(57)【要約】【課題】  車両駆動用バッテリの小型化可能な温度制御システムを提供する。【解決手段】  車両駆動用バッテリの温度制御システム１００は、車両駆動用バッテリ１０と、車両駆動用モータ４０と、第１のラジエータ回路５０と、車両駆動用モータ４０を駆動する駆動回路３２を有するパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）３０と、第２のラジエータ回路６０と、循環回路７０と、を備える。車両駆動用バッテリ１０が所定温度以下である時に、第１のラジエータ回路内の媒体が第１のラジエータ５８内を循環することを第１の弁５１で阻止し、第２のラジエータ回路内の媒体が第２のラジエータ６８内を循環することを第２の弁６２で阻止し、第１のラジエータ回路及び第２のラジエータ回路内の媒体が循環回路内を循環することを第３及び第４の弁７３，７４で許可し、且つ、駆動回路３２の電力変換効率を低下させた状態で駆動回路３２を動作させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両駆動用バッテリと、
前記車両駆動用バッテリからの電力により車両駆動用モータと、
前記車両駆動用バッテリを冷却可能である第１のラジエータ回路と、
前記車両駆動用モータを駆動する駆動回路を有するパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）と、
前記車両駆動用モータ及び前記駆動回路を冷却可能である第２のラジエータ回路と、
前記第１のラジエータ回路内の媒体と前記第２のラジエータ回路内の媒体とを循環可能である循環回路と、
を備え、
前記車両駆動用バッテリが所定温度以下である時に、前記第１のラジエータ回路内の前記媒体が第１のラジエータ内を循環することを第１の弁で阻止し、前記第２のラジエータ回路内の前記媒体が第２のラジエータ内を循環することを第２の弁で阻止し、前記第１のラジエータ回路内の前記媒体が前記循環回路内を循環することを第３の弁で許可し、前記第２のラジエータ回路内の前記媒体が前記循環回路内を循環することを第４の弁で許可し、且つ、前記駆動回路の電力変換効率を低下させた状態で前記駆動回路を動作させることを特徴とする車両駆動用バッテリの温度制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車（ＥＶ）等の車両に搭載される駆動用バッテリの温度（バッテリ温度）を制御するシステムに関し、特に、外気温が低いために始動前のバッテリ温度が低くなっている時に、そのバッテリ温度を上昇させることができる。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示された車両の暖機制御装置によれば、暖機用ヒータを車両に搭載させて、暖機用ヒータは、バッテリから供給される電流や外部電源から供給される電流を用いて、車両の暖機用の熱を発生させることができる（特許文献１の段落［００２０］）。ここでいう暖機用の熱とは、車両の冷態始動時にパワープラント（動力装置）を暖めるための熱全般を意味し、例えばバッテリや走行用のモータを昇温させるために用いられる。また、電動モータの他にエンジンを備えたハイブリッド車両の場合には、エンジン本体やエンジンオイル、エンジン冷却水、その他の車載装置等を暖めるためにその熱が用いられる。特許文献１に開示された車両の暖機制御装置では、おもに外部電源によるバッテリの充電後に、バッテリの昇温のためにヒータが用いられるものとする。なお、バッテリを昇温させる暖機制御は、バッテリの充電後だけでなく、充電前や充電中に実施してもよい（特許文献１の段落［００２０］）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０２７２２０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、暖機用ヒータは、消費電力が比較的に大きいという欠点を有する。また、暖機用ヒータで駆動用バッテリを温めるには、駆動用バッテリの周辺に暖機用ヒータを配置する必要があり、その配置スペースが駆動用バッテリ専用で必要になるという欠点を有する。
【０００５】
