JP2010244849A

JP2010244849A - 電池装置

Info

Publication number: JP2010244849A
Application number: JP2009092328A
Authority: JP
Inventors: Hironobu Kawashima; 裕宣川島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-04-06
Filing date: 2009-04-06
Publication date: 2010-10-28

Abstract

【課題】二次電池をより適正に冷却して電池寿命を向上させる。
【解決手段】高圧バッテリの負荷ＢＬが所定の基準負荷ＢＬｒｅｆ未満である場合および高圧バッテリの負荷ＢＬが基準負荷ＢＬｒｅｆ以上となる状態が所定時間継続していない場合には、ファン起動温度Ｔｆｓが第１温度Ｔ１に設定され（ステップＳ１３０）、高圧バッテリの負荷ＢＬが基準負荷ＢＬｒｅｆ以上となる状態が所定時間以上継続している場合には、ファン起動温度Ｔｆｓが第１温度Ｔ１よりも低い第２温度Ｔ２に設定される（ステップＳ１５０）。
【選択図】図２

Description

本発明は、充放電可能な二次電池と、この二次電池を冷却するための冷却ファンとを備える電池装置に関する。

従来、車両用電池の冷却制御装置として、車室と隔離された荷室内に設置された電動モータ駆動用の電池と、車室内の空気を電池に導くための冷却通路と、冷却通路の途中から分岐して荷室と連通する通路と、冷却通路の分岐部付近に介装されて通路の切り替えを行う切替弁と、冷却通路に車室内から電池側へ向けて空気を流すための冷却ファンとを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、カーナビゲーションシステムからの情報に基づいて電気負荷が増大する負荷増大地点を予測すると共に負荷増大地点までの走行時間を算出し、負荷増大地点に到達する所定時間前に車室内の空気を荷室内へと導入して荷室内を冷却し、それにより電気負荷増大時に電池温度が許容温度に達するまでの時間が十分に確保されるようにしている。

特開特開２００５−９４９２８号公報

しかしながら、カーナビゲーションシステムを用いても車両の電気負荷の増減を精度よく予測することは容易ではなく、上記従来の装置では、結果として電池負荷が増加しなかったにも拘わらず荷室内が無駄に冷却されてしまったり、電池負荷が増加したにも拘わらず荷室内が冷却されなかったりすることがある。

そこで、本発明による電池装置は、二次電池をより適正に冷却して電池寿命を向上させることを主目的とする。

本発明による電池装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採っている。

本発明による電池装置は、
充放電可能な二次電池と、該二次電池からの電流を検出する電流検出手段と、前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、前記二次電池を冷却するための冷却ファンと、前記冷却ファンを起動させるときの温度であるファン起動温度を設定するファン起動温度設定手段と、前記温度検出手段により検出される前記二次電池の温度が前記ファン起動温度設定手段により設定されたファン起動温度になると前記冷却ファンを起動させる制御手段とを備える電池装置であって、
前記ファン起動温度設定手段は、前記電流検出手段により検出された電流に基づいて前記二次電池の負荷を取得し、該二次電池の負荷が所定負荷未満である場合および該二次電池の負荷が所定負荷以上となる状態が所定時間継続していない場合には前記ファン起動温度を第１の温度に設定すると共に、前記二次電池の負荷が前記所定負荷以上となる状態が所定時間以上継続している場合には前記ファン起動温度を前記第１の温度よりも低い第２の温度に設定することを特徴とする。

この電池装置では、二次電池の負荷が所定負荷未満である場合および二次電池の負荷が所定負荷以上となる状態が所定時間継続していない場合には、ファン起動温度が第１の温度に設定され、二次電池の負荷が所定負荷以上となる状態が所定時間以上継続している場合には、ファン起動温度が第１の温度よりも低い第２の温度に設定される。これにより、必要以上に冷却ファンが起動されるのを抑制しつつ、二次電池の負荷が高い状態がある程度継続しているときには負荷が低いときに比べて冷却ファンを早めに起動して二次電池を冷却することで当該二次電池の温度上昇を抑制することが可能となる。従って、この電池装置では、二次電池をより適正に冷却して電池寿命を向上させることが可能となる。

