(57)【要約】【課題】電池パック内の液体温度にばらつきが生じるのを抑え、液体の適切な温度調節を行うことが可能な電池温度調節装置を提供する。【解決手段】電池温度調節装置は、電池収納ケースと、電池収納ケースに収納された複数の電池セルと、複数の電池セルのうち、少なくとも一部が浸けられた絶縁性の液体と、液体を攪拌する攪拌機と、を有する電池パックに好適に適用される。電池温度調節装置は、複数のヒータと、制御手段と、を備える。複数のヒータは、液体を加熱するためのものであり、電池収納ケース内に取り付けられている。制御手段は、電池収納ケース内の互いに異なる位置間の液体の温度差に応じて複数のヒータを制御する。このようにすることで、液体温度のばらつきを解消することができ、複数の電池セルについて電池温度のばらつきが発生するのを防ぐことができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池収納ケースと、前記電池収納ケースに収納された複数の電池セルと、前記複数の電池セルのうち、少なくとも一部が浸けられた絶縁性の液体と、前記液体を攪拌する攪拌機と、を有する電池パックに適用される電池温度調節装置であって、
前記電池収納ケース内に取り付けられた、前記液体を加熱するための複数のヒータと、
前記電池収納ケース内の互いに異なる位置間の前記液体の温度差に応じて、前記複数のヒータを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする電池温度調節装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記液体の温度差に応じて前記攪拌機を制御する請求項１に記載の電池温度調節装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の温度調節を行う電池温度調節装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池である複数個の単電池を電気的かつ機械的に直列に接続して電池パックを構成し、当該電池パックを複数個接続して構成した電源装置が知られている。このようにして構成された電源装置において、二次電池の温度制御の必要性は、電池の規模とともに高まる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、二次電池を絶縁性の液体の中に浸漬し、攪拌機、液体循環装置、熱交換器、温度測定器を設置し、当該液体を循環して液温を調節する技術が記載されている。また、特許文献２には、電池モジュール単位に検出された温度に基づいて、冷却ファンを制御し、電池の温度制御を行う技術が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１２４７３３号公報
【特許文献２】特開平２００６−１９０６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した特許文献１に記載された技術では、攪拌機の構造や取り付け位置によっては、電池パック内の液体温度にばらつきが生じてしまう。また、特許文献２においても、この点について何ら記載されていない。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電池パック内の液体温度にばらつきが生じるのを抑え、電池温度の適切な温度調節を行うことが可能な電池温度調節装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの観点では、電池収納ケースと、前記電池収納ケースに収納された複数の電池セルと、前記複数の電池セルのうち、少なくとも一部が浸けられた絶縁性の液体と、前記液体を攪拌する攪拌機と、を有する電池パックに適用される電池温度調節装置であって、前記電池収納ケース内に取り付けられた、前記液体を加熱するための複数のヒータと、前記電池収納ケース内の互いに異なる位置間の前記液体の温度差に応じて、前記複数のヒータを制御する制御手段と、を備える。
【０００８】
