JP2007049771A - 車両用電池冷却装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 車両停止時に電池が高温状態で放置される時間を短縮することができ、電池の劣化を抑制することができる車両用電池冷却装置を提供する。
【解決手段】 電気車両に搭載された電池を冷却する車両用電池冷却装置において、イグニッションスイッチがオフとされて車両を停止させる状態となったことをIGN_OFF時判定部31で検出すると(ステップS9)、電池に電池に蓄積された電力を計測した後に(ステップS17)、電池を冷却させて、温度による劣化進度を抑制し(ステップS18〜20)、電池の充電状態による劣化進度を抑制する(ステップS21〜ステップS27)。
【選択図】 図3
【解決手段】 電気車両に搭載された電池を冷却する車両用電池冷却装置において、イグニッションスイッチがオフとされて車両を停止させる状態となったことをIGN_OFF時判定部31で検出すると(ステップS9)、電池に電池に蓄積された電力を計測した後に(ステップS17)、電池を冷却させて、温度による劣化進度を抑制し(ステップS18〜20)、電池の充電状態による劣化進度を抑制する(ステップS21〜ステップS27)。
【選択図】 図3
Description
本発明は、例えば車両の駆動用電力を蓄積する電池を冷却する車両用電池冷却装置に関する。
従来より、例えば駆動源としてエンジンとモータとを備えたハイブリッド車両等に搭載されている電池の発熱による温度上昇を抑制する車両用電池冷却装置として、下記の特許文献1に記載されているような技術が知られている。
このような車両用電池冷却装置においては、車両起動時の電池の放電及び充電によって発熱して温度上昇した場合に、電池の入出力特性の低下を抑制する必要がある。また、電池が過度の高温状態となった状態で使用又は保持されることによる電池の劣化進度を加速させることを防止する必要がある。このため、従来より、車両には、電池を冷却するための冷却装置が搭載されている。
下記の特許文献1に記載された車両用電池冷却装置は、電池温度が過度に上昇することを防止して、入出力特性の低下及び性能劣化を防止するために、電池温度が所定の温度以上となったことを検出すると、冷却装置を動作させて電池温度を低下させ、所定のバッテリ電流を充放電する時間が所定時間以上に亘って継続した電池の使用状態となった場合には、冷却装置を動作させて電池温度を低下させている。
特開平9−102331号公報
しかしながら、上述した車両用電池冷却装置では、電池を使用している最中において電池を冷却することを目的としており、イグニッションスイッチがオフ状態とされて車両が停止した時には、冷却装置も停止させている。このため、車両停止時に電池温度が過度な高温であっても、イグニッションスイッチがオフ状態となっているので冷却装置を作動させることができないという問題があった。
したがって、上述の車両用電池冷却装置においては、自然な温度低下によって電池温度が下がるものの、過度の高温状態で電池が放置されている時には冷却速度が遅く、電池が高温状態で放置される時間が長くなって、電池の劣化が進行してしまうという問題があった。
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、車両停止時に電池が高温状態で放置される時間を短縮することができ、電池の劣化を抑制することができる車両用電池冷却装置を提供することを目的とする。
本発明は、車両に搭載された電池を冷却する車両用電池冷却装置において、車両を停止させる状態となったことを検出する停止検出手段と、停止検出手段で車両を停止させる状態であることが検出された場合に、電池に蓄積された電力を用いて電池を冷却させる冷却手段とを備えることにより、上述の課題を解決する。
本発明によれば、車両を停止させる状態となった時に、電池に蓄積された電力を用いて電池を冷却させるので、車両を停止させる時に電池が高温となっていて劣化を進行させる状態となっていても、電池の冷却速度を高くして、車両停止時に電池が高温状態で放置される時間を短縮することができ、電池の劣化を抑制することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本発明は、例えば図1に示すように構成された電気車両に適用される。なお、図1では、電気車両における一部のみを示している。
