(57)【要約】【課題】電気エネルギーの充放電に応じた冷却制御を通じて電源装置の冷却に伴う電力消費量を低減する。【解決手段】本発明の電源装置の冷却システムは、電源装置を冷却するファンと、電源装置の充放電状態に応じてファンを駆動制御する制御手段と、を含み、制御手段が、電源装置が充電状態である場合、電源装置が放電状態であるときよりも低い出力でファンの駆動制御を遂行するので、電源装置の冷却に伴う電力消費量を低減することが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置の冷却システムであって、
前記電源装置を冷却するファンと、
前記電源装置の充放電状態に応じて前記ファンを駆動制御する制御手段と、を含み、
前記制御手段は、前記電源装置が充電状態である場合、前記電源装置が放電状態であるときよりも低い出力で前記ファンの駆動制御を遂行することを特徴とする冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置の冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド車に搭載される電池パックは、ファン等の冷却装置によって冷却され、電池パック内部の温度上昇を抑制している。例えば、ファンから送り込まれる空気等の冷却媒体が電池パック内を流通して電池モジュールと接触し、電池モジュールとの熱交換により温められた空気が電池パック外に排出されることで、電池パック内部が冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−６３６８２号公報
【特許文献２】特開２００６−１５６３８２号公報
【特許文献３】特開２００５−２０４４８１号公報
【特許文献４】特開２００２−１４１１１４号公報
【特許文献５】特開２００４−８０９８９号公報
【特許文献６】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】
【０００４】
本発明は、電気エネルギーの使用（放電）や蓄積（充電）に応じた冷却制御を通じて、電源装置の冷却に伴う電力消費量を低減した冷却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】
【０００５】
本発明の電源装置の冷却システムは、電源装置を冷却するファンと、電源装置の充放電状態に応じてファンを駆動制御する制御手段と、を含み、制御手段が、蓄電モジュールが充電状態である場合、蓄電モジュールが放電状態であるときよりも低い出力でファンの駆動制御を遂行する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明では、電気エネルギーの利用状態に応じたファンの駆動制御を遂行するので、電源装置の冷却に伴う電力消費量を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】電源装置の冷却システムの概略断面図である。
【図２】冷却システムのシステム構成図の一例を示す図である。
【図３】電池モジュールの各部位の温度と使用状態との関係の一例を示すグラフである。
【図４】冷却システムの各制御値の一例を示す図である。
【図５】冷却システムの動作フローの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施例について説明する。
【０００９】
（実施例１）
図１から図５は、本発明の実施例１に係る図である。図１は、本実施例の電源装置の冷却システム１を示す概略断面図であり、図２は、本実施例の冷却システム１のシステム構成図の一例である。
【００１０】
本実施例の冷却システム１は、電池パック１０を冷却するファン３０とファン３０の駆動制御を行うコントローラ４０とを含んで構成される。ファン３０が電池パック１０内部に冷却媒体を送り込み、電池パック１０内に配置される電池モジュール２０を冷却する。電池パック１０に設けられた冷却媒体の供給口１１から電池パック１０内に流入した冷却媒体は、複数の単電池（蓄電体）２１が積層された長尺状の電池モジュール（蓄電モジュール）２０の単電池２１間を流通して排出口１６から電池パック１０の外部に排出される。
【００１１】
ファン３０は、電池パック１０に設けられる冷却媒体の供給口１１、又はファン３０から送り込まれる冷却媒体が流通し、供給口１１に接続する供給ダクト２に設けられる。ファン３０は、ファン駆動モータによって回転する１つ又は複数の羽根部を備え、モータに供給される電力供給量に応じた回転数（回転速度）で回転する。ファン３０の駆動制御、すなわち、ファン３０による冷却媒体の流量制御は、コントローラ４０によって制御される。
【００１２】
