(57)【要約】【課題】電力消費を抑え、効率的に二次電池を冷却することができる車両の電池冷却システムを提供する。【解決手段】車両の走行駆動用の二次電池から供給される電力によって作動して当該二次電池を冷却する電池冷却装置１５を備えた車両の電池冷却システムであって、二次電池を収納するケース内に車両の走行風を導入して冷却される構造となっており、電池冷却システムは、電池発熱量予測部３６により推定されたに二次電池の発熱量と、電池放熱量予測部３７により推定された二次電池の放熱量と、電池温度センサ２２によって検出された電池温度と、に基づいて、二次電池の到達電池温度を推定する到達電池温度予測部３８と、到達電池温度に基づいて電池冷却装置を作動制御する電池冷却ＯＮ/ＯＦＦ判定部３９と、を備えた【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の走行駆動用の電池から供給される電力によって作動して当該電池を冷却する電池冷却装置を備えた車両の電池冷却システムであって、
前記車両の走行風により前記電池を冷却する走行風電池冷却部と、
前記電池の発熱量を推定する発熱量推定部と、
前記車両の走行風による電池の放熱量を推定する放熱量推定部と、
前記電池の温度を検出する電池温度検出部と、
前記発熱量推定部により推定された前記電池の発熱量と、前記放熱量推定部により推定された前記電池の放熱量と、前記電池温度検出部によって検出された電池の温度と、に基づいて、前記電池の到達温度を推定する到達温度推定部と、
前記到達温度推定部によって推定された前記電池の到達温度に基づいて、前記電池冷却装置を作動制御する冷却装置制御部と、
を備えたことを特徴とする車両の電池冷却システム。
【請求項２】
前記放熱量推定部は、前記車両の走行速度と前記車両の周囲の外気温度とに基づいて、前記電池の放熱量を推定することを特徴とする請求項１に記載の車両の電池冷却システム。
【請求項３】
前記放熱量推定部は、所定時間における前記車両の走行速度の平均値を前記車両の走行速度として、前記電池の放熱量を推定することを特徴とする請求項２に記載の車両の電池冷却システム。
【請求項４】
前記車両の走行先の道路情報を取得する道路情報取得部を備え、
前記放熱量推定部は、前記走行先の道路情報に基づいて前記走行速度を補正して、前記電池の放熱量を推定することを特徴とする請求項２または３に記載の車両の電池冷却システム。
【請求項５】
前記放熱量推定部は、前記車両の走行先の気温情報及び時刻の少なくとも１つに基づいて前記外気温度を補正して、前記電池の放熱量を推定することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の車両の電池冷却システム。
【請求項６】
前記電池の入出力電流を検出する入出力電流検出部と、
前記電池の内部抵抗を演算する内部抵抗演算部と、を備え、
前記発熱量推定部は、前記電池の入出力電流と前記電池の内部抵抗とに基づいて前記電池の発熱量を推定することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の車両の電池冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両に駆動用電力供給源として搭載された二次電池の冷却制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド車のように走行駆動用の電気モータを備えた車両には、電気モータへの駆動用電力供給源として比較的大容量の二次電池が搭載されている。このような車両の走行駆動用の二次電池においては、入出力電流が大きく発熱量が大きくなるため、冷却装置を備えているものが多い。
