(57)【要約】【課題】大掛かりな設備の増加なく、組電池を目標温度に到達させるまでの時間を短縮する温度制御方法および装置を提供する。【解決手段】本願発明の温度制御装置は、上記課題に対して、水冷機構と送風機構とを有し、水冷機構と接続され、前記水冷機構の内部に目標設定された液体によって前記供試体を冷却・加熱するための液体冷却加熱ユニットと、送風機構および液体冷却加熱ユニットと電気的に接続され、供試体が目標温度となるように送風機構および液体冷却加熱ユニットの温度を制御する目標温度設定ユニットと、を備えることで解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境槽内に設置され供試体を内部に保持する水冷機構と、
前記環境槽と接続され、温度制御された雰囲気を前記環境槽内に送風する送風機構と、
前記水冷機構と接続され、前記水冷機構の内部に目標設定された液体によって前記供試体を冷却・加熱するための液体冷却加熱ユニットと、
前記送風機構および前記液体冷却加熱ユニットと電気的に接続され、前記供試体が目標温度となるように前記送風機構および前記液体冷却加熱ユニットの温度を制御する目標温度設定ユニットと、から構成されること、
を特徴とする温度制御装置。
【請求項２】
前記供試体の前記温度制御された液体による温度制御は、
前記供試体に備わっている水冷機構内に前記温度制御した液体を循環させるものである、請求項１記載の温度制御装置。
【請求項３】
環境槽内に配置された供試体に対する目標温度を設定する第１工程と、
前記目標温度になるように前記環境槽内の雰囲気の温度を制御する第２工程と、
前記第２工程で温度制御した前記雰囲気を環境槽内に送り出す第３工程と、
前記供試体に液体を循環させる第４工程と、
前記液体を前記目標温度になるよう冷却・加熱する第５工程と、を含むこと、
を特徴とする温度制御方法。
【請求項４】
前記第２工程は、
前記供試体の目標温度と前記環境槽内の雰囲気の温度とを比較する第２１工程と、
前記第２１工程における比較結果より、前記雰囲気の冷却・加熱信号を出力する第２２工程と、
前記第２２工程における前記冷却・加熱信号より前記雰囲気の冷却・加熱を実施する第２３工程と、を含む、
請求項３記載の温度制御方法。
【請求項５】
第５工程における前記液体の温度制御は、
前記供試体の目標温度と、前記供試体に液体を循環させる際の前記液体の温度とを比較する第５１工程と、
前記第５１工程における比較結果より、前記液体の冷却・加熱信号を出力する第５２工程と、
前記第５２工程における前記冷却・加熱信号より、前記液体の冷却・加熱を実施する第５３工程と、を含む、
請求項３に記載の温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池に対する試験時に組電池の温度を制御する温度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
組電池は過酷な温度環境下で使用されるため、そのような環境でも安全に使用可能かどうかを試験する必要がある。その際、組電池に対する過酷な環境を再現するために、組電池の温度を制御した上での試験というものが行われる。
【０００３】
従来の供試体の温度制御方法としては、環境試験槽にて供試体周辺の雰囲気温度を調整することで供試体の温度を制御する方法があった（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
この従来の温度制御装置１００を図６に示し、その動作を説明する。
【０００５】
環境試験槽１０１の槽内に供試体１０２を設置し、この供試体１０２の周辺に複数の温度センサ１０３が取り付けられる。この温度センサ１０３にて得られた温度分布は温度分布表示器１０４にて表示され、この温度分布をもとに送風源の吹出口１０４の風向きを吹出口操作部１０５にて調整することで環境試験槽の最適な温度分布を速やかに実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−９６９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の技術は、供試体が組電池の場合、組電池が大型で熱容量が大きいこと、また組電池の試験は温度試験範囲が−３０℃から５０℃程と広いため、環境試験槽による温度制御では目標温度到達までに時間が掛かり、試験時間が長くなるという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、組電池に水冷機構が備わっている場合に、大掛かりな設備の増加なく、組電池を目標温度に到達させるまでの時間を短縮する温度制御方法および装置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】
