JP4496728B2 - 組電池冷却制御装置および車両 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車等に車両に搭載される車両走行用の組電池の冷却制御を行う組電池冷却制御装置、およびその組電池冷却制御装置を備える車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータを用いて走行する電気自動車や、エンジンと電動モータとを併用して走行するハイブリッド自動車などにおいては、ニッケル−水素電池などの２次電池からなる単セルを複数個直列接続した組電池が、電動モータの電源として用いられている。このような組電池は、充電と放電とを繰り返していると、組電池を構成している各単セル間で容量（充電率ＳＯＣ）のばらつきが生じる。
【０００３】
このような組電池における単セル間の容量ばらつき車両走行時に解消するために、組電池のＳＯＣを所定の目標値に収束させるＳＯＣ一定制御を行うと共に、単セル間の容量ばらつきが所定値を超えた場合には、ＳＯＣ検出値を所定のレートで減少または増加させて均等充電を行うようにするものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２０４５３８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、均等充電は単セルの容量ばらつきを補正するために過電圧状態を意図的に設定して充電を行うものであり、上述した従来技術のように容量ばらつきが生じた場合に均等充電を行うものでは、組電池が過充電状態にさらされて寿命低下を招くという問題があった。
【０００６】
本発明は、過充電状態にさらすことなく、組電池を構成する単セルの容量ばらつきを抑えることができる組電池冷却制御装置、およびその組電池冷却制御装置を備える車両を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による組電池冷却制御装置は、複数の単セルが直列接続された組電池に冷却風を送風する送風装置と、組電池に対する冷却風の風向を、第１の方向および前記第１の方向に対して逆の第２の方向のいずれか一方に選択的に切り換える風向切換手段とを備えている。そして、第１の判定手段により複数の単セルの間の容量ばらつきが風向逆転判定値以上か否かを判定するとともに、第２の判定手段により、冷却風の風上側にある単セルの容量が風下側にある単セルの容量より大きいか否かを判定する。制御手段は、容量ばらつきが風向逆転判定値以上であって、かつ、冷却風の風上側にある単セルの容量が風下側にある単セルの容量より大きい場合に、切換手段による冷却風の送風方向切換を行わせる。その結果、冷却風に対して、容量の小さな単セルが風上側に配置され、容量の大きな単セルが風下側に配置される。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の単セルの間の容量ばらつきが風向逆転判定値以上であって、かつ、冷却風の風上側にある単セルの容量が風下側にある単セルの容量より大きい場合に、切換手段による冷却風の送風方向切換を行わせるので、切換の結果、冷却風に対して容量の小さな単セルが風上側に配置され、容量の大きな単セルが風下側に配置される。その結果、単セルを過充電状態にさらすことなく単セル間の容量ばらつきを抑えることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明による組電池冷却制御装置の一実施の形態を示すブロック図であり、電気自動車の組電池に適用したものである。なお、本発明は電気自動車に限らずハイブリッド自動車などにも適用することができ、さらには、車両用以外の組電池にも適用可能である。図１は電気自動車の制御システムの概略を示したものであり、大別すると組電池１を制御する電池制御ユニット２と車両システム３とから構成される。
【００１０】
車両システム３に設けられた駆動用モータ３０１は、電気自動車の駆動力を発生するとともに、車両減速時や制動時に回生発電を行って回生電力を組電池１に供給する。３０２は組電池１の電力で駆動される補機であり、例えば、エアコンディショナに用いられる電動ウォータポンプなどが含まれる。組電池１から車両システム３に供給される電力はメインリレー３０３によってオン・オフされる。メインリレー３０３のオン・オフ制御は電池制御ユニット２のバッテリコントローラ２０１によって行われる。車両システム３は車両コントローラ３０４によって制御される。車両コントローラ３０４は、車両システム３全体に関して異常が発生した際には、警告灯３０５を点灯してドライバーに異常発生を知らせる。
【００１１】
車両コントローラ３０４やバッテリーコントローラ２０１には、補助電池３０６から電力が供給される。補助電池３０６と車両コントローラ３０４およびバッテリーコントローラ２０１との間にはスイッチＳＷが設けられていて、イグニッション信号３０７によってオン・オフされる。ドライバーによって車両のイグニッションスイッチがオンされてイグニッション信号３０７が発せられると、スイッチＳＷが閉じて補助電池３０６から車両コントローラ３０４およびバッテリーコントローラ２０１に電力が供給される。
【００１２】
組電池１は単セル１００を複数直列接続したものであり、各単セル１００のセル電圧はセル電圧検出回路２０２によって検出される。組電池１の電流は電流センサ２０３によって検出され、電圧は電圧センサ２０４によって検出される。２０５は組電池１の温度を検出する温度センサであり、温度依存性の高い組電池１の状態を的確に把握するために、組電池内の適切な場所に配置される。電流センサ２０３，電圧センサ２０４および温度センサ２０５の検出データは、それぞれバッテリコントローラ２０１へ送られる。
【００１３】
４は組電池１を冷却するための冷却系であり、組電池１への冷却風を発生させる冷却ファン４００、組電池１に対する冷却風の風向を切り換える風向切換部４０１を備えている。冷却系４はバッテリコントローラ２０１によって制御される。バッテリコントローラ２０１は、演算・制御など行うＣＰＵ２０１ａと、各種データが記憶されるメモリ２０１ｂを備えている。バッテリコントローラ２０１では、組電池１の充放電を制御するとともに、後述するように組電池１のＳＯＣばらつきが低減されるように冷却系４を制御している。バッテリコントローラ２０１と車両コントローラ３０４およびセル電圧検出回路２０２との間では、各種信号の授受が行われる。
【００１４】
図２は、図１の組電池１およびその冷却系４を詳細に示したものである。上述したように、組電池１は複数の単セル１００から成っており、それらは所定個数毎にまとめられて各々モジュールを形成している。図２に示す組電池１では、複数のモジュール１０１ａ〜１０１ｇで構成されており、これらのモジュール１０１ａ〜１０１ｇが直列接続されて組電池１を構成する。組電池１は、冷却系４の一部を構成する電池ボックス４０１に収納されている。
【００１５】
電池ボックス４０５には冷却風の流入・流出口である開口４０５ａ，４０５ｂが設けられている。これらの開口４０５ａ，４０５ｂには、冷却ファン４００による冷却風を電池ボックス４０５内へ流入・流出させるためのダクト４０２ａ，４０２ｂが接続されている。冷却ファン４００を駆動すると、ダクト４０２ａの導入口４０３からダクト４０２ａ内に冷却風が吸い込まれ、図示左側の排出口４０６から排出される。ダクト４０２ａ，４０２ｂには、電池ボックス４０５の外側を迂回するように２つのバイパスダクト４０４ａ，４０４ｂがそれぞれ接続されている。バイパスダクト４０４ａの出入口には風向切換部４０１ａ，４０１ｃが設けられており、バイパスダクト４０４ｂの出入口には風向切換部４０１ｂ，４０１ｄが設けられている。これらの風向切換部４０１ａ〜４０１ｄは図１の風向切換部４０１を構成している。
