JPWO2013141090A1 - バッテリ温度調節装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、外部電源があるか否かに応じた温度調節制御によって、バッテリの性能低下や劣化を抑制しつつ、併せて電動車両の航続可能距離の低下を抑制する、バッテリ温度調節装置である。バッテリ温度調節装置の制御ユニット(40)は、バッテリ温度(Tb)に基づいて、バッテリ(5)の温度が所定の温度範囲に収まるように車両用空調装置(10)の作動を制御する。この場合、制御ユニット(40)は、バッテリ(5)に電力を供給する外部電源があるか否かに応じて車両用空調装置(10)の作動条件又は作動状態を変更する。
Description
本発明は、バッテリの温度を調節するバッテリ温度調節装置に関する。
二次電池としてのバッテリの充放電効率や劣化速度はバッテリの温度状態に依存する。例えば特許文献1には、バッテリ全体の温度を適切に調節することができるバッテリ温度調節装置が開示されている。具体的には、温度調節装置は、バッテリが通常の充放電時には、その充放電時の使用推奨温度の範囲内、例えば10℃から50℃の温度範囲内に、バッテリの温度を調節する。また、温度調節装置は、バッテリが急速充電前の放電時には、急速充電時の使用推奨温度の範囲内、例えば10℃から30℃の温度範囲にバッテリの温度を調節する。
ところで、例えばバッテリを搭載した電動車両の走行中といったように、バッテリに電力を供給する外部電源が無いようなシーンでは、この温度調節装置はバッテリから供給される電力によって作動することとなる。したがって、バッテリ温度調節装置を利用することでバッテリの性能低下や劣化を抑制することができるものの、バッテリの電力が消費されて、電動車両の航続可能距離の低下を招来するという問題がある。
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、バッテリの性能低下や劣化を抑制しつつも併せて電動車両の航続可能距離の低下を抑制することにある。
係る課題を解決するために、本発明は、バッテリ温度調節装置を提供する。このバッテリ温度調節装置において、制御部は、バッテリの温度に基づいて、当該バッテリの温度が所定の温度範囲に収まるように温度調節部の作動を制御する。この場合、制御部は、バッテリに電力を供給する外部電源があるか否かに応じて温度調節部の作動条件又は作動状態を変更する。
本発明によれば、温度調節部の作動条件又は作動状態を変更することで、当該温度調節部の作動頻度又は消費電力をコントロールすることができる。そのため、バッテリに電力を供給する外部電源がないようなシーンであれば、係るコントロールを通じて、バッテリの温度調節を行いつつバッテリから消費される電力を抑制することができる。これにより、バッテリの性能低下や劣化を抑制しつつも併せて電動車両の航続可能距離の低下を抑制することができる。
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態に係る電動車両1の要部を模式的に示す説明図である。この電動車両1は、駆動源であるモータ(図示せず)を備え、当該モータは車両前方のモータルーム(M/R)に搭載されている。また、電動車両1において、モータや各種の電装品(電気補機)に電力を供給するバッテリ5は室内空間の床下に搭載されている。そして、電動車両1は、外部電源から供給される電力をバッテリ5に充電するための充電ポート6,7を備えている。
図1は、本実施形態に係る電動車両1の要部を模式的に示す説明図である。この電動車両1は、駆動源であるモータ(図示せず)を備え、当該モータは車両前方のモータルーム(M/R)に搭載されている。また、電動車両1において、モータや各種の電装品(電気補機)に電力を供給するバッテリ5は室内空間の床下に搭載されている。そして、電動車両1は、外部電源から供給される電力をバッテリ5に充電するための充電ポート6,7を備えている。
第1の充電ポート6は、外部電源の一形態としての急速充電器と接続可能な充電ポートである。急速充電器は、電動車両1のバッテリ充電用のインフラとして整備された設備の一つであり、例えば、200ボルトの3相交流を入力として最大出力50kWの直流電力を出力する程度の性能を備えている。第1の充電ポート6を介して急速充電器と電動車両1とを接続することにより、急速充電器から出力される電力が電動車両1側へと供給されて、これにより、バッテリ10を充電することができる。この急速充電器を用いた充電形態は急速充電と呼ばれ、後述の充電ケーブルを用いた充電形態である普通充電と比較して、単位時間あたりの供給電力量が大きいというメリットを有している。
一方、第2の充電ポート7は、外部電源の一形態としての商用電源(図示せず)に接続される充電ケーブルに接続可能な充電ポートである。商用電源はプラグを接続するための差し込み口を備えており、充電ケーブルはその差し込み口に接続されて使用される。第2の充電ポート7を介して充電ケーブルと電動車両1とを接続することにより、充電ケーブルから出力される電力が電動車両1側へと供給されて、これにより、バッテリ10を充電することができる。
また、電動車両1は、車室内の温度等を制御する車両用空調装置10として例えばヒートポンプ式の空調装置を備えている。この車両用空調装置10は、送風ユニット11と、空調ユニット20とを主体に構成されている。この車両用空調装置10は、外部電源又はバッテリ5から供給される電力によって作動する。
送風ユニット11は、車室内の空気(内気)又は車室外の空気(外気)を取り込んで、これを車室内に供給するユニットであり、空気を送風する送風ダクトを備える。この送風ダクトの上流側にはインテーク部12が設けられており、インテーク部12はインテークドア13を備えている。インテークドア13は、内気導入口及び外気導入口の一方を閉塞する可動式のドアであり、このインテークドア13により、車室内に供給する空気を内気及び外気の一方から選択することができる。また、送風ダクトには、ブロア14が設けられており、このブロア14を作動させることにより、インテーク部12から取り込まれた空気が送風ダクトの内部を流れ、下流側(車室内)へと送り出される。この場合、下流側へと送り出される空気(内気又は外気)は、後述する第1の内部熱交換器22又は第2の内部熱交換器24を通過し、その後、吹出口(図示せず)から車室内へと供給される。