なお、本実施例の冷却システム１は、例えば、供給口１１から外気を取り込んで排出口１６から車両外部に排気する開循環型の冷却構造や、閉循環型の冷却構造（供給口１１から導入された冷却媒体が電池パック１０内を流通して排出口１６から電池パック１０外に排出し、排出口１６から流出した冷却媒体が所定の冷却装置により冷やされて供給口１１に循環される、冷却媒体が外部と隔離されて閉循環する冷却構造）を適用することができる。なお、開循環型の冷却構造である場合、外気（空気）が冷却媒体であり、閉循環型の冷却構造の場合、気体又は液体の冷却媒体を用いることができる。
【００１３】
さらに本実施例の冷却システム１は、電池モジュール２０の長尺方向に冷却媒体を流通させる流路１７を含む。流路１７には、電池モジュール２０の長尺方向に対する冷却媒体の流通量を制御するバルブ（流量制御手段）１８が複数設けられている。
【００１４】
流路１７は、供給口１１が設けられる電池パック１０のケース壁部と電池モジュール２０との間に形成される流路であり、電池モジュール２０の長尺方向と同じか長い冷却媒体の流通空間である。
【００１５】
図１の例を参照した説明すると、冷却システム１は、電池パック１０（電池モジュール２０を収容するケース部材）の上部の略中央（長尺方向における電池モジュール２０の中央部位に相当する位置）に供給口１１が形成され、冷却媒体が電池パック１０の側部（電池モジュール２０の積層方向側のケース部材）であって電池モジュール２０の下方に排出口１６が形成される。
【００１６】
供給口１１から導入された冷却媒体は、流路１７によって電池モジュール２０の端部に向かって長尺方向（積層方向）に広がるように流通しつつ、単電池２１間を電池パック１０の下方に流通し、排気口１６から電池パック１０外に排出される。
【００１７】
バルブ１８は、流路１７を流通する冷却媒体の流通量を制御する弁等の流量制御手段である。例えば、仕切り弁（gate valve）や蝶形弁（butterfly valve)等を用いることができる。本実施例では、流路１７の長尺方向に所定の間隔で複数のバルブ１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄが設けられる。また、供給口１１にもバルブ１８ｅが設けられている。
【００１８】
バルブ１８の開閉制御（バルブ１８による流路１７の開閉制御）は、コントローラ４０によって遂行される。つまり、本実施例の各バルブ１８は、電池モジュール２０の各部位に対応する冷却媒体の供給口（吸気口）であり、開閉制御により供給口から電池モジュール２０の各部位に供給される冷却媒体の流通量を調節することができる。コントローラ４０によるファン３０及び各バルブ１８の制御については後述する。
【００１９】
図２に示すように、冷却システム１は、コントローラ４０によって制御され、コントローラ４０は、ファン３０及びバルブ制御部３５と接続し、ファン３０の回転駆動を制御するとともに、バルブ制御部３５を介して各バルブ１８の開閉制御を遂行する。コントローラ４０は、ファン３０の回転駆動制御及びバルブ制御部３５を介したバルブ１８の開閉制御を通じて、電池パック１０の冷却制御を遂行する。
【００２０】
また、冷却システム１は、電池モジュール２０に設置される温度センサＴを含み、温度センサＴによって検出される温度データがコントローラ４０に入力される。本実施例のコントローラ４０は、例えば、電池モジュール２０の充放電制御を遂行するバッテリ制御装置であり、ＥＶ走行、エンジン＋ＥＶ走行、又は回生ブレーキ等の車両制御を遂行する不図示のメインコントローラと接続する。
【００２１】
コントローラ４０は、電池モジュール２０の温度に基づくファン３０の駆動制御を遂行して電池パック１０の冷却を行うが、本実施例では、メインコントローラから出力される車両状態（走行モード、非走行モード）と、電池モジュール２０の利用状態（充放電状態）に基づいて、冷却システム１の制御を遂行する。なお、コントローラ４０の制御は、充放電制御とは個別に行うこともでき、バッテリ制御装置と個別のコントローラとして構成することも可能である。この場合、バッテリ制御装置又はメインコントローラからＥＶ走行、エンジン＋ＥＶ走行、又は回生ブレーキの各利用状態情報、温度情報を取得して冷却システム１の制御を遂行する。
【００２２】
図３は、ＥＶ走行時、エンジン＋ＥＶ走行時（ＨＶ走行時）、又は回生ブレーキ時及び停車時の電池モジュールの各部位の温度分布を示すグラフである。基本的に、電池モジュールは、充放電の際に発熱し、入出力される電力量（電流量）に応じて温度が高くなる。図３に示すように、ＥＶ走行は、電池モジュール２０から出力（放電）される電気エネルギーのみで走行（モータ走行）するので、電池モジュール２０の温度が大きく上昇する。ＨＶ走行時は、エンジンからの動力と電気エネルギーとで走行するので、ＥＶ走行時に比べて電池モジュール２０からの出力電力が小さく、ＥＶ走行時の電池モジュール２０の温度上昇（発熱）よりも小さい。
