発火燃焼する濃度）の下限値を下回る経過時間をあらかじめ計算あるいは実験等で確認しておき、当該経過時間をファン起動タイミングＴfsとすればよい。
【００２３】
ステップＳ５０では、冷却ファン１０をオンにする。そして、本ルーチンを終了する。
以上のように制御することで、本実施形態では、電池セル４の熱暴走時には排気弁１２を開弁した状態で冷却ファン１０を停止する。これにより、熱暴走した電池セル４から可燃性ガスが発生し、電池パック２内に充満したとしても、冷却ファン１０による多量な空気の供給が抑えられるので、電池パック２内で可燃性ガスが発火燃焼することを防止することができ、安全性を向上させることができる。
【００２４】
そして、冷却ファン１０が停止しても排気弁１２が開弁しているので、電池パック２内の可燃性ガス濃度が徐々に低下し、可燃濃度の下限値よりも低下するに相当する時間経過してから、冷却ファン１０が作動するので、可燃性ガスの発火燃焼を防止した上で、冷却ファン１０の作動後に電池セル４の冷却が推進され、更なる熱暴走を抑制することができる。
【００２５】
また、本実施形態では、導入ダクト６側に冷却ファン１０が設けられているので、電池パック２内で高温となった空気が排気口７側から排出されても、冷却ファン１０を保護することができる。更に、導入ダクト６側に保護プレート１１を設けているので、導入ダクト６に最も近い電池セル４が熱暴走して、電池セル４から導入ダクト６側に熱風が逆流したとしても、冷却ファン１０に熱風が直接到達することを防止して、冷却ファン１０の故障を抑制することができる。
【００２６】
なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、ファン起動タイミングＴfsを電池パック２に対応した１つの設定値としているが複数設けてもよい。具体的には、ステップＳ２０において、電池セル４が熱暴走しているか判定する際に、熱暴走している電池セル４の個数を判定し、当該個数に応じてファン起動タイミングＴfsを変更すればよい。熱暴走している電池セル４の個数が多い場合には、可燃性ガスの発生量が多いことが予想されるので、排気弁１２を開弁してからの経過時間を多くしなければ、電池パック２内の可燃性ガス濃度が可燃濃度の下限値を下回らない虞がある。したがって、熱暴走している電池セル４の個数が多いほど、ファン起動タイミングＴfsを遅く、即ち排気弁１２を開弁してからの経過時間を増加させるように設定すればよい。
【００２７】
これにより、熱暴走している電池セル４の個数が多くとも、電池パック２内の可燃性ガス濃度が可燃濃度の下限値を下回った状態で冷却ファン１０を作動させることができ、冷却ファン１０作動時における可燃性ガスの発火燃焼を防止して、安全性を向上させることができる。また、熱暴走している電池セル４の個数が少ない場合にファン起動タイミングＴfsを極力早く設定することができ、熱暴走をより速やかに抑制することができる。
【００２８】
また、電池パック２へ導入する空気を外気だけでなく、車両の空調装置によって温調した空気を導入してもよい。また、電池パック２の形状や配置等の各種構造を適宜変更してもよい。本願発明は、走行駆動用モータへの電力供給用の電池以外でも適用可能であり、各種車両に搭載した電池や、その他電池を内蔵した電池パック内に送風して温調する温調装置に対して広く適用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  温調装置
２  電池パック
４  電池セル（電池）
６  導入ダクト（導入口）
７  排気口
１０  冷却ファン（送風機）
１１  保護プレート（熱遮蔽材）
１２  排気弁（開閉器）
２０  セルマネジメントユニット（制御装置）
２１  温度センサ（熱暴走検出器）
２２  電圧センサ（熱暴走検出器）
【図１】
0006341371.tif 000002
【図２】
0006341371.tif 000003
【図３】
0006341371.tif 000004