JP7768112B2 - バッテリ温度調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される走行用のバッテリの温度を調整するバッテリ温度調整装置に関する。

ハイブリッド車両（ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ））または電気車両（ＢＥＶ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ））は、走行用のバッテリを搭載している。また、バッテリを搭載している車両は、バッテリの温度が適正温度となるようにバッテリを冷却または適温加熱してバッテリの温度を調整するバッテリ温度調整装置を有している（例えば、特許文献１）。

特開２０１８－１２９９８７号公報

ところで、バッテリ温度調整装置は、バッテリの電力を用いて冷凍サイクル回路によって冷却水を冷却し、冷却水によってバッテリを冷却している。また、バッテリ温度調整装置は、バッテリの電力を用いてヒータによって冷却水を加熱し、冷却水によってバッテリを適温加熱している。そのため、バッテリ温度調整装置の消費電力を少しでも低減することができれば、車両の航続可能距離を向上させることができる。

そこで、本発明は、バッテリの消費電力を低減することができるバッテリ温度調整装置を提供することを目的とする。

本発明に係るバッテリ温度調整装置は、車両に搭載される走行用のバッテリの電力を用いて熱媒体を冷却または加熱し、熱媒体によってバッテリを冷却または適温加熱してバッテリの温度を調整するバッテリ温度調整装置であって、バッテリの温度がその範囲以外ではバッテリの出力が制限される第１温度範囲と、バッテリの温度が第１温度範囲よりも上限温度が小さくかつ下限温度が大きい第２温度範囲と、が設定され、車両の現在地から目的地までの距離が所定距離より大きい場合には、バッテリの温度が第２温度範囲となるようにバッテリの温度を調整し、車両の現在地から目的地までの距離が所定距離以下の場合には、現在地から目的地に到着するまでにバッテリの温度が第１温度範囲以内であるために必要な最小能力にてバッテリの温度を調整する制御部とを備えることを特徴とする。

上記構成とすることによって、バッテリの消費電力を低減することができる。

本発明に係るバッテリ温度調整装置において、制御部は、少なくとも現在地から目的地までの距離、現在地から目的地までの勾配情報、現在地から目的地までの天気情報、現在地から目的地までの渋滞情報に基づいて最小能力を算出することが好ましい。

本発明のバッテリ温度調整装置によれば、バッテリの消費電力を低減することができる。

実施形態の一例であるバッテリ温度調整装置を示す回路図である。 制御部の構成を示すブロック図である。 高外気温時のバッテリ温度調整制御の一例を示す温調レベルとバッテリ温度と時系列グラフである。 低外気温時のバッテリ温度調整制御の一例を示す温調レベルとバッテリ温度と時系列グラフである。 バッテリ温度調整制御の流れを示すフロー図である。

以下、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。以下の説明において、具体的な形状、材料、方向、数値等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等に合わせて適宜変更することができる。

バッテリ温度調整装置１０は、車両に搭載される走行用のバッテリ５の温度を調整する装置である。バッテリ温度調整装置１０によれば、詳細は後述するが、バッテリ５の消費電力を低減することができる。

［車両］
車両は、バッテリ５の電力のみによってモータ（図示なし）を駆動して走行するＢＥＶである。ただし、本発明の車両は、ガソリンエンジンおよびモータを駆動して走行するＨＥＶであってもよい。

［バッテリ］
バッテリ５は、複数のバッテリセル（単電池）を含み、バッテリセルは、例えばリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、または全固体電池から構成される。バッテリ５には、バッテリ温度を検出するバッテリ温度センサ６１が設けられている。

ここで、バッテリ５の温度が高すぎる、または低すぎる場合には、バッテリ５の性能が低下し、バッテリセルの損傷または劣化の加速につながる。そこで、バッテリ５では、第１温度範囲が設定され、バッテリ５の温度が第１温度範囲外では、バッテリ５の出力が制限される。また、バッテリ温度調整装置１０は、通常、バッテリ５の温度が第１温度範囲よりも上限温度が小さくかつ下限温度が大きい第２温度範囲以内になるように調整している。

