(57)【要約】【課題】二次電池と冷却装置とが収容された電池パック内の二次電池の金属端子に結露が付着することによる不具合を抑制可能な、電池パックの温調制御装置を提供する。【解決手段】空調制御装置は、二次電池の温度が目標管理温度となるように、冷却装置を用いて電池パック内の通常冷却制御を行う冷却制御部と、車両の始動時に、前記電池パック内の湿度が所定の開始基準値以上であるか否かを判定する除湿制御実施判定部と、前記湿度が前記開始基準値以上のときに、前記電池パック内の空気を循環させるファンを停止させた状態で、前記通常冷却制御による冷却速度よりも大きい冷却速度で前記冷却装置を作動して前記冷却装置の表面に結露を発生させる急冷除湿制御を行う除湿制御部と、を備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、駆動源としての電動モータに電力を供給する二次電池及び前記二次電池を冷却する冷却装置が収容された電池パック内の空調制御を行うための電池パックの空調制御装置において、
前記二次電池の温度が目標管理温度となるように、前記冷却装置を用いて前記電池パック内の通常冷却制御を行う冷却制御部と、
前記車両の始動時に、前記電池パック内の湿度が所定の開始基準値以上であるか否かを判定する除湿制御実施判定部と、
前記湿度が前記開始基準値以上のときに、前記電池パック内の空気を循環させるファンを停止させた状態で、前記通常冷却制御による冷却速度よりも大きい冷却速度で前記冷却装置を作動して前記冷却装置の表面に結露を発生させる急冷除湿制御を行う除湿制御部と、
を備える、電池パックの空調制御装置。
【請求項２】
前記電池パックは、前記電池パック内の空気を循環させるためのダクトを備え、
前記除湿制御部は、前記急冷除湿制御を開始してから所定時間経過後に前記ファンを作動し、前記ダクト内の空気を前記冷却装置に供給する、請求項１に記載の電池パックの空調制御装置。
【請求項３】
前記除湿制御実施判定部は、さらに前記電池パック内の空気の温度又は前記二次電池の温度が所定の上限値以下であるか否かを判定し、
前記除湿制御部は、前記湿度が前記開始基準値以上であり、かつ、前記温度が前記上限値以下のときに、前記急冷除湿制御を行う、請求項１又は２に記載の電池パックの空調制御装置。
【請求項４】
前記除湿制御実施判定部は、さらに前記温度が所定の下限値以上であるか否かを判定し、
前記除湿制御部は、前記温度が前記下限値未満のときに、前記急冷除湿制御を禁止する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池パックの空調制御装置。
【請求項５】
前記冷却装置は、エバポレータ及び前記エバポレータに冷媒を供給するエキスパンジョンバルブを備え、
前記除湿制御部は、前記急冷除湿制御の開始時に、前記エキスパンジョンバルブによる冷媒の噴射量を増大して前記エバポレータを急冷する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池パックの空調制御装置。
【請求項６】
前記除湿制御部は、前記電池パック内の空気の湿度が所定の停止基準値になったとき、又は、前記急冷除湿制御の開始から所定時間経過したときに、前記急冷除湿制御を終了する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池パックの空調制御装置。
【請求項７】
前記電池パックは、前記冷却装置の表面に発生した結露を前記電池パック外に排出する排水装置を備え、
前記除湿制御部は、前記急冷除湿制御時に前記排水装置を作動する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電池パックの空調制御装置。
【請求項８】
前記除湿制御部は、前記ファンの回転方向及び回転数の少なくとも一方を変えながら前記ファンを作動させて前記冷却装置の表面に発生した結露を落下させる、請求項１〜７に記載の電池パックの空調制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パックの空調制御装置に関し、特に、車両に搭載され、二次電池が収容された電池パック内の空調制御を行う電池パックの空調制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の駆動力を出力する電動モータと、車載の発電装置や外部の充電装置による充電が可能な二次電池とを備えた電動車両あるいはハイブリッド車両が知られている。かかる車両に備えられる二次電池は、水による侵食や外部からの衝撃に対して耐え得るように、ケース内に収容される。また、二次電池と併せて、二次電池を冷却する冷却装置がケースに収容された電池パックもある。電池パック内に水分が入り込むと、電池パックの内壁や金属端子の腐食、漏電、ショートが生じるおそれがあるために、電池パックは、通常、ガスケットやパッキン等のシール部品を用いて密閉され、内部の空気の湿度が低く保たれる。
【０００３】
