JP5220289B2

JP5220289B2 - 車両用制御装置

Info

Publication number: JP5220289B2
Application number: JP2006215819A
Authority: JP
Inventors: 裕横山
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2006-08-08
Filing date: 2006-08-08
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2026-08-08
Also published as: JP2008043098A

Description

本発明は、駆動輪に動力を出力する駆動用モータと、駆動用モータに電力を供給する電源デバイスとを備える車両用制御装置に関する。

近年、動力源として電動モータのみを搭載するようにした電気自動車や、動力源としてエンジンおよび電動モータを搭載するようにしたハイブリッド自動車が開発されている。これらの車両にはバッテリやキャパシタ等の電源デバイスが搭載されており、車両走行時には電源デバイスから電動モータに対して電力が供給されている。また、電源デバイスの温度(以下、デバイス温度という)が低下することによって出力が低下する一方、デバイス温度が上昇することによって寿命が低下するため、所定の電源性能を確保するためにはデバイス温度を所定範囲内に制御することが重要となっている。

そこで、車室内に開口する給気ダクトに対して送風機を組み付け、空調された車室内の空気を電源デバイスに向けて送風することにより、デバイス温度を引き下げるようにした冷却システムが提案されている(たとえば、特許文献１参照)。また、給気ダクトに対して電気ヒータを組み付けることにより、電源デバイスを素早く暖めて活性化を図るようにした加温システムも提案されている(たとえば、特許文献２参照)。
特開平１０−３０６７２２号公報特開２００３−３４１４４８号公報

一般的に、電源デバイスには複数の温度センサが取り付けられており、常にデバイス温度を監視しながら冷却システム等の作動状態を制御している。しかしながら、予測できない事態の発生等によってデバイス温度が適正範囲を大きく外れてしまうと、電源デバイスの種類によってはガス等を発生させてしまうおそれがある。このため、冷却システム等にあってはデバイス温度を適正範囲内に制御するだけでなく、ガス等の発生を考慮した構造を採用することが重要となっている。

本発明の目的は、電源デバイスの温度を適正範囲に制御するとともに、電源デバイスに障害が発生した場合の安全性を確保することにある。

本発明の車両用制御装置は、駆動輪に動力を出力する駆動用モータと、前記駆動用モータに電力を供給する第１電源デバイスと、前記第１電源デバイスよりも低電圧の第２電源デバイスとを備える車両用制御装置であって、前記第１電源デバイスに設けられ、前記第１電源デバイスの温度を検出する温度検出手段と、車室と前記第１電源デバイスとを接続する空気導入管に設けられ、前記車室から前記第１電源デバイスに向けて送風する送風機と、前記第１電源デバイスの温度に基づき、前記第２電源デバイスからの電力を供給して前記送風機の駆動状態を制御する送風制御手段と、前記送風機と前記第１電源デバイスとの間の前記空気導入管に設けられ、前記送風機側からの空気流れを許容する開放状態と、前記第１電源デバイス側からの空気流れを遮断する遮断状態とに切り換えられる開閉機構とを有し、前記開閉機構は、前記送風機側からの風圧によって空気流れを許容する開放位置に回動する一方、重力によって前記第１電源デバイス側からの空気流れを遮断する遮断位置に回動する開閉板を備え、前記開閉板には前記空気導入管内の空気を暖める電熱線が設けられることを特徴とする。

本発明の車両用制御装置は、前記第１電源デバイスの温度が所定温度を上回るときに、前記送風制御手段は前記送風機を駆動して前記第１電源デバイスを冷却することを特徴とする。

本発明の車両用制御装置は、前記第１電源デバイスの温度が所定温度を下回るときに、前記送風制御手段は前記電熱線を作動させるとともに前記送風機を駆動して前記第１電源デバイスを暖めることを特徴とする。

本発明によれば、第１電源デバイスの温度に応じて送風機の駆動状態を制御し、車室内の空気を第１電源デバイスに供給するようにしたので、第１電源デバイスの温度を適正に保つことができ、第１電源デバイスの電源能力を良好に保つことが可能となる。しかも、空気導入管に対して開閉機構を設けるようにしたので、予測できない事態の発生によって第１電源デバイスからガス等が発生した場合であっても、車室内に対するガス等の流入を防止することが可能となり、車両の安全性を向上させることが可能となる。また、送風機に対して第２電源デバイスから電力を供給するようにしたので、第１電源デバイスに障害が発生した場合であっても送風機の駆動状態を保つことができるため、更なる安全性の向上を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１はハイブリッド車両１０を示す概略図であり、図２はハイブリッド車両１０に搭載されるパワーユニット１１を示す概略図である。なお、図１に示すハイブリッド車両１０には、本発明の一実施の形態である車両用制御装置が組み付けられている。

