JP5556057B2

JP5556057B2 - バッテリ温度制御装置

Info

Publication number: JP5556057B2
Application number: JP2009121789A
Authority: JP
Inventors: 真一朗溝口; 正章徳田; 智荻原
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2029-05-20
Also published as: JP2010272285A

Description

本発明は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両に搭載されたバッテリの温度を制御するバッテリ温度制御装置に関する。

従来より、充電時のバッテリの温度状態に応じて、車室内空調用の冷媒が循環する空調用冷媒流路と車両に搭載されたバッテリの温度を調整する冷媒が循環するバッテリ用冷媒流路とを接続することにより、バッテリの温度を充電に好適な温度に制御して効率のよいバッテリの充電を可能にした電気自動車のバッテリ温度制御装置が知られている。

特開２００２−３５２８６７号公報

従来のバッテリ温度制御装置によれば、バッテリを加温する際、空調用冷媒流路とバッテリ用冷媒流路とを接続し、空調用冷媒流路に設けられたヒータにより冷媒を加熱する構成になっているために、消費電力量が多くなり、電気自動車の動力性能や航続距離が減少してしまう。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的はバッテリ加温に要する電力量を低減可能なバッテリ温度制御装置を提供することにある。

本発明に係るバッテリ温度制御装置では、バッテリ用冷媒流路は、強電系部品の排熱により流路内の冷媒を加熱する加熱手段を有する。

本発明に係るバッテリ温度制御装置によれば、強電系部品の排熱を利用してバッテリに加温するので、バッテリ加温に要する電力量を低減することができる。

本発明の実施形態となるバッテリ温度制御装置の構成を示すブロック図である。極低温時における図１に示すバッテリ温度制御装置の動作を説明するためのブロック図である。低温時における図１に示すバッテリ温度制御装置の動作を説明するためのブロック図である。通常時における図１に示すバッテリ温度制御装置の動作を説明するためのブロック図である。中温時における図１に示すバッテリ温度制御装置の動作を説明するためのブロック図である。高温時（１）における図１に示すバッテリ温度制御装置の動作を説明するためのブロック図である。高温時（２）における図１に示すバッテリ温度制御装置の動作を説明するためのブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態となるバッテリ温度制御装置の構成及びその動作を説明する。

〔バッテリ温度制御装置の構成〕
本発明の実施形態となるバッテリ温度制御装置はハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両に搭載される。本発明の実施形態となるバッテリ温度制御装置１は、図１に示すように、車室内空調用の冷媒が循環する空調用冷媒流路２と、電動車両の駆動源としてのバッテリ（ＢＡＴＴ）２１の温度を調整するための冷媒が循環するバッテリ用冷媒流路３と、バッテリ２１の温度を充電に好適な温度（例えば５〜２０℃）に制御するコントローラ４を備える。空調用冷媒流路２とバッテリ用冷媒流路３は、バイパス流路５ａ，５ｂを介して連通され、空調用冷媒流路２とバッテリ用冷媒流路３との間で冷媒を循環可能なように構成されている。

空調用冷媒流路２は、冷媒を加熱するためのＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータ１１と、冷媒を冷却するためのヒータコア１２と、空調用冷媒流路２内で冷媒を循環させる循環ポンプ１３を備える。バッテリ用冷媒流路３は、冷媒を冷却するためのラジエータ（ＲＡＤ）２２と、冷媒を加熱する強電系部品としてのＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ）２３及び充電器（ＣＨＲ）２４と、バッテリ用冷媒流路３内で冷媒を循環させる循環ポンプ２５を備える。

バッテリ用冷媒流路３は、バッテリ２１から放出された冷媒がラジエータ２２を通過しないようにバイパスさせるバイパス流路２６と、第１の設定温度（例えば５５℃）を閾値としてバッテリ用冷媒流路３とバイパス流路２７との間で冷媒流路を切り替えるサーモバルブ２７と、第１の設定温度より低い第２の設定温度（例えば５０℃）を閾値としてバッテリ用冷媒流路３とバイパス流路５ａとの間で冷媒流路を切り替えるサーモバルブ２８を備える。

