JP4924301B2 - 電池の冷却装置 - Google Patents

Description

この発明は、電池の冷却装置に関し、より特定的には、空調装置が搭載された車両に適用される電池の冷却装置に関する。

近年、電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車等のように、車両駆動力の発生源として電動機を採用し、この電動機を駆動する電力を蓄積する大容量の電池を搭載する電動車両が登場している。

このような自動車に搭載された電池では比較的大電力が入出力されるため、その温度管理が重要となる。このため、たとえば、特開２００６−１７２９３１号公報（特許文献１）にも開示されるように、車室内用の空調装置によって冷却された空気を電池冷却に用いる構成が採用される。特に、特許文献１に開示された充放電制御装置および車両では、空調装置の作動状態に応じて電池冷却能力を十分に確保できない点を考慮して、空調装置の作動状態に応じて電池に対する充電量または放電量の制限値を設定する構成が開示されている。

また、特開２００５−４５８５７号公報（特許文献２）では、蓄電装置の過昇温を確実に防止するための構成として、バッテリの実発熱量を測定する実発熱量測定手段と、実発熱量が目標発熱量を超えた場合にバッテリの出力を低減する出力低減手段とを備えた出力制御装置の構成が開示されている。

さらに、特開２００７−９７３５９号公報（特許文献３）には、ハイブリッド車両においてバッテリ温度が燃費に及ぼす影響を考慮して、燃費を考慮したバッテリ昇温制御を可能とするバッテリ充放電制御システムが開示されている。具体的には、車両が現在地から走行目的地に到達するために要する到達所要時間を算出して提供するするナビゲーション装置と、バッテリの温度を検出するバッテリ温度センサと、到達所要時間とバッテリの温度とバッテリ昇温のための充放電に要する燃費とに基づき、バッテリ昇温制御を実行するかまたは通常の充放電制御を実行するかを決定するモード決定条件を記憶する記憶装置と、モード決定条件に到達所要時間とバッテリ温度とを適用してバッテリ充放電制御を行なう充放電制御部とを含む、バッテリ充放電制御システムの構成が開示されている。
特開２００６−１７２９３１号公報 特開２００５−４５８５７号公報 特開２００７−９７３５９号公報

一般的に、空調装置からの冷却風を電池冷却に使用するシステムでは、車室内からの空気によって電池を冷却する冷却モード（室内吸気モード）と、空調装置からの冷却風によって電池を冷却する冷却モード（Ａ／Ｃ冷却モード）とを使い分ける制御構成が採用される。これにより、車室内の空気によって電池を十分に冷却可能な状況においても、空調装置によって電池の冷却風を発生させることにより、空調装置の消費電力が増大することを防止できる。

このような制御構成では、室内吸気モードと、Ａ／Ｃ吸気モードとをいかに適切に切替えるかがポイントとなる。一般的には、電池の充放電電流に基づき算出される電池負荷に基づいて、電池発熱が大きいときに、冷却能力が高いＡ／Ｃ冷却モードを適用する一方で、それ以外のときには室内吸気モードを適用することが行なわれている。

しかしながら、空調装置によって供給される冷却風量にはおのずと限界があり、電池冷却に使用可能な冷却風量についても、自動車の乗員による冷房条件の設定（室温設定や風量設定等）によっては、電池冷却に使用できる空調装置からの冷却風量が制限されるケースが考えられる。したがって、この点を考慮せずに電池冷却を制御すると、電池を十分に冷却できなくなる可能性がある。

また、車両駆動用の電動機によって回生制動運転時に回生電力を回収可能な電動車両では、空調装置を用いた電池冷却によって電池温度の上昇を抑制することによって、回生エネルギの回収量が増大することが期待される。したがって、冷却モードの選択については、燃費面も考慮することが好ましい。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、車室内の空気を電池に導いて冷却するモードと、空調装置によって冷却された空気を電池に導いて冷却するモードとを適切に選択することによって、確実かつ効率的に電池冷却を実行できる電池の冷却装置を提供することである。

この発明による電池の冷却装置は、車室を空調する空調装置が搭載された車両に適用される電池の冷却装置であって、車室の空気を電池へ導く第１の冷却経路と、第１の冷却経路によって導かれる空気の温度を検出する温度検出器と、空調装置からの空気を電池へ導く第２の冷却経路と、第１および第２の冷却経路と電池との間に設けられた切替弁と、第１の冷却経路からの空気によって電池を冷却する第１の冷却モードと、第２の冷却経路からの空気によって電池を冷却する第２の冷却モードとを選択的に設定する制御部とを備える。そして、制御部は、温度検出器によって検出された空気温度と、電池の負荷状態と、空調装置の作動条件とに基づいて、第１および第２の冷却モードの一方を選択するとともに、選択した冷却モードに従って切替弁の動作を制御する。

好ましくは、制御部は、電池負荷推定部と、基準値設定部と、冷却モード設定部とを含む。電池負荷推定部は、電池の充放電電流に基づいて、電池の負荷推定値を算出する。基準値設定部は、空気温度および空調装置の作動条件に基づいて、第１および第２の冷却モードの切替点に対応する、負荷推定値の基準値を設定する。冷却モード設定部は、負荷推定値が基準値より大きいときに第２の冷却モードを選択する一方で、負荷推定値が基準値以下であるときに第１の冷却モードを選択する。そして、基準値設定部は、作動条件により空調装置からの電池の冷却に使用できる空気量が相対的に少ないときには、使用できる空気量が多いときと比較して、基準値を相対的に低い値に設定する。

さらに好ましくは、空調装置の作動条件は、電池の冷却に使用できる空調装置からの空気量の制限有無を含む。そして、基準値設定部は、空気量の制限が有るときには、制限が無いときと比較して、基準値を相対的に低い値に設定する。

