JP7131333B2

JP7131333B2 - 車両用電池温度制御システム

Info

Publication number: JP7131333B2
Application number: JP2018221369A
Authority: JP
Inventors: 翔長嶋; 耕司大平; 賢和草野; 裕基堀
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-11-27
Filing date: 2018-11-27
Publication date: 2022-09-06
Anticipated expiration: 2038-11-27
Also published as: JP2020087742A

Description

本発明は、車両用電池温度制御システムに関する。

従来、車両に搭載された二次電池を含む電源装置において、二次電池の劣化を抑制して長寿命化することなどを目的として、二次電池の温度を制御することが行われている。例えば、特許文献１には、車両の走行速度、アクセルペダル開度、車室温度、機器温度、冷媒温度、外気温度などを検出し、これらに基づき将来の温度変化を予測するとともに、その予測結果に基づいて二次電池などの目標温度を設定して温度制御する構成が開示されている。

特開２０１１－１１１１４０号公報

特許文献１に開示の構成では、目標温度の設定に走行速度やアクセルペダルの開度といった車両情報を利用しているため、電源装置は、車両側から車両情報を受け取る必要がある。しかしながら、車両システムの構成によっては、車両側から車両情報を電源装置に送ることが困難な場合もある。そのため、特許文献１に開示の構成は汎用性に欠け、改善の余地がある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、汎用性の高い車両用電池温度制御システムを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、二次電池（２）の温度を制御する車両用電池温度制御システム（１）であって、
上記二次電池の状態に関する電池情報を取得する電池情報取得部（１０）と、
上記二次電池の入出力に関する入出力情報を取得する入出力情報取得部（２０）と、
上記二次電池の入出力の基準値である入出力基準値が予め記憶された基準値記憶部（３０）と、
上記二次電池の入出力情報と上記入出力基準値との関係値を算出する関係値算出部（４０）と、
上記関係値と上記電池情報とに基づいて、上記二次電池の温度制御を行う温度制御部（５０）と、
を有し、
上記関係値算出部は、上記関係値として、上記入出力基準値と上記入出力情報とから余裕度を算出し、
上記温度制御部は、所定期間における上記関係値の出現頻度に基づいて特定の関係値を抽出して、該特定の関係値と上記電池情報とに基づいて上記二次電池の温度制御を行い、
上記温度制御部は、上記二次電池の入出力情報が上記入出力基準値に達したか否かを判定し、該判定結果が上記入出力情報が上記入出力基準値に達したことを示すものである場合には該判定結果に基づいて上記二次電池の温度制御を行い、上記判定結果が上記入出力情報が上記入出力基準値に達していないことを示すものである場合には上記関係値と上記電池情報とに基づいて上記二次電池の温度制御を行う、車両用電池温度制御システムにある。

上記車両用電池温度制御システムにおいては、入出力情報取得部により取得された二次電池の入出力情報と予め記憶された入出力基準値との関係値を算出する。そして、温度制御部により、当該関係値と電池情報取得部により取得された二次電池の電池情報とに基づいて二次電池の温度制御を行う。従って、二次電池の温度制御を行うにあたって、車両情報を必要としない。そのため、車両情報を取得することが困難な車両システムにも適用することができ、高い汎用性を奏する。

以上のごとく、本発明によれば、汎用性の高い車両用電池温度制御システムを提供することができる。

なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、車両用電池温度制御システムの構成を示す概念図。実施形態１における、（ａ）電池温度と入出力電力の最大値との関係、（ｂ）ＳＯＣと入出力電力の最大値との関係を示す概念図。実施形態１の第１パターンにおける、（ａ）余裕度と電力との関係、（ｂ）余裕度とその出現頻度との関係を示す概念図。実施形態１の第２パターンにおける、（ａ）余裕度と電力との関係、（ｂ）余裕度とその出現頻度との関係を示す概念図。実施形態１における、目標電池温度テーブルの構成を示す概念図。実施形態１における、車両用電池温度制御システムの制御態様を示すフロー図。変形形態１における、車両用電池温度制御システムの制御態様を示すフロー図。

（実施形態１）
車両用電池温度制御システムの実施形態について、図１～図６を用いて説明する。
本実施形態の車両用電池温度制御システム１は、二次電池の温度を制御するものであって、図１に示すように、電池情報取得部１０、入出力情報取得部２０、基準値記憶部３０、関係値算出部４０及び温度制御部５０を備える。
電池情報取得部１０は、二次電池２の状態に関する電池情報を取得する。
入出力情報取得部２０は、二次電池２における入出力に関する入出力情報を取得する。
基準値記憶部３０は、二次電池２の入出力に関する入出力基準値が予め記憶されている。
関係値算出部４０は、二次電池２の入出力情報と入出力基準値との関係値を算出する。
温度制御部５０は、関係値と電池情報とに基づいて、二次電池２の温度制御を行う。

