(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-23
(45)【発行日】2025-01-07
(54)【発明の名称】冷却装置
(51)【国際特許分類】
H01M 10/633 20140101AFI20241224BHJP
H01M 10/613 20140101ALI20241224BHJP
H01M 10/625 20140101ALI20241224BHJP
H01M 10/6556 20140101ALI20241224BHJP
H01M 10/6568 20140101ALI20241224BHJP
【FI】
H01M10/633
H01M10/613
H01M10/625
H01M10/6556
H01M10/6568
(21)【出願番号】P 2021002820
(22)【出願日】2021-01-12
【審査請求日】2023-12-19
(73)【特許権者】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】宮村 魁
(72)【発明者】
【氏名】田中 宏昌
【審査官】山口 大
(56)【参考文献】
【文献】特開2017-037775(JP,A)
【文献】国際公開第2014/174982(WO,A1)
【文献】特開2001-314826(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 10/633
H01M 10/613
H01M 10/625
H01M 10/6556
H01M 10/6568
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電池を冷却するための冷却装置であって、
前記電池を冷却する冷却液の導電率を検出するセンサと、
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、前記冷却液が交換された場合に、
前記冷却液の交換前の導電率である第1の導電率から、前記冷却液の交換後の導電率である第2の導電率を差し引くことにより得られる値がしきい値以上であるときに、前記冷却装置の起動を許可する、冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、冷却装置に関し、より特定的には、電池を冷却するための冷却装置に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的に、冷却液を用いて電池を冷却するシステムにおいて、冷却液の導電率は低いことが好ましいが上昇することが知られている。特開2020-107444号公報(特許文献1)は、冷却液の導電率の上昇を抑制するための電池冷却システムを開示する。この電池冷却システムは、電池を冷却する冷却液と、冷却液が流れる電池冷却回路と、制御部とを備える。この電池冷却回路は、冷却液の導電率を検出する導電率センサを有する。制御部は、導電率センサの検出値に基づいて、電池冷却回路を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
冷却液の導電率が上昇した場合、冷却液が交換されることが好ましい。ここで、特許文献1のように導電率センサが冷却液の導電率を検出する場合、当該センサの経年劣化等により当該センサの検出精度が低下していると、制御部は、当該センサの検出値に基づいて、交換前後の冷却液の導電率の正確な値を得ることができない場合がある。そのため、この場合、冷却液が交換されたときに、(例えば、導電率が上昇している)不適切な冷却液が誤って冷却装置に注入されたとしても、冷却液が適切に交換されていないことを制御部が正確に判断できない可能性がある。
【0005】
本開示は、上記のような背景に鑑みてなされたものであって、その目的は、導電率センサの検出精度が低下していても、冷却液の交換の適否を正しく判断することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の冷却装置は、センサと、制御装置とを備える。センサは、電池を冷却する冷却液の導電率を検出する。制御装置は、冷却装置を制御する。制御装置は、冷却液が交換された場合に、冷却液の交換前の導電率である第1の導電率から、冷却液の交換後の導電率である第2の導電率を差し引くことにより得られる値がしきい値以上であるときに、冷却装置の起動を許可する。
【0007】
