JP6172201B2 - 車載二次電池の冷却システム - Google Patents
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Description
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。最初に本実施形態の車載二次電池の冷却システム80が搭載される電動車両90の系統構成について説明する。なお、図1中の一点鎖線は信号線を示すものである。車両駆動用のメインバッテリ10は、プラス側バスバー11aとマイナス側バスバー12aとによりシステムメインリレー13のプラス側、マイナス側の各入力端子に接続されている。メインバッテリ10は、例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池である。システムメインリレー13のプラス側出力端子とマイナス側出力端子はそれぞれプラス側、マイナス側バスバー11b,12bにより昇圧コンバータ14に接続されている。昇圧コンバータ14のプラス側、マイナス側の各出力端子は、インバータ15のプラス側、マイナス側の各入力端子に接続されている。インバータ15には、U相,V相,W相の3本の出力バスバーが接続され、各出力バスバーは第1、第2モータジェネレータ16,18の各相の入力端子に接続されている。各モータジェネレータ16,18の出力軸17,19は、遊星歯車装置等を用いた動力分配機構22に接続されている。また、エンジン20の出力軸21も動力分配機構22に接続されている。動力分配機構22の出力軸23は、ギヤ機構25、車軸24を介して車輪26を駆動する。車軸24には回転数から車速を検出する車速センサ65が取り付けられている。
以上のように構成された電動車両90の基本動作について簡単に説明する。イグニッションスイッチ27がオン動作され、ECUが起動されて電動車両がReady−ONとされるとシステムメインリレー13がオンとなり、メインバッテリ10の直流電力が昇圧コンバータ14を介してインバータ15から各モータジェネレータ16,18に供給される。ここで、電動車両90がReady−ONの状態となることは、電動車両90が始動され、電動車両90のECUが起動されている状態を意味する。以下、本明細書では、電動車両90が始動されることはECUが起動されて電動車両90がReady−ONの状態となることであるとして説明する。また、電動車両90がReady−OFFの状態となることは、電動車両90のECUが停止されている状態を意味する。
外部のAC電源100によって電動車両90に搭載されているメインバッテリ10を充電する場合には、AC電源100に接続されているコネクタ101(AC充電プラグ)が電動車両90のAC電源用のコネクタ55に差し込まれる。コネクタ101がコネクタ55に差し込まれると、コネクタ55から接続信号が制御部70に入力される。制御部70は、コネクタ55からの接続信号が入力されると、ECUを起動し、システムメインリレー13をオンとして各機器が動作可能となるReady−ONの状態とする。そして、制御部70は、充電器54を始動してAC電力をメインバッテリ10に充電するための直流電力に変換すると共に、充電リレー53をオンにしてメインバッテリ10の充電を開始する。コネクタ101(AC充電プラグ)がコネクタ55から引き抜かれると、コネクタ55から制御部70に接続解放信号が入力される。この信号が入力されると、制御部70は充電器54を停止すると共に、充電リレー53をオフとし、電動車両90をReady−OFFの状態、つまり、ECUが停止された状態とする。外部のDC電源102によってメインバッテリ10を充電する場合も同様に、コネクタ103(DC充電プラグ)がコネクタ56に差し込まれると、コネクタ56から制御部70に接続信号が入力されて電動車両90がReady−ONとなり、充電リレー53がオンとなってDC電源102によってメインバッテリ10が充電される。そして、コネクタ103(DC充電プラグ)がコネクタ56から引き抜かれると、コネクタ56から制御部70に接続解放信号が入力される。この信号が入力されると、制御部70は、充電リレー53をオフとして電動車両90をReady−OFFの状態とする。
先に説明したように、冷却ファン40を含む各種の補機(例えば、空調機器等)は、補機バッテリ36に接続された低圧バスバー34,35から供給される直流電力で駆動される。冷却ファン40等への電力供給のために補機バッテリ36が放電すると補機バッテリ36の電圧が低下してくる。その場合、制御部70は、DC/DCコンバータ33を始動してメインバッテリ10の直流電圧を降圧して補機バッテリ36を充電し、各補機に低圧の直流電力の供給が行えるようにする。メインバッテリ10によって補機バッテリ36を充電すると、メインバッテリ10の残存容量(SOC)は低下する。従って、冷却ファン40等の補機を駆動すると、メインバッテリ10の残存容量(SOC)が低下してくる。このため、外部電源によってメインバッテリ10を充電中に、冷却ファン40を運転すると、メインバッテリ10の充電電力が補機バッテリ36の充電電力或いは冷却ファン40の駆動電力として消費されてしまい、充電時間が長くなってしまう場合がある。
