(57)【要約】【課題】車両等に搭載される電池の温度調整を行う電池温調装置に関し、空気の流動方向を組電池内の温度が高いまたは低い部分に正しく向かせて最適な温調を実現する。【解決手段】複数のフィン１０１の各フィン上の空気の流動が接する上下２面にそれぞれ近接して、温度を検出する２つのセンサ１０２が設置される。各フィン１０１およびそれに近接する２つのセンサ１０２は、一体となって回転可能なように構成される。制御部１０３は、各フィン１０１に設置された各２つのセンサ１０２が検出する温度が等しくなるように、空気の流動方向が温度の高い領域（または低い領域）に向かうように各フィン１０１の方向を回転させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源により温度調整された空気をファンを使って送風することにより電池の温度を調整する装置であって、
前記ファンから前記電池に送風される空気の流路上に設置され、前記空気の流動方向を変更可能なフィンと、
前記フィンに近接して設置され、前記電池の温度が高い部分を検出するセンサと、
前記センサが検出する温度に基づいて前記空気の流動が前記電池の温度が高い部分に向かうように前記フィンに対して前記空気の流動方向を変更させる制御部と、
を備えることを特徴とする電池温調装置。
【請求項２】
前記センサは、前記フィン上の前記空気の流動が接する上下２面にそれぞれ近接して設置され、
前記制御部は、前記上下２面に対応する各センサが検出する温度が等しくなるように、前記フィンの方向を回転させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の電池温調装置。
【請求項３】
前記センサは、複数のフィンのうちの所定のフィンに設置され、
前記制御部は、前記所定のフィンのそれぞれに対して、該所定のフィンの上下２面に対応する各センサが検出する温度が等しくなるように、該所定のフィンおよび前記センサが設置されている該所定のフィンの近傍のフィンの方向を共通に回転させる、
ことを特徴とする請求項２に記載の電池温調装置。
【請求項４】
前記センサは、前記フィンに近接する前記空気の流路上に設置され、前記電池の温度分布を検出するサーモグラフィセンサであり、
前記制御部は、前記サーモグラフィセンサが検出する温度分布に基づいて、前記フィンの方向を回転させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の電池温調装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記サーモグラフィセンサが検出する温度分布中の最も温度が高い部分または最も温度が低い部分に前記空気の流動が向くように、前記フィンの方向を回転させる、
ことを特徴とする請求項４に記載の電池温調装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記サーモグラフィセンサが検出する温度分布中の最も温度が高い部分が第１の温度閾値を上回っていた場合に前記熱源を冷房に設定し、該温度分布中の最も温度が低い部分が第２の温度閾値を下回っていた場合に前記熱源を暖房に設定する、
ことを特徴とする請求項５に記載の電池温調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等に搭載される電池の温度調整を行う電池温調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池や電池パックは、環境によって出力電力の特性が変化し、特に温度には敏感である。
最近では、いわゆるハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカー、あるいはハイブリッドビークル、ハイブリッドエレクトリックビークルなどと呼ばれる、エンジンに加えてモータ（電動機）を動力源として備えた車両または輸送機械（以下、「車両等」と称する）が実用化されている。さらには、エンジンを備えずモータのみで車両を駆動する電気自動車も実用化されつつある。
【０００３】
それらのモータを駆動する電源として、小型、大容量の特徴を有するリチウムイオン電池などが多く使用されるようになってきている。そして、このような用途においては、複数の電池や電池パックが相互に接続されて電源として供給される場合が多い。この場合、リチウムイオン電池などは温度による特性の変化が大きく、電池が使用される環境の温度によって電池の寿命も大きく変化する。
【０００４】
以上の特性により、電池パックは、なるべく所定温度になるように稼働させて、劣化を抑制するように制御することが求められる。従って、車両等に搭載される電池においては、いかにインテリジェントな温度調整制御（以下、「温調」と称する）を実現するかが重要である。
【０００５】
