JP2008098060A - 蓄電機構の温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電機構の損傷を抑制しつつ、蓄電機構を所定の温度範囲に制御可能な蓄電機構の温度制御装置を提供する。
【解決手段】ＥＣＵ２０は、バッテリが低温のとき、バッテリ温度Ｔｂ、車室内温度Ｔａおよび湿度Ｈａに基づいて、バッテリの結露を抑制可能な送風量を推定して送風量の目標値に設定するとともに、その設定した送風量目標値に基づいてファン回路３０における制御デューティーの目標値を設定する。制御デューティー目標値がモータ４０の正常動作が保証される制御デューティーの下限値を下回るとき、ＥＣＵ２０は、制御デューティー下限値をデューティー指令ＤＵＴＹ１に設定してファン回路３０へ出力する。また、ＥＣＵ２０は、所定周期における制御デューティーの時間平均値が制御デューティー目標値を満たすように、インバータ部３６の運転／停止を規定するデューティー指令ＤＵＴＹ２を生成してファン回路３０へ出力する。
【選択図】図３

Description

この発明は、蓄電機構の温度制御装置に関し、特に、車両に搭載された蓄電機構の温度制御装置に関する。

近年、環境問題を考慮して、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などのように、電動機を駆動力源とする車両が注目されている。このような車両には、電動機に電力を供給したり、回生制動時に運動エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電したりするために、二次電池や電気二重層キャパシタなどからなる蓄電機構が搭載されている。

このような蓄電機構は、電気化学的な作用を利用して電気エネルギーを蓄えるので、その充放電特性は温度の影響を受けやすい。一般的な蓄電機構では、高温になるに従って、充放電性能が低下する。また、低温環境下におかれた場合においても、その充放電性能が低下する。そのため、所定の充放電性能を維持するためには、蓄電機構の温度制御が必要となる。

このため、車両においては、車両の空調を行なう空調装置を用いて、蓄電機構を所定の温度範囲に保つという構成が採用されている（たとえば特許文献１および２参照）。

たとえば特開２００２−５１４７９号公報（特許文献１）は、ハイブリッド電気自動車に搭載されたバッテリユニットの電池温度が上昇したときに、バッテリユニットに強制的に送風して電池を強制冷却する冷却機を開示する。これによれば、ファンを駆動するファンモータに供給される平均電力は、ファンモータの回転を調整するファンコントローラに内蔵されるスイッチング素子がオンとオフに切り換えられる比率であるデューティーで調整される。すなわち、デューティーが小さくなると、ファンモータの回転速度が低下してファンの風量が減少し、デューティーを大きくすると、ファンモータの回転速度が速くなって風量が増加する。デューティーは、制御回路で制御され、制御回路がファンモータの回転を制御する。

また、特開平９−２８９０４２号公報（特許文献２）には、電気自動車に搭載されたバッテリケースの排気口に取り付けられ、モータにより回転駆動する送風機の出力デューティー比を電池温度の変化率に基づいて制御することによって、送風量を制御する送風機制御手段を備える電気自動車用電池の冷却装置が開示される。
特開２００２−５１４７９号公報 特開平９−２８９０４２号公報

特開２００２−５１４７９号公報に開示される冷却機、および、特開平９−２８９０４２号公報に開示される冷却装置のいずれにおいても、ファンの送風量は、デューティーを制御することによって調整される。

しかしながら、ファンにおいては、正常動作を保証するために、設定可能なデューティーに下限値が設けられているものが少なからず存在する。このデューティーの下限値は、ファンモータを回転駆動するファンコントローラに内蔵されるスイッチング素子などの温度依存性に起因して、低温になるほど、制御回路が設定したデューティーの指令値と実際のデューティーとの間のずれが大きくなるのを考慮して設けられたものである。

その一方で、デューティーに下限値を設けたことによって、ファンの送風量にも下限値が生じるため、ファンの送風量と蓄電機構の温度制御に必要十分な送風量とが整合せず、却って蓄電機構を損傷させてしまうという問題があった。

詳細には、低温環境下において、空調装置によって暖められた車室内の空気を用いて蓄電機構を昇温する場合には、下限値相当の送風量の車室内空気を蓄電機構内に導入したにも拘わらず、車室内と蓄電機構との温度差によって蓄電機構に結露が発生し、蓄電機構が短絡するおそれがあった。

それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、蓄電機構の損傷を抑制しつつ、蓄電機構を所定の温度範囲に制御可能な蓄電機構の温度制御装置を提供することである。

