JP5378023B2 - 車両用電源装置及びその冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両走行用モータに電力を供給するための車両用電源装置及びその冷却方法に関し、具体的には電池を冷却する冷却能力を制御可能な車両用電源装置及びその冷却方法に関する。

車両用電源装置は、電池を大きな電流で充放電する。すなわち、大電流で放電してモータに電力を供給し、また回生制動やエンジンで駆動される発電機によって大電流で充電される。

大電流で充放電されると、電池が発熱するため、このような電源装置においては電池を冷却する冷却機構を設けている。発熱によって電池セルやヒューズが劣化するため、劣化を抑制するために正確な冷却制御を行うことが重要となる。

従来、このような電源装置を冷却するために電池セルの温度を温度センサで検出し、冷却能力を調整することが行われていた。しかしながら従来は、限られた電池セルに設けられた温度センサで検出された温度を電池温度として代表させていたため、代表点が離散的となり、必ずしも正確な温度に基づいて冷却が制御されていたとは言えない状態であった。

また、このような電源装置においては、短時間であれば大電流の通電に耐えることができても、長時間になるとその影響を無視できなくなる。例えば電池の充放電電流の時間変化が、図１５のグラフに示すような例を考える。この図において、細線は実際の電流値、太線は２０秒間で平均した実効電流を示している。この図に示すように、１５０Ａの大電流であっても、短時間であれば通電可能である。一方で、それよりも低い５０Ａであっても、実効電流に換算して１００Ａが数十秒続けば、電池セルやヒューズなどの発熱が影響して著しく劣化を促進してしまうことがある。また場合によっては電池セル内部構造部品の破断やヒューズの溶断するような故障も発生する場合もある。このように、短時間の大電流放電および短時間の大電流充電においては、瞬時では問題が少ない場合であっても、長時間的に見れば連続的に高い実効電流が流れていることになり、発熱部品への寿命影響が大きくなるという問題があった。

一方、このような冷却機構を設けた電源装置において、冷却能力を制御するために検出された電池の温度に基づいた制御を行う方法が開発されている（特許文献１、２参照）。特許文献１に係る方法は、電流を監視することで冷却ファンの駆動を制御している。

特開平８−１４８１９０号公報 特開平５−３０８７２９号公報

しかしながらこの方法では、ピーク電流に基づいて冷却ファンの回転数を制御しているため、電池などの発熱量とは正確に対応していないという問題があった。すなわち、サンプリングして検出された瞬時毎の電流値によって冷却能力のＯＮ／ＯＦＦ制御或いは冷却能力の可変制御を行っても、制御が複雑な上、効果的な冷却が望めない。なぜなら、このような冷却能力の変化が電流サンプリングの速度に追従しないからである。また仮に追従できたとしても、冷却効果が直ちに発揮される性質のものでないため、実効性が低い。更に、検出電流値を積分することで得られた平均放電電流値に基づく冷却ファンの制御方法では、電池の発熱量を少なく見積もってしまう場合があり、結果、冷却量が不足して十分な冷却を維持できないという問題もあった。

本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、電池システムにおけるセルやヒューズなどの発熱による劣化を抑制し安全で高効率かつ長寿命な車両用電源装置及びその冷却方法を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記目的を解決するために、本発明にかかる第１の車両用電源装置の冷却方法は、車両を走行させるためのモータに電力を供給する電池と、前記電池に通電する充放電電流を検出するための電流検出部と、前記電流検出部で検出された電流から充放電電流の実効値を演算するための実効電流演算部と、前記電池を冷却するための冷却部と、を備える車両用電源装置の冷却方法であって、前記電池の充放電電流を電流検出部で検出し、該充放電電流に基づいて実効値を前記実効電流演算部で演算する工程と、予め設定される閾値と前記実効値とを比較し、前記冷却部の冷却能力を制御する工程と、を備えており、前記充放電電流の実効値は、電流の二乗平均平方根となる実効電流Ｉ _RMS を含み、前記実効電流演算部で演算された充放電電流の実効値が、前記閾値を超えると、前記冷却部を作動もしくは冷却能力を向上させると共に、前記冷却部の冷却能力を、前記実効電流演算部で演算された充放電電流の実効値の変化量に応じて制御している。これにより、電池の発熱量を予測して、必要な冷却量を供給できるよう冷却能力を調整することができ、電流量に基づく冷却能力のフィードバック制御が可能となる。

