JP2023007581A

JP2023007581A - 車両用制御装置

Info

Publication number: JP2023007581A
Application number: JP2021110520A
Authority: JP
Inventors: 優星野; Masaru Hoshino
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-07-02
Filing date: 2021-07-02
Publication date: 2023-01-19
Also published as: US20230001762A1; US11904652B2

Abstract

【課題】空調で電池の冷却を行う車両において、空調が高負荷状態となっているときに、冷房性能の低下を抑制でき、電池温度の上昇による電池劣化を抑制できる車両用制御装置を提供すること。【解決手段】車両用制御装置５０は、車室１２を冷房する空調装置２０の冷媒を電池１１の冷却のために使用する車両において、空調装置２０及び電池１１を制御する。車両用制御装置５０は、空調装置２０が所定負荷以上で駆動しているか否かを判定する空調負荷判定部と、電池１１における電力の入出力の少なくとも一方を制御する電池入出力制御部と、を備える。車両用制御装置５０は、空調装置２０が所定負荷以上で駆動している場合に、電池１１の冷却を実施せずに、上記電力の入出力の少なくとも一方を制限する。【選択図】図１

Description

本発明は、空調装置と電池を制御する車両用制御装置に関する。

従来、車両用制御装置としては、特許文献１に記載されているものがある。この車両用制御装置は、空調が高負荷状態となったときに、電池の出力の上限値を増大させる。この結果、空調の高負荷状態でアクセルペダルが大きく踏み込まれたときにも、電池から駆動モータに大きな電力が供給可能と成る。

特開２０２１－４０３７８号公報

上記車両用制御装置の制御では、空調が高負荷状態となっている際に電池温度が高くなって、電池劣化が生じる虞があるが、このような電池温度上昇による電池劣化は、空調で電池の冷却を行う車両においても起こり得る。

詳しくは、空調で電池の冷却を行う車両において、空調が高負荷状態となっているときに電池冷却を一定時間禁止する制御を行うと、空調の冷房性能を車室の冷房に優先的に使用できるので、車室の冷房性能が低下しにくくなり乗員の快適性を確保し易い。しかし、外気温が高い地域、例えば、中東等でそのような制御を行うと、電池温度が過度に高くなって電池劣化が生じる虞があるため、電池冷却を禁止できない場合がある。よって、電池冷却をする分、車室の冷房性能が低下して、乗員の快適性が低下する場合がある。

そこで、本発明の目的は、空調で電池の冷却を行う車両において、空調が高負荷状態となっているときに、冷房性能の低下を抑制でき、電池温度の上昇による電池劣化も抑制できる車両用制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る車両用制御装置は、車室を冷房する空調装置の冷媒を電池の冷却のために使用する車両において、前記空調装置及び前記電池を制御する車両用制御装置であって、前記空調装置が所定負荷以上で駆動しているか否かを判定する空調負荷判定部と、前記電池における電力の入出力の少なくとも一方を制御する電池入出力制御部と、を備え、前記空調装置が前記所定負荷以上で駆動している場合に、前記電池の冷却を実施せずに、前記電力の入出力の少なくとも一方を制限する。

本発明によれば、空調装置が所定負荷以上で駆動している場合に、電池の冷却を実施しない。したがって、空調装置が所定負荷以上で駆動している場合に、電池の冷却に用いていた空調装置の冷却性能を車室の冷房に用いることができ、乗員の快適性を確保し易い。

また、空調装置が所定負荷以上で駆動している場合に、電池における電力の入出力の少なくとも一方を制限するので、電池の発熱を抑制でき、電池温度の上昇による電池劣化を抑制できる。

また、本発明の車両用制御装置において、前記車両の外気温を検出する外気温検出部と、前記外気温が所定温度未満であるか否かを判定する外気温判定部と、を備え、前記外気温が前記所定温度未満である場合には、前記電力の入出力を制限しなくてもよい。

本構成によれば、電池温度が上がりにくい外気温が所定温度未満である状況で電池に対する電力の入出力を制限しない。したがって、電池における電力の入出力を過度に制限することを抑制でき、その制限に起因する走行性能の低下等を抑制できる。

また、本発明の車両用制御装置において、前記電池の温度を検出する電池温度検出部と、前記電池の温度が所定温度未満であるか否かを判定する電池温度判定部と、を備え、前記電池の温度が前記所定温度未満であると共に前記空調装置が前記所定負荷以上で駆動している場合には、前記電力の入出力を制限しなくてもよい。

