JP2005063682A - Battery cooling control device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車やハイブリッド電気自動車などの電気車に搭載されたバッテリのように、走行用モータなどの負荷との間で充放電を行うバッテリ冷却制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、電気モータの駆動力によって走行する電気自動車やエンジンとモータの両方の駆動力を使用するハイブリッド電気自動車が普及しつつある。バッテリは充放電時に発熱するが、バッテリ温度が上昇すると電池性能が低下するばかりでなく寿命も著しく低下するため、バッテリ冷却用の冷却ファンを備えたものがある。そのような冷却ファンを備えたものでは、バッテリ温度やバッテリ収容空間の温度に基づいて冷却ファンを駆動させ、バッテリ温度を所定温度範囲に維持させるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平10−306722号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バッテリを大電流で充電した場合には、ジュール熱に加えてガス吸収反応などの副反応による発熱が生じやすい。ところが、上述したようなバッテリ温度に基づいて冷却ファンを制御する場合には、大電流充電開始時のバッテリ温度が低いと冷却ファンが停止しているため、バッテリ温度が急激に上昇して発電効率が急激に悪化する。そのため、大電流充電では充電効率が悪化した状態で充電が行われ、回生電力が有効に利用されていなかった。
【0005】
本発明は、充電時の充電電流値の大きさに応じてバッテリ用冷却装置の駆動を制御することにより、電池性能を適切に保つことができるバッテリ冷却制御装置を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明では、バッテリはそれに接続されたエネルギー変換装置への放電や、エネルギー変換装置による充電が行われ、そのバッテリは冷却装置により冷却される。そして、電流検出手段で検出されたバッテリの充電電流値が、バッテリの充電効率が所定値となる所定充電電流値を超えたときに、制御装置は冷却装置によるバッテリの冷却を行わせることを特徴とする。
【0007】
【発明の効果】
本発明によれば、バッテリの充電電流値が、バッテリの充電効率が所定値となる所定充電電流値を超えたときに冷却装置でバッテリを冷却するようにしたので、副反応による発熱の生じる大充電電流の場合でも、バッテリ温度を従来より低く抑えることができる。その結果、充電効率の低下が防止され、効率よく回生充電が行われて回生電力の有効利用を図ることができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。
−第1の実施の形態−
図1は本発明によるバッテリ冷却制御装置の第1の実施の形態を説明する図である。本発明のバッテリ冷却制御装置をハイブリッド自動車のバッテリ冷却に適用した場合の、概略構成を示すブロック図である。図1に示すハイブリッド自動車はパラレル方式とシリーズ方式とを組み合わせたものであり、駆動源としてエンジン1と電動モータ2とを備えている。エンジン1は動力分割機構3を介して減速機5および発電機4と接続され、エンジン1の駆動力は動力分割機構3によって車輪6の駆動力と発電機4の駆動力とに分割される。
【0009】
電動モータ2はインバータ7を介して主バッテリ8と接続されている。モータ走行時には主バッテリ8から電動モータ2に電力が供給され、制動時には電動モータ2を回生発電させ、その回生電力により主バッテリ8を充電する。車両コントローラ(HCM)9は、アクセルセンサ10で検出されたアクセルペダル踏み込み量、ブレーキセンサ11で検出されたブレーキペダル踏み込み量、車速センサ12で検出された車両の走行速度等に基づいて、エンジンコントローラ(E/C)13,モータコントローラ14,バッテリコントローラ15およびブレーキコントローラ16を制御し、車両の駆動力と制動力とを制御する。
【0010】
ブレーキコントローラ16は、車両コントローラ9からの指令信号に基づいて油圧源17を制御して、車輪6に設けられた油圧ブレーキ(不図示)による制動力を調整する。エンジンコントローラ(E/C)13は、車両コントローラ9から送信されるエンジン1の始動/停止信号に基づいてエンジン1の始動・停止制御を行うとともに、エンジントルクが車両コントローラ9からのトルク指令値に一致するように不図示のスロットルバルブ開閉装置、燃料噴射装置および点火時期制御装置を制御する。
【0011】
モータコントローラ14は、車両コントローラ9から送信される電動モータ2の駆動(力行)指令および回生制動(発電制動)指令と回転速度指令とに基づいて、インバータ7を制御して電動モータ2の回転速度およびトルクを調整する。バッテリコントローラ15は、車両コントローラ9からの指令信号、電圧センサ18で検出されたバッテリ電圧、電流センサ19で検出された充放電電流、温度センサ20で検出されたバッテリ温度などに基づいて、主バッテリ8の充放電制御および充電状態(SOC:State Of Charge)の演算を行う。
【0012】
補記用バッテリ21はエアコンやオーディオや等の補機22や主バッテリ用冷却ファン23を駆動するためのバッテリであり、例えば12Vのバッテリが用いられる。DC/DCコンバータ24は主バッテリ1の高電圧の電力を12Vの電力に変換し、変換された電力は補記用バッテリ21に供給される。冷却ファン23は、主バッテリ8が収納されているバッテリ室25の冷却風出口25a付近に設けられている。冷却ファン23を駆動すると、冷却風がバッテリ室25の冷却風取り入れ口25bから強制的の取り込まれ、主バッテリ8から熱を奪った後に冷却風出口25aから排出される。なお、冷却ファン23の駆動制御は、車両コントローラ9によって行われる。