上記の構成とすることにより、制御装置は、冷却液の交換前後において、導電率センサの検出精度が同じであるという条件下で、導電率センサの検出値の差を示す値を得ることができる。したがって、交換後の冷却液の導電率の検出値の絶対値のみを用いて冷却液の交換の適否を判断する場合とは異なり、導電率センサの検出精度が低下していても、当該検出精度に依存しない当該差に従って、冷却液の交換の適否を正しく判断できる。その結果、不適切な冷却液(例えば、交換前の冷却液の導電率よりも高い導電率を有する冷却液)が冷却装置に誤注入されて冷却装置が起動する事態を回避できる。
【発明の効果】
【0008】
導電率センサの検出精度が低下していても、冷却液の交換の適否を正しく判断できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図1】本実施形態に従う車両の全体構成を示す図である。
【
図2】冷却装置およびバッテリパックの詳細な構成を示す図である。
【
図3】導電率センサのより詳細な構成を示す図である。
【
図4】冷却液の交換前後において冷却液の導電率が変化する様子を説明するための図である。
【
図5】冷却液の交換に伴う処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【
図6】冷却液の交換に伴う処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中の同一または相当部分には同一の符号を付しており、その説明を繰り返さない。以下の実施形態では、冷却装置の適用例として示される車両の構成を説明するが、本開示の冷却装置は、車両用に限定されず、定置式の電池システムなどに適用されてもよい。
【0011】
[実施形態]
図1は、本実施形態に従う車両の全体構成を示す図である。車両100は、バッテリからの電力を用いて走行する電動車両である。本実施形態では、車両100が電気自動車である場合を例として説明するが、車両100は、内燃機関がさらに搭載されるハイブリッド車両、または燃料電池がさらに搭載される燃料電池車であってもよい。
【0012】
図1を参照して、車両100は、ECU(Electrical Control Unit)105と、バッテリパック110と、PCU(Power Control Unit)115と、モータ120と、冷却装置125とを備える。
【0013】
バッテリパック110は、PCU115に電気的に接続されており、モータ120の駆動力を発生させるための電力をPCU115に供給する。
【0014】
PCU115は、コンバータと、インバータとを含む(いずれも図示せず)。コンバータは、バッテリパック110からの電力の電圧を昇圧する。インバータは、コンバータから供給される直流電力を交流電力に変換してモータ120を駆動する。
【0015】
モータ120は、交流回転電機であり、例えば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。モータ120は、PCU115から供給された電力を用いて回転することにより車両100の車輪(図示しない)を駆動する。これにより、車両100が走行する。
【0016】
冷却装置125は、バッテリパック110から電力を受けて動作する。冷却装置125は、バッテリパック110と、PCU115とを冷却する。
【0017】
ECU105は、車両100全体を制御する。ECU105は、例えば、PCU115を制御する。
【0018】
図2は、冷却装置125およびバッテリパック110の詳細な構成を示す図である。
図2を参照して、冷却装置125は、冷却路205と、導電率センサ210と、温度センサ215と、放熱器220と、ポンプ225と、注液用バルブ240と、排液用バルブ245と、制御装置250とを含む。バッテリパック110は、バッテリ230と、ヒータ235とを含む。
【0019】
冷却路205は、バッテリパック110を冷却するための冷却液の経路を構成する管である。冷却路205における矢印は、冷却液が循環する方向を示す。冷却液は、例えば、絶縁性のLLC(Long Life Coolant)である。
【0020】
冷却路205において、ポンプ225が作動すると、ポンプ225から供給された冷却液は、バッテリパック110および放熱器220を通過した後、ポンプ225に戻る。これにより、冷却路205内で冷却液が循環する。
【0021】
ポンプ225は、冷却路205に設けられ、制御装置250からの制御信号に従って、冷却路205内で冷却液を循環させる電動ウォータポンプである。