ここで、特許文献１には、電池パック内に収容された冷却装置としてのエバポレータで発生した凝縮水が、二次電池の電極まで届くことを防止するための二次電池の温調装置が提案されている。かかる温調装置は、エバポレータの下流側に、送風機とフィン部材とダクトとを有し、エバポレータから送られる細粒状の凝縮水が、送風機やフィン部材に付着して蒸発することによりブロックされる。また、かかる温調装置では、エバポレータから電極までの距離が確保され、凝縮水が電極に届きにくくなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０６９２７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の温調装置は、電池パック内の温度が第１設定温度より高くなったときにエバポレータに冷媒を供給し冷却制御を開始する。また、かかる温調装置は、電池パック内の温度が第２設定温度よりも低下したときにはＰＴＣヒータを作動し、温度を上昇させるようになっている。かかる特許文献１の温調装置は、二次電池の通常の冷却制御を行う中で、エバポレータで発生した凝縮水を送風機やフィン部材に付着させて蒸発させるものである。
【０００６】
しかしながら、シール部品やケースの経年劣化等によって電池パックの密閉性が低下した場合や、電池パック内に外気が流入した場合等においては、外部の湿った空気が電池パック内に徐々に侵入し、電池パック内の空気の湿度が上昇する。パック内の空気の湿度が高くなっている場合においては、結露発生温度も高くなって、電池パック内の金属部分に結露が発生しやすい状態になる。
【０００７】
ここで、車両の始動時においては、二次電池の発熱量はさほど大きくないため、冷却制御が開始されてエバポレータが作動しはじめた場合には、エバポレータの表面温度と二次電池の温度とは近似して推移しやすくなる。したがって、エバポレータに凝縮水が発生する時点において、電池パック内のエバポレータ以外の金属部分にも結露が生じ、金属端子の腐食や、漏電、ショートが引き起こされるおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、二次電池と冷却装置とが収容された電池パック内の二次電池の金属端子に結露が付着することによる不具合を抑制可能な、電池パックの温調制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、車両に搭載され、駆動源としての電動モータに電力を供給する二次電池及び前記二次電池を冷却する冷却装置が収容された電池パック内の空調制御を行うための電池パックの空調制御装置において、前記二次電池の温度が目標管理温度となるように、前記冷却装置を用いて前記電池パック内の通常冷却制御を行う冷却制御部と、前記車両の始動時に、前記電池パック内の湿度が所定の開始基準値以上であるか否かを判定する除湿制御実施判定部と、前記湿度が前記開始基準値以上のときに、前記電池パック内の空気を循環させるファンを停止させた状態で、前記通常冷却制御による冷却速度よりも大きい冷却速度で前記冷却装置を作動して前記冷却装置の表面に結露を発生させる急冷除湿制御を行う除湿制御部と、を備える、電池パックの空調制御装置が提供される。
【００１０】
前記電池パックは、前記電池パック内の空気を循環させるためのダクトを備え、前記除湿制御部は、前記急冷除湿制御を開始してから所定時間経過後に前記ファンを作動し、前記ダクト内の空気を前記冷却装置に供給してもよい。
【００１１】
前記除湿制御実施判定部は、さらに前記電池パック内の空気の温度又は前記二次電池の温度が所定の上限値以下であるか否かを判定し、前記除湿制御部は、前記湿度が前記開始基準値以上であり、かつ、前記温度が前記上限値以下のときに、前記急冷除湿制御を行ってもよい。
【００１２】
前記除湿制御実施判定部は、さらに前記温度が所定の下限値以上であるか否かを判定し、前記除湿制御部は、前記温度が前記下限値未満のときに、前記急冷除湿制御を禁止してもよい。
【００１３】
前記冷却装置は、エバポレータ及び前記エバポレータに冷媒を供給するエキスパンジョンバルブを備え、前記除湿制御部は、前記急冷除湿制御の開始時に、前記エキスパンジョンバルブによる冷媒の噴射量を増大して前記エバポレータを急冷してもよい。
【００１４】
前記除湿制御部は、前記電池パック内の空気の湿度が所定の停止基準値になったとき、又は、前記急冷除湿制御の開始から所定時間経過したときに、前記急冷除湿制御を終了してもよい。
【００１５】
前記電池パックは、前記冷却装置の表面に発生した結露を前記電池パック外に排出する排水装置を備え、前記除湿制御部は、前記急冷除湿制御時に前記排水装置を作動してもよい。
【００１６】
前記電池パックは、前記電池パック内の空気を循環させるファンを備え、前記除湿制御部は、前記ファンの回転方向及び回転数の少なくとも一方を変えながら前記ファンを作動させて前記冷却装置の表面に発生した結露を落下させてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかる電池パックの空調制御装置によれば、二次電池と冷却装置とが収容された電池パック内の二次電池の金属端子に結露が付着することによる不具合を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる電池パックの空調装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】電池パックの空調制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】電池パックの空調制御方法を示すフローチャートである。
【図４】急冷除湿制御を示すフローチャートである。
【図５】除水処理を示すフローチャートである。
【図６】通常冷却制御のみを実行する際の電池パック内部の温度の推移を示すタイムチャートである。