電池の温調制御に関連する従来技術として、電池モジュールとロワーケースとの間によって規定される冷却風流路の吸気側流路に、風向制御手段として、複数の風向変更装置が設けられ、電池モジュールの上部表面上に設けられた温度センサから制御部に入力される電池モジュールの温度情報に基づき、電池モジュールに供給される冷却風の流れ方向が制御される技術が知られている（例えば特許文献１に記載の技術）。
【０００６】
他の従来技術として、対向する一対の側パネルのそれぞれに形成される第１冷却風導入口及び第２冷却風導３２と、前記第１冷却風導入口及び前記第２冷却風導入口のそれぞれに配置されておのおの独立して動きが制御される第１整流フィン及び第２整流フィンと、側面で挟まれた間の略中間部に位置するように形成される冷却風排出口と、が設けられた筐体を有する組電池装置が知られている。この従来技術では、電池表面に設置された温度センサが検出する温度が所定温度（第１の閾値）よりも高くなったとＥＣＵが判断した場合に、ＥＣＵは、冷却風の風向が斜め上向きとなって筐体内に流れ込むように整流板の角度を調整している（例えば特許文献２に記載の技術）。
【０００７】
しかし、組電池のような複雑な構成を有する電池では、組電池を構成する電池セルの製造ばらつきや経年変化等により電池セルごとに内部抵抗のばらつきが生じ、組電池内の温度分布は一定ではなく変化し得る。従って、従来技術のように、単に電池モジュールの上部や表面に温度センサを配置しただけでは、その温度センサが検出する温度情報に基づいて風向変更装置や整流フィンによって空気の流動方向を組電池内の温度が高いまたは低い部分に正しく向かせることは難しいという問題点を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１８５７８８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２２５４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、空気の流動方向を組電池内の温度が高いまたは低い部分に正しく向かせて最適な温調を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、熱源により温度調整された空気をファンを使って送風することにより電池の温度を調整する装置であって、ファンから電池に送風される空気の流路上に設置され、空気の流動方向を変更可能なフィンと、フィンに近接して設置され、電池の温度が高い部分を検出するセンサと、センサが検出する温度に基づいて空気の流動が電池の温度が高い部分に向かうようにフィンに対して空気の流動方向を変更させる制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、フィンに近接して設置されたセンサが検出する温度に基づいて空気の流動方向を組電池内の温度が高いまたは低い部分に正しく向かせることが可能となり最適な温調が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態の装置構成図である。
【図２】各フィンを回転させるアクチュエータ機構の構成図である。
【図３】第１の実施形態の動作概念図である。
【図４】第１の実施形態における電池内温度検出動作の説明図（その１）である。
【図５】第１の実施形態における電池内温度検出動作の説明図（その２）である。
【図６】第１の実施形態の制御動作を示すフローチャートである。
【図７】第２の実施形態の構成図である。
【図８】第２の実施形態における電池内温度検出動作の説明図である。
【図９】第２の実施形態の制御動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の装置構成図である。第１の実施形態は、車両に搭載される電池の温度制御を行う電池温調装置として実施される。
【００１４】
組電池（以下単に「電池」と称する）１０４は、例えば車両等を駆動するリチウムイオン電池であり、複数の電池セルから構成されている。
電池１０４は、ファン１０６から発せられた空気が、熱源であるペルチェ素子１０５で冷却または加熱された後に、複数のフィン１０１を通って電池１０４に送風されることにより、冷房または暖房される。
【００１５】
第１の実施形態において、複数のフィン１０１の各フィン上の空気の流動が接する上下２面にそれぞれ近接して、温度を検出する２つのセンサ１０２が設置される。
各フィン１０１およびそれに近接する２つのセンサ１０２は、一体となって回転可能なように構成される。
【００１６】
制御部１０３は、各フィン１０１に設置された各２つのセンサ１０２が検出する温度に基づいて、空気の流動が電池１０４の温度が高い部分に向かうように各フィン１０１の方向を回転させて空気の流動方向を変更させる。
【００１７】
図２は、各フィン１０１を回転させるアクチュエータ機構の構成図である。図２において、フィン１０１、センサ１０２、および制御部１０３は、図１と同じものである。
