JP5169715B2 - Heating device for vehicle power storage means - Google Patents
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Description
本発明は、車両に搭載され、充電されて蓄電可能な蓄電手段を加熱する車両用蓄電手段の加熱装置に関する。 The present invention relates to a heating device for a power storage unit for a vehicle that heats a power storage unit that is mounted on a vehicle and can be charged and stored.
一般に、蓄電池は、温度が低下すると抵抗が増加し、放電容量が低下するため、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車等の走行用駆動源として用いた場合、寒冷期において極端に効率が悪くなるという問題がある。このため、従来から、ヒータや蓄電池の内部抵抗を利用した発熱により、低温時に蓄電池を暖機する技術が種々提案されている。 In general, when the temperature of the storage battery decreases, the resistance increases and the discharge capacity decreases. Therefore, when the storage battery is used as a driving source for driving an electric vehicle, a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, etc., the efficiency becomes extremely low in the cold season. There is a problem. For this reason, conventionally, various technologies for warming up the storage battery at a low temperature by heat generation using the internal resistance of the heater or the storage battery have been proposed.
例えば、特許文献1には、蓄電池と補機との間で充放電を繰り返すことで、蓄電池の内部抵抗のジュール損(発熱)による暖機を行う技術が開示されている。
しかしながら、上記特許文献1に記載の技術では、そもそも蓄電池の内部抵抗は極力小さくなるように設計されているため、充放電を繰り返しても大きな発熱が得られず、昇温に時間がかかるという問題がある。一方、内部抵抗を大きく設計すると、蓄電池が過加熱されてしまい、常温での通常運転時における効率悪化や熱暴走が懸念される。
However, in the technique described in
本発明は、上記点に鑑み、蓄電手段を過加熱することなく速やかに加熱昇温させることができる車両用蓄電手段の加熱装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a heating device for a power storage means for a vehicle that can quickly heat and heat the power storage means without overheating.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、負の温度抵抗特性を有するとともに、通電により発熱する抵抗体(321)と、抵抗体(321)に対して並列接続され、電流の導通と遮断とを選択可能な導通遮断選択手段(41)とを備え、抵抗体(321)は蓄電手段(3)と熱的に接触しており、抵抗体(321)の発熱により蓄電手段(3)が加熱されるように構成されており、抵抗体(321)は、予め定めた基準温度を上回ると電気抵抗値が急激に減少するように構成されていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the resistor (321) that has negative temperature resistance characteristics and generates heat when energized is connected in parallel to the resistor (321) , and A conduction / interruption selection means (41) capable of selecting conduction and interruption; the resistor (321) is in thermal contact with the power storage means (3); 3) is configured to be heated, and the resistor (321) is characterized in that the electrical resistance value is rapidly decreased when a predetermined reference temperature is exceeded.
負の温度抵抗特性を有する、すなわち温度が高くなるにつれて電気抵抗が小さくなる抵抗体(321)は、低温時には電気抵抗が大きくなるため、ジュール損が増大し発熱量が増加するが、高温時には電気抵抗が小さくなるため、ジュール損が減少し発熱量も低下する。したがって、蓄電手段(3)を加熱するために負の温度特性を有する抵抗体(321)を用いることで、低温時には抵抗体(321)の発熱量が増加して蓄電手段(3)へ伝達される熱量も大きくなるので、蓄電手段(3)を速やかに加熱昇温させることが可能となる。そして、昇温時には抵抗体(321)の発熱量が低下して蓄電手段(3)へ伝達される熱量も小さくなるため、蓄電手段(3)の過加熱を抑制することが可能となる。 The resistor (321) having a negative temperature resistance characteristic, that is, the electrical resistance that decreases as the temperature increases, increases the electrical resistance at low temperatures, and thus increases Joule loss and heat generation. Since the resistance is reduced, the Joule loss is reduced and the heat generation amount is also reduced. Therefore, by using the resistor (321) having negative temperature characteristics to heat the power storage means (3), the amount of heat generated by the resistor (321) is increased and transmitted to the power storage means (3) at low temperatures. Therefore, the power storage means (3) can be quickly heated and heated. Since the amount of heat generated by the resistor (321) decreases and the amount of heat transferred to the power storage means (3) decreases when the temperature rises, overheating of the power storage means (3) can be suppressed.
また、電流の導通と遮断とを選択可能な導通遮断選択手段(41)を設けることで、蓄電手段(3)の放電時には導通遮断選択手段(41)に電流を導通させ、蓄電手段(3)の充電時には導通遮断選択手段(41)に流れる電流を遮断するように、導通遮断選択手段(41)を構成することができる。 Further, by providing the conduction / interruption selection means (41) capable of selecting the conduction and interruption of the current, the current is conducted to the conduction / interruption selection means (41) when the power storage means (3) is discharged, and the power storage means (3) The conduction cutoff selection means (41) can be configured to cut off the current flowing through the conduction cutoff selection means (41) during charging.
