特開 2024-48029 電動車両の冷却制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024048029

(43)【公開日】2024-04-08

(54)【発明の名称】電動車両の冷却制御装置

(51)【国際特許分類】

   B60L 58/26 20190101AFI20240401BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20240401BHJP

   B60K 11/04 20060101ALI20240401BHJP

【ＦＩ】

B60L58/26

B60L50/60

B60K11/04 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022153855

(22)【出願日】2022-09-27

(71)【出願人】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】100090033

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 博司

(74)【代理人】

【識別番号】100093045

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 良男

(72)【発明者】

【氏名】平 真和

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 朋也

【テーマコード（参考）】

3D038

5H125

【Ｆターム（参考）】

3D038AA10

3D038AB01

3D038AC02

3D038AC22

5H125AA01

5H125AC12

5H125BC19

5H125CD07

5H125EE25

5H125EE27

5H125EE51

5H125EE64

5H125FF24

(57)【要約】

【課題】電源枯渇時でも好適に暖房を行う。
【解決手段】冷却制御装置１は、電動車両１００の走行モータに電力を供給するバッテリ１０の冷却を行う冷却装置２０を制御する車両コントローラ３０を備える。車両コントローラ３０は、電動車両１００の外気温度が所定温度以下であり、かつ、バッテリ１０の電力が所定量以下になると予想される場合、冷却装置２０の動作を制限する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動車両の走行モータに電力を供給するバッテリの冷却を行う冷却装置を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記電動車両の外気温度が所定温度以下であり、かつ、前記バッテリの電力が所定量以下になると予想される場合、前記冷却装置の動作を制限する、
ことを特徴とする電動車両の冷却制御装置。

【請求項2】

前記制御部は、以下の条件式を満足する状態が所定時間を超えて継続した場合、前記バッテリの電力が所定量以下になると予想されると判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電動車両の冷却制御装置。
（Ｅ－Ｐｔ）＜０ ・・・（１）
ただし、
Ｅ：前記バッテリの電力残量
Ｐ：前記バッテリの単位時間当たりの消費電力
ｔ：目的地までの予想所要時間

【請求項3】

前記制御部は、前記冷却装置の動作の制限として、
前記バッテリの電力が所定量以下になるまでに予想される温度上昇分を加味した前記バッテリの温度が、所定の上限温度を超えない範囲で、前記冷却装置を動作させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の電動車両の冷却制御装置。

【請求項4】

前記バッテリと車室とが、断熱された連通路を介して連通されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電動車両の冷却制御装置。

【請求項5】

前記バッテリの周囲に断熱材が配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電動車両の冷却制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動車両のバッテリの冷却を制御する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、熱源となる内燃機関を持たない電気自動車等の電動車両では、暖房に大きな電力を消費する。そのため、豪雪等で電動車両が立ち往生等した場合、充電ができない状態で暖房による大量の電力消費が継続する。その結果、早期に電源が枯渇し、暖房手段を喪失するおそれがある。

【0003】

この点、例えば特許文献１、２に記載の技術では、電池又はラジエータを車室と連通させ、これらの発熱（排熱）を車室に導いて暖房手段としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－２０９７６４号公報

【特許文献2】特開２０１４－６５３７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、電動車両の電源が枯渇した場合、電池やラジエータの発熱も早期に無くなる。したがって、単純にこれらの発熱を車室に導くだけでは、有効な暖房手段として期待できない。

【0006】

本発明は、電源枯渇時でも好適に暖房を行うことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明の一実施の形態は、
電動車両の冷却制御装置であって、
電動車両の走行モータに電力を供給するバッテリの冷却を行う冷却装置を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記電動車両の外気温度が所定温度以下であり、かつ、前記バッテリの電力が所定量以下になると予想される場合、前記冷却装置の動作を制限する、
ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、電動車両の外気温度が所定温度以下であり、かつ、バッテリの電力が所定量以下になると予想される場合、バッテリを冷却する冷却装置の動作が制限される。これにより、冬季にバッテリの電力枯渇が予想される場合に、バッテリの発熱を予め溜めておくことができ、このバッテリの発熱を利用して暖房を行うことができる。したがって、電源枯渇時でも好適に暖房を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る冷却制御装置を備える電動車両の概略構成を示すブロック図である。

【図2】実施形態に係る冷却制御処理の流れを示すフローチャートである。

【図3】実施形態に係る冷却制御処理の流れを示すフローチャートである。

【図4】実施形態に係る冷却制御処理を説明するための図である。

【図5】実施形態に係る冷却制御処理を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

【0011】

図１は、本実施形態に係る冷却制御装置１を備える電動車両１００の概略構成を示すブロック図である。
電動車両１００は、図示しない走行モータに電力を供給するバッテリ１０と、バッテリ１０の冷却を行う冷却装置２０と、冷却装置２０を制御する車両コントローラ３０と、バッテリ１０の温度を検出するバッテリ温度センサ４１と、電動車両１００の外気温度を検出する外気温度センサ４２とを備える。

