JP2022080546A - 電池パック - Google Patents

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Abstract

【課題】簡素な構成で電池モジュールの冷却および保温を効果的に行うことができる電池パックを提供する。【解決手段】本発明の電池パック１４は、電池モジュール１５と、冷却器１７と、電池温度検知部１８と、リザーバタンク１９と、流体ポンプ２０と、演算制御部２２と、を具備する。演算制御部２２は、電池温度検知部１８で検知した電池モジュール１５の温度に基づいて、電池モジュール１５を冷却する際には、流体ポンプ２０を運転して冷却流体１６を循環させることで、冷却器１７を流れる冷却流体１６と電池モジュール１５を熱交換させ、電池モジュール１５を保温する際には、冷却流体１６の少なくとも一部をリザーバタンク１９に貯留することで、冷却器１７の内部において冷却流体１６を減少させる。【選択図】図２

Description

本発明は、電池パックに関し、特に、冷却流体を用いて電池セルを温調するする電池パックに関する。
電動車両には、走行用の電力を蓄積する蓄電池が搭載される。この蓄電池は温度管理され、一定の温度帯域となるように調温される。即ち、蓄電池の温度が下限温度以下とならないように昇温され、且つ、蓄電池の温度が上限温度以上とならないように冷却される。また、蓄電池の温度状況に応じて、蓄電池からの出力を制限することもある。
特許文献１には、車両に搭載される電池において、電池を覆う形状の冷却空間に、リザーバの冷媒を出し入れすることで、電池を冷却する電池パック冷却装置が記載されている。
特開平９－２５９９４０号公報
しかしながら、前述した構成の電池パック冷却装置では、電池パックを効果的に冷却する観点から改善の余地があった。
具体的には、特許文献１に記載された発明では、冷却空間に冷媒を流して電池と熱交換することで電池を冷却しているが、電池パックが冷却環境下に晒された際に、電池パックを保温する構成に関しては考慮されていない。
本発明は、このような問題点を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、簡素な構成で電池モジュールの冷却および保温を効果的に行うことができる電池パックを提供することにある。
本発明の請求項１に記載された電池パックは、電池と、前記電池と熱交換する冷却流体が内部を流通する冷却器と、前記電池の温度を検知する電池温度検知部と、前記冷却流体を貯留するリザーバタンクと、前記冷却流体が循環する経路に介装された流体ポンプと、演算制御部と、を具備し、前記演算制御部は、前記電池温度検知部で検知した前記電池の温度に基づいて、前記電池を冷却する際には、前記流体ポンプを運転して前記冷却流体を循環させることで、前記冷却器を流れる前記冷却流体と前記電池を熱交換させ、前記電池を保温する際には、前記冷却流体の少なくとも一部を前記リザーバタンクに貯留することで、前記冷却器の内部において前記冷却流体を減少させることを特徴とする。
また、本発明の請求項２に記載された電池パックでは、前記冷却器は、前記電池と車外との間に配置されることを特徴とする。
また、本発明の請求項３に記載された電池パックでは、前記電池を保温する際には、前記冷却器の内部から前記冷却流体を抜き取ることを特徴とする。
また、本発明の請求項４に記載された電池パックでは、前記電池を保温する際には、前記冷却器の内部を減圧することを特徴とする。
また、本発明の請求項５に記載された電池パックでは、前記電池を保温する際には、前記冷却器の内部に、前記冷却流体と気体から成る泡状の混合体を導入することを特徴とする。
請求項１に記載された電池パックによれば、電池セルを温調する際には、流体ポンプを運転して冷却流体を循環させることで、冷却器を流れる冷却流体と電池モジュールを熱交換させ、電池モジュールの温度が過度に上昇することを抑制できる。一方、電池モジュールを保温する際には、冷却器の内部において冷却流体を減少させることで、冷却器が断熱層として機能し、電池モジュールの温度が過度に下降することを抑制できる。よって、電池モジュールの温度を好適な温度帯域にすることができ、電池モジュールの放電特性および充電特性の低下を抑制できる。
請求項２に記載された電池パックによれば、冷却器は、電池モジュールと車外との間に配置されることで、電池を冷却する際には、冷却器を流れる冷却流体を外気で冷却することで、冷却流体を効果的に冷却することができる。また、電池モジュールを保温する際には、冷却器を断熱部材として用いることで、外気と電池モジュールとの熱交換を抑制し、電池モジュールを保温することができる。
請求項３に記載された電池パックによれば、冷却器の内部から冷却流体を抜き取ることで、冷却器の断熱材としての効果を向上することができる。
請求項４に記載された電池パックによれば、電池セルを保温する際には、冷却器の内部を減圧することで、冷却器の断熱材としての効果を更に向上することができる。
請求項５に記載された電池パックによれば、電池セルを保温する際には、冷却器の内部に、冷却流体と気体から成る泡状の混合体を導入することで、泡状の混合体が断熱層として機能し、電池セルを効果的に保温することができる。