【００１６】
図３は図２に示した冷却系４の風向切換部４０１ａ，４０１ｂの部分を詳細に示す図であり、図４は風向切換部４０１ｃ，４０１ｄの部分を詳細に示す図である。図３，４に示すように、各風向切換部４０１ａ〜４０１ｄには、軸４０６を回転軸として回転自在に設けられた配風ドア４０７がそれぞれ設けられている。図示していないが、風向切換部４０１ａ〜４０１ｄには配風ドア４０７を駆動するアクチュエータがそれぞれ設けられている。
【００１７】
風向切換部４０１ａの配風ドア４０７は、矢印Ｒ１のように位置Ａ１と位置Ａ２との間で回動される。同様に、配風ドア４０１ｂは矢印Ｒ２のように位置Ｂ１と位置Ｂ２との間で、図４の配風ドア４０１ｃは矢印Ｒ３のように位置Ｃ１と位置Ｃ２との間で、配風ドア４０１ｄは矢印Ｒ４のように位置Ｄ１と位置Ｄ２との間でそれぞれ回動される。
【００１８】
本実施の形態では、配風ドア４０１ａ〜４０１ｄの開閉位置を制御することによって、電池ボックス４０５内における冷却風の流れが互いに逆方向である２つの配風パターンを実現することができる。図５，６にそれぞれの配風パターンを示す。なお、図５，６では電池ボックス４０５内に設けられているモジュール１０１ａ〜１０１ｇの図示を省略した。
【００１９】
図５は第１の配風パターンを示したものであり、各配風ドア４０１ａ〜４０１ｄの開閉位置をＡ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１に設定した場合の配風パターンである。ｗ１〜ｗ４は冷却風の流れ方向を示す。導入口４０３からダクト４０２ａ内に吸い込まれた冷却風ｗ１は、矢印ｗ２で示すようにダクト４０２ａ内を直進して開口４０５ａから電池ボックス４０５内へ流入する。
【００２０】
電池ボックス４０５内に流入した冷却風は、電池ボックス４０５内の各モジュール１０１ａ〜１０１ｇ（図２参照）を冷却しながら、電池ボックス４０５内を図示右側から左側へと流れる。その後、冷却風は、電池ボックス４０５の開口４０５ｂから流出して左側のダクト４０２ｂ内に流入する。左側のダクト４０２ｂに流入した冷却風は、矢印ｗ４で示すように排出口４０６から図示左側に排出される。このように第１の配風パターンでは、冷却風は電池ボックス４０５内を図示右側から左側へと流れるため、開口４０５ａに近いモジュール１０１ａ（図２参照）が風上側となり、開口４０５ｂに近いモジュール１０１ｇが風下側となる。この場合の電池ボックス４０５内おける冷却風の風向を、「正方向」と呼ぶことにする。
【００２１】
一方、図６は第２の配風パターンを示したものであり、各配風ドア４０１ａ〜４０１ｄの開閉位置をＡ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２に設定した場合の配風パターンである。ｗ１，ｗ４，ｗ５〜ｗ８は冷却風の流れの方向を示す。導入口４０３からダクト４０２ａ内に吸い込まれた冷却風ｗ１は、冷却風の直進を妨げる位置Ａ２に回動された風向切換部４０１ａの配風ドア４０７によって、矢印ｗ５のようにバイパスダクト４０４ａへと導かれる。
【００２２】
上述したように、バイパスダクト４０４ａの出口側に設けられた風向切換部４０１ｃの配風ドア４０７は、位置Ｃ２に回動されている。そのため、バイパスダクト４０４ａに流入してバイパスダクト４０４ａ内を右側から左側へと流れた冷却風は、矢印ｗ６で示すようにバイパスダクト４０４ａの出口からダクト４０２ｂへと流入し、その後、ダクト４０２ｂ内を図示左側から右側へと流れて開口４０５ｂから電池ボックス４０５内に流入する。
【００２３】
電池ボックス４０５内に流入した冷却風は、電池ボックス４０５内の各モジュール１０１ａ〜１０１ｇ（図２参照）を冷却しながら、電池ボックス４０５内を図示左側から右側へと流れる。図６では、バイパスダクト４０４ｂの入り口に設けられた風向切換部４０１ｂの配風ドア４０７は、ダクト４０２ａの冷却風の直進を妨げる位置Ｂ２に回動されている。そのため、電池ボックス４０５からダクト４０２ａに流出した冷却風は、矢印ｗ７のようにバイパスダクト４０４ｂへと導かれる。
【００２４】
その後、冷却風はバイパスダクト４０４ｂ内を図示右側から左側に流れ、左側のダクト４０２ｂに流れ込む。バイパスダクト４０４ｂの出口に設けられた風向切換部４０１ｄの配風ドア４０７は位置Ｄ２に回動されているので、ダクト４０２ｂに流入した冷却風は矢印ｗ８のように冷却ファン側へと導かれ、矢印ｗ４で示すように排出口４０６から図示左側に排出される。このように第２の配風パターンでは、冷却風は電池ボックス４０５内を図示左側から右側へと流れるため、開口４０５ｂに近いモジュール１０１ｇが風上側となり、開口４０５ａに近いモジュール１０１ａが風下側となる。この場合、電池ボックス４０５内の冷却風の風向を「逆方向」と呼ぶことにする。
【００２５】
次に、組電池１の冷却制御について、図７のフローチャートを用いて説明する。このフローチャートは、バッテリコントローラ２０１のＣＰＵ２０１ａで実行される処理を示したものである。ドライバーが車両のイグニッションスイッチをオンすると、図１のスイッチＳＷ１が閉じて補助電池３０６からバッテリコントローラ２０１に電力が供給される。そして、バッテリコントローラ２０１に電力が供給されると図７の処理が開始される。
【００２６】
図７のステップＳ１０では、組電池１の温度を温度センサ２０５により検出し、その検出結果をメモり２０１ｂに記憶する。ステップＳ２０では、メモり２０１ｂ内に予め記憶されている「温度−ファン作動テーブル」を参照して、ステップＳ１０で検出された電池温度から冷却ファン４００の作動が必要か否かを判定する。
【００２７】
図８は「温度−ファン作動テーブル」の一例を示す図である。縦軸は冷却ファン４００の駆動モータをＰＷＭ制御する際のデューティ比を表しており、横軸は電池温度である。図８に示す例では、電池温度がＴ１以上となったならば冷却ファン４００を作動させる。その場合、電池温度ＴがＴ１≦Ｔ＜Ｔ２の場合にはデューティ比３３％で駆動し、Ｔ２≦Ｔ＜Ｔ３の場合にはデューティ比６７％で駆動し、Ｔ≧Ｔ３の場合にはデューティ比１００％で駆動する。
【００２８】
ステップＳ２０においてファン冷却が必要と判定されると、ステップＳ３０に進んで冷却ファン４００がオン状態とされ、必要なしと判定されるとステップＳ４０に進んで冷却ファン４００はオフ状態とされる。冷却ファン４００は、図８に示すような「温度−ファン作動テーブル」に従って駆動される。ステップＳ５０では、セル電圧検出回路２０２、電流センサ２０３、電圧センサ２０４の検出結果に基づいて、組電池１のＳＯＣ（充電率）のばらつき、容量劣化および内部抵抗劣化を求める。
【００２９】
［ＳＯＣばらつきの演算］
ＳＯＣばらつきを演算する場合、まず、セル電圧検出回路２０２で各単セル１００のセル電圧を検出する。次に、温度センサ２０５で検出された電池温度とメモリ２０１ｂに予め記憶された温度補正係数マップとに基づいて、検出された各セル電圧を常温（２５℃）における電圧に補正する。そして、これらの補正後セル電圧を用いて平均セル電圧を算出し、各単セル１００毎に平均セル電圧に対する偏差を求める。これらの偏差がＳＯＣのばらつきに対応しており、偏差の中で最大のものをメモリ２０１ｂに記憶する。
【００３０】
［内部抵抗劣化の演算］
