JP2022146556A - 電池冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】電池冷却回路の切替弁の異常の判別を行う。【解決手段】電池を冷却する熱媒体が循環する電池冷却回路であって、互いに接続された経路である、熱媒体を冷却する冷却器経路と電池経路とを有する電池冷却回路と、冷却器経路において熱媒体を冷却する冷却器と、電池経路によって冷却される電池と、冷却器経路及び電池経路を相互に接続する接続部位の一方でこれらに接続される冷却回路であって共通する熱媒体が循環する併用冷却回路と、冷却器経路と電池経路との一方の接続部位で、これらの経路と併用冷却回路との間の連通及び遮断を切替え可能な切替弁と、電池冷却回路を循環する熱媒体の温度を検出する熱媒体温度センサと、電池冷却システムが設置された環境の環境温度を検出する環境温度センサと、電池の電池温度を取得する電池温度センサと、制御装置と、を備える電池冷却システムが提供される。制御装置は、熱媒体温度と、環境温度及び電池温度のうちの最高温度に関連付けられる閾値温度と、に基づいて切替弁の異常を判別する。【選択図】図１

Description

本明細書に開示する技術は、電池を冷却するためのシステムに関する。

特許文献１には、車両用の電池冷却システムが開示されている。この種の電池冷却システムは、電池を冷却するための熱媒体を循環させる電池冷却回路を備えている。

特開２０２０－４４７８４号公報

こうした電池冷却システムの経路を、電池から供給される電力を用い、熱を発生する電気機器を冷却するための回路など他の冷却回路と接続する場合もある。その場合、電池冷却システムと他の冷却回路との接続部位には、相互の経路を連通及び遮断を切替え可能な切替弁を備えることになる。

切替弁の損傷や劣化などが生じると切替弁の機能が低下し、切替弁を介して他の冷却回路から意図しない熱媒体の流入や、あるいは電池冷却回路から意図しない伝熱媒体の流出が生じる場合がある。切替弁の機能低下は、電池の冷却性能に影響を及ぼすことになる。

しかしながら、切替弁の損傷や劣化などの異常判別は、切替弁を個別に確認するか切替弁の動作を評価するための一定作業が発生するため、困難である。また、切替弁の異常は、速やかに検知されることが要請される。本明細書は、このような問題を解決できる技術を提供する。

本明細書が開示する技術は、電池冷却システムに具現化される。この電池冷却システムは、電池を冷却する熱媒体が循環する電池冷却回路であって、互いに接続された経路である、熱媒体を冷却する冷却器経路と電池経路とを有する電池冷却回路と、冷却器経路において熱媒体を冷却する冷却器と、電池経路によって冷却される電池と、冷却器経路及び電池経路を相互に接続する接続部位の一方でこれらに接続される冷却回路であって共通する熱媒体が循環する併用冷却回路と、冷却器経路と電池経路との前記一方の接続部位で、これらの経路と前記併用冷却回路との間の連通及び遮断を切替え可能な切替弁と、電池冷却回路を循環する熱媒体の温度を検出する熱媒体温度センサと、電池冷却システムが設置された環境の環境温度を検出する環境温度センサと、電池の電池温度を取得する電池温度センサと、制御装置と、を備えている。制御装置は、熱媒体温度と環境温度及び電池温度のうちの最高温度に関連付けられる閾値温度とに基づいて切替弁の異常を判別する。

本発明者らによれば、電池冷却システムが正常に作動している場合には、電池冷却システムの電池冷却回路を循環する熱媒体の温度は、電池冷却システムが設置される環境の環境温度及び／又は電池温度に対して一定の関係を維持するという知見を得た。また、切替弁に異常が発生したときには、環境温度及び電池温度の最高温度に関連付けられる閾値温度を設定することで異常を判別できることもわかった。

この電池冷却システムによれば、電池冷却システム自体で弁体の異常を判別することができる。すなわち、切替弁自体の確認や作動評価などを行って切替弁の異常を判別することなく、切替弁の異常を判別できる。したがって、切替弁の異常の判別のために電池冷却システムを停止させることを回避して、熱媒体温度と閾値温度とに基づいて簡易にかつ速やかに切替弁の異常を判別することができる。

環境温度及び電池温度の最高温度に関連付けられる閾値温度については、特に限定されない。環境温度や電池温度にもよるが、切替弁の異常を検知できる値であればよく、例えば実験やシミュレーション等によって求めることができる。

電池冷却システムを含む熱管理システムの一例を示す回路図である。 電池冷却システムを含む熱管理システムにおけるバッテリ冷却動作モードの一例を示す回路図である。 電池冷却システムにおける切替弁の異常判別プロセスの一例を示す図である。 電池冷却システムを含む熱管理システムにおけるバッテリ冷却動作モードの他の一例を示す回路図である。 電池冷却システムを含む熱管理システムにおけるバッテリ冷却動作モードの他の例を示す回路図である。 電池冷却システムを含む熱管理システムの他の一例を示す回路図である。

