(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、
前記排気口から前記電池パック内の空気を吸い出す送風機と、
前記導入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、前記開閉器により前記導入口を閉口するとともに前記送風機による前記電池パック内からの空気の吸い出しを行い、前記開閉器による前記導入口の閉口及び前記送風機による吸い出し開始から所定時間経過した後に、前記導入口を開口させる制御装置と、
を備えた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】
前記電池パックの排気口と前記送風機との間の空気通路に空気を導入する空気導入路が設けられ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。
【請求項６】
前記排気口から排出される空気の温度を検出する排気温度検出器と、
前記空気導入路から前記空気通路に導入される空気量を調節する調節器と、を更に備え、
前記制御装置は、更に、前記排気温度検出器によって検出された前記空気の温度に基づいて、前記調節器による前記空気通路に導入される空気量の調節を行うことを特徴とする請求項５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】
また、排気口側にファンを設けて電池パックから電池パック内の空気を吸い出すような構造の場合、電池パック内で高温となった空気がファンを通過するので、ファンの耐久性が低下するといった問題点もある。
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、前記排気口から前記電池パック内の空気を吸い出す送風機と、前記導入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、前記開閉器により前記導入口を閉口した後に、前記送風機による前記電池パック内からの空気の吸い出しを行い、当該送風機による吸い出し開始から所定時間経過した後に、前記開閉器を作動制御して前記導入口を開口させる制御装置と、を備えたことを特徴とする。
【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、前記電池パックの排気口と前記送風機との間の空気通路に空気を導入する空気導入路が設けられたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項６の電池の温調装置は、請求項５において、前記排気口から排出される空気の温度を検出する排気温度検出器と、前記空気導入路から前記空気通路に導入される空気量を調節する調節器と、を更に備え、前記制御装置は、更に、前記排気温度検出器によって検出された前記空気の温度に基づいて、前記調節器による前記空気通路に導入される空気量の調節を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
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、導入口が閉じられるので、電池パック内への空気の供給が停止される。したがって、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たとしても、送風機の作動によって多量の空気が電池パック内へ流入することが防止される。これにより、電池パック内での可燃性ガスの発火燃焼を防止して、安全性を向上させることができる。また、導入口の閉口とともに送風機が作動されることで、電池パック内の可燃性ガスが空気とともに排気口から少しずつ吸い出され、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、所定時間経過した後に導入口を開口させることで、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。
【００１１】
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導入口を開口させることができ、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。
【００１２】
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、排気口から排出される電池パック内の空気に空気導入路から導入された空気が混合して、送風機を通過する空気の温度を低下させることができ、送風機の保護を図ることができる。
【００１３】
請求項６の電池の温調装置によれば、排気口から排出される空気の温度に基づいて空気導入路から空気通路に導入される空気量が調節されることで、送風機を通過する空気の温度を適切に調節することができる。これにより、送風機の保護を図るとともに、必要以上の空気導入路からの空気の導入を抑えて、送風機による電池パック内の空気の吸い出しを効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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】調節弁の開度設定用マップの一例である。
【図４】吸気弁を開弁する所定時間の設定要領を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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口６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。
電池パック２には、排気口７から延出して空気通路となる排気ダクト８が設けられている。排気ダクト８の先端部には、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の回転により電池パック２内から空気が吸い出される。
【００１７】
また、排気ダクト８に連結して空気導入路９が設けられている。空気導入路９は、排気口７と冷却ファン１０との間の排気ダクト８内に外気を導入する機能を有する。空気導入路９には当該空気導入路９の開度（流路面積）を変更する調節弁１１（調節器）が設けられている。
また、電池パック２には、導入口６を開閉する吸気弁１２（開閉器）が設けられている。
【００１８】
冷却ファン１０を作動させると、排気口７から排気ダクト８を通過して、電池パック２内の空気が排出される。このとき、吸気弁１２を開弁させることで、導入口６から電池パック２内に空気が導入され、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。
冷却ファン１０、調節弁１１及び吸気弁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。
【００１９】
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の温度を検出する電池温度センサ２１（熱暴走検出器）が設けられている。
更に、電池パック２には、排気口７から排出される空気の温度（排気温度）を検出する排気温度センサ１３（排気温度検出器）を備えている。
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、各電池温度センサ２１から電池セル４の温度を入力するとともに排気温度センサ１３から排気温度を入力し、冷却ファン１０、調節弁１１及び吸気弁１２を作動制御する。
