用于电池组的空气调节控制装置制造方法
【专利摘要】提供了一种用于从在容纳电池单元（1a）的电池组（1）内的空气中除热的除热单元（4），并且该除热单元（4）用于将空气冷却或者除湿。此外，提供了在电池组（1）和除热单元（4）之间连接的循环路线（2），该循环路线（2）使得空气在其中循环。而且，提供了方向控制器（5），该方向控制器（5）使得空气在冷却和除湿期间以相反的方向在循环路线（2）中循环。
【专利说明】用于电池组的空气调节控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对其中容纳电池单元的电池组的温度和湿度进行控制的空气调节控制装置。
【背景技术】
[0002]传统上，已经开发了其中使用存储在诸如锂离子电池或者镍氢电池的电池中的电力来驱动车辆的电动车和混合动力车。特别地，与电池容量相比，呈现高能量密度的锂离子电池易于促进尺寸和重量的减小。预期的是，作为用于驱动需要高电力的车辆的电池，对于锂离子电池的需求增加。
[0003]安装在车辆上的通常的锂离子电池包括气密的和水密的结构，电极和电解质通过该气密的和水密的结构密封在由金属制成的外壳中。例如，专利文献I公开了一种电池组，其中多个单元电池(电池单元)密闭地封闭在与外部空气密封的金属外壳中。描述了:单元电池的刚性能够通过以此方式使用金属外壳而改进。
[0004]顺便提及，随着安装在车辆上的电池的总容量增加，能够使用的能量增加，因此，车辆的巡航距离(所估计的车辆能够利用单次充电操作的充电量行驶的最大距离)增加。在另一方面，因为车辆重量随着所安装的电池数量增加而增加，所以用于驱动车辆而消耗的能量增加，并且电消耗率和巡航距离这两者均减少。相应地，如果电池自身的重量能够减小，则在抑制车辆的重量增加的同时使用更多的能量来作为车辆的驱动能量并且提高车辆的行驶性能成为可能。
[0005]因此，近年来，已经提出了使用由树脂(塑料、类树脂)制成的外壳替代金属外壳，来作为电池的外壳。例如，如在专利文献2中描述地，已经研究了使电池的蓄电池外壳(容器)形成为聚丙烯外壳以确保所需的刚性并且实现重量和成本的降低。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:
[0009]日本特开专利公报N0.2007-200758
[0010]专利文献2:
[0011]日本特开专利公报N0.2008-300144
【发明内容】
[0012]技术问题
[0013]然而，如果用于电池的外壳由树脂制成，则存在以下问题，S卩，难以维持足够高的水密性并且难以抑制电池的劣化。特别地，在锂离子电池的情形中，水经由树脂外壳的壁端面的侵入引起了电解质分解，并且该分解使得容量减少和寿命减短。因此，需要高度的水密性。难以通过使用由树脂制成的外壳实现这种高度的水密性。在另一方面，在使用由金属制成的外壳的情况下，虽然能够确保水密性，但是电池的重量增加，并且车辆的行驶性能不能得以改进。
[0014]考虑到上述这样的情况，本发明的一个目在于适当地控制温度环境和湿度环境以抑制电池的劣化。
[0015]应该指出的是，除了这个目的之外，本发明的另一个目的在于实现从由在下文中描述的【具体实施方式】指示的各种构造所产生的工作效果，但是该工作效果不能通过现有技术实现。
[0016]解决问题的方案
[0017](I)在这里所公开的、用于电池组的空气调节控制装置包括除热单元，该除热单元从在其中容纳电池单元的电池组中的空气除热，以将所述空气冷却或者除湿。该空气调节控制装置还包括循环路线，该循环路线将所述电池组和所述除热单元相互连接以使所述空气再循环。该空气调节控制装置还包括方向控制器，该方向控制器当冷却时和当除湿时以相反的方向控制所述空气在所述循环路线中的流动方向。
[0018](2)优选地,该空气调节控制装置还包括热交换单元,该热交换单元当所述冷却时在关于所述除热单元的上游侧上设置在所述循环路线上，并且在所述空气和外部空气之间进行热交换。热交换单元当冷却时充当冷却器的作用并且当除湿时充当加湿器的作用。
[0019](3)优选地，该空气调节控制装置还包括空气调节控制器，该空气调节控制器当所述电池单元充电或者放电时进行用于冷却所述空气的冷却控制，并且在所述充电结束之后进行用于将所述空气除湿的除湿控制。
[0020](4)在此情形中，优选地所述空气调节控制器使当所述除湿控制时将在所述循环路线中循环的空气的流速从当所述冷却控制时将在所述循环路线中循环的空气的流速降低。
[0021 ] ( 5 )同时，优选地该空气调节控制装置还包括旁通路线，该旁通路线允许当所述除湿时附着到所述除热单元的结露从所述循环路线流出。
[0022](6)优选地，该空气调节控制装置还包括第一导入口，该第一导入口设置在所述电池组的上部中，并且当冷却所述空气时将所述空气从所述循环路线引入到所述电池组中；以及第二导入口，该第二导入口设置在所述电池组的下部中，并且当对所述空气除湿时将所述空气从所述循环路线引入到所述电池组中。