あるいは、さらに好ましくは、空調装置の作動条件は、電池の冷却に使用できる空調装置からの空気量上限値を含む。そして、基準値設定部は、空気量上限値が低くなる程、基準値を相対的に低い値に設定する。

上記電池の冷却装置によれば、空調装置の作動条件に基づいて、たとえば、電池の冷却に使用できる空調装置からの空気量の制限有無や、空気量設定値に応じて、第１の冷却モード（室内吸気モード）および第２の冷却モード（Ａ／Ｃ吸気モード）の選択を行なうことができる。この結果、たとえば、電池冷却に使用できる空調装置からの空気量が少ない場合には、早期に空調装置からの冷却風を使用する第２の冷却モードを選択することによって、電池温度の上昇を予備的に防止するようにして、電池の温度上昇をより確実に抑制することが可能となる。

好ましくは、車両は、回生制動時に発電可能な電動機と、ナビゲーション装置とをさらに搭載し、電池は、電動機による回生電力により充電可能に構成される。そして、制御部は、ナビゲーション装置による、車両の現在位置と目的地との間の道路情報に従って予測される目的地までの走行パターンに基づいて、目的地まで第１の冷却モードを選択した場合と、目的地まで第２の冷却モードを選択した場合のそれぞれでのエネルギ収支を推定するとともに、推定されたそれぞれの冷却モードでのエネルギ収支の比較に基づいて、第１および第２の冷却モードの一方を選択する。

このようにすると、電池の冷却に空調装置を使用するか否かの冷却モード選択について、目的地までの走行パターンに基づいて、空調装置を電池冷却に使用することによる、空調装置での消費エネルギ増加および電池温度抑制効果による回生エネルギ回収量の増加とを比較して、燃費向上に寄与する場合には第２のモード（Ａ／Ｃ冷却モード）を選択することができる。これにより、車両全体でのエネルギ効率を向上させるように、電池冷却のモードを選択できる。

この発明の他の構成による電池の冷却装置は、回生制動時に発電可能な電動機と、車室を空調する空調装置と、ナビゲーション装置とが搭載された車両に適用される電池の冷却装置であって、電池は、電動機による回生電力により充電可能に構成される。そして、冷却装置は、車室の空気を電池へ導く第１の冷却経路と、第１の冷却経路によって導かれる空気の温度を検出する温度検出器と、空調装置からの空気を電池へ導く第２の冷却経路と、第１および第２の冷却経路と電池との間に設けられた切替弁と、第１の冷却経路からの空気によって電池を冷却する第１の冷却モードと、第２の冷却経路からの空気によって電池を冷却する第２の冷却モードとを選択的に設定する制御部とを備える。さらに、制御部は、ナビゲーション装置による、車両の現在位置と目的地との間の道路情報に従って予測される目的地までの走行パターンに基づいて、目的地まで第１の冷却モードを選択した場合と、目的地まで第２の冷却モードを選択した場合のそれぞれでのエネルギ収支を推定するとともに、推定されたそれぞれの冷却モードでのエネルギ収支の比較に基づいて、第１および第２の冷却モードの一方を選択し、かつ、選択した冷却モードに従って切替弁の動作を制御する。

好ましくは、制御部は、走行パターン予測部と、電池温度推移予測部と、燃費条件予測部と、冷却モード判定部とを含む。走行パターン予測部は、ナビゲーション装置からの情報に基づいて、目的地までの走行パターンを予測する。電池温度推移予測部は、予測された走行パターンに基づいて、第１の冷却モードを選択した場合の電池の温度推移と、第２の冷却モードを選択した場合の電池の温度推移とを予測する。燃費条件予測部は、予測された走行パターンおよび温度推移に基づいて、目的地まで第２の冷却モードを選択した場合における、目的地まで第１の冷却モードを選択したときと比較した、電池によって回収される回生エネルギの増加量および空調装置での消費エネルギの増加量とを予測する。冷却モード判定部は、燃費条件予測部によって、回生エネルギの増加量が消費エネルギの増加量よりも大きいときと予測されるときに、第２の冷却モードを選択する。

上記電池の冷却装置によれば、ナビゲーション情報に基づく走行パターン予測に基づいて、空調装置を電池冷却に使用することによる、空調装置での消費エネルギ増加および電池温度抑制効果による回生エネルギ回収量の増加とを比較して、冷却モードの選択が可能となる。すなわち、車両全体でのエネルギ効率を向上させるように電池冷却のモードを選択して、燃費を向上させることができる。

この発明による電池の冷却装置によれば、車室内の空気を電池に導いて電池を冷却するモードと、空調装置によって冷却された空気を電池に導いて電池を冷却するモードとを適切に選択することによって、確実かつ効率的に電池を冷却できる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る電池の冷却装置を搭載した車両１００の構成要素の概略配置を示す図である。

図１を参照して、車両１００は、運転者等の乗員が乗車する車室２５と、車室２５の前方のフロント部に配置されるエンジン２３と、モータジェネレータ２４と、フロントエアコンユニット（空調装置）とを含む。

エンジン２３およびモータジェネレータ２４は、車輪２１の駆動力を発生する。フロントエアコンユニットは、たとえば、車内外熱交換器４と、圧縮器５と、電動圧縮器６と、熱交換器７とにより構成される。

車内外熱交換器４と、圧縮器５と、電動圧縮器６と、熱交換器７とは、冷媒通路２７によって接続されており、エンジン２３が動作中は圧縮器５によって冷媒が圧縮され、エンジン２３が停止中には電動圧縮器によって冷媒が圧縮され、冷媒が冷却通路を循環する。冷房時には、圧縮器５または電動圧縮器６で圧縮された冷媒が、車内外熱交換器４から熱交換器７を経由して圧縮器５または電動圧縮器６に戻ることにより車外に熱が排出される。なお詳細は省略するが、空調装置によって暖房を行なうことも可能である。フロントエアコンユニットによって冷却されまたは加熱された空気は、通風路２６を経由して車室２５へ導かれる。