この電気車両は、モータ1の駆動力を駆動軸2を介して車輪3に伝達して、走行するものである。この電気車両において、モータ1に駆動力を発生させる時には、インバータ4によって電池5で蓄積している電力を取り出し、例えば3相交流電力としてモータ1に電力供給を行う。このとき、電気車両は、電池コントローラ6によって、冷却装置7を制御して電池の温度が所定温度範囲となるように管理し、且つ、電池5の充電状態であるSOC(State Of Charge:充電率)が所定のSOC範囲となるように管理する。
冷却装置7は、電池5に充電された電力を用いて動作する送風ファンからなり、電池コントローラ6によって回転数が制御されて、冷却能力が制御される。
このような電気車両における電池コントローラ6は、その機能的な構成を図2に示すように、電池5の温度を計測する電池温度計測部11と、電池5のSOCを計測するSOC計測部12と、電気車両が起動している時の冷却制御を行う起動時冷却制御部13と、電気車両が停止している時の冷却制御を行う停止時冷却制御部14とを備えている。なお、本例においては、起動時冷却制御部13と停止時冷却制御部14とを別個に示しているが、単一のマイクロコンピュータによって構成しても良い。
電池温度計測部11は、電池5の温度を検出し、起動時冷却制御部13及び停止時冷却制御部14に温度信号を出力する。また、SOC計測部12は、電池5のSOCを検出し、起動時冷却制御部13及び停止時冷却制御部14に出力する。
起動時冷却制御部13は、電気車両の起動と停止とを切り替えるキースイッチ(イグニッションスイッチとも言う)がオン状態となっていて起動していることを判定する車両起動中判定部21と、電気車両の起動中において電池5の温度及びSOCを制御するための各種パラメータを記憶している記憶部22と、電気車両の起動中における電池5の温度を制御する温度制御部23と、電気車両の起動中における電池5のSOCを制御するSOC制御部24とを備えている。
このような起動時冷却制御部13は、車両起動中判定部21が図示しないイグニッションスイッチと接続され、当該イグニッションスイッチがオン又はオフに操作されたことを検出する。そして、イグニッションスイッチがオン状態にある場合には、記憶部22に記憶された温度の基準値を参照して、温度制御部23によって電池5の温度を所定温度範囲となるように冷却装置7の動作を制御する。また、イグニッションスイッチがオン状態にある場合には、記憶部22に記憶されたSOCの目標値(制御中心)である車両制御SOCを参照して、SOC制御部24によって電池5のSOCが所定SOC範囲となるように電池5の充放電を制御する。
また、停止時冷却制御部14は、電気車両のイグニッションスイッチがオフ状態となったことを判定するIGN_OFF時判定部31と、電気車両の停止時において電池5の温度及びSOCを制御するための各種パラメータを記憶している記憶部32と、電気車両の停止時における電池5の温度を制御する温度制御部33と、電気車両の停止時における電池5のSOC及び温度を制御する温度・SOC制御部34とを備えている。
このような停止時冷却制御部14は、IGN_OFF時判定部31が図示しないイグニッションスイッチと接続され、当該イグニッションスイッチがオフ状態にされたことを検出する。これによって、停止時冷却制御部14は、電気車両が起動している状態から、停止する状態となったことを検出する。電気車両の停止を検出した時には、記憶部32に記憶された各種パラメータを参照して、温度制御部33によって、電池5の温度が高いことによって電池5の劣化が進行することを抑制させる。また、この停止時冷却制御部14は、温度制御部33によって電池5の温度のみを制御するのみならず、イグニッションスイッチがオフ状態となった場合には、温度・SOC制御部34によって、電池5の温度が高いことによる電池5の劣化の進行を抑制すると共に、SOCが高いことによって電池5の劣化が進行することを抑制するようにしても良い。