以下、本実施形態の車両用電池温度制御システム１について、詳述する。
車両用電池温度制御システム１は車両に搭載され、車両の電源を構成する二次電池２の温度を制御する。

図１に示す電池情報取得部１０は、二次電池２の電池情報を取得する。当該電池情報としては、電池温度、ＳＯＣ（充電状態）などとすることができる。本実施形態では、電池情報取得部１０は二次電池２の電池温度を取得する温度センサからなる。

図１に示す入出力情報取得部２０は、二次電池２の入出力情報を取得する。当該入出力情報としては、電流値、電圧値、電力値などとすることができる。本実施形態では、入出力情報取得部２０は、図示しないが、二次電池２の電流値を検出する電流センサと、二次電池２の電圧値を検出する電圧センサと、両検出値から電力値を算出する電力値算出部とからなる。これにより、入出力情報取得部２０は二次電池２に入出力される電力値を取得する。

図１に示す基準値記憶部３０は、所定の入出力基準値Ｌが予め記憶されている。基準値記憶部３０は書き換え可能な不揮発性メモリからなる。入出力基準値Ｌは適宜設定することができ、例えば、二次電池２における入出力電力の最大値や、当該システム上で設定された二次電池２の入出力電力の許容範囲を規定する制限値と等しい値などとすることができる。なお、二次電池２における入出力電力の最大値とは、二次電池２の出力電力における最大の値と、二次電池２の入力電力においてはその絶対値の最大の値とをいうものとする。そして、二次電池２における入出力電力の最大値は、電池特性で決まり、モデル電池による加速度試験や、論理モデルから算出するなどして取得することができる。システム上で設定される上記制限値は、システムの安定性を確保するために測定誤差等を考慮して二次電池２における入出力電力の最大値を引き下げた値とすることができる。

二次電池２における入出力電力の最大値は電池温度及びＳＯＣに対する依存性を有する。すなわち、図２（ａ）に示すように、入出力電力の最大値の絶対値は、電池温度が低温領域ＴＬでは比較的小さく、中温領域ＴＭでは比較的大きく、高温領域ＴＨでは比較的小さい。また、図２（ｂ）に示すように、入出力電力の最大値の絶対値は、低ＳＯＣ領域ＳＬにおいて出力側は比較的小さいが入力側は比較的大きく、中ＳＯＣ領域ＳＭにおいて出力側及び入力側の両方で比較的大きく、高ＳＯＣ領域ＳＨにおいて出力側は比較的大きいが入力側は比較的小さい。なお、システム上の制限値は、通常、二次電池２における入出力電力の最大値を所定量さらに制限するものであるため、二次電池２の最大値と同様に電池温度及びＳＯＣに対する依存性を示す。本実施形態では、入出力基準値Ｌはシステム上の制限値であって、電池温度とＳＯＣとのマップの形式で基準値記憶部３０に記憶されている。

図１に示す関係値算出部４０は、入出力情報取得部２０により取得された入出力情報と基準値記憶部３０に記憶された入出力基準値Ｌとの関係値を算出する。当該関係値は、入出力基準値Ｌと実際の二次電池２の入出力情報とから算出される余裕度Ｍとすることができる。余裕度Ｍの算出方法は、例えば、図３（ａ）、図４（ａ）に示すように、入出力基準値Ｌに含まれる出力基準値Ｌｏｕｔから実際の二次電池２の入出力情報を差し引いた値とすることができる。なお、余裕度の算出に使用する実際の二次電池２の入出力情報は、二次電池２の電流値、電圧値、電力値やこれら値の二乗値などとすることができる。

図１に示す温度制御部５０は、関係値算出部４０により算出された関係値と、電池情報取得部１０により取得された電池情報とに基づいて、二次電池２の温度制御を行う。本実施形態では、温度制御部５０は、関係値として余裕度Ｍの出現頻度に基づいて、特定の関係値を抽出する。そして、温度制御部５０は、所定期間における余裕度Ｍの中で出現頻度の最も高いものを特定の関係値として抽出する。余裕度Ｍの出現頻度の算出方法は特に限定されず、移動平均、区間平均などの公知の方法により算出することができる。

