蓄电装置和电池温度调节方法
【专利摘要】一种蓄电装置，所述蓄电装置包括：壳体，所述壳体中容纳有至少一个单电池；热交换器(31)，所述热交换器设置在壳体的壁表面中，以便面对壳体的内侧和壳体的外侧两者，所述热交换器在壳体的内侧和壳体的外侧之间进行热交换；和多个分隔构件(21，22)，所述多个分隔构件沿着上下方向布置在壳体内部，以便彼此独立地打开和关闭，所述多个分隔构件将壳体内部的空间分隔成容纳有至少一个单电池的空间和布置有所述热交换器的空间。
【专利说明】蓄电装置和电池温度调节方法
[0001]发明背景【技术领域】
[0002]本发明涉及一种调节蓄电装置内部的温度的技术。
【背景技术】
[0003]近年来，设有用于驱动车辆的电动机的电动车辆和混合动力车辆等已经作为环保车辆而备受关注。电动机通过来自电池的电力输出驱动，所述电池具有多个可再充电的单电池。
[0004]而且，就诸如锂离子电池的电池而言，在低温环境下不能输出电池的初始能量。另一方面，在高温环境下，电池寿命变短。因此，电池优选地保持处于约10°c至40°C的温度。
[0005]作为与这种温度调节有关的技术，日本专利申请公布N0.7-226229 (JP7-226229A)说明了一种高温电池隔热容器。在该高温隔热容器中，当高温电池发热时，隔热板通过气缸装置升高，并且真空隔热壁的顶板部分的隔热厚度减小，以降低隔热容器的隔热性能并促进散热。从隔热壁消散的热使用安装到真空隔热壁上的热电发电元件转化成电能，并且这时使用利用该废热产生的能量用于致动气缸装置。
[0006]为了按照上述方式调节温度，当仅使用隔热材料时，在夏季，电池壳体内部的温度不容易变高但难以冷却，所以电池壳体内部的温度经常高于外部空气温度。另一方面，在冬季，电池壳体内部的温度由于隔热材料而不容易变低并且不容易变高,所以电池壳体内部的温度经常低于外部空气温度。
[0007]而且，在一整天内，车辆通常被留下停车的时间段久于车辆保持行驶的时间段。即使当车辆被留下停车或电池被长期存放时，也必须要考虑电池温度的调节。然而，对于JP7-226229A，需要供给电力，从而使得它难以应付车辆被留下停车或电池被长期存放的情况。
【发明内容】
[0008]因而，本发明提供一种蓄电装置，所述蓄电装置具有即使在车辆被留下停车或蓄电装置被长期存储时也能够调节温度的结构。
[0009]本发明的第一方面涉及一种蓄电装置，所述蓄电装置包括:壳体，所述壳体中容纳有至少一个单电池；热交换器，所述热交换器设置在壳体的壁表面中，以便面对壳体的内侧和壳体的外侧两者，所述热交换器在壳体的内侧和壳体的外侧之间进行热交换；和多个分隔构件，所述多个分隔构件沿着上下方向布置在壳体内部，以便彼此独立地打开和关闭，所述多个分隔构件将壳体内部的空间分隔成容纳有至少一个单电池的空间和布置有热交换器的空间。壳体内部的空间被多个分隔构件分隔开，使得气流至少受阻，即，容纳有至少一个单电池的空间和布置有热交换器的空间不必完全密封。而且，考虑到分隔构件不能通过电力打开和关闭的情况，例如，当蓄电装置被长期存放时，也可以通过手动操作从壳体外部打开和关闭多个分隔构件。
[0010]而且，在上述方面中，所述多个分隔构件可以包括:上部分隔构件，在所述多个分隔构件中，所述上部分隔构件布置在最高的位置处，并且所述上部分隔构件围绕用作支点的下端部部分枢转；和下部分隔构件，在所述多个分隔构件中，所述下部分隔构件布置在最低的位置处，并且所述下部分隔构件围绕用作支点的上端部部分枢转。利用这种结构，位于最高的位置处的分隔构件和位于最低的位置处的分隔构件围绕支点枢转，所以当分隔构件打开时，分隔构件与热对流的流动方向基本平行，从而趋向于不阻碍布置有热交换器的空间和容纳有至少一个单电池的空间之间的热对流。
[0011]而且，在上述方面中，在上部分隔构件打开时由上部分隔构件形成的开口可以定位成高于热交换器，并且在下部分隔构件打开时由下部分隔构件形成的开口可以定位成低于热交换器。
[0012]在上述方面中，当所述多个分隔构件关闭而使得壳体内部的空间被分隔成容纳有至少一个单电池的空间和布置有热交换器的空间时，所述多个分隔构件中的每一个均可以平行于上下方向。
[0013]根据上述方面的蓄电装置还可以包括风扇，当所述多个分隔构件关闭而使得容纳有至少一个单电池的空间和布置有热交换器的空间被所述多个分隔构件分隔开时，所述风扇定位在容纳有至少一个单电池的空间中。在上述位置设置风扇使得能够促进壳体内部的循环流。而且,通过将风扇布置在容纳有至少一个单电池的空间中，例如，当在单电池之间具有较大的温度差异时，能够仅在壳体内部强制产生循环流，而不与外部空气进行热交换，以避免温度差异由于热交换器附近的单电池被过度地进一步加热或冷却而增大的情况。
[0014]在上述方面中，热交换器可以设置在壳体的侧表面上，并且上部分隔构件的支点和下部分隔构件的支点可以定位在热交换器的沿着上下方向的中心附近。
[0015]根据上述方面的蓄电装置还可以包括外部风扇，所述外部风扇设置在壳体外部，并且朝向热交换器的面对壳体的外侧的一侧吹送空气。