[0023](7)在此情形中，优选地所述第一导入口设置在所述电池组的上面的多个位置处，并且朝着容纳在所述电池组中的整个电池单元供应所述空气。此外，优选地所述第二导入口设置在所述电池组的拐角部处，并且从所述电池组的下面侧成层状地供应所述空气。
[0024]有利的效果
[0025]利用在这里所公开的用于电池组的空气调节控制装置，通过当冷却时和当除湿时以相反方向循环空气，能够使得当空气引入到电池组中时被除热单元冷却的空气的温度是不同的，并且在电池组中的空气的温度和湿度能够得到调节。因此，在电池有效率地冷却的同时，能够使电池干燥，并且能够抑制电池的劣化。
[0026]附图简要说明
[0027]图1是示出应用了根据实施例的空气调节控制装置的车辆的总体构造的示意图。
[0028]图2是例示安装在图1的车辆上的电池(电池组)的截面结构的竖直截面图。
[0029]图3是示出用于由图1的空气调节控制装置执行的冷却控制的开始条件的视图。[0030]图4是例示由图1的空气调节控制装置执行的控制的内容的流程图。
[0031]图5是示出由图1的空气调节控制装置的控制操作的示意图，并且其中图5 (a)对应于在冷却控制时的控制操作，图5 (b)对应于在除湿控制时的控制操作，并且图5 (c)对应于在除霜控制时的控制操作。
[0032]图6是例示空气在图1的循环路线上的温度分布的视图，并且其中图6 (a)对应于在冷却控制时空气的温度分布并且图6 (b)对应于在除湿控制时空气的温度分布。
[0033]图7是示意地示出在除湿控制时在电池组中水量(潮度、湿度)的变化的视图。
[0034]附图标记的说明
[0035]I电池组
[0036]Ia 电池单元
[0037]Ib外壳主体
[0038]Id导入口(第一导入口)
[0039]Ie 第二导入口
[0040]2循环路线
[0041]3电池空气调节E⑶(空气调节控制器)
[0042]4蒸发器(除热单元)
[0043]5风扇(方向控制器)
[0044]6热交换单元(热量交换单元)
[0045]7、7a、7b 旁通路线
[0046]9、9a、9b流动路径切换阀
[0047]10 车辆
[0048]11温度传感器(温度检测单元)
[0049]12湿度传感器(湿度检测单元)
【具体实施方式】
[0050]参考附图描述实施例的用于电池组的空气调节控制装置。应该指出的是，在下面描述的实施例最终只是一个实例，并且无意排除未由以下实施例示出的各种修改和技术应用。此外，在不偏离实施例的精神和范围的情况下，在下述的实施例的构造能够根据情况需要而选择性地使用或者可以适当地组合并且能够被以各种修改的形式执行。
[0051][1.装置构造]
[0052]本实施例的用于电池组的空气调节控制装置应用于图1所示的车辆10。这个车辆10是通过利用电池的电力驱动未示出的电机单元而行驶的电动车。该电机单元是这样一种电机发电机，其包括消耗电池的电力以驱动车轮旋转的功能和通过利用车轮在制动时的扭矩发电而再生电力的功能这两者(电机功能和发电机功能)。响应于车辆10的行驶状态，适当地控制这两个功能。
[0053]电池作为多个电池单元Ia容纳在电池组I中。电池组I是由树脂(塑料、类树脂)制成并且具有预定的气密性和水密性的容器，并且电池组I形成为:使得在道路表面上的泥浆、水滴等不可进入(不可侵入电池)。同时，电池组I的壁面由树脂制成，并且存在非常少量的水(水分、结露)可以进入树脂中的可能性。因此，在本实施例中，存在于电池组I的内部中的空气的温度和湿度(水蒸汽量)受到控制。
[0054]如在图1中所示，用于循环仅在其内部中的其内部空气的循环路线2环状地连接到电池组I。循环路线2在第一连接部分2a和第二连接部分2b这两个位置处连接到电池组I。蒸发器4、风扇5、用于与外部空气交换热量的热交换单元6和旁通路线7设置在循环路线2上。此外，设置了用于控制蒸发器4、风扇5等的电池空气调节E⑶(电子控制单元)3。
[0055][1-1.蒸发器]
[0056]蒸发器4 (除热单元)是在循环路线2中将热量从空气中移除的热交换器。蒸发器4包括内芯4a和冷却剂管道4b。冷却剂管道4b将通过未示出的膨胀阀蒸发的冷却剂供应到内芯4a。此外，在内芯4a的内部中，从冷却剂管道4b供应的冷却剂沿其循环的多个冷却片以彼此相距预定的距离的并置关系设置，并且在内芯4a中循环的冷却剂从在冷却片之间循环的空气中除热，从而冷却空气。应该指出的是车辆10的空气调节装置的冷却剂可以用作为蒸发器4的冷却剂。
[0057]蒸发器4具有两个功能。第一功能是冷却空气的功能。例如，假设第一功能具有将在由电池单元Ia的生热而暖热的30到40 [°C ]的循环路线2中的空气冷却到大致10到15[°C]的能力(性能)。第二功能是凝结空气中的水蒸汽的功能。例如，假设第二功能具有冷却能力(性能)，由此内芯4a的表面温度通过该冷却能力(性能)变得低于大致_10[°C ](低于通常的外部空气温度的温度)，从而将大致20[°C]的空气中的水分凝结成露水。蒸发器4被构造成基于来自电池空气调节E⑶3的控制信号允许或者阻挡冷却剂循环到内芯4a，使得当冷却剂被阻挡时，冷却功能和水分凝结功能停止。