【0022】
導電率センサ210は、冷却路205内を循環する冷却液の導電率を検出する。温度センサ215は、当該冷却液の温度を検出する。導電率センサ210および温度センサ215は、冷却路205に設けられる。それらの検出値は、制御装置250へ出力される。導電率センサ210については、
図3を参照してさらに詳しく説明する。
【0023】
放熱器220は、冷却路205に設けられ、車両100の外部の空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。より具体的には、放熱器220のファン(図示しない)が回転して風を発生させることにより、放熱器220における熱交換が促進される。
【0024】
注液用バルブ240は、冷却路205に冷却液が注入されるときに開かれるバルブである。排液用バルブ245は、冷却路205から冷却液が排出されるときに開かれるバルブである。注液用バルブ240および排液用バルブ245は、ロックされているときに開かれることができないように構成されている。他方、これらのバルブは、アンロックされているときに開かれることができるように構成されている。
図2の例では、説明の簡略化のため、1つの注液用バルブ240と、1つの排液用バルブ245とが示されているが、冷却装置125は、複数の注液用バルブ240と、複数の排液用バルブ245とを含んでいてもよい。
【0025】
制御装置250は、CPU(Central Processing Unit)(図示せず)と、メモリ255とを含む。メモリ255は、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)とを含む(いずれも図示せず)。ROMは、CPUにより実行されるプログラムなどを格納する。RAMは、CPUにより参照されるデータなどを一時的に格納する。メモリ255は、例えば、導電率センサ210により検出された冷却液の導電率を記憶する。
【0026】
制御装置250は、メモリ255に記憶された情報などに基づいて冷却装置125を制御する。制御装置250は、例えば、温度センサ215の検出値に基づいてヒータ235および放熱器220を制御することにより冷却路205内の冷却液の温度を調整する。制御装置250の制御は、ソフトウェア処理により実現されるが、制御装置250内に作製されたハードウェアにより実現されてもよい。
【0027】
冷却路205内の冷却液が劣化する等により冷却液の導電率が上昇した場合において冷却液が交換されるとき、制御装置250は、冷却液の交換の適否を判断するために冷却液の誤注入の判定のトリガTRを受ける。トリガTRは、例えば、車両100が整備モードに移行したことを示す信号である。制御装置250は、トリガTRを受けることに応答して、冷却液の誤注入の判定を行う(即ち、冷却路205に注入されるべきでない不適切な冷却液が注入されていないか否かを判定する)。なお、整備モードへの移行は、整備士などの作業者が車両100を整備する前に実施される手順であり、冷却液が交換される場合には当該移行が基本的に行われる。
【0028】
バッテリ(電池)230は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。バッテリ230は、例えば、リチウムイオン電池、または、ニッケル水素電池もしくは鉛蓄電池などの二次電池である。バッテリ230に代えて、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子により構成される蓄電装置が用いられてもよい。
【0029】
ヒータ235は、冷却路205を循環する冷却液の温度を調整するために用いられる。ヒータ235は、制御装置250からの制御信号に従って動作する。
【0030】
図3を参照して、導電率センサ210の検出精度が低下する理由を説明する。
図3は、導電率センサ210のより詳細な構成を示す図である。導電率センサ210は、検出部302と、電極305Aおよび305Bとを含む。
【0031】
検出部302は、冷却路205を循環する冷却液310の導電率を検出する。一例として、検出部302は、電流計と電源とを含む(いずれも図示せず)。当該電源により電極305Aおよび305Bの間に電圧が印加されると、陰イオンおよび陽イオンを含む冷却液310において、これらの電極の間で電流が流れる。その結果、この電流が検出部302においても流れる。この電流を上記電流計が検出することにより、その検出値と上記電源の電圧とに基づいて、冷却液310における、電極305Aおよび305Bの間の抵抗値が求められる。ここで、導電率は、抵抗値の逆数であるため、導電率センサ210は、求められた抵抗値に基づいて導電率を得ることにより冷却液310の導電率を検出する。
