JP2019036385A - 電池温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】昇温に起因する補機電池の劣化を抑制し、かつ、低温に起因する補機電池の出力低下を抑制する電池温度制御装置を提供する。【解決手段】冷却水が流れるパイプＰ２と、パイプＰ２に設置され、冷却水の流れを調節するバルブＶ１と、パイプＰ２に隣接して設置された電池Ｅの温度が第１の温度以下である場合にバルブＶ１を開き、電池Ｂの温度が第１の温度を超えた場合にバルブＶ１を閉じ、電池Ｂの温度が第１の温度よりも高い第２の温度に達した場合にバルブＶ１を開く制御部Ｃとを備えて電池温度制御装置１２を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、電池温度制御装置に関する。

ハイブリッド車やガソリン車等の車両では、電装品や電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）といった補機に電力を供給する補機電池は、車軸を駆動するエンジンと共にエンジンコンパーメント内に搭載される。エンジンが駆動し昇温すると、エンジンコンパーメント内は、運転席を含む車室内と比べて高温になる。

なお、関連する技術として、特許文献１〜３に記載の技術が知られている。

特開２００６−１５１０９１号公報 実開昭６１−３５３６８号公報 実開昭６３−１４５７０５号公報

例えば、リチウムイオン電池では、電池温度が高くなると化学反応の進行が速くなり、劣化が促進する。このため、補機電池にリチウムイオン電池が用いられた場合、駆動によるエンジンの昇温に伴って補機電池が昇温し、補機電池の劣化が促進する。また、電池は、電池温度が低くなると出力電力が小さくなる。

本発明の一側面に係る目的は、昇温に起因する補機電池の劣化を抑制し、かつ、低温に起因する補機電池の出力低下を抑制する電池温度制御装置を提供することである。

本発明に係る一つの形態である電池温度制御装置は、パイプ、バルブ、及び制御部を備える。パイプには冷却水が流れる。バルブは、パイプに設置され、冷却水の流れを調節する。制御部は、パイプに隣接して設置された電池の温度が第１の温度以下である場合にバルブを開き、電池の温度が第１の温度を超えた場合にバルブを閉じ、電池の温度が第１の温度よりも高い第２の温度に達した場合にバルブを開く。

一実施形態に従った電池温度制御装置によれば、昇温に起因する補機電池の劣化を抑制し、かつ、低温に起因する補機電池の出力低下を抑制できる。

第１の実施形態に従った電池温度制御装置を含む冷却システムの構成例を示す図である。 第１の実施形態に従った電池温度制御装置が実行する電池温度制御の一例を説明する図である。 第２の実施形態に従った電池温度制御装置を含む冷却システムの構成例を示す図である。 第３の実施形態に従った電池温度制御装置を含む冷却システムの構成例を示す図である。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に従った電池温度制御装置を含む冷却システムの構成例を示す図である。図１に示す一例では、冷却システム１は、第１のパイプＰ１、第２のパイプＰ２、第１のバルブＶ１、ラジエータＲ、電池Ｂ、制御部Ｃ、温度センサＳ、及びエンジンＥを含む。

第１のパイプＰ１及び第２のパイプＰ２には、不凍液（ＬＬＣ：Long Life Coolant）等の冷却水が流れる。
第１のパイプＰ１は、エンジンＥに隣接して設置され、第１のパイプＰ１内の冷却水は、エンジンＥの周囲を循環する。すなわち、第１のパイプＰ１の経路は、ラジエータＲから始まり、冷却水の流れに沿ってラジエータＲの下流にあるエンジンＥを経由し、さらにエンジンＥの下流にあるラジエータＲに戻るまでの経路である。エンジンＥは、冷却水によって冷却される冷却対象物の一例である。エンジンＥは、エンジンＥを搭載した車両の車軸（図示せず）を駆動する。