[0016]而且，本发明的第二方面涉及一种用于蓄电装置的电池温度调节方法，所述蓄电装置包括:壳体，所述壳体中容纳有至少一个单电池；热交换器，所述热交换器设置在壳体的壁表面中，以便面对壳体的内侧和壳体的外侧两者，所述热交换器在壳体的内侧和壳体的外侧之间进行热交换；多个分隔构件，所述多个分隔构件沿着上下方向布置在壳体内部，以便彼此独立地打开和关闭，并且所述多个分隔构件将壳体内部的空间分隔成容纳有至少一个单电池的空间和布置有热交换器的空间；和驱动部，所述驱动部以所述多个分隔构件相互独立的方式驱动所述多个分隔构件。所述电池温度调节方法包括:检测壳体外部的空气温度，所述空气温度是热交换器所接触的空气的温度；检测壳体内部的空气温度；和基于所检测到的壳体外部的空气温度和所检测到的壳体内部的空气温度，执行驱动控制，以使所述多个分隔构件中的至少一个枢转。当然，可以首先进行壳体外部的空气温度的检测或壳体内部的空气温度的检测。检测次序是不重要的，只要结果能够在判定分隔构件的枢转方向时两个温度检测已经完成即可。
[0017]在上述方面中，所述多个分隔构件可以包括:上部分隔构件，在所述多个分隔构件中，所述上部分隔构件布置在最高的位置处，并且所述上部分隔构件围绕用作支点的下端部部分枢转；和下部分隔构件，在所述多个分隔构件中，所述下部分隔构件布置在最低的位置处，并且所述下部分隔构件围绕用作支点的上端部部分枢转；并且在对驱动部的电力供给可用的情况下，可以执行驱动控制，使得上部分隔构件和下部分隔构件两者均被打开或者关闭；并且，在对驱动部的电力供给将要变得不可用的情况下，可以执行驱动控制，使得在对驱动部的电力供给变得不可用之前上部分隔构件和下部分隔构件中的一个被打开或关闭。
[0018]在上述方面中，蓄电装置还可以包括布置在壳体内部的风扇；并且所述电池温度调节方法还可以包括:如果所检测到的壳体内部的空气温度等于或高于第一阈值，则驱动风扇，使得风扇沿着在热交换器附近产生向下的气流的旋转方向旋转；并且，如果所检测到的壳体内部的空气温度等于或低于比所述第一阈值小的第二阈值，则驱动风扇，使得风扇沿着在热交换器附近产生向上的气流的旋转方向旋转。因而，当壳体内部的温度变得较高时，例如在夏季时，产生向下的气流以促进冷空气进入，并且当壳体内部的温度变得较低时，例如在冬季时，产生向上的气流以促进暖空气进入。结果，能够高效地冷却和加热壳体的内部。
[0019]在上述方面中，所述多个分隔构件可以包括:上部分隔构件，在所述多个分隔构件中，所述上部分隔构件布置在最高的位置处，并且所述上部分隔构件围绕用作支点的下端部部分枢转；和下部分隔构件，在所述多个分隔构件中，所述下部分隔构件布置在最低的位置处，并且所述下部分隔构件围绕用作支点的上端部部分枢转；并且在对驱动部的电力供给将要变得不可用的情况下，如果所检测到的壳体外部的空气温度等于或高于第三阈值，则可以执行驱动控制，使得在对驱动部的电力供给变得不可用之前，上部分隔构件关闭并且下部分隔构件打开；并且，如果所检测到的壳体外部的空气温度低于所述第三阈值，则可以执行驱动控制，使得在对驱动部的电力供给变得不可用之前，上部分隔构件打开并且下部分隔构件关闭。因而，即使当车辆停留时，壳体的内部也能够被高效地保持温暖、被加热、保持冷却和被冷却。
[0020]根据上述方面，能够调节容纳有至少一个单电池的壳体内部的温度，并且提供即使在电能等的供给不可用时也能够调节壳体内部的温度的结构。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]在下文中参照附图对本发明的实施例的详细说明中，将说明本发明的特征、优势和技术以及工业意义，在所述附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中:
[0022]图1A和图1B是根据本发明的实施例的蓄电装置冷却系统和蓄电装置的视图；
[0023]图2是示出了电池温度和电池寿命的特征的示例的曲线图；
[0024]图3是示出了在冬季和夏季电池温度和外部空气温度之间的关系的曲线图；
[0025]图4A至图4D是实施例中的上部分隔构件和下部分隔构件的打开和关闭模式的视图；
[0026]图5A至图是在实施例中当风扇能够被驱动时(即，当电力供给可用时)在每种温度条件下的分隔构件的打开状态和关闭状态的视图；
[0027]图6A至图6D是在实施例中当电力供给不可用时在每种温度条件下的分隔构件的打开状态和关闭状态的视图；
[0028]图7A和图7B示出了图解了根据该实施例的蓄电装置冷却系统的控制的一个示例的流程图；
[0029]图8是示出了实施例的冷却效果的一个示例的曲线图；
[0030]图9是示出了应用实施例时电池寿命增加的示例的曲线图；
[0031]图1OA至图1OC是示例I的结构的视图；和
[0032]图1lA和IlB是示例2的结构的视图。
【具体实施方式】