空調ユニット20は、コンプレッサ21と、第1の内部熱交換器22と、外部熱交換器23と、第2の内部熱交換器24と、第1の膨張弁25と、第2の膨張弁26とを主体に構成されている。空調ユニット20を構成するこれらの要素は、冷媒が循環する閉ループの冷媒流路(以下「メイン冷媒流路」という)Cmにそれぞれ設けられている。メイン冷媒流路Cmにより、冷媒は、コンプレッサ21から、第1の内部熱交換器22、外部熱交換器23、第2の内部熱交換器24の順番でこれらを経由して、再度コンプレッサ21へと戻る。また、このメイン冷媒流路Cmにおいて、第1の内部熱交換器22と外部熱交換器23との間には、第1の膨張弁25が設けられており、外部熱交換器23と第2の内部熱交換器24との間には、第2の膨張弁26が設けられている。
運転モードが暖房モードの場合、コンプレッサ21によって圧縮されて高温・高圧の状態の冷媒は、第1の内部熱交換器22に供給される。第1の内部熱交換器22はブロア14によって送風される空気と冷媒との間で熱交換を行い、これにより、冷媒の熱が空気に放熱される。第1の内部熱交換器22を通過した冷媒は、第1の膨張弁25によって膨張され、低温・低圧の状態へ遷移した後、外部熱交換器23に供給される。この際、冷媒は外気よりも低温となっており、外部熱交換器23は外気と冷媒との間で熱交換を行い、これにより、外気の熱が冷媒に吸熱される。その後、冷媒はコンプレッサ21に回帰する。
なお、第2の膨張弁26は、冷媒の通過領域である絞り(弁開度)が調整可能となっており、この暖房モードでは、開放されて膨張作用を有しない。また、バイパス回路(図中破線)を設けて、第2の膨張弁26及び第2の内部熱交換器24を迂回させてもよい。
一方、運転モードが冷房モードの場合、コンプレッサ21によって圧縮されて高温・高圧の状態の冷媒は、外部熱交換器23に供給される。外部熱交換器23は外気と冷媒との間で熱交換を行い、これにより、冷媒の熱が外気に放熱される。外部熱交換器23を通過した冷媒は、第2の膨張弁26によって膨張され、低温・低圧状態へと遷移した後、第2の内部熱交換器24に供給される。第2の内部熱交換器24は、ブロア14によって送風される空気と冷媒との間で熱交換を行い、これにより、空気の熱が冷媒に吸熱される。
なお、第1の膨張弁25も、冷媒の通過領域である絞り(弁開度)が調整可能となっており、この冷房モードでは、開放されて膨張作用を有しない。また、バイパス回路(図中破線)を設けて、第1の内部熱交換器22及び第1の膨張弁25で熱交換を行わないようにしてもよい。
ここで、本実施形態の特徴の一つとして、この車両用空調装置10は、冷却又は加熱によりバッテリ5の温度調節を行う温度調節部としての機能も備えている。具体的には、空調ユニット20は、バッテリ熱交換器29をさらに有している。バッテリ熱交換器29は、冷媒供給用及び冷媒排出用のサブ冷媒流路Csにそれぞれ接続されており、冷媒とバッテリ5との間で熱交換を行う。冷媒供給用のサブ冷媒流路Csの他方の端部は、メイン冷媒流路Cmにおける外部熱交換器23と第2の膨張弁26との間に接続しており、冷媒排出用のサブ冷媒流路Csの他方の端部は、メイン冷媒流路Cmにおける第2の内部熱交換器24とコンプレッサ21との間に接続している。これにより、外部熱交換器23からコンプレッサ21へと至る冷媒の一部又は全部がバッテリ熱交換器29に経由することとなる。
冷媒供給用のサブ冷媒流路Csには、すなわち、冷媒経路においてバッテリ熱交換器29よりも上流側には、第3の膨張弁30が配置されている。この第3の膨張弁30は、第1及び第2の膨張弁25,26と同様に、冷媒の通過領域である絞り(弁開度)が調整可能に構成されている。この第3の膨張弁30は、前述の冷房モードにおいて、絞りの状態が調整され、通過する冷媒を絞り膨張する。これにより、冷媒供給用のサブ冷媒流路Csへと供給された冷媒は、第3の膨張弁30によって膨張され、低温・低圧状態へと遷移する。その後、冷媒はバッテリ熱交換器29に供給され、このバッテリ熱交換器29は、周囲の空気と冷媒との間で熱交換を行う。
バッテリ熱交換器29の周囲には、ブロア31が設けられている。また、バッテリ熱交換器29の周囲には、外部電源又はバッテリ5から供給される電力で作動するヒータ32(例えばPCTヒータ)が設けられており、このヒータ32は、バッテリ5の温度調節を行う温度調節部の一部として機能する。ブロア31より送り出された空気は、バッテリ熱交換器29やヒータ32を通過した後に、バッテリ5へと到達する。すなわち、バッテリ5へと到達した空気は、バッテリ熱交換器20又はヒータ32によって必要な冷却や加熱がなされており、これにより、バッテリ5の冷却や加熱を行うことが可能となる。
もっとも、車両用空調装置10は、前述したバイパス回路等を利用することで、車室内の空調とは独立した状態でバッテリ5の温度調節を行ってもよい。
制御ユニット40は、電動車両1を統合的に制御する機能を担っている(制御部)。制御ユニット40としては、例えば、CPU、ROM、RAM、入出力インターフェースを主体に構成されるマイクロコンピュータを用いることができる。制御ユニット40は、ROMに記憶された制御プログラムに従い、各種の演算を行う。そして、制御ユニット40は、この演算によって算出された制御量に応じた制御信号を各種のアクチュエータに対して出力する。
本実施形態との関係において、制御ユニット40は、バッテリ5の温度(以下「バッテリ温度」という)が所定の温度範囲に収まるように車両用空調装置10の作動を制御する。具体的には、制御ユニット40は、バッテリ温度が作動開始温度へと到達することで、車両用空調装置10又はヒータ32の作動を開始し、これにより、バッテリ5の冷却又は加熱を開始する。そして、制御ユニット40は、バッテリ温度が作動停止温度へと到達することで、車両用空調装置10又はヒータ32の作動を停止し、これにより、バッテリ5の冷却又は加熱を終了する。なお、制御ユニット40は、バッテリ5の温度状態に応じて、冷却と加熱とを適宜適用するものであるが、本実施形態では、バッテリ5の温度が高温となるシーンを想定し、バッテリ5の冷却制御について説明を行う。
