JP2010058635A

JP2010058635A - バッテリ冷却装置

Info

Publication number: JP2010058635A
Application number: JP2008225871A
Authority: JP
Inventors: Takehito Iwanaga; 岳人岩永
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2008-09-03
Filing date: 2008-09-03
Publication date: 2010-03-18

Abstract

【課題】バッテリ充電中の充電電流の大きさによってバッテリ温度を推定してバッテリの冷却制御を実施する。
【解決手段】バッテリの近傍に設置された冷却ファンと、この冷却ファンを駆動する制御装置とを備え、車両に搭載されたバッテリの充電時の温度上昇を抑えるバッテリ冷却装置であって、制御装置は、バッテリの充放電回路に設置された電流センサによりバッテリの充電電流を検出し、予め記憶されているバッテリの劣化程度に応じたバッテリ温度とバッテリの内部抵抗との関係を示すマップを使用して、検出された電流値とバッテリの劣化を考慮してバッテリ温度を推定し、推定したバッテリ温度が所定値以上の時に冷却ファンを駆動してバッテリを冷却するバッテリ冷却装置である。
【選択図】図２

Description

本発明はバッテリ冷却装置に関し、特に、車両に搭載されたバッテリの充電時における発熱によってバッテリ温度が上昇した場合に、バッテリを冷却することができるバッテリ冷却装置に関するものである。

従来、車両に搭載されたバッテリは、充電時及び放電時に発熱し、バッテリ温度が上昇することが知られている。このバッテリ温度の上昇を放置すると、バッテリ温度が高くなり、性能が劣化するので、バッテリの温度が上昇した時にはバッテリを冷却することが行われている。

通常、バッテリの冷却は、バッテリの近傍に電動の冷却ファンとバッテリ温度を検出する温度センサとを設け、温度センサの検出値が所定温度以上になったら、冷却ファンを駆動して冷却風をバッテリに当てることによって行っている。一方、特許文献１には、バッテリの近傍に温度センサを設置してバッテリの表面温度を測定すると共に、バッテリの端子電圧とバッテリの放電電流を合わせて測定し、端子電圧、放電電流、及びバッテリの表面温度からバッテリの発熱量を演算することによってバッテリの内部温度を推定し、推定した内部温度に基づいてブロアファンを駆動制御する技術が開示されている。

ところが、このような従来のバッテリの冷却方法では、バッテリ温度を計測するための温度センサが新たに必要となるので、バッテリ冷却装置のコストが嵩むという問題点があった。そこで、特許文献２に、バッテリの給電線に流れる充放電電流を電流センサで検出し、検出電流値と予め記憶させたバッテリ内部抵抗とからバッテリの発熱量を算出し、算出した発熱量を積算することで現在のバッテリ温度を推定（温度変化を推定）し、この推定した温度に応じて冷却ファンを駆動制御してバッテリに冷却風を供給する技術が提案されている。

特開平９−９２３４７号公報特開平８−１４８１９０号公報

しかしながら、特許文献２に記載のバッテリ冷却装置では、バッテリの元の温度からの変化を積分で算出してバッテリ温度を推定する構成であるので、電流値の検出を頻繁に行わなければならず、制御が煩雑なものとなってしまうという問題点があった。特に、プラグインハイブリッド車両においてこのようなバッテリ温度の推定制御を行う際に、バッテリの充電制御をメイン電源（ＩＧスイッチ）がオフの時に、バッテリへの充電制御を行う場合には、頻繁に電流センサや制御装置を駆動させる必要があり、消費電流の観点でも問題点があった。

そこで、本発明は、定期的にバッテリ電流の値を検出するという面倒な制御を行うことなく、かつ、温度センサを使用しなくても、バッテリの充電電流の大きさ、或いはバッテリ充電中の単位時間当たりのバッテリの充電容量の変化によってバッテリ温度を推定してバッテリの冷却制御を実施することができるバッテリ冷却装置を提供することを目的としている。また、この際にバッテリの劣化も考慮したバッテリ冷却装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成する本発明のバッテリ冷却装置の第１の形態は、車両に搭載されたバッテリの温度が上昇した時に冷却装置を駆動するバッテリ冷却装置であって、バッテリの充電電流を検出する検出手段と、バッテリ温度とバッテリの充電電流値との関係を示すマップを記憶する記憶手段と、検出手段によって検出された電流値と、マップに基づいてバッテリ温度を推定する推定手段と、推定手段によって推定されたバッテリ温度が所定値以上の時に前記冷却装置を駆動する駆動手段とを備えることを特徴としている。