［バッテリ温度調整装置］
図１から図４を用いて、バッテリ温度調整装置１０について説明する。

図１に示すように、バッテリ温度調整装置１０は、バッテリ５の電力を用いて熱媒体としての冷却水を冷却または加熱し、冷却水によってバッテリ５を冷却または適温加熱する。バッテリ温度調整装置１０は、バッテリ５を冷却する低温側冷却水回路２０と、低温側冷却水回路２０から吸熱する冷凍サイクル回路３０と、冷凍サイクル回路３０によって加熱される高温側冷却水回路４０と、バッテリ温度調整装置１０の各機器を制御する制御部としてのＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５０とを有している。

低温側冷却水回路２０は、第１低温側ウォーターポンプ２１および第２低温側ウォーターポンプ２２によって低温冷却水を循環させることによって、バッテリ熱交換器２３によってバッテリ５を冷却し、チラー２４によって冷凍サイクル回路３０に吸熱され、低温側ラジエータ２５によって空気中に放熱されることによって冷却される回路である。低温側ラジエータ２５は、後述する高温側ラジエータ４４と熱交換可能である。

低温側冷却水回路２０では、バッテリ熱交換器２３と、チラー２４と、低温側ラジエータ２５とが並列に設けられている。バッテリ熱交換器２３に向かう経路と、第１低温側ウォーターポンプ２１からの経路と、チラー２４に向かう経路と、低温側ラジエータ２５に向かう経路と、短絡経路（何も設けられていない経路）とは五方弁２６によって切替接続されている。

冷凍サイクル回路３０は、冷媒を圧縮する圧縮機３１と、高温側冷却水回路４０を循環する冷却水を加熱する水冷コンデンサ３２と、車室内へ送風する空気を冷却するエバポレータ３３と、エバポレータ３３への冷媒循環量を調整するエバポレータ側膨張弁３４と、低温側冷却水回路２０を循環する冷却水から吸熱するチラー２４と、チラー２４への冷媒循環量を調整するチラー側膨張弁３６とを有している。冷凍サイクル回路３０では、エバポレータ３３とチラー２４とが並列に接続されている。また、圧縮機３１は、電気モータの周波数を調整することによって、吐出容量（運転容量）を調整することができる。

高温側冷却水回路４０は、高温側ウォーターポンプ４１によって高温側冷却水を循環させることによって、水冷コンデンサ３２を冷却し、電気ヒータ４２によって加熱され、車室内へ送風する空気を加熱するヒータコア４３を加熱し、高温側ラジエータ４４によって空気中に放熱されることによって冷却される回路である。高温側ラジエータ４４は、上述した低温側ラジエータ２５と熱交換可能である。電気ヒータ４２は、出力を調整することができる。

高温側冷却水回路４０では、水冷コンデンサ３２および電気ヒータ４２と、ヒータコア４３と、高温側ラジエータ４４とが並列に設けられている。水冷コンデンサ３２および電気ヒータ４２に向かう経路と、ヒータコア４３に向かう経路と、高温側ラジエータ４４に向かう経路とは三方流量調整弁４５によって切替接続されている。

バッテリ温度調整装置１０では、上述したように、バッテリ５の電力を用いて冷却水を冷却または加熱し、高温側冷却水または低温側冷却水によってバッテリ５を冷却または適温加熱してバッテリ５の温度を調整する。

バッテリ温度調整装置１０では、バッテリ５を冷却する際には、冷凍サイクル回路３０の圧縮機３１を駆動し、チラー側膨張弁３６を調整し、チラー２４に冷媒を循環させ、低温側冷却水回路２０から吸熱する。低温側冷却水回路２０では、第２低温側ウォーターポンプ２２を駆動して、五方弁２６によってチラー２４とバッテリ熱交換器２３とを連通させてバッテリ熱交換器２３によってバッテリ５を冷却する。