つぎに、上述したような電池コントローラ6によって、電気車両の起動中及び電気車両の停止時に電池5の劣化が進行することを抑制するための電池5の冷却制御処理について図3のフローチャートを参照して説明する。
この電池5の冷却制御処理は、先ずステップS1において、電池コントローラ6は、車両起動中判定部21によってイグニッションスイッチのオンオフ状態を確認して、イグニッションスイッチがオン状態である場合に、ステップS2へと処理を進める。そして、後述のステップS9においてイグニッションスイッチがオフ状態と成されるまで、電池コントローラ6の起動時冷却制御部13、電池温度計測部11及びSOC計測部12によって、電池5の温度及びSOCが制御される。
この電気車両の起動中において、電池コントローラ6は、ステップS2において、電池温度計測部11によって電池5の温度を計測し、ステップS3において、SOC計測部12によって電池5のSOCを計測する。
次に電池コントローラ6は、ステップS4において、温度制御部23によって、ステップS2で計測した電池5の温度が、記憶部22に予め記憶した温度閾値である基準値T1以上であるか否かを判定する。この基準値T1は、電池5が高温になって劣化を進行させる恐れがある温度が、予め電池5を使用した実験等によって設定されて、記憶部22に記憶されている。そして、電池5の温度が基準値T1以上である場合には、ステップS10に処理を進め、そうでない場合には、ステップS5に処理を進める。
ステップS5において、電池コントローラ6は、温度制御部23によって、ステップS2で計測した電池5の温度が、記憶部22に予め記憶した温度閾値である基準値T2以下であるか否かを判定する。この基準値T2は、電池5が高温ではなく劣化を進行させる恐れがない温度が、予め電池5を使用した実験等によって設定されて、記憶部22に記憶されている。そして、電池5の温度が基準値T2以下である場合には、温度制御部23は、ステップS6において、冷却装置7の作動を停止させてステップS7に処理を進め、電池5の温度が基準値T2以下ではない場合には、冷却装置7の作動を継続させてステップS7に処理を進める。
ステップS7において、電池コントローラ6は、SOC制御部24により、現在設定されている車両制御SOCが、V2であるか否かを判定する。ここで、車両制御SOCとは、予め記憶部22に記憶した制御目標中心となるSOCであり、後述の車両停止時に冷却装置7によって高い冷却能力を発揮させるために多くの電力を確保しておくための高いSOCであるV2と、当該V2よりも低く電池5の過放電及び過充電を防止するためのSOCであるV1とが設定される。ここで、通常の電池5のSOCの目標範囲を30%〜70%に設定してSOCの制御目標中心を50%とした場合、V1は50%となり、V2は、50%よりも高いSOCとなる。
そして、車両制御SOCがV2に設定されていると判定した場合には、SOC制御部24は、ステップS8において、車両制御SOCをV2からV1に設定変更し、車両制御SOCがV1に設定されていると判定した場合には、ステップS9に処理を進める。これにより、ステップS4において、電池5の温度が基準値T1以上ではない場合には、車両制御SOCをV1に設定して、当該V1となるようにSOCの制御を行う。
ステップS9において、電池コントローラ6は、車両起動中判定部21及びIGN_OFF時判定部31によって、イグニッションスイッチがオフ状態となされたか否かを判定し、オフ状態となされたと判定した場合には起動時冷却制御部13の動作を停止させて、ステップS17に処理を進め、オフ状態となされていないと判定した場合には、ステップS2からの処理を繰り返す。
一方、ステップS4において、電池5の温度が基準値T1以上であると判定したステップS10において、電池コントローラ6は、温度制御部23によって、冷却装置7を駆動開始させる。これによって、電池コントローラ6は、ステップS11において、電池5の冷却を行い、ステップS12において、電池温度計測部11によって再度電池5の温度を計測する。
