JP-2026077197-A - 電池冷却システム

Abstract

【課題】車両の電池を効率的に冷却することができる電池冷却システムを提供する。 【解決手段】電池冷却システムは、電池を冷却するように構成された冷却装置と、冷却装置を制御する制御装置とを備える。制御装置２００は、車両が走行する道路種別と車両の走行場所の気温とに基づいて、車両の電池の到達温度を予測する到達温度予測部２０２と、到達温度に基づいて、冷却装置の冷却レベルを決定する冷却レベル決定部２０３と、冷却装置の冷却レベルに基づいて、冷却装置の冷却能力を制御する冷却制御部２０４とを含む。 【選択図】図３

Inventors

• 小林 綾乃

Assignees

• トヨタ自動車株式会社

Dates

Publication Date

20260513

Application Date

20241025

Claims (3)

1. 車両の電池を冷却するように構成された冷却装置と、 前記冷却装置を制御する制御装置とを備え、 前記制御装置は、 前記車両が走行する道路種別と前記車両の走行場所の気温とに基づいて、前記電池の到達温度を予測する予測部と、 前記到達温度に基づいて、前記冷却装置の冷却レベルを決定する冷却レベル決定部と、 前記冷却装置の前記冷却レベルに基づいて、前記冷却装置の冷却能力を制御する冷却制御部と、を含む、電池冷却システム。
2. 前記冷却制御部は、前記電池の温度が所定温度以下となるように制御する、請求項１記載の電池冷却システム。
3. 前記冷却制御部は、前記電池の温度の頻度分布が所定の頻度分布となるように制御する、請求項１記載の電池冷却システム。

