組電池装置
【課題】断熱や防水のためのチューブで電池セルを包む構成において、電池セルを効率的に冷却することができる組電池装置を提供する。
【解決手段】電池セル１１を包む収納チューブ１５と、収納チューブ１５に包まれた複数の電池セル１１を収納する筐体２０と、筐体２０内に熱交換媒体を通流させ、電池セル１１の冷却を行うファン３０と、組電池１０に対する充電および放電の少なくともどちらか一方の電流を検出する電流センサと、電流センサからの検出値に応じてファン３０の駆動量を算出する算出部および駆動量を収納チューブ１５の熱伝達時間分遅らせてファン３０に指令する指令部とを備えた制御装置と、を有する。
【解決手段】電池セル１１を包む収納チューブ１５と、収納チューブ１５に包まれた複数の電池セル１１を収納する筐体２０と、筐体２０内に熱交換媒体を通流させ、電池セル１１の冷却を行うファン３０と、組電池１０に対する充電および放電の少なくともどちらか一方の電流を検出する電流センサと、電流センサからの検出値に応じてファン３０の駆動量を算出する算出部および駆動量を収納チューブ１５の熱伝達時間分遅らせてファン３０に指令する指令部とを備えた制御装置と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば燃料電池車両に搭載された組電池の冷却制御を備えた組電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池自動車などでは、複数の電池セルを組み合わせて高電圧を得るように構成した組電池（高圧バッテリ）が搭載されている。このような組電池では、充放電時の発熱により電池セルが過度に高温になると電池性能が低下するため、電池セルを冷却する必要がある。例えば、筐体内に組電池を収納するとともに冷却ファンを設け、充電時の電流値に応じて冷却ファンを駆動する技術が提案されている（特許文献１参照）。また、断熱や防水を目的として、断熱用や防水用の部材で電池セルを覆う技術が提案されている（特許文献２，３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−６３６８２号公報（段落００２５、図１、図６）
【特許文献２】特開平７−１３２９７６号公報（図１）
【特許文献３】特開２０００−８２５０１号公報（図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、断熱目的や防水目的で電池セルに部材を被せた場合、電池セルから発生した熱が部材表面に達するまでに時間的なずれが生じ、電池セルを効率的に冷却できないという課題があった。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、断熱や防水のための部材で電池セルを包む構成において、電池セルを効率的に冷却することができる組電池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】
【０００６】
本発明は、複数の電池セルを組み合わせてなる組電池の充放電を行なう組電池装置であって、収納チューブに包まれた電池セルを複数収納する筐体と、前記筐体内に熱交換媒体を通流させ、前記電池セルの冷却を行うポンプと、前記組電池に対する充電および放電の少なくともどちらか一方の電流を検出する検出装置と、前記検出装置からの検出値に応じて前記ポンプの駆動量を算出する算出部と、前記駆動量を前記収納チューブの熱伝達時間分遅らせて前記ポンプに指令する指令部とを備えた制御装置と、を有することを特徴とする。
【０００７】
これによれば、組電池を充電する際または組電池から放電する際に発生する熱が電池セルから収納チューブの表面に達するまでの時間（熱伝達時間）分遅らせてポンプを駆動するので、電池セルの熱が収納チューブの表面に達したときにその検出値に応じた流量の熱交換媒体が収納チューブの周囲を流れることになり、電池セルの冷却タイミングを適切に設定でき、電池セルを効率的に冷却することが可能になる。なお、熱交換媒体としては、冷却風（空気）に限定されるものではなく、液体などの冷媒であってもよい。
【０００８】
また、前記検出装置の検出値が大きいほど、前記熱伝達時間を短く設定することを特徴とする。
【０００９】
検出装置の検出値つまり充電時の電流値または放電時の電流値が大きい（高い）ほど電池セルからの発熱量が増加するので、電池セルの熱が収納チューブの表面に達するまでの時間（熱伝達時間）が短くなる。このように構成することにより、電池セルの冷却タイミングを適切に設定することができ、電池セルをより効率的に冷却することが可能になる。
【００１０】
また、前記組電池は外気冷却であって、車両の運転時間が増えるほど前記熱伝達時間を短く設定することを特徴とする。
【００１１】
車両の運転時間（走行距離など）が増えるほど、収納チューブが磨耗するので、電池セルから収納チューブ表面に達するまでの時間（熱伝達時間）が短くなる。このように構成することにより、電池セルの冷却タイミングを適切に設定することができ、電池セルをより効率的に冷却することが可能になる。
【００１２】
また、前記ポンプは、前記組電池が低温状態である場合には前記熱交換媒体を通流させて前記組電池の暖機を行なうように構成され、前記ポンプが暖機のための駆動を行なうときには、前記ポンプに遅らせて指令するのを禁止することを特徴とする。
【００１３】
これによれば、組電池の暖機が必要となる状態（低温状態）である場合には、ポンプに遅らせて指令すること（熱伝達時間を設定すること）を禁止することにより、組電池の暖機を迅速に行うことができる。なお、組電池の暖機とは、例えば、加熱手段（ヒータなど）によって熱交換媒体を加熱するとともにポンプを駆動して熱交換媒体を組電池に供給して、組電池の各電池セルを性能低下させることなく効率的に充放電できる温度まで加熱することである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、断熱や防水のためのチューブで電池セルを包む構成において、電池セルを効率的に冷却することができる組電池装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態の組電池装置を示す一部分解斜視図である。
【図２】電池セルと収納チューブを示す分解斜視図である。
【図３】電池温度と時間との関係の一例を示すグラフである。
【図４】本実施形態の組電池装置における冷却風の流れを示す断面図である。
【図５】燃料電池車両の構成を示すブロック図である。
【図６】本実施形態の組電池装置におけるファン制御を示すフローチャートである。
【図７】遅延タイムを設定するマップを示し、（ａ）は遅延タイムと電流との関係、（ｂ）は遅延タイムと運転時間との関係である。
【図８】充放電電流、ファンＤＵＴＹ、充放電発熱の変化を示すタイムチャートと、ある時刻における熱伝達と冷却風の状態を示す模式図であり、（ａ）は本実施形態における制御、（ｂ）は従来における制御である。
【図９】本実施形態の組電池装置の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に係る組電池装置について図１ないし図８を参照して説明する。本実施形態に係る組電池装置１Ａは、例えば、燃料電池自動車Ｖ（車両）に搭載され、燃料電池ＦＣ（図５参照）をアシストする機能を有している。なお、本実施形態の組電池装置１Ａは、燃料電池自動車（ＦＣＥＶ）に限定されるものではなく、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）などの車両、または船舶や航空機などに適用することができる。
図１に示すように、本実施形態の組電池装置１Ａは、複数の電池モジュールＭからなる組電池１０、筐体２０、ファン（ポンプ）３０、制御装置４０、電流センサ（検出装置）４１（図５参照）などで構成されている。
【００１７】
電池モジュールＭを構成する電池１１Ａ，１１Ｂは、例えばリチウムイオン型の二次電池からなり、電極と電解液とを円筒状のケースに収納してなる電池セル１１，１１（図２参照）を一列に接続して構成したものである。また、電池１１Ａ，１１Ｂは、その長手方向（軸方向）が、燃料電池自動車の前後方向に沿って配置され、図示しない端子を介して、電気的に直列に接続されている。組電池１０として構成される電池セル１１の本数は、例えば、燃料電池自動車Ｖに搭載される電動式の走行モータ４３（図５参照）の定格出力に基づいて決定される。