電流センサ２０３およびセル電圧検出回路２０２により、複数時点における電流値および各単セルのセル電圧を検出する。各単セル１００毎に、検出された電流値およびセル電圧から図９に示すようなＩ−Ｖ特性直線Ｌ１を回帰演算する。このＩ−Ｖ特性直線Ｌ１の傾きから単セル１００の内部抵抗Ｒが算出される。そして、算出された内部抵抗Ｒと組電池１が新品の時のセル内部抵抗Ｒ０とを比較して、単セル１００毎の内部抵抗劣化を求める。例えば、比Ｒ／Ｒ０を内部抵抗劣化とする。これらの内部抵抗劣化から内部抵抗劣化の平均値を算出し、その平均値を用いて各単セル１００の内部抵抗劣化の偏差を求める。それらの中で最大のものをメモリ２０１ｂに記憶する。
【００３１】
［容量劣化の演算］
まず、電流センサ２０３およびセル電圧検出回路２０２により検出される電流およびセル電圧に基づいて放電電気量Ahを求める。次に、このときのＩ−Ｖ特性直線Ｌ１（図９参照）を回帰演算により求め、直線Ｌ１３と縦軸（電圧）との交点の電圧、すなわち開放電圧Ｅを求める。
【００３２】
図１０は放電電気量Ahと開放電圧Ｅとの関係を示す図であり、電池が新品の場合の初期特性および電池が劣化しているときの劣化時特性を示したものである。単セル１００の容量劣化βは、単セル１００の劣化時電池容量Ｃdと初期電池容量Ｃ0との比で表すことができる。すなわち、β＝Ｃd／Ｃ0となる。ところで、開放電圧Ｅが予め定めた放電容量規定電圧Ｖｅになるまでの放電電気量Ahを単セル１００の電池容量Ｃとすると、電池容量Ｃ0，Ｃdは直線Ｅ＝Veと初期特性曲線Ｌ２０および劣化時特性曲線Ｌ１０との交点における放電電気量で表せる。
【００３３】
図１０において、黒丸は電池初期時のデータ（Ah，Ｅ）を、白丸は上述のようにして得られた劣化時のデータ（Ah，Ｅ）をそれぞれ示している。ｆ20は初期時データから一次回帰演算により得られる回帰直線で、ｆ21は劣化時データから得られる回帰直線である。なお、一次以上の回帰演算を行えばより電池特性に近い回帰曲線が得られるが、開放電圧Ｅが著しく減少する放電末期（放電電気量Ahが大きい領域）を除いて一次回帰演算により電池特性を精度良く求めることができる。そのため、回帰直線ｆ20，ｆ21と直線Ｅ＝Veとの交点における放電電気量Ah0、Ahdを電池容量Ｃ0，Ｃdとして用いることができる。
【００３４】
このようにして単セル１００毎に容量劣化βを求め、それらの平均値を算出する。そして、その平均値を用いて各単セル１００毎に容量劣化βの偏差を求め、その中の最大のものをメモリ２０１ｂに記憶する。
【００３５】
図７に戻って、ステップＳ６０では、ステップＳ５０で算出された「ＳＯＣばらつきの偏差の最大値」、「容量劣化の偏差の最大値」および「内部抵抗劣化の偏差の最大値」の全てが、予め各々について定めておいた規定値未満か否かを判定する。これらの規定値は、車両制御に対する影響が小さいか否か、すなわち、後述する警告を発するか否かを決める基準となるものであって、以下ではこれらを電池異常判定値と呼ぶことにする。
【００３６】
ステップＳ６０において、「ＳＯＣばらつきの偏差の最大値」、「容量劣化の偏差の最大値」および「内部抵抗劣化の偏差の最大値」のいずれか一つでも電池異常判定値以上と判定されるとステップＳ１００へ進む。ステップＳ１００へ進んだ場合には、組電池１に異常が生じていると判断されるので、車両コントローラ３０４に警告灯点灯の指令を出して、警告灯３０５を点灯させる。その後、ステップＳ１１０でイグニッションスイッチがオフされたか否かを判定し、オフされたと判定したならばステップＳ１３０へ進んで一連のシャットダウン処理を行う。
【００３７】
一方、ステップＳ６０において、「ＳＯＣばらつきの偏差の最大値」、「容量劣化の偏差の最大値」および「内部抵抗劣化の偏差の最大値」の全てが各々電池異常判定値未満と判定されるとステップＳ７０へ進む。ステップＳＳ７０では、「ＳＯＣばらつきの偏差の最大値」が前記電池異常判定値よりも小さな所定値以上であって、各単セル１００のセル電圧の順序関係と電池ボックス４０５内の風向との関係が規定の関係か否かを判定する。この所定値は、後述するように電池ボックス４０５内の風向を逆転させるか否かを決める判定値の一つであって、以下では風向逆転判定値と呼ぶことにする。
【００３８】
ここで、セル電圧の大小関係と冷却ファン風向との関係について説明する。セル電圧の順序関係とは、各単セル１００のセル電圧を比較したときに、風向方向に沿って並んだ単セル１００のセル電圧がどのように変化しているかを示すものである。例えば図２に示す例では、組電池１はモジュール毎に分割され、各モジュール１０１ａ〜１０１ｇは電池ボックス４０５内で図示左右方向に並べられている。このような場合、各モジュール１０１ａ〜１０１ｇ毎にセル電圧の平均値を求め、そのセル電圧平均値が左側からモジュール１０１ｇ、モジュール１０１ｆ、…、モジュール１０１ａの順に大きくなっている場合には、セル電圧の順序関係を「正順序」と定める。逆に、右側からモジュール１０１ａ、モジュール１０１ｂ、…、モジュール１０１ｇの順に大きくなっている場合には、セル電圧の順序関係を「逆順序」と定める。
【００３９】
そして、上述した規定の関係とは、風向と順序関係とが「正方向」で「正順序」である場合、または、「逆方向」で「逆順序」である場合を指す。このような場合、冷却風の風上側にセル平均電圧値の大きなモジュールがあることになる。そして、上述したステップＳ７０は、「ＳＯＣばらつきの偏差の最大値」が前記風向逆転判定値以上であって、かつ、風向と順序関係とが（正方向、正順序）または（逆方向、逆順序）になっているか否かを判定するものである。ステップＳ７０でＮＯと判定されるとステップＳ１２０へ進み、ＹＥＳと判定されるとステップＳ８０へ進む。
【００４０】
ステップＳ８０では、メモリ２０１ｂに予め記憶されている「温度−充電効率特性」のマップを参照して、ステップＳ１０で検出された電池温度が所定温度Ｔ０以上か否かを判定する。図１１は温度−充電効率特性の一例を示す図であり、縦軸が充電効率、横軸が温度である。充電効率は電池温度が所定温度Ｔ０以上となると充電効率が低下する。図１１では電池温度がＴ０（＝４０℃）以上になると充電効率が急激に低下している。すなわち、ステップＳ８０は、電池温度が充電効率が低下する温度であるか否かを判定するものである。
【００４１】
ステップＳ８０で電池温度が所定温度Ｔ０以上であると判定されるとステップＳ９０へ進み、所定温度Ｔ０未満であると判定されるとステップＳ１２０に進む。ステップＳ９０に進んだ場合の組電池１の状態は、「ＳＯＣばらつきの偏差の最大値」が風向逆転判定値以上であって、風向と順序関係とが（正方向、正順序）または（逆方向、逆順序）になっていて、かつ、電池温度が所定温度Ｔ０以上になっている。
【００４２】
風向と順序関係とが（正方向、正順序）または（逆方向、逆順序）になっている場合、冷却効率の高い風上側にセル電圧平均値の大きなモジュールがあり、冷却効率の低い風下側にセル電圧平均値の小さなモジュールがある。ところで、図１１に示したように、電池温度が高くなると充電効率が低下する。そのため、通常、セル電圧の低い単セルはセル電圧の高い単セルに比べて温度が高くなっている。そのため、この状態では温度が高くて充電効率の低いモジュールが風下側にあるため、風下側のモジュールは風上側に比べてますます充電効率が低下し、ＳＯＣのばらつき（セル電圧のばらつき）が拡大することになる。そのため、ステップＳ９０では、風向切換部４０１ａ〜４０１ｄの配風ドア４０７の位置を切り換えて、電池ボックス４０５内における冷却風の風向を逆転させる
【００４３】