また、前記実効電流演算部で演算された充放電電流の実効値が、予め設定された閾値を超えると、前記冷却部を作動もしくは冷却能力を向上させることができる。これにより、充放電電流の実効値に従って冷却能力を制御するので、実際に電池温度が上昇するよりも前に冷却を開始できるので、効果的な冷却が見込まれる。

さらに、前記冷却部の冷却能力を、前記実効電流演算部で演算された充放電電流の実効値の変化量に応じて制御することができる。これにより、実効値の増減の方向、すなわち発熱量の増減の方向に沿うように冷却能力を調整でき、以降の温度変化に応じた適切な冷却を実現できる。

さらにまた第２の車両用電源装置の冷却方法は、前記閾値として第一の閾値、第二の閾値、第三の閾値、第四の閾値が設定されており、充放電電流の実効値が、第一の閾値に達すると、前記冷却部を動作させ、第二の閾値に達すると、前記冷却部の冷却能力を向上させ、第三の閾値に達すると、充放電電流を制限し、第四の閾値に達すると、前記電池と直列に接続されたコンタクタを開放させるよう制御することができる。これにより、冷却部の冷却能力調整に加え、充放電電流の制限や遮断を併用することで、冷却部の冷却能力では十分な冷却が確保できない場合にも対応でき、信頼性の高い電池保護が図られる。さらに各閾値毎に冷却動作を規定することで、冷却能力を段階的又は連続的に変化させることができる。

さらにまた第３の車両用電源装置の冷却方法は、前記冷却部は、第四の閾値によりコンタクタを開放させた後も電池セルの冷却を継続することができる。これにより、電流遮断後も冷却動作を直ちに停止することなく、所定温度以下となるまで冷却動作を継続することで、電池を保護できる。

さらにまた第４の車両用電源装置の冷却方法は、前記実効電流演算部が異なる演算時間で充放電電流の実効値を演算し、これら異なる実効値を比較することで、その差に基づいて前記冷却部の冷却能力を変化させることができる。これにより、電池の充放電の過去の履歴に鑑みた利用頻度を予測でき、この方向に応じた温度制御が可能となる。

さらにまた第５の車両用電源装置の冷却方法は、前記実効電流演算部が第一の演算時間で演算した充放電電流の実効値が、前記第一の演算時間よりも長い第二の演算時間で演算した充放電電流の実効値を上回ると、前記冷却部の冷却能力を上昇させ、第一の演算時間で演算した充放電電流の実効値が、前記第二の演算時間で演算した充放電電流の実効値を下回ると、冷却能力を低下させるよう制御することができる。これにより、短期区間の実効電流が長期区間の実効電流を上回ると冷却能力を増加させ、逆に短期区間の実効電流が長期区間の実効電流を下回ると冷却能力を低下させるよう制御することで、今後の充放電の利用状況の予測に応じた方向に冷却能力を切り替えることができ、電池の実際の温度変化を待つまでもなく好適な冷却制御が実現できる。

さらにまた第６の車両用電源装置の冷却方法は、前記冷却部の冷却能力を制御するに際して、ヒステリシス動作を採用することができる。これにより、実効電流に応じた冷却能力の制御に時間遅れを意図的に生じさせて、制御を緩やかにして冷却部への負荷を低減すると共に、熱伝導の遅延にも対応させることができる。

さらにまた第７の車両用電源装置の冷却方法は、前記冷却能力の制御が、電池に冷却気体を送風する送風ファンの回転数の制御とすることができる。これにより、冷却能力の可変を極めて簡便かつ安価に実現することができる。

本発明の一実施の形態に係る車両用電源装置を示す概略ブロック図である。 電流の時間変化における電流積算量の一例を示すグラフである。 本発明の一実施の形態に係る車両用電源装置の冷却方法を示すフローチャートである。 変形例に係る車両用電源装置の冷却方法を示すフローチャートである。 充放電電流の時間変化と冷却能力の変化を示すグラフである。 実効値の変化量に従って冷却能力を制御する冷却方法を示すフローチャートである。 複数の冷却手段を併用する冷却方法を示すフローチャートである。 第一の閾値〜第四の閾値の関係を示すグラフである。 演算時間を変化させた実効電流で冷却能力を制御する冷却方法を示すフローチャートである。 電池の充放電電流、短期実効電流、長期実効電流の時間変化、及びこれらの変化に応じて冷却能力を切り替える様子を示すグラフである。 短期区間と長期区間の関係を示す時間軸である。 短期実効電流が長期実効電流を上回る場合の関係を示すグラフである。 短期実効電流が長期実効電流を下回る場合の関係を示すグラフである。 実効電流の時間変化と、冷却部のヒステリシス動作を示すグラフである。 電池の充放電電流の瞬時値と実効値の時間変化を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための車両用電源装置及びその冷却方法を例示するものであって、本発明は車両用電源装置及びその冷却方法を以下のものに特定しない。また特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらにまた、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
（実施の形態１）

