(57)【要約】【課題】組電池を構成する単位電池間に電池温度のばらつきがあっても均一な電池冷却を可能とする冷却制御装置を提供する。【解決手段】冷却ファン１２は複数の単位電池から構成された組電池を冷却する。複数の単位電池の温度を温度検出部６０１で検出する。検出された電池温度間の差異ΔＴ＝Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎが所定値Ｔ１以上になると、制御部６０５が冷却ファン１２をオンし、所定値以下Ｔ２になるとオフ制御する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位電池から構成された組電池を冷却する冷却装置を制御するための冷却制御装置であって、
複数の単位電池の温度を検出する温度検出手段と、
検出された電池温度間の差異（以下、温度差）に基づいて、前記冷却装置を制御する制御手段とを備えることを特徴とする組電池の冷却制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却制御装置において、
前記制御手段は、前記温度差が所定値以上のときに、前記冷却装置による冷却性能を増大するよう当該冷却装置を制御することを特徴とする組電池の冷却制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の冷却制御装置において、
前記制御手段は、前記温度差が第１の値で前記冷却装置を起動し、前記温度差が前記第１の値より小さい第２の値で前記冷却装置を停止することを特徴とする冷却制御装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の冷却制御装置において、
前記温度検出手段は、温度検出対象である複数の単位電池のうち、温度が最高である電池の温度と、温度が最低である電池の温度とを検出し、
前記制御手段は、前記最高の温度と前記最低の温度との温度差が所定値以上の場合、前記冷却装置による冷却性能を増大するよう当該冷却装置を制御することを特徴とする冷却制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の冷却制御装置において、
温度検出対象である複数の単位電池のうち、最高温度が検出される電池の温度変化を検出する変化検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記最高温度が検出される電池の温度変化が所定の基準以下になると、前記冷却装置による冷却性能を低減するよう当該冷却装置を制御することを特徴とする冷却制御装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の冷却制御装置において、
前記組電池は、ハイブリッド車両又は電気自動車に設けられたものであることを特徴とする冷却制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の組電池、冷却装置および冷却制御装置と、
前記組電池で駆動されるモータとを有することを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池の冷却装置を制御する冷却制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッド車両や電気自動車の駆動源であるモータの電力源として、複数の単位電池を直列接続した組電池が用いられている。この組電池の過度の温度上昇を抑制するため、組電池の冷却装置が知られている。例えば特開平１０−３０６７２２号公報（特許文献１）は、複数の単位電池の温度を検出し、検出された電池温度の平均値に基づいて、組電池を冷却する冷却ファンの風量を変化させることを開示している。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３０６７２２号公報（段落００７０等）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、組電池を構成するすべての単位電池の温度が一様な温度にはならず、単位電池の配列位置によってばらつきが生じることがある。この場合、複数の単位電池の温度の平均値に基づいて冷却制御しても、一部に高温の電池が残り、均一な電池冷却が行われない可能性があった。
【０００５】
本発明は、組電池を構成する単位電池間に電池温度のばらつきがあっても十分な電池冷却を可能とする冷却制御装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の単位電池から構成された組電池を冷却する冷却装置を制御するための冷却制御装置に関し、複数の単位電池の温度を検出する温度検出手段と、検出された電池温度間の差異に基づいて、前記冷却装置を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、組電池を構成する単位電池間に電池温度のばらつきがあっても均一な電池冷却を可能とする冷却制御装置を提供することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【０００９】
