(57)【要約】【課題】ハイブリッド車両において使用される電池の冷却系異常検出システムに関し、特に、冷却風流路に詰まりが発生した場合にも電池温度を正常値に保つ冷却系異常検出システムにを提供する。【解決手段】  複数の直列接続されたセルによって構成された組電池５０１と、組電池５０１に配設された冷却風流路と、冷却風流路に送風を行う冷却ファン２０３と、冷却風流路の異常を検出する異常検出手段と、を備え、異常検出手段が冷却風流路の異常を検出した場合は、冷却ファン２０３を逆転作動することで前記冷却風流路の送風の向きを逆転させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の直列接続されたセルによって構成された組電池と、
前記組電池に配設された冷却風流路と、
前記冷却風流路に送風を行う冷却ファンと、
前記冷却風流路の異常を検出する異常検出手段と、
を備え、
前記異常検出手段が前記冷却風流路の異常を検出した場合は、前記冷却ファンを逆転作動することで前記冷却風流路の送風の向きを逆転させることを特徴とする電池冷却系異常検出システム。
【請求項２】
前記冷却風流路に異常を検出した場合は、該異常の検出を運転者に報知することを特徴とする請求項１に記載の電池冷却系異常検出システム。
【請求項３】
前記冷却ファンの逆転作動により、前記冷却風流路の異常が解消された場合に、該異常の解消を運転者に報知することを特徴とする請求項１又は２に記載の電池冷却系異常検出システム。
【請求項４】
前記異常検出手段は、
前記組電池を構成するセルの温度を検出する温度検出部と、前記組電池の充放電量を演算する充放電量演算手段と、を備え、
前記温度検出部によって検出した温度から、所定の時間内の温度変化を演算し、
前記充放電量演算手段によって演算された充放電量から、所定の時間内の充放電量の積算値を演算し、
前記演算した温度変化と充放電量の積算値とに基づいて、前記冷却風流路の異常を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の電池冷却系異常検出システム。
【請求項５】
前記温度検出部は、
前記組電池を構成する各セルに略均等に配置されており、各セルの温度を略均等に検出することを特徴とする請求項４に記載の電池冷却系異常検出手段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車両において使用される電池の冷却系異常検出システムに関し、特に、冷却風流路に詰まりが発生した場合にも電池温度を正常値に保つことのできる冷却系異常検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池の温度を規定値に保つため、電池にダクトを設け、冷却ファンによってダクトの冷却風流路に風を送ることで電池を冷却するシステムが知られている。この冷却ファンが故障した場合には、電池冷却風流路の温度変化によって冷却ファンの故障を検出するシステムが知られている。この仕組みによって、電池冷却ファン故障したことを早期検出できるため、電池が異常温度まで上昇する前に充放電制限等を適用することで、電池へのストレス（寿命要素、安全性など）を低減することができる。（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２１０８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ハイブリッド車両に電池を搭載した場合、冷却ファンが故障していなくても、冷却風流路に詰まりが発生して電池冷却性能が低下する場合がある。このような電池冷却性能の低下については、従来のシステムでは検出することができなかったため、冷却風流路詰まりが発生した場合、電池温度を正常値に保つことが難しいという問題があった。