バッテリ温度調整装置１０では、バッテリ５を適温加熱する際には、高温側冷却水回路４０の高温側ウォーターポンプ４１を駆動し、また電気ヒータ４２を作動させて高温側冷却水回路４０を加熱し、高温側ラジエータ４４によって低温側ラジエータ２５を加熱する。低温側冷却水回路２０では、第１低温側ウォーターポンプ２１および第２低温側ウォーターポンプ２２を駆動して、五方弁２６によって第２低温側ウォーターポンプ２２およびバッテリ熱交換器２３と、低温側ラジエータ２５とを連通させてバッテリ熱交換器２３によってバッテリ５を適温加熱する。

［制御部（ＥＣＵ）］
ＥＣＵ５０は、上述したようにバッテリ温度調整装置１０の各機器を制御する。ＥＣＵ５０は、内部に情報処理を行うＣＰＵを有するプロセッサ５１と、プロセッサ５１が実行するソフトウェア、プログラムまたはデータを格納するメモリ５２とを有するコンピュータである。

ＥＣＵ５０は、低温側冷却水回路２０の第１低温側ウォーターポンプ２１、第２低温側ウォーターポンプ２２および五方弁２６と、冷凍サイクル回路３０の圧縮機３１、エバポレータ側膨張弁３４およびチラー側膨張弁３６と、高温側冷却水回路４０の高温側ウォーターポンプ４１、電気ヒータ４２および三方流量調整弁４５と、ナビゲーション装置６０と、バッテリ温度センサ６１とに接続されている。

ナビゲーション装置６０は、車両の走行時において、車両の現在位置を表示する、または車両の目的地への経路案内を行う装置である。本実施形態のナビゲーション装置６０は、目的地が設定され、少なくとも現在地から目的地までの距離、現在地から目的地までの勾配情報、現在地から目的地までの天気情報、現在地から目的地までの渋滞情報を出力することができる。ＥＣＵ５０は、ナビゲーション装置６０から現在地から目的地までの距離、現在地から目的地までの勾配情報、現在地から目的地までの天気情報、現在地から目的地までの渋滞情報を取得する。

ＥＣＵ５０は、ユーザの車両の使用履歴を蓄積したビッグデータから目的地を取得してもよい。また、ＥＣＵ５０は、クラウドサービスによって現在地から目的地までの天気情報を取得してもよい。

図２に示すように、ＥＣＵ５０は、それぞれ詳細は後述する、通常能力温度調整部５３と、バッテリ温度判定部５４と、走行判定部５５と、残走行距離判定部５６と、最小能力算出部５７と、最小能力補正部５８と、最小能力温度調整部５９とを有している。通常能力温度調整部５３、バッテリ温度判定部５４、走行判定部５５、残走行距離判定部５６、最小能力算出部５７、最小能力補正部５８および最小能力温度調整部５９は、プロセッサ５１がメモリ５２に格納されたプログラムを実行することにより実現される。

通常能力温度調整部５３は、車両の現在地から目的地までの距離が所定距離（例えば１０ｋｍ）より大きい場合には、バッテリ５の温度が上述した第２温度範囲となるようにバッテリ５の温度を調整する。このように、バッテリ５の出力が制限される第１温度範囲よりも狭い範囲である第２範囲以内でバッテリ５の温度を制御することによって、余裕を持ってバッテリ５の出力が制限されないように温度調整することができる。

バッテリ温度判定部５４は、バッテリ温度センサ６１によって検出されたバッテリ５の温度が上述した第２温度範囲以内であるかどうかを判定する。

走行判定部５５は、車両が走行中であるかどうかを判定する。より具体的には、走行判定部５５は、例えばシフトレバー（図示なし）がＰレンジ以外であるかどうかによって車両が走行中であるかどうかを判定してもよい。