[0033]将参照图1A说明根据本发明的实施例的蓄电装置冷却系统的总体结构。蓄电装置冷却系统100包括蓄电装置1、控制器10和外部空气温度传感器73，并且蓄电装置冷却系统100安装在车辆中。控制器10和蓄电装置I之间的虚线箭头以及控制器10和外部空气温度传感器73之间的虚线箭头指示控制方向，即，发送数据的方向。
[0034]首先，将说明蓄电装置I的内部结构。蓄电装置I包括多个单电池2，容纳单电池2的电池壳体3和安装在电池壳体3的开口中的温度控制单元50。电池壳体3和温度控制单元壳体4相连以形成单个壳体。在电池壳体3中，聚氨酯泡沫制成的绝热层设置在树脂或金属制成的外部件内。在温度控制单元壳体4中使用由树脂和聚氨酯泡沫形成的绝热材料。
[0035]单电池2中的每一个均可以由单个单元电池形成，或由连接在一起的多个单元电池形成。单元电池是作为最小单元的可再充电的元件。单电池2中的每一个均具有电池温度传感器72。电池温度传感器72获取与单电池2的温度有关的信息，并且将所获取的信息输出到控制器10。与温度有关的信息可以是热敏电阻的电阻值。在这种情况下，控制器10通过热敏电阻的电阻值的变化来计算单电池2的温度。
[0036]而且，在电池壳体3中容纳有测量壳体内部的温度的壳体内部温度传感器71。壳体内部温度传感器71获取与电池壳体3内部的温度有关的信息并且将所获取的信息输出到控制器10。在由电池壳体3和温度控制单元壳体4所形成的内部空间中，通过内部循环风扇51产生循环流。通过该循环流减小单电池2之间的温度差异。内部循环风扇51响应于从控制器10接收到控制信号而被驱动，并且不但能够沿着一个方向旋转，而且能够根据控制信号沿着相反方向旋转。在这个实施例中，内部循环风扇51倾斜成使得内部循环风扇51的旋转轴线在温度控制单元壳体4内部指向上方。结果，不仅在电池壳体3内部产生循环流，而且在温度控制单元壳体4内部也产生循环流。
[0037]温度控制单元50包括两个构件，即，上部分隔构件21和下部分隔构件22。上部分隔构件21和下部分隔构件22中的每一个均围绕支点枢转，使得温度控制单元壳体4内部的空间的一部分(即，在图1A和图1B中由双点划线所指示的空间)变成关闭的空间或打开的空间(换言之，上部分隔构件21和下部分隔构件22用作隔板)。在这个示例中，在必要的时候，所述空间的这个部分将称作空气室5。上部分隔构件21的转动操作由作为驱动部的致动器41根据从控制器10输出的控制信号进行控制。下部分隔构件22的转动操作由作为驱动部的致动器42根据从控制器10输出的控制信号进行控制。而且，上部分隔构件21在温度控制单元壳体4内部定位在上侧(即，上部位置)，并且围绕用作支点的下端部部分枢转，以便使上侧打开。而且，下部分隔构件22在温度控制单元壳体4内部定位在下侧(即，下部位置)，并且围绕用作支点的上端部部分枢转，以便使下侧打开。另外，上部分隔构件21和下部分隔构件22中的每一个在打开时的纵向方向均与循环流的流动方向基本平行，以便不妨碍循环流。
[0038]而且，温度控制单元50在温度控制单元壳体4的外侧壁中包括铝换热片单元31 (即，热交换器)，所述铝换热片单元31能够在外部空气和壳体内部的空气之间进行热交换。换热片单元31设置在温度控制单元壳体4的侧表面上，以面对蓄电装置I的内侧和蓄电装置I的外侧，并且在蓄电装置I的内侧和蓄电装置I的外侧之间进行热交换。换热片单元31构造成使得多个杆状或板状散热片朝向壳体的内侧和外侧突出，以便增大热接收面积。朝向换热片单元31吹送空气的外部风扇52设置在换热片单元31的外部空气侧上。外部风扇52基于来自控制器10的控制信号操作。
[0039]当上部分隔构件21打开(即，处于打开位置)时，由此形成的开口的高度位置高于换热片单元31 ;并且当下部分隔构件22打开时，由此形成的开口的高度位置低于换热片单元31。而且，当上部分隔构件21和下部分隔构件22两者均关闭(即，处于关闭位置)时，上部分隔构件21和下部分隔构件22平行于上下方向。上部分隔构件21的支点和下部分隔构件22的支点定位在换热片单元31的沿着上下方向的中心附近。当上部分隔构件21和下部分隔构件22关闭时，容纳有单电池2的空间与布置有换热片单元31的空间分隔开，并且内部循环风扇51定位在容纳有单电池2的空间中。
[0040]外部空气温度传感器73获取与车辆外部的温度有关的信息，并且将该获取的信息输出到控制器10。与温度有关的信息可以是热敏电阻的电阻值。在这种情况下，控制器10通过热敏电阻的电阻值的变化来计算车辆外部的温度。这里，外部空气温度传感器73布置在车辆的外侧壁的下前部。
[0041]控制器10是发动机控制单元(ECT)，并且对车辆执行各种控制。控制器10可以包括CPU或MPU，或者控制器10可以包括ASIC电路，所述ASIC电路执行在CPU等中所进行的处理的至少一部分。而且，可以有仅一个CPU等，或者可以有多个CPU等。
[0042]当车辆行驶时，可以将来自蓄电装置I或来自未示出的辅助电池的电力供给到致动器41、内部循环风扇51和外部风扇52。