上記の電池温度調節装置は、電池収納ケースと、前記電池収納ケースに収納された複数の電池セルと、前記複数の電池セルのうち、少なくとも一部が浸けられた絶縁性の液体と、前記液体を攪拌する攪拌機と、を有する電池パックに好適に適用される。電池温度調節装置は、複数のヒータと、制御手段と、を備える。前記複数のヒータは、前記液体を加熱するためのものであり、前記電池収納ケース内に取り付けられている。前記制御手段は、前記電池収納ケース内の互いに異なる位置間の前記液体の温度差に応じて、前記複数のヒータを制御する。このようにすることで、前記液体の温度のばらつきを解消することができ、前記複数の電池セルについて電池温度のばらつきが発生するのを防ぐことができる。
【０００９】
上記の電池温度調節装置の他の一態様は、前記制御手段は、前記液体の温度差に応じて前記攪拌機を制御する。これにより、より効果的に、前記液体の温度のばらつきを解消することができ、前記複数の電池セルについて電池温度のばらつきが発生するのを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１１】
［電池パックの構成］
まず、各実施形態に係る電池温度調節装置を適用した電池パックについて、図１を参照して説明する。
【００１２】
図１は、電池パック１００の概略構成を示す図である。電池パック１００は、主に、電池収納ケース１３と、複数の電池セル１４と、攪拌ファン１５と、を備える。
【００１３】
電池収納ケース１３には、複数の電池セル１４が収納されている。電池セル１４は、例えばリチウム二次電池であり、電極と電解液を収納した密閉型の単電池である。電池収納ケース１３に収納された複数の電池セル１４は、電気的に直列に接続されている。
【００１４】
電池収納ケース１３における空隙、即ち、電池収納ケース１３と複数の電池セル１４との間の空隙、及び、複数の電池セル１４間の空隙、は、液体１６で満たされている。つまり、複数の電池セル１４は液体１６に浸けられている。液体１６は、電気的に絶縁性の液体であり、例えば、アルカンなどの炭化水素や、シリコン油などの絶縁油である。なお、複数の電池セル１４の全てが液体１６に浸けられているとするのには限られず、代わりに、複数の電池セル１４のうち、一部が液体１６に浸けられているとしても良い。
【００１５】
電池収納ケース１３の端部には、攪拌ファン１５が取り付けられている。攪拌ファン１５は液体１６を攪拌するためのものである。攪拌ファン１５が作動すると、図１の一点鎖線の矢印で示すように、電池収納ケース１３内を液体１６が循環する。攪拌ファン１５は、相対的に高い側の出力（Ｈｉ側の出力）と低い側の出力（Ｌｏ側の出力）とで作動可能に構成されている。攪拌ファン１５がＨｉ側の出力に設定された場合には、Ｌｏ側の出力に設定された場合と比較して、液体１６の循環の流れは強い流れとなる。攪拌ファン１５は、本発明における攪拌機として機能する。
【００１６】
ここで、電池収納ケース１３には、第１のヒータ１１及び第２のヒータ１２が取り付けられている。これらのヒータは、例えば抵抗加熱器であり、液体１６を加熱する機能を有する。第１のヒータ１１及び第２のヒータ１２は、電池収納ケース１３内において、互いに異なる位置に取り付けられている。具体的には、第２のヒータ１２の取り付け位置は、第１のヒータ１１の取り付け位置と比較して、攪拌ファン１５から遠い位置に取り付けられている。
【００１７】
また、電池収納ケース１３には、第１の温度センサ２１及び第２の温度センサ２２が取り付けられている。第１の温度センサ２１及び第２の温度センサ２２は、液体１６の温度を測定するためのものである。第１の温度センサ２１及び第２の温度センサ２２は、電池収納ケース１３内において、互いに異なる位置に取り付けられている。具体的には、第２の温度センサ２２は、電池収納ケース１３において、第１の温度センサ２１の取り付け位置と比較して、攪拌ファン１５から遠い位置に取り付けられている。つまり、図１に示すように、第１の温度センサ２１は、電池収納ケース１３における第１のヒータ１１の近傍に取り付けられており、第２の温度センサ２２は、電池収納ケース１３における第２のヒータ１２の近傍に取り付けられている。
【００１８】
攪拌ファン１５、第１のヒータ１１及び第２のヒータ１２は、コントローラ２０により制御される。コントローラ２０は、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）を備えている。コントローラ２０は、第１の温度センサ２１及び第２の温度センサ２２からの検出信号に基づいて、攪拌ファン１５、第１のヒータ１１及び第２のヒータ１２を制御する。図１において、破線は、制御信号の流れを示している。従って、コントローラ２０は、本発明における制御手段として機能する。