【０００９】
上記目標を達成するために、本発明の温度制御装置は、以下の発明特定要件を有する。
〔１〕環境槽内に設置され供試体を内部に保持する水冷機構。
〔２〕環境槽と接続され、温度制御された雰囲気を環境槽内に送風する送風機構。
〔３〕水冷機構と接続され、水冷機構の内部に目標設定された液体によって供試体を冷却・加熱するための液体冷却加熱ユニット。
〔４〕送風機構および液体冷却加熱ユニットと電気的に接続され、供試体が目標温度となるように送風機構および液体冷却加熱ユニットの温度を制御する目標温度設定ユニット。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、大掛かりな設備の増加なく、供試体の目標温度到達までの時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態に係る温度制御装置の模式図
【図２】実施の形態に係る温度制御装置の雰囲気温度制御部分を示す模式図
【図３】実施の形態に係る温度制御装置の液体温度制御部分を示す模式図
【図４】実施の形態に係る温度制御装置の雰囲気温度制御部分による雰囲気温度制御方法に関するフローチャートを示す図
【図５】実施の形態に係る温度制御装置の液体温度制御部分による液体温度制御方法に関するフローチャートを示す図
【図６】特許文献１に記載された従来の温度制御装置を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、本実施の形態に係る温度制御装置１を示した模式図である。
【００１４】
温度制御装置１は、環境試験槽２の中に設置した供試体である組電池３の温度を目標温度に到達させる際、目標温度設定ユニット４にて設定した目標温度に対し、環境試験槽２の内部が目標温度になるように空調室ユニット５にて調整した雰囲気を送り出す送風機６と、組電池３に搭載されている電池水冷機構７の内部に目標温度になった液体をポンプ８にて流入するために液体を冷却・加熱するための液体冷却加熱ユニット９を備える。
【００１５】
本実施の形態では、このような構成にすることで、大掛かりな設備の増加なく、組電池を目標温度に到達させるための時間を短縮することが可能である。これにより、必要な構成を満たす際の装置の大型化を防ぐことができ、また環境試験槽の使用時間の短縮によるコストの削減を行うことができる。
【００１６】
続いて、図１の温度制御装置１の構成毎に説明する。
【００１７】
環境試験槽２は、槽内へ空調室ユニット５にて温度制御された雰囲気を送風機６にて送風することで、例えば−４０℃〜８０℃の範囲の温度環境を実現することが可能である。供試体を環境試験槽２の内部に設置し、温度条件を変更することで、任意の温度環境下で供試体への試験を実施することができる。
【００１８】
供試体である組電池３は、例えばＥＶ車両やＨＥＶ車両、ＰＨＥＶ車両などに搭載される大型の車載用バッテリである。バッテリは使用によって温度が上昇するが、組電池３に搭載されている電池水冷機構７の内部に液体を循環させることでバッテリの過剰な温度上昇を回避する機能が備わっている。
【００１９】
また、組電池３の実際の使用環境としては−３０℃〜５０℃という過酷な温度環境が想定され、また組電池３の中のバッテリの充電率も使用状態によって変化する。バッテリは温度や充放電率の変化によって膨張・収縮をするため、実際の使用環境でのバッテリの状態を再現した試験により、組電池３の安全性を確認する必要がある。
【００２０】
この使用環境の再現試験の際には、組電池３のバッテリの温度変更および充放電率の変更が発生するが、正確な充放電率の変更のためには組電池３の温度を室温に戻し、バッテリが膨張・収縮していない状態で充放電率を変更する必要があり、このため組電池３の温度を頻繁に制御する必要がある。
【００２１】
目標温度設定ユニット４は、空調室ユニット５で測定した雰囲気の温度と液体冷却加熱ユニット９にて測定した液体温度を表示し、操作者はそれを確認しながら供試体である組電池３の目標とする温度を設定する。その目標温度と空調室ユニット５で測定した雰囲気温度を比較して空調室ユニット５での冷却・加熱の実行を制御し、また目標温度と液体冷却加熱ユニット９で測定した液体温度を比較して液体冷却加熱ユニット９での冷却・加熱の実行を制御する。
【００２２】