本発明の実施形態に係る電池パックを備えた車両を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る電池パックを示す模式図である。 本発明の実施形態に係る電池パックの接続構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る電池パックの動作を示すフローチャートである。 本発明の他の形態に係る電池パックを示す断面図である。 本発明の他の形態に係る電池パックを示す断面図である。 本発明の他の形態に係る電池パックを示す図であり、（Ａ）は電池パックを側方から見た断面図であり、（Ｂ）は電池パックを後方から見た断面図である。 本発明の他の形態に係る電池パックを示す図であり、リザーバタンクおよびその周辺部の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る電池パックを示す図であり、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）は、混合体を発生させるリザーバタンクおよび流体経路等の各形態を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る電池パックを示す図であり、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）は、混合体を発生させる方法を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る電池パックを示す図であり、混合体を発生させる方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る電池パックを示す図であり、気体を冷却器に送る方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る電池パックを示す図であり、電池セルを温調する方法を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態に係る電池パック１４を図面に基づき詳細に説明する。以下の説明では前後上下左右の各方向を用いるが、左右とは車両１０を後方から見た場合の左右である。更に、以下の説明では、同一の部材には原則的に同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。
図１は、電池パック１４を備えた車両１０を示す斜視図である。自動車や電車等の車両１０には、モータや様々な電装部品に電力を供給するための電池パック１４が搭載されている。車両１０は、例えば、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）やＰＨＥＶ（Ｐｌｕｇ－ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等である。
電池パック１４は、前方シート１２および後方シート１３の下方側に配置されている。このようにすることで、前方シート１２および後方シート１３の下方領域を有効に活用することができる。更に、このような位置に電池パック１４を配置することで、電池パック１４の下側が、車両１０の底面側に配置される。よって、走行時において車両１０の下方に発生する走行風で、電池パック１４を冷却することができる。
図２は、電池パック１４の具体的な構成を示す模式図である。
電池パック１４は、電池モジュール１５と、冷却器１７と、リザーバタンク１９と、を主要に有している。
電池モジュール１５は、車両１０の車体に駆動力を与えるモータに電流を供給する。電池モジュール１５としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の２次電池を採用することができる。ここでは図示しないが、電池モジュール１５は、積層配置された複数の電池セルから構成されている。また、電池モジュール１５は、電池収納ケース２４により囲まれた領域に配置されている。電池収納ケース２４は、金属板または合成樹脂板から成る。
冷却器１７は、電池モジュール１５の近傍、ここでは電池モジュール１５の下方に配置され、電池モジュール１５と熱交換する冷却流体１６が内部を流通する。冷却流体１６としては、水や不凍液などの液体または気体を採用することができる。後述するように、冷却流体１６としては、液体と気体との混合流体を採用できる。また、冷却器１７は、電池モジュール１５と車外との間に配置される。このようにすることで、車両１０が走行する際に発生する走行風を利用して、冷却器１７の内部を流通する冷却流体１６を冷却できる。更には、冷却器１７の下面を、車外に露出することで、この効果を顕著にすることもできる。
ここで、本実施形態において、電池モジュール１５と冷却流体１６とが熱交換する際には、より具体的には、電池モジュール１５を構成する多数の電池セルと冷却流体１６とが熱交換する。また、電池モジュール１５が調温される際には、より具体的には、電池モジュール１５を構成する多数の電池セルが調温される。更に、電池モジュール１５および電池セルは、電池の一種である。
チラー２８は、冷却器１７と熱交換することで昇温した冷却流体１６を冷却させる。チラー２８は、冷却水循環装置とも称される。
流体ポンプ２０は、冷却流体１６を循環させる。具体的には、流体ポンプ２０は、冷却流体１６を、冷却器１７、バルブ２７、流体経路３４４、リザーバタンク１９、流体経路３４３、チラー２８、流体経路３４２、流体ポンプ２０、流体経路３４１、バルブ２６、冷却器１７の順番で循環させる。
リザーバタンク１９は、冷却器１７から引き抜かれた冷却流体１６を、一時的に貯留する。
気体ポンプ２９は、後述するように、冷却器１７に対して、空気または混合体２１を移送する。