図１に、本発明の実施の形態に係る車両用電源装置の概略ブロック図を示す。この図に示す車両用電源装置１００は、車両を走行させるモータ１１を駆動する電力を供給するための電池１と、この電池１を流れる充放電電流を検出する電流検出部６と、電池１と直列に接続されたコンタクタ１３と、各種演算、制御を行うメインコントローラ２と、電池１の温度を検出する温度検出部７と、電池１を冷却するための冷却部１６とを備える。

メインコントローラ２は、電流検出部６で検出された電流から充放電電流の実効値を演算するための実効電流演算部４と、実効電流演算部４で演算された充放電電流の実効値に基づいて、冷却部１６の冷却能力を制御する冷却制御部８と、電池１の近傍に設けられた温度センサ１７で、電池１の温度を検出するための温度検出部７と、電池１の充放電電流を制限する電流制御部１５と、車両側と通信を行うための通信部９と、これらを制御する制御部５と、閾値等のデータを保持する記憶部３を備えている。

制御部５は、演算された実効電流を、記憶部３に記憶された閾値と比較して、電池１の充放電電流を制御する。この制御部５は、ＭＰＵ等で構成される。また冷却制御部８は、演算された実効電流を、記憶部３に記憶された閾値と比較して、冷却部１６の冷却能力を制御する。なお図１の例では制御部５と冷却制御部８を個別の部材としているが、これらを共通の演算部で構成してもよいことはいうまでもない。

電池１は複数の組電池を組み合わせて構成される。各組電池は、素電池すなわち電池セルを多数、直列及び／又は並列に接続しており、所定の出力電圧、電流を得る。このような素電池は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池が好適に利用できる。また素電池の表面に接するように、あるいは熱伝導の高い熱結合部材を介して、温度センサ１７が設けられる。温度センサ１７は、電池温度を検出可能なサーミスタなどが利用できる。温度センサ１７の出力は温度検出部７に送出され、これによりメインコントローラ２は電池温度を検知することができる。

冷却部１６は、電池１に冷却空気などの冷却媒体を強制的に送風する送風ファンなどで構成される。冷却制御部８は、ファンモータの回転のＯＮ／ＯＦＦや回転数を制御して冷却能力を調整できる。あるいは熱交換器を冷却部１６として利用する場合は、冷媒の循環量を制御するコンプレッサの回転数制御によって冷却能力を制御できる。
（記憶部３）

記憶部３は、冷却能力制御の閾値として、充放電電流の実効値と比較するために予め設定された閾値を保持する。閾値は複数設定しておくこともできる。記憶部３にはＥ²ＰＲＯＭ等の不揮発性メモリが好適に使用できる。

さらに記憶部３に、電池１に流れる電流の許容値、すなわち最大電流を許容電流値として記憶してもよい。この場合、電源装置は、メインコントローラ２から車両側に電流制限信号を出力する。車両側は、入力される電流制限信号でもって、ＤＣ／ＡＣインバータ１０を制御して、モータ１１に供給する放電電流の最大値を許容電流以下とし、かつ発電機１２からの充電電流の最大値を許容電流以下にコントロールする。すなわち電源装置は、電池１の充放電の電流を、この記憶部３に記憶される許容電流よりも小さく制御するように、電流制限信号を車両側に出力する。このような電流値の制限は、電流制御部１５により行われる。電流制御部１５は、コンタクタ１３やスイッチング素子１４の開閉やＯＮ／ＯＦＦを制御し、電池１を通電する充放電電流を制限する。なお図１の電源装置は、車両側のＤＣ／ＡＣインバータ１０で放電電流と充電電流をコントロールするが、電池と直列に電流制御回路を制御して、電源装置側で電池の電流を制御することもできる。