Description

本開示は、電池冷却システムに関する。 特許文献１には、車両走行風による放熱量と電池発熱量とから電池到達温度を推定し、電池到達温度が冷却開始温度よりも高い場合に、電池冷却装置を作動させて、電池を冷却する技術が開示されている。 特開２０２０－１２６７８５号公報 第１の実施形態の車両の電池の冷却手順を表わすフローチャートである。冷却装置４０の構成の一例を示す図である。冷却制御装置２００の構成を表わす図である。予想到達温度および電池冷却レベルを説明するための図である。第１の実施形態の車両の電池２１の冷却制御手順を表わすフローチャートである。目標温度頻度分布の例を表わす図である。 以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 図１は、本開示の実施の形態に係る電池冷却システムが搭載された車両の全体構成の一例を示す図である。車両１は、たとえば、車両１の外部から供給される電力による充電（プラグイン充電）が可能に構成されたプラグインハイブリッド車両である。ただし、車両１は、走行用の電池が搭載された車両であればよく、プラグイン充電に対応していない通常のハイブリッド車両であってもよい。車両１は、電気自動車または燃料電池車であってもよい。 車両１は、走行ユニット１０と、電池パック２０と、充電ユニット３０と、冷却装置４０と、空調経路５０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００とを備える。走行ユニット１０は、モータジェネレータ１１，１２と、ＰＣＵ１３と、エンジン１４と、動力分割装置１５と、駆動輪１６とを含む。電池パック２０は、電池２１と、電流センサ２４とを含む。充電ユニット３０は、インレット３１と、ＡＣ／ＤＣコンバータ３２と、充電リレー（ＣＨＲ：Charge Relay）３３とを含む。 モータジェネレータ１１，１２の各々は、交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。モータジェネレータ１１は、主として、動力分割装置１５を経由してエンジン１４により駆動される発電機として用いられる。モータジェネレータ１１が発電した電力は、ＰＣＵ１３を介してモータジェネレータ１２または電池２１に供給される。また、モータジェネレータ１１は、エンジン１４のクランキングを行うことも可能である。 モータジェネレータ１２は、主として電動機として動作し、駆動輪１６を駆動する。モータジェネレータ１２は、電池２１からの電力およびモータジェネレータ１１の発電電力の少なくとも一方を受けて駆動される。モータジェネレータ１２の駆動力は駆動軸に伝達される。一方、車両１の制動時または下り斜面での加速度低減時には、モータジェネレータ１２は、発電機として動作して回生発電を行う。モータジェネレータ１２が発電した電力は、ＰＣＵ１３を介して電池２１に供給される。 ＰＣＵ１３は、ＥＣＵ１００からの制御指令に従って、電池２１とモータジェネレータ１１およびモータジェネレータ１２との間、または、モータジェネレータ１１とモータジェネレータ１２との間で、双方向の電力変換を実行可能に構成されている。 エンジン１４は、空気と燃料との混合気を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギーを運動子（ピストンまたはロータなど）の運動エネルギーに変換することによって動力を出力する。 動力分割装置１５は、たとえば遊星歯車装置である。動力分割装置１５は、いずれも図示しないが、サンギヤと、リングギヤと、ピニオンギヤと、キャリアとを含む。キャリアはエンジン１４に連結されている。サンギヤはモータジェネレータ１１に連結されている。リングギヤは、駆動軸を介してモータジェネレータ１２および駆動輪１６に連結されている。ピニオンギヤは、サンギヤとリングギヤとに噛合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持する。 電池２１は、複数（典型的には数十個～数百個）のセルを含む組電池である。各セルは、リチウムイオン電池またはニッケル水素電池などの二次電池である。電池２１は、モータジェネレータ１１，１２を駆動するための電力を蓄え、ＰＣＵ１３を通じてモータジェネレータ１１，１２に電力を供給する。また、電池２１は、モータジェネレータ１１，１２の発電時にＰＣＵ１３を通じて発電電力を受けて充電される。 電流センサ２４は、電池２１とＰＣＵ１３とを電気的に接続する電力線を介して電池２１に入出力される電流Ｉを検出し、その検出結果をＥＣＵ１００に出力する。 インレット３１は、嵌合等の機械的な連結を伴って充電ケーブルの充電コネクタ（図示せず）を挿入可能に構成されている。 ＡＣ／ＤＣコンバータ３２は、インレット３１と充電リレー３３との間に電気的に接続されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ３２は、ＥＣＵ１００からの制御指令に従って、外部電源（充電スタンドなど）からインレット３１を介して供給される交流電力を直流電力に変換する。ＡＣ／ＤＣコンバータ３２に代えてまたは加えてＤＣ／ＤＣコンバータが設けられていてもよい。 充電リレー３３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３２と電池パック２０との間に電気的に接続されている。ＥＣＵ１００からの制御指令に応じて充電リレー３３が閉成されると、インレット３１と電池パック２０との間での電力伝送が可能な状態となる。 冷却装置４０は、ＥＣＵ１００からの制御指令に従って、電池パック２０を冷却するように構成されている。 ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサ１０１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリ１０２と、各種信号を入出力するためのＩ／Ｏポート（図示せず）とを含む。