JP5212193B2 - 電池温度調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）に搭載された電池の温度を調整するための電池温度調整装置の技術分野に関する。

この種の温度調整装置の一例として、電池の温度が変化した場合でも当該電池を最適な状態で使用可能なように電池の温度を制御可能な、ハイブリッド自動車の温度制御装置が提案されている（特許文献１参照。）。

特開平９−１３０９１７号公報

しかしながら、排気を用いて電池を暖機する場合、エンジンの始動直後、言い換えれば、排気を浄化する触媒が暖機されていない状態では、触媒が排気を浄化する浄化作用が十分に機能していない。したがって、排気に含まれるノックス（ＮＯｘ）及び炭化水素（ＨＣ）等の成分によって、電池が劣化してしまう問題が生じる。より具体的には、ノックス（ＮＯｘ）等の成分と電池表面で凝縮した水とが反応することによって生成された硝酸等の酸性物質によって、電池及び配管等が腐食してしまう問題が生じる。

一方、ハイブリッド車両に用いられる電池の温度が低い場合、電池特性として電力の入出力が制限されるため、電池の性能を十分に発揮できなくなる問題も生じる。特に、ハイブリッド車両に用いられる電池がリチウム電池である場合、電池の性能を十分に発揮させるためには、エンジンの始動後、できるだけ早く電池の温度を高める必要がある。

よって、本発明は、上述した問題点等に鑑みてなされたものであり、例えば、ハイブリッド車両に搭載された電池の温度をいち早く高めることができると共に、排気による電池の劣化を抑制可能な電池温度調整装置を提供することを課題とする。

本発明に係る電池温度調整装置は、上述した課題を解決するため、エンジン及びモータを有するハイブリッド車両に搭載された電池の温度を調整するための電池温度調整装置であって、前記エンジンから排出される排気を導く第１排気流路部と、前記第１排気流路部の途中に設けられ、且つ前記排気を浄化可能な触媒部と、前記触媒部を通過した通過後の排気から前記電池に熱エネルギーが伝播可能なように、前記電池の周囲に延びる第２排気流路部と、前記触媒部の動作状態に関する情報を取得し、前記触媒部が正常に動作しているか否かを判定する判定手段と、前記第２排気流路部に対する前記通過後の排気の供給及び非供給を相互に切り替え可能な切り替え手段と、前記触媒部が正常に動作していないと判定された場合に、前記第２排気流路部に前記通過後の排気が供給されないように、前記切り替え手段を制御する制御手段とを備える。

本発明に係る電池温度調整装置によれば、第１排気流路部は、例えば、排気管の一部を構成しており、エンジンから排気を排出可能なようにエンジンの排気側に設けられている。

触媒部は、例えば、三元触媒を含んでおり、前記第１排気流路部の途中に設けられ、且つ前記排気を浄化可能に構成されている。

第２排気流路部は、前記触媒部を通過した通過後の排気から前記電池に熱エネルギーが伝播可能なように、前記電池の周囲に延びている。第２排気流路部によれば、排気が有する熱エネルギーによって触媒部の温度を上昇させることによって、触媒部が排気を浄化する浄化作用を高めることが可能であると共に、電池１４の温度を高めることができる。

判定手段は、前記触媒部の動作状態に関する情報を取得する取得し、前記触媒部が正常に動作しているか否かを判定する。ここで、「正常に動作している」とは、触媒部を通過した排気に含まれるノックス（ＮＯｘ）及び炭化水素（ＨＣ）等の有害物質の排気における含有率が、実践的に電池を劣化させない程度まで低減されているように、触媒部がその機能を発揮しつつ動作している状態をいう。加えて、「正常に動作している」状態には、有害物質の排気中における含有率に限定されず、触媒部の温度が所定の温度以上であることによって上述の機能が発揮されている状態も含む。判定手段は、温度センサ或いは有害物質の排気中における含有率を測定可能な濃度センサ等の各種センサから触媒部に関する情報を取得する。判定手段は、例えば、後述する制御手段と共に、例えば、ＥＣＵ等の電子制御回路の一部を構成する。