例えば、風向が正方向である場合（図５参照）には各配風ドア４０７はそれぞれＡ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１の位置にあるが、これらを図６のように位置Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２に切り換えることにより、電池ボックス４０５内の風向は逆方向に切り換えられる。このように冷却風の風向を逆転させると、風向と順序関係とが（逆方向、正順序）または（正方向、逆順序）になり、セル平均電圧値の小さなモジュールが風上側になり、セル平均電圧値の大きなモジュールが風下側になる。その結果、各モジュール間の温度差が小さくなって、セル電圧のばらつき（ＳＯＣのばらつき）が小さくなるように改善される。
【００４４】
ステップＳ９０の処理が終了したならばステップＳ１２０へと進む。ステップＳ１２０では、イグニッションスイッチがオフされたか否かを判定し、オン状態であると判定されるとステップＳ１０へ戻る。そのため、ステップＳ７０，およびステップＳ８０でＹＥＳと判定される度に、冷却風の逆転制御が行われる。一方、ステップＳ１２０でイグニッションスイッチがオフされたと判定されるとステップＳ１０３に進んで一連のシャットダウン処理を行う。ステップＳ１３０の処理が終了すると、図７のフローチャートの一連の処理が終了する。
【００４５】
図７の冷却制御により得られる効果をまとめると以下のようになる。
（１）ステップＳ７０〜ステップＳ９０で説明したように、「ＳＯＣばらつきの偏差の最大値」が風向逆転判定値以上であって、風向と順序関係とが（正方向、正順序）または（逆方向、逆順序）になっていて、かつ、電池温度が所定温度Ｔ０以上である場合には、セル電圧値の小さなモジュールが風上側になり、セル電圧値の大きなモジュールが風下側になるように風向を切り換えるので、単セル間の容量ばらつき（ＳＯＣばらつき）を低減することができる。
（２）また、冷却風で単セルを冷却する場合に、電池温度に応じて冷却ファン駆動のデューティ比を変えて、電池温度が高いほど冷却風の風量を大きくしたので、より効果的に冷却を行うことができる。
（３）ステップＳ６０，ステップＳ１００の処理のように、「ＳＯＣばらつきの偏差の最大値」、「容量劣化の偏差の最大値」および「内部抵抗劣化の偏差の最大値」のいずれかが電池異常判定値異常となった場合には、警告灯を点灯するようにしたので、電池異常をドライバーに速やかに知らせることができる。
（４）図２に示したように、上述した実施の形態では、バイパスダクト４０４ａ，４０ａｂを設け、切換部４０１ａ〜４０１ｄの切換により導入口から取り込まれた冷却風をバイパスダクト４０４ａ，４０４ｂのいずれかに導いて風向を切り換えるようにしている。そのため、冷却風の導入口および排出口を固定し、冷却ファンの送風方向を固定した状態で風向の切換ができる。
【００４６】
なお、上述した実施の形態では、冷却ファン４００で冷却風を吸い込み、バイパスダクト４０４ａ，４０４ｂおよび切換部４０１ａ〜４０１ｄを用いて風向の切換を行ったが、冷却ファン４００を導入口４０３側に設けて電池ボックス４０５に冷却風を送り込むような構成でも良い。また、正方向の冷却風と逆方向の冷却風とを発生するための冷却ファンおよびダクトをそれぞれ独立に設けて、それらを切り換えて風向を逆転するようにしてもよい。すなわち、容量の小さな単セルが風上となるように冷却風を逆転できる冷却系であれば、上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【００４７】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、冷却ファン４００は送風装置を、切換部４０１（４０１ａ〜４０１ｄ）およびバイパスダクト４０４ａ，４０４ｂは請求項１の切換手段を、バッテリコントローラ２０１は第１，２の判定手段、制御手段および劣化演算手段を、ダクト４０２ａ，４０２ｂおよび電池ボックス４０５は送風用ケーシングを、ダクト４０２ａ，４０２ｂは第１の配風手段を、バイパスダクト４０４ａおよびバイパスダクト４０４ｂは第２の配風手段を、切換部４０１（４０１ａ〜４０１ｄ）は請求項２の切換手段を、温度センサ２０５は温度検出手段を、警告灯３０５は警告発生装置をそれぞれ構成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による組電池冷却制御装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】組電池１および冷却系４を詳細に示す図である。
【図３】冷却系４の風向切換部４０１ａ，４０１ｂの部分を詳細に示す図である。
【図４】冷却系４の風向切換部４０１ｃ，４０１ｄの部分を詳細に示す図である。
【図５】第１の配風パターンを説明する図である。
【図６】第２の配風パターンを説明する図である。
【図７】組電池１の冷却制御を説明するためのフローチャートである。
【図８】温度−ファン作動テーブルの一例を示す図である。
【図９】Ｉ−Ｖ特性直線Ｌ１を示す図である。
【図１０】放電電気量−開放電圧特性を示す図である。
【図１１】温度−充電効率特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 組電池
２ 電池制御システム
３ 車両システム
４ 冷却系
２０１ バッテリコントローラ
２０２ セル電圧検出回路
２０３ 電流センサ
２０４ 電圧センサ
２０５ 温度センサ
３０１ 駆動用モータ
３０４ 車両コントローラ
３０５ 警告灯
４００ 冷却ファン
４０１，４０１ａ〜４０１ｄ 風向切換部
４０２ａ，４０２ｂ ダクト
４０３ 導入口
４０４ａ，４０４ｂ バイパスダクト
４０５ 電池ボックス
４０６ 排出口
４０７ 配風ドア
１００ 単セル
１０１、１０１ａ〜１０１ｇ モジュール
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車等に車両に搭載される車両走行用の組電池の冷却制御を行う組電池冷却制御装置、およびその組電池冷却制御装置を備える車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータを用いて走行する電気自動車や、エンジンと電動モータとを併用して走行するハイブリッド自動車などにおいては、ニッケル−水素電池などの２次電池からなる単セルを複数個直列接続した組電池が、電動モータの電源として用いられている。このような組電池は、充電と放電とを繰り返していると、組電池を構成している各単セル間で容量（充電率ＳＯＣ）のばらつきが生じる。
【０００３】
このような組電池における単セル間の容量ばらつき車両走行時に解消するために、組電池のＳＯＣを所定の目標値に収束させるＳＯＣ一定制御を行うと共に、単セル間の容量ばらつきが所定値を超えた場合には、ＳＯＣ検出値を所定のレートで減少または増加させて均等充電を行うようにするものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２０４５３８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、均等充電は単セルの容量ばらつきを補正するために過電圧状態を意図的に設定して充電を行うものであり、上述した従来技術のように容量ばらつきが生じた場合に均等充電を行うものでは、組電池が過充電状態にさらされて寿命低下を招くという問題があった。
【０００６】