本発明による電池装置を搭載した車両であるハイブリッド自動車２０の概略構成図である。ファン起動温度設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明による電池装置を搭載した車両であるハイブリッド自動車２０の概略構成図である。同図に示すハイブリッド自動車２０は、ガソリンや軽油などを燃料とするエンジン２２と、エンジン２２の出力軸であるクランクシャフト２４に接続されるプラネタリキャリアを有する遊星歯車機構３０と、遊星歯車機構３０のサンギヤに接続される発電可能なモータＭＧ１と、遊星歯車機構３０のリングギヤに接続された駆動軸３２に連結されたモータＭＧ２と、駆動軸３２にデファレンシャルギヤを含むギヤ機構２６や車軸を介して接続された車輪２８ａ，２８ｂと、モータＭＧ１およびＭＧ２を駆動するインバータユニット４０と、電力ライン４５を介してインバータユニット４０と接続されて当該インバータユニット４０を介してモータＭＧ１およびＭＧ２と電力をやり取りする二次電池である高圧バッテリ５０と、高圧バッテリ５０を管理するバッテリ用電子制御ユニット（以下、「バッテリＥＣＵ」という）５２と、エンジン２２を制御する図示しない電子制御ユニットやインバータユニット４０を制御する図示しない電子制御ユニット、バッテリＥＣＵ５２等と通信しながら車両全体を制御する図示しないハイブリッド用電子制御ユニット（図示省略）とを備える。

更に、ハイブリッド自動車２０は、高圧バッテリ５０の温度を検出すると共に検出したバッテリ温度ＴｂをバッテリＥＣＵ５２に送信する温度センサ５４と、高圧バッテリ５０からの電流を検出すると共に検出した電流ＩｂをバッテリＥＣＵ５２に送信する電流センサ５６と、高圧バッテリ５０の端子間電圧を検出すると共に検出した電圧ＶｂをバッテリＥＣＵ５２に送信する電圧センサ５８と、電力ライン４５に接続されて高圧バッテリ５０からの電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ４６と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６に接続された低圧バッテリ６０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６あるいは低圧バッテリ６０からの電力により駆動されるモータや当該モータの回転軸に取り付けられた羽根車等を有すると共に車室内または車室外に形成された空気取入口を介して吸い込んだ空気を高圧バッテリ５０に送出して当該高圧バッテリ５０を冷却する冷却ファン７０と、低圧バッテリ６０と冷却ファン７０との間に介設されると共にバッテリＥＣＵ５２により制御されるファン駆動回路７２とを備える。

高圧バッテリ５０を管理するバッテリＥＣＵ５２は、図示しないＣＰＵを中心とするマイクロコンピュータとして構成されており、ＣＰＵの他に処理プログラムなどを記憶するＲＯＭや一時的に各種データ等を記憶するＲＡＭ、計時指令に応じて計時を実行するタイマ、入出力ポート、通信ポート（いずれも図示せず）等を備える。バッテリＥＣＵ５２は、温度センサ５４や電流センサ５６、電圧センサ５８等からのデータに基づいて高圧バッテリ５０を管理する。例えば、バッテリＥＣＵ５２は、電流センサ５６により検出された電流Ｉｂの積算値に基づく残容量ＳＯＣや、バッテリ温度Ｔｂや残容量ＳＯＣに基づく高圧バッテリ５０の充電許容電力および放電許容電力等を算出し、このような高圧バッテリユニット５０の状態に関するデータを必要に応じてハイブリッド用電子制御ユニットを始めとする他の電子制御ユニットに送信する。また、バッテリＥＣＵ５２は、温度センサ５４からのバッテリ温度Ｔｂが所定のファン起動温度Ｔｆｓになると冷却ファン７０が起動されるようにファン駆動回路７２を制御すると共に、バッテリ温度Ｔｂが例えばファン起動温度Ｔｆｓよりも低いファン停止温度以下になるまで冷却ファン７０からの空気により高圧バッテリ５０が冷却されるようにファン駆動回路７２を制御する。また、バッテリＥＣＵ５２は、高圧バッテリ５０をより適正に温度管理すべく、ファン起動温度設定ルーチンを実行し、高圧バッテリ５０の状態に応じたファン起動温度Ｔｆｓを設定する。