制御ユニット40には、係る制御を行うため、センサ信号を含む各種の入力信号が入力されている。バッテリ温度センサ42は、バッテリ5の周囲の空気の温度を通じて、バッテリ温度を検出する検出部である。また、制御ユニット40は、充電ポート6,7に対して外部電源が接続されているのか否か、さらには、それが急速充電器であるかそれとも充電ケーブルであるのかを判断することもできる。また、制御ユニット40は、バッテリ5の充電中であるのか否かを判断することができる。
図2は、本実施形態に係るバッテリ5の冷却制御に関する一連の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、制御ユニット40によって実行される。
まず、ステップ10(S10)において、制御ユニット40は、電動車両1(具体的には充電ポート6,7)に外部電源が接続されているか否かを判断する。このステップ10の判断を通じて、バッテリに電力を供給する外部電源があるか否かが判断されることになる。ステップ10において肯定判定された場合、すなわち、外部電源が接続されている場合には、ステップ11(S11)に進む。一方、ステップ10において否定判定された場合、すなわち、外部電源が接続されていない場合には、後述するステップ23(S23)に進む。
ステップ11において、制御ユニット40は、バッテリ5の充電中であるか否かを判断する。このステップ11において否定判定された場合、すなわち、満充電及びその他の理由によりバッテリ5の充電を停止している場合には、ステップ12(S12)に進む。一方、ステップ11において肯定判定された場合、すなわち、バッテリ5の充電中である場合には、後述するステップ16(S16)に進む。
ステップ12において、制御ユニット40は、バッテリ温度Tbが、第4の冷却開始温度Ton4以上であるか否かを判断する。この冷却開始温度は、バッテリ5の冷却に関する車両用空調装置10の作動開始を判断する温度であり、本実施形態では、外部電源とバッテリ5との間の状態に基づいて、第1から第4までの異なる4つの冷却開始温度Ton1〜Ton2が予め設定されている。本ステップに設けられる第4の冷却開始温度Ton4は、第1の冷却開始温度Ton1よりも低く、かつ、第3の冷却開始温度Ton3及び第2の冷却開始温度Ton2よりも低い温度となる関係を有している。
このステップ12において肯定判定された場合、バッテリ温度Tbが第4の冷却開始温度Ton4以上である場合には、ステップ13(S13)に進む。一方、ステップ12において否定判定された場合、すなわち、バッテリ温度Tbが第4の冷却開始温度Ton4よりも小さい場合には、ステップ10の処理に戻る。
ステップ13において、制御ユニット40は、車両用空調装置10の作動を開始してバッテリ5の冷却を開始する(冷却オン)。
ステップ14(S14)において、制御ユニット40は、バッテリ温度Tbが第4の冷却停止温度Toff4以下であるか否かを判断する。冷却停止温度は、バッテリ5の冷却に関する車両用空調装置10の作動停止を判断する温度であり、第1から第4の冷却開始温度Ton1〜Ton4と対応して、第1から第4までの4つの冷却停止温度Toff1〜Toff4が予め設定されている。本ステップに設けられる第4の冷却停止温度Toff4は、前述の第4の冷却開始温度Ton4未満の温度として、無負荷状態のバッテリ5にとって安全上及び劣化上において問題のない程度の温度が設定されている。また、本実施形態において、この第4の冷却停止温度Toff4は、第1の冷却停止温度Toff1から第3の冷却停止温度Toff3と同じ値となるように設定されている。
このステップ14において肯定判定された場合、バッテリ温度Tbが第4の冷却停止温度Toff4以下の場合には、ステップ15(S15)に進む。一方、ステップ14において否定判定された場合、すなわち、バッテリ温度Tbが第4の冷却停止温度Toff4よりも大きい場合には、再度ステップ14の処理に戻る。
そして、ステップ15において、車両用空調装置10の作動を停止してバッテリ5の冷却を終了する(冷却オフ)。
一方、ステップ16において、制御ユニット40は、バッテリ5に対する充電形態が急速充電であるか否かを判断する。このステップ16において肯定判定された場合、すなわち、急速充電である場合には、ステップ17(S17)に進む。ステップ16において否定判定された場合、すなわち、普通充電である場合には、ステップ20(S20)に進む。
ステップ17において、制御ユニット40は、バッテリ温度Tbが、第3の冷却開始温度Ton3以上であるか否かを判断する。本ステップに設けられる第3の冷却開始温度Ton3は、第1の冷却開始温度Ton1よりも低いとともに、第4の冷却開始温度Ton3よりも高くかつ第2の冷却開始温度Ton2よりも低い温度となる関係を有している。
このステップ17において肯定判定された場合、バッテリ温度Tbが第3の冷却開始温度Ton3以上である場合には、ステップ18(S18)に進む。一方、ステップ17において否定判定された場合、すなわち、バッテリ温度Tbが第3の冷却開始温度Ton3よりも小さい場合には、ステップ10の処理に戻る。
ステップ18において、制御ユニット40は、車両用空調装置10の作動を開始してバッテリ5の冷却を開始する(冷却オン)。
ステップ19(S19)において、制御ユニット40は、バッテリ温度Tbが第3の冷却停止温度Toff3以下であるか否かを判断する。本ステップに設けられる第3の冷却停止温度Toff3は、前述の第3の冷却開始温度Ton3未満の温度として、無負荷状態のバッテリ5にとって安全上及び劣化上において問題のない程度の温度が設定されている。また、本実施形態において、この第3の冷却停止温度Toff3は、第1の冷却停止温度Toff1、第2の冷却停止温度Toff2及び第4の冷却停止温度Toff4と同じ値となるように設定されている。