【0013】
図1に示したハイブリッド自動車では、発進時や、ごく低速で走行する場合には、主バッテリ8の電力で電動モータ2を駆動して走行する。通常走行時には、エンジン動力を動力分割機構3で2経路に分割し、分割された動力の一方は車輪5を直接駆動する。他方は発電機4を駆動して発電し、その電力で電動モータ2を駆動して走行駆動力をアシストする。より大きな駆動力を必要とする全開加速時には、主バッテリ8からも電動モータ2に電力が供給される。
【0014】
このような力行時には、前述したようにアクセル操作量、ブレーキ操作量、車速に基づいて車両の駆動力を決定する。また、演算されたバッテリ1のSOCに基づいて発電の必要があるか否かを決定し、上述した駆動力および発電の必要性などの情報に基づいてエンジン1、電動モータ2、発電機4の発生するトルクを演算し、エンジン1、電動モータ2および発電機4を制御する。例えば、主バッテリ8のSOCが小さくなりすぎた場合には、エンジン1の動力で発電機4を駆動して主バッテリ8を充電する。
【0015】
制動時および減速時には、車輪5の駆動力によって電動モータ2を駆動し、電動モータ2を発電機として動作させて回生発電を行う。そして、その回生電力で主バッテリ8を充電する。その際、車両の回生制動力を考慮したうえでエンジン1,電動モータ2,発電機4を制御するとともに、要求制動力から主バッテリ8の最大充電可能電力に相当する回生制動力を減じた制動力を、エンジンブレーキまたは油圧ブレーキで発生させる。
【0016】
《冷却ファン駆動制御の説明》
次に、図2のフローチャートを参照して、第1の実施の形態における冷却ファン23の駆動動作について説明する。図2は車両コントローラ9によって実行される処理を示したものであり、図2の一連の処理は車両のイグニッションスイッチがオンされると実行され、イグニッションスイッチがオフされるまで所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【0017】
ステップS10では、バッテリ8に設けられた温度センサ20によりバッテリ温度Tを検出する。ステップS20では、予め決められた設定温度T1と検出されたバッテリ温度Tとを比較し、バッテリ温度Tが設定温度T1よりも大きいか否かを判定する。
【0018】
図3はバッテリの充電効率の温度変化の一例を示したものであり、バッテリ温度が上昇するにつれて受電効率は低下する。図3に示す例では35℃までは直線的に緩やかに変化しているが、35℃を越えると充電効率が急激に低下している。そのため、本実施の形態では、設定温度T1(例えば、35℃)を設定して、バッテリ温度Tが設定温度T1を越えたら、主バッテリ8を冷却ファン23を用いてファン冷却する。なお、放電の際にもバッテリ温度Tは上昇するので、図2のフローチャートでは充電の場合および放電の場合の両方を含めて考えている。
【0019】
ステップS20においてT>T1と判定されるとステップS30に進み、T≦T1と判定されるとステップS40へ進む。ステップS30では、冷却ファン23により主バッテリ8を冷却する。その場合、バッテリ温度Tに応じて冷却ファンデューティ(冷却ファン風量)を設定する。
【0020】
図4は冷却ファンデューティ設定の一例を示す図であり、縦軸はファンデューティ(%)、横軸はバッテリ温度T(℃)を表している。図4ではT1=35℃とし、バッテリ温度Tの増加に対してファンデューティを階段状に増加させている。この制御例では、バッテリ温度Tが35℃以下の場合には冷却ファン23を停止(デューティ0%)させ、T1=35℃を超えたならばデューティを33%に切り換える。同様にバッテリ温度Tが45℃を超えたならばデューティを35%から67%に切り換え、55℃を超えたならばデューティを67%から100%に切り換える。T>55℃ではデューティ=100%とする。なお、いったん閾値(35℃、45℃、50℃)を超えたら、数〜数十秒の間はそのファンデューティに固定される。
【0021】
ステップS20でT≦T1と判定されてステップS40に進んだ場合には、ステップS40においてバッテリ温度Tが第2の設定温度T2よりも大きいか否かを判定する。設定温度T2はT2<T1のように設定されており、ステップS40でT≦T2と判定されるとステップS80に進んで冷却ファン23を停止するファン非作動状態とする。一方、ステップS40でT>T2と判定されるとステップS50に進んで電流センサ19により主バッテリ8の充放電電流Iを検出する。
【0022】
ステップS60ではステップS50で検出された充放電電流Iが所定値I0よりも高いか否かを判定する。図5は充電電流とバッテリの充電効率との関係を示す図であり、充電電流が高くなるにつれて充電効率が低下する。図5に示す例では、I充電電流が10Aより小さい領域では充電効率はほとんど変化せずほぼ100%となっているが、10Aを超えると低下が著しくなり充電電流=100Aでは充電効率=60%まで低下する。
【0023】
このように主バッテリの充電効率が低くなると、ジュール熱による発熱に加えてバッテリの化学反応に起因する発熱が余分に発生することになる。NiMH電池の場合、化学反応は充電時には発熱反応で、放電時には吸熱反応となる。また、正極から発生する酸素ガスを負極で消費する際にも発熱する。そのため、充電電流が大きい場合はバッテリ温度Tが上昇しやすく、その結果、充電効率がますます低下することになる。
【0024】