[0043]在图1A中，蓄电装置I示出为处于安装在车辆中并且连接到控制器10等的状态，而在图1B中，蓄电装置I示出为单独地处于运输之前或在存放等时的状态。而且，在这个实施例中，在运输之前或在存放时，蓄电装置I布置成使得蓄电装置I的上侧和下侧(即，上下取向)与当蓄电装置I安装在车辆中时的蓄电装置I的上侧和下侧相同。在运输之前或在存放时，功率不供给到蓄电装置1，所以致动器41、内部循环风扇51和外部风扇52不操作。而且，在温度控制单元壳体4的外侧壁的上部部分上设置有用于手动地控制上部分隔构件21和下部分隔构件22的打开/关闭状态的开关6。后面将说明这个开关6。
[0044]这里，现在将参照图2和图3说明这个实施例的温度调节的必要性和概要。首先，图2是示出了单电池的电池温度和电池寿命的示例的图。单电池的寿命随着平均温度升高而减小，并且单电池的寿命随着平均温度降低而增加。然而，当单电池例如处于诸如低于5°C的较低温度时，电源输出降低。
[0045]图3是示出了在夏季和冬季当车辆停留一整天(24小时)时的外部空气温度变化和电池温度变化的示例的图。通常，在晚上已经冷却的外部空气温度从早上到下午升高，然后在傍晚下降。同时，电池温度与外部空气温度一起上升和下降，但是在电池温度受到外部空气温度影响之前存在一定的延时。结果，在白天外部空气温度高于电池温度，但是在傍晚上这个温差反过来，并且电池温度变得高于外部空气温度。
[0046]而且，在夏季，环境空气温度升高，所以电池温度最好相对低于环境空气温度。因此，当电池温度低于外部空气温度时，电池应当与外部空气隔热，以保持电池冷却。相反，当电池温度高于外部空气温度时，期望的是使冷空气进入，以冷却电池。
[0047]另一方面，在冬季，环境空气温度下降，所以电池温度最好相对高于环境空气温度。因此，当电池温度低于外部空气温度时，期望的是使暖空气进入，以使电池变暖，并且当电池温度高于外部空气温度时，电池应当被隔热，以保持电池温暖。
[0048]在这个实施例中，通过控制与外部空气隔热和与外部空气的热交换(以下这个控制将简称为“隔热/热交换控制”)来控制电池的温度，以使电池的温度不会变的过热或过冷。即，控制器10通过控制上部分隔构件21和下部分隔构件22的打开/关闭状态来控制与外部空气隔热以及经由换热片单元31与外部空气的热交换。而且，通过驱动外部风扇52使外部空气和温度控制单元壳体4的内部(S卩，空气室5)之间的热交换更加高效；并且，通过驱动内部循环风扇51使温度控制单元壳体4的内部和电池壳体3的内部之间的热交换更加高效。
[0049]图4A至图4D是上部分隔构件21和下部分隔构件22的打开模式和关闭模式的视图。图4A是示出了上部分隔构件21和下部分隔构件22两者均关闭使得电池壳体3的内部与温度控制单元壳体4的内部分隔开的状态的视图。在这个实施例中，允许每个分隔构件关闭时的开口面积达到该分隔构件打开时的开口面积的十分之一。即，每个分隔构件关闭时的开口面积可以是该分隔构件打开时的开口面积的十分之一或更小。图4B是示出了上部分隔构件21打开的状态(即，空气室5的上部部分打开的状态)的视图。图4C是示出了下部分隔构件22打开的状态(即，空气室5的下部部分打开的状态)的视图。图4D是示出了上部分隔构件21和下部分隔构件22两者均打开的状态(即，电池壳体3的内部与温度控制单元壳体4的内部(即，空气室5)连通的状态)的视图。这个打开/关闭控制根据来自控制器10的信号进行。
[0050]图5A至图5D以及图6A至图6D是关于隔热/热交换控制的具体示例的视图。图5A至图示出了关于电力供给可用时(例如当车辆行驶时)的隔热/热交换控制的示例。
[0051]当空气温度较高时，例如在以上示例中在夏季或者在车辆处于高温地区时，由电池壳体3和温度控制单元壳体4所形成的内部空间(在下文中，这个空间可以称为“壳体内部”)的空气温度跟随环境空气温度，并且也变得较高。当壳体内部的温度(即，壳体内部温度)较高(在这个示例中为20°C或更高)并且外部空气的温度高于壳体内部的温度时，上部分隔构件21和下部分隔构件22 二者均被控制成使得壳体内部的温度不会进一步升高(即，使得壳体内部的温度可以保持冷却)。即，上部分隔构件21和下部分隔构件22 二者均被控制成关闭，使得壳体的内部与外部空气隔热(这个状态也可以称为“隔热状态(参见图5A)。结果，空气室5变成空气隔热层。因而，虽然经由换热片单元31在外部空气和空气室5之间进行热交换,但是电池壳体3的内部与气室5隔热。而且,为了保持壳体的内部与外部空气隔热，优选地使促进热交换的外部风扇52停止。另一方面，内部循环风扇51被驱动，以抑制壳体内部的温度差异。
[0052]而且，当壳体内部的温度较高并且外部空气温度低于壳体内部的空气温度时，上部分隔构件21和下部分隔构件22 二者均被控制成打开，使得壳体的内部被主动冷却(参见图5B)。为了在外部空气和壳体的内部之间主动地进行热交换，内部循环风扇51和外部风扇52 二者均被驱动。在这种情况下，内部循环风扇51被操作成使得内部循环风扇51向下(即，沿着图5B中示出的箭头方向)吹送空气，以便将冷空气有效地送到电池壳体3中。这用于向下引导低温空气并且使冷空气更快地进入到电池壳体3中，这是因为高温空气和低温空气由于温差而具有不同的空气密度，并且因此高温空气上升而低温空气下降。
