JP4442231B2 - 蓄電機構の冷却ファンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池やキャパシタなどの蓄電機構の冷却に関し、特に、車両に搭載される蓄電機構の冷却ファンの制御に関する。

電動機により車両の駆動力を得る、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車は、二次電池やキャパシタ等の蓄電機構を搭載している。電気自動車は、この蓄電機構に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動する。ハイブリッド自動車は、この蓄電機構に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、電動機によりエンジンをアシストして車両を駆動したりする。燃料電池車は、燃料電池による電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、この燃料電池による電力に加えて蓄電機構に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したりする。また、車両の回生制動時には、車両の運動エネルギを用いて発電された電力により蓄電機構が充電される。

これらの蓄電機構の一例である二次電池は、高電圧高出力を必要とするため、たとえば、１．２Ｖ程度のニッケル水素電池のバッテリセルを６個程度直列に接続したバッテリモジュールを、３０個程度直列に接続してバッテリパックを形成している。内燃機関のみを車両の駆動源としていた従来の車両には搭載されていなかったこのような二次電池を、電気自動車やハイブリッド自動車などは搭載しなければならない。また、従来の車両に搭載されていた補機類（ライト、オーディオ等）用の鉛蓄電池に対しては冷却を考慮する必要は少なかったが、このような二次電池においては、冷却を十分に考慮する必要がある。

このような搭載や冷却については、蓄電機構のもうひとつの一例であるキャパシタでも同じことが当てはまる。

特開２００１−１０３６１２号公報（特許文献１）は、ファン消費電流の削減およびファン騒音の低減を図るハイブリッド車両のファン制御装置を開示する。このハイブリッド車両のファン制御装置は、車両の推進力を出力するエンジンと、そのエンジンの出力を補助するモータと、そのモータに電力を供給するバッテリと、そのバッテリを冷却するファンと、車両停止に伴うアイドル停止機能とを備えてなるハイブリッド車両に設けられる。ファン制御装置は、車両減速中にアイドル停止を事前に予測するアイドル停止予測手段と、アイドル停止が予測された場合に、ファンをアイドル停止前に停止させる風量切替手段とを備える。

特許文献１に開示されたハイブリッド車両のファン制御装置によると、車両減速中に、近々アイドル停止が有ることを予測することにより、実際にアイドル停止される前にファン風量をＯＦＦにすることができるから、ファン消費電流の削減およびファン騒音の低減が可能となる。これにより、車両減速中にアイドル停止が有ることを予測し、アイドル停止前にファンを停止させているから、ファン消費電流の削減およびファン騒音の低減が可能となり、商品性（無音）の向上を図ることができる。しかも、ファンをいきなり停止させるのでなく、ファン停止前に風量を一旦低減し、その後に停止させているから、ファン残響音の低減が可能となり、商品性をさらに向上させることができる。
特開２００１−１０３６１２号公報

特許文献１に開示された内容によると、走行モード応動型風量制御として、バッテリ温度が閾値以上かつバッテリ温度の時間微分値がしきい値以上である場合に、ファン風量をＨｉとするという開示がある。これは、比較的激しい走り方（たとえば、走行モードとしてスポーツモードが選択されるような走り方）をすると、バッテリ温度は急激に上昇するが、このファン制御装置によると、その有無をバッテリ温度の時間微分値で判断し、通常制御での温度閾値よりも低い段階で早めにファンを高回転させる。これにより、結果的にバッテリ温度をより低い水準で管理することが可能となり、バッテリの高寿命化を得ることができる。

しかしながら、特許文献１に開示されたファン制御装置では、バッテリ温度の時間微分値で判断してから、ファンを高回転させてバッテリへの冷却風量を増大させるので、実際にバッテリ温度が変化し始めないとファンが高回転に制御されない。すなわち、ファンが高回転に切換えられたときには既にバッテリ温度が上昇してしまっており、バッテリ温度の上昇に対して冷却風量の増大に至るまでタイムラグが発生する。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、バッテリやキャパシタ等の蓄電機構の温度上昇に対してタイムラグを生じることがない、蓄電機構の冷却ファンの制御装置を提供することである。