【００２３】
一方、回生ブレーキ時は、例えば、走行中にアクセルを離した際やブレーキを踏んだ際の車両の制動時に発生する運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、電池パック１０に電力を蓄える（充電）する走行状態であり、急激に大きな電流が電池モジュール２０に流れ込むことがないため、ＥＶ走行やＨＶ走行時の電池モジュール２０の放電状態に比べて電池モジュール２０の温度上昇が小さい。
【００２４】
なお、電池パック１０は、三相交流モータ等のモータ・ジェネレータ（不図示）に接続されており、モータ・ジェネレータが電池パック１０の出力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギーを生成し、モータ・ジェネレータの回転力が動力伝達機構を介して、車輪に伝達されることで、ＥＶ走行やＨＶ走行が実現される。また、モータ・ジェネレータが、車両の制動時に発生する運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、電池パック１０に出力することで、電池パック１０が電力を蓄えることができる。
【００２５】
本実施例は、電池モジュール２０の放電時及び充電時それぞれで相違するファン３０の駆動制御を遂行して、放電時及び充電時の各発熱（温度上昇）に対して適切な冷却性能を提供しつつ、ファン３０による冷却に伴う電力消費量を低減させる。
【００２６】
また、本実施例では、複数のバルブ１８の開閉制御を合わせて遂行し、電池モジュールの長尺方向における冷却効率を高め、冷却性能を好適に維持したまま、ファン３０による冷却に伴う電力消費量を低減させる。
【００２７】
具体的には、図３に示すように、長尺状の電池モジュール２０の中央部位の温度が高く、中央部位から長尺方向の両端部に向かって温度が低くなり、また、排気口１６から近い部位の温度よりも遠い部位の温度が高くなっている。
【００２８】
図１の例では、長尺状の電池モジュール２０の中央部位が端の部位に比べて高温となるので、冷却媒体供給口１１が電池モジュール２０の長尺方向における中央付近に配設されている。本実施例では、図３に示すように、電池モジュール２０の図示右端側方向に排気口１６から遠い部位の温度は、電池モジュール２０の図示左端側方向に排気口１６から近い部位の温度よりも高いので、バルブ１８の開閉制御を通じて排気口１６から遠い部位に対する冷却媒体の流通量を、排気口１６から近い部位に対する冷却媒体の流通量よりも大きくなるように制御し、温度が高い部位（温度が高くなり易い部位）に対して効率的な冷却を行う。
【００２９】
図４は、本実施例の冷却システム１の各制御値の一例を示す図であり、図４（ａ）は、バルブ１８の開閉制御値（開度レベル値）の一例である。図４（ａ）の例では、バルブ１８の開度レベルを１０段階で制御し、開度レベルが高いほど、バルブ１８の開口面積が大きくなり、低いほど開口面積が小さくなる。また、バルブ１８ａ、１８ｂ、１８ｃ及び１８ｄの開度は、車両状態及び充放電状態に応じて制御される。また、各バルブの開度は、それぞれが異なる開度となるように制御することも可能であり、特に、排気口１６から近い部位に対応するバルブ１８ａ、１８ｂの開度よりも、排気口１６から遠い部位に対応するバルブ１８ｃ、１８ｄの開度を大きく（供給口１４、１５の開口面積（流路径）を大きく）するように制御することができる。
【００３０】
なお、供給口１１は、流路１７に冷却媒体を供給する供給導入口であるので、供給口１１に設けられるバルブ１８ｅは、常に全開（開度レベル１０）に設定することができる。また、冷却効率及びコスト削減の観点から、バルブ１８ｅ自体を設けない構成としてもよい。
【００３１】
図４（ｂ）は、ファン駆動レベルの制御値の一例を示す図である。ファン３０の流量レベルを１〜１０段階で制御し、流量レベル（駆動レベル）が大きいほど多くの冷却媒体が供給口１１から電池パック１０内に流入し、流量レベル小さいほど供給口１１から電池パック１０内に流入する冷却媒体の流量が少なくなる。また、上述したようにファン３０の回転数を制御することで流量を調節でき、コントローラ４０は、ファン３０の流量レベル１〜１０に対応する各電力出力値でファン駆動モータを制御し、ファン３０によって送り込まれる冷却媒体の流量を制御する。
【００３２】
図４（ｃ）は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示した各制御値に基づく冷却システム１の流量制御値の一例を示す図である。図４（ｃ）に示すように、バルブの開度とファン３０の流量レベルに基づいた制御値となっており、例えば、バルブ１８ｅが全開でファン３０の流量レベルが最大である場合、流量制御値１００（開度１０×流量レベル１０）となる。
