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