車両１００は、エンジン２３およびモータジェネレータ２４を併用して車両駆動力を発生するハイブリッド自動車である。このため、車両１００は、電池５０と、電池５０およびモータジェネレータ２４の間で電力変換を行なうインバータ等の電力変換器（図示せず）をさらに含む。電池５０としては、たとえばニッケル水素電池やリチウムイオン電池が好適に用いられる。

モータジェネレータ２４は、運転時には電池５０から電気エネルギを受けて車輪２１の駆動力を発生し、回生運転時には車輪２１から受けた回転エネルギによって発電した電気エネルギ（回生エネルギ）を電池５０に戻す。すなわち、回生エネルギにより電池５０は充電可能である。上記電力変換器は、電池５０の直流とモータジェネレータの交流との間で双方向に電力変換を行なう。

車両１００は、さらに、車室２５の前方のリア部に配置される非駆動輪の後輪である車輪２２と、車両後部に設けられるトランクルーム１８と、リアエアコンユニット６０と、電池冷却用の送風ブロア１１０と電池冷却の吸気経路を切替えるための切替弁１０５とを含む。

本実施の形態では、電池５０をリア部に搭載される構成を例示するため、リアエアコンユニット６０が、電池冷却に用いられる「空調装置」に対応する。しかしながら、本発明の適用はこのような構成に限られたものでなく、たとえば、上記フロントエアコンユニットからの冷気を電池冷却に用いるように冷却経路を構成して、フロント部に配置される空調装置を、本願発明での「空調装置」として用いることも可能である。すなわち、電池５０および、電池５０に対して冷却風を供給可能に接続された「空調装置」が搭載される車両であれば、これらの配置個所を特に限定することなく、本願発明が適用可能である点について、確認的に記載する。

リアエアコンユニット６０は、吸気口７２から吸入した車室２５内の空気を冷却して送出する。リアエアコンユニット６０からの冷却風は、車室２５に設けられた送風口７５および、切替弁１０５へ至る冷却経路１２５へ送出される。

電池５０には、温度センサ１１〜１４が取付けられる。温度センサとしては、たとえばサーミスタ等を用いることができる。電池５０には最適温度があり、冬季など外気の温度が低い環境下で始動時に電池温度が低くなっているときには速やかに暖気を行なうことが望ましい。

また、夏季など外気温度が高い環境では、冷房運転される空調装置によって調温された車室２５からの空気を、第１の冷却経路１２０を介して電池５０に直接に導くことができる。さらに、第２の冷却経路１２５により、リアエアコンユニット６０によって冷却された空気を電池冷却に用いれば、電池５０の冷却能力を高めることができる。

送風ブロア１１０によって空気が電池５０へ供給されると、電池５０の表面に形成された熱交換フィン８を介して電池５０から放熱が行なわれる。電池５０の冷却に用いられた空気は、熱交換によって暖められた後、排気口８５を経て車外に放出される。

切替弁１０５は、車室２５に設けられた吸気口７２から吸入した空気を直接電池冷却に用いるための第１の冷却経路１２０と、リアエアコンユニット６０により冷却された空気を電池冷却に用いるための第２の冷却経路１２５と、送風ブロア１１０との間に設けられる。

切替弁１０５の制御により、第１の冷却経路１２０からの空気および第２の冷却経路１２５からの空気を選択的に送風ブロア１１０によって吸入して、電池５０へ導くことができる。なお、吸気口７２の近傍にも、温度センサ１５が配置されており、第１の冷却経路１２０により電池５０へ導かれる空気温度（吸気温度）が測定される。温度センサ１５の配置個所は、図１の例示に限定されるものではなく、たとえば、図１中の斜線で示した、送風ブロア１１０の下流側に設けることも可能である。

図２および図３は、本発明の実施の形態による二次電池の冷却装置の冷却モードを説明する図である。

図２には、車室２５内の空気を直接電池５０へ導いて電池冷却を行なう室内吸気モード（第１の冷却モード）における吸気経路が示される。一方、図３には、リアエアコンユニット６０によって冷却された空気により電池冷却を行なうＡ／Ｃ吸気モード（第２の冷却モード）における吸気経路が示されている。

図２を参照して、リアエアコンユニット６０は、エアフィルタ６２と、エアコンブロア６４と、エバポレータ６６とを含む。図１に示したように、吸気口７２からは、車室内の空気が導入される。吸気口７２の少なくとも１つには、当該吸気口を開閉するための開閉弁１０２が設けられている。

リアエアコンユニット６０では、エアコンブロア６４によってエアフィルタ６２を介して吸気口７２から車室内の空気が吸入される。吸入された空気は、エバポレータ６６を通過することによって冷却される。エバポレータ６６を通過した空気（冷却風）は、図１に示した送風口７５より車室２５へ供給される。これにより、乗員による空調操作入力（設定室温、風量設定等）に対応した冷却風を車室２５へ供給することができる。なお、各送風口７５には、乗員の操作によって開閉可能な開閉弁７７が設けられている。

また、開閉弁１０４の制御によって、車室２５からの空気をトランクルーム１８へ導く空気経路が選択的に形成可能であり、さらに、開閉弁１０８の制御によって、エアフィルタ６２およびエアコンブロア６４をバイパスする経路が選択的に形成可能である。

第１の冷却モード（室内吸気モード）では、切替弁１０５はＩ側に制御される。これにより、吸気口７２からの室内空気が送風ブロア１１０によって吸入されて電池５０へ直接導かれる。すなわち、第１の冷却経路１２０による電池冷却が選択される。