[0058]此外，蒸发器4的放置位置是从在循环路线2的第一连接部分2a和第二连接部分2b之间的路线的中间点2c向一侧移位的位置。(蒸发器4位于朝向中间点2c偏置的位置处。)在本实施例中，如在图1中所例示的蒸发器4设置在从中间点2c向第一连接部分2a移位的位置处。(在图1中，蒸发器4位于与中间点2c相比更加靠近第一连接部分2a的位置处。)
[0059][1-2.风扇]
[0060]风扇5 (方向控制器)是用于将循环路线2中的空气再循环的空气吹送装置，并且形成为使得能够响应于内置在其中的电机的旋转方向来逆转空气的排放方向。以下，关于从风扇5排放的空气的循环方向，将空气从第二连接部分2b侧抽吸并排放到第一连接部分2a侧的方向称作为顺向方向，并且将从第一连接部分2a侧到第二连接部分2b侧的循环方向称作为逆向方向(相反方向)。风扇5充当基于来自电池空气调节ECU3的控制信号在顺向方向上或者逆向方向上吹送循环路线2中的空气。
[0061]与蒸发器4的情形不同，风扇5在循环路线2上的放置位置能够任意地确定。即，风扇5可以设置在关于中间点2c的第一连接部分2a侧上或者可以设置在第二连接部分2b侧上。相应地，在风扇5和蒸发器4之间的位置关系能够任意地确定。此外,风扇5在顺向方向上和逆向方向上的空气吹送效率(空气吹送速率)设定成使得在顺向方向上的空气吹送效率高于在逆向方向上的吹送效率。
[0062][1-3.热交换单元]
[0063]热交换单元6 (热量交换单元)是如下部分:其中循环路线2的管道壁以波纹管的形状(风琴状形状)形成，并且该部分用于进行循环路线2中的空气与外部空气之间的热交换。该热交换单元6设置在如下位置:在该位置处，外部空气与其外周相接触。与在循环路线2上的外部空气热交换的热交换单元6的放置位置是关于蒸发器4在第一连接部分2a侧上的任意位置。应该指出，在循环路线2的管道壁自身包括足够的热传导性的情况下，不需要管道壁的处理。循环路线2的与外部空气相接触的区域可以仅仅称作为热交换单元6。
[0064]为热交换单元6提供了两个不同的功能。第一功能是冷却从电池组I侧循环的空气的功能。例如，当具有比外部空气温度高的温度的空气从电池组I侧循环时，热交换单元6利用外部空气冷却该空气。第二功能是升高从蒸发器4侧循环的空气的温度(加热)的功能。例如，当具有比外部空气温度低的温度的空气从蒸发器4侧循环时，热交换单元6利用外部空气暖热该空气。
[0065]以此方式，热交换单元6是这样的一部分:其响应于在循环路线2中的空气的循环方向而执行不同的工作，并且当空气冷却时充当冷却器而当空气除湿时充当加热器。
[0066][1-4.旁通路线、流动路径切换阀]
[0067]旁通路线7是用于将已在循环路线2中的空气中包含的水分排放到循环路线2的外部的通道。在图1中所示的实例中，两条旁通路线7形成为使得它从循环路线2分支到车辆10的向下方向。每一条旁通路线7在其末端处向外部空气打开。旁通路径中的一个7a关于风扇5设置于第二连接部分2b侧上，而另一条旁通路线7b关于蒸发器4设置于第一连接部分2a侧上。此外，用于控制空气的流动方向的流动路径切换阀9设置于在旁通路线7和循环路线2之间的每一个分支点处。
[0068]流动路径切换阀9能够切换到旁通路线7关闭的状态以及旁通路线7打开且循环路线2关闭的另一个状态的这两个位置。使设置在旁通路线7a中的流动路径切换阀9a被控制为包括其使旁通路线7a关闭的状态和其仅在朝向循环路线2的风扇5的方向上使旁通路线7a打开的另一个状态的两个状态。
[0069]相比之下，使设置在另一条旁通路线7b中的流动路径切换阀9b被控制为包括其使旁通路线7b关闭的状态和其仅在朝向循环路线2的蒸发器4的方向上使旁通路线7b打开的另一个状态的两个位置。相应地，如果如由图1中的虚线所示，使该两条旁通路线7a和7b这两者均打开，则循环路线2的蒸发器4和风扇5所插置的位置与该两条旁通路线7a和7b彼此连通。
[0070][1-5.电池组]
[0071]如在图2(a)中所示，电池组I包括:外壳主体lb，该外壳主体Ib在其中容纳电池单元Ia ;以及分支管道lc，该分支管道Ic固定成从上方覆盖外壳主体lb。循环路线2的第一连接部分2a连接到分支管道lc，并且第二连接部分2b连接到外壳主体lb。同时，在外壳主体Ib的任意位置处，设置了温度传感器11 (温度检测单元)和湿度传感器12 (湿度检测单元);该温度传感器11检测电池单元Ia的电池温度T (或者在外壳主体Ib中的空气的温度)，该湿度传感器12检测外壳主体Ib的内部湿度(水蒸汽量)。
[0072]分支管道Ic是充当将循环路线2与外壳主体Ib彼此连接的通道的部分。分支管道Ic具有其外壳主体Ib侧被分支成多个部分的歧管的形状，使得当空气从第一连接部分2a侧引入到分支管道Ic中时，空气被供应到整个电池单元la。在分支处形成的导入口 Id设置在适合于在外壳主体Ib中安置电池单元Ia的位置处。[0073]同时，第二连接部分2b所连接到的第二导入口 Ie设置在与外壳主体Ib的下面相邻的拐角部分(底部的外端、角形凹进部分)处，使得当空气从第二连接部分2b侧引入时，空气从外壳主体Ib的下面侧成层状地填充。
