バッテリ冷却装置
【課題】経時変化に対応してきめ細かく冷却能力を調整することのできるバッテリ冷却装置を提供する。
【解決手段】冷却装置１００は、バッテリ３を冷却するためのファン２と、バッテリ温度を計測する温度センサ８と、温度センサ８による検出温度に基づいてファン２を制御するコントローラ１２を備える。コントローラ１２は、既定の算術式によってファン２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３の推定温度を算出する。コントローラ１２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１２は、求めた補正係数に応じてファン２の目標回転数を決定する。
【解決手段】冷却装置１００は、バッテリ３を冷却するためのファン２と、バッテリ温度を計測する温度センサ８と、温度センサ８による検出温度に基づいてファン２を制御するコントローラ１２を備える。コントローラ１２は、既定の算術式によってファン２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３の推定温度を算出する。コントローラ１２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１２は、求めた補正係数に応じてファン２の目標回転数を決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリの冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
出力電流の大きなバッテリ、例えば電気自動車の車輪駆動用モータに電力を供給するためのバッテリは、発熱量が大きい。そこで、バッテリを冷却するための冷却装置が必要とされる。冷却装置が適正に動作しないと、バッテリの温度が過度に上昇し、バッテリの性能を損ねる虞がある。特許文献１には、冷却装置の異常を検知する技術が提案されており、特許文献２には、冷却装置の異常を検知するとともにバッテリを適正な温度範囲に維持する技術が提案されている。いずれの技術も、既定の数式によって冷却装置の冷却能力とバッテリの発熱量を求め、さらに冷却能力と発熱量からバッテリの推定温度を求め、推定温度と、センサによって計測したバッテリの実温度（検出温度）の差から冷却装置の異常を判定する。予定通りの冷却能力が実現されていれば推定温度と検出温度はほぼ一致するが、冷却能力が予定を下回っていると（即ち異常が生じていると）、検出温度が推定温度を上回る（即ち、バッテリが予定通りに冷却されない）。そこで、推定温度が検出温度を大きく上回っている場合に異常が発生していると判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−８６６０１号公報
【特許文献２】特開２００１−３１３０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献２の技術は、異常発生と判定したときに、冷却効果が大きくなる方向に冷却装置を制御する。異常が発生した場合にはそのような対策が有効である。しかし、冷却装置を長期間使っていると、経時変化により冷却能力が少しずつ低下していく。特許文献２の技術のように異常事態に対応する技術とは別に、経時変化に対応してきめ細かく冷却能力を調整する技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する冷却装置も、特許文献１や特許文献２と同様に、予め定められた数式によってバッテリ発熱量と冷却装置の冷却能力を算出するとともに、それらの算出値からバッテリの推定温度を算出する。そして、推定温度と検出温度の差に基づいて、冷却能力を調整する。本明細書が開示する技術は、経時的な冷却装置の緩やかな変化に対応できるように、冷却能力を算出する式に補正係数というパラメータを導入する。補正係数は冷却装置の経時変化を表すので、その補正係数に応じてファンの目標回転数を決定することによって、経時変化を考慮した冷却性能が実現される。
【０００６】
本明細書が開示する冷却装置の一実施形態は、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。コントローラは、上記の処理を所定の制御周期毎に実行する。即ち、コントローラは、所定の制御周期毎に補正係数を更新する。
【０００７】
補正係数は、冷却能力算出式によって理論上求められる冷却能力が実際の冷却能力を正確に表すようにするために導入される。従って補正係数の初期値は１．０に設定される。経時変化によって実際の冷却能力が低下すると、バッテリの実際の温度（検出温度）が推定温度よりも高くなる。コントローラは、そのような場合、即ち、推定温度が検出温度よりも低い場合には既定の補正量だけ補正係数を小さくする。これによって、理論上の冷却能力が小さくなり、実際の冷却能力を正確に表すようになる。逆に、推定温度が検出温度よりも高い場合には、コントローラは、既定の補正量だけ補正係数を大きくする。なお、補正係数の上限は１．０である。
【０００８】
上述のとおり、補正係数が１．０より小さいことは、実際の冷却能力が低下したことを示すから、コントローラは、補正係数が小さくなるほど、ファンの目標回転数を増加させ、実際の冷却能力を高め、バッテリの温度上昇を抑制する。
【０００９】
冷却能力等の算術方法の一例は次の通りである。コントローラは、バッテリ出力電流とバッテリ内部抵抗の値からバッテリ発熱量を算出し、ファンの回転数とファンの吸気温度（ファンを通過する空気の温度）から理論上の（即ち予想される）冷却能力を算出する。さらに具体的には、コントローラは、検出温度と吸気温度の差にファン回転数と既定の定数と補正係数を乗じて冷却能力を算出する。即ち、冷却能力を算出する式の一例は、検出温度と吸気温度の差にファン回転数と既定の定数と補正係数を乗じる、というものである。ここで、既定の定数は、ファンの回転数と冷却能力との関係を表す比例定数であり、冷却装置の構造によって定まる。
【００１０】
また、バッテリの推定温度の算出方法の一例は、バッテリ発熱量と冷却能力（上記算術式によって得られる冷却能力）との差にバッテリ熱容量の逆数を乗じ、さらに制御周期（温度推定の周期）を乗じた値に、前回周期における推定温度を加えて求める。
【００１１】
上記のアルゴリズムを採用すると、冷却装置の異常検知も行える。例えば、コントローラは、補正係数が予め定められた補正係数許容範囲を外れた場合に、冷却装置の異常を示す信号を出力するとよい。異常を示す信号の出力先の一例は、ディスプレイや、メンテナンス時の診断用のメモリである。
【００１２】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は、発明の実施の形態の欄において説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】冷却装置のブロック図である。
【図２】補正係数算出処理のフローチャート図である。