このステップ19において肯定判定された場合、バッテリ温度Tbが第3の冷却停止温度Toff3以下の場合には、前述のステップ15に進む。一方、ステップ19において、否定判定された場合、すなわち、バッテリ温度Tbが第3の冷却停止温度Toff3よりも大きい場合には、再度ステップ19の処理に戻る。
ステップ20において、制御ユニット40は、バッテリ温度Tbが、第2の冷却開始温度Ton2以上であるか否かを判断する。本ステップに設けられる第2の冷却開始温度Ton2は、第1の冷却開始温度Ton1よりも低いとともに、第4の冷却開始温度Ton4及び第3の冷却開始温度Ton3よりも高い温度となる関係を有している。
このステップ20において肯定判定された場合、バッテリ温度Tbが第2の冷却開始温度Ton2以上である場合には、ステップ21(S21)に進む。一方、ステップ20において否定判定された場合、すなわち、バッテリ温度Tbが第2の冷却開始温度Ton2よりも小さい場合には、ステップ10の処理に戻る。
ステップ21において、制御ユニット40は、車両用空調装置10の作動を開始してバッテリ5の冷却を開始する(冷却オン)。
ステップ22(S22)において、制御ユニット40は、バッテリ温度Tbが第2の冷却停止温度Toff2以下であるか否かを判断する。本ステップに設けられる第2の冷却停止温度Toff2は、前述の第2の冷却開始温度Ton2未満の温度として、無負荷状態のバッテリ5にとって安全上及び劣化上において問題のない程度の温度が設定されている。また、本実施形態において、第2の冷却停止温度Toff2は、第1の冷却停止温度Toff1、第3の冷却停止温度Toff3及び第4の冷却停止温度Toff4と同じ値となるように設定されている。
このステップ22において肯定判定された場合、バッテリ温度Tbが第2の冷却停止温度Toff2以下の場合には、前述のステップ15に進む。一方、ステップ22において否定判定された場合、すなわち、バッテリ温度Tbが第2の冷却停止温度Toff2よりも大きい場合には、再度ステップ22の処理に戻る。
ステップ23において、制御ユニット40は、バッテリ温度Tbが、第1の冷却開始温度Ton1以上であるか否かを判断する。本ステップに設けられる第1の冷却開始温度Ton1は、第2から第4の冷却開始温度Ton2〜Ton4よりも高い温度となる関係を有している。
このステップ23において肯定判定された場合、バッテリ温度Tbが第1の冷却開始温度Ton1以上である場合には、ステップ24(S24)に進む。一方、ステップ23において否定判定された場合、すなわち、バッテリ温度Tbが第1の冷却開始温度Ton1よりも小さい場合には、ステップ10の処理に戻る。
ステップ24において、制御ユニット40は、車両用空調装置10の作動を開始してバッテリ5の冷却を開始する(冷却オン)。
ステップ25(S25)において、制御ユニット40は、バッテリ温度Tbが第1の冷却停止温度Toff1以下であるか否かを判断する。本ステップに設けられる第1の冷却停止温度Toff1は、前述の第1の冷却開始温度Ton1未満の温度として、無負荷状態のバッテリ5にとって安全上及び劣化上において問題のない程度の温度が設定されている。また、本実施形態において、第1の冷却停止温度Toff1は、第2から第4の冷却停止温度Toff2〜Toff4と同じ値となるように設定されている。
このステップ25において肯定判定された場合、バッテリ温度Tbが第1の冷却停止温度Toff1以下の場合には、前述のステップ15に進む。一方、ステップ25において否定判定された場合、すなわち、バッテリ温度Tbが第2の冷却停止温度Toff2よりも大きい場合には、再度ステップ25の処理に戻る。
このように本実施形態において、制御ユニット40は、バッテリ温度Tbに基づいて、バッテリ5の温度状態が所定の温度範囲に収まるように車両用空調装置10の作動を制御する。この場合、制御ユニット40は、バッテリ5に電力を供給する外部電源があるか否かに応じて車両用空調装置10の作動条件又は作動状態を変更する。
かかる構成によれば、車両用空調装置10の作動条件又は作動状態を変更することで、車両用空調装置10の作動頻度(作動時間)又は消費電力をコントロールすることができる。そのため、バッテリ5に電力を供給する外部電源がないようなシーンであれば、係るコントロールを通じて、バッテリ5の冷却を行いつつも、バッテリ5から消費される電力を抑制することができる。これにより、バッテリ5の性能低下や劣化を抑制しつつ、併せて電動車両1の航続可能距離の低下を抑制することができる。
また、本実施形態において、制御ユニット40は、車両用空調装置10の作動条件として、当該車両用空調装置10の作動開始温度である冷却開始温度(Ton1〜Ton4)を変更している。
図3は、航続可能距離Disとバッテリ温度Tbとの関係を模式的に示す説明図である。同図において、L0は、本実施形態に示す制御を適用した際の状態を示し、L1は、冷却制御を行わない際の状態を示し、L2は、条件に拘わらず冷却開始温度を一定とした際の状態を示している。同図に示すように、冷却開始温度をΔTだけ高い温度に設定することにより、航続可能距離DisをΔDだけ増加していることが分かる。このように、車両用空調装置10の冷却開始温度を変更することで、バッテリ5の冷却を行いつつも、バッテリ5から消費される電力を抑制することができる。これにより、バッテリ5の性能低下や劣化を抑制しつつ、併せて電動車両1の航続可能距離の低下を抑制することができる。
すなわち、本実施形態では、制御ユニット40は、バッテリ5に電力を供給する外部電源がない場合に設定する第1の冷却開始温度Ton1を、バッテリ5に電力を供給する外部電源がある場合に設定する第2から第4の冷却開始温度Ton2〜Ton4よりも高く設定している。これにより、車両用空調装置10の作動頻度を低下させることができるので、バッテリ5の冷却を行いつつも、バッテリ5内の電力消費を抑制することができる。これにより、バッテリ5の性能低下や劣化を抑制しつつ、併せて電動車両1の航続可能距離の低下を抑制することができる。