本構成によれば、電池の温度を考慮して電池における電力の入出力を制限できるのでその入出力を過度に制限することを抑制できる。

また、本発明の車両用制御装置において、前記空調装置が前記所定負荷以上で駆動している場合に、前記電池への電力の供給のみを制限し、前記電池からの電力の出力を制限しなくてもよい。

本構成によれば、電池への電力の入力のみを制限することで、電池の出力制限による走行性能の低下を防ぎつつ、電池温度の上昇を抑制することができる。

本開示に係る車両用制御装置によれば、空調で電池の冷却を行う車両において、空調が高負荷状態となっているときに、冷房性能の低下を抑制でき、電池温度の上昇による電池劣化も抑制できる。

本開示の一実施形態に係る車両の概略構成図である。空調装置の構成を説明する図である。車両用制御装置の制御ブロック図である。車両用制御装置の制御の一例を説明するフローチャートである。

以下に、本開示に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。また、以下の実施例では、図面において同一構成に同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本開示の一実施形態に係る車両１０の概略構成図である。車両１０は、モータジェネレータ１５が生成する動力で走行する電気自動車（ＢＥＶ（Battery Electric Vehicle））であるが、エンジン及びモータジェネレータが生成する動力で走行するハイブリッド車（ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle））でもよく、又はプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle））でもよい。図１に示すように、車両１０は、モータジェネレータ１５と、モータジェネレータ１５にインバータ１７を介して電気的に接続された電池１１と、車室１２内の空気を調和すると共に電池１１を冷却する空調装置２０と、空調装置２０を制御すると共に電池１１における電力の入出力を制御する車両用制御装置５０とを備える。

モータジェネレータ１５は、例えば、三相交流モータで構成され、電池１１は、二次電池、例えば、リチウムイオン電池等で構成される。電池１１が出力した直流電力は、インバータ１７で交流電力に変換された後、モータジェネレータ１５に供給される。また、逆に、モータジェネレータ１５が回生動作で交流電力を生成した際には、その交流電力をインバータ１７で直流電力に変換した後、電池１１に充電する。

図２は、空調装置２０の構成を説明する図である。図２に示すように、空調装置２０は、車室１２内を空気調和する空気通路２１と、車室１２に供給する空気を加熱する加熱回路２２と、車室１２に供給する空気を冷却すると共に電池１１を冷却する冷却回路３０とを有する。

空調装置２０は、空気通路２１において車室１２に向かう空気流を発生させる送風機２３と、車室１２内の空気（内気）の導入と車両１０の外部の空気（外気）の導入を切替える内外気切替ドア２４と、冷却回路３０に接続されると共に冷媒を蒸発させることによって空気通路２１を通過する空気を冷却するエバポレータ３４と、加熱回路２２の一部を構成すると共に加熱空気通路２７を通過する空気を加熱するヒータコア２５と、加熱空気通路２７を開閉するエアミックスドア２６とを有する。

加熱空気通路２７は、空気通路２１内に設けられる。また、ヒータコア２５は、加熱空気通路２７に設置され、加熱空気通路２７を流動する空気を加熱する。加熱回路２２は、ヒータコア２５の他に、加熱回路２２を循環する水を加熱するヒータ２８と、加熱回路２２の水を循環させるポンプ２９とを有する。加熱回路２２は、ヒータ２８によって加熱された水を熱源として循環させることでヒータコア２５を加熱し、加熱したヒータコア２５で加熱空気通路２７を通過する空気を加熱する回路である。

冷却回路３０は、蒸気圧縮冷凍サイクルによって冷媒を循環させて、空気冷却回路３１及び電池冷却回路４１に冷媒を供給して車室１２内の空気及び電池１１を冷却する回路である。冷却回路３０は、空気冷却回路３１又は電池冷却回路４１の一方のみに冷媒を供給して一方のみを冷却することができる。冷却回路３０は、空気冷却回路３１と、電池冷却回路４１との他に、冷媒を圧縮する圧縮機３２と、圧縮機３２から吐出された高温高圧の冷媒を凝縮する凝縮器３３とを含む。

空気冷却回路３１は、空調装置２０の冷房要求に応じて車室１２内の空気を冷却する回路である。空気冷却回路３１は、空気通路２１の内部に設けられるエバポレータ３４と、エバポレータ３４の上流側に設けられると共に空気冷却回路３１を開閉する空気冷却電磁弁３５と、エバポレータ３４の上流側に設けられると共にエバポレータ３４に供給する冷媒循環量を調整する空気冷却膨張弁３６とを含む。

