JP5585364B2 - Battery device - Google Patents
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Description
本発明は、車両に用いられるバッテリ装置に関する。 The present invention relates to a battery device used in a vehicle.
電気自動車やプラグインハイブリッド自動車等の車両に用いられるバッテリ装置は、複数のバッテリセルから構成されるバッテリモジュールを複数有している。バッテリ装置は、これらバッテリモジュールをバッテリケースに収納して形成されている。バッテリ装置は、放電及び充電により、バッテリセルがそれぞれ発熱して、各バッテリセルの温度が上昇する。 A battery device used in a vehicle such as an electric vehicle or a plug-in hybrid vehicle has a plurality of battery modules including a plurality of battery cells. The battery device is formed by housing these battery modules in a battery case. In the battery device, each battery cell generates heat due to discharging and charging, and the temperature of each battery cell rises.
しかし、バッテリ装置は、その使用が可能な温度範囲が設定されており、この温度範囲外では、機能性及び安全性の理由から、放電及び充電を停止するように設定されている。このため、バッテリ装置は、例えば、バッテリケース内のバッテリモジュールに隣接して配置されたブロアファンにより、発熱したバッテリセルを冷却風で冷却する冷却構造を有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。 However, the battery device has a temperature range in which the battery device can be used. Outside the temperature range, the battery device is set to stop discharging and charging for reasons of functionality and safety. For this reason, for example, a battery device having a cooling structure that cools a battery cell that generates heat with cooling air using a blower fan disposed adjacent to the battery module in the battery case is known (for example, a patent). Reference 1).
しかし、バッテリ装置は、バッテリモジュールの冷却や各バッテリセルの発熱によって、各バッテリモジュールの温度にばらつきが発生する。具体的には、放電及び充電によるバッテリセルへの負荷により、バッテリセルの温度が異なる。また、冷却構造による冷却は、送風口や冷却風の流れ等により、バッテリセルの冷却にばらつきが発生する。このため、各バッテリセルに温度差が発生し、バッテリモジュールにおいても、温度差が発生することとなる。 However, in the battery device, the temperature of each battery module varies due to cooling of the battery module and heat generation of each battery cell. Specifically, the temperature of the battery cell varies depending on the load on the battery cell due to discharging and charging. Further, the cooling by the cooling structure causes variations in the cooling of the battery cells due to the flow of the air blowing port and the cooling air. For this reason, a temperature difference occurs in each battery cell, and a temperature difference also occurs in the battery module.
このため、バッテリモジュールを熱する電熱線を備え、この電熱線を、バッテリモジュールの中央側よりも側縁側で密に配索するバッテリ装置が知られている（例えば特許文献２参照）。このバッテリ装置は、その温度が上昇しやすい中央側で、電熱線による加熱を抑えることで、バッテリモジュールの温度のばらつきを低減することが可能となる。 For this reason, there is known a battery device that includes a heating wire that heats the battery module and densely routes this heating wire on the side edge side rather than the center side of the battery module (see, for example, Patent Document 2). In this battery device, it is possible to reduce variations in the temperature of the battery module by suppressing heating by the heating wire on the center side where the temperature is likely to rise.
上述したバッテリ装置では以下の問題があった。即ち、バッテリモジュールは、バッテリセルの集合で形成されており、例えバッテリモジュールの温度のばらつきを低減したとしても、バッテリモジュール内、即ち、バッテリセルにおける温度のばらつきを低減することはできない。また、複数のバッテリモジュールは、その配置が複雑な場合には、必ずしも中央側のバッテリモジュールが側縁側のバッテリモジュールよりも温度が高くならない。 The battery device described above has the following problems. That is, the battery module is formed of a set of battery cells, and even if the temperature variation of the battery module is reduced, the temperature variation in the battery module, that is, in the battery cell cannot be reduced. Further, when the arrangement of the plurality of battery modules is complicated, the temperature of the battery module on the center side is not necessarily higher than that of the battery module on the side edge side.
そこで、本発明は、複数のバッテリセルの温度差を極力低減可能なバッテリ装置を提供することを目的としている。 Then, this invention aims at providing the battery apparatus which can reduce the temperature difference of a some battery cell as much as possible.
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のバッテリ装置は次のように構成されている。 In order to solve the above problems and achieve the object, the battery device of the present invention is configured as follows.