図１に示すように、ハイブリッド車両１０には複数の動力源を備えるパラレル方式のパワーユニット１１が縦置きに搭載されており、パワーユニット１１に組み込まれるフロントデファレンシャル機構１２から前輪(駆動輪)１３に動力が伝達される一方、パワーユニット１１の後端部に連結されるリヤデファレンシャル機構１４から後輪(駆動輪)１５に動力が伝達されている。このパワーユニット１１は、動力源としてエンジン１６およびモータジェネレータ(駆動用モータ)１７を備えており、走行用の主要な動力源としてエンジン１６が駆動される一方、発進時や加速時にはモータジェネレータ１７が補助的に駆動される。また、減速時や定常走行時にはモータジェネレータ１７を発電駆動させることにより、減速エネルギや余剰エネルギを電気エネルギに変換して回収することが可能となる。

図２に示すように、エンジン１６の後方側に設けられるモータジェネレータ１７は、モータケース２０に固定されるステータ２１と、エンジン１６のクランク軸２２に連結されるロータ２３とを備えている。ロータ２３に連結されるトルクコンバータ２４は、コンバータケース２５に固定されるポンプインペラ２６と、このポンプインペラ２６に対向するタービンランナ２７とを備えており、トルクコンバータ２４内の作動油を介してポンプインペラ２６からタービンランナ２７に動力が伝達されるようになっている。

また、トルクコンバータ２４には、遊星歯車列、クラッチ、ブレーキ等を備える変速機構３０が変速入力軸３１を介して接続されている。この変速機構３０内のクラッチやブレーキを選択的に締結することにより、変速機構３０内の動力伝達経路を切り換えて変速することが可能となる。さらに、変速出力軸３２と後輪出力軸３３との間には、前後輪１３，１５に駆動トルクを分配する複合遊星歯車式のセンタデファレンシャル機構３４が装着されており、このセンタデファレンシャル機構３４を介して前輪出力軸３５と後輪出力軸３３とに動力が分配されている。

このようなハイブリッド車両１０には、モータジェネレータ１７に電力を供給する第１電源デバイスとして高電圧バッテリ(たとえばリチウムイオンバッテリ)４０が搭載されている。この高電圧バッテリ４０にはバッテリ制御ユニット４１が接続されており、バッテリ制御ユニット４１によって高電圧バッテリ４０の充放電が制御されるとともに、電圧、電流、セル温度などに基づいて残存容量ＳＯＣが算出される。また、ハイブリッド車両１０にはエンジン制御ユニット４２が設けられており、エンジン制御ユニット４２によってスロットルバルブやインジェクタ等が制御されている。さらに、ハイブリッド車両１０には、各制御ユニット４１，４２，４５や各種電装品に対して電力を供給するため、高電圧バッテリ４０よりも低電圧の第２電源デバイスとして低電圧バッテリ(たとえば１２Ｖの鉛蓄電池)４３が搭載されている。この低電圧バッテリ４３と高電圧バッテリ４０との間には、高電圧電流から低電圧電流を生成するコンバータ４４が設けられており、このコンバータ４４を介して高電圧バッテリ４０から低電圧バッテリ４３に電力が供給されるようになっている。

また、ハイブリッド車両１０にはハイブリッド制御ユニット４５が設けられており、ハイブリッド制御ユニット４５には、セレクトレバーの操作レンジを検出するインヒビタスイッチ、アクセルペダルの踏み込み状況を検出するアクセルペダルセンサ、ブレーキペダルの踏み込み状況を検出するブレーキペダルセンサ等が接続されている。さらに、ハイブリッド制御ユニット４５にはインバータ４６が接続されており、インバータ４６を介して交流電流の電流値や周波数を制御することにより、交流同期型モータであるモータジェネレータ１７のモータトルクやモータ回転数を制御することが可能となる。そして、ハイブリッド制御ユニット４５は、制御ユニット４１，４２や各種センサから入力される各種情報に基づき車両状態を判定するとともに、インバータ４６、エンジン制御ユニット４２、バッテリ制御ユニット４１に対して制御信号を出力し、モータジェネレータ１７、エンジン１６、高電圧バッテリ４０等を互いに協調させながら制御することになる。なお、各制御ユニット４１，４２，４５は、制御信号等を演算するＣＰＵを備えるとともに、制御プログラム、演算式、マップデータ等を格納するＲＯＭや、一時的にデータを格納するＲＡＭを備えている。

