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JP-2026077198-A - 電池冷却装置

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Abstract

【課題】電池パックを適切に冷却することができる電池冷却装置を提供する。 【解決手段】電池冷却装置５０は、電池パック２０を冷却するためのブロア２１と、各々が、対応する電池セルＣＬの温度を検出する複数の第１のセンサ２３（１）～２３（ｎ）と、ブロア２１による電池パック２１の吸気温度を検出する第２のセンサ２２と、複数の第１のセンサ２３によって検出された温度に基づいて、複数の電池セルの中で温度が最も高い電池セルＣＬを第１電池セルとして特定し、第１電池セル用の第１のセンサ２３によって検出された第１電池セルＣＬの温度および第２のセンサ２２によって検出された吸気温度において、第１電池セルの冷却性能が最大なるようなブロア２１の回転数を複数の候補の中から特定し、特定した回転数で回転するようにブロア２１を制御するコントローラ１００と、を備える。 【選択図】図１

Inventors

  • 富岡 拓也

Assignees

  • トヨタ自動車株式会社

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20241025

Claims (3)

  1. 複数の電池セルからなる電池スタックを有する電池パックを冷却する電池冷却装置であって、 前記電池パックを冷却するためのブロアと、 各々が、対応する電池セルの温度を検出する複数の第１のセンサと、 前記ブロアによる前記電池パックの吸気温度を検出する第２のセンサと、 前記複数の第１のセンサによって検出された温度に基づいて、前記複数の電池セルの中で温度が最も高い電池セルを第１電池セルとして特定し、第１電池セル用の前記第１のセンサによって検出された前記第１電池セルの温度および前記第２のセンサによって検出された前記吸気温度において、前記第１電池セルの冷却性能が最大なるような前記ブロアの回転数を複数の候補の中から特定し、前記特定した回転数で回転するように前記ブロアを制御するコントローラと、を備えた電池冷却装置。
  2. 前記電池冷却装置は、 各々が、対応する電池セルの温度、前記ブロアの回転数、および前記吸気温度の組み合わせにおける、対応する電池セルの冷却性能を定めた複数の冷却マップを記憶する記憶部をさらに備え、 前記コントローラは、前記第１電池セルの前記冷却マップを参照して、前記第１電池セルの温度が前記検出された前記第１電池セルの温度、および前記吸気温度が前記検出された吸気温度において、前記第１電池セルの冷却性能が最大なるような前記ブロアの回転数を特定する、請求項１記載の電池冷却装置。
  3. 前記ブロアと各電池セルとの距離が相違し、 前記ブロアによる冷却風が通過する冷却流路上に前記複数の電池セルが配置されている、請求項１記載の電池冷却装置。

