JP4715803B2 - 二次電池冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される二次電池の冷却装置に関する。

モータジェネレータ又はモータから得られる駆動力を車両の推進力として利用するハイブリッド車両や電気自動車等の電動車両には、充放電可能な走行用の二次電池が搭載されており、この二次電池に蓄えられた電力をインバータ回路で駆動用電力に変換して取り出して上記のモータジェネレータ又はモータを駆動したり、逆にエンジンによる発電電力や回生電力を二次電池に充電したりするようになっている。このような、二次電池は内部抵抗を有しているため、充放電に際しては発熱をともなう。そのため、二次電池の充放電が繰り返されるにしたがって二次電池の温度は上昇するので、ハイブリッド車両や電気自動車には二次電池を冷却するための冷却ファンが設けられている。二次電池の温度の上昇は、二次電池の充放電電流が大きいほど大きく上昇するので、二次電池の充放電量が大きいほど冷却に必要な風量が大きくなり、二次電池の充放電量が少ないほど冷却に必要な風量が少なくなる。

一方、低騒音の全電気走行の可能なハイブリッド車両や電気自動車は通常のエンジン車に比較して非常に低い車室騒音レベルが要求される。この際、冷却ファンの騒音が問題になってくる。そこで、停車中や低速走行で車内の暗騒音が低く、充放電量が少ない場合には冷却ファンの風量を少なくし、高速走行時など車内の暗騒音が大きく、二次電池の充放電量が大きい場合には冷却ファンの風量を大きくするという制御によって、冷却ファンの体感騒音を大きくせずに二次電池を効果的に冷却する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ところが、このような二次電池の冷却制御では、低速走行状態から急速に加速したい時などには、車内騒音の関係から冷却ファンの風量が低く抑えられていることから、二次電池温度の過上昇を避けるために充放電量が制限され、モータジェネレータまたはモータから加速に必要な出力が得られない場合がある。特に、山岳路などでのスポーツ走行をしたいような場合には、冷却ファンの騒音を低く抑える制御のために、加速特性が十分に得られない場合がある。このような場合、ユーザーが低い車内騒音よりも、動力特性の向上を望むような場合には、冷却ファンの風量を増加させてより大きな動力特性が得られるようにする方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−１８４９７９号公報 特開２００６−１２１７８６号公報

ところで、ハイブリッド車両は、制動の際の電力回生などによって低燃費を実現している車両であるが、ユーザーによっては更なる低燃費を要求する場合がある。このような場合には、二次電池の放電量を通常の走行よりも制限して、加速を低く抑えて低燃費走行を行う低燃費走行モードをユーザーが選択できるようにしている場合がある。

このような低燃費走行モードの場合には、通常走行モードの場合よりも二次電池からの出力が制限されているので、冷却ファンの風量も少なくてすむことから、冷却ファンの風量は二次電池の出力制限に対応して少ない流量で運転されている。

しかし、二次電池からの出力が制限されていても、制動の際には通常走行モードと同様の制動力が必要で、通常走行モードと同様の電力回生を行うこととなる。ところが、二次電池は放電の際のみならず充電の際にも発熱することから、出力制限に合わせて冷却ファンの風量が少なくなっている場合には、電力回生による充電の際に二次電池温度の過上昇を避けるために充電電流が制限されてしまう場合がある。充電電流が制限されてしまうと、電力回生が十分に行われず、結果として低燃費走行モードを選択した場合であっても十分な低燃費で走行できない場合がある。

本発明は、低燃費走行モードが選択された場合でも電力回生を十分に行うことを目的とする。

本発明の二次電池冷却装置は、低燃費走行モードを含む電動車両に搭載され、空気を二次電池に通風する冷却ファンを備える二次電池冷却装置であって、低燃費走行モードの場合の二次電池温度に対する冷却ファン風量の制御カーブを、通常走行モードの場合の通常制御カーブから冷却ファンの風量が通常制御カーブよりも大きい他の制御カーブに切り換えて冷却ファンの風量を大きくする冷却ファン風量変更手段を有すること、を特徴とする。