続いて、送風制御手段として機能するバッテリ制御ユニット４１によって制御され、高電圧バッテリ４０の温度を所定範囲内に調節する温度調節ユニット５０について説明する。ここで、図３は温度調節ユニット５０を示す概略図である。図１および図３に示すように、車体後部に搭載される高電圧バッテリ４０には、車室内に開口する空気導入管として給気ダクト５１が取り付けられ、車室外に開口する排気ダクト５２が取り付けられている。また、給気ダクト５１には低電圧バッテリ４３を電源とする送風機として送風ファン５３が組み付けられており、この送風ファン５３を駆動することによって空調された車室内の空気を高電圧バッテリ４０に吹き付けることが可能となる。そして、高電圧バッテリ４０に吹き付けられた空気は、高電圧バッテリ４０を冷却または加温した後に排気ダクト５２から排出されるようになっている。なお、送風ファン５３としては軸流ファンや遠心ファン等が設けられている。

また、送風ファン５３と高電圧バッテリ４０との間の給気ダクト５１には、送風ファン５３側からの空気流れを許容する連通状態と、高電圧バッテリ４０側からの空気流れを遮断する遮断状態とに切り換えられる開閉機構５４が設けられている。ここで、図４は開閉機構５４を示す斜視図であり、図５(Ａ)および(Ｂ)は開閉機構５４の作動状態を示す説明図である。図４に示すように、開閉機構５４は、断面形状が四角形となる枠体５５と、この枠体５５に対して回動自在に設けられる複数枚の開閉板５６とを有している。図５に示すように、支持軸５７を中心に回動する開閉板５６は、図５(Ａ)に示す開放位置と図５(Ｂ)に示す遮断位置との間で回動自在となっている。また、図５(Ａ)に示すように、開閉板５６には、幅寸法ａを備える第１受圧板部５６ａと、幅寸法ａよりも小さな幅寸法ｂを備える第２受圧板部５６ｂとが形成されており、第１受圧板部５６ａは第２受圧板部５６ｂよりも広い受圧面積を有している。つまり、送風ファン５３を作動させて送風ファン５３側の風圧を強めることにより、図５(Ａ)に示すように、開閉板５６は風圧によって開放位置に向けて回動することになる。一方、第２受圧板部５６ｂの端部にはウェイト５６ｃが形成されており、第２受圧板部５６ｂの重心位置は第１受圧板部５６ａの重心位置よりも支持軸５７から離れるように形成されている。つまり、送風ファン５３を停止させて送風ファン５３側の風圧を弱めることにより、図５(Ｂ)に示すように、開閉板５６が重力によって開放位置に向けて回動することになる。

また、図４に示すように、開閉機構５４が備える開閉板５６の表面には、電流の供給によって発熱するヒータ手段として電熱線５８が設けられている。この電熱線５８には電源として低電圧バッテリ４３が接続されており、バッテリ制御ユニット４１によって電熱線５８に対する電流の供給状態が制御されるようになっている。つまり、低温時の始動直後など、高電圧バッテリ４０の温度(以下バッテリ温度という)が低いときには、送風ファン５３を駆動するとともに電熱線５８に電流を供給することにより、高電圧バッテリ４０に対して吹き付ける空気を暖めることができるため、高電圧バッテリ４０を加温して早期にバッテリ出力を回復させることが可能となる。一方、充電や放電によってバッテリ温度が高いときには、電熱線５８に対する電流供給を遮断した状態のもとで送風ファン５３を駆動することにより、空調された車室内の空気をそのまま高電圧バッテリ４０に吹き付けることができるため、高電圧バッテリ４０を冷却してバッテリ出力を良好に保つことが可能となる。

前述したように、高電圧バッテリ４０の状態に応じて送風ファン５３や電熱線５８に電流を供給制御するため、バッテリ制御ユニット４１には、開閉機構５４の上流側を流れる空気の温度を検出する上流側温度センサ６０、開閉機構５４の下流側を流れる空気の温度を検出する下流側温度センサ６１、高電圧バッテリ４０の温度を検出する温度検出手段としてのバッテリ温度センサ６２が接続されている。また、バッテリ制御ユニット４１からの制御信号によって、送風ファン５３や電熱線５８に対する電流の供給状態が制御されるだけでなく、エアコンユニット６３の外気導入と内気循環とを切り換える切換シャッタ６４が切換制御されている。なお、高電圧バッテリ４０に対して複数個のバッテリ温度センサ６２を設けることにより、バッテリ制御ユニット４１がバッテリ温度を詳細に把握できるようにしても良い。