冷却ファン40のモータ44の回転数はデューティ制御によって調整される。デューティ制御は、図2に示すように、モータ44に印加する電圧を周期的にオン・オフし、オン・オフの周期(P=オン時間+オフ時間)に対するオン時間の割合((オン時間/(P=オン時間+オフ時間)))であるデューティを変化させる制御方式である。
オン時間 オン時間
デューティ=―――― = ―――――――――――― ------ (式1)
周期P (オン時間+オフ時間)
デューティがゼロの場合はモータ44に電圧が印加されないので冷却ファン40は駆動されず、デューティが100%(MAXデューティ)の場合には、低圧バスバー34,35の電圧がそのままモータ44に印加される。デューティがゼロと100%との間にある場合には、低圧バスバー34,35の電圧にデューティを掛けた電圧がモータ44に印加される平均電圧となる。
次に、図5を参照しながら車載二次電池の冷却システム80の動作について説明する。制御部70は、イグニッションスイッチ27がオン動作されたり、外部電源のコネクタ101または103が電動車両90のコネクタ55または56に接続されたりして電動車両90がReady−ONの状態(電動車両90が始動され、ECUが起動されている状態)になったら、図5のステップS101に示すように、温度センサ61によりメインバッテリ10の温度TBを検出し、第1所定温度T0と比較する。ここで、第1所定温度T0はメインバッテリ10の冷却が必要ない温度であり、逆に冷却ファン40を駆動してメインバッテリ10の冷却を行うと過冷却となる虞のある温度である。第1所定温度T0としては、例えば、36℃程度の温度である。
以上、車載二次電池の冷却システムの基本動作と異常検出処理について説明したが、次にReady−ONの際のメインバッテリ10の温度TBのいろいろな場合の、車載二次電池の冷却システムの動作の具体例について図6A〜図8Bを参照しながら説明する。なお、以下の説明において、第3所定温度T2は第2所定温度T1未満の温度であって、メインバッテリ10の温度TBがその温度を超える場合に冷却ファン40の指令デューティDを最大値D3とする設定温度である。
まず、図6A、図6Bを参照しながらReady−ONの際のメインバッテリ10の温度TBが第1所定温度T0未満の場合の車載二次電池の冷却システムの動作について説明する。図6A、図6Bの時刻t0にイグニッションスイッチ27がオン動作されて、或いは、図1に示すコネクタ101がコネクタ55に接続されるかコネクタ103がコネクタ56に接続されて電動車両90がReady−ONの状態となる。時刻t0の直前では電動車両90はReady−OFF状態で、電動車両90、冷却ファン40は停止しており、冷却ファン40の回転数はゼロである。また、時刻t0の直前では、メインバッテリ10の温度TBは、第1所定温度T0より低い温度Taである。なお、図6Aに示す実線a1は、外部充電操作によるReady−ONでない場合の冷却ファン40の回転数Rの時間変化を示す線であり、図6Aに示す一点鎖線a2は外部充電操作によるReady−ONの場合の冷却ファン40の回転数Rの時間変化を示す線であり、図6Bに示す実線b1は外部充電操作によるReady−ONでない場合のメインバッテリ10の温度TBの時間変化を示す線であり、図6Bに示す一点鎖線b2は外部充電操作によるReady−ONの場合のメインバッテリ10の温度TBの時間変化を示す線である。
次に、図7A、図7Bを参照しながらReady−ONの際のメインバッテリ10の温度TBが第1所定温度T0以上で、且つ、第3所定温度T2以下の場合の車載二次電池の冷却システムの動作について説明する。図7A、図7Bの時刻t0は、図6A、図6Bと同様、電動車両90がReady−ON状態となる時刻である。図7Bに示すように、時刻0の直前では、メインバッテリ10の温度TBは、第1所定温度T0以上で第3所定温度T2以下の温度Tbである。なお、第3所定温度T2は第2所定温度T1未満であり、図7Bでは、T0<TB<T2<T1の場合を示している。なお、図7Aに示す実線c1は、外部充電操作によるReady−ONでない場合の冷却ファン40の回転数Rの時間変化を示す線であり、二点鎖線c2は、外部充電操作によるReady−ONの場合の冷却ファン40の回転数Rの時間変化を示す線である。また、図7Bに示す実線e1は、外部充電操作によるReady−ONでない場合を示す線であり、二点鎖線e2は、外部充電操作によるReady−ONの場合のメインバッテリ10の温度TBの時間変化を示す線である。