【００３３】
そして、本実施例では、ＥＶ走行、エンジン＋ＥＶ走行、回生ブレーキ、及び停車時の４つの状態に分類して、それぞれ異なる駆動レベルでファン３０を制御する。詳細には、車両の走行モード／非走行モードで分類し、さらに走行モードがＥＶ走行、エンジン＋ＥＶ走行、回生ブレーキの各状態に分類される。また、ＥＶ走行、エンジン＋ＥＶ走行、及び回生ブレーキの各状態は、電池モジュール２０に使用状態でさらに分類することができ、ＥＶ走行とエンジン＋ＥＶ走行が放電状態、回生ブレーキが充電状態として分類することができる。
【００３４】
ファン３０の駆動に使用する電力消費量は、ＥＶ走行、エンジン＋ＥＶ走行、回生ブレーキ、及び停車時の各状態で異なり、かつ電池パック１０の利用状態（放電状態、充電状態）に応じたファン３０の駆動制御により、冷却に伴うファン３０の電力消費量を低減させている。
【００３５】
また、図４（ｃ）に示すように、排気口１６から遠い部位に対する冷却媒体の流通量が排気口１６から近い部位に対応するバルブ１８ａ、１８ｂの流通量よりも大きくなるように、言い換えれば、排気口１６から遠い部位に対応するバルブ１８ｃ、１８ｄの開度を、排気口１６から近い部位に対応するバルブ１８ａ、１８ｂの開度よりも大きくするように制御し、例えば、ファン３０による冷却媒体の供給量がＥＶ走行又はエンジン＋ＥＶ走行時よりも少なく制御される回生ブレーキ状態であっても、電池モジュール２０の長尺方向において温度が高い部位（温度が高くなり易い部位）に効率的な冷却（局所的に冷却媒体の流通量を増やして所望の部位に対する集中的な冷却）を行うことができる。
【００３６】
なお、図３のグラフでは、電池モジュールの排気口１６から遠い部位が、排気口１６から近い部位よりも高温となる例について説明しているが、これに限らず、本実施例の冷却システム１の冷却制御は、流路１７を電池モジュール２０の長尺方向に流通する冷却媒体の流量を各バルブ１８によって制御し、排気口１６から遠い部位、近い部位に限らずに、所望する電池モジュールの部位に対し、局所的に冷却媒体の流通量を増やして集中的な冷却を行うことができる。
【００３７】
図５は、本実施例の冷却システム１の動作フロー（制御フロー）を示す図である。
【００３８】
コントローラ４０は、温度センサＴによって検出された電池モジュール２０の温度に基づいて、冷却システム１の冷却制御を遂行する。コントローラ４０は、ステップＳ１０１において検出温度が所定値よりも大きい場合、ファン３０を用いた電池モジュール２０の冷却を開始する。
【００３９】
コントローラ４０は、ステップＳ１０１で電池モジュール２０の温度が所定値よりも大きいと判別された場合に、不図示のメインコントローラから車両の状態信号を受信し、車両が走行モードであるのか、非走行モードであるのかを判別する（Ｓ１０２）。なお、非走行モードとは、例えば、車速＝０の状態であり、車両が停車している状態である。走行モードとは、エンジン又は／及び電池パック１０の電気エネルギーによって車速＞０の状態である。メインコントローラから車両の状態信号として、車両の速度を受信し、車速が＝０であるか否かを判別して、車速＝０である場合は、非走行モード、車速＞０であれば、走行モードと識別することができる。
【００４０】
ステップＳ１０２において非走行モードと判別された場合、コントローラ４０は、図４に示した各制御値に基づいて、停車時の流量レベル及び開度レベルを用いたファン３０の駆動制御（流量レベル４）を遂行するとともに（Ｓ１０３）、各バルブ１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ）それぞれの開閉制御（停車時開度レベル）を遂行する（Ｓ１０４）。なお、バルブ１８ｅは、上述したように開度レベル１０を既定値（固定値）として制御することができる。
【００４１】
一方、ステップＳ１０２において走行モードと判別された場合、コントローラ４０は、さらに、電池モジュール２０の利用状態を判別する（Ｓ１０５）。コントローラ４０は、メインコントローラからＥＶ走行、エンジン＋ＥＶ走行、又は回生ブレーキの各利用状態情報を受信し、走行モード時の電池モジュール２０の利用状態を判別する。
【００４２】
コントローラ４０は、電池モジュール２０の利用状態がＥＶ走行である場合、図４に示した各制御値に基づいて、ＥＶ走行時の流量レベル及び開度レベルを用いたファン３０の駆動制御（流量レベル１０）を遂行するとともに（Ｓ１１０）、各バルブ１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ）それぞれの開閉制御（ＥＶ走行開度レベル）を遂行する（Ｓ１１１）。
【００４３】