第２のパイプＰ２は、電池Ｂに隣接して設置される。第２のパイプＰ２は、ラジエータＲとエンジンＥとの間の位置で第１のパイプＰ１から分岐し、エンジンＥとラジエータＲとの間の位置で第１のパイプＰ１に合流する。すなわち、第２のパイプＰ２の経路は、エンジンＥの下流にある第１のパイプＰ１と第２のパイプＰ２との分岐点から始まり、分岐点の下流にある電池Ｂを経由し、さらに電池Ｂの下流であってラジエータＲの上流にある第１のパイプＰ１と第２のパイプＰ２との合流点に至るまでの経路である。電池Ｂは、電池Ｂの温度に従って該電池Ｂの化学反応の進行が変化する電池である。具体的には、例えば、電池Ｂには、常温（例えば、２５℃）付近において所望の電力が出力される化学反応が生じる。また、電池Ｂの温度が常温と比較して低温になるに従って電池Ｂの化学反応の進行は遅くなり、電池Ｂの出力電力は小さくなる。一方、電池Ｂの温度が常温と比較して高温になるに従って電池Ｂの化学反応の進行は速くなり、電池Ｂの出力電力は大きくなる。

電池Ｂ及びエンジンＥは、エンジンコンパーメントといった同じ区画室内に設置され得る。したがって、エンジンＥが駆動によって昇温し、区画室内が昇温すると、電池Ｂも昇温し得る。

第１のバルブＶ１は、第１の実施形態に従ったバルブの一例である。第１のバルブＶ１は、第２のパイプＰ２に設置され、第１のパイプＰ１から第２のパイプＰ２への冷却水の流れを調節する。具体的には、図１に示すように、第１のバルブＶ１は、第２のパイプＰ２の経路上の、第１のパイプＰ１と第２のパイプＰ２との分岐点から電池Ｂまでの間に設置される。第１のバルブＶ１が閉じた場合、第１のパイプＰ１から第２のパイプＰ２への冷却水の流れは塞き止められる。この結果、冷却水は、エンジン冷却装置１１の駆動中、第１のパイプＰ１内を循環する。すなわち、冷却水は、電池Ｂと同じ区画室内に設置されたエンジンＥの周囲を循環する。一方、第１のバルブが開いた場合、エンジン冷却装置１１の駆動中、冷却水は、第１のパイプＰ１内を循環すると共に、第１のパイプＰ１から第２のパイプＰ２へ流れる。すなわち、冷却水は、エンジン及び電池Ｂの周囲を循環する。

制御部Ｃは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、又はプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）等）により構成される。制御部Ｃは、例えば、電池Ｂの状態を監視及び制御する電池制御ＥＣＵである。なお、実施形態によっては、制御部Ｃは、エンジンＥの駆動制御等、車両の走行を制御する走行制御ＥＣＵであってもよい。

温度センサＳは、例えば、サーミスタ等により構成される。温度センサＳは、電池Ｂの温度を計測し、計測値を制御部Ｃへ出力する。
ラジエータＲは第１のパイプＰ１に設置される。ラジエータＲは、エンジンＥの周囲、又はエンジンＥ及び電池Ｂの周囲を循環する冷却水を放熱する。

図１に示すように、第１のパイプＰ１及びラジエータＲは、エンジン冷却装置１１を構成する。また、第２のパイプＰ２、第１のバルブＶ１、制御部Ｃ、及び温度センサＳは、電池温度制御装置１２を構成する。

エンジン冷却装置１１は、駆動により昇温するエンジンＥを冷却する場合に駆動する。例えば、エンジン冷却装置１１はエンジンＥの駆動中に駆動し、ラジエータＲによって冷却された冷却水は、駆動により昇温するエンジンＥの周囲を循環するように構成される。なお、冷却水を循環させるポンプ（図示せず）が第１のパイプＰ１に更に設置されてもよい。