本技術の一実施形態では、閾値温度は、最高温度に対して所定温度上昇させた温度とすることができる。こうすることで簡易に切替弁の異常を判別できる。

本技術の一実施形態では、閾値温度は、最高温度よりも５℃以上１５℃以下高い温度で設定することができる。こうすることで、精度良く切替弁の異常を判別できる。

本技術の一実施形態では、熱媒体温度センサを、前記切替弁の下流側に備えることができる。こうすることで、精度よく切替弁の異常を判別できる。

本技術の一実施形態では、切替弁を、冷却器経路の下流端と電池経路の上流端とを接続する接続部位に備えることができる。

本技術の一実施形態では、切替弁は、冷却器経路と、電池経路と、併用冷却回路が有する経路と、の間を連通及び遮断を切替え可能な切替弁とすることができる。こうすることで、熱効率的に優れる電池冷却回路と併用冷却回路とを設計できる。

本技術の一実施形態では、併用冷却回路は、電池の電力を用いて動作する熱関連機器を含む熱関連機器経路と熱関連機器を冷却する熱媒体と外気との間で熱交換を行うラジエータを含むラジエータ経路とを有する、熱媒体が循環する冷却回路とすることができる。こうすることで、相互に関連する電池と熱関連機器の冷却のための回路を切替弁により適宜切替して熱媒体を循環させることができる。

本技術の一実施形態では、併用冷却回路は、さらに、ラジエータ経路をバイパスするバイパス経路を有することができる。こうすることで、併用冷却回路における熱関連機器の温度制御を効率的に行える場合がある。

本技術の一実施形態では、電池冷却システムは、冷却器回路と電池回路との他方の接続部位において熱媒体の貯留部を備えており、電池冷却回路と併用冷却回路とを、切替弁と貯留部とを介して接続して備えることができる。こうすることで、併用冷却回路における熱関連機器の温度制御を効率的に行える場合がある。

本技術の実施形態では、制御装置は、熱媒体が電池冷却回路の循環を開始したときには、熱媒体の循環開始から一定時間経過後に、熱媒体温度と閾値温度とに基づいて、切替弁の異常を判別することができる。電池冷却回路における熱媒体の循環開始時には、電池冷却回路を循環する熱媒体の温度が不均一なため、判別のための熱媒体温度を検知し難く、誤って切替弁を正常と判別したり又は異常と判別する場合がある。熱媒体の循環開始後一定時間経過後の熱媒体温度と閾値温度とに基づいて判別することで、精度の高い判別が可能となる。

本技術の実施形態では、電池冷却システムは、さらに、熱媒体を他の熱媒体との熱交換によって冷却する熱交換器を備える第１の他の熱的回路を備えることもできるし、さらにまた、他の熱媒体をさらに他の熱媒体との熱交換によって加熱する第２の他の熱的回路を備えことができる。こうすることで、熱媒体が吸熱した熱を効率的に利用できる。

本技術の一実施形態では、電池は、車両用バッテリとすることができる。こうすることで、車両において発生した熱を効率的に利用できる。

以下、図面を参照して、電池冷却システムについて説明する。以下で説明する熱管理システム１００は、電動車両に搭載され、不凍液や冷媒といった熱媒体を循環させることで、電動車両に設けられた構成要素の加熱及び冷却や、車内の空調等を行う。熱管理システム１００のうち、本明細書に開示される電池冷却システムは、少なくとも、低温ラジエータ回路１０と、第１温度センサ４４、第２温度センサ９５、第３温度センサ９７及び制御装置９８を構成要素としている。熱管理システム１００は、これらの要素を含んでいる限り、電池冷却システムということができる。

熱管理システム１００は、図１に示すように、低温ラジエータ４２を有する低温ラジエータ回路１０と、高温ラジエータ９４を有する高温ラジエータ回路３０と、その二つのラジエータ回路１０、３０の間へ熱的に介挿されたヒートポンプ回路２０と、制御装置９８とを備える。これらの回路１０、２０、３０は、熱的に接続されている一方で、熱媒体の流れる経路は互いに独立している。特に限定されないが、二つのラジエータ回路１０、３０では、熱媒体として、例えばロングライフクーラントといった不凍液が採用されている。一方、ヒートポンプ回路２０では、熱媒体として、ハイドロフルオロカーボンといった冷媒（冷凍サイクル用の熱媒体）が採用されている。

低温ラジエータ回路１０とヒートポンプ回路２０との間は、チラー７０を介して熱的に接続されており、ヒートポンプ回路２０と高温ラジエータ回路３０との間は、コンデンサ８４を介して熱的に接続されている。チラー７０及びコンデンサ８４は、それぞれ熱交換器の一種である。チラー７０は、ヒートポンプ回路２０において蒸発器として機能し、低温ラジエータ回路１０の熱媒体から、ヒートポンプ回路２０の熱媒体へ熱を伝達することができる。コンデンサ８４は、ヒートポンプ回路２０において蒸発器として機能し、ヒートポンプ回路２０の熱媒体から、高温ラジエータ回路３０の熱媒体へ熱を伝達することができる。