図３（ａ）、図３（ｂ）に全般的に余裕度Ｍが比較的大きい第１のパターンを例示し、図４（ａ）、図４（ｂ）に全般的に余裕度Ｍが比較的小さい第２のパターンを例示する。図３（ａ）、図４（ａ）に示すように、余裕度Ｍは経時的に変化しており、所定期間Ｔｘでの各余裕度Ｍとその出現頻度との関係は図３（ｂ）、図４（ｂ）のように表される。そして、温度制御部５０は、図３（ｂ）、図４（ｂ）において、所定期間Ｔｘにおける出現頻度が最も高い最高頻度Ｆｘとなる余裕度Ｍｘを特定の関係値として抽出する。なお、所定期間Ｔｘは、車両構成や二次電池２の構成等を考慮して適宜設定することができる。

そして、本実施形態では、温度制御部５０は特定の関係値と電池情報とから、予め設定された関係値、電池温度及び目標電池温度との対応関係に基づいて目標電池温度を出力する。当該対応関係の形式は限定されず、テーブル、マップ、関係式などの形式とすることができる。本実施形態では、当該対応関係は、図５に示すように、余裕度区分Ａ、Ｂ、Ｃ、…と、現在の電池温度区分I、II、III、…とに対応して、各目標電池温度が規定されたテーブル５２の形式で、図１に示す対応関係記憶部５１に記憶されている。なお、余裕度区分は余裕度の小さいものから順にＡ、Ｂ、Ｃ、…としている。また、電池温度区分も低いものから順にI、II、III、…としている。そして、温度制御部５０は、図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すように、特定の関係値としての余裕度Ｍｘが余裕度区分Ａ、Ｂ、Ｃ、…のいずれに該当するかを特定するとともに、電池情報取得部１０により取得された電池温度が図５に示す電池温度区分I、II、III、…のいずれに該当するかを特定して、両区分から目標電池温度を設定する。

上記関係値、電池温度及び目標電池温度との対応関係は、例えば、電池温度が低い状態において、余裕度Ｍが小さく且つ小さい余裕度Ｍの出現頻度が高い場合には、目標電池温度は電池温度を上昇するように設定されている。また、電池温度が高い状態において、余裕度Ｍが小さく且つ小さい余裕度Ｍの出現頻度が高い場合には、目標電池温度は電池温度低下するように設定されている。

例えば、図４（ｂ）に示す第２のパターンでは、余裕度Ｍｘは余裕度区分Ａに該当し、電池情報取得部１０により取得された電池温度が電池温度区分I、II又はIIIに該当する場合には、温度制御部５０は目標電池温度を２５℃に設定する。一方、図３（ｂ）に示す第１のパターンでは、余裕度Ｍｘは余裕度区分Ｃに該当する場合には、温度制御部５０は電池情報取得部１０により取得された電池温度がいずれの電池温度区分に該当するかにかかわらず、目標電池温度なしと設定する。また、図示しないが、余裕度Ｍｘが余裕度区分Ｂに該当し、電池情報取得部１０により取得された電池温度が電池温度区分Iに該当する場合には温度制御部５０は目標電池温度を１５℃に設定し、電池温度が電池温度区分IIに該当する場合には温度制御部５０は目標電池温度なしと設定し、電池温度が電池温度区分IIIに該当する場合には温度制御部５０は目標電池温度を３５℃に設定する。そして、目標電池温度が設定された場合は、温度制御部５０は二次電池２の温度を当該目標電池温度となるように制御する。なお、目標電池温度なしと設定された場合は、温度制御部５０は二次電池２の温度を制御しない。

温度制御部５０は、目標電池温度に基づいて、図示しない冷却装置及び／又は加熱装置の駆動状態を制御する。例えば、目標電池温度が電池情報取得部１０により取得された電池温度よりも高い場合は、温度制御部５０は加熱装置を駆動させて二次電池２を加熱することができ、目標電池温度が電池情報取得部１０により取得された電池温度よりも低い場合は、温度制御部５０は冷却装置を駆動させて二次電池２を冷却することができる。

二次電池２の温度を制御する温度制御部５０としては、例えば、車室内の空気やエバポレータからの冷風により二次電池２を含むバッテリを冷却する空冷方式や、チラーを介してヒートポンプと水回路を接続して二次電池２を含むバッテリを冷却する水冷方式や、冷媒により直接二次電池２を含むバッテリを冷却する冷媒直冷方式などを採用することができる。

温度制御部５０では、電池情報取得部１０により取得された現在の電池温度と、温度制御部５０により設定された目標電池温度との差分を算出し、当該差分に応じた電池温度の制御に必要なエネルギを調達するようにすることができる。例えば、本実施形態の車両用電池温度制御システムと車両におけるキャビン温度の調節機構とを連携させる場合には、キャビン温度の調節を一時的に抑制することにより、上記電池温度の制御に必要なエネルギを調達することができる。これにより、本実施形態の車両用電池温度制御システムとキャビン温度の調節機構とを協調させて、エネルギの効率的な利用を図ることができる。