【０００４】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、冷却風流路に詰まりが発生した場合にも、電池温度をできるだけ正常値に保つことのできる電池の冷却系異常検出システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、複数の直列接続されたセルによって構成された組電池と、前記組電池に配設された冷却風流路と、前記冷却風流路に送風を行う冷却ファンと、前記冷却風流路の異常を検出する異常検出手段と、を備え、前記異常検出手段が前記冷却風流路の異常を検出した場合は、前記冷却ファンを逆転作動することで前記冷却風流路の送風の向きを逆転させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によると、例えば車室内から冷却風導入口に紙切れなどが吸い付いた場合などに、冷却ファンを逆転動作させることで簡単に冷却流路異常を解消できるため、組電池が正常に冷却できなくなることが原因で、組電池異常へと至る可能性を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【０００８】
図１は、本発明の実施の形態の、ハイブリッド車両に適用した制御システムの構成を示すブロック図である。なお、図中に示した太実線は強電ラインを、実線は弱電ラインを、点線は信号ラインをそれぞれ示している。また、二点鎖線は組電池に形成されている冷却風流路を示す。
【０００９】
図１において、本発明の実施の形態の制御システムは、一点鎖線で示すように、「電池制御ユニット」と「車両システム」とに大別される。電池制御ユニットは、組電池５０１の充放電に係わる制御を行う。車両システムは、ハイブリッド車両の運行に係わる制御を行う。
【００１０】
電池制御ユニットは、組電池５０１、組電池５０１の状態を測定する各種センサ（電圧、電流、温度）、セル電圧検出部１０１、ＣＰＵ１０２、メモリ１０３、タイマー１０４等から構成されている。
【００１１】
組電池５０１は、Ｎｉ電池から構成される複数の電池（セル）を直列接続した状態の電池モジュールを構成単位とし、該電池モジュールを複数直列接続したものである。この組電池５０１には、電流、電圧、温度の各センサが接続されている。電流センサ２０１は、車両システムの強電回路に流れる電流値をモニタし、取得した電流の情報をＣＰＵ１０２に送信する。電圧センサ２０２は、車両システムの強電回路部の電位差をモニタし、取得した電圧の情報をＣＰＵ１０２に送信する。（電池）温度センサ２０４は、組電池５０１の各セルに均等に配置されており、各セルの温度を均等にモニタし、取得した温度の情報をＣＰＵ１０２に送信する。セル電圧検出部１０１は、組電池５０１を構成する各セルの電圧をモニタする。
【００１２】
（電池）冷却ファン２０３は、組電池５０１を適切な温度に保つように、（電池）温度センサ２０４により検出された電池温度に応じて、車両システムＣＰＵ３０４によって回転が制御されることで、冷却風を組電池５０１の冷却風流路に送風する。
【００１３】
ＣＰＵ１０２は、通常制御時には、セル電圧検出部１０１、電流センサ２０１、電圧センサ２０２、（電池）温度センサ２０４等の検出値を取得し、これらの検出値を演算することで、組電池５０１の負荷状況、ＳＯＣ状況などを推測して、組電池５０１への入出力電圧を制限する。メモリ１０３には、予め、電池充電効率マップや電池温度一電圧特性（充電温度特性／放電温度特性）等の情報が記憶されている。これらの情報は、ＣＰＵ１０２からの要求に応じて、ＣＰＵ１０２に当該情報を提供する。タイマー１０４は、ＣＰＵ１０２が冷却風流路異常と判断した場合に、冷却ファン２０３を制御するための時間を計測する。
【００１４】
車両システムは、電池の電力によって駆動される車両の駆動用モータ３０１、Ａ／Ｃシステム３０２、車両の運行を管理する車両システムＣＰＵ３０４等から構成されている。
【００１５】
駆動用モータ３０１は、ハイブリッド車両の駆動力を発生し、また組電池５０１に対し回生電力を供給する。Ａ／Ｃシステム３０２は、ハイブリッド車両に設置されるエアコンディショナであり、駆動用モータ３０１と同様に組電池５０１の電気エネルギーを活用して動作する。メインリレー３０３（３０３ａ、３０３ｂ）は、協調して、ＣＰＵ１０２からの指令によって強電回路を開成又は閉成することで、強電回路の電源のＯＮ／ＯＦＦをコントロールする。車両システムＣＰＵ３０４は、ドライバー（運転者）の指示や各種センサからの情報によって、車両システムを制御する。警告灯３０５は、車両システム中に異常が発生した場合に、ドライバーへと警告を通知するための表示を行う。補助電池４０１は、ＣＰＵ１０２及び車両システムＣＰＵ３０４へと電源を供給する。ＩＧＮ信号４０２は、ＣＰＵ１０２又は車両システムＣＰＵ３０４への補助電池４０１からの電源供給を制御するための制御信号であり、ＩＧＮ信号４０２からの指令がＳＷ４０３に送られることで補助電池の電源回路がＯＮとなる。