また、本発明の二次電池冷却装置において、座席の着座状態を取得する着座状態取得手段を備え、冷却ファン風量変更手段は、低燃費走行モードの場合に、着座状態取得手段によって取得された着座状態に基づいて二次電池温度に対する冷却ファン風量の制御カーブを切り換えること、としても好適であるし、冷却ファン風量変更手段は、着座状態取得手段によって取得された着座状態が冷却用ファンに車室内の空気を取り込む吸気口に近接する吸気口側座席に乗員が着座していない場合には、冷却ファン風量の制御カーブを吸気口側座席に乗員が着座している場合よりも二次電池温度に対する冷却ファン風量が大きくなる制御カーブに切り換えて冷却ファン風量を大きくすること、としても好適であるし、吸気口側座席は、車両の後席であること、としても好適である。

本発明は、低燃費走行モードが選択された場合でも電力回生を十分に行うことができるという効果を奏する。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。図１は本実施形態の二次電池冷却装置が搭載された車両の側断面図である。図１に示すように、車両駆動用の二次電池１６は車両１０のリアシート１２後方のトランク床板１４の下に搭載されている。二次電池１６は、必要な電力容量（電圧値）が得られるように、単電池（たとえば出力電圧が１．２Ｖのバッテリセル）を複数（たとえば６個）接続して一体的に連結して構成されたバッテリモジュール２０を所定の個数だけ直列に接続して、２００Ｖ〜３００Ｖの高電圧の出力を有するように構成されている。これらの各バッテリモジュール２０の間には冷却空気を流す冷却用空気流路が形成されている。

図２に示すように、二次電池１６の冷却用空気は、リアシート１２の脇に設けられた吸気口１３から吸込み管路２２を通って冷却ファン２６に吸い込まれ、冷却ファン２６によって加圧された後、冷却ファン２６と二次電池１６とを接続する接続管路２３を通って二次電池の上部に設けられた二次電池冷却空気取り入れ口３８から二次電池１６の上部に供給される。二次電池の内部に通気された冷却空気は、二次電池の上部の上部通風路２８からバッテリモジュール２０の隙間を流れてバッテリモジュール２０を冷却し、二次電池１６下部の下部通風路２９を通って二次電池冷却空気排気口３９から排気管路２４に排気され、排気管路２４から車両１０の側面に取り付けられた排気口２５から車外に排出される。冷却ファン２６は冷却ファンモータ２７によって駆動される遠心式のファンあるいはブロワであるが、軸流式のファンあるいはブロワであってもよい。二次電池１６の温度は二次電池温度に取り付けられた二次電池温度センサ４７によって計測されるよう構成されている。

また、リアシート１２の左右及び中央の座席には、乗員が着座しているがどうかを検出する着座センサ４５ａ〜４５ｃがそれぞれ取り付けられている。本実施形態では、車両の進行方向に向かって左側に座席に着座センサ４５ａが取り付けられ、中央の座席には着座センサ４５ｂが取り付けられ、右側の座席には着座センサ４５ｃが設けられている。また、前席の左右の各シート１１ａ，１１ｃにもそれぞれ乗員が着座しているかどうかを検出する着座センサ４３ａ，４３ｃが取り付けられている。各着座センサ４３ａ，４３ｃ，４５ａ〜４５ｃは、各シートの着座面に専用のセンサを設けてもよいし、シートベルト着用センサなどの信号によって着座を検出するように構成したものであってもよい。

リアシート１２の脇には吸気口１３が近接して設けられているので、リアシート１２の左右及び中央の各座席は吸気口側の座席となり、吸気口１３から離れている前側の各シート１１ａ，１１ｃは反吸気口側の座席となる。また、前席のシート１１ａ，１１ｃの車両前方には各種計器が取り付けられたダッシュボード１９が設けられ、ダッシュボード１９には、低燃費走行モード選択スイッチ４１が設けられている。低燃費走行モード選択スイッチ４１は乗員が選択することができるように配置されていれば、ダッシュボード１９ではなくシフトレバーなどに設けられていてもよい。