制御部５は、実効電流演算部４で演算される二乗平均電流値が許容電流を超えないように、電池１の電流を電流制御部１５によってコントロールする。さらに制御部５は、記憶部３に記憶される許容電流に加えて、電池１の寿命、正確には劣化度で許容電流をコントロールすることもできる。この制御部５は、電池１の劣化度を検出し、電池１の劣化度から記憶部３に記憶される許容電流を変更する。劣化度に対する許容電流の補正値は、テーブルや関数として記憶部３に記憶できる。制御部５は、たとえば充放電の積算値から電池１の劣化度を検出することができる。この制御部５は、劣化度から許容電流を補正することで、劣化の進行した電池１の許容電流を新しい電池１に比較して小さくする。この制御部５は、劣化の進行した電池１を保護しながら充放電できるので、電池１の寿命を長くできる。
（電流検出部６）

電流検出部６は、所定のサンプリング周期で電池１の電流を検出して、メインコントローラ２の実効電流演算部４に出力する。電流を検出するサンプリング周期は、０．１秒とする。ただ、サンプリング周期は、例えば１０ｍ秒ないし１分、好ましくは０．１秒ないし１０秒、さらに好ましくは０．１秒ないし１秒とすることもできる。サンプリング周期が０．１秒よりも短いと、データ数が多くなって二乗平均値の演算が複雑となり、演算回路に高速処理可能な高価なマイコン等を使用する必要がある。またサンプリング周期が長すぎると、時々刻々変化する電流値を正確に検出できなくなる。よって、要求される精度等に応じて適切なサンプリング周期に設定される。
（実効電流演算部４）

実効電流演算部４は、電池１に流れる充電電流と放電電流の絶対値から平均電流を所定の時間帯において演算する。実効電流演算部４は、電池１に流れる電流を充電電流と放電電流に識別することなく、その大きさから平均電流を検出する。図１の電源装置は、電池１の電流を検出する電流検出部６を備える。電流検出部６は、検出する電流信号を実効電流演算部４に入力する。実効電流演算部４は、電流検出部６から入力される電流信号から、すなわち充電電流と放電電流を検出する信号から、所定の時間帯における二乗平均電流を演算する。

このようにメインコントローラ２の制御部５で、実効電流から電池１の発熱量を予測して、必要な冷却量を供給できるよう冷却能力を調整することができ、電流量に基づく冷却能力のフィードバック制御が可能となる。
（実効電流）

実効電流Ｉ_RMSとしては、上述の通り二乗平均が好適に利用できる。二乗平均の計算式の例を、次式に示す。なお次式において、Ｔは所定時間、Δｔはサンプリング時間、Ｔ＝Ｔ₂−Ｔ₁＝Δｔ×ｎである。

上式において、電流積算量すなわち電流値の絶対値の積算値に置き換えてもよい。また二乗平均に限らず、他の実効電流、例えば移動平均を利用することもできる。移動平均は過去の履歴から将来の傾向の予測に適しており、時間の経過により新しいデータが得られると、以前の一定期間のデータと併せて逐次それらの代表値が更新される。またウェイトを一定とする単純移動平均の他、ウェイトを変化させた加重移動平均を用いてもよい。

本実施の形態に係る冷却方法は、電池１の発熱量や温度変化を予め予測し、これに応じた冷却能力に調整できるため、電池１の冷却能力を効果的に発揮させ、ひいては電池１の安定動作及び信頼性の向上を図ることができる。特に車載用途の電池システムでは、放電電力により車両推進のエネルギーを供給し、回生（充電）電力により車両制動のエネルギーを回収しているため、頻繁に充放電が行われることとなる。安全性の観点から、その充放電電流を正確に把握するためには、例えば１０ｍｓ〜１００ｍｓなど、比較的高速にサンプリングを行わなければならない。しかしながら、このような高速サンプリングで検出された瞬時毎の電流値すなわちピーク電流値に基づいて、冷却能力のＯＮ／ＯＦＦ制御もしくは冷却能力を可変させる従来の方法では、制御が煩雑となる上、冷却装置の制御（例えばファンの回転数制御）が電流サンプリングの速度に追従しないため、効果的な冷却制御が実現し難いという問題もあった。また仮に冷却制御を追従できたとしても、十分な冷却効果が発揮されないまま次の制御に切り替えられることとなり、実効性が低いものとなる。