【図７】急冷除湿制御を実行する際の電池パック内部の温度の推移を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２０】
＜＜１．電池パックの空調装置の全体構成例＞＞
まず、本発明の一実施形態にかかる電池パックの空調装置の全体構成の一例について説明する。図１は、本実施形態にかかる電池パック２０の空調装置１０の構成例を示す模式図である。かかる電池パック２０の空調装置１０は、電動車両（ＥＶ）やハイブリッド車両（ＨＥＶ）に搭載され、車両の駆動源としての電動モータに電力を供給するための電池パック２０内の空調を行うための装置である。
【００２１】
空調装置１０は、空調の対象となる電池パック２０と、送風ファン２４と、各種センサ２５，２６，２８と、冷却装置３０とを備える。また、空調装置１０は、空調制御を実行する空調制御装置１００を備える。図１に示した空調制御装置１００は、ケース２１外に設けられているが、気密に密封した状態で、ケース２１内に置かれていてもよい。
【００２２】
＜１−１．ケース＞
電池パック２０は、二次電池２２が収容されるケース２１を備える。本実施形態では、送風ファン２４、及び冷却装置３０の構成要素であるエバポレータ３１は、ケース２１内に収容されている。ケース２１は、耐久性及び強度に優れた金属製のケースとすることができるが、これに限られるものではなく、樹脂等の他の材料からなるケースであってもよい。かかるケース２１は、二次電池２２やエバポレータ３１等を収容した状態で、ガスケットやパッキン、Ｏリング等のシール部品を用いて密閉されている。
【００２３】
また、ケース２１には、内部の空気の循環通路となるダクト１８が接続されている。図１に示したダクト１８は、ケース２１から離されて表されているが、ダクト１８の構成はかかる例に限られない。例えば、ケース２１内の空間を区画することで、空気を循環させるダクト１８が構成されていてもよい。
【００２４】
＜１−２．二次電池＞
電池パック２０は、ケース２１内に二次電池２２を収容する。二次電池２２は、図示しない電動モータに対して電力を供給する高電圧バッテリであり、図示しない発電装置によって充電可能になっている。二次電池２２は、電動モータ以外の他の電気機器に対しても電力を供給可能になっていてもよい。二次電池２２としては、代表的にはリチウムイオンバッテリが例示されるが、これ以外の二次電池によって構成されてもよい。図１に示した二次電池２２は筒型の電池であるが、二次電池２２は箱型であってもよく、特に形状は限定されない。また、ケース２１内に収容される二次電池２２の数についても特に限定されない。
【００２５】
かかる二次電池２２は、充放電時に発熱する。特に、充放電量が多いときには、発熱量も多くなる。一方、二次電池２２は、高温時及び低温時において劣化が進行しやすいことが知られている。そのため、二次電池２２の温度が、適切な温度である目標管理温度で維持されるように、電池パック２０には冷却装置３０が備えられ、二次電池２２の冷却制御が行われるようになっている。
【００２６】
＜１−３．送風ファン＞
送風ファン２４は、例えば、図示しない電動モータにより駆動され、電池パック２０内の空気を循環させる。送風ファン２４の電動モータは、空調制御装置１００によって制御される。送風ファン２４は、エバポレータ３１及び二次電池２２の上流側に設けられ、空気をエバポレータ３１に送り込むとともに、エバポレータ３１で熱交換により冷却された空気を二次電池２２に送る。送風ファン２４によって二次電池２２に送られた空気は、ケース２１に接続されたダクト１８を通って再び送風ファン２４の上流側に還流する。
【００２７】
＜１−４．センサ類＞
電池パック２０は、二次電池２２の温度（以下、「電池温度」ともいう。）を検出する第１の温度センサ２５と、電池パック２０内の空気の温度（以下、「パック内空気温度」ともいう。）を検出する第２の温度センサ２６と、電池パック２０内の空気の湿度（以下、「パック内湿度」ともいう。）を検出する湿度センサ２８とを備える。第１の温度センサ２５、第２の温度センサ２６及び湿度センサ２８の検出情報は、空調制御装置１００に送られる。
【００２８】
第１の温度センサ２５は、例えば二次電池２２の表面に設けられて、二次電池２２の表面の温度を検出する。第１の温度センサ２５としては、例えば熱電対を用いることができるが、これ以外の温度センサであってもよい。また、図１では、１個の第１の温度センサ２５が示されているが、第１の温度センサ２５は複数設けられていてもよく、各二次電池２２に設けられていてもよい。
【００２９】
第２の温度センサ２６は、例えばケース２１の内壁に設けられて、パック内空気温度を検出する。第２の温度センサ２６としては、例えば熱電対を用いることができるが、これ以外の温度センサであってもよい。また、図１では、１個の第２の温度センサ２６が示されているが、第２の温度センサ２６は複数設けられていてもよい。第２の温度センサ２６を複数設ける場合には、ケース２１内の異なる位置でそれぞれの第２の温度センサ２６が温度を検出するようにしてもよい。
【００３０】
湿度センサ２８は、例えばケース２１の内壁に設けられて、パック内湿度を検出する。湿度センサは、特に限定されるものではなく、公知の湿度センサを用いることができる。また、図１では、１個の湿度センサ２８が示されているが、湿度センサ２８は複数設けられていてもよい。湿度センサ２８を複数設ける場合には、ケース２１内の異なる位置でそれぞれの湿度センサ２８が湿度を検出するようにしてもよい。