次に電池コントローラ6は、ステップS13において、ステップS12で計測した電池5の温度が、予め記憶部22に記憶した基準値T3以上か否かを判定する。この基準値T3は、ステップS10において冷却装置7を駆動したにも拘わらず、電池5の熱容量が高いために電池5の温度が低下しづらいと判定できる温度値が、電池5を使用した実験等によって設定されている。そして、電池コントローラ6は、電池5の温度が基準値T3以上であると判定した場合には、ステップS16において、SOC制御部24によって車両制御SOCをV1からV2に高く設定変更して、ステップS9に処理を進める。
一方、電池コントローラ6は、電池5の温度が基準値T3以上ではないと判定した場合には、ステップS14において、車両制御SOCがV2に設定されているか否かを判定して、車両制御SOCがV2に設定されている場合には、SOC制御部24によって車両制御SOCをV1に設定変更し、そうでない場合には、車両制御SOCをV1のままにして、ステップS9に処理を進める。
具体的には、図4(a)に示すように、電池5の温度が基準値T3よりも小さい場合には、SOCの制御中心値となる車両制御SOCを、図4(b)に示すように、低い値のV1に設定しておき、冷却装置7を駆動したにも拘わらず電池5の温度が上昇して基準値T3以上である場合には、図4(b)に示すように、車両制御SOCをV1からV2に設定変更する。これによって、後述するが、イグニッションスイッチがオフ状態となった後に、冷却装置7によって電池5の温度を低下させることができる電力量を、(V2−V1)のSOC分だけ確保しておく。
このように、電力量を(V2−V1)のSOC分だけ確保しておくことで、図4(c)にSOCと電池5の劣化進度との関係を示すが、例えばイグニッションスイッチのオフ後におけるSOCの目標をV3に設定した場合、車両起動時に前もって、車両制御SOCを通常のV1から、高レベルのV2に変更しておくことによって、冷却装置7を駆動した時にSOCがV3となるまでに使用することができる電力量を△Xよりも多い△X’にできる。
以上のように、電池コントローラ6は、電気車両が起動して走行している時には、電池5の温度を基準値T1以下とするように冷却装置7の動作を制御して、冷却装置7を駆動させる。また、冷却装置7を駆動しても電池5の温度が基準値T3以上となるような場合には、車両停止時に冷却装置7を駆動させるための電力を多く確保しておく。
次に電池コントローラ6は、ステップS9において、IGN_OFF時判定部31により、イグニッションスイッチがオフ状態とされたと判定した場合には、ステップS17〜ステップS28において、電池コントローラ6の停止時冷却制御部14、電池温度計測部11及びSOC計測部12によって、電池5の温度のみ、又は、電池5の温度及びSOCの双方を制御する。
この停止時制御は、先ずステップS17において、電池コントローラ6のSOC計測部12により、電池5のSOCを計測し、ステップS18において、温度制御部33によって、冷却装置7の駆動時間を決定する。このとき、温度制御部33は、図5に示すようにSOCと電池5の劣化進度との関係から決定される、電池5の劣化進度が最も遅いSOC(X2:SOC=50%)を記憶部32に記憶させておき、ステップS17で計測した現在のSOC(X1)との差分(X2−X1)を演算し、当該差分のSOCの電力で冷却装置7を駆動できる駆動時間を演算する。
次に電池コントローラ6の温度制御部33は、ステップS19において、冷却装置7を駆動開始させると共に、図示しないタイマによるカウントを開始する。
次に電池コントローラ6の温度制御部33は、ステップS20において、ステップS18で決定した駆動時間が経過したら、ステップS21において、再度SOC計測部12によってSOCを計測して、現在のSOCが、電池5の劣化進度が最も遅くなるSOC(X2=50%)となったか否かを判定して、現在のSOCがX2になった場合にはステップS22に処理を進め、現在のSOCがX2になっていない場合には、SOCがX2となるまでステップS18〜ステップS21の処理を繰り返す。