バッテリ用冷媒流路３は、バッテリ２１を通過しないように冷媒をバイパスさせるバイパス流路２９と、バッテリ用冷媒流路３とバイパス流路２９との間で冷媒流路を切り替える三方弁３０を備える。バッテリ用冷媒流路３は、バッテリ２１に冷媒を通過させる冷媒流路と並列にバイパス流路３１を備える。バイパス流路３１は、冷媒を冷却するための水冷式エバポレータ（Ｗ／ＥＶＡ）３２と、バッテリ２１と水冷式エバポレータ３１からなる冷媒流路内で冷媒を循環させる循環ポンプ３３を備える。

コントローラ４は、電動車両の外気温を検出する外気温センサ４１と、バッテリ２１の温度を検出するバッテリ温度センサ４２と、バッテリ用冷媒流路３を流れる冷媒の温度を検出する強電水温センサ４３を備える。コントローラ４は、各センサからの出力に従って三方弁３０を制御して冷媒の流路を制御することにより、バッテリ２１の温度を充電に好適な温度に制御する。

このような構成を有するバッテリ温度制御装置１では、コントローラ４が以下に示すように動作することにより、バッテリ２１の温度を充電に好適な温度に制御する。以下、（１）バッテリ加温時と（２）バッテリ冷却時の動作に分けてコントローラ４の動作を詳しく説明する。なお以下では、充電に好適なバッテリ２１の温度を５〜２０℃として制御動作を説明する。

（１）バッテリ加温時
始めに、バッテリ２１の温度が充電に好適な温度より低いためにバッテリ２１を加熱する際のコントローラ４の動作を説明する。

（１−１）極低温時
外気温センサ４１及びバッテリ温度センサ４２により外気温及びバッテリ温度が共に０℃以下であることが検出された場合、コントローラ４は、図２に実線で示すように、三方弁３０を制御することにより空調用冷媒流路２とバッテリ用冷媒流路３との間で冷媒を循環させる。具体的には、バッテリ用冷媒流路３内の冷媒は、ラジエータ２２を経由せずにＤＣ／ＤＣコンバータ２３及び充電器２４の排熱により加熱された後、バイパス流路５ａを介して空調用冷媒流路２に送られる。空調用冷媒流路２に送られた冷媒は、ヒータ１１により加熱された後、バイパス流路５ｂを介してバッテリ２１に送られる。すなわち極低温時には、冷媒はヒータ１１と強電系部品の排熱により加熱された後にバッテリ２１に送られ、バッテリ２１を加熱する。このような構成によれば、ヒータ１１を用いて冷媒を加熱するための消費電力を削減することができる。なお本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３及び充電器２４の排熱により冷媒を加熱することとしたが、モータ等のその他の強電系部品の排熱により冷媒を加熱するようにしてもよい。

（１−２）低温時
外気温センサ４１及びバッテリ温度センサ４２により外気温及びバッテリ温度がそれぞれ０℃以下及び０〜２０℃又は共に５℃以下であることが検出された場合、コントローラ４は、図３に実線で示すように、三方弁３０を制御することによりバッテリ用冷媒流路３内の冷媒のみがバッテリ２１に循環されるようにする。具体的には、バッテリ用冷媒流路３内の冷媒は、ラジエータ２２を経由せずにＤＣ／ＤＣコンバータ２３及び充電器２４の排熱により加熱された後、バッテリ２１に送られる。すなわち低温時には、バッテリ用冷媒流路３内の冷媒は強電系部品の排熱のみにより加熱された後にバッテリ２１に送られ、バッテリ２１を加熱する。一方、空調用冷媒流路２内の冷媒は、ヒータ１１及びヒータコア１２を循環し、空調用に適した温度範囲に温度が制御される。このような構成によれば、バッテリ用冷媒流路３内の冷媒は強電系部品の排熱のみを利用して加熱されるので、冷媒を加熱するための消費電力を削減することができる。

（１−３）通常時
外気温センサ４１及びバッテリ温度センサ４２により外気温及びバッテリ温度がそれぞれ０℃以上及び５℃以上であることが検出された場合、コントローラ４は、図４に実線で示すように、三方弁３０を制御することによりバッテリ２１に冷媒が流れないようにする。具体的には、バッテリ用冷媒流路３内の冷媒は、ラジエータ２２を経由せずにＤＣ／ＤＣコンバータ２３及び充電器２４を循環し、バッテリ２１の温度調整用に適した温度範囲に温度が制御される。一方、空調用冷媒流路２内の冷媒は、ヒータ１１及びヒータコア１２を循環し、空調用に適した温度範囲に温度が制御される。

