JP6579320B2

JP6579320B2 - 車載バッテリの温度調整装置

Info

Publication number: JP6579320B2
Application number: JP2015226042A
Authority: JP
Inventors: 洋史矢倉; 克好村松; 輝彦西村
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2015-11-18
Filing date: 2015-11-18
Publication date: 2019-09-25
Anticipated expiration: 2035-11-18
Also published as: JP2017097971A

Description

本発明は、電動車両の走行用モータに電力を供給する車載バッテリの温度調整を行う車載バッテリの温度調整装置に関する。

例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車等の電動車両は、走行用モータに電力を供給するためのリチウムイオンバッテリ等で構成される車載バッテリ（以下、単に「バッテリ」ともいう）を備えている。このバッテリの出力特性は、温度変化に伴って変動する。例えば、寒冷地において電動車両を長時間駐車しバッテリが極低温状態になると、バッテリの出力特性は大きく低下してしまう。バッテリの出力特性が低下した状態では、バッテリから走行用モータに十分な電力を供給することができない虞がある。

このような問題を解消するために、必要に応じてバッテリの温度を調整する技術が様々提案されている。例えば、駐車時において、バッテリが極低温状態となる前に、内部発熱による温度上昇を繰り返し行うようにしたものがある（特許文献１参照）。

特開２００８−１６２２９号公報

特許文献１に記載の発明のように、バッテリの温度を必要に応じて上昇させておくことで、バッテリの出力特性の低下を抑えることはできる。

しかしながら、駐車中にバッテリの温度が下がっているか否かの監視を行い必要に応じてバッテリの温度調整を行うためには、温度調整装置の制御部（温調制御部）を常時、或いは頻繁に起動させる必要があり、この起動に伴って比較的大きな電力が消費されてしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、駐車中の電力消費を抑えつつ、バッテリの温度を所望の温度範囲に維持することができる車載バッテリの温度調整装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、電動車両の走行用モータに電力を供給する車載バッテリの温度調整を行う車載バッテリの温度調整装置であって、前記車載バッテリを加熱又は冷却する温調部と、該温調部の動作を制御する温調制御部と、前記電動車両の駐車中に所定のタイミングで前記温調制御部を起動させる起動部と、を備え、前記起動部は、前記温調制御部と電源との間に配置されて前記温調制御部と前記電源との接続をオン又はオフに切り換えるリレー部と、前記電源と前記リレー部とを含む起動回路内に設けられるトランジスタと、前記電源から前記トランジスタへ流れる電流を可変させるよう前記起動回路内に設けられるサーミスタと、を備え、前記サーミスタの温度が所定閾値を超えた際に前記リレー部がオンに切り換わるように構成されていることを特徴とする車載バッテリの温度調整装置にある。

本発明の第２の態様は、第１の態様の車載バッテリの温度調整装置において、前記起動部は、前記サーミスタの温度が所定閾値よりも低くなると、前記リレー部がオンに切り換わるように構成されていることを特徴とする車載バッテリの温度調整装置にある。

本発明の第３の態様は、第２の態様の車載バッテリの温度調整装置において、前記サーミスタは、該サーミスタの温度が低いほど抵抗値が高くなる特性を有し、前記トランジスタと並列に配置されていることを特徴とする車載バッテリの温度調整装置にある。

本発明の第４の態様は、第２の態様の車載バッテリの温度調整装置において、前記サーミスタは、該サーミスタの温度が低いほど抵抗値が低くなる特性を有し、前記トランジスタと直列に配置されていることを特徴とする車載バッテリの温度調整装置にある。

本発明の第５の態様は、第１から４の何れか一つの態様の車載バッテリの温度調整装置において、前記起動部は、外部電源が前記電動車両に接続されていることを条件に、前記トランジスタと前記電源との接続をオンとするスイッチ部を有することを特徴とする車載バッテリの温度調整装置にある。

かかる車載バッテリの温度調整装置によれば、適切なタイミングで温調制御部を起動させて、バッテリの温度を所望の温度範囲に維持することができる。また温調制御部の起動を最小限に抑えることができるため、駐車中の電力消費を抑制することができる。