[0053]另一方面，当环境空气温度较低时，例如在以上示例中在冬季或者在车辆处于低温地区时，壳体内部的温度跟随环境空气温度，并且也变得较低。当壳体内部的温度(壳体内部温度)较低(在这个示例中为5°C或更低)并且外部空气的温度低于壳体内部的温度时，上部分隔构件21和下部分隔构件22 二者均被控制成使得壳体的内部不会被进一步冷却(即，将保持温暖)。即，上部分隔构件21和下部分隔构件22 二者均被控制成关闭，SP，控制到隔热状态(参见图5C)。而且，使外部风扇52停止，以保持隔热，并且驱动内部循环风扇51以抑制壳体内部的温度差异。
[0054]而且，当壳体内部的温度较低并且外部空气温度高于壳体内部的空气温度时，上部分隔构件21和下部分隔构件22 二者均被控制成打开，使得壳体的内部被主动加热(参见图5D)。为了促进外部空气和壳体的内部之间的热交换，内部循环风扇51和外部风扇52二者均被驱动。在这种情况下，内部循环风扇51被操作成使得空气向上(即，沿着图中所示的箭头的方向)流动，以向上引导高温空气并使暖空气更快地进入到电池壳体3中。
[0055]图6A至图6D是当车辆的发动机停止并且车辆停留时的上部分隔构件21和下部分隔构件22的状态的示例的视图。在这种情况下，原则上不供给电力，所以控制器10执行控制，以在由于发动机停止而停止电力供给之前的较短时间内建立起图6A至图6D中所示的状态之一。而且，因为不供给电力(在图6A至图6D中未示出内部循环风扇51和外部风扇52)，所以内部循环风扇51和外部风扇52不被驱动。
[0056]当环境空气温度较高时，例如在以上示例中在夏季，或者当车辆处于高温地区时，上部分隔构件21和下部分隔构件22被置于打开和关闭状态，以减少暖空气流入到电池壳体3中并促进冷空气流入到电池壳体3中。为了实现这一点，控制器10执行控制，使得在停止供给电力之前关闭上部分隔构件21并打开下部分隔构件22 (参见图6A和6B)。如图6A中所示，当壳体内部的温度低于外部空气温度时，上侧关闭，所以暖空气(其一开始为外部空气)由于空气密度差异而保留在空气室5的上部部分中。结果，当环境空气温度较高时，减少暖空气流入到电池壳体3中，所以电池壳体3的内部保持冷却。另一方面，如图6B中所示，当环境空气温度较高并且壳体内部的温度高于外部空气温度时，冷空气(其一开始为外部空气)由于空气密度差异而向下流动，并且因为下侧打开而流入电池壳体3中。结果，在高温环境下，冷空气被引导到电池壳体3中，由此使电池壳体3内部的空气能够被冷却。
[0057]而且，当环境空气温度较低时，例如在以上示例中在冬季，或者当车辆处于低温地区时，上部分隔构件21和下部分隔构件22被置于打开和关闭状态，以促进暖空气流入到电池壳体3中并且减少冷空气流入到电池壳体3中。为了实现这一点，控制器10执行控制，使得在停止供给电力之前打开上部分隔构件21并关闭下部分隔构件22 (参见图6C和6D)。如图6C中所示，当壳体内部的温度高于外部空气温度时，下侧关闭，所以一开始为外部空气的冷空气由于空气密度差异而被保留在空气室5的下部部分中。结果，在低温环境下，减少了冷空气流入到电池壳体3中，所以电池壳体3的内部保持温暖。另一方面,如图6D中所示，当环境空气温度较低并且壳体内部的温度低于外部空气温度时，一开始为外部空气的暖空气因为上侧打开而流入到电池壳体3中。结果，当环境空气温度较低时，一开始为外部空气的暖空气被引导到电池壳体3中，由此使电池壳体3内部的空气能够被加热。
[0058]接下来，将参照图7A和图7B中的流程图说明控制器10的控制。
[0059]控制器10首先判定是否能够使用电力(即，电力供给是否可用)(步骤S101)。通过确定点火开关的接通/断开状态以及确定点火开关是否已经被从接通切换到断开，做出上述判定。
[0060]如果能够使用电力(S卩，电力供给是可用的)(即，在步骤SlOl中为是)，控制器10切换到运行模式，即，切换模式，使得上部分隔构件21和下部分隔构件22 二者均打开或二者将均关闭(步骤S102)。
[0061]然后，控制器10从壳体内部温度传感器71获取温度信息，并判定壳体内部的温度是否等于或高于20°C (步骤S103)。如果温度等于或高于20°C (即，在步骤S103中为是)，则控制器10从外部空气温度传感器73获取温度信息，并将外部空气温度与在步骤S103中所获取的壳体内部温度相比较(步骤S104)。如果壳体内部温度高于外部空气温度(B卩，在步骤S104中为是)，则控制器10执行控制，使得上部分隔构件21和下部分隔构件22 二者均打开，并驱动内部循环风扇51和外部风扇52 二者(步骤S105)。在步骤S105中，建立起图中5B所示的状态。