【００３１】
＜１−５．冷却装置＞
冷却装置３０は、エバポレータ３１と、エバポレータ３１に供給する冷媒を循環させる冷媒循環通路３３と、エバポレータ３１への冷媒の噴射量を調節するエキスパンジョンバルブ３２と、循環する冷媒を冷却するための冷却部３４とを備える。冷却部３４は、コンプレッサ、コンデンサ及びレシーバタンクを備えて構成される。
【００３２】
冷却部３４では、冷媒が液化されるとともに冷却される。簡単に説明すると、冷却部３４では、コンプレッサによって圧縮された高温高圧の半液体の冷媒がコンデンサにおいて冷却されて液化された後、レシーバタンクに送られる。レシーバタンクでは、液化されなかった冷媒が液体の冷媒と分離されるとともに、乾燥剤やストレーナ等によって、水分や不純物が冷媒から除去される。そして、冷却部３４において、液化され、冷却された冷媒は、冷却部３４からエキスパンジョンバルブ３２に送られる。冷却部３４は、空調制御装置１００によって制御される。
【００３３】
エキスパンジョンバルブ３２は、微小なノズル穴から冷媒を噴射し、液体の冷媒を気化させてエバポレータ３１に供給する。本実施形態では、エキスパンジョンバルブ３２として、冷媒の噴射量を調節可能な電動エキスパンジョンバルブが用いられている。電動エキスパンジョンバルブは、例えば、ノズル穴の上流側に、冷媒の通路面積を調節可能な電磁弁を備えて構成される。エキスパンジョンバルブ３２は、空調制御装置１００により制御される。ただし、エキスパンジョンバルブ３２は、上記の例に限定されるものではなく、冷媒の噴射量を調節可能なものであればよい。
【００３４】
エキスパンジョンバルブ３２から噴射されて気化した冷媒が、エバポレータ３１を通過する際にエバポレータ３１の周囲の熱を奪うことによって、エバポレータ３１の温度が低下する。このエバポレータ３１に、送風ファン２４によって循環される空気を通過させることによって、冷風が二次電池２２に送られる。このとき、パック内湿度が高くなっていると、エバポレータ３１の表面で空気が冷やされ、空気中の水分が凝縮されて、水滴が発生する。エバポレータ３１を通過した冷媒は、再び冷却部３４に還流し、圧縮される。
【００３５】
本実施形態の冷却装置３０は、エバポレータ３１で発生した凝縮水を、電池パック２０外に排出するドレンパイプ３６と排水装置としての排水ポンプ４０とを備える。エバポレータ３１の下方には、図示しない排水経路が形成されており、エバポレータ３１から落下した凝縮水が、排水経路からドレンパイプ３６へと流れ込み、排水ポンプ４０によってケース２１外に排出される。排水ポンプ４０としては、例えば、電動モータにより駆動され、１ｃｃ以下の水であっても吐出することができるポンプを用いることができる。具体的には、オイルポンプに使用されているような、電動プランジャポンプや、電動ギヤポンプ、トロコイド式ポンプを、排水ポンプ４０として用いることができる。
【００３６】
＜＜２．空調制御装置＞＞
次に、空調装置１０の制御を行う空調制御装置１００について説明する。図２は、本実施形態にかかる空調制御装置１００の構成を機能的に示すブロック図である。かかる空調制御装置１００は、公知のマイクロコンピュータを備えて構成される。
【００３７】
空調制御装置１００は、除湿制御実施判定部１０２と、除湿制御部１０４と、排水ポンプ制御部１０６と、送風ファン制御部１０８と、エキスパンジョンバルブ制御部１１０と、冷却補機制御部１１２と、冷却制御部１１４とを備える。具体的に、これらの各部は、上記のマイクロコンピュータによるプログラムの実行により実現され得る。また、空調制御装置１００は、排水ポンプ駆動回路、送風ファン駆動回路、エキスパンジョンバルブ駆動回路及び冷却補機駆動回路を備える。
【００３８】
さらに、空調制御装置１００は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の図示しない記憶素子を備える。空調制御装置１００は、第１の温度センサ２５により検出される電池温度Ｔｂａの情報、第２の温度センサ２６により検出されるパック内空気温度Ｔｂｐの情報、及び湿度センサ２８により検出されるパック内湿度Ｈｂｐの情報を読み込み可能に構成される。
【００３９】
送風ファン制御部１０８、エキスパンジョンバルブ制御部１１０、及び冷却補機制御部１１２は、通常冷却制御時において、冷却制御部１１４から指示される制御量にしたがって、送風ファン駆動回路、エキスパンジョンバルブ駆動回路、及び冷却補機駆動回路に対してそれぞれ駆動指令を出力する。また、排水ポンプ制御部１０６、送風ファン制御部１０８、エキスパンジョンバルブ制御部１１０、及び冷却補機制御部１１２は、急冷除湿制御時において、除湿制御部１０４から指示される制御量にしたがって、排水ポンプ駆動回路、送風ファン駆動回路、エキスパンジョンバルブ駆動回路、及び冷却補機駆動回路に対してそれぞれ駆動指令を出力する。
【００４０】
ただし、本実施形態にかかる空調制御装置１００において、冷却部３４への電力の供給については、そのオン又はオフの切り替えのみが可能になっていればよく、供給電力の可変制御は必須ではない。
【００４１】
＜２−１．冷却制御部＞
冷却制御部１１４は、第１の温度センサ２５により検出される電池温度Ｔｂａを読み込み、電池温度Ｔｂａが目標管理温度Ｔｂａ＿ｔｇｔよりも高い場合には、電池温度Ｔｂａが目標管理温度Ｔｂａ＿ｔｇｔとなるように、冷却装置３０を用いて電池パック２０内の通常冷却制御を実行する。第１の温度センサ２５が複数備えられている場合に、判定に使用する電池温度Ｔｂａは、検出される電池温度Ｔｂａのうちの最低値としてもよく、あるいは、検出される電池温度Ｔｂａの平均値としてもよい。
