JP2024086087A - Battery temperature adjustment device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両に搭載される走行用のバッテリの温度を調整するバッテリ温度調整装置に関する。 The present invention relates to a battery temperature adjustment device that adjusts the temperature of a battery installed in a vehicle for driving.
ハイブリッド車両(HEV(Hybrid Electric Vehicle))または電気車両(BEV(Battery Electric Vehicle))は、走行用のバッテリを搭載している。また、バッテリを搭載している車両は、バッテリの温度が適正温度となるようにバッテリを冷却または適温加熱してバッテリの温度を調整するバッテリ温度調整装置を有している(例えば、特許文献1)。 Hybrid vehicles (HEVs (Hybrid Electric Vehicles)) or electric vehicles (BEVs (Battery Electric Vehicles)) are equipped with batteries for driving. Vehicles equipped with batteries also have a battery temperature adjustment device that adjusts the temperature of the battery by cooling or heating the battery to an appropriate temperature so that the battery temperature is maintained at an appropriate temperature (for example, Patent Document 1).
ところで、バッテリ温度調整装置は、バッテリの電力を用いて冷凍サイクル回路によって冷却水を冷却し、冷却水によってバッテリを冷却している。また、バッテリ温度調整装置は、バッテリの電力を用いてヒータによって冷却水を加熱し、冷却水によってバッテリを適温加熱している。そのため、バッテリ温度調整装置の消費電力を少しでも低減することができれば、車両の航続可能距離を向上させることができる。 The battery temperature regulation device uses the battery's power to cool the coolant through a refrigeration cycle circuit, and the coolant then cools the battery. The battery temperature regulation device also uses the battery's power to heat the coolant through a heater, and the coolant then heats the battery to an appropriate temperature. Therefore, if the power consumption of the battery temperature regulation device can be reduced even slightly, the vehicle's cruising distance can be improved.
そこで、本発明は、バッテリの消費電力を低減することができるバッテリ温度調整装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a battery temperature adjustment device that can reduce the power consumption of the battery.
本発明に係るバッテリ温度調整装置は、車両に搭載される走行用のバッテリの電力を用いて熱媒体を冷却または加熱し、熱媒体によってバッテリを冷却または適温加熱してバッテリの温度を調整するバッテリ温度調整装置であって、バッテリの温度がその範囲以外ではバッテリの出力が制限される第1温度範囲と、バッテリの温度が第1温度範囲よりも上限温度が小さくかつ下限温度が大きい第2温度範囲と、が設定され、車両の現在地から目的地までの距離が所定距離より大きい場合には、バッテリの温度が第2温度範囲となるようにバッテリの温度を調整し、車両の現在地から目的地までの距離が所定距離以下の場合には、現在地から目的地に到着するまでにバッテリの温度が第1温度範囲以内であるために必要な最小能力にてバッテリの温度を調整する制御部とを備えることを特徴とする。 The battery temperature adjustment device of the present invention is a battery temperature adjustment device that adjusts the temperature of the battery by cooling or heating a heat medium using the power of a battery for driving mounted on a vehicle and cooling or heating the battery to an appropriate temperature using the heat medium, and is characterized in that it has a control unit that sets a first temperature range outside which the battery output is limited when the battery temperature is outside that range, and a second temperature range within which the battery temperature has an upper limit temperature lower than that of the first temperature range and a lower limit temperature higher than that of the first temperature range, adjusts the battery temperature so that the battery temperature is within the second temperature range when the distance from the vehicle's current location to the destination is greater than a predetermined distance, and adjusts the battery temperature with the minimum capacity necessary to keep the battery temperature within the first temperature range by the time the vehicle arrives at the destination from the current location when the distance from the vehicle's current location to the destination is equal to or shorter than the predetermined distance.
上記構成とすることによって、バッテリの消費電力を低減することができる。 The above configuration allows for reduced battery power consumption.