図３に本実施形態の二次電池冷却装置６０の系統図を示す。図３では、図２を参照して説明した各センサ４３ａ，４３ｃ，４５ａ〜４５ｃ，４７、低燃費走行モード選択スイッチ４１、冷却ファンモータ２７は各名称を記載したブロックとして表している。本実施形態の二次電池冷却装置６０は内部にＣＰＵを含む制御部６１と、制御用のデータ、プログラムなどを格納している記憶部６５と、着座センサ４３ａ，４３ｃ，４５ａ〜４５ｃ、低燃費走行モード選択スイッチ４１、二次電池温度センサ４７からの信号を制御部６１が取り扱える信号形式に変更する各着座センサインターフェース５３ａ，５３ｃ，５５ａ〜５５ｃ、低燃費走行モード選択スイッチインターフェース５１、二次電池温度センサインターフェース５７と、制御部６１の指令を冷却ファンモータ２７の駆動指令信号に変換する冷却ファンモータインターフェース３７と、制御部６１と各インターフェース５１，５３ａ，５３ｃ，５５ａ〜５５ｃ，５７，３７と記憶部６５とを互いに接続して指令及びデータを伝達するデータバス６３とを含んでいる。各インターフェース５１，５３ａ，５３ｃ，５５ａ〜５５ｃ，５７，３７は、低燃費走行モード選択スイッチ４１、各センサ４３ａ，４３ｃ，４５ａ〜４５ｃ，４７、及び冷却ファンモータ２７の中にそれぞれ組み込まれているように構成されていてもよい。また、制御部６１はＣＰＵを含むこととしたが、ＣＰＵを含まず電気回路などによって所定の制御動作ができるように構成してもよい。

記憶部６５には、図４に示すような二次電池の温度に対する冷却ファン風量の複数の階段状の制御カーブが格納されている。図４の実線で示すカーブは通常走行モードの際に冷却ファンの風量制御に用いられる通常制御カーブａで、図４の１点鎖線で示すカーブは低燃費走行モード選択スイッチ４１によって低燃費走行モードが選択された場合で、リアシート１２のいずれか座席に乗員が着座している場合に冷却ファン風量の制御に用いられる第１の制御カーブｂで、図４の点線で示すカーブは低燃費走行モード選択スイッチ４１によって低燃費走行モードが選択されている場合で、リアシート１２のいずれの座席にも乗員が着座していない場合に冷却ファン風量の制御に用いられる第２の制御カーブｃである。図４に示すように、同一温度における冷却ファンの風量は通常制御カーブａ、第１の制御カーブｂ、第２の制御カーブｃの順に順次大きくなるようになっている。

以上説明した本実施形態の二次電池冷却装置６０の動作について、図５を参照しながら説明する。

図５のステップＳ１０１に示すように、例えば、イグニッションキーがオンとなって車両が起動すると、制御部６１は、図５のステップＳ１０２に示すように、低燃費走行モード選択スイッチ４１からの信号を低燃費走行モード選択スイッチインターフェース５１からデータバス６３を介して取得し、低燃費走行モードが選択されているかどうかを判断する。この判断は、例えば、低燃費走行モード選択スイッチ４１がプッシュ式のスイッチである場合にはスイッチがオン状態かオフ状態かを通電電流信号によって判断するように構成してもよい。

図５のステップＳ１０２において、制御部６１が低燃費走行モード選択スイッチ４１の選択がされていないと判断した場合には、制御部６１は、図５のステップＳ１０３に示すように、二次電池温度センサ４７からの温度検出信号を取得した後、図５のステップＳ１０４に示すように、図４を参照して説明した通常制御カーブａによって二次電池１６の各温度に対して冷却ファン２６の風量を制御するような冷却ファンモータ２７の回転数の制御指令を出力する。制御部６１からの指令は冷却ファンモータインターフェース３７によって冷却ファンモータ２７の制御指令値に変換されて、冷却ファンモータ２７の回転数を変更、制御する。