（２）バッテリ冷却時
次に、バッテリ２１の温度が充電に好適な温度より高いためにバッテリ２１を冷却する際のコントローラ４の動作を説明する。

（２−１）通常時
外気温センサ４１，バッテリ温度センサ４２，及び強電水温センサ４３により外気温，バッテリ温度，及びバッテリ用冷媒流路３内の冷媒の温度がそれぞれ５℃以下，５〜２０℃，及び５〜２０℃であることが検出された場合、コントローラ４は、（１−３）バッテリ加熱時の通常時と同様、三方弁３０を制御することによりバッテリ２１に冷媒が流れないようにする。

（２−２）中温時
外気温センサ４１，バッテリ温度センサ４２，及び強電水温センサ４３により外気温，バッテリ温度，及びバッテリ用冷媒流路３内の冷媒の温度がそれぞれ２０℃以下，５〜２０℃，及び５〜２０℃であることが検出された場合、コントローラ４は、図５に実線で示すように、三方弁３０を制御することによりバッテリ用冷媒流路３内の冷媒のみがバッテリ２１に流れるようにする。具体的には、バッテリ用冷媒流路３内の冷媒は、ラジエータ２２，ＤＣ／ＤＣコンバータ２３，及び充電器２４を経由してバッテリ２１に循環される。一方、空調用冷媒流路２内の冷媒は、ヒータ１１及びヒータコア１２を循環し、空調用に適した温度範囲に温度が制御される。

（２−３）高温時（１）
外気温センサ４１，バッテリ温度センサ４２，及び強電水温センサ４３により外気温，バッテリ温度，及びバッテリ用冷媒流路３内の冷媒の温度がそれぞれ２０℃以上，２０℃以上，及び２０〜５０℃であることが検出された場合、コントローラ４は、図６に実線で示すように、三方弁３０を制御することにより水冷式エバポレータ３２により冷却された冷媒がバッテリ２１に流れるようにする。具体的には、バッテリ用冷媒流路３内の冷媒は、ラジエータ２２を経由せずにＤＣ／ＤＣコンバータ２３及び充電器２４を循環する。またバッテリ２１には、循環ポンプ３３を駆動させることにより水冷式エバポレータ３２により冷却された冷媒が循環される。このような構成によれば、バッテリ２１とＤＣ／ＤＣコンバータ２３及び充電器２４とを個別に適温に制御することができる。一方、空調用冷媒流路２内の冷媒は、ヒータ１１及びヒータコア１２を循環し、空調用に適した温度範囲に温度が制御される。

（２−４）高温時（２）
外気温センサ４１，バッテリ温度センサ４２，及び強電水温センサ４３により外気温，バッテリ温度，及びバッテリ用冷媒流路３内の冷媒の温度がそれぞれ２０℃以上，２０℃以上，及び５０℃以上であることが検出された場合、コントローラ４は、図７に実線で示すように、三方弁３０を制御することにより水冷式エバポレータ３２により冷却された冷媒がバッテリ２１に流れるようにする。具体的には、バッテリ用冷媒流路３内の冷媒は、（２−３）高温時（１）と比較して温度が高いので、ラジエータ２２を経由せずにＤＣ／ＤＣコンバータ２３及び充電器２４と空調用冷媒流路２を循環する。またバッテリ２１には、循環ポンプ３３を駆動させることにより水冷式エバポレータ３２により冷却された冷媒が循環される。このような構成によれば、バッテリ２１とＤＣ／ＤＣコンバータ２３及び充電器２４とを個別に適温に制御することができる。