以下、バッテリ制御ユニット４１によって実行される高電圧バッテリ４０の冷却手順および加温手順について説明する。ここで、図６は高電圧バッテリ４０の冷却手順を示すフローチャートであり、図７は高電圧バッテリ４０の加温手順を示すフローチャートである。

まず、高電圧バッテリ４０の冷却手順について説明する。図６に示すように、ステップＳ１において、バッテリ温度が所定温度Ｈ(たとえば３５℃)を下回るか否かが判定される。ステップＳ１において、バッテリ温度が所定温度Ｈを下回ると判定された場合には、ステップＳ２に進み、送風ファン５３に供給される電流は一定のデューティ比で供給制御され、送風ファン５３はほぼ一定回転数で駆動される。一方、ステップＳ１において、バッテリ温度が所定温度Ｈを上回ると判定された場合には、冷却能力を高める必要があるため、続くステップＳ３に進み、送風ファン５３に供給される電流はバッテリ温度に比例したデューティ比で駆動制御され、送風ファン５３はバッテリ温度に比例した回転数で駆動される。続いて、ステップＳ４では、エアコンユニット６３の切換シャッタ６４が外気導入位置にあるか否かが判定され、切換シャッタ６４が外気導入位置である場合には、十分な風量を高電圧バッテリ４０に供給することができるため、そのままルーチンを抜けることになる。一方、切換シャッタ６４が内気循環位置である場合には、十分な風量を高電圧バッテリ４０に供給することが困難であるため、続くステップＳ５において、切換シャッタ６４が外気導入位置に切り換えられることになる。このように、充電や放電に伴って高電圧バッテリ４０が発熱したときには、空調された車室内の空気を高電圧バッテリ４０に吹き付けることができるため、バッテリ温度の過度な上昇を回避して高電圧バッテリ４０の出力や寿命を良好に保つことが可能となる。

次いで、高電圧バッテリ４０の加温手順について説明する。図７に示すように、ステップＳ１０において、バッテリ温度が所定温度Ｌ(たとえば０℃)を下回るか否かが判定される。ステップＳ１０において、バッテリ温度が所定温度Ｌを上回ると判定された場合には、高電圧バッテリ４０が暖まって活性化している状態であるため、ステップＳ１１に進み、送風ファン５３および電熱線５８に対する電流供給が停止される。また、ステップＳ１０において、バッテリ温度が所定温度Ｌを下回ると判定された場合には、高電圧バッテリ４０が冷えて活性化していない状態であるため、ステップＳ１２に進み、送風ファン５３および電熱線５８に対して電流が供給されることになる。これにより、低温時の車両始動直後などには高電圧バッテリ４０を素早く暖めることができるため、高電圧バッテリ４０の出力を早期に回復させることが可能となる。

これまで説明したように、本発明の車両用制御装置にあっては、バッテリ温度に応じて送風ファン５３を駆動することにより、高電圧バッテリ４０を所定の温度範囲に制御することができるため、高電圧バッテリ４０のバッテリ出力を良好に保つことが可能となる。しかも、高電圧バッテリ４０に対して車室内の空気を送り込む給気ダクト５１に対して開閉機構５４を設けるようにしたので、予測できない事態の発生によって高電圧バッテリ４０からガス等が発生した場合であっても、ガス等を開閉機構５４によって遮断することができ、車室内に対するガス等の流入を防止することが可能となる。特に、高電圧バッテリ４０側からガス等が勢いよく流れ込んだとしても、図５(Ｂ)に示すように、開閉機構５４は遮断状態を保持する構造であるため、車室内に対するガス等の流入を確実に遮断することが可能となる。また、送風ファン５３に対して低電圧バッテリ４３から電力を供給するようにしたので、高電圧バッテリ４０に障害が発生した場合であっても送風ファン５３の駆動状態を保持することができ、ガス等を車外に排出することが可能となる。これらの構造を採用することにより、車室内に対するガス等の流入を防止することが可能となり、車両の安全性を向上させることが可能となる。