次に、図8A、図8Bを参照しながらReady−ONの際のメインバッテリ10の温度TBが第3所定温度T2を超え、且つ、第2所定温度T1未満の場合の車載二次電池の冷却システムの動作について説明する。図8A、図8Bの時刻t0は、電動車両90がReady−ON状態となる時刻である。図8Bに示すように、時刻t0の直前では、メインバッテリ10の温度TBは、第3所定温度T2を超え、第2所定温度T1未満の温度Tcである。図8Bでは、T2<TB<T1の場合を示している。なお、図8Aに示す実線g1は、外部充電操作によるReady−ONでない場合の冷却ファン40の回転数Rの時間変化を示す線であり、二点鎖線g2は、外部充電操作によるReady−ONの場合の冷却ファン40の回転数Rの時間変化を示す線である。また、図8Bに示す実線i1は、外部充電操作によるReady−ONでない場合で、且つ、特定の条件を一つも満たさない場合のメインバッテリ10の温度TBの時間変化を示す線であり、二点鎖線i2は、外部充電操作によるReady−ONの場合のメインバッテリ10の温度TBの時間変化を示す線である。
Ready−ON状態でメインバッテリ10の温度TBが第2所定温度T1以上の場合、制御部70は、図5のステップS101及びS108でNOと判断し、図5のステップS109に進み、ステップS109でのYESまたはNOの判断に応じて、ステップS110又はステップS111に進み冷却ファン40を可変デューティ制御し、図5のステップS101に戻ってメインバッテリ10の温度TBを監視する。そして、メインバッテリ10の温度TBが第4所定温度T3未満になったら、高デューティマップから通常デューティマップによる可変デューティ制御に移行し、更に、メインバッテリ10の温度が第2所定温度T1未満になったら、図5のステップS108でYESと判断して図5のステップS104にジャンプして外部充電操作によるReady−ONかどうかを判断する。そして、外部充電操作によるReady−ONと判断した場合には冷却ファン40の一定デューティ制御を禁止し、外部充電操作によるReady−ONではないと判断した場合には、先に図8Aを参照して説明したと同様、ステップS105に示すように指令デューティを最大値D3一定に保持して冷却ファン40の一定デューティ制御を行い、ステップS106に進んで冷却ファン40の異常検出処理を行う。そして、先に図8Aを参照して説明したと同様、所定期間Δtが経過し、冷却ファン40の一定デューティ制御及び異常検出処理が終了したら、制御部70は、図5のステップS107に進んで、冷却ファン40の制御を図4のデューティマップに基づく可変デューティ制御としてプログラムの動作を終了する。
Claims (5)
- 電動車両に搭載された車両駆動用の二次電池を冷却する冷却システムであって、
前記二次電池に冷却風を送風する冷却ファンと、
前記二次電池の温度を検出する温度センサと、を備え、
前記電動車両の始動後に前記二次電池の温度が第1所定温度以上になった場合に、所定期間の間、一定の指令値で前記冷却ファンを駆動させるとともに、その際の前記冷却ファンの実回転数に基づいて前記冷却ファンの異常の有無を検出する異常検出処理を行う冷却システムにおいて、
前記電動車両の始動が、前記二次電池の外部充電操作に基づくものである場合には、前記一定の指令値での前記冷却ファンの駆動を禁止する車載二次電池の冷却システム。 - 請求項1に記載の車載二次電池の冷却システムであって、
前記外部充電操作は、外部電源のコネクタを前記電動車両に設けられた充電コネクタに接続する操作である車載二次電池の冷却システム。 - 請求項1または2に記載の車載二次電池の冷却システムであって、
前記二次電池の温度が前記第1所定温度よりも高い第2所定温度以上の場合には、前記一定の指令値での前記冷却ファンの駆動を禁止する車載二次電池の冷却システム。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の車載二次電池の冷却システムであって、
前記一定の指令値を、前記二次電池の温度に応じて指令値を可変とする制御を行う場合の当該温度に対応する指令値よりも小さい値とする車載二次電池の冷却システム。 - 請求項3に記載の車載二次電池の冷却システムであって、
前記二次電池の温度が前記第1所定温度以上で前記第2所定温度未満の第3所定温度よりも高い場合には、前記一定の指令値を、前記二次電池の温度に応じて指令値を可変とする制御を行う場合の当該温度に対応する指令値よりも大きい値とする車載二次電池の冷却システム。
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