【００１８】
また、筐体２０は、組電池１０を収納する偏平な容器であり、その上面を構成する上パネル２１と、底面を構成する２枚の底パネル２２と、前面を構成する前パネル２３と、後面を構成する後パネル２４、側面を構成する２枚の側パネル２５と、３本の支柱部材２６と、２つのダミー部材２７などで構成されている。
【００１９】
また、筐体２０は、燃料電池自動車Ｖの車体フレームを構成する前後フレーム３１，３１及びクロスメンバ３２，３２で囲まれた空間Ｓ（図４参照）の上方であって、右側の前後フレーム３１側にずれて配置されている。そして、筐体２０の左側であって、平面視において筐体２０からはみ出た空間Ｓの略上方には、スペースが形成されており、このスペースにファン３０が配置されている。
【００２０】
また、２本の前後フレーム３１および２本のクロスメンバ３２の下面には、アンダカバー３４が取り付けられており、空間Ｓの下方を封鎖している。よって、２本の前後フレーム３１，３１と、２本のクロスメンバ３２，３２とで囲まれた空間Ｓが、筐体２０から排出された空気の流路として機能している（図４参照）。なお、対向するクロスメンバ３２，３２の中間位置において、前後フレーム３１、３１を接続するように、中間部材３３が設けられている（図４参照）。
【００２１】
３本の支柱部材２６は、筐体２０の左右方向の中央において、クロスメンバ３２，３２及び中間部材３３の上面に、それぞれ立設されている。
【００２２】
２本のダミー部材２７は、アルミなどの金属で形成され、仮想的に電池セル１１が配列している状況を形成するための前後方向に細長い部品で構成され、外形が半円柱状を呈している。そして、２本のダミー部材２７は、支柱部材２６の左右両側にそれぞれ取り付けられている。
【００２３】
底パネル２２，２２は、前後フレーム３１，３１間において、クロスメンバ３２，３２と中間部材３３に取り付けられている。左右方向（車幅方向）において配列する２枚の底パネル２２，２２は、左右方向に所定間隔離れており、２枚の底パネル２２、２２の間が、冷却風排出口２２ａ（図４参照）となっている。よって、筐体２０の下方の空間Ｓ（図４参照）は、冷却風排出口２２ａを介して、筐体２０内と連通している。なお、筐体２０の底壁部を、１枚の底パネルで構成してもよい。
【００２４】
また、筐体２０の上流には、吸気ダクト５０が設けられている。この吸気ダクト５０は、外部の空気を筐体２０内に導くためのダクトであり、上流端に吸気口５１ａを有する吸気部５１と、吸気部５１の下流で二股に分岐した右分岐部５２及び左分岐部５３と、を備えている。右分岐部５２の下流端は、右側の側パネル２５に形成された冷却風導入口２５ａ（図４参照）に接続されている。左分岐部５３の下流端は左側の側パネル２５に形成された冷却風導入口２５ａ（図４参照）に接続されている。
【００２５】
また、図示していないが、吸気口５１ａには、組電池装置１Ａの各電池セル１１を暖機する際に、加熱した空気を生成するためのヒータが設けられている。なお、ヒータとしては、熱線を格子状に配置したものなどで構成されている。よって、制御装置４０によって、電池セル１１の暖機が必要と判断された場合には、ヒータがＯＮされることにより、吸気ダクト５０から筐体２０内に暖かい空気が導入され、各電池セル１１が暖機されるようになっている。
【００２６】
図２に示すように、電池モジュールＭは、電池１１Ａ，１１Ｂ、端子１２Ａ，１２Ｂ、導通部材１３、キャップ１４、収納チューブ１５などで構成されている。
【００２７】
電池１１Ａ，１１Ｂは、それぞれ、２本の電池セル１１，１１が電気的に直列に接続されるように一列に配置して構成したものである。また、電池１１Ａの極と電池１１Ｂの極とが互いに逆向きとなるように平行に配置されている。
【００２８】
また、電池１１Ａ，１１Ｂは、例えば、電池セル１１と電池セル１１との間が、金属製の連結部材（不図示）を溶接することによって連結固定されている。なお、各電池セル１１は、いずれも円柱状で充放電可能なリチウムイオン二次電池から構成されているが、円柱状のものに限定されず、角型のものであってもよい。また、電池セル１１は、リチウムイオン型のものに限定されず、ニッケル水素型のものなどであってもよい。
【００２９】
端子１２Ａは、他の電池モジュールＭの電池１１Ｂの端子１２Ｂと図示しないバスバを介して接続されるものであり、円盤状の基部１２ａ１と、基部１２ａ１の一面側の中心にねじ穴１２ａ２が形成された突起部１２ａ３とで構成され、電池１１Ａの一端に接合されている。また、端子１２Ｂは、他の電池モジュールＭの電池１１Ａの端子１２Ａと図示しないバスバを介して接続されるものであり、同様にして、基部１２ａ１、ねじ穴１２ａ２が形成された突起部１２ａ３で構成されている。
【００３０】
導通部材１３は、金属製の板材で形成され、電池１１Ａの他端と電池１１Ｂの他端とを電気的に接続して、電池１１Ａと電池１１Ｂとを電気的に直列に接続するものである。
【００３１】
キャップ１４は、合成樹脂などの絶縁材料で形成され、電池１１Ａ，１１Ｂ側が開放した凹部１４ａを有している。この凹部１４ａは、導通部材１３の周面に倣う形状であり、導通部材１３の周面よりも若干余裕を持って大きく形成されている。また、凹部１４ａの深さは、導通部材１３とともに電池１１Ａ，１１Ｂの端部が収まる深さで形成されている。
【００３２】
このように端子１２Ａ，１２Ｂが取り付けられた電池１１Ａ，１１Ｂに、熱収縮性の収納チューブ１５，１５を被せて、所定温度の温風を当てることによって、収納チューブ１５を熱収縮させる。これにより、収納チューブ１５，１５が電池１１Ａ，１１Ｂの周面に密着した状態で包まれる。
【００３３】
収納チューブ１５は、ポリオレフィン樹脂などで形成され、熱収縮したときに、電池１１Ａ，１１Ｂの外周面と、電池１１Ａ，１１Ｂの端面の一部を覆うことができる長さ（大きさ）で形成されている。なお、ここでの端面とは、端子１２Ａ，１２Ｂ側の基部１２ａ１の面を意味し、キャップ１４側においては、電池１１Ａ，１１Ｂの電池セル１１の面を意味している。
【００３４】
収納チューブ１５の仕様としては、例えば、直径が４０ｍｍ、長さが１０８ｍｍの電池セル１１を使用し、ポリオレフィン（ＰＯ）製で、フィルムの厚さが０．２ｍｍの収納チューブ１５を使用した場合、充放電後に電池セル１１から収納チューブ１５の表面まで熱が到達するまでの時間（熱伝達時間Ｔｍ）が約５〜７ｓ（秒）要するものが用いられる。この熱伝達時間Ｔｍは、実験等によって求められ、使用される電池セル１１の大きさ、収納チューブの材質やフィルムの厚さによって適宜変更されるものである。なお、熱伝達時間Ｔｍの測定方法としては、例えば、電池セル１１を収納した収納チューブ１５のフィルムを挟んで内側と外側にそれぞれ熱伝対（温度センサ）を配置し、電池セル１１を充電（または放電）させた状態で、内側と外側の温度変化を監視することによって求めることができる。
【００３５】
また、図３に示すように、電池１１Ａ，１１Ｂの温度（収納チューブ１５の表面温度）は、破線で示すように比例的（所定時間毎の温度変化が常に一定）に増加するのではなく、実線で示すように充放電開始ｔの直後では電池１１Ａ，１１Ｂの温度上昇の時間的変化が小さく、時間が経過するにつれて電池１１Ａ，１１Ｂの温度上昇の時間的変化が大きくなるようになっている。
【００３６】
そして、電池１１Ａ，１１Ｂには導通部材１３が当てられて、溶接などによって導通部材１３が電池１１Ａ，１１Ｂに接合される。電池１１Ａと電池１１Ｂとが導通部材１３を介して接続されることにより、組電池１０を構成する各電池モジュールＭの４本の電池セル１１が電気的に直列に接続されるようになっている。
【００３７】
さらに、キャップ１４の凹部１４ａに所定のポッティング材（不図示）を所定量流し込み、導通部材１３によって接続された電池１１Ａ，１１Ｂを凹部１４ａ内に押圧挿入して硬化させることによって、導通部材１３と電池１１Ａ，１１Ｂとの境界を含む電池１１Ａ，１１Ｂの端部がポッティング材で封止される。これにより、キャップ１４が取り付けられた電池１１Ａ，１１Ｂ側からの水などの浸入が防止される。また、収納チューブ１５で覆われた電池１１Ａ，１１Ｂは、軸方向の中央部において連結固定部材１６（図１参照）を介して互いに固定される。なお、ポッティング材としては、エポキシ樹脂などを用いることができる。
【００３８】