【００１９】
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係る電池温度調節方法について説明する。
【００２０】
先にも述べたように、電池収納ケース１３には、第１のヒータ１１及び第２のヒータ１２が取り付けられている。これは、電池セル１４の電池温度が比較的低温となる場合には、電池セル１４の充放電特性が悪化するからである。つまり、電池パック１００では、電池セル１４の充放電特性の悪化を防ぐために、第１のヒータ１１及び第２のヒータ１２を作動させて、液体１６を加熱し、加熱された液体１６より各電池セル１４へ熱を伝達することにより、各電池セル１４の電池温度を上昇させることとしている。
【００２１】
ここで、第１のヒータ１１及び第２のヒータ１２は、電池収納ケース１３内において、互いに異なる位置に取り付けられているため、第１のヒータ１１付近の液体１６の温度と第２のヒータ１２付近の液体１６の温度とでは異なる可能性がある。つまり、液体１６の温度にばらつきが生じる可能性がある。液体１６の温度にばらつきが生じると、複数の電池セル１４についても電池温度にばらつきが生じることとなる。電池パック１００において、複数の電池セル１４について電池温度のばらつきが発生すると、低温側の性能は最低温度の電池セル１４に律速され、高温側の性能は最高温度の電池セル１４に律速されることとなり、電池セル１４の電池温度が一様である場合と比較して、電池セルの使用領域（たとえば、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅｓ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）で定義される電池の使用が可能とされる領域）が狭まる可能性がある。このような現象は、電池収納ケース１３内における液体１６の循環する流れが比較的弱い場合、即ち、攪拌ファン１５の出力が比較的弱い場合に発生しやすい。
【００２２】
そこで、第１実施形態に係る電池温度調節方法では、電池収納ケース１３内の互いに異なる位置間の液体１６の温度差に応じて、攪拌ファン１５の出力を制御することとする。具体的には、コントローラ２０は、電池収納ケース１３内の互いに異なる位置間の液体１６の温度差が所定値よりも大きくなっている場合には、攪拌ファン１５の出力をＨｉ側に設定する。このようにすることで、液体１６の温度のばらつきを解消することができ、複数の電池セル１４間の電池温度のばらつきが発生するのを防ぐことができる。以下、図２に示すフローチャートを用いて具体的に説明する。
【００２３】
図２に示すフローチャートは、第１実施形態に係る電池温度調節処理を示すフローチャートである。本制御処理は、コントローラ２０によって、例えば所定時間毎に繰り返し実行される。
【００２４】
ステップＳ１０１において、コントローラ２０は、第１の温度センサ２１及び第２の温度センサ２２からの検出信号に基づいて、液体１６の温度を検出する。
【００２５】
ステップＳ１０２において、コントローラ２０は、第１の温度センサ２１によって検出された温度と、第２の温度センサ２２によって検出された温度と、の温度差の絶対値、即ち、検出された液体１６の温度差の絶対値が、所定値以上よりも大きくなっているか否かについて判定する。ここで、所定値は、予め実験などにより求められ、コントローラ２０のＲＯＭなどに記録されている。所定値の具体的な値としては３℃程度である。
【００２６】
コントローラ２０は、検出された液体１６の温度差の絶対値が所定値よりも大きくなっていると判定した場合には（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、攪拌ファン１５の出力をＨｉ側に設定して（ステップＳ１０３）、液体１６の循環の流れを強くする。これにより、液体１６の温度のばらつきを解消することができ、複数の電池セル１４間の電池温度のばらつきが発生するのを防ぐことができる。一方、コントローラ２０は、検出された液体１６の温度差の絶対値が所定値以下になっていると判定した場合には（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、攪拌ファン１５の出力をＬｏ側に設定する（ステップＳ１０４）。これにより、液体１６の温度のばらつきが解消された場合において、攪拌ファン１５の電力消費を抑えることができる。この後、コントローラ２０は、本制御処理を終了する。