この発明によれば、蓄電機構の温度制御装置は、車両に搭載された蓄電機構の温度制御装置である。蓄電機構の温度制御装置は、車内空間から蓄電機構に、車室内空気を供給可能に設けられた送風機構と、予め設定された所定の送風量下限値に従って、送風機構を制御する制御装置とを備える。制御装置は、蓄電機構の温度を取得する蓄電機構温度取得手段と、車室内の温度および湿度を取得する車室内温度湿度取得手段と、取得された蓄電機構の温度が所定温度よりも低いときに、少なくとも蓄電機構の温度と車室内の温度とに基づいて、送風量の目標値を設定する目標値設定手段と、送風量が目標値と一致するように、送風機構を制御する送風量制御手段とを含む。送風量制御手段は、目標値が所定の送風量下限値を下回るとき、送風量の所定周期における時間平均値が目標値を満たすように、送風機構を間欠運転させる。

上記の蓄電機構の温度制御装置によれば、送風機構を間欠運転することによって、送風機構の送風量下限値を下回る送風量の車室内空気を、蓄電機構に供給することが可能となる。これにより、蓄電機構が低温のときには、蓄電機構の結露を防止しながら、車室内空気を用いて蓄電機構を速やかに昇温することができる。その結果、蓄電機構の損傷を抑制しつつ、蓄電機構を所定の温度範囲に制御することが可能となる。

好ましくは、制御装置は、少なくとも蓄電機構の温度と車室内の温度とに基づいて、蓄電機構の結露を抑制可能な送風量を推定する送風量推定手段をさらに含む。目標値設定手段は、送風量推定手段によって推定された送風量を、目標値に設定する。

上記の蓄電機構の温度制御装置によれば、蓄電機構が結露しないように車室内空気の送風量が制御されるため、結露による蓄電機構の短絡を防止しつつ、蓄電機構を速やかに昇温することができる。

好ましくは、所定の送風量下限値は、送風機構の正常動作が保証される送風量の下限値に設定される。

上記の蓄電機構の温度制御装置によれば、送風量を高い精度で目標値に一致させることができるため、蓄電機構の結露を確実に防止することができる。

好ましくは、送風機構は、ファンと、ファンを回転駆動するためのモータとを含む。送風量制御手段は、目標値に基づいて生成したモータの駆動電圧の目標値が、所定の送風量下限値に対応する所定の駆動電圧下限値を下回るとき、所定周期における駆動電圧の時間平均値が、駆動電圧の目標値を満たすように、モータを間欠運転させる。

上記の蓄電機構の温度制御装置によれば、モータ駆動電圧の目標値が駆動電圧下限値を下回るときであっても、容易に駆動電圧を目標値に一致させることができる。

この発明によれば、蓄電機構の損傷を抑制しつつ、蓄電機構を所定の温度範囲に制御することが可能となる。その結果、蓄電機構の充放電性能を確保することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

図１は、この発明の実施の形態に従う蓄電機構の温度制御装置が搭載された車両の側面図である。

図１を参照して、車両に搭載される蓄電機構であるバッテリ１０６は、車両１００の後部座席より後方で、かつ、車両１００に設けられるトランクルーム（荷室）よりも前方の位置に設けられる。そして、バッテリ１０６を所定の温度範囲に保つことによって、その充放電性能を確保するための温度制御装置が設けられる。

温度制御装置は、冷却ファン１０４と、バッテリ１０６の側面側に設けられる冷却風通路（図示せず）とから構成される。冷却ファン１０４は、冷却風通路におけるバッテリ１０６の上流側に設けられる。

バッテリ１０６は、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの充放電可能に構成された二次電池、もしくは電気二重層キャパシタからなる。バッテリ１０６は、複数のセルを直列に接続してバッテリモジュールを形成し、このバッテリモジュールをさらに複数直列に接続した組電池により構成される。

温度制御装置は、車室内の空気を吸気する。そして、吸気した空気は、冷却風として冷却風として冷却風通路を通ってバッテリ１０６に送風される。このとき、吸気および送風は、冷却ファン１０４によって行なわれる。冷却ファン１０４は、冷却風を発生させるものであれば特に限定されないが、例えば、本実施の形態では、回転翼の回転による風力を発生させる送風機が適用される。回転翼の回転は、一例として、回転軸に回転翼が固定されたモータに電力を供給することにより行なわれる。

バッテリ１０６に送風された冷却風は、バッテリ１０６のハウジング内のバッテリモジュールを通流する。そして、バッテリ１０６との熱交換により暖められた空気は、車外またはトランクルーム内に排出される。