本発明に係るバッテリ温度調整装置において、制御部は、少なくとも現在地から目的地までの距離、現在地から目的地までの勾配情報、現在地から目的地までの天気情報、現在地から目的地までの渋滞情報に基づいて最小能力を算出することが好ましい。 In the battery temperature adjustment device according to the present invention, it is preferable that the control unit calculates the minimum capacity based on at least the distance from the current location to the destination, gradient information from the current location to the destination, weather information from the current location to the destination, and traffic congestion information from the current location to the destination.
本発明のバッテリ温度調整装置によれば、バッテリの消費電力を低減することができる。 The battery temperature adjustment device of the present invention can reduce the power consumption of the battery.
以下、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。以下の説明において、具体的な形状、材料、方向、数値等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等に合わせて適宜変更することができる。 An example of an embodiment of the present invention will be described in detail below. In the following description, the specific shapes, materials, directions, values, etc. are examples to facilitate understanding of the present invention, and can be changed as appropriate according to the application, purpose, specifications, etc.
バッテリ温度調整装置10は、車両に搭載される走行用のバッテリ5の温度を調整する装置である。バッテリ温度調整装置10によれば、詳細は後述するが、バッテリ5の消費電力を低減することができる。
The battery
[車両]
車両は、バッテリ5の電力のみによってモータ(図示なし)を駆動して走行するBEVである。ただし、本発明の車両は、ガソリンエンジンおよびモータを駆動して走行するHEVであってもよい。
[vehicle]
The vehicle is a BEV that runs by driving a motor (not shown) only with power from the
[バッテリ]
バッテリ5は、複数のバッテリセル(単電池)を含み、バッテリセルは、例えばリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、または全固体電池から構成される。バッテリ5には、バッテリ温度を検出するバッテリ温度センサ61が設けられている。
[Battery]
The
ここで、バッテリ5の温度が高すぎる、または低すぎる場合には、バッテリ5の性能が低下し、バッテリセルの損傷または劣化の加速につながる。そこで、バッテリ5では、第1温度範囲が設定され、バッテリ5の温度が第1温度範囲外では、バッテリ5の出力が制限される。また、バッテリ温度調整装置10は、通常、バッテリ5の温度が第1温度範囲よりも上限温度が小さくかつ下限温度が大きい第2温度範囲以内になるように調整している。
Here, if the temperature of the
[バッテリ温度調整装置]
図1から図4を用いて、バッテリ温度調整装置10について説明する。
[Battery temperature regulator]
The battery temperature regulating
図1に示すように、バッテリ温度調整装置10は、バッテリ5の電力を用いて熱媒体としての冷却水を冷却または加熱し、冷却水によってバッテリ5を冷却または適温加熱する。バッテリ温度調整装置10は、バッテリ5を冷却する低温側冷却水回路20と、低温側冷却水回路20から吸熱する冷凍サイクル回路30と、冷凍サイクル回路30によって加熱される高温側冷却水回路40と、バッテリ温度調整装置10の各機器を制御する制御部としてのECU(Electronic Control Unit)50とを有している。
As shown in FIG. 1, the battery temperature regulating
低温側冷却水回路20は、第1低温側ウォーターポンプ21および第2低温側ウォーターポンプ22によって低温冷却水を循環させることによって、バッテリ熱交換器23によってバッテリ5を冷却し、チラー24によって冷凍サイクル回路30に吸熱され、低温側ラジエータ25によって空気中に放熱されることによって冷却される回路である。低温側ラジエータ25は、後述する高温側ラジエータ44と熱交換可能である。