残走行距離判定部５６は、ナビゲーション装置６０より現在地から目的地までの残距離を取得して、現在地から目的地までの残距離が所定距離以下であるかどうかを判定する。

最小能力算出部５７は、現在地から目的地に到着するまでにバッテリ５の温度が第１温度範囲以内であるために、バッテリ温度調整装置１０において必要な最小の温度調整能力（以下、最小能力）を算出する。ここで、最小能力とは、バッテリ５を冷却するための冷却能力と、バッテリ５を適温加熱するための加熱能力とが含まれる。また、現在地から目的地に到着するまでにバッテリ５を冷却または適温加熱しない場合（バッテリ温度調整装置１０が停止している場合）に、バッテリ５の温度が第１温度範囲以内となる場合は、最小能力が０であってもよい。

最小能力補正部５８は、ナビゲーション装置６０より、現在地から目的地までの勾配情報、現在地から目的地までの天気情報（気温、湿度等）、現在地から目的地までの渋滞情報を取得して、最小能力算出部５７によって算出された最小能力を補正する。

より具体的には、最小能力補正部５８は、現在地から目的地まで上り勾配が多い場合には最小能力が大きくなるように補正し、現在地から目的地まで下り勾配が多い場合には最小能力が小さくなるように補正してもよい。また、最小能力補正部５８は、現在地から目的地まで渋滞している場合には、最小能力が大きくなるように補正してもよい。

また、最小能力補正部５８は、バッテリ５を冷却している時には、現在地から目的地まで外気温が高い場合には最小能力が大きくなるように補正し、現在地から目的地まで外気温が低い場合には最小能力が小さくなるように補正してもよい。最小能力補正部５８は、バッテリ５を適温加熱している時には、現在地から目的地まで外気温が高い場合には最小能力が小さくなるように補正し、現在地から目的地まで外気温が低い場合には最小能力が大きくなるように補正してもよい。

最小能力温度調整部５９は、現在地から目的地に到着するまで最小能力にてバッテリ５の温度を調整するようにバッテリ温度調整装置１０を制御する。より具体的には、最小能力温度調整部５９は、バッテリ５を冷却している時には、現在地から目的地に到着するまで最小能力となるように、冷凍サイクル回路３０の圧縮機３１の周波数を調整して冷却能力を調整する、または圧縮機３１を停止する。このとき、図３に示すように、バッテリ温度は、目的地では第１温度範囲の上限温度に近づくように制御される。

また、最小能力温度調整部５９は、バッテリ５を適温加熱している時には、現在地から目的地に到着するまで最小能力となるように、高温側冷却水回路４０の電気ヒータ４２の出力を調整して加熱能力を調整する、または電気ヒータ４２を停止する。このとき、図４に示すように、バッテリ温度は、目的地では第１温度範囲の下限温度に近づくように制御される。

［効果］
バッテリ温度調整装置１０によれば、バッテリ５の消費電力を低減することができる。より具体的には、現在地から目的地までの残距離が所定距離以下であれば、現在地から目的地に到着するまでにバッテリ５の温度が第１温度範囲以内となるために必要なバッテリ温度調整装置１０の最小能力にてバッテリ５の温度を調整することによって、必要最小限の消費電力によってバッテリ５の温度を第１温度範囲以内に収めることができる。

また、バッテリ温度調整装置１０によれば、現在地から目的地までの勾配情報、現在地から目的地までの天気情報、現在地から目的地までの渋滞情報に基づいて最小能力を算出することによって、精度良く最小能力を算出し、バッテリ５の消費電力を低減することができる。