以下、図２を用いて、バッテリ１０６を温度制御する温度制御装置について詳細に説明する。

図２は、バッテリ１０６に設けられた温度制御装置の斜視図である。
図２を参照して、温度制御装置は、冷却ファン１０４と、冷却風通路１１０，１１２，１１４とバッテリ１０６とから構成される。

冷却風通路１１０は、車室と接続される通路である。冷却風通路１１０は、冷却ファン１０４と接続する。冷却ファン１０４は、後述するように、内部に設けられるモータの回転軸に回転翼が固定されて構成される。モータは、電力の供給を受けて回転する。そして、回転翼が回転することにより、風力が生じる。この風力により、車室からバッテリ１０６への空気の流れを形成する。

冷却ファン１０４は、冷却風通路１１２と接続している。冷却風通路１１２は、バッテリ１０６の側面の上部に接続している。冷却ファン１０４により発生した冷却風は、冷却風通路１１２を通ってバッテリ１０６の側面の上面に到達する。そして、バッテリ１０６のハウジングに流れ込む冷却風は、バッテリ１０６の内部に設けられるバッテリモジュール（図示せず）を通る。このとき、冷却風とバッテリ１０６との間で熱交換が行なわれる。冷却風は、バッテリ１０６の側面の上部から導入された後、バッテリ１０６の上部から下部へと流れる。これにより、バッテリモジュールが冷却される。

そして、冷却風通路１１４は、バッテリ１０６の側面の下部と接続する。そして、冷却風通路１１４は、車外およびトランクルーム内と接続している。すなわち、バッテリ１０６と熱交換が行なわれた空気は、冷却風通路１１４を通った後、車外に排出されるとともに、その一部がトランクルーム内へと排出される。

このように構成される温度制御装置において、バッテリ１０６の温度が所定温度Ｔｂ＿ｌｉｍ（例えば、−１０℃）以上のときには、冷却ファン１０４は、バッテリ１０６の温度上昇に従って冷却能力が向上するように制御される。

一方、バッテリ１０６の温度が所定温度Ｔｂ＿ｌｉｍよりも低いときには、冷却ファン１０４は、図示しない空調装置によって暖められた車室内の空気をバッテリ１０６に送風するように制御される。これにより、車室内の空気とバッテリ１０６との間で熱交換が行なわれてバッテリ１０６が昇温される。

以下に、本実施の形態に係る冷却ファン１０４の制御構造について詳細に説明する。
図３は、図２における冷却ファン１０４の制御構造を示すブロック図である。

図３を参照して、冷却ファン１０４は、モータ４０により駆動される。モータ４０は、図示しない回転軸に冷却ファン１０４の回転翼が固定される。一例として、モータ４０は、三相交流回転電機である。モータ４０の回転数は、ファン回路３０により制御される。

ファン回路３０は、低圧補機類用の電源として搭載された副蓄電装置（図示せず）からの供給電圧ＶＣと接地電圧ＧＮＤとを電源電圧とし、ＥＣＵ２０から送られるデューティー指令値ＤＵＴＹ１，ＤＵＴＹ２に基づいて、モータ４０の回転数を制御する。

詳細には、ファン回路３０は、ＩＣ（Integral Circuit）部３２と、周波数電圧変換回路（以下、Ｆ／Ｖ変換回路とも称する）３４と、インバータ部３６とを含む。

ＩＣ部３２は、ＥＣＵ２０から送信されたデューティー指令値ＤＵＴＹ１，ＤＵＴＹ２に基づいて、インバータ部３６のトランジスタをオン／オフするための駆動指令信号を生成し、その生成した駆動指令信号をインバータ部３６へ出力する。

インバータ部３６は、合計６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６を含む。Ｕ相は、直列接続されたトランジスタＱ１，Ｑ２からなり、Ｖ相は、直列接続されたトランジスタＱ３，Ｑ４からなり、Ｗ相は、直列接続されたトランジスタＱ５，Ｑ６からなる。

各トランジスタＱ１〜Ｑ６が、ＩＣ部３２からの駆動指令信号に従って、ＥＣＵ２０により設定されたデューティー指令ＤＵＴＹ１，ＤＵＴＹ２でオン／オフすることにより、副蓄電装置から供給された直流電力が交流電力に変換されてモータ４０に供給される。

Ｆ／Ｖ変換回路３４は、モータ４０に設けられた速度センサ４２から送信されたパルス信号（周波数）を電圧ＶＭに変換し、その変換した電圧ＶＭを示す信号を生成してＥＣＵ２０へ出力する。なお、この電圧ＶＭは、モータ４０の駆動電圧の算出値に相当する。以下においては、モータ４０の駆動電圧の算出値ＶＭを単に、モータ４０の出力値ＶＭとも称する。