低温ラジエータ回路１０は、車両用二次電池（以下、単にバッテリという。）６６を冷却する第１回路１２と、熱関連機器を冷却する第２回路１６と、を有している。

[第１回路]
第１回路１２は、チラー７０と、バッテリ６６との間で、熱媒体を循環させる循環経路である。第１回路１２は、主に、バッテリ経路１３と、チラー経路１４と、を有している。バッテリ経路１３の下流端がチラー経路１４の上流端に接続されており、チラー経路１４の下流端がバッテリ経路１３の上流端に接続されている。なお、第１回路１２は、本明細書に開示される電池冷却回路の一例である。また、チラー７０は、本明細書に開示される冷却器の一例である。

バッテリ経路１３は、上流側から、ヒータ６４、バッテリ６６及びバッテリ６６の出口側で熱媒体温度を検出するための第１温度センサ４４を備えている。バッテリ６６は、後述するＳＰＵ５６及びＰＣＵ５８を介して、トランスアクスル４８に内蔵されたモータに電力を供給する。バッテリ６６は、バッテリ経路１３を流れる熱媒体との熱交換によって冷却される。ヒータ６４は、電気式のヒータであり、必要に応じてバッテリ経路１３の熱媒体を加熱することで、バッテリ６６を温めることができる。第１温度センサ４４は、制御装置９８に接続されており、第１温度センサ４４による検出温度（即ち、第１回路１２を流れる熱媒体の温度）は制御装置９８に教示される。

チラー経路１４は、その上流側から、熱媒体を循環させる第１ポンプ６８、チラー７０を備えている。なお、第１ポンプ６８の位置は、チラー７０の上流側に限定されるものではなく、低温ラジエータ回路１０において、適宜設定される。

バッテリ経路１３の上流端とチラー経路１４の下流端とは、第１切替弁４０を介して接続されている。また、バッテリ経路１３の下流端とチラー経路１４の上流端とは、リザーバタンク６９を介して接続されている。リザーバタンク６９は、熱媒体から気泡を除去するための熱媒体貯留部を備えている。リザーバタンクは、本明細書に開示される貯留部の一例である。

第１切替弁４０は、５方弁であり、第１回路１２の二つ経路１３、１４の他、第２回路１６の３つの経路１７、１８及び１９を接続している。第１切替弁４０は、第１回路１２に関しては、熱媒体を第１回路１２内で循環させたり、チラー経路１４からの熱媒体を第２回路１６の低温ラジエータ経路１７に切り替えたり、各経路への流量の割合を調整することができる。第１切替弁４０は、制御装置９８に接続されており、その動作は制御装置９８によって制御される。第１切替弁４０は、本明細書に開示される切替弁の一例である。

[第２回路]
第２回路１６は、低温ラジエータ４２と、いくつかの熱関連機器５４、５６、５８との間で、熱媒体を循環させる循環経路である。第２回路１６は、主に、低温ラジエータ経路１７と、熱関連機器経路１８と、を有している。低温ラジエータ経路１７の上流端と熱関連機器経路１８の下流端とが、第１回路１２と共用される第１切替弁４０を介して接続されている。低温ラジエータ経路１７の下流端と熱関連機器経路１８の上流端とは、第１回路１２と共用されるリザーバタンク６９を介して接続されている。第２回路は、本明細書に開示される共用冷却回路の一例である。低温ラジエータ４２は、第１回路１２と第２回路１６との間で共用されている。こうすることで、低温ラジエータ回路１０を効率的に構成することができる。

低温ラジエータ経路１７は、低温ラジエータ４２を備えている。熱関連機器経路１８は、熱媒体を循環させるための第２ポンプ６０を備えている。熱関連機器経路１８に備える熱関連機器５４、５６、５８には、例えばオイルクーラ５４及びトランスアクスル４８や電力変換装置５６、５８等が含まれる。一例ではあるが、本実施例における電力変換装置５６、５８には、ＤＣ－ＤＣコンバータを含むＳＰＵ５６（Smart Power Unit）や、インバータを含むＰＣＵ５８（Power Control Unit）が含まれる。

オイルクーラ５４は、熱交換器の一種であり、オイル循環路５０を介してトランスアクスル４８と熱的に接続されている。トランスアクスル４８は、車輪を駆動する走行用モータや、走行用モータと車輪との間に介挿された減速機等を有する。オイル循環路５０は、オイルポンプ５２を有しており、オイルクーラ５４とトランスアクスル４８との間で、熱媒体であるオイルを循環させる。これにより、トランスアクスル４８の熱がオイルクーラ５４へ伝達され、さらにオイルクーラ５４から第２回路１６の熱媒体へと伝達される。ここで、本実施形態におけるトランスアクスル４８、オイルクーラ５４や電力変換装置５６、５８等は、第２回路１６に設けられた熱関連機器の一例である。