また、電熱線５８を備えた開閉機構５４の前後に上流側温度センサ６０と下流側温度センサ６１とを設けるようにしたので、電熱線５８の通過前と通過後との空気温度を検出することができる。これにより、電熱線５８の故障状態を検出することができるため、温度調節ユニット５０の信頼性を向上させることが可能となる。さらに、図３に示すように、高電圧バッテリ４０に設けられる空気流路は下方から上方に向けて空気を案内する構造であるため、高電圧バッテリ４０によって暖められた空気を効率よく車外に排出することが可能となっている。これにより、高電圧バッテリ４０の冷却効率を向上させることが可能となる。

本発明は前記実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、図示するハイブリッド車両１０はパラレル方式のハイブリッド車両であるが、これに限られることはなく、シリーズ方式やシリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両に対して本発明の車両用制御装置を適用しても良い。また、ハイブリッド車両１０に限られることはなく、駆動源として駆動用モータのみを備える電気自動車に対し、本発明の車両用制御装置を適用しても良い。

また、前述の説明では、送風機として送風ファン５３を用いるようにしているが、これに限られることはなく、送風ファン５３よりも圧力比の高いブロワを用いるようにしても良い。さらに、開閉機構５４は断面形状が四角形となる枠体５５を備えているが、これに限られることはなく、断面形状が円形など他の形状を備える枠体を用いるようにしても良い。なお、第１電源デバイスとしては、リチウムイオンバッテリに限られることはなく、ニッケル水素バッテリやキャパシタであっても良いことはいうまでもない。

さらに、前述のフローチャートでは、バッテリ温度に基づいて送風ファン５３や電熱線５８に対する電流の供給状態を制御しているが、バッテリ温度と車室内温度との温度差に基づいて送風ファン５３や電熱線５８に対する電流の供給状態を制御しても良い。つまり、バッテリ温度と、高電圧バッテリ４０を冷却または加温する空気温度との温度差に基づいて、高電圧バッテリ４０に吹き付ける風量等を制御しても良い。

ハイブリッド車両を示す概略図である。ハイブリッド車両に搭載されるパワーユニットを示す概略図である。温度調節ユニットを示す概略図である。開閉機構を示す斜視図である。 (Ａ)および(Ｂ)は開閉機構の作動状態を示す説明図である。高電圧バッテリの冷却手順を示すフローチャートである。高電圧バッテリの加温手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１３前輪(駆動輪）
１５後輪(駆動輪）
１７モータジェネレータ(駆動用モータ）
４０高電圧バッテリ(第１電源デバイス）
４１バッテリ制御ユニット(送風制御手段）
４３低電圧バッテリ(第２電源デバイス）
５１給気ダクト(空気導入管）
５３送風ファン
５４開閉機構
５６開閉板
５７支持軸
５８電熱線(ヒータ手段）
６２バッテリ温度センサ(温度検出手段）

Claims

駆動輪に動力を出力する駆動用モータと、前記駆動用モータに電力を供給する第１電源デバイスと、前記第１電源デバイスよりも低電圧の第２電源デバイスとを備える車両用制御装置であって、
前記第１電源デバイスに設けられ、前記第１電源デバイスの温度を検出する温度検出手段と、
車室と前記第１電源デバイスとを接続する空気導入管に設けられ、前記車室から前記第１電源デバイスに向けて送風する送風機と、
前記第１電源デバイスの温度に基づき、前記第２電源デバイスからの電力を供給して前記送風機の駆動状態を制御する送風制御手段と、
前記送風機と前記第１電源デバイスとの間の前記空気導入管に設けられ、前記送風機側からの空気流れを許容する開放状態と、前記第１電源デバイス側からの空気流れを遮断する遮断状態とに切り換えられる開閉機構とを有し、
前記開閉機構は、前記送風機側からの風圧によって空気流れを許容する開放位置に回動する一方、重力によって前記第１電源デバイス側からの空気流れを遮断する遮断位置に回動する開閉板を備え、
前記開閉板には前記空気導入管内の空気を暖める電熱線が設けられることを特徴とする車両用制御装置。
請求項１記載の車両用制御装置において、
前記第１電源デバイスの温度が所定温度を上回るときに、前記送風制御手段は前記送風機を駆動して前記第１電源デバイスを冷却することを特徴とする車両用制御装置。
請求項１または２記載の車両用制御装置において、
前記第１電源デバイスの温度が所定温度を下回るときに、前記送風制御手段は前記電熱線を作動させるとともに前記送風機を駆動して前記第１電源デバイスを暖めることを特徴とする車両用制御装置。