電池パック１４を構成する各機器は、流体経路３４を介して相互に接続されている。具体的には、流体経路３４１は冷却器１７と流体ポンプ２０とを接続し、流体経路３４２は流体ポンプ２０とチラー２８とを接続し、流体経路３４３はチラー２８とリザーバタンク１９とを接続する。流体経路３４４はリザーバタンク１９と冷却器１７とを接続し、流体経路３４５はリザーバタンク１９と気体ポンプ２９とを接続し、流体経路３４６は冷却器１７と外部とを接続している。流体経路３４は、金属または合成樹脂から成る管路である。
バルブ２５は、冷却器１７と流体経路３４６との接続部分に取りつけられている。バルブ２６は冷却器１７と流体経路３４１との接続箇所に取りつけられている。バルブ２７は、冷却器１７と流体経路３４４との接続箇所に取りつけられている。
後述するように、電池パック１４では、電池モジュール１５を冷却する際には、流体ポンプ２０を運転して冷却流体１６を循環させることで、冷却器１７を流れる冷却流体１６と電池モジュール１５を熱交換させ、電池モジュール１５を冷却する。一方、電池モジュール１５を保温する際には、冷却流体１６の一部をリザーバタンク１９に貯留することで、冷却器１７の内部において冷却流体１６を減少させ、電池モジュール１５を保温する。
ここで、流体経路３４６の冷却器１７に接続されない側の端部は、電池パック１４を構成する各構成機器よりも、高い位置に配置される。このようにすることで、冷却器１７から確実に空気を抜くことができる。
図３は、電池パック１４の接続構成を示すブロック図である。電池パック１４は、演算制御部２２と、電池温度検知部１８と、周囲温度検出部２３と、記憶部３５と、流体ポンプ２０と、気体ポンプ２９と、を有する。
電池温度検知部１８は、電池モジュール１５の温度を検知する。
周囲温度検出部２３は、電池パック１４の外部、例えば車外温度を検知する。
記憶部３５は、ＲＡＭまたはＲＯＭであり、電池パック１４が動作するためのプログラムやパラメータ等を記憶している。
演算制御部２２は、例えばＣＰＵであり、その入力側端子は、電池温度検知部１８、周囲温度検出部２３および記憶部３５に接続されており、その出力側端子は、流体ポンプ２０および気体ポンプ２９に接続されている。演算制御部２２は、電池温度検知部１８、周囲温度検出部２３および記憶部３５から入力される入力情報に基づいて、流体ポンプ２０および気体ポンプ２９の動作を制御する。更に、演算制御部２２は、図２に示した各バルブ２６等の各バルブの開閉状態も制御する。
図４は、電池パック１４の動作を示すフローチャートである。図４を参照して、上記した構成を有する電池パック１４の動作を説明する。
ステップＳ１０では、演算制御部２２は、電池温度検知部１８および周囲温度検出部２３を用いて、電池温度Ｔｂａｔおよび外気温度Ｔｏｕｔを計測する。
ステップＳ１１では、演算制御部２２は、外気温度Ｔｏｕｔが０℃以上であるか否かを判断する。
ステップＳ１１でＹＥＳの場合、即ち、外気温度Ｔｏｕｔが０℃以上である場合、演算制御部２２は、ステップＳ１２に移行する。
ステップＳ１１でＮＯの場合、即ち、外気温度Ｔｏｕｔが０℃未満である場合、演算制御部２２は、ステップＳ１８に移行する。
ステップＳ１２では、演算制御部２２は、冷却器１７に冷却流体１６が充填されているか否かを判断する。
ステップＳ１２でＹＥＳの場合、即ち、冷却器１７に冷却流体１６が充填されている場合、演算制御部２２は、ステップＳ１５に移行する。
ステップＳ１２でＮＯの場合、即ち、冷却器１７に冷却流体１６が充填されていない場合、演算制御部２２は、ステップＳ１３に移行する。
ステップＳ１３では、演算制御部２２は、バルブ２６およびバルブ２７を開状態とする。
ステップＳ１４では、流体ポンプ２０を運転する。このようにすると、図２を参照して、流体ポンプ２０が与える圧力により、リザーバタンク１９に貯留されている冷却流体１６は、流体経路３４３、チラー２８、流体経路３４２、流体ポンプ２０、流体経路３４１およびバルブ２６を介して、冷却器１７に流入する。演算制御部２２は、冷却器１７が冷却流体１６で充填されるまで、流体ポンプ２０を運転する。ステップＳ１４が終了したら、ステップＳ１２に戻る。
ステップＳ１５では、演算制御部２２は、電池温度検知部１８で計測した電池モジュール１５の電池温度Ｔｂａｔが、予め設定された閾値以上であるか否かを判断する。ここで、閾値とは、電池モジュール１５の放電特性および充電特性を補償できる温度帯域の上限値であり、例えば、０℃である。
ステップＳ１５でＹＥＳの場合、即ち、電池温度Ｔｂａｔが、予め設定された閾値以上であれば、演算制御部２２は、ステップＳ１６に移行する。
ステップＳ１５でＮＯの場合、即ち、電池温度Ｔｂａｔが、予め設定された閾値未満であれば、チラー２８で冷却された冷却流体１６を、流体ポンプ２０により循環させることで、電池モジュール１５を充分に冷却できていることから、演算制御部２２は、ステップＳ１７に移行する。
ステップＳ１６では、演算制御部２２は、チラー２８および流体ポンプ２０を運転する。ここでは、バルブ２６およびバルブ２７は開状態である。このようにすることで、冷却流体１６は、流体経路３４１、バルブ２６、冷却器１７、バルブ２７、流体経路３４４、リザーバタンク１９、流体経路３４３、チラー２８、流体経路３４２、流体ポンプ２０の順番で循環する。これにより、冷却器１７の内部を流通する冷却流体１６と電池モジュール１５とが熱交換することで、電池モジュール１５は冷却される。
ステップＳ１７では、演算制御部２２は、上記したステップＳ１６により電池モジュール１５が充分に冷却されたことから、流体ポンプ２０およびチラー２８を停止する。