電池温度制御装置１２は、電池Ｂの温度を制御する場合に駆動する。電池温度制御装置１２は、エンジン冷却装置１１の駆動中に駆動し得る。
電池温度制御装置１２が実行する電池温度制御の一例を、図２を更に参照しながら説明する。図２は、第１の実施形態に従った電池温度制御装置が実行する電池温度制御の一例を説明する図である。なお、以下の説明では、エンジンＥが駆動により昇温し、該エンジンＥを冷却するエンジン冷却装置１１が駆動しているものと仮定する。すなわち、昇温するエンジンＥに隣接して設置された第１のパイプＰ１内を冷却水が循環しているものと仮定する。

まず、電池Ｂの温度が常温と比較して低温である場合、電池Ｂの化学反応の進行は遅く、電池Ｂの出力電力は小さい。それ故、電池Ｂの温度が低温である場合には、電池Ｂを昇温することが望ましい。そこで、温度センサＳが計測した電池Ｂの温度が第１の温度以下である場合、制御部Ｃは、電池Ｂを昇温するために第１のバルブＶ１を開く。第１の温度は、常温（例えば、２５℃）に設定されてもよい。

第１のバルブＶ１が開くと、冷却水は、第１のパイプＰ１内を循環すると共に、第１のパイプＰ１から第２のパイプＰ２に流入し、第２のパイプＰ２内を流れる。第１のパイプＰ１から第２のパイプＰ２に流入する冷却水は、駆動により昇温するエンジンＥの付近を通過することによって昇温するため、電池Ｂは、昇温する冷却水に従って昇温する。昇温の結果、電池Ｂの温度が第１の温度に到達すると、電池Ｂは、化学反応によって所望の電力を出力する。

次に、電池Ｂの温度が常温と比較して高温である場合、化学反応の進行が速くなり、電池Ｂは、所望の電力を超える電力を出力可能になる。しかしながら、化学反応の進行が速くなると、電池Ｂの劣化が促進する。このような特徴を有する電池Ｂとして、例えば、リチウムイオン電池がある。したがって、電池Ｂの温度が常温と比較して高温である場合には、電池Ｂの出力向上よりも電池Ｂの劣化抑制を優先することが望ましい。そこで、温度センサＳが計測した電池Ｂの温度が第１の温度を超えた場合、制御部Ｃは、電池Ｂの昇温を抑制するために第１のバルブＶ１を閉じる。

第１のバルブＶ１が閉じると、第１のパイプＰ１から第２のパイプＰ２への冷却水の流れは塞き止められる。この結果、冷却水は、第１のパイプＰ１内を循環し、エンジンＥの昇温に伴って昇温する。また、電池Ｂは、冷却水の昇温から切り離され、エンジンＥ及び電池Ｂが配置された区画室内の昇温に伴って昇温する。電池Ｂの比熱は冷却水の比熱と比べて大きいため、図２に示すように、電池Ｂは、冷却水の昇温から切り離されることによって、冷却水の昇温と比べて緩やかに昇温する。

しかしながら、エンジンＥの昇温に伴って昇温した冷却水は、ラジエータＲによって冷却されるため、冷却水の昇温は所定温度（例えば、９０℃）付近で止まり、冷却水の温度は該所定温度付近で一定になる。一方、冷却水の昇温から切り離された電池Ｂの昇温は、所定温度を超えて昇温し得る。そこで、温度センサＳが計測した電池Ｂの温度が第１の温度よりも高い第２の温度に達した場合、制御部Ｃは、電池Ｂの昇温を抑制するために第１のバルブＶ１を開く。第２の温度は、エンジンＥの昇温に伴い昇温する冷却水の温度が一定になる所定温度（例えば、９０℃）であってもよい。

第１のバルブＶ１が開くと、冷却水は、第１のパイプＰ１内を循環すると共に、第１のパイプＰ１から第２のパイプＰ２に流入し、第２のパイプＰ２内を流れる。この結果、電池Ｂの昇温は、第２のパイプＰ２に流れる冷却水の温度に従って停止或いは抑制される。

