JP2005063689A

JP2005063689A - バッテリ冷却制御装置

Info

Publication number: JP2005063689A
Application number: JP2003207328A
Authority: JP
Inventors: Michinori Ikezoe; 通則池添
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-08-12
Filing date: 2003-08-12
Publication date: 2005-03-10

Abstract

【課題】冷却風による冷却効率を考慮して冷却風量を設定して、バッテリを冷却するバッテリ冷却制御装置の提供。
【解決手段】主バッテリ８は冷却ファン２３の冷却風によって冷却される。温度センサ２０により検出される主バッテリ８の温度と、温度センサ３０によって検出された冷却風温度とに基づいて、冷却ファン２３を駆動する際のファンデューティを決定する。例えば、主バッテリ８０と冷却風との温度差が小さいほどファンデューティを大きくして冷却風量を大きくする。それによって、温度差が小さくなっても冷却性能がほぼ一定に保たれる。逆に冷却風温度が低くて温度差が大きいときには、風量を小さくするので、主バッテリが必要以上に冷却されるのを防止できるとともに、省電力化を図ることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却ファン等により冷却風を送風してバッテリを冷却する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、電池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）。その場合、バッテリ温度が高いほど冷却ファンの風量を大きくしていた。
【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、冷却ファンによる冷却能力はファン風量だけでなく冷却風温度にも依存しており、同じファン風量でも冷却風温度が低いほど冷却能力が高くなる。そのため、上述したように冷却風温度に関わらずファン風量を設定した場合、冷却風温度が低いときには設定風量よりも低いファン風量でも、バッテリ冷却に十分な冷却性能を得られる場合がある。そのような場合、必要以上にファン風量が大きいことになり、無駄に電力を消費することになる。
【０００５】
本発明は、冷却風による冷却効率を考慮して冷却風量を設定して、バッテリを冷却す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】
本発明は、冷却手段からバッテリに冷却風を供給してバッテリを冷却するものであって、制御手段は、冷却風温度検出手段により検出された冷却風温度に基づいて、冷却手段の冷却量がほぼ一定となるように冷却手段を制御することを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、冷却風温度に基づいて冷却手段の冷却量がほぼ一定となるように制御されるので、冷却手段が必要以上の冷却性能で駆動されるのを避けることができ、消費電力の無駄を省くことができる。
【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。図１は本発明によるバッテリ冷却制御装置の一実施の形態を説明する図である。図１は、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：ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）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。３０は、冷却風取り入れ口２５ｂから取り込まれる冷却風の温度を検出する温度センサである。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、冷却ファンの駆動動作について説明する。図２のフローチャート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】