[0074][2.控制配置]
[0075]电池空气调节E⑶3 (空气调节控制器)是由微型计算机配置的电子控制器单元。电池空气调节E⑶3被构造成，例如，其中集成有已知的微处理器、ROM (只读存储器)、RAM(随机访问存储器)等的LSI装置或者内置电子装置。电池空气调节ECU3通过信号线连接到电池组1、温度传感器11和湿度传感器12，并且在任何时间提供与电池单元Ia的充电状态有关的信息、与充电或者放电有关的电流值的大小A、电池组I的温度信息、电池组I的湿度信息等。
[0076]应该指出，在其中负责总体充电控制的电子控制器(所谓的电池ECU、EV_ECU(电动车辆ECU)等)安装在车辆上的这种车辆的情形中，可以从电子控制器获取以上述及的各种信息。电池空气调节ECU3的目标控制装置是蒸发器4、风扇5和流动路径切换阀9。电池空气调节ECU3响应于充电状态、电池组I的温度等来控制所述目标控制装置。
[0077][2-1.控制概要]
[0078]电池空气调节E⑶3执行三种控制，包括:冷却控制、除湿控制和除霜控制。
[0079]冷却控制是将低温空气供应到电池组I中以使电池组I冷却的控制。例如，在当电池单元Ia充电或者放电时的生热量是高的状态中(当快速充电时，当再生充电时，当电流值A是高时或者在类似的情形中)，执行冷却控制。
[0080]除湿控制是对于在电池组I中的空气除湿以使空气干燥的控制。例如，在冷却控制结束之后执行除湿控制。在这个除湿控制中，在循环路线2中的空气中所包含的水分凝结成露水(凝结液)或者在蒸发器4上结霜以执行除湿。
[0081]除霜控制是将凝结的露水或者结霜的水分排放到循环路线2的外部的控制。例如，在除湿控制结束之后执行除霜控制。在这个除霜控制中，冷却剂到蒸发器4的供应被切断，以停止冷却功能，并且霜由于外部空气而飞落(干燥或者吹落)以执行除霜。
[0082]作为用于执行上述种类的控制的软件或者硬件，冷却控制器3a、除湿控制器3b和除霜控制器3c设置在电池空气调节E⑶3中。
[0083][2-2.控制模块配置]
[0084]冷却控制器3a负责冷却控制。冷却控制器3a判定(判断)用于冷却控制的开始条件和结束条件，并且基于判定(判断)的结果执行冷却控制。用于冷却控制的开始条件能够任意地确定，并且可以是例如电池单元Ia正在充电、由温度传感器11检测的电池温度T等于或者高于标准温度等。同时，结束条件可以是例如电池单元Ia并非正在充电(例如，充电量已经变得等于或者大于标准量)、由温度传感器11检测的电池温度T低于标准温度等。
[0085]在本实施例中，基于电池单元Ia的充电状态、电池温度T和电池的电流值A来判定冷却控制的开始条件和结束条件。例如，冷却控制器3a存储如在图3中所示的限定电池温度T和电流值A与是否需要冷却之间的这种关系的控制图。当电池单元Ia正在充电时，冷却控制器3a基于控制图来判定是否将执行冷却控制。
[0086]在充电或者放电时电池单元Ia的热产生量与电流值A的平方成比例地增加。因此，在图3的控制图中，用于执行冷却控制的、关于电池温度T的判定阈值被设定为与电流值A的平方成比例地降低(T=IVkA2, k是系数)。当电流值A为O时，当电池温度T等于或者高于判定温度Ttl时，用于冷却控制的开始条件得以满足。当电流值A高于O时，在电池温度T等于或者高于基准温度TfkA2的情形中，用于冷却控制的开始条件得以满足，该基准温度比判定温度Ttl低了与电流值A的平方成比例地增加的温度kA2。基准温度TfkA2随着电流值A增加而降低。在图3中电流值A的最大值Amax对应于在充电或者放电时的最大电流值。
[0087]应该指出，虽然能够看到由图3中的单实线所示的曲线图T=IVkA2为用于冷却控制的开始条件和结束条件这两者设置了判定阈值，但是可以使得开始条件和结束条件是相互不同的。即，可以使得设置用于开始条件的判定阈值的函数(数值公式)和设置用于结束条件的判定阈值的函数(数值公式)相互不同。例如，可以设定这样的判定阈值:利用该判定阈值，当电流值A为O时，当电池温度T比由图3中的虚线所示的低于判定温度Ttl的第二判定温度T1更低时，用于冷却控制的结束条件得以满足。通过使得开始条件和结束条件是相互不同的，防止了控制振荡(控制在短时间内交替地重复，振荡反应)并且提高了可控性。
[0088]如果用于冷却控制的开始条件得以满足，则冷却控制器3a将控制信号输出到蒸发器4使得冷却剂循环到内芯4a，并且将控制信号输出到风扇5以在顺向方向上吹送循环路线2中的空气。此外，将流动路径切换阀9a和9b控制成其中它们分别地使旁通路线7a和7b关闭的状态。
[0089]因此，在蒸发器4的表面上冷却的空气通过第一连接部分2a从多个导入口 Id供应到电池组I的外壳主体Ib中。在另一方面，在外壳主体Ib中的空气通过第二导入口 Ie而从第二连接部分2b通入到循环路线2中，并且由热交换单元6冷却，而后进一步由蒸发器4冷却。