測定した雰囲気温度および液体温度の表示は、目標温度設定ユニット４の表示部４ａにより実施される。操作者による目標温度の設定は目標温度設定ユニット４の目標温度設定部４ｂにて実施される。目標温度と空調室ユニット５にて測定された雰囲気温度の比較による雰囲気の冷却・加熱の判断は目標温度設定ユニット４の雰囲気冷却・加熱判断部４ｃにて実施される。
【００２３】
雰囲気の冷却・加熱の実施の制御は、目標温度設定ユニット４の雰囲気冷却・加熱制御部４ｄにて実施される。目標温度と液体冷却加熱ユニット９にて測定された液体温度の比較による液体の冷却・加熱の判断は目標温度設定ユニット４の液体冷却・加熱判断部４ｅにて実施される。液体の冷却・加熱の実施の制御は目標温度設定ユニット４の液体冷却・加熱制御部４ｆにて実施される。
【００２４】
空調室ユニット５は、目標温度設定ユニット４の中の雰囲気冷却・加熱制御部４ｄからの制御信号に基づき雰囲気の温度を冷却・加熱し、またその雰囲気温度を測定してその温度を目標温度設定ユニット４に出力する。雰囲気温度の冷却・加熱は雰囲気温度調整部５ａにて実施される。雰囲気温度の測定および出力は雰囲気温度測定部５ｂにて実施される。
【００２５】
送風機６は、空調室ユニット５で温度調節をした雰囲気を環境試験槽２の内部に送風することで槽内を目標温度に制御する。
【００２６】
電池水冷機構７は、組電池３に搭載されている機構であり、例えば水冷プレートと呼ばれる、内部を循環させる液体によって組電池３のバッテリ温度を調節するものである。電池水冷機構７の内部に液体冷却加熱ユニット９にて目標温度に調節された液体を循環させ、組電池３のバッテリの温度を目標温度に制御する。循環させる液体は、−３０℃〜５０℃の環境でも使用できるよう、例えばエチレングリコールを主成分とした不凍液を使用する。
【００２７】
ポンプ８は、液体冷却加熱ユニット９および電池水冷機構７の内部に液体を循環させるために液体を送り出すものである。
【００２８】
液体冷却加熱ユニット９は、目標温度設定ユニット４の中の液体冷却・加熱制御部４ｆからの制御信号に基づき液体の温度を冷却・加熱し、またその液体温度を測定してその温度を目標温度設定ユニット４に出力する。液体温度の冷却・加熱は液体温度調整部９ａにて実施される。液体温度の測定および出力は液体温度測定部９ｂにて実施される。
【００２９】
以上が温度制御装置１の構成毎の説明である。
【００３０】
次に、目標温度設定ユニット４と空調室ユニット５の構成の詳細について、図２を用いて説明する。
【００３１】
目標温度設定ユニット４の中の雰囲気冷却・加熱判断部４ｃでは、目標温度設定部４ｂで設定した目標温度と空調室ユニット５にて測定された雰囲気温度を比較し、目標温度の方が測定された雰囲気温度より高い場合は雰囲気の加熱、目標温度の方が測定された雰囲気温度より低い場合は雰囲気の冷却を実施する判断をする。
【００３２】
雰囲気冷却・加熱制御部４ｄでは、雰囲気冷却・加熱判断部４ｃの判断結果より雰囲気の冷却が必要な場合は雰囲気の冷却信号を、雰囲気の加熱が必要な場合は雰囲気の加熱信号を雰囲気温度調整部５ａに出力する。雰囲気温度調整部５ａでは、冷却・加熱には例えば冷却コイルや加熱ヒーターなどを使用し、雰囲気冷却・加熱制御部４ｄから冷却信号が来た場合には雰囲気を冷却し、加熱信号が来た場合には雰囲気を加熱する。
【００３３】
雰囲気温度測定部５ｂでは、空調室ユニット５内に取り付けられたセンサにて雰囲気温度を測定し、その温度を目標温度設定ユニット４の中の目標温度設定部４ｂに出力をする。
【００３４】
次に、目標温度設定ユニット４と液体冷却加熱ユニット９の構成の詳細について、図３を用いて説明する。
【００３５】
液体冷却・加熱判断部４ｅでは、目標温度設定部４ｂで設定した目標温度と液体冷却加熱ユニット９にて測定された雰囲気温度を比較し、目標温度の方が測定された液体温度より高い場合は液体の加熱、目標温度の方が測定された液体温度より低い場合は液体の冷却を実施する判断をする。液体冷却・加熱制御部４ｆでは、液体冷却・加熱判断部４ｅの判断結果より液体の冷却が必要な場合は液体の冷却信号を、液体の加熱が必要な場合は液体の加熱信号を液体温度調整部９ａに出力する。
【００３６】
液体温度調整部９ａでは、冷却・加熱には例えば冷却コイルや加熱ヒーターなどを使用し、液体冷却・加熱制御部４ｆから冷却信号が来た場合には液体を冷却し、加熱信号が来た場合には液体を加熱する。液体温度測定部９ｂでは、液体冷却加熱ユニット９に取り付けられたセンサにて液体温度を測定し、その温度を目標温度設定ユニット４の中の目標温度設定部４ｂに出力をする。
【００３７】
続いて、図１の温度制御装置１の動作について、図１と図２と図３と図４と図５を用いて説明をする。