このように、電池Ｂの温度が第１の温度よりも低温である場合、電池温度制御装置１２は、エンジンＥによって昇温する冷却水を電池Ｂの周囲を循環させることで、電池Ｂの温度を第１の温度まで昇温し、電池Ｂの化学反応を促進させる。したがって、第１の実施形態に従った電池温度制御装置によれば、所望の電力を出力可能な温度に電池温度を制御できる。

また、電池Ｂの温度が第１の温度よりも高温である場合、電池温度制御装置１２は、電池Ｂを冷却水の昇温から切り離すことで、電池Ｂの昇温を抑制し、電池Ｂの化学反応の進行を抑制する。更に、電池Ｂの温度が、冷却水の昇温が停止する第２の温度に達した場合、電池温度制御装置１２は、昇温が停止した冷却水を電池Ｂの周囲を循環させることで、電池Ｂの昇温を抑制し、電池Ｂの化学反応の進行を抑制する。したがって、第１の実施形態に従った電池温度制御装置によれば、昇温に起因する補機電池の劣化を抑制できる。

本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。例えば、上述した第１の実施形態を以下に示す第２の実施形態又は第３の実施形態のように改良、変更してもよい。また、第１〜第３の実施形態の内の２つ以上の実施形態を組み合わせてもよい。また、電池Ｂは、電池の温度が常温と比較して高温である場合に劣化が促進する電池であればリチウムイオン電池に限られない。
＜第２の実施形態＞
図３は、第２の実施形態に従った電池温度制御装置を含む冷却システムの構成例を示す図である。図３において、図１と同様の構成要素には同様の参照符号が付されている。

図３に示すように、冷却システム１Ａが含む電池温度制御装置１２Ａは第２のバルブＶ２を更に含む。第２のバルブＶ２は、第１のバルブＶ１と共に、第２の実施形態に従ったバルブの一例である。第２のバルブＶ２は、第２のパイプＰ２に設置され、第２のパイプＰ２から第１のパイプＰ１への冷却水の流れを調節する。具体的には、図３に示すように、第２のバルブＶ２は、電池Ｂから第１のパイプＰ１と第２のパイプＰ２との合流点までの間に設置される。第２のバルブＶ２が閉じた場合、第２のパイプＰ２から第１のパイプＰ１への冷却水の流れは塞き止められる。一方、第１のバルブが開いた場合、冷却水は、第１のパイプＰ１から第２のパイプＰ２へ流れる。

制御部Ｃは、第１の実施形態において前述した第１のバルブＶ１の開閉に連動させて第２のバルブＶ２の開閉を制御する。
すなわち、温度センサＳが計測した電池Ｂの温度が第１の温度以下である場合、制御部Ｃは第１のバルブＶ１及び第２のバルブを開く。第１のバルブＶ１及び第２のバルブが開くと、第２のパイプＰ２内を冷却水が流れ、昇温する冷却水に伴って電池Ｂは昇温する。この結果、電池Ｂの化学反応が促進し、電池Ｂの出力が向上する。

また、温度センサＳが計測した電池Ｂの温度が第１の温度を超えた場合、制御部Ｃは第１のバルブＶ１及び第２のバルブＶ２を閉じる。第１のバルブＶ１及び第２のバルブＶ２が共に閉じると、第１のパイプＰ１と第２のパイプＰ２との間における冷却水の流れが塞き止められると共に、第１のパイプＰ１内の冷却水から第２のパイプＰ２内の冷却水への熱伝導が抑制される。この結果、電池Ｂは、冷却水の昇温から切り離されて緩やかに昇温するため、電池Ｂの化学反応の進行は抑制され、電池Ｂの劣化が抑制される。

更に、温度センサＳが計測した電池Ｂの温度が第１の温度よりも高い第２の温度に達した場合、制御部Ｃは第１のバルブＶ１及び第２のバルブＶ２を開く。第１のバルブＶ１及び第２のバルブＶ２が開くと、昇温が停止した冷却水が電池Ｂの周囲を流れ、電池Ｂの昇温が抑制される。この結果、電池Ｂの化学反応の進行は抑制され、電池Ｂの劣化が抑制される。