ステップＳ１８では、演算制御部２２は、電池温度検知部１８で計測した電池モジュール１５の電池温度Ｔｂａｔが、閾値以下であるか否かを判断する。ここで閾値とは、例えば、０℃である。
ステップＳ１８でＹＥＳの場合、即ち、電池温度Ｔｂａｔが、予め設定された閾値以下であれば、演算制御部２２は、ステップＳ１９に移行する。
ステップＳ１８でＮＯの場合、即ち、電池温度Ｔｂａｔが、予め設定された閾値よりも高温であれば、演算制御部２２は、ステップＳ１２に移行する。
ステップＳ１９では、演算制御部２２は、バルブ２６を閉状態にする。
ステップＳ２０では、演算制御部２２は、気体ポンプ２９を運転する。このようにすると、冷却器１７に貯留された冷却流体１６は、バルブ２７および流体経路３４４を経由して、リザーバタンク１９に移送される。即ち、冷却器１７の内部において冷却流体１６を減少させることで、後述するように、冷却器１７を断熱層として用いる。
ステップＳ２１では、演算制御部２２は、冷却器１７から冷却流体１６が抜けたか否かを判断する。この判断は、リザーバタンク１９に流入した冷却流体１６の量に基づいて判断できる。更には、この判断は、気体ポンプ２９の駆動時間が一定以上となることで判断することもできる。
ステップＳ２１でＹＥＳの場合、即ち、冷却器１７から、ほぼ全ての冷却流体１６が抜ければ、演算制御部２２は、ステップＳ２２に移行する。
ステップＳ２１でＮＯの場合、即ち、冷却器１７から冷却流体１６が抜けていなければ、演算制御部２２は、ステップＳ２０に戻り、気体ポンプ２９を運転させて冷却器１７の内部から冷却流体１６を抜き続ける。
ステップＳ２２では、演算制御部２２は、更に、気体ポンプ２９による吸引を続ける。ここでは、冷却器１７の内部が略真空状態または所定の減圧状態になるまで、気体ポンプ２９で、冷却器１７の内部の空気を吸引し続ける。ここでは、所定の時間が経過するまで、気体ポンプ２９による吸引を続行することで、冷却器１７の内部を略真空状態または所定の減圧状態とすることができる。更には、冷却器１７に配置したセンサで計測した内部気圧が所定値となるまで、気体ポンプ２９による吸引を続行することで、冷却器１７の内部を略真空状態または所定の減圧状態とすることができる。このようにすることで、冷却器１７の内部空間が断熱層として機能し、電池モジュール１５と外部との熱交換を抑制し、電池モジュール１５を保温することができる。
ステップＳ２３では、演算制御部２２は、バルブ２６およびバルブ２７を閉じる。このようにすることで、冷却器１７の内部の略真空状態または所定の減圧状態を維持することができる。よって、冷却器１７が断熱層として機能し、電池モジュール１５を保温することができる。
ステップＳ２４では、演算制御部２２は、電池温度検知部１８で計測した電池温度Ｔｂａｔが０℃以下であるか否かを判断する。
ステップＳ２４でＹＥＳの場合、即ち、電池温度Ｔｂａｔが０℃以下であれば、演算制御部２２は、ステップＳ２５に移行する。
ステップＳ２４でＮＯの場合、即ち、電池温度Ｔｂａｔが０℃未満であれば、演算制御部２２は、ステップＳ１０に戻る。
ステップＳ２５では、演算制御部２２は、車両１０がプラグインの状態であるか否か、即ち、車両１０が外部の商用電源等と接続されているか否かを判断する。
ステップＳ２５でＹＥＳの場合、即ち、車両１０がプラグインの状態であれば、演算制御部２２は、ステップＳ２６に移行する。
ステップＳ２５でＮＯの場合、即ち、車両１０がプラグインの状態でなければ、演算制御部２２は、ステップＳ１０に戻る。
ステップＳ２６では、演算制御部２２は、後述するヒータ３０をオンにすることで、電池モジュール１５を昇温し、電池モジュール１５の充電特性および放電特性が劣化することを防止する。
以上が、電池パック１４の動作に関する説明である。
図５は、本発明の他の形態に係る電池パック１４を示す断面図である。ここでの電池パック１４の基本構成は、図２を参照して説明したものと同様であり、相違点は放熱フィン３３を有している点にある。
放熱フィン３３は、電池収納ケース２４の下面に取りつけられている。放熱フィン３３は、車両幅方向に沿って波形状に成形された鋼板等から成る。ここでは、２つの電池モジュール１５が電池収納ケース２４に内蔵されており、放熱フィン３３は各電池モジュール１５の下方側に配置されている。また、放熱フィン３３は、車両１０の下面に露出している。
また、電池モジュール１５の下方には、冷却流体１６が流通する冷却器１７が形成されている。
このようにすることで、電池モジュール１５の放熱特性を向上することができる。即ち、電池モジュール１５から発生する熱は、冷却器１７、電池収納ケース２４の下面および放熱フィン３３を介して外気に放出される。よって、電池モジュール１５の過熱を抑制することができる。更には、車両１０の車体底面が接地した場合でも、放熱フィン３３および冷却器１７がクッションの如く作用し、電池モジュール１５への入力を低減することができる。
図６は、本発明の他の形態に係る電池パック１４を示す断面図である。ここでの電池パック１４の基本構成は、図２を参照して説明したものと同様であり、相違点は開閉部３１を有している点にある。
具体的には、電池パック１４の下方に車体フロア３２が配置されており、車体フロア３２には開閉部３１（開閉部３１１ないし開閉部３１８）が取りつけられている。開閉部３１１ないし開閉部３１８は、後方側の端部を支点として開閉可能な状態で、車体フロア３２に取りつけられている。ここでは、開閉部３１１、開閉部３１３、開閉部３１５、開閉部３１７および開閉部３１８は外側に向かって開いており、開閉部３１２、開閉部３１４および開閉部３１６は内側に向かって開いている。