切り替え手段は、前記第２排気流路部に対する前記通過後の排気の供給及び非供給を相互に切り替え可能な構成を有しており、後述する制御手段の制御下で、排気の供給及び非供給を相互に切り替えることが可能なように構成されている。第２排気流路部に排気が供給されている状態では、触媒部を通過した排気から電池に熱エネルギーが伝播可能であるため、電池の温度を上昇させることが可能である。したがって、例えば、エンジン始動後、短時間で電池の温度を高めることができ、電池の放電許容量及び充電許容量を高めることが可能になる。したがって、ハイブリッド車両におけるエンジン及び電池間の回生についてエネルギー損失を極力低減しつつ、当該車両を走行させることが可能である。

制御手段は、前記触媒部が正常に動作していないと判定された場合に、前記第２排気流路部に前記通過後の排気が供給されないように、前記切り替え手段を制御する。したがって、排気に含まれるノックス等の有害物質が電池に供給されなくなるため、有害物質及び水の反応に起因して電池が劣化することを抑制可能である。

よって、本発明に係る電池温度調整装置によれば、ハイブリッド車両に搭載された電池の温度をいち早く高めることができることによって、エネルギー効率の走行が可能になる。加えて、排気による電池の劣化を抑制可能であるため、ハイブリッド車両の信頼性を向上させることも可能である。

本発明に係る電池温度調整装置の一の態様では、記制御手段は、前記エンジンが始動した直後において、前記第２排気流路部に前記通過後の排気が供給されないように、前記切り替え手段を制御してもよい。

この態様によれば、前記エンジンが始動した直後に電池の温度を高めることが可能であるため、エネルギー効率の高い走行が可能になる。

本発明に係る電池温度調整装置の他の態様では、前記制御手段は、前記切り替え手段が前記第２排気流路部に前記通過後の排気を供給可能な状態から、前記切り替え手段が前記第２排気流路部に前記通過後の排気を供給できない状態に前記切り替え手段を制御できない場合に、前記エンジンの出力が低下するように、前記エンジンを制御してもよい。

この態様によれば、切り替え手段を介して排気が電池に無制限に供給されることを低減できるため、排気によって電池が劣化することを抑制可能である。

本発明に係る電池温度調整装置の他の態様では、記判定手段は、前記通過後の排気の温度が所定の温度を超えているか否かを判定し、前記制御手段は、前記前記通過後の排気の温度が所定の温度を超えていた場合に、前記第２排気流路部に前記通過後の排気が供給されないように、前記切り替え手段を制御してもよい。

この態様によれば、排気の温度が所定の温度を超えている場合には、電池の温度が過剰に上昇することによってむしろ電池の性能が低下してしまう。そこで、この態様によれば、電池の温度が過剰に上昇することを抑制するために、排気から電池への熱エネルギーの伝播を阻止可能なように、第２排気流路部への排気の供給を停止する。

本発明に係る電池温度調整装置の他の態様では、前記切り替え手段は、バルブであり、前記制御手段は、前記通過後の排気の温度に基づいて、前記バルブの開度を調整してもよい。

この態様によれば、電池の温度調整を排気の温度及び流量に応じて調整することが可能である。

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。

以下、図面を参照して、本発明に係る電池温度調整装置の実施形態を説明する。以下では、本発明に係る電池温度調整装置の一実施形態を備えて構成されるハイブリッド車両を説明する。

＜１：ハイブリッド車両の構成＞
先ず、図１を参照しながら、本実施形態に係る電池温度調整装置を備えたハイブリッド車両の主要な構成を説明する。図１は、本実施形態に係る電池温度調整装置を備えたハイブリッド車両の主要な構成を概念的に示した概念図である。

図１において、ハイブリッド車両１は、ＥＣＵ１０、エンジン１１、触媒部１２、バルブ１３、電池１４、排気流路部１５、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、及び２２ｄ、並びに、サブマフラー１６及びメインマフラー１７を備えている。ＥＣＵ１０は、本発明の「判定手段」及び「制御手段」の夫々の一例を兼ねている。バルブ１３は、本発明の「切り替え手段」の一例である。排気流路部２２ａ及び２２ｂが、本発明の「第１排気流路部」の一例を構成しており、排気流路部１５が、本発明の「第２排気流路部」の一例を構成している。したがって、本実施形態では、ＥＣＵ１０、バルブ１３、排気流路部２２ａ及び２２ｂ、排気流路部１５が、本発明の「電池温度調整装置」の一例を構成している。