また、本実施形態において、制御ユニット40は、外部電源がある場合には、バッテリ5に対して充電中か否かに応じて、車両用空調装置10の冷却開始温度(Ton2〜Ton4)を変更している。具体的には、制御ユニット40は、バッテリ5の充電中である場合に設定する第2又は第3の冷却開始温度Ton2,Ton3を、バッテリ5の充電を停止している場合に設定する第4の冷却開始温度Ton4よりも高く設定している。
係る構成によれば、外部電源により充電がなされているシーンにおいて、バッテリ5内の電力消費を抑制することができる。これにより、バッテリ5の充電時間が延長するといった事態を抑制することができる。
また、本実施形態において、制御ユニット40は、バッテリ5に対して充電中の場合には、充電形態が急速充電であるか否かに応じて、車両用空調装置10の冷却開始温度(Ton2,Ton3)を変更している。具体的には、制御ユニット40は、充電形態が非急速充電(普通充電)である場合に設定する第2の冷却開始温度Ton2を、充電形態が急速充電である場合に設定する第3の冷却開始温度Ton3よりも高く設定している。
普通充電は急速充電と比べて充電電力が小さいため、車両用空調装置10を作動させると、バッテリ5に充電される電力が少なくなり、充電に要する時間が長くなるという問題が生じる。この点、前述の構成によれば、バッテリ5内の電力消費を抑制することができる。これにより、充電時間が長くなるといった事態を抑制することができる。
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態に係るバッテリ5の冷却制御について説明する。この第2の実施形態に係るバッテリ5の冷却制御は、外部電源とバッテリ5との間の状態に基づいて、車両用空調装置10の作動条件を可変的に制御するという点においては第1の実施形態と共通するものである。しかしながら、本実施形態では、第1から第4の冷却開始温度Ton1〜Ton2を同一の値として設定しつつ、外部電源とバッテリ5との間の状態に基づいて、第1から第4の冷却停止温度Toff1〜Toff4が異なる温度に予め設定することで、前述の第1の実施形態と同様の作用及び効果を得ようとするものである。
以下、第2の実施形態に係るバッテリ5の冷却制御について説明する。この第2の実施形態に係るバッテリ5の冷却制御は、外部電源とバッテリ5との間の状態に基づいて、車両用空調装置10の作動条件を可変的に制御するという点においては第1の実施形態と共通するものである。しかしながら、本実施形態では、第1から第4の冷却開始温度Ton1〜Ton2を同一の値として設定しつつ、外部電源とバッテリ5との間の状態に基づいて、第1から第4の冷却停止温度Toff1〜Toff4が異なる温度に予め設定することで、前述の第1の実施形態と同様の作用及び効果を得ようとするものである。
具体的には、第1から第4の冷却停止温度Toff1〜Toff4の間には、以下に示す関係が成立する。
(1)Toffn(n=2,3,4)<Toff1
(2)Toff4<Toffm(m=2,3)
(3)Toff3<Toff2
(1)Toffn(n=2,3,4)<Toff1
(2)Toff4<Toffm(m=2,3)
(3)Toff3<Toff2
また、第1から第4の冷却開始温度Ton〜Ton4において、個々の冷却開始温度Ton1〜Ton4は、対応する冷却停止温度Toff1〜Toff4よりも高い温度に設定され、走行に要する負荷状態のバッテリ5にとって安全上及び劣化上において問題のない程度の温度が設定されている。また、本実施形態において、個々の冷却開始温度Ton1〜Ton4の間には、以下に示す関係が成立する。
(1)Ton1=Ton2=Ton3=Ton4
(1)Ton1=Ton2=Ton3=Ton4
このように本実施形態によれば、制御ユニット40は、車両用空調装置10の作動条件として、当該車両用空調装置10の作動停止温度としての冷却停止温度(Toff1〜Toff4)を変更している。
かかる構成によれば、車両用空調装置10の冷却停止温度(Toff1〜Toff4)を変更することで、バッテリ5の冷却を行いつつも、バッテリ5から消費される電力を抑制することができる。これにより、バッテリ5の性能低下や劣化を抑制しつつ、併せて電動車両1の航続可能距離の低下を抑制することができる。
すなわち、本実施形態では、制御ユニット40は、バッテリ5に電力を供給する外部電源がない場合に設定する第1の冷却停止温度Toff1を、バッテリ5に電力を供給する外部電源がある場合に設定する第2から第4の冷却停止温度Toff2〜Toff4よりも高く設定している。これにより、車両用空調装置10の作動頻度を低下させることができるので、バッテリ5の冷却を行いつつも、バッテリ5内の電力消費を抑制することができる。これにより、バッテリ5の性能低下や劣化を抑制しつつ、併せて電動車両1の航続可能距離の低下を抑制することができる。
また、本実施形態において、制御ユニット40は、外部電源がある場合には、バッテリ5に対して充電中か否かに応じて、車両用空調装置10の冷却停止温度(Toff2〜Toff4)を変更している。具体的には、制御ユニット40は、バッテリ5の充電中である場合に設定する第2又は第3の冷却停止温度Toff2,Toff3を、バッテリ5の充電を停止している場合に設定する第4の冷却停止温度Toff4よりも高く設定している。
係る構成によれば、外部電源により充電がなされているシーンにおいて、バッテリ5内の電力消費を抑制することができる。これにより、バッテリ5の充電時間が延長するといった事態を抑制することができる。
また、本実施形態において、制御ユニット40は、バッテリ5に対して充填中の場合には、充電形態が急速充電であるか否かに応じて、車両用空調装置10の冷却停止温度(Toff2,Toff3)を変更している。具体的には、制御ユニット40は、充電形態が非急速充電(普通充電)である場合に設定する第2の冷却停止温度Toff2を、充電形態が急速充電である場合に設定する第3の冷却停止温度Toff3よりも高く設定している。
