JP2018153000A

JP2018153000A - 電池温調装置

Info

Publication number: JP2018153000A
Application number: JP2017047582A
Authority: JP
Inventors: 輝彦西村; Teruhiko Nishimura
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2017-03-13
Publication date: 2018-09-27

Abstract

【課題】電気ヒータの電力供給源の電池の出力電圧が上限値を超えることを抑制し、当該電池の保護を図る。【解決手段】車両に搭載された走行駆動用電池２に空気を導く電動ブロアファン１０と、走行駆動用電池２から電力を供給されて作動し電動ブロアファン１０によって走行駆動用電池２に導かれる空気を加熱するＰＴＣヒータ１１と、ＰＴＣヒータ１１及び電動ブロアファン１０の作動制御をするコントロールユニット１３と、を備えた電池温調装置１であって、走行駆動用電池２の電池セルの温度を検出する温度センサ１２を有し、電動ブロアファン１０の電力供給源は車両に搭載された補機用電池１６であり、コントロールユニット１３は走行駆動用電池２の温度に基づいて、電動ブロアファン１０の回転速度を可変制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、電池温調装置に係り、詳しくは、車載電池を暖めるヒータ装置の出力制御に関する。

電気自動車やハイブリッド車のように走行駆動用モータに電力を供給するための大容量の走行駆動用電池を搭載した車両において、寒冷地で出力を確保するために、走行駆動用電池を暖める温調装置を備えたものがある。この温調装置は、例えば電気ヒータを備えて構成されている。そして、当該電気ヒータは、車両に搭載した大容量の走行駆動用電池から電力が供給されることが一般的である。

また、車両に搭載された温調装置としては、例えば特許文献１に示すように、電気ヒータと電動ファンを備えた暖房装置が搭載された車両が開示されている。特許文献１に記載された温調装置では、電気ヒータと電動ファンの作動制御を行ない、所望の温度の温風を供給するようにしている。

特開平１１−２４０３２４号公報

ところで、電気ヒータの出力制御としては、消費電力を抑制するために比較的効率のよいＰＷＭ制御が採用されている場合が多い。このように電気ヒータをＰＷＭ制御すると、電気ヒータへの供給電圧が変動する。しかし、満充電に近い状態、あるいは走行駆動用電池が低温状態や劣化状態であるように内部抵抗が高い場合には、走行駆動用電池から電気ヒータへ電力を供給してＰＷＭ制御を行なうと、走行駆動用電池の出力電圧が上限値を超えて走行駆動用電池を劣化させる虞がある。特にハイブリッド車のように走行駆動用電池を充電可能であり満充電状態となる機会が比較的多い車両では、このように電気ヒータをＰＷＭ制御した際に、走行駆動用電池の出力電圧が上限値を超えて劣化させる可能性が高くなる。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、電気ヒータの電力供給源の電池の出力電圧が上限値を超えることを抑制し、当該電池の保護を図ることのできる電池温調装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の電池温調装置は、車両に搭載された第１の電池に空気を導く電動ファンと、前記第１の電池から電力を供給されて作動し前記電動ファンによって前記第１の電池に導かれる空気を加熱する電気ヒータと、前記電気ヒータ及び前記電動ファンの作動制御をする制御手段と、を備えた電池温調装置であって、前記第１の電池の温度を検出する温度検出器を有し、前記電動ファンの電力供給源は前記車両に搭載された第２の電池であり、前記制御手段は、前記第１の電池の温度に基づいて、前記電動ファンの回転速度を変更することを特徴とする。

また、好ましくは、前記電気ヒータは、ＰＴＣ素子を有するＰＴＣヒータであるとよい。
また、好ましくは、前記制御手段は、前記第１の電池の温度に基づいて前記電気ヒータをＰＷＭ制御するとよい。
また、好ましくは、前記車両は、前記第１の電池を充電する充電機または発電機を備え、前記制御手段は、前記充電機または前記発電機による前記第１の電池の充電時に、前記第１の電池の温度に基づいて、前記電動ファンの回転速度を変更するとよい。

また、好ましくは、前記車両は、電動の走行駆動用モータを備え、前記第１の電池は、前記走行駆動用モータに電力を供給する電池であり、前記第２の電池は、前記車両の補機用電池であるとよい。

