JP2002343447A - 電池電源装置 - Google Patents

電池電源装置

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JP2002343447A
JP2002343447A JP2001146106A JP2001146106A JP2002343447A JP 2002343447 A JP2002343447 A JP 2002343447A JP 2001146106 A JP2001146106 A JP 2001146106A JP 2001146106 A JP2001146106 A JP 2001146106A JP 2002343447 A JP2002343447 A JP 2002343447A
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Kenji Kimura
健治 木村
Seiichi Uemoto
誠一 上本
Takafumi Fujii
隆文 藤井
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Matsushita Battery Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単で安価な構成により、常温使用時に電池の
冷却用として機能し、低温使用時に各電池の温度を均一
に保持しながら電池の温度を電池性能の低下を来さない
領域まで速やかに上昇させることのできる構成を備えた
電池電源装置を提供する。 【解決手段】複数個の電池９が接続状態で電池収納室１
０内に配列して収納された電池ボックス８と、電池収納
室１０内に温度調節用媒体Ｅを導入する導入口１１およ
び媒体Ｅを電池収納室１０から外部に排出する排出口１
３と、排出口１３から排出した媒体Ｅを導入口１１に導
いて電池収納室１０内に流入させる媒体循環路１７と、
媒体Ｅを強制的に流動させる媒体流動手段１９とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、自動車の
駆動電源などに好適に用いることができる大電力出力用
の電池電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、二次電池の出力電圧は１〜５ボ
ルト程度であるため、例えば自動車の駆動電源としての
用途などに用いるために大きな出力電圧を必要とする場
合には、図３の概略縦断面図に示すように、多数個の二
次電池１を直列接続状態で電池ボックス２の内部に縦横
に配列した状態で収納した電池電源装置が用いられる。
この電池電源装置では、充放電制御を行って常に所要の
電力が取り出せるように維持される。
【０００３】二次電池１は充放電に伴う発熱によって温
度上昇するので、電池電源装置のように多数個の二次電
池が集積されていると、全体の発熱量が大きくなって電
池ボックス２内の温度が上昇するので、この温度上昇を
抑制するために冷却する必要がある。一方、寒冷地など
の気温の低い所で使用する場合には、二次電池１の内部
抵抗の温度依存性が非常に大きくなるため、個々の二次
電池に常温での使用時と同じ温度差が生じた場合には個
々の二次電池１の電池特性の差が大きくなってしまい、
各二次電池１全体の制御に支障を来すことが多くなる。
したがって、多数個の二次電池１を収納した電池電源装
置では、寒冷地などの使用に際して、各二次電池１の温
度を均一に保持しながら電池温度を電池性能の低下が問
題とならない領域まで速やかに上昇させる必要がある。
また、二次電池１はその温度によって電池特性に変化が
生じるため、配列された全ての二次電池１を常に均一な
温度に維持する必要がある。
【０００４】そこで、従来の電池電源装置では、各二次
電池１の温度調整を行うために、電池ボックス２の一端
側を開口して空気導入口３を設けるとともに、他端側に
空気排出通路４を設け、その空気排出通路４内に配置し
たファン７を駆動して、電池ボックス２内に一方向に向
け送風して各二次電池１間に強制的に空気Ｅを流動させ