第１の発明に係る制御装置は、車両に搭載され、車両を走行させるための回転電機に接続された蓄電機構の冷却ファンを制御する。この制御装置は、車両の走行モードを検知するための検知手段と、蓄電機構の温度を検知するための温度検知手段と、走行モードおよび蓄電機構の温度に基づいて、冷却ファンを制御するための制御手段とを含む。

第１の発明によると、たとえば、車両の走行モードが、加減速度が大きくその頻度も高い、いわゆるスポーツモードが選択されていると、蓄電機構への充放電電力値が多くなり、通常の走行モードであるときよりも、蓄電機構である二次電池やキャパシタの温度が上昇する傾向になる。このようなスポーツモードが選択されている場合には、蓄電機構の温度が低くても冷却ファンが作動するように冷却ファン作動開始温度を低く設定したり、冷却風量が多くなるように設定する。このようにすると、実際に蓄電機構の温度上昇や温度上昇の時間微分値が各々のしきい値を超えてから冷却ファンの作動を開始させたり冷却風量を多くしたりする場合に比べて、早めに（タイムラグなく）蓄電機構を冷却することができる。その結果、バッテリやキャパシタ等の蓄電機構の温度上昇に対してタイムラグを生じることがない、蓄電機構の冷却ファンの制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、検知手段は、車両の走行モードが、通常走行を示す第１の走行モードであるのか、第１の走行モードよりも蓄電機構の温度が上昇する傾向を示す第２の走行モードであるのかを検知するための手段を含む。冷却ファンを作動させる蓄電機構の温度しきい値は、第１の走行モードに対応して設定されるしきい値よりも、第２の走行モードに対応して設定されるしきい値の方が低い。制御手段は、検知された蓄電機構の温度が、走行モードに対応して設定されたしきい値以上になると、冷却ファンを作動させるための手段を含む。

第２の発明によると、車両の走行モードが、加減速度が大きくその頻度も高い、第２の走行モードが選択されていると、蓄電機構への充放電電力値が多くなり、第１の走行モードであるときよりも、蓄電機構である二次電池やキャパシタの温度が上昇する傾向を示す。このような第２の走行モードが選択されている場合には、蓄電機構の温度が低くても冷却ファンが作動するように、冷却ファン作動開始温度を低く設定する。このようにすると、実際に蓄電機構の温度上昇や温度上昇の時間微分値が各々のしきい値を超えてから冷却ファンの作動を開始させる場合に比べて、早めに（タイムラグなく）蓄電機構を冷却することができる。その結果、バッテリやキャパシタ等の蓄電機構の温度上昇に対してタイムラグを生じることがない、蓄電機構の冷却ファンの制御装置を提供することができる。

第３の発明に係る制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、検知手段は、車両の走行モードが、通常走行を示す第１の走行モードであるのか、第１の走行モードよりも蓄電機構の温度が上昇する傾向を示す第２の走行モードであるのかを検知するための手段を含む。冷却ファンの風量は、第１の走行モードに対応して設定される風量よりも、第２の走行モードに対応して設定される風量の方が多い。制御手段は、走行モードに対応して設定された風量になるように冷却ファンを作動させるための手段を含む。

第３の発明によると、車両の走行モードが、加減速度が大きくその頻度も高い、第２の走行モードが選択されていると、蓄電機構への充放電電力値が多くなり、第１の走行モードであるときよりも、蓄電機構である二次電池やキャパシタの温度が上昇する傾向を示す。このような第２の走行モードが選択されている場合には、多くの冷却風量を蓄電機構に供給するように冷却ファンを制御する。このようにすると、実際に蓄電機構の温度上昇や温度上昇の時間微分値が各々のしきい値を超えてから冷却ファンの冷却風量を多くする場合に比べて、早めに（タイムラグなく）蓄電機構を冷却することができる。その結果、バッテリやキャパシタ等の蓄電機構の温度上昇に対してタイムラグを生じることがない、蓄電機構の冷却ファンの制御装置を提供することができる。