本発明の電池温調装置によれば、ファン及び電気ヒータを作動して第１の電池を加熱温調する際に第１の電池の温度に基づいて電動ファンの回転速度を変更することで、第１の電池に対する加熱能力を変更することができる。したがって、電気ヒータの出力変更を抑えつつ第１の電池に対する加熱能力を第１の電池の温度に基づいて可変し、第１の電池の温度を適切に制御することが可能となる。

このように、第１の電池に対する加熱能力を変更させる際に、電気ヒータの出力変更を抑制することができるので、第１の電池から電気ヒータへの供給電圧の変動を抑えることが可能となり、第１の電池の出力電圧が上限値を超えて第１の電池を劣化させることを抑制することができる。

本発明の実施形態の走行駆動用電池の温調装置の構成図である。コントロールユニットにおける温調制御の手順を示すフローチャートである。電池セル温度とブロアファン回転速度との関係の一例を示すグラフである。

以下、本発明を具体化した電池温調装置の一実施形態を説明する。
図１は本発明の実施形態の電池温調装置１の構成図である。図２は、コントロールユニット１３における温調制御の手順を示すフローチャートである。図３は、電池セル温度と電動ブロアファン１０の回転速度との関係の一例を示すグラフである。
図１に示すように、本実施形態の電池温調装置１は、ハイブリッド車のように走行駆動用モータ３を有する車両の走行駆動用電池２（第１の電池）を温調する装置である。走行駆動用モータ３は、車両の走行駆動輪４を駆動する電動モータであり、走行駆動用電池２からハイブリッドコントロールユニット５を介して車両のアクセル操作等に基づいて電力が供給されて駆動する。

本実施形態の電池温調装置１は、ハイブリッド車のように、エンジン６により発電機７を駆動して発電させ、この発電した電力により走行駆動用電池２を充電可能な車両に搭載されている。
走行駆動用電池２は、複数の電池セル２ａを組み合わせて構成されており、ケース２ｂ内に収納されている。ケース２ｂ内の電池セル２ａの間や周囲には、温調風を通過させるための温調風通路が設けられている。また、ケース２ｂの外部から内部に走行風等の温調風を導入することが可能となっている。

電池温調装置１は、ケース２ｂに隣接して配置され、ケース２ｂの外部から内部に走行風を導入したり、停車時には後述する電動ブロアファン１０（電動ファン）を駆動したりして、電池セル２ａの周囲に冷風を通過させて、走行駆動用電池２の温度を低下させる冷却機能を備えている。
更に、電池温調装置１は、走行駆動用電池２に温風を通過させて、冷態状態となっている走行駆動用電池２を暖める加熱機能を備えている。

電池温調装置１は、電動ブロアファン１０、ＰＴＣヒータ１１、温度センサ１２（温度検出器）、コントロールユニット１３（制御手段）を備えて構成されている。
電動ブロアファン１０は、外部からケース２ｂ内へ温調風を導入するよう設けられている。
ＰＴＣヒータ１１は、温度が上昇するに伴って抵抗値が増加するＰＴＣ素子１４を使用した電気ヒータである。ＰＴＣ素子１４は複数個設けられ電気回路的に並列に配置されている。更に、ＰＴＣヒータ１１には、ＰＴＣ素子１４への供給電力を制御する制御素子１５が設けられている。制御素子１５は、ＰＴＣ素子１４への電力供給のオン・オフ制御を行なう。

温度センサ１２は、走行駆動用電池２の電池セル２ａに設けられ、電池セル温度Ｔを検出する。
コントロールユニット１３は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されている。コントロールユニット１３は、温度センサ１２から電池セル温度Ｔを入力して、電動ブロアファン１０の作動制御を行なう。また、コントロールユニット１３は、ＣＡＮ通信を介してＰＴＣヒータ１１を作動制御可能となっている。

なお、コントロールユニット１３及び電動ブロアファン１０は、車両に搭載された補機用電池１６（第２の電池）から電力を供給されて作動する。ＰＴＣヒータ１１は、コントロールユニット１３により作動制御可能であるものの、その電力供給源は走行駆動用電池２である。
次に図２を用いて、コントロールユニット１３におけるＰＴＣヒータ１１及び電動ブロアファン１０の制御の一例を説明する。なお、図２に示す制御は、ＰＴＣヒータ１１及び電動ブロアファン１０の作動によって走行駆動用電池２を加熱する加熱制御を示す。