［バッテリ温度調整制御］
図５を用いて、バッテリ温度調整装置１０によるバッテリ温度調整制御の流れについて説明する。

ステップＳ１１において、通常能力温度調整部５３によって、バッテリ５の温度が第２温度範囲となるようにバッテリ５の温度を調整する。ステップＳ１２において、バッテリ温度判定部５４によって、バッテリ５の温度が第２温度範囲以内であるかどうかを判定する。バッテリ５の温度が第２温度範囲以内の場合には、ステップＳ１３に移行する。バッテリ５の温度が第２温度範囲以内でない場合には、ステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１３において、走行判定部５５によって、シフトレバーがＰレンジ以外であるかどうかを判定する。シフトレバーがＰレンジ以外の場合には、ステップＳ１４へ移行する。シフトレバーがＰレンジの場合には、ステップＳ１１へ移行する。

ステップＳ１４において、残走行距離判定部５６によって、現在地から目的地までの残距離が所定距離以下であるかどうかを判定する。残距離が所定距離以下の場合には、ステップＳ１５へ移行する。残距離が所定距離より大きい場合には、ステップＳ１１へ移行する。

ステップＳ１５において、最小能力算出部５７によって、現在地から目的地に到着するまでにバッテリ５の温度が第１温度範囲以内となるために、バッテリ温度調整装置１０において必要な最小能力を算出する。

ステップＳ１６において、最小能力補正部５８によって、現在地から目的地までの勾配情報、現在地から目的地までの天気情報、現在地から目的地までの渋滞情報に基づいて最小能力を補正する。ステップＳ１７において、現在地から目的地に到着するまで最小能力にてバッテリ５の温度を調整する。

なお、本発明は上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項の範囲以内において種々の変更や改良が可能であることは勿論である。

５ バッテリ、１０ バッテリ温度調整装置、２０ 低温側冷却水回路、２１ 第１低温側ウォーターポンプ、２２ 第２低温側ウォーターポンプ、２３ バッテリ熱交換器、２４ チラー、２５ 低温側ラジエータ、２６ 五方弁、３０ 冷凍サイクル回路、３１ 圧縮機、３２ 水冷コンデンサ、３３ エバポレータ、３４ エバポレータ側膨張弁、３６ チラー側膨張弁、４０ 高温側冷却水回路、４１ 高温側ウォーターポンプ、４２ 電気ヒータ、４３ ヒータコア、４４ 高温側ラジエータ、４５ 三方流量調整弁、５０ ＥＣＵ（制御部）、５１ プロセッサ、５２ メモリ、５３ 通常能力温度調整部、５４ バッテリ温度判定部、５５ 走行判定部、５６ 残走行距離判定部、５７ 最小能力算出部、５８ 最小能力補正部、５９ 最小能力温度調整部、６０ ナビゲーション装置、６１ バッテリ温度センサ

Claims (2)

1. 車両に搭載される走行用のバッテリの電力を用いて熱媒体を冷却または加熱し、前記熱媒体によって前記バッテリを冷却または適温加熱して前記バッテリの温度を調整するバッテリ温度調整装置であって、
   前記バッテリの温度がその範囲以外では前記バッテリの出力が制限される第１温度範囲と、前記バッテリの温度が前記第１温度範囲よりも上限温度が小さくかつ下限温度が大きい第２温度範囲と、が設定され、
   前記車両の現在地から目的地までの距離が所定距離より大きい場合には、前記バッテリの温度が前記第２温度範囲となるように前記バッテリの温度を調整し、
   前記車両の現在地から目的地までの距離が前記所定距離以下の場合には、現在地から目的地に到着するまでに前記バッテリの温度が前記第１温度範囲以内であるために必要な最小能力にて前記バッテリの温度を調整する制御部を備える、
   バッテリ温度調整装置。
2. 請求項１に記載のバッテリ温度調整装置であって、
   前記制御部は、少なくとも現在地から目的地までの距離、現在地から目的地までの勾配情報、現在地から目的地までの天気情報、現在地から目的地までの渋滞情報に基づいて前記最小能力を算出する、
   バッテリ温度調整装置。