第２回路１６は、さらに、バイパス経路１９を備えている。バイパス経路１９は、低温ラジエータ４２をバイパスしている。バイパス経路１９は、低温ラジエータ経路１７と熱関連機器経路１８との接続部位にある第１切替弁４０において分岐し、低温ラジエータ４２をバイパスして低温ラジエータ経路１７の下流端にあるリザーバタンク６９に合流している。

第１切替弁４０によれば、既に記載した流路及び流量制御のほか、第２回路１６に関し、熱関連機器経路１８からの熱媒体を低温ラジエータ経路１７に流入させて第２回路１６内で循環させたり、熱関連機器経路１８からの熱媒体を、バイパス経路１９に流入させて低温ラジエータ４２をバイパスする熱媒体の循環経路を形成する流路制御やこれらの経路における流量の制御を行うことができる。

ヒートポンプ回路２０は、主に、メイン回路２２と、冷房用経路２４とを有する。メイン回路２２は、チラー７０とコンデンサ８４との間で熱媒体（冷媒）を循環させる循環経路である。メイン回路２２は、膨張弁７２やコンプレッサ８２をさらに有しており、いわゆる冷凍サイクルを構成している。なお、膨張弁７２は、チラー７０の上流側に位置しており、コンプレッサ８２は、コンデンサ８４の上流側に位置している。即ち、メイン回路２２では、熱媒体が図１において反時計回りに循環する。メイン回路２２は、チラー７０に接続された低温ラジエータ回路１０から、コンデンサ８４に接続された高温ラジエータ回路３０へ、熱を伝達する。膨張弁７２やコンプレッサ８２は、制御装置９８に接続されており、それらの動作は制御装置９８によって制御される。なお、ヒートポンプ回路２０は、本明細書に開示される第１の他の熱的回路の一例である。

冷房用経路２４は、チラー７０に対して並列に設けられており、チラー７０をバイパスしている。冷房用経路２４には、膨張弁７８、冷房用のエバポレータ７６、及び、ＥＰＲ７４（エバポレータプレッシャレギュレータ）が設けられている。冷房用経路２４は、チラー７０の上流側においてメイン回路２２から分岐し、チラー７０の下流側においてメイン回路２２に合流する。冷房用経路２４の上流端（即ち、メイン回路２２からの分岐箇所）には、第２切替弁８０が設けられている。第２切替弁８０は、ヒートポンプ回路２０における熱媒体の流れを、チラー７０とエバポレータ７６との間で切り替えたり、それぞれへの流量の割合を調整することができる。第２切替弁８０は、制御装置９８に接続されており、その動作は制御装置９８によって制御される。前述したように、チラー７０では、低温ラジエータ回路１０の熱媒体から、ヒートポンプ回路２０の熱媒体への吸熱が行われる。これに対して、冷房用のエバポレータ７６では、車内の空気（外気から導入されたものも含む）から、ヒートポンプ回路２０の熱媒体への吸熱が行われ、これによって車内が冷房される。エバポレータ７６で吸収された熱は、コンデンサ８４から高温ラジエータ回路３０へ伝達される。

高温ラジエータ回路３０は、主に、メイン回路３２と、暖房用経路３４とを有する。高温ラジエータ回路３０のメイン回路３２は、コンデンサ８４と高温ラジエータ９４との間で熱媒体を循環させる循環経路である。メイン回路３２には、熱媒体を循環させるための第３ポンプ８８が設けられている。第３ポンプ８８は、コンデンサ８４の上流側に配置されている。メイン回路３２は、熱媒体を循環させることによって、ヒートポンプ回路２０から伝達された熱を、高温ラジエータ９４から外気へ放出する。なお、メイン回路３２には、ヒータ８６がさらに設けられている。ヒータ８６は電気式のヒータであり、必要に応じて熱媒体を加熱することができる。ヒータ８６は、制御装置９８に接続されており、その動作は制御装置９８によって制御される。なお、高温ラジエータ回路３０は、本明細書に開示されるさらに第２の他の熱的回路の一例である。

暖房用経路３４は、高温ラジエータ９４に対して並列に設けられており、高温ラジエータ９４をバイパスしている。暖房用経路３４には、ヒータコア９２が設けられている。暖房用経路３４は、高温ラジエータ９４の上流側においてメイン回路３２から分岐し、高温ラジエータ９４の下流側においてメイン回路３２に合流する。暖房用経路３４の上流端（即ち、メイン回路３２からの分岐箇所）には、第３切替弁９０が設けられている。第３切替弁９０は、高温ラジエータ回路３０における熱媒体の流れを、高温ラジエータ９４とヒータコア９２との間で切り替えたり、それぞれへの流量の割合を調整することができる。第３切替弁９０は、制御装置９８に接続されており、その動作は制御装置９８によって制御される。ヒータコア９２では、暖房用経路３４を流れる熱媒体から、車内の空気（外気から導入されたものも含む）への放熱が行われ、これによって車内が暖房される。