【0032】
このように導電率センサ210が冷却液310の導電率を検出するときに、電極305Aおよび305Bに電流が流れる。この電流が流れることに起因して、電極305Aおよび305Bは経年的に劣化する。また、電極305Aおよび305Bは、冷却液310に浸かっている間、徐々に腐食することにより劣化する。上記のような、電極305Aおよび305Bの劣化に起因して、導電率センサ210の検出精度は経年的に低下する。
【0033】
ここで、冷却液310の劣化などにより、冷却液310の導電率が上昇する場合がある。この場合、冷却液310が交換されることが好ましいが、上記のように導電率センサ210の検出精度が低下しているとき、当該センサの検出値に基づいて、交換後の冷却液の導電率の正確な値を得ることが可能でない場合がある。そのため、この場合、冷却液310が交換されたときに、不適切な冷却液(例えば、交換前の冷却液310の導電率よりも高い導電率を有する冷却液である。詳しくは後述する)が誤って注入されたとしても、冷却液310が適切に交換されていないことを当該検出値に基づいて正確に判断することができない可能性がある。
【0034】
図4は、冷却液の交換前後において冷却液の導電率が変化する様子を説明するための図である。
図4の例では、劣化した冷却液が未使用の冷却液に正常に交換された場合について示されている。
図4を参照して、縦軸は導電率を表し、横軸は、時間を表す。
【0035】
導電率V1は、劣化した交換前の冷却液の導電率(第1の導電率)である。導電率V2は、交換後の冷却液の導電率(第2の導電率)である。初期値V0については後述する。
【0036】
時刻t1において冷却液が交換される前後で、導電率センサ210により検出される導電率は、V1からV2へ変化する(V1>V2)。冷却液の交換前後(時刻t1前後)において、導電率V1と導電率V2との差はΔVである。
図4の例では、差ΔVは、予め定められた値ΔTH以上である場合が示されている。ここで、値ΔTHは、例えば、劣化した冷却液が、適切な冷却液(例えば、未使用の冷却液。詳しくは後述)に交換されたか否かを判断するために用いられることができるしきい値であり、実験などにより好適な値に定められる。上記の場合、以下の前提の下、導電率V1は、初期値V0よりも値ΔTH以上上昇している。
【0037】
冷却液の導電率は、当該冷却液の特性に応じて変わり得るが、交換前の冷却液と、交換後の冷却液とが同等の特性を有するものであれば、それらの冷却液が未使用である(または未使用であった)ときの導電率は、いずれも等しく初期値V0であることを前提にできる。
【0038】
冷却装置125において、冷却液が劣化して冷却液の導電率が上昇している場合、冷却液を介して冷却装置125内で電流が流れやすいので、冷却液の導電率が上昇することは好ましくない。そのため、この場合、導電率が上昇している冷却液は、導電率が上昇していない(例えば、未使用の)冷却液に交換されることが望ましい。そこで、交換前後の冷却液が未使用である(または未使用であった)ときの導電率が初期値V0であるという上記の前提の下で、交換後の冷却液の導電率V2が初期値V0であれば(即ち、交換後の冷却液が未使用の冷却液であれば)、冷却液の交換が適切に実施されたと考えられる。以下、導電率が初期値V0である交換後の冷却液を「適切な冷却液」と記載し、導電率が初期値V0よりも高い交換後の冷却液を「不適切な冷却液」と記載する。
【0039】
したがって、交換後の冷却液として適切な冷却液が用いられている場合、即ち、不適切な冷却液が冷却装置125(冷却路205)に誤注入されていない場合、冷却液の劣化により上昇していた導電率V1と、初期値V0から上昇していない(即ち、初期値V0に等しい)導電率V2との差ΔVは、値ΔTH以上であると考えられる。
【0040】
本実施形態に従う制御装置250は、冷却液が交換されたときに、導電率V1と、導電率V2とを比較する。そして、制御装置250は、例えば車両100が整備モード中に導電率V1が導電率V2に変化したとき(
図4の例では、時刻t1の前後)に、導電率V1と導電率V2との差ΔVが値ΔTH以上であるか否かを判断する。
【0041】
差ΔVが値ΔTH以上である場合、交換後の冷却液が適切な冷却液であると考えられるので、制御装置250は、冷却装置125の起動を許可する。