そこで、ステップS60において電流センサ19で検出される電流IがI>I0>0と判定された場合には、ステップS70に進んで、電流Iを考慮したファン冷却が行われる。一方、ステップS60でI≦I0と判定された場合には、電流Iによる充電効率低下はほとんどなく化学反応に起因する余分な発熱を考慮する必要がないので、ステップS80へ進んでファン非作動状態とする。なお、図5のような関係がある場合、所定値I0としては例えば10Aに設定する。
【0025】
図6および7は、ステップS70における冷却ファンの動作例を示す図であり、横軸は充電電流Iで、縦軸はファンデューティである。図6に示す例では、電流値I0=10AおよびI2=100Aの間ではファンデューティを0%から100%まで直線的に増加させて、充電電流Iが高いほど冷却風量を大きくして冷却能力を増加させるようにしている。そして、I≦I0=10Aの領域ではファンデューティを0%とし、I>I2=100Aの領域ではファンデューティを100%とする。
【0026】
図7に示す例では、充電電流Iの増加に従ってファンデューティを階段状に増加させるようにしている。すなわち、I1(=60A)≧I>I0ではファンデューティ=33%とし、I2≧I>I1ではファンデューティ=67%とし、I>I2ではファンデューティを100%としている。この場合も、I≦10Aの領域ではファンデューティを0%とする。なお、図6,7の場合も、図4の場合に説明したように、いったん閾値(I0,I1,I2)を超えたら、数〜数十秒の間はそのファンデューティに固定される。
【0027】
上述したステップS30,S70,S80の処理が終了すると図2に示したフローチャートの一連の処理が終了し、所定時間の後に再び図2のフローチャートが実行される。以後、イグニッションスイッチがオフされるまで図2に示した一連処理が繰り返し実行される。図8は上述した冷却ファン動作・非動作パターンを図示したものであり、縦軸は充放電の際の電流値を、横軸はバッテリ温度Tを表している。
【0028】
斜線を施した領域がファン駆動制御が行われる動作領域を表し、その他の領域が非動作領域である。バッテリ温度TがT>T1の領域では、電流Iの大きさに関係なくファン駆動制御を行う。一方、バッテリ温度TがT2<T≦T1の領域では、I>I0の場合にファン駆動制御が行われる。バッテリ温度TがT2以下の場合には、電流Iに関係なく冷却ファン23は非動作とされる。
【0029】
図9は、上述した冷却ファン駆動制御を行った場合のバッテリ温度変化(破線L1)と、図6,7に示すような電流Iに応じたファンデューティの制御を行わなかった場合のバッテリ温度変化(実線L2)とを示す図である。図から明らかなように、本実施の形態ではバッテリ温度Tの上昇を35℃程度に抑えられているが、ファンデューティの制御を行わなかった場合には45℃にまで達する。
【0030】
第1の実施の形態では、副反応による発熱の生じる大充電電流の場合にファンデューティを大きくするようなファン制御を行うことにより、大充電電流の場合でもバッテリ温度を従来より低くすることができる。その結果、充電効率の低下が防止され、効率よく回生充電が行われて主バッテリ8の性能を十分に引き出すことができ、回生電力の有効利用を図ることができる。
【0031】
−第2の実施の形態−
回生充電を行う際、主バッテリ8には受け入れ可能な電力に限度があり、主バッテリ8の充電可能電力を超えて充電することはできない。そのため、回生エネルギーが充電可能電力を超えてしまう場合には、充電可能電力を超える余分なエネルギーは、油圧ブレーキによって熱エネルギーとして放出したり、余剰電力を抵抗を用いたりして熱エネルギーに変換したりするなど、利用されず無駄になっていた。第2の実施の形態では、主バッテリ8の充電に利用できない余剰回生電力を利用して冷却ファン23を駆動するようにした。
【0032】
《冷却ファン駆動制御の説明》
図10,11は第2の実施の形態における冷却ファン23の駆動制御の一例を示すフローチャートであり、ステップS10からステップS80までの処理は図1に示したフローチャートの処理と同一である。よって、以下では、ステップS10からステップS80までの説明は省略し、ステップS100以降の処理について説明する。なお、図10,11のフローチャートの場合も、上述した図1の場合と同様に車両のイグニッションスイッチがオンされると実行され、イグニッションスイッチがオフされるまで所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【0033】
図10のステップS30またはステップS70の処理が終了すると、いずれの場合もステップS100へ進む。また、ステップS80の処理が終了した場合には、図1の場合と同様にファン制御の処理を終了する。ステップS100では、アクセルセンサ10、ブレーキセンサ11、車速センサ12の各検出値から算出されるアクセル操作量、ブレーキ操作量および車速に基づいて、車両に要求されている要求制動力Fを演算する。
【0034】
ステップS110では、電動モータ2で回生充電を行う際の発電可能電力Pgを演算する。まず、アクセル操作量、ブレーキ操作量からドライバーが要求している減速速度を算出する。次に、この減速速度と車両重量、減速機の変速比などの情報とに基づいて最大発電トルクを算出する。そして、算出された最大発電トルクとモータ回転数とから発電可能電力Pgが算出される。
【0035】
ステップS110の処理が終了したならば、図11のステップS120に進んで、主バッテリ8の受け入れ可能電力である充電可能電力Pcを演算する。電流センサ19および電圧センサ18により、主バッテリ8を充放電しているときの電圧および電流を複数サンプリングする。次に、サンプリングデータから回帰演算により図12に示すようなIV特性直線L10を求める。このIV特性直線L10と予め定められた充電終止電圧V’との交点Xの電流値I’を求め、Pc=V’×I’により充電可能電力Pcを算出する。
【0036】