バッテリ温度センサ２２は、バッテリ１０６の温度（以下、バッテリ温度とも称する）Ｔｂを検出し、その検出したバッテリ温度ＴｂをＥＣＵ２０へ出力する。

車室内温度センサ２６は、車室内の空気の温度（以下、車室内温度とも称する）Ｔａを検出し、その検出した車室内温度ＴａをＥＣＵ２０へ出力する。湿度センサ２４は、車室内の湿度Ｈａを検出し、その検出した湿度ＨａをＥＣＵ２０へ出力する。

ＥＣＵ２０は、バッテリ温度Ｔｂ、車室内温度Ｔａおよび湿度Ｈａに基づいて、後述する方法によってデューティー指令値ＤＵＴＹ１，ＤＵＴＹ２を生成し、その生成したデューティー指令ＤＵＴＹ１，ＤＵＴＹ２をファン回路３０内部のＩＣ部３２へ出力する。

なお、デューティー指令ＤＵＴＹ１は、ファン回路３０のインバータ部３６におけるトランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフ動作を規定する制御指令である。また、デューティー指令値ＤＵＴＹ２は、インバータ部３６の所定周期における運転／停止を規定する制御指令である。これらのデューティー指令ＤＵＴＹ１，ＤＵＴＹ２の詳細については後に詳述する。

また、本実施の形態においては、冷却ファン１０４およびモータ４０が「送風機構」に相当し、ファン回路３０およびＥＣＵ２０が、送風機構を制御する「制御装置」に相当する。そして、ＥＣＵ２０が「蓄電機構温度取得手段」、「車室内温度湿度取得手段」および「目標値設定手段」を実現するとともに、ＥＣＵ２０およびファン回路３０が「送風量制御手段」を実現する。

以下に、図４を用いて、ＥＣＵ２０におけるデューティー指令ＤＵＴＹ１，ＤＵＴＹ２の設定方法を説明する。

図４は、図３におけるＥＣＵ２０の制御ブロック図である。
図４を参照して、ＥＣＵ２０は、送風量目標値設定部２０２と、出力目標値変換部２０４と、減算部２０６と、比例制御部（ＰＩ）２０８と、デューティー指令設定部２１０と、間欠運転制御部２１２とを含む。

送風量目標値設定部２０２は、バッテリ温度Ｔｂ、車室内温度Ｔａおよび湿度Ｈａに基づいて、目標値Ｑ＊を設定する。

詳細には、送風量目標値設定部２０２は、バッテリ温度Ｔｂが所定温度Ｔｂ＿ｌｉｍ（例えば、−１０℃）以上のときには、バッテリ温度Ｔｂに基づいて、バッテリ１０６の温度上昇に伴なって冷却能力が向上するように、冷却ファン１０４の送風量の目標値Ｑ＊を設定する。

一方、バッテリ温度Ｔｂが所定温度Ｔｂ＿ｌｉｍを下回るときには、送風量目標値設定部２０２は、バッテリ温度Ｔｂ、車室内温度Ｔａおよび湿度Ｈａに基づいて、バッテリ１０６の結露を抑制可能な送風量を推定し、その推定した送風量を目標値Ｑ＊に設定する。

具体的には、結露とは、図５のラインＬＮ１に示すように、空気中に含むことができる水蒸気量（飽和水蒸気量）が気温の低下に伴なって減少することによって、空気中に含みきれない水分が水滴などとなって現われる現象をいう。

本実施の形態のように、空調装置によって暖められた車室内の空気をバッテリ１０６に送風する構成においては、バッテリ１０６に導入された車室内空気が、バッテリ１０６との熱交換によって気温が低下することにより、車室内空気に含まれる水蒸気量が飽和水蒸気量を上回ることによって、バッテリ１０６に結露が発生する。

例えば、図５において、車室内温度Ｔａが気温Ｔ２であって、湿度Ｈａ％であるときに、車室内空気に含まれる水蒸気量は、ラインＬＮ１における気温Ｔ２のときの飽和水蒸気量に湿度Ｈａ％を掛け算することにより算出される。

そして、車室内空気は、バッテリ１０６に導入されると、バッテリ１０６に熱を奪われることによって、その温度が、気温Ｔ２からバッテリ温度Ｔｂにまで低下する。このときのバッテリ温度Ｔｂが車室内空気の露点（空気中に含まれる水蒸気量が飽和水蒸気量と等しくなる温度に相当）を下回っていれば、空気中に含みきれない水分がバッテリ１０６外部および内部に水滴となって現われる。そして、結露が発生すると、バッテリ１０６内部で漏電パスが形成されることにより、バッテリ１０６が短絡する可能性がある。