ＥＣＵ１００は、各センサから受ける信号ならびにメモリ１０２に記憶されたプログラムおよびマップ等に基づいて、車両１を所望の状態に制御する。本実施の形態においてＥＣＵ１００により実行される主要な制御として、冷却装置４０による電池２１の冷却制御が挙げられる。この冷却制御については後に詳細に説明する。ＥＣＵ１００は、本開示に係る「制御装置」に相当する。ＥＣＵ１００は、機能毎に複数のＥＣＵに分割して構成されていてもよい。 図２は、冷却装置４０の構成の一例を示す図である。図２には、冷却装置４０に加えて、電池パック２０、ＰＣＵ１３およびＥＣＵ１００も併せて示されている。冷却装置４０は、冷媒回路４１と、チラー４２と、冷却液回路４３とを含む。 冷媒回路４１は、冷却液回路４３を循環する冷媒（液相冷媒または気相冷媒）の温度を調整するための回路である。冷媒の流通方向を矢印で表す。冷媒回路４１は、たとえば一般的なヒートポンプシステムと同等の構成を有し、コンプレッサ７１と、コンデンサ７２と、膨張弁７３，７４と、エバポレータ７５とを含む。以下では車室内の冷房運転時を例に説明する。 コンプレッサ７１は、冷媒回路４１を循環する気相冷媒を圧縮する。コンプレッサ７１により圧縮されて高温高圧となった気相冷媒はコンデンサ７２へと送られる。 コンデンサ７２は、コンプレッサ７１により圧縮されて高温高圧となった気相冷媒から熱を放出することによって気相冷媒を液相冷媒に凝縮する。 膨張弁７３は、コンデンサ７２により圧縮された高圧の液相冷媒を膨張させることによって液相冷媒を減圧する。膨張弁７３により減圧された液相冷媒はエバポレータ７５へと送られる。 膨張弁７４は、膨張弁７３と同様に、コンデンサ７２により圧縮された高圧の液相冷媒を膨張させることによって液相冷媒を減圧する。膨張弁７４により減圧された液相冷媒はチラー４２へと送られる。 エバポレータ７５は、エバポレータ７５に吹きつけられた空気と液状冷媒との間で熱交換する。これにより、エバポレータ７５に吹きつけられた空気の温度が調整（冷房運転時には冷却）される。液状冷媒は、周囲の空気の熱を吸収して気化することで気相冷媒へと変化する。この気相冷媒はコンプレッサ７１に戻る。なお、エバポレータ７５の暖房動作と冷却動作との切り替えは、コンプレッサ７１の出力方向の切り替えにより実現される。 チラー４２は、冷媒回路４１を循環する冷媒と、冷却液回路４３を循環する冷却液との間で熱交換を行う。より具体的には、膨張弁７４により減圧された液相冷媒がチラー４２内で蒸発することによって、冷却液回路４３を循環する冷却液から熱が奪われる。これにより、冷却液回路４３を循環する冷却液が冷却される。 冷却液回路４３は、冷却経路８と、ラジエータ９１と、リザーブタンク（Ｒ／Ｔ）９２と、ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）９３と、オイルクーラ（Ｏ／Ｃ）９４と、ウォータポンプ９５と、五方弁９６とを含む。 冷却経路８は、冷却液の流通経路を構成する配管である。冷却液は、たとえば、エチレングリコールなどを含むＬＬＣ（Long Life Coolant）である。冷却液回路４３においてウォータポンプ９３，９５を駆動させると、ウォータポンプ９３，９５から供給された冷却液は、五方弁９６を介して電池パック２０、ＰＣＵ１３またはラジエータ９１等を通過した後、ウォータポンプ９３，９５へと戻る。これにより、冷却経路８内で冷却液が循環する。冷却液の循環方向を矢印で表す。冷却経路８は、第１経路８１～第５経路８５を含む。 第１経路８１は、五方弁９６とリザーブタンク９２との間を連結する。第１経路８１にはラジエータ９１が接続されている。 第２経路８２は、五方弁９６とリザーブタンク９２との間を連結する。第２経路８２にはラジエータ９１等の機器は接続されておらず、ラジエータ９１をバイパスするように構成されている。第１経路８１と第２経路８２とはリザーブタンク９２内で接続されている。 第３経路８３は、リザーブタンク９２への接続箇所の上流（手前）における第２経路８２と、五方弁９６との間を連結する。第３経路８３にはウォータポンプ９３、ＰＣＵ１３およびオイルクーラ９４が接続されている。 第４経路８４は、五方弁９６とリザーブタンク９２との間を連結する。第４経路８４には電気ヒータ２３、ジャンクションボックス２２および電池２１が接続されている。つまり、この例では、第４経路８４を流れる冷却液がジャンクションボックス２２の冷却と電池２１の冷却とに共通して使用される。しかし、冷却経路８は、ジャンクションボックス２２を冷却する冷却液と電池２１を冷却する冷却液とが別々の経路を流れるように構成されていてもよい。 第５経路８５は、リザーブタンク９２と五方弁９６との間を連結する。第５経路８５にはウォータポンプ９５およびチラー４２が接続されている。第４経路８４と第５経路８５とはリザーブタンク９２内で接続されている。 ラジエータ９１は、車両１の外気と冷却液との間で熱交換することにより冷却液を冷却する。リザーブタンク９２は、冷却経路８内の冷却液を貯留する。 ウォータポンプ９３は、電動ウォータポンプであって、ＥＣＵ１００からの制御指令に従って冷却液を吐出する。第３経路８３においてウォータポンプ９３よりも下流には、ＰＣＵ１３が接続されている。ウォータポンプ９３から吐出された冷却液によってＰＣＵ１３を冷却できる。 オイルクーラ９４は、第３経路８３においてＰＣＵ１３よりも下流に接続されている。図示しないが、オイルクーラ９４には電動オイルポンプ（ＥＯＰ：Electrical Oil Pump）が接続されている。オイルクーラ９４は、第３経路８３を流通する冷却液とオイルクーラ９４との間で熱交換することにより、走行ユニット１０のトランスアクスルを冷却する。 ウォータポンプ９５は、電動ウォータポンプであって、ＥＣＵ１００からの制御指令に従って冷却液を吐出する。ウォータポンプ９５が接続された第５経路８５の上流には第４経路８４が接続されている。ウォータポンプ９３を駆動することによって、第４経路８４に設けられた電気ヒータ２３、ジャンクションボ