ることにより、各二次電池１を冷却する構成が一般的に
採用されている。また、寒冷地などの気温の低い所での
使用に際しては、燃焼式や電気式の加温装置を電池ボッ
クス２に装着することによって各二次電池１を所定温度
に維持するバッテリ加温装置を用いることが知られてい
る（例えば、特開平６−２３１８０７号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
温度調節手段では、空気導入口３から流入した空気Ｅが
二次電池１間を通過するときに二次電池１の発熱を奪い
ながら下流方向に向かって流動するので、空気Ｅの温度
が下流側に流動するにしたがって上昇することになる。
そのため、空気導入口３側の二次電池１は、低い温度の
空気Ｅと熱交換することから効率良く冷却されるが、空
気排出通路４側の二次電池１は、上流側において二次電
池１と熱交換して温度が高くなった空気Ｅにさらされる
ので、冷却され難く、各二次電池１が均一に冷却されな
い。これにより、空気導入口３側の二次電池１と空気排
出通路４側の二次電池１との間には大きな温度が生じる
問題がある。
【０００６】一方、寒冷地などの気温の低い所での使用
に際しては、上述のように加温装置を装着して二次電池
１を加温する構成とすると、常温での使用時に冷却装置
が別途必要となり、構造が複雑化してコストアップを招
くことになる。これとは別に、加温装置を設けないで二
次電池の温度を上昇させる手段としては、空気などの媒
体を全く流動させない状態とした電池ボックス内に二次
電池を配置して、充放電反応に伴う二次電池自体の発熱
によって二次電池の温度を上昇させる方法も採用されて
いる。ところが、この方法では、各二次電池が個々に有
する内部抵抗もしくは温度特性の相違に起因する各二次
電池の発熱量にばらつきや、二次電池の電池ボックス内
での配設位置に起因する放熱量のばらつきにより、配設
されている全ての二次電池の温度を均一に維持すること
ができない。
【０００７】そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑み
てなされたもので、簡単で安価な構成により、常温使用
時に電池の冷却用として機能し、低温使用時に各電池の
温度を均一に保持しながら電池の温度を電池性能の低下
を来さない領域まで速やかに上昇させることのできる構
成を備えた電池電源装置を提供することを目的とするも
のである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電池電源装置は、複数個の電池が接続状態
で電池収納室内に配列して収納された電池ボックスと、
前記電池収納室内に温度調節用媒体を導入する導入口お
よび前記媒体を前記電池収納室から外部に排出する排出
口と、前記排出口から排出した前記媒体を前記導入口に
導いて前記電池収納室内に流入させる媒体循環路と、前
記媒体を強制的に流動させる媒体流動手段とを備えてい
ることを特徴としている。
【０００９】この電池電源装置では、低温時の使用に際
して、電池収納室内を通過するときに各電池との熱交換
によって温度が上昇した空気などの温度調節用媒体を、
媒体循環路を介して再び電池収納室内に導いて循環させ
ることができるので、各電池の温度を均一に維持しなが
ら速やかに上昇させることができる。また、常温時の使
用に際しては、導入口から流入して電池収納室内を通過
した温度調節用媒体を排出口から外部に排出することに
より、各電池を効率的に冷却して良好な温度調節効果を
得ることができる。したがって、この電池電源装置で
は、加温装置や冷却装置のような特別な装置を付設する
ことなく、媒体循環路を設けただけの簡単な構成としな
がらも、低温時および常温時の何れの使用に際しても、
各電池の温度特性が各々の温度の不均一に起因してばら
つくのを防止して、全ての電池による総合的な性能を良
好な状態に維持することができる。
【００１０】上記発明において、排出口から排出した温
度調節用媒体を外部排出通路または媒体循環路の何れか
に択一的に導くよう切り換える切換弁機構と、この切換