フローチャートが実行されると、ステップＳ１０において、温度センサ２０により主バッテリ８のバッテリ温度Ｔ_Ｂ１を検出する。ステップＳ２０では、予め決められた設定温度Ｔ_０と検出されたバッテリ温度Ｔ_Ｂ１とを比較し、バッテリ温度Ｔ_Ｂ１が設定温度Ｔ_０よりも大きいか否かを判定する。ステップＳ２０でにおいてＴ_Ｂ１＞Ｔ_０と判定されるとステップＳ３０に進んで冷却ファン２３が駆動されるファン作動状態とされ、Ｔ_Ｂ１≦Ｔ_０と判定されるとステップＳ１１０へ進んで冷却ファン停止状態であるファン非作動状態とされる。
【００１８】
主バッテリ８の充電効率は、図３に示すようにバッテリ温度が上昇するにつれて低下する傾向がある。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Ｔ_０（例えば、３５℃）を設定して、バッテリ温度Ｔ_Ｂ１が設定温度Ｔ_０を越えたら、主バッテリ８をファン冷却する。
【００１９】
ステップＳ３０でファン作動状態とされたならば、ステップＳ４０に進んで温度センサ３０により冷却風温度Ｔ_Ｗを検出する。ステップＳ５０では、ステップＳ１０で検出されたバッテリ温度Ｔ_Ｂ１とステップＳ４０で検出された冷却風温度Ｔ_Ｗとの差Ｔ＝Ｔ_Ｂ１−Ｔ_Ｗを算出する。
【００２０】
ステップＳ６０では、ステップＳ５０で算出された温度差Ｔに基づいて冷却ファン２３のデューティ（冷却ファン風量）を設定する。図４はファンデューティ設定の一例を示す図であり、縦軸がファンデューティであり、横軸がバッテリ温度Ｔ_Ｂ１と冷却風温度Ｔ_Ｗとの温度差Ｔである。
【００２１】
ところで、バッテリ室２５に収納された主バッテリ８からその周囲の冷却風への熱伝達量は、主バッテリ８と冷却風との温度差が大きいほど大きく、また、冷却風の風量が大きいほど大きい。そこで、図４に示す例では、温度差ＴがＴ２以上の場合には、温度差Ｔの増加とともにファンデューティを１００％から直線的に減少させ、温度差Ｔ１ではファンデューティ＝０％（ＯＦＦ）とするようにした。
【００２２】
ファンデューティ＝０％とされる温度差Ｔ１は、主バッテリ８の周囲空気温度が低くて自然放熱でもバッテリ温度を所定温度以内にすることができる温度として予め設定されている。また、温度差がＴ２よりも小さい場合にはファンデューティ＝１００％とされ、温度差がＴ１よりも大きい場合にはファンデューティ＝０％とされる。
【００２３】
このように、温度差が小さいときには冷却風量を大きくし、温度差Ｔが大きいときは冷却風量を小さくすることによって、温度差の大きさによらずファン冷却の冷却性能がほぼ一定となるようにした。そのため、外気温の変化等により冷却風の温度が変化して主バッテリ８と冷却風との温度差Ｔに変化が生じても、冷却性能が一定に保たれる。その結果、冷却風温度が低い場合に主バッテリ８の温度が低くなりすぎるようなことを避けることができるとともに、ファン駆動に消費される電力の低減を図ることができる。
【００２４】
図５はファンデューティ設定の他の例を示す図であり、温度差の増加とともにファンデューティを階段状に減少させるようにした。さらに、ファンデューティが変化する場合の温度差の値を、温度差が増加している場合と温度差が減少している場合とで変えてヒステリシスを有するようにした。すなわち、ファン駆動時のファンデューティをＨｉ（１００％），Ｍｉｄ，Ｌｏの３段階に分け、温度差増加の局面では、温度差Ｔ４のときにＨｉからＭｉｄへと切り換え、温度差Ｔ６，Ｔ８のときにそれぞれＭｉｄ→Ｌｏ，Ｌｏ→ＯＦＦ（０％）のように切り換えるようにした。逆に温度差減少の局面では、温度差Ｔ７，Ｔ５，Ｔ３において、それぞれＯＦＦ→Ｌｏ，Ｌｏ→Ｍｉｄ，Ｍｉｄ→Ｈｉへと切り換えるようにした。
【００２５】
図２に戻って、ステップＳ７０では、ステップＳ１０でバッテリ温度Ｔ_Ｂ１を検出してから所定時間Δｔが経過したかを判定し、所定時間Δｔが経過したならばステップＳ８０へ進む。ステップＳ８０では再びバッテリ温度を検出し、それをＴ_Ｂ２とする。ステップＳ９０ではステップＳ１０で検出したバッテリ温度Ｔ_Ｂ１とステップＳ８０で検出したバッテリ温度Ｔ_Ｂ２とに基づいて、バッテリ温度の時間的な変化率ΔＴ_Ｂ／Δｔを算出する。ここで、ΔＴ_Ｂ＝Ｔ_Ｂ２−Ｔ_Ｂ１であり、Δｔはバッテリ温度Ｔ_Ｂ２の検出時刻ｔ２とバッテリ温度Ｔ_Ｂ１の検出時刻ｔ１との差Δｔ＝ｔ２−ｔ１に等しい。
【００２６】