ステップS130では、ステップS30またはステップS70の処理で得られた冷却ファン動作時のファンデューティに基づいて、冷却ファン動作により消費される電力Pfを演算する。続く、ステップS140では、ステップS120で算出された充電可能電力PcとステップS130で算出されたファン消費電力Pfとの和P=Pc+Pfを演算する。この電力Pは、回生充電時のバッテリ充電と冷却ファン駆動とに必要とされる電力の最大値を表している。そのため、回生発電による電力が必要最大電力Pよりも大きい場合、必要最大電力Pを超える分はバッテリ充電およびファン駆動に利用することができない。
【0037】
ステップS150では、ステップS140で算出した必要最大電力PとステップS110で算出した発電可能電力Pgとを比較し、Pg>Pか否かを判定する。すなわち、冷却ファン駆動とバッテリ充電とに必要とされる必要最大電力Pよりも大きな電力を、回生発電によって発電可能か否かを判定する。ステップS150で発電可能電力PgがPg>Pであると判定されると、すなわち、必要最大電力Pが回生発電によって発電可能であると判定されるとステップS160へ進み、Pg≦Pであると判定されるとステップS170へ進む。
【0038】
ステップS150からステップS160に進んだ場合には、ステップS140で算出された必要最大電力P(=Pc+Pf)を回生利用可能電力Prとする。ここで、回生利用可能電力Prとは、バッテリ充電および冷却ファン駆動を回生電力により行う場合に利用可能な電力を表している。一方、ステップS150で発電可能電力PgがPg≦Pであると判定されてステップS170へ進んだ場合には、ステップS170においてPg>Pcか否かを判定する。すなわち、ステップS170では主バッテリ8の受け入れ可能電力Pcよりも大きな電力を回生発電できるか否かを判定する。
【0039】
ステップS170でPg>Pcと判定されると、ステップS180へ進んでステップS110で算出された発電可能電力Pgを回生利用可能電力Prに設定する。また、ステップS170で発電可能電力PgがPg≦Pcと判定されるとステップS190へ進み、ステップS120で算出された主バッテリ8の充電可能電力Pcを回生利用可能電力Prに設定する。この場合、回生電力は全て主バッテリ8の充電に利用される。
【0040】
このように、ステップS160,S180,S190で回生可能電力Prを設定したならば、回生利用可能電力Prを回生制限値として主バッテリ8の充電制御および冷却ファン23の駆動制御を行う。ステップS160またはステップS180のように回生利用可能電力Prを設定した場合、回生利用可能電力Prは最大でPc+PfまたはPgとなり充電可能電力Pcよりも大きくなるが、主バッテリ8自体の充電は充電可能電力Pcを電池充電制限値として充電制御を行う。
【0041】
そして、実際に回生利用可能電力Prとして回生された電力から充電可能電力Pcを差し引いた残りの余剰電力が、DC/DCコンバータ24を経由して冷却ファン23の駆動エネルギーとして利用される。また、ステップS190のように設定された場合には、上述したように回生利用可能電力Prとして回生された電力は全て主バッテリ8の充電に利用され、冷却ファン23の駆動には補機用バッテリ21の電力が利用される。
【0042】
図13は上述した充電制限制御の一例を示す図であり、縦軸は充電制限値(kW)、横軸はバッテリ温度T(℃)である。実線L11が主バッテリ8が受け入れ可能な電池可能電力(充電制限値)Pcを示しており、破線L12は回生利用可能電力(回生制限値)Prを示している。なお、図13に示す破線L12はステップS160またはステップS180が実行された場合の回生利用可能電力Prであり、バッテリ充電と冷却ファン駆動とを考慮した場合のものである。
【0043】
ステップS190が実行された場合には、回生利用可能電力Pr(破線L12)は電池可能電力Pc(実線L11)と一致する。なお、バッテリ温度TがT2を超えた場合だけ、図10,11のステップS100以後の処理が実行されるので、破線L2はT>T2の領域のみに示されている。すなわち、バッテリ温度TがT2以下の場合には実線L11に基づいて主バッテリ8の充電制御が行われ、バッテリ温度TがT2を超えた場合には破線L12に基づいてバッテリ充電制御と冷却ファン駆動制御とが行われる。
【0044】
図13に示す例では、主バッテリ8の電池充電制限値は35kWであり、T>T2では36kWが回生制限値とされる。ステップS160が実行された場合には、これらの差である1kWが上述したPfであって、ファン駆動に使用可能な回生電力である。このバッテリ充電に利用されない最大1kW分の電力がファン駆動に利用されるが、これはファン駆動に消費される電力の最大値であって、冷却ファン23の駆動状況によって実際に利用される電力は異なる。
【0045】
図14は充放電電力の時間的な推移と、冷却ファン駆動に利用可能な電力とを示す図である。電池充電制限値を超える斜線を施した部分Dはバッテリ充電に利用できない余剰電力であり、この余剰電力が冷却ファン駆動に利用される。なお、斜線部分Dの余剰電力が冷却ファン駆動に必要とされる電力よりも小さい場合には、その不足分は補機用バッテリ22から供給される。
【0046】
従来は、バッテリ温度TがT2よりも高い場合でも実線L1により回生制御を行っている。そのため、主バッテリ8の充電可能電力Pcに相当する回生制動力が要求制動力よりも小さい場合には、メカニカルなブレーキを作動させて制動力を補ったり、充電可能電力Pcよりも余分に回生発電された電力を抵抗を用いたりして熱エネルギーに変換させるなどしていた。
【0047】
一方、本実施の形態では、上述したように充電可能電力Pcよりも余分に回生発電された余剰電力(図14の斜線部分D)を、冷却ファン23の駆動に利用しているため、従来は熱エネルギーとして無駄に捨てられていた回生エネルギーを有効利用することができる。その結果、車両全体としてのエネルギー効率を向上させることができる。