また、前記目的を達成する本発明のバッテリ冷却装置の第２の形態は、プラグインハイブリッド車両に搭載されたバッテリの温度が、プラグインによる充電制御時に上昇した時に冷却装置を駆動するバッテリ冷却装置であって、バッテリのプラグインによる充電時の充電電流を検出する検出手段と、バッテリ温度とバッテリの充電電流値との関係を示すマップを記憶する記憶手段と、検出手段によって検出された電流値と、マップに基づいてバッテリ温度を推定する推定手段と、推定手段によって推定されたバッテリ温度が所定値以上の時に冷却装置を駆動する駆動手段とを備えることを特徴としている。

また、前記目的を達成する本発明のバッテリ冷却装置の第３の形態は、車両に搭載されたバッテリの温度が上昇した時に冷却装置を駆動するバッテリ冷却装置であって、バッテリの充電容量を検出する検出手段と、バッテリの充電中の単位時間当たりの充電効率を算出する算出手段と、バッテリ温度とバッテリの充電効率との関係を示すマップを記憶する記憶手段と、算出手段によって算出された充電効率と、マップに基づいてバッテリ温度を推定する推定手段と、推定手段によって推定されたバッテリ温度が所定値以上の時に冷却装置を駆動する駆動手段とを備えることを特徴としている。

本発明のバッテリ冷却装置によれば、バッテリ冷却装置に新たに温度センサを設置する必要がなく、また、定期的にバッテリ電流の値を検出するという面倒な制御を行うことなく、更に、温度センサを使用しなくても、バッテリの充電電流の大きさ、或いはバッテリ充電中の単位時間当たりのバッテリの充電容量の変化によってバッテリ温度を推定してバッテリの冷却制御を実施することができるという効果がある。これに加えて、バッテリの劣化状態を考慮してバッテリの充電時の発熱量に応じた冷却を行うことができるので、バッテリ充電時にバッテリを効率良く冷却できると共に、バッテリの劣化を防止することができるという効果もある。

以下、添付図面を用いて本発明の実施の形態を、具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。まず、図１を用いて本発明のバッテリ冷却装置の構成について説明し、次いで、この構成におけるバッテリの充電時の冷却方法について２つの実施例の制御手順をフローチャートを用いて説明する。

図１はハイブリッド車両、特にプラグインハイブリッド車両における本発明のバッテリ冷却装置１０の一実施例の構成を示すものである。バッテリ１の近傍にはモータ２Ａと、このモータ２Ａによって回転駆動されるファン２Ｂを備えた、冷却ファン２が設けられている。冷却ファン２は、制御装置（図にはＨＶ−ＥＣＵと記載）５の出力によって回転駆動される。バッテリ１は回路３によって充電システム６に接続されており、電圧低下時には充電システム６によって充電される。回路３の途中には、回路３を流れる電流を検出するための電流センサ４が設けられている。

電流センサ４は回路３に既に設けられているものであり、電流センサ４の出力は種々の制御装置に入力されるが、この実施例では制御装置５に入力されているもののみを示す。また、ハイブリッド車両がプラグインハイブリッド車両の場合には、充電システム６には家庭の商用電源からバッテリ１を充電するためのプラグ７と巻取り式のコード８が設けられる。

以上のように構成されたバッテリ冷却装置１０では、バッテリ１が充電システム６によって充電される時に、バッテリ１の温度が上昇する。そして、バッテリ１の温度が上昇した場合には冷却ファン２が制御装置５によって駆動されて冷却される。図２は、この制御装置５による冷却ファン２の駆動手順の一例を示すフローチャートであり、この手順はバッテリ１が充電状態になった時に起動される。

ステップ２０１では、回路３に設けられた電流センサ４によって検出されたバッテリ１への充電電流値を制御装置５が取り込む。続くステップ２０２では、制御装置５によりバッテリ１の劣化が推定される。このバッテリ１の劣化の推定については後述する。

次のステップ２０３では、制御装置５は制御装置内の図示しないメモリに記憶されている温度‐抵抗値マップを用いて、ステップ２０２で推定したバッテリ劣化に応じたバッテリ温度Ｔを推定する。温度‐抵抗値マップは、例えば図３に示すような特性を持つものであり、抵抗値が増大すると温度が増大することを示している。抵抗値はバッテリ１の内部抵抗値であり、電流センサ４で検出された電流値とバッテリ１の内部抵抗値は一意に対応するので、バッテリ１への電流値が分かれば、バッテリ温度はこの温度‐抵抗値マップを用いて推定することができる。

また、図３に示す温度‐抵抗値マップは、バッテリ１の劣化に応じた温度‐抵抗値特性を合わせて示している。このマップから、バッテリ１の劣化が進むと、抵抗値（電流値）が増大してもバッテリ１の劣化前に比べてバッテリ温度が上昇しないことが分かる。