[0062]如果在步骤S104中壳体内部温度等于或低于外部空气温度(即，在步骤S104中为否)，则控制器10从电池温度传感器72获取关于单电池2的温度信息，计算单电池2之间的温差，并判定该温差是否等于或小于5°C (步骤S106)。如果单电池2之间的温差等于或小于5°C ( S卩，在步骤S106中为是)，则控制器10执行控制，使得上部分隔构件21和下部分隔构件22 二者都关闭，并且因为单电池2之间的温度差异处于可允许的范围内而关掉内部循环风扇51(步骤S109)。然而，如果单电池2之间的温差超过5°C (即，在步骤S106中为否)，则控制器10执行控制，使得上部分隔构件21和下部分隔构件22 二者都关闭，并且因为单电池2之间的温度差异处于可容许的范围之外而打开内部循环风扇51 (步骤S110)。在步骤SllO中，建立起图5A中所示的状态。
[0063]现在返回到步骤S103中的判定，如果在步骤S103中温度低于20°C (即，在步骤S103中为否)，则控制器10判定在步骤S103中所获取的壳体内部温度是否等于或低于50C (步骤S107)。如果壳体内部温度等于或低于5°C (即，在步骤S107中为是)，则控制器10从外部空气温度传感器73获取温度信息，并将外部空气温度与在步骤S103中所获取的壳体内部温度相比较(步骤S108)。如果壳体内部温度低于外部空气温度(即，在步骤S108中为是)，则处理进行到步骤S105。这时，建立起图中所示的状态。
[0064]如果在步骤S107中壳体内部温度超过5°C (即，在步骤S107中为否)，或者如果在步骤S108中壳体内部温度等于或高于外部空气温度(即，在步骤S108中为否)，则处理进行到步骤S106。在这种情况下，在步骤SllO中，上部分隔构件21和下部分隔构件22处于图5C中所示的状态。
[0065]现在返回到步骤SlOl中的判定，如果在步骤SlOl中判定将要从能够使用电力的状态变换到不能使用电力的状态(即，电力供给将要变得不可用)(即，在步骤SlOl中为否)，则控制器10切换到停留/储存模式，即，切换模式，使得上部分隔构件21和下部分隔构件22中的一个打开而另一个关闭(步骤S111)。
[0066]控制器10获取上一次开始使用电池时的温度信息(该信息被存储在存储装置(未示出)中)，并判定该温度信息是否等于或高于5°C (步骤S102)。在这个示例中，获取过去的温度信息，即，获取上一次使用电池时的温度信息，并且将所述温度信息与阈值相比较，但是控制器10也可以从外部空气温度传感器73获取实时的温度信息，并将该温度信息与阈值相比较。如果所获取的温度等于或高于5°C (即，在步骤S112中为是)，则控制器10执行控制，使得上部分隔构件21关闭并且下部分隔构件22打开(S113)。在步骤S113中，建立起图6A和图6B中所示的状态。
[0067]另一方面，如果在步骤S112中所获取的温度小于5°C (即，在步骤S112中为否)，则控制器10执行控制，使得上部分隔构件21打开并且下部分隔构件22关闭(步骤S114)。在步骤S114中，建立起图6C和图6D中所示的状态。
[0068]用于上述判定的阈值(即，5°C和20°C)是事先存储在存储装置(未示出)中的设定值，并且可以改变。
[0069]当蓄电装置I从车辆移除并且长期存放时，或在蓄电装置I被运输之前，上部分隔构件21被控制成关闭，并且下部分隔构件22被控制成打开，如图1B中所示。S卩，上部分隔构件21和下部分隔构件22被置于优先保持电池壳体3的内部冷却或优先冷却电池壳体3的内部的打开/关闭状态。这是因为当蓄电装置I被长期存放时，优选的是使减轻由于热量导致的恶化优先于减小电池的输出降低。而且，在蓄电装置I中，在温度控制单元壳体4的外侧壁的上部部分上设置有用于关闭上部分隔构件21并打开下部分隔构件22的能够手动控制的开关6。通过手动操作该开关6来操作上部分隔构件21和下部分隔构件22。将开关6定位在温度控制单元壳体4的外侧壁的上部部分上的原因在于，当操作员放下蓄电装置I时，他或她能够将蓄电装置I布置成正面朝上。通过事先认识到开关面朝上，并且通过在布置蓄电装置I时检查开关的取向，操作员能够将蓄电装置I布置成使得蓄电装置I面向同一上下方向。
[0070]接下来，将详细地说明该实施例的效果。图8是示出了比较示例的壳体内部温度随着时间的温度变化和示例性实施例的壳体内部温度随着时间的温度变化的曲线图。而且，图8中所示的数据是在夏季在高温环境下获取的，并且是验证冷却效果和保持冷却的效果的示例。
[0071]在比较示例中，在插电式混合动力车辆中安装有电池组，在所述电池组中，电池壳体仅由镀锌钢板形成，并且测量壳体温度随着时间的变化。而且，在本发明的示例性实施例中，上述蓄电装置冷却系统100安装在插电式混合动力车辆中，并且测量温度随着时间的变化。