（その他の動作）
空調用冷媒流路２内の冷媒の温度制御範囲とバッテリ用冷媒流路３内の冷媒の温度制御範囲は異なる。このため、空調用冷媒流路２とバッテリ用冷媒流路３とを接続した際、空調用冷媒流路２内の冷媒とバッテリ用冷媒流路３内の冷媒間に温度差が存在し、バッテリ２１の温度を充電に好適な温度に速やかに制御することが困難になる。そこで空調用冷媒流路２とバッテリ用冷媒流路３とを接続する際には、図４に示すようにして空調用冷媒流路２内の冷媒の温度とバッテリ用冷媒流路３内の冷媒の温度を個別に調整した後に、図７に示すように空調用冷媒流路２とバッテリ用冷媒流路３を接続することが望ましい。このような制御方法によれば、空調用冷媒流路２内の冷媒とバッテリ用冷媒流路３内の冷媒間の温度差が小さくなるので、バッテリ２１の温度を充電に好適な温度に速やかに制御できる。

以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態となるバッテリ温度制御装置１によれば、バッテリ用冷媒流路３に強電系部品であるＤＣ／ＤＣコンバータ２３と充電器２４が配置され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３と充電器２４からの排熱を利用してバッテリ２１に供給される冷媒を加熱するので、バッテリ２１の加温に要する電力量を削減することができる。

本発明の実施形態となるバッテリ温度制御装置１によれば、バッテリ用冷媒流路３は、バッテリ２１を経由せずに冷媒を流すバイパス流路３１を備えるので、温度制御範囲が異なるバッテリ２１とＤＣ／ＤＣコンバータ２３及び充電器２４とを個別に温度制御することができる。

本発明の実施形態となるバッテリ温度制御装置１によれば、バイパス流路３１には、バッテリ２１を冷却するための水冷式エバポレータ３２が設けられているので、温度制御範囲が異なるバッテリ２１とＤＣ／ＤＣコンバータ２３及び充電器２４とを個別に冷却することができる。

本発明の実施形態となるバッテリ温度制御装置１によれば、空調用冷媒流路２とバッテリ用冷媒流路３とを接続する際、空調用冷媒流路２内の冷媒の温度とバッテリ用冷媒流路３内の冷媒の温度を個別に調整した後に空調用冷媒流路２とバッテリ用冷媒流路３を接続するので、バッテリ２１の温度を充電に好適な温度に速やかに制御できる。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論である。

１：バッテリ温度制御装置
２：空調用冷媒流路
３：バッテリ用冷媒流路
４：コントローラ
５ａ，５ｂ，２６，２９，３１：バイパス流路
１１：ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータ
１２：ヒータコア
１３，２５，３１：循環ポンプ
２１：バッテリ
２２：ラジエータ
２３：ＤＣ／ＤＣコンバータ
２４：充電器
２７，２８：サーモバルブ
３２：水冷式エバポレータ
４１：外気温センサ
４２：バッテリ温度センサ
４３：強電水温センサ

Claims

車室内空調用の冷媒が循環する空調用冷媒流路と、
前記空調用冷媒流路に設置されて冷媒を加熱するヒータと、
車両に搭載されたバッテリの温度を調整する冷媒が循環するバッテリ用冷媒流路と、
前記空調用冷媒流路と前記バッテリ用冷媒流路間で冷媒を循環させるバイパス流路と、
前記バイパス流路を開閉する開閉手段と、
前記バッテリの温度を検出するバッテリ温度検出手段と、
前記バッテリ温度検出手段により検出された前記バッテリの温度に応じて前記開閉手段を開閉することにより当該バッテリの温度を制御する制御手段とを備え、
前記バッテリ用冷媒流路は、強電系部品の排熱により流路内の冷媒を加熱する加熱手段を有し、前記加熱手段と前記バッテリとの間に前記バイパス流路が接続され、流路内の冷媒は前記加熱手段から前記バイパス流路との接続部分を介して前記バッテリに送られること
を特徴とするバッテリ温度制御装置。
請求項１に記載のバッテリ温度制御装置において、
前記強電系部品は、ＤＣ／ＤＣコンバータと前記バッテリの充電器との少なくとも一方を含むことを特徴とするバッテリ温度制御装置。
請求項１または２に記載のバッテリ温度制御装置において、
前記制御手段は、前記バッテリの温度が所定の温度以下のときに前記開閉手段を開くことによって前記バイパス流路を開くことを特徴とするバッテリ温度制御装置。
請求項３に記載のバッテリ温度制御装置において、
前記制御手段は、前記バッテリの温度が前記所定の温度よりも高いときに前記開閉手段を閉じることによって前記バイパス流路を閉じることを特徴とするバッテリ温度制御装置。