JP5948244B2 - ハイブリッド電気自動車の蓄電池の温度を制御する装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、独立請求項の前文に記載されるハイブリッド車の蓄電池温度制御方法及び装置に関する。

ハイブリッド電気自動車は、内燃機関と電気機械を含む。電気機械には、蓄電池から少なくとも部分的に牽引力が供給される。

温度が蓄電池の性能に影響をもたらすことは知られている。蓄電池が充電されている間、蓄電池の温度は、蓄電池電解液の化学反応によって上昇する可能性がある。充電中の温度上昇は、陽極の腐食及び劣化を加速させる恐れがある。従って、蓄電池の温度が高くなりすぎると、その性能を低下させると共に、寿命も縮める恐れがある。同様に、蓄電池の温度が低すぎても、その性能及び寿命を低下させる可能性がある。鉛蓄電池の望ましい動作温度は２５℃〜４０℃であるのに対し、リチウムイオン電池の望ましい動作温度範囲は０℃〜４０℃である。

以上のことを考慮すると、蓄電池の寿命を延ばすために、ハイブリッド車の蓄電池の温度を制御することが望ましい。

特許文献１には、蓄電池温度調節装置を備えたハイブリッド電気自動車が開示されている。この装置は、内燃機関冷却材回路と蓄電池冷却材回路とを含む。熱は、熱交換器を介してこれらの回路の間を伝達する。

特許文献１に提案された解決策に伴う問題は、熱交換器が高価であることと、エンジンの冷却材回路を再設計しなければならないことである。

米国特許第７，１４７，０７１号明細書

本発明の目的は、前述した問題を解決する、ハイブリッド車の牽引用蓄電池の温度を制御する方法を提供することである。

本発明の目的は、独立の請求項に記載される特徴によって達成される。その他の請求項及び説明は、本発明の有利な実施形態を開示するものである。

本発明の第１の例示的実施形態では、ハイブリッド車の牽引用蓄電池の温度を制御する方法であって、ハイブリッド車は、牽引力のための内燃機関及び電気モータを含み、内燃機関の第１温度調節回路を設けるステップ、牽引用蓄電池の第２温度調節回路を設けるステップ、ポンプ、ラジエータ及び牽引用蓄電池と直列に第２温度調節回路内に設けられた電気ヒータによって牽引用蓄電池を加熱するステップ、並びに、蓄電池が所定の温度範囲に満たない間、内燃機関によって駆動される電気モータから第２温度調節回路内のＤＣ／ＤＣコンバータを介してヒータに電力を伝送するステップを含む方法が提供される。

本例示的実施形態の利点は、蓄電池を加熱するための電力が、ＤＣ／ＤＣコンバータ及び電気モータを介して内燃機関から供給されることである。

本発明の別の例示的実施形態では、本方法は、蓄電池が、所定の温度範囲内の温度を有するときのみ、牽引力のために蓄電池を使用するステップをさらに含む。

本例示的実施形態の利点は、蓄電池の寿命を延ばすことができる点である。

本発明の別の例示的実施形態では、本方法は、第２温度調節回路におけるラジエータのバイパス回路を設けるステップと、ラジエータへの冷却液の流れ又はバイパス回路への冷却液の流れを弁によって調節するステップとをさらに含む。

本例示的実施形態の利点は、蓄電池の動作温度に達する時間を短縮できる点である。

本発明の別の例示的実施形態では、本方法は、蓄電池が所定の温度範囲に満たないとき、ヒータに動力を供給するために、電圧目標値によって電気モータを制御するステップをさらに含む。

本例示的実施形態の利点は、電気部品の寿命を延ばすことができ、しかもその性能を保証できる点である。

本発明の別の例示的実施形態では、本方法は、第２温度調節回路を第１温度調節回路から遮断するステップをさらに含む。

本例示的実施形態の利点は、第１温度調節回路及び第２温度調節回路を互いに独立して制御できる点である。

本発明はまた、ハイブリッド車の牽引用蓄電池の温度を制御するシステムであって、ハイブリッド車は、牽引力のための内燃機関及び電気モータを含み、システムは、内燃機関の第１温度調節回路と、牽引用蓄電池の第２温度調節回路と、ヒータと、ポンプと、第２温度調節回路内に設けられるラジエータとを含み、ヒータは、内燃機関によって駆動される電気モータからＤＣ／ＤＣコンバータを介して電力を供給されるシステムに関する。