本発明は、過充電状態にさらすことなく、組電池を構成する単セルの容量ばらつきを抑えることができる組電池冷却制御装置、およびその組電池冷却制御装置を備える車両を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による組電池冷却制御装置は、複数の単セルが直列接続された組電池に冷却風を送風する送風装置と、組電池に対する冷却風の風向を、第１の方向および前記第１の方向に対して逆の第２の方向のいずれか一方に選択的に切り換える風向切換手段とを備えている。そして、第１の判定手段により複数の単セルの間の容量ばらつきが風向逆転判定値以上か否かを判定するとともに、第２の判定手段により、冷却風の風上側にある単セルの容量が風下側にある単セルの容量より大きいか否かを判定する。制御手段は、容量ばらつきが風向逆転判定値以上であって、かつ、冷却風の風上側にある単セルの容量が風下側にある単セルの容量より大きい場合に、切換手段による冷却風の送風方向切換を行わせる。その結果、冷却風に対して、容量の小さな単セルが風上側に配置され、容量の大きな単セルが風下側に配置される。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の単セルの間の容量ばらつきが風向逆転判定値以上であって、かつ、冷却風の風上側にある単セルの容量が風下側にある単セルの容量より大きい場合に、切換手段による冷却風の送風方向切換を行わせるので、切換の結果、冷却風に対して容量の小さな単セルが風上側に配置され、容量の大きな単セルが風下側に配置される。その結果、単セルを過充電状態にさらすことなく単セル間の容量ばらつきを抑えることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明による組電池冷却制御装置の一実施の形態を示すブロック図であり、電気自動車の組電池に適用したものである。なお、本発明は電気自動車に限らずハイブリッド自動車などにも適用することができ、さらには、車両用以外の組電池にも適用可能である。図１は電気自動車の制御システムの概略を示したものであり、大別すると組電池１を制御する電池制御ユニット２と車両システム３とから構成される。
【００１０】
車両システム３に設けられた駆動用モータ３０１は、電気自動車の駆動力を発生するとともに、車両減速時や制動時に回生発電を行って回生電力を組電池１に供給する。３０２は組電池１の電力で駆動される補機であり、例えば、エアコンディショナに用いられる電動ウォータポンプなどが含まれる。組電池１から車両システム３に供給される電力はメインリレー３０３によってオン・オフされる。メインリレー３０３のオン・オフ制御は電池制御ユニット２のバッテリコントローラ２０１によって行われる。車両システム３は車両コントローラ３０４によって制御される。車両コントローラ３０４は、車両システム３全体に関して異常が発生した際には、警告灯３０５を点灯してドライバーに異常発生を知らせる。
【００１１】
車両コントローラ３０４やバッテリーコントローラ２０１には、補助電池３０６から電力が供給される。補助電池３０６と車両コントローラ３０４およびバッテリーコントローラ２０１との間にはスイッチＳＷが設けられていて、イグニッション信号３０７によってオン・オフされる。ドライバーによって車両のイグニッションスイッチがオンされてイグニッション信号３０７が発せられると、スイッチＳＷが閉じて補助電池３０６から車両コントローラ３０４およびバッテリーコントローラ２０１に電力が供給される。
【００１２】
組電池１は単セル１００を複数直列接続したものであり、各単セル１００のセル電圧はセル電圧検出回路２０２によって検出される。組電池１の電流は電流センサ２０３によって検出され、電圧は電圧センサ２０４によって検出される。２０５は組電池１の温度を検出する温度センサであり、温度依存性の高い組電池１の状態を的確に把握するために、組電池内の適切な場所に配置される。電流センサ２０３，電圧センサ２０４および温度センサ２０５の検出データは、それぞれバッテリコントローラ２０１へ送られる。
【００１３】
４は組電池１を冷却するための冷却系であり、組電池１への冷却風を発生させる冷却ファン４００、組電池１に対する冷却風の風向を切り換える風向切換部４０１を備えている。冷却系４はバッテリコントローラ２０１によって制御される。バッテリコントローラ２０１は、演算・制御など行うＣＰＵ２０１ａと、各種データが記憶されるメモリ２０１ｂを備えている。バッテリコントローラ２０１では、組電池１の充放電を制御するとともに、後述するように組電池１のＳＯＣばらつきが低減されるように冷却系４を制御している。バッテリコントローラ２０１と車両コントローラ３０４およびセル電圧検出回路２０２との間では、各種信号の授受が行われる。
【００１４】
図２は、図１の組電池１およびその冷却系４を詳細に示したものである。上述したように、組電池１は複数の単セル１００から成っており、それらは所定個数毎にまとめられて各々モジュールを形成している。図２に示す組電池１では、複数のモジュール１０１ａ〜１０１ｇで構成されており、これらのモジュール１０１ａ〜１０１ｇが直列接続されて組電池１を構成する。組電池１は、冷却系４の一部を構成する電池ボックス４０１に収納されている。
【００１５】
電池ボックス４０５には冷却風の流入・流出口である開口４０５ａ，４０５ｂが設けられている。これらの開口４０５ａ，４０５ｂには、冷却ファン４００による冷却風を電池ボックス４０５内へ流入・流出させるためのダクト４０２ａ，４０２ｂが接続されている。冷却ファン４００を駆動すると、ダクト４０２ａの導入口４０３からダクト４０２ａ内に冷却風が吸い込まれ、図示左側の排出口４０６から排出される。ダクト４０２ａ，４０２ｂには、電池ボックス４０５の外側を迂回するように２つのバイパスダクト４０４ａ，４０４ｂがそれぞれ接続されている。バイパスダクト４０４ａの出入口には風向切換部４０１ａ，４０１ｃが設けられており、バイパスダクト４０４ｂの出入口には風向切換部４０１ｂ，４０１ｄが設けられている。これらの風向切換部４０１ａ〜４０１ｄは図１の風向切換部４０１を構成している。
【００１６】
図３は図２に示した冷却系４の風向切換部４０１ａ，４０１ｂの部分を詳細に示す図であり、図４は風向切換部４０１ｃ，４０１ｄの部分を詳細に示す図である。図３，４に示すように、各風向切換部４０１ａ〜４０１ｄには、軸４０６を回転軸として回転自在に設けられた配風ドア４０７がそれぞれ設けられている。図示していないが、風向切換部４０１ａ〜４０１ｄには配風ドア４０７を駆動するアクチュエータがそれぞれ設けられている。
【００１７】
風向切換部４０１ａの配風ドア４０７は、矢印Ｒ１のように位置Ａ１と位置Ａ２との間で回動される。同様に、配風ドア４０１ｂは矢印Ｒ２のように位置Ｂ１と位置Ｂ２との間で、図４の配風ドア４０１ｃは矢印Ｒ３のように位置Ｃ１と位置Ｃ２との間で、配風ドア４０１ｄは矢印Ｒ４のように位置Ｄ１と位置Ｄ２との間でそれぞれ回動される。
【００１８】
本実施の形態では、配風ドア４０１ａ〜４０１ｄの開閉位置を制御することによって、電池ボックス４０５内における冷却風の流れが互いに逆方向である２つの配風パターンを実現することができる。図５，６にそれぞれの配風パターンを示す。なお、図５，６では電池ボックス４０５内に設けられているモジュール１０１ａ〜１０１ｇの図示を省略した。
【００１９】
図５は第１の配風パターンを示したものであり、各配風ドア４０１ａ〜４０１ｄの開閉位置をＡ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１に設定した場合の配風パターンである。ｗ１〜ｗ４は冷却風の流れ方向を示す。導入口４０３からダクト４０２ａ内に吸い込まれた冷却風ｗ１は、矢印ｗ２で示すようにダクト４０２ａ内を直進して開口４０５ａから電池ボックス４０５内へ流入する。