【0042】
他方、差ΔVが値ΔTH以上でない場合、導電率V2が初期値V0から上昇していると考えられるので、交換後の冷却液として不適切な冷却液が冷却装置125に誤注入された可能性がある。特に、導電率V2が所定値PVを超えるほど高い場合には、交換後の冷却液を介して冷却装置125内で電流が特に流れやすいので好ましくない。そのため、この場合、制御装置250は、例えば、不適切な冷却液が冷却装置125に誤注入された可能性があることを示す信号をECU105に出力してもよい。そのとき、ECU105は、その可能性があることを整備員などに通知する。そして、制御装置250は、冷却装置125の起動を許可しない。
【0043】
図5および
図6は、冷却液の交換に伴う処理の手順の一例を示すフローチャートである。
図5を参照して、ステップS105において、制御装置250は、
図2のトリガTRを受けたか否かに従って、車両100が整備モードに移行したか否かを判断する。なお、制御装置250は、車両100が整備モードに移行にしたか否かに代えて、冷却液が交換されるときに必ず実施される他の手順が実施されたか否かを判断してもよい。
【0044】
車両100が整備モードに移行していない場合(ステップS105においてNO)、冷却液の交換のためのバルブ(即ち、注液用バルブ240および排液用バルブ245)が、車両100が整備モードに移行するまで(ステップS105においてYESの分岐に従うまで)ロックされる(ステップS110)。他方、車両100が整備モードに移行した場合(ステップS105においてYES)、制御装置250は、ステップS115に処理を進める。
【0045】
ステップS115において、制御装置250は、ポンプ225とヒータ235とを作動させることにより、交換前の冷却液の濃度を冷却路205内で平均化し、当該冷却液の温度を調整する。冷却液の導電率は、当該冷却液の濃度および温度に依存して変化することがある。そのため、導電率センサ210がステップS120において交換前の冷却液の導電率V1を正確に検出できるように当該冷却液の濃度が平均化される。また、導電率センサ210が、後のステップS120およびステップS185において、導電率V1および導電率V2をそれぞれ検出するときの冷却液の温度が同じになるように、制御装置250は、温度センサ215の検出値に基づいてヒータ235を制御する。これにより、制御装置250は、予め定められた温度に交換前の冷却液の温度を調整する。当該予め定められた温度は、例えば、導電率センサ210が冷却液の導電率を最も正確に検出できる温度であり、実験などにより定められる。
【0046】
ステップS120において、制御装置250は、導電率センサ210から冷却液の交換前の導電率V1を取得する。そして、制御装置250は、導電率V1をメモリ255に格納する(ステップS122)。
【0047】
ステップS125において、排液用バルブ245のロックが解除される(即ち、当該バルブがアンロックされる)。
【0048】
ステップS130において、制御装置250は、一定期間の間に排液用バルブ245が取り外されたか否かを判断する。この一定期間は、排液用バルブ245のロックが解除されたまま排液用バルブ245が放置されることを防止するために設けられる。当該一定期間の間に排液用バルブ245が取り外されない場合(ステップS130においてNO)、排液用バルブ245が再びロックされる(ステップS135)。その後、制御装置250は、ステップS115まで処理を戻す。他方、当該一定期間の間に排液用バルブ245が取り外された場合(ステップS130においてYES)、冷却装置125内の交換前の冷却液が排出される(ステップS140)。
【0049】
冷却液の排出が完了すると、ステップS145において、制御装置250は、注液用バルブ240以外のバルブ(排液用バルブ245を含む)が装着されたか否かを判断する。注液用バルブ240以外のバルブが装着されない場合(ステップS145においてNO)、制御装置250は、このまま冷却装置125を起動できないので、ECU105も車両100を起動できない。そのため、車両100の起動の指示が出力されたときには、ECU105は、車両100の起動を禁止し、車両100の起動を許可できない旨のアラームを出力する(ステップS150)。当該アラームは、車両100のディスプレイ(図示しない)などに出力される。当該アラームが出力された後、処理は、ステップS145へ戻される。他方、注液用バルブ240以外のバルブが装着された場合(ステップS145においてYES)、制御装置250は、処理を