弁機構を切換制御する制御部とを備えていることが好ま
しい。これにより、温度調節用媒体を、媒体循環路を介
した循環状態と媒体循環路に導かない非循環とに簡便に
切換えることができる。そして、低温時の使用に際して
は、電池収納室の排出口から排出した温度調節用媒体の
全てを媒体循環路に導くとともに、常温時の使用に際し
ては、電池収納室の排出口から排出した温度調節用媒体
の全てを外部排出通路に導くように切り換えることがで
き、何れの場合にも、各電池の温度を効果的に調整して
均一に維持することができる。
【００１１】上記構成において、制御部は、媒体流動手
段を媒体の流動方向が反転するよう切換制御するよう機
能を備えていることが好ましい。これにより、電池から
熱を奪って温度上昇する温度調節用媒体により温度調節
される電池のうちの媒体の流動方向の上流側の電池が効
率的に冷却されたり、媒体の流動方向の下流側の電池が
効率的に温度上昇するなどに起因して、電池に温度差が
生じるのを回避することができ、各電池の各々の温度の
均一性をさらに高めることができる。
【００１２】上記構成において、電池収納室内の所定の
電池の温度または電池収納室内の所定箇所での媒体の温
度を検出する温度センサを備え、制御部は、前記温度セ
ンサの検出温度に基づき媒体流動手段を切換制御するよ
う構成されていることが好ましい。これにより、媒体の
流動方向を、電池間の温度差が所定値に達した最も好ま
しいタイミングで切り換えることができ、電池温度の均
一性を一層高めることができる。
【００１３】上記発明において、導入通路から導入した
温度調節用媒体または媒体循環路からの前記媒体の何れ
かを導入口から電池収納室内に択一的に導くよう切り換
える他の切換弁機構を備え、制御部が、二つの切換弁機
構を連動して切換制御するよう構成されていることが好
ましい。これにより、低温時に使用する際には、導入通
路からの冷たい媒体の導入を阻止して媒体を循環させる
ことができるので、電池の温度を一層速やかに上昇させ
ることができる。一方、常温時の使用に際しては、導入
通路からの媒体を媒体循環路内に入り込むのを阻止して
電池収納室内に効率的に流入させることができ、電池を
一層効率的に冷却することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明
の一実施の形態に係る電池電源装置を示す概略縦断面図
である。同図において、電池ボックス８の直方体となっ
た電池収納室１０には、所要の出力電圧を得るのに必要
な個数の二次電池９が縦横に配列して互いに電気的接続
状態で収容されている。この実施の形態では、二次電池
９が空気Ｅの流動方向に対し直交方向に４個を一列に並
べた電池列が空気の流動方向に沿って五列に配置された
場合を例示してある。
【００１５】電池収納室１０の吸気口１１には吸気ダク
ト１２が連設され、且つ排気口１３には排気ダクト１４
が連設されているとともに、排気ダクト１４の入口部と
吸気ダクト１２の出口部とを連通する循環ダクト１７が
設けられている。排気ダクト１４と循環ダクト１７の各
々の入口部分には、空気Ｅの流れを排気ダクト１４と循
環ダクト１７とに切り換えて導入するための切換弁部材
１８が配設されている。また、排気口１３と排気ダクト
１４および循環ダクト１７の各々の入口部分との間に
は、空気Ｅを強制的に流動させるためのファン１９が配
置されている。
【００１６】電池ボックス８の吸気口１１には、空気Ｅ
の温度を検出するための温度センサ２０が設けられてい
るとともに、空気Ｅの流動方向に沿った五列の電池列の
各二次電池９の温度をそれぞれ検出するための温度セン
サ２１が二次電池９に接触状態に設けられている。これ
らの温度センサ２０，２１は、例えばサーミスタなどの
抵抗値の変化から温度を検出する接触式のものである。
コントローラ２２は、各温度センサ２０，２１から入力
される温度検出信号に基づいてファン１９の回転方向を
切換制御するとともに、作動部２３を介して切換弁部材
１８を切換制御する。
【００１７】つぎに、上記実施の形態の電池電源装置の
作用について説明する。先ず、低温時に使用する場合に
