(57)【要約】【課題】アルカリ二次電池内でガスが発生し、内圧が上昇した場合であっても、電池温度の上昇を抑制し、車両の燃費悪化を抑制できるようにする。【解決手段】  冷却制御装置５０は、アルカリ二次電池１０に冷却空気を送給する冷却ファン１２を制御する。冷却制御装置５０は、アルカリ二次電池１０内においてガスが発生したことにより内圧Ｐが単位時間当たりに所定量以上増加したことを検知した際に、その検知がされていない場合に比べて、冷却ファン１２の風量を増加させて第１割増風量とするか、又は、アルカリ二次電池１０の開放電圧がガス発生電圧以上になった際に、開放電圧がガス発生電圧に達する前に比べて、冷却ファン１２の風量を増加させて第１割増風量とする。また、冷却制御装置５０は、内圧Ｐが所定値以上になったことを検知した際には、冷却ファン１２の風量を第１割増風量よりも高い風量である第２割増風量とする。【選択図】図１
2018078047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ二次電池に冷却空気を送給する冷却ファンを制御する冷却制御装置であって、
前記アルカリ二次電池内においてガスが発生したことにより内圧が単位時間当たりに所定量以上増加したことを検知した際に、当該検知がされていない場合に比べて、前記冷却ファンの風量を増加させて第１割増風量とするか、又は、前記アルカリ二次電池の開放電圧がガス発生電圧以上になった際に、前記開放電圧が前記ガス発生電圧に達する前に比べて、前記冷却ファンの風量を増加させて前記第１割増風量とし、
前記内圧が所定値以上になったことを検知した際には、前記冷却ファンの風量を前記第１割増風量よりも高い風量である第２割増風量とする、
ことを特徴とする冷却制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載アルカリ二次電池を冷却するために用いられる冷却制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モータを駆動源とする電気自動車、モータとエンジンとを駆動源とするハイブリッド車両などの電動車両が多く用いられている。これらの電動車両では、モータに電力を供給すると共に、モータを発電機として動作させた際の発電電力を充電する充放電可能な二次電池と、二次電池を冷却する冷却装置とが搭載されている。二次電池は、例えば、ニッケル水素二次電池などのアルカリ二次電池である。冷却装置は、制御装置（冷却制御装置）によって制御される冷却ファンの吸引作用により冷却空気を吸い込み、吸い込んだ冷却空気を二次電池の周囲の冷却流路に流して二次電池を冷却するものである。
【０００３】
アルカリ二次電池は、充電の際の電圧上昇に伴いガスが発生し、アルカリ二次電池の内部圧力（内圧）が上昇する。例えば、ニッケル水素二次電池では主に酸素ガスが発生し、内圧が上昇する。
【０００４】
従来から、このようなアルカリ二次電池の内圧上昇を緩和、抑制する技術が開示されている。特許文献１には、アルカリ二次電池の極板間電圧がガスの発生するガス発生電圧まで電圧上昇しないように充電電力を制限する充電制御方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２３９５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、アルカリ二次電池内で発生したガスは、ガス発生する電極と反対側の電極と反応する。例えば、ニッケル水素二次電池は、正極で酸素ガスが発生し、発生した酸素ガスは負極の水素と反応して水に戻る酸素吸収反応が起きる。この吸収時に反応熱（副反応熱）が発生し、電池温度が上昇する。副反応熱は、内部抵抗等によるジュール発熱（主反応熱）よりも大きく、電池温度へ与える影響が大きい。
【０００７】
通常、アルカリ二次電池の電池温度が上昇し高温になった際には、アルカリ二次電池の劣化を防ぐために、アルカリ二次電池の入出力（Ｗｉｎ／Ｗｏｕｔ）が制限される。それにより、ハイブリッド車両の場合には、エンジンの使用頻度が高くなり燃費が悪化し、また排ガスが増加してしまう。