【0012】

バッテリ１０は、複数のバッテリモジュールとバッテリＣＵ（Control Unit）等とが内蔵された、いわゆるバッテリパックである。バッテリ１０は、特に限定はされないが、例えば車室１１０の下方に配置されている。
バッテリ１０の周囲には断熱材１１が配置されている。断熱材１１は、例えばバッテリ１０のケーシングを略全周に亘って覆うように設けられ、バッテリ１０と外部との伝熱（特にバッテリ１０からの放熱）を阻害する。
また、バッテリ１０は、複数の連通ダクト（連通路）１２を介して内部が車室１１０と連通されている。各連通ダクト１２は、車室１１０内に開口した開口部１２ａを有している。開口部１２ａは、例えばスライド可能なカバー１２ｂによって手動で開閉可能に構成され、常態では閉止されている。また、各連通ダクト１２は、断熱構造を有するのが好ましい。

【0013】

冷却装置２０は、冷却ポンプの駆動によって、バッテリ１０内部に敷設された図示しない冷却ジャケットにクーラント（冷媒）を循環させ、バッテリ１０を冷却する。ただし、冷却装置２０の具体構成は特に限定されず、例えば冷却ファン又はブロワによってバッテリ１０を空冷するものであってもよい。

【0014】

車両コントローラ３０は、本発明に係る制御部の一例であり、冷却装置２０を制御してバッテリ１０の冷却を行う。また、車両コントローラ３０は、バッテリ１０からその状態量（電流、電圧、電力残量等）の情報を取得し、当該バッテリ１０を制御する。車両コントローラ３０は、内蔵の記憶部に格納された後述の冷却制御処理のプログラムを実行するコンピュータである。

【0015】

バッテリ温度センサ４１は、バッテリ１０の温度を検出して車両コントローラ３０に出力する。
外気温度センサ４２は、電動車両１００の外気温度を検出して車両コントローラ３０に出力する。

【0016】

電動車両１００は、冷却制御装置１をさらに備える。冷却制御装置１は、冷却装置２０を制御するものである。冷却制御装置１は、少なくとも車両コントローラ３０を含み、さらに断熱材１１、連通ダクト１２、バッテリ温度センサ４１及び外気温度センサ４２を含んでもよい。

【0017】

＜冷却制御処理＞
続いて、冷却装置２０を制御する冷却制御処理について説明する。
図２及び図３は、冷却制御処理の流れを示すフローチャートであり、図４及び図５は、冷却制御処理を説明するための図である。
冷却制御処理は、冷却装置２０を制御する処理であり、特に、寒冷地において冬季にバッテリ１０の電力が枯渇した場合等でも好適に暖房を行えるように、冷却装置２０を制御する処理である。この冷却制御処理は、車両コントローラ３０が該当プログラムを読み出して展開することで実行される。
ここでは、電動車両１００が寒冷地を走行中であり、冷却装置２０が通常通りにバッテリ１０の冷却を行っているものとする（図４）。

【0018】

図２に示すように、冷却制御処理が実行されると、まず車両コントローラ３０は、外気温度が所定温度以下か否かを判定する（ステップＳ１）。
ここでは、車両コントローラ３０は、外気温度センサ４２から外気温度を取得し、予め設定された閾値（所定温度）と比較する。この「所定温度」は、例えば、電動車両１００の暖房手段が喪失した場合に、乗員の生命が危ぶまれる低温の外気温度である。
そして、外気温度が所定温度以下でないと判定した場合（ステップＳ１；Ｎｏ）、車両コントローラ３０は、当該ステップＳ１の処理を繰り返す。

【0019】

ステップＳ１において、外気温度が所定温度以下であると判定した場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、車両コントローラ３０は、バッテリ１０の充電残量と、単位時間当たりの消費電力とをバッテリ１０から取得する（ステップＳ２）。

【0020】

次に、車両コントローラ３０は、目的地までの予想所要時間を取得する（ステップＳ３）。
予想所要時間は、特に限定はされないが、例えばユーザ（乗員）が設定（入力）してもよいし、電動車両１００のカーナビゲーションシステム（図示省略）から取得されることとしてもよい。カーナビゲーションシステムでは、ユーザにより目的地が設定されることで、車速を検出して現在地から目的地までの予想所要時間が算出される。
なお、ここでの「目的地」には、本来の走行の目的地に加え、バッテリ１０を充電できる最寄りの充電ステーションや、乗員が暖を取れる施設等を含んでもよい。