第４の発明に係る制御装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、第２の走行モードは、スポーツモードである。

第４の発明によると、いわゆるスポーツモードが選択されていると、蓄電機構への充放電電力値が多くなり、通常の走行モードであるときよりも、蓄電機構である二次電池やキャパシタの温度が上昇する傾向になる。このような、場合に早めに（タイムラグなく）蓄電機構を冷却して、蓄電機構の温度上昇に対してタイムラグを生じることがないようにすることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

なお、以下においては、蓄電機構をバッテリとして説明するが、本発明はこれに限定されず、キャパシタ等の蓄電機構であってもよい。また、車両をハイブリッド車両として説明するが、本発明はこれに限定されず、走行用の蓄電機構を搭載した車両であれば、電気自動車、燃料電池車であってもよい。

図１に、本発明の実施の形態に係るバッテリ冷却システムのブロック図を示す。図１に示すように、この冷却システムは、バッテリＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００と、バッテリ２００とを含む。車両には、エアコンディショナ（以下、エアコンと略す）が設けられ、車室内の温度調節が可能である。バッテリ２００は、温度調節された車室内の空気を用いて冷却される。

バッテリＥＣＵ１００は、後述するプログラムなどを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２と、ＣＰＵ１０２で実行されるプログラムやプログラムで使用される各種のしきい値を記憶するメモリ１０４と、温度センサや冷却ファンとの間における信号の送受信のためのインターフェイス１０６と、ＣＰＵ１０２、メモリ１０４およびインターフェイス１０６を接続する内部バス１０８とを含む。

なお、図１に示したバッテリＥＣＵ１００は一例であって、この構成に限定されるものではない。たとえば、メモリ１０４はバッテリＥＣＵ１００の外部にあってもよいし、バッテリＥＣＵ１００の中が内部バス１０８で接続されていなくてもよい。

バッテリ２００は、１．２Ｖ程度のニッケル水素電池セルを直列に６個程度接続したバッテリモジュールを３０個程度直列に積層した構造を有する。ただし、本発明において、バッテリの種類は、このような構造を有するニッケル水素電池に限定されるものではない。

バッテリ２００には、車室内の空気を吸込んでバッテリ２００を冷却するバッテリ冷却ファン２２０と、バッテリ２００の温度を検知するバッテリ温度センサ２１０とを含む。なお、バッテリ２００を冷却する空気の温度を検知するバッテリ冷却風温度センサを含むようにしてもよい。バッテリ温度センサ２１０は、たとえば、バッテリ１００の中で最も温度が高くなる位置に設置される。

このバッテリ温度センサ２１０やバッテリ冷却風温度センサは、たとえば、測温素子（サーミスタ）により構成される。

バッテリＥＣＵ１００のＣＰＵ１００は、インターフェイス１０６を介して、バッテリＥＣＵ１００の外部から、現在の車両の走行モードがスポーツモードが選択されていることを示すスポーツモード選択信号が入力される。このスポーツモードとは、一般的な走行よりも加減速度およびその頻度が高い走行モードをいう。このスポーツモードにおいては、バッテリ２００への充放電電力量が大きく、バッテリ２００は化学反応により充放電を行なうため、この化学反応によるバッテリ２００の温度上昇が大きくなる傾向を有する。なお、キャパシタであっても、充放電電流値が大きくなるとジュール熱によるキャパシタ等の温度上昇が大きくなる傾向がある。