一方、図５のステップＳ１０２において、制御部６１が低燃費走行モード選択スイッチ４１の選択がされていると判断した場合には、制御部６１は、図５のステップＳ１０５に示すように、各着座センサ４３ａ，４３ｃ，４５ａ〜４５ｃからの信号を各インターフェース５３ａ，５３ｃ，５５ａ〜５５ｃを介して取得する。そして、図５のステップＳ１０６に示すように、制御部６１は取得した各着座センサ４３ａ，４３ｃ，４５ａ〜４５ｃの信号によってリアシート１２の着座状態を判断する。制御部６１は後席の着座センサ４５ａ〜４５ｃのいずれか１つの着座センサから着座信号を取得した場合に、吸気口側座席であるリアシート１２に乗員の着座があると判断する。

制御部６１はリアシート１２に乗員の着座があると判断した場合には、図５のステップＳ１０７に示すように、二次電池温度センサ４７からの温度検出信号を取得した後、図５のステップＳ１０８に示すように、図４を参照して説明した第１の制御カーブｂによって二次電池１６の各温度に対して冷却ファン２６の風量を制御するような冷却ファンモータ２７の回転数の制御指令を出力する。制御部６１からの指令は冷却ファンモータインターフェース３７によって冷却ファンモータ２７の制御指令値に変換されて、冷却ファンモータ２７の回転数を変更、制御する。

一方、図５のステップＳ１０５において、制御部６１は、リアシート１２の各着座センサ４５ａ〜４５ｃのいずれからも着座信号の入力の無い場合には、吸気口側座席であるリアシート１２に乗員の着座が無いものと判断する。

制御部６１はリアシート１２に乗員の着座が無いと判断した場合には、図５のステップＳ１０９に示すように、二次電池温度センサ４７からの温度検出信号を取得した後、図５のステップＳ１１０に示すように、図４を参照して説明した第２の制御カーブｃによって二次電池１６の各温度に対して冷却ファン２６の風量を制御するような冷却ファンモータ２７の回転数の制御指令を出力する。制御部６１からの指令は冷却ファンモータインターフェース３７によって冷却ファンモータ２７の制御指令値に変換されて、冷却ファンモータ２７の回転数を変更、制御する。

制御部６１は通常制御カーブａ、又は第１の制御カーブｂ、又は第２の制御カーブｃのいずれかによって冷却ファン２６の風量の制御を開始すると、図５のステップＳ１１１に示すように、車両が停止状態であるかどうかの判断を行う。この判断は、例えば、イグニッションキーがオフの位置になっているかどうかの信号を取得して判断するようにしても良い。制御部６１は、車両が停止状態になく、車両は起動中であると判断した場合には、図５のステップＳ１０２に戻って低燃費走行モード選択スイッチ４１の選択がされていないかどうかの判断を行い、先に説明した動作を繰り返す。

以上説明したように、本実施形態では、低燃費走行モードが選択された場合には、各温度において通常制御カーブａよりも大きな冷却ファン風量となる第１の制御カーブｂを用いて冷却ファンモータ２７を制御するので、通常制御カーブａによって冷却ファンモータ２７の制御が行われている場合よりも大きな風量が二次電池１６に流れ、二次電池の温度上昇を抑えることができる。これによって、低燃費走行モードが選択された場合であっても制動時など電力回生に際の充電による二次電池１６の温度の過上昇を抑えることができ、充電電流を制限することが必要なくなる。このため、低燃費運転モードにおいても十分な電力回生を行うことができ、燃費を向上させることができるという効果を奏する。

また、本実施形態では、吸気口１３に近接した吸気口側のリアシートに乗員が着座していない場合には冷却ファン２６の騒音によって乗員に不快感を与えることが少ないので、リアシート１２に乗員が着座している場合よりも大きな冷却ファン風量となる第２の制御カーブｃを用いて冷却ファンモータ２７を制御するので、乗員に与える不快感を抑えつつ、更に二次電池１６の冷却を行い、二次電池１６の温度上昇を更に抑制して電力回生量をより多くすることができ、更に燃費の向上を図ることが出来るという効果を奏する。