The low-temperature side
低温側冷却水回路20では、バッテリ熱交換器23と、チラー24と、低温側ラジエータ25とが並列に設けられている。バッテリ熱交換器23に向かう経路と、第1低温側ウォーターポンプ21からの経路と、チラー24に向かう経路と、低温側ラジエータ25に向かう経路と、短絡経路(何も設けられていない経路)とは五方弁26によって切替接続されている。
In the low-temperature side
冷凍サイクル回路30は、冷媒を圧縮する圧縮機31と、高温側冷却水回路40を循環する冷却水を加熱する水冷コンデンサ32と、車室内へ送風する空気を冷却するエバポレータ33と、エバポレータ33への冷媒循環量を調整するエバポレータ側膨張弁34と、低温側冷却水回路20を循環する冷却水から吸熱するチラー24と、チラー24への冷媒循環量を調整するチラー側膨張弁36とを有している。冷凍サイクル回路30では、エバポレータ33とチラー24とが並列に接続されている。また、圧縮機31は、電気モータの周波数を調整することによって、吐出容量(運転容量)を調整することができる。
The
高温側冷却水回路40は、高温側ウォーターポンプ41によって高温側冷却水を循環させることによって、水冷コンデンサ32を冷却し、電気ヒータ42によって加熱され、車室内へ送風する空気を加熱するヒータコア43を加熱し、高温側ラジエータ44によって空気中に放熱されることによって冷却される回路である。高温側ラジエータ44は、上述した低温側ラジエータ25と熱交換可能である。電気ヒータ42は、出力を調整することができる。
The high-temperature
高温側冷却水回路40では、水冷コンデンサ32および電気ヒータ42と、ヒータコア43と、高温側ラジエータ44とが並列に設けられている。水冷コンデンサ32および電気ヒータ42に向かう経路と、ヒータコア43に向かう経路と、高温側ラジエータ44に向かう経路とは三方流量調整弁45によって切替接続されている。
In the high-temperature side
バッテリ温度調整装置10では、上述したように、バッテリ5の電力を用いて冷却水を冷却または加熱し、高温側冷却水または低温側冷却水によってバッテリ5を冷却または適温加熱してバッテリ5の温度を調整する。
As described above, the battery
バッテリ温度調整装置10では、バッテリ5を冷却する際には、冷凍サイクル回路30の圧縮機31を駆動し、チラー側膨張弁36を調整し、チラー24に冷媒を循環させ、低温側冷却水回路20から吸熱する。低温側冷却水回路20では、第2低温側ウォーターポンプ22を駆動して、五方弁26によってチラー24とバッテリ熱交換器23とを連通させてバッテリ熱交換器23によってバッテリ5を冷却する。
When the battery
バッテリ温度調整装置10では、バッテリ5を適温加熱する際には、高温側冷却水回路40の高温側ウォーターポンプ41を駆動し、また電気ヒータ42を作動させて高温側冷却水回路40を加熱し、高温側ラジエータ44によって低温側ラジエータ25を加熱する。低温側冷却水回路20では、第1低温側ウォーターポンプ21および第2低温側ウォーターポンプ22を駆動して、五方弁26によって第2低温側ウォーターポンプ22およびバッテリ熱交換器23と、低温側ラジエータ25とを連通させてバッテリ熱交換器23によってバッテリ5を適温加熱する。
When the
[制御部(ECU)]
ECU50は、上述したようにバッテリ温度調整装置10の各機器を制御する。ECU50は、内部に情報処理を行うCPUを有するプロセッサ51と、プロセッサ51が実行するソフトウェア、プログラムまたはデータを格納するメモリ52とを有するコンピュータである。
[Control unit (ECU)]
As described above, the
ECU50は、低温側冷却水回路20の第1低温側ウォーターポンプ21、第2低温側ウォーターポンプ22および五方弁26と、冷凍サイクル回路30の圧縮機31、エバポレータ側膨張弁34およびチラー側膨張弁36と、高温側冷却水回路40の高温側ウォーターポンプ41、電気ヒータ42および三方流量調整弁45と、ナビゲーション装置60と、バッテリ温度センサ61とに接続されている。
The ECU 50 is connected to the first low-temperature
ナビゲーション装置60は、車両の走行時において、車両の現在位置を表示する、または車両の目的地への経路案内を行う装置である。本実施形態のナビゲーション装置60は、目的地が設定され、少なくとも現在地から目的地までの距離、現在地から目的地までの勾配情報、現在地から目的地までの天気情報、現在地から目的地までの渋滞情報を出力することができる。ECU50は、ナビゲーション装置60から現在地から目的地までの距離、現在地から目的地までの勾配情報、現在地から目的地までの天気情報、現在地から目的地までの渋滞情報を取得する。
The
ECU50は、ユーザの車両の使用履歴を蓄積したビッグデータから目的地を取得してもよい。また、ECU50は、クラウドサービスによって現在地から目的地までの天気情報を取得してもよい。 The ECU 50 may obtain the destination from big data that accumulates the user's vehicle usage history. The ECU 50 may also obtain weather information from the current location to the destination via a cloud service.