一方、図３を参照して、第２の冷却モード（Ａ／Ｃ吸気モード）では、切替弁１０５はＩＩ側に制御される。これにより、リアエアコンユニット６０によって冷却された空気が送風ブロア１１０によって吸入されて電池５０へ導かれる。すなわち、第２の冷却経路１２５による電池冷却が選択される。

図４は、本発明の実施の形態１による電池の冷却装置の構成を説明するブロック図である。

図４を参照して、制御部２００は、室内吸気モードおよびＡ／Ｃ吸気モードの選択を行なって、室内吸気モードの選択時には、車室２５からの吸入空気を電池５０へ導く第１の冷却経路１２０が形成されるように切替弁１０５を制御する。一方、Ａ／Ｃ吸気モードの選択時には、リアエアコンユニット６０により冷却された空気を電池５０へ導く第２の冷却経路１２５が形成されるように、切替弁１０５を制御する。さらに、制御部２００は、送風ブロア１１０の作動／停止および吸入空気量についても制御可能に構成される。

制御部２００は、温度センサ１１〜１４によって測定された電池温度Ｔｂ、温度センサ１５によって測定された吸気温度Ｔａｒ、電池５０の入出力電流を検出するために配置された電流センサ３０によって測定された電池電流Ｉｂおよび電池５０の出力電圧を測定するように配置された電圧センサ３２より電池電圧Ｖｂを受ける。

エアコン制御部２１０は、乗員による空調操作入力（設定室温、風量設定等）およびセンサ出力（気温、室温、湿度等）に基づき、フロントエアコンユニット（図１）およびリアエアコンユニット６０の動作を制御する。

エアコン制御部２１０によって、リアエアコンユニット６０のエアコンブロア６４の運転が制御され、これに応じてリアエアコンユニット６０によって供給される冷却風量が設定される。この際に、空調操作入力によっては、車室２５へ供給すべき冷却風量が増加することにより、電池冷却に使用可能な、すなわち第２の冷却経路１２５によって電池５０へ供給可能な空気量が制限されることがある。したがって、エアコン制御部２１０から制御部２００へは、リアエアコンユニット（空調装置）からの電池冷却に使用可能な冷却風について、空気量の制限有無を示す情報、あるいは使用可能な空気量を示す情報が送出されている。

制御部２００は、電池温度Ｔｂ、電池電流Ｉｂ、電池電圧Ｖｂおよび吸気温度Ｔａｒならびに、エアコン制御部２１０からのエアコン条件に基づいて、電池冷却を制御する。具体的には、送風ブロア１１０による吸入空気量や、第１の冷却モード（室内吸気モード）および第２の冷却モード（Ａ／Ｃ吸気モード）間の選択が制御される。

図５は、制御部２００のうちの冷却モード選択に係る構成を説明する機能ブロック図である。

図５を参照して、冷却モード選択部２５０は、電池負荷推定部２６０と、冷却モード設定部２７０と、基準値設定部２８０とを含む。

電池負荷推定部２６０は、基本的には電池電流Ｉｂの二乗平均値に基づいて、電池５０の負荷推定値ＬＢＡＴを算出する。具体的には、現時点から一定期間遡った時間内における電池電流Ｉｂの二乗値の移動平均に基づいて負荷推定値ＬＢＡＴが演算される。

これにより、電池電流Ｉｂによって内部抵抗で発生するジュール熱、すなわち電池５０の熱負荷に対応させて、負荷推定値ＬＢＡＴを算出できる。あるいは、電池温度Ｔｂをさらに反映して、電池温度Ｔｂが高いときには、負荷推定値ＬＢＡＴが相対的に高く算出させるように調整してもよい。

冷却モード設定部２７０は、基準値設定部２８０によって設定された基準値Ｌｔｈと、電池負荷推定部２６０による電池負荷推定値ＬＢＡＴとの比較に基づいて、室内吸気モード（第１の冷却モード）およびＡ／Ｃ吸気モード（第２の冷却モード）のいずれを選択するかを決定し、冷却モードの選択結果に基づいて、切替弁１０５の制御信号ＳＣを発生する。この制御信号ＳＣに基づいて、切替弁１０５は、図２および図３に示した、Ｉ側またはＩＩ側に制御される。

具体的には、冷却モード設定部２７０は、電池負荷推定値ＬＢＡＴが基準値Ｌｔｈよりも高いとき、すなわち電池５０の熱負荷が基準より高いときにはＡ／Ｃ吸気モードを選択する一方で、それ以外のときには室内吸気モードを選択する。

基準値設定部２８０は、基準値Ｌｔｈを、車室２５からの吸気温度Ｔａｒおよびエアコン制御部２１０からのエアコン条件に基づいて設定する。

図６および図７には、基準値設定部２８０による基準値Ｌｔｈの設定例が示される。
図６に示す設定例では、エアコン条件は、空調装置（リアエアコンユニット６０）からの電池冷却に使用可能な空気量の制限有無を示している。

図６の例では、基準値Ｌｔｈは、基本的には吸気温度Ｔａｒに応じて、吸気温度Ｔａｒが高いほど、より低熱負荷状態から空調装置による電池冷却が開始されるように、相対的に低い値に設定されている。たとえば空気量制限がない場合には、マップ２８２に従って、吸気温度Ｔａｒに応じて基準値Ｌｔｈが設定される。これに対して、空気量制限がある場合には、マップ２８４に従って、吸気温度Ｔａｒに応じて基準値Ｌｔｈが設定される。マップ２８４によると、マップ２８２と比較して、同一の吸気温度Ｔａｒに対して、より低負荷状態からＡ／Ｃ吸気モードが選択されるように、基準値Ｌｔｈが設定される。