本発明に係る温度調整装置を備える電動車両の概略構成を示す図である。本発明に係る温度調整装置の概略構成を示す図である。本発明に係る温度調整装置に使用するサーミスタの特性の一例を示す図である。本発明に係る温度調整装置の変形例の概略構成を示す図である。本発明に係る温度調整装置の変形例で使用するサーミスタの特性を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、電動車両の一例である電気自動車１には、高電圧の二次電池であるバッテリ２が搭載されている。バッテリ２はインバータ３を介して走行用モータ４に電気的に接続されている。走行用モータ４は、図示は省略するが駆動輪に連結されている。電気自動車１はこの走行用モータ４の駆動力によって走行する。バッテリ２には、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を介して補機バッテリ（１２Ｖバッテリ）６が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、バッテリ２の出力電圧を所定値まで降圧させて補機バッテリ６に供給する。補機バッテリ６は、例えば、空調機器、オーディオ機器等の各種補機（図示なし）が接続されており、この補機バッテリ６から供給される電力によって各種補機が駆動されるようになっている。

また電気自動車１は、バッテリ２を充電するための充電器７を備えている。充電器７は、給電コネクタ３０が接続される電気自動車１の充電口（インレット）８とバッテリ２との間に設けられている。バッテリ２を充電する際には、給電コネクタ３０を介して家庭用電源（外部電源）４０と充電器７とが接続され、充電器７には家庭用電源４０から１００Ｖ程度の交流電力が入力される。充電器７では、家庭用電源４０から入力された入力電力を３５０Ｖ程度の直流電力に変換・昇圧してバッテリ２の充電に適した充電用電力とする。この充電用電力がバッテリ２に入力されることで、バッテリ２が充電される。

また電気自動車１は、制御装置としてのＥＣＵ（電子コントロールユニット）９を備え、電気自動車１は、ＥＣＵ９によって総合的に制御される。ＥＣＵ９は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等で構成されている。

さらに電気自動車１には、バッテリ２の温度調整を行う温度調整装置１０が搭載されている。温度調整装置１０は、図２に示すように、バッテリ２を加熱する温調部１１と、ＥＣＵ９の一部として構成され温調部１１の動作を制御する温調制御部１２と、電動車両１の駐車中に所定のタイミングで温調制御部１２を起動させる起動部１３と、を備えている。

温調部１１は、バッテリ２を加熱するためのヒータ１４と、バッテリ２の温度を検出する温度センサ１５とを備え、ヒータ１４によりバッテリ２を加熱してバッテリ２が所定温度となるように調整する。この温調部１１は、給電コネクタ３０を介して電気自動車１に接続された外部電源である家庭用電源４０から供給される電力によって作動する。したがって温調部１１は、給電コネクタ３０がインレット８に接続されている場合にのみ作動することになる。

温調制御部１２は、電源としての補機バッテリ６から供給される電力によって起動し、温調部１１を構成するヒータ１４等の動作を適宜制御する。本実施形態では、温調制御部１２は、温度センサ１５の検出結果に基づいてヒータ１４の作動状態を適宜制御し、バッテリ２が所定の温度範囲となるように調整する。

起動部１３は、電気自動車１の駐車中に、所定のタイミングで温調制御部１２を起動させる。詳しくは、起動部１３は、電源としての補機バッテリ６と温調制御部１２との間に配置されるリレー部１６を備える。このリレー部１６は、コイル１６ａに電流が流れることで、リレー部１６の端子間が接続されるように構成されている。リレー部１６の端子間が接続されると、すなわち温調制御部１２と補機バッテリ６との接続状態がオフ状態からオン状態に切り換わると、補機バッテリ６から温調制御部１２に電力が供給されて温調制御部１２が起動する。

また起動部１３は、補機バッテリ６とリレー部１６とを含む起動回路内に設けられるトランジスタ１７と、電源である補機バッテリ６からトランジスタ１８へ流れる電流を可変させるよう起動回路内に設けられるサーミスタ１８と、を備えている。サーミスタ１８は、ランジスタ１７のベース端子１７Ｂへ流れる電流を可変させるように、起動回路の補機バッテリ６からリレー部１６に向かう経路とは分岐したトランジスタ１７のベース端子１７Ｂに向かう分岐経路に設けられている。本実施形態では、トランジスタ１７のベース端子１７Ｂと補機バッテリ６との間に、所定抵抗値の抵抗１９が設けられており、サーミスタ１８は、トランジスタ１７及び抵抗１９とは並列となるように配置されている。