本実施形態では、着座センサ４３ａ，４３ｃ，４５ａ〜４５ｃによって、リアシート１２に乗員が着座しているか否かを判断して冷却ファン２６の風量の制御カーブを第１の制御カーブｂと第２の制御カーブｃとの間で変更するように構成したが、各着座センサ４３ａ，４３ｃ，４５ａ〜４５によって検出された着座信号に基づいてより細かく冷却ファンの風量を変更するようにしても良い。例えば、同じリアシート１２に乗員が着座している場合でも、より吸気口１３に近い右側に乗員が着座していない場合は、第１の制御カーブｂよりも風量が大きく第２の制御カーブｃよりも風量が少ない制御カーブに基づいて冷却ファンモータ２７の回転数を制御するようにしても良いし、前席のシート１１ａ，１１ｃの着座状態も考慮してより多段階に風量の制御カーブを設けて、着座状態に合わせて切り換えていくようにしても良い。

本発明の実施形態における二次電池冷却装置を搭載した車両の側断面図である。 本発明の実施形態における二次電池冷却装置を搭載した車両の車内を示す斜視図である。 本発明の実施形態における二次電池冷却装置の系統図である。 本発明の実施形態における二次電池冷却装置の冷却ファン風量の制御カーブを示す図である。 本発明の実施形態における二次電池冷却装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 車両、１１ａ，１１ｃ シート、１２ リアシート、１３ 吸気口、１４ トランク床板、１６ 二次電池、１９ ダッシュボード、２０ バッテリモジュール、２２ 吸込み管路、２３ 接続管路、２４ 排気管路、２５ 排気口、２６ 冷却ファン、２７ 冷却ファンモータ、２８ 上部通風路、２９ 下部通風路、３７ 冷却ファンモータインターフェース、３８ 二次電池冷却空気取り入れ口、３９ 二次電池冷却空気排気口、４１ 低燃費走行モード選択スイッチ、４３ａ，４３ｃ，４５ａ〜４５ｃ 着座センサ、４７ 二次電池温度センサ、５１ 低燃費走行モード選択スイッチインターフェース、５３ａ，５３ｃ，５５ａ〜５５ｃ 着座センサインターフェース、５７ 二次電池温度センサインターフェース、６０ 二次電池冷却装置、６１ 制御部、６３ データバス、６５ 記憶部、ａ 通常制御カーブ、ｂ 第１の制御カーブ、ｃ 第２の制御カーブ。

Claims (4)

1. 低燃費走行モードを含む電動車両に搭載され、空気を二次電池に通風する冷却ファンを備える二次電池冷却装置であって、
   低燃費走行モードの場合の二次電池温度に対する冷却ファン風量の制御カーブを、通常走行モードの場合の通常制御カーブから冷却ファンの風量が通常制御カーブよりも大きい他の制御カーブに切り換えて冷却ファンの風量を大きくする冷却ファン風量変更手段を有すること、
   を特徴とする二次電池冷却装置。
2. 請求項１に記載の二次電池冷却装置において、
   座席の着座状態を取得する着座状態取得手段を備え、
   冷却ファン風量変更手段は、低燃費走行モードの場合に、着座状態取得手段によって取得された着座状態に基づいて二次電池温度に対する冷却ファン風量の制御カーブを切り換えること、
   を特徴とする二次電池冷却装置。
3. 請求項２に記載の二次電池冷却装置において、
   冷却ファン風量変更手段は、着座状態取得手段によって取得された着座状態が冷却用ファンに車室内の空気を取り込む吸気口に近接する吸気口側座席に乗員が着座していない場合には、冷却ファン風量の制御カーブを吸気口側座席に乗員が着座している場合よりも二次電池温度に対する冷却ファン風量が大きくなる制御カーブに切り換えて冷却ファン風量を大きくすること、
   を特徴とする二次電池冷却装置。
4. 請求項３に記載の二次電池冷却装置において、
   吸気口側座席は、車両の後席であること、
   を特徴とする二次電池冷却装置。

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