そこで、本実施の形態においては、図５に示される車室内空気に含まれる水蒸気量とバッテリ温度Ｔｂとの関係に基づいて、バッテリ１０６の結露を抑制可能な送風量を推定し、その推定した送風量の車室内空気をバッテリ１０６に送風する構成とする。

このとき、バッテリ１０６の結露を抑制可能な送風量については、例えば、図６に示すように、様々な車室内温度Ｔａおよび湿度Ｈａの組合せの各々について、バッテリ温度Ｔｂとバッテリ１０６の結露を抑制可能な送風量との関係を予め実験的に求めておくことによって推定することができる。

図６は、車室内温度Ｔａ、湿度Ｈａおよびバッテリ温度Ｔｂとバッテリ１０６の結露を抑制可能な送風量との関係を説明するための図である。

なお、本図に示す関係は、車室内温度Ｔａ、湿度Ｈａおよびバッテリ温度Ｔｂをそれぞれ変化させながらバッテリ１０６に車室内空気を送風し、温度条件ごとにバッテリ１０６に結露が生じないときの送風量の最大値を実験的に求めたものである。

図６を参照して、送風量は、車室内温度Ｔａおよび湿度Ｈａが高くなるにつれて、すなわち、車室内空気に含まれる水蒸気量が多くなるにつれて、相対的に小さくなる傾向を示している。さらに、送風量は、バッテリ温度Ｔｂが低くなるにつれて、相対的に小さくなる傾向を示している。図６によれば、車室内温度Ｔａおよび湿度Ｈａが相対的に高く、かつ、バッテリ温度Ｔｂが相対的に低い場合には、送風量が著しく制限されることが分かる。

そして、送風量目標値設定部２０２は、図６の車室内温度Ｔａ、湿度Ｈａおよびバッテリ温度Ｔｂと送風量との関係を予め目標送風量設定用マップとして図示しない記憶領域に格納しておき、バッテリ温度センサ２２からバッテリ温度Ｔｂが与えられ、車室内温度センサ２６から車室内温度Ｔａが与えられ、かつ、湿度センサ２４から湿度Ｈａが与えられると、目標送風量設定用マップから対応する送風量を抽出して目標送風量Ｑ＊として設定する。そして、送風量目標値設定部２０２は、その設定した目標送風量Ｑ＊を出力目標値変換部２０４（図４）へ出力する。

なお、バッテリ１０６の結露を抑制可能な送風量の推定方法については、上述した構成以外にも、バッテリ温度Ｔｂと車室内温度Ｔａとの温度差に基づいて推定する構成としてもよい。

再び図４を参照して、出力目標値変換部２０４は、送風量目標値設定部２０２からの目標送風量Ｑ＊を、冷却ファン駆動用のモータ４０（図２）の出力目標値Ｖ＊に変換する。出力目標値Ｖ＊は、モータ４０の駆動電圧の目標値に相当する。

なお、出力目標値Ｖ＊は、図示しない記憶領域に格納されたマップに基づいて設定される。当該マップにおいて、モータ４０の駆動電圧は、冷却ファン１０４の特性やモータ４０の特性を考慮して、冷却ファン１０４が目標送風量Ｑ＊に一致した送風量を送風することができるような値に設定されている。

減算部２０６は、出力目標値変換部２０４から出力目標値Ｖ＊を受け、ファン回路３０からのモータ４０の出力値（駆動電圧の算出値）ＶＭを受けると、出力目標値Ｖ＊と出力値ＶＭとの差から電圧偏差を演算し、比例制御部（ＰＩ）２０８へ出力する。

比例制御部２０８は、少なくとも比例要素（Ｐ：proportional element）および積分要素（Ｉ：integral element）を含んで構成され、入力された電圧偏差に基づいて、ファン回路３０における制御デューティーの目標値（以下、単に、デューティー目標値とも称する）Ｄ＊を生成してデューティー指令設定部２１０および間欠運転制御部２１２へ出力する。

デューティー指令設定部２１０は、比例制御部２０８からのデューティー目標値Ｄ＊からデューティー指令ＤＵＴＹ１を設定してファン回路３０内部のＩＣ部３２（図示せず）へ出力する。このデューティー指令ＤＵＴＹ１は、ファン回路３０のインバータ部３６におけるトランジスタＱ１〜Ｑ６（図２）のオン／オフ動作を規定する制御指令である。