また、電池１１Ａ，１１Ｂの端子１２Ａ，１２Ｂ側については、突起部１２ａ３，１２ａ３を挿通可能な環状のシール部材１７（図１参照）に挿通して、筐体２０の後パネル２４に支持するように構成されている。これにより、シール部材１７が取り付けられた電池１１Ａ，１１Ｂ側からの水などの浸入が防止される。
【００３９】
なお、図示していないが、端子１２Ａ，１２Ｂの各突起部１２ａ３は、後パネル２４に形成された貫通孔（不図示）に挿通されて、後パネル２４を挟んだ電池１１Ａ，１１Ｂの逆側において、ボルト（不図示）をねじ穴１２ａ２に螺合することによって、電池１１Ａ，１１Ｂが筐体２０に固定される。また、ボルト（不図示）で電池１１Ａ，１１Ｂを固定する際に、電池モジュールＭの電池１１Ａ（１１Ｂ）と他の電池モジュールＭの電池１１Ｂ（１１Ａ）とをバスバ（導電部材）を介して連結する。
【００４０】
図４に示すように、組電池１０は、例えば、上段に７本（奥行きを含めると１４本）の電池セル１１が配列され、中段に６本（奥行きを含めると１２本）の電池セル１１が配置され、下段に７本（奥行きを含めると１４本）の電池セル１１が配列され、上段、中段および下段の電池セル１１が左右方向において千鳥状に積層配置されている。
【００４１】
そして、ファン３０が作動すると、排気ダクト３０ａを介して空間Ｓの空気、筐体２０内の空気が吸引されるようになっている。その結果、外部の空気が、吸気ダクト５０（図１参照）を介して、筐体２０の車幅方向の両側から、筐体２０内に導入されるようになっている。
【００４２】
そして、冷却風導入口２５ａから筐体２０内に導入された冷却風は、電池１１Ａ，１１Ａ間、電池１１Ｂ，１１Ｂ間、電池１１Ａ，１１Ｂ間、電池１１Ａ，１１Ｂと上パネル２１（または底パネル２２）との間、を流れながら冷却される。
【００４３】
そして、冷却風排出口２２ａから排出された冷却風は、空間Ｓ、排気ダクト３０ａ、ファン３０、排気ダクト３０ｂ（図１参照）を通って外部に排出される。
【００４４】
図５に示すように、燃料電池自動車Ｖは、組電池（高圧バッテリ）１０、ファン３０、制御装置４０、電流センサ４１（検出装置）、温度センサ４２で構成された組電池装置１Ａ、燃料電池ＦＣ、走行モータ４３、ＰＤＵ４４などで構成されている。
【００４５】
燃料電池ＦＣは、例えば固体高分子形の燃料電池であり、固体高分子からなる電解質膜をアノードとカソードとで挟んで膜電極接合体を構成し、この膜電極接合体を一対の導電性のセパレータで挟持して構成した単セルを複数積層した構造を有している。
【００４６】
組電池１０は、燃料電池自動車Ｖに搭載される燃料電池ＦＣをアシストする充電電力を放電したり、燃料電池ＦＣの発電電力や走行モータ４３からの回生電力を充電するようになっている。
【００４７】
制御装置４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、プログラムを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）などで構成され、組電池１０への充電電流および組電池１０からの放電電流を検出する電流センサ４１から充放電電流値を取得し、また温度センサ４２から組電池１０の温度（バッテリ温度）を取得する。なお、温度センサ４２は、例えば、筐体２０内の組電池１０近傍に１箇所または複数個所に設けられている。
【００４８】
また、制御装置４０は、電流センサ４１からの検出値（充放電電流値）に応じてファン３０の駆動量を算出する算出部と、算出した駆動量を収納チューブ１５の熱伝達時間Ｔｍ分遅らせてファン３０に指令する指令部と、を備えている。ファン３０の駆動量は、ファンＤＵＴＹ（ファンデューティ）を変化させることにより、ファン３０の回転速度を制御する。熱伝達時間Ｔｍは、前記したように、電池セル１１の大きさ（直径、長さ）や収納チューブ１５のフィルム厚などに応じた値（時間）がＲＡＭに予め記憶される。
【００４９】
走行モータ４３は、例えば永久磁石式の３相交流同期モータで構成され、燃料電池ＦＣや組電池１０から供給される電力によって燃料電池自動車Ｖに設けられた駆動輪を回転駆動させる。
【００５０】
ＰＤＵ４４は、インバータ回路などで構成され、燃料電池ＦＣや組電池１０からの直流電力を交流電力に変換して交流電力を走行モータ４３に供給し、また走行モータ４３の回生電力を直流電力に変換して組電池１０に充電する機能を有している。
【００５１】
次に本実施形態の組電池装置１Ａの動作について図６を参照して説明する。まず、燃料電池自動車Ｖが起動している際、ステップＳ１において、制御装置４０は、温度センサ４２によって検出したバッテリ温度Ｔが所定温度Ｔ１（例えば、１０℃）より低いか否かを判断する。つまり、ステップＳ１の処理によって、組電池装置１Ａ（組電池１０）が低温状態であるかどうかが判断される。なお、組電池装置１Ａが低温状態であるかどうかを判断する所定温度Ｔ１としては、１０℃に限定されるものではなく、１０℃よりも低い温度（例えば、５℃）に設定してもよく、あるいは１０℃よりも高い温度に設定してもよく、電池セル１１の性能などに応じて適宜変更することができる。
【００５２】
そして、ステップＳ１において、制御装置４０は、バッテリ温度が所定温度Ｔ１以上である（組電池１０が低温状態ではない）と判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ２に進み、電流センサ４１によって充放電電流を検出する。なお、本実施形態では、充電電流と放電電流を検出するが、充電電流のみ、あるいは放電電流のみを検出する構成であってもよい。
【００５３】
そして、ステップＳ３に進み、制御装置４０は、ファン３０のファンＤＵＴＹ（０％〜１００％）を決定して、ファン３０の駆動量（組電池１０に送る冷却風の流量）を設定する。
【００５４】
そして、ステップＳ４に進み、制御装置４０は、ファン３０を駆動する際の遅延タイム（熱伝達時間Ｔｍ）を決定する。なお、遅延タイムは、例えば、図７（ａ）のマップに基づいて決定され、検出値（充放電電流値）が大きく（高く）なるほど遅延タイムを短く設定する。これは、充放電電流値が大きい（高い）ほど電池セル１１からの発熱量が増加するので、電池セル１１の熱が収納チューブ１５の表面に達するまでの時間（熱伝達時間Ｔｍ）が短くなるからである。
【００５５】
また、遅延タイム（熱伝達時間Ｔｍ）は、さらに図７（ｂ）のマップに基づいて決定され、運転時間が長くなるほど遅延タイムを短く設定する。これは、車両の運転時間が増えるほど、収納チューブ１５が磨耗して、フィルムの厚さが薄くなって、電池セル１１から収納チューブ１５の表面に伝達されるまでの時間（熱伝達時間Ｔｍ）が短くなるからである。なお、収納チューブ１５が磨耗する理由としては、走行時に跳ね上げられた石などが吸気ダクト５０を介して収納チューブ１５の表面に衝突することによる磨耗、また電池セル１１からの発熱の温度変化による磨耗などである。また、運転時間は、例えば、燃料電池自動車Ｖ（車両）を起動（ＩＧ−ＯＮ）している時間に基づいて判断してもよく、または、車両の走行距離に基づいて判断してもよい。
【００５６】
そして、ステップＳ５において、図７（ａ）および／または図７（ｂ）に示すマップに基づいて決定された遅延タイム（熱伝達時間Ｔｍ）分遅らせて、ファン３０を、ステップＳ３で決定したファンＤＵＴＹに基づいた駆動量で駆動する。
【００５７】
また、ステップＳ１において、制御装置４０は、バッテリ温度が所定温度Ｔ１よりも低い（組電池１０が低温状態である）と判断した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ６に進み、前記した遅延タイムの決定（Ｓ２〜Ｓ４）を中止（バイパス）する。つまり、ファン３０に遅延タイムだけ遅らせて指令することを禁止する。
【００５８】
そして、ステップＳ７に進み、制御装置４０は、組電池装置１Ａの暖機を実行する。すなわち、制御装置４０は、吸気ダクト５０に設けられたヒータ（不図示）を駆動するとともに、ファン３０を所定のファンＤＵＴＹで駆動する。これにより、ヒータで加熱された空気が吸気口５１ａから吸気ダクト５０を介して筐体２０内に導入される。加熱された空気は、電池１１Ａ，１１Ｂの周囲を流れることによって、電池１１Ａ，１１Ｂからなる組電池１０が暖機される。
【００５９】