本例示的実施形態の利点は、蓄電池を加熱するための電力が、内燃機関からＤＣ／ＤＣコンバータ及び電気モータを介して供給されることである。

本発明の別の例示的実施形態では、システムは、第２温度調節回路におけるラジエータのバイパス回路、ラジエータへの冷却液の流れ又はバイパス回路への冷却液の流れを調節する弁をさらに含む。

本例示的実施形態の利点は、蓄電池の動作温度に達する時間を短縮できる点である。

本発明のさらに別の例示的実施形態では、システムは、蓄電池が所定の温度範囲に満たないときヒータに電力を供給するために、電圧目標値によって電気モータを制御する制御装置をさらに含む。

本例示的実施形態の利点は、電気部品の寿命を延ばすことができ、しかもその性能を保証できる点である。

本発明のさらにまた別の例示的実施形態では、第１温度調節回路と第２温度調節回路は互いに遮断されている。

本例示的実施形態の利点は、第１温度調節回路及び第２温度調節回路を互いに独立して制御できる点である。

本発明は、前述の目的及びその他の目的並びに利点と共に、概略的に示す以下の実施形態の詳細な説明から最もよく理解されよう。しかし、本発明はこれらの実施形態に限定されるわけではない。

本発明によるハイブリッド車の牽引用蓄電池の温度を調節する温度調節回路の例示的実施形態を概略的に示す図である。 本発明の例示的実施形態によるパラレルハイブリッド車を概略的に示す図である。

これらの図面において、同じ又は類似の要素は、同じ参照番号で示すものとする。図面は、単に概略的に表示するものに過ぎず、本発明の具体的パラメーターを示すことを意図するものではない。さらに、図面は、本発明の典型的な実施形態のみを示すことを意図するものである。従って、本発明の範囲を制限するものとして考慮すべきではない。

図１は、本発明によるハイブリッド車の牽引用蓄電池の温度を制御する温度調節回路１００の例示的実施形態を示す図である。温度調節回路１００は、ヒータ１０２、任意の弁１０４、任意のバイパス冷却液回路１０６、ラジエータ１０８、牽引用蓄電池１１０、ポンプ１１２及び主冷却液回路１１６を含む。

主温度調節回路１１６（図１の実線）において、冷却液は、ポンプ１１２によって輸送可能である。冷却液は、エチレングリコール、アンモニア、ジクロロジフルオロエタンをブレンドした水でもよいし、あるいは、その他の任意の好適な冷却液でよい。ポンプ１１２は、電気によって駆動されるものでもよいし、且つ／又はベルトによって駆動されるものでも、あるいは、内燃機関から油圧により駆動されるものでもよい。冷却液は、ポンプ１１２によりヒータ１０２に送られる。このヒータは、車両内の他の電気装置と同じ線間電圧を使用する電気ヒータであり、線間電圧は、一般に、トラック、バス及び建設機械の場合は２４Ｖであり、また乗用車の場合は１２Ｖである。

冷却液は、ヒータ１０２からラジエータ又は熱交換器１０８に送られる。熱交換器１０８は、熱交換器１０８からの熱を逃がすためのファンを備えてもよい。あるいは、ファンを使用せず、熱交換器１０８を冷却するのに、風速又は環境温度差のみを用いる。

冷却液は、熱交換器１０８から牽引用蓄電池１１０に送られた後、再びポンプ１１２に戻る。牽引用蓄電池１１０は、線間電圧４００Ｖ、６００Ｖ、又はその他任意の好適な線間電圧を有する。牽引用蓄電池は、鉛蓄電池タイプ、リチウムイオンタイプ、ニッケル水素電池タイプ、あるいはその他任意の好適な電池タイプのものでよい。