【図３】検出温度と推定温度の変化の一例を示すグラフと、補正係数の変化の一例を示すグラフである。
【図４】ベース風量マップ（車速とファン目標風量の関係を定めるグラフ）の一例である。
【図５】ファン回転数マップ（ファン風量と目標回転数の関係を定めるグラフ）の一例である。
【図６】回転数補正係数Ｆのマップ（補正係数βと回転数補正係数Ｆの関係を定めるグラフ）の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を参照して実施例の冷却装置１００を説明する。図１に、冷却装置１００のブロック図を示す。なお、図１に示したブロックのうち、バッテリ３に空気を送って冷却するファン２、ファン２の回転数を検出する回転数センサ７、ファン２の吸気温度（ファン２を通過する空気の温度）を検出する吸気温度センサ６、バッテリ３の温度を検出するバッテリ温度センサ８、バッテリ３の出力電流を検出する電流センサ９、及び、上記のセンサデータに基づいてファン２を制御するコントローラ１２が、冷却装置１００を構成する。
【００１５】
冷却装置１００は、電気自動車に搭載され、車輪駆動用のモータ５に供給する電力を蓄えるバッテリ３を冷却するための装置である。バッテリ３の出力（直流電力）は、インバータ４に送られる。インバータ４は、バッテリ３の直流電力を、モータ駆動に適した交流電力に変換してモータ５に出力する。インバータ４はまた、制動時の車両の運動エネルギを利用してモータが生成する回生電力（交流）をバッテリ３の充電に適した直流電力に変換する。バッテリ３は、モータの回生電力によって充電される。なお、図示を省略しているが、バッテリ３は、外部電源（例えば家庭用の商用交流１００Ｖ電源）から充電を受けることもある。そのため、図示を省略しているが、電気自動車は交流１００Ｖ電力をバッテリ充電に適した直流電力に変換するＡＣＤＣコンバータも備えている。
【００１６】
バッテリ３の出力電圧は、概ね３００［Ｖ］であり、電力出力中、あるいは、充電中に発熱する。冷却装置１００は、バッテリ３の発熱を抑制し、バッテリ３の性能を維持するのが目的である。図１では簡略化して描いているが、ファン２とバッテリ３の間には、ファン２が送風する空気をバッテリ３に導くダクトが備えられている。
【００１７】
ここでいう冷却能力とは、冷却装置１００の最大能力ではなく、主としてファン２の回転数と吸気温度に依存する、その時々の冷却能力を意味する。従って、ファン２の回転数を上げれば冷却能力が上がり、回転数を下げれば冷却能力が下がる。また、吸気温度が高ければ冷却能力は下がり、吸気温度が低ければ冷却能力は上がる。冷却能力については後に詳しく説明する。
【００１８】
ファン２の回転数Ｎは、コントローラ１２が制御する。コントローラ１２は、いくつかのセンサデータに基づきファン２に指令値として目標回転数Ｎｔを出力する。コントローラ１２は、バッテリ３の出力電流Ｉ（電流センサ９が検出する）、バッテリ３の温度ＴＢ（バッテリ温度センサ８が検出する）、ファン回転数Ｎ（回転数センサ７が検出する）、及び、吸気温度ＴＣ（吸気温度センサ６が検出する）のセンサデータを受け取る。なお、以下では、バッテリ温度センサ８が検出するバッテリの温度を、コントローラ１２が算出する推定温度（後述）と区別するために「検出温度」と称する。
【００１９】
コントローラ１２は、ＣＰＵ１３と、ＣＰＵ１３が実行するプログラムを格納したメモリ１４を備える。プログラムは、複数のモジュールに分かれている。モジュールとは、実際にはプログラムであるが、本明細書では、そのプログラムを実行した結果ＣＰU１３が実現する機能を意味する。メモリ１４に格納されたモジュールには、内部抵抗算出モジュール１４ａ、発熱量算出モジュール１４ｂ、冷却能力算出モジュール１４ｃ、推定温度算出モジュール１４ｄ、補正係数算出モジュール１４ｅ、異常判定モジュール１４ｆ、及び、ファン制御モジュール１４ｇがある。なお、図１における「ＭＤＬ」の文字列は「モジュール」を意味する。
【００２０】
コントローラ１２が実行する処理の概略を説明する。コントローラ１２は、上記したセンサデータに基づいて、バッテリ３の発熱量ＨＷ［Ｗ］、冷却装置１００の冷却能力ＣＷ［Ｗ］、バッテリ３の推定温度ＴＳ［℃］を算出する。即ち、冷却能力ＣＷは、厳密に表現すれば、冷却装置１００の「推定冷却能力ＣＷ」である。ここで、冷却能力ＣＷの算出式には補正係数βが含まれており、コントローラ１２は、バッテリ３の推定温度ＴＳと検出温度ＴＢ［℃］の大小関係に基づいて、補正係数βを修正する（新しい補正係数βを求める）。補正係数βは、冷却能力の低下を表す。なお、冷却能力の低下は、主として冷却装置の経時劣化に起因するものであり、時間の経過とともに徐々に進行する（冷却能力が徐々に低下する）。コントローラ１２は、新たな補正係数βに基づいて、ファンの目標回転数Ｎｔを決定し、その目標回転数Ｎｔを指令値としてファン２に出力する。さらに、コントローラ１２は、補正係数βの大きさが所定の範囲（補正係数許容範囲）を外れたら、異常発生と判定し、異常発生を示す信号を出力する。コントローラ１２は、所定の制御周期ｄＴ毎に上記の処理を実行する。即ち、コントローラ１２は、周期ｄＴ毎に補正係数βを更新する。
【００２１】
コントローラ１２が行う処理を詳細に説明する。まず、補正係数βの算出処理を説明する。図２に補正係数算出処理のフローチャートを示す。コントローラ１２はまず、バッテリ３の検出温度ＴＢに基づいて、バッテリ３の内部抵抗Ｒを求める（Ｓ２）。この処理は、内部抵抗算出モジュール１４ａが行う。具体的には、コントローラ１２のメモリ１４内に、様々なバッテリ温度（検出温度）に対する内部抵抗Ｒの値がマップとして予め格納されており、内部抵抗算出モジュール１４ａは、そのマップを参照し、現在の検出温度ＴＢに対応する内部抵抗Ｒを求める。
【００２２】
次にコントローラ１２は、バッテリ３の発熱量ＨＷ［Ｗ］を算出する（Ｓ３）。この処理は、発熱量算出モジュール１４ｂが行う。具体的には、発熱量算出モジュール１４ｂは、次の（数１）式に基づいて発熱量ＨＷを求める。
【００２３】
発熱量ＨＷ＝Ｉ２×内部抵抗Ｒ （数１）
【００２４】
（数１）式において、「Ｉ」は、電流センサ９によって検出されたバッテリ３の出力電流である。次にコントローラ１２は、冷却装置１００の冷却能力ＣＷ［Ｗ］（正確には、推定冷却能力ＣＷ）を算出する（Ｓ４）。この処理は、冷却能力算出モジュール１４ｃが行う。具体的には、冷却能力算出モジュール１４ｃは、次の（数２）式に基づいて冷却能力ＣＷを求める。
【００２５】
冷却能力ＣＷ＝（検出温度ＴＢ−吸気温度ＴＣ）×Ｋ×ファン風量 （数２）
【００２６】
（数２）式において、Ｋは、既定の定数であり、予めメモリ１４に格納されている。ファン風量［ｍ３／ｈ］は、次の（数３）で求まる。
【００２７】
ファン風量＝α×ファン回転数Ｎ×β （数３）
【００２８】