熱管理システム１００は、さらに、熱管理システム１００が配置されている環境温度を検出する第２温度センサ９５と、バッテリ６６の温度を検出する第３温度センサ９７と、を備えている。ここで、熱管理システム１００が配置されている環境温度とは、例えば、熱管理システム１００及びそれを含む筐体（ここでは、車両）が配置されている外気温である。第２温度センサ９５は、熱管理システム１００が搭載される車両に備えられていてもよい。例えば、車両において外気が導入されるフロントグリル近傍などに備えることができる。第２温度センサ９５は、車両が存在する位置情報に基づいて、適当な通信ネットワークを介して接続されるデータセンタから、車両が存在する気温を取得するデバイスであってもよい。かかるデバイスは、通信可能な独立したデバイスであってもよいし、制御装置９８の一部であってもよい。第２温度センサ９５は、制御装置９８に接続されており、第２温度センサ９５が検出した環境温度は、制御装置９８に教示される。

第３温度センサ９７は、例えば、バッテリ６６内に備えられており、第３温度センサ９７が検出するバッテリ温度は、例えば、バッテリ６６のセル温度である。バッテリ６６が複数セル備える場合には、第３温度センサ９７も複数箇所に設置することができる。第３温度センサ９７が検出したバッテリ温度は、制御装置９８に教示される。

熱管理システム１００は、互いに独立した低温ラジエータ回路１０、ヒートポンプ回路２０、及び、高温ラジエータ回路３０を備えており、それぞれの回路１０、２０、３０において、制御装置９８によって、熱媒体が流れる経路を様々に切り替えることができる。熱管理システム１００は、例えば、暖房動作モード、冷房動作モード、熱関連機器冷却モード及びバッテリ冷却モードなど種々のモードを選択的にあるいは適宜組み合わせて実行することができる。これらの動作モードについては後述する。

熱管理システム１００が備える制御装置９８は、少なくとも一つのプロセッサとメモリとを備える、いわゆるコンピュータとして構成されている。メモリには、バッテリ６６を冷却するための第１回路１２の作動時に実行するプログラムが格納されている。このプログラムは、第１回路１２の作動時において、第１切替弁４０の異常を判別するためのプログラムである。制御装置９８は、第１温度センサ４４、第２温度センサ９５及び第３温度センサ９７から取得した各温度に基づいて、第１切替弁４０の異常を判別する一連のプロセスを実行することができる。

プロセッサは、第１回路１２の作動時において、切替弁異常判別プログラムにより、切替弁の異常を判別する一連のプロセスを実行する。制御装置９８においては、プロセッサが、第１回路１２作動時には、決められたタイミングで第１温度センサ４４、第２温度センサ９５及び第３温度センサ９７から、それぞれ熱媒体温度、環境温度及び電池温度を取得できるようになっている。

切替弁異常判別プログラムにおいては、プロセッサが、熱媒体温度が、環境温度と電池温度の最高温度に基づく閾値温度以上かどうか又は閾値温度を超えているかどうかを判別する。ここで、環境温度と電池温度との最高温度とは、いずれかの温度がより高い場合には当該高い温度であり、双方の温度が同一であるときには、当該同一の温度である。プロセッサは、環境温度と電池温度とから最高温度を特定し、この最高温度に基づいて閾値温度を特定することができる。

閾値温度は、第１切替弁４０についての評価や実験に基づいて予め設定することができる。一例として、最高温度から一定温度高い温度に設定することができる。特に限定するものではないが、最高温度に加算される加算温度の下限は、例えば、３℃であり、また例えば、４℃であり、また例えば、５℃であり、また例えば、７℃である。また、加算温度の上限は、例えば、１５℃であり、また例えば、１３℃であり、また例えば、１２℃であり、また例えば、１０℃である。加算温度範囲は、これらの下限と上限から任意に設定することができるが、例えば、５℃以上１５℃以下であり、また例えば、７℃以上１２℃以下などである。最高温度に対してこうした加算温度を閾値温度とすることで、第１切替弁４０の異常を簡易にかつ精度よく判別することができる。

また、他の一例として、最高温度に加算される温度は、例えば、特定された最高温度の高さにより異なる温度が加算されてもよい。また例えば、特定された最高温度が環境温度に由来しているか電池温度に由来しているかによって、適宜異なる温度が加算されてもよい。例えば、第２温度センサ９５によって検出された温度か第３温度センサ９７によって検出された温度であるかによって、適宜異なる温度が加算されてもよい。第１メモリには、こうした閾値温度を設定するためのテーブルが格納されていてもよい。

以下に、熱管理システム１００が行うバッテリ６６の冷却動作モードを図２に例示し、熱管理システム１００が行なうプロセスの一例として、バッテリ冷却動作モードにおける第１回路１２と第２回路１６との間の第１切替弁４０の異常を判別するプロセスのフローを図３に示して説明する。