例えば、特許文献１には、冷却装置を備えた二次電池を搭載した電気自動車が記載されている。更に、特許文献１に記載された車両においては、電池の入出力電流や電池の劣化度合いに基づいて電池の発熱量を演算し、電池の到達推定温度を推定して、当該到達推定温度が基準値以上となる場合に冷却装置を作動させるよう制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−４８４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１のように冷却装置を備えた車両においては、当該冷却装置を二次電池からの電力によって作動させるため、二次電池の電力消費が増加してしまう。したがって、冷却装置の作動による二次電池の出力電流の増加により電池の冷却効率が低下しまうといった問題点がある。また、電動車両において走行駆動用の二次電池の電力消費は、走行可能距離の低下をもたらすことになってしまう。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電力消費を抑え、効率的に電池を冷却することができる車両の電池冷却システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明の車両の電池冷却システムは、車両の走行駆動用の電池から供給される電力によって作動して当該電池を冷却する電池冷却装置を備えた車両の電池冷却システムであって、前記車両の走行風により前記電池を冷却する走行風電池冷却部と、前記電池の発熱量を推定する発熱量推定部と、前記車両の走行風による電池の放熱量を推定する放熱量推定部と、前記電池の温度を検出する電池温度検出部と、前記発熱量推定部により推定された前記電池の発熱量と、前記放熱量推定部により推定された前記電池の放熱量と、前記電池温度検出部によって検出された電池の温度と、に基づいて、前記電池の到達温度を推定する到達温度推定部と、前記到達温度推定部によって推定された前記電池の到達温度に基づいて、前記電池冷却装置を作動制御する冷却装置制御部と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
これにより、走行風電池冷却部によって走行風により電池を冷却するので、電池冷却装置の負担を軽減し、電池冷却装置における電力消費を抑制することができる。また、電池冷却装置の作動による電池からの出力電流を抑制し、電池の温度上昇を抑えることができる。更に、電池の発熱量を推定するとともに放熱量を推定して、発熱量と放熱量と電池温度から電池の到達温度を推定するので、電池の到達温度の推定精度を向上させることができる。
【０００８】
好ましくは、前記放熱量推定部は、前記車両の走行速度と前記車両の周囲の外気温度とに基づいて、前記電池の放熱量を推定するとよい。
これにより、車両の走行速度に伴う走行風の風量と、外気温度に伴う走行風の温度とに基づいて、走行風による電池の放熱量を精度よく推定することができる。
好ましくは、前記放熱量推定部は、所定時間における前記車両の走行速度の平均値を前記車両の走行速度として、前記電池の放熱量を推定するとよい。
【０００９】
これにより、車両の走行速度が変化して走行風の風量が変化しても、電池の放熱量を精度よく推定することができる。
好ましくは、前記車両の走行先の道路情報を取得する道路情報取得部を備え、前記放熱量推定部は、前記走行先の道路情報に基づいて前記走行速度を補正して、前記電池の放熱量を推定するとよい。
【００１０】
これにより、走行先の道路情報に基づいて変化する車両の走行速度を考慮して、走行風による電池の放熱量を精度よく推定することができる。
好ましくは、前記放熱量推定部は、前記車両の走行先の気温情報及び時刻の少なくとも１つに基づいて前記外気温度を補正して、前記電池の放熱量を推定するとよい。
これにより、前記走行先の気温情報及び時刻に応じて変化する気温に基づいて、走行風による電池の放熱量を精度よく推定することができる。
【００１１】
好ましくは、前記電池の入出力電流を検出する入出力電流検出部と、前記電池の内部抵抗を演算する内部抵抗演算部と、を備え、前記発熱量推定部は、前記電池の入出力電流と前記電池の内部抵抗とに基づいて前記電池の発熱量を推定するとよい。
これにより、電池の入出力電流と前記電池の内部抵抗とに基づいて、電池の発熱量を精度よく推定することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の車両の電池冷却システムは、電池の発熱量を推定するとともに放熱量を推定して、電池の発熱量と放熱量と電池温度から電池の到達温度を推定するので、電池の到達温度の推定精度を向上させることができる。これにより、冷却装置による電力消費を抑え、効率的に電池を冷却することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の車両の電池冷却システムの概略構成図である。