【００４２】
上述のとおり、二次電池２２は、高温時及び低温時に劣化が進行しやすいことが知られている。したがって、冷却制御部１１４は、電池温度Ｔｂａが目標管理温度Ｔｂａ＿ｔｇｔ付近で維持されるように冷却装置３０の制御を行う。目標管理温度Ｔｂａ＿ｔｇｔは、例えば４０〜４５℃の範囲内の値とすることができる。冷却制御部１１４は、冷媒の噴射量が徐々に増加するように、エキスパンジョンバルブ制御部１１０及び冷却補機制御部１１２に対して制御量を指示する。
【００４３】
例えば、冷却制御部１１４は、電池温度Ｔｂａが目標管理温度Ｔｂａ＿ｔｇｔよりも高い場合に、送風ファン２４を作動させながら、エバポレータ３１の温度を徐々に冷やして、二次電池２２を冷却する。かかる通常冷却制御においては、電池温度Ｔｂａが目標管理温度Ｔｂａ＿ｔｇｔになるか否かを監視しながら、エキスパンジョンバルブ３２からエバポレータ３１への冷媒の噴射量を徐々に増加させる。エバポレータ３１への冷媒の噴射量を急に増加させると、電池温度Ｔｂａが急激に低下して目標管理温度Ｔｂａ＿ｔｇｔを大きく下回り、通常冷却制御の実行及び停止が繰り返されて電池温度Ｔｂａが安定しないおそれがあるからである。
【００４４】
＜２−２．除湿制御実施判定部＞
除湿制御実施判定部１０２は、車両の始動時に、パック内湿度Ｈｂｐが所定の開始基準値Ｈｂｐ＿ｓｔｒ以上であるか否かを判定する。除湿制御実施判定部１０２は、電池パック２０内への外気や水の侵入などにより、電池パック２０内の湿度が高くなっているか否かを判別し、急冷除湿制御の実施の要否を判定する。水の飽和水蒸気量は、気温が高いほど大きい値となる。そのため、空気中に含まれる水蒸気量が同じであっても、気温が高いほど低い湿度を示すことから、開始基準値Ｈｂｐ＿ｓｔｒは、パック内空気温度Ｔｂｐに依存する可変値とすることができる。
【００４５】
したがって、本実施形態では、除湿制御実施判定部１０２は、パック内空気温度Ｔｂｐ及びパック内湿度Ｈｂｐを読み込み、パック内空気温度Ｔｂｐに応じて決定される開始基準値Ｈｂｐ＿ｓｔｒと、パック内湿度Ｈｂｐとを比較する。そして、除湿制御実施判定部１０２は、パック内湿度Ｈｂｐが開始基準値Ｈｂｐ＿ｓｔｒ以上の場合に、急冷除湿制御が必要であると判定する。パック内空気温度Ｔｂｐに依存する開始基準値Ｈｂｐ＿ｓｔｒは、例えば、気温１５℃のときの湿度１００％に対応する値とすることができる。
【００４６】
除湿制御実施判定部１０２が、車両の始動時に急冷除湿制御の要否を判定するのは、車両の始動後、短期間で電池パック２０内の水蒸気をパック外に排出し、以降の車両の使用中における、電池パック２０内の金属部分への水滴の付着を抑制するためである。
【００４７】
また、除湿制御実施判定部１０２は、パック内湿度Ｈｂｐの判定と併せて、パック内空気温度Ｔｂｐが上限値Ｔｂｐ＿ｓｔｒ＿ｍａｘ以下であるか否かを判定し、急冷除湿制御の実施の要否を判定してもよい。パック内空気温度Ｔｂｐが高い場合には、冷却装置３０を作動しても、電池パック２０内の金属部分が結露発生温度Ｔｃ以下になる可能性が低く、急冷除湿制御の必要性が乏しいからである。また、パック内空気温度Ｔｂｐが高い場合には、車両の停止時からの経過時間が短く、パック内湿度Ｈｂｐが低い可能性が高いからである。かかる上限値Ｔｂｐ＿ｓｔｒ＿ｍａｘは、例えば、目標管理温度Ｔｂａ＿ｔｇｔの下限値である４０℃とすることができる。
【００４８】
また、除湿制御実施判定部１０２は、パック内湿度Ｈｂｐの判定と併せて、パック内空気温度Ｔｂｐが下限値Ｔｂｐ＿ｓｔｒ＿ｍｉｎ以上であるか否かを判定し、急冷除湿制御の実施の要否を判定してもよい。パック内空気温度Ｔｂｐがすでに低い場合には、急冷除湿制御を行っても、エバポレータ３１の表面に凝縮水が生じにくく、除湿効果が得られにくいからである。かかる下限値Ｔｂｐ＿ｓｔｒ＿ｍｉｎは、バッテリ冷却風の目標温度を考慮して設定することができ、例えば、１５℃とすることができる。
【００４９】
湿度センサ２８が複数備えられている場合に、判定に用いるパック内湿度Ｈｂｐは、検出されるパック内湿度Ｈｂｐのうちの最高値としてもよく、あるいは、検出されるパック内湿度Ｈｂｐの平均値としてもよい。また、第２の温度センサ２６が複数備えられている場合に、判定に用いるパック内空気温度Ｔｂｐは、検出されるパック内空気温度Ｔｂｐのうちの最高値又は最低値としてもよく、あるいは、検出される電池温度Ｔｂａの平均値としてもよい。
【００５０】
＜２−３．除湿制御部＞
除湿制御部１０４は、パック内湿度Ｈｂｐが開始基準値Ｈｂｐ＿ｓｔｒ以上であり、急冷除湿制御が必要と判定された場合に、急冷除湿制御を実行する。急冷除湿制御実行時に、除湿制御部１０４は、冷却制御部１１４による通常冷却制御時の冷却速度よりも大きい冷却速度でエバポレータ３１の温度を低下させ、エバポレータ３１の表面に結露を発生させる。このとき、エバポレータ３１の表面に発生した結露が二次電池２２側に跳ばされないように、送風ファン２４は停止される。
【００５１】