本発明の一態様として、車両用駆動モータに電力を供給するバッテリモジュールを構成する複数のバッテリセルと、前記複数のバッテリセルの集合により構成された前記バッテリモジュールを冷却する冷却手段と、前記複数のバッテリセルのそれぞれの温度を検出する温度検出手段と、前記複数のバッテリセルのそれぞれの温度を調整可能な温度調整手段と、検出された前記バッテリセルの温度に基づいて前記複数のバッテリセルの平均温度を算出し、該算出された前記バッテリセルの平均温度と所定の温度差を有する前記バッテリセルの温度を前記温度調整手段により調整し、前記平均温度と前記所定の温度差を有する前記バッテリセルの温度との温度差を減少させる管理手段と、を備え、前記管理手段は、バッテリモジュール平均温度が最適温度値よりも高い場合には、前記冷却手段により、前記複数のバッテリセルの集合により構成された前記バッテリモジュールを冷却した後で、検出された前記複数のバッテリセルのそれぞれの温度から前記平均温度を算出し、バッテリモジュール平均温度が最適温度値と同一又は低い場合には、前記冷却手段を駆動させないことを特徴とするバッテリ装置が提供される。 As one aspect of the present invention, a plurality of battery cells constituting a battery module for supplying electric power to a vehicle drive motor, a cooling means for cooling the battery module constituted by a set of the plurality of battery cells, and the plurality Temperature detecting means for detecting the temperature of each of the battery cells, temperature adjusting means for adjusting the temperature of each of the plurality of battery cells, and the plurality of battery cells based on the detected temperature of the battery cells. An average temperature is calculated, the temperature of the battery cell having a predetermined temperature difference from the calculated average temperature of the battery cell is adjusted by the temperature adjusting means, and the battery having the average temperature and the predetermined temperature difference is adjusted. It includes a management means for reducing the temperature difference between the temperature of the cell, wherein the management means, the battery module average temperature When higher than an appropriate temperature level value, by the cooling means, after cooling the battery module configured by a set of the plurality of battery cells, the average from each of the detected temperature of the plurality of battery cells When the temperature is calculated and the battery module average temperature is equal to or lower than the optimum temperature value, the cooling device is not driven .
本発明は、バッテリセル間の温度差を極力低減することが可能なバッテリ装置を提供することが可能となる。 The present invention can provide a battery device capable of reducing a temperature difference between battery cells as much as possible.
以下、本発明の一実施の形態に係るバッテリ装置１を図１〜４を用いて説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係るバッテリ装置１を用いた電気自動車１００の構成を模式的示す斜視図、図２は同バッテリ装置１の構成を示す分解斜視図、図３は同バッテリ装置１の構成を模式的に示す説明図、図４はバッテリ装置１の使用の一例を示す流れ図である。なお、図１〜３中、Ｂはボルトを、ＣはＣＡＮケーブルを、Ｓは信号線を、それぞれ示している。
Hereinafter, a
1 is a perspective view schematically showing the configuration of an
図１に示すように、バッテリ装置１は、例えば、電気自動車１００に用いられる。電気自動車１００は、例えば、電動機１０１と、充電装置１０２と、サスペンション等によって車体１０３に支持された駆動輪１０４と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the
電動機１０１は、車体１０３の後部に配置され、駆動輪１０４を駆動可能に形成された、所謂駆動モータである。また、電動機１０１は、バッテリ装置１に接続され、このバッテリ装置１により供給された電力により駆動可能に形成されている。充電装置１０２は、バッテリ装置１に接続されるとともに、外部の供給電源と接続可能に形成されている。充電装置１０２は、この供給電源から供給された電力をバッテリ装置１に充電可能に形成されている。
The