また補機バッテリ６とサーミスタ１８及び抵抗１９との間の上記分岐経路には、スイッチ部２０が設けられている。このスイッチ部２０は、給電コネクタ３０がインレット８に接続されると機械的にオンに切り換わるように構成されている。つまり起動部１３は、給電コネクタ３０がインレット８に接続されていることを条件に作動することになる。

そして起動部１３は、サーミスタ１８の温度が所定閾値を超えた際、本実施形態では、サーミスタ１８の温度が所定閾値を超えて当該閾値よりも低くなった際、リレー部１６がオフ状態からオン状態に切り換わるように構成されている。

ここで、サーミスタ１８は、いわゆるＮＴＣサーミスタであり、図３に示すように、その温度が低いほど抵抗値が高くなる特性を有している。このサーミスタ１８の温度が比較的高い状態、つまりバッテリ２の温度が比較的高い状態では、サーミスタ１８は、抵抗１９の抵抗値Ｒ１よりも低くなっている。この状態では、補機バッテリ６からの電力は上記分岐経路のサーミスタ１８側に供給され、抵抗１９側に供給されることはない。すなわちトランジスタ１７のベース端子１７Ｂとエミッタ端子１７Ｅとの間に電流が流れることはない。このため、コレクタ端子１７Ｃとエミッタ端子１７Ｅ間にも電流は流れない。したがって、リレー部１６のコイル１６ａに電力が供給されることはなく、リレー部１６はオフ状態のまま維持されることになる。

サーミスタ１８の温度が所定温度Ｔ１よりも低い温度まで低下し、サーミスタ１８の抵抗値が抵抗１９の抵抗値Ｒ１よりも高くなると、すなわち抵抗１９の抵抗値Ｒ１がサーミスタ１８の抵抗値よりも低くなると、補機バッテリ６の電力は上記分岐経路のサーミスタ１８側ではなく抵抗１９側に供給される。そしてトランジスタ１７のベース端子１７Ｂとエミッタ端子１７Ｅとの間に電流が流れ、コレクタ端子１７Ｃとエミッタ端子１７Ｅ間にも電流が流れるようになる。つまりリレー部１６のコイル１６ａにも電力が供給されるようになる。これによりリレー部１６がオフ状態からオン状態に切り換わり補機バッテリ６から温調制御部１２を含むＥＣＵ９に電力が供給される。

そして温調制御部１２が起動し、必要に応じてバッテリ２の温調制御を実行する。すなわち、温調制御部１２は、外部電源である家庭用電源４０から給電コネクタ３０を介して供給される電力によってヒータ１４を作動させてバッテリ２を加熱する。また温調制御部１２は、温度センサ１５の検出結果に基づいてヒータ１４の動作を適宜制御し、バッテリ２の温度が所定範囲となるように調整する。なおバッテリ２の温度調整の方法自体は、特に限定されるものではなく、公知の技術を採用すればよい。

このような本発明に係る車載バッテリの温度調整装置１０によれば、バッテリ２を適宜加熱することで、バッテリ２の温度を所望の温度範囲に維持することができる。また温度調整装置１０は、電気自動車１の駐車中、バッテリ２の温度が予め設定された所定閾値よりも低くなった場合にのみ、起動部１３によってＥＣＵ９に電力を供給して温調制御部１２を起動させる。したがって、温調制御部１２を含むＥＣＵ９の起動を最小限に抑制することができ、電気自動車１の停車中における電力消費を抑制することができる。またＥＣＵ９の起動を抑制することで、ＥＣＵ９の寿命を延ばすこともできる。なお電気自動車１の駐車中は、起動部１３でも電力を消費しているが、抵抗値を調整する等によりその電力消費量は、ＥＣＵ９の起動に必要な電力量より少なくすることもできる。

また本実施形態では、起動部１３がスイッチ部２０を備え、給電コネクタ３０がインレット８に接続されていることを条件に作動するため、ＥＣＵ９の不要な起動を抑制され、電力消費量をより確実に減少させることができる。

また本実施形態に係る温度調整装置１０では、温調部１１がバッテリ２の電力を使用することなく、外部電源である家庭用電源４０から供給される電力によって作動するようにしている。これにより、例えば、極低温状態のように出力特性が著しく低下した状態でのバッテリ２の使用を防止することができる。勿論、温調部１１は、バッテリ２や補機バッテリ６から供給される電力によって作動するようにしてもよい。