電池冷却回路４１は、電池１１を冷却する回路である。電池冷却回路４１は、電池１１に近接して設けられる電池熱交換器４２と、電池熱交換器４２の上流側に設けられると共に電池冷却回路４１を開閉する電池冷却電磁弁４３と、電池熱交換器４２の上流側に設けられると共に電池熱交換器４２に供給する冷媒循環量を調整する電池冷却膨張弁４４とを含む。電池冷却回路４１は、冷媒を用いて電池熱交換器４２で熱交換を行うことで電池１１を冷却する。

次に、図２乃至図４を用いて、車両用制御装置５０について説明する。図３は、車両用制御装置５０の制御ブロック図であり、図４は、車両用制御装置５０の制御の一例を説明するフローチャートである。図３に示すように、車両用制御装置５０は、電子制御ユニット（Electronic Control Unit）６１と、電池１１の温度を検出する電池温度センサ５２と、エバポレータ３４を通過後の冷却空気温度を検出する冷却空気温度センサ５３と、車室１２の設定温度を変更可能な操作部７０と、車室１２の温度を検出する内気温度センサ７１と、外気温度を検出する外気温度センサ７２と、日射センサ７３とを有する。

電子制御ユニット６１は、コンピュータ、例えば、マイクロコンピュータによって構成され、制御部６２と、記憶部６３を含む。制御部６２、すなわち、プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む。また、記憶部６３は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）や、半導体メモリ等で構成され、半導体メモリは、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリや、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリで構成される。記憶部６３は、一つのみの記憶媒体で構成されてもよく、複数の異なる記憶媒体で構成されてもよい。不揮発性メモリは、制御プログラムや所定の閾値等を予め記憶する。また、揮発性メモリは、読み出した制御プログラムや閾値や処理データ等を一時的に記憶する。また、ＣＰＵは、例えば、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う。

電子制御ユニット６１は、上述の各種センサ５２,５３,７１,７２,７３から受信した信号と操作部７０から受信した信号とに基づいて、インバータ１７、送風機２３、内外気切替ドア２４、エアミックスドア２６、ヒータ２８、ポンプ２９、圧縮機３２、空気冷却電磁弁３５、空気冷却膨張弁３６、電池冷却電磁弁４３、及び電池冷却膨張弁４４を制御する。

具体的には、制御部６２は、空調負荷判定部６２ａ、外気温判定部６２ｂ、電池温度判定部６２ｃ、電池入出力制御部６２ｄ、及び空調制御部６２ｅを有する。空調制御部６２ｅは、電池温度センサ５２によって検出された電池温度と、冷却空気温度センサ５３によって検出されたエバポレータ３４を通過後の冷却空気温度と、操作部７０にて設定された車室１２の設定温度と、内気温度センサ７１によって検出された車室１２の内気温度と、外気温度センサ７２によって検出された車両１０外の外気温度と、日射センサ７３によって検出された日射量とを取得する。

空調制御部６２ｅは、空調装置が所定負荷以内で駆動している場合は、通常制御を行って、車室温度が上記設定温度となると共に電池温度が所定温度以下になるように、送風機２３の出力、内外気切替ドア２４の開度、エアミックスドア２６の開度、ヒータ２８の出力、ポンプ２９の出力、圧縮機３２の回転数、空気冷却電磁弁３５の開閉、空気冷却膨張弁３６の開度、電池冷却電磁弁４３の開閉、及び電池冷却膨張弁４４の開度を制御する。

上記通常制御を行う際、電池１１の電池温度が所定温度より大きくなっている場合には、空調制御部６２ｅは、電池冷却電磁弁４３を開とすると共に、電池冷却膨張弁４４の開度を調整することで、電池冷却回路４１の冷媒循環量を調整して、電池温度が所定温度以下となるように電池１１を冷却する。

＜空調装置が所定負荷以上で駆動している場合＞
制御部６２は、空調装置２０が所定負荷以上で駆動している場合、通常制御を行わずに、次の制御を優先的に行う。詳しくは、空調負荷判定部６２ａは、空調装置２０が所定負荷以上で駆動しているか否かを判定する。例えば、空調負荷判定部６２ａは、空調制御部６２ｅが圧縮機３２に出力している圧縮機３２の回転数情報に基づいて圧縮機３２の回転数が所定回転数以上になっているか否かを判定することで、空調装置２０が所定負荷以上で駆動しているか否かを判定する。