メモリ１０４には、通常の走行モードに対応させたバッテリ冷却ファン２２０の作動を開始させる温度しきい値ＴＨ（Ｈｉ）と、スポーツモードに対応させたバッテリ冷却ファン２２０の作動を開始させる温度しきい値ＴＨ（Ｌｏ）とが記憶されている。たとえば、通常の走行モードに対応するしきい値ＴＨ（Ｈｉ）は６０℃に、スポーツモードに対応するしきい値ＴＨ（Ｌｏ）は４０℃に設定される。

なお、通常の走行モードとスポーツモードとは（さらに別のモードがあってもよい）、運転者が操作する走行モード切換スイッチにより切換えられる。

図２を参照して、図１のバッテリＥＣＵ１００のＣＰＵ１０２で実行されるプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、バッテリＥＣＵ１００のＣＰＵ１０２は、バッテリ２００の温度ＴＢを検知する。このとき、ＣＰＵ１０２は、インターフェイス１０６を介してバッテリ温度センサ２１０から入力された信号に基づいて、バッテリ２００の温度ＴＢを検知する。

Ｓ２００にて、ＣＰＵ１０２は、スポーツモードが選択されているか否かを判断する。この判断は、走行モード切換スイッチから入力されるスポーツモード選択信号の状態に基づいて行なわれる。このスポーツモード選択信号がＨｉの状態であると、スポーツモードが選択されていると判断する。スポーツモードが選択されていると判断されると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ３００へ移される。もしそうでないと（Ｓ２００にてＮＯ）、処理はＳ５００へ移される。

Ｓ３００にて、ＣＰＵ１０２は、バッテリ温度ＴＢがしきい値ＴＨ（Ｌｏ）よりも高いか否かを判断する。バッテリ温度ＴＢ＞しきい値ＴＨ（Ｌｏ）であると判断されると（Ｓ３００にてＹＥＳ）、処理はＳ４００へ移される。もしそうでないと（Ｓ３００にてＮＯ）、処理はＳ６００へ移される。

Ｓ４００にてＣＰＵ１０２は、バッテリ冷却ファン２２０に作動指令信号を出力する。これにより、停止していたバッテリ冷却ファン２２０が作動を開始して、バッテリ２００に冷却風が供給される。また、バッテリ冷却ファン２２０が作動していた場合には、その作動状態が継続されて、バッテリ２００に冷却風が供給される。

Ｓ５００にて、ＣＰＵ１０２は、バッテリ温度ＴＢがしきい値ＴＨ（Ｈｉ）よりも高いか否かを判断する。バッテリ温度ＴＢ＞しきい値ＴＨ（Ｈｉ）であると判断されると（Ｓ５００にてＹＥＳ）、処理はＳ４００へ移される。もしそうでないと（Ｓ５００にてＮＯ）、処理はＳ６００へ移される。

Ｓ６００にてＣＰＵ１０２は、バッテリ冷却ファン２２０に停止指令信号を出力する。これにより、作動していたバッテリ冷却ファン２２０が停止して、バッテリ２００への冷却風の供給が停止される。また、バッテリ冷却ファン２２０が停止していた場合には、その停止状態が継続されて、バッテリ２００に冷却風が供給されない。

以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係るバッテリ冷却システムを搭載した車両の冷却ファンの動作について説明する。

車両が走行を開始して、運転者が走行モード切換スイッチを操作してスポーツモードが選択されると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、バッテリ温度ＴＢが、温度しきい値ＴＨ（Ｈｉ）よりも低い温度しきい値ＴＨ（Ｌｏ）を上回ると（Ｓ３００にてＹＥＳ）、バッテリ冷却ファン２２０が作動を開始する。

一方、運転者が走行モード切換スイッチを操作してスポーツモードが選択されないと（Ｓ２００にてＮＯ）、バッテリ温度ＴＢが、温度しきい値ＴＨ（Ｌｏ）より高い温度しきい値ＴＨ（Ｈｉ）を上回るまで（Ｓ５００にてＹＥＳ）、バッテリ冷却ファン２２０が作動を開始しない。