ところで、上述の本実施形態では、トランジスタ１７とサーミスタ１８とを並列に配置した構成を例示したが、図４に示すように、トランジスタ１７とサーミスタ１８とを直列に配置するようにしてもよい。この場合、サーミスタ１８としては、図５に示すように温度が低くなるほど抵抗値が低くなる特性を有する、いわゆるＰＴＣサーミスタを使用する。そして、サーミスタ１８の温度が所定閾値Ｔ２よりも低くなると、サーミスタ１８の抵抗値が所定の抵抗値Ｒ２よりも低くなりトランジスタ１７のベース端子１７Ｂとエミッタ端子１７Ｅとの間に所定量の電流が流れるようにする。これにより、トランジスタ１７とサーミスタ１８とを並列に配置した場合と同様に、温調制御部１２を含むＥＣＵ９を適切なタイミングで起動させることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、上述の実施形態では、温調部がヒータを備え、バッテリの温度が低下した際にバッテリを加熱して所定温度に調整する構成を例示したが、本発明に係る車載バッテリの温度調整装置の構成は、これに限定されるものではない。温調部は、バッテリの温度が所定閾値を超えて上昇した際にバッテリを冷却するように構成されていてもよい。これによりバッテリが極高温状態となるのを抑制でき、バッテリの劣化を抑えることができる。

また上述の実施形態では、補機バッテリから起動部及び温調制御部（ＥＣＵ）に電力が供給されるようにしたが、起動部及び温調制御部に電力を供給する電源の構成は特に限定されない。例えば、外部電源である家庭用電源から起動部及び温調制御部に電力が供給されるようにしてもよい。また起動部と温調制御部には、それぞれ別の電源から電力が供給されるようにしてもよい。

また上述の実施形態では、電動車両の一例として、電気自動車（ＥＶ）を例示して本発明を説明したが、勿論、本発明は、高電圧の車載バッテリを備える各種の電動車両に適用可能である。本発明は、例えば、走行用モータと共にエンジン（内燃機関）を駆動装置として備えるハイブリッド車両等にも適用することができる。

１電気自動車（電動車両）
２バッテリ
３インバータ
４走行用モータ
５コンバータ
６補機バッテリ
７充電器
８インレット
９ＥＣＵ
１０温度調整装置
１１温調部
１２温調制御部
１３起動部
１４ヒータ
１５温度センサ
１６リレー部
１６ａコイル
１７トランジスタ
１８サーミスタ
１９抵抗
２０スイッチ部
３０給電コネクタ
４０家庭用電源（外部電源）

Claims

電動車両の走行用モータに電力を供給する車載バッテリの温度調整を行う車載バッテリの温度調整装置であって、
前記車載バッテリを加熱又は冷却する温調部と、該温調部の動作を制御する温調制御部と、前記電動車両の駐車中に所定のタイミングで前記温調制御部を起動させる起動部と、を備え、
前記起動部は、
前記温調制御部と電源との間に配置されて前記温調制御部と前記電源との接続をオン又はオフに切り換えるリレー部と、
前記電源と前記リレー部とを含む起動回路内に設けられるトランジスタと、
前記電源から前記トランジスタへ流れる電流を可変させるよう前記起動回路内に設けられるサーミスタと、を備え、
前記サーミスタの温度が所定閾値を超えた際に前記リレー部がオンに切り換わるように構成されている
ことを特徴とする車載バッテリの温度調整装置。
請求項１に記載の車載バッテリの温度調整装置において、
前記起動部は、前記サーミスタの温度が所定閾値よりも低くなると、前記リレー部がオンに切り換わるように構成されている
ことを特徴とする車載バッテリの温度調整装置。
請求項２に記載の車載バッテリの温度調整装置において、
前記サーミスタは、該サーミスタの温度が低いほど抵抗値が高くなる特性を有し、前記トランジスタと並列に配置されている
ことを特徴とする車載バッテリの温度調整装置。
請求項２に記載の車載バッテリの温度調整装置において、
前記サーミスタは、該サーミスタの温度が低いほど抵抗値が低くなる特性を有し、前記トランジスタと直列に配置されている
ことを特徴とする車載バッテリの温度調整装置。
請求項１から４の何れか一項に記載の車載バッテリの温度調整装置において、
前記起動部は、外部電源が前記電動車両に接続されていることを条件に、前記トランジスタと前記電源との接続をオンとするスイッチ部を有する
ことを特徴とする車載バッテリの温度調整装置。