このとき、デューティー指令設定部２１０は、予め規定されている設定可能な制御デューティーの下限値Ｄ＿ｌｉｍを下回らないように、デューティー指令ＤＵＴＹ１を設定する。したがって、デューティー目標値Ｄ＊が制御デューティー下限値Ｄ＿ｌｉｍを下回る場合には、制御デューティー下限値Ｄ＿ｌｉｍがデューティー指令ＤＵＴＹ１に設定される。一方、デューティー目標値Ｄ＊が制御デューティー下限値Ｄ＿ｌｉｍ以上の場合には、デューティー指令ＤＵＴＹ１は、デューティー目標値Ｄ＊に設定される。

ここで、この制御デューティー下限値Ｄ＿ｌｉｍは、モータ４０の正常動作を保証する観点から予め規定されたものである。

詳細には、モータ４０を駆動制御するファン回路３０においては、ＩＣ部３２を構成する回路素子やインバータ部３６を構成するトランジスタＱ１〜Ｑ６の温度特性に起因して、低温になるほど制御応答性が低下する傾向が見られる。制御応答性の低下は、デューティー指令ＤＵＴＹ１と実際の制御デューティーとの間のずれの増加となって現われる。そのため、デューティー指令ＤＵＴＹ１が０％に近い所定値（たとえば１０％）である場合には、実際の制御デューティーが略０％となる可能性がある。そして、実際の制御デューティー（略０％）に応じてモータ４０が停止すると、モータ４０の停止状態を示すモータ４０の出力値ＶＭがファン回路３０からＥＣＵ２０へ送信される。

そして、ＥＣＵ２０では、ファン回路３０からモータ４０の出力値ＶＭを受けると、デューティー指令ＤＵＴＹ１を与えているにも拘らず、モータ４０の回転数が上昇しない、いわゆるモータロック異常が発生していると診断され、車両システムの停止処理ルーチンが実行されることになる。

そこで、このような誤った異常診断による不具合を回避するために、ＥＣＵ２０は、ファン回路３０の制御応答性を確保することによってモータ４０の正常動作が保証される制御デューティーの範囲を予め規定し、この規定範囲内でデューティー指令ＤＵＴＹ１を設定する構成としている。

しかしながら、このような構成では、冷却ファン１０４の送風量は、その下限値が、制御デューティー下限値Ｄ＿ｌｉｍに対応する送風量に自ずと設定されるため、その送風量が、上述したバッテリ１０６の結露を抑制可能な送風量を超える可能性がある。よって、バッテリ１０６の結露を確実に防止することが困難となる。

そのため、本実施の形態では、モータ４０の正常動作を保証しつつ、バッテリ１０６の結露防止を実現するために、所定周期における送風量の時間的平均値がバッテリ１０６の結露を抑制可能な送風量に一致するように、モータ４０を間欠運転させる構成とする。

詳細には、間欠運転制御部２１２（図４）は、比例制御部２０８からデューティー目標値Ｄ＊を受けると、ファン回路３０の所定周期における制御デューティーの時間的平均値がデューティー目標値Ｄ＊に一致するように、ファン回路３０のインバータ部３６（図２）の運転／停止を規定する制御指令である、デューティー指令ＤＵＴＹ２を生成し、その生成したデューティー指令ＤＵＴＹ２をファン回路３０のＩＣ部３２へ出力する。

図７は、間欠運転制御部２１２におけるデューティー指令ＤＵＴＹ２の生成動作を説明するための図である。

図７を参照して、間欠運転制御部２１２は、デューティー目標値Ｄ＊に基づいて、インバータ部３６の所定周期における運転期間Ｔｒｕｎ／停止期間Ｔｓｔｐを規定するデューティー指令ＤＵＴＹ２を生成する。

すなわち、デューティー指令ＤＵＴＹ２は、インバータ部３６の所定周期における運転期間Ｔｒｕｎおよび停止期間Ｔｓｔｐを用いて、式（１）により表わされる。

ＤＵＴＹ２＝Ｔｒｕｎ／（Ｔｒｕｎ＋Ｔｓｔｐ） （１）
そして、間欠運転によって実現される所定周期における制御デューティーの時間平均値が、式（２）の関係を満たすように、デューティー指令ＤＵＴＹ２が生成される。

Ｄ＊＝ＤＵＴＹ１×ＤＵＴＹ２＋０×（１−ＤＵＴＹ２） （２）
ただし、式（２）のうち、第１項に含まれるＤＵＴＹ１はインバータ部３６の運転期間Ｔｒｕｎにおける制御デューティーを示し、第２項に含まれる「０」は、インバータ部３６の停止期間Ｔｓｔｐにおける実質的な制御デューティーを示す。