【００３８】
図４のステップＳ１は、空調室ユニット５の内部にある雰囲気温度を測定する工程である。このステップＳ１は、空調室ユニット５の雰囲気温度測定部５ｂにて実施される。
【００３９】
ステップＳ２は、供試体である組電池３の目標温度を設定する工程である。このステップＳ２は、目標温度設定ユニット４の目標温度設定部４ｂにて実施される。
【００４０】
ステップＳ３は、ステップＳ１にて測定した雰囲気温度とステップＳ２にて設定した目標温度を比較する工程である。このステップＳ３は、目標温度設定ユニット４の雰囲気温度判断部４ｃにて実施される。
【００４１】
ステップＳ４は、ステップＳ３における比較の結果より、雰囲気温度が目標温度より大きいかどうかを判断する工程である。このステップＳ４は、目標温度設定ユニット４の雰囲気温度判断部４ｃにて実施される。
【００４２】
ステップＳ５は、ステップＳ４にて雰囲気温度が目標温度より高い場合に、雰囲気の冷却実施信号を出力する工程である。このステップＳ５は、目標温度設定ユニット４の雰囲気温度調整部４ｄにて実施される。
【００４３】
ステップＳ６は、ステップＳ５にて出力された雰囲気の冷却実施信号を受け、雰囲気の冷却を実施する工程である。このステップＳ６は、空調室ユニット５の雰囲気温度調整部５ａにて実施される。
【００４４】
ステップＳ７は、ステップＳ４にて雰囲気温度が目標温度より低い場合に、雰囲気の加熱実施信号を出力する工程である。このステップＳ７は、目標温度設定ユニット４の雰囲気温度調整部４ｄにて実施される。
【００４５】
ステップＳ８は、ステップＳ７にて出力された雰囲気の加熱実施信号を受け、雰囲気の加熱を実施する工程である。このステップＳ８は、空調室ユニット５の雰囲気温度調整部５ａにて実施される。
【００４６】
図５のステップＳ９は、液体冷却加熱ユニット９の内部を流れる液体温度を測定する工程である。このステップＳ９は、液体冷却加熱ユニット９の液体温度測定部９ｂにて実施される。
【００４７】
ステップＳ１０は、ステップＳ９にて測定した液体温度とステップＳ２にて設定した目標温度を比較する工程である。このステップＳ１０は、目標温度設定ユニット４の液体温度判断部４ｅにて実施される。
【００４８】
ステップＳ１１は、ステップＳ１０における比較の結果より、液体温度が目標温度より大きいかどうかを判断する工程である。このステップＳ１１は、目標温度設定ユニット４の液体温度判断部４ｅにて実施される。
【００４９】
ステップＳ１２は、ステップＳ１１にて液体温度が目標温度より高い場合に、液体の冷却実施信号を出力する工程である。このステップＳ１２は、目標温度設定ユニット４の液体温度調整部４ｆにて実施される。
【００５０】
ステップＳ１３は、ステップＳ１２にて出力された液体の冷却実施信号を受け、液体の冷却を実施する工程である。このステップＳ１３は、液体冷却加熱ユニット９の液体温度調整部９ａにて実施される。
【００５１】
ステップＳ１４は、ステップＳ１１にて液体温度が目標温度より低い場合に、液体の加熱実施信号を出力する工程である。このステップＳ１４は、目標温度設定ユニット４の液体温度調整部４ｆにて実施される。
【００５２】
ステップＳ１５は、ステップＳ１４にて出力された液体の加熱実施信号を受け、液体の加熱を実施する工程である。このステップＳ１５は、液体冷却加熱ユニット９の液体温度調整部９ａにて実施される。
【００５３】
以上が図１の温度制御装置の動作の説明である。この動作により、温度制御装置１は、組電池に備わっている水冷機構を使用するため大掛かりな設備の増加がなく、また雰囲気による温度制御に加え、熱伝達率の高い液体による温度制御を追加することで、組電池を目標温度に到達させるまでの時間を短縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、水冷機構を備えた組電池の温度制御に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１，１００  温度制御装置
２，１０１  環境試験槽
３  組電池
４  目標温度設定ユニット
５  空調室ユニット
６  送風機
７  電池水冷機構
８  ポンプ
９  液体冷却加熱ユニット
【図１】
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【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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