各フィン１０１は、ギア群２０３を介してモータ２０２により回転可能なように構成される。
【００１８】
制御部１０３は、フィン１０１の上下両面に設置された＃１および＃２の２つのセンサ１０２が検出する温度に基づいて、空気の流動が電池１０４の温度が高い部分に向かうように、ギア群２０３の回転角を決定し、Ｄ／Ａ変換器２０２に回転角情報のデジタル値を出力する。Ｄ／Ａ変換器２０２は、そのデジタル値をアナログ値の回転角情報に変換し、モータ２０２に入力させる。この結果、モータ２０２は、入力した回転角情報に対応する回転角だけギア群２０３を駆動し、フィン１０１を回転させる。このとき、ギア群２０３での回転状態はエンコーダ２０４によって検出され、制御部１０３にフィードバックされる。これにより、制御部１０３は、フィードバック制御により、モータ２０２に与える回転角情報を修正し、フィン１０１の正確な回転を実現させる。このフィン１０１の回転により、空気の流動方向を変更させられる。
【００１９】
以上のアクチュエータ機構は、フィン１０１ごとに構成される。
図３は、第１の実施形態の動作概念図である。図１および図２に示される第１の実施形態の構成において、複数のフィン１０１は、通常は図３（ａ）に示されるように、ファン１０６からペルチェ素子１０５を介して送風される空気は、電池１０４に図３上水平方向に当たるように配置されている。その後、電池１０４内の電池セルの内部抵抗等のばらつきにより、図３（ｂ）の電池１０４内の３０１で示される領域の温度が高くなったとする。この場合、各フィン１０１に近接して設置されているセンサ１０２からの情報により、各フィン１０１が図３（ｂ）に示されるように回転させられる。この結果、ファン１０６からペルチェ素子１０５を介して送風される空気が、回転させられた各フィン１０１を通って、電池１０４内の温度が高い領域３０１の方向に向くように制御される。この結果、電池１０４内の温度が高い領域３０１が適切に冷房される。電池１０４内で部分的に温度が低い場合が生じた場合には、逆にペルチェ素子１０５にて加熱された空気がフィン１０１を介してその部分の方向に送風されることにより、適切な暖房動作が行われる。
【００２０】
ここで、多数の電池セルによって構成される電池（組電池）１０４は、複雑でかつ密集した構成を有するため、電池１０４内の各箇所に温度を検出するセンサを適切に配置することは、コスト面から困難である。このため、従来は、組電池の温度を検出するセンサは、電池セルのモジュールの表面等に設置されていた。しかしこれだと、組電池内の温度が高い部分を正確に検出することは困難で、フィンを適切に制御することは難しいという問題点を有していた。
【００２１】
これに対して、第１の実施形態は、電池１０４内ではなく、フィン１０１に近接して設置されるセンサ１０２によって、電池１０４内の温度が高い領域３０１を正確に検出することを可能にする。
【００２２】
図４は、第１の実施形態における電池内温度検出動作の説明図（その１）である。
第１の実施形態では、センサ１０２は、図４（ａ）の＃１および＃２のセンサ１０２として示されるように、フィン１０１上の空気の流動が接する上下２面にそれぞれ近接して設置される。
【００２３】
ここで、１つのフィン１０１に対して、例えば図４（ａ）に示されるように、斜め下方の電池１０４内に温度が高い領域４０１が存在したとする。この場合、温度の高い領域４０１により近く直接熱があたる＃２のセンサ１０２の方が＃１のセンサ１０２より検出温度が高くなると考えられる。そこで、本特許出願の発明者は、１つのフィン１０１において、＃１および＃２の２つのセンサ１０２の検出温度が等しくなるようにフィン１０１の傾きを制御することで、制御よくフィンの方向を制御できることを知見した。すなわち、図４（ｂ）に示されるように、フィン１０１の傾きの軸４０２が温度の高い領域４０１の方向に一致するようにフィン１０１が回転させられることにより、＃１および＃２のセンサ１０２が検出する温度がほぼ等しくなる。これにより、図１のファン１０６からペルチェ素子１０５を介して冷却された空気が、図４（ｂ）のように傾けられたフィン１０１を通ることにより、温度の高い領域４０１に向かって適切に送風されることになる。
【００２４】
図５は、第１の実施形態における電池内温度検出動作の説明図（その２）である。
いま、ｈ１およびｈ２をそれぞれ、熱源と＃１および＃２のセンサ１０２の距離とする。一般に、温度が高い領域４０１の熱源からの温度分布は同心円状に分布し、距離が長くなるほど温度が低くなる。従って、上記熱源から＃１のセンサ１０２までの距離ｈ１と上記熱源から＃２のセンサ１０２までの距離ｈ２に差があれば、＃１および＃２の各センサ１０２の検出温度には差が出る。一方、図４（ｂ）に示されるように、フィン１０１の傾きの軸４０２が上記熱源の方向を向いている場合には、上記熱源と各センサ１０２の中心の３点は二等辺三角形の関係になって、距離ｈ１と距離ｈ２はほぼ等しくなる。従って、この場合には、＃１および＃２の各センサ１０２の検出温度はほぼ等しくなる。