（数３）式において、αは、既定の係数であり、予めメモリ１４に格納されている。ファン回転数Ｎは、回転数センサ７によって検出される。βは、補正係数であり、初期値は１．０である。補正係数βは、後に詳しく説明する。（数２）と（数３）から結局、冷却能力ＣＷは、次の（数４）で求められる。
【００２９】
冷却能力ＣＷ＝（検出温度ＴＢ−吸気温度ＴＣ）×Ｋ×α×ファン回転数Ｎ×β
（数４）
【００３０】
（数４）式に示したごとく、コントローラ１２は、バッテリ３の検出温度ＴＢと吸気温度ＴＣの差に、既定の定数（Ｋ×α）とファン回転数Ｎと補正係数βを乗じて冷却能力ＣＷを得る。
【００３１】
次にコントローラ１２は、バッテリ３の推定温度ＴＳを算出する（Ｓ５）。この処理は、推定温度算出モジュール１４ｄが行う。具体的には、推定温度算出モジュール１４ｄは、次の（数５）式に基づいて、推定温度ＴＳを求める。
【００３２】
推定温度ＴＳ＝前回の推定温度ＴＳ＋γ×（発熱量ＨＷ−冷却能力ＣＷ）×ｄＴ
（数５）
【００３３】
（数５）式において、「前回の推定温度ＴＳ」とは、１回前の制御周期において算出した推定温度である（ただし、後述するように、１回前の推定温度ＴＳは、１回前の検出温度ＴＢで置き換えられている）。また、γは、バッテリの熱容量の逆数である。ｄＴは、制御周期（温度推定の周期）である。
【００３４】
コントローラ１２は、（数５）式で得られた推定温度ＴＳと検出温度ＴＢ（バッテリ３の実際の温度）を比較し、それらの大小関係に応じて、補正係数βを修正する。推定温度ＴＳが検出温度ＴＢよりも大きい場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、コントローラ１２は、補正係数βを所定量（例えば０．１）だけ増加させる（Ｓ８）。逆に、推定温度ＴＳが検出温度ＴＢ以下である場合（Ｓ６：ＮＯ）、コントローラ１２は、補正係数βを所定量（例えば０．１）だけ減少させる（Ｓ７）。なお、コントローラ１２は、補正係数βが１．０を超えた場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、補正係数βを１．０に設定する（Ｓ１０）。即ち、コントローラ１２は、推定温度ＴＳが検出温度ＴＢよりも大きい場合、１．０を上限として補正係数βを所定数だけ増加させる。最後にコントローラ１２は、推定温度ＴＳに検出温度ＴＢを代入して処理を終了する（Ｓ１２）。上記したステップＳ６〜Ｓ１２の処理は、補正係数算出モジュール１４ｅが行う。
【００３５】
上記した補正係数算出処理による、推定温度ＴＳと補正係数βの変化の一例を図３に示す。図３の上のグラフは、検出温度ＴＢと推定温度ＴＳの変化を示し、下のグラフは補正係数βの変化を示す。第１回目の制御周期（時刻Ｔ１）において、検出温度ＴＢは温度Ｑ１であり、推定温度ＴＳは温度Ｐ１（Ｑ１＞Ｐ１）である。即ち、推定温度ＴＳ（Ｐ１）は検出温度ＴＢ（Ｑ１）よりも小さい。このことは、実際の冷却能力が、計算上の冷却能力ＣＷよりも小さく、そのため、実際のバッテリ温度（検出温度ＴＢ）が計算上のバッテリ温度（推定温度ＴＳ）よりも大きくなっていることを表す。この場合、コントローラ１２は、補正係数βを０．１だけ、小さくする（図２のＳ６：ＮＯ、Ｓ７）。図３の下のグラフが示すように、時刻Ｔ１において、補正係数βが０．１だけ小さくなる。さらにコントローラ１２は、次回の推定温度算出のため、推定温度ＴＳの値（Ｐ１）を検出温度ＴＢの値（Ｑ１）で置き換える。図３のＰ１からＱ１へ向かう矢印が、値の置き換えを示している。
【００３６】
さらに第２回目の制御周期（時刻Ｔ２）において、検出温度ＴＢは温度Ｑ２であり、推定温度ＴＳは温度Ｐ２（Ｑ２＞Ｐ２）である。このときも、推定温度ＴＳ（Ｐ２）は検出温度ＴＢ（Ｑ２）よりも小さい。従って、コントローラ１２は、補正係数βをさらに０．１だけ、小さくする（図２のＳ６：ＮＯ、Ｓ７）。図３の下のグラフが示すように、時刻Ｔ２において、補正係数βがさらに０．１だけ小さくなる。さらにコントローラ１２は、次回の推定温度算出のため、推定温度ＴＳの値（Ｐ２）を検出温度ＴＢの値（Ｑ２）で置き換える。図３のＰ２からＱ２へ向かう矢印が、値の置き換えを示している。
【００３７】
さらに第３回目の制御周期（時刻Ｔ３）において、検出温度ＴＢは温度Ｑ３であり、推定温度ＴＳは温度Ｐ３（Ｑ３＞Ｐ３）である。このときも、推定温度ＴＳ（Ｐ３）は検出温度ＴＢ（Ｑ３）よりも小さい。従って、コントローラ１２は、補正係数βをさらに０．１だけ、小さくする（図２のＳ６：ＮＯ、Ｓ７）。図３の下のグラフが示すように、時刻Ｔ３において、補正係数βがさらに０．１だけ小さくなる。さらにコントローラ１２は、次回の推定温度算出のため、推定温度ＴＳの値（Ｐ３）を検出温度ＴＢの値（Ｑ３）で置き換える。図３のＰ３からＱ３へ向かう矢印が、値の置き換えを示している。以後同様に、コントローラ１２は、制御周期ｄＴ毎に補正係数βの修正を行う。
【００３８】
このようにコントローラ１２は、制御周期毎に、バッテリ３の推定温度ＴＳが実際の温度（検出温度ＴＢ）に一致するように、補正係数βを更新する。即ち、コントローラ１２は、バッテリ３の推定温度ＴＳが実際の温度（検出温度ＴＢ）に一致するように、補正係数βを学習する。
【００３９】
次に、更新された補正係数βの値を用いたファン目標回転数Ｎｔの決定処理を説明する。なお、この処理は、ファン制御モジュール１４ｇが行う。概略すると、コントローラ１２は（ファン制御モジュール１４ｇは）、補正係数βが１．０より小さい場合、即ち、実際の冷却能力が低下している場合、ファンの目標回転数Ｎｔを増加して冷却能力を増大させる。
【００４０】
コントローラ１２のメモリ１４には、図４に示すベース風量のマップ（車速とファン目標風量の関係を定めるグラフ）と、図５に示すファン回転数マップ（ファン目標風量と目標回転数Ｎｔとの関係を定めるグラフ）と、図６に示す回転数補正係数Ｆのマップ（補正係数βと回転数補正係数Ｆの関係を定めるグラフ）を格納している。図４に示すように、ベース風量マップには、バッテリが常温の場合とバッテリが高温の場合の２種類のグラフが規定されている。ここで、常温とは、例えば６０［℃］以下の温度域であり、高温とは６０［℃］を超える温度域である。コントローラ１２は、まず、ベース風量マップを参照し、現在の車速に応じた風量（目標風量）を特定する。次にコントローラ１２は、ファン回転数マップを参照し、目標風量に対応する目標回転数Ｎｔを特定する。
【００４１】
コントローラ１２は、図４と図５を用いて求まった目標回転数Ｎｔに回転数補正係数Ｆを乗じた値をファン２への指令（最終的な目標回転数Ｎｔ）として出力する。回転数補正係数Ｆについて説明する。図６は、回転数補正係数Ｆのマップ（回転数補正係数Ｆと補正係数βの関係を定めたグラフ）を示す。回転数補正係数Ｆのマップとは、前述した補正係数βの値に対応する回転数補正係数Ｆ（ファンの目標回転数を補正する係数）を定めたグラフである。図６のグラフは、縦軸が回転数補正係数Ｆであり、横軸が補正係数βの逆数である。従って、図６のグラフにおいて、１／βが１．０より大きい場合（即ちβが１．０より小さい場合）が、冷却能力が低下していることを示している。その場合は、ファンの目標回転数Ｎｔを増大させるべく、回転数補正係数Ｆとして１／βを設定する（β＜１．０であるからＦ＞１．０となる）。ただし、不感帯を設けるため、１／βが１．０からＤｐまでの間では、回転数補正係数Ｆを１．０に固定する。また、前述したように、βの値は１．０が上限であるから、１／βの下限は１．０であり、回転数補正係数Ｆの下限値も１．０となる。このことは、実際の冷却能力が計算上の冷却能力ＣＷを上回っており、バッテリ３の実際の温度（検出温度ＴＢ）が、推定温度ＴＳよりも低い場合には、冷却能力を意図的に低くしないことを意味する。