[0090]除湿控制器3b负责除湿控制。这里，判定(判断)用于除湿控制的开始条件和结束条件，并且基于判定(判断)的结果执行除湿控制。用于除湿控制的开始条件例如是冷却控制结束、冷却控制已经连续地执行达比标准时间段更长的时间、由湿度传感器12检测的电池组I中的湿度B等于或者高于标准湿度Btl等。同时，结束条件例如是除湿控制的执行时间段等于或者长于标准时间段、电池组I中的湿度B下降到低于标准湿度Btl的湿度等。
[0091]如果用于除湿控制的开始条件得以满足，则除湿控制器3b将控制信号输出到蒸发器4以将冷却剂循环到内芯4a。除湿控制器3b还将控制信号输出到风扇5以在逆向方向上吹送循环路线2中的空气。换言之，除湿控制器3b控制风扇5使得空气在与冷却控制器3a相反的方向上循环。因为风扇5在逆向方向上的空气吹送效率被设定为低于顺向方向的空气吹送效率，所以与当冷却控制时在循环路线2中循环的空气的流动率相比，当除湿控制时在循环路线2中循环的空气的流动率降低。此外，流动路径切换阀9a和9b被控制为其中它们分别地使旁通路线7a和7b关闭的状态。
[0092]因此，由蒸发器4冷却的空气中的水分凝结成露水或者在内芯4a的表面上结霜，并且湿度降低。此外，空气由热交换单元6加热并且循环到第二连接部分2b侧，并且从第二导入口 Ie提供到电池组I的外壳主体Ib的内部。在外壳主体Ib的内部中，干燥的并且相当冷的空气从下面侧(从电池组的下部)成层状地填充。同时,在外壳主体Ib的内部中的剩余空气向上推动到上面侧，并且从第一连接部分2a侧通过设置在外壳主体Ib的上部处(电池组的上部中)的多个导入口 Id而传送到循环路线2中，而后到达蒸发器4的附近。[0093]除霜控制器3c负责除霜控制。这里，判定(判断)用于除霜控制的开始条件和结束条件，并且基于判定(判断)的结果执行除霜控制。用于除霜控制的开始条件例如是冷却控制结束、除湿控制结束等。在另一方面，结束条件例如是除霜控制的执行时间段等于或者长于标准时间段。
[0094]如果用于除霜控制的开始条件得以?两足，则除霜控制器3c将控制彳目号输出到蒸发器4以切断冷却剂到内芯4a的传送，并且将控制信号输出到风扇5以在逆向方向上吹送循环路线2中的空气。此外，流动路径切换阀9a和9b分别地被控制为其中使旁通路线7a和7b打开的状态。换言之，在除霜控制中，使循环路线2关闭并且外部空气通过旁通路线7b而提供到蒸发器4。 [0095]因此，凝结成露水或者在蒸发器4的内芯4a的表面上结霜的水被移除。例如，从内芯4a的表面蒸发的水分与外部空气一起地从旁通路线7a排放到车辆的外部。此外，在内芯4a的表面上被凝结成露水的水降落到循环路线2中并且通过旁通路线7a和7b而流出到车辆的外部。
[0096][3.流程图]
[0097]图4是示意地示出由在上文中描述的电池空气调节ECU3执行的控制的内容的流程图。这个流程在电池空气调节E⑶3中反复地执行。
[0098]关于该流程，能够如下地假设:当电池单元Ia充电时执行冷却控制。用于除湿控制的开始条件和用于冷却控制的结束条件是相同的。用于除霜控制的开始条件和用于除湿控制的结束条件是相同的。
[0099]在步骤A10，由冷却控制器3a判定电池单元Ia是否处于充电过程中(充电是否已经开始)。如果在这里判定电池单元Ia处于充电过程中，则处理前进到步骤A15，但是如果判定电池单元Ia并不处于充电过程中，则流程的处理即刻地结束。在步骤A15，判定电池温度T是否等于或者高于判定温度TfkA2。如果与该电池温度T有关的该判定条件得以满足，则处理前进到步骤A20，但是如果该判定条件不满足，则流程的处理即刻地结束。应该指出在步骤AlO和A15的判定条件对应于用于冷却控制的开始条件。
[0100]在步骤S20，由冷却控制器3a执行冷却控制。此时，因为电池单元Ia处于充电过程中并且产生热量，所以外壳主体Ib的内部温度升高。同时，冷却控制与充电控制同时地进行，并且循环路线2中的空气被吹送以沿着顺向方向循环。空气的循环方向是如由图5Ca)中的箭头标记所示出的顺向方向，并且在外壳主体Ib中暖热的空气经过第二连接部分2b并且由热交换单元6冷却，而后进一步由蒸发器4冷却。由蒸发器4冷却的空气如在图2 (a)中所示从多个导入口 Id引入到外壳主体Ib的内部中并且朝着整个电池单元Ia供应。因此，电池单元Ia的温度上升有效地受到抑制。
[0101]这里，对于沿着循环路线2循环的空气的温度分布予以关注。例如，如在图6 (a)中所示意地，当从电池组I流出的空气的温度是大约40 [°C ]并且外部空气温度是25 [°C ]时，空气由热交换单元6冷却到大约30[°C]的温度并且此后由蒸发器4冷却到大约15[°C]的温度。此时，如果假设蒸发器4的冷却剂温度是例如大约_10[°C ]，则内芯4a的表面被其周围的空气暖热到大约10[°C]的温度。然而，因为热交换单元6放置在蒸发器4的上游侧上，所以可以使蒸发器4所需的冷却容量减少达以热交换单元6冷却的热量。
[0102]在电池组I维持温度的同时由蒸发器4冷却的空气被引入到电池组I中。因此，能够由电池组I吸收的生热量变成与在引入到电池组I中的空气的温度和从电池组I流出的空气的温度之间的差相对应的量。