なお、この暖機は、温度センサ４２の検出値に基づいて所定温度（例えば、１０℃）を超えたときに処理を終了（ヒータ：ＯＦＦ、ファン：ＯＦＦ）してもよく、あるいは暖機開始から所定時間が経過したときに処理を終了してもよい。なお、所定温度や所定時間は、予め実験やシミュレーション等によって決定される。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態の組電池装置１Ａによれば、組電池１０に対して充放電する際に発生する熱が電池セル１１から収納チューブ１５の表面に伝達されるまでの時間（熱伝達時間Ｔｍ、遅延タイム）分遅らせて、ファン３０（ポンプ）を駆動する指令を出すので、電池セル１１の熱が収納チューブ１５の表面に達したときに、検出値に応じた流量の冷却風（熱交換媒体）が収納チューブ１５の表面を流れるので、電池セル１１の冷却タイミングを適切に設定でき、電池セル１１を効率的に冷却することが可能になる。
【００６１】
さらに詳述すると、図８（ｂ）の従来例（比較例）に示すように、充放電電流の変動（破線）と同時にファンＤＵＴＹ（実線）を変化させてファン３０を駆動すると、充放電電流の変動（破線）に対して充放電発熱の変動（一点鎖線）が遅れて発生するので、つまり、実線のグラフと一点鎖線のグラフとに時間的なずれが生じている。このため、模式図（Ａ）に示すように、電池セル１１で発生した熱が収納チューブ１５の表面に達する前に充放電電流に応じた流量の冷却風が流れてしまい、また模式図（Ｂ）に示すように、電池セル１１で発生した熱が収納チューブ１５の表面に達したときには実際に必要な流量よりも少ない流量の冷却風しか流れなくなる。よって、組電池１０（電池１１Ａ，１１Ｂ）を効率的に冷却することができなくなる。
【００６２】
これに対して、図８（ａ）の本実施形態に示すように、充放電発熱の変動（一点鎖線）に応じてファンＤＵＴＹ（実線）を変化させてファン３０を駆動すると、つまり、実線のグラフと一点鎖線のグラフとが一致している。このため、模式図（Ａ）に示すように、電池セル１１で発生した熱がまだ収納チューブ１５の表面に達しておらず、収納チューブ１５の表面温度が低い状態のときには低い温度に応じた少ない流量の冷却風が流れ、また、模式図（Ｂ）に示すように、電池セル１１で発生した熱が収納チューブ１５の表面に達したときに、高い温度に対応した流量の冷却風が流れるようになっている。よって、組電池１０（電池１１Ａ，１１Ｂ）を効率的に冷却することができる。
【００６３】
また、本実施形態の組電池装置１Ａによれば、充放電電流値が大きい（高い）ほど遅延タイム（熱伝達時間Ｔｍ）を短く設定することで、電池セル１１の冷却タイミングを適切に設定することができ、電池セル１１をより効率的に冷却することが可能になる。
【００６４】
また、本実施形態の組電池装置１Ａによれば、燃料電池自動車Ｖ（車両）の運転時間（走行距離など）が増えるほど遅延タイム（熱伝達時間Ｔｍ）を短く設定することで、電池セル１１の冷却タイミングを適切に設定することができ、電池セル１１をより効率的に冷却することが可能になる。
【００６５】
また、本実施形態の組電池装置１Ａによれば、組電池１０の暖機が必要となる状態（低温状態）である場合には（Ｓ１、Ｙｅｓ）、ファン３０の駆動を遅らせて制御すること（熱伝達時間Ｔｍの設定）を禁止することにより、直ちに暖かい空気を組電池１０に供給できるので、組電池１０の暖機を迅速に行うことが可能になる。
【００６６】
なお、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、図９に示す他の実施形態である組電池装置１Ｂを採用してもよい。この組電池装置１Ｂは、熱交換媒体として冷媒（水、不凍液など）を用いて組電池を冷却するものであり、複数の電池１１Ａ，１１Ｂからなる組電池１０が収納される筐体６０、ラジエータ６５、ウォータポンプ６６（ポンプ）、配管６７ａ〜６７ｃなどで構成されている。
【００６７】
筐体６０は、組電池１０を取り囲むように上パネル６１、底パネル６２、側パネル６３ａ，６３ｂ、前パネル（不図示）、後パネル（不図示）で構成されている。側パネル６３ａには、冷媒導入口６３ａ１が形成され、側パネル６３ｂには、冷媒導出口６３ｂ１が形成されている。また、側パネル６３ａには、冷媒導入口６３ａ１を覆うように冷媒導入部材６４ａが設けられ、側パネル６３ｂには、冷媒導出口６３ｂ１を覆うように冷媒導出部材６４ｂが設けられている。
【００６８】
冷媒導出部材６４ｂは、配管６７ａを介してラジエータ６５と接続され、ラジエータ６５は、配管６７ｂを介してウォータポンプ６６と接続され、ウォータポンプ６６は、配管６７ｃを介して冷媒導入部材６４ａと接続されている。
【００６９】
なお、図示していないが、この組電池装置１Ｂについても、組電池装置１Ａと同様に、電流センサ４１からの検出値に応じてウォータポンプ６６の駆動量を算出する算出部と、算出した駆動量を収納チューブ１５の熱伝達時間Ｔｍ分遅らせてウォータポンプ６６に指令する指令部とを備えた制御装置を備えている。また、組電池装置１Ｂにおいて暖機を実行する際には、ヒータなどを用いて冷媒を加熱するようになっている。
【００７０】
制御装置によってウォータポンプ６６が駆動されることにより、組電池１０によって暖められた冷媒は、冷媒導出部材６４ｂから排出され、配管６７ａを介してラジエータ６５に導入される。ラジエータ６５で放熱（冷却）された冷媒は、配管６７ｂ，６７ｃを介して冷媒導入部材６４ａに導入され、組電池１０（電池１１Ａ，１１Ｂ）が冷却される。
【００７１】
なお、組電池装置１Ｂでは、熱交換媒体として液体からなる冷媒を通流させているが、前記したように、各電池セル１１（電池１１Ａ，１１Ｂ）は、収納チューブ１５で被覆され、一方の端部がキャップ１４およびポッティング材で封止され、他方の端部がシール部材１７で収納チューブ１５内の気密性が保たれているので、組電池１０が収納された筐体２０内に冷媒が導入されたとしても、収納チューブ１５内に冷媒が浸入することはなく、また電池モジュールＭの端子１２Ａと端子１２Ｂとが短絡することもない。
【００７２】
前記した組電池装置１Ｂは、組電池装置１Ａと同様に、電池セル１１の熱が収納チューブ１５の表面に達するまでの時間（熱伝達時間Ｔｍ）分遅らせてウォータポンプ６６に駆動指令を与えることにより、各電池セル１１を効率的に冷却することができる。
【００７３】
なお、組電池装置１Ｂでは、筐体６０の左右方向の一方から冷媒を導入し、他方から冷媒を導出する構成を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、組電池装置１Ａと同様に、筐体６０の左右方向の両側から冷媒を導入し、筐体６０の左右方向の中央部から冷媒を排出する構成であってもよい。
【００７４】
なお、前記した各実施形態では、ヒータを用いて熱交換媒体（空気、冷媒）を加熱する例を挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、燃料電池ＦＣの発電によって生じる熱を利用して熱交換媒体を加熱する構成であってもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１Ａ，１Ｂ 組電池装置
１０ 組電池
１１ 電池セル
１５ 収納チューブ
２０，６０ 筐体
３０ ファン（ポンプ）
４０ 制御装置
４１ 電流センサ（検出装置）
６６ ウォータポンプ（ポンプ）
Ｖ 燃料電池自動車（車両）
Ｔｍ 熱伝達時間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば燃料電池車両に搭載された組電池の冷却制御を備えた組電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池自動車などでは、複数の電池セルを組み合わせて高電圧を得るように構成した組電池（高圧バッテリ）が搭載されている。このような組電池では、充放電時の発熱により電池セルが過度に高温になると電池性能が低下するため、電池セルを冷却する必要がある。例えば、筐体内に組電池を収納するとともに冷却ファンを設け、充電時の電流値に応じて冷却ファンを駆動する技術が提案されている（特許文献１参照）。また、断熱や防水を目的として、断熱用や防水用の部材で電池セルを覆う技術が提案されている（特許文献２，３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−６３６８２号公報（段落００２５、図１、図６）
【特許文献２】特開平７−１３２９７６号公報（図１）