【００２０】
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、吸気弁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、調節弁の開度設定用マップの一例である。図４は、吸気弁を開弁する所定時間の設定要領を説明するグラフである。
【００２１】
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、吸気弁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、吸気弁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。
【００２２】
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の電池温度センサ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。
【００２３】
ステップＳ３０では、吸気弁１２を閉弁させ、その後に冷却ファン１０をオンに（作動）する。なお、電池セル４の温度低下等により吸気弁１２が閉弁状態である場合には、閉弁状態を維持する。そして、ステップＳ４０に進む。
ステップＳ４０では、排気温度センサ１３から排気温度を入力し、当該排気温度に基づいて、調節弁１１の開度を制御する。そして、ステップＳ５０に進む。
【００２４】
図３に示すように、排気温度が上昇するに伴って、調節弁１１の開度を増加させるように制御する。排気温度が、冷却ファン１０の耐久温度(上限値)に近い高温では、耐久温度に到達する前に調節弁１１が全開となるように制御すればよい。また、冷却ファンの耐久温度(上限値)に直ぐに達しないような低温では、調節弁１１が全閉とすればよく、その間では連続的に変更するように設定すればよい。
【００２５】
ステップＳ５０では、ステップ３０において吸気弁１２が閉弁及び冷却ファン１０がオンになった状態からの経過時間Ｔonを計測し、当該経過時間Ｔonが、あらかじめ設定された所定時間Ｔvoを過ぎたか否かを判別する。経過時間Ｔonが、所定時間Ｔvoを過ぎている場合には、ステップＳ５０に進む。経過時間Ｔonが、所定時間Ｔvoを過ぎていない場合には、ステップＳ４０に戻る。
【００２６】
なお、図４は、本実施形態の電池パック２内に電池セル４から発生した可燃ガスが充満している状態から、吸気弁１２を閉弁し冷却ファン１０をオンにしたときの、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を作動させることで電池パック２内の可燃性ガスが排出されるが、吸気弁１２が閉弁しているので、電池パック２内に外気の流入が抑えられ、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、冷却ファン１０をオンにしてから、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、当該経過時間を所定時間Ｔvoとすればよい。
【００２７】
ステップＳ６０では、吸気弁１２を開弁させる。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の熱暴走時には吸気弁１２を閉弁した後に、冷却ファン１０を作動させる。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、電池パック２内の可燃性ガスが排出されるが、吸気弁１２が閉弁していることで、電池パック２内への空気の供給が抑えられ、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。
【００２８】
そして、冷却ファン１０の作動により、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、吸気弁１２が開弁するので、可燃性ガスの発火燃焼を防止した上で、吸気弁１２の開弁後に外気が多量に導入されて、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。
また、本実施形態では、排気口７と冷却ファン１０との間の排気ダクト８内に外気を導入する空気導入路９が設けられているので、電池セル４の熱暴走により電池パック２内の空気が高温となって排気口７から排出されても、空気導入路９から導入された外気と混合してから冷却ファン１０に到達するので、冷却ファン１０に到達する空気の温度を低下させ、冷却ファン１０を保護することができる。
【００２９】
また、空気導入路９の開度を調節する調節弁１１が設けられており、当該調節弁１１の開度を調節することで空気導入路９から排気ダクト８内に導入される外気の量を調節することができる。そして、排気温度センサ１３から入力した排気温度に基づいて調節弁１１を作動制御することで、冷却ファン１０に到達する空気の温度を調整することが可能となる。図３に示すように、排気口７から排出された空気の温度が高温である場合には、調節弁１１の開度を大きくして、空気導入路９から導入さる外気の量を増加させ、冷却ファン１０に到達する空気の温度を十分に低下させることができる。また、排気口７から排出された空気の温度が低温である場合には、調節弁１１の開度を小さくして、空気導入路９から導入さる外気の量を減少させ、排気口７から吸い出す空気量を確保して、電池パック２内から可燃性ガスを効率よく排出することができる。
【００３０】
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、所定時間Ｔvo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、当該個数に応じて所定時間Ｔvo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、吸気弁１２を閉弁し冷却ファン１０を作動させ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、所定時間Ｔvoを長くして、吸気弁１２を閉弁し冷却ファン１０を作動させてからの経過時間を増加させるように設定すればよい。
【００３１】
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所定時間Ｔvoを極力短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。
【００３２】
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空気を通過させ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】
【００３３】
１  温調装置
２  電池パック
４  電池セル（電池）
６  導入口
７  排気口
８  排気ダクト(空気通路)
９  空気導入路
１０  冷却ファン（送風機）
１１  調節弁（調節器）
１２  吸気弁（開閉器）
１３  排気温度センサ
２０  セルマネジメントユニット（制御装置）
２１  電池温度センサ（熱暴走検出器）
２２  電圧センサ（熱暴走検出器）
【図１】
0006350812.tif 000002
【図２】
0006350812.tif 000003
【図３】
0006350812.tif 000004
【図４】
0006350812.tif 000005