[0103]在随后的步骤A30，冷却控制器3a判定电池单元Ia的充电是否完成。如果在这里判定充电完成，则处理前进到步骤A35，但是如果判定充电没有完成，则处理返回步骤A20。
[0104]在步骤A35，判定电池温度T是否低于判定温度TfkA2。如果与该电池温度T有关的判定条件得以满足，则处理前进到步骤A40，但是如果判定条件不被满足，则处理前进到步骤A36，在该步骤A36仅仅冷却控制继续。应该指出，在步骤A30和A35，判定冷却控制的结束条件(除湿控制的开始条件)，并且即便电池单元Ia处于充满电阶段中，除非电池温度T下降到某个程度，否则也继续冷却控制。
[0105]在步骤A40，由除湿控制器3b进行除湿控制。此时，因为电池单元Ia的充电完成，所以热量产生处于停止状态中并且外壳主体Ib的内部温度处于其下降到某个程度的状态中。因此，在除湿控制中，控制风扇5，使得循环路线2中的空气沿着逆向方向循环。空气的循环方向如由图5 (b)中的箭头标记所示与当冷却控制时的循环方向相反向，并且流速也降低。特别地，在外壳主体Ib中的空气通过第一连接部分2a供应到蒸发器4并且在内芯4a的附近冷却。此外，在空气中的水分凝结成露水或者在内芯4a的表面上结霜并且在关于蒸发器4的下游侧中的空气变得干燥。
[0106]干燥、低温空气由热交换单元6暖热并且从第二导入口 Ie引入外壳主体Ib中。此夕卜，在外壳主体Ib的内部中，干燥空气如在图2 (b)中所示从下面侧成层状地填充。应该指出，随着从第二导入口 Ie引入的干燥空气的温度更低地下降，空气变得更可能在下面侧上积聚并且变得较不可能与外壳主体Ib的内部中的空气混合。
[0107]在另一方面，在外壳主体Ib的内部中的剩余空气被向上推动到上面侧并且通过设置在外壳主体Ib的上部处的多个导入口 Id从第一连接部分2a侧流出到循环路线2中。因此，在外壳主体Ib的内部中包含水分的空气不断地从下面由干燥空气取代。相应地，当除湿控制时在外壳主体Ib内部中的水(潮度、湿度)量的依时间变化如由图7中的实线所示呈现大致线性的变化，并且在空气中的水(潮度、湿度)量在某个时间h减少到大致零。
[0108]应该指出在图7中所示的虚线曲线示出当在除湿控制时循环路线2中的空气在顺向方向上循环时的水量的依时间变化。在此情形中，因为包含水分的空气和干燥空气在外壳主体Ib中相互混合，所以能够认识到，随着水量减少，减少率下降(即，减少率变得更小)。
[0109]在图6 (b)中例示了当除湿控制时在循环路线2中的空气的温度分布。当在电池组I中的温度为大约20 [°C ]时，空气立即地被蒸发器4冷却。如果假设蒸发器4的冷却剂温度为例如大约_10[°C ]，则因为当除湿控制时空气的流速是低的，所以空气的温度也下降到大约_10[°C]的温度。在另一方面，如果外部空气温度为大约25[°C]，则空气自然地被热交换单元6暖热到大约15到20 [°C ]的温度，而后被引入到电池组I中。相应地，结露或者结霜不会形成在电池组I中。
[0110]在随后的步骤A50，除湿控制器3b判定除湿控制是否完成。如果在这里判定除湿控制完成，则处理前进到步骤A60，但是如果判定除湿控制未完成，则处理返回到步骤A40。这里，判定除湿控制的结束条件(除霜控制的开始条件)。除非在这里该条件得以满足，否则继续除湿控制。例如，如果由湿度传感器12检测的湿度低于预定除湿或者除湿控制的执行时间等于或者长于标准时间段，则结束除湿控制。[0111]在步骤A60，由除霜控制器3c进行除霜控制。此时，电池单元Ia的热量产生处于停止状态中，并且外壳主体Ib的内部温度并不升高。在另一方面，存在由于前面所紧接的除湿控制，结露或者霜可能附着到蒸发器4的内芯4a的可能性。因此，通过除霜控制，使循环路线2关闭并且使流动路径切换阀9a和9b被控制为其中旁通路线7a和7b由此分别地打开的状态。此外，利用蒸发器4，使冷却剂到内芯4a的供应切断并且使冷却功能和水分凝结功能停止。
[0112]如果在如上所述的这种状态中驱动风扇5，则如由图5 (C)中的箭头标记所示外部空气通过旁通路线7b而供应到蒸发器4，并且从内芯4a的表面蒸发的水分连同外部空气一起从旁通路线7a被排放到车辆的外部。此外，在内芯4a的表面上凝结成水滴的水分在循环路线2中降落并且通过旁通路线7a和7b流出到车辆的外部。
[0113]在随后的步骤A70，除霜控制器3c判定除霜控制是否完成。如果在这里判定除霜控制完成，则这个流程的处理结束，但是如果判定除霜控制未完成，则处理返回到步骤A60。这里，判定用于除霜控制的结束条件，并且维持除霜控制直至条件在此得以满足。例如，如果除霜控制的执行时间继续了标准时间段或者更长，则除霜控制结束。
[0114][4.工作、效果]