＜１．駆動系の全体構成＞
図１は本発明の実施形態による冷却制御装置を備えるハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の駆動系の概略構成を示す図である。エンジン１の主軸には、動力分割機構１０を介して電動モータ２の回転子が連結されている。エンジン１および／またはモータ２による駆動力は、図示しない駆動系を介して車軸に伝達される。発電機１１は動力分割機構１０に連結され、エンジン１により駆動されて発電を行う。インバータ３は、二次電池で構成されたバッテリー４からの直流電力を交流電力に変換してモータ２に供給する一方、充電時にはモータ２および／または発電機１１からの交流電力を直流電力に変換してバッテリー４へ供給する。
【００１０】
バッテリー４は複数（例えば２４０個）の単位電池（セル）から構成された組電池である。個々の単位電池としては、例えば、ニッケル水素電池等が用いられ、これら単位電池が直列に接続される。温度センサ９は、これら単位電池ごとに設けられている。バッテリー４は電池収容ケース２０内に収容されている。電池収容ケース２０には、冷却風を電池収容ケース２０内に吸引する吸気開口部２１と、冷却風を電池収容ケース２０から排出する排気開口部２２とが設けられている。排気開口部２２には冷却装置である冷却ファン１２が設けられている。バッテリーコントローラ６は、マイクロコンピュータとその周辺部品から構成されている。
【００１１】
このハイブリッド電気自動車は、発進時および低速走行時には、モータ２により車軸を駆動することで、低速トルクの高いモータの特性を発揮させる。通常走行時には、エンジン１およびモータ２により車軸を駆動する。そして制動時には、車軸の回転によりモータ２を駆動させ、回生発電を行ってバッテリー４に充電する。これとは別にバッテリー４の充電量が少なくなったときは、エンジン１による発電機１１の駆動により充電を行う。
【００１２】
バッテリーコントローラ６には、電圧センサ７で検出されるバッテリー４の電圧値、電流センサ８で検出される充放電電流値および温度センサ９で検出されるバッテリー４の各単位電池の温度値が入力される。バッテリーコントローラ６は、これらの値に基づいてバッテリー４の充放電制御を行うとともに、後述するプログラムに従って冷却ファン１２の運転を制御する。
【００１３】
＜２．冷却制御装置の機能＞
図２は、冷却制御装置であるバッテリーコントローラ６の機能ブロック図である。バッテリーコントローラ６は、バッテリーの冷却制御のための各種演算を行う演算部６０と、それら演算を行うためのデータを記憶する記憶部６２とを有している。
【００１４】
演算部６０は、温度センサ９からの各単位電池の温度情報を検知する温度検知部６０１と、検知された単位電池の温度に基づいて最高温度と最低温度との差など各種パラメータを算出するパラメータ算出部６０２と、算出されたパラメータと記憶部６２の基準値とを比較する基準値比較部６０３と、冷却ファン１２の現在の動作状態を判定する動作状態判定部６０４と、基準値比較部６０３や動作状態判定部６０４における結果に基づき冷却ファン１２のオンオフなどの制御信号を出力する制御部６０５と、を備えている。
【００１５】
＜３．第１実施形態の処理＞
図３は、演算部６０で実行される冷却ファン制御プログラムの処理手順を示すフローチャートである。図４は、上記冷却ファン制御におけるバッテリー温度と冷却ファン風量との関係を示す図である。
【００１６】
車両のイグニッションスイッチがオンされると、冷却ファン制御プログラムが起動され、図３に示す一連の処理が、所定間隔で、例えば、所定時間毎にまたは所定走行距離毎に実行される。図３のステップＳ１では、温度検知部６０１により、温度センサ９から各単位電池の温度データが取り込まれ、電池温度が検出される。各単位電池の電池温度がすべて検出されると、それら電池温度の中から、最高電池温度Ｔｍａｘおよび最低電池温度Ｔｍｉｎが検出される（ステップＳ２、Ｓ３）。次に、パラメータ算出部６０２により、上記最高電池温度と上記最低電池温度との差ΔＴが、ΔＴ＝Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎによって算出される（ステップＳ４）。
【００１７】
次に、基準値比較部６０３により、上記最高電池温度と最低電池温度との差ΔＴが、所定の温度差Ｔ２未満であるかどうかを判定する（ステップＳ５）。ΔＴがＴ２未満であるときは（Ｓ５：ＹＥＳ）、冷却ファン１２をＯＦＦにする信号を制御部６０５より出力し（Ｓ６）、一連の動作を終了して次の動作開始を待つ。
【００１８】