[0072]在图8中，术语“停留”指的是插电式混合动力车辆在车辆的点火开关断开的情况下停止的时间段。因此，在停留的时间段期间，图1A和图1B中所示的内部循环风扇51和外部风扇52停止。术语“行驶”指的是插电式混合动力车辆实际行驶的时间段。术语“充电”指的是通过从所连接的外部电源伸出的充电电缆的连接器对插电式混合动力车辆进行充电的时间段。为了在相同的基础上比较测试结果，在示例性实施例和比较示例中在同一天和同一位置处测量温度。
[0073]如从图8可以清楚地得知的那样，明显的是通过设置蓄电装置冷却系统100，与比较示例相较，能够降低壳体内部的温度升高。即，根据示例性实施例，尤其能够有效地降低电池温度的升高。
[0074]将参照图9说明比较示例的电池组和该示例性实施例的电池组之间的电池组寿命差别。在比较示例中，平均电池温度较高，所以电池寿命估算为约6.25年。然而，对于示例性实施例而言，平均电池温度相对较低，所以电池寿命是约8年(估算值)。这些结果证实了效果。
[0075](示例I)图1OA是示例I的温度控制单元50A的平面图，并且图1OB是沿着图1OA中的线XB-XB得到的剖视图。温度控制单元壳体4A由两层形成，即内层LI和外层L2，内层LI是树脂层，并且外侧层L2是绝缘层(材料是泡沫PP)。而且，图1OB中所示的温度控制单元壳体4A的上部部分和下部部分的截面形状是没有拐角部分(在拐角部分处气流将趋向于变得停滞)的弧形。而且，温度控制单元壳体4A具有弯曲部分Kl和K2，用于在上部分隔构件21A和下部分隔构件22A关闭时接收上部分隔构件21A的端部部分和下部分隔构件22A的端部部分。上部分隔构件21A和下部分隔构件22k关闭时的停止位置通过这些弯曲部分Kl和K2固定。而且，设置有止动构件81A和82A，以固定上部分隔构件21A和下部分隔构件22A打开时的停止位置。上部分隔构件21A的操作通过伺服电机61控制，并且下部分隔构件22A的操作通过伺服电机62控制。
[0076]而且，在现有的蓄电装置的电池壳体内部没有设置循环风扇，所以在示例I中，内部循环风扇5IA设置在温度控制单元50A中。
[0077]温度控制单元50A在两个位置附装到电池壳体3A的侧表面，如图1OC中所示。而且，蓄电装置IA附近的外部空气的温度很可能由于蓄电装置IA和其它设备产生的热量而变得较高。因此，在示例I中，不吸入蓄电装置IA附近的外部空气。代替地，通过驱动外部风扇52A，使用空气导入管91将车辆外部的空气直接引入，该空气导入管91的一个开口面对温度控制单元50A而另一个开口面对车辆外部。
[0078](示例2)图1IA和IlB是示出了温度控制单元50B附装到在高度方向上比该温度控制单元50B长的电池壳体3B的情况的视图，其中，图1lA是电池壳体3B和温度控制单元50B的剖视图，并且图1lB是将温度控制单元50B附装到电池壳体3B时的透视图。电池壳体3B包括:管道85，空气通过所述管道85在电池壳体3B的上部内侧部分和温度控制单元50B的上部内侧部分之间流动；和管道86，空气通过所述管道86在温度控制单元50B的下部内侧部分和电池壳体3B的下部内侧部分之间流动。已经通过换热片单元31A经受热交换的冷空气和暖空气通过这些管道85和86循环通过整个电池壳体3B。
[0079]另外，示例I中的止动构件81A和82A在高度方向上较长，所以当使用示例I中的止动构件81A和82A时，内部循环风扇51A所引起的循环流可能会被止动构件81A和82A干扰(参见图10B)。示例2中的止动构件8IB和82B在高度方向上的长度比示例I中的止动构件短，所以减轻了对循环流的干扰。而且，在示例2中，在电池壳体3B和温度控制单元50B之间设置有板83，使得当上部分隔构件21A和下部分隔构件22A关闭时确保恒定的流动路径。
[0080]在所述实施例中，说明了其中两个分隔构件打开和关闭(即，使用上部分隔构件和下部分隔构件)的示例，但是分隔构件的数量不受限制，只要沿着上下方向布置至少两个分隔构件即可。
[0081]如上文中详细地说明的那样，利用所述实施例，调节蓄电装置内部的温度。此外，即使电力供给不可用，也利用由于空气温度差异所导致的空气密度的差异来调节蓄电装置内部的温度。
【权利要求】
1.一种蓄电装置，所述蓄电装置包括: 壳体，所述壳体中容纳有至少一个单电池； 热交换器，所述热交换器设置在所述壳体的壁表面中以便面对所述壳体的内侧和所述壳体的外侧两者，所述热交换器在所述壳体的内侧和所述壳体的外侧之间进行热交换；和 多个分隔构件，所述多个分隔构件沿着上下方向布置在所述壳体内部，以便彼此独立地打开和关闭，所述多个分隔构件将所述壳体内部的空间分隔成容纳有所述至少一个单电池的空间和布置有所述热交换器的空间。
2.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中，所述多个分隔构件包括:上部分隔构件，在所述多个分隔构件中，所述上部分隔构件布置在最高的位置处，并且所述上部分隔构件围绕用作支点的下端部部分枢转；和下部分隔构件，在所述多个分隔构件中，所述下部分隔构件布置在最低的位置处，并且所述下部分隔构件围绕用作支点的上端部部分枢转。