普通充電は急速充電と比べて充電電力が小さいため、車両用空調装置10を作動させると、バッテリ5に充電される電力が少なくなり、充電に要する時間が長くなるという問題が生じる。この点、前述の構成によれば、バッテリ5内の電力消費を抑制することができる。これにより、充電時間が長くなるといった事態を抑制することができる。
(第3の実施形態)
図4は、第3の実施形態に係るバッテリ5の冷却制御に関する一連の手順を示すフローチャートである。この第3の実施形態に係るバッテリ5の冷却制御が、第1の実施形態のそれと相違する点は、外部電源とバッテリ5との間の状態に基づいて、車両用空調装置10の作動状態を可変的に制御することである。なお、第1の実施形態と共通する点についての説明は省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。
図4は、第3の実施形態に係るバッテリ5の冷却制御に関する一連の手順を示すフローチャートである。この第3の実施形態に係るバッテリ5の冷却制御が、第1の実施形態のそれと相違する点は、外部電源とバッテリ5との間の状態に基づいて、車両用空調装置10の作動状態を可変的に制御することである。なお、第1の実施形態と共通する点についての説明は省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。
なお、本実施形態では、第1から第4の冷却開始温度Ton1〜Ton4は、走行に要する負荷状態のバッテリ5にとって安全上及び劣化上において問題のない程度の温度が設定されており、互いに同一の値となっている。一方、第1から第4の冷却停止温度Toff1〜Toff4は、無負荷状態のバッテリ5にとって安全上及び劣化上において問題のない程度の温度が設定されており、互いに同一の値となっている。
図4に示すように、各ステップの処理は、第1の実施形態に示す各ステップの処理と対応しているが、以下の点において相違している。
具体的には、ステップ33(S33)において、制御ユニット40は、車両用空調装置10の作動を開始してバッテリ5の冷却を開始する(冷却オン)。この場合、制御ユニット40は、第4の目標出力温度CT4に基づいて車両用空調装置10の出力を制御する。ここで、目標出力温度は、バッテリ5の冷却に関する車両用空調装置10の出力温度の目標値であり、本実施形態では、外部電源とバッテリ5との間の状態に基づいて、第1から第4までの異なる4つの目標出力温度CT1〜CT4が予め設定されている。本ステップに設けられる第4の目標出力温度CT4は、第1の目標出力温度CT1よりも低く、かつ、第3の目標出力温度CT3及び第2の目標出力温度CT2よりも低い温度となる関係を有している。
また、ステップ38(S38)において、制御ユニット40は、車両用空調装置10の作動を開始してバッテリ5の冷却を開始する(冷却オン)。この場合、制御ユニット40は、第3の目標出力温度CT3に基づいて車両用空調装置10の出力を制御する。本ステップに設けられる第3の目標出力温度CT3は、第1の目標出力温度CT1よりも低いとともに、第4の目標出力温度CT4よりも高くかつ第2の目標出力温度CT2よりも低い温度となる関係を有している。
また、ステップ41(S41)において、制御ユニット40は、車両用空調装置10の作動を開始してバッテリ5の冷却を開始する(冷却オン)。この場合、制御ユニット40は、第2の目標出力温度CT2に基づいて車両用空調装置10の出力を制御する。本ステップに設けられる第2の目標出力温度CT2は、第1の目標出力温度CT1よりも低いとともに、第4の目標出力温度CT4及び第3の目標出力温度CT3よりも高い温度となる関係を有している。
さらに、ステップ44(S44)において、制御ユニット40は、車両用空調装置10の作動を開始してバッテリ5の冷却を開始する(冷却オン)。この場合、制御ユニット40は、第1の目標出力温度CT1に基づいて車両用空調装置10の出力を制御する。本ステップに設けられる第1の目標出力温度CT1は、第2から第4の目標出力温度CT2〜CT4よりも高い温度となる関係を有している。
このように本実施形態において、制御ユニット40は、車両用空調装置10の作動状態として、当該車両用空調装置10の目標出力温度(CT1〜CT4)を変更している。
かかる構成によれば、車両用空調装置10の目標出力温度(CT1〜CT4)を変更することで、バッテリ5の冷却を行いつつも、バッテリ5から消費される電力を抑制することができる。これにより、バッテリ5の性能低下や劣化を抑制しつつ、併せて電動車両1の航続可能距離の低下を抑制することができる。
図5は、航続可能距離Disとバッテリ温度Tbとの関係を模式的に示す説明図である。同図において、L0は、本実施形態に示す制御を適用した際の状態を示し、L1は、冷却制御を行わない際の状態を示し、L2は、条件に拘わらず目標出力温度を一定とした際の状態を示している。同図に示すように、目標出力温度を高い温度に設定することにより、航続可能距離Disが増加していることが分かる(ΔD)。このように、車両用空調装置10の目標出力温度を変更することで、バッテリ5の冷却を行いつつも、バッテリ5から消費される電力を抑制することができる。これにより、バッテリ5の性能低下や劣化を抑制しつつ、併せて電動車両1の航続可能距離の低下を抑制することができる。
また、図6は、バッテリ5の充電時間Ctimeとバッテリ温度Tbとの関係を模式的に示す説明図である。同図において、L0は、本実施形態に示す制御を適用した際の状態を示し、L1は、冷却制御を行わない際の状態を示し、L2は、条件に拘わらず目標出力温度を一定とした際の状態を示している。同図に示すように、目標出力温度を高い温度に設定することにより、バッテリ5の充電時間の増加を抑制していることが分かる(ΔC)。このように、車両用空調装置10の目標出力温度を変更することで、バッテリ5の冷却を行いつつも、バッテリ5から消費される電力を抑制することができる。これにより、バッテリ5の充電時間が長くなるといった事態を抑制することができる。