例えば、除湿制御部１０４は、エキスパンジョンバルブ３２からエバポレータ３１への冷媒の噴射量が最大となるようにエキスパンジョンバルブ３２及び冷却部３４の制御量を設定し、エキスパンジョンバルブ制御部１１０及び冷却補機制御部１１２に指示する。除湿制御部１０４は、エキスパンジョンバルブ３２のノズル穴の上流側の通路面積を最大にすることで、エバポレータ３１への冷媒の噴射量を最大とし得る。これにより、エバポレータ３１の温度が急激に低下し、パック内の空気中の水分が、エバポレータ３１の表面で結露する。
【００５２】
急冷除湿制御の間、送風ファン２４は停止していることから、結露により発生した水滴が二次電池２２側に跳ばされることはない。この水滴の一部は、車両の振動等によってエバポレータ３１の下方に設けられた排水経路に落下し、ドレンパイプ３６を伝って、排水ポンプ４０まで移動する。除湿制御部１０４は、急冷除湿制御実行時の適宜の時期に、排水ポンプ４０を駆動させるよう、排水ポンプ制御部１０６に指示する。除湿制御部１０４は、急冷除湿制御の開始時に排水ポンプ４０の駆動を開始させてもよいし、排水ポンプ４０まで水滴が伝わってくる時期に合わせて排水ポンプ４０の駆動を開始させてもよい。これにより、エバポレータ３１の表面で結露により発生した水滴が、ケース２１外に排出される。
【００５３】
また、除湿制御部１０４は、急冷除湿制御を開始してから所定時間経過後に、送風ファン２４を作動し、ダクト１８内の空気をエバポレータ３１に送り込むようにしてもよい。これにより、ダクト１８内に滞留している空気中の水蒸気を、エバポレータ３１の表面に結露させることができる。送風ファン２４を作動開始するための所定時間は、例えば６０秒とすることができる。
【００５４】
車両の始動後に急冷除湿制御が開始された場合には、送風ファン２４が停止しており、電池温度Ｔｂａが大きく低下することがない。そのため、所定時間経過後に送風ファン２４を作動させた場合であっても、二次電池２２の表面で空気中の水蒸気が結露することはない。したがって、除湿制御部１０４は、送風ファン２４を正回転させても構わないが、二次電池２２の表面での結露の発生をより確実に防ぐためには、送風ファン２４を逆回転させてもよい。
【００５５】
さらに、除湿制御部１０４は、送風ファン２４の作動を開始させた後、送風ファン２４の回転方向及び回転数を変化させてもよい。すなわち、除湿制御部１０４は、エバポレータ３１に送る空気の流れを切り替えたり、エバポレータ３１に送る空気の流速を切り替えたりしてもよい。これにより、エバポレータ３１の表面に付着している水滴を振動させて、水滴の落下を促すことができる。除湿制御部１０４は、送風ファン２４の回転方向の切り替え、又は、送風ファン２４の回転数の変更のいずれか一方のみを行ってもよく、あるいは、それらをともに行ってもよい。
【００５６】
除湿制御部１０４は、急冷除湿制御を開始した後、パック内湿度Ｈｂｐが所定の停止基準値Ｈｂｐ＿ｆｉｎになったとき、又は、急冷除湿制御の開始から所定時間経過したときに、急冷除湿制御を終了する。本実施形態では、除湿制御部１０４は、急冷除湿制御の開始とともにタイマカウントを開始し、パック内湿度Ｈｂｐの読み込みを継続する。そして、パック内湿度Ｈｂｐが停止基準値Ｈｂｐ＿ｆｉｎになったとき、又は、タイマ値が既定時間ｔｉ＿ｆｉｎに到達したときのうち、いずれかの条件が成立したときに、除湿制御部１０４は、急冷除湿制御を終了する。
【００５７】
開始基準値Ｈｂｐ＿ｓｔｒと同様に、停止基準値Ｈｂｐ＿ｆｉｎは、パック内空気温度Ｔｂｐに依存する可変値とすることができる。パック内空気温度Ｔｂｐに依存する停止基準値Ｈｂｐ＿ｓｔｒは、例えば、気温１０℃のときの湿度５０％に対応する値とすることができる。また、既定時間ｔｉ＿ｆｉｎは、例えば、１２０秒とすることができる。急冷除湿制御が終了した後は、冷却制御部１１４による通常冷却制御が開始される。
【００５８】
＜＜３．電池パックの空調制御方法＞＞
以上、電池パック２０の空調装置１０及び空調制御装置１００の構成を説明した。次に、空調制御装置１００により実行される電池パック２０の空調制御方法の例について説明する。
【００５９】
＜３−１．フローチャート＞
図３は、本実施形態にかかる空調制御方法の一例を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１０において、空調制御装置１００は、車両の始動を検出する。車両の始動は、車両のキースイッチがオンにされたときや、始動ボタンが押下されたときに検出される。空調制御装置１００は、かかる例以外の方法で、車両の始動を検出してもよい。
【００６０】
車両の始動が検出されると、空調制御装置１００は、ステップＳ２０において、パック内空気温度Ｔｂｐ及びパック内湿度Ｈｂｐを読み込む。次いで、空調制御装置１００は、ステップＳ３０において、除湿制御実施条件が成立しているか否かを判定する。本実施形態では、空調制御装置１００は、ステップＳ３０において、パック内湿度Ｈｂｐが所定の開始基準値Ｈｂｐ＿ｓｔｒ以上であるか否かを判定する。空調制御装置１００は、パック内湿度Ｈｂｐの判定と併せて、パック内空気温度Ｔｂｐが所定の下限値Ｔｂｐ＿ｓｔｒ＿ｍｉｎ以上であるか、及び、パック内空気温度Ｔｂｐが所定の上限値Ｔｂｐ＿ｓｔｒ＿ｍａｘ以下であるか否かのうちの少なくとも一方の判定を行うようにしてもよい。
【００６１】
除湿制御実施条件が成立していない場合（Ｓ３０：Ｎｏ）、電池パック２０内の除湿は必要ないと判断できることから、空調制御装置１００は、ステップＳ８０に進んで、通常冷却制御を開始する。一方、除湿制御実施条件が成立している場合（Ｓ３０：Ｙｅｓ）、空調制御装置１００はステップＳ４０に進み、急冷除湿制御を実行する。