Description

本開示は、電池冷却装置に関する。 従来から、電池冷却装置が知られている。たとえば、特許文献１の装置は、冷却装置は、バッテリを冷却するためのファンと、バッテリ温度を計測する温度センサと、温度センサによる検出温度に基づいてファンを制御するコントローラを備える。コントローラは、既定の算術式によってファンの冷却能力とバッテリ発熱量を算出し、さらにそれらの算出値からバッテリの推定温度を算出する。コントローラはさらに、推定温度を検出温度に一致させるための補正係数であって冷却能力を算出する式における補正係数を求める。そしてコントローラは、求めた補正係数に応じてファンの目標回転数を決定する。 特開２０１３－０６９４７０号公報 実施の形態に係る電池冷却装置が搭載された車両の全体構成の一例を示す図である。電池パック２０の冷却の問題点を説明するための図である。ブロア２１の回転数と、電池セルＣＬの冷却性能との関係を表わす図である。（ａ）は、電池セルＣＬ（１）の冷却マップの例を表わす図である。（ｂ）は、電池セルＣＬ（ｎ）の冷却マップの例を表わす図である。実施形態の電池パック２０の冷却手順を表わすフローチャートである。 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。 ［実施の形態］ 図１は、実施の形態に係る電池冷却装置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、走行用の電池パック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、電池冷却装置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。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または電池パック２０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、電池パック２０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を介して電池パック２０に供給される。 ＰＣＵ１３は、ＥＣＵ１００からの制御指令に従って、電池パック２０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。 電池パック２０は、複数（典型的には数十個～数百個）の電池セルＣＬ（１）～ＣＬ（ｎ）が積層された電池スタック２８を含む。電池セルＣＬ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。電池スタック２８は、ブロア２１からの冷却風が通過する冷却流路を有する。 電池パック２０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。電池パック２０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。 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。 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。 電池冷却装置５０は、電池パック２０を冷却するように構成されている。電池冷却装置５０は、ブロア２１と、複数の電池セル温度測定用センサ２３（１）～２３（ｎ）と、吸気温度測定用センサ２２と、ＥＣＵ１００（ＥＣＵ１００における電池冷却制御部分）とによって構成される。 ブロア２１は、電池パック２０の吸気口に設置される。 電池セル温度測定用センサ２３（ｉ）は、対応する電池セルＣＬ（ｉ）の温度Ｔｂ（ｉ）を検出する。 吸気温度測定用センサ２２は、ブロア２１による吸気温度Ｔａを検出する。 図２（ａ）および（ｂ）は、電池パック２０の冷却の問題点を説明するための図である。 ブロア２１による冷却風が通過する冷却流路上に複数の電池セルＣＬ（１）～ＣＬ（ｎ）が配置されている。ブロア２１と各電池セルとの距離が相違する。電池セルＣＬ（１）がブロア２１から最も近い位置に配置され、電池セルＣＬ（ｎ）がブロア２１から最も遠い位置に配置されている。 ブロア２１からの冷却風によって、電池セルＣＬ（１）～ＣＬ（ｎ）が冷却される。図２（ａ）において、ブロア２１に最も近い位置に配置されている電池セルＣＬ（１）が高温の場合に、ブロア２１の回転数Ｒを増加させるとする。ブロア２１の回転数を増加させると、図２（ｂ）に示されるように、冷却風が、ブロア２１から遠い位置まで冷却風が届くため、ブロア２１に最も近い位置に配置されている電池セルＣＬ（１）へ送られる冷却風が減少する。その結果、電池セルＣＬ（１）の温度が低下しなかったり、上昇したりする。 図３は、ブロア２１の回転数と、電池セルＣＬの冷却性能との関係を表わす図である。 ブロア２１の回転数が高いと、冷却風の風量が増加し、ブロア２１から遠い位置の電池セルＣＬが冷えやすい。ブロア２１の回転数が低いと、冷却風の風量が減少し、ブロア２１に近い位置の電池セルＣＬが冷えやすい。 本実施の形態では、このような問題点を解決するために、電池セルごとに、吸気温度Ｔａと、電池セルの温度Ｔｂと、ブロア２１の回転数Ｒを考慮した冷却性能を事前評価で取得しておくことによって、高温の電池セルＣＬを効率的に冷却する。 ＥＣＵ１００は、複数の電池セル温度測定用センサ２３（１）～２３（ｎ）によって検出された温度Ｔｂ（１）～Ｔｂ（ｎ）に基づいて、温度が最も高い電池セルを第１電池セルＣＬ（ｋ）として特定する。ＥＣＵ１００は、第１電池セルＣＬ（ｋ）用の電池セル温度測定用センサ２３（ｋ）によって検出された第１電池セルの温度Ｔｂ（ｋ）および吸気温度測定用センサ２２によって検出された吸気温度Ｔｂにおいて、第１電池セルＣＬ（ｋ）の冷却性能が最大なるようなブロア２１の回転数Ｒを複数の候補の中から特定し、特定した回転数Ｒで回転するようにブロア２１を制御する。 より具体的には、ＥＣＵ１００は、最も温度が高い電池セルＣＬの冷却マップＭＰを参照して、電池セルの温度Ｔｂ、吸気温度Ｔａに基づいて、ブロア２１の回転数Ｒを求め、求めたブロア２１の回転数Ｒによって、電池パック２０を冷却する。最も温度が高い電池セルＣＬの冷却マップＭＰからブロア２１の回転数Ｒを決めることによって、高温の電池セルＣＬに応じた冷却が可能となる。 メモリ１０２は、複数の冷却マップＭＰ（１）～ＭＰ（ｎ）を記憶する。冷却マップＭＰ（ｉ）は、対応する電池セルＣＬ（ｉ）の温度Ｔｂ（ｉ）、ブロア２１の回転数Ｒ、および吸気温度Ｔｂの組み合わせにおける、対応する電池セルＣＬ（ｉ）の冷却性能Ｗを定める。冷却マップＭＰ（１）～ＭＰ（ｎ）は、実験により事前に作成されている。冷却性能は、与えられた条件（温度Ｔｂ（ｉ）、Ｔａ、回転数Ｒ）化における電池セルＣＬ（ｉ）の冷却度合（冷えやすさ）を表わす指標である。冷却性能Ｗは、たとえば、電池冷却装置５０による電池セルＣＬ（ｉ）の冷却前の温度と、電池冷却装置５０による電池セルＣＬ（ｉ）の冷却後の温度との差から算出することができる。 図４（ａ）は、電池セルＣＬ（１）の冷却マップの例を表わす図である。図４（ｂ）は、電池セルＣＬ（ｎ）の冷却マップの例を表わす図である。電池セルＣＬ（１）ついては、ブロア２１の回転数Ｒが低い方が冷却性能が高くなるように設定されている。 図５は、実施形態の電池パック２０の冷却手順を表わすフローチャートである。 ステップＳ１０１において、ＥＣＵ１００は、電池セル温度測定用センサ２３（１）～２３（ｎ）によって検出された電池セル温度Ｔｂ（１）、Ｔｂ（２）、・・・Ｔｂ（ｎ）を取得する。 ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１００は、吸気温度測定用センサ２２によって検出された吸気温度Ｔａを取得する。 ステップＳ１０３において、ＥＣＵ１００は、電池セル温度Ｔｂ（１）、Ｔｂ（２）、・・・Ｔｂ（ｎ）に基づいて、最高温度の電池セルを第１電池セルＣＬ（ｋ）として特定する。 ステップＳ１０５において、ＥＣＵ１００は、第１電池セルＣＬ（ｋ）の冷却マップＭＰ（ｋ）を選択する。ＥＣＵ１００は、第１電池セルの冷却マップＭＰ（ｋ）を参照して、第１電池セルＣＬ（ｋ）の電池セル温度測定用センサ２３（ｋ）によって検出された電池セル温度Ｔｂ（ｋ）および吸気温度測定用センサ２２によって検出された吸気温度Ｔａにおいて、第１電池セルＣＬ（ｋ）の冷却性能が最大なるようなブロア２１の回転数Ｒを特定する。 ステップＳ１０５において、ＥＣＵ１００は、特定した回転数Ｒでブロア２１が回転するようにブロア２１を制御する。 以上のように、本実施の形態によれば、高温の電池セルの冷却性能が最大となるようなブロアの回転数を特定することができるので、電池パックを適切に冷却することができる。電池パック内に搭載された電池セルごとに、吸気温度、電池温度、ブロア回転数を考慮した冷却性能マップを事前評