また、電気自動車１００は、図示しないフレーム構造体を有している。このフレーム構造体は、複数のサイドメンバ及びクロスメンバを溶接により固定することで構成され、車体１０３の剛性を向上させるとともに、バッテリ装置１を接続固定可能に形成されている。駆動輪１０４は、電動機１０１により駆動可能に形成されている。
Moreover, the
図２、３に示すように、バッテリ装置１は、バッテリケース３と、バッテリパッケージ４と、冷却装置（冷却手段）５と、加熱装置（温度調整手段）６と、パッド部材７と、温度検出手段８と、バッテリ管理手段９と、を備えている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
バッテリケース３は、バッテリパッケージ４を収容可能に形成されている。具体的には、バッテリケース３は、バッテリトレイ１１と、バッテリカバー１２と、を備えている。バッテリトレイ１１は、バッテリケース３の下部を構成する。バッテリカバー１２は、バッテリケース３の上部を構成する。
The
バッテリケース３は、バッテリトレイ１１及びバッテリカバー１２が互いに対向して組み合うことで、内部にバッテリパッケージ４の収納空間が形成される。
In the
バッテリトレイ１１は、上方に開口する凹形状であり、バッテリパッケージ４が、凹形状の上面に載置される。バッテリトレイ１１の開口縁部には周方向に広がるトレイフランジ部１３が形成される。バッテリカバー１２は、下方に開口する凹形状である。バッテリカバー１２の開口縁部には、周方向に広がるカバーフランジ部１４が形成される。
The battery tray 11 has a concave shape that opens upward, and the battery package 4 is placed on the concave upper surface. A
バッテリカバー１２は、その上面に、開口部１５が設けられている。なお、この開口部１５は、冷却装置５と略対向する位置に設けられ、後述する冷却装置５で冷却された空気を外部へ排出可能な位置に形成されている。
The
バッテリトレイ１１及びバッテリカバー１２は、その間にシール部材等が介在してトレイフランジ部１３及びカバーフランジ部１４が当接することで、その内部への液体の侵入を防止可能なバッテリケース３が形成される。
The battery tray 11 and the
バッテリパッケージ４は、電力が蓄電可能に形成されている。具体的には、バッテリパッケージ４は、複数のバッテリモジュール２１により形成されている。複数のバッテリモジュール２１は、複数のバッテリセル２２の集合により構成されている。
The battery package 4 is formed so that electric power can be stored. Specifically, the battery package 4 is formed by a plurality of
なお、図２中バッテリセル２２は、２点鎖線で示す。バッテリパッケージ４は、複数のバッテリセル２２が一つに接続されたバッテリモジュール２１の集合により形成されている。また、図３に示すように、バッテリパッケージ４は、バッテリ管理手段９に電気的に接続されている。
In FIG. 2, the
バッテリセル２２は、その２つの電極２２ａ，２２ｂが、例えば、隣り合うバッテリセル２２の異なる電極２２ｂ，２２ａ、及び、バッテリ管理手段９と接続されている。即ち、バッテリセル２２は、その陰極２２ａが一方に隣り合うバッテリセル２２の陽極２２ｂと接続されるとともに、その陽極２２ｂが他方に隣り合うバッテリセル２２の陰極２２ａと接続されている。このようなバッテリセル２２は、例えば、リチウムイオン電池が用いられる。
The
冷却装置５は、冷却手段３１と、ファン装置３２と、流路部３３と、を備え、バッテリパッケージ４内の温度、具体的には、バッテリセル２２を冷却し、バッテリセル２２の温度を可変可能な温度可変手段である。冷却手段３１は、エバポレータ３５と、エバポレータケース３６とを備えている。エバポレータ３５は、蒸発する前の冷却用の冷媒を供給する導入路部３５ａと、エバポレータ３５内で蒸発された冷媒を排出する排出路部３５ｂと、を備え、図示しない外部の圧縮機などに連結されている。
The cooling device 5 includes a
エバポレータケース３６は、エバポレータ３５を収容可能に形成されている。具体的には、エバポレータケース３６は、エバポレータケースアッパ３６ａと、エバポレータケースロア３６ｂとを備え、例えば互いにボルトＢによって固定される。
The
エバポレータケース３６の周壁には、バッテリケース３内の空気をエバポレータ３５に導く流入口部３７が形成されている。また、エバポレータケースアッパ３６ａには、エバポレータ３５を通過して冷却された空気を外部へ排出する排出口部３８が形成されている。なお、この排出口部３８は、バッテリカバー１２の排出口部３８と対向する部位に形成された冷却された空気を外部へ排出する開口部１５と対向することで、バッテリカバー１２を介して外部へと冷却された空気を排出可能に形成されている。
An
ファン装置３２は、ファン４１と、ファンカバー４２と、ファンダクト４３とを備えている。ファン装置３２は、送風装置の一例であり、冷却装置５で冷却された空気を、バッテリケース３内に流路部３３を介して送風可能に形成されている。ファン４１は、例えば、内側から吸気し、当該吸気を周方向外側から吐き出す遠心式ファンが用いられる。ファン４１は、バッテリカバー１２の上面に固定されている。
The
ファンカバー４２は、ファン４１とファンダクト４３とを覆うようにバッテリカバー１２の上面に固定される。ファンダクト４３は、その内部が空洞に形成され、冷却装置５で冷却された空気をファン４１に導くように、その一端部４３ａが開口部１５に接続されるとともに、その他端側４３ｂがファン４１の内側に接続されている。
The
流路部３３は、ファン４１によって吐出された空気をバッテリケース３内に導く複数のダクト４６を備えている。これらダクト４６は、バッテリカバー１２の上面に固定され、バッテリカバー１２の内部と連通可能に形成されている。なお、例えば、バッテリカバー１２のダクト４６と対向する部位の一部には、ダクト４６とバッテリケース３内とを連通可能な開口部が複数設けられることで、ダクト４６を介して形成されている。
The
図３に示すように、加熱装置６は、バッテリ管理手段９に電気的に接続された複数のヒータ５１により構成され、バッテリパッケージ４内の温度、具体的には、バッテリセル２２をそれぞれ加熱し、バッテリセル２２の温度を可変可能な温度可変手段である。