これにより、蓄電手段(3)の放電時に、蓄電手段(3)および抵抗体(321)が低温である場合、導通遮断選択手段(41)に電流が流れるので、抵抗体(321)に電流が流れることにより外部機器への放電能力が低下することを抑制できる。一方、蓄電手段(3)の充電時に、蓄電手段(3)および抵抗体(321)が低温である場合、導通遮断選択手段(41)に電流が流れず、抵抗体(321)のみに電流が流れるので、蓄電手段(3)の暖機を行うことができる。 As a result, when the power storage means (3) and the resistor (321) are at a low temperature during the discharge of the power storage means (3), a current flows through the conduction cutoff selection means (41), so that a current flows through the resistor (321). It can suppress that the discharge capability to an external apparatus falls by flowing. On the other hand, when the power storage means (3) and the resistor (321) are at a low temperature when the power storage means (3) is charged, no current flows through the conduction cutoff selection means (41), and only current flows through the resistor (321). Since it flows, warming-up of the electrical storage means (3) can be performed.
また、蓄電手段(3)の放電時に、蓄電手段(3)および抵抗体(321)が高温である場合、抵抗値が低下した抵抗体(321)および導通遮断選択手段(41)に電流が流れるので、外部機器への放電を良好に行うことができる。一方、蓄電手段(3)の充電時に、蓄電手段(3)および抵抗体(321)が高温である場合、導通遮断選択手段(41)に電流が流れず、抵抗体(321)のみに電流が流れるが、抵抗体(321)の抵抗値が低下しており、発熱量が小さいので、蓄電手段(3)の充電容量を確保することができる。 Further, when the power storage means (3) and the resistor (321) are at a high temperature during the discharge of the power storage means (3), a current flows through the resistor (321) and the conduction cutoff selection means (41) whose resistance value has decreased. Therefore, the discharge to the external device can be performed satisfactorily. On the other hand, when the power storage means (3) and the resistor (321) are at a high temperature during charging of the power storage means (3), no current flows through the conduction cutoff selection means (41), and only current flows through the resistor (321). Although it flows, since the resistance value of the resistor (321) is reduced and the amount of heat generated is small, the charge capacity of the power storage means (3) can be ensured.
また、請求項1に記載の発明では、抵抗体(321)の抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、蓄電手段(3)の温度を検出する蓄電側温度検出手段(7)と、蓄電側温度検出手段(7)により検出された蓄電手段(3)の温度に基づいて、蓄電手段(3)に流れ得る最大電流値を算出した後、抵抗値算出手段(70)により算出された抵抗体(321)の抵抗値と最大電流値とに基づいて、抵抗体(321)の最大発熱量を算出する最大発熱量算出手段(S174)と、蓄電手段(3)の授受可能な電力量に最大発熱量を加算する発熱量加算手段(S175)とを備えることを特徴としている。In the first aspect of the present invention, the resistance value calculating means for calculating the resistance value of the resistor (321), the power storage side temperature detecting means (7) for detecting the temperature of the power storage means (3), and the power storage side Based on the temperature of the power storage means (3) detected by the temperature detection means (7), after calculating the maximum current value that can flow to the power storage means (3), the resistor calculated by the resistance value calculation means (70) Based on the resistance value and the maximum current value of (321), the maximum heat generation amount calculation means (S174) for calculating the maximum heat generation amount of the resistor (321), and the maximum amount of power that can be transferred by the power storage means (3) It is characterized by comprising a calorific value addition means (S175) for adding the calorific value.
これによれば、抵抗体(321)が消費する電力量を考慮して、充電時に蓄電手段(3)に送られる電力量を調整することができるので、蓄電手段(3)の暖機性を向上させることができるとともに、蓄電手段(3)に必要以上の電流が流れることを防止できるので、過電流による蓄電手段(3)の過充電を抑制することが可能となる。According to this, the amount of power sent to the power storage means (3) during charging can be adjusted in consideration of the amount of power consumed by the resistor (321), so the warm-up property of the power storage means (3) can be reduced. In addition to being able to improve, it is possible to prevent an unnecessarily large amount of current from flowing through the power storage means (3), so that overcharging of the power storage means (3) due to overcurrent can be suppressed.
また、請求項2に記載の発明では、抵抗体(321)の温度を検出する抵抗体温度検出手段(70)を備え、抵抗値算出手段は、抵抗体温度検出手段(70)により検出された抵抗体(321)の温度に基づいて当該抵抗体(321)の抵抗値を算出することを特徴としている。これによれば、抵抗体(321)の温度から抵抗値を間接的に検出することが可能となる。
Further, in the invention according to
また、請求項3に記載の発明のように、導電遮断選択手段は放電時には電流を導通させ、充電時に電流を遮断する向きに設置されたダイオード(41)であってもよい。 Further, as in the third aspect of the present invention, the conduction cut-off selecting means may be a diode (41) installed in such a direction as to conduct current during discharging and cut off current during charging.