【図２】本実施形態のコントロールユニットにおける電池冷却制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係る劣化指標推定制御手順が示されたフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した電池冷却システムの一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の電池冷却システム１の概略構成図である。
本実施形態の電池冷却システム１は、電気モータ２により走行駆動する電気自動車（以下、車両３という）に搭載され、車両３に搭載された二次電池４（電池）を冷却する。
二次電池４は、インバータ５を介して電気モータ２に電気を供給して駆動させ、車両３の図示しない走行駆動輪を駆動することにより車両３を走行させる。
【００１５】
一方、二次電池４には、図示しない充電機を介して充電可能となっている。また、車両減速時に電気モータ２を発電機として発電させ、余剰電力をインバータ５を介して二次電池４に供給することで、二次電池４を充電可能となっている。インバータ５は、コントロールユニット１０によって作動制御される。
二次電池４は、ケース１１内に収納されて、例えば車両３のフロア下に搭載されている。ケース１１には、車両３の前部から走行風を導入するダクト１２（走行風電池冷却部）が備えられている。また、ケース１１内に外気を導入して二次電池４を冷却する電池冷却装置１５が備えられている。
【００１６】
電池冷却装置１５は、例えばダクト１２内に配置されたファンによって構成されている。電池冷却装置１５は、コントロールユニット１０によって作動制御され、コンバータ１６を介して二次電池４から電力を供給されて駆動する。
したがって、二次電池４は、走行風による冷却と、電池冷却装置１５による冷却が可能となっている。
【００１７】
なお、電池冷却装置１５は、例えば電動エアコンによる冷却風をケース内に導入したり、エバポレータをケース１１内に設置して電動エアコンの冷媒の一部を供給したりして、ケース１１内を冷却するような装置でもよく、二次電池４の電力を使用して作動し、二次電池４を冷却する装置であればよい。
車両３には、二次電池４の入出力電流を検出する電池電流センサ２０（入出力電流検出部）、二次電池の電圧を検出する電池電圧センサ２１、二次電池の電池温度を検出する電池温度センサ２２(電池温度検出部)が備えられている。
【００１８】
また、車両３には、車両３の走行速度を検出する車速センサ２３、車両３の周囲の外気温度を検出する外気温度センサ２４が備えられている。
コントロールユニット１０は、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等から構成されている。コントロールユニット１０には、電池電流センサ２０、電池電圧センサ２１、電池温度センサ２２、車速センサ２３、外気温度センサ２４、その他センサから検出信号が入力し、車両３の各種電気機器を総合的に制御する。特に、本実施形態のコントロールユニット１０には、電池冷却装置１５を作動制御する電池冷却制御部３０が備えられている。
【００１９】
図２は、コントロールユニット１０における電池冷却制御部３０の構成を示すブロック図である。
コントロールユニット１０の電池冷却制御部３０には、内部抵抗演算部３１、電池電流監視部３２、走行速度予測部３３（放熱量推定部）、外気温度予測部３４（放熱量推定部）、電池温度監視部３５、電池発熱量予測部３６（発熱量推定部）、電池放熱量予測部３７（放熱量推定部）、到達電池温度予測部３８(到達温度推定部)、電池冷却ＯＮ/ＯＦＦ判定部３９（冷却装置制御部）が備えられている。
【００２０】
内部抵抗演算部３１は、電池電圧センサ２１から入力した電池電圧と、電池電流センサ２０から入力した入出力電流から、二次電池４の内部抵抗を演算する。
電池電流監視部３２は、電池電流センサ２０から入出力電流を入力する。
走行速度予測部３３は、車両３の走行速度を予測する。車両３の走行速度の予測値は、車速センサ２３によって例えば所定時間前から現状までに検出した車両３の走行速度の平均値を使用すればよい。また、例えば高速道路走行時や渋滞経路走行時のように、ナビゲーションシステム４１（道路情報取得部）により今後の車速が増減予測できる場合には、車速センサ２３によって検出した現状の走行速度を補正し予測値としてもよい。