本発明の１つの目的は、車両駆動用バッテリの小型化可能な温度制御システムを提供することである。本発明の他の目的は、以下に例示する態様及び最良の実施形態、並びに添付の図面を参照することによって、当業者に明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下に、本発明の概要を容易に理解するために、本発明に従う態様を例示する。
【０００７】
本態様において、車両駆動用バッテリの温度制御システムは、車両駆動用バッテリと、前記車両駆動用バッテリからの電力により車両駆動用モータと、前記車両駆動用バッテリを冷却可能である第１のラジエータ回路と、前記車両駆動用モータを駆動する駆動回路を有するパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）と、前記車両駆動用モータ及び前記駆動回路を冷却可能である第２のラジエータ回路と、前記第１のラジエータ回路内の媒体と前記第２のラジエータ回路内の媒体とを循環可能である循環回路と、
を備え、
前記車両駆動用バッテリが所定温度以下である時に、前記第１のラジエータ回路内の前記媒体が第１のラジエータ内を循環することを第１の弁で阻止し、前記第２のラジエータ回路内の前記媒体が第２のラジエータ内を循環することを第２の弁で阻止し、前記第１のラジエータ回路内の前記媒体が前記循環回路内を循環することを第３の弁で許可し、前記第２のラジエータ回路内の前記媒体が前記循環回路内を循環することを第４の弁で許可し、且つ、前記駆動回路の電力変換効率を低下させた状態で前記駆動回路を動作させる。
【０００８】
本態様によれば、電力変換効率が低下しているので、駆動回路での熱が通常時よりも故意に増加している。その熱を循環回路を介して第２のラジエータ回路から第１のラジエータ回路に移動させ、結果として、車両駆動用バッテリを温めることができる。車両駆動用バッテリの温度を調整可能である第１のラジエータ回路は、既存回路であるため、駆動用バッテリの周辺に暖機用ヒータを配置する場合と比べて、循環回路の配置スペースは、小型化することができる。
【０００９】
当業者は、例示した本発明に従う態様が、本発明の精神を逸脱することなく、さらに変更され得ることを容易に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、車両駆動用バッテリの温度制御システムの構成例を説明するための概略ブロック図であり、図１（Ａ）は、車両駆動用バッテリの温度が低温でない時の通常動作（通常走行）時の媒体（冷却水）の流れを示し、図１（Ｂ）は、車両駆動用バッテリの温度が低温である時のヒート動作時の媒体の流れを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に説明する最良の実施形態は、本発明を容易に理解するために用いられている。従って、当業者は、本発明が、以下に説明される実施形態によって不当に限定されないことを留意すべきである。
【００１２】
図１（Ａ）を参照する。図１（Ａ）は、車両駆動用バッテリ１０の温度が低温でない時の通常動作（通常走行）時の媒体（冷却水）の流れを示す。言い換えれば、電気自動車（ＥＶ）等の車両が走行する時に、車両駆動用バッテリ１０の電力が消費されて、或いは、電力が充電されて、車両駆動用バッテリ１０の発熱を抑制するために、車両駆動用バッテリ１０を冷却可能である第１のラジエータ回路５０が設けられている。すなわち、車両が走行する時に、第１のラジエータ回路５０内を循環する媒体の熱は、第１のラジエータ５８を介して車外に放出され、冷却水となって、車両駆動用バッテリ１０の周辺を循環又は流れることができる。
【００１３】
図１（Ａ）の例において、第１のラジエータ回路５０には第１の循環ポンプ５９（ウォータポンプ）及び第１の弁５１が設けられおり、車両駆動用バッテリ１０の温度に応じて、第１の循環ポンプ５９が動作し、また、必要に応じて、第１の弁５１の開度（媒体の流量）が調節される。図１（Ａ）の例では、第１の弁５１は、全開され、好ましくは電動ポンプである第１の循環ポンプ５９によって、冷却水が第１のラジエータ５８から車両駆動用バッテリ１０に流入する。
【００１４】