このようにすることで、例えば、開閉部３１１に沿って流れることで冷却器１７を冷却した空気は開閉部３１２に沿って車外に放出される。よって、車両１０が走行している際に、車外から導入した空気を効果的に冷却器１７の下面に当て、波及的に電池モジュール１５を効果的に冷却することができる。
一方、電池モジュール１５を外気と熱交換させたくない場合、例えば、外気温が高温である場合、電池モジュール１５を強制的に冷却している場合、外気温が極寒である場合、は、開閉部３１を閉状態とし、電池モジュール１５と車外雰囲気とを断熱することができる。
図７は、本発明の他の形態に係る電池パック１４を示す図であり、図７（Ａ）は電池パック１４を側方から見た断面図であり、図７（Ｂ）は電池パック１４を後方から見た断面図である。ここでの電池パック１４の基本構成は、図２を参照して説明したものと同様であり、相違点はヒータ３０を有している点にある。
ヒータ３０は、電池モジュール１５の下面と冷却器１７の上面との間に配置されている。ヒータ３０は、例えば通電により発熱する電熱ヒータである。ヒータ３０は、前述した演算制御部２２の指示に基づいて、電池モジュール１５の温度または外気が低温の際に発熱する。このようにするとで、電池モジュール１５を好適に昇温させ、放電特性および充電特性が低下することを抑制できる。更にこの場合、後述するように、冷却器１７の内部の流体を少なくとも部分的に減少させることで、冷却器１７を断熱層として機能させ、電池モジュール１５を保温することができる。
図８は、リザーバタンク１９およびその周辺部の構成を示す模式図である。
気体ポンプ２９とリザーバタンク１９とをつなぐ流体経路３４５は、リザーバタンク１９に上面から接続しており、流体経路３４５の下端は冷却流体１６の液面には接しないように構成されている。このようにすることで、気体ポンプ２９に冷却流体１６が入り込むことを抑止できる。
冷却器１７からリザーバタンク１９に流れる冷却流体１６が通過する流体経路３４４は、リザーバタンク１９に上面から接続している。
リザーバタンク１９から冷却器１７に流れる冷却流体１６が通過する流体経路３４３は、リザーバタンク１９の底面に接続している。
このようにするとで、気体ポンプ２９で吸引した場合、冷却器１７からの冷却流体１６が流体経路３４４を経由してリザーバタンク１９に流入する。また、冷却器１７に貯留された全ての冷却流体１６がリザーバタンク１９に移送されても、冷却流体１６の液面は流体経路３４５の下端に接しないので、冷却流体１６が気体ポンプ２９に及んでしまうことを防止できる。
図９ないし図１２を参照して、冷却器１７に冷却流体１６と気体から成る泡状の混合体２１または気体を導入することで、冷却器１７の内部空間を断熱層として機能させ、電池モジュール１５を保温する事項を説明する。
図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）および図９（Ｄ）は、リザーバタンク１９および流体経路等の各形態を示す模式図である。ここでは、液状である冷却流体１６をドットのハッチングで示し、混合体２１を斜線のハッチングで示している。
図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示すリザーバタンク１９からは、混合体２１が冷却器１７に送られる。一方、図９（Ｃ）および図９（Ｄ）に示すリザーバタンク１９からは気体が冷却器１７に送られる。
図９（Ａ）を参照して、リザーバタンク１９には、流体経路３４４および流体経路３４３が連通している。
流体経路３４４は、リザーバタンク１９の底面に接続し、その上端は冷却流体１６の液面よりも上方に配置されている。
流体経路３４３は、リザーバタンク１９の底面に接続している。
流体経路３４７は、流体経路３４３の途中部分と冷却流体１６の内部とを連通する。流体経路３４７の下端は、流体経路３４３の途中部分に接続している。また、流体経路３４７は、冷却流体１６の底面からリザーバタンク１９に接続し、流体経路３４７の上端は冷却流体１６の液面よりも上方に配置されている。係る構成により、リザーバタンク１９の内部の気体を、流体経路３４３の途中部分から流体経路３４３に導入することができる。
バルブ３７は、流体経路３４３と流体経路３４７とが接続する接続部の近傍で、流体経路３４７の側に介装されている。
フロータ３６は、例えば発泡樹脂からなる冷却流体１６よりも比重が小さい材料から成り、冷却流体１６の液面に浮遊している。演算制御部２２は、リザーバタンク１９の内部に於けるフロータ３６の高さに基づいて、リザーバタンク１９に貯留されている冷却流体１６の液量を検知する。
冷却器１７に混合体２１を送る際には、バルブ３７を開状態とし、前述した流体ポンプ２０を運転すると、リザーバタンク１９の冷却流体１６が、流体経路３４３を経由して冷却器１７の側に向かって流動する。その際、ベンチュリ効果によりリザーバタンク１９の内部気体が、流体経路３４３を流れる冷却流体１６と混ざり合い、冷却流体１６と気体が混合された混合体２１が生成され、混合体２１が冷却器１７に向かって送られる。また、冷却器１７に送られた混合体２１は、流体経路３４４を経由してリザーバタンク１９に戻り、その後、リザーバタンク１９の内部で気液分離される。