また、請求項4に記載の発明では、正の温度抵抗特性を有する正特性抵抗体(42)が、抵抗体(321)に対して直列接続されていることを特徴としている。 The invention according to claim 4 is characterized in that a positive characteristic resistor (42) having a positive temperature resistance characteristic is connected in series to the resistor (321).
正の温度抵抗特性を有する、すなわち温度が高くなるにつれて電気抵抗が大きくなる正特性抵抗体(42)は、例えば電池の使用温度上限を下回る場合には、電気抵抗が内部抵抗の数パーセント以下であり、電池の使用温度上限を超える場合には電気抵抗が内部抵抗の数十倍に急増するように設定することで、蓄電手段(3)の使用温度範囲にある場合には電気抵抗が小さくなり、ジュール熱による損失が小さいので、正特性抵抗体(42)が蓄電手段(3)の放電能力に与える影響は小さい、すなわち蓄電手段(3)の放電能力はほとんど低下しない。一方、正特性抵抗体(42)は、蓄電手段(3)の使用温度範囲以上の高温になる場合には電気抵抗が大きくなり、正特性抵抗体(42)を流れる電流が小さくなる。このため、正特性抵抗体(42)に対して直列接続された蓄電手段(3)に流れる電流が小さくなるので、蓄電手段(3)の過加熱、および使用温度範囲以上の高温での使用を抑制することが可能となる。 A positive resistance element (42) having a positive temperature resistance characteristic, that is, an electric resistance that increases as the temperature increases, is, for example, less than a few percent of the internal resistance when the electric resistance falls below the upper limit of the use temperature of the battery. Yes, by setting the electrical resistance so that it rapidly increases to several tens of times the internal resistance when the battery operating temperature upper limit is exceeded, the electrical resistance is reduced when it is within the operating temperature range of the power storage means (3). Since the loss due to Joule heat is small, the influence of the positive characteristic resistor (42) on the discharge capacity of the power storage means (3) is small, that is, the discharge capacity of the power storage means (3) is hardly lowered. On the other hand, when the positive characteristic resistor (42) is at a temperature higher than the operating temperature range of the power storage means (3), the electric resistance increases, and the current flowing through the positive characteristic resistor (42) decreases. For this reason, since the electric current which flows into the electrical storage means (3) connected in series with respect to the positive characteristic resistor (42) becomes small, overheating of the electrical storage means (3) and use at a high temperature above the operating temperature range It becomes possible to suppress.
また、請求項5に記載の発明では、蓄電手段(3A、3B)を有する複数の蓄電ユニット(30A、30B)を備え、複数の蓄電ユニット(30A、30B)のうち少なくとも1つの蓄電ユニット(30A、30B)に、抵抗体(321)および導通遮断選択手段(41)が設けられていることを特徴としている。これによれば、複数の蓄電手段(3A、3B)を速やかに加熱昇温させることが可能となる。
Further, the invention according to
また、請求項6に記載の発明のように、蓄電手段(3)は、電気的に直列された複数のバッテリモジュール(31)と、バッテリモジュール(31)同士を電気的に接続する接続手段(32)とにより構成されており、バッテリモジュール(31)は、抵抗体(321)と熱的に接触しており、抵抗体(321)の発熱により加熱されるようになっていてもよい。 It is preferable as defined in claim 6, charge reservoir means (3) are electrically in series by a plurality of battery modules (31), the battery module (31) connection means for electrically connecting to each other The battery module (31) may be in thermal contact with the resistor (321) and heated by the heat generated by the resistor (321).
また、請求項7に記載の発明では、接続手段(32)には、当該接続手段(32)と空気との熱伝達を促進する伝熱促進手段(43)が設けられていることを特徴としている。 In the invention according to claim 7 , the connection means (32) is provided with heat transfer promotion means (43) for promoting heat transfer between the connection means (32) and air. Yes.
これによれば、伝熱促進手段(43)により、外部機器の発する熱(例えば、燃料電池(1)の排熱、エンジンの排熱、車両の暖房熱等)を媒体(例えば空気)を介して回収し、蓄電手段(3)に伝達させることができる。このため、抵抗体(321)と併用して、外部機器の発する熱を蓄電手段(3)の暖機に利用することができるので、蓄電手段(3)を速やかに加熱昇温させることが可能となる。 According to this, heat (for example, exhaust heat of the fuel cell (1), exhaust heat of the engine, heating heat of the vehicle, etc.) generated by the external device is transferred via the medium (for example, air) by the heat transfer promoting means (43). Can be collected and transmitted to the storage means (3). For this reason, in combination with the resistor (321), the heat generated by the external device can be used to warm up the power storage means (3), so that the power storage means (3) can be heated quickly. It becomes.