[0115]在上述用于电池组I的空气调节控制装置中，循环路线2中的空气的空气调节控制使得空气在冷却控制时和在除湿控制时在相反的方向上循环。通过如刚刚描述的这种控制配置，如由图6 (a)和图6 (b)所示，使得空气在循环路线2中的温度分布形状是不同的，以改变温度特性。应该指出位置A0和A5分别对应于循环路线2的第一连接部分2a和第二连接部分2b的位置，并且位置A1和A2分别对应于蒸发器4在第二连接部分2b侧上的端部和蒸发器4在第一连接部分2a侧上的端部的位置。此外，位置A3和A4分别对应于热交换单元6在第二连接部分2b侧上的端部和热交换单元6在第一连接部分2a侧上的端部的位置。
[0116]例如，关注蒸发器4在第二连接部分2b侧上的端部A1和蒸发器4在第一连接部分2a侧上的端部A2之间的温度梯度，能够看到图6 (a)和图6 (b)呈现了相反的梯度。换言之，使得能够大量地改变在第一连接部分2a或者第二连接部分2b附近的空气的温度，而不需要改变蒸发器4用于冷却空气的原始功能或者不需要另外设置诸如消耗过多能量的加热器的额外装置。因此，能够利用简单的构造比较自由地调节将被引入到电池组I中的空气的温度并且适当地控制电池组I中的空气的温度和湿度。
[0117]此外，在上述空气调节控制装置中，当冷却控制时，热交换单元6关于蒸发器4位于上游侧上。换言之，在电池组I中的高温空气由热交换单元6冷却一次之后，其热量由蒸发器4移除。因此，将被引入到蒸发器4中的空气的温度变得低于电池组I中的空气的温度。因此，能够减小蒸发器4的工作负荷，并且能够改进当冷却控制时电池组I的冷却效果。
[0118]在另一方面，当除湿控制时，热交换单元6关于蒸发器4位于下游侧上。换言之，其热量由蒸发器4移除的空气通过热交换单元6与外部空气热交换并且被供应到电池组I。因此，将被引入电池组I中的空气的温度变得高于其热量由蒸发器4移除的空气的温度。因此，能够防止在电池组I中的结露。
[0119]应该指出，如在图6 (a)和图6 (b)中所示，热交换单元6在第二连接部分2b侧上的端部A3和热交换单元6在第一连接部分2a侧上的端部A4之间的温度梯度并不变成如由蒸发器4所设置的那样的相反梯度。这个事实示出热交换单元6的功能响应于空气的循环方向而改变。通过使用以此方式与外部空气执行热交换的热交换单元6，能够利用外部温度作为参考自动地切换冷却功能和温度升高功能(加热功能)。因此，存在能够更适当地控制电池组I中的空气的温度和湿度的优点。
[0120]此外，在上述空气调节控制装置中，当电池单元Ia充电时进行冷却控制，并且在冷却控制完成之后进行除湿控制。通过当在其中来自电池单元Ia的热辐射量大的充电时进行冷却控制，电池单元Ia的特性能够得以维持，电池单元Ia的寿命能够得以确保，充电效率能够得以改进并且充电时间周期能够得以缩短。此外，即使充电完成，只要电池温度T是高的，冷却控制也仍然继续。因此，例如，能够进一步增强电池特性的劣化防止效果。在另一方面，因为当在来自电池单元Ia的热辐射得以终结的充电结束之后执行除湿控制，所以循环路线2中的空气中的水分变得更可能通过蒸发器4凝结成露水并且能够改进除热效果O
[0121]此外，在上述空气调节控制装置中，当除湿控制时风扇5的流速被设定为低于当冷却控制时的流速。因此，即使在循环路线2中的空气的温度是高的，也易于维持蒸发器4的内芯4a的温度低于结露点，并且能够必然地产生结露或者结霜。而且，通过减小空气的流速，能够延长在内芯4a和空气之间的接触时间，并且能够促进水分的结露。由此，利用蒸发器4的除湿效果能够进一步增强。
[0122]此外，在上述空气调节控制装置中，设置了用于当除霜控制时将在循环路线2中凝结的水或者霜排放到循环路线2的外部的旁通路线7a和7b。通过将外部空气经过旁通路线7a和7b吹送到蒸发器4，能够不仅允许附着到蒸发器4的内芯4a的表面的水滴或者蒸发的水分流出而且还容易地使在内芯4a的表面上冻结的霜融化。因此，能够容易地排放循环路线2中的水分，并且能够改进排放速度和排放效率。
[0123]而且，在上述空气调节控制装置中，如在图2 Ca)中所示，当冷却控制时将空气引入到外壳主体Ib中的引入方向是向下方向(从上到下的方向)，并且冷却空气通过在多个电池单元Ia之间的开放空间从上方移动到下方。因此，能够将冷却空气供应到整个电池单元la，并且能够提高冷却性能。在另一方面，因为当除湿控制时空气从外壳主体Ib的下方供应到上方，所以能够改进外壳主体Ib的空气流通(空气循环)，并且包含水分的空气能够被干燥的空气取代。因此，能够在短时间中降低温度和水量。
[0124]此外，在上述空气调节控制装置中，因为导入口 Id当冷却控制时设置在多个位置处，所以易于将冷却空气甚至扩散到外壳主体Ib的每一个角部，并且能够提高冷却性能。此外，在如在图2 Ca)中所示根据所容纳的电池单元Ia的放置来设定导入口 Id的位置的情况下，冷却空气能够均匀地供应到多个电池单元la，并且存在能够将各个电池单元Ia控制为均匀的温度的优点。
[0125]以此方式，利用在上文中描述的用于电池组I的空气调节控制装置，通过当冷却控制时和当除湿控制时在相反的方向上循环空气，能够使得当由蒸发器4冷却的空气被引入到电池组I中时的温度(即，当冷却控制时在第一连接部分2a附近的温度和当除湿控制时在第二连接部分2b附近的温度)是相互不同的。因此，能够调节电池组I中的空气的温度和湿度。