【００４２】
次に、コントローラ１２が、補正係数βの値に基づいて異常を検知する処理について説明する。この処理は、異常判定モジュール１４ｆが行う。コントローラ１２は、補正係数βが既定の範囲（補正係数許容範囲）を外れたら何らかの異常が発生しているものと判定し、異常発生を示す信号を出力する。補正係数許容範囲は、例えば、補正係数β≧０．５の範囲に定められる。この場合、コントローラ１２は、補正係数βが０．５を下回ったら、異常発生を示す信号を出力する。補正係数βが０．５を下回るとは、冷却能力が当初の半分以下になったことを示している。異常発生を示す信号の出力先は、例えば、車両のディスプレイ１６や、メモリ１８である（図１参照）。メモリ１８は、車両の状態の履歴を保存するメモリであり、車両のメンテナンス時に読み出される。
【００４３】
コントローラ１２は、バッテリ３の検出温度ＴＢが既定の温度閾値を上回っている場合にのみ、上記した補正係数算出処理や、回転数補正係数Ｆによる目標回転数決定処理を実行することも好適である。既定の温度閾値は、例えば、６０［℃］に設定される。即ち、バッテリ３が高温の場合にのみ上記した補正係数算出処理や目標回転数決定処理を行うことも好適である。
【００４４】
実施例に示した冷却装置１００に関する留意点を述べる。冷却装置１００の冷却対象であるバッテリは、例えばリチウムイオン電池であるがこれに限られるものではない。冷却対象のバッテリは、燃料電池であってもよい。また、バッテリは、複数のセルが直列に接続されたタイプのバッテリであってよい。バッテリが複数のセルから構成されている場合、コントローラは、バッテリの内部抵抗Ｒを、いくつかのセルがまとまったブロックごとに算出することも好適である。その場合、コントローラは、冷却装置１００の冷却能力もブロックごとに算出するのがよい。さらには、（数２）式で導入された定数Ｋも、ブロック毎に定められているとよい。これは、ブロック毎にバッテリ特性がばらつくことがあり、そのばらつきに対応するためである。
【００４５】
また、バッテリの内部抵抗Ｒは、バッテリの劣化とともに上昇する。そのため、劣化による内部抵抗Ｒの変化を示す劣化係数を導入することも好適である。具体的には、まず、バッテリの出力電圧と電流から最小二乗法によって内部抵抗の初期値を特定し、次いで、その初期値に劣化係数を乗じた値を、（数１）式における内部抵抗Ｒとして用いることも好適である。劣化係数はマップ化され予めコントローラに記憶される。
【００４６】
実施例では、補正係数βの１回当たりの増減幅を０．１とした。１回当たりの増減幅は、例えば０．０１などの小さい値であってもよい。さらには、車両のイグニッションがＯＦＦされたときでも補正係数βが保持されるように、補正係数βを不揮発性メモリに記憶しておくことも好適である。不揮発性メモリに補正係数βを記憶しておくことによって、次回にイグニッションがＯＮされたとき、前回の補正係数βを用いることができる。
【００４７】
また、以下のいずれかの条件が成立した場合、バッテリの温度推定の精度が低下しているとして、補正係数βの更新を停止する（即ち、補正係数βの値を固定する）ことも好適である。
条件１：バッテリの充電残量（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｇｅ：ＳＯＣ）の所定時間当たりの変動幅が所定の閾値を超えた場合。
条件２：バッテリ内にガスが発生した場合。
条件３：推定温度ＴＳと検出温度ＴＢの差が小さくなった場合。
【００４８】
補正係数βの更新は、アクチュエータ等の制御と比べて高帯域の応答を要求されない。即ち、補正係数βを更新する周期は、ファンの回転数制御の制御周期（例えば１０［ｍｓｅｃ］）に比べて長いことが好ましい。補正係数βを更新する周期（制御周期ｄＴ）は、例えば、５秒程度でよい。
【００４９】
また、冷却用のファンを駆動した直後の所定時間の間、即ち、冷却性能が安定するまでの間、補正係数βの更新を停止することも好適である。
【００５０】
また、標高が高い場所では、空気の密度が低下し、上記の数式群による補正係数βの学習精度が低下する虞がある。そこで、気圧が所定の閾値よりも低い場合には補正係数βの更新を停止することも好適である。気圧は、例えば気圧センサで検出すればよい。
【００５１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５２】
２：ファン
３：バッテリ
４：インバータ
５：モータ
６：吸気温度センサ
７：回転数センサ
８：バッテリ温度センサ
９：電流センサ
１２：コントローラ
１３：ＣＰＵ
１４：メモリ
１６：ディスプレイ
１８：メモリ
１００：冷却装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリの冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
出力電流の大きなバッテリ、例えば電気自動車の車輪駆動用モータに電力を供給するためのバッテリは、発熱量が大きい。そこで、バッテリを冷却するための冷却装置が必要とされる。冷却装置が適正に動作しないと、バッテリの温度が過度に上昇し、バッテリの性能を損ねる虞がある。特許文献１には、冷却装置の異常を検知する技術が提案されており、特許文献２には、冷却装置の異常を検知するとともにバッテリを適正な温度範囲に維持する技術が提案されている。いずれの技術も、既定の数式によって冷却装置の冷却能力とバッテリの発熱量を求め、さらに冷却能力と発熱量からバッテリの推定温度を求め、推定温度と、センサによって計測したバッテリの実温度（検出温度）の差から冷却装置の異常を判定する。予定通りの冷却能力が実現されていれば推定温度と検出温度はほぼ一致するが、冷却能力が予定を下回っていると（即ち異常が生じていると）、検出温度が推定温度を上回る（即ち、バッテリが予定通りに冷却されない）。そこで、推定温度が検出温度を大きく上回っている場合に異常が発生していると判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−８６６０１号公報