図2に示すように、ECU50は、それぞれ詳細は後述する、通常能力温度調整部53と、バッテリ温度判定部54と、走行判定部55と、残走行距離判定部56と、最小能力算出部57と、最小能力補正部58と、最小能力温度調整部59とを有している。通常能力温度調整部53、バッテリ温度判定部54、走行判定部55、残走行距離判定部56、最小能力算出部57、最小能力補正部58および最小能力温度調整部59は、プロセッサ51がメモリ52に格納されたプログラムを実行することにより実現される。
As shown in FIG. 2, the
通常能力温度調整部53は、車両の現在地から目的地までの距離が所定距離(例えば10km)より大きい場合には、バッテリ5の温度が上述した第2温度範囲となるようにバッテリ5の温度を調整する。このように、バッテリ5の出力が制限される第1温度範囲よりも狭い範囲である第2範囲以内でバッテリ5の温度を制御することによって、余裕を持ってバッテリ5の出力が制限されないように温度調整することができる。
When the distance from the vehicle's current location to the destination is greater than a predetermined distance (e.g., 10 km), the normal capacity
バッテリ温度判定部54は、バッテリ温度センサ61によって検出されたバッテリ5の温度が上述した第2温度範囲以内であるかどうかを判定する。
The battery
走行判定部55は、車両が走行中であるかどうかを判定する。より具体的には、走行判定部55は、例えばシフトレバー(図示なし)がPレンジ以外であるかどうかによって車両が走行中であるかどうかを判定してもよい。
The driving
残走行距離判定部56は、ナビゲーション装置60より現在地から目的地までの残距離を取得して、現在地から目的地までの残距離が所定距離以下であるかどうかを判定する。
The remaining
最小能力算出部57は、現在地から目的地に到着するまでにバッテリ5の温度が第1温度範囲以内であるために、バッテリ温度調整装置10において必要な最小の温度調整能力(以下、最小能力)を算出する。ここで、最小能力とは、バッテリ5を冷却するための冷却能力と、バッテリ5を適温加熱するための加熱能力とが含まれる。また、現在地から目的地に到着するまでにバッテリ5を冷却または適温加熱しない場合(バッテリ温度調整装置10が停止している場合)に、バッテリ5の温度が第1温度範囲以内となる場合は、最小能力が0であってもよい。
The minimum
最小能力補正部58は、ナビゲーション装置60より、現在地から目的地までの勾配情報、現在地から目的地までの天気情報(気温、湿度等)、現在地から目的地までの渋滞情報を取得して、最小能力算出部57によって算出された最小能力を補正する。
The minimum
より具体的には、最小能力補正部58は、現在地から目的地まで上り勾配が多い場合には最小能力が大きくなるように補正し、現在地から目的地まで下り勾配が多い場合には最小能力が小さくなるように補正してもよい。また、最小能力補正部58は、現在地から目的地まで渋滞している場合には、最小能力が大きくなるように補正してもよい。
More specifically, the minimum
また、最小能力補正部58は、バッテリ5を冷却している時には、現在地から目的地まで外気温が高い場合には最小能力が大きくなるように補正し、現在地から目的地まで外気温が低い場合には最小能力が小さくなるように補正してもよい。最小能力補正部58は、バッテリ5を適温加熱している時には、現在地から目的地まで外気温が高い場合には最小能力が小さくなるように補正し、現在地から目的地まで外気温が低い場合には最小能力が大きくなるように補正してもよい。
The minimum
最小能力温度調整部59は、現在地から目的地に到着するまで最小能力にてバッテリ5の温度を調整するようにバッテリ温度調整装置10を制御する。より具体的には、最小能力温度調整部59は、バッテリ5を冷却している時には、現在地から目的地に到着するまで最小能力となるように、冷凍サイクル回路30の圧縮機31の周波数を調整して冷却能力を調整する、または圧縮機31を停止する。このとき、図3に示すように、バッテリ温度は、目的地では第1温度範囲の上限温度に近づくように制御される。