これに対して、ピーク電流でなく、充放電電流による発熱が実質的に影響する実効値に基づいて冷却能力を制御することは、極めて効果的となる。具体的には、電流の二乗の積算値を利用して電池の発熱量を予測する。また、これに加えて実際の電池の発熱量を温度センサ１７でモニタしながら、冷却能力に反映させるフィードバック制御を行うことで、一層正確な温度制御が実現できる。なおサンプリング時間Δｔで発生する電力量の積算は、所定時間における実効電流値による発熱と等価となる。

例えば、図２に示すような電流変化における電流の二乗の積算量を考えると、サンプリング時間Δｔで発生する電力量の積算値は、次式で表現できる。

一方で、所定時間における実効電流値は、次式で表現できる。

すなわち、所定時間における電力量は、次式で表現できる。

上式数２及び数４で得られた結果が等しいことから、サンプリング時間Δｔで発生する電力量の積算は、所定時間における実効電流による電力量と等価であるといえる。
（冷却部１６のＯＮ／ＯＦＦ制御）

冷却制御部８は、実効電流演算部４で演算された充放電電流の実効値が、予め設定された閾値を超えると、冷却部１６を作動もしくは冷却能力を向上させるよう制御する。このような冷却方法の一例を、図３のフローチャートに基づいて説明する。

まずステップＳ３０１で、実効電流演算部４が充放電電流の実効値Ｉ_RMSを演算する。次にステップＳ３０２で、冷却能力制御部がこの実効値Ｉ_RMSを記憶部３に保持された閾値と比較する。閾値を超えている場合はステップＳ３０３−２に進み、冷却部１６を作動させ、閾値を超えない場合はステップＳ３０３−１に進み、冷却部１６を停止させる。このように、充放電電流の実効値に従って、冷却部１６のＯＮ／ＯＦＦを制御することで、電池温度が上昇する前に冷却を開始し、効果的な冷却が見込まれる。
（変形例１ 冷却能力の調整）

また、他の制御例を図４のフローチャートに示す。この図に示す制御でも、上記図３と同様に、まずステップＳ４０１で、実効電流演算部４が充放電電流の実効値Ｉ_RMSを演算する。次にステップＳ４０２で、冷却能力制御部がこの実効値Ｉ_RMSを記憶部３に保持された閾値と比較する。ここで、閾値を超えている場合はステップＳ４０３−２に進み、冷却部１６の冷却能力を増加させ、閾値を超えない場合はステップＳ４０３−１に進み、冷却能力を減少させる。この様子を、充放電電流の時間変化と冷却能力の変化を示す図５のグラフを参照して説明する。

この図において、細線は充放電電流の瞬時値を、太線は１０秒間で二乗平均した実効電流値を、それぞれ示している。また冷却制御の基準となる閾値（この例では５０Ａに設定している）を破線で示す。この図に示すように、実効値が閾値を超える区間で、冷却能力を高め、閾値よりも低い区間では冷却能力を低く切り替える。この例では冷却能力の高低を二段階としているが、閾値を複数設定すると共に、各閾値に応じた冷却能力を複数段階に設定することで、よりきめ細かな電池温度の制御が可能となる。特に冷却能力を段階的に変更可能な冷却部１６を利用する場合は有効となる。あるいは逆に、冷却部１６のＯＮ／ＯＦＦのみを制御するように切り替えてもよい。この制御は極めて単純に行える利点があり、例えば冷却部１６を構成する送風ファンやコンプレッサのＯＮ／ＯＦＦにより制御できる。

このように、充放電電流の実効値に従って、冷却能力を段階的もしくは連続的に変化させることができ、電池が実際に発熱したことの検出を待たずして予め冷却能力を増減することができ、効果的な電池の冷却が図られる。
（変形例２ 実効値の変化量に従った冷却能力の制御）

また、上記のように実効電流に基づく制御に限らず、実効値の変化量に従って冷却能力を制御することもできる。次に、このような実効電流の変動に基づく冷却制御方法の例を、図６のフローチャートに基づいて説明する。まずステップＳ６０１では、上記の例と同様に実効電流演算部４が充放電電流の実効値Ｉ_RMSを演算する。次にステップＳ６０２で、実効電流演算部４が実効電流の変化量ΔＩ_RMSを演算する。実効電流の変化量ΔＩ_RMSは、現在の（時間ｊにおける）実効電流Ｉ_RMS(j)と過去の（時間ｉにおける）実効電流Ｉ_RMS(i)の差として演算でき、次式で表現できる。