このように、制御応答性が確保される制御デューティーに従ってインバータ部３６を運転／停止することにより、モータ４０の間欠運転が行なわれる。その結果、冷却ファン１０４の送風量を、高い精度で目標送風量Ｑ＊、すなわち、バッテリ１０６の結露を抑制可能な送風量に一致させることができるため、バッテリ１０６の結露を確実に防止しつつ、バッテリ１０６を速やかに昇温することが可能となる。

なお、間欠運転制御部２１２（図４）は、比例制御部２０８からのデューティー目標値Ｄ＊が制御デューティー下限値Ｄ＿ｌｉｍ以上の場合には、上述したデューティー指令ＤＵＴＹ２の生成動作を行なわない。これにより、インバータ部３６がデューティー指令ＤＵＴＹ１に従ってモータ４０を駆動するため、冷却ファン１０４からは車室内空気が連続的に送風される。

また、本実施の形態では、モータ４０の間欠運転について、インバータ部３６の運転期間Ｔｒｕｎにおける制御デューティーＤＵＴＹ１を、制御デューティー下限値Ｄ＿ｌｉｍとする構成を例示したが、上記式（２）の関係を満たす限りにおいて、制御デューティーＤＵＴＹ１を、制御デューティー下限値Ｄ＿ｌｉｍよりも高い制御デューティーとしてもよい。

また、図４に示すブロック図の機能は、各ブロックに相当する回路を含むようにＥＣＵを構成してもよいが、多くの場合、ＥＣＵが予め設定されたプログラムに従って処理ルーチンを実行することで実現される。

図８は、蓄電機構の温度制御装置の制御構造を示すフローチャートである。
図８を参照して、ＥＣＵ２０は、バッテリ温度センサ２２からバッテリ温度Ｔｂを取得する（ステップＳ０１）。また、ＥＣＵ２０は、車室内温度センサ２６から車室内温度Ｔａを取得し、湿度センサ２４から車室内の湿度Ｈａを取得する（ステップＳ０２）。そして、ＥＣＵ２０は、バッテリ温度Ｔｂが所定温度Ｔｂ＿ｌｉｍを下回っているか否かを判断する（ステップＳ０３）。

ステップＳ０３において、バッテリ温度Ｔｂが所定温度Ｔｂ＿ｌｉｍを下回っている場合には、ＥＣＵ２０は、バッテリ温度Ｔｂ、車室内温度Ｔａおよび湿度Ｈａに基づいて、冷却ファン１０４の送風量目標値Ｑ＊を設定する（ステップＳ０４）。詳細には、例えば、ＥＣＵ２０は、予め記憶領域に格納している目標送風量設定用マップ（図６）からバッテリ温度Ｔｂ、車室内温度Ｔａおよび湿度Ｈａに対応する送風量を抽出して送風量目標値Ｑ＊として設定する。

一方、ステップＳ０３において、バッテリ温度Ｔｂが所定温度Ｔｂ＿ｌｉｍを下回っていない場合には、ＥＣＵ２０は、バッテリ温度Ｔｂに基づいて、冷却ファン１０４の送風量目標値Ｑ＊を設定する（ステップＳ１１）。

さらに、ＥＣＵ２０は、ステップＳ０４またはステップＳ１１にて設定した送風量目標値Ｑ＊に基づいてモータ４０の出力目標値Ｖ＊を設定すると（ステップＳ０５）、この出力目標値Ｖ＊とモータ４０の出力値ＶＭとの電圧偏差に基づいてデューティー目標値Ｄ＊を算出する（ステップＳ０６）。

次に、ＥＣＵ２０は、ステップＳ０６にて算出したデューティー目標値Ｄ＊が制御デューティー下限値Ｄ＿ｌｉｍを下回るか否かを判断する（ステップＳ０７）。

ステップＳ０７において、デューティー目標値Ｄ＊が制御デューティー下限値Ｄ＿ｌｉｍを下回る場合には、ＥＣＵ２０は、制御デューティー下限値Ｄ＿ｌｉｍをデューティー指令ＤＵＴＹ１に設定してファン回路３０へ出力する（ステップＳ０８）。

さらに、ＥＣＵ２０は、デューティー目標値Ｄ＊とデューティー指令ＤＵＴＹ１とに基づいて、上述した方法によって制御デューティーＤＵＴＹ２を生成してファン回路３０へ出力する（ステップＳ０９）。

ファン回路３０は、ＥＣＵ２０からデューティー指令ＤＵＴＹ１，ＤＵＴＹ２を受けると、これらのデューティー指令に従ってインバータ部３６を間欠運転させる。これにより、冷却ファン１０４が間欠運転して車室内空気をバッテリ１０６へ送風する（ステップＳ１０）。