【0021】

次に、車両コントローラ３０は、以下の式（１）が満足するか否かを判定する（ステップＳ４）。式（１）は、目的地までの走行の途中でバッテリ１０の電力が枯渇するか否かを判定する条件式である。
（Ｅ－Ｐｔ）＜０ ・・・（１）
ただし、Ｅはバッテリ１０の電力残量であり、Ｐはバッテリ１０の単位時間当たりの消費電力であり、ｔは目的地までの予想所要時間である。
なお、このステップでの判定は、バッテリ１０の電力が、「枯渇（ほぼゼロ）」ではなく「所定量以下」になることを条件にしてもよい。この場合、式（１）の右辺の数値を所望の「所定量」にすればよい。

【0022】

ステップＳ４において、式（１）が満足しないと判定した場合（ステップＳ４；Ｎｏ）、車両コントローラ３０は、上述のステップＳ２に処理を移行する。なお、ステップＳ１に処理を移行してもよい。

【0023】

一方、ステップＳ４において、式（１）が満足すると判定した場合（ステップＳ４；Ｙｅｓ）、車両コントローラ３０は、式（１）を満足する状態が継続する時間ｔ２を計測する（ステップＳ４）。

【0024】

次に、車両コントローラ３０は、ステップＳ５で計測した時間ｔ２が所定時間を超えるか否かを判定する（ステップＳ６）。
ここでは、走行モータや各種補機（ヘッドライトやエアコン、カーステレオ等）による消費電力のバラつきを平準化し、電力枯渇が発生する確からしさを高めるために、式（１）を満足する状態が所定時間に亘って継続しているか否かを判定する。
この「所定時間」は、長めに設定して消費電力をより正確に平準化する点と、短めに設定して枯渇判断を早める点等を勘案して設定される。具体的には、特に限定はされないが、例えば１０～３０分の範囲内で設定される。
なお、ステップＳ６では、式（１）を満足する状態が所定時間に亘って継続しているか否かの判定に代えて（またはこれと併せて）、例えば所定以上の時間割合で式（１）が満足するか否かで判定してもよい。つまり、式（１）が高頻度で断続的に満足する場合を含めてもよい。

【0025】

ステップＳ６において、時間ｔ２が所定時間を超えないと判定した場合（ステップＳ６；Ｎｏ）、車両コントローラ３０は、上述のステップＳ２に処理を移行する。なお、ステップＳ１に処理を移行してもよい。

【0026】

一方、ステップＳ６において、時間ｔ２が所定時間を超えると判定した場合（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、車両コントローラ３０は、冷却装置２０の動作を制限してバッテリ１０の温度を常態よりも上昇（又は保持）させるバッテリ保温処理を実行する（ステップＳ７）。
つまり、外気温度が所定温度以下（ステップＳ１；Ｙｅｓ）であって、かつ、バッテリ１０の電力が枯渇する（所定量以下になる）と予想される（ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４；Ｙｅｓ、Ｓ５、Ｓ６；Ｙｅｓ）場合に、バッテリ保温処理が実行され、冷却装置２０の動作が制限される。

【0027】

図３に示すように、バッテリ保温処理では、まず車両コントローラ３０は、バッテリ温度センサ４１から実際のバッテリ温度Ｔｂを取得する（ステップＳ７１）。
次に、車両コントローラ３０は、単位時間当たりのバッテリ１０の発熱量を取得する（ステップＳ７２）。具体的に、車両コントローラ３０は、ステップＳ１で取得したバッテリ温度Ｔｂ、及びその他のバッテリ１０の状態量に基づいて、単位時間当たりの消費電力Ｐに対応するバッテリ１０の発熱量（消費電力Ｐが消費されたときのバッテリ１０の発熱量）を算出する。

【0028】

次に、車両コントローラ３０は、バッテリ１０の電力枯渇までに予想されるバッテリ１０の上昇温度ΔＴｂを算出する（ステップＳ７３）。
具体的に、車両コントローラ３０は、充電残量Ｅを消費電力Ｐで除して電力枯渇までの時間ｔ３を算出し、ステップＳ２で求めたバッテリ１０の発熱量と時間ｔ３との積として上昇温度ΔＴｂを算出する。ただし、上昇温度ΔＴｂの算出手法はこれに限定されない。

【0029】

次に、車両コントローラ３０は、温度上昇分を加味したバッテリ１０の温度（Ｔｂ＋ΔＴｂ）が、予め設定された所定の上限温度を超えない範囲で、冷却装置２０を動作させる（ステップＳ７４）。ここで、「上限温度」とは、例えば、温度上昇によりバッテリ１０の機能が発揮されなくなるおそれがある温度である。
このステップでは、温度上昇分を加味したバッテリ１０の温度（Ｔｂ＋ΔＴｂ）が上限温度を超えない範囲であれば、バッテリ１０の温度上昇を許容するように、冷却装置２０の動作制御が緩められる。
これにより、バッテリ１０内部の温度が保持又は上昇する。バッテリ１０の周囲は断熱材１１で覆われており、車室１１０との連通ダクト１２の開口部１２ａも閉止されているため、バッテリ１０内部には本来なら冷却装置２０に除去されるはずの熱が溜まる。
以上により、バッテリ保温処理が終了する。