As shown in FIG. 3, the heating device 6 includes a plurality of
加熱装置６は、複数のヒータ５１がバッテリ管理手段９にそれぞれ接続されるとともに、複数のバッテリセル２２の、例えば、下方にそれぞれ配置される。ヒータ５１は、シート状に形成され、バッテリ管理手段９により、各々が個別に昇温可能に形成されている。
In the heating device 6, a plurality of
パッド部材７は、例えば弾性変形可能なゴムなどの樹脂で形成されている。パッド部材７は、例えばバッテリトレイ１１及びバッテリカバー１２の組み付け時に、パッド部材７の先端部がバッテリカバー１２に当接して押圧される高さに形成されている。このパッド部材７は、バッテリモジュール２１をバッテリケース３内に固定可能に形成されている。
The pad member 7 is made of, for example, a resin such as elastically deformable rubber. For example, when the battery tray 11 and the
温度検出手段８は、バッテリセル２２付近に近接して設けられた複数の温度センサ５３により形成されている。例えば、温度検出手段８は、バッテリセル２２間に設けられ、バッテリセル２２の温度Ｔｘをそれぞれ検出可能に形成されるとともに、これら検出した温度Ｔｘのデータを、バッテリ管理手段９に送信可能に形成されている。
The temperature detecting means 8 is formed by a plurality of
バッテリ管理手段９は、バッテリカバー１２内に設けられ、バッテリパッケージ４の管理を行う管理手段である。バッテリ管理手段９は、ＢＭＵ（Battery Management Unit）５５と、ＣＭＵ（Cell Monitoring Unit）５６と、を備えている。
The battery management means 9 is a management means that is provided in the
図３に示すように、ＢＭＵ５５は、電気自動車１００に設けられたＥＣＵ等にＣＡＮ−ｃのＣＡＮケーブルＣにより接続されている。また、ＢＭＵ５５は、ＣＭＵ５６と通信が可能なケーブルＳ（以下、信号線Ｓとして説明）により接続されている。なお、ＢＭＵ５５は、データ等を記憶する記憶部（記憶手段）５５ａを有している。
As shown in FIG. 3, the
ＢＭＵ５５は、バッテリモジュール２１の使用可能な温度、及び、使用に最適な温度が記憶部５５ａに記憶されている。ここで、バッテリモジュール２１の使用可能な温度とは、バッテリモジュール２１を安全、且つ、所定の能力で使用可能な最高温度及び最低温度である。なお、ここでは、最低温度は、一般的な使用における外気温以上であるため、ここでは、その詳細は省略する。
In the
バッテリモジュール２１の使用に最適な温度とは、バッテリモジュール２１が高能力であって、劣化が少ない温度である。なお、これら温度は、バッテリモジュール２１にそれぞれ複数設けられたバッテリセル２２の温度である。なお、以下、使用可能な最高温度を温度Ｔｈ、最適温度を温度Ｔｂとして説明する。
The optimum temperature for use of the
ＣＭＵ５６は、バッテリモジュール２１にそれぞれ設けられ、バッテリモジュール２１のバッテリセル２２と、信号線Ｓを介してそれぞれ接続されている。なお、具体的には、ＣＭＵ５６は、バッテリセル２２に接続される温度端子５６ａ及び電源端子５６ｂと、ヒータ５１に接続するヒータ端子５６ｃと、を備えている。
The
温度端子５６ａは、図３に示すように、温度センサ５３に接続されている。ＣＭＵ５６は、温度端子５６ａは、信号線Ｓを介して温度センサ５３により検出されたバッテリセル２２の温度データを受信可能に形成されている。また、ＣＭＵ５６は、受信した温度データを、ＢＭＵ５５に信号線Ｓを介して送信可能に形成されている。
The
電源端子５６ｂは、バッテリセル２２に信号線Ｓを介して接続されている。電源端子５６ｂは、バッテリモジュール２１に設けられた複数のバッテリセル２２の両極２２ａ，２２ｂにそれぞれ接続されている。
The
なお、図３に示すように、電源端子５６ｂは、隣り合うバッテリセル２２の接続された陰極２２ａ及び陽極２２ｂ間に接続されていてもよい。ＣＭＵ５６は、ＢＭＵ５５の指示に基づいて、電源端子５６ｂから信号線Ｓを介してバッテリセル２２の充電及び放電が可能に、バッテリセル２２に接続されている。
In addition, as shown in FIG. 3, the
ヒータ端子５６ｃは、ヒータ５１に信号線Ｓを介して接続されている。ＣＭＵ５６は、ヒータ５１に通電することで、ヒータ５１を加熱可能に形成されている。
The
このようなＢＭＵ５５及びＣＭＵ５６を有するバッテリ管理手段９は少なくとも次の機能を有している。
（１）バッテリセル２２の充電及び放電を行う機能
（２）バッテリセル２２の温度Ｔｘを検出する機能
（３）バッテリモジュール２１の推定温度Ｔｍ、及び、バッテリセル２２の平均温度Ｔｃを算出する機能
（４）バッテリモジュール２１の推定温度Ｔｍを監視する機能
（５）冷却装置５を駆動させる機能
（６）加熱装置６を駆動させる機能
次に、バッテリ管理手段９が有する上記機能（１）〜（６）について説明する。
機能（１）である、バッテリセル２２の充電及び放電を行う機能は、電気自動車１００に設けられたＥＣＵ等からバッテリセル２２の充電及び放電の指示に基づいて、バッテリセル２２の充電及び放電を行う機能である。
The battery management means 9 having
(1) Function of charging and discharging the
(2) Function for detecting the temperature Tx of the
(3) Function for calculating the estimated temperature Tm of the
(4) Function for monitoring the estimated temperature Tm of the
(5) Function for driving the cooling device 5
(6) Function for Driving Heating Device 6 Next, the functions (1) to (6) of the battery management means 9 will be described.