【特許文献３】特開２０００−８２５０１号公報（図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、断熱目的や防水目的で電池セルに部材を被せた場合、電池セルから発生した熱が部材表面に達するまでに時間的なずれが生じ、電池セルを効率的に冷却できないという課題があった。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、断熱や防水のための部材で電池セルを包む構成において、電池セルを効率的に冷却することができる組電池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】
【０００６】
本発明は、複数の電池セルを組み合わせてなる組電池の充放電を行なう組電池装置であって、収納チューブに包まれた電池セルを複数収納する筐体と、前記筐体内に熱交換媒体を通流させ、前記電池セルの冷却を行うポンプと、前記組電池に対する充電および放電の少なくともどちらか一方の電流を検出する検出装置と、前記検出装置からの検出値に応じて前記ポンプの駆動量を算出する算出部と、前記駆動量を前記収納チューブの熱伝達時間分遅らせて前記ポンプに指令する指令部とを備えた制御装置と、を有することを特徴とする。
【０００７】
これによれば、組電池を充電する際または組電池から放電する際に発生する熱が電池セルから収納チューブの表面に達するまでの時間（熱伝達時間）分遅らせてポンプを駆動するので、電池セルの熱が収納チューブの表面に達したときにその検出値に応じた流量の熱交換媒体が収納チューブの周囲を流れることになり、電池セルの冷却タイミングを適切に設定でき、電池セルを効率的に冷却することが可能になる。なお、熱交換媒体としては、冷却風（空気）に限定されるものではなく、液体などの冷媒であってもよい。
【０００８】
また、前記検出装置の検出値が大きいほど、前記熱伝達時間を短く設定することを特徴とする。
【０００９】
検出装置の検出値つまり充電時の電流値または放電時の電流値が大きい（高い）ほど電池セルからの発熱量が増加するので、電池セルの熱が収納チューブの表面に達するまでの時間（熱伝達時間）が短くなる。このように構成することにより、電池セルの冷却タイミングを適切に設定することができ、電池セルをより効率的に冷却することが可能になる。
【００１０】
また、前記組電池は外気冷却であって、車両の運転時間が増えるほど前記熱伝達時間を短く設定することを特徴とする。
【００１１】
車両の運転時間（走行距離など）が増えるほど、収納チューブが磨耗するので、電池セルから収納チューブ表面に達するまでの時間（熱伝達時間）が短くなる。このように構成することにより、電池セルの冷却タイミングを適切に設定することができ、電池セルをより効率的に冷却することが可能になる。
【００１２】
また、前記ポンプは、前記組電池が低温状態である場合には前記熱交換媒体を通流させて前記組電池の暖機を行なうように構成され、前記ポンプが暖機のための駆動を行なうときには、前記ポンプに遅らせて指令するのを禁止することを特徴とする。
【００１３】
これによれば、組電池の暖機が必要となる状態（低温状態）である場合には、ポンプに遅らせて指令すること（熱伝達時間を設定すること）を禁止することにより、組電池の暖機を迅速に行うことができる。なお、組電池の暖機とは、例えば、加熱手段（ヒータなど）によって熱交換媒体を加熱するとともにポンプを駆動して熱交換媒体を組電池に供給して、組電池の各電池セルを性能低下させることなく効率的に充放電できる温度まで加熱することである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、断熱や防水のためのチューブで電池セルを包む構成において、電池セルを効率的に冷却することができる組電池装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態の組電池装置を示す一部分解斜視図である。
【図２】電池セルと収納チューブを示す分解斜視図である。
【図３】電池温度と時間との関係の一例を示すグラフである。
【図４】本実施形態の組電池装置における冷却風の流れを示す断面図である。
【図５】燃料電池車両の構成を示すブロック図である。
【図６】本実施形態の組電池装置におけるファン制御を示すフローチャートである。
【図７】遅延タイムを設定するマップを示し、（ａ）は遅延タイムと電流との関係、（ｂ）は遅延タイムと運転時間との関係である。
【図８】充放電電流、ファンＤＵＴＹ、充放電発熱の変化を示すタイムチャートと、ある時刻における熱伝達と冷却風の状態を示す模式図であり、（ａ）は本実施形態における制御、（ｂ）は従来における制御である。
【図９】本実施形態の組電池装置の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に係る組電池装置について図１ないし図８を参照して説明する。本実施形態に係る組電池装置１Ａは、例えば、燃料電池自動車Ｖ（車両）に搭載され、燃料電池ＦＣ（図５参照）をアシストする機能を有している。なお、本実施形態の組電池装置１Ａは、燃料電池自動車（ＦＣＥＶ）に限定されるものではなく、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）などの車両、または船舶や航空機などに適用することができる。
図１に示すように、本実施形態の組電池装置１Ａは、複数の電池モジュールＭからなる組電池１０、筐体２０、ファン（ポンプ）３０、制御装置４０、電流センサ（検出装置）４１（図５参照）などで構成されている。
【００１７】
電池モジュールＭを構成する電池１１Ａ，１１Ｂは、例えばリチウムイオン型の二次電池からなり、電極と電解液とを円筒状のケースに収納してなる電池セル１１，１１（図２参照）を一列に接続して構成したものである。また、電池１１Ａ，１１Ｂは、その長手方向（軸方向）が、燃料電池自動車の前後方向に沿って配置され、図示しない端子を介して、電気的に直列に接続されている。組電池１０として構成される電池セル１１の本数は、例えば、燃料電池自動車Ｖに搭載される電動式の走行モータ４３（図５参照）の定格出力に基づいて決定される。
【００１８】
また、筐体２０は、組電池１０を収納する偏平な容器であり、その上面を構成する上パネル２１と、底面を構成する２枚の底パネル２２と、前面を構成する前パネル２３と、後面を構成する後パネル２４、側面を構成する２枚の側パネル２５と、３本の支柱部材２６と、２つのダミー部材２７などで構成されている。
【００１９】
また、筐体２０は、燃料電池自動車Ｖの車体フレームを構成する前後フレーム３１，３１及びクロスメンバ３２，３２で囲まれた空間Ｓ（図４参照）の上方であって、右側の前後フレーム３１側にずれて配置されている。そして、筐体２０の左側であって、平面視において筐体２０からはみ出た空間Ｓの略上方には、スペースが形成されており、このスペースにファン３０が配置されている。
【００２０】
また、２本の前後フレーム３１および２本のクロスメンバ３２の下面には、アンダカバー３４が取り付けられており、空間Ｓの下方を封鎖している。よって、２本の前後フレーム３１，３１と、２本のクロスメンバ３２，３２とで囲まれた空間Ｓが、筐体２０から排出された空気の流路として機能している（図４参照）。なお、対向するクロスメンバ３２，３２の中間位置において、前後フレーム３１、３１を接続するように、中間部材３３が設けられている（図４参照）。
【００２１】
３本の支柱部材２６は、筐体２０の左右方向の中央において、クロスメンバ３２，３２及び中間部材３３の上面に、それぞれ立設されている。
【００２２】
２本のダミー部材２７は、アルミなどの金属で形成され、仮想的に電池セル１１が配列している状況を形成するための前後方向に細長い部品で構成され、外形が半円柱状を呈している。そして、２本のダミー部材２７は、支柱部材２６の左右両側にそれぞれ取り付けられている。
【００２３】
底パネル２２，２２は、前後フレーム３１，３１間において、クロスメンバ３２，３２と中間部材３３に取り付けられている。左右方向（車幅方向）において配列する２枚の底パネル２２，２２は、左右方向に所定間隔離れており、２枚の底パネル２２、２２の間が、冷却風排出口２２ａ（図４参照）となっている。よって、筐体２０の下方の空間Ｓ（図４参照）は、冷却風排出口２２ａを介して、筐体２０内と連通している。なお、筐体２０の底壁部を、１枚の底パネルで構成してもよい。
【００２４】