このように、第２の実施形態に従った電池温度制御装置によれば、第１の実施形態に従った電池温度制御装置から得られる効果と同様の効果が得られる。
また、第２の実施形態に従った電池温度制御装置によれば、第１のバルブＶ１及び第２のバルブＶ２が共に閉じることで、第１のパイプＰ１内の冷却水と第２のパイプＰ２内の冷却水との間の熱伝導が制御される。このため、第２の実施形態に従った電池温度制御装置によれば、電池Ｂの昇温をより効果的に制御し、電池Ｂの劣化をより効果的に抑制できる。

本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。例えば、第１の実施形態と第２の実施形態において、第１のパイプＰ１と第２のパイプＰ２との分岐点は、エンジンＥの下流ではなく、ラジエータＲの下流であってエンジンＥの上流にあってもよい。この場合、エンジンＥの下流に分岐点がある場合と比べて、第１の温度まで電池の温度は緩やかに昇温するが、第２の温度を低くすることができる。したがって、昇温に起因する補機電池の劣化をより抑制できる。
＜第３の実施形態＞
図４は、第３の実施形態に従った電池温度制御装置を含む冷却システムの構成例を示す図である。図４において、図１及び図３と同様の構成要素には同様の参照符号が付されている。

図４に示すように、冷却システム１Ｂが含む電池温度制御装置１２Ｂは、第３のパイプＰ３及び第３のバルブＶ３を更に含む。第３のパイプＰ３は、第２のパイプＰ２と共に、第３の実施形態に従ったパイプの一例である。第３のバルブＶ３は、第１のバルブＶ１と共に、第３の実施形態に従ったバルブの一例である。第３のパイプＰ３は、ラジエータＲとエンジンＥとの間の位置で第１のパイプＰ１から分岐し、第１のバルブＶ１と電池Ｂとの間の位置で第２のパイプＰ２に合流する。第３のバルブＶ３は第３のパイプＰ３に設置される。

電池温度制御装置１２Ｂは、例えば、次の説明のような電池温度制御を更に実行する。
すなわち、電池Ｂの温度が第１の温度以下である場合、制御部Ｃは、第３のバルブＶ３を閉じ、第１のバルブＶ１を開く。第３のバルブＶ３が閉じ、第１のバルブＶ１が開くと、昇温するエンジンＥによって温められた冷却水が第１のパイプＰ１から第２のパイプＰ２へ流入し、昇温する冷却水に伴って電池Ｂは昇温する。この結果、電池Ｂの化学反応が促進し、電池Ｂの出力が向上する。

また、温度センサＳが計測した電池Ｂの温度が第１の温度を超えた場合、制御部Ｃは、第１のバルブＶ１及び第３のバルブＶ３を閉じる。第１のバルブＶ１及び第３のバルブＶ３が共に閉じると、第１のパイプＰ１と第２のパイプＰ２との間における冷却水の流れが塞き止められる。この結果、電池Ｂは、冷却水の昇温から切り離されて緩やかに昇温するため、電池Ｂの化学反応の進行は抑制され、電池Ｂの劣化が抑制される。

更に、温度センサＳが計測した電池Ｂの温度が第１の温度よりも高い第２の温度に達した場合、制御部Ｃは第１のバルブＶ１を閉じ、第３のバルブＶ３を開く。第１のバルブＶ１が閉じ、第３のバルブＶ３が開くと、ラジエータＲが冷却した冷却水は、第１のパイプＰ１内でエンジンＥへ流入する前に、第１のパイプＰ１から分岐した第３のパイプＰ３から第２のパイプＰ２へ流入する。この結果、ラジエータＲが冷却した冷却水が電池Ｂの周囲を流れ、電池Ｂの昇温が抑制されるため、電池Ｂの化学反応の進行は抑制され、電池Ｂの劣化が抑制される。