図７に示す設定例では、エアコン条件は、空調装置（リアエアコンユニット６０）からの電池冷却に使用可能な空気量上限値Ｑｍａｘを含む。

この場合には、基準値設定部２８０は、吸気温度Ｔａｒおよび空気量上限値Ｑｍａｘに応じて、基準値Ｌｔｈを設定する。たとえば、各空気量上限値Ｑｍａｘに対して、吸気温度Ｔａｒと基準値Ｌｔｈとの対応を規定するマップ２８５を予め構成することにより、基準値Ｌｔｈを設定することができる。

マップ２８５についても、マップ２８２，２８４と同様に、吸気温度Ｔａｒが高いほど、より低熱負荷状態から空調装置による電池冷却が開始されるように基準値Ｌｔｈを設定し、さらに、空気量上限値Ｑｍａｘが小さくなるほど、同一の吸気温度Ｔａｒに対して、より低負荷状態からＡ／Ｃ吸気モードが選択されるように、基準値Ｌｔｈを設定する。

図６および図７による基準値Ｌｔｈの設定によれば、リアエアコンユニット６０（空調装置）からの電池冷却に使用できる空気量が少ない場合には、一旦電池温度が上昇した後に温度を低下させるための冷却能力を確保することが困難であるため、電池温度の上昇を予備的に防止するように、より低負荷領域からＡ／Ｃ吸気モードを選択することができる。

図８は、図４および図５に示した電池の冷却制御をソフトウェア処理によって実行するためのフローチャートである。

たとえば、制御部２００が具備する図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）によって、図８に示すフローチャートの各ステップを備えるプログラムをＲＯＭ（Read Only Memory）から読出し、その読出したプログラムを実行してフローチャートに従って処理を実行する構成とすることができる。したがって、ＲＯＭは、本実施の形態において説明したフローチャートの各ステップを備えるプログラムを記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読取可能な記録媒体に相当する。

図８を参照して、制御部２００は、ステップＳ１００では、電池温度Ｔｂ、吸気温度Ｔａｒ等のセンサ出力を取得する。そして、ステップＳ１１０では、電池負荷推定値ＬＢＡＴを演算する。ステップＳ１１０による処理は、図５の電池負荷推定部２６０の動作と同様であるので説明は繰り返さない。

さらに、制御部２００は、ステップＳ１２０により、図４に示したエアコン制御部２１０からのエアコン条件を取得する。上述のように、エアコン条件は、リアエアコンユニット６０（空調装置）からの電池冷却に使用可能な冷却風について、空気量の制限有無を示す情報や、使用可能な空気量上限値Ｑｍａｘを含む。

制御部２００は、ステップＳ１３０では、エアコン条件に応じて、図５および図６に示したマップ等に従って、基準値Ｌｔｈを設定する。すなわち、ステップＳ１３０での処理は、図５の基準値設定部２８０の動作に対応する。

さらに、制御部２００は、ステップＳ１４０では、ステップＳ１１０で演算した電池負荷推定値ＬＢＡＴとステップＳ１３０で設定した基準値Ｌｔｈとを比較する。そして、電池負荷推定値ＬＢＡＴが基準値Ｌｔｈを超えているとき（Ｓ１４０のＹＥＳ判定時）には制御部２００は、ステップＳ１５０により、Ａ／Ｃ吸気モード（第２の冷却モード）を選択する。一方、電池負荷推定値ＬＢＡＴが基準値Ｌｔｈ以下であるとき（Ｓ１４０のＮＯ判定時）には、制御部２００は、ステップＳ１６０により、室内吸気モード（第１の冷却モード）を選択する。

このようにすると、図４〜７で説明した本発明の実施の形態１による電池の冷却装置による冷却制御を、制御部２００によるソフトウェア処理によって実現できる。

以上説明したように、本実施の形態１による電池の冷却装置では、電池冷却に使用できる空調装置（リアエアコンユニット６０）の作動条件を考慮して、電池の熱負荷に応じた冷却モード選択を行なうことにより、より適切かつ確実に電池の温度上昇を防止できる。具体的には、電池冷却に使用可能な空調装置からの冷却風の空気量が少ない場合には、電池の熱負荷がより低い状態から、空調装置からの冷却風を使用する第２の冷却モードを選択することによって、電池温度の上昇を予備的に防止することができる。

［実施の形態２］
図９は、本発明の実施の形態２による電池の冷却装置の構成を説明する概略ブロック図である。

図９を参照して、実施の形態２では、車両１００にはナビゲーション装置３００がさらに搭載される。そして、ナビゲーション装置３００からのナビゲーション情報が制御部２００へ与えられて、制御部２００による冷却モードの選択に反映される。

ナビゲーション装置３００は、表示部３０２と、ＧＰＳアンテナ３０４と、ジャイロセンサ３０６と、インターフェイス部３０８と、記憶部３１２と、ナビゲーション制御部３１５とを含む。

ナビゲーション制御部３１５は、乗員の操作に基づいて目的地を設定する設定処理を行ない、車両１００の現在地から目的地までの走行経路を設定する探索処理を行なう。具体的には、ナビゲーション制御部３１５は、タッチディスプレイを含む表示部３０２から、乗員によって設定された目的地の情報を得る。あるいは、これまでに経験した走行経路等に基づく学習制御により、目的地を予測により設定することも可能である。また、ナビゲーション装置３００を搭載していない車両では、電池負荷そのものを学習制御するようにしてもよい。

また、ナビゲーション制御部３１５は、インターフェイス部３０８を介して、ＣＤ，ＤＶＤ等の記録媒体３１０に記録された道路地図データを読込む。ナビゲーション制御部３１５は、ＧＰＳアンテナ３０４およびジャイロセンサ３０６を用いて車両１００の現在地を把握し、その車両位置を道路地図データに重ねて表示部３０２に表示する。さらに、ナビゲーション制御部３１５は、現在位置から目的地までの走行経路を探索して表示するナビゲーション動作を行なう。