上記最高電池温度と最低電池温度との差ΔＴが、所定の温度差Ｔ２以上であるときは（Ｓ５：ＮＯ）、ΔＴが所定の温度差Ｔ１未満であるかどうかを判定する（ステップＳ７）。ここでＴ１はＴ２より大きい値であり、冷却開始を必要と判断すべき温度差として設定されるものである。Ｔ１およびＴ２は記憶部６２に記憶されている。ΔＴがＴ１未満であるとき（Ｓ７：ＹＥＳ）、つまり、Ｔ２≦ΔＴ＜Ｔ１の範囲にあるときは、次に詳述するステップＳ８以降の処理により、冷却ファン１２の現状の動作を維持する。
【００１９】
ステップＳ８においては、動作状態判定部６０４により、冷却ファン１２がＯＦＦかどうかを判定する。冷却ファン１２がＯＦＦであるか否かの判定は、本実施形態では、記憶部６２に制御履歴の一部を記憶させ、この記憶に基づいて冷却ファン１２の動作状態を判定する。記憶部６２には、例えば冷却ファン１２のＯＮまたはＯＦＦを示す１ビット（０または１）の信号を記憶させる。また、図示しない通電センサにより冷却ファン１２の電機子の通電を感知することで、冷却ファンのＯＮ／ＯＦＦを判定しても良い。
【００２０】
冷却ファン１２がＯＦＦであった場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、ステップＳ６に進んで冷却ファン１２のＯＦＦ信号を出して一連の動作を終了し、次の動作開始を待つ。冷却ファン１２がＯＮであった場合（Ｓ８：ＮＯ）、ステップＳ９に進んで冷却ファン１２のＯＮ信号を出して一連の動作を終了し、次の動作開始を待つ。
なお、このように処理が現状維持であるときは、冷却ファン１２のＯＮまたはＯＦＦの信号は出さなくても良い。従って、図２の動作状態判定部６０４の機能や図３のステップＳ８の処理は、本実施形態では省略することも可能である。
【００２１】
上記最高電池温度と最低電池温度との差ΔＴが、所定の温度差Ｔ１以上であるときは（Ｓ７：ＮＯ）、冷却ファン１２のＯＮ信号を出力し（Ｓ９）、一連の動作を終了して次の動作開始を待つ。
【００２２】
以上のようにして、図４に示すように、最高電池温度と最低電池温度との差ΔＴがＴ１以上となったときに冷却ファン１２を駆動し、Ｔ２未満となったときに冷却ファン１２を停止させる。このように本実施形態では、Ｔ２以上Ｔ１未満の範囲でヒステリシスを持たせている。
【００２３】
なお、上記のような１段階（ＯＮ、ＯＦＦ）の制御に限らず、２段階（ＯＦＦ、Ｌｏ、Ｈｉ）、３段階（ＯＦＦ、Ｌｏ、Ｍｉｄ、Ｈｉ）の制御にしても良い。
この場合、所定の条件が成立したとき冷却ファン１２による冷却性能を増加させ、あるいは冷却性能を低下させるように、段階的に冷却性能を制御することができる。例えば、冷却開始の条件が成立してＬｏで冷却ファン１２が回転しているとき、冷却性能を増加する条件が成立したときは、冷却ファン１２をＨｉで回転させるような制御も採用できる。同様に、冷却ファン１２をＨｉで回転させているとき、冷却性能を低減する条件が成立したときは、冷却ファン１２をＬｏで回転させるような制御も採用できる。
なお、この明細書においては、冷却ファン１２が停止から起動された場合も冷却性能を増加する制御であり、反対に、回転中の冷却ファン１２が停止された場合も冷却性能を低減する制御と呼ぶことにする。
【００２４】
＜４．第１実施形態の作用および効果＞
図５は、第１実施形態による冷却ファン１２の制御における最高電池温度Ｔｍａｘと最低電池温度Ｔｍｉｎの時間による変化を示すグラフである。充放電によって生じる発熱量は、全単位電池が直列となっており電流値が同じであるため、どの単位電池も同じである。しかし、組電池から奪われる熱量は、単位電池の配列位置によって異なる場合がある。まず、冷却ファン１２をＯＮにし強制冷却した場合は、冷却風は強制的にすべての単位電池にほぼ均等に行き渡る。電池からの発熱量よりも冷却風によって奪われる熱量の方が大きい場合、奪われる熱量は、電池温度と冷却風の温度差によって決まるということができる。つまり、図５に示すように、電池温度がより高い電池ほど早く冷やされ、低い電池ほどゆっくり冷やされるため、電池温度のばらつきは減少する。これに対して、冷却ファン１２をＯＦＦにした自然対流冷却の場合は、組電池内の個々の単位電池の配列位置によって、冷却スピードに差が生じる。例えば、電池収容ケース２０の中央付近の単位電池は暖まり易く、端の方に配列された単位電池は組電池の外側に存在する空気によって冷やされ易い。そのため電池温度にばらつきが生じる。
【００２５】
ここで、従来例のように複数の単位電池の温度の平均値に基づいて冷却ファン１２を制御した場合、組電池全体として温度が下がったようでも、一部に温度の高い単位電池が残ったまま冷却ファン１２をＯＦＦにしてしまう可能性がある。
すると電池性能にばらつきが生じ電池システムの性能を十分に発揮することができなくなる可能性がある。
【００２６】
本実施形態によれば、最高電池温度と最低電池温度との差に基づいて冷却ファンを制御するので、従来技術の問題点を解消し、電池温度を均一化させて電池性能を有効に発揮させることができる。
【００２７】
＜５．第２実施形態の処理＞