また、請求項8に記載の発明では、抵抗体(321)は、遷移金属酸化物により構成される半導体であることを特徴としている。これによれば、抵抗体(321)として、例えばNTCサーミスタやCTRサーミスタを採用することができる。 The invention according to claim 8 is characterized in that the resistor (321) is a semiconductor composed of a transition metal oxide. According to this, for example, an NTC thermistor or a CTR thermistor can be adopted as the resistor (321).
また、請求項9に記載の発明では、抵抗体(321)は、導電物質および絶縁物質で構成される複合材料であることを特徴としている。これによれば、抵抗体(321)として、例えば高熱膨張性の導電物質および低熱膨張性の絶縁物質で構成された複合材料からなり、2つの物質の熱膨張差を利用した負の温度抵抗特性を有するものを採用することができる。 The invention according to claim 9 is characterized in that the resistor (321) is a composite material composed of a conductive substance and an insulating substance. According to this, the resistor (321) is made of a composite material composed of, for example, a high thermal expansion conductive material and a low thermal expansion insulating material, and has a negative temperature resistance characteristic using a difference in thermal expansion between the two materials. It is possible to employ one having
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図1〜図3に基づいて説明する。本実施形態は、本発明を燃料電池を電源として走行する電気自動車(燃料電池車両)に適用した実施例である。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The present embodiment is an example in which the present invention is applied to an electric vehicle (fuel cell vehicle) that runs using a fuel cell as a power source.
図1は、本第1実施形態の燃料電池システムの概念図である。図1に示すように、本実施形態の燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池1を備えている。本実施形態では燃料電池1として固体高分子型燃料電池を用いており、基本単位となる燃料電池セルが複数積層されて構成されている。
FIG. 1 is a conceptual diagram of the fuel cell system according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel cell system of the present embodiment includes a
燃料電池1では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギーが発生する。
In the
アノード(水素極)H2→2H++2e-
カソード(酸素極)2H++1/2O2+2e-→H2O
全体 H2+1/2O2→H2O
燃料電池1と二次電池3は、DC−DCコンバータ2を介して電気的に接続されている。DC−DCコンバータ2は、燃料電池1から二次電池3あるいは二次電池3から燃料電池1への電力の流れをコントロールする。DC−DCコンバータ2は昇降圧チョッパ回路で、燃料電池1で発生した電力を二次電池3に充電したり、二次電池3に蓄えられた電力を燃料電池1や走行用インバータ4に供給することができる装置である。DC−DCコンバータ2は電圧の大きさに関わらず双方向に電力のやり取りが可能となっている。
Anode (hydrogen electrode) H 2 → 2H + + 2e −
Cathode (oxygen electrode) 2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O
Overall H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O
The
二次電池3は、燃料電池1から供給された電気エネルギーを蓄えると共に、蓄えた電気エネルギーを各種の電気負荷に供給するものであり、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等を用いることができる。
The
燃料電池1とDC−DCコンバータ2の間に走行用インバータ4が接続されている。DC−DCコンバータ2を経由した燃料電池1からの電力あるいは二次電池3からの電力が走行用インバータ4へ供給される。なお、走行用インバータ4はDC−DCコンバータ2と二次電池3の間に接続してもよい。
A traveling inverter 4 is connected between the
走行用インバータ4は、走行用モータ5を駆動させたりあるいは電力を回生させるためのインバータである。本実施形態の走行用インバータ4は3相インバータであり、3相の交流電力を走行用モータ5に供給し、走行用モータ5を回転させることで燃料電池車両を走行させる。
The traveling inverter 4 is an inverter for driving the traveling
また、燃料電池1の発電時に余った電力を二次電池3に蓄えることができる。二次電池3は回生ブレーキなどによって回生された電力を蓄えることができるため、効率的な車両システムとすることができる。通常、二次電池3は最適な充電状態に充電されている。本実施形態では、二次電池3から走行用インバータ4に電力供給できるように構成されており、例えば急加速時などに急激に大きな電力が必要な場合に、燃料電池1からだけでなく二次電池3からも電力を引き出して走行用インバータ4に供給することで対応することができる。
Further, the surplus power during power generation by the