【００２５】
以上の知見より、＃１および＃２の各センサ１０２の検出温度が等しくなるようにフィン１０１の回転角を制御することにより、フィン１０１の傾きの軸４０２が温度が高い領域４０１の熱源に向くように制御することが可能であると考えられる。
【００２６】
ここで、＃１および＃２のセンサ１０２間の距離をｄ、フィン１０１の傾きの軸４０２が水平線に対してなす角をθとする。この場合に、θが小さいときには、次式が成立する。
【００２７】
ｈ１−ｈ２＝ｄｓｉｎθ≒ｄθ  ・・・（１）
いま、電池１０４内の熱源からの距離ｘに対する温度Ｔの変化率を（ｄＴ／ｄｘ）とする。この場合、（１）式で求まるｈ１とｈ２の差に上記変化率（ｄＴ／ｄｘ）を乗算して得られる値dθ（ｄＴ／dｘ）が、ｈ１とｈ２の差に対応する温度差になる。従って、各センサ１０２の温度検出精度を例えば０．１［度］とすれば、
dθ（ｄＴ／dｘ）＞０．１［度］  ・・・（２）
であるときに、＃１および＃２のセンサ１０２に検知可能な温度差があるといえる。
【００２８】
上記（２）式の関係を満たすように、＃１および＃２のセンサ１０２間の距離ｄと最小回転角θが決定されればよい。
図６は、図１および図２の構成を有する第１の実施形態の制御動作を示すフローチャートである。この制御動作は、制御部１０３内の特には図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置）が特には図示しないメモリに記憶された制御プログラムを実行する動作として実現される。なお、図６のフローチャートの制御動作は、図１の全てのフィン１０１について、順次実行される。
【００２９】
まず、図１の制御部１０３は、＃１のセンサ１０２の温度Ｔ１を取得する（ステップＳ６０１）。
次に、制御部１０３は、＃２のセンサ１０２の温度Ｔ２を取得する（ステップＳ６０２）。
【００３０】
そして、制御部１０３は、温度Ｔ１とＴ２の差の絶対値｜Ｔ１−Ｔ２｜が、所定の温度差閾値ｔｈよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ６０３）。
｜Ｔ１−Ｔ２｜＜ｔｈ  であってステップＳ６０３の判定がＹＥＳならば、制御部１０３は、現在制御しているフィン１０１は回転させる必要はない。この場合には、制御部１０３は、ステップＳ６０１の処理に戻って、ステップＳ６０１からＳ６０３までの一連の処理を繰り返し実行する。
【００３１】
｜Ｔ１−Ｔ２｜＜ｔｈ  が成立せずステップＳ６０３の判定がＮＯになると、制御部１０３は、Ｋ（Ｔ１−Ｔ２）度分、図２のアクチュエータ機構のモータ２０２をＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器２０１を介して駆動する（ステップＳ６０４）。ここで、Ｋは、適当な値の比例ゲインである。これにより、モータ２０２がギア群２０３を駆動して、フィン１０１を回転させる。
【００３２】
次に、制御部１０３は、ステップＳ６０４で設定した回転角と図２のエンコーダ２０４により検出される回転角との誤差を計測する（ステップＳ６０５）。
制御部１０３は、ステップＳ６０５で計測した誤差が所定の閾値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ６０６）。
【００３３】
上記誤差が閾値以上であってステップＳ６０６の判定がＮＯならば、制御部１０３は、モータ２０２の駆動を継続させてステップＳ６０５とＳ６０６の誤差計測および判定の処理を繰り返す。
【００３４】
上記誤差が閾値よりも小さくなってステップＳ６０６の判定がＹＥＳになると、フィン１０１に対する回転制御を停止し、ステップＳ６０１の処理に戻る。
なお、図６のフローチャートの制御動作は、例えば車両のイグニッションオフなどを契機とするプログラム割込みにより終了する（ステップＳ６０８）。
【００３５】
以上の第１の実施形態の制御処理により、フィン１０１の上下に２つのセンサ１０２を設置するという簡単な構成により、フィン１０１を電池１０４内の温度が高い領域に正確に向けることが可能となり、これによりその温度が高い領域を適切に冷房することが可能となる。なお、電池１０４内に温度が低い領域が生じて暖房の動作が必要になった場合も同様の制御が可能である。
【００３６】
図１に示される第１の実施形態の構成では、各フィン１０１の上下両面に２つずつのセンサ１０２が設置されている。これに対して、２つずつのセンサ１０２が複数のフィン１０１のうちの所定のフィン１０１に設置されるように構成することもできる。この場合、制御部１０３は、上記所定のフィン１０１のそれぞれに対して、その所定のフィン１０１の上下２面に対応する各センサ１０２が検出する温度が等しくなるように、上記所定のフィン１０２およびセンサ１０２が設置されていない上記所定のフィン１０２の近傍のフィン１０２の方向を共通に回転させるように構成することができる。