は、コントローラ２２が作動部２３を制御して切換弁機
構１８を実線で示す位置に設定する。これにより、電池
収納室１０の排気口１３は、排気ダクト１４と遮断され
て、循環ダクト１７に連通される。この状態でファン１
９はコントローラ２２によって正回転され、吸気ダクト
１２から吸気口１１を通って電池収納室１０内に吸引さ
れた空気Ｅは、電池収納室１０内を流動して排気口１３
から流出されたのち、循環ダクト１７を通って吸気口１
１から再び電池収納室１０内に流入し、同様の経路で循
環される。
【００１８】この流動する空気Ｅは、電池収納室１０内
を通過する際に二次電池９から熱を奪い、温度が上昇し
た状態で排気口１３から排出されたのちに循環ダクト１
７を通って吸気口１１から再び電池収納室１０内に流入
する循環流動を繰り返すことにより、徐々に温度上昇す
る。そのため、各二次電池９は、循環しながら徐々に温
度上昇する空気Ｅによって互いに均等な温度を維持しな
がら速やかに温度上昇されることになる。
【００１９】コントローラ２２は、上述の動作によって
温度上昇される五列の電池列の各二次電池９の温度を温
度センサ２１から入力される温度検出信号に基づき常に
監視しており、吸気口１１と排気口１３との各二次電池
９の温度差が所定値、例えば３°Ｃに達したと判別した
ときに、ファン１９の回転を正方向から逆方向に切り換
えるように制御する。これにより、ファン１９は、循環
ダクト１７を通過してきた空気Ｅを排気口１３から電池
収納室１０内に送り込むよう作用するので、空気Ｅは、
ファン１９の正回転時と同じ循環路を正回転時と逆方向
に循環移動する。これにより、五列の電池列の各二次電
池９の温度は、正回転時に排気口１３側が吸気口１１側
よりも高くなる現象が回避されて、各々の温度の均一性
がさらに高められる。
【００２０】一方、常温時に使用する場合には、コント
ローラ２２が作動部２３を制御して切換弁機構１８を２
点鎖線実線で示す位置に設定する。これにより、電池収
納室１０の排気口１３は、循環ダクト１７と遮断され
て、排気ダクト１４に連通される。この状態でファン１
９はコントローラ２２によって正回転され、吸気ダクト
１２から吸気口１１を通って電池ボックス８内に吸引さ
れた空気Ｅは、電池収納室１０内を流動して排気口１３
から流出されたのち、排気ダクト１４から外部に放出さ
れる。これにより、電池収納室１０内には吸気ダクト１
２からの冷たい空気Ｅが常に流入され、この空気Ｅは、
電池収納室１０内を通過する際に二次電池９から熱を奪
って二次電池９を冷却し、温度が上昇した状態で排気口
１３から排気ダクト１４を通って外部に排出されのるの
で、各二次電池９は、常に冷たい空気Ｅによって互いに
均等な温度を維持しながら効果的に冷却される。
【００２１】コントローラ２２は、上述の動作によって
温度上昇される五列の電池列の各二次電池９の温度を温
度センサ２１から入力する検出信号に基づき常に監視す
るとともに、温度センサ２０から入力する検出信号に基
づき吸気ダクト１２からの空気Ｅの温度を監視してお
り、各二次電池９の温度をさらに均一にする必要がある
と判別したときに、ファン１９の回転を正方向から逆方
向に切り換えるよう制御する。これにより、ファン１９
は、排気ダクト１４から吸引した空気Ｅを排気口１３か
ら電池収納室１０内に送り込むよう作用するので、空気
Ｅは、ファン１９の正回転時と同じ流動路を正回転時と
逆方向に流動する。これにより、五列の電池列の各二次
電池９は、正回転時に排気口１３側の温度が吸気口１１
側よりも低くなる現象が回避されて、各々の温度の均一
性がさらに高められる。
【００２２】上述のように、上記電池電源装置は、特別
な加温装置や冷却装置を設けることなく、電池収納室１
０に循環ダクト１７を連通状態に設けて、二次電池９の
温度差または空気Ｅの温度に応じてファン１９の回転方
向を変更するだけの簡単な構成によって、低温時および
常温時の何れの使用時にも電池収納室１０内の多数個の
二次電池９の温度を均一に維持しながら上昇または冷却
することができ、電池温度の変化に伴う電池特性のばら
つきを防止することができる。