道路地図データ（道路情報）は、標高値の情報も含む。また、ジャイロセンサ３０６は、３Ｄジャイロであることが好ましい。これにより、車両１００が坂道を登ったり下ったりする場合においても、車両１００の位置を正確に求めることが可能となる。記憶部３１２は、たとえばＨＤＤであり、道路地図データを不揮発的に記憶する。なお、記憶部３１２の配置は省略することも可能である。

ナビゲーション制御部３１５は、車両１００の現在の走行位置と目的地とに基づいて、目的地までの車両１００の走行状況を予測して、これを示すナビゲーション情報を制御部２００へ送出する。ナビゲーション情報は、たとえば、目的地までの所要走行時間および所要走行距離、ならびに、目的地までの間に回生発電を実行可能な、降坂走行等の走行区間の距離、標高差、坂路勾配等の情報を含む。

図９に示されるその他の構成については、図４と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。

図１０は、実施の形態２による電池の冷却装置における、冷却モードの設定構成を説明するブロック図である。

図１０を参照して、実施の形態２による冷却モード選択部３５０は、走行パターン予測部３６０と、電池温度推移予測部３７０と、燃費条件予測部３８０と、冷却モード判定部３９０とを含む。

走行パターン予測部３６０は、ナビゲーション装置３００からのナビゲーション情報に基づいて走行パターンＰＴを予測する。走行パターンＰＴには、目的地までの所要走行距離、所要走行時間や、当該目的地までの走行区間での回生発電量や電池電流Ｉｂの予測値が含まれる。走行パターンＰＴは、ナビゲーション装置３００からのナビゲーション情報をそのまま用いてもよく、あるいは、ナビゲーション情報に基づく演算によって求めてもよい。すなわち、電池の冷却制御に必要となる走行パターンＰＴについては、ナビゲーション装置３００側で全て作成して、ナビゲーション情報として制御部２００へ送出する構成とすることも可能である。この場合には、走行パターン予測部３６０の機能は、ナビゲーション装置３００によって実現される構成となる。なお、上述のように、ナビゲーション装置３００を搭載していない車両では、電池負荷の学習結果を反映して、走行パターンＰＴを設定するようにしてもよい。

電池温度推移予測部３７０は、走行パターンＰＴ、電池電流Ｉｂ、吸気温度Ｔａｒ、電池温度Ｔｂに基づいて、室内吸気モード（第１の冷却モード）を選択した場合の、目的地到着までの電池温度の推移を予測して、電池予測温度Ｔ♯（１）を演算するとともに、Ａ／Ｃ吸気モード（第２の冷却モード）を選択した場合の目的地到着時までの電池温度の推移を予測して電池予測温度Ｔ♯（２）を演算する。

燃費条件予測部３８０は、エネルギ予測部３９２、３９４および３９６を有する。エネルギ予測部３９２は、走行パターンＰＴおよび室内吸気モード選択時の電池予測温度Ｔ♯（１）に基づいて、目的地まで室内吸気モードを選択したと仮定した場合における、目的地までの走行中の回生エネルギ回収量Ｗ１を予測する。

同様に、エネルギ予測部３９４は、走行パターンＰＴおよびＡ／Ｃ吸気モード選択時の電池予測温度Ｔ♯（２）に基づいて、目的地までＡ／Ｃ吸気モードを選択したと仮定した場合における、目的地までの走行中の回生エネルギ回収量Ｗ２を予測する。

また、エネルギ予測部３９６は、走行パターンＰＴに基づいて、目的地までＡ／Ｃ吸気モードを選択した場合における、空調装置（リアエアコンユニット６０）での消費エネルギ増加量Ｗ３を予測する。

冷却モード判定部３９０は、エネルギ予測部３９２〜３９６によって予測されたエネルギＷ１〜Ｗ３に基づいて冷却モードを選択し、選択した冷却モードに応じた制御信号ＳＣを切替弁１０５へ送出する。

図１１は、実施の形態２による冷却モード選択を説明する概念図である。
図１１では、現在地（時間＝０）から目的地到達（時間＝ｔ１）までの、電池温度、充放電電力上限値および回生エネルギ回収量について、室内吸気モード選択時における推移を点線で示し、Ａ／Ｃ冷却モード選択時における推移を実線で示している。

図１１（ａ）を参照して、目的地までの走行において、室内吸気モードを選択時の電池温度Ｔ（１）の推移と比較して、Ａ／Ｃ吸気モードを選択することにより、電池温度Ｔ（２）の推移はより低温側となる。しかしながら、Ａ／Ｃ吸気モードの選択により、空調装置（リアエアコンユニット６０）での消費エネルギが増大することになる。

図１１（ｂ）を参照して、室内吸気モード選択時には、電池温度Ｔ（１）の上昇に伴い、充放電電力上限値が制限されるケースが発生し得る。これに対して、Ａ／Ｃ吸気モードでは、電池温度Ｔ（２）が抑制されるため、充放電電力上限値は特に制限されず、最大限に回生電力を回収することが可能となる。

この結果、図１１（ｃ）に示されるように、Ａ／Ｃ吸気モード選択時における回生エネルギ回収量Ｗ２は、図１１（ｂ）に示すような、電池温度上昇による充放電電力上限値の制限の発生を考慮すると、室内吸気モード選択時の回生エネルギ回収量Ｗ１よりも大きくなることが期待される。

この回生エネルギ回収量の増加分をΔＷ（ΔＷ＝｜Ｗ１−Ｗ２｜）とすると、ΔＷが空調装置での消費エネルギ増加量Ｗ３よりも大きい場合には、Ａ／Ｃ冷却モードを選択することによって、車両全体でのエネルギ効率を向上させて、燃費を向上させることができる。

反対に、目的地まで室内吸気モードを選択しても、図１１（ｂ）に示すような充放電電力上限値の制限が生じる領域までの電池温度上昇が発生しない場合には、回生エネルギ回収量の増加分ΔＷよりも空調装置での消費エネルギ増加量Ｗ３の方が大きいので、Ａ／Ｃ吸気モードを選択することは得策ではない。