（バッテリ冷却動作モード）
図２は、熱管理システム１００が実行し得るバッテリ冷却動作モードの回路を示している。図２は、冷房動作モードにおけるバッテリ冷却動作モードとして示している。バッテリ冷却動作モードでは、制御装置９８が、例えば、図２に示すように熱管理システム１００の各部を制御する。高温ラジエータ回路３０では、メイン回路３２に熱媒体が循環するように第３切替弁９０と第３ポンプ８８とが制御される。ヒートポンプ回路２０では、メイン回路２２に熱媒体が循環するように第２切替弁８０とコンプレッサ８２とが制御される。低温ラジエータ回路１０では、第１切替弁４０が、チラー経路１４からバッテリ経路１３とから構成される第１回路１２に熱媒体が流れるように、第１ポンプ６８及び第１切替弁４０とが制御される。

こうすることで、ヒートポンプ回路２０のメイン回路２２では、コンデンサ８４によって冷却された熱媒体がチラー７０に流入される。チラー７０では、チラー経路１４の熱媒体が冷却され、冷却された熱媒体がバッテリ経路１３に流入してバッテリ６６の冷却が実行される。

（切替弁異常判別プロセス）
図３に示すフローは、制御装置９８が、バッテリ６６の温度が基準温度以上であることを検知することにより生成されるバッテリ冷却要求に基づいて実行するプロセスの一例である。制御装置９８は、バッテリ冷却要求に基づいて、バッテリ冷却プロセスを開始するとともに、以下の切替弁異常判別プログラムに基づくプロセスを実行する。制御装置９８は、まず、バッテリ冷却要求に基づいて、第１切替弁４０及び第１ポンプ６８を、第１回路１２に熱媒体を循環させるように制御する。

プロセッサは、バッテリ冷却要求により第１ポンプ６８が作動開始して、その出力が、第１回路１２に熱媒体を供給できるレベルにまでなったときに、切替弁異常判別プログラムに基づくプロセスが実行される。特に限定するものではないが、例えば、第１ポンプ６８の出力電圧に対するデューティ指示率が３０％以上であるときに、プロセスが実行される。

切替弁異常判別プロセスが開始されると、プロセッサは、内蔵するタイマーにより、プロセス開始からの経過時間を計測して、一定時間が経過したかどうかを判別する（ステップＳ１００）。このステップＳ１００により、第１ポンプ６８の作動開始直後に待機時間を設けることで、第１回路１２内の熱媒体の温度分布が不均一などの事象による誤判別を回避することができる。熱管理システム１００を搭載する車両がトランスアクスル４８などの有するモータが停止した状態で停車しているときなど、車両内部で、第１回路１２のバッテリ経路１３やチラー経路１４が加熱されて、熱媒体温度が部分的に上昇する場合があるからである。

上記一定時間、すなわち、第１ポンプ６８作動直後の熱媒体温度の分布の不均一が解消される時間は、種々の条件下での評価実験等によって予め設定することができる。特に限定するものではなく、第１回路１２の経路の長さや設置範囲等によっても異なるが、例えば、数十秒から数分程度の範囲で設定することができ、１分以内であってもよい。

プロセッサは、ステップＳ１００において、プロセス開始から一定時間経過したと判断したとき、第１回路１２の熱媒体温度と、環境温度と電池温度の最高温度に基づく閾値温度とを、対比して、熱媒体温度が閾値温度以上であるかどうかを判断する異常判断ステップを実行する（ステップＳ１１０）。熱媒体温度は、第１温度センサ４４より、環境温度は、第２温度センサ９５より、電池温度は、第３温度センサ９７からそれぞれ取得される。

熱媒体温度が予め設定した閾値温度未満又は以下であるときには、プロセッサは、第１切替弁４０に異常は発生していないものとして、切替弁情報として、検知内容（検知日時、プロセス開始からの経過時間、熱媒体温度、環境温度、電池温度及び閾値温度等）を生成して、メモリに格納するステップを実行して（ステップＳ１２０）。このプロセスを終了する。

一方、熱媒体温度が閾値温度以上又は超であるときは、プロセッサは、第１切替弁４０に異常が発生しているとして、異常発生情報として、異常検知内容（異常発生日時、プロセス開始からの経過時間、熱媒体温度、環境温度、電池温度及び閾値温度等）を生成して、メモリに格納するステップを実行する（ステップＳ１３０）。

さらに、プロセッサは、第１切替弁４０に異常が発生しているとして、制御装置９８に通知するとともに、熱管理システム１００又は車両が備える適当な表示手段に第１切替弁４０の異常を表示して（ステップＳ１４０）、このプロセスを終了する。

以上の一連のプロセスにより、熱管理システム１００は、バッテリ６６の冷却動作時に、第１切替弁４０の異常を判別することができる。第１切替弁４０の異常を簡易にかつ精度よく判別できるため、第１切替弁４０の異常に対する対応を速やかに実行でき、バッテリ６６の性能低下を抑制又は回避できる。また、バッテリ６６の冷却動作開始時において、第１切替弁４０の異常を判別することができるため、迅速な対応が可能である。