3.根据权利要求2所述的蓄电装置，其中，在所述上部分隔构件打开时由所述上部分隔构件形成的开口定位成高于所述热交换器，并且在所述下部分隔构件打开时由所述下部分隔构件形成的开口定位成低于所述热交换器。
4.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中，当所述多个分隔构件关闭而使得所述壳体内部的空间被分隔成容纳有所述至少一个单电池的空间和布置有所述热交换器的空间时，所述多个分隔构件中的每一个均平行于所述上下方向。
5.根据权利要求1所述的蓄电装置，所述蓄电装置还包括风扇，当所述多个分隔构件关闭而使得所述容纳有所述至少一个单电池的空间和所述布置有所述热交换器的空间被所述多个分隔构件分隔开时，所述风扇定位在所述容纳有所述至少一个单电池的空间中。
6.根据权利要求2所述的蓄电装置，其中，所述热交换器设置在所述壳体的侧表面上，并且所述上部分隔构件的支点和所述下部分隔构件的支点定位在所述热交换器的沿着所述上下方向的中心附近。
7.根据权利要求5所述的蓄电装置，所述蓄电装置还包括外部风扇，所述外部风扇设置在所述壳体外部并且朝向所述热交换器的面对所述壳体的外侧的一侧吹送空气。
8.一种用于蓄电装置的电池温度调节方法，所述蓄电装置包括:壳体，所述壳体中容纳有至少一个单电池；热交换器，所述热交换器设置在所述壳体的壁表面中以便面对所述壳体的内侧和所述壳体的外侧两者，所述热交换器在所述壳体的内侧和所述壳体的外侧之间进行热交换；多个分隔构件，所述多个分隔构件沿着上下方向布置在所述壳体内部，以便彼此独立地打开和关闭，并且所述多个分隔构件将所述壳体内部的空间分隔成容纳有所述至少一个单电池的空间和布置有所述热交换器的空间；和驱动部，所述驱动部以所述多个分隔构件相互独立的方式驱动所述多个分隔构件，所述电池温度调节方法包括: 检测所述壳体外部的空气温度，所述空气温度是所述热交换器所接触的空气的温度； 检测所述壳体内部的空气温度；和 基于所检测到的所述壳体外部的空气温度和所检测到的所述壳体内部的空气温度，执行驱动控制，以使所述多个分隔构件中的至少一个枢转。
9.根据权利要求8所述的电池温度调节方法，其中: 所述多个分隔构件包括:上部分隔构件，在所述多个分隔构件中，所述上部分隔构件布置在最高的位置处，并且所述上部分隔构件围绕用作支点的下端部部分枢转；和下部分隔构件，在所述多个分隔构件中，所述下部分隔构件布置在最低的位置处，并且所述下部分隔构件围绕用作支点的上端部部分枢转；并且 在对所述驱动部的电力供给可用的情况下，执行驱动控制，使得所述上部分隔构件和所述下部分隔构件两者均被打开或者关闭；并且，在对所述驱动部的电力供给将要变得不可用的情况下，执行驱动控制，使得在对所述驱动部的电力供给变得不可用之前所述上部分隔构件和所述下部分隔构件中的一个被打开或关闭。
10.根据权利要求8所述的电池温度调节方法，其中: 所述蓄电装置还包括布置在所述壳体内部的风扇；并且 所述电池温度调节方法还包括:如果所检测到的所述壳体内部的空气温度等于或高于第一阈值，则驱动所述风扇，使得所述风扇沿着在所述热交换器附近产生向下的气流的旋转方向旋转；并且，如果所检测到的所述壳体内部的空气温度等于或低于比所述第一阈值小的第二阈值，则驱动所述风扇，使得所述风扇沿着在所述热交换器附近产生向上的气流的旋转方向旋转。
11.根据权利要求8所述的电池温度调节方法，其中: 所述多个分隔构件包括:上部分隔构件，在所述多个分隔构件中，所述上部分隔构件布置在最高的位置处，并且所述上部分隔构件围绕用作支点的下端部部分枢转；和下部分隔构件，在所述多个分隔构件中，所述下部分隔构件布置在最低的位置处，并且所述下部分隔构件围绕用作支点的上 端部部分枢转；并且 在对所述驱动部的电力供给将要变得不可用的情况下，如果所检测到的所述壳体外部的空气温度等于或高于第三阈值，则执行驱动控制，使得在对所述驱动部的电力供给变得不可用之前，所述上部分隔构件关闭并且所述下部分隔构件打开；并且，如果所检测到的所述壳体外部的空气温度低于所述第三阈值，则执行驱动控制，使得在对所述驱动部的电力供给变得不可用之前，所述上部分隔构件打开并且所述下部分隔构件关闭。
12.根据权利要求9所述的电池温度调节方法，其中，在对所述驱动部的电力供给可用的情况下，如果所检测到的所述壳体内部的空气温度等于或高于第一阈值并且高于所检测到的所述壳体外部的空气温度，或者如果所检测到的所述壳体内部的空气温度等于或低于第二阈值并且低于所检测到的所述壳体外部的空气温度，则执行驱动控制，使得所述上部分隔构件和所述下部分隔构件两者都打开，其中，所述第二阈值小于所述第一阈值。
【文档编号】H01M10/625GK103947035SQ201280057576
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年11月20日 优先权日:2011年11月25日
【发明者】村田崇, 大见康光 申请人:丰田自动车株式会社, 株式会社电装