図６は、本発明の第２実施形態による冷却ファン制御プログラムの処理手順を示すフローチャートである。図３と同様の処理には同一の符号を付してその説明を省略し、第１実施形態との相違点を中心に説明する。第２実施形態では、最高電池温度Ｔｍａｘの時間当たりの変化率を検出し、その絶対値（｜ｄＴ／ｄｔ｜）が所定の値Ｔ３以下になった場合に、冷却ファン１２をＯＦＦさせる処理を行う。
【００２８】
最高電池温度の変化率（ｄＴｍａｘ／ｄｔ）の検出は、温度差ΔＴがＴ２≦ΔＴ＜Ｔ１の範囲にあり（Ｓ７：ＹＥＳ）、かつ現在冷却ファン１２がＯＮである（Ｓ８：ＮＯ）場合に行われる（ステップＳ１０）。最高電池温度の変化率ｄＴｍａｘ／ｄｔの検出は、過去の最高電池温度Ｔｍａｘの測定結果を記憶しておき、直近の複数回の測定結果から算出することにより行う。この算出は、本発明の変化検出手段として機能するパラメータ算出部６０２により行われる。
【００２９】
算出された最高電池温度の変化率の絶対値｜ｄＴｍａｘ／ｄｔ｜が、所定値Ｔ３以下である場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、冷却ファン１２をＯＦＦとする信号を出力する（Ｓ６）。一方、最高電池温度の変化率の絶対値｜ｄＴｍａｘ／ｄｔ｜が所定値Ｔ３を超えている場合（Ｓ１１：ＮＯ）、第１実施形態と同様、冷却ファンをＯＮのままとして（Ｓ９）一連の処理を終了する。
【００３０】
なお、上記のような１段階（ＯＮ、ＯＦＦ）の制御に限らず、２段階（ＯＦＦ、Ｌｏ、Ｈｉ）、３段階（ＯＦＦ、Ｌｏ、Ｍｉｄ、Ｈｉ）の制御にしても良い。
【００３１】
＜６．第２実施形態の効果＞
図７は、第２実施形態の冷却制御による電池温度の時間による変化を示すグラフである。上述のように、電池から奪われる熱量は、電池温度と冷却風温度との差によって決まる。本実施形態による制御は、いったん冷却ファン１２をオンして強制冷却を開始した後は、最高電池温度Ｔｍａｘの温度低下率が所定値を越えている間は冷却ファン１２による強制冷却が継続され、最高電池温度Ｔｍａｘの温度低下率が所定値以下になったときに冷却ファン１２を停止させる。したがって、冷却効率の高い温度状況でのみ冷却ファン１２を動かすことができ、システムのエネルギー効率を向上させ、ひいては燃費を向上させることができる。特に、冷却風の温度が電池温度に対してあまり低くない場合に冷却効率が悪くなりやすいので、本実施形態が有効である。
【００３２】
＜７．その他＞
上述した実施の形態では、パラレルＨＥＶに搭載される駆動用バッテリーを例に説明したが、本発明はこれに限らず、種々の二次電池の電池冷却装置に適用することができる。
【００３３】
以上の実施の形態はあくまでも一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明による冷却制御装置は上記の構成に限定されることはない。一例として次のような変形例を示す。
【００３４】
上述した実施の形態では、組電池を構成する単位電池のすべてにつき温度センサを設けて電池温度を検出することとしたが、複数の単位電池のうち幾つかを選択して温度を検出してもよい。例えば、１まとまりの単位電池（例えば２０セル）を１モジュールとし、１モジュールにつき１つの温度センサを設けることとしても良い。この場合、モジュールごとに温度が検出され、上述したように電池冷却制御が行われる。
【００３５】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、バッテリーコントローラ６は冷却制御装置を、冷却ファン１２は冷却装置を、パラメータ算出部６０２は変化検出手段をそれぞれ構成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による冷却制御装置を備えるハイブリッド電気自動車の駆動系の概略構成を示す図である。
【図２】冷却制御装置であるバッテリーコントローラの機能ブロック図である。
【図３】第１実施形態による冷却ファン制御プログラムの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態の制御におけるバッテリー温度と冷却ファン風量との関係を示す図である。
【図５】第１実施形態による制御における最高電池温度Ｔｍａｘと最低電池温度Ｔｍｉｎの時間による変化を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態による冷却ファン制御プログラムの処理手順を示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態の冷却制御による電池温度の時間による変化を示すグラフである。
【符号の説明】
６  バッテリーコントローラ（冷却制御装置）
１２  冷却ファン（冷却装置）
６０１  温度検出部（温度検出手段）
６０２  パラメータ算出部（変化検出手段）
６０５  制御部（制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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