The function (1) for charging and discharging the
なお、上述にある充電及び放電の具体例としては、電気自動車１００を起動しバッテリ装置１と他構成品との通電（放電）、充電装置１０２及び外部電源の接続によるバッテリセル２２の充電、電動機１０１により駆動輪１０４の駆動による充電及び放電等が挙げられる。
As specific examples of the charging and discharging described above, the
機能（２）である、バッテリセル２２の温度Ｔｘを測定する機能は、温度センサ５３により計測されたバッテリセル２２の温度データをＣＭＵ５６で受信する。ＣＭＵ５６は、受信したバッテリセル２２の温度データをＢＭＵ５５に送信する。ＢＭＵ５５は、ＣＭＵ５６から送信された温度データを受信するとともに、この受信した温度データを記憶部５５ａに一時的に記憶させる。このように、温度センサ５３により検出されたバッテリセル２２の温度ＴｘをＢＭＵ５５が受信し、記憶する機能である。
The function (2), which is a function of measuring the temperature Tx of the
機能（３）の一である、バッテリモジュール２１の推定温度Ｔｍを算出する機能は、機能（２）で計測したバッテリセル２２の温度Ｔｘに基づいて、ＢＭＵ５５がバッテリモジュール２１に設けられた複数のバッテリセル２２の温度Ｔｘから、それらバッテリセル２２の平均温度をバッテリモジュール２１の推定温度Ｔｍとして算出する機能である。また、機能（３）の一である、バッテリセル２２の平均温度Ｔｃを算出する機能は、機能（２）で計測したバッテリセル２２の温度Ｔｘに基づいて、ＢＭＵ５５が、全バッテリセル２２の温度データから、全バッテリセル２２の平均温度Ｔｃを算出する機能である。
The function for calculating the estimated temperature Tm of the
機能（４）である、バッテリモジュール２１の推定温度Ｔｍを監視する機能は、ＢＭＵ５５が、機能（３）で算出したバッテリモジュール２１の推定温度Ｔｍを常時監視し、バッテリモジュール２１の推定温度Ｔｍが、バッテリ装置１の使用可能な温度範囲である最高温度Ｔｈよりも低いか否かの監視を行う機能である。
The function (4) that monitors the estimated temperature Tm of the
なお、ＢＭＵ５５は、バッテリモジュール２１のいずれかの推定温度Ｔｍが、最高温度Ｔｈ以上となった場合には、緊急停止指示として、バッテリ装置１の充電及び放電を停止させ、外部へこの情報を報知可能に形成されている。なお、使用可能な温度範囲の最低温度も監視する機能を有しているが、ここでは省略する。
When any estimated temperature Tm of the
機能（５）である、冷却装置５を駆動させる機能は、ＢＭＵ５５が、機能（３）で算出したバッテリモジュール２１の推定温度Ｔｍを、温度Ｔｈ以内に位置させるとともに、温度Ｔｂに近似させるために、冷却装置５を駆動させる機能である。
The function (5) for driving the cooling device 5 is for the
詳しくは、ＢＭＵ５５が、算出した推定温度Ｔｍを、ＢＭＵ５５に記憶された温度Ｔｂと比較し、推定温度Ｔｍが、温度Ｔｂよりも高い場合に、冷却装置５を駆動し、各バッテリセル２２を冷却させる。
Specifically, the
なお、このとき、ＢＭＵ５５からの駆動指示が冷却装置５に送られ、この駆動指示に基づいて、冷却装置５は、ファン装置３２を駆動させる。冷却装置５は、エバポレータ３５で冷却された空気を、流路部３３を介してバッテリケース３へ送風する。この冷却された空気によって、バッテリケース３内のバッテリセル２２を冷却し、バッテリモジュール２１の推定温度Ｔｍを低減させ、使用可能な温度範囲内（温度Ｔｈよりも低い温度）とする機能である。また、バッテリモジュール２１の推定温度Ｔｍを温度Ｔｂに近似させる機能である。
At this time, a drive instruction from the
機能（６）である、加熱装置６を駆動させる機能は、ＢＭＵ５５が、機能（３）で算出したバッテリモジュール２１の推定温度Ｔｍが使用可能な温度範囲内である場合に、各バッテリセル２２の温度Ｔｘを近似させるために加熱装置６を駆動させる機能である。即ち、バッテリセル２２の平均温度Ｔｃに対して温度差が所定値（所定の温度差）を超えるバッテリセル２２の温度を可変させる機能である。例えば、低温のバッテリセル２２を、そのバッテリセル２２を加熱するヒータ５１で加熱して、温度の低いバッテリセル２２の温度を上昇させ、バッテリセル２２の平均温度Ｔｃに近似させ、各バッテリセル２２間の温度差を低減させる機能である。
The function (6) that drives the heating device 6 is that the
詳しくは、機能（６）は、機能（２）により、先ず、バッテリセル２２の温度Ｔｘを常時、又は、所定の時間毎に温度センサ５３で検出し、この検出した温度データをＢＭＵ５５にて受信する。ＢＭＵ５５は、機能（５）で冷却したバッテリセル２２のうち、バッテリセル２２の平均温度Ｔｃより低い温度のバッテリセル２２をヒータ５１に通電して加熱する。また、加熱装置６により加熱しているバッテリセル２２の温度を常時又は所定の時間毎にＢＭＵ５５で受信し、この温度が、バッテリセル２２の平均温度Ｔｃ以上となった場合には、ヒータ５１の通電を停止し、加熱を中止する機能である。
Specifically, in the function (6), first, the function (2) detects the temperature Tx of the