【００１６】
次に、以上のように構成された本発明の実施の形態の制御システムについて、動作を説明する。
【００１７】
図２は、本発明の実施の形態の制御システムの、冷却風流路異常制御の処理を示すフローチャートである。
【００１８】
ＣＰＵ１０２は、組電池５０１内のセルの温度分布を（電池）温度センサ２０４の検出値から取得し、これを「温度データ１」として、メモリ１０３へと記憶する（ステップ１１）。
【００１９】
次に、ＣＰＵ１０２は、組電池５０１への実充放電積算値（絶対値）を計測し、この実充放電積算値が規定値になるまで監視する（ステップ１２）。そして、実充放電積算値が規定値に到達したか否かを判定する（ステップ１３）。既定値に到達していなければステップ１２に移行し積算値の演算を継続する。
【００２０】
これは、電池は充放電により発熱すること、冷却系（冷却ファン２０３及び冷却風流路等）が正常作動していれば電池は規定温度領域に収まっていること、及び、電池の異常がなければ均一に温度が上昇すること、を前提としており、組電池５０１の異常がないのに温度が規定値を超えて上昇した場合は、冷却系の異常であると判断できる。
【００２１】
また、実充放電の積算方法として、セル電圧検出部１０１又は（総）電圧センサ２０２によって電圧値を検出し、さらに、電流センサ２０１により電流値を検出し、検出した電圧値及び電流値を、ＣＰＵ１０２が乗算して積算することで実充放電積算値が演算される。積算の間隔は、搭載した電池種別、電池容量、冷却性能などで異なるが、例えば、１００ｍｓｅｃ間隔で行う。また、実充放電積算値の規定値も同様に、搭載電池種、電池容量、冷却性能等によって予め決定しておく。
【００２２】
ステップ１３で規定値に到達した場合、ＣＰＵ１０２は、ステップ１１と同様に、組電池５０１の温度分布を（電池）温度センサ２０４の検出値から取得し、これを「温度データ２」として、メモリ１０３に記憶する（ステップ１４）。
【００２３】
次に、ＣＰＵ１０２は、ステップ１１で取得した「温度データ１」と、ステップ１４で取得した「温度データ２」とを比較して、２つの温度データの変化量が規定以上であるか否かを判定する。このとき、同時に組電池５０１内のセルが均一に温度上昇しているか否かも判定する（ステップ１５）。温度データの変化量が規定値以上、かつ、組電池５０１内で均一に温度上昇している場合は冷却系の異常と判定し、ステップ１６へと進む。冷却系の異常でないと判定した場合はステップ２２へと移行する。すなわち、ＣＰＵ１０２が組電池５０１の温度データに基づいて冷却系の異常を判定し検出することで、異常検出手段が構成される。
【００２４】
ステップ１５で、冷却系の異常と判定した場合、ＣＰＵ１０２は、車両システムＣＰＵ３０４に対し、警告灯３０５を点灯させるように要求する。車両システムＣＰＵ３０５は、要求を受けて警告灯３０５を点灯させ、（冷却系の）異常が発生したことをドライバーへと報知する。また、同時に、電池温度上昇を回避するために、メモリ１０４内に予め記憶している「入出力制限値」を呼び出し、この値を適用することで、組電池５０１の入出力電力の制限を行い、組電池５０１に発生している異常を最小限にする。なお。入出力制限値は、搭載した電池種別、電池容量などで異なるが、冷却系に異常が発生し冷却システムの破綻が発生している可能性もあることから、少なくとも正常時の３分の１程度まで低減させるような値に設定しておくことが望ましい。
【００２５】
次に、ＣＰＵ１０２は、冷却系異常の原因が冷却風導入口の詰まり（ゴミ詰まり）である可能性を考慮し、規定時間だけ冷却ファン２０３を逆転動作させる（ステップ１７）。逆転動作させる時間は、予めメモリ１０３内に記憶させておき、タイマー１０４によりその時間を管理する。逆転動作の時間は、ゴミが吹き飛ぶ程度でよいため、例えば２０〜３０ｓｅｃ程度に設定する。また、逆転動作時は、冷却ファン２０３はＦＵＬＬ作動させる。なお、騒音を考慮する場合は、徐々に冷却ファン２０３のＤＵＴＹを上げていく方法も適用してもよい。
【００２６】