【００６２】
図４は、急冷除湿制御を示すフローチャートである。まず、ステップＳ４１において、空調制御装置１００は、送風ファン２４を停止状態にする。次いで、ステップＳ４２において、空調制御装置１００は、排水装置としての排水ポンプ４０を作動する。次いで、ステップＳ４３において、空調制御装置１００は、エキスパンジョンバルブ３２からエバポレータ３１への冷媒の噴射量を設定する。ここでは、通常冷却制御時の冷却速度よりも早い冷却速度でエバポレータ３１が冷やされるようにする。例えば、空調制御装置１００は、エキスパンジョンバルブ３２からの冷媒の噴射量を最大に設定する。
【００６３】
次いで、ステップＳ４４において、空調制御装置１００は、エキスパンジョンバルブ３２の駆動回路及び冷却補機駆動回路に対して制御指令を出力し、エキスパンジョンバルブ３２を開放する。これにより、エバポレータ３１に対して多くの冷媒が供給され、エバポレータ３１が急激に冷やされる。その結果、電池パック２０内の空気中の水分がエバポレータ３１の表面で結露し始める。また、発生した水滴の一部は、車両の振動等によって落下し、排水経路、ドレンパイプ３６を伝って排水ポンプ４０に到達し、排水ポンプ４０によってケース２１外に排出される。
【００６４】
その後、急冷除湿制御が開始されてから所定時間が経過したときに、空調制御装置１００は、送風ファン２４を作動させる。これにより、ダクト１８内の空気がエバポレータ３１に送り込まれ、当該空気に含まれる水分をエバポレータ３１の表面で結露させることができる。なお、急冷除湿制御における送風ファン２４の作動は必須ではない。
【００６５】
図３に戻り、急冷除湿制御が開始された後、空調制御装置１００は、ステップＳ５０において、除湿制御の停止条件が成立しているか否かを判定する。本実施形態では、空調制御装置１００は、パック内湿度Ｈｂｐが所定の停止基準値Ｈｂｐ＿ｆｉｎとなったとき、又は、急冷除湿制御が開始されてから既定時間ｔｉ＿ｆｉｎが経過したときのいずれかの条件が成立したか否かを判定する。除湿制御の停止条件が成立していない場合（Ｓ５０：Ｎｏ）、空調制御装置１００は、除湿制御の停止条件の判定を繰り返し行う。
【００６６】
そして、除湿制御の停止条件が成立した場合（Ｓ５０：Ｙｅｓ）、空調制御装置１００は、ステップＳ６０において、除水処理を行う。図５は、除水処理の例を示すフローチャートである。除水処理では、ステップＳ６１において、空調制御装置１００は、送風ファン２４を作動させる。次いで、ステップＳ６２において、空調制御装置１００は、送風ファン２４の回転方向を現在の回転方向とは逆の方向に切り替える。さらに、ステップＳ６３において、空調制御装置１００は、送風ファン２４の出力を増減させて、回転数を変化させる。
【００６７】
次いで、空調制御装置１００は、除水処理を開始してから既定時間が経過したか否かを判定する。既定時間が経過していない場合（Ｓ６４：Ｎｏ）、空調制御装置１００はステップＳ６２に戻って、送風ファン２４の回転方向の切り替え及び出力変化を繰り返す。空調制御装置１００は、既定時間が経過し（Ｓ６４：Ｙｅｓ）、除水処理を終了させるまで、送風ファン２４の回転方向の切り替え及び出力変化を繰り返す。
【００６８】
かかる除水処理によって、エバポレータ３１の表面に付着している水滴の落下が促される。このとき、送風ファン２４が正回転し、エバポレータ３１に送り込まれた空気がさらに二次電池２２に送られる場合には、送風ファン２４を逆回転させる場合に比べて、送風ファン２４の出力の最大値を小さくしてもよい。これにより、エバポレータ３１に付着していた水滴が送風で跳ばされて二次電池２２に付着するおそれが低減する。なお、ステップ６０の除水処理は省略されてもよい。
【００６９】
図３に戻り、除水処理が終了すると、空調制御装置１００は、ステップＳ７０において、急冷除湿制御を終了した後、ステップＳ８０において、通常冷却制御を開始する。通常冷却制御では、電池温度Ｔｂａが目標管理温度Ｔｂａ＿ｔｇｔよりも高い時にエバポレータ３１に対して冷媒が供給され、エバポレータ３１が冷やされることによって、電池温度Ｔｂａが目標管理温度Ｔｂａ＿ｔｇｔ付近で維持される。通常冷却制御では、電池温度Ｔｂａが急激に低下して、エバポレータ３１の作動及び停止が短期間で繰り返されないように、エバポレータ３１への冷媒の噴射量は徐々に増加される。この状態では、ケース２１内の空気の湿度は低下しており、エバポレータ３１以外の金属部分での結露の発生が抑制される。
【００７０】
＜３−２．タイムチャート＞
次に、本実施形態にかかる電池パック２０の空調制御装置１００による空調制御実行時の電池パック２０内部の温度の変化について、タイムチャートを参照して概略的に説明する。対比のために、急冷除湿制御を実行しないで通常冷却制御のみを実行した場合の電池パック２０内部の温度の変化について説明した後、本実施形態による空調制御について説明する。なお、以下の説明は、電池パック２０内に湿った外気が侵入する等により、パック内湿度Ｈｂｐが高くなっている場合の様子を説明している。
【００７１】
図６は、車両の始動後に通常冷却制御のみを実行した場合の、パック内空気温度Ｔｂｐ、電池温度Ｔｂａ、エバポレータ３１表面の温度Ｔｅｖ、及び結露発生温度Ｔｃの推移を示すタイムチャートである。この例においては、急冷除湿制御は実行されないために、結露発生温度Ｔｃはほぼ一定となる。前回の車両の停止時から、車両が始動するｔ１１の時点まで、長時間経過しているとすると、ｔ１１の時点において、パック内空気温度Ｔｂｐ、電池温度Ｔｂａ及びエバポレータ３１表面の温度Ｔｅｖは、ほぼ同じ値となっている。なお、本実施形態では、エバポレータ３１の表面の温度Ｔｅｖを実際に検出することを要しない。