このように構成された電気自動車１００に用いられるバッテリ装置１は、バッテリ管理手段９により、バッテリパッケージ４の管理が行われる。このバッテリ管理手段９によるバッテリパッケージ４の管理は、バッテリ管理手段９によるバッテリモジュール２１の推定温度の平均化、及び、バッテリセル２２の温度の平均化の処理である。次に、このようなバッテリ装置１のバッテリ管理手段９による処理の一例を、図４に示す流れ図を用いて説明する。
In the
電気自動車１００の充電装置１０２が供給電源等に接続される、又は、電動機１０１により駆動輪１０４の駆動が行われる等により、電気自動車１００の各構成品の通電指示があると、ＢＭＵ５５は、その通電指示に応じてバッテリ装置１の充電又は放電が開始される（ステップＳＴ１）。
When the
バッテリ装置１の充電又は放電が行われると、バッテリ管理手段９は、ＢＭＵ５５により、先ず、バッテリセル２２の温度Ｔｘをそれぞれ測定する（ステップＳＴ２）。具体的には、各バッテリモジュール２１にそれぞれ設けられたＣＭＵ５６は、各温度センサ５３により、各バッテリセル２２の温度Ｔｘを検出する。
When the
ＣＭＵ５６は、温度センサ５３で検出されたバッテリセル２２の温度データを受信し、この温度データをＢＭＵ５５に信号線Ｓを介して送信する。ＢＭＵ５５は、バッテリセル２２の温度データを受信するとともに、例えば、ＢＭＵ５５の記憶部に一端記憶させる。
The
ＢＭＵ５５は、受信したバッテリセル２２の温度データから、各バッテリモジュール２１の推定温度Ｔｍ、及び、バッテリセル２２の平均温度Ｔｃを算出する（ステップＳＴ３）。
The
次に、ＢＭＵ５５は、記憶部５５ａに記憶されている温度Ｔｈと、バッテリモジュール２１の推定温度Ｔｍを比較し、バッテリモジュール２１の温度Ｔｍが温度Ｔｈより低い温度（Ｔｍ＜Ｔｈ）か否かの判断を行う（ステップＳＴ４）。バッテリモジュール２１の温度Ｔｍが温度Ｔｈより低い（Ｔｍ＜Ｔｈ）場合（ステップＳＴ４のＹＥＳ）には、ＢＭＵ５５は、バッテリモジュール２１を冷却するか否かの判断を行う（ステップＳＴ５）。
Next, the
具体的には、ＢＭＵ５５は、バッテリモジュール２１の温度Ｔｍが温度Ｔｂより高い温度（Ｔｍ＞Ｔｂ）であるか否かの判断を行う。バッテリモジュール２１の温度Ｔｍが温度Ｔｂよりも高い場合（ステップＳＴ５のＹＥＳ）には、冷却装置５を駆動させ、バッテリモジュール２１の温度Ｔｍを温度Ｔｂに近似させる（ステップＳＴ６）。
Specifically, the
ＢＭＵ５５は、まず、冷却装置５のエバポレータ３５より、エバポレータ３５の周囲の空気を熱交換により冷却する。続いて、ＢＭＵ５５は、ファン装置３２を駆動させる。これにより、冷却した空気がバッテリケース３内に案内され、バッテリパッケージ４が冷却される。即ち、冷却装置５により、各バッテリセル２２が冷却され、バッテリモジュール２１の推定温度Ｔｍを温度Ｔｂに近似させる。
First, the
なお、ステップＳＴ５において、バッテリモジュール２１の温度Ｔｍが温度Ｔｂと同一又は低い（Ｔｍ≦Ｔｂ）場合（ステップＳＴ５のＮＯ）には、ＢＭＵ５５は、冷却装置５を駆動させない。
In step ST5, when the temperature Tm of the
また、ＢＭＵ５５は、各バッテリセル２２の温度の監視し、過大な温度差のバッテリセル２２の有無を確認する（ステップＳＴ７）。具体的には、ＢＭＵ５５は、各バッテリセル２２の温度Ｔｘから、バッテリセル２２の平均温度Ｔｃよりも低温度のバッテリセル２２（Ｔｘ＜Ｔｃ）の有無を確認する。この低温度のバッテリセル２２がある場合（ステップＳＴ７のＹＥＳ）には、ＢＭＵ５５は、加熱装置６を駆動する（ステップＳＴ８）。
Further, the
具体的には、ＢＭＵ５５は、低温度のバッテリセル２２に設けられたヒータ５１を加熱させる指示を、そのバッテリセル２２が設けられたバッテリモジュール２１のＣＭＵ５６に行う。ＣＭＵ５６は、ＢＭＵ５５からの指示に基づいて、低温度のバッテリセル２２に設けられたヒータ５１を加熱して、当該バッテリセル２２を昇温（加熱）させる。
Specifically, the
ＣＭＵ５６は、バッテリセル２２を加熱させながら、バッテリセル２２の温度を検出し、ＢＭＵ５５に送信する。ＢＭＵ５５は、加熱されたバッテリセル２２の温度Ｔｘから、各バッテリセル２２の温度差が低減し、バッテリセル２２の温度差が平均化されたか否かの判断を行う（ステップＳＴ９）。
The
なお、この平均化の一例としては、低温度のバッテリセル２２の温度Ｔｘがバッテリセル２２の平均温度Ｔｃ以上（Ｔｘ≦Ｔｃ）であるか否かの判断を行う。なお、バッテリセル２２の温度差の平均化として、バッテリセル２２の最高温度と最低温度との温度差を具体的に設定し、この温度差以内にバッテリセル２２の各温度差を収めることとしてもよい。
As an example of this averaging, it is determined whether or not the temperature Tx of the low-
ＢＭＵ５５は、バッテリセル２２に過大な温度差や低温度なバッテリセル２２がある場合（ステップＳＴ９のＮＯ）に、バッテリセル２２の温度が平均化されていないと判断し、ステップＳＴ７へと戻り、再度、各バッテリセル２２の温度を監視し、ヒータ５１により加熱させる。
When the
ＢＭＵ５５は、バッテリセル２２の温度が平均化されたと判断した場合（ステップＳＴ９のＹＥＳ）には、加熱装置６を停止させる（ステップＳＴ１０）。
When the
次に、ＢＭＵ５５は、充電又は放電の終了指示を確認する（ステップＳＴ１１）。ＢＭＵ５５の充電又は放電の終了指示がない場合（ステップＳＴ１１のＮＯ）には、ステップＳＴ２に戻り、再びバッテリセル２２の温度Ｔｘを測定する。以下、ステップＳＴ３以降の流れとなる。なお、充電又は放電の終了指示がある（ステップＳＴ１１のＹＥＳ）と、ＢＭＵ５５は、ＣＭＵ５６への指示を停止する。これにより、バッテリ管理手段９によるバッテリ装置１の管理が終了する。
Next, the