上式において、ｊ、ｉは、実効電流を測定した時点での時間を示している。ｊとｉの時間間隔は、好ましくは数秒から数十秒とする。

このようにして得られた実効電流の変化量ΔＩ_RMSを用いて、冷却能力の増減を制御する。具体的には、ステップＳ６０３で、実効電流の変化量ΔＩ_RMSが正かどうかを判定し、正の場合は、実効電流が増加しているため発熱量も増大していると判断し、ステップＳ６０３−１に進み冷却能力を向上させる。また一方で、実効電流の変化量ΔＩ_RMSが正でない場合は、ステップＳ６０４に進み、実効電流の変化量ΔＩ_RMSが負かどうかを判定する。そしてステップＳ６０４で負と判定された場合はステップＳ６０４−１に進み、冷却能力を低下させる。

このように、実効値の絶対値でなく、その変化量に基づいて冷却能力を制御することで、実効値の変化する方向に冷却能力を増減でき、適切な温度調整が可能となる。
（変形例３ 複数の冷却手段を併用する冷却方法）

さらに、上記の例では冷却部１６の冷却能力を調整することで電池温度を制御しているが、冷却部１６の冷却能力のみでは十分な冷却能力が得られない場合は、他の方法を併用して電池温度を抑制することも可能である。冷却部１６の冷却能力調整以外に電池温度を調整できる手段としては、例えば充放電電流の制限や遮断が挙げられる。次に変形例３として、このような複数の冷却手段を併用する冷却方法の一例を、図７のフローチャートに基づいて説明する。この例では、閾値として第一の閾値、第二の閾値、第三の閾値、第四の閾値の４つを予め設定し、記憶部３に保持しておく。これらの閾値の関係を図８に示す。このように各閾値毎に動作内容を規定することで、冷却能力を段階的又は連続的に変化させることができる。

まずステップＳ７０１で、実効電流Ｉ_RMSが第一の閾値を超えたかどうかを冷却制御部８等で判定する。超えていない場合はステップＳ７０２−２に進み冷却部１６の動作を停止する。その後は、ステップＳ７０１に戻り、実効電流Ｉ_RMSの監視を継続するか、あるいは処理を終了してもよい。一方、実効電流Ｉ_RMSが第一の閾値を超えている場合はステップＳ７０２−１に進み、冷却部１６を作動させる。次にステップＳ７０３に進み、同様に実効電流Ｉ_RMSが第二の閾値を超えたかどうかを判定する。超えていない場合はステップＳ７０４−２に進み、冷却部１６の冷却能力を低下させ、その後はステップＳ７０１に戻る。一方、第二の閾値を超えている場合はステップＳ７０４−１に進み、冷却能力を上昇させる。さらにステップＳ７０５に進み、同様に実効電流Ｉ_RMSが第三の閾値を超えたかどうかを判定し、超えていない場合はステップＳ７０１に戻る。一方、第三の閾値を超えている場合はステップＳ７０６に進み、充放電電流抑制の警告を発する。具体的には、スイッチング素子１４を制御して充放電電流を制限する等の動作が挙げられる。さらにステップＳ７０７に進み、同様に実効電流Ｉ_RMSが第四の閾値を超えたかどうかを判定し、超えていない場合はステップＳ７０１に戻る。逆に第四の閾値を超えている場合はステップＳ７０８に進み、コンタクタ１３をオープンして電流を遮断する。最後にステップＳ７０９で、電池温度を温度センサ１７で監視し、所定温度以下になるまで送風ファンモータの回転を継続し、所定温度以下に達すると送風ファンモータの回転をＯＦＦする。これによって、電流遮断後も冷却動作を直ちに停止することなく、所定温度以下となるまで冷却動作を継続して、電池を保護できる。
（変形例４ 演算時間を変化）

以上の例では、実効電流を演算するための演算時間すなわち区間を一定値に固定しているが、演算時間を変化させた実効電流を複数演算して、これらの異なる実効電流の比較結果に基づいて冷却能力を変更する方法も利用できる。このような方法を、図９のフローチャート及び図１０のグラフに基づいて説明する。