【００２０】
電池ボックス４０５内に流入した冷却風は、電池ボックス４０５内の各モジュール１０１ａ〜１０１ｇ（図２参照）を冷却しながら、電池ボックス４０５内を図示右側から左側へと流れる。その後、冷却風は、電池ボックス４０５の開口４０５ｂから流出して左側のダクト４０２ｂ内に流入する。左側のダクト４０２ｂに流入した冷却風は、矢印ｗ４で示すように排出口４０６から図示左側に排出される。このように第１の配風パターンでは、冷却風は電池ボックス４０５内を図示右側から左側へと流れるため、開口４０５ａに近いモジュール１０１ａ（図２参照）が風上側となり、開口４０５ｂに近いモジュール１０１ｇが風下側となる。この場合の電池ボックス４０５内おける冷却風の風向を、「正方向」と呼ぶことにする。
【００２１】
一方、図６は第２の配風パターンを示したものであり、各配風ドア４０１ａ〜４０１ｄの開閉位置をＡ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２に設定した場合の配風パターンである。ｗ１，ｗ４，ｗ５〜ｗ８は冷却風の流れの方向を示す。導入口４０３からダクト４０２ａ内に吸い込まれた冷却風ｗ１は、冷却風の直進を妨げる位置Ａ２に回動された風向切換部４０１ａの配風ドア４０７によって、矢印ｗ５のようにバイパスダクト４０４ａへと導かれる。
【００２２】
上述したように、バイパスダクト４０４ａの出口側に設けられた風向切換部４０１ｃの配風ドア４０７は、位置Ｃ２に回動されている。そのため、バイパスダクト４０４ａに流入してバイパスダクト４０４ａ内を右側から左側へと流れた冷却風は、矢印ｗ６で示すようにバイパスダクト４０４ａの出口からダクト４０２ｂへと流入し、その後、ダクト４０２ｂ内を図示左側から右側へと流れて開口４０５ｂから電池ボックス４０５内に流入する。
【００２３】
電池ボックス４０５内に流入した冷却風は、電池ボックス４０５内の各モジュール１０１ａ〜１０１ｇ（図２参照）を冷却しながら、電池ボックス４０５内を図示左側から右側へと流れる。図６では、バイパスダクト４０４ｂの入り口に設けられた風向切換部４０１ｂの配風ドア４０７は、ダクト４０２ａの冷却風の直進を妨げる位置Ｂ２に回動されている。そのため、電池ボックス４０５からダクト４０２ａに流出した冷却風は、矢印ｗ７のようにバイパスダクト４０４ｂへと導かれる。
【００２４】
その後、冷却風はバイパスダクト４０４ｂ内を図示右側から左側に流れ、左側のダクト４０２ｂに流れ込む。バイパスダクト４０４ｂの出口に設けられた風向切換部４０１ｄの配風ドア４０７は位置Ｄ２に回動されているので、ダクト４０２ｂに流入した冷却風は矢印ｗ８のように冷却ファン側へと導かれ、矢印ｗ４で示すように排出口４０６から図示左側に排出される。このように第２の配風パターンでは、冷却風は電池ボックス４０５内を図示左側から右側へと流れるため、開口４０５ｂに近いモジュール１０１ｇが風上側となり、開口４０５ａに近いモジュール１０１ａが風下側となる。この場合、電池ボックス４０５内の冷却風の風向を「逆方向」と呼ぶことにする。
【００２５】
次に、組電池１の冷却制御について、図７のフローチャートを用いて説明する。このフローチャートは、バッテリコントローラ２０１のＣＰＵ２０１ａで実行される処理を示したものである。ドライバーが車両のイグニッションスイッチをオンすると、図１のスイッチＳＷ１が閉じて補助電池３０６からバッテリコントローラ２０１に電力が供給される。そして、バッテリコントローラ２０１に電力が供給されると図７の処理が開始される。
【００２６】
図７のステップＳ１０では、組電池１の温度を温度センサ２０５により検出し、その検出結果をメモり２０１ｂに記憶する。ステップＳ２０では、メモり２０１ｂ内に予め記憶されている「温度−ファン作動テーブル」を参照して、ステップＳ１０で検出された電池温度から冷却ファン４００の作動が必要か否かを判定する。
【００２７】
図８は「温度−ファン作動テーブル」の一例を示す図である。縦軸は冷却ファン４００の駆動モータをＰＷＭ制御する際のデューティ比を表しており、横軸は電池温度である。図８に示す例では、電池温度がＴ１以上となったならば冷却ファン４００を作動させる。その場合、電池温度ＴがＴ１≦Ｔ＜Ｔ２の場合にはデューティ比３３％で駆動し、Ｔ２≦Ｔ＜Ｔ３の場合にはデューティ比６７％で駆動し、Ｔ≧Ｔ３の場合にはデューティ比１００％で駆動する。
【００２８】
ステップＳ２０においてファン冷却が必要と判定されると、ステップＳ３０に進んで冷却ファン４００がオン状態とされ、必要なしと判定されるとステップＳ４０に進んで冷却ファン４００はオフ状態とされる。冷却ファン４００は、図８に示すような「温度−ファン作動テーブル」に従って駆動される。ステップＳ５０では、セル電圧検出回路２０２、電流センサ２０３、電圧センサ２０４の検出結果に基づいて、組電池１のＳＯＣ（充電率）のばらつき、容量劣化および内部抵抗劣化を求める。
【００２９】
［ＳＯＣばらつきの演算］
ＳＯＣばらつきを演算する場合、まず、セル電圧検出回路２０２で各単セル１００のセル電圧を検出する。次に、温度センサ２０５で検出された電池温度とメモリ２０１ｂに予め記憶された温度補正係数マップとに基づいて、検出された各セル電圧を常温（２５℃）における電圧に補正する。そして、これらの補正後セル電圧を用いて平均セル電圧を算出し、各単セル１００毎に平均セル電圧に対する偏差を求める。これらの偏差がＳＯＣのばらつきに対応しており、偏差の中で最大のものをメモリ２０１ｂに記憶する。
【００３０】
［内部抵抗劣化の演算］
電流センサ２０３およびセル電圧検出回路２０２により、複数時点における電流値および各単セルのセル電圧を検出する。各単セル１００毎に、検出された電流値およびセル電圧から図９に示すようなＩ−Ｖ特性直線Ｌ１を回帰演算する。このＩ−Ｖ特性直線Ｌ１の傾きから単セル１００の内部抵抗Ｒが算出される。そして、算出された内部抵抗Ｒと組電池１が新品の時のセル内部抵抗Ｒ０とを比較して、単セル１００毎の内部抵抗劣化を求める。例えば、比Ｒ／Ｒ０を内部抵抗劣化とする。これらの内部抵抗劣化から内部抵抗劣化の平均値を算出し、その平均値を用いて各単セル１００の内部抵抗劣化の偏差を求める。それらの中で最大のものをメモリ２０１ｂに記憶する。
【００３１】
［容量劣化の演算］
まず、電流センサ２０３およびセル電圧検出回路２０２により検出される電流およびセル電圧に基づいて放電電気量Ahを求める。次に、このときのＩ−Ｖ特性直線Ｌ１（図９参照）を回帰演算により求め、直線Ｌ１３と縦軸（電圧）との交点の電圧、すなわち開放電圧Ｅを求める。
【００３２】
図１０は放電電気量Ahと開放電圧Ｅとの関係を示す図であり、電池が新品の場合の初期特性および電池が劣化しているときの劣化時特性を示したものである。単セル１００の容量劣化βは、単セル１００の劣化時電池容量Ｃdと初期電池容量Ｃ0との比で表すことができる。すなわち、β＝Ｃd／Ｃ0となる。ところで、開放電圧Ｅが予め定めた放電容量規定電圧Ｖｅになるまでの放電電気量Ahを単セル１００の電池容量Ｃとすると、電池容量Ｃ0，Ｃdは直線Ｅ＝Veと初期特性曲線Ｌ２０および劣化時特性曲線Ｌ１０との交点における放電電気量で表せる。
【００３３】