【００２３】図２は、上記電池電源装置を低温時に使用
するに際して、空気Ｅの流動方向などの条件を種々に変
化させた場合の二次電池９の温度変化を示した特性図で
ある。同図は、二次電池９の温度変化の測定を空気Ｅの
流動を４種類の条件で変化させた場合について行った結
果を示している。すなわち、第１の条件はファン１９を
停止状態に保持した場合、第２の条件は切換弁部材１８
で排気口１３と循環ダクト１７との連通を遮断した状態
でファン１９を正方向に回転させた場合、第３の条件は
切換弁部材１８で排気口１３と排気ダクト１４との連通
を遮断した状態でファン１９を正方向に回転させた場
合、第４の条件は切換弁部材１８で排気口１３と排気ダ
クト１４との連通を遮断した状態でファン１９を正方向
に回転させるとともに吸気口１１側の二次電池９と排気
口１３側の二次電池９との温度差が３°Ｃ以上になった
時点でファン１９の回転方向を切り換える場合である。
したがって、第１および第２の条件は従来の電池電源装
置の条件と同様であり、第３および第４の条件は上記実
施の形態の電池電源装置における設定条件である。
【００２４】図２の特性曲線Ｃ１１，Ｃ１２は、それぞ
れ第１の条件における吸気口１１側の電池列と中央の電
池列との各二次電池９の各々の温度変化を示したもので
ある。この場合には、ファン１９を停止状態に保持して
いることから、各電池列の二次電池９の発熱量と放熱量
とのばらつきが大きいため、中央の電池列の二次電池の
温度が特性曲線Ｃ１２で示すように最高温度になってい
る。すなわち、第１の条件では、電池温度の上昇速度が
非常に速いものと遅いものとが存在し、結果として電池
温度の均一性が非常に悪く、大きな温度差が生じる。
【００２５】特性曲線Ｃ２１，Ｃ２２は、それぞれ第２
の条件における吸気口１１側および排気口１３側の各電
池列の二次電池９の各々の温度変化を示したものであ
り、空気Ｅを一方向に流動させるだけの第２の条件で
は、電池温度の均一性は概ね良好であるが、電池温度を
高い温度に速やかに上昇させることができないことが判
明した。
【００２６】また、特性曲線Ｃ３１，Ｃ３２は、それぞ
れ第３の条件における吸気口１１側および排気口１３側
の各電池列の二次電池９の各々の温度変化を示したもの
であり、特性曲線Ｃ４１，Ｃ４２は、それぞれ第４の条
件における吸気口１１側および排気口１３側の各電池列
の二次電池９の各々の温度変化を示したものである。上
記実施の形態の電池電源装置のように空気Ｅを循環させ
る第３および第４の条件では、電池温度の均一性を維持
しながら電池温度を速やかに上昇させることが可能であ
ることが判明した。さらに、空気Ｅの循環動作に加えて
空気Ｅの流動方向を二次電池９間の温度差が所定値に達
したタイミングで切り換える第４の条件では、電池温度
の均一性が一層向上することが判明した。
【００２７】また、図１に２点鎖線で示すように、吸気
口１１に吸気ダクト１２または循環ダクト１７の何れか
を択一的に連通させるよう切り換える切換弁部材２４を
設けて、この切換弁部材２４を上記切換弁部材１８と連
動して切り換えるようにすれば、一層好ましい。すなわ
ち、両切換弁部材１８，２４は、循環ダクト１７の入口
と出口とを同時に閉塞する状態と、排気ダクト１４と吸
気ダクト１２とを同時に閉塞する状態とに択一的に連動
するようコントローラ２２により制御する。これによ
り、低温時に使用する際には、吸気ダクト１２から冷た
い空気Ｅの導入を阻止して空気Ｅを循環させることがで
き、二次電池９の温度を速やかに上昇させることができ
る。一方、常温時の使用に際しては、吸気ダクト１２か
らの空気Ｅの全てを、循環ダクト１７内に入り込むのを
阻止して電池収納室１０内に効率的に流入させることが
でき、二次電池９を効率的に冷却することができる。
【００２８】なお、上記実施の形態では、円筒形の二次
電池９を用いた場合を例示して説明しているが、角形な
どの他の形状の二次電池または一次電池を用いた場合に
おいても上述したと同様の効果を得ることができるのは
勿論である。また、上記実施の形態では温度調節用媒体