【００２１】
外気温度予測部３４は、外気温度センサ２４から外気温度を入力する。なお、ナビゲーションシステム４１等により走行先情報や時刻によって外気温度が増減予測できる場合には、外気温度センサ２４によって検出した現状の外気温度を補正してもよい。
電池温度監視部３５は、電池温度センサ２２から電池温度を入力する。
電池発熱量予測部３６は、内部抵抗演算部３１で演算した二次電池４の内部抵抗と、電池電流監視部３２から電池電流を入力して、所定時間当たりの電池発熱量を予測する。電池発熱量は、例えばあらかじめ試験等により確認してマップに記憶しておき、内部抵抗と電池電流に基づいてマップから読み出して求めればよい。一般的には、内部抵抗が大きいほど、あるいは電池電流が大きいほど、発熱量が大きくなる。
【００２２】
電池放熱量予測部３７は、走行速度予測部３３から入力した走行速度予測値と、外気温度予測部３４から入力した外気温度とを入力して、所定時間当たりの電池放熱量を予測する。電池放熱量は、例えばあらかじめ試験等により確認してマップに記憶しておき、走行速度と外気温度に基づいてマップから読み出して求めればよい。一般的には、走行速度が大きいほど、あるいは外気温度が低いほど、電池放熱量が大きくなる。なお、この電池放熱量は、負の値となる。
【００２３】
到達電池温度予測部３８は、電池発熱量予測部３６で予測した所定時間当たりの電池発熱量と、電池放熱量予測部３７で予測した所定時間当たりの電池放熱量と、電池温度監視部３５から入力した現在の電池温度とに基づいて、所定時間経過後の二次電池４の到達温度である到達電池温度を予測する。到達電池温度Ｔrは、例えば下式（1）に示すように、電池発熱量Ｑuと電池放熱量Ｑdとの差を、あらかじめ実験等で確認しておいた二次電池４の熱容量Ｃで除算して温度変化推定値を演算し、この温度変化推定値に現在の電池温度Ｔ0を加算して求める。
【００２４】
Ｔr＝（Ｑu＋Ｑd）/Ｃ＋Ｔ0・・・（1）
電池冷却ＯＮ/ＯＦＦ判定部３９は、到達電池温度予測部３８において演算した到達電池温度に基づいて、図３に示す電池冷却装置のＯＮ/ＯＦＦ判定処理を実行する。
図３に示すように、始めにステップＳ１０では、到達電池温度予測部３８において演算した到達電池温度Ｔrが、冷却開始温度Ｔonより高いか否かを判定する。冷却開始温度Ｔonは、電池冷却装置１５による冷却を必要とする最低温度付近に適宜設定すればよい。但し、電池冷却装置１５の作動により二次電池４からの出力電流が増加して電池発熱量Ｑuが増加するので、電池冷却装置１５による冷却を必要とする最低温度から、電池冷却装置１５の作動による二次電池４の温度上昇分を減算した値に設定するとよい。到達電池温度Ｔrが冷却開始温度Ｔonより高い場合には、ステップＳ３０に進む。到達電池温度Ｔrが冷却開始温度Ｔon以下の場合には、ステップＳ２０に進む。
【００２５】
ステップＳ２０では、到達電池温度予測部３８において演算した到達電池温度Ｔrが、冷却停止温度Ｔoffより低いか否かを判別する。冷却停止温度Ｔoffは、冷却開始温度Ｔonより低い温度に適宜設定すればよい。到達電池温度Ｔrが冷却停止温度Ｔoffより低い場合には、ステップＳ４０に進む。到達電池温度Ｔrが冷却停止温度Ｔoff以上の場合には、ステップＳ５０に進む。
【００２６】
ステップＳ３０では、電池冷却装置１５を作動させて二次電池４の冷却を行う。そして、本ルーチンをリターンする。
ステップＳ４０では、電池冷却装置１５を作動停止させる。そして、本ルーチンをリターンする。
ステップＳ５０では、電池冷却装置１５の作動を現状のまま維持する。そして、本ルーチンをリターンする。
【００２７】
なお、電池冷却制御部３０において到達電池温度Ｔrを予測して電池冷却装置１５を作動制御する一連の制御は、所定時間(例えば数分あるいは数秒)毎に繰り返して実行する。
以上のように、本実施形態では、電池冷却装置１５によって二次電池４を冷却するだけでなく、走行風を導入して二次電池４を冷却することができるので、電池冷却装置１５の負担を軽減し、電池冷却装置１５における電力消費を抑制することができる。
【００２８】
また、電池冷却装置１５における電力消費を抑制することで、電池冷却装置１５の作動による二次電池４からの出力電流を抑制し、二次電池４の温度上昇を更に抑えることができる。