図6のステップS155に進める。
【0050】
図6を参照して、ステップS155において、注液用バルブ240以外のバルブ(排液用バルブ245を含む)がロックされる。その後、整備士などにより、交換後の冷却液が冷却装置125に注入される(ステップS160)。
【0051】
冷却液の注入が完了すると、ステップS165において、制御装置250は、注液用バルブ240が装着されたか否かを判断する。注液用バルブ240が装着されない場合(ステップS165においてNO)、制御装置250は、このまま冷却装置125を起動できないので、ECU105も車両100を起動できない。そのため、車両100の起動の指示が出力されたときには、ECU105は、車両100の起動を禁止し、車両100の起動を許可できない旨のアラームを出力する(ステップS170)。当該アラームが出力された後、処理は、ステップS165へ戻される。他方、注液用バルブ240が装着された場合(ステップS165においてYES)、その後、注液用バルブ240がロックされる(ステップS175)。
【0052】
ステップS180において、制御装置250は、ステップS115と同様に、ポンプ225とヒータ235とを作動させることにより、交換後の冷却液の濃度を冷却路205内で平均化し、かつ、当該冷却液の温度を上記予め定められた温度に調整する。
【0053】
ステップS185において、制御装置250は、導電率センサ210から導電率V2を取得する。
【0054】
ステップS190において、制御装置250は、導電率V1と、導電率V2とを比較し、導電率V1から導電率V2を差し引くことにより得られる値、即ち差ΔV(ΔV=V1-V2)が値ΔTH以上であるか否かを判断する。
【0055】
差ΔVが値ΔTHよりも小さい場合(ステップS190においてNO)、交換後の冷却液として不適切な冷却液が冷却装置125に誤注入された可能性があるため、制御装置250は、冷却装置125の起動を許可しない。そのため、ECU105は、車両100の起動を禁止し、誤注入された冷却液の(適切な冷却液への)再交換を整備員などに促す旨の通知を出力する(ステップS195)。当該通知は、車両100のディスプレイなどに出力される。その後、処理は、ステップS125へ戻される。
【0056】
他方、差ΔVが値ΔTH以上である場合(ステップS190においてYES)、交換後の冷却液として適切な冷却液が冷却装置125に注入された(即ち、不適切な冷却液が冷却装置125に誤注入されていない)と考えられるため、制御装置250は、ステップS198に処理を進める。
【0057】
ステップS198において、制御装置250は、冷却装置125の起動を許可する。これに伴い、ECU105が車両100の起動を許可した後、一連の処理が終了する。
【0058】
以上のように、この実施形態においては、制御装置250は、交換前の冷却液の導電率V1と、交換後の冷却液の導電率V2とを比較し、交換後の冷却液の導電率V2から交換前の冷却液の導電率V1を差し引くことにより得られる値(即ち、差ΔV)が、値ΔTH以上であるか否かを判断する。
【0059】
ここで、前述のように導電率センサ210の検出精度は経年的に劣化するが、冷却液の交換前後の期間のような短期間において、当該検出精度は変化しない。そのため、導電率V1および導電率V2に従う差ΔVは、冷却液の交換前後において導電率センサ210の検出精度が同じであるという条件下で得られるものである。したがって、仮に当該検出精度が低下している場合であっても、差ΔVは、当該検出精度に依存して変わるものでない。
【0060】
したがって、交換後の冷却液の導電率V2の検出値の絶対値のみを用いて冷却液の交換の適否を判断する場合とは異なり、実施形態に従う制御装置250は、導電率センサ210の検出精度が低下していても、冷却液の交換の適否を差ΔVに従って正しく判断できる。その結果、不適切な冷却液(例えば、交換前の冷却液の導電率よりも高い導電率を有する冷却液)が冷却装置125に誤注入されて冷却装置125が起動する事態を回避できる。
【0061】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0062】
100 車両、110 バッテリパック、125 冷却装置、250 制御装置、205 冷却路、210 導電率センサ、230 バッテリ、255 メモリ、305A,305B 電極、310 冷却液。