【0048】
上述した実施の形態では、主バッテリ8の冷却装置として冷却ファン23を用いているが、冷却ファンに限らず種々の冷却装置にも適用できる。以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、電動モータ2はエネルギー変換装置を、主バッテリ8はバッテリを、車両コントローラ9は発電電力演算手段、制御手段をそれぞれ構成する。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるバッテリ冷却制御装置の第1の実施の形態を説明する図である。
【図2】第1の実施の形態における冷却ファン駆動制御を説明するフローチャートである。
【図3】バッテリの充電効率の温度変化の一例を示す図である。
【図4】冷却ファンデューティ設定の一例を示す図である。
【図5】充電電流とバッテリの充電効率との関係を示す図である。
【図6】ファンデューティ設定の一例を示す図である。
【図7】ファンデューティ設定の他の例を示す図である。
【図8】冷却ファンの動作・非動作パターンを示す図である。
【図9】冷却ファン駆動制御時のバッテリ温度変化を示す図である。
【図10】第2の実施の形態におけるフローチャートを示す図である。
【図11】図10に続く処理手順を示すフローチャートである。
【図12】IV特性直線を説明する図である。
【図13】第2の実施の形態における充電制御の一例を示す図である。
【図14】充放電電力の時間的な推移と、冷却ファン駆動に利用可能な電力とを示す図である。
【符号の説明】
1 エンジン
2 電動モータ
7 インバータ
8 主バッテリ
9 車両コントローラ
13 エンジンコントローラ
14 モータコントローラ
15 バッテリコントローラ
18 電圧センサ
19 電流センサ
20 温度センサ
21 補記用バッテリ
23 冷却ファン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery cooling control device that charges and discharges with a load such as a traveling motor such as a battery mounted on an electric vehicle such as an electric vehicle or a hybrid electric vehicle.
[0002]
[Prior art]
In recent years, electric vehicles that run with the driving force of an electric motor and hybrid electric vehicles that use the driving force of both an engine and a motor are becoming popular. Although the battery generates heat during charging and discharging, not only does the battery performance deteriorate as the battery temperature rises, but the life of the battery significantly decreases, and some batteries have a cooling fan for cooling the battery. A device including such a cooling fan is known in which the cooling fan is driven based on the battery temperature or the temperature of the battery housing space to maintain the battery temperature in a predetermined temperature range (see, for example, Patent Document 1). ).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-306722
[Problems to be solved by the invention]
However, when the battery is charged with a large current, heat is easily generated due to side reactions such as a gas absorption reaction in addition to Joule heat. However, when the cooling fan is controlled based on the battery temperature as described above, the cooling fan is stopped when the battery temperature at the start of the large current charging is low. Suddenly worsens. Therefore, in the large current charging, charging is performed in a state where charging efficiency is deteriorated, and regenerative power is not effectively used.