【０００８】
ガスは、アルカリ二次電池の電圧上昇時、すなわち、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ、充電状態）が高くなる時に発生する。よって、ＳＯＣが高くなる場合、例えば、車両が下り坂を下っていく場合等には、充電継続による電圧上昇でガスが発生して内圧が上昇し、副反応熱により電池温度が上昇し、アルカリ二次電池の入出力が制限される。
【０００９】
そこで、本発明は、アルカリ二次電池内でガスが発生し、内圧が上昇した場合であっても、電池温度の上昇を抑制し、車両の燃費悪化を抑制できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の冷却制御装置は、アルカリ二次電池に冷却空気を送給する冷却ファンを制御する冷却制御装置であって、前記アルカリ二次電池内においてガスが発生したことにより内圧が単位時間当たりに所定量以上増加したことを検知した際に、当該検知がされていない場合に比べて、前記冷却ファンの風量を増加させて第１割増風量とするか、又は、前記アルカリ二次電池の開放電圧がガス発生電圧以上になった際に、前記開放電圧が前記ガス発生電圧に達する前に比べて、前記冷却ファンの風量を増加させて前記第１割増風量とし、前記内圧が所定値以上になったことを検知した際には、前記冷却ファンの風量を前記第１割増風量よりも高い風量である第２割増風量とする、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、アルカリ二次電池内においてガスが発生した際と、内圧が高内圧となった際に冷却ファンの風量を段階的に増加させてアルカリ二次電池を冷却するので、電池温度の上昇を効果的に抑制でき、車両の燃費悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態における冷却制御装置と冷却装置との構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における冷却制御装置が行うガス発生時の冷却ファンの風量を設定する為の第１設定値の設定処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態における冷却制御装置が行う高内圧時の冷却ファンの風量を設定する為の第２設定値の設定処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態における冷却制御装置が行う冷却ファンの風量を決定する為の処理の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態におけるアルカリ二次電池の開放電圧ＯＣＶと、内圧Ｐと、冷却ファンの風量設定値との遷移の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。
【００１４】
図１には、本実施形態の冷却制御装置５０と、冷却制御装置５０によって制御されアルカリ二次電池１０の冷却を行う冷却装置６０との構成の一例が示されている。また、図１には、アルカリ二次電池１０、インバータ２８、モータジェネレータ３０も合わせて示されている。
【００１５】
本実施形態のアルカリ二次電池１０と、冷却制御装置５０と、冷却装置６０はハイブリッド車両、電気自動車などの電動車両に搭載されている。
【００１６】
アルカリ二次電池１０は、例えば、ニッケル水素二次電池である。アルカリ二次電池１０は、正極ライン２４と負極ライン２６とを介してインバータ２８に接続されている。インバータ２８は、アルカリ二次電池１０の直流電力を交流電力に変換して車両駆動用のモータジェネレータ３０を駆動する。また、モータジェネレータ３０が発電した交流電力はインバータ２８によって直流電力に変換されてアルカリ二次電池１０に充電される。
【００１７】