図１０において、黒丸は電池初期時のデータ（Ah，Ｅ）を、白丸は上述のようにして得られた劣化時のデータ（Ah，Ｅ）をそれぞれ示している。ｆ20は初期時データから一次回帰演算により得られる回帰直線で、ｆ21は劣化時データから得られる回帰直線である。なお、一次以上の回帰演算を行えばより電池特性に近い回帰曲線が得られるが、開放電圧Ｅが著しく減少する放電末期（放電電気量Ahが大きい領域）を除いて一次回帰演算により電池特性を精度良く求めることができる。そのため、回帰直線ｆ20，ｆ21と直線Ｅ＝Veとの交点における放電電気量Ah0、Ahdを電池容量Ｃ0，Ｃdとして用いることができる。
【００３４】
このようにして単セル１００毎に容量劣化βを求め、それらの平均値を算出する。そして、その平均値を用いて各単セル１００毎に容量劣化βの偏差を求め、その中の最大のものをメモリ２０１ｂに記憶する。
【００３５】
図７に戻って、ステップＳ６０では、ステップＳ５０で算出された「ＳＯＣばらつきの偏差の最大値」、「容量劣化の偏差の最大値」および「内部抵抗劣化の偏差の最大値」の全てが、予め各々について定めておいた規定値未満か否かを判定する。これらの規定値は、車両制御に対する影響が小さいか否か、すなわち、後述する警告を発するか否かを決める基準となるものであって、以下ではこれらを電池異常判定値と呼ぶことにする。
【００３６】
ステップＳ６０において、「ＳＯＣばらつきの偏差の最大値」、「容量劣化の偏差の最大値」および「内部抵抗劣化の偏差の最大値」のいずれか一つでも電池異常判定値以上と判定されるとステップＳ１００へ進む。ステップＳ１００へ進んだ場合には、組電池１に異常が生じていると判断されるので、車両コントローラ３０４に警告灯点灯の指令を出して、警告灯３０５を点灯させる。その後、ステップＳ１１０でイグニッションスイッチがオフされたか否かを判定し、オフされたと判定したならばステップＳ１３０へ進んで一連のシャットダウン処理を行う。
【００３７】
一方、ステップＳ６０において、「ＳＯＣばらつきの偏差の最大値」、「容量劣化の偏差の最大値」および「内部抵抗劣化の偏差の最大値」の全てが各々電池異常判定値未満と判定されるとステップＳ７０へ進む。ステップＳＳ７０では、「ＳＯＣばらつきの偏差の最大値」が前記電池異常判定値よりも小さな所定値以上であって、各単セル１００のセル電圧の順序関係と電池ボックス４０５内の風向との関係が規定の関係か否かを判定する。この所定値は、後述するように電池ボックス４０５内の風向を逆転させるか否かを決める判定値の一つであって、以下では風向逆転判定値と呼ぶことにする。
【００３８】
ここで、セル電圧の大小関係と冷却ファン風向との関係について説明する。セル電圧の順序関係とは、各単セル１００のセル電圧を比較したときに、風向方向に沿って並んだ単セル１００のセル電圧がどのように変化しているかを示すものである。例えば図２に示す例では、組電池１はモジュール毎に分割され、各モジュール１０１ａ〜１０１ｇは電池ボックス４０５内で図示左右方向に並べられている。このような場合、各モジュール１０１ａ〜１０１ｇ毎にセル電圧の平均値を求め、そのセル電圧平均値が左側からモジュール１０１ｇ、モジュール１０１ｆ、…、モジュール１０１ａの順に大きくなっている場合には、セル電圧の順序関係を「正順序」と定める。逆に、右側からモジュール１０１ａ、モジュール１０１ｂ、…、モジュール１０１ｇの順に大きくなっている場合には、セル電圧の順序関係を「逆順序」と定める。
【００３９】
そして、上述した規定の関係とは、風向と順序関係とが「正方向」で「正順序」である場合、または、「逆方向」で「逆順序」である場合を指す。このような場合、冷却風の風上側にセル平均電圧値の大きなモジュールがあることになる。そして、上述したステップＳ７０は、「ＳＯＣばらつきの偏差の最大値」が前記風向逆転判定値以上であって、かつ、風向と順序関係とが（正方向、正順序）または（逆方向、逆順序）になっているか否かを判定するものである。ステップＳ７０でＮＯと判定されるとステップＳ１２０へ進み、ＹＥＳと判定されるとステップＳ８０へ進む。
【００４０】
ステップＳ８０では、メモリ２０１ｂに予め記憶されている「温度−充電効率特性」のマップを参照して、ステップＳ１０で検出された電池温度が所定温度Ｔ０以上か否かを判定する。図１１は温度−充電効率特性の一例を示す図であり、縦軸が充電効率、横軸が温度である。充電効率は電池温度が所定温度Ｔ０以上となると充電効率が低下する。図１１では電池温度がＴ０（＝４０℃）以上になると充電効率が急激に低下している。すなわち、ステップＳ８０は、電池温度が充電効率が低下する温度であるか否かを判定するものである。
【００４１】
ステップＳ８０で電池温度が所定温度Ｔ０以上であると判定されるとステップＳ９０へ進み、所定温度Ｔ０未満であると判定されるとステップＳ１２０に進む。ステップＳ９０に進んだ場合の組電池１の状態は、「ＳＯＣばらつきの偏差の最大値」が風向逆転判定値以上であって、風向と順序関係とが（正方向、正順序）または（逆方向、逆順序）になっていて、かつ、電池温度が所定温度Ｔ０以上になっている。
【００４２】
風向と順序関係とが（正方向、正順序）または（逆方向、逆順序）になっている場合、冷却効率の高い風上側にセル電圧平均値の大きなモジュールがあり、冷却効率の低い風下側にセル電圧平均値の小さなモジュールがある。ところで、図１１に示したように、電池温度が高くなると充電効率が低下する。そのため、通常、セル電圧の低い単セルはセル電圧の高い単セルに比べて温度が高くなっている。そのため、この状態では温度が高くて充電効率の低いモジュールが風下側にあるため、風下側のモジュールは風上側に比べてますます充電効率が低下し、ＳＯＣのばらつき（セル電圧のばらつき）が拡大することになる。そのため、ステップＳ９０では、風向切換部４０１ａ〜４０１ｄの配風ドア４０７の位置を切り換えて、電池ボックス４０５内における冷却風の風向を逆転させる
【００４３】
例えば、風向が正方向である場合（図５参照）には各配風ドア４０７はそれぞれＡ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１の位置にあるが、これらを図６のように位置Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２に切り換えることにより、電池ボックス４０５内の風向は逆方向に切り換えられる。このように冷却風の風向を逆転させると、風向と順序関係とが（逆方向、正順序）または（正方向、逆順序）になり、セル平均電圧値の小さなモジュールが風上側になり、セル平均電圧値の大きなモジュールが風下側になる。その結果、各モジュール間の温度差が小さくなって、セル電圧のばらつき（ＳＯＣのばらつき）が小さくなるように改善される。
【００４４】
ステップＳ９０の処理が終了したならばステップＳ１２０へと進む。ステップＳ１２０では、イグニッションスイッチがオフされたか否かを判定し、オン状態であると判定されるとステップＳ１０へ戻る。そのため、ステップＳ７０，およびステップＳ８０でＹＥＳと判定される度に、冷却風の逆転制御が行われる。一方、ステップＳ１２０でイグニッションスイッチがオフされたと判定されるとステップＳ１０３に進んで一連のシャットダウン処理を行う。ステップＳ１３０の処理が終了すると、図７のフローチャートの一連の処理が終了する。
【００４５】
図７の冷却制御により得られる効果をまとめると以下のようになる。
（１）ステップＳ７０〜ステップＳ９０で説明したように、「ＳＯＣばらつきの偏差の最大値」が風向逆転判定値以上であって、風向と順序関係とが（正方向、正順序）または（逆方向、逆順序）になっていて、かつ、電池温度が所定温度Ｔ０以上である場合には、セル電圧値の小さなモジュールが風上側になり、セル電圧値の大きなモジュールが風下側になるように風向を切り換えるので、単セル間の容量ばらつき（ＳＯＣばらつき）を低減することができる。