リザーバタンク１９の内部の気体は、冷却流体１６と共に混合体２１として循環する。よって、混合体２１を構成する気体としては、任意の気体、例えば空気や窒素を採用することができる。また、混合体２１を構成する気体として、アルゴンガス等の断熱性が高い気体を採用することで、混合体２１により電池モジュール１５を保温する効果を高めることができる。
図９（Ｂ）に示すリザーバタンク１９等の基本構成は、図９（Ａ）に示したものと同様である。ここでは、流体経路３４７の上端はリザーバタンク１９の外部側に配置されている。また、リザーバタンク１９の上面と外部とを連通させる流体経路３４８が配置されており、流体経路３４８にはバルブ３８が介装されている。リザーバタンク１９の内圧に応じてバルブ３８を開状態とすることで、リザーバタンク１９の内圧の過度な高まりを抑制できる。
冷却器１７に混合体２１を送る際には、バルブ３７を開状態とし、前述した流体ポンプ２０を運転すると、リザーバタンク１９の冷却流体１６が、流体経路３４３を経由して冷却器１７の側に向かって流動する。その際、ベンチュリ効果により、外部の気体が、流体経路３４３を流れる冷却流体１６と混ざり合い、冷却流体１６と気体が混合された混合体２１が生成され、混合体２１が冷却器１７に向かって送られる。
また、バルブ３８を開状態とすることで、リザーバタンク１９に冷却流体１６が導入された際に、導入された冷却流体１６の量に応じたリザーバタンク１９の内部の気体が、流体経路３４８から外部に放出される。このようにするとで、リザーバタンク１９の内部圧力が高まることを抑制できる。
このようにすることで、外部からの気体を用いて混合体２１を生成するため、混合体２１を生成するための気体をリザーバタンク１９の内部に貯留する必要が無いことから、リザーバタンク１９を小型化することができる。
図９（Ｃ）に示したリザーバタンク１９等の構成は、図９（Ｂ）に示したものと基本的には同様であり、ここでは気体ポンプ２９を有している。
流体経路３４７の下端は流体経路３４３の途中部分に接続され、流体経路３４７の上端は気体ポンプ２９に接続されている。
流体経路３４７が接続する部分の流体経路３４３には、三方弁であるバルブ３９が介装されている。バルブ３９を切り替えることで、リザーバタンク１９に貯留された冷却流体１６を、流体経路３４３を経由して冷却器１７に送ることができる。更に、バルブ３９を別方向に切り替えることで、気体ポンプ２９から圧送される空気を、流体経路３４７および流体経路３４３を経由して、冷却器１７に向けて送ることができる。
冷却器１７に冷却流体１６を送る際には、バルブ３９を操作することで流体経路３４３の上流側と下流側とを連通させる。この状態で図２に示した流体ポンプ２０を運転すると、冷却流体１６の内部の冷却流体１６は、流体経路３４３を経由して冷却器１７に送られる。
一方、冷却器１７に空気を送る際には、バルブ３９を操作することで、バルブ３９よりも下流部分の流体経路３４３と、流体経路３４７とを連通させる。この状態で気体ポンプ２９を運転すると、気体ポンプ２９から発生する圧力により、外部の空気が流体経路３４７および流体経路３４３等を経由して冷却器１７に送られる。
図９（Ｃ）に示したリザーバタンク１９等の構成によれば、気体ポンプ２９が、リザーバタンク１９の外部から取り入れた空気を、流体経路３４７等を経由して冷却器１７に送る。このようにすることで、リザーバタンク１９を小型にすることができる。
図９（Ｄ）に示したリザーバタンク１９等の構成は、図９（Ｃ）に示したものと基本的には同様であり、ここでは気体ポンプ２９が流体経路３４７を介してリザーバタンク１９と接続されている。
具体的には、気体ポンプ２９の吐出側は、流体経路３４７を介して、流体経路３４３の途中部分に連続している。気体ポンプ２９の吸入側は流体経路３４８を介してリザーバタンク１９の上面に接続している。また、流体経路３４８の途中部分にはバルブ３８が介装されている。
冷却器１７に冷却流体１６を送る際には、バルブ３９を操作することで流体経路３４３の上流側と下流側とを連通させ、バルブ３８を開く。この状態で図２に示した流体ポンプ２０を運転すると、リザーバタンク１９の内部の冷却流体１６は、流体経路３４３を経由して冷却器１７に送られる。
一方、冷却器１７に空気を送る際には、バルブ３９を操作することで、バルブ３９よりも下流部分の流体経路３４３と、流体経路３４７とを連通させる。更に、バルブ３８を開く。この状態で気体ポンプ２９を運転すると、気体ポンプ２９から発生する圧力により、リザーバタンク１９の内部の気体が、流体経路３４８、気体ポンプ２９、流体経路３４３等を経由して冷却器１７に送られる。
図１０の各図は、冷却器１７の内部に混合体２１または冷却流体１６を注入する方法を逐次的に示している模式図である。
図１０（Ａ）を参照して、冷却器１７には混合体２１が充填され、且つ、リザーバタンク１９には冷却流体１６が充填されている。ここでは、流体経路３４１、流体経路３４７および流体経路３４２は、閉鎖状態となっている。このようにすることで、冷却器１７に充填された混合体２１が断熱層として機能し、前述した電池モジュール１５を保温することができる。
図１０（Ｂ）を参照して、流体ポンプ２０を運転することで、リザーバタンク１９の内部の冷却流体１６を、流体経路３４２を経由して冷却器１７に導入する。そうすると、冷却器１７に貯留されていた混合体２１は、流体経路３４１を経由して、リザーバタンク１９に移送される。リザーバタンク１９では、気泡分離が行われることで、混合体２１は冷却流体１６となる。
図１０（Ｃ）を参照して、流体ポンプ２０による冷却流体１６の移送を続けると、冷却器１７が冷却流体１６で満たされる。この状態で冷却流体１６を循環させることにより、前述した電池モジュール１５を効果的に冷却することができる。