再びステップＳ０７に戻って、デューティー目標値Ｄ＊が制御デューティー下限値Ｄ＿ｌｉｍを下回っていない場合には、ＥＣＵ２０は、デューティー目標値Ｄ＊をデューティー指令ＤＵＴＹ１に設定してファン回路３０へ出力する（ステップＳ１２）。

ファン回路３０は、ＥＣＵ２０からデューティー指令ＤＵＴＹ１を受けると、デューティー指令ＤＵＴＹ１に従ってインバータ部３６のトランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフ動作を制御する。これにより、冷却ファン１０４が連続運転して車室内空気をバッテリ１０６へ送風する（ステップＳ１３）。ステップＳ１０、またはＳ１３によって、バッテリ１０６に送風された車室内空気は、バッテリ１０６との間で熱交換を行なう。これにより、バッテリ温度Ｔｂが所定の温度範囲内に制御されるため、バッテリ１０６の充放電性能を確保することができる。

以上のように、この発明の実施の形態によれば、車室内空気を用いて蓄電機構の温度制御を行なう構成において、蓄電機構が低温のときには、結露の発生を防止しながら、蓄電機構を速やかに昇温することができる。その結果、蓄電機構を損傷させることなく、所定の温度範囲に制御することが可能となるため、蓄電機構の充放電性能を確保することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態に従う蓄電機構の温度制御装置が搭載された車両の側面図である。 バッテリに設けられた温度制御装置の斜視図である。 図２における冷却ファンの制御構造を示すブロック図である。 図３におけるＥＣＵの制御ブロック図である。 バッテリに送風される車室内空気とバッテリの結露との関係を説明するための図である。 車室内温度、湿度およびバッテリ温度とバッテリの結露を抑制可能な送風量との関係を説明するための図である。 間欠運転制御部におけるデューティー指令の生成動作を説明するための図である。 蓄電機構の温度制御装置の制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

２２ バッテリ温度センサ、２４ 湿度センサ、２６ 車室内温度センサ、３０ ファン回路、３２ ＩＣ部、３４ Ｆ／Ｖ変換回路、３６ インバータ部、４０ モータ、４２ 速度センサ、１００ 車両、１０４ 冷却ファン、１０６ バッテリ、１１０，１１２，１１４ 冷却風通路、２０２ 送風量目標値設定部、２０４ 出力目標値変換部、２０６ 減算部、２０８ 比例制御部、２１０ デューティー指令設定部、２１２ 間欠運転制御部、Ｑ１〜Ｑ６ トランジスタ。

Claims (4)

1. 車両に搭載された蓄電機構の温度制御装置であって、
   車内空間から前記蓄電機構に、車室内空気を供給可能に設けられた送風機構と、
   予め設定された所定の送風量下限値に従って、前記送風機構を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記蓄電機構の温度を取得する蓄電機構温度取得手段と、
   前記車室内の温度および湿度を取得する車室内温度湿度取得手段と、
   取得された前記蓄電機構の温度が所定温度よりも低いときに、少なくとも前記蓄電機構の温度と前記車室内の温度とに基づいて、送風量の目標値を設定する目標値設定手段と、
   送風量が前記目標値と一致するように、前記送風機構を制御する送風量制御手段とを含み、
   前記送風量制御手段は、前記目標値が前記所定の送風量下限値を下回るとき、送風量の所定周期における時間平均値が前記目標値を満たすように、前記送風機構を間欠運転させる、蓄電機構の温度制御装置。
2. 前記制御装置は、少なくとも前記蓄電機構の温度と前記車室内の温度とに基づいて、前記蓄電機構の結露を抑制可能な送風量を推定する送風量推定手段をさらに含み、
   前記目標値設定手段は、前記送風量推定手段によって推定された送風量を、前記目標値に設定する、請求項１に記載の蓄電機構の温度制御装置。
3. 前記所定の送風量下限値は、前記送風機構の正常動作が保証される送風量の下限値に設定される、請求項１または請求項２に記載の蓄電機構の温度制御装置。
4. 前記送風機構は、
   前記ファンと、
   前記ファンを回転駆動するためのモータとを含み、
   前記送風量制御手段は、前記目標値に基づいて生成した前記モータの駆動電圧の目標値が、前記所定の送風量下限値に対応する所定の駆動電圧下限値を下回るとき、前記所定周期における駆動電圧の時間平均値が、前記モータの駆動電圧の目標値を満たすように、前記モータを間欠運転させる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電機構の温度制御装置。

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