【００２７】
なお、上述の実施例では、攪拌ファン１５は、出力段階として、Ｈｉ側とＬｏ側の２つの出力段階を有し、検出された液体１６の温度差が所定値よりも大きくなっているか否かによって出力段階が切り換えられるとしているが、これに限られない。このようにする代わりに、例えば、攪拌ファン１５は３段階以上の出力段階を有するとしてもよい。この場合、コントローラ２０は、液体１６の温度差の絶対値と攪拌ファン１５の出力段階との関係を規定したマップをＲＯＭなどに保持し、検出された液体１６の温度差の絶対値に基づいて、当該マップより攪拌ファン１５の出力段階を設定する。このようにしても、上述したのと同様の効果を得ることができる。
【００２８】
以上述べたことから分かるように、第１実施形態によれば、電池収納ケース１３内の互いに異なる位置間の液体１６の温度差に応じて、攪拌ファン１５の出力を制御することにより、液体１６の温度のばらつきを解消することができ、複数の電池セル１４について電池温度のばらつきが発生するのを防ぐことができる。
【００２９】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る電池温度調節方法について説明する。
【００３０】
第１実施形態では、電池収納ケース１３内の互いに異なる位置間の液体１６の温度差に応じて、攪拌ファン１５の出力を制御するとしていた。しかしながら、液体１６の温度に応じて液体１６の粘性は大きく変化するため、攪拌ファン１５の出力を大きくしても、液体１６の温度のばらつきを解消することができない場合がある。
【００３１】
図３は、電池パック１００において、液体１６の温度のばらつきが発生したときの状態を示す模式図である。図３に示す例では、液体１６の温度が互いに異なる各領域Ａｒｅａ１〜Ａｒｅａ３を異なるハッチングで示している。電池収納ケース１３内における、第１のヒータ１１と第２のヒータ１２との間の領域Ａｒｅａ２では、他の領域Ａｒｅａ１、Ａｒｅａ３と比較して、第１のヒータ１１及び第２のヒータ１２により液体１６が加熱されにくいため、領域Ａｒｅａ２における液体１６の温度は、他の領域Ａｒｅａ１、Ａｒｅａ３における液体１６の温度と比較して低温となる。そのため、領域Ａｒｅａ２における液体１６の粘性は、他の領域Ａｒｅａ１、Ａｒｅａ３における液体１６の粘性と比較して高くなる。このとき、攪拌ファン１５による液体１６の循環の流れは、図３の一点鎖線の矢印に示すように、領域Ａｒｅａ１と領域Ａｒｅａ２との境界付近で折り返して、領域Ａｒｅａ１内で循環することとなる。その結果、領域Ａｒｅａ２では、液体１６が循環しないことにより淀んで、低温のままとなり、領域Ａｒｅａ３では、液体１６が循環しないことにより淀んで、第２のヒータ１２により加熱され過ぎて高温となる。領域Ａｒｅａ１では、液体１６が循環しているので、低温と高温の間の中程度の温度となる。
【００３２】
そこで、第２実施形態に係る電池温度調節方法では、コントローラ２０は、電池収納ケース１３内の互いに異なる位置間の液体１６の温度差に応じて第１のヒータ１１及び第２のヒータ１２を制御することとする。具体的には、コントローラ２０は、電池収納ケース１３内の互いに異なる位置間の液体１６の温度差が所定値よりも大きくなっている場合には、高い方の温度を検出した温度センサに近い方のヒータの出力を低下させるとともに、低い方の温度を検出した温度センサに近い方のヒータの出力を増加させる。液体１６の粘性が変化して、攪拌ファン１５の出力を大きくすることにより液体１６の温度のばらつきを解消することができない場合であっても、このようにすることで、液体１６の温度のばらつきを解消することができる。以下、図４のフローチャートを用いて具体的に説明する。
【００３３】
図４に示すフローチャートは、第２実施形態に係る電池温度調節処理を示すフローチャートである。本制御処理は、コントローラ２０によって、例えば所定時間毎に繰り返し実行される。
【００３４】
ステップＳ２０１において、コントローラ２０は、第１の温度センサ２１及び第２の温度センサ２２からの検出信号に基づいて、液体１６の温度を検出する。
【００３５】