また、筐体２０の上流には、吸気ダクト５０が設けられている。この吸気ダクト５０は、外部の空気を筐体２０内に導くためのダクトであり、上流端に吸気口５１ａを有する吸気部５１と、吸気部５１の下流で二股に分岐した右分岐部５２及び左分岐部５３と、を備えている。右分岐部５２の下流端は、右側の側パネル２５に形成された冷却風導入口２５ａ（図４参照）に接続されている。左分岐部５３の下流端は左側の側パネル２５に形成された冷却風導入口２５ａ（図４参照）に接続されている。
【００２５】
また、図示していないが、吸気口５１ａには、組電池装置１Ａの各電池セル１１を暖機する際に、加熱した空気を生成するためのヒータが設けられている。なお、ヒータとしては、熱線を格子状に配置したものなどで構成されている。よって、制御装置４０によって、電池セル１１の暖機が必要と判断された場合には、ヒータがＯＮされることにより、吸気ダクト５０から筐体２０内に暖かい空気が導入され、各電池セル１１が暖機されるようになっている。
【００２６】
図２に示すように、電池モジュールＭは、電池１１Ａ，１１Ｂ、端子１２Ａ，１２Ｂ、導通部材１３、キャップ１４、収納チューブ１５などで構成されている。
【００２７】
電池１１Ａ，１１Ｂは、それぞれ、２本の電池セル１１，１１が電気的に直列に接続されるように一列に配置して構成したものである。また、電池１１Ａの極と電池１１Ｂの極とが互いに逆向きとなるように平行に配置されている。
【００２８】
また、電池１１Ａ，１１Ｂは、例えば、電池セル１１と電池セル１１との間が、金属製の連結部材（不図示）を溶接することによって連結固定されている。なお、各電池セル１１は、いずれも円柱状で充放電可能なリチウムイオン二次電池から構成されているが、円柱状のものに限定されず、角型のものであってもよい。また、電池セル１１は、リチウムイオン型のものに限定されず、ニッケル水素型のものなどであってもよい。
【００２９】
端子１２Ａは、他の電池モジュールＭの電池１１Ｂの端子１２Ｂと図示しないバスバを介して接続されるものであり、円盤状の基部１２ａ１と、基部１２ａ１の一面側の中心にねじ穴１２ａ２が形成された突起部１２ａ３とで構成され、電池１１Ａの一端に接合されている。また、端子１２Ｂは、他の電池モジュールＭの電池１１Ａの端子１２Ａと図示しないバスバを介して接続されるものであり、同様にして、基部１２ａ１、ねじ穴１２ａ２が形成された突起部１２ａ３で構成されている。
【００３０】
導通部材１３は、金属製の板材で形成され、電池１１Ａの他端と電池１１Ｂの他端とを電気的に接続して、電池１１Ａと電池１１Ｂとを電気的に直列に接続するものである。
【００３１】
キャップ１４は、合成樹脂などの絶縁材料で形成され、電池１１Ａ，１１Ｂ側が開放した凹部１４ａを有している。この凹部１４ａは、導通部材１３の周面に倣う形状であり、導通部材１３の周面よりも若干余裕を持って大きく形成されている。また、凹部１４ａの深さは、導通部材１３とともに電池１１Ａ，１１Ｂの端部が収まる深さで形成されている。
【００３２】
このように端子１２Ａ，１２Ｂが取り付けられた電池１１Ａ，１１Ｂに、熱収縮性の収納チューブ１５，１５を被せて、所定温度の温風を当てることによって、収納チューブ１５を熱収縮させる。これにより、収納チューブ１５，１５が電池１１Ａ，１１Ｂの周面に密着した状態で包まれる。
【００３３】
収納チューブ１５は、ポリオレフィン樹脂などで形成され、熱収縮したときに、電池１１Ａ，１１Ｂの外周面と、電池１１Ａ，１１Ｂの端面の一部を覆うことができる長さ（大きさ）で形成されている。なお、ここでの端面とは、端子１２Ａ，１２Ｂ側の基部１２ａ１の面を意味し、キャップ１４側においては、電池１１Ａ，１１Ｂの電池セル１１の面を意味している。
【００３４】
収納チューブ１５の仕様としては、例えば、直径が４０ｍｍ、長さが１０８ｍｍの電池セル１１を使用し、ポリオレフィン（ＰＯ）製で、フィルムの厚さが０．２ｍｍの収納チューブ１５を使用した場合、充放電後に電池セル１１から収納チューブ１５の表面まで熱が到達するまでの時間（熱伝達時間Ｔｍ）が約５〜７ｓ（秒）要するものが用いられる。この熱伝達時間Ｔｍは、実験等によって求められ、使用される電池セル１１の大きさ、収納チューブの材質やフィルムの厚さによって適宜変更されるものである。なお、熱伝達時間Ｔｍの測定方法としては、例えば、電池セル１１を収納した収納チューブ１５のフィルムを挟んで内側と外側にそれぞれ熱伝対（温度センサ）を配置し、電池セル１１を充電（または放電）させた状態で、内側と外側の温度変化を監視することによって求めることができる。
【００３５】
また、図３に示すように、電池１１Ａ，１１Ｂの温度（収納チューブ１５の表面温度）は、破線で示すように比例的（所定時間毎の温度変化が常に一定）に増加するのではなく、実線で示すように充放電開始ｔの直後では電池１１Ａ，１１Ｂの温度上昇の時間的変化が小さく、時間が経過するにつれて電池１１Ａ，１１Ｂの温度上昇の時間的変化が大きくなるようになっている。
【００３６】
そして、電池１１Ａ，１１Ｂには導通部材１３が当てられて、溶接などによって導通部材１３が電池１１Ａ，１１Ｂに接合される。電池１１Ａと電池１１Ｂとが導通部材１３を介して接続されることにより、組電池１０を構成する各電池モジュールＭの４本の電池セル１１が電気的に直列に接続されるようになっている。
【００３７】
さらに、キャップ１４の凹部１４ａに所定のポッティング材（不図示）を所定量流し込み、導通部材１３によって接続された電池１１Ａ，１１Ｂを凹部１４ａ内に押圧挿入して硬化させることによって、導通部材１３と電池１１Ａ，１１Ｂとの境界を含む電池１１Ａ，１１Ｂの端部がポッティング材で封止される。これにより、キャップ１４が取り付けられた電池１１Ａ，１１Ｂ側からの水などの浸入が防止される。また、収納チューブ１５で覆われた電池１１Ａ，１１Ｂは、軸方向の中央部において連結固定部材１６（図１参照）を介して互いに固定される。なお、ポッティング材としては、エポキシ樹脂などを用いることができる。
【００３８】
また、電池１１Ａ，１１Ｂの端子１２Ａ，１２Ｂ側については、突起部１２ａ３，１２ａ３を挿通可能な環状のシール部材１７（図１参照）に挿通して、筐体２０の後パネル２４に支持するように構成されている。これにより、シール部材１７が取り付けられた電池１１Ａ，１１Ｂ側からの水などの浸入が防止される。
【００３９】
なお、図示していないが、端子１２Ａ，１２Ｂの各突起部１２ａ３は、後パネル２４に形成された貫通孔（不図示）に挿通されて、後パネル２４を挟んだ電池１１Ａ，１１Ｂの逆側において、ボルト（不図示）をねじ穴１２ａ２に螺合することによって、電池１１Ａ，１１Ｂが筐体２０に固定される。また、ボルト（不図示）で電池１１Ａ，１１Ｂを固定する際に、電池モジュールＭの電池１１Ａ（１１Ｂ）と他の電池モジュールＭの電池１１Ｂ（１１Ａ）とをバスバ（導電部材）を介して連結する。
【００４０】
図４に示すように、組電池１０は、例えば、上段に７本（奥行きを含めると１４本）の電池セル１１が配列され、中段に６本（奥行きを含めると１２本）の電池セル１１が配置され、下段に７本（奥行きを含めると１４本）の電池セル１１が配列され、上段、中段および下段の電池セル１１が左右方向において千鳥状に積層配置されている。
【００４１】
そして、ファン３０が作動すると、排気ダクト３０ａを介して空間Ｓの空気、筐体２０内の空気が吸引されるようになっている。その結果、外部の空気が、吸気ダクト５０（図１参照）を介して、筐体２０の車幅方向の両側から、筐体２０内に導入されるようになっている。
【００４２】
そして、冷却風導入口２５ａから筐体２０内に導入された冷却風は、電池１１Ａ，１１Ａ間、電池１１Ｂ，１１Ｂ間、電池１１Ａ，１１Ｂ間、電池１１Ａ，１１Ｂと上パネル２１（または底パネル２２）との間、を流れながら冷却される。
【００４３】
そして、冷却風排出口２２ａから排出された冷却風は、空間Ｓ、排気ダクト３０ａ、ファン３０、排気ダクト３０ｂ（図１参照）を通って外部に排出される。
【００４４】
図５に示すように、燃料電池自動車Ｖは、組電池（高圧バッテリ）１０、ファン３０、制御装置４０、電流センサ４１（検出装置）、温度センサ４２で構成された組電池装置１Ａ、燃料電池ＦＣ、走行モータ４３、ＰＤＵ４４などで構成されている。
【００４５】
燃料電池ＦＣは、例えば固体高分子形の燃料電池であり、固体高分子からなる電解質膜をアノードとカソードとで挟んで膜電極接合体を構成し、この膜電極接合体を一対の導電性のセパレータで挟持して構成した単セルを複数積層した構造を有している。