【００７２】
仮に、車両が始動する時点ｔ１１で、電池温度Ｔｂａが目標管理温度Ｔｂａ＿ｔｇｔを上回っているとすると、この時点からエバポレータ３１が冷やされて、パック内空気温度Ｔｂｐ、電池温度Ｔｂａ及びエバポレータ３１表面の温度が低下し始める。電池温度Ｔｂａが目標管理温度Ｔｂａ＿ｔｇｔに近づくまではエバポレータ３１による冷却が続けられ、ｔ１２の時点において、エバポレータ３１表面の温度Ｔｅｖが結露発生温度Ｔｃを下回って、エバポレータ３１表面に結露が発生し始める。また、ｔ１２の時点から少し遅れて、電池温度Ｔｂａが結露発生温度Ｔｃを下回って、二次電池２２の表面にも結露が発生し始める。
【００７３】
その後、結露の発生に伴って、パック内湿度Ｈｂｐが徐々に低下し、結露発生温度Ｔｃも徐々に低下するものの、ｔ１２の時点以降は、二次電池２２の表面において結露が発生し続ける。これにより、例えば、二次電池２２の金属端子の腐食や漏電、ショートが引き起こされるおそれがある。
【００７４】
図７は、本実施形態にかかる空調制御方法を実行した場合の、パック内空気温度Ｔｂｐ、電池温度Ｔｂａ、エバポレータ３１表面の温度Ｔｅｖ、及び結露発生温度Ｔｃの推移を示すタイムチャートである。本実施形態にかかる空調制御方法では、車両が始動されるｔ１の時点においてパック内湿度Ｈｂｐが開始基準値Ｈｂｐ＿ｓｔｒ以上になっている場合には、電池温度Ｔｂａにかかわらず急冷除湿制御が開始される。これにより、エバポレータ３１が急冷されて、エバポレータ３１表面の温度Ｔｅｖは急激に低下する。
【００７５】
ただし、急冷除湿制御の実行中、あるいは、急冷除湿制御が開始されてから所定時間が経過するまでは、送風ファン２４が停止しているために、パック内空気温度Ｔｂｐ及び電池温度Ｔｂａは大きく低下することはない。その後、エバポレータ３１表面の温度Ｔｅｖが結露発生温度Ｔｃを下回るｔ２の時点で、エバポレータ３１の表面に結露が発生し始める。このｔ２の時点以降、パック内湿度Ｈｂｐが低下し、結露発生温度Ｔｃも低下する。このとき、結露発生温度Ｔｃの低下速度は、図６に示した通常冷却制御実行時の低下速度よりも速くなる。
【００７６】
そして、パック内湿度Ｈｂｐが停止基準値Ｈｂｐ＿ｆｉｎとなったｔ３の時点で急冷除湿制御が終了し、エバポレータ３１表面の温度Ｔｅｖは上昇する。以降も、空気に水分が含まれている限り、エバポレータ３１表面には結露が発生し続ける。また、急冷除湿制御の終了に伴って、通常冷却制御が開始され、送風ファン２４が作動し始める。これにより、パック内空気温度Ｔｂｐ及び電池温度Ｔｂａは徐々に低下し始める。
【００７７】
ただし、ｔ３の時点で、空気中の水分が取り除かれて、パック内湿度Ｈｂｐが低下していることから、パック内空気温度Ｔｂｐ及び電池温度Ｔｂａが低下しても、結露発生温度Ｔｃを下回ることがない。したがって、二次電池２２の表面における結露の発生を防止することができる。また、エバポレータ３１表面に付着した水滴は、ドレンパイプ３６を介して排水ポンプ４０によってケース２１外に排出されるため、送風ファン２４を作動させても、水滴が二次電池２２に跳ばされることが抑制される。
【００７８】
以上説明したように、本実施形態にかかる電池パック２０の空調制御装置１００によれば、パック内湿度Ｈｂｐが高くなった場合には、送風ファン２４を停止した状態で、エバポレータ３１を急冷し、エバポレータ３１の表面に結露を発生させる。また、空調制御装置１００は、エバポレータ３１の表面に付着した水滴を、ドレンパイプ３６を介して排水ポンプ４０によりケース２１外に排出する。したがって、通常冷却制御が開始された後において、二次電池２２の金属端子への水滴の付着が防止され、金属端子の腐食や漏電、ショート等の不具合が抑制される。
【００７９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は応用例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００８０】
１０    空調装置
１８    ダクト
２０    電池パック
２１    ケース
２２    二次電池
２４    送風ファン
２５    第１の温度センサ
２６    第２の温度センサ
２８    湿度センサ
３０    冷却装置
３１    エバポレータ
３２    エキスパンジョンバルブ
３３    冷媒循環通路
３４    冷却部
３６    ドレンパイプ
４０    排水ポンプ
１００    空調制御装置
１０２    除湿制御実施判定部
１０４    除湿制御部
１０６    排水ポンプ制御部
１０８    送風ファン制御部
１１０    エキスパンジョンバルブ制御部
１１２    冷却補機制御部
１１４    冷却制御部
Ｈｂｐ    パック内湿度
Ｔｂａ    電池温度
Ｔｂｐ    パック内空気温度
Ｔｃ    結露発生温度
Ｔｅｖ    エバポレータ表面の温度
【図１】
2016146236.tif 000003
【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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