次に、本実施形態の車両用電池温度制御システムにおける制御フローについて、図６を参照して説明する。
図６に示すように、当該制御フローでは、まず、ステップＳ１において、入出力情報取得部２０により二次電池２の入出力電力を取得する。次いで、ステップＳ２において、関係値算出部４０により関係値としての余裕度Ｍを算出する。

その後、図６のステップＳ３において、温度制御部５０により、余裕度Ｍの出現頻度を算出する。その後、余裕度算出の初期での誤判定を回避するために、図６のステップＳ４において、温度制御部５０により所定時間が経過したか否か判定する。ステップＳ４において所定時間が経過していないと判定された場合は、ステップＳ４のＮｏに進んでステップＳ１に戻る。

一方、図６のステップＳ４において所定時間が経過したと判定された場合は、ステップＳ４のＹｅｓに進んでステップＳ５において、温度制御部５０により、図５に示すテーブル５２を利用して目標電池温度を設定する。その後、ステップＳ６において、温度制御部５０により目標電池温度に基づいて、二次電池２の温度制御を行う。

その後、図６のＥＮＤに到達し、ＳＴＡＲＴに戻って再度ステップＳ１から上述と同様のフローを振り返す。当該繰り返し周期は特定されないが、例えば、１周期当たり８～２００ｍｓｅｃとすることができる。

上記制御フローによれば、図４（ａ）に示す第２のパターンでは次のように制御される。まず、図４（ａ）に示すように第２のパターンでは全般的に余裕度Ｍが小さくなっており、余裕度Ｍが０となっている期間Ｔｙも存在する。当該期間Ｔｙでは、二次電池２の出力基準値Ｌｏｕｔを上回る出力電力が要求されているが、システム上で入出力制限が介入して入出力制限がかかった状態となっており、要求に応じた入出力基準値Ｌ以上の電力を取り出せない状態となっている。かかる状態を回避するために、出力基準値Ｌｏｕｔが大きくなるように電池温度を制御する。すなわち、図２（ａ）において、電池温度が低温領域ＴＬにある場合には電池温度を上昇させ、電池温度が高温領域ＴＨにある場合には電池温度を低下させるように、目標電池温度が設定されることとなる。

一方、図３（ａ）に示す第１のパターンでは全般的に余裕度Ｍが大きく、余裕度Ｍが０となっている期間Ｔｙも存在しない。そのため、現状では二次電池２の出力基準値Ｌｏｕｔを上回る出力電力が要求されておらず、また要求される見込みも少ない。それゆえ、二次電池２の電池温度を変更する必要性が低いと判断され、目標電池温度が設定されないこととなる。

次に、本実施形態の車両用電池温度制御システム１における作用効果について、詳述する。
本実施形態の車両用電池温度制御システム１によれば、入出力情報取得部２０により取得された二次電池２の入出力情報と、予め記憶された入出力基準値Ｌとの関係値を算出する。そして、温度制御部５０により、当該関係値と電池情報取得部１０により取得された二次電池２の電池情報とに基づいて二次電池２の温度制御を行う。従って、二次電池２の温度制御を行うにあたって、車両情報を必要としない。そのため、車両情報を取得することが困難な車両システムにも適用することができ、高い汎用性を奏する。

また、本実施形態では、入出力基準値Ｌは、車両用電池温度制御システム１において設定された二次電池２の入出力に関する許容範囲を規定する制限値と等しい。これにより、当該車両用電池温度制御システム１における制限値を基準に温度制御を行うことにより、効率的に温度制御を行うことができる。

また、本実施形態では、温度制御部５０は、所定期間Ｔｘにおける関係値である余裕度Ｍの出現頻度に基づいて特定の関係値である余裕度Ｍｘを抽出して、当該特定の関係値と電池情報とに基づいて二次電池２の温度制御を行う。この場合は、余裕度Ｍの出現頻度を使用しているため、温度制御の態様が頻繁に変更されることが防止され、消費エネルギの低減を図ることができるとともに、二次電池２の入出可能な電力の増加を図ることができる。また、二次電池２が高温状態となることが抑制されるため、二次電池２の劣化抑制を図ることができる。