したがって、冷却モード判定部３９０は、Ａ／Ｃ吸気モードを選択することによる回生エネルギ回収量の増加分ΔＷと、Ａ／Ｃ吸気モードの選択による空調装置（リアエアコンユニット６０）での消費エネルギ増加量Ｗ３との比較に基づいて、具体的にはΔＷ＞Ｗ３のときにはＡ／Ｃ吸気モードを選択する一方で、そうでないときには室内吸気モードを選択するように制御信号ＳＣを発生する。

なお、実施の形態２による冷却モードの判定は、周期的に実行することにより、車両走行の進行とともに逐次更新していくことが好ましい。この場合には、ΔＷおよびＷ３の比較について、Ａ／Ｃ吸気モードから室内吸気モードへの遷移時および、室内吸気モードからＡ／Ｃ吸気モードへの遷移時の間にヒステリシスを設けることにより、冷却モードが頻繁に変化するハンチング現象を回避することが好ましい。

図１２は、図１０および図１１に示した電池の冷却制御をソフトウェア処理によって実行するためのフローチャートである。

たとえば、制御部２００が具備する図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）によって、図１１に示すフローチャートの各ステップを備えるプログラムをＲＯＭ（Read Only Memory）から読出し、その読出したプログラムを実行してフローチャートに従って処理を実行する構成とすることができる。

図１２を参照して、制御部２００は、ステップＳ２００では、ステップＳ１００と同様にセンサ出力を取得する。そして、ステップ２１０では、ナビゲーション装置３００からのナビゲーション情報を取得する。さらに、制御部２００は、ステップＳ２２０では、ナビゲーション情報に基づき走行パターンを予測して、図１０に示した走行パターンＰＴを算出する。

制御部２００は、ステップＳ２３０では、ステップＳ２２０で予測された走行パターンに基づき、室内吸気モード選択時およびＡ／Ｃ吸気モード選択時のそれぞれについての、目的地到達までの電池温度推移を予測する。すなわち、ステップＳ２３０による処理は、図１０に示した電池温度推移予測部３７０によって、電池予測温度Ｔ♯（１），Ｔ♯（２）を算出する動作に相当する。

さらに、制御部２００は、ステップＳ２４０により、燃費状況を予測する。ステップＳ２４０は、室内吸気モード選択時における目的地までの走行による回生エネルギ回収量Ｗ１を予測するステップＳ２４２と、Ａ／Ｃ吸気モード選択時の目的地までの走行による回生エネルギ回収量Ｗ２を予測するステップＳ２４４と、Ａ／Ｃ吸気モード選択時における空調装置（リアエアコンユニット６０）での消費エネルギ増加量Ｗ３を予測するステップＳ２４６とを含む。

そして、制御部２００は、ステップＳ２５０により、ステップＳ２４２〜Ｓ２４６で求められたエネルギＷ１〜Ｗ３について、｜Ｗ１−Ｗ２｜＞Ｗ３であるかどうかを判断する。そして、制御部２００は、｜Ｗ１−Ｗ２｜＞Ｗ３のとき（Ｓ２５０のＹＥＳ判定時）は、Ａ／Ｃ吸気モード選択による回生エネルギ回収量の増加分ΔＷ（＝｜Ｗ１−Ｗ２｜）が空調装置の消費エネルギ増加分を上回っているため、Ａ／Ｃ吸気モードを選択した方が、燃費面で得策であると判断して、ステップＳ２６０により、冷却モードをＡ／Ｃ吸気モードに設定する。

これに対して、制御部２００は、ステップＳ２５０がＮＯ判定のときには、ステップＳ２７０により、図８のステップＳ１１０〜Ｓ１６０と同様に、電池温度保護の観点から冷却モードの選択を行なう。

上述のように、ステップＳ２５０による判定は、冷却モードが頻繁に変化するハンチング現象を回避するために、現在の冷却モードがＡ／Ｃ吸気モードである場合と、室内吸気モードである場合との間にヒステリシスを設けることが好ましい。たとえば、一旦Ａ／Ｃ吸気モードが選択された後では、ステップＳ２５０による判定を、｜Ｗ１−Ｗ２｜＞Ｗ３＋α（α・ヒステリシス量）に変更することで、ハンチングの発生を防止できる。

このようにすると、図１０〜１１で説明した本発明の実施の形態２による電池の冷却装置による冷却制御についても、制御部２００によるソフトウェア処理によって実現できる。

このように、実施の形態２による電池の冷却装置によれば、ナビゲーション情報を用いた走行パターン予測に基づいて、空調装置（リアエアコンユニット６０）を電池冷却に使用することによる、空調装置での消費エネルギ増加および電池温度抑制効果による回生エネルギ回収量増加とを比較した、冷却モードの選択が可能となる。すなわち、車両全体でのエネルギ効率を向上させるように冷却モードを選択して、燃費を向上させることができる。

なお、本発明の実施の形態１および２において、ハイブリッド自動車を例示した車両１００は、ハイブリッド自動車の他にも、内燃機関を搭載しない電気自動車、燃料を用いて電気エネルギを発生する燃料電池（Fuel Cell）をさらに搭載した燃料電池車であってもよい。