すなわち、本実施形態では、制御ユニット40は、バッテリ5に電力を供給する外部電源がない場合に設定する第1の目標出力温度CT1を、バッテリ5に電力を供給する外部電源がある場合に設定する第2から第4の目標出力温度CT2〜CT4よりも高く設定している。これにより、車両用空調装置10の消費電力を低下させることができるので、バッテリ5の冷却を行いつつも、バッテリ5内の電力消費を抑制することができる。これにより、バッテリ5の性能低下や劣化を抑制しつつ、併せて電動車両1の航続可能距離の低下を抑制することができる。
また、本実施形態において、制御ユニット40は、外部電源がある場合には、バッテリ5に対して充電中か否かに応じて、車両用空調装置10の目標出力温度(CT2〜CT4)を変更している。具体的には、制御ユニット40は、バッテリ5の充電中である場合に設定する第2又は第3の目標出力温度CT2,CT3を、バッテリ5の充電を停止している場合に設定する第4の目標出力温度CT4よりも高く設定している。
係る構成によれば、外部電源により充電がなされているシーンにおいて、バッテリ5内の電力消費を抑制することができる。これにより、バッテリ5の充電時間が延長するといった事態を抑制することができる。
また、本実施形態において、制御ユニット40は、バッテリ5に対して充電中の場合には、充電形態が急速充電であるか否かに応じて、車両用空調装置10の目標出力温度(CT2,CT3)を変更している。具体的には、制御ユニット40は、充電形態が非急速充電(普通充電)である場合に設定する第2の目標出力温度CT2を、充電形態が急速充電である場合に設定する第3の目標出力温度CT3よりも高く設定している。
普通充電は急速充電と比べて充電電力が小さいため、車両用空調装置10を作動させると、バッテリ5に充電される電力が少なくなり、充電に要する時間が長くなるという問題が生じる。この点、前述の構成によれば、バッテリ5内の電力消費を抑制することができる。これにより、充電時間が長くなるといった事態を抑制することができる。
(第4の実施形態)
図7は、第4の実施形態に係るバッテリ5の冷却制御に関する一連の手順を示すフローチャートである。この第4の実施形態に係るバッテリ5の冷却制御が、第1の実施形態のそれと相違する点は、外部電源とバッテリ5との間の状態に基づいて、車両用空調装置10の作動状態を可変的に制御することである。なお、第1の実施形態と共通する点についての説明は省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。
図7は、第4の実施形態に係るバッテリ5の冷却制御に関する一連の手順を示すフローチャートである。この第4の実施形態に係るバッテリ5の冷却制御が、第1の実施形態のそれと相違する点は、外部電源とバッテリ5との間の状態に基づいて、車両用空調装置10の作動状態を可変的に制御することである。なお、第1の実施形態と共通する点についての説明は省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。
なお、本実施形態では、第1から第4の冷却開始温度Ton1〜Ton4は、走行に要する負荷状態のバッテリ5にとって安全上及び劣化上において問題のない程度の温度が設定されており、互いに同一の値となっている。一方、第1から第4の冷却停止温度Toff1〜Toff4は、無負荷状態のバッテリ5にとって安全上及び劣化上において問題のない程度の温度が設定されており、互いに同一の値となっている。
図7に示すように、各ステップの処理は、第1の実施形態に示す各ステップの処理と対応しているが、以下の点において相違している。
具体的には、ステップ53(S53)において、制御ユニット40は、車両用空調装置10の作動を開始してバッテリ5の冷却を開始する(冷却オン)。この場合、制御ユニット40は、第4の目標出力風量CQ4に基づいてブロア31の出力を制御する。ここで、目標出力風量は、バッテリ5の冷却に関する車両空調装置10の出力風量(すなわち、ブロア31の送風量)の目標値であり、本実施形態では、外部電源とバッテリ5との間の状態に基づいて、第1から第4までの異なる4つの目標出力風量CQ1〜CQ4が予め設定されている。本ステップに設けられる第4の目標出力風量CQ4は、第1の目標出力風量CQ1よりも大きく、かつ、第3の目標出力風量CQ3及び第2の目標出力風量CQ2よりも大きい風量となる関係を有している。
また、ステップ58(S58)において、制御ユニット40は、車両用空調装置10の作動を開始してバッテリ5の冷却を開始する(冷却オン)。この場合、制御ユニット40は、第3の目標出力風量CQ3に基づいてブロア31の出力を制御する。本ステップに設けられる第3の目標出力風量CQ3は、第1の目標出力風量CQ1よりも大きいとともに、第4の目標出力風量CQ4よりも小さくかつ第2の目標出力風量CQ2よりも大きい風量となる関係を有している。
また、ステップ61(S61)において、制御ユニット40は、車両用空調装置10の作動を開始してバッテリ5の冷却を開始する(冷却オン)。この場合、制御ユニット40は、第2の目標出力風量CQ2に基づいてブロア31の出力を制御する。本ステップに設けられる第2の目標出力風量CQ2は、第1の目標出力風量CQ1よりも大きいとともに、第4の目標出力風量CQ4及び第3の目標出力風量CQ3よりも小さい風量となる関係を有している。
さらに、ステップ64(S64)において、制御ユニット40は、車両用空調装置10の作動を開始してバッテリ5の冷却を開始する(冷却オン)。この場合、制御ユニット40は、第1の目標出力風量CQ1に基づいてブロア31の出力を制御する。本ステップに設けられる第1の目標出力風量CQ1は、第2から第4の目標出力風量CQ2〜CQ4よりも小さい関係を有している。
このように本実施形態において、制御ユニット40は、車両用空調装置10の作動状態として、当該車両用空調装置10の目標出力風量(CQ1〜CQ4)を変更している。