冷却装置６０は、吸気ダクト２０と、冷却ファン１２と、排気ダクト２２とを備えている。吸気ダクト２０の一端は、車室内に設けられている吸気口１８に接続されており、吸気ダクト２０の他端は、アルカリ二次電池１０を収容した電池収容ケース２３の入口に接続されている。吸気ダクト２０の内部には、冷却ファン１２が取り付けられている。また、アルカリ二次電池１０の周囲には図示しない冷却流路が備えられている。電池収容ケース２３の出口には、アルカリ二次電池１０を冷却した後の空気を排出する排気ダクト２２が取り付けられている。
【００１８】
図１の太い黒矢印は、冷却空気の流れを示している。冷却装置６０は、冷却ファン１２を駆動させることで、車室の冷却空気を吸気口１８を介して吸気ダクト２０内に取り込む。そして、取り込まれた冷却空気は、吸気ダクト２０を通って電池収容ケース２３に流入し、アルカリ二次電池１０の周囲の冷却流路に導かれることで、アルカリ二次電池１０を冷却する。アルカリ二次電池１０を冷却した後の冷却空気は、電池収容ケース２３の出口を通って、排気ダクト２２から排出される。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の冷却制御装置５０は、アルカリ二次電池１０の内部圧力（内圧）Ｐを検出する圧力センサ３４と、制御部４０とを備えている。圧力センサ３４は、アルカリ二次電池１０の内部に配置されており、アルカリ二次電池１０の内圧Ｐを検出し、検出結果を制御部４０に出力する。制御部４０は、マイクロプロセッサを含み、プログラムを実行することによって、内圧Ｐに基づいて、冷却装置６０の冷却ファン１２を駆動するモータ１６を制御して、冷却ファン１２の回転数（風量）を調整する。なお、モータ１６には補機バッテリから電力が供給される。
【００２０】
アルカリ二次電池１０は、電圧上昇時、すなわち、ＳＯＣが高くなる時に内部でガスが発生し、内圧が上昇し、そのガスが吸収される際の副反応熱により電池温度が上昇してしまう。そこで、本実施形態の冷却制御装置５０は、圧力センサ３４で検出される内圧Ｐを用いて、アルカリ二次電池１０内でのガス発生と、内圧Ｐが高内圧状態であるかを検知し、それらガス発生時と高内圧状態（高内圧時）の際には、冷却ファン１２の風量を増加させて、アルカリ二次電池１０を冷却する。本実施形態では、ガス発生時の冷却ファン１２の風量（第１割増風量）に比べて、高内圧時の冷却ファン１２の風量（第２割増風量）を高くする。
【００２１】
次に、本実施形態の冷却制御装置５０が行う具体的な処理について説明する。本実施形態では、まず、ガス発生時の冷却ファン１２の風量を設定する為の第１設定値と、高内圧時の冷却ファン１２の風量を設定する為の第２設定値とを求める。そして、それら第１設定値と第２設定値とから冷却ファン１２の風量制定値を決定する。
【００２２】
ここで、ガス発生時の冷却ファン１２の風量を設定する為の第１設定値の設定処理について説明する。図２は、本実施形態の冷却制御装置５０が行うガス発生時の冷却ファン１２の風量を設定する為の第１設定値の設定処理の流れの一例を示すフローチャートである。冷却制御装置５０の制御部４０は、所定周期ＴＣ１で図２のフローを実行する。
【００２３】
図２に示すように、まず、Ｓ１００で、制御部４０はガスの発生があったかを確認する。本実施形態では、圧力センサ３４で検出された内圧Ｐが単位時間当たりに所定量Ｐｍ以上増加した場合には、ガスの発生があったと判断する。これは、例えば、内圧Ｐを予め定められた時間間隔Δｔで取得し、前回取得された内圧Ｐ１と今回取得された内圧Ｐ２との差分を計算することで内圧Ｐの増加量ΔＰ（＝Ｐ２−Ｐ１）を取得し、その増加量ΔＰを所定量Ｐｍと比較することで判断することができる。
【００２４】
Ｓ１００で、ガスの発生が無いと判断された場合（Ｓ１００：Ｎｏ）、すなわち、ガスの発生が検知されなかった場合には、Ｓ１０６に進み、第１設定値を通常風量に設定し、この周期の処理を終了する。通常風量とは、内圧Ｐに基づいて冷却ファン１２の風量を増加させていない風量であり、例えば、アルカリ二次電池１０に取り付けられた不図示の温度センサで検出された電池温度に基づいて決定された風量である。
【００２５】