このように、イグニッションスイッチがオフ状態となったことをIGN_OFF時判定部31で検出した場合には、冷却装置7を駆動開始させることにより、図6に示すように、イグニッションスイッチがオフ状態とされてから所定時間t1が経過した後において、車両起動時に高温となっていた電池5をそのまま放置した場合における電池5の温度の低下幅△T1と比較し、電池5の温度の低下幅△T2を大きくすることができる。
また、ステップS18において、SOCによる電池5の劣化進度が最も遅くなるように冷却装置7を駆動させることにより、図7に示すように、冷却装置7を駆動させずに自然のSOC低下だけではSOCがX0からX1までしか低下しないことに対し、SOCを、劣化進度が遅いX0からX2まで低下させることができる。なお、ステップS18において、SOCが高い場合のみに冷却装置7を駆動させるように駆動時間を決定し、SOCが低い場合には冷却装置7を駆動させないようにしても良い。
次に電池コントローラ6は、電池温度計測部11により、ステップS22において、冷却装置7を駆動させた後の電池5の温度を計測し、温度・SOC制御部34によって、ステップS23において、SOCによる電池5の劣化進度を予測すると共に、ステップS24において、温度による電池5の劣化進度を予測する。そして、温度・SOC制御部34は、SOCによる電池5の劣化進度と、温度による電池5の劣化進度とを比較して、イグニッションスイッチがオフ状態である時に電池5の劣化進度が最小となるような冷却装置7の駆動時間を決定する。
このとき、温度・SOC制御部34は、例えば図8に示すように、温度に応じた電池5の劣化進度とSOCによる電池5の劣化進度とを組み合わせたマップデータを記憶部32から読み出すことにより、温度及びSOC双方の要因によって決まる劣化進度を予測する。
そして、例えば、ステップS18〜ステップS20の処理を行って、イグニッションスイッチのオフ時の電池5の温度が40℃、SOCがX2(50%)よりも高い状態Aから、電池5の温度を35℃、SOCをX2とした状態Bとなっている時に、電池5の温度を25℃、SOCをX2よりも小さい状態Cとするまでの冷却装置7の駆動時間を演算する。すなわち、温度・SOC制御部34は、状態BにおけるSOCによる電池5の劣化進度が、温度を25℃としたことによる電池5の劣化進度とを比較して、SOCがX2よりも小さくなっても温度を25℃とした方が電池5の劣化進度が低くなると判定して、状態Bから状態Cに電池5の状態を遷移させると判定する。すなわち、SOCによる電池5の劣化係数と、温度による電池5の劣化係数とを比較した場合に、温度による電池5の劣化係数が高いものと判定する。
次に温度・SOC制御部34は、ステップS26において冷却装置7の駆動を開始させ、ステップS27において、ステップS25で決定した駆動時間だけ冷却装置7を駆動させた後に、ステップS28において、冷却装置7を停止させて、処理を終了する。
以上詳細に説明したように、本発明を適用した電池コントローラ6によれば、イグニッションスイッチがオフとなり、電気車両を停止させる状態であることが検出された場合に、電池5に蓄積された電力を用いて冷却装置7を駆動させて電池5を冷却させるので、電気車両のイグニッションスイッチがオフとされる時に電池5が高い温度となっていても、電池5の冷却速度を高くして、電池5を高温状態で放置する時間を短くすることができる。したがって、この電池コントローラ6によれば、放置されている期間において、温度に基づく電池5の劣化進度を抑制することができる。
また、この電池コントローラ6によれば、電気車両のイグニッションスイッチがオフとされた時のSOCを検出して、当該SOCが高く電池5の劣化を進行させるような場合には、電池5の電力を冷却装置7で消費させて、電池5の劣化進度を遅くするSOCとすることができる。したがって、この電池コントローラ6によれば、電池5のSOCによって劣化進度が高い状態で放置されることを防止して、SOCに基づく電池5の劣化進度を抑制することができる。