さらに燃料電池1とDC−DCコンバータ2との間には、燃料電池1の酸素極に酸素ガス(空気)を供給する圧縮機(図示せず)を駆動する補機としての圧縮機用モータ61を作動させるための圧縮機用インバータ62が接続されている。図示を省略しているが、燃料電池1とDC−DCコンバータ2との間には、燃料電池1を冷却する冷却水を循環させるウォータポンプを作動させるためのウォータポンプ用インバータも接続されている。また、二次電池3には、二次電池3の温度を検出するための温度センサ7が設けられている。圧縮機モータ61には、燃料電池1から電力供給されるとともに、燃料電池1の起動時等には、二次電池3からも電力供給される。
Further, between the
図2は、本第1実施形態における二次電池3を示す分解斜視図である。図2に示すように、本実施形態の二次電池3は、電気的に直列接続された複数のバッテリモジュール31を備えている。各バッテリモジュール31の端面上には、バッテリモジュール31へと電流の入出力を行うための端子311が形成されている。このバッテリモジュール31の端子311を互いに接続するため、隣接するバッテリモジュール31間には、バスバー32が配置されている。バスバー32が複数のバッテリモジュール31のそれぞれの端子311に接続されることにより、二次電池3ではバッテリモジュール31が電気的に直列接続されている。
FIG. 2 is an exploded perspective view showing the
バスバー32は、負の温度抵抗特性、すなわち温度が上昇するにつれて抵抗値が小さくなり、かつ温度が予め定めた基準温度(以下、CTR基準温度いう)より低下すると抵抗値が急激に増大する抵抗体321を備えている。抵抗体321は、遷移金属酸化物により構成される半導体であって、本実施形態では、氷点下(0℃以下)になると抵抗値が急激に増大するCTRサーミスタを用いている。抵抗体321は板状に形成されているとともに、その両面にはバッテリモジュール31と抵抗体321との間で熱の授受を行う集電伝熱板322が配設されている。そして、抵抗体321に通電した際に発生する熱(ジュール損)が、集電伝熱板322を介してバッテリモジュール31に伝わるようになっている。なお、集電伝熱板322とバッテリモジュール31の間は電気的に絶縁されていてもよい。
The
図1に戻り、燃料電池システムには、各種制御を行う制御手段としての制御部(ECU)100が設けられている。制御部100は、CPU、ROM、RAM、I/Oなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ROMなどに記憶されたプログラムに従って各種演算などの処理を実行する。制御部100には、各種負荷からの要求電力信号、温度センサ7からの温度信号等が入力される。また、制御部100は、DC−DCコンバータ2、インバータ4、62等に制御信号を出力するように構成されている。
Returning to FIG. 1, the fuel cell system is provided with a control unit (ECU) 100 as control means for performing various controls. The
次に、本実施形態の二次電池暖機制御を図3に基づいて説明する。図3は、制御部100がROM等に格納されたプログラムにしたがって行う二次電池暖機制御の流れを示すフローチャートである。
Next, the secondary battery warm-up control of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing a flow of secondary battery warm-up control performed by the
まず、温度センサ7で二次電池3の温度TBを検出するとともに、二次電池3の充電状態SOCを検出する(S110)。次に、二次電池温度TBが基準温度TL以上になっているか否かを判定する(S120)。「基準温度TL」は、二次電池3の充放電性能が低下すると推定される下限温度であり、任意に設定できる値である。本実施形態では、基準温度TLを0℃に設定している。
First, it detects the temperature T B of the temperature sensor 7 the
S120の判定処理の結果、二次電池温度TBが基準温度TL以上になっていると判定された場合は(S120:YES)、二次電池3の暖機は必要ないと判断できるので、通常の走行を開始させる(S130)。
S120 of the determination process results, if the rechargeable battery temperature T B is determined to be equal to or greater than the reference temperature T L (S120: YES), since the warm-up of the
一方、S120の判定処理の結果、二次電池温度TBが基準温度TL以上になっていないと判定された場合は(S120:NO)、二次電池3の暖機が必要であると判断できるので、二次電池暖機モードを開始し、S110で検出された二次電池温度TBに応じた二次電池3の充放電パターンを設定する(S140)。
On the other hand, the result of the determination process of S120, if the rechargeable battery temperature T B is determined to be not equal to or greater than the reference temperature T L (S120: NO), determines that it is necessary for warming up the
二次電池暖機モードでは、まず二次電池3により補機類(圧縮機モータ61、図示しないウォータポンプ等)を始動させる(S150)。続いて、燃料電池1での発電が開始されたか否かを判定する(S160)。
In the secondary battery warm-up mode, first, auxiliary devices (such as the
S160での判定処理の結果、燃料電池1での発電が開始されていないと判断された場合は(S160:NO)、S150に戻り、一方、燃料電池1での発電が開始されたと判断された場合は(S160:YES)、燃料電池1により補機を作動し、当該燃料電池車両の走行を開始させる(S170)。
As a result of the determination process in S160, when it is determined that the power generation in the
続いて、燃料電池1と二次電池3との間、および補機と二次電池3との間で、S140で設定された充放電パターンでパルス充放電を繰り返す(S180)。これにより、抵抗体321に電流が流れ、通電時に発生する熱(ジュール損)により抵抗体321の温度が上昇するため、抵抗体321と熱的に接触している二次電池3が加熱される。
Subsequently, pulse charge / discharge is repeated between the