なお、ステップＳＴ４において、バッテリモジュール２１の温度Ｔｍが温度Ｔｈ以上（Ｔｍ≧Ｔｈ）の場合（ステップＳＴ４のＹＥＳ）には、ＢＭＵ５５は、エラー処理を行う（ステップＳＴ１２）。なお、このエラー処理は、バッテリモジュール２１の高温による事故、例えば、バッテリパッケージ４の破損や機能停止を防止するために、バッテリ装置１を他構成品と電気的に切断し、放電及び充電を停止する。なお、バッテリ装置１は、冷却装置５にのみ放電し、バッテリパッケージ４を冷却装置５により急速冷却する構成としてもよい。
In step ST4, when the temperature Tm of the
このように構成されたバッテリ装置１によれば、バッテリ管理手段９により、バッテリモジュール２１を、使用可能な温度範囲内に冷却するとともに、各バッテリセル２２間において、温度差を極力低減することができる。
According to the
即ち、複数設けられたバッテリセル２２は、その配置、隣接する部材、冷却装置５の流路部３３及びバッテリケース３等の形状等により、その温度の上昇及び低下はそれぞれ異なる。このような使用温度が異なると、バッテリセル２２の充放電特性、電気的特性及び寿命特性が各バッテリセル２２において異なることとなる。
That is, the temperature increase and decrease of the plurality of
特に、このような複数のバッテリセル２２が用いられるバッテリパッケージ４は、その能力が、いずれかのバッテリセル２２のうち、最も低いバッテリセル２２の能力となる。このため、一つのバッテリセル２２が著しく劣化すると、他のバッテリセル２２の劣化は殆どなくても、バッテリパッケージ４の能力が低下することとなる。このようなバッテリパッケージ４の能力の低下は、走行可能距離の低下となるため、電気自動車１００の機能及び信頼性の低下となる。
In particular, the battery package 4 using such a plurality of
しかし、本実施の形態のバッテリ装置１は、複数のバッテリセル２２のうち、温度差が大きいバッテリセル２２を加熱させ、バッテリセル２２間の温度差を低減させる温度の平均化が可能となる。これにより、各バッテリセル２２の充放電特性及び電気的特性は勿論のこと、寿命特性の平均化にもなる。このためバッテリパッケージ４の寿命の低下となる。
However, the
また、本実施の形態のバッテリ装置１は、冷却装置５によりバッテリモジュール２１を冷却した後に、バッテリモジュール２１を構成するバッテリセル２２の平均温度を算出するため、単にバッテリセル２２の平均温度を算出するよりも確実に異常が生じているバッテリセル２２、特に異常な温度上昇が生じているバッテリセル２２を見極めることができる。
The
上述したように、本実施の形態に係るバッテリ装置１によれば、バッテリセル２２にそれぞれ設けたヒータ５１により、各バッテリセル２２を必要に応じて加熱することで、各バッテリセル２２の温度差を極力低減することが可能となる。これにより、バッテリ装置１の充放電特性及び電気的特性を安定させるとともに、寿命特性を向上させることが可能となる。
As described above, according to the
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。上述した例では、機能（５）として、バッテリモジュール２１の推定温度Ｔｍが温度Ｔｂよりも高い場合に、冷却装置５によりバッテリセル２２を冷却させ、推定温度Ｔｍを温度Ｔｂに近似させる構成としたが、これに限定されない。例えば、推定温度Ｔｍが温度Ｔｂよりも高い場合だけでなく、推定温度Ｔｍが温度Ｔｂより低い場合には、加熱装置６により、バッテリセル２２を加熱させて、推定温度Ｔｍを温度Ｔｂに近似させてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment. In the example described above, as the function (5), when the estimated temperature Tm of the
また、上述した例では、バッテリ装置１では、低温度のバッテリセル２２をヒータ５１で昇温させて、他のバッテリセル２２との温度差を低減させる構成としたが、これに限定されない。例えば、バッテリセル２２に、温度可変手段としてペルチェ素子をそれぞれ設け、低温度のバッテリセル２２と温度差が大きい高温度のバッテリセル２２を、ペルチェ素子のペルチェ効果で冷却し、複数のバッテリセル２２の温度を平均化してもよい。即ち、バッテリセル２２の温度を平均化可能であれば、温度可変手段は冷却又は加熱の何れを用いても良い。但し、バッテリセル２２の能力が最も高い値で平均化できるのが望ましい。
In the above-described example, the
また、上述した例では、冷却装置５は、エバポレータ３５で冷却した空気をファン装置３２でバッテリケース３内に案内し、バッテリセル２２を冷却するとしたが、これに限定されない。冷却装置５は、バッテリセル２２を冷却可能であればよく、例えば、エバポレータ３５を用いるのではなく、バッテリセル２２にペルチェ素子をそれぞれ設け、ペルチェ効果により、バッテリセル２２を冷却させてもよい。
In the above-described example, the cooling device 5 cools the
さらに、上述した例では、ＣＭＵ５６は、温度端子５６ａ、電源端子５６ｂ及びヒータ端子５６ｃを有する構成で説明したが、これに限定されない。即ち、ＣＭＵ５６に接続されていれば、各構成品に接続される端子は、専用の端子でなくても、同一端子であってもよく、また、他の構成でも適用可能である。
Furthermore, in the above-described example, the
また、上述した例では、バッテリ装置１を電気自動車１００に用いられると説明したがこれに限定されない。例えば、内燃機関及び電動機で駆動するプラグインハイブリッド自動車であってもよい。また、鉄道車両であってもよい。即ち、バッテリ装置１を用いる車両であれば他の構成であっても適用できる。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