冷却ファン２０３作動開始後（逆転時も含め）、ＣＰＵ１０２は、ステップ１２と同様に電池への実充放電積算値（絶対値）を積算し（ステップ１８１）、実充放電積算値が規定値に到達したか否かを判定する（ステップ１８）。既定値に到達していなければステップ１８１に移行し、積算値の演算を継続する。
【００２７】
実充放電積算値が規定値に到達した場合、ＣＰＵ１０２は、ステップ１１と同様に、組電池５０１の温度分布を（電池）温度センサ２０４の検出値から取得し、これを「温度データ３」として、メモリ１０３に記憶する（ステップ１９）。
【００２８】
次に、ＣＰＵ１０２は、ステップ１４で取得した温度データ２と、ステップ１９で取得した温度データ３とを比較し変化量を算出する。そして、この変化量がステップ１５で確認した温度データ１と温度データ２との変化量と比較して改善されたか否かを判定する（ステップ２０）。改善されていない場合は、警告灯３０５を点灯させたままとし、ドライバーにディーラーなど改修対応場所へと持ち込むことを促す。
【００２９】
ステップ２０で、温度データの変化量が改善されていると判定した場合は、ＣＰＵ１０２は、冷却系の異常が解消されたと判定し、車両システムＣＰＵ３０４に対し、警告灯３０５を消灯させるよう要求を送ると共に、ステップ１６で設定した入出力制限を、通常の制御状態へと戻す（ステップ２１）。すなわち、警告灯３０５を消灯することでドライバーに対して異常が解消されたことを報知することができる。
【００３０】
また、ステップ２２では、ＣＰＵ１０２は、メモリ１０３に記憶されている温度データ１を削除し、ステップ１４で取得しメモリ１０３に記憶した温度データ２を、改めて温度データ１と設定する。
【００３１】
次に、車両システムがＯＦＦであるか（起動中でないか）否かを判定する。車両システムが起動中であれば、ステップ１２へと移行する。車両システムが起動していない（ＯＦＦである）と判定した場合には、本フローチャートの処理を終了する。
【００３２】
以上のように構成された本発明の実施の形態の制御システムでは、組電池５０１の充放電電力の積算値と組電池５０１の温度とに基づいて、組電池５０１の冷却系に異常があるか否かを判定することができる。
【００３３】
また、冷却ファン２０３を逆転動作させることで、冷却風流路の詰まりが発生している場合にこれを解消するよう試みる。詰まりが解消され電池温度が規定範囲内に改善されれば正常動作に復帰し、警告灯を消灯するので、ディーラーへの持ち込み件数を低減させることができる、そして、電池温度が規定範囲内に改善されなければ、警告灯を点灯させたままとし、ドライバーにディーラーへの持ち込みを推奨することができる。
【００３４】
また、規定時間中の電池温度変化と、電池実負荷（実充放電量の積算値）を確認することで、冷却性能の低下を検出し、冷却風流路の異常を検出するので、例えば冷却風流路の冷却風吸い込み口が塞がった場合など、冷却性能が低下したことを、複数のセルの温度変化から検出することが可能となり、新たにシステムを追加する必要がなくなる。
【００３５】
また、組電池５０１の温度を測定する温度センサ（温度検出手段）は、組電池５０１の各セルに均等に配置されているので、組電池５０１の異常ではなく、冷却系が失陥したことを組電５０１の全体が均一に温度変化することで確認できるので、新たなシステムを追加する必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態の、ハイブリッド車両に適用した制御システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態の、メモリ１０３に記憶されている、電池充電効率マップの例を示す表である。
【００３７】
１０１  ブロック電圧検出部
１０２  ＣＰＵ
１０３  メモリ
１０４  タイマー
２０１  電流センサ
２０２  電圧センサ
２０３  （電池）温度センサ
２０４  （電池）冷却ファン
３０１  駆動用モータ
３０２  発電機
３０３  補機システム
３０３ａ、３０３ｂ  メインリレー
３０６  警告灯
４０１  補助電池
４０２  ＩＧＮ信号
５０１  組電池
【図１】
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【図２】
2005158271.tif 000004