図２は、バッテリＥＣＵ５２により実行されるファン起動温度設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、ハイブリッド自動車２０においてイグニッションスイッチ（スタートスイッチ）がＯＮされると、バッテリＥＣＵ５２により所定時間ごとに繰り返し実行される。

図２のルーチンの開始に際して、バッテリＥＣＵ５２の図示しないＣＰＵは、電流センサ５６からの電流Ｉｂを入力し（ステップＳ１００）、入力した電流Ｉｂの２乗値を高圧バッテリ５０の負荷（以下、適宜「バッテリ負荷」という）ＢＬとして取得する（ステップＳ１１０）。次いで、取得したバッテリ負荷ＢＬが予め定められた基準負荷ＢＬｒｅｆ以上であるか否かを判定し（ステップＳ１２０）、バッテリ負荷ＢＬが基準負荷ＢＬｒｅｆ未満である場合には、ファン起動温度Ｔｆｓを予め定められた比較的高めの第１温度Ｔ１に設定し（ステップＳ１３０）、本ルーチンを一旦終了させる。一方、ステップＳ１２０にてバッテリ負荷ＢＬが基準負荷ＢＬｒｅｆ以上であると判断された場合には、バッテリ負荷ＢＬが基準負荷ＢＬｒｅｆ以上となる状態が所定時間継続しているか否かを判定する（ステップＳ１４０）。そして、バッテリ負荷ＢＬが基準負荷ＢＬｒｅｆ以上となる状態が所定時間継続していないと場合には、ファン起動温度Ｔｆｓを上述の第１温度Ｔ１に設定し（ステップＳ１３０）、本ルーチンを一旦終了させる。これに対して、バッテリ負荷ＢＬが基準負荷ＢＬｒｅｆ以上となる状態が所定時間以上継続している場合には、ファン起動温度Ｔｆｓを上述の第１温度Ｔ１よりも低い第２温度Ｔ２に設定し（ステップＳ１５０）、本ルーチンを一旦終了させる。

このように、実施例のハイブリッド自動車２０では、二次電池としての高圧バッテリ５０の負荷ＢＬが所定の基準負荷ＢＬｒｅｆ未満である場合および高圧バッテリ５０の負荷ＢＬが基準負荷ＢＬｒｅｆ以上となる状態が所定時間継続していない場合には、ファン起動温度Ｔｆｓが第１温度Ｔ１に設定され（ステップＳ１３０）、高圧バッテリ５０の負荷ＢＬが基準負荷ＢＬｒｅｆ以上となる状態が所定時間以上継続している場合には、ファン起動温度Ｔｆｓが第１温度Ｔ１よりも低い第２温度Ｔ２に設定される（ステップＳ１５０）。これにより、必要以上に冷却ファン７０が起動されるのを抑制しつつ、高圧バッテリ５０の負荷ＢＬが高い状態がある程度継続しているときにはバッテリ負荷ＢＬが低いときに比べて冷却ファン７０を早めに起動して高圧バッテリ５０を冷却することで当該高圧バッテリ５０の温度上昇を抑制することが可能となる。従って、実施例のハイブリッド自動車２０では、高圧バッテリ５０をより適正に冷却して電池寿命を向上させることが可能となる。

なお、上記実施例のハイブリッド自動車２０において、モータＭＧ２は、減速ギヤ機構や複数段の変速段を有する変速機を介して駆動軸３２に接続されてもよい。また、モータＭＧ２を駆動軸３２に接続する代わりに、車輪２８ａおよび２８ｂ以外の車輪に連結された車軸に直接または減速ギヤ機構や変速機を介して接続してもよい。更に、本発明の電池装置は、電気自動車に搭載されてもよいことはいうまでもない。