また図１には、弁１０４と一緒に任意のバイパス冷却液回路１０６（破線）も示している。この弁を用いて、ラジエータ１０８を迂回できる。牽引用蓄電池１１０を好適な温度に加熱する場合に、ラジエータ１０８を迂回でき、これによって、冷却液がラジエータ１０８を強制的に通過しなければならない場合と比較して、蓄電池が好適な温度に達するのに必要な時間が短縮されることになる。

図２には、本発明の例示的実施形態によるパラレルハイブリッド車２００を概略的に表した図を示す。このパラレルハイブリッド車は、内燃機関２２８、トランスミッション２２７、電気機械２２６、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２９、牽引用蓄電池２１０、スイッチ２２４及びヒータ２０２を含む。

内燃機関２２８は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン又は多種燃料エンジンのいずれであってもよい。トランスミッション２２７は、内燃機関２２８と電気機械２２６との間の機械的接続を含む。トランスミッションは、中でも、クラッチ、ギヤボックス、ドライブシャフトなどを含んでもよい。電気機械２２６は、２つの機能、すなわち、車両を推進するためにトランスミッションにトルク又は動力を供給するモータとしての機能と、回生中（例えば、車両が制動している間）反対方向に、車輪からの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機としての機能とを有する。また、回生を内燃機関と一緒に実施することにより、充電電流を蓄電池に送ることもできる。

電気機械は、任意の公知の構成の交流タイプ又は直流タイプのいずれでもよく、これらは当分野では公知であるため、本文ではこれ以上の説明は必要ないであろう。

ＤＣ／ＤＣコンバータを用いて、蓄電池及び／又は電気機械から発生する電圧（一般に、数百ボルトの範囲）を車両内の全電気装置に好適な線間電圧（一般に６〜５０ボルトの範囲）に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、車両内の電気機械／牽引用蓄電池と電気系統との間に配置するが、電気系統は、例えば、ヒータ２０２、ラジオ、内燃機関管理システム、電球、電子機器などを含む。

牽引用蓄電池は、スイッチ２２４を介してハイブリッド車２００内に配置される。このスイッチは様々な目的で用いられる。スイッチは、第一に、蓄電池からハイブリッド車に供給される高電圧を切断するための安全スイッチとなり、第二には、蓄電池の充電管理戦略において用いられる。

第１温度調節回路は、内燃機関に用いられる。また、第２温度調節回路１００は、牽引用蓄電池に用いられる。牽引用蓄電池は、ポンプ１１２、ラジエータ１０８及び牽引用蓄電池１１０と直列で第２温度調節回路１００内に設けられる電気ヒータ１０２によって加熱される。電力は、電気モータ２２６から、第２温度調節回路１００内のＤＣ／ＤＣコンバータ２２９を介してヒータに伝送され、蓄電池２１０が所定の温度範囲に満たない間に、電気モータ２２６を内燃機関２２８によって駆動する。

蓄電池２１０の加熱中に、スイッチ２２４を開放することにより、蓄電池２１０を切断する。電気モータ２２６は、３００〜８００Ｖの範囲の高電圧を生成する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、この高電圧を６〜５０Ｖの範囲の電圧に変換する。蓄電池が低温であるとき、冷却液がラジエータ１０８を迂回するように、弁１０４を設定する。

これによって、効率を高め、蓄電池１１０、２１０のウォームアップ時間を短縮する。蓄電池が十分温かくなったら、すなわち使用する電池のタイプに固有の温度範囲に達したら、スイッチ２２４を閉じて蓄電池を接続することにより、蓄電池が車両に牽引力を供給する。蓄電池を確実に上記温度範囲内の温度にすることによって、蓄電池の寿命を損なうことなく、蓄電池を用いることができる。スイッチを閉じて、蓄電池を牽引力のために用いる場合、その温度は、可能な限り蓄電池の寿命を長くするように、温度調節回路により依然として調節できる。すなわち、蓄電池が電気モータに牽引力を供給している間も、ヒータ１０２、２０２は作動状態である。蓄電池が加熱されている（かつ切断されている）間、電気モータは、電圧が制御されている。すなわち、蓄電池が切断されている間は、十分且つ過剰ではない電圧が電気部品に確実に送られるように、電圧範囲が予め定められている。電気モータは、所定の電圧範囲内に系統電圧を維持するための調節装置として作動し、制動又は制動解除を行う。蓄電池が接続されると、上記に代わって、当分野では公知の方法で蓄電池内及び蓄電池からの電流を調節する。