このようにして、制御装置５がバッテリ１の充電電流に基づいてバッテリ温度Ｔを推定すると、ステップ２０４において制御装置５は、推定したバッテリ温度Ｔがバッテリの冷却が必要な所定温度Ｂ°Ｃ以上になったか否かを判定する。そして、推定したバッテリ温度Ｔが所定温度Ｂ°Ｃ以上になったと判定した場合はステップ２０５に進み、冷却ファン２のモータ２Ａに通電してファン２Ｂを駆動し、バッテリ１を冷却してこのルーチンを終了する。

一方、ステップ２０４の判定において、推定したバッテリ温度Ｔがバッテリの冷却が必要な所定温度Ｂ°Ｃ未満である場合は、ステップ２０５に進まずにこのルーチンを終了する。図２のフローチャートに示した制御手順は、バッテリ１の充電中に所定時間毎に実行される。

ここで、制御装置５によるバッテリ１の劣化推定について説明する。制御装置５は、バッテリ１の温度が一定の時に、バッテリ１の劣化度を推定する。バッテリ１の温度が一定になる場合としては、次のような場合が考えられる。

（１）エンジンが停止状態になった時から一定時間が経過した後
（２）エンジンが停止状態になった時から一定時間が経過した後のエンジン始動直後
（３）エンジンが停止状態になってからバッテリから流出する電流値が一定値に収束した後

（４）ハイブリッド車両がプラグインハイブリッド車両である場合に、プラグイン充電を開始する前

（５）ハイブリッド車両がプラグインハイブリッド車両である場合に、プラグイン充電を開始した後（充電開始直後、充電開始から一定時間経過後、又は充電完了直後）

制御装置５は、このような（１）〜（５）の何れかの条件の時に、バッテリ１への充電電流の電流センサ４による検出値を取り込んで、この電流値の大きさによってバッテリ１の劣化度を推定する。バッテリ１は、正常時には内部抵抗が小さく、この時の充電電流が小さい。逆に、バッテリ１が劣化すると、内部抵抗値が大きくなり、充電電流値が大きくなる。よって、充電電流値の大きさによってバッテリの劣化を判定することができる。このことから、制御装置５は、（１）〜（５）の条件の時のバッテリ１への充電電流の電流センサ４による検出値が大きいほど、バッテリ１が劣化したと判断するのである。

なお、バッテリ１の劣化推定時には、一定電流で決まった量をバッテリに流すことができる構成が必要である。プラグインハイブリッド車両では、バッテリ１の充電時に１００Ｖの商用電源を使用できるので一定電流で決まった量をバッテリに流すことができるが、通常のハイブリッド車両では充電電流を一定に制御できる構成が必要となる。

そして、制御装置５は、バッテリ１の劣化が小さい時は図３に示した温度‐抵抗値特性における特性Ａ１を使用してバッテリ温度を推定し、バッテリ１の劣化が大きくなるにつれて、図３に示した温度‐抵抗値特性における特性Ａ２、Ａ３を順次使用してバッテリ温度を推定するのである。

また、バッテリ１の劣化推定は外部の影響を受けるが、その一因として外気温がある。そこで、バッテリ１の劣化推定では、前回の劣化推定時の外部要因（外気温等）を考慮して劣化推定マップを切り換える等の処理を実施する。このように、バッテリ１の劣化推定は外部の影響を受け易いので、所定トリップ回数で充電電流の平均をとって、この平均値を用いてマップ変更を実施することもできる。

図４は、制御装置５による冷却ファン２の駆動手順の別の例を示すフローチャートである。この手順もバッテリ１が充電状態になった時に所定時間毎に起動される。

ステップ４０１では、制御装置５がバッテリ１の充電容量（ＳＯＣ）を入手する。次に、制御装置５はステップ４０２においてバッテリ１の劣化を推定する。なお、バッテリの劣化は急激に進むことは無いので、ここではトリップ毎や一定期間毎にバッテリ１の劣化を推定しているが、バッテリ劣化の時期が来るまでは劣化の判定を行わないようにすることもできる。制御装置５のバッテリ１の劣化の推定方法は前述の通りである。次のステップ４０３では、駆動装置５はバッテリ１の単位時間当たりのＳＯＣ変化である充電効率を算出する。

次のステップ４０４では、制御装置５は制御装置内の図示しないメモリに記憶されている温度‐充電効率マップを用いて、ステップ４０２で推定したバッテリ劣化に応じたバッテリ温度Ｔを推定する。温度‐充電効率マップは、例えば図５に示すような特性を持つものであり、充電効率が増大すると温度が低下することを示している。