【特許文献２】特開２００１−３１３０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献２の技術は、異常発生と判定したときに、冷却効果が大きくなる方向に冷却装置を制御する。異常が発生した場合にはそのような対策が有効である。しかし、冷却装置を長期間使っていると、経時変化により冷却能力が少しずつ低下していく。特許文献２の技術のように異常事態に対応する技術とは別に、経時変化に対応してきめ細かく冷却能力を調整する技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する冷却装置も、特許文献１や特許文献２と同様に、予め定められた数式によってバッテリ発熱量と冷却装置の冷却能力を算出するとともに、それらの算出値からバッテリの推定温度を算出する。そして、推定温度と検出温度の差に基づいて、冷却能力を調整する。本明細書が開示する技術は、経時的な冷却装置の緩やかな変化に対応できるように、冷却能力を算出する式に補正係数というパラメータを導入する。補正係数は冷却装置の経時変化を表すので、その補正係数に応じてファンの目標回転数を決定することによって、経時変化を考慮した冷却性能が実現される。
【０００６】
本明細書が開示する冷却装置の一実施形態は、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。コントローラは、上記の処理を所定の制御周期毎に実行する。即ち、コントローラは、所定の制御周期毎に補正係数を更新する。
【０００７】
補正係数は、冷却能力算出式によって理論上求められる冷却能力が実際の冷却能力を正確に表すようにするために導入される。従って補正係数の初期値は１．０に設定される。経時変化によって実際の冷却能力が低下すると、バッテリの実際の温度（検出温度）が推定温度よりも高くなる。コントローラは、そのような場合、即ち、推定温度が検出温度よりも低い場合には既定の補正量だけ補正係数を小さくする。これによって、理論上の冷却能力が小さくなり、実際の冷却能力を正確に表すようになる。逆に、推定温度が検出温度よりも高い場合には、コントローラは、既定の補正量だけ補正係数を大きくする。なお、補正係数の上限は１．０である。
【０００８】
上述のとおり、補正係数が１．０より小さいことは、実際の冷却能力が低下したことを示すから、コントローラは、補正係数が小さくなるほど、ファンの目標回転数を増加させ、実際の冷却能力を高め、バッテリの温度上昇を抑制する。
【０００９】
冷却能力等の算術方法の一例は次の通りである。コントローラは、バッテリ出力電流とバッテリ内部抵抗の値からバッテリ発熱量を算出し、ファンの回転数とファンの吸気温度（ファンを通過する空気の温度）から理論上の（即ち予想される）冷却能力を算出する。さらに具体的には、コントローラは、検出温度と吸気温度の差にファン回転数と既定の定数と補正係数を乗じて冷却能力を算出する。即ち、冷却能力を算出する式の一例は、検出温度と吸気温度の差にファン回転数と既定の定数と補正係数を乗じる、というものである。ここで、既定の定数は、ファンの回転数と冷却能力との関係を表す比例定数であり、冷却装置の構造によって定まる。
【００１０】
また、バッテリの推定温度の算出方法の一例は、バッテリ発熱量と冷却能力（上記算術式によって得られる冷却能力）との差にバッテリ熱容量の逆数を乗じ、さらに制御周期（温度推定の周期）を乗じた値に、前回周期における推定温度を加えて求める。
【００１１】
上記のアルゴリズムを採用すると、冷却装置の異常検知も行える。例えば、コントローラは、補正係数が予め定められた補正係数許容範囲を外れた場合に、冷却装置の異常を示す信号を出力するとよい。異常を示す信号の出力先の一例は、ディスプレイや、メンテナンス時の診断用のメモリである。
【００１２】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は、発明の実施の形態の欄において説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】冷却装置のブロック図である。
【図２】補正係数算出処理のフローチャート図である。
【図３】検出温度と推定温度の変化の一例を示すグラフと、補正係数の変化の一例を示すグラフである。
【図４】ベース風量マップ（車速とファン目標風量の関係を定めるグラフ）の一例である。
【図５】ファン回転数マップ（ファン風量と目標回転数の関係を定めるグラフ）の一例である。
【図６】回転数補正係数Ｆのマップ（補正係数βと回転数補正係数Ｆの関係を定めるグラフ）の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を参照して実施例の冷却装置１００を説明する。図１に、冷却装置１００のブロック図を示す。なお、図１に示したブロックのうち、バッテリ３に空気を送って冷却するファン２、ファン２の回転数を検出する回転数センサ７、ファン２の吸気温度（ファン２を通過する空気の温度）を検出する吸気温度センサ６、バッテリ３の温度を検出するバッテリ温度センサ８、バッテリ３の出力電流を検出する電流センサ９、及び、上記のセンサデータに基づいてファン２を制御するコントローラ１２が、冷却装置１００を構成する。
【００１５】
冷却装置１００は、電気自動車に搭載され、車輪駆動用のモータ５に供給する電力を蓄えるバッテリ３を冷却するための装置である。バッテリ３の出力（直流電力）は、インバータ４に送られる。インバータ４は、バッテリ３の直流電力を、モータ駆動に適した交流電力に変換してモータ５に出力する。インバータ４はまた、制動時の車両の運動エネルギを利用してモータが生成する回生電力（交流）をバッテリ３の充電に適した直流電力に変換する。バッテリ３は、モータの回生電力によって充電される。なお、図示を省略しているが、バッテリ３は、外部電源（例えば家庭用の商用交流１００Ｖ電源）から充電を受けることもある。そのため、図示を省略しているが、電気自動車は交流１００Ｖ電力をバッテリ充電に適した直流電力に変換するＡＣＤＣコンバータも備えている。
【００１６】
バッテリ３の出力電圧は、概ね３００［Ｖ］であり、電力出力中、あるいは、充電中に発熱する。冷却装置１００は、バッテリ３の発熱を抑制し、バッテリ３の性能を維持するのが目的である。図１では簡略化して描いているが、ファン２とバッテリ３の間には、ファン２が送風する空気をバッテリ３に導くダクトが備えられている。
【００１７】
ここでいう冷却能力とは、冷却装置１００の最大能力ではなく、主としてファン２の回転数と吸気温度に依存する、その時々の冷却能力を意味する。従って、ファン２の回転数を上げれば冷却能力が上がり、回転数を下げれば冷却能力が下がる。また、吸気温度が高ければ冷却能力は下がり、吸気温度が低ければ冷却能力は上がる。冷却能力については後に詳しく説明する。
【００１８】
ファン２の回転数Ｎは、コントローラ１２が制御する。コントローラ１２は、いくつかのセンサデータに基づきファン２に指令値として目標回転数Ｎｔを出力する。コントローラ１２は、バッテリ３の出力電流Ｉ（電流センサ９が検出する）、バッテリ３の温度ＴＢ（バッテリ温度センサ８が検出する）、ファン回転数Ｎ（回転数センサ７が検出する）、及び、吸気温度ＴＣ（吸気温度センサ６が検出する）のセンサデータを受け取る。なお、以下では、バッテリ温度センサ８が検出するバッテリの温度を、コントローラ１２が算出する推定温度（後述）と区別するために「検出温度」と称する。