[0126]此外，通过逆转空气的循环方向，能够如在图6 (a)和图6 (b)中所示大量地大幅地改变温度分布特性，并且促进了电池组I中的空气的温度和湿度的调节。因此，能够干燥电池单元Ia周围的环境，能够有效率地冷却电池单元la，并且能够抑制电池单元Ia的劣化。
[0127][5.修改]
[0128]虽然在上述实施例中，风扇5用于循环在循环路线2中的空气，但是用于循环空气的具体措施(有形设备或者装置)不限于此。例如，可以采用利用空气泵或者真空泵来循环空气的可替代配置。能够至少逆转空气的循环方向的任何措施均呈现与在上文中描述的实施例的那些效果类似的效果。这种替代类似地还应用于蒸发器4或者热交换单元6，并且能够对于具体的热交换采用任意的措施。
[0129]而且，关于电池空气调节E⑶3的控制，在图4中所示的流程图中，当电池单元Ia充电时执行冷却控制，并且用于除湿控制的开始条件和用于冷却控制的结束条件是彼此相同的，同时用于除霜控制的开始条件和用于除湿控制的结束条件是彼此相同。然而，开始条件和结束条件不限于此。可应用各种条件。
[0130]例如，不仅当充电时，而且还当放电时(例如，当电池由安装在车辆上的电气装置消耗时、当车辆正在行驶时等)或者当由温度传感器11检测的电池温度T与任何其它条件无关地等于或者高于标准值时，可以进行冷却控制。或者，可以响应于当冷却控制完成时的电池温度T或者湿度进行除湿控制。通过以此方式响应于电池单元Ia的状态适当地执行冷却控制或者除湿控制，使得更加易于维持电池单元Ia的特性并且延长电池的寿命成为可能。
[0131]此外，在上文中描述的实施例中，空气调节控制装置具有管道结构，该管道结构当除霜控制时从旁通路线7b吸入外部空气并且将外部空气吹送到蒸发器4而后从另一条旁通路线7a排放空气。然而，可以采用一种更简单的结构。例如，放泄孔和可打开且可关闭的盖子部件可以设置在蒸发器4的下部中，使得当除霜时，将盖子部件打开以使循环路线2释放到外部，从而进行放泄。
[0132]应该指出，虽然上述示例性实施例指示安装在车辆10上的电池组I的冷却和除湿，但是用于电池组的本空气调节控制装置的应用目的不限于此。例如，用于电池组的本空气调节控制装置不仅能够应用于混合动力车或者燃料电池车，而且还能够在温度管理和湿度管理的控制下应用于具有电池的车辆、电子装置、计算机等。在另一方面，考虑到用于电池组的本空气调节控制装置优选地包括用于移除电池组中的空气的热量的措施(设备或者装置)或者用于在该空气和外部空气之间进行热交换的措施(设备或者装置)，它能够适当地用于结合电池并且在室外使用的装置。
【权利要求】
1.一种用于电池组的空气调节控制装置，包括: 除热单元，该除热单元从容纳电池单元的电池组中的空气除热，以将所述空气冷却或者除湿； 循环路线，该循环路线将所述电池组和所述除热单元相互连接，以使所述空气再循环；以及 方向控制器，该方向控制器当冷却时和当除湿时以相反的方向控制所述空气在所述循环路线中的流动方向。
2.根据权利要求1所述的用于电池组的空气调节控制装置，还包括: 热交换单元，当所述冷却时，该热交换单元在关于所述除热单元的上游侧上设置在所述循环路线上，并且该热交换单元在所述空气和外部空气之间进行热交换。
3.根据权利要求1或2所述的用于电池组的空气调节控制装置，还包括: 空气调节控制器，该空气调节控制器当所述电池单元充电或者放电时进行用于冷却所述空气的冷却控制，并且在所述充电结束之后进行用于将所述空气除湿的除湿控制。
4.根据权利要求3所述的用于电池组的空气调节控制装置，其中 所述空气调节控制器使当所述除湿控制时将在所述循环路线中循环的空气的流速从当所述冷却控制时将在所述循环路线中循环的空气的流速降低。
5.根据权利要求1到4中任何一项所述的用于电池组的空气调节控制装置，还包括: 旁通路线，该旁通路线允许当所述除湿时附着到所述除热单元的结露从所述循环路线流出。
6.根据权利要求1到5中任何一项所述的用于电池组的空气调节控制装置，还包括: 第一导入口，该第一导入口设置在所述电池组的上部中，并且当冷却所述空气时将所述空气从所述循环路线引入到所述电池组中；以及 第二导入口，该第二导入口设置在所述电池组的下部中，并且当对所述空气除湿时将所述空气从所述循环路线引入到所述电池组中。
7.根据权利要求6所述的用于电池组的空气调节控制装置，其中 所述第一导入口设置在所述电池组的上面的多个位置处，并且朝着容纳在所述电池组中的整个电池单元供应所述空气；并且 所述第二导入口设置在所述电池组的拐角部处，并且从所述电池组的下面侧成层状地供应所述空气。
【文档编号】B60L11/18GK103648824SQ201280025457
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年4月23日 优先权日:2011年5月23日
【发明者】谷山晃一, 棚田浩, 田川嘉夫, 宫下拓也, 恒川肇, 跡部啓吾, 日比野真彦, 田丸奏, 永田香織, 北田耕嗣 申请人:三菱自动车工业株式会社