次に、再び二次電池温度TBが基準温度TL以上になっているか否かを判定する(S190)。S190での判定処理の結果、二次電池温度TBが基準温度TL以上になっていないと判定された場合は(S190:NO)、二次電池3の暖機を続ける必要があると判断できるので、S180に戻る。一方、二次電池温度TBが基準温度TL以上になっていると判定された場合は(S190:YES)、二次電池3の暖機を終了してもよいと判断できるので、二次電池暖機モードを終了し、通常の走行を開始させる(S130)。
Next, it is determined whether or not it is more than the reference temperature T L again rechargeable battery temperature T B (S190). Determination process results in S190, if the rechargeable battery temperature T B is determined to be not equal to or greater than the reference temperature T L (S190: NO), determines that it is necessary to continue to warm up the
以上説明したように、負の温度抵抗特性を有する抵抗体321は、低温時には電気抵抗が大きくなるため、ジュール損が増大し発熱量が増加するが、高温時には電気抵抗が小さくなるため、ジュール損が減少し発熱量も低下する。したがって、二次電池3を加熱するために当該抵抗体321を用いることで、低温時には抵抗体321の発熱量が増加して二次電池3へ伝達される熱量も大きくなるので、二次電池3を速やかに暖機することが可能となる。そして、昇温時には抵抗体321の発熱量が低下して二次電池3への熱の伝達が抑えられるため、二次電池3の過加熱を抑制することが可能となる。
As described above, the
また、抵抗体321として、予め定めた基準温度以下で電気抵抗値が急激に増大するCTRサーミスタを用いることで、例えば温度が0℃を上回ると抵抗体321の電気抵抗値を急激に減少させることができ、ジュール損による発熱も急激に抑えられるため、二次電池3の過加熱をより確実に抑制することができる。
In addition, by using a CTR thermistor whose electric resistance value rapidly increases below a predetermined reference temperature as the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図4に基づいて説明する。以下、上記第1実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Hereinafter, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
図4は、本第2実施形態における二次電池3のバッテリモジュール31を示す透過斜視図である。図4に示すように、本実施形態の二次電池3のバッテリモジュール31は、シート上の複数の電極板33をセパレータ34によって絶縁状態として相互に重ねて構成された積層電極体35と、積層電極体35を挟むように配置された一対の集電体36とを有している。なお、積層電極体35には電解液が含浸あるいは注入されている。
FIG. 4 is a transparent perspective view showing the
より詳細には、集電電極体35において、正極となる電極板(以下、正極板331という)と負極となる電極板(以下、負極板332という)とが交互に重なった状態となっている。また、正極板331の端部は、一括して一方の集電体(以下、正極集電体361という)に接続されている。そして、負極板332の端部は、一括して他方の集電体(以下、負極集電体362という)に接続されている。この結果、全ての正極板331と正極集電体361とが電気的に接続された状態となり、全ての負極板332と負極集電体362とが電気的に接続された状態となる。
More specifically, in the collecting
本第2実施形態では、抵抗体321は、集電体36と端子板37の間に配置されている。抵抗体321は、集電体36と熱的に接触しており、抵抗体321に通電した際に発生する熱(ジュール損)が、集電体36を介して電解液に伝達するようになっている。このように、抵抗体321を二次電池3のバッテリモジュール31内に配置することで、電解液を直接加熱することができるので、二次電池3をより早期に昇温させることができる。
In the second embodiment, the
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について図5および図6に基づいて説明する。以下、上記第1実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Hereinafter, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
図5は、本第3実施形態の燃料電池システムの概念図である。図5に示すように、本実施形態には、二次電池3と温度センサ7とからなる2つの二次電池ユニット30A、30Bが設けられている。すなわち、本実施形態の燃料電池システムは、第1二次電池3Aと第1温度センサ7Aとを有する第1二次電池ユニット3A、および第2二次電池3Bと第2温度センサ7Bとを有する第2二次電池ユニット3Bを備えている。第1、第2二次電池ユニット3A、3Bは、並列接続されている。
FIG. 5 is a conceptual diagram of the fuel cell system of the third embodiment. As shown in FIG. 5, the present embodiment is provided with two secondary battery units 30 </ b> A and 30 </ b> B including a
第1二次電池3Aは第1DC−DCコンバータ2Aを介して燃料電池1に電気的に接続されており、第2二次電池3Bは第2DC−DCコンバータ2Bを介して燃料電池1に電気的に接続されている。そして、燃料電池1の両電極と第1、第2DC−DCコンバータ2A、2Bとを結ぶ電流経路上には、燃料電池1と第1、第2二次電池3A、3Bとの間を電気的に開閉可能な第1スイッチ8aおよび第2スイッチ8bが設けられている。
The first
次に、本実施形態の二次電池暖機制御を図6に基づいて説明する。図6は、本第3実施形態の二次電池暖機制御の流れを示すフローチャートである。 Next, the secondary battery warm-up control of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart showing a flow of secondary battery warm-up control of the third embodiment.