かかる構成によれば、車両用空調装置10の目標出力風量(CQ1〜CQ4)を変更することで、バッテリ5の冷却を行いつつも、バッテリ5から消費される電力を抑制することができる。これにより、バッテリ5の性能低下や劣化を抑制しつつ、併せて電動車両1の航続可能距離の低下を抑制することができる。
すなわち、本実施形態では、制御ユニット40は、バッテリ5に電力を供給する外部電源がない場合に設定する第1の目標出力風量CQ1を、バッテリ5に電力を供給する外部電源がある場合に設定する第2から第4の目標出力風量CQ2〜CQ4よりも低く設定している。これにより、車両用空調装置10の消費電力を低下させることができるので、バッテリ5の冷却を行いつつも、バッテリ5内の電力消費を抑制することができる。これにより、バッテリ5の性能低下や劣化を抑制しつつ、併せて電動車両1の航続可能距離の低下を抑制することができる。
また、本実施形態において、制御ユニット40は、外部電源がある場合には、バッテリ5に対して充電中か否かに応じて、車両用空調装置10の目標出力風量(CQ2〜CQ4)を変更している。具体的には、制御ユニット40は、バッテリ5の充電中である場合に設定する第2又は第3の目標出力風量CQ2,CQ3を、バッテリ5の充電を停止している場合に設定する第4の目標出力風量CQ4よりも低く設定している。
係る構成によれば、外部電源により充電がなされているシーンにおいて、バッテリ5内の電力消費を抑制することができる。これにより、バッテリ5の充電時間が延長するといった事態を抑制することができる。
また、本実施形態において、制御ユニット40は、バッテリ5に対して充電中の場合には、充電形態が急速充電であるか否かに応じて、車両用空調装置10の目標出力風量(CQ2,CQ3)を変更している。具体的には、制御ユニット40は、充電形態が非急速充電(普通充電)である場合に設定する第2の目標出力風量CQ2を、充電形態が急速充電である場合に設定する第3の目標出力風量CQ3よりも低く設定している。
普通充電は急速充電と比べて充電電力が小さいため、車両用空調装置10を作動させると、バッテリ5に充電される電力が少なくなり、充電に要する時間が長くなるという問題が生じる。この点、前述の構成によれば、バッテリ5内の電力消費を抑制することができる。これにより、充電時間が長くなるといった事態を抑制することができる。
なお、上述した各実施形態では、冷却制御を前提に説明したが、かかる手法は、バッテリ5の加熱制御に適用してもよい。この場合、制御ユニット40は、車両用空調装置10の作動条件として、(1)バッテリ5の加熱に関する車両用空調装置10の作動開始を判断する温度である加熱開始温度、及び(2)バッテリ5の加熱に関する車両用空調装置10の作動停止を判断する温度である加熱停止温度を変更し、また、車両用空調装置の作動状態として、(3)バッテリ5の加熱に関する車両用空調装置10の出力温度の目標値である目標出力温度、及び(4)バッテリ5の加熱に関する車両用空調装置10の出力風量の目標値である目標出力風量を変更するといった如くである。
また、各実施形態に示す手法は、それぞれ単独で用いるのみならず、いずれか一つ以上の手法を組み合わせて適用してもよい。
以上、本発明の実施形態に係るバッテリ温度調節装置を適用した電動車両について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能であることはいうまでもない。また、上述した実施形態では、電動車両として電気自動車を例示して説明を行ったが、本発明はこれに限定されない。例えば、内燃機関とモータを併用するハイブリッド自動車や、燃料電池を発電手段として備える燃料電池自動車や他の車両形態を含み、バッテリを搭載する種々の車両に対して適用することができる。
また、温度調節部としては、車両用空調装置を用いずとも、バッテリの温度調節に適用する専用の装置を利用してもよい。また、外部電源とは、バッテリ以外の電源を広く指す意味で用いることができ、車両外部に存在していることを必要とするものではない。更に、外部電源との接続形態としては、非接触給電によるものであっても良い。
Claims (7)
- 外部電源から供給される電力を充電可能なバッテリと、
前記外部電源又は前記バッテリから供給される電力によって作動し、加熱又は冷却により前記バッテリの温度調節を行う温度調節部と、
前記バッテリの温度を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記バッテリの温度に基づいて、前記バッテリの温度状態が所定の温度範囲に収まるように前記温度調節部の作動を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記バッテリに電力を供給する前記外部電源があるか否かに応じて前記温度調節部の作動条件又は作動状態を変更するバッテリ温度調節装置。 - 前記制御部は、前記外部電源がある場合には、前記バッテリの充電中であるか否かに応じて前記温度調節部の作動条件又は作動状態を変更する請求項1に記載されたバッテリ温度調節装置。
- 前記制御部は、前記バッテリに対して充電中の場合には、当該充電形態が急速充電であるか否かに応じて前記温度調節部の作動条件又は作動状態を変更する請求項2に記載されたバッテリ温度調節装置。
- 前記制御部は、前記温度調節部の作動条件として、当該温度調節部の作動開始温度を変更する請求項1から3のいずれかに記載されたバッテリ温度調節装置。
- 前記制御部は、前記温度調節部の作動条件として、当該温度調節部の作動停止温度を変更する請求項1から4のいずれかに記載されたバッテリ温度調節装置。
- 前記制御部は、前記温度調節部の作動状態として、当該温度調節部の目標出力温度を変更する請求項1から5のいずれかに記載されたバッテリ温度調節装置。
- 前記制御部は、前記温度調節部の作動状態として、当該温度調節部の目標出力風量を変更する請求項1から6のいずれかに記載されたバッテリ温度調節装置。
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