なお、本実施形態では、図５に示すように、温度制御部５０において、各目標電池温度が規定されたテーブル５２に基づいて目標電池温度を設定することとしたが、これに替えてまたはこれを補正するために、車両のナビゲーションシステムの情報を利用したり、車両運転者の好みや運転特徴などの情報を利用したりすることもできる。例えば、車両のナビゲーションシステムと連携させることにより、車両が登坂路を走行するなど、電流値Ｉ^２の増加が見込まれると判断される場合には、これに応じて二次電池２の目標電池温度を低下させるようにしてもよい。また、車両運転者が車両の運転に際して加速度を体感することを好む場合には、トリップ毎の運転態様を学習して、目標設定温度を低下させるようにしてもよい。これらの場合、二次電池２が高温状態となることが抑制されるため、二次電池２の劣化抑制を図ることができる。

以上のごとく、本実施形態によれば、汎用性の高い車両用電池温度制御システム１を提供することができる。

なお、本実施形態では、図６のステップＳ２、ステップＳ３に示すように、温度制御部５０は、関係値算出部４０により関係値として算出された余裕度Ｍから、関係値の出現頻度を算出し、当該出現頻度と電池情報とに基づいて二次電池２の温度制御を行うこととしたが、これに替えて、次に示す変形形態１のようにしてもよい。変形形態１では、温度制御部５０は、二次電池２の入出力情報が入出力基準値Ｌに達したか否かを判定し、該判定結果が上記入出力情報が入出力基準値Ｌに達したことを示すものである場合には該判定結果に基づいて二次電池２の温度制御を行い、上記判定結果が上記入出力情報が入出力基準値Ｌに達していないことを示すものである場合には上記関係値と電池情報とに基づいて二次電池２の温度制御を行う。変形形態１において、上記入出力情報が入出力基準値Ｌに達したときは、両者の差分すなわち余裕度は０となるため、余裕度Ｍが０であるか否かを判定することにより、入出力情報が入出力基準値Ｌに達したか否かを判定することができる。

当該変形形態１における制御の例を図７に示す。図７に示す当該変形形態１における制御フローでは、ステップＳ１及びステップＳ２は図６に示す実施形態１の場合と同様である。そして、ステップＳ２において余裕度Ｍを算出した後、図７に示すステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、温度制御部５０により余裕度Ｍが０であるか否か、すなわち、入出力情報が入出力基準値Ｌに達したか否かを判定する。ステップＳ１０において余裕度Ｍが０でないと判定された場合は、ステップＳ１０のＮｏに進み、実施形態１の場合と同様にステップＳ３～ステップＳ６を行う。

一方、図７のステップＳ１０において、余裕度Ｍが０であると判定された場合は、ステップＳ１０のＹｅｓに進み、上述のステップＳ３～ステップＳ５を行わずにステップＳ６に進む。そして、ステップＳ６において温度制御部５０は、二次電池２の温度制御を行う。これにより、余裕度Ｍの出現頻度を算出せずに、簡易的に二次電池２の温度制御を行うことができる。

本発明は上記実施形態及び変形形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

１車両用電池温度制御システム
２二次電池
１０電池情報取得部
２０入出力情報取得部
３０基準値記憶部
４０関係値算出部
５０温度制御部
Ｌ入出力基準値
Ｍ余裕度

Claims

二次電池（２）の温度を制御する車両用電池温度制御システム（１）であって、
上記二次電池の状態に関する電池情報を取得する電池情報取得部（１０）と、
上記二次電池の入出力に関する入出力情報を取得する入出力情報取得部（２０）と、
上記二次電池の入出力の基準値である入出力基準値が予め記憶された基準値記憶部（３０）と、
上記二次電池の入出力情報と上記入出力基準値との関係値を算出する関係値算出部（４０）と、
上記関係値と上記電池情報とに基づいて、上記二次電池の温度制御を行う温度制御部（５０）と、
を有し、
上記関係値算出部は、上記関係値として、上記入出力基準値と上記入出力情報とから余裕度を算出し、
上記温度制御部は、所定期間における上記関係値の出現頻度に基づいて特定の関係値を抽出して、該特定の関係値と上記電池情報とに基づいて上記二次電池の温度制御を行い、
上記温度制御部は、上記二次電池の入出力情報が上記入出力基準値に達したか否かを判定し、該判定結果が上記入出力情報が上記入出力基準値に達したことを示すものである場合には該判定結果に基づいて上記二次電池の温度制御を行い、上記判定結果が上記入出力情報が上記入出力基準値に達していないことを示すものである場合には上記関係値と上記電池情報とに基づいて上記二次電池の温度制御を行う、車両用電池温度制御システム。
上記入出力基準値は、上記車両用電池温度制御システムにおいて設定された上記二次電池の入出力に関する許容範囲を規定する制限値と等しい、請求項１に記載の車両用電池温度制御システム。