エンジン１１は、ガソリン等の燃料を燃焼させることによってハイブリッド車両１の駆動力を発生させる動力源であり、その動作状態及び非動作状態が適切なタイミングで相互に切り替えられることによって、不図示のモータと共にハイブリッド車両１を駆動させる。

ＥＣＵ１０は、エンジン１１及び不図示のモータを含むハイブリッド車両１の構成要素の夫々の動作を制御する。電池１４は、例えば、リチウムイオン電池である。電池１４及び不図示のモータは、回生動作が可能なように電気的に接続されている。電池１４は、所定のタイミングで不図示のモータから供給された電力を蓄電すると共に、必要に応じて当該モータに電力を供給する。

排気流路部２２ａ及び２２ｂは、排気管の一部を構成しており、エンジン１１の動作時において、エンジン１１から排出される排気を導くことが可能なように、エンジン１１の排気側に設けられている。

触媒部１２は、例えば、三元触媒を含んでおり、排気流路部２２ａ及び２２ｂからなる一続きの流路部の途中に設けられ、且つ、エンジン１１の動作時において排気を浄化可能に構成されている。

排気流路部１５は、エンジン１１の動作時において、触媒部１２を通過した通過後の排気から電池１４に熱エネルギーが伝播可能なように、電池１４の周囲に延びる流路部である。排気流路部１５によれば、排気が有する熱エネルギーによって触媒部１２の温度を上昇させ、触媒部１２が排気を浄化する浄化作用を高めることが可能であると共に、電池１４の温度を高めることが可能である。

ＥＣＵ１０は、エンジン１１の動作時において、触媒部１２の動作状態に関する情報を取得する取得し、触媒部１２が正常に動作しているか否かを判定可能に構成されている。ＥＣＵ１０は、温度センサ或いは有害物質の排気中における含有率を測定可能な濃度センサ等の各種センサから触媒部１２に関する情報を取得する。

バルブ１３は、ＥＣＵ１０の制御下において、排気流路部１５に対する、触媒部１２を通過した後の排気の供給及び非供給を相互に切り替え可能な構成を有している。

ここで、図２を参照しながら、電池の特性を説明する。図２は、電池の温度に対する放電許容量及び充電許容量の変化を図式的に示したグラフである。図２に示すように、電池の温度が低い場合には、放電許容量及び充電許容量の両方が、電池の温度が高い場合に比べて低くなる傾向にある。特に、リチウムイオン電池では、その傾向は強くなる。

そこで、本実施形態に係る電池温度調整装置によれば、排気流路部１５に排気が供給されている状態では、触媒部１２を通過した排気から電池１４に熱エネルギーが伝播可能であるため、電池１４の温度を上昇させることが可能である。したがって、例えば、エンジン１１始動後、短時間で電池１４の温度を高めることができ、電池１４の放電許容量及び充電許容量を高めることが可能になる。よって、ハイブリッド車両１におけるエンジン１１及び電池１４間の回生についてエネルギー損失を極力低減しつつ、当該車両を走行させることが可能である。

加えて、本実施形態に係る電池温度調整装置によれば、後述する温度調整方法において説明するように、排気に含まれるノックス等の有害物質によって電池１４が劣化することを抑制可能である。

＜２：電池温度調整方法＞
次に、図３を参照しながら、本実施形態に係る電池温度調整装置によって実行される電池温度調整方法を説明する。図３は、本実施形態に係る電池温度調整方法の主要な工程を順に示したフローチャートである。

図３に示すように、ＥＣＵ１０は、エンジン１１が始動したか否かを判定する（ステップＳ１０）、次に、ＥＣＵ１０は、電池１４の温度Ｔｂが、所定の温度Ｔ１より高いか否かを判定する（ステップＳ２０）。温度Ｔ１は、電池１４の放電許容量及び充電許容量が、回生動作に影響しない範囲になるように設定されている。次に、ＥＣＵ１０は、触媒部１２の温度Ｔｃが、所定の温度Ｔ２より高いか否かを判定する（ステップＳ３０）。温度Ｔ２は、触媒部１４が正常に動作しない温度範囲の下限値である。触媒部１２の温度Ｔｃが、温度Ｔ２より高いと判定された場合には、触媒部１２の温度Ｔｃがさらに上昇しないように、ＥＣＵ１０は、バルブ１３を閉じるようにバルブ１３を制御する（ステップＳ４０）。これにより、排気流路部１５に触媒部１２を通過した排気が供給されないため、排気に含まれるノックス等の有害物質が電池１４に供給されなくなる。よって、排気に含まれる有害物質及び水の反応に起因して電池１４が劣化することを抑制可能である。