The minimum capacity
また、最小能力温度調整部59は、バッテリ5を適温加熱している時には、現在地から目的地に到着するまで最小能力となるように、高温側冷却水回路40の電気ヒータ42の出力を調整して加熱能力を調整する、または電気ヒータ42を停止する。このとき、図4に示すように、バッテリ温度は、目的地では第1温度範囲の下限温度に近づくように制御される。
When the
[効果]
バッテリ温度調整装置10によれば、バッテリ5の消費電力を低減することができる。より具体的には、現在地から目的地までの残距離が所定距離以下であれば、現在地から目的地に到着するまでにバッテリ5の温度が第1温度範囲以内となるために必要なバッテリ温度調整装置10の最小能力にてバッテリ5の温度を調整することによって、必要最小限の消費電力によってバッテリ5の温度を第1温度範囲以内に収めることができる。
[effect]
The battery
また、バッテリ温度調整装置10によれば、現在地から目的地までの勾配情報、現在地から目的地までの天気情報、現在地から目的地までの渋滞情報に基づいて最小能力を算出することによって、精度良く最小能力を算出し、バッテリ5の消費電力を低減することができる。
In addition, the battery
[バッテリ温度調整制御]
図5を用いて、バッテリ温度調整装置10によるバッテリ温度調整制御の流れについて説明する。
[Battery temperature regulation control]
The flow of the battery temperature regulation control by the battery
ステップS11において、通常能力温度調整部53によって、バッテリ5の温度が第2温度範囲となるようにバッテリ5の温度を調整する。ステップS12において、バッテリ温度判定部54によって、バッテリ5の温度が第2温度範囲以内であるかどうかを判定する。バッテリ5の温度が第2温度範囲以内の場合には、ステップS13に移行する。バッテリ5の温度が第2温度範囲以内でない場合には、ステップS11に移行する。
In step S11, the normal capacity
ステップS13において、走行判定部55によって、シフトレバーがPレンジ以外であるかどうかを判定する。シフトレバーがPレンジ以外の場合には、ステップS14へ移行する。シフトレバーがPレンジの場合には、ステップS11へ移行する。
In step S13, the driving
ステップS14において、残走行距離判定部56によって、現在地から目的地までの残距離が所定距離以下であるかどうかを判定する。残距離が所定距離以下の場合には、ステップS15へ移行する。残距離が所定距離より大きい場合には、ステップS11へ移行する。
In step S14, the remaining
ステップS15において、最小能力算出部57によって、現在地から目的地に到着するまでにバッテリ5の温度が第1温度範囲以内となるために、バッテリ温度調整装置10において必要な最小能力を算出する。
In step S15, the minimum
ステップS16において、最小能力補正部58によって、現在地から目的地までの勾配情報、現在地から目的地までの天気情報、現在地から目的地までの渋滞情報に基づいて最小能力を補正する。ステップS17において、現在地から目的地に到着するまで最小能力にてバッテリ5の温度を調整する。
In step S16, the minimum
なお、本発明は上述した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の範囲以内において種々の変更や改良が可能であることは勿論である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment and its variations, and various modifications and improvements are possible within the scope of the matters described in the claims of this application.