（２）また、冷却風で単セルを冷却する場合に、電池温度に応じて冷却ファン駆動のデューティ比を変えて、電池温度が高いほど冷却風の風量を大きくしたので、より効果的に冷却を行うことができる。
（３）ステップＳ６０，ステップＳ１００の処理のように、「ＳＯＣばらつきの偏差の最大値」、「容量劣化の偏差の最大値」および「内部抵抗劣化の偏差の最大値」のいずれかが電池異常判定値異常となった場合には、警告灯を点灯するようにしたので、電池異常をドライバーに速やかに知らせることができる。
（４）図２に示したように、上述した実施の形態では、バイパスダクト４０４ａ，４０ａｂを設け、切換部４０１ａ〜４０１ｄの切換により導入口から取り込まれた冷却風をバイパスダクト４０４ａ，４０４ｂのいずれかに導いて風向を切り換えるようにしている。そのため、冷却風の導入口および排出口を固定し、冷却ファンの送風方向を固定した状態で風向の切換ができる。
【００４６】
なお、上述した実施の形態では、冷却ファン４００で冷却風を吸い込み、バイパスダクト４０４ａ，４０４ｂおよび切換部４０１ａ〜４０１ｄを用いて風向の切換を行ったが、冷却ファン４００を導入口４０３側に設けて電池ボックス４０５に冷却風を送り込むような構成でも良い。また、正方向の冷却風と逆方向の冷却風とを発生するための冷却ファンおよびダクトをそれぞれ独立に設けて、それらを切り換えて風向を逆転するようにしてもよい。すなわち、容量の小さな単セルが風上となるように冷却風を逆転できる冷却系であれば、上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【００４７】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、冷却ファン４００は送風装置を、切換部４０１（４０１ａ〜４０１ｄ）およびバイパスダクト４０４ａ，４０４ｂは請求項１の切換手段を、バッテリコントローラ２０１は第１，２の判定手段、制御手段および劣化演算手段を、ダクト４０２ａ，４０２ｂおよび電池ボックス４０５は送風用ケーシングを、ダクト４０２ａ，４０２ｂは第１の配風手段を、バイパスダクト４０４ａおよびバイパスダクト４０４ｂは第２の配風手段を、切換部４０１（４０１ａ〜４０１ｄ）は請求項２の切換手段を、温度センサ２０５は温度検出手段を、警告灯３０５は警告発生装置をそれぞれ構成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による組電池冷却制御装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】組電池１および冷却系４を詳細に示す図である。
【図３】冷却系４の風向切換部４０１ａ，４０１ｂの部分を詳細に示す図である。
【図４】冷却系４の風向切換部４０１ｃ，４０１ｄの部分を詳細に示す図である。
【図５】第１の配風パターンを説明する図である。
【図６】第２の配風パターンを説明する図である。
【図７】組電池１の冷却制御を説明するためのフローチャートである。
【図８】温度−ファン作動テーブルの一例を示す図である。
【図９】Ｉ−Ｖ特性直線Ｌ１を示す図である。
【図１０】放電電気量−開放電圧特性を示す図である。
【図１１】温度−充電効率特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 組電池
２ 電池制御システム
３ 車両システム
４ 冷却系
２０１ バッテリコントローラ
２０２ セル電圧検出回路
２０３ 電流センサ
２０４ 電圧センサ
２０５ 温度センサ
３０１ 駆動用モータ
３０４ 車両コントローラ
３０５ 警告灯
４００ 冷却ファン
４０１，４０１ａ〜４０１ｄ 風向切換部
４０２ａ，４０２ｂ ダクト
４０３ 導入口
４０４ａ，４０４ｂ バイパスダクト
４０５ 電池ボックス
４０６ 排出口
４０７ 配風ドア
１００ 単セル
１０１、１０１ａ〜１０１ｇ モジュール
Claims (7)
- 複数の単セルが直列接続された組電池に冷却風を送風する送風装置と、
前記組電池に対する前記冷却風の風向を、第１の方向および前記第１の方向に対して逆の第２の方向のいずれか一方に選択的に切り換える切換手段と、
前記複数の単セルの間の容量ばらつきが風向逆転判定値以上か否かを判定する第１の判定手段と、
前記冷却風の風上側にある前記単セルの容量が風下側にある前記単セルの容量より大きいか否かを判定する第２の判定手段と、
前記容量ばらつきが風向逆転判定値以上であって、かつ、前記冷却風の風上側にある前記単セルの容量が風下側にある前記単セルの容量より大きい場合に、前記切換手段による前記冷却風の送風方向切換を行わせる制御手段とを設けたことを特徴とする組電池冷却制御装置。 - 複数の単セルが直列接続された組電池が収納される送風用ケーシングと、
冷却風を前記ケーシングの導入口から導入して前記ケーシングの排出口から排出する送風装置と、
前記導入口から導入された冷却風を、第１の方向から前記組電池に送風する第１の配風手段と、
前記導入口から導入された冷却風を、前記第１の方向に対して逆の第２の方向から前記組電池に送風する第２の配風手段と、
前記組電池に対する送風を、前記第１の配風手段による送風および前記第２の配風手段による送風のいずれか一方に選択的に切り換える切換手段と、
前記複数の単セルの間の容量ばらつきが風向逆転判定値以上か否かを判定する第１の判定手段と、
前記冷却風の風上側にある前記単セルの容量が風下側にある前記単セルの容量より大きいか否かを判定する第２の判定手段と、
前記容量ばらつきが風向逆転判定値以上であって、かつ、前記冷却風の風上側にある前記単セルの容量が風下側にある前記単セルの容量より大きい場合に、前記切換手段による前記冷却風の送風方向切換を行わせる制御手段とを設けたことを特徴とする組電池冷却制御装置。 - 請求項１または２に記載の組電池冷却制御装置において、
前記組電池の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記電池温度が高くなるに従って前記組電池に送風される冷却風の風量を増加させるように前記送風装置を制御することを特徴とする組電池冷却制御装置。 - 請求項１〜３のいずれかに記載の組電池冷却制御装置において、
前記単セルの劣化を演算する劣化演算手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記容量ばらつきおよび前記劣化がそれぞれの電池異常判定値未満の場合に前記風向切換の制御を行い、前記容量ばらつきおよび前記劣化のいずれか一方がその電池異常判定値以上である場合には前記送風方向切換の制御を行わないことを特徴とする組電池冷却制御装置。 - 請求項４に記載の組電池冷却制御装置において、
前記容量ばらつきおよび前記劣化のいずれか一方がその電池異常判定値以上である場合に警告情報を発生する警告発生装置を備えたことを特徴とする組電池冷却制御装置。 - 請求項１〜５のいずれかに記載の組電池冷却制御装置において、
前記制御手段は、前記電池温度が所定温度以上の場合に前記送風方向切換の制御を行うことを特徴とする組電池冷却制御装置。 - 複数の単セルが直列接続された組電池と、
前記組電池の電力により駆動される車両走行用電動モータと、
請求項１〜６のいずれかに記載の組電池冷却制御装置とを備えたことを特徴とする車両。
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