【００１９】
コントローラ１２は、ＣＰＵ１３と、ＣＰＵ１３が実行するプログラムを格納したメモリ１４を備える。プログラムは、複数のモジュールに分かれている。モジュールとは、実際にはプログラムであるが、本明細書では、そのプログラムを実行した結果ＣＰU１３が実現する機能を意味する。メモリ１４に格納されたモジュールには、内部抵抗算出モジュール１４ａ、発熱量算出モジュール１４ｂ、冷却能力算出モジュール１４ｃ、推定温度算出モジュール１４ｄ、補正係数算出モジュール１４ｅ、異常判定モジュール１４ｆ、及び、ファン制御モジュール１４ｇがある。なお、図１における「ＭＤＬ」の文字列は「モジュール」を意味する。
【００２０】
コントローラ１２が実行する処理の概略を説明する。コントローラ１２は、上記したセンサデータに基づいて、バッテリ３の発熱量ＨＷ［Ｗ］、冷却装置１００の冷却能力ＣＷ［Ｗ］、バッテリ３の推定温度ＴＳ［℃］を算出する。即ち、冷却能力ＣＷは、厳密に表現すれば、冷却装置１００の「推定冷却能力ＣＷ」である。ここで、冷却能力ＣＷの算出式には補正係数βが含まれており、コントローラ１２は、バッテリ３の推定温度ＴＳと検出温度ＴＢ［℃］の大小関係に基づいて、補正係数βを修正する（新しい補正係数βを求める）。補正係数βは、冷却能力の低下を表す。なお、冷却能力の低下は、主として冷却装置の経時劣化に起因するものであり、時間の経過とともに徐々に進行する（冷却能力が徐々に低下する）。コントローラ１２は、新たな補正係数βに基づいて、ファンの目標回転数Ｎｔを決定し、その目標回転数Ｎｔを指令値としてファン２に出力する。さらに、コントローラ１２は、補正係数βの大きさが所定の範囲（補正係数許容範囲）を外れたら、異常発生と判定し、異常発生を示す信号を出力する。コントローラ１２は、所定の制御周期ｄＴ毎に上記の処理を実行する。即ち、コントローラ１２は、周期ｄＴ毎に補正係数βを更新する。
【００２１】
コントローラ１２が行う処理を詳細に説明する。まず、補正係数βの算出処理を説明する。図２に補正係数算出処理のフローチャートを示す。コントローラ１２はまず、バッテリ３の検出温度ＴＢに基づいて、バッテリ３の内部抵抗Ｒを求める（Ｓ２）。この処理は、内部抵抗算出モジュール１４ａが行う。具体的には、コントローラ１２のメモリ１４内に、様々なバッテリ温度（検出温度）に対する内部抵抗Ｒの値がマップとして予め格納されており、内部抵抗算出モジュール１４ａは、そのマップを参照し、現在の検出温度ＴＢに対応する内部抵抗Ｒを求める。
【００２２】
次にコントローラ１２は、バッテリ３の発熱量ＨＷ［Ｗ］を算出する（Ｓ３）。この処理は、発熱量算出モジュール１４ｂが行う。具体的には、発熱量算出モジュール１４ｂは、次の（数１）式に基づいて発熱量ＨＷを求める。
【００２３】
発熱量ＨＷ＝Ｉ２×内部抵抗Ｒ （数１）
【００２４】
（数１）式において、「Ｉ」は、電流センサ９によって検出されたバッテリ３の出力電流である。次にコントローラ１２は、冷却装置１００の冷却能力ＣＷ［Ｗ］（正確には、推定冷却能力ＣＷ）を算出する（Ｓ４）。この処理は、冷却能力算出モジュール１４ｃが行う。具体的には、冷却能力算出モジュール１４ｃは、次の（数２）式に基づいて冷却能力ＣＷを求める。
【００２５】
冷却能力ＣＷ＝（検出温度ＴＢ−吸気温度ＴＣ）×Ｋ×ファン風量 （数２）
【００２６】
（数２）式において、Ｋは、既定の定数であり、予めメモリ１４に格納されている。ファン風量［ｍ３／ｈ］は、次の（数３）で求まる。
【００２７】
ファン風量＝α×ファン回転数Ｎ×β （数３）
【００２８】
（数３）式において、αは、既定の係数であり、予めメモリ１４に格納されている。ファン回転数Ｎは、回転数センサ７によって検出される。βは、補正係数であり、初期値は１．０である。補正係数βは、後に詳しく説明する。（数２）と（数３）から結局、冷却能力ＣＷは、次の（数４）で求められる。
【００２９】
冷却能力ＣＷ＝（検出温度ＴＢ−吸気温度ＴＣ）×Ｋ×α×ファン回転数Ｎ×β
（数４）
【００３０】
（数４）式に示したごとく、コントローラ１２は、バッテリ３の検出温度ＴＢと吸気温度ＴＣの差に、既定の定数（Ｋ×α）とファン回転数Ｎと補正係数βを乗じて冷却能力ＣＷを得る。
【００３１】
次にコントローラ１２は、バッテリ３の推定温度ＴＳを算出する（Ｓ５）。この処理は、推定温度算出モジュール１４ｄが行う。具体的には、推定温度算出モジュール１４ｄは、次の（数５）式に基づいて、推定温度ＴＳを求める。
【００３２】
推定温度ＴＳ＝前回の推定温度ＴＳ＋γ×（発熱量ＨＷ−冷却能力ＣＷ）×ｄＴ
（数５）
【００３３】
（数５）式において、「前回の推定温度ＴＳ」とは、１回前の制御周期において算出した推定温度である（ただし、後述するように、１回前の推定温度ＴＳは、１回前の検出温度ＴＢで置き換えられている）。また、γは、バッテリの熱容量の逆数である。ｄＴは、制御周期（温度推定の周期）である。
【００３４】
コントローラ１２は、（数５）式で得られた推定温度ＴＳと検出温度ＴＢ（バッテリ３の実際の温度）を比較し、それらの大小関係に応じて、補正係数βを修正する。推定温度ＴＳが検出温度ＴＢよりも大きい場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、コントローラ１２は、補正係数βを所定量（例えば０．１）だけ増加させる（Ｓ８）。逆に、推定温度ＴＳが検出温度ＴＢ以下である場合（Ｓ６：ＮＯ）、コントローラ１２は、補正係数βを所定量（例えば０．１）だけ減少させる（Ｓ７）。なお、コントローラ１２は、補正係数βが１．０を超えた場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、補正係数βを１．０に設定する（Ｓ１０）。即ち、コントローラ１２は、推定温度ＴＳが検出温度ＴＢよりも大きい場合、１．０を上限として補正係数βを所定数だけ増加させる。最後にコントローラ１２は、推定温度ＴＳに検出温度ＴＢを代入して処理を終了する（Ｓ１２）。上記したステップＳ６〜Ｓ１２の処理は、補正係数算出モジュール１４ｅが行う。
【００３５】
上記した補正係数算出処理による、推定温度ＴＳと補正係数βの変化の一例を図３に示す。図３の上のグラフは、検出温度ＴＢと推定温度ＴＳの変化を示し、下のグラフは補正係数βの変化を示す。第１回目の制御周期（時刻Ｔ１）において、検出温度ＴＢは温度Ｑ１であり、推定温度ＴＳは温度Ｐ１（Ｑ１＞Ｐ１）である。即ち、推定温度ＴＳ（Ｐ１）は検出温度ＴＢ（Ｑ１）よりも小さい。このことは、実際の冷却能力が、計算上の冷却能力ＣＷよりも小さく、そのため、実際のバッテリ温度（検出温度ＴＢ）が計算上のバッテリ温度（推定温度ＴＳ）よりも大きくなっていることを表す。この場合、コントローラ１２は、補正係数βを０．１だけ、小さくする（図２のＳ６：ＮＯ、Ｓ７）。図３の下のグラフが示すように、時刻Ｔ１において、補正係数βが０．１だけ小さくなる。さらにコントローラ１２は、次回の推定温度算出のため、推定温度ＴＳの値（Ｐ１）を検出温度ＴＢの値（Ｑ１）で置き換える。図３のＰ１からＱ１へ向かう矢印が、値の置き換えを示している。