【００３７】
図７は、本発明の第２の実施形態の装置構成図である。第２の実施形態も、第１の実施形態の場合と同様に、車両に搭載される電池の温度制御を行う電池温調装置として実施される。図７に示される第２の実施形態の構成において、図１に示される第１の実施形態の場合と同じ番号を付した部分は同じ機能を有するものである。図７に示される第２の実施形態の構成が図１に示される第１の実施形態の構成と異なる点は、温度を検出するセンサが、フィン１０１に近接する空気の流路上に設置され、電池１０４の温度分布を検出するサーモグラフィセンサ７０１である点である。
【００３８】
図８は、第２の実施形態における電池内温度検出動作の説明図である。
第２の実施形態の構成では、図７のサーモグラフィセンサ７０１が検出する例えば図８に示されるようなサーモグラフィの温度分布画像８０１に対して、画像処理により最も温度が高い部分８０２（または低い部分）を同定し、その部分に空気の流動が向くように、フィン１０１の方向を回転させる。
【００３９】
フィン１０１を回転させるアクチュエータ機構の構成は、第１の実施形態における図２の構成と同様である。
図９は、図１および図２の構成を有する第２の実施形態の制御動作を示すフローチャートである。この制御動作は、制御部１０３内の特には図示しないＣＰＵが特には図示しないメモリに記憶された制御プログラムを実行する動作として実現される。なお、図９のフローチャートの制御動作は、図７の全てのフィン１０１について、順次実行される。
【００４０】
まず、制御部１０３は、サーモグラフィセンサ７０１によるサーモグラフィ画像の情報を取得する（ステップＳ９０１）。
次に、制御部１０３は、そのサーモグラフィ画像上で、最も高温な位置（Ｐ１）、最も低温な位置（Ｐ２）を同定し、それぞれの位置での温度（Ｐ１ではＴ１、Ｐ２ではＴ２）を取得する（ステップＳ９０２）。
【００４１】
次に、制御部１０３は、最も高温な位置Ｐ１の温度Ｔ１が高温閾値ｔｈｍａｘより高いか否かを判定する（ステップＳ９０３）。
Ｔ１＞ｔｈｍａｘ  であってステップＳ９０３の判定がＹＥＳならば、制御部１０３は、ペルチェ素子１０５を冷房に設定する（ステップＳ９０４）。
【００４２】
そして、制御部１０３は、フィン１０１を、最も高温な位置Ｐ１に向くように回転させる。この制御処理は、第１の実施形態における図６のステップＳ６０４からＳ６０７の処理と同様である。
【００４３】
回転が終了したら、制御部１０３は、ステップＳ９０１の処理に戻る。
Ｔ１＞ｔｈｍａｘ  が成立せずステップＳ９０３の判定がＮＯならば、制御部１０３は、最も低温な位置Ｐ２の温度Ｔ２が低温閾値ｔｈｍｉｎより低いか否かを判定する（ステップＳ９０６）。
【００４４】
Ｔ１＜ｔｈｍｉｎ  であってステップＳ９０６の判定がＹＥＳならば、制御部１０３は、ペルチェ素子１０５を暖房に設定する（ステップＳ９０７）。
そして、制御部１０３は、フィン１０１を、最も低温な位置Ｐ２に向くように回転させる。この制御処理も、ステップＳ９０５と同様、第１の実施形態における図６のステップＳ６０４からＳ６０７の処理と同様である。
【００４５】
回転が終了したら、制御部１０３は、ステップＳ９０１の処理に戻る。
Ｔ１＜ｔｈｍｉｎ  が成立せずステップＳ９０６の判定がＮＯの場合も、制御部１０３は、ステップＳ９０１の処理に戻る。
【００４６】
なお、図９のフローチャートの制御動作は、例えば車両のイグニッションオフなどを契機とするプログラム割込みにより終了する（ステップＳ９０９）。
以上の第２の実施形態の制御処理により、フィン１０１の近傍にサーモグラフィセンサ７０１を設置するという簡単な構成により、第１の実施形態の場合と同様に、フィン１０１を電池１０４内の温度が高い（または低い）領域に正確に向けることが可能となり、これによりその領域を適切に冷房（または暖房）することが可能となる。
【符号の説明】
【００４７】
１０１  フィン
１０２  センサ
１０３  制御部
１０４  電池
１０５  ペルチェ素子
１０６  ファン
２０１  Ｄ／Ａ変換器
２０２  モータ
２０３  ギア群
２０４  エンコーダ
３０１、４０１  温度が高い領域
４０２  傾きの軸
７０１  サーモグラフィセンサ
８０１  サーモグラフィ画像
８０２  最も温度が高い部分
【図２】
2013152839.tif 000003
【図６】
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【図９】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2013152839.tif 000009
【図７】
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【図８】
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