ステップＳ２０２において、コントローラ２０は、例えば図５に示すような表をマップとして予めＲＯＭなどに保持し、第１の温度センサ２１により検出された温度と第２の温度センサ２２により検出された温度との温度差、即ち、検出された液体１６の温度差に基づいて、当該マップより、第１のヒータ１１及び第２のヒータ１２の出力比を決定して、当該出力比となるように第１のヒータ１１及び第２のヒータ１２の制御を行う。コントローラ２０は、ステップＳ２０２の処理を終えた後、本制御処理を終了する。
【００３６】
図５は、検出された液体１６の温度差と、第１のヒータ１１及び第２のヒータ１２の出力比と、の関係を示す表である。
【００３７】
図５を見ると分かるように、コントローラ２０は、検出された液体１６の温度差が−９℃〜−６℃となっている場合には、即ち、第１の温度センサ２１によって検出された温度よりも第２の温度センサ２２によって検出された温度の方が高くなっている場合には、第１のヒータ１１の出力比を、第２のヒータ１２の出力比よりも高くする。ここで、第１のヒータ１１の出力比と第２のヒータ１２の出力比との差は、検出された液体１６の温度差の絶対値に比例するように設定される。
【００３８】
また、コントローラ２０は、検出された液体１６の温度差が６℃〜９℃となっている場合には、即ち、第２の温度センサ２２によって検出された温度よりも第１の温度センサ２１によって検出された温度の方が高くなっている場合には、第２のヒータ１２の出力比を、第１のヒータ１１の出力比よりも高くする。ここで、第２のヒータ１２の出力比と第１のヒータ１１の出力比との差は、検出された液体１６の温度差の絶対値に比例するように設定される。
【００３９】
さらに、コントローラ２０は、検出された液体１６の温度差が−３℃〜３℃となっている場合には、即ち、液体１６の温度差の絶対値が所定値（ここでは３℃）以下となる場合には、第１のヒータの出力及び第２のヒータの出力の夫々を同等の出力とする。
【００４０】
以上述べたことから分かるように、液体１６の粘性が変化して、攪拌ファン１５の出力を大きくすることにより液体１６の温度のばらつきを解消することができない場合であっても、第２実施形態によれば、液体１６の温度のばらつきを解消することができ、複数の電池セル１４について電池温度のばらつきが発生するのを防ぐことができる。
【００４１】
なお、上述の実施例では、電池温度調節装置は、第１のヒータ１１及び第２のヒータ１２の２つのヒータの制御を行うとしているが、これに限られるものではない。代わりに、電池温度調節装置は、３つ以上のヒータを備え、それぞれのヒータの制御を、夫々の近傍の温度センサの温度に基づいて行うとしてもよいのは言うまでもない。この場合においても、高い方の温度を検出した温度センサに近い方のヒータの出力を低下させるとともに、低い方の温度を検出した温度センサに近い方のヒータの出力を増加させるとすることにより、上述の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
なお、第２実施形態に係る電池温度調節方法と、前述した第１実施形態に係る電池温度調節方法とを組み合わせて実行することも可能である。第１実施形態に係る電池温度調節方法と組み合わせて実行することにより、より効果的に、複数の電池セル１４について電池温度のばらつきが発生するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】電池パックの概略構成を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る電池温度調節処理を示すフローチャートである。
【図３】液体の温度のばらつきが発生したときの電池パックの状態を示す模式図である。
【図４】第２実施形態に係る電池温度調節処理を示すフローチャートである。
【図５】検出された液体の温度差と第１及び第２のヒータの出力比との関係を示す図表である。
【符号の説明】
【００４４】
１１  第１のヒータ
１２  第２のヒータ
１３  電池収納ケース
１４  電池セル
１５  攪拌ファン
２１  第１の温度センサ
２２  第２の温度センサ
【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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