【0030】

バッテリ保温処理が実行された状態で、バッテリ１０の電力が枯渇した場合、走行動力は勿論のこと、暖房手段（エアコン）も失われる。
しかし、バッテリ保温処理によってバッテリ１０内には発熱の少なくとも一部が保持されている。そのため、乗員は連通ダクト１２の開口部１２ａを開放することにより、バッテリ１０内の熱を車室１１０内に導入して暖房を行うことができる（図５）。

【0031】

次に、図２に示すように、車両コントローラ３０は、冷却制御処理を終了させるか否かを判定し（ステップＳ８）、終了させないと判定した場合には（ステップＳ８；Ｎｏ）、上述のステップＳ１へ処理を移行する。このとき、ステップＳ１、Ｓ４、Ｓ６のいずれかにおいて、ステップＳ７のバッテリ保温処理へ移行しない判定がされた場合（ステップＳ１；Ｎｏ、Ｓ４；Ｎｏ、Ｓ６；Ｎｏ）、ステップＳ７４における冷却装置２０の動作制限を解除し、通常どおりの冷却装置２０の動作に復帰させてもよい。
一方、例えば電動車両１００の動作停止等により、冷却制御処理を終了させると判定した場合には（ステップＳ８；Ｙｅｓ）、車両コントローラ３０は、冷却制御処理を終了させる。

【0032】

以上のように、本実施形態によれば、電動車両１００の外気温度が所定温度以下であり、かつ、バッテリ１０の電力が枯渇する（所定量以下になる）と予想される場合、バッテリ１０を冷却する冷却装置２０の動作が制限される。
これにより、冬季にバッテリ１０の電力枯渇が予想される場合に、バッテリ１０の発熱を予め溜めておくことができ、このバッテリ１０の発熱を利用して暖房を行うことができる。したがって、電源枯渇時でも好適に暖房を行うことができる。

【0033】

また、本実施形態によれば、電力枯渇の条件である上記式（１）を満足する状態が所定時間を超えて継続した場合に、バッテリ１０の電力が枯渇する（所定量以下になる）と予想されると判定される。
これにより、時間的にバラつきが生じる消費電力を平準化させて判定することができ、ひいては、バッテリ１０の電力枯渇をより正確に判定することができる。

【0034】

また、本実施形態によれば、バッテリ１０の電力が枯渇する（所定量以下になる）までに予想される温度上昇分を加味したバッテリ１０の温度が、所定の上限温度を超えない範囲となるように、冷却装置２０の動作が制限される。
これにより、バッテリ１０の上限温度を保持して安全な動作を担保しつつ、冷却装置２０の動作を緩和してバッテリ１０の発熱を溜めることができる。

【0035】

また、本実施形態によれば、バッテリ１０と車室１１０とが、断熱された連通ダクト１２を介して連通されている。
これにより、バッテリ１０に溜めた熱を、より好適に車室１１０内に導入することができる。

【0036】

また、本実施形態によれば、バッテリ１０の周囲に断熱材１１が配置されている。
これにより、バッテリ１０の放熱を抑制し、より好適にバッテリ１０の発熱を内部に溜めることができる。

【0037】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限られない。
例えば、上記実施形態では、バッテリ１０と車室１１０とが複数の連通ダクト（連通路）１２を介して連通されることとした。しかし、連通ダクト１２は少なくとも１つあればよい。また、連通ダクト１２の開口部１２ａを手動で開閉可能なカバー１２ｂは設けなくともよい（開口部１２ａが開放状態のままでもよい）。

【0038】

また、上記実施形態では、本発明に係る制御部の一例として車両コントローラ３０を挙げて説明した。しかし、本発明に係る制御部は、当該車両コントローラ３０とは別体の制御部（例えば冷却制御装置専用の制御部等）であってもよい。

【0039】

また、本発明に係る電動車両は、走行用（駆動用）のバッテリを備える車両に広く適用できる。
その他、上記実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0040】

１ 冷却制御装置
１０ バッテリ
１１ 断熱材
１２ 連通ダクト（連通路）
１２ａ 開口部
１２ｂ カバー
２０ 冷却装置
３０ 車両コントローラ（制御部）
４１ バッテリ温度センサ
４２ 外気温度センサ
１００ 電動車両
１１０ 車室
Ｅ 充電残量
Ｐ 消費電力
ｔ２ 時間（式（１）を満足する状態が継続する時間）
ｔ３ 時間（電力枯渇までの時間）
Ｔｂ バッテリ温度
ΔＴｂ バッテリの上昇温度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】