ここで、上記実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明しておく。すなわち、上記実施例では、充放電可能な高圧バッテリ５０が「二次電池」に相当し、高圧バッテリ５０からの電流を検出する電流センサ５６が「電流検出手段」に相当し、高圧バッテリ５０の温度を検出する温度センサ５４が「温度検出手段」に相当し、高圧バッテリ５０を冷却するための冷却ファン７０が「冷却ファン」に相当し、図２のファン起動温度設定ルーチンを実行して冷却ファン７０を起動させるときの温度であるファン起動温度Ｔｆｓを設定するバッテリＥＣＵ５２が「ファン起動温度設定手段」に相当し、温度センサ５４により検出される高圧バッテリ５０の温度Ｔｂがファン起動温度Ｔｆｓになると冷却ファン７０が起動されるようにファン駆動回路７２を制御するバッテリＥＣＵ５２が「制御手段」に相当する。

ただし、「二次電池」は、充放電可能なものであれば、ニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池といった如何なる形式のものであっても構わない。「電流検出手段」は、二次電池からの電流を検出可能なものであれば、如何なる形式のものであっても構わない。「温度検出手段」は、二次電池の温度を検出可能なものであれば、如何なる形式のものであっても構わない。「冷却ファン」は、二次電池を冷却可能なものであれば、如何なる形式のものであっても構わない。「ファン起動温度設定手段」は、二次電池からの電流に基づいて当該二次電池の負荷を取得し、二次電池の負荷が所定負荷未満である場合および二次電池の負荷が所定負荷以上となる状態が所定時間継続していない場合にはファン起動温度を第１の温度に設定すると共に、二次電池の負荷が所定負荷以上となる状態が所定時間以上継続している場合にはファン起動温度を第１の温度よりも低い第２の温度に設定するものであれば、如何なる形式のものであっても構わない。「制御手段」は、二次電池の温度がファン起動温度になると冷却ファンを起動させるものであれば、如何なる形式のものであっても構わない。いずれにしても、これら実施例および変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。すなわち、実施例はあくまで課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の解釈は、その欄の記載に基づいて行なわれるべきものである。

以上、実施例を用いて本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。

本発明は、電池装置やそれを搭載した車両の製造産業等において利用可能である。

２０ハイブリッド自動車、２２エンジン、２４クランクシャフト、２６ギヤ機構、２８ａ，２８ｂ車輪、３０遊星歯車機構、３２駆動軸、４０インバータユニット、４５電力ライン、４６ＤＣ／ＤＣコンバータ、５０高圧バッテリ、５２バッテリＥＣＵ、５４温度センサ、５６電流センサ、５８電圧センサ、６０低圧バッテリ、７０冷却ファン、７２ファン駆動回路、ＭＧ１，ＭＧ２モータ。

Claims

充放電可能な二次電池と、該二次電池からの電流を検出する電流検出手段と、前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、前記二次電池を冷却するための冷却ファンと、前記冷却ファンを起動させるときの温度であるファン起動温度を設定するファン起動温度設定手段と、前記温度検出手段により検出される前記二次電池の温度が前記ファン起動温度設定手段により設定されたファン起動温度になると前記冷却ファンを起動させる制御手段とを備える電池装置であって、
前記ファン起動温度設定手段は、前記電流検出手段により検出された電流に基づいて前記二次電池の負荷を取得し、該二次電池の負荷が所定負荷未満である場合および該二次電池の負荷が所定負荷以上となる状態が所定時間継続していない場合には前記ファン起動温度を第１の温度に設定すると共に、前記二次電池の負荷が前記所定負荷以上となる状態が所定時間以上継続している場合には前記ファン起動温度を前記第１の温度よりも低い第２の温度に設定することを特徴とする電池装置。