蓄電池の温度が、用いる蓄電池のタイプに固有の所与の温度範囲内であるときに限り、蓄電池が用いられ、蓄電池は、電気モータを介して車両に牽引力を供給する。蓄電池の温度範囲は、用いる蓄電池のタイプの技術資料にみいだすことができる。

上に開示した本発明は、パラレルハイブリッド車について説明している。設定条件に適切な変更を加えれば、本発明はシリアルハイブリッド車にも同様に適用可能である。

本発明が、上述し、図面に表示した実施形態に限定されるわけではないことは理解されよう。むしろ、当業者は、多くの変更及び改変が特許請求の範囲内でなされることを認識されよう。

Claims (8)

1. ハイブリッド車の牽引用蓄電池の温度を制御する方法であって、該ハイブリッド車は、牽引力のための内燃機関及び電気モータを含み、該方法は、
   ａ． 前記内燃機関の第１温度調節回路を設けるステップ、
   ｂ． ポンプ、ラジエータ及び前記牽引用蓄電池とが主冷却液回路で直列に接続されている前記牽引用蓄電池の第２温度調節回路を設けるステップ、並びに
   ｃ． 前記第２温度調節回路に設けられる電気ヒータによって前記主冷却液回路内の主冷却液を加温して前記牽引用蓄電池を加熱するステップを含み、
   該方法が、
   ｄ． 前記牽引用蓄電池が所定の温度範囲内の温度を有するときのみ、牽引力のために前記牽引用蓄電池を使用するステップを含み、
   ｅ． 前記牽引用蓄電池が前記所定の前記温度範囲に満たない間、前記内燃機関によって駆動される前記電気モータから前記第２温度調節回路内のＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記電気ヒータに電力を伝送するステップをさらに含む、方法。
2. ｆ． 前記第２温度調節回路に前記ラジエータのバイパス回路を設けるステップと、
   ｇ． 前記ラジエータへの冷却液の流れまたは前記バイパス回路への冷却液の流れを弁によって調節するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. ｈ． 前記牽引用蓄電池が前記所定の温度範囲に満たないとき、前記ヒータに電力を供給するために、電圧目標値によって前記電気モータを制御するステップをさらに含む、請求項１または２のいずれか一項に記載の方法。
4. ｉ． 前記第２温度調節回路を前記第１温度調節回路から遮断するステップをさらに含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. ハイブリッド車の牽引用蓄電池の温度を制御するシステムであって、該ハイブリッド車は、牽引力のための内燃機関及び電気モータを含み、該システムは、
   前記内燃機関の第１温度調節回路と、
   ポンプ、ラジエータ及び前記牽引用蓄電池とが主冷却液回路で直列に接続されている前記牽引用蓄電池の第２温度調節回路と、
   第２温度調節回路内に設けられ、前記主冷却液回路内の主冷却液を加温して前記牽引用蓄電池を加熱する電気ヒータと、
   前記牽引用蓄電池が所定の温度範囲内の温度を有するときのみ、牽引力のために前記牽引用蓄電池を使用する回路と、
   前記牽引用蓄電池が前記所定の温度範囲に満たない間、前記内燃機関によって駆動される前記電気モータから前記第２温度調節回路内のＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記電気ヒータに電力を伝送する回路とをさらに含む、システム。
6. 前記第２温度調節回路における前記ラジエータのバイパス回路と、
   前記ラジエータへの冷却液の流れ又は前記バイパス回路への冷却液の流れを調節する弁とをさらに含む、請求項５に記載のシステム。
7. 前記牽引用蓄電池が所定の温度範囲に満たないとき、前記電気ヒータに動力を供給するために、電圧目標値によって前記電気モータを制御する制御装置をさらに含む、請求項５に記載のシステム。
8. 前記第１温度調節回路と第２温度調節回路が互いに遮断されている、請求項５に記載のシステム。

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