このように、第３の実施形態に従った電池温度制御装置によれば、第１の実施形態に従った電池温度制御装置から得られる効果と同様の効果が得られる。
また、第３の実施形態に従った電池温度制御装置によれば、電池Ｂの温度が高温である場合には第１のバルブＶ１を閉じ、第３のバルブＶ３を開くことで、ラジエータＲにより冷却された冷却水を用いて電池Ｂの昇温をより効果的に制御する。このため、第３の実施形態に従った電池温度制御装置によれば、電池Ｂの劣化をより効果的に抑制できる。

１、１Ａ、１Ｂ 冷却システム
１１ エンジン冷却装置
１２、１２Ａ、１２Ｂ 電池温度制御装置
Ｂ 電池
Ｃ 制御部
Ｅ エンジン
Ｐ１ 第１のパイプ
Ｐ２ 第２のパイプ
Ｐ３ 第３のパイプ
Ｒ ラジエータ
Ｖ１ 第１のバルブ
Ｖ２ 第２のバルブ
Ｖ３ 第３のバルブ
Ｓ 温度センサ

Claims (6)

1. 冷却水が流れるパイプと、
   前記パイプに設置され、前記冷却水の流れを調節するバルブと、
   前記パイプに隣接して設置された電池の温度が第１の温度以下である場合に前記バルブを開き、前記電池の温度が前記第１の温度を超えた場合に前記バルブを閉じ、前記電池の温度が前記第１の温度よりも高い第２の温度に達した場合に前記バルブを開く制御部と
   を備えることを特徴とする、電池温度制御装置。
2. 請求項１に記載の電池温度制御装置であって、
   前記バルブが閉じた場合、前記冷却水は、前記電池と同じ区画室内に設置された冷却対象物の周囲を循環し、前記バルブが開いた場合、前記冷却水は前記冷却対象物及び前記電池の周囲を循環する
   ことを特徴とする、電池温度制御装置。
3. 請求項２に記載の電池温度制御装置であって、
   前記パイプは、前記冷却対象物の周囲を前記冷却水が循環する第１のパイプから分岐し、前記第１のパイプに合流する前記第２のパイプを含み、
   前記バルブは、前記第２のパイプに設置された第１のバルブであって、前記第１のパイプから前記第２のパイプへの前記冷却水の流れを調節する前記第１のバルブを含む
   ことを特徴とする、電池温度制御装置。
4. 請求項３に記載の電池温度制御装置であって、
   前記バルブは、前記第２のパイプに設置された第２のバルブであって、前記第２のパイプから前記第１のパイプへの前記冷却水の流れを調節する前記第２のバルブを更に含み、
   前記第１のバルブは前記第１のパイプと前記第２のパイプとの分岐点から前記電池までの間に設置され、前記第２のバルブは前記電池から前記第１のパイプと前記第２のパイプとの合流点までの間に設置される
   ことを特徴とする、電池温度制御装置。
5. 請求項３又は４に記載の電池温度制御装置であって、
   前記パイプは、前記第１のパイプに設置されたラジエータであって前記冷却水を放熱する前記ラジエータと前記冷却対象物との間の位置で前記第１のパイプから分岐し、前記第１のバルブと前記電池との間の位置で前記第２のパイプに合流する第３のパイプを更に含み、
   前記バルブは、前記第３のパイプに設置された第３のバルブを更に含む
   ことを特徴とする、電池温度制御装置。
6. 請求項５に記載の電池温度制御装置であって、
   前記制御部は、前記電池の温度が前記第１の温度以下である場合に、前記第３のバルブを閉じ、前記第１のバルブを開き、前記電池の温度が前記第２の温度に達した場合に、前記第１のバルブを閉じ、前記第３のバルブを開く
   ことを特徴とする、電池温度制御装置。

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