一般に、車両駆動用バッテリ１０の定格温度と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）３０及び車両駆動用モータ４０の定格温度とは、異なるので、第１のラジエータ回路５０内の媒体が第２のラジエータ回路６０内に混合しないように、冷却水路が分離されたパワーコントロールユニット３０及び車両駆動用モータ４０を冷却可能である第２のラジエータ回路６０が設けられている。なお、パワーコントロールユニット３０は、主として発熱する駆動回路３２を備え、車両が走行する時に、第２のラジエータ回路６０内を循環する媒体の熱は、第２のラジエータ６８を介して車外に放出され、冷却水となって、パワーコントロールユニット３０（特に、駆動回路３２）及び車両駆動用モータ４０の周辺を循環又は流れることができる。
【００１５】
図１（Ａ）の例において、第２のラジエータ回路６０には第２の循環ポンプ６９（ウォータポンプ）及び第２の弁６２が設けられおり、パワーコントロールユニット３０及び車両駆動用モータ４０の温度に応じて、第２の循環ポンプ６９が動作し、また、必要に応じて、第２の弁６２の開度（媒体の流量）が調節される。図１（Ａ）の例では、第２の弁６２は、全開され、好ましくは電動ポンプである第２の循環ポンプ６９によって、冷却水が第２のラジエータ６８からパワーコントロールユニット３０及び車両駆動用モータ４０に流入する。
【００１６】
図１（Ａ）の例において、車両駆動用バッテリ１０は、例えば数百［Ｖ］以上の高圧のバッテリであり、パワーコントロールユニット３０は、例えば電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両の車輪を回転させる車両駆動用モータ４０（例えば３相のモータ）を駆動するための駆動回路３２（例えばＤＣ−ＡＣインバータ回路）を有している。なお、車両駆動用モータ４０を駆動する駆動回路３２の構成は、既知であるので、その説明を省略するが、例えば、特開２０１８−０８２５９６号公報（インバータ回路Ｔｒ１〜Ｔｒ６）、特開２０１８−１０７８９３号公報（モータ駆動用インバータＩｍ）等に開示されている。
【００１７】
図１（Ａ）のＪ／Ｂ（ジャンクションボックス）２０は、車両駆動用バッテリ１０の電力を供給／遮断可能なリレー回路等を含むことができ、車両駆動用バッテリ１０の電極又は端子を保護することができる。
【００１８】
図１（Ｂ）を参照する。図１（Ｂ）は、車両駆動用バッテリ１０の温度が低温である時のヒート動作時の媒体の流れを示す。車両駆動用バッテリ１０は、その性能を確保するために、定格温度を有している。言い換えれば、真冬の朝等、車両の始動時には、車両駆動用バッテリ１０の温度が低温であるため、その性能が低下している。したがって、その性能を向上又は確保するために、特許文献１では、専用のヒータが設けられていた。
【００１９】
本発明に従う実施形態では、図１（Ｂ）に示されるように、車両又は車両駆動用バッテリ１０の温度制御システム１００は、そのようなヒータを有していない。言い換えれば、車両駆動用バッテリ１０の性能低下は、既知であるので、車両駆動用バッテリ１０の具体的な仕様に応じて、温度制御システム１００は、閾値又は低温を適宜設定することができる。但し、図１（Ｂ）の温度制御システム１００は、従来のヒータの代わりに、循環回路７０を備えている。また、後述するように、温度制御システム１００は、車両駆動用バッテリ１０の低温時に、駆動回路３２の電力変換効率を低下させた状態で駆動回路３２を動作させることを特徴とする。
【００２０】
なお、車両駆動用バッテリ１０の温度が閾値以下（低温）であるか否かは、パワーコントロールユニット３０の演算部（ＣＰＵ）が実施してもよく、図示されないバッテリコントコントロールユニットが実施してもよく、或いは、それらを統合するビークルパワーコントロールユニット（ＶＣＵ）が実施してもよい。同様に、他の判定、他の制御は、どの演算部が実際してもよい。
【００２１】