【００３６】
さらに第２回目の制御周期（時刻Ｔ２）において、検出温度ＴＢは温度Ｑ２であり、推定温度ＴＳは温度Ｐ２（Ｑ２＞Ｐ２）である。このときも、推定温度ＴＳ（Ｐ２）は検出温度ＴＢ（Ｑ２）よりも小さい。従って、コントローラ１２は、補正係数βをさらに０．１だけ、小さくする（図２のＳ６：ＮＯ、Ｓ７）。図３の下のグラフが示すように、時刻Ｔ２において、補正係数βがさらに０．１だけ小さくなる。さらにコントローラ１２は、次回の推定温度算出のため、推定温度ＴＳの値（Ｐ２）を検出温度ＴＢの値（Ｑ２）で置き換える。図３のＰ２からＱ２へ向かう矢印が、値の置き換えを示している。
【００３７】
さらに第３回目の制御周期（時刻Ｔ３）において、検出温度ＴＢは温度Ｑ３であり、推定温度ＴＳは温度Ｐ３（Ｑ３＞Ｐ３）である。このときも、推定温度ＴＳ（Ｐ３）は検出温度ＴＢ（Ｑ３）よりも小さい。従って、コントローラ１２は、補正係数βをさらに０．１だけ、小さくする（図２のＳ６：ＮＯ、Ｓ７）。図３の下のグラフが示すように、時刻Ｔ３において、補正係数βがさらに０．１だけ小さくなる。さらにコントローラ１２は、次回の推定温度算出のため、推定温度ＴＳの値（Ｐ３）を検出温度ＴＢの値（Ｑ３）で置き換える。図３のＰ３からＱ３へ向かう矢印が、値の置き換えを示している。以後同様に、コントローラ１２は、制御周期ｄＴ毎に補正係数βの修正を行う。
【００３８】
このようにコントローラ１２は、制御周期毎に、バッテリ３の推定温度ＴＳが実際の温度（検出温度ＴＢ）に一致するように、補正係数βを更新する。即ち、コントローラ１２は、バッテリ３の推定温度ＴＳが実際の温度（検出温度ＴＢ）に一致するように、補正係数βを学習する。
【００３９】
次に、更新された補正係数βの値を用いたファン目標回転数Ｎｔの決定処理を説明する。なお、この処理は、ファン制御モジュール１４ｇが行う。概略すると、コントローラ１２は（ファン制御モジュール１４ｇは）、補正係数βが１．０より小さい場合、即ち、実際の冷却能力が低下している場合、ファンの目標回転数Ｎｔを増加して冷却能力を増大させる。
【００４０】
コントローラ１２のメモリ１４には、図４に示すベース風量のマップ（車速とファン目標風量の関係を定めるグラフ）と、図５に示すファン回転数マップ（ファン目標風量と目標回転数Ｎｔとの関係を定めるグラフ）と、図６に示す回転数補正係数Ｆのマップ（補正係数βと回転数補正係数Ｆの関係を定めるグラフ）を格納している。図４に示すように、ベース風量マップには、バッテリが常温の場合とバッテリが高温の場合の２種類のグラフが規定されている。ここで、常温とは、例えば６０［℃］以下の温度域であり、高温とは６０［℃］を超える温度域である。コントローラ１２は、まず、ベース風量マップを参照し、現在の車速に応じた風量（目標風量）を特定する。次にコントローラ１２は、ファン回転数マップを参照し、目標風量に対応する目標回転数Ｎｔを特定する。
【００４１】
コントローラ１２は、図４と図５を用いて求まった目標回転数Ｎｔに回転数補正係数Ｆを乗じた値をファン２への指令（最終的な目標回転数Ｎｔ）として出力する。回転数補正係数Ｆについて説明する。図６は、回転数補正係数Ｆのマップ（回転数補正係数Ｆと補正係数βの関係を定めたグラフ）を示す。回転数補正係数Ｆのマップとは、前述した補正係数βの値に対応する回転数補正係数Ｆ（ファンの目標回転数を補正する係数）を定めたグラフである。図６のグラフは、縦軸が回転数補正係数Ｆであり、横軸が補正係数βの逆数である。従って、図６のグラフにおいて、１／βが１．０より大きい場合（即ちβが１．０より小さい場合）が、冷却能力が低下していることを示している。その場合は、ファンの目標回転数Ｎｔを増大させるべく、回転数補正係数Ｆとして１／βを設定する（β＜１．０であるからＦ＞１．０となる）。ただし、不感帯を設けるため、１／βが１．０からＤｐまでの間では、回転数補正係数Ｆを１．０に固定する。また、前述したように、βの値は１．０が上限であるから、１／βの下限は１．０であり、回転数補正係数Ｆの下限値も１．０となる。このことは、実際の冷却能力が計算上の冷却能力ＣＷを上回っており、バッテリ３の実際の温度（検出温度ＴＢ）が、推定温度ＴＳよりも低い場合には、冷却能力を意図的に低くしないことを意味する。
【００４２】
次に、コントローラ１２が、補正係数βの値に基づいて異常を検知する処理について説明する。この処理は、異常判定モジュール１４ｆが行う。コントローラ１２は、補正係数βが既定の範囲（補正係数許容範囲）を外れたら何らかの異常が発生しているものと判定し、異常発生を示す信号を出力する。補正係数許容範囲は、例えば、補正係数β≧０．５の範囲に定められる。この場合、コントローラ１２は、補正係数βが０．５を下回ったら、異常発生を示す信号を出力する。補正係数βが０．５を下回るとは、冷却能力が当初の半分以下になったことを示している。異常発生を示す信号の出力先は、例えば、車両のディスプレイ１６や、メモリ１８である（図１参照）。メモリ１８は、車両の状態の履歴を保存するメモリであり、車両のメンテナンス時に読み出される。
【００４３】
コントローラ１２は、バッテリ３の検出温度ＴＢが既定の温度閾値を上回っている場合にのみ、上記した補正係数算出処理や、回転数補正係数Ｆによる目標回転数決定処理を実行することも好適である。既定の温度閾値は、例えば、６０［℃］に設定される。即ち、バッテリ３が高温の場合にのみ上記した補正係数算出処理や目標回転数決定処理を行うことも好適である。
【００４４】
実施例に示した冷却装置１００に関する留意点を述べる。冷却装置１００の冷却対象であるバッテリは、例えばリチウムイオン電池であるがこれに限られるものではない。冷却対象のバッテリは、燃料電池であってもよい。また、バッテリは、複数のセルが直列に接続されたタイプのバッテリであってよい。バッテリが複数のセルから構成されている場合、コントローラは、バッテリの内部抵抗Ｒを、いくつかのセルがまとまったブロックごとに算出することも好適である。その場合、コントローラは、冷却装置１００の冷却能力もブロックごとに算出するのがよい。さらには、（数２）式で導入された定数Ｋも、ブロック毎に定められているとよい。これは、ブロック毎にバッテリ特性がばらつくことがあり、そのばらつきに対応するためである。
【００４５】
また、バッテリの内部抵抗Ｒは、バッテリの劣化とともに上昇する。そのため、劣化による内部抵抗Ｒの変化を示す劣化係数を導入することも好適である。具体的には、まず、バッテリの出力電圧と電流から最小二乗法によって内部抵抗の初期値を特定し、次いで、その初期値に劣化係数を乗じた値を、（数１）式における内部抵抗Ｒとして用いることも好適である。劣化係数はマップ化され予めコントローラに記憶される。
【００４６】