コントローラ４０は、電池モジュール２０の利用状態がエンジン＋ＥＶ走行である場合、図４に示した各制御値に基づいて、ＥＶ走行時の流量レベル及び開度レベルを用いたファン３０の駆動制御（流量レベル９）を遂行するとともに（Ｓ１０８）、各バルブ１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ）それぞれの開閉制御（エンジン＋ＥＶ走行開度レベル）を遂行する（Ｓ１０９）。
【００４４】
コントローラ４０は、電池モジュール２０の利用状態が回生ブレーキである場合、図４に示した各制御値に基づいて、ＥＶ走行時の流量レベル及び開度レベルを用いたファン３０の駆動制御（流量レベル７）を遂行するとともに（Ｓ１０６）、各バルブ１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ）それぞれの開閉制御（回生状態開度レベル）を遂行する（Ｓ１０７）。
【００４５】
本実施例の冷却システム１は、電池モジュール２０の放電時及び充電時それぞれで相違するファン３０の駆動制御を遂行して、放電時及び充電時の各発熱（温度上昇）に対して適切な冷却性能を提供しつつ、ファン３０による冷却に伴う電力消費量を低減させることが可能となる。
【００４６】
また、複数のバルブ１８の開閉制御を合わせて遂行し、電池モジュールの長尺方向における冷却効率を高め、冷却性能を好適に維持したまま、ファン３０による冷却に伴う電力消費量を低減させることができる。
【００４７】
そして、本実施例の冷却システム１は、電源装置を冷却するファンと、電源装置の充放電状態に応じてファンを駆動制御する制御手段とを含み、制御手段（コントローラ）が、電源装置が充電状態である場合、電源装置が放電状態であるときよりも低い出力でファンの駆動制御を遂行する冷却システムとして構成できる。
【００４８】
また、電池モジュールの放電時及び充電時それぞれで相違するファンの駆動制御及びバルブの開閉制御を合わせて遂行し、電源装置を冷却するファンと、電源装置を構成する複数の単電池が積層された電池モジュールの積層方向（長尺方向）に延設され、ファンから供給される冷却媒体を電池モジュールの端部に向かって導く流路と、流路に設けられ、積層方向への冷却媒体の流通量を制御するバルブ（流量制御手段）と、ファンの駆動制御及びバルブの開閉制御を遂行する制御手段（コントローラ）と、を含む電源装置の冷却システムとして構成することができ、制御手段が、電池モジュールの利用状態に応じてファン駆動出力が異なる駆動制御（冷却媒体のファン流量が異なるファン駆動制御）を遂行しつつ、長尺方向における電池モジュールの第１部位に流れる冷却媒体の流量と第１部位と異なる第２部位に流れる流量とを相違させるバルブの開閉制御を遂行する。
【００４９】
なお、図４の例において、ファン３０の流量レベルやバルブ１８の開度レベルを１０段階で制御する一例を示したが、無段階で制御することも可能である。また、流路１７に所定間隔で設けられるバルブ１８の数は、冷却性能に基づいて任意に設定でき、その設置間隔も電池モジュール２０の長尺方向の長さや冷却性能に応じて任意とすることができる。
【００５０】
また、本実施例の車両は、例えば、電源装置が搭載されたハイブリッド自動車や電気自動車などの車両であり、ハイブリッド自動車は、車両を走行させる動力源として、電池パック２の他に内燃機関又は燃料電池を備えた車両である。電気自動車は、車両の動力源として、電池パック１０のみを備えた車両である。
【００５１】
また、単電池２１としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることもできる。
【００５２】
また、単電池２１の内部には、発電要素（例えば、正極素子、負極素子、正極素子及び負極素子の間に配置されるセパレータ（電解液を含む）を積層して構成することができる）を含み、隣り合う２つの単電池２１がバスバーによって電気的に接続される。電池モジュール２０の両端には、一対のエンドプレートが配置され、一対のエンドプレートが拘束部材によって拘束されることによって、一方向に並べて積層された複数の単電池２１を含む１つの電池モジュール２０が構成される。
【符号の説明】
【００５３】
１    冷却システム
２    吸気ダクト
１０  電池パック
１１  供給口（供給導入口）
１６  排出口
１７  流路
１８  バルブ
２０  電池モジュール
２１  単電池
３０  ファン
３５  バルブ制御部
４０  コントローラ
Ｔ    温度センサ
【図１】
2013016393.tif 000003
【図２】
2013016393.tif 000004
【図３】
2013016393.tif 000005
【図４】
2013016393.tif 000006
【図５】
2013016393.tif 000007