また、制御装置５は、バッテリ１が正常の時は温度‐充電効率マップの特性Ｃ１を使用してバッテリ温度を判定し、バッテリ１の劣化が進むと、順次温度‐充電効率マップの特性Ｃ２、Ｃ３を使用してバッテリ温度を判定する。

このようにして、制御装置５がバッテリの充電効率に基づいてバッテリ温度Ｔを推定すると、ステップ４０５において制御装置５は、推定したバッテリ温度Ｔがバッテリ１の冷却が必要な所定温度Ｂ°Ｃ以上になったか否かを判定する。そして、推定したバッテリ温度Ｔが所定温度Ｂ°Ｃ以上になったと判定した場合はステップ４０６に進み、冷却ファン２のモータ２Ａに通電してファン２Ｂを駆動し、バッテリ１を冷却してこのルーチンを終了する。

一方、ステップ４０５の判定において、推定したバッテリ温度Ｔがバッテリの冷却が必要な所定温度Ｂ°Ｃ未満である場合は、ステップ４０６に進まずにこのルーチンを終了する。図４のフローチャートに示した制御手順は、バッテリ１の充電中に所定時間毎に実行される。

なお、プラグインハイブリッド車両の場合は、外乱による誤差を除くため、単位時間当たりの充電変化である充電効率は１回当たりの値を使用せず、最新の数回の平均の充電効率を使用する。また、以上説明した実施例では充電時の制御について説明したが、本発明は放電時にも適用が可能である。

以上のように、本発明のバッテリ冷却装置によれば、バッテリ冷却装置に新たに温度センサを設置する必要がなく、また、バッテリの劣化を考慮してバッテリの発熱量に応じた冷却を行うことができるので、バッテリを効率良く冷却できると共に、バッテリの劣化を防止することができる。

本発明のバッテリ冷却装置の一実施例の構成を示すブロック図である。図１に示した制御装置の電動ファンの駆動制御手順の一例を示すフローチャートである。図２に示した電動ファンの駆動制御手順に使用される温度‐抵抗値マップを示す図である。図１に示した制御装置の電動ファンの駆動制御手順の別の例を示すフローチャートである。図４に示した電動ファンの駆動制御手順に使用される温度‐充電効率マップを示す図である。

符号の説明

１バッテリ
２冷却ファン
２Ａ電気モータ
２Ｂファン
３回路
４電流センサ
５制御装置
６充電システム
７充電プラグ

Claims

車両に搭載されたバッテリの温度が上昇した時に冷却装置を駆動するバッテリ冷却装置であって、
前記バッテリの充電電流を検出する検出手段と、
バッテリ温度とバッテリの充電電流値との関係を示すマップを記憶する記憶手段と、
前記検出手段によって検出された電流値と、前記マップに基づいてバッテリ温度を推定する推定手段と、
前記推定手段によって推定されたバッテリ温度が所定値以上の時に前記冷却装置を駆動する駆動手段とを備えることを特徴とするバッテリ冷却装置。
プラグインハイブリッド車両に搭載されたバッテリの温度が、プラグインによる充電制御時に上昇した時に冷却装置を駆動するバッテリ冷却装置であって、
前記バッテリのプラグインによる充電時の充電電流を検出する検出手段と、
バッテリ温度とバッテリの充電電流値との関係を示すマップを記憶する記憶手段と、
前記検出手段によって検出された電流値と、前記マップに基づいてバッテリ温度を推定する推定手段と、
前記推定手段によって推定されたバッテリ温度が所定値以上の時に前記冷却装置を駆動する駆動手段とを備えることを特徴とするバッテリ冷却装置。
車両に搭載されたバッテリの温度が上昇した時に冷却装置を駆動するバッテリ冷却装置であって、
前記バッテリの充電容量を検出する検出手段と、
前記バッテリの充電中の単位時間当たりの充電効率を算出する算出手段と、
バッテリ温度とバッテリの充電効率との関係を示すマップを記憶する記憶手段と、
前記算出手段によって算出された充電効率と、前記マップに基づいてバッテリ温度を推定する推定手段と、
前記推定手段によって推定されたバッテリ温度が所定値以上の時に前記冷却装置を駆動する駆動手段とを備えることを特徴とするバッテリ冷却装置。
前記マップには、バッテリ温度とバッテリの充電電流値との関係、或いはバッテリ温度とバッテリの充電効率との関係が、前記バッテリの劣化状態に応じて記憶されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のバッテリ冷却装置。
前記バッテリの劣化状態は、バッテリ温度が一定時に、前記充電電流を検出することによって得られることを特徴とする請求項４に記載のバッテリ冷却装置。