そして、空調制御部６２ｅは、空調装置２０が所定負荷以上で駆動している場合に、電池１１の温度が如何なる温度であっても、電池冷却電磁弁４３を閉として、電池１１の冷却を停止する。また、電池入出力制御部６２ｄは、空調装置２０が所定負荷以上で駆動している場合に、インバータ１７を制御することで、電池１１の入出力の少なくとも一方を制限する。

ここで、電池１１への入力（電力供給）を制限する場合、その制限は、例えば、電池１１への入力の禁止でもよく、又は電池１１へ入力する直流電力を所定以下の直流電力とすることで実現してもよい。又は、電池１１への入力制限は、電池温度に基づいて変動するようにしてもよく、例えば、電池温度が高くなるにしたがって電池１１へ入力可能な直流電力の最大値を連続的又は段階的に減少させるようにしてもよい。

又は、電池１１への入力制限は、電池温度が所定温度までは、電池温度が高くなるにしたがって電池１１へ入力可能な直流電力の最大値を連続的又は段階的に減少させるようにする一方、電池温度が所定温度以上になると、電池１１への入力を禁止するようにしてもよい。空調装置２０が所定負荷以上で駆動している場合における電池１１への入力制限は、上述の通常制御との比較において、電池１１への入力を制限するものであればよい。例えば、上記通常制御で、電池１１へ入力可能な直流電力の閾値（最大値）が設定されている場合には、空調装置２０が所定負荷以上で駆動している場合における電池１１への電力供給の制限は、通常制御での閾値よりも閾値を下げることで実現してもよい。

また、電池１１からの電力の出力を制限する場合、その制限は、電池１１が出力する直流電力を所定以下の直流電力とすることで実現してもよい。又は、電池１１からの出力制限は、電池温度に基づいて変動するようにしてもよく、例えば、電池温度が高くなるにしたがって連続的又は段階的に電池１１が出力する直流電力の最大値を減少させるようにしてもよい。空調装置２０が所定負荷以上で駆動している場合における電池１１からの出力制限は、上述の通常制御との比較において、電池１１からの出力を制限するものであればよい。

＜空調装置が所定負荷以上で駆動し、更に、外気温が所定温度未満である条件と電池温度が所定温度未満である条件のうちの少なくとも一方が成立する場合＞
図４は、車両用制御装置５０が行う空調制御と電池制御の一例について説明するフローチャートである。図４を参照して、車両１０のパワースイッチがオンに操作されて、モータジェネレータ１５が始動すると、制御がスタートして、ステップＳ１１で、空調負荷判定部６２ａが、空調負荷が所定以上であるか否かを判定する。ステップＳ１１で否定判定されると、ステップＳ１２に移行して、上述の通常制御を行い、その後、制御がリターンとなって、ステップＳ１１以下が繰り返される。

他方、ステップＳ１１で肯定判定されると、ステップＳ１３で、電池冷却電磁弁４３を閉として、電池１１の冷却を停止し、ステップＳ１４で、外気温判定部６２ｂが、外気温度センサ７２からの情報に基づいて外気温が所定温度未満であるか否かを判定する。ステップＳ１４で、肯定判定されると、ステップＳ１５で、電池温度判定部６２ｃが、電池温度センサ５２からの情報に基づいて電池温度が所定温度未満であるか否かを判定する。ステップＳ１５でも肯定判定されると、制御がリターンとなって、ステップＳ１１以下が繰り返される。

一方、ステップＳ１４で、否定判定されるか、ステップＳ１５で否定判定されると、ステップＳ１６で、電池１１からの電力の出力は制限しない一方、電池１１への電力供給を制限する。ステップＳ１６が終了すると、制御がリターンとなって、ステップＳ１１以下が繰り返される。本制御は、車両１０のパワースイッチがオフに操作されると終了する。

以上、車両用制御装置５０によれば、空調装置２０が所定負荷以上で駆動している場合に、電池１１の冷却を実施しない。したがって、空調装置２０が所定負荷以上で駆動している場合に、電池１１の冷却に用いていた空調装置２０の冷却性能を車室１２の冷房に用いることができ、乗員の快適性を確保し易い。

また、外気温が所定温度以上であると共に空調装置２０が所定負荷以上で駆動している場合に、電池１１への電力の供給を制限するので、電池温度が上がり易い外気温が高い場合に、電池１１の発熱を抑制でき、電池温度の上昇を抑制できる。また、電池１１の温度が所定温度以上であると共に空調装置２０が所定負荷以上で駆動している場合に、電池１１への電力の供給を制限するので、この場合においても電池温度の上昇を抑制できる。