車両駆動用バッテリ１０の温度が閾値（所定温度）以下である時に、第１のラジエータ回路５０内の媒体（好ましくは、不凍液兼冷却水）が第１のラジエータ５８内を循環することを第１の弁５１で阻止し、第２のラジエータ回路６０内の媒体が第２のラジエータ６８内を循環することを第２の弁６２で阻止し、第１のラジエータ回路５０内の媒体が循環回路７０内を循環することを第３の弁７３で許可し、第２のラジエータ回路６０内の媒体が循環回路７０内を循環することを第４の弁７４で許可する。図１（Ｂ）の例では、第１の弁５１及び第２の弁６２は、全閉され、第３の弁７３及び第４の弁７４は、全開され、第１の循環ポンプ５９及び第２の循環ポンプ６９によって、媒体は、第１のラジエータ５８及び第２のラジエータ６８に流入しないで、循環回路７０は、第１のラジエータ回路５０内の媒体と第２のラジエータ回路６０内の媒体とを循環する。
【００２２】
図１（Ｂ）の例において、駆動回路３２の電力変換効率が低下しているので、駆動回路３２での熱が通常時よりも故意に増加している。その熱を循環回路７０を介して第２のラジエータ回路６０から第１のラジエータ回路５０に移動させ、結果として、車両駆動用バッテリ１０を温めることができる。
【００２３】
一例として、図示されないビークルパワーコントロールユニット（ＶＣＵ）が車両駆動用バッテリ１０の温度が所定温度以下であるか否かを判定するとともに、好ましくは、ＶＣＵは、車両駆動用バッテリ１０の温度が所定温度以下であり、且つ、車両駆動用モータ４０の図示されない始動スイッチ（例えばスタートボタン）がオンされる時に、図１（Ｂ）のラジエータ回路を採用又は実施する。その後、車両駆動用バッテリ１０の温度が所定温度を超える時に、例えばＶＣＵは、図１（Ａ）のラジエータ回路を採用又は実施し、且つ、駆動回路３２の電力変換効率を低下させた状態を通常状態に戻す。なお、例えばＶＣＵは、車両駆動用モータ４０の始動スイッチがオンされたか否かを判定する代わりに、車両駆動用モータ４０の始動タイマーがオンされたか否かを判定し、図１（Ｂ）のラジエータ回路を採用又は実施してもよい。
【００２４】
図１（Ｂ）の例において、駆動回路３２の電力変換効率が低下している状態とは、例えば、駆動回路３２又はＤＣ−ＡＣインバータ回路を構成する各スイッチング素子の駆動を上下アームスイッチング素子から片アームスイッチングに変更すること、各スイッチング素子をＰＷＭ制御する時のパルス幅変調周期を決定する周波数（キャリア周波数）を増加すること、各スイッチング素子のゲート抵抗（立ち上がり時間Ｔｒ及び立ち下がり時間Ｔｆ）を増加させること、各スイッチング素子のゲート電圧を低下（コレクタ−エミッタ間飽和電圧ＶCE(sat)を増加）させること、等である。
【００２５】
加えて、駆動回路３２の電力変換効率が低下している状態とは、車両の停止時においても、車両駆動用モータ４０が回転しない程度の電流（所定電流）を駆動回路３２で生成することであり、好ましくは、車両の停止時において駆動回路３２は、車両駆動用モータ４０が回転しない最大電流を生成し、車両駆動用モータ４０にその最大電流を流すことができる。
【００２６】
なお、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）３０が例えば特開２０１８−１０７８９３号公報に開示されるように、モータ駆動用インバータＩｍだけでなく、他のインバータ（発電用インバータＩｇ）等のパワー回路を更に備える時に、図１（Ｂ）のパワーコントロールユニット３０は、全体として、変換効率を低下させて、熱をより多く発生させてもよい。
【００２７】
更に、第２のラジエータ回路６０が例えばビークルパワーコントロールユニット（ＶＣＵ）も冷却可能である時に、ＶＣＵに供給される電圧を高い電圧から低い電圧に変動させる等、過渡応答によるエネルギロスを増加させて、その熱で、車両駆動用バッテリ１０を温めることもできる。
【００２８】
本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されず、また、当業者は、上述の例示的な実施形態を特許請求の範囲に含まれる範囲まで、容易に変更することができるであろう。
【符号の説明】
【００２９】
１０・・・車両駆動用バッテリ、２０・・・ジャンクションボックス、３０・・・パワーコントロールユニット、３２・・・駆動回路、４０・・・車両駆動用モータ、５０，６０・・・ラジエータ回路、５１，６２・・・弁、５８，６８・・・ラジエータ、５９，６９・・・循環ポンプ、７０・・・循環回路、７３，７４・・・弁、１００・・・温度制御システム。
【図１】
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