5 バッテリ、10 バッテリ温度調整装置、20 低温側冷却水回路、21 第1低温側ウォーターポンプ、22 第2低温側ウォーターポンプ、23 バッテリ熱交換器、24 チラー、25 低温側ラジエータ、26 五方弁、30 冷凍サイクル回路、31 圧縮機、32 水冷コンデンサ、33 エバポレータ、34 エバポレータ側膨張弁、36 チラー側膨張弁、40 高温側冷却水回路、41 高温側ウォーターポンプ、42 電気ヒータ、43 ヒータコア、44 高温側ラジエータ、45 三方流量調整弁、50 ECU(制御部)、51 プロセッサ、52 メモリ、53 通常能力温度調整部、54 バッテリ温度判定部、55 走行判定部、56 残走行距離判定部、57 最小能力算出部、58 最小能力補正部、59 最小能力温度調整部、60 ナビゲーション装置、61 バッテリ温度センサ
5 Battery, 10 Battery temperature adjustment device, 20 Low temperature side cooling water circuit, 21 First low temperature side water pump, 22 Second low temperature side water pump, 23 Battery heat exchanger, 24 Chiller, 25 Low temperature side radiator, 26 Five-way valve, 30 Refrigeration cycle circuit, 31 Compressor, 32 Water-cooled condenser, 33 Evaporator, 34 Evaporator side expansion valve, 36 Chiller side expansion valve, 40 High temperature side cooling water circuit, 41 High temperature side water pump, 42 Electric heater, 43 Heater core, 44 High temperature side radiator, 45 Three-way flow control valve, 50 ECU (control unit), 51 Processor, 52 Memory, 53 Normal capacity temperature adjustment unit, 54 Battery temperature determination unit, 55 Travel determination unit, 56 Remaining travel distance determination unit, 57 Minimum capacity calculation unit, 58 Minimum capacity correction unit, 59 Minimum capacity temperature adjustment unit, 60 Navigation device, 61 Battery Temperature Sensor
Claims (2)
前記バッテリの温度がその範囲以外では前記バッテリの出力が制限される第1温度範囲と、前記バッテリの温度が前記第1温度範囲よりも上限温度が小さくかつ下限温度が大きい第2温度範囲と、が設定され、
前記車両の現在地から目的地までの距離が所定距離より大きい場合には、前記バッテリの温度が前記第2温度範囲となるように前記バッテリの温度を調整し、
前記車両の現在地から目的地までの距離が前記所定距離以下の場合には、現在地から目的地に到着するまでに前記バッテリの温度が前記第1温度範囲以内であるために必要な最小能力にて前記バッテリの温度を調整する制御部を備える、
バッテリ温度調整装置。 A battery temperature adjustment device that uses electric power from a battery for driving mounted on a vehicle to cool or heat a heat medium, and adjusts a temperature of the battery by cooling or heating the battery to an appropriate temperature using the heat medium,
a first temperature range within which the output of the battery is restricted when the temperature of the battery is outside that range, and a second temperature range within which the temperature of the battery is lower than the first temperature range in an upper limit temperature and higher than a lower limit temperature,
When a distance from a current location of the vehicle to a destination is greater than a predetermined distance, the temperature of the battery is adjusted so that the temperature of the battery is within the second temperature range;
a control unit that adjusts the temperature of the battery with a minimum capacity required for the temperature of the battery to be within the first temperature range from the current location to the destination when the distance from the current location of the vehicle to the destination is equal to or shorter than the predetermined distance,
Battery temperature regulator.
前記制御部は、少なくとも現在地から目的地までの距離、現在地から目的地までの勾配情報、現在地から目的地までの天気情報、現在地から目的地までの渋滞情報に基づいて前記最小能力を算出する、
バッテリ温度調整装置。
2. The battery temperature regulating device according to claim 1,
The control unit calculates the minimum capacity based on at least a distance from the current location to the destination, gradient information from the current location to the destination, weather information from the current location to the destination, and traffic congestion information from the current location to the destination.
Battery temperature regulator.
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