図１０のグラフは、電池の充放電電流の時間変化（細線）と、演算時間を短期区間で演算した場合の短期実効電流（中線）、長期区間で演算した長期実効電流（太線）の時間変化、及びこれらの変化に応じて冷却能力を切り替える様子を示すグラフである。この例では、短期区間を５秒、長期区間を２５秒として、それぞれ実効電流を演算している。

まずステップＳ９０１で、実効電流を実効電流演算部４により演算する。そしてステップＳ９０２で、複数の実効電流の変化量ΔＩ_RMSを演算する。ここでは、長期の実効電流Ｉ_RMSと短期の実効電流Ｉ_RMSとの差をΔＩ_RMSとし、さらに現在の実効値の差をΔＩ_{RMS_n}、過去（Ｔ秒前）の時点における実効値の差をΔＩ_{RMS_m}とする。この関係を時間軸で示すと、図１１に示すようになる。この図で示すように、短期の区間Ｔ_aはＴ_a＝Ｔ₃−Ｔ₂、長期の区間Ｔ_bはＴ_a＝Ｔ₃−Ｔ₁である。したがって短期区間で演算する実効電流ΔＩ_RMSは、Ｔ₂〜Ｔ₃の区間で、長期区間で演算する実効電流ΔＩ_RMSは、Ｔ₁〜Ｔ₃の区間で、それぞれ演算することとなる。このとき、現在の実効値の差ΔＩ_{RMS_n}と、過去の実効値の差ΔＩ_{RMS_m}は、次式で表現できる。

このようにして現在の実効値の差ΔＩ_{RMS_n}と、過去の実効値の差ΔＩ_{RMS_m}とをステップＳ９０２で演算した後、ステップＳ９０３で、ΔＩ_{RMS_m}＜０かつΔＩ_{RMS_n}＞０かどうかを冷却制御部８などで判定する。条件に合致する場合は、ステップＳ９０３−１に進み冷却能力を上昇させ、該当しない場合はステップＳ９０４に進む。

このように、短期実効電流が長期実効電流を上回る場合（図１０におけるＡ点）は、短期実効電流と長期実効電流との関係が図１２に示すようになり、以降は充放電が活発となり実効電流の上昇が見込まれるため、冷却能力を増加させることで適切に対応できる。

一方、ステップＳ９０４ではさらに、ΔＩ_{RMS_m}＞０かつΔＩ_{RMS_n}＜０かどうかを判定し、条件に合致する場合はステップＳ９０４−１に進み冷却能力を低下させ、該当しない場合は処理を終了する。

このように、短期実効電流が長期実効電流を下回る場合（図１０におけるＢ点）は、短期実効電流と長期実効電流とが図１３に示すような関係にあり、以降は充放電が停滞し実効電流の低下が見込まれるため、冷却能力を減少させることで適切に対応できる。

以上のように、短期区間の実効電流が長期区間の実効電流を上回ると冷却能力を増加させ、逆に短期区間の実効電流が長期区間の実効電流を下回ると冷却能力を低下させるよう制御することで、今後の充放電の利用状況の予測に応じた方向に冷却能力を切り替えることができ、電池の実際の温度変化を待つまでもなく好適な冷却制御が実現できる。
（変形例５ ヒステリシス制御）

さらに、上記の制御において冷却能力を変更する際、閾値に達すると直ちに冷却能力を切り替えるのでなく、予め定めたマージンで動作遅れを生じさせるようなヒステリシスを持たせた制御を行うこともできる。この様子を図１４のグラフに基づいて説明する。この例では、ヒステリシス動作を行うため、予めマージンを設定して、閾値と共に記憶部３に保持しておく。また図１４では、説明のため冷却部１６の動作は閾値に基づいてＯＮ／ＯＦＦのみを切り替える例としている。この図において実効値が閾値を超えた場合、直ちに冷却部１６の動作を切り替えることなく、さらに閾値よりもマージン分だけ実効電流が高くなったときに初めて冷却部１６の動作を開始する。また実効値が閾値を下回った場合も、直ちに冷却部１６を停止するのでなく、実効値がさらにマージン分だけ低下するまで待った上で動作を停止する。これにより、実効電流に応じた冷却能力の制御に時間遅れを意図的に生じさせて、制御を緩やかにして冷却部１６への負荷を低減すると共に、熱伝導の遅延にも対応させることができる。また冷却部１６の動作を安定的に行える利点も得られる。特に冷却能力の制御に、送風ファンモータの回転数を調整する方法では、極短時間ではモータの回転数が安定せず、正確な制御が実現し難くなる。よって、上記のようなヒステリシス制御は、頻繁なＯＮ／ＯＦＦ動作を低減した安定動作が見込まれるため、好ましい。なおマージンの値は、ＯＮ／ＯＦＦ時で同じ値に設定する他、閾値を上回るマージンと下回るマージンを異なる値に設定してもよい。