【００４６】
組電池１０は、燃料電池自動車Ｖに搭載される燃料電池ＦＣをアシストする充電電力を放電したり、燃料電池ＦＣの発電電力や走行モータ４３からの回生電力を充電するようになっている。
【００４７】
制御装置４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、プログラムを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）などで構成され、組電池１０への充電電流および組電池１０からの放電電流を検出する電流センサ４１から充放電電流値を取得し、また温度センサ４２から組電池１０の温度（バッテリ温度）を取得する。なお、温度センサ４２は、例えば、筐体２０内の組電池１０近傍に１箇所または複数個所に設けられている。
【００４８】
また、制御装置４０は、電流センサ４１からの検出値（充放電電流値）に応じてファン３０の駆動量を算出する算出部と、算出した駆動量を収納チューブ１５の熱伝達時間Ｔｍ分遅らせてファン３０に指令する指令部と、を備えている。ファン３０の駆動量は、ファンＤＵＴＹ（ファンデューティ）を変化させることにより、ファン３０の回転速度を制御する。熱伝達時間Ｔｍは、前記したように、電池セル１１の大きさ（直径、長さ）や収納チューブ１５のフィルム厚などに応じた値（時間）がＲＡＭに予め記憶される。
【００４９】
走行モータ４３は、例えば永久磁石式の３相交流同期モータで構成され、燃料電池ＦＣや組電池１０から供給される電力によって燃料電池自動車Ｖに設けられた駆動輪を回転駆動させる。
【００５０】
ＰＤＵ４４は、インバータ回路などで構成され、燃料電池ＦＣや組電池１０からの直流電力を交流電力に変換して交流電力を走行モータ４３に供給し、また走行モータ４３の回生電力を直流電力に変換して組電池１０に充電する機能を有している。
【００５１】
次に本実施形態の組電池装置１Ａの動作について図６を参照して説明する。まず、燃料電池自動車Ｖが起動している際、ステップＳ１において、制御装置４０は、温度センサ４２によって検出したバッテリ温度Ｔが所定温度Ｔ１（例えば、１０℃）より低いか否かを判断する。つまり、ステップＳ１の処理によって、組電池装置１Ａ（組電池１０）が低温状態であるかどうかが判断される。なお、組電池装置１Ａが低温状態であるかどうかを判断する所定温度Ｔ１としては、１０℃に限定されるものではなく、１０℃よりも低い温度（例えば、５℃）に設定してもよく、あるいは１０℃よりも高い温度に設定してもよく、電池セル１１の性能などに応じて適宜変更することができる。
【００５２】
そして、ステップＳ１において、制御装置４０は、バッテリ温度が所定温度Ｔ１以上である（組電池１０が低温状態ではない）と判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ２に進み、電流センサ４１によって充放電電流を検出する。なお、本実施形態では、充電電流と放電電流を検出するが、充電電流のみ、あるいは放電電流のみを検出する構成であってもよい。
【００５３】
そして、ステップＳ３に進み、制御装置４０は、ファン３０のファンＤＵＴＹ（０％〜１００％）を決定して、ファン３０の駆動量（組電池１０に送る冷却風の流量）を設定する。
【００５４】
そして、ステップＳ４に進み、制御装置４０は、ファン３０を駆動する際の遅延タイム（熱伝達時間Ｔｍ）を決定する。なお、遅延タイムは、例えば、図７（ａ）のマップに基づいて決定され、検出値（充放電電流値）が大きく（高く）なるほど遅延タイムを短く設定する。これは、充放電電流値が大きい（高い）ほど電池セル１１からの発熱量が増加するので、電池セル１１の熱が収納チューブ１５の表面に達するまでの時間（熱伝達時間Ｔｍ）が短くなるからである。
【００５５】
また、遅延タイム（熱伝達時間Ｔｍ）は、さらに図７（ｂ）のマップに基づいて決定され、運転時間が長くなるほど遅延タイムを短く設定する。これは、車両の運転時間が増えるほど、収納チューブ１５が磨耗して、フィルムの厚さが薄くなって、電池セル１１から収納チューブ１５の表面に伝達されるまでの時間（熱伝達時間Ｔｍ）が短くなるからである。なお、収納チューブ１５が磨耗する理由としては、走行時に跳ね上げられた石などが吸気ダクト５０を介して収納チューブ１５の表面に衝突することによる磨耗、また電池セル１１からの発熱の温度変化による磨耗などである。また、運転時間は、例えば、燃料電池自動車Ｖ（車両）を起動（ＩＧ−ＯＮ）している時間に基づいて判断してもよく、または、車両の走行距離に基づいて判断してもよい。
【００５６】
そして、ステップＳ５において、図７（ａ）および／または図７（ｂ）に示すマップに基づいて決定された遅延タイム（熱伝達時間Ｔｍ）分遅らせて、ファン３０を、ステップＳ３で決定したファンＤＵＴＹに基づいた駆動量で駆動する。
【００５７】
また、ステップＳ１において、制御装置４０は、バッテリ温度が所定温度Ｔ１よりも低い（組電池１０が低温状態である）と判断した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ６に進み、前記した遅延タイムの決定（Ｓ２〜Ｓ４）を中止（バイパス）する。つまり、ファン３０に遅延タイムだけ遅らせて指令することを禁止する。
【００５８】
そして、ステップＳ７に進み、制御装置４０は、組電池装置１Ａの暖機を実行する。すなわち、制御装置４０は、吸気ダクト５０に設けられたヒータ（不図示）を駆動するとともに、ファン３０を所定のファンＤＵＴＹで駆動する。これにより、ヒータで加熱された空気が吸気口５１ａから吸気ダクト５０を介して筐体２０内に導入される。加熱された空気は、電池１１Ａ，１１Ｂの周囲を流れることによって、電池１１Ａ，１１Ｂからなる組電池１０が暖機される。
【００５９】
なお、この暖機は、温度センサ４２の検出値に基づいて所定温度（例えば、１０℃）を超えたときに処理を終了（ヒータ：ＯＦＦ、ファン：ＯＦＦ）してもよく、あるいは暖機開始から所定時間が経過したときに処理を終了してもよい。なお、所定温度や所定時間は、予め実験やシミュレーション等によって決定される。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態の組電池装置１Ａによれば、組電池１０に対して充放電する際に発生する熱が電池セル１１から収納チューブ１５の表面に伝達されるまでの時間（熱伝達時間Ｔｍ、遅延タイム）分遅らせて、ファン３０（ポンプ）を駆動する指令を出すので、電池セル１１の熱が収納チューブ１５の表面に達したときに、検出値に応じた流量の冷却風（熱交換媒体）が収納チューブ１５の表面を流れるので、電池セル１１の冷却タイミングを適切に設定でき、電池セル１１を効率的に冷却することが可能になる。
【００６１】
さらに詳述すると、図８（ｂ）の従来例（比較例）に示すように、充放電電流の変動（破線）と同時にファンＤＵＴＹ（実線）を変化させてファン３０を駆動すると、充放電電流の変動（破線）に対して充放電発熱の変動（一点鎖線）が遅れて発生するので、つまり、実線のグラフと一点鎖線のグラフとに時間的なずれが生じている。このため、模式図（Ａ）に示すように、電池セル１１で発生した熱が収納チューブ１５の表面に達する前に充放電電流に応じた流量の冷却風が流れてしまい、また模式図（Ｂ）に示すように、電池セル１１で発生した熱が収納チューブ１５の表面に達したときには実際に必要な流量よりも少ない流量の冷却風しか流れなくなる。よって、組電池１０（電池１１Ａ，１１Ｂ）を効率的に冷却することができなくなる。
【００６２】
これに対して、図８（ａ）の本実施形態に示すように、充放電発熱の変動（一点鎖線）に応じてファンＤＵＴＹ（実線）を変化させてファン３０を駆動すると、つまり、実線のグラフと一点鎖線のグラフとが一致している。このため、模式図（Ａ）に示すように、電池セル１１で発生した熱がまだ収納チューブ１５の表面に達しておらず、収納チューブ１５の表面温度が低い状態のときには低い温度に応じた少ない流量の冷却風が流れ、また、模式図（Ｂ）に示すように、電池セル１１で発生した熱が収納チューブ１５の表面に達したときに、高い温度に対応した流量の冷却風が流れるようになっている。よって、組電池１０（電池１１Ａ，１１Ｂ）を効率的に冷却することができる。
【００６３】