なお、以上のプロセスでは、バッテリ冷却動作開始直後の切替弁異常判別プロセスの実行について説明したが、切替弁異常判別プロセスの実行時期はこれに限定するものではない。例えば、切替弁異常判別プロセスは、バッテリ冷却動作開始から上記した一定期間経過後であって、バッテリ冷却動作が終了するまでの間の任意のタイミングで実施するようにしてもよい。例えば、バッテリ６６の冷却動作開始から予め設定した所定タイミングで上記プロセスを繰り返し実行するように設定することができる。

また、以上のプロセスでは、車両停止中における誤判別を回避するために、バッテリ冷却動作開始から一定時間、切替弁異常判別ステップを実施しないこととしたが、これに限定するものではない。例えば、熱管理システム１００が、第１回路１２における熱媒体温度を、第１回路１２内の複数箇所において検出する温度センサを備えている場合がある。かかる場合には、プロセッサがこれらの温度センサから、第１回路１２の複数の異なる箇所からの熱媒体温度を検出して、これらの温度差が一定以下になることを検出するステップを実施することができる。かかるステップにより、当該温度差が一定以下になったときに、切替弁異常判別ステップを実行するようにしてもよい。こうすることで、バッテリ冷却動作開始からの判別待機時間を特段設定することなく、第１切替弁４０の異常を正確に判別することができる。

なお、以上のプロセスでは、バッテリ冷却動作モードは、熱管理システム１００が冷房動作モードと同時に実行されたが、これに限定するものではない。バッテリ冷却動作モードは、単独でも実行可能であるほか、図４に示すように、熱管理システム１００において暖房動作モードにおいても同時に実行可能である。すなわち、高温ラジエータ回路３０において暖房用経路３４に熱媒体を循環させるように動作させるとともに、ヒートポンプ回路２０を冷房動作モードと同様に動作させることで暖房動作を実行させることができる。

また、バッテリ冷却動作モードは、図５に示すように、低温ラジエータ回路１０の第２回路１６に熱媒体を循環させる熱関連機器冷却動作モードと、選択的にあるいは同時に実行されることも可能である。例えば、バッテリ冷却動作と熱関連機器冷却動作とを同時に実行するには、熱媒体が第１回路１２と第２回路１６とで独立して循環して流れるように、第１切替弁４０、第１ポンプ６８及び第２ポンプ６０とが制御装置９８によって制御される。低温ラジエータ経路１７の熱媒体を低温ラジエータ４２で冷却して、熱関連機器経路１８に流入させることで、熱関連機器５４、５６、５８及びトランスアクスル４８（モータ）の冷却が実行される。

さらに、図５に示すように、熱管理システム１００では、バッテリ冷却動作モードは、第２回路１６のバイパス経路１９と熱関連機器経路１８とから構成されるバイパス回路１９ａに熱媒体を循環させるバイパス回路動作モードと、選択的にあるいは同時に実行されることも可能である。例えば、バッテリ冷却動作モードとバイパス回路動作モードとを同時に実行するには、熱媒体が第１回路１２とバイパス回路１９ａとで独立して循環して流れるように、第１切替弁４０、第１ポンプ６８及び第２ポンプ６０とが制御装置９８によって制御される。

熱管理システム１００では、第１温度センサ４４を、バッテリ６６の出口側（下流側）に設けることとしたがこれに限定するものではない。例えば、第１切替弁４０の下流側であって、第１切替弁４０により近い、バッテリ６６の入口側（上流側）に第１温度センサ４４を備えるようにしてもよい。こうすることで、バッテリ６６を通過していない熱媒体温度を検知できる。

熱管理システム１００では、冷却器としてチラー７０を備えるものとしたがこれに限定するものではない。公知の種々の冷却器のほか熱交換器を用いることができる。

熱管理システム１００は、電動車両に搭載されるものとしたがこれに限定するものではない。定置型の熱管理システム１００としても用いることができる。また、熱管理システム１００では、電池としてバッテリ６６を冷却する電池冷却回路（電池冷却システム）を備えるものとしたが、燃料電池などの他の電池の冷却システムとしても用いることができる。

熱管理システム１００では、ヒートポンプ回路２０及び高温ラジエータ回路３０を備えるものとしたが、これらを必ずしも備えていなくてもよい。電池冷却という意図を含むシステムであればよい。

熱管理システム１００では、第１切替弁４０を、第１回路１２と第２回路１６との接続部位に備える５方弁としたが、これに限定するものではない。例えば、第１回路１２と第２回路１６とは、接続回路を介して接続されていてもよい。例えば、図６に示す熱管理システム２００では、第１回路１２と第２回路１６とは、接続経路２１０と、接続回路２１２を介して接続されている。さらに、第１回路１２と接続回路２１０との接続部位に第１切替弁２２０を備えている。また、第２回路１６のバイパス経路１９の分岐部には切替弁弁２４０を備えている。接続経路２１０、２１２に第２回路１６からの高温の熱媒体が流入している場合、第１切替弁２２０が異常であると、第１回路１２の熱媒体温度が上昇する可能性がある。本明細書に開示される切替弁異常判別プロセスを、熱管理システム２００の第１回路１２についても適用することができる。