本発明に係る車両用電源装置及びその冷却方法は、電気自動車やハイブリッド自動車の車載用バッテリシステムとして好適に利用できる。

１００…車両用電源装置
１…電池
２…メインコントローラ
３…記憶部
４…実効電流演算部
５…制御部
６…電流検出部
７…温度検出部
８…冷却制御部
９…通信部
１０…ＤＣ／ＡＣインバータ
１１…モータ
１２…発電機
１３…コンタクタ
１４…スイッチング素子
１５…電流制御部
１６…冷却部
１７…温度センサ

Claims (7)

1. 車両を走行させるためのモータに電力を供給する電池と、
   前記電池に通電する充放電電流を検出するための電流検出部と、
   前記電流検出部で検出された電流から充放電電流の実効値を演算するための実効電流演算部と、
   前記電池を冷却するための冷却部と、
   を備える車両用電源装置の冷却方法であって、
   さらに、前記電池の充放電電流を電流検出部で検出し、該充放電電流に基づいて実効値を前記実効電流演算部で演算する工程と、
   予め設定される閾値と前記実効値とを比較し、前記冷却部の冷却能力を制御する工程と、を備え
   ここで、前記充放電電流の実効値は、電流の二乗平均平方根となる実効電流Ｉ _RMS を含み、
   前記実効電流演算部で演算された充放電電流の実効値が、前記閾値を超えると、前記冷却部を作動もしくは冷却能力を向上させると共に、
   前記冷却部の冷却能力を、前記実効電流演算部で演算された充放電電流の実効値の変化量に応じて制御することを特徴とする車両用電源装置の冷却方法。
2. 請求項１に記載の車両用電源装置の冷却方法であって、
   前記閾値として第一の閾値、第二の閾値、第三の閾値、第四の閾値が設定されており、充放電電流の実効値が、
   第一の閾値に達すると、前記冷却部を動作させ、
   第二の閾値に達すると、前記冷却部の冷却能力を向上させ、
   第三の閾値に達すると、充放電電流を制限し、
   第四の閾値に達すると、前記電池と直列に接続されたコンタクタを開放させるよう制御することを特徴とする車両用電源装置の冷却方法。
3. 請求項２に記載の車両用電源装置の冷却方法であって、
   前記冷却部は、第四の閾値によりコンタクタを開放させた後も電池セルの冷却を継続す
   ることを特徴とする車両用電源装置の冷却方法。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の車両用電源装置の冷却方法であって、
   前記実効値は、第一の実効値と、第二の実効値を含み、
   前記第一の実効値は、第一の所定時間における平均値として演算される電流の二乗平均平方根を含み、
   前記第二の実効値は、前記第一の所定時間とは異なる第二の所定時間における平均値として演算される電流の二乗平均平方根を含み、
   前記第一の実効値と前記第二の実効値を比較することで、その差に基づいて前記冷却部の冷却能力を変化させることを特徴とする車両用電源装置の冷却方法。
5. 請求項４に記載の車両用電源装置の冷却方法であって、
   前記第二の所定時間は、前記第一の所定時間よりも長い時間であって、
   前記第一の実効値が、前記第二の実効値を上回ると、前記冷却部の冷却能力を上昇させ、
   前記第一の実効値が、前記第二の実効値を下回ると、冷却能力を低下させるよう制御することを特徴とする車両用電源装置の冷却方法。
6. 請求項１から５のいずれか一つに記載の車両用電源装置の冷却方法であって、
   前記冷却部の冷却能力を制御するに際して、ヒステリシス動作を採用したことを特徴とする車両用電源装置の冷却方法。
7. 請求項１から６のいずれか一つに記載の車両用電源装置の冷却方法であって、
   前記冷却能力の制御が、電池に冷却気体を送風する送風ファンの回転数の制御であることを特徴とする車両用電源装置の冷却方法。
   

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