図１０（Ｄ）を参照して、流体ポンプ２０を運転することで、混合体２１を冷却器１７に注入する。このようにすることで、冷却器１７からリザーバタンク１９に冷却流体１６が移送される。その後、図１０（Ａ）に示すように、冷却器１７は混合体２１で満たされる。
図１１は、図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示したリザーバタンク１９の構成において、電池モジュール１５の冷却または保温を行う方法を示すフローチャートである。ここでは、電池モジュール１５を保温する際には、混合体２１を冷却器１７に充填する。
ステップＳ３０では、演算制御部２２は、電池温度検知部１８により電池温度Ｔｂａｔを計測する。
ステップＳ３１では、演算制御部２２は、電池温度Ｔｂａｔが、予め設定された閾値（例えば、０℃）以上であるか否かを確認する。
ステップＳ３１でＹＥＳの場合、演算制御部２２は、ステップＳ３２に移行する。
ステップＳ３１でＮＯの場合、演算制御部２２は、ステップＳ３４に移行する。
ステップＳ３２では、電池モジュール１５を冷却するべく、演算制御部２２の指示に基づいて、図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示すバルブ３７を閉じる。
ステップＳ３３では、演算制御部２２の指示に基づいて、図２に示した流体ポンプ２０を運転することで、冷却流体１６を循環させ、電池モジュール１５を冷却する。
ステップＳ３４では、電池モジュール１５を保温するべく、演算制御部２２は、フロータ３６の高さを計測することで、リザーバタンク１９の内部に於ける冷却流体１６の液量を計測する。
ステップＳ３５では、演算制御部２２は、リザーバタンク１９の内部における冷却流体１６の液量が、予め定められた閾値以下であるか否かを判断する。ここで、リザーバタンク１９の内部に於ける冷却流体１６の水量が少ないことは、冷却器１７の内部に充填されている冷却流体１６の液量が多いことを意味している。また、冷却器１７の内部に充填されている冷却流体１６の液量が多いことは、冷却器１７の内部に充填されている混合体２１の量が少ないことを意味している。
ステップＳ３５でＹＥＳの場合、演算制御部２２は、冷却器１７に混合体２１を充填するために、ステップＳ３６に移行する。
ステップＳ３５でＮＯの場合、演算制御部２２は、冷却器１７に充分に混合体２１が充填されており、それ以上混合体２１を冷却器１７に送る必要が無いので、ステップＳ３４に移行する。
ステップＳ３６では、演算制御部２２は、バルブ３７を開き、冷却流体１６と空気とを混合することで混合体２１を生成できる環境を実現する。ステップＳ３６が終了したら、演算制御部２２は、ステップＳ３３に移行する。
ステップＳ３７では、演算制御部２２は、流体ポンプ２０を停止する。
図１２は、図９（Ｃ）および図９（Ｄ）に示したリザーバタンク１９の構成において、電池モジュール１５の冷却または保温を行う方法を示すフローチャートである。ここでは、冷却器１７の内部を空洞にすることで、電池モジュール１５を保温する。
ステップＳ４０では、演算制御部２２は、電池温度検知部１８により電池温度Ｔｂａｔを計測する。
ステップＳ４１では、演算制御部２２は、電池温度Ｔｂａｔが、予め設定された閾値（例えば、０℃）以上であるか否かを確認する。
ステップＳ４１でＹＥＳの場合、演算制御部２２は、ステップＳ４２に移行する。
ステップＳ４１でＮＯの場合、演算制御部２２は、ステップＳ４３に移行する。
ステップＳ４２では、演算制御部２２の指示に基づいて、電池モジュール１５を冷却するべく、図９（Ｃ）および図９（Ｄ）を参照して、気体ポンプ２９を停止する。更に、演算制御部２２の指示に基づいて、バルブ３９で流体経路３４３の上流部分と下流部分とを連通させ、更に、流体ポンプ２０を運転する。これにより、冷却流体１６を循環させ、電池モジュール１５を冷却する。
ステップＳ４３では、電池モジュール１５を保温するべく、演算制御部２２は、フロータ３６の高さを計測することで、リザーバタンク１９の内部に於ける冷却流体１６の液量を計測する。
ステップＳ４４では、演算制御部２２は、リザーバタンク１９の内部における冷却流体１６の液量が、予め定められた閾値以下であるか否かを判断する。ここで、リザーバタンク１９の内部に於ける冷却流体１６の水量が少ないことは、冷却器１７の内部に充填されている冷却流体１６の液量が多いことを意味している。
ステップＳ４４でＹＥＳの場合、演算制御部２２は、冷却器１７に混合体２１を充填するために、ステップＳ４５に移行する。
ステップＳ４４でＮＯの場合、演算制御部２２は、冷却器１７に充分に混合体２１が充填されており、それ以上混合体２１を冷却器１７に送る必要が無いので、ステップＳ４６に移行する。
ステップＳ４５では、演算制御部２２は、流体ポンプ２０を停止し、バルブ３９を切り替えることで、流体経路３４３の下流部分と流体経路３４７とを連通させ、気体ポンプ２９を運転する。このようにすることで、空気等の気体が冷却器１７に導入され、冷却流体１６は冷却器１７からリザーバタンク１９に移送される。
ステップＳ４６では、演算制御部２２は、流体ポンプ２０を停止する。
図１３は、電池モジュール１５の状態を検知して、冷却する方法を示すフローチャートである。
ステップＳ５０では、演算制御部２２は、電池モジュール１５の状態を計測する。
ステップＳ５１では、演算制御部２２は、電池モジュール１５が放電中であるか否かを判断する。