実施例では、補正係数βの１回当たりの増減幅を０．１とした。１回当たりの増減幅は、例えば０．０１などの小さい値であってもよい。さらには、車両のイグニッションがＯＦＦされたときでも補正係数βが保持されるように、補正係数βを不揮発性メモリに記憶しておくことも好適である。不揮発性メモリに補正係数βを記憶しておくことによって、次回にイグニッションがＯＮされたとき、前回の補正係数βを用いることができる。
【００４７】
また、以下のいずれかの条件が成立した場合、バッテリの温度推定の精度が低下しているとして、補正係数βの更新を停止する（即ち、補正係数βの値を固定する）ことも好適である。
条件１：バッテリの充電残量（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｇｅ：ＳＯＣ）の所定時間当たりの変動幅が所定の閾値を超えた場合。
条件２：バッテリ内にガスが発生した場合。
条件３：推定温度ＴＳと検出温度ＴＢの差が小さくなった場合。
【００４８】
補正係数βの更新は、アクチュエータ等の制御と比べて高帯域の応答を要求されない。即ち、補正係数βを更新する周期は、ファンの回転数制御の制御周期（例えば１０［ｍｓｅｃ］）に比べて長いことが好ましい。補正係数βを更新する周期（制御周期ｄＴ）は、例えば、５秒程度でよい。
【００４９】
また、冷却用のファンを駆動した直後の所定時間の間、即ち、冷却性能が安定するまでの間、補正係数βの更新を停止することも好適である。
【００５０】
また、標高が高い場所では、空気の密度が低下し、上記の数式群による補正係数βの学習精度が低下する虞がある。そこで、気圧が所定の閾値よりも低い場合には補正係数βの更新を停止することも好適である。気圧は、例えば気圧センサで検出すればよい。
【００５１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５２】
２：ファン
３：バッテリ
４：インバータ
５：モータ
６：吸気温度センサ
７：回転数センサ
８：バッテリ温度センサ
９：電流センサ
１２：コントローラ
１３：ＣＰＵ
１４：メモリ
１６：ディスプレイ
１８：メモリ
１００：冷却装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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と、を備えており、コントローラは、
ファンの冷却能力とバッテリ発熱量からバッテリの推定温度を算出し、
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、
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、
ことを特徴とするバッテリ冷却装置。
【請求項２】
コントローラは、バッテリ出力電流とバッテリ内部抵抗の値からバッテリ発熱量を算出し、ファンの回転数とファンの吸気温度から冷却能力を算出することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ冷却装置。
【請求項３】
コントローラは、検出温度と吸気温度の差にファン回転数と既定の定数と補正係数を乗じて冷却能力を算出することを特徴とする請求項２に記載のバッテリ冷却装置。
【請求項４】
コントローラは、推定温度が検出温度よりも低い場合には既定の補正量だけ補正係数を小さくし、推定温度が検出温度よりも高い場合には既定の補正量だけ補正係数を大きくすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のバッテリ冷却装置。
【請求項５】
コントローラは、補正係数が小さくなるほど、目標回転数を増加させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のバッテリ冷却装置。
【請求項６】
コントローラは、検出温度が既定の温度閾値を上回っている場合にのみ、補正係数に応じてファンの目標回転数を決定することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項７】
コントローラは、補正係数が予め定められた補正係数許容範囲から外れた場合に、冷却装置の異常を示す信号を出力することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のバッテリ冷却装置。
【請求項１】
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と、を備えており、コントローラは、
ファンの冷却能力とバッテリ発熱量からバッテリの推定温度を算出し、
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、
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、
ことを特徴とするバッテリ冷却装置。
【請求項２】
コントローラは、バッテリ出力電流とバッテリ内部抵抗の値からバッテリ発熱量を算出し、ファンの回転数とファンの吸気温度から冷却能力を算出することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ冷却装置。
【請求項３】
コントローラは、検出温度と吸気温度の差にファン回転数と既定の定数と補正係数を乗じて冷却能力を算出することを特徴とする請求項２に記載のバッテリ冷却装置。
【請求項４】
コントローラは、推定温度が検出温度よりも低い場合には既定の補正量だけ補正係数を小さくし、推定温度が検出温度よりも高い場合には既定の補正量だけ補正係数を大きくすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のバッテリ冷却装置。
【請求項５】
コントローラは、補正係数が小さくなるほど、目標回転数を増加させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のバッテリ冷却装置。
【請求項６】
コントローラは、検出温度が既定の温度閾値を上回っている場合にのみ、補正係数に応じてファンの目標回転数を決定することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項７】
コントローラは、補正係数が予め定められた補正係数許容範囲から外れた場合に、冷却装置の異常を示す信号を出力することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のバッテリ冷却装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−６９４７０（Ｐ２０１３−６９４７０Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０５７９２（Ｐ２０１１−２０５７９２）
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]