また、二次電池４の発熱量を推定するとともに放熱量を推定して、発熱量と放熱量と電池温度から到達電池温度を推定するので、二次電池４の到達電池温度の推定精度を向上させることができる。これにより、電池冷却装置１５による電力消費を抑え、効率的に二次電池４を冷却することが可能となる。
【００２９】
また、電池冷却制御部３０の電池発熱量予測部３６は、二次電池４の入出力電流と二次電池４の内部抵抗とに基づいて二次電池４の発熱量を推定するので、二次電池４の発熱量を精度よく推定することができる。
一方、電池冷却制御部３０の電池放熱量予測部３７は、車両３の走行速度と車両３の周囲の外気温度とに基づいて、二次電池４の放熱量を推定するので、走行風による二次電池４の放熱量を精度よく推定することができる。
【００３０】
更に、走行速度予測部３３において、車速センサ２３によって検出した車両３の走行速度の所時間における平均値を車両３の走行速度の予測値とし、電池放熱量予測部３７においてこの走行速度の予測値を使用して二次電池４の放熱量を推定するので、車両の走行速度が変化して走行風の風量が変化しても、二次電池４の放熱量を精度よく推定することができる。
【００３１】
また、ナビゲーションシステム４１等により車両３の走行先の道路情報を取得して、車両３の走行速度を補正して二次電池４の放熱量を推定することで、更に走行風による二次電池４の放熱量を精度よく推定することができる。
また、ナビゲーションシステム４１等により取得した車両３の走行先の気温情報や時刻により、外気温度センサ２４によって検出した現状の外気温を補正して二次電池４の放熱量を推定することで、更に走行風による二次電池４の放熱量を精度よく推定することができる。
【００３２】
本実施形態では、以上のように二次電池４の発熱量及び放熱量を精度よく推定することで、二次電池４の到達電池温度の推定精度を向上させることができるので、電池冷却装置１５を必要十分な程度に作動させて二次電池４の電力消費を抑えることができる。したがって、二次電池４が電気自動車の走行駆動用電池である車両３においては、冷却による二次電池４の電力消費を抑えることで、走行可能距離を増加させることができる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、本実施形態では、ダクト１２によりケース１１内に走行風を導入して電池を冷却する構造としたが、走行風により二次電池４を冷却するものであればその他の構成でもよい。例えば二次電池４に接続した伝熱板をケース１１から外方に延設して走行風に当てるように構成し、伝熱板を介して二次電池４を冷却してもよい。
【００３４】
また、電池放熱量予測部３７は、車両３の走行速度予測値と外気温度とから二次電池４の電池放熱量を推定しているが、他の方法で電池放熱量を推定してもよい。
また、電池発熱量予測部３６は、二次電池４の内部抵抗と電池電流とから二次電池４の電池発熱量を推定しているが、他の方法で電池発熱量を推定してもよい。例えば二次電池電池電圧と電池電流値の推移から二次電池４の劣化度を推定し、内部抵抗の代わりに劣化度を使用して電池発熱量を推定してもよい。
【００３５】
また、電池冷却制御部３０は、到達電池温度に基づいて、電池冷却装置１５のＯＮ/ＯＦＦ制御をするが、電池冷却装置１５の冷却能力を段階的あるいは連続的に変化させてもよい。
また、本実施形態の電池冷却システム１は、電気自動車の走行駆動用の二次電池４を冷却するが、走行駆動用以外の車載電池を冷却するものでもよい。また、電気自動車以外の車両においても、車載電池の冷却システムに本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１    電池冷却システム
３    車両
４    二次電池（電池）
１５  電池冷却装置
１２  ダクト（走行風電池冷却部）
１４  電池温度センサ（電池温度検出部）
３３  走行速度予測部（放熱量推定部）
３４  外気温度予測部（放熱量推定部）
３６  電池発熱量予測部（発熱量推定部）
３７  電池放熱量予測部（放熱量推定部）
３８  到達電池温度予測部（到達温度推定部）
３９  電池冷却ＯＮ/ＯＦＦ判定部（冷却装置制御部）
４１  ナビゲーションシステム（道路情報取得部）
【図１】
2020126785.tif 000003
【図２】
2020126785.tif 000004
【図３】
2020126785.tif 000005