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１に係る電池の冷却装置を搭載した車両の構成要素の概略配置を示す図である。 本発明の実施の形態による二次電池の冷却装置の第１の冷却モード（室内吸気モード）における吸気経路を説明する図である。 本発明の実施の形態による二次電池の冷却装置の第２の冷却モード（Ａ／Ｃ吸気モード）における吸気経路を説明する図である。 本発明の実施の形態１による電池の冷却装置の構成を説明するブロック図である。 図４に示した制御部のうちの冷却モード選択に係る構成を説明する機能ブロック図である。 図５に示した基準値設定部による基準値の設定の第１の例を示す概念図である。 図５に示した基準値設定部による基準値の設定の第２の例を示す概念図である。 図４および図５に示した電池の冷却制御をソフトウェア処理によって実行するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態２による電池の冷却装置の構成を説明する概略ブロック図である。 実施の形態２による電池の冷却装置における冷却モード選択に係る構成を説明する機能ブロック図である。 実施の形態２による冷却モード選択を説明する概念図である。 図１０および図１１に示した電池の冷却制御をソフトウェア処理によって実行するためのフローチャートである。

符号の説明

４ 車内外熱交換器、５ 圧縮器、６ 電動圧縮器、７ 熱交換器、８ 熱交換フィン、１１〜１４ 温度センサ（電池）、１５ 温度センサ（吸気）、１８ トランクルーム、２１，２２ 車輪、２３ エンジン、２４ モータジェネレータ、２５ 車室、２６ 通風路、２７ 冷媒通路、３０ 電流センサ、３２ 電圧センサ、５０ 電池、６０ リアエアコンユニット、６２ エアフィルタ、６４ エアコンブロア、６６ エバポレータ、７２ 吸気口、７５ 送風口、７７，１０２，１０４，１０８ 開閉弁、８５ 排気口、１００ 車両、１０５ 切替弁（冷却モード）、１１０ 送風ブロア、１２０ 冷却経路（室内吸気モード時）、１２５ 冷却経路（Ａ／Ｃ吸気モード時）、２００ 制御部、２１０ エアコン制御部、２５０，３５０ 冷却モード選択部、２６０ 電池負荷推定部、２７０ 冷却モード設定部、２８０ 基準値設定部、２８２，２８４，２８５ マップ、３００ ナビゲーション装置、３０２ 表示部、３０４ アンテナ、３０６ ジャイロセンサ、３０８ インターフェイス部、３１０ 記録媒体、３１２ 記憶部、３１５ ナビゲーション制御部、３６０ 走行パターン予測部、３７０ 電池温度推移予測部、３８０ 燃費条件予測部、３９０ 冷却モード判定部、３９２，３９４，３９６ エネルギ予測部、Ｉｂ 電池電流、ＬＢＡＴ 電池負荷推定値、Ｌｔｈ 基準値、ＰＴ 走行パターン、Ｑｍａｘ 空気量上限値、ＳＣ 制御信号、Ｔ１（♯），Ｔ２（♯） 電池予測温度、Ｔａｒ 吸気温度、Ｔｂ 電池温度、Ｖｂ 電池電圧、Ｗ１ 回生エネルギ回収量（室内吸気モード選択時）、Ｗ２ 回生エネルギ回収量（Ａ／Ｃ吸気モード選択時）、Ｗ３ 消費エネルギ増加量（Ａ／Ｃ吸気モード選択時）。

Claims (4)

1. 車室を空調する空調装置が搭載された車両に適用される電池の冷却装置であって、
   前記車室の空気を前記電池へ導く第１の冷却経路と、
   前記第１の冷却経路によって導かれる空気の温度を検出する温度検出器と、
   前記空調装置からの空気を前記電池へ導く第２の冷却経路と、
   前記第１および第２の冷却経路と前記電池との間に設けられた切替弁と、
   前記第１の冷却経路からの空気によって前記電池を冷却する第１の冷却モードと、前記第２の冷却経路からの空気によって前記電池を冷却する第２の冷却モードとを選択的に設定する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記温度検出器によって検出された空気温度と、前記電池の負荷状態と、前記空調装置の作動条件とに基づいて、前記第１および第２の冷却モードの一方を選択するとともに、選択した冷却モードに従って前記切替弁の動作を制御し、
   前記制御部は、前記空気温度と、前記作動条件のうちの前記空調装置からの冷却風量に関する情報とに基づいて前記電池の冷却能力を判断し、前記電池の冷却能力と前記電池の負荷状態のうちの熱負荷の状態とに応じて前記第１および第２の冷却モードの一方を選択し、
   前記制御部は、前記熱負荷が高くなるのに応じて前記冷却モードを前記第１の冷却モードから前記第２の冷却モードへ切替えるとともに、前記電池の冷却能力が低いときには、前記冷却能力が高いときと比較して、前記電池の熱負荷がより低い状態から前記第２の冷却モードを選択するように構成される、電池の冷却装置。
2. 前記制御部は、
   前記電池の充放電電流に基づいて、前記電池の前記熱負荷を表わすための負荷推定値を算出する電池負荷推定部と、
   前記空気温度および前記空調装置の作動条件に基づいて、前記第１および前記第２の冷却モードの切替点に対応する、前記負荷推定値の基準値を設定する基準値設定部と、
   前記負荷推定値が前記基準値より大きいときに前記第２の冷却モードを選択する一方で、前記負荷推定値が前記基準値以下であるときに前記第１の冷却モードを選択する冷却モード設定部とを含み、
   前記基準値設定部は、前記空調装置からの冷却風量に関する前記情報により前記空調装置からの前記電池の冷却に使用できる空気量が相対的に少ないときには、使用できる空気量が多いときと比較して、前記基準値を相対的に低い値に設定する、請求項１記載の電池の冷却装置。
3. 前記情報は、前記電池の冷却に使用できる前記空調装置からの空気量の制限有無を含み、
   前記基準値設定部は、前記空気量の制限が有るときには、前記制限が無いときと比較して、前記基準値を相対的に低い値に設定する、請求項２記載の電池の冷却装置。
4. 前記情報は、前記電池の冷却に使用できる前記空調装置からの空気量上限値を含み、
   前記基準値設定部は、前記空気量上限値が低くなる程、前記基準値を相対的に低い値に設定する、請求項２記載の電池の冷却装置。

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