コントロールユニット１３は、車両電源オン時に図２に示すＰＴＣヒータ１１及び電動ブロアファン１０の制御を繰り返し実行する。
始めに、ステップＳ１０では、温度センサ１２より電池セル温度Ｔを入力する。そして、ステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０では、ステップＳ１０において入力した電池セル温度Ｔが所定温度Ｔ1以下であるか否かを判別する。所定温度Ｔ1は、走行駆動用電池２が走行駆動用モータ３への出力を確保するために加熱する必要のある温度の上限値に設定すればよい。電池セル温度Ｔが所定温度Ｔ1以下である場合には、ステップＳ３０に進む。電池セル温度Ｔが所定温度Ｔ1より高い場合には、ステップＳ５０に進む。

ステップＳ３０では、ＰＴＣヒータ１１をオンにする。なお、ＰＴＣヒータ１１の出力については、一定でもよいし、電池セル温度Ｔに基づいて可変制御してもよい。例えば、ＰＴＣヒータ１１の出力を可変制御する場合には、電池セル温度Ｔが低下するに伴ってＰＴＣヒータの出力を低下させるように制御すればよい。更に、ＰＴＣヒータ１１をＰＷＭ制御してもよい。そして、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０では、ファン作動制御をオンにする。詳しくは、電動ブロアファン１０の駆動をオンにするとともに、ステップＳ１０で入力した電池セル温度Ｔに基づいて、電動ブロアファン１０の回転速度（ブロアファン回転速度Ｖr）を制御する。
例えば、図３に示すように、ブロアファン回転速度Ｖrは、電池セル温度Ｔが所定温度Ｔ1では最高回転速度Ｖrmaxに設定される。ブロアファン回転速度Ｖrは、電池セル温度Ｔが所定温度Ｔ1より低下するに伴って、最低回転速度Ｖrminまでの間で減少するように設定される。また、電池セル温度Ｔが所定温度Ｔ2未満では、ブロアファン回転速度Ｖrを０とする。

なお、最低回転速度Ｖrminについては、電池セル温度Ｔが所定温度Ｔ2のときのＰＴＣヒータ１１の出力に合わせて適宜設定すればよい。また、最高回転速度Ｖrmaxについては、電動ブロアファン１０の能力や消費電力を考慮して、電池温調装置１から排出する熱量が極力大きくなるような値に適宜設定すればよい。所定温度Ｔ2は、例えば温調して走行駆動用電池２の温度が所定温度Ｔ1まで上昇可能となる下限値に設定すればよい。

そして、本ルーチンを終了する。
ステップＳ５０では、ＰＴＣヒータ１１をオフにする。そして、ステップＳ６０に進む。
ステップＳ６０では、ファン作動制御をオフにし、ブロアファン回転速度Ｖrを０にする。そして、本ルーチンを終了する。

なお、走行駆動用電池２を冷却する温調制御については、例えば電池セル温度Ｔが適宜設定された冷却を要する温度以上となった場合に、電動ブロアファン１０が作動するように制御すればよい。
以上のように、本実施形態では、電池温調装置１による温調制御、特に加熱制御として、ＰＴＣヒータ１１のオン・オフ制御と電動ブロアファン１０の回転速度制御が行なわれる。

ＰＴＣヒータ１１はＰＴＣ素子１４を用いているので、ＰＴＣ素子１４が所定温度になるように自動的に電流が制御される。したがって、通電時にＰＴＣヒータ１１自体で一定の温度となりＰＴＣヒータ１１を通過する空気の温度を自動的に一定にすることができる。これにより、ＰＴＣヒータ１１への電力を可変制御しなくとも、走行駆動用電池２への過度な高熱の温風を供給することを抑制することができ、ＰＴＣヒータ１１の無駄な電力消費を抑えることができる。

更に、本実施形態では、電池セル温度Ｔに基づいて電動ブロアファン１０の回転速度を変更する制御が行なわれる。このように、ブロアファン回転速度Ｖrを制御することで、電池温調装置１全体としての出力、即ち走行駆動用電池２への供給熱量を可変制御することができる。
また、ＰＴＣヒータ１１の出力を可変制御した場合には、ブロアファン回転速度Ｖrの制御をすることで、電池温調装置１の出力(走行駆動用電池２への供給熱量)を確保した上で、ＰＴＣヒータ１１の出力可変制御範囲を低減させることができる。