Ｓ１００で、ガスの発生が有ったと判断された場合（Ｓ１００：Ｙｅｓ）、すなわち、ガスの発生が検知された場合には、Ｓ１０２に進み、第１設定値を第１割増風量に設定する。第１割増風量は、通常風量よりも高い風量であり、すなわち、ガスの発生が無いと判断された（ガスの発生が検知されなかった）場合の風量よりも高い風量である。
【００２６】
Ｓ１０２の次は、Ｓ１０４に進み、一定期間が経過するのを待つ。そして、一定期間が経過した場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）には、Ｓ１０６に進み、第１設定値に通常風量を設定して、この周期の処理を終了する。この処理は、ガスの発生を検知した場合に、一定期間だけ冷却ファン１２の風量を増加させて第１割増風量とし、一定期間が経過した際には、冷却ファン１２の風量を通常風量に戻すための処理である。
【００２７】
次に、高内圧時の冷却ファン１２の風量を設定する為の第２設定値の設定処理について説明する。図３は、本実施形態の冷却制御装置５０が行う高内圧時の冷却ファン１２の風量を設定する為の第２設定値の設定処理の流れの一例を示すフローチャートである。冷却制御装置５０の制御部４０は、所定周期ＴＣ２で図３のフローを実行する。
【００２８】
図３に示すように、まず、Ｓ２００で、制御部４０は圧力センサ３４で検出された内圧Ｐが所定値Ｐｔｈ以上であるか、すなわち、高内圧状態であるかを確認する。そして、高内圧状態では無い場合（Ｓ２００：Ｎｏ）、すなわち、高内圧を検知しなかった場合には、Ｓ２０４に進み、第２設定値を通常風量に設定し、この周期の処理を終了する。
【００２９】
一方、Ｓ２００で、高内圧状態である場合（Ｓ２００：Ｙｅｓ）、すなわち、高内圧を検知した場合には、Ｓ２０２に進み、第２設定値を第２割増風量に設定し、この周期の処理を終了する。この第２割増風量は、前述したガス発生時の第１割増風量よりも高い風量である。なお、本実施形態では、一旦、第２設定値を第２割増風量に設定した後は、内圧Ｐが所定値Ｐｔｈ未満になるまで第２設定値を第２割増風量で維持し、内圧Ｐが所定値Ｐｔｈ未満になった際に第２設定値を通常風量に戻す。
【００３０】
次に、第１設定値と第２設定値とから冷却ファン１２の風量設定値を決定する処理について説明する。図４は、本実施形態における冷却制御装置５０の制御部４０が行う冷却ファン１２の風量設定値を決定する為の処理の一例を示す図である。図４に示すように、第１設定値と第２設定値とを比較し、第２設定値の方が大きい場合には冷却ファン１２の風量設定値として第２設定値を用い、そうでない場合には冷却ファン１２の風量設定値として第１設定値を用いる。このように処理することで、より高い風量が設定される第２設定値を優先的に冷却ファン１２の風量設定値として採用することができる。
【００３１】
次に、ガス発生時及び高内圧時の冷却ファン１２の風量設定値の遷移について説明する。図５は、本実施形態におけるアルカリ二次電池１０の開放電圧ＯＣＶ（Ｏｐｅｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ）と、内圧Ｐと、冷却ファン１２の風量設定値との遷移の一例を示す図である。
【００３２】
図５に示すように、ガスはアルカリ二次電池１０の開放電圧ＯＣＶがガス発生電圧Ｖｔｈ以上になった際に発生し、内圧Ｐが上昇する。発生したガスは、ガス発生する電極と反対側の電極において水になる際に副反応熱が発生し、電池温度が上昇する。開放電圧ＯＣＶがガス発生電圧Ｖｔｈ未満となるとガスの発生が止まり、ガスが電解液に吸収されることにより内圧Ｐは徐々に低下するが、再び、開放電圧ＯＣＶがガス発生電圧Ｖｔｈ以上になった際には、ガス発生により内圧Ｐが上昇する。
【００３３】
図５の例では、ｔ１、ｔ２、及びｔ３の時点で、内圧Ｐの単位時間当たりの増加量ΔＰが所定量Ｐｍ以上（図２のＳ１００：Ｙｅｓ）となり、ガスの発生が検知され、冷却ファン１２の風量設定値が通常風量から第１割増風量に増加している。そして、ｔ１、ｔ２の時点から一定期間経過した後（図２のＳ１０４：Ｙｅｓ）、冷却ファン１２の風量設定値が第１割増風量から通常風量に戻っている。
【００３４】