まず、第1スイッチ8aおよび第2スイッチ8bを閉状態(オン)にし(S100)、第1温度センサ7Aで第1二次電池3Aの温度TB1を検出するとともに、第2温度センサ7Bで第2二次電池3Bの温度TB2を検出し、さらに各二次電池3A、3Bの充電状態SOCを検出する(S111)。
First, the
次に、第1二次電池温度TB1および第2二次電池TB2が、ともに基準温度TL以上になっているか否かを判定する(S121)。S120の判定処理の結果、第1、第2二次電池温度TB1、TB2がともに基準温度TL以上になっていると判定された場合は(S121:YES)、二次電池3A、3Bの暖機は必要ないと判断できるので、通常の走行を開始させる(S130)。
Next, it is determined whether or not both the first secondary battery temperature TB1 and the second secondary battery TB2 are equal to or higher than the reference temperature TL (S121). As a result of the determination process of S120, when it is determined that the first and second secondary battery temperatures T B1 and T B2 are both equal to or higher than the reference temperature TL (S121: YES), the
一方、S121の判定処理の結果、第1、第2二次電池温度TB1、TB2が、ともに基準温度TL以上になっていない、すなわち第1、第2二次電池温度TB1、TB2のうち少なくとも一方が基準温度TLを下回っていると判定された場合は(S121:NO)、二次電池3A、3Bの暖機が必要であると判断できるので、二次電池暖機モードを開始し、S111で検出された第1、第2二次電池温度TB1、TB2に応じた二次電池3A、3Bの充放電パターンを設定する(S140)。
On the other hand, as a result of the determination process of S121, the first and second secondary battery temperatures T B1 and T B2 are not equal to or higher than the reference temperature T L , that is, the first and second secondary battery temperatures T B1 and T If it is determined that at least one of B2 is lower than the reference temperature TL (S121: NO), it can be determined that the
二次電池暖機モードでは、まず第1、第2二次電池3A、3Bにより補機類(圧縮機モータ61、ウォータポンプ等)を始動させる(S151)。続いて、燃料電池1での発電が開始されたか否かを判定する(S160)。
In the secondary battery warm-up mode, first, auxiliary machines (
S160での判定処理の結果、燃料電池1での発電が開始されていないと判断された場合は(S160:NO)、S151に戻り、一方、燃料電池1での発電が開始されたと判断された場合は(S160:YES)、燃料電池1により補機を作動し、当該燃料電池車両の走行を開始させる(S170)。
As a result of the determination process in S160, if it is determined that power generation in the
続いて、第1スイッチ8aおよび第2スイッチ8bを開状態(オフ)にし(S171)、第1二次電池3Aと第2二次電池3Bとの間でパルス充放電を繰り返す(S181)。これにより、各二次電池ユニット30A、30Bの抵抗体321に電流が流れ、通電時に発生する熱(ジュール損)により抵抗体321の温度が上昇するため、抵抗体321と熱的に接触している二次電池3A、3Bが加熱される。
Subsequently, the
次に、再び第1二次電池温度TB1および第2二次電池TB2が、ともに基準温度TL以上になっているか否かを判定する(S191)。S191での判定処理の結果、第1、第2二次電池温度TB1、TB2が、ともに基準温度TL以上になっていないと判定された場合は(S191:NO)、二次電池3A、3Bの暖機を続ける必要があると判断できるので、S181に戻る。一方、第1、第2二次電池温度TB1、TB2が、ともに基準温度TL以上になっていると判定された場合は(S191:YES)、二次電池3A、3Bの暖機を終了してもよいと判断できるので、二次電池暖機モードを終了し、第1スイッチ8aおよび第2スイッチ8bを閉状態(オン)にした後(S192)、通常の走行を開始させる(S130)。
Next, it is determined again whether the first secondary battery temperature TB1 and the second secondary battery TB2 are both equal to or higher than the reference temperature TL (S191). As a result of the determination process in S191, when it is determined that the first and second secondary battery temperatures T B1 and T B2 are not equal to or higher than the reference temperature TL (S191: NO), the
以上説明したように、第1二次電池3Aを有する第1二次電池ユニット3Aと、第2二次電池3Bを有する第2二次電池ユニット3Bとを設けることで、第1、第2二次電池3A、3B間で充放電を繰り返すことで、それぞれの二次電池ユニット30A、30Bの抵抗体321を発熱させ、第1、第2二次電池3A、3Bを加熱することができる。これにより、二次電池暖機モード中においても、燃料電池1で発電された電力を車両の走行のためにのみ使用することができる。
As described above, the first and second
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について図7および図8に基づいて説明する。以下、上記第3実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略し、上記第3実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Hereinafter, the same parts as those in the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only parts different from those in the third embodiment will be described.