Moreover, in the example mentioned above, although demonstrated that the
１…バッテリ装置、３…バッテリケース、４…バッテリパッケージ、５…冷却装置（冷却手段）、６…加熱装置（温度調整手段）、７…パッド部材、８…温度検出手段、９…バッテリ管理手段（管理手段）、１１…バッテリトレイ、１２…バッテリカバー、１３…トレイフランジ部、１４…カバーフランジ部、１５…開口部、２１…バッテリモジュール、２２…バッテリセル、２２ａ…陰極、２２ｂ…陽極、３１…冷却手段、３２…ファン装置、３３…流路部、３５…エバポレータ、３５ａ…導入路部、３５ｂ…排出路部、３６…エバポレータケース、３６ａ…エバポレータケースアッパ、３６ｂ…エバポレータケースロア、３７…流入口部、３８…排出口部、４１…ファン、４２…ファンカバー、４３…ファンダクト、４３ａ…一端部、４３ｂ…他端側、４６…ダクト、５１…ヒータ、５３…温度センサ、５５…ＢＭＵ、５５ａ…記憶部（記憶手段）、５６…ＣＭＵ、５６ａ…温度端子、５６ｂ…電源端子、５６ｃ…ヒータ端子、１００…電気自動車、１０１…電動機、１０２…充電装置、１０３…車体、１０４…駆動輪、Ｂ…ボルト、Ｃ…ＣＡＮケーブル、Ｓ…信号線。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記複数のバッテリセルの集合により構成された前記バッテリモジュールを冷却する冷却手段と、
前記複数のバッテリセルのそれぞれの温度を検出する温度検出手段と、
前記複数のバッテリセルのそれぞれの温度を調整可能な温度調整手段と、
検出された前記バッテリセルの温度に基づいて前記複数のバッテリセルの平均温度を算出し、該算出された前記バッテリセルの平均温度と所定の温度差を有する前記バッテリセルの温度を前記温度調整手段により調整し、前記平均温度と前記所定の温度差を有する前記バッテリセルの温度との温度差を減少させる管理手段と、
を備え、
前記管理手段は、
バッテリモジュール平均温度が最適温度値よりも高い場合には、前記冷却手段により、前記複数のバッテリセルの集合により構成された前記バッテリモジュールを冷却した後で、検出された前記複数のバッテリセルのそれぞれの温度から前記平均温度を算出し、バッテリモジュール平均温度が最適温度値と同一又は低い場合には、前記冷却手段を駆動させない
ことを特徴とするバッテリ装置。 A plurality of battery cells constituting a battery module for supplying electric power to the vehicle drive motor;
A cooling means for cooling the battery module configured by a set of the plurality of battery cells;
Temperature detecting means for detecting the temperature of each of the plurality of battery cells;
Temperature adjusting means capable of adjusting the temperature of each of the plurality of battery cells;
An average temperature of the plurality of battery cells is calculated based on the detected temperature of the battery cell, and the temperature adjustment unit calculates the temperature of the battery cell having a predetermined temperature difference from the calculated average temperature of the battery cell. Adjusting means for reducing the temperature difference between the average temperature and the temperature of the battery cell having the predetermined temperature difference;
With
The management means includes
When the battery module average temperature is higher than the optimum temperature value , each of the detected plurality of battery cells is cooled by the cooling means after cooling the battery module configured by the set of the plurality of battery cells. The battery device is characterized in that the average temperature is calculated from the temperature of the battery and the cooling means is not driven when the battery module average temperature is equal to or lower than the optimum temperature value .
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