ステップＳ５１でＹＥＳの場合、即ち、電池モジュール１５が放電中の場合、演算制御部２２は、ステップＳ５２に移行する。
ステップＳ５１でＮＯの場合、即ち、電池モジュール１５が放電中でない場合、演算制御部２２は、ステップＳ５３に移行する。
ステップＳ５２では、演算制御部２２は、上記したように、電池モジュール１５を冷却するためのフローを実行する。即ち、前述したステップＳ１６等を実行する。
ステップＳ５３では、演算制御部２２は、電池モジュール１５が充電中であるか否かを判断する。
ステップＳ５３でＹＥＳの場合、即ち、電池モジュール１５が充電中の場合、演算制御部２２は、ステップＳ５２に移行する。
ステップＳ５３でＮＯの場合、即ち、電池モジュール１５が充電中でない場合、演算制御部２２は、ステップＳ５４に移行する。
ステップＳ５４では、演算制御部２２は、冷却フローを実行する必要が無いので、流体ポンプ２０を停止する。
以上が、本実施形態にかかる電池パック１４の構成および動作に関する説明である。
前述した本実施形態により、以下のような主要な効果を奏することができる。
本実施形態では、電池モジュール１５を冷却する際には、流体ポンプ２０を運転して冷却流体１６を循環させることで、冷却器１７を流れる冷却流体１６と電池モジュール１５を熱交換させ、電池モジュール１５の温度が過度に上昇することを抑制できる。一方、電池モジュール１５を保温する際には、冷却器１７の内部において冷却流体１６を減少させることで、冷却器１７が断熱層として機能し、電池モジュール１５の温度が過度に下降することを抑制できる。よって、電池モジュール１５の温度を好適な温度帯域にすることができ、電池モジュール１５の放電特性および充電特性の低下を抑制できる。
更に、冷却器１７は、電池モジュール１５と車外との間に配置されることで、電池を冷却する際には、冷却器１７を流れる冷却流体１６を外気で冷却することで、冷却流体１６を効果的に冷却することができる。また、電池モジュール１５を保温する際には、冷却器１７を断熱部材として用いることで、外気と電池モジュール１５との熱交換を抑制し、電池モジュール１５を保温することができる。
更にまた、冷却器１７が車外に露出することで、外気を利用して更に積極的に、冷却器１７を流れる冷却流体１６を冷却することができる。
更に、電池モジュール１５を保温する際には、冷却器１７の内部を減圧することで、冷却器１７の断熱材としての効果を更に向上することができる。
更にまた、電池モジュール１５を保温する際には、冷却器１７の内部に、冷却流体１６と気体から成る泡状の混合体２１を導入することで、泡状の混合体２１が断熱層として機能し、電池モジュール１５を効果的に保温することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。また、前述した各形態は相互に組み合わせることが可能である。
図２では、チラー２８により冷却流体１６を冷却したが、チラー２８に替えてラジエタを採用することもできる。
１０ 車両
１２ 前方シート
１３ 後方シート
１４ 電池パック
１５ 電池モジュール
１６ 冷却流体
１７ 冷却器
１８ 電池温度検知部
１９ リザーバタンク
２０ 流体ポンプ
２１ 混合体
２２ 演算制御部
２３ 周囲温度検出部
２４ 電池収納ケース
２５ バルブ
２６ バルブ
２７ バルブ
２８ チラー
２９ 気体ポンプ
３０ ヒータ
３１，３１１，３１２，３１３，３１４，３１５，３１６，３１７，３１８ 開閉部
３２ 車体フロア
３３ 放熱フィン
３４，３４１，３４２，３４３，３４４，３４５，３４６，３４７，３４８ 流体経路
３５ 記憶部
３６ フロータ
３７ バルブ
３８ バルブ
３９ バルブ

Claims (5)

  1. 電池と、
    前記電池と熱交換する冷却流体が内部を流通する冷却器と、
    前記電池の温度を検知する電池温度検知部と、
    前記冷却流体を貯留するリザーバタンクと、
    前記冷却流体が循環する経路に介装された流体ポンプと、
    演算制御部と、を具備し、
    前記演算制御部は、前記電池温度検知部で検知した前記電池の温度に基づいて、
    前記電池を冷却する際には、前記流体ポンプを運転して前記冷却流体を循環させることで、前記冷却器を流れる前記冷却流体と前記電池を熱交換させ、
    前記電池を保温する際には、前記冷却流体の少なくとも一部を前記リザーバタンクに貯留することで、前記冷却器の内部において前記冷却流体を減少させることを特徴とする電池パック。
  2. 前記冷却器は、前記電池と車外との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
  3. 前記電池を保温する際には、前記冷却器の内部から前記冷却流体を抜き取ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池パック。
  4. 前記電池を保温する際には、前記冷却器の内部を減圧することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の電池パック。
  5. 前記電池を保温する際には、前記冷却器の内部に、前記冷却流体と気体から成る泡状の混合体を導入することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の電池パック。
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