また、電池温度が上がりにくい外気温が所定温度未満であって電池温度が所定温度未満である場合に、電池１１に対する電力の入出力を制限しないので、電池１１における電力の入出力を過度に制限することを抑制でき、その制限に起因する走行性能の低下等を抑制できる。

更には、電池１１の発熱を抑制する際、電池１１への電力の供給のみを制限し、電池１１からの電力の出力を制限しないので、電池１１の出力制限による走行性能の低下を防ぎつつ、電池温度の上昇を抑制することができる。

なお、本開示は、上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、電池１１の発熱を抑制する場合に、電池１１への電力の供給のみを制限し、電池１１からの電力の出力を制限しなかった。しかし、電池１１の発熱を抑制する場合に、上述の通常制御との比較において、電池１１への電力の供給と電池１１からの電力の出力の両方を制限してもよく、又は、電池１１への電力の供給を制限しない一方、電池１１からの電力の出力を制限してもよい。

また、空調負荷が所定負荷以上になっている条件に加えて、外気温度が所定以上であること、及び電池温度が所定温度以上であることの少なくとも一方が成立した場合に、電池１１の入出力の少なくとも一方を制限する場合について説明した。

しかし、空調負荷が所定負荷以上になっている条件に加えて、外気温度が所定以上である場合のみに、電池の入出力の少なくとも一方を制限してもよく、電池温度の情報を電池の入出力制限に用いなくてもよい。又は、空調負荷が所定負荷以上になっている条件に加えて、電池温度が所定以上である場合のみに、電池の入出力の少なくとも一方を制限してもよく、外気温度の情報を電池の入出力制限に用いなくてもよい。又は、空調負荷が所定負荷以上になっている条件が成立しているときには、他の条件に無関係に電池の入出力の少なくとも一方を制限してもよい。

また、圧縮機３２の回転数に基づいて空調負荷が所定負荷以上になっているか否かを判定する場合について説明した。しかし、圧縮機３２の回転数＞所定回転数［ｒｐｍ］、エバポレータ温度＞所定温度［℃］、車室温度＞所定温度［℃］、ブロワ出力＞所定出力［％］、日射量＞所定日射量［Ｗ／ｍ^２］、外気温＞所定温度［℃］、及びエアミックス開度＜所定開度［％］のうちの１以上の条件が成立している場合に、空調負荷が所定負荷以上になっていることを判定してもよい。

１０車両、１１電池、１２車室、１５モータジェネレータ、１７インバータ、２０空調装置、２１空気通路、２２加熱回路、２３送風機、
２４内外気切替ドア、２５ヒータコア、２６エアミックスドア、２７加熱空気通路、２８ヒータ、２９ポンプ、３０冷却回路、３１空気冷却回路、３２圧縮機、３３凝縮器、３４エバポレータ、３５空気冷却電磁弁、３６空気冷却膨張弁、４１電池冷却回路、４２電池熱交換器、４３電池冷却電磁弁、４４電池冷却膨張弁、５０車両用制御装置、５２電池温度センサ、５３冷却空気温度センサ、６１電子制御ユニット、６２制御部、６２ａ空調負荷判定部、６２ｂ外気温判定部、６２ｃ電池温度判定部、６２ｄ電池入出力制御部、６２ｅ空調制御部、６３記憶部、７０操作部、７１内気温度センサ、７２外気温度センサ、７３日射センサ。

Claims

車室を冷房する空調装置の冷媒を電池の冷却のために使用する車両において、前記空調装置及び前記電池を制御する車両用制御装置であって、
前記空調装置が所定負荷以上で駆動しているか否かを判定する空調負荷判定部と、
前記電池における電力の入出力の少なくとも一方を制御する電池入出力制御部と、
を備え、
前記空調装置が前記所定負荷以上で駆動している場合に、前記電池の冷却を実施せずに、前記電力の入出力の少なくとも一方を制限する、車両用制御装置。
前記車両の外気温を検出する外気温検出部と、
前記外気温が所定温度未満であるか否かを判定する外気温判定部と、を備え、
前記外気温が前記所定温度未満である場合には、前記電力の入出力を制限しない、請求項１に記載の車両用制御装置。
前記電池の温度を検出する電池温度検出部と、
前記電池の温度が所定温度未満であるか否かを判定する電池温度判定部と、を備え、
前記電池の温度が前記所定温度未満である場合には、前記電力の入出力を制限しない、請求項１又は２に記載の車両用制御装置。
前記空調装置が前記所定負荷以上で駆動している場合に、前記電池への電力の供給のみを制限し、前記電池からの電力の出力を制限しない、請求項１から３のいずれか１つに記載の車両用制御装置。