これにより、走行駆動用電池２からＰＴＣヒータ１１への出力電圧の変動範囲、特に走行駆動用電池２の出力電圧の最大値を抑えることができる。
したがって、走行駆動用電池２が低温あるいは劣化状態のように内部抵抗が増大している場合や、満充電に近い場合のように、出力電圧が変動した際にその最大値が走行駆動用電池２の電池セル２ａの上限値を超える可能性の高い状態であっても、上記のように走行駆動用電池２の出力電圧の最大値が抑えられるので、走行駆動用電池２の出力電圧の最大値が上限値を超えることを抑制することができる。これにより、走行駆動用電池２の劣化を抑制し、走行駆動用電池２の寿命を向上させることができる。

なお、電動ブロアファン１０は補機用電池１６により電力を供給されて駆動するので、例え回転速度を変更しても走行駆動用電池２の出力電圧への影響はない。
また、走行駆動用電池２の出力電圧の最大値が抑えられることで、走行駆動用電池２の出力電圧が上限値を超えないようにＰＴＣ素子１４の発熱量が狭い範囲となるようにチューニングする必要もなくなり、調整工数を低減させることができる。

また、例えＰＴＣヒータ１１をＰＷＭ制御したとしても、ＰＴＣヒータ１１の出力制御範囲を抑制することで、走行駆動用電池２の出力電圧の最大値となる時間を抑え、走行駆動用電池２の劣化を抑制することができる。
また、本実施形態のように、ＰＴＣ素子１４が複数設けられている場合には、ＰＴＣ素子１４の回路を分割して当該回路毎に制御素子１５を追加して個々に出力制御することで、ＰＴＣヒータ１１全体の出力制御範囲を広げることが可能である。しかし、本実施形態では上記のようにブロアファン回転速度Ｖrを可変制御して電池温調装置１の出力を可変することが可能であるので、制御回路の素子追加が不要となり、低コストで精緻なヒータ出力制御が可能となる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は以上の実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態のようなハイブリッド車においては、エンジン６によって駆動される発電機７により発電が可能であり、走行駆動用電池２を充電可能である。そして、このようにエンジン６と発電機７により走行駆動用電池２を充電しているときのみ、上記のように電池セル温度Ｔに基づいてブロアファン回転速度Ｖrの制御を行なうとよい。走行駆動用電池２の充電時には、走行駆動用電池２の出力電圧の最大値が上限値を超える可能性が高くなるので、上記のようにブロアファン回転速度Ｖrの制御を行なうことで、走行駆動用電池の保護を必要に応じて行なうことができる。また、外部電源からの電力により走行駆動用電池２を充電する充電機を備えた車両において、当該充電機により走行駆動用電池２を充電しているときのみ、上記のように電池セル温度Ｔに基づいてブロアファン回転速度Ｖrの制御を行なってもよい。

本発明は、車両に搭載された電池の温調装置に広く適用することができる。

１電池温調装置
２走行駆動用電池（第１の電池）
３走行駆動用モータ
７発電機
１０電動ブロアファン（電動ファン）
１１ＰＴＣヒータ（電気ヒータ）
１２温度センサ（温度検出器）
１３コントロールユニット(制御手段)
１４ＰＴＣ素子
１６補機用電池（第２の電池）

Claims

車両に搭載された第１の電池に空気を導く電動ファンと、前記第１の電池から電力を供給されて作動し前記電動ファンによって前記第１の電池に導かれる空気を加熱する電気ヒータと、前記電気ヒータ及び前記電動ファンの作動制御をする制御手段と、を備えた電池温調装置であって、
前記第１の電池の温度を検出する温度検出器を有し、
前記電動ファンの電力供給源は前記車両に搭載された第２の電池であり、
前記制御手段は、前記第１の電池の温度に基づいて、前記電動ファンの回転速度を変更することを特徴とする電池温調装置。
前記電気ヒータは、ＰＴＣ素子を有するＰＴＣヒータであることを特徴とする請求項１に記載の電池温調装置。
前記制御手段は、前記第１の電池の温度に基づいて前記電気ヒータをＰＷＭ制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電池温調装置。
前記車両は、前記第１の電池を充電する充電機または発電機を備え、
前記制御手段は、前記充電機または前記発電機による前記第１の電池の充電時に、前記第１の電池の温度に基づいて、前記電動ファンの回転速度を変更することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電池温調装置。
前記車両は、電動の走行駆動用モータを備え、
前記第１の電池は、前記走行駆動用モータに電力を供給する電池であり、
前記第２の電池は、前記車両の補機用電池であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電池温調装置。