一方、触媒部１２の温度Ｔｃが、温度Ｔ２以下であると判定された場合には、ＥＣＵ１０は、バルブ１３が開いた状態を維持し（ステップＳ５０）、排気によって電池１４の温度Ｔｂを上昇させる。これにより、電池１４の温度Ｔｃを高めることができ、その放電許容量及び充電許容量を増大させることが可能である。

よって、本実施形態に係る電池温度調整方法によれば、ハイブリッド車両１に搭載された電池１４の温度をいち早く高めることができ、エネルギー効率の走行が可能になる。加えて、排気による電池１４の劣化を抑制可能であるため、ハイブリッド車両１の信頼性を向上させることも可能である。

また、本実施形態に係る電池温度調整方法によれば、ＥＣＵ１０は、エンジン１１が始動した直後において、触媒部１２を通過した排気が排気流路部１５に供給されないように、バルブ１３を閉じてもよい。エンジン１１が始動した直後の暖機されていない触媒部１２は、排気を浄化する作用が低いため、ノックス等の有害物質の濃度が高い。そこで、エンジン１１が始動した直後において、排気流路部１５に排気が供給されないようにバルブ１３を閉じることによって、排気中の有害物質による電池１４の劣化を抑制できる。加えて、触媒部１２の暖機が完了した後に、バルブ１３を開き、排気流路部１５に排気を供給することによって、電池１４の暖機を即座に実行することができる。したがって、有害物質が極力取り除かれた排気によって電池１４が暖機されるため、電池１４の劣化を抑制しつつ、エネルギー効率の高い走行が可能になる。

（変形例１）
次に、図４を参照しながら、上述の電池温度調整装置によって実行可能な電池温度調整方法の変形例を説明する。図４は、本例に係る電池温度調整方法の主要な工程を順に示したフローチャートである。尚、以下では、上述の電池温度調整方法と共通する工程に共通の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図４において、ステップＳ１０及びＳ２０を経た後、ＥＣＵ１０は、触媒部１２を通過した排気の温度Ｔｇが所定の温度Ｔ３を超えているか否かを判定する（ステップＳ３１）。温度Ｔ３は、排気の熱によって電池１４の動作に支障が生じるか否かに基づいて設定される温度である。ＥＣＵ１０は、排気の温度Ｔｇが温度Ｔ３を超えていた場合に、排気流路部１５に排気が供給されないように、バルブ１３を閉じる（ステップＳ４０）。ＥＣＵ１０は、排気の温度Ｔｇが温度Ｔ３以下である場合に、バルブ１３が開いた状態を維持する。（ステップＳ５０）。したがって、触媒部１２を通過した後の排気の温度Ｔｇが、温度Ｔ３を超えていた場合には、電池１４に対して排気が供給されず、触媒部１２を通過した後の排気の温度Ｔｇが、温度Ｔ３以下である場合には、電池１４に対して排気が供給される。

したがって、本例に係る電池温度調整方法によれば、排気の温度Ｔｇが温度Ｔ３を超えている場合には、電池１４の温度が過剰に上昇することによって電池１４の性能が低下してしまうことを低減できる。

（変形例２）
次に、図５を参照しながら、上述の電池温度調整装置によって実行可能な電池温度調整方法の他の変形例を説明する。図５は、本例に係る電池温度調整方法の主要な工程を順に示したフローチャートである。

図５において、ステップＳ１０及びＳ２０を経た後、ＥＣＵ１０は、図１に示さない流量計及び温度センサ等の各種センサから取得した排気に関するデータに基づいて、排気の流量及び排気の温度を推定する（ステップＳ３２）。次に、ＥＣＵ１０は、触媒部１２を通過した排気の温度に基づいて、電池１４の劣化を抑制でき、且つその暖機が可能な排気の温度及び流量で排気流路部１５に排気が供給されるようなバルブ開度を算出する（ステップＳ３３）。次に、ＥＣＵ１０は、算出されたバルブ開度でバルブ１３が開いた状態に設定されるように、バルブ１３の開度を調整する（ステップＳ３４）。

したがって、本例に係る電池温度調整方法によれば、電池１４の温度調整を排気の温度及び流量に応じて調整し、最適な回生動作が可能なように電池１４の温度を設定することが可能になる。