また、本実施形態の組電池装置１Ａによれば、充放電電流値が大きい（高い）ほど遅延タイム（熱伝達時間Ｔｍ）を短く設定することで、電池セル１１の冷却タイミングを適切に設定することができ、電池セル１１をより効率的に冷却することが可能になる。
【００６４】
また、本実施形態の組電池装置１Ａによれば、燃料電池自動車Ｖ（車両）の運転時間（走行距離など）が増えるほど遅延タイム（熱伝達時間Ｔｍ）を短く設定することで、電池セル１１の冷却タイミングを適切に設定することができ、電池セル１１をより効率的に冷却することが可能になる。
【００６５】
また、本実施形態の組電池装置１Ａによれば、組電池１０の暖機が必要となる状態（低温状態）である場合には（Ｓ１、Ｙｅｓ）、ファン３０の駆動を遅らせて制御すること（熱伝達時間Ｔｍの設定）を禁止することにより、直ちに暖かい空気を組電池１０に供給できるので、組電池１０の暖機を迅速に行うことが可能になる。
【００６６】
なお、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、図９に示す他の実施形態である組電池装置１Ｂを採用してもよい。この組電池装置１Ｂは、熱交換媒体として冷媒（水、不凍液など）を用いて組電池を冷却するものであり、複数の電池１１Ａ，１１Ｂからなる組電池１０が収納される筐体６０、ラジエータ６５、ウォータポンプ６６（ポンプ）、配管６７ａ〜６７ｃなどで構成されている。
【００６７】
筐体６０は、組電池１０を取り囲むように上パネル６１、底パネル６２、側パネル６３ａ，６３ｂ、前パネル（不図示）、後パネル（不図示）で構成されている。側パネル６３ａには、冷媒導入口６３ａ１が形成され、側パネル６３ｂには、冷媒導出口６３ｂ１が形成されている。また、側パネル６３ａには、冷媒導入口６３ａ１を覆うように冷媒導入部材６４ａが設けられ、側パネル６３ｂには、冷媒導出口６３ｂ１を覆うように冷媒導出部材６４ｂが設けられている。
【００６８】
冷媒導出部材６４ｂは、配管６７ａを介してラジエータ６５と接続され、ラジエータ６５は、配管６７ｂを介してウォータポンプ６６と接続され、ウォータポンプ６６は、配管６７ｃを介して冷媒導入部材６４ａと接続されている。
【００６９】
なお、図示していないが、この組電池装置１Ｂについても、組電池装置１Ａと同様に、電流センサ４１からの検出値に応じてウォータポンプ６６の駆動量を算出する算出部と、算出した駆動量を収納チューブ１５の熱伝達時間Ｔｍ分遅らせてウォータポンプ６６に指令する指令部とを備えた制御装置を備えている。また、組電池装置１Ｂにおいて暖機を実行する際には、ヒータなどを用いて冷媒を加熱するようになっている。
【００７０】
制御装置によってウォータポンプ６６が駆動されることにより、組電池１０によって暖められた冷媒は、冷媒導出部材６４ｂから排出され、配管６７ａを介してラジエータ６５に導入される。ラジエータ６５で放熱（冷却）された冷媒は、配管６７ｂ，６７ｃを介して冷媒導入部材６４ａに導入され、組電池１０（電池１１Ａ，１１Ｂ）が冷却される。
【００７１】
なお、組電池装置１Ｂでは、熱交換媒体として液体からなる冷媒を通流させているが、前記したように、各電池セル１１（電池１１Ａ，１１Ｂ）は、収納チューブ１５で被覆され、一方の端部がキャップ１４およびポッティング材で封止され、他方の端部がシール部材１７で収納チューブ１５内の気密性が保たれているので、組電池１０が収納された筐体２０内に冷媒が導入されたとしても、収納チューブ１５内に冷媒が浸入することはなく、また電池モジュールＭの端子１２Ａと端子１２Ｂとが短絡することもない。
【００７２】
前記した組電池装置１Ｂは、組電池装置１Ａと同様に、電池セル１１の熱が収納チューブ１５の表面に達するまでの時間（熱伝達時間Ｔｍ）分遅らせてウォータポンプ６６に駆動指令を与えることにより、各電池セル１１を効率的に冷却することができる。
【００７３】
なお、組電池装置１Ｂでは、筐体６０の左右方向の一方から冷媒を導入し、他方から冷媒を導出する構成を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、組電池装置１Ａと同様に、筐体６０の左右方向の両側から冷媒を導入し、筐体６０の左右方向の中央部から冷媒を排出する構成であってもよい。
【００７４】
なお、前記した各実施形態では、ヒータを用いて熱交換媒体（空気、冷媒）を加熱する例を挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、燃料電池ＦＣの発電によって生じる熱を利用して熱交換媒体を加熱する構成であってもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１Ａ，１Ｂ 組電池装置
１０ 組電池
１１ 電池セル
１５ 収納チューブ
２０，６０ 筐体
３０ ファン（ポンプ）
４０ 制御装置
４１ 電流センサ（検出装置）
６６ ウォータポンプ（ポンプ）
Ｖ 燃料電池自動車（車両）
Ｔｍ 熱伝達時間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルを組み合わせてなる組電池の充放電を行なう組電池装置であって、
収納チューブに包まれた電池セルを複数収納する筐体と、
前記筐体内に熱交換媒体を通流させ、前記電池セルの冷却を行うポンプと、
前記組電池に対する充電および放電の少なくともどちらか一方の電流を検出する検出装置と、
前記検出装置からの検出値に応じて前記ポンプの駆動量を算出する算出部と、前記駆動量を前記収納チューブの熱伝達時間分遅らせて前記ポンプに指令する指令部とを備えた制御装置と、を有することを特徴とする組電池装置。
【請求項２】
前記検出装置の検出値が大きいほど、前記熱伝達時間を短く設定することを特徴とする請求項１に記載の組電池装置。
【請求項３】
前記組電池は外気冷却であって、車両の運転時間が増えるほど前記熱伝達時間を短く設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の組電池装置。
【請求項４】
前記ポンプは、前記組電池が低温状態である場合には前記熱交換媒体を通流させて前記組電池の暖機を行なうように構成され、前記ポンプが暖機のための駆動を行なうときには、前記ポンプに遅らせて指令するのを禁止することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の組電池装置。
【請求項１】
複数の電池セルを組み合わせてなる組電池の充放電を行なう組電池装置であって、
収納チューブに包まれた電池セルを複数収納する筐体と、
前記筐体内に熱交換媒体を通流させ、前記電池セルの冷却を行うポンプと、
前記組電池に対する充電および放電の少なくともどちらか一方の電流を検出する検出装置と、
前記検出装置からの検出値に応じて前記ポンプの駆動量を算出する算出部と、前記駆動量を前記収納チューブの熱伝達時間分遅らせて前記ポンプに指令する指令部とを備えた制御装置と、を有することを特徴とする組電池装置。
【請求項２】
前記検出装置の検出値が大きいほど、前記熱伝達時間を短く設定することを特徴とする請求項１に記載の組電池装置。
【請求項３】
前記組電池は外気冷却であって、車両の運転時間が増えるほど前記熱伝達時間を短く設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の組電池装置。
【請求項４】
前記ポンプは、前記組電池が低温状態である場合には前記熱交換媒体を通流させて前記組電池の暖機を行なうように構成され、前記ポンプが暖機のための駆動を行なうときには、前記ポンプに遅らせて指令するのを禁止することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の組電池装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２７７９４８（Ｐ２０１０−２７７９４８Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３１９０７（Ｐ２００９−１３１９０７）
【出願日】平成２１年６月１日（２００９．６．１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１日（２００９．６．１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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