これにより、イグニッションスイッチがオフとされた時のSOCによって電池5の劣化進度が変化することに対して、SOCによって電池5の劣化進度が高くなる状態で電池5を放置することを無くして、電池5の劣化進度が進み難いSOC状態で電池5を放置できる。また、SOCによる電池5の劣化度合いは、電池5が放置される時間に比例して大きくなるが、イグニッションスイッチがオフとされた時に電池5の劣化が進み難いSOCとすることによって、長時間電池5が放置されてもSOCによって電池5の劣化が進んでしまう度合いを小さくできる。
更に、この電池コントローラ6によれば、イグニッションスイッチがオフとされていない時の電池5の温度を検出して、電池5の温度が基準値T3よりも高い場合には、車両制御SOCをV1よりも高いV2に設定して、電池5の目標とするSOC(充電電力量)を高く設定するので、当該電池5の温度が高い状態でイグニッションスイッチがオフとされた後には、高い冷却能力を冷却装置7で発揮させることができる。したがって、電池5の温度をより確実に低下させることができ、温度による電池5の劣化進度を抑制することができる。
更にまた、この電池コントローラ6によれば、イグニッションスイッチがオフとされた時の温度による電池5の劣化進度と、SOCによる電池5の劣化進度とを比較して、電池5の劣化進度が最小となるような冷却装置7の駆動量又は駆動時間を調整するので、温度による電池5の劣化進度とSOCによる電池5の劣化進度とを合わせた劣化進度を最小にすることができる。
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
1 モータ
2 駆動軸
3 車輪
4 インバータ
5 電池
6 電池コントローラ
7 冷却装置
11 電池温度計測部
12 SOC計測部
13 起動時冷却制御部
14 停止時冷却制御部
21 車両起動中判定部
22,32 記憶部
23,33 温度制御部
24 SOC制御部
31 IGN_OFF時判定部
34 温度・SOC制御部
2 駆動軸
3 車輪
4 インバータ
5 電池
6 電池コントローラ
7 冷却装置
11 電池温度計測部
12 SOC計測部
13 起動時冷却制御部
14 停止時冷却制御部
21 車両起動中判定部
22,32 記憶部
23,33 温度制御部
24 SOC制御部
31 IGN_OFF時判定部
34 温度・SOC制御部
Claims (4)
- 車両に搭載された電池を冷却する車両用電池冷却装置において、
前記車両を停止させる状態となったことを検出する停止検出手段と、
前記停止検出手段で前記車両を停止させる状態であることが検出された場合に、前記電池に蓄積された電力を用いて前記電池を冷却させる冷却手段と
を備えることを特徴とする車両用電池冷却装置。 - 前記電池の充電状態を検出する充電状態検出手段を更に備え、
前記冷却手段は、前記停止検出手段で前記車両を停止させる状態であることが検出された時における前記充電状態検出手段で検出された充電状態が、前記電池の劣化を進行させる充電状態であると判定した場合に、前記電池に蓄積された電力を用いて前記電池を冷却させて、前記電池の劣化を抑制する充電状態とさせること
を特徴とする請求項1に記載の車両用電池冷却装置。 - 前記電池の温度を検出する温度検出手段を更に備え、
前記冷却手段は、前記停止検出手段によって前記車両を停止させる状態となったことを検出していない状態において、前記温度検出手段で検出された前記電池の温度が所定値よりも高くなっていると判定した場合に、前記電池の目標とする充電電力量を高く設定することを特徴とする請求項1に記載の車両用電池冷却装置。 - 前記電池の充電状態を検出する充電状態検出手段と、
前記電池の温度を検出する温度検出手段とを更に備え、
前記冷却手段は、前記停止検出手段で前記車両を停止させる状態であることが検出された場合に、前記充電状態検出手段で検出された充電状態に基づいて前記電池の劣化度合いを予測すると共に、前記温度検出手段で検出された温度に基づいて前記電池の劣化度合いを予測し、前記充電状態に基づく前記電池の劣化度合いと前記温度に基づく前記電池の劣化度合いとを比較して、前記電池の劣化度合いが最小となるように前記電池の充電状態及び前記電池の温度を調整することを特徴とする請求項1に記載の車両用電池冷却装置。
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