[0005]
The present invention provides a battery cooling control device capable of appropriately maintaining battery performance by controlling the driving of a battery cooling device according to the magnitude of a charging current value during charging.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, the battery is discharged to the energy conversion device connected thereto and charged by the energy conversion device, and the battery is cooled by the cooling device. The control device causes the cooling device to cool the battery when the charging current value of the battery detected by the current detecting means exceeds a predetermined charging current value at which the charging efficiency of the battery becomes a predetermined value. And
[0007]
【The invention's effect】
According to the present invention, the battery is cooled by the cooling device when the charging current value of the battery exceeds the predetermined charging current value at which the charging efficiency of the battery becomes a predetermined value. Even in the case of charging current, the battery temperature can be kept lower than before. As a result, a reduction in charging efficiency is prevented, and regenerative charging is performed efficiently, so that effective use of regenerative power can be achieved.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
-First embodiment-
FIG. 1 is a diagram for explaining a first embodiment of a battery cooling control apparatus according to the present invention. It is a block diagram which shows schematic structure at the time of applying the battery cooling control apparatus of this invention to the battery cooling of a hybrid vehicle. The hybrid vehicle shown in FIG. 1 is a combination of a parallel system and a series system, and includes an
[0009]
The
[0010]
The
[0011]
The
[0012]
The supplementary battery 21 is a battery for driving an auxiliary machine 22 such as an air conditioner or an audio, or a
[0013]
The hybrid vehicle shown in FIG. 1 travels by driving the
[0014]
During such power running, as described above, the driving force of the vehicle is determined based on the accelerator operation amount, the brake operation amount, and the vehicle speed. Further, it is determined whether or not power generation is necessary based on the calculated SOC of the
[0015]
At the time of braking and deceleration, the
[0016]
<Description of cooling fan drive control>
Next, the driving operation of the cooling
[0017]
In step S <b> 10, the battery temperature T is detected by the
[0018]
FIG. 3 shows an example of a change in temperature of the charging efficiency of the battery, and the power receiving efficiency decreases as the battery temperature increases. In the example shown in FIG. 3, the temperature changes linearly and gently up to 35 ° C., but the charging efficiency suddenly decreases when the temperature exceeds 35 ° C. Therefore, in the present embodiment, a set temperature T1 (for example, 35 ° C.) is set, and when the battery temperature T exceeds the set temperature T1, the main battery 8 is fan-cooled using the cooling
[0019]
If it is determined in step S20 that T> T1, the process proceeds to step S30. If it is determined that T ≦ T1, the process proceeds to step S40. In step S30, the main battery 8 is cooled by the cooling
[0020]
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of cooling fan duty setting, where the vertical axis represents fan duty (%) and the horizontal axis represents battery temperature T (° C.). In FIG. 4, T1 = 35 ° C., and the fan duty is increased stepwise as the battery temperature T increases. In this control example, when the battery temperature T is 35 ° C. or lower, the cooling
[0021]
If it is determined in step S20 that T ≦ T1 and the process proceeds to step S40, it is determined in step S40 whether or not the battery temperature T is higher than the second set temperature T2. The set temperature T2 is set such that T2 <T1, and if it is determined in step S40 that T ≦ T2, the process proceeds to step S80 to set the fan non-operating state in which the cooling
[0022]
Step S60 discharge current I detected at step S50 in determines whether higher than the predetermined value I 0. FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the charging current and the charging efficiency of the battery, and the charging efficiency decreases as the charging current increases. In the example shown in FIG. 5, the charging efficiency hardly changes in the region where the I charging current is smaller than 10A, and is almost 100%. However, when the charging current exceeds 10A, the reduction becomes significant, and the charging efficiency = 60% when the charging current = 100A. To fall.
[0023]
When the charging efficiency of the main battery is thus reduced, extra heat is generated due to the chemical reaction of the battery in addition to the heat generated by Joule heat. In the case of a NiMH battery, the chemical reaction is an exothermic reaction during charging and an endothermic reaction during discharging. Also, heat is generated when oxygen gas generated from the positive electrode is consumed at the negative electrode. Therefore, when the charging current is large, the battery temperature T is likely to rise, and as a result, the charging efficiency is further reduced.
[0024]
Therefore, when the current I detected by the
[0025]
6 and 7 are diagrams showing an example of the operation of the cooling fan in step S70, where the horizontal axis is the charging current I and the vertical axis is the fan duty. In the example shown in FIG. 6, the fan duty is linearly increased from 0% to 100% between the current values I 0 = 10A and I2 = 100A, and the cooling air volume is increased as the charging current I is increased to increase the cooling capacity. Try to increase. In the region where I ≦ I 0 = 10 A, the fan duty is 0%, and in the region where I> I 2 = 100 A, the fan duty is 100%.
[0026]
In the example shown in FIG. 7, the fan duty is increased stepwise as the charging current I increases. That is, fan duty = 33% when I 1 (= 60 A) ≧ I> I 0 , fan duty = 67% when I 2 ≧ I> I 1 , and fan duty is 100% when I> I 2 . Also in this case, the fan duty is set to 0% in the region of I ≦ 10A. 6 and 7, as described in FIG. 4, once the threshold value (I 0 , I 1 , I 2 ) is exceeded, the fan duty is fixed for several to several tens of seconds. The
[0027]
When the processes in steps S30, S70, and S80 described above are completed, a series of processes in the flowchart illustrated in FIG. 2 is terminated, and the flowchart in FIG. 2 is executed again after a predetermined time. Thereafter, the series of processing shown in FIG. 2 is repeatedly executed until the ignition switch is turned off. FIG. 8 illustrates the cooling fan operation / non-operation pattern described above. The vertical axis represents the current value during charging and discharging, and the horizontal axis represents the battery temperature T.
[0028]
The shaded area represents an operation area where fan drive control is performed, and the other areas are non-operation areas. In the region where the battery temperature T is T> T1, fan drive control is performed regardless of the magnitude of the current I. On the other hand, the battery temperature T is T2 <in the region of T ≦ T1 is, I> fan drive control is performed in the case of I 0. When the battery temperature T is equal to or lower than T2, the cooling
[0029]
FIG. 9 shows a change in battery temperature when the above-described cooling fan drive control is performed (broken line L1) and a change in battery temperature when the fan duty is not controlled according to the current I as shown in FIGS. It is a figure which shows (solid line L2). As is apparent from the figure, in the present embodiment, the rise in battery temperature T is suppressed to about 35 ° C., but reaches 45 ° C. when fan duty control is not performed.
[0030]
In the first embodiment, by performing fan control such that the fan duty is increased in the case of a large charge current that generates heat due to a side reaction, the battery temperature can be made lower than in the past even in the case of a large charge current. . As a result, a decrease in charging efficiency is prevented, regenerative charging is performed efficiently, and the performance of the main battery 8 can be fully exploited, and effective use of regenerative power can be achieved.
[0031]
-Second Embodiment-
When performing regenerative charging, there is a limit to the power that can be accepted by the main battery 8, and charging cannot exceed the chargeable power of the main battery 8. Therefore, if the regenerative energy exceeds the chargeable power, the excess energy exceeding the chargeable power is released as thermal energy by the hydraulic brake, or the surplus power is converted into thermal energy using a resistor. It was wasted and was not used. In the second embodiment, the cooling
[0032]
<Description of cooling fan drive control>
10 and 11 are flowcharts showing an example of drive control of the cooling
[0033]
When the process of step S30 or step S70 in FIG. 10 is completed, the process proceeds to step S100 in any case. When the process of step S80 is completed, the fan control process is terminated in the same manner as in FIG. In step S100, the required braking force F required for the vehicle is calculated based on the accelerator operation amount, the brake operation amount, and the vehicle speed calculated from the detected values of the
[0034]
In step S110, the electric power Pg that can be generated when the
[0035]
If the process of step S110 is complete | finished, it will progress to step S120 of FIG. 11, and the chargeable electric power Pc which is the electric power which the main battery 8 can accept is calculated. The
[0036]
In step S130, the power Pf consumed by the cooling fan operation is calculated based on the fan duty during the cooling fan operation obtained in the process of step S30 or step S70. In step S140, the sum P = Pc + Pf of the chargeable power Pc calculated in step S120 and the fan power consumption Pf calculated in step S130 is calculated. This electric power P represents the maximum value of electric power required for battery charging and cooling fan driving during regenerative charging. Therefore, when the electric power by regenerative power generation is larger than the required maximum power P, the amount exceeding the required maximum power P cannot be used for battery charging and fan driving.
[0037]
In step S150, the required maximum power P calculated in step S140 is compared with the power generation possible power Pg calculated in step S110 to determine whether Pg> P. That is, it is determined whether or not power larger than the required maximum power P required for cooling fan driving and battery charging can be generated by regenerative power generation. If it is determined in step S150 that the electric power Pg that can be generated is Pg> P, that is, if it is determined that the necessary maximum electric power P can be generated by regenerative power generation, the process proceeds to step S160, and it is determined that Pg ≦ P. Then, the process proceeds to step S170.
[0038]
When the process proceeds from step S150 to step S160, the required maximum power P (= Pc + Pf) calculated in step S140 is set as the regenerative usable power Pr. Here, the regenerative electric power Pr represents electric power that can be used when the battery is charged and the cooling fan is driven by the regenerative electric power. On the other hand, when it is determined in step S150 that the electric power Pg that can be generated is Pg ≦ P and the process proceeds to step S170, it is determined whether or not Pg> Pc in step S170. That is, in step S170, it is determined whether or not the electric power larger than the acceptable power Pc of the main battery 8 can be regeneratively generated.
[0039]
If it is determined in step S170 that Pg> Pc, the process proceeds to step S180, and the power generation available power Pg calculated in step S110 is set to the regenerative use available power Pr. Further, when it is determined in step S170 that the electric power Pg that can be generated is Pg ≦ Pc, the process proceeds to step S190, and the chargeable electric power Pc of the main battery 8 calculated in step S120 is set as the regenerative electric power Pr. In this case, all the regenerative power is used for charging the main battery 8.
[0040]
As described above, when the regenerative power Pr is set in steps S160, S180, and S190, charging control of the main battery 8 and drive control of the cooling
[0041]
Then, the remaining surplus power obtained by subtracting the chargeable power Pc from the power actually regenerated as the regenerative usable power Pr is used as drive energy for the cooling
[0042]
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the above-described charge limit control, in which the vertical axis represents the charge limit value (kW) and the horizontal axis represents the battery temperature T (° C.). A solid line L11 indicates battery power (charge limit value) Pc acceptable by the main battery 8, and a broken line L12 indicates regenerative power (regeneration limit value) Pr. The broken line L12 shown in FIG. 13 is the regenerative usable power Pr when step S160 or step S180 is executed, and takes into account battery charging and cooling fan drive.
[0043]
When step S190 is executed, the regenerative available power Pr (broken line L12) matches the battery possible power Pc (solid line L11). Note that, only when the battery temperature T exceeds T2, the processing after step S100 in FIGS. 10 and 11 is executed, so the broken line L2 is shown only in the region of T> T2. That is, when the battery temperature T is equal to or lower than T2, the charging control of the main battery 8 is performed based on the solid line L11, and when the battery temperature T exceeds T2, the battery charging control and the cooling fan drive are performed based on the broken line L12. Control.
[0044]
In the example shown in FIG. 13, the battery charge limit value of the main battery 8 is 35 kW, and 36 kW is set as the regeneration limit value when T> T2. When step S160 is executed, 1 kW, which is the difference between them, is the above-described Pf, which is regenerative power that can be used for driving the fan. The maximum 1 kW of power that is not used for charging the battery is used for driving the fan. This is the maximum power consumed for driving the fan, and the power that is actually used depending on the driving status of the cooling
[0045]
FIG. 14 is a diagram showing a temporal transition of charge / discharge power and power available for driving the cooling fan. The portion D shaded exceeding the battery charge limit value is surplus power that cannot be used for battery charging, and this surplus power is used for driving the cooling fan. If the surplus power in the hatched portion D is smaller than the power required for driving the cooling fan, the shortage is supplied from the auxiliary battery 22.
[0046]
Conventionally, regenerative control is performed by the solid line L1 even when the battery temperature T is higher than T2. Therefore, when the regenerative braking force corresponding to the rechargeable electric power Pc of the main battery 8 is smaller than the required braking force, the mechanical braking is activated to supplement the braking force, or the regenerative power generation is more than the rechargeable electric power Pc. The generated power was converted to thermal energy using a resistor.
[0047]
On the other hand, in the present embodiment, as described above, the surplus power generated by regenerative generation more than the chargeable power Pc (shaded portion D in FIG. 14) is used for driving the cooling
[0048]
In the above-described embodiment, the cooling
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a first embodiment of a battery cooling control apparatus according to the present invention;
FIG. 2 is a flowchart illustrating cooling fan drive control in the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a temperature change in battery charging efficiency.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of cooling fan duty setting.
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between a charging current and a charging efficiency of a battery.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of fan duty setting.
FIG. 7 is a diagram illustrating another example of fan duty setting.
FIG. 8 is a diagram showing an operation / non-operation pattern of a cooling fan.
FIG. 9 is a diagram illustrating changes in battery temperature during cooling fan drive control.
FIG. 10 is a diagram illustrating a flowchart in the second embodiment.
FIG. 11 is a flowchart showing a processing procedure following FIG. 10;
FIG. 12 is a diagram illustrating an IV characteristic line.
FIG. 13 is a diagram showing an example of charge control in the second embodiment.
FIG. 14 is a diagram showing a temporal transition of charge / discharge power and power available for driving a cooling fan.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記バッテリの充電電流値を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段で検出された充電電流値が、前記バッテリの充電効率が所定値となる所定充電電流値を超えたときに前記冷却装置による前記バッテリの冷却を行わせる制御手段とを備えたことを特徴とするバッテリ冷却制御装置。A cooling device for cooling a battery to be discharged to and charged by the energy conversion device connected, and
Current detecting means for detecting a charging current value of the battery;
Control means for cooling the battery by the cooling device when a charging current value detected by the current detecting means exceeds a predetermined charging current value at which the charging efficiency of the battery becomes a predetermined value. A battery cooling control device.
前記バッテリの温度を検出する温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記電流検出手段で検出された充電電流値と前記温度検出手段で検出されたバッテリ温度とに基づいて、前記冷却装置による前記バッテリの冷却を行わせることを特徴とするバッテリ冷却制御装置。The battery cooling control device according to claim 1,
Temperature detecting means for detecting the temperature of the battery;
The control unit causes the cooling device to cool the battery based on a charging current value detected by the current detection unit and a battery temperature detected by the temperature detection unit. Control device.
前記制御手段は、前記温度検出手段で検出されたバッテリ温度が所定値を超える場合には、前記充電電流値の大きさに関わらず前記冷却装置による前記バッテリの冷却を行わせることを特徴とするバッテリ冷却制御装置。The battery cooling control device according to claim 2,
The control means causes the cooling device to cool the battery regardless of the magnitude of the charging current value when the battery temperature detected by the temperature detection means exceeds a predetermined value. Battery cooling control device.
前記バッテリの受け入れ可能電力である充電可能電力を演算する充電可能電力演算手段と、
前記エネルギー変換装置による充電時の最大発電電力を演算する発電電力演算手段とを備え、
前記制御手段は、前記発電電力演算手段で演算された最大発電電力が前記充電可能電力演算手段で演算された充電可能電力よりも大きい場合には、前記発電電力から前記充電可能電力を差し引いた余剰電力で前記冷却装置を駆動させることを特徴とするバッテリ冷却制御装置。The battery cooling control device according to any one of claims 1 to 3,
Rechargeable power calculating means for calculating chargeable power that is acceptable power of the battery;
A generated power calculating means for calculating the maximum generated power during charging by the energy conversion device,
When the maximum generated power calculated by the generated power calculating means is larger than the chargeable power calculated by the rechargeable power calculating means, the control means is a surplus obtained by subtracting the rechargeable power from the generated power A battery cooling control device that drives the cooling device with electric power.
前記制御手段は、前記充電電流値が大きいほど前記冷却装置の冷却能力が大きくなるように制御することを特徴とするバッテリ冷却制御装置。In the battery cooling control device according to any one of claims 1 to 4,
The battery cooling control device, wherein the control means performs control so that the cooling capacity of the cooling device increases as the charging current value increases.
前記制御手段は、前記充電電流値が同一の場合には、前記バッテリ温度が大きいほど前記冷却装置の冷却能力が大きくなるように制御することを特徴とするバッテリ冷却制御装置。In the battery cooling control device according to any one of claims 2 to 5,
The said control means is a battery cooling control apparatus characterized by controlling so that the cooling capability of the said cooling device becomes large, so that the said battery temperature is large, when the said charging current value is the same.
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