（変形例３）
次に、図６を参照しながら、上述の電池温度調整装置によって実行可能な電池温度調整方法の他の変形例を説明する。図６は、本例に係る電池温度調整方法の主要な工程を順に示したフローチャートである。

図６において、ステップＳ１０を経た後、ＥＣＵ１０は、バルブ１３が故障しているか否かを判定する（ステップＳ６０）。より具体的には、ＥＣＵ１０は、バルブ１３が、排気流路部１５に排気を供給可能な状態（即ち、バルブ１３が開いた状態）から、バルブ１３が排気流路部１５に排気を供給できない状態（即ち、バルブ１３が閉じた状態）にバルブ１３を制御できるか否かを判定する。バルブ１３が開いた状態から閉じた状態に切り替えられないと判定された場合、即ち、バルブ１３が故障していると判定された場合、ＥＣＵ１０は、バルブ１３が開いた状態にあるか否かを判定する（ステップＳ６１）。次に、バルブ１３が開いた状態にあると判定された場合、ＥＣＵ１０は、エンジン１１の出力が低下するように、エンジン１１を制御し（ステップＳ６２）、その旨を警告灯を点灯させることによってドライバに報知する（ステップＳ６３）。

本例に係る電池温度調整方法によれば、バルブ１３が故障している場合に、バルブ１３を介して排気が電池１４に無制限に供給されることを低減できるため、排気によって電池１４が劣化することを抑制可能である。

本実施形態に係る電池温度調整装置を備えたハイブリッド車両の主要な構成を概念的に示した概念図である。 電池温度に対する電池の放電許容量及び充電許容量の夫々の変化を図式的に示したグラフである。 本実施形態に係る電池温度調整装置によって実行される電池温度調整方法の主要な工程を順に示したフローチャートである。 変形例１に係る電池温度調整方法の主要な工程を順に示したフローチャートである。 変形例２に係る電池温度調整方法の主要な工程を順に示したフローチャートである。 変形例３に係る電池温度調整方法の主要な工程を順に示したフローチャートである。

１・・・ハイブリッド車両、１０・・・ＥＣＵ、１１・・・エンジン、１２・・・触媒部、１３・・・バルブ、１４・・・電池、１５・・・排気流路部、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ・・・排気流路部

Claims (5)

1. エンジン及びモータを有するハイブリッド車両に搭載された電池の温度を調整するための電池温度調整装置であって、
   前記エンジンから排出される排気を導く第１排気流路部と、
   前記第１排気流路部の途中に設けられ、且つ前記排気を浄化可能な触媒部と、
   前記触媒部を通過した通過後の排気から前記電池に熱エネルギーが伝播可能なように、前記電池の周囲に延びる第２排気流路部と、
   前記触媒部の動作状態に関する情報を取得し、前記触媒部が正常に動作しているか否かを判定する判定手段と、
   前記第２排気流路部に対する前記通過後の排気の供給及び非供給を相互に切り替え可能な切り替え手段と、
   前記触媒部が正常に動作していないと判定された場合に、前記第２排気流路部に前記通過後の排気が供給されないように、前記切り替え手段を制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする電池温度調整装置。
2. 前記制御手段は、前記エンジンが始動した直後において、前記第２排気流路部に前記通過後の排気が供給されないように、前記切り替え手段を制御すること
   を特徴とする請求項１に記載の電池温度調整装置。
3. 前記制御手段は、前記切り替え手段が前記第２排気流路部に前記通過後の排気を供給可能な状態から、前記切り替え手段が前記第２排気流路部に前記通過後の排気を供給できない状態に前記切り替え手段を制御できない場合に、前記エンジンの出力が低下するように、前記エンジンを制御すること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の電池温度調整装置。
4. 前記判定手段は、前記通過後の排気の温度が所定の温度を超えているか否かを判定し、前記制御手段は、前記前記通過後の排気の温度が所定の温度を超えていた場合に、前記第２排気流路部に前記通過後の排気が供給されないように、前記切り替え手段を制御すること
   を特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の電池温度調整装置。
5. 前記切り替え手段は、バルブであり、
   前記制御手段は、前記通過後の排気の温度に基づいて、前記バルブの開度を調整すること
   を特徴とする請求項４に記載の電池温度調整装置。

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