として空気Ｅを用い、且つ媒体流動手段としてファン１
９を用いた場合を例示しているが、空域Ｅ以外の温度調
節用媒体やファン１９以外の媒体流動手段を適宜選択し
て使用することもできる。
【００２９】
【発明の効果】以上のように、本発明の電池電源装置に
よれば、低温時の使用に際して、電池収納室内を通過す
るときに各電池との熱交換によって温度が上昇した空気
などの温度調節用媒体を、媒体循環路を介して再び電池
収納室内に導いて循環させることができる構成としたの
で、各電池の温度を均一に維持しながら速やかに上昇さ
せることができる。また、常温時の使用に際しては、導
入口から流入して電池収納室内を通過した温度調節用媒
体を排出口から外部に排出することにより、各電池を効
率的に冷却して良好な温度調節効果を得ることができ
る。したがって、この電池電源装置では、加温装置や冷
却装置のような特別な装置を付設することなく、媒体循
環路を設けただけの簡単で安価な構成としながらも、低
温時および常温時の何れの使用に際しても、各電池の温
度特性が各々の温度の不均一に起因してばらつくのを防
止して、全ての電池による総合的な性能を良好な状態に
維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電池電源装置を示
す概略縦断面図。
【図２】同上の電池電源装置および比較例の電池電源装
置を低温時に使用するに際して条件を変化させた場合の
電池動作時の時間と電池温度との関係を示す特性図。
【図３】従来の電池電源装置を示す概略縦断面図。
【符号の説明】
８ 電池ボックス ９ 二次電池（電池） １０ 電池収納室 １１ 吸気口（導入口） １３ 排気口（排出口） １４ 排気ダクト（外部排出通路） １７ 循環ダクト（媒体循環路） １８ 切換弁部材（切換弁機構） １９ ファン（媒体流動手段） ２０，２１ 温度センサ ２２ コントローラ（制御部） ２４ 切換弁部材（他の切換弁機構） Ｅ 空気（温度調節用媒体）
フロントページの続き (72)発明者 藤井 隆文 大阪府守口市松下町１番１号 松下電池工 業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H031 AA09 KK08

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数個の電池が接続状態で電池収納室内
    に配列して収納された電池ボックスと、 前記電池収納室内に温度調節用媒体を導入する導入口お
    よび前記媒体を前記電池収納室から外部に排出する排出
    口と、 前記排出口から排出した前記媒体を前記導入口に導いて
    前記電池収納室内に流入させる媒体循環路と、 前記媒体を強制的に流動させる媒体流動手段とを備えて
    いることを特徴とする電池電源装置。
  2. 【請求項２】 排出口から排出した温度調節用媒体を外
    部排出通路または媒体循環路の何れかに択一的に導くよ
    う切り換える切換弁機構と、この切換弁機構を切換制御
    する制御部とを備えている請求項１に記載の電池電源装
    置。
  3. 【請求項３】 制御部は、媒体流動手段を媒体の流動方
    向が反転するよう切換制御するよう機能を備えている請
    求項２に記載の電池電源装置。
  4. 【請求項４】 電池収納室内の所定の電池の温度または
    電池収納室内の所定箇所での媒体の温度を検出する温度
    センサを備え、制御部は、前記温度センサの検出温度に
    基づき媒体流動手段を切換制御するよう構成されている
    請求項３に記載の電池電源装置。
  5. 【請求項５】 導入通路から導入した温度調節用媒体ま
    たは媒体循環路からの前記媒体の何れかを導入口から電
    池収納室内に択一的に導くよう切り換える他の切換弁機
    構を備え、制御部が、二つの切換弁機構を連動して切換
    制御するよう構成されている請求項２ないし４の何れか
    に記載の電池電源装置。
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