すなわち、スポーツモードが選択された時点で、バッテリ冷却ファン２２０の作動を開始させる温度しきい値を、より低い温度しきい値である温度しきい値ＴＨ（Ｌｏ）を採用する。このため、バッテリ温度ＴＢの時間変化率がしきい値を上回ってから冷却ファンを作動させたり、冷却風量を多くしたりする場合に比べて、より早くバッテリ２００の温度上昇を抑制することができる。

以上のようにして本実施の形態に係るバッテリ冷却システムによると、バッテリの温度上昇がより多く見込まれるスポーツ走行が選択されていた時点で、冷却ファンの作動を開始させる温度しきい値をより低いしきい値に変更する。このため、低い温度でも冷却ファンが作動を開始して、バッテリの温度上昇を早めに抑制できる。

なお、温度しきい値ＴＨ（Ｌｏ）および温度しきい値ＴＨ（Ｈｉ）のみでは、バッテリ温度ＴＢがしきい値近傍で上下動すると、バッテリ冷却ファン２２０が作動／停止を頻度高く繰り返すハンチング動作が発生する可能性がある。このため、しきい値に許容幅を認めて、ハンチングを防止するようにすると好ましい。

＜変形例＞
以下、本発明の実施の形態の変形例に係るバッテリ冷却システムについて説明する。ブロック図は、図１と同じである。そのため、ここでの説明は繰り返さない。

本変形例においては、バッテリ冷却ファン２２０の作動を開始させる温度しきい値を、スポーツモードと通常走行モードとで切換えるのではなく、スポーツモードが選択されているときのバッテリ冷却ファン２２０の回転数を上昇させて、通常走行モードが選択されているときよりも冷却風量を多くする。

すなわち、温度上昇が高めになることが見込められるスポーツモードが選択されている場合には、バッテリ冷却ファン２２０を高回転になるように制御して、バッテリ２００の温度上昇をより抑制する。これにより、冷却ファンからの冷却風量が多くなり、バッテリの温度上昇を早めに抑制できる。

なお、本発明の実施の形態と、その変形例とを組み合わせるようにしてもよい。

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て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。

本発明の実施の形態に係るバッテリ冷却システムのブロック図である。 図１のバッテリＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ バッテリＥＣＵ、１０２ ＣＰＵ、１０４ メモリ、１０６ インターフェイス、１０８ 内部バス、２００ バッテリ、２１０ バッテリ温度センサ、２２０ バッテリ冷却ファン。

Claims (4)

1. 車両に搭載され、前記車両を走行させるための回転電機に接続された蓄電機構の冷却ファンの制御装置であって、
   前記車両の走行モードが、通常走行を示す第１の走行モードであるのか、前記第１の走行モードよりも前記蓄電機構の温度が上昇する傾向を示す第２の走行モードであるのかを検知するための検知手段と、
   前記蓄電機構の温度を検知するための温度検知手段と、
   前記走行モードおよび前記蓄電機構の温度に基づいて、前記冷却ファンを制御するための制御手段とを含む、制御装置。
2. 前記冷却ファンを作動させる蓄電機構の温度しきい値は、前記第１の走行モードに対応して設定されるしきい値よりも、前記第２の走行モードに対応して設定されるしきい値の方が低く、
   前記制御手段は、前記検知された蓄電機構の温度が、走行モードに対応して設定されたしきい値以上になると、前記冷却ファンを作動させるための手段を含む、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記冷却ファンの風量は、前記第１の走行モードに対応して設定される風量よりも、前記第２の走行モードに対応して設定される風量の方が多く、
   前記制御手段は、走行モードに対応して設定された風量になるように前記冷却ファンを作動させるための手段を含む、請求項１に記載の制御装置。
4. 前記第２の走行モードは、スポーツモードである、請求項１〜３のいずれかに記載の制御装置。

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