図7は、本第4実施形態の燃料電池システムの概念図である。図7に示すように、本実施形態の燃料電池システムでは、第1、第2二次電池ユニット30A、30Bのうち、第2二次電池ユニット30Bには抵抗体321が設けられていない、すなわち第1二次電池ユニット30Aにのみ抵抗体321が設けられている。
FIG. 7 is a conceptual diagram of the fuel cell system of the fourth embodiment. As shown in FIG. 7, in the fuel cell system of the present embodiment, the
図8は、本第4実施形態の二次電池暖機制御の流れを示すフローチャートである。図8に示すように、第1、第2二次電池3A、3Bの充放電パターン設定(S140)の後で、第2二次電池3Bにより補機類(圧縮機モータ61、ウォータポンプ等)を始動させる(S152)。ここで、低温時において、抵抗体321が設けられていない第2二次電池ユニット30Bの第2二次電池3Bにより補機を始動するように構成することで、低温時の始動電力を確保することができる。さらに、第2二次電池ユニット30Bには抵抗体321が設けられていないので、車両が低温始動するために必要な電力をより確実に供給でき、かつ部品点数を低減することができる。
FIG. 8 is a flowchart showing a flow of secondary battery warm-up control according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 8, after the charge / discharge pattern setting (S140) of the first and second
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態について図9および図10に基づいて説明する。以下、上記第4実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略し、上記第4実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described based on FIG. 9 and FIG. Hereinafter, the same parts as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only parts different from those in the fourth embodiment will be described.
図9は、本第5実施形態の燃料電池システムの概念図である。図9に示すように、本実施形態の第2二次電池ユニット30Bには、電力を供給されることによって発熱する電気ヒータ38が設けられている。電気ヒータ38は、第2二次電池3Bに対して並列接続されているとともに、第2二次電池3Bと熱的に接触している。このため、電気ヒータ38の発熱により、第2二次電池3Bが加熱されるようになっている。また、第2二次電池ユニット30Bには、電気ヒータ38への電力の供給と停止とを切り替える第3スイッチ39が設けられている。
FIG. 9 is a conceptual diagram of the fuel cell system of the fifth embodiment. As shown in FIG. 9, the second
図10は、本第5実施形態の二次電池暖機制御の流れを示すフローチャートである。図10に示すように、第1、第2二次電池温度TB1、TB2および各二次電池3A、3Bの充電状態SOCの検出(S111)の前に、第1、第2スイッチ8a、8bを閉状態(オン)にするとともに、第3スイッチ39を開状態(オフ)にし(S101)、電気ヒータ38に電力が供給されないようにする。
FIG. 10 is a flowchart showing a flow of secondary battery warm-up control of the fifth embodiment. As shown in FIG. 10, before the detection of the first and second secondary battery temperatures T B1 and T B2 and the state of charge SOC of each of the
また、燃料電池1により補機類を作動し、当該燃料電池車両の走行を開始させた(S170)後で、第1、第2スイッチ8a、8bを開状態(オフ)にするとともに、第3スイッチ39を閉状態(オン)にし(S171)、電気ヒータ38に電力が供給されるようにする。これにより、電気ヒータ38が発熱するため、第2二次電池3Bを加熱することができる。
In addition, after the auxiliary equipment is operated by the
また、第1、第2二次電池温度TB1、TB2が、ともに基準温度TL以上になっているか否かの判定処理S191の後で、第1、第2スイッチ8a、8bを閉状態(オン)にするとともに、第3スイッチ39を開状態(オフ)にし(S193)、電気ヒータ38に電力が供給されないようにする。これにより、電気ヒータ38の発熱が停止するため、第2二次電池3Bへの加熱が停止される。
In addition, the first and
本実施形態では、第2二次電池ユニット30Bに第2二次電池3Bを加熱する電気ヒータ38を設けることで、二次電池暖機モードにおいて、第2二次電池3Bを早期に加熱することができる。
In the present embodiment, by providing the second
(第6実施形態)
次に、本発明の第6実施形態について図11および図12に基づいて説明する。本実施形態は、本発明を内燃機関およびモータジェネレータを走行用駆動源とするハイブリッド自動車に適用した実施例である。以下、上記第5実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略し、上記第5実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The present embodiment is an example in which the present invention is applied to a hybrid vehicle using an internal combustion engine and a motor generator as a driving source for traveling. Hereinafter, the same parts as those in the fifth embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only parts different from those in the fifth embodiment will be described.
図11は、本第6実施形態のハイブリッド自動車の概念図である。図11に示すように、ハイブリッド自動車は、走行用駆動源として内燃機関91およびモータジェネレータ5を備えている。モータジェネレータ5には第1、第2二次電池3A、3Bからインバータ4を介して給電される。
FIG. 11 is a conceptual diagram of the hybrid vehicle of the sixth embodiment. As shown in FIG. 11, the hybrid vehicle includes an
発電機92は、第1、第2二次電池3A、3Bの充電残量が所定値以下になったときに、内燃機関91に駆動されて発電を行うようになっている。この発電機92の発電電力は第1、第2DC−DCコンバータ2A、2Bを介して第1、第2二次電池3A、3Bに供給され、これにより第1、第2二次電池3A、3Bの充電が行われる。
The
図12は、本第6実施形態の二次電池暖機制御の流れを示すフローチャートである。図12に示すように、第1、第2二次電池3A、3Bの充放電パターン設定S140の後で、第2二次電池3