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で、技術的な有用性を持つものである。

１０：低温ラジエータ回路
１２：第１回路
１３：バッテリ経路
１４：チラー経路
１６：第２回路
１７：低温ラジエータ経路
１８：熱関連機器経路
１９：バイパス経路
２０：ヒートポンプ回路
２２：ヒートポンプ回路のメイン回路
２４：ヒートポンプ回路の冷房用経路
３０：高温ラジエータ回路
３２：高温ラジエータ回路のメイン回路
３４：高温ラジエータ回路の暖房用経路
４０：第１切替弁
４２：低温ラジエータ
４４：温度センサ
８０：第２切替弁
４８：トランスアクスル
５０：オイル循環路
５２：オイルポンプ
５４：オイルクーラ
５６、５８：電力変換装置（ＳＰＵ、ＰＣＵ）
６０：第２ポンプ
６８：第１ポンプ
６９：リザーバタンク
７０：チラー
７６：エバポレータ
８４：コンデンサ
８８：第３ポンプ
９０：第３切替弁
９２：ヒータコア
９４：高温ラジエータ
９５：第２温度センサ
９７：第３温度センサ
９８：制御装置
１００：熱管理システム

特開２０２０－４４８４号公報

Claims (13)

1. 電池冷却システムであって、
   電池を冷却する熱媒体が循環する電池冷却回路であって、互いに接続された経路である、前記熱媒体を冷却する冷却器経路と電池経路とを有する電池冷却回路と、
   前記冷却器経路において前記熱媒体を冷却する冷却器と、
   前記電池経路によって冷却される電池と、
   前記冷却器経路及び前記電池経路を相互に接続する接続部位の一方でこれらに接続される冷却回路であって共通する前記熱媒体が循環する併用冷却回路と、
   前記冷却器経路と前記電池経路との前記一方の接続部位で、これらの経路と前記併用冷却回路との間の連通及び遮断を切替え可能な切替弁と、
   前記電池冷却回路を循環する前記熱媒体の熱媒体温度を検出する熱媒体温度センサと、
   電池冷却システムが設置された環境の環境温度を検出する環境温度センサと、
   前記電池の電池温度を取得する電池温度センサと、
   制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記熱媒体温度と、前記環境温度及び前記電池温度のうちの最高温度に関連付けられる閾値温度と、に基づいて前記切替弁の異常を判別する、システム。
2. 前記閾値温度は、前記最高温度に対して所定温度上昇させた温度である、請求項１に記載の電池冷却システム。
3. 前記閾値温度は、前記最高温度よりも５℃以上１５℃以下高い温度に設定される、請求項１又は２に記載の電池冷却システム。
4. 前記熱媒体温度センサを、前記切替弁の下流側に備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池冷却システム。
5. 前記切替弁を、前記冷却器経路の下流端と前記電池経路の上流端とを接続する接続部位に備える、請求項１～４のいずれか一項に記載の電池冷却システム。
6. 前記切替弁は、前記冷却器経路と、前記電池経路と、前記併用冷却回路が有する経路と、の間を連通及び遮断を切替え可能な切替弁である、請求項１～５のいずれか一項に記載の電池冷却システム。
7. 前記併用冷却回路は、前記電池の電力を用いて動作する熱関連機器を含む熱関連機器経路と熱関連機器を冷却する前記熱媒体と外気との間で熱交換を行うラジエータを含むラジエータ経路とを有し、前記熱媒体が循環する冷却回路である、請求項１～６のいずれか一項に記載の電池冷却システム。
8. 前記併用冷却回路は、さらに、前記ラジエータ経路をバイパスするバイパス経路を有する、請求項７に記載の電池冷却システム。
9. 前記電池冷却システムは、前記冷却器回路と前記電池回路との他方の接続部位において前記熱媒体の貯留部を備えており、前記電池冷却回路と前記併用冷却回路とを、前記切替弁と前記貯留部とを介して接続して備える、請求項１～８のいずれか一項に記載の電池冷却システム。
10. 前記制御装置は、前記熱媒体が前記電池冷却回路の循環を開始したときには、前記熱媒体の循環開始から一定時間経過後に、前記熱媒体温度と前記閾値温度とに基づいて、前記切替弁の異常を判別する、請求項１～９のいずれかに記載の電池冷却システム。
11. 前記電池冷却システムは、さらに、前記熱媒体を他の熱媒体との熱交換によって冷却する熱交換器を備える第１の他の熱的回路を備える、請求項１～１０のいずれか一項に記載の電池冷却システム。
12. 前記電池冷却システムは、さらに、前記他の熱媒体をさらに他の熱媒体との熱交換によって加熱する第２の他の熱的回路を備える、請求項１１に記載の電池冷却システム。
13. 前記電池は、車両用バッテリである、請求項１～１２のいずれか一項に記載の電池冷却システム。
    

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