また、ｔ３の時点で、第１割増風量に増加した冷却ファン１２の風量設定値は、ｔ４の時点で、内圧Ｐが所定値Ｐｔｈ以上（図３のＳ２００：Ｙｅｓ）となり、高内圧が検知されたことで、第１割増風量よりも高い風量である第２割増風量に増加している。このように、内圧Ｐが高内圧状態になった際には、電池温度が非常に高くなる為、ガス発生時に比べて、冷却ファン１２の風量をさらに増加させてアルカリ二次電池１０の冷却を行う。そして、図５の例では、ｔ５の時点で、内圧Ｐが所定値Ｐｔｈ未満（図３のＳ２００：Ｎｏ）となることで、冷却ファン１２の風量設定値が通常風量に戻っている。
【００３５】
以上説明した本実施形態の冷却制御装置５０によれば、アルカリ二次電池内においてガスが発生した際と、内圧が高内圧になった際に冷却ファンの風量を段階的に増加させてアルカリ二次電池を冷却するので、電池温度の上昇を効果的に抑制することができる。よって、電池温度が高温になることにより入出力（Ｗｉｎ／Ｗｏｕｔ）制限が行われることを抑制することができ、燃費が悪化することを抑制することができる。特に、車両が下り坂を下っていく場合等には、ＳＯＣが高くなり、充電継続による電圧上昇でガスが発生し、内圧が上昇して、電池温度が上昇し易いが、そのような場合であっても、効果的に電池温度の上昇を抑制でき、燃費が悪化することを抑制することができる。
【００３６】
以上説明した実施形態の冷却制御装置５０は、ガス発生時と高内圧時との２つの時点で、冷却ファン１２の風量を増加させた。しかし、ガス発生時のみに冷却ファン１２の風量を増加させる実施形態であっても良いし、高内圧時のみに冷却ファン１２の風量を増加させる実施形態であっても良い。その場合には、図４に示した冷却ファン１２の風量設定値の決定処理は不要であり、ガス発生時のみに冷却ファン１２の風量を増加させる実施形態であれば第１設定値が冷却ファン１２の風量設定値となり、高内圧時のみに冷却ファン１２の風量を増加させる実施形態であれば第２設定値が冷却ファン１２の風量設定値となる。
【００３７】
また、以上説明した実施形態の冷却制御装置５０は、圧力センサ３４で検出された内圧Ｐが単位時間当たりに所定量Ｐｍ以上増加した場合に、ガスの発生があったと判断した（図２のＳ１００）。しかし、アルカリ二次電池１０内でガスが発生するタイミングは、開放電圧ＯＣＶがガス発生電圧Ｖｔｈ以上となる時である為、開放電圧ＯＣＶを監視して、開放電圧ＯＣＶがガス発生電圧Ｖｔｈ以上になった時にガスの発生があったと判断しても良い。開放電圧ＯＣＶは、アルカリ二次電池１０に負荷（インバータ２８）が接続されている状態での端子間電圧ＣＣＶ（Ｃｌｏｓｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ）を電圧センサで検出し、アルカリ二次電池１０に流れる電流（電流値）Ｉを電流センサで検出することで、次の（数１）式により算出することができる。なお、Ｒはアルカリ二次電池１０の内部抵抗値である。
【００３８】
ＯＣＶ＝ＣＣＶ−（Ｉ×Ｒ）  （数１）
【００３９】
また、以上説明した実施形態の冷却制御装置５０は、圧力センサ３４を用いてアルカリ二次電池１０の内圧Ｐを検出した。しかし、圧力センサ３４を用いずに、アルカリ二次電池１０の開放電圧ＯＣＶや、アルカリ二次電池１０に流れる電流（電流値）Ｉ等を用いて内圧Ｐを算出し、その内圧Ｐを用いて、冷却制御装置５０が冷却ファン１２の風量を制御するとしても良い。内圧Ｐを算出する方法は、例えば、特開２０１１−２３９５７３号公報に開示されている。
【符号の説明】
【００４０】
１０  アルカリ二次電池、１２  冷却ファン、１６  モータ、１８  吸気口、２０  吸気ダクト、２２  排気ダクト、２３  電池収容ケース、２４  正極ライン、２６  負極ライン、２８  インバータ、３０  モータジェネレータ、３４  圧力センサ、４０  制御部、５０  冷却制御装置、６０  冷却装置。
【図１】
2018078047.tif 000003
【図２】
2018078047.tif 000004
【図３】
2018078047.tif 000005
【図４】
2018078047.tif 000006
【図５】
2018078047.tif 000007