ステップＳ１００では、ステップＳ９０で算出された変化率ΔＴ_Ｂ／Δｔの大きさである｜ΔＴ_Ｂ／Δｔ｜が、予め決められた所定値Ｔｓ以下か否かを判定する。ステップＳ１００で｜ΔＴ_Ｂ／Δｔ｜≦Ｔｓと判定されると、冷却ファン２３による冷却効果が得られていないと判断して、ステップ１１０に進んで冷却ファン２３の駆動を停止してファン非作動状態とする。一方、ステップＳ１００で｜ΔＴ_Ｂ／Δｔ｜＞Ｔｓと判定されると、ファン駆動を継続して一連の処理を終了する。
【００２７】
このように、本実施の形態では、冷却ファン２３による冷却を行っているにもかかわらず冷却効果が得られないような場合には、冷却ファン２３を停止させて無駄な電力消費を行わないようにした。本実施の形態では図４，５に示したように温度差Ｔが小さい場合にはファンデューティを大きくして冷却性能（冷却量）が一定に保たれるように制御しているので、上述した無駄は温度差Ｔが小さいときほど大きくなる。そのため、温度差Ｔが小さいときほど電力消費低減の効果が大きくなる。
【００２８】
図６は本実施の形態のようにファンデューティを図４や図５のように制御した場合（破線Ｌ１）と、一定のファンデューティで冷却ファン２３を駆動させた場合（実線Ｌ２）の消費電力を示す図である。なお、図６はファンデューティ制御による効果をみるためのものであって、破線Ｌ１は図２のステップＳ８０〜Ｓ１００までの処理を省略して制御した場合の消費電力を示している。
【００２９】
図６は１０−１５モード走行中のファン消費電力の積算値の変化を示したものであり、実験開始してから１時間後（３６００秒後）の積算消費電力を１００として示した。なお、実験開始前のバッテリ温度は３５℃で、冷却風温度は２５℃であり、最終的なバッテリ温度はいずれの場合も３０℃であった。図６からも分かるように、図４，５のようなファンデューティ制御を行うことにより、消費電力を３０％程度低減させることができた。さらに、ファンデューティ制御に加えて、図２のステップＳ８０〜Ｓ１１０の処理を行った場合、図６に示す消費電力に対してさらに３０％程度低減させることができた。なお、これは主バッテリ８の周囲空気温度が低く自然放熱でもバッテリ温度を所定温度以内にできる場合であって、温度が高い場合にはこの低減率は減少することもある。
【００３０】
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、主バッテリ８はバッテリを、冷却ファン２３は冷却手段を、温度センサ３０は冷却風温度検出手段を、車両コントローラ９は制御手段および温度変化検出手段を、温度センサ２０はバッテリ温度検出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一実施の形態を説明する図である。
【図２】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】ファンデューティ設定の一例を示す図である。
【図５】ファンデューティ設定の他の例を示す図である。
【図６】実施の形態における消費電力を説明する図である。
【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
２０，３０温度センサ
２１補記用バッテリ
２３冷却ファン

Claims

バッテリに冷却風を供給して前記バッテリを冷却する冷却手段と、
前記バッテリに供給される冷却風の温度を検出する冷却風温度検出手段と、
前記冷却風温度検出手段により検出された冷却風温度に基づいて、前記冷却手段の冷却量がほぼ一定となるように前記冷却手段を制御す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。
請求項１に記載のバッテリ冷却制御装置において、
前記バッテリの温度を検出するバッテリ温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記バッテリ温度検出手段で検出されたバッテリ温度と前記冷却風温度検出手段で検出された冷却風温度との温度差に基づいて、前記冷却量がほぼ一定となるように前記冷却手段を制御することを特徴とするバッテリ冷却制御装置。
請求項２に記載のバッテリ冷却制御装置において、
前記制御手段は、前記温度差が小さいほど前記冷却風の風量が大きくなるように前記冷却手段を制御することを特徴とするバッテリ冷却制御装置。
請求項２または３に記載のバッテリ冷却制御装置において、
前記バッテリ温度の時間的変化を検出する温度変化検出手段を備え、
前記制御手段は、前記温度変化検出手段で検出された温度変化が所定値以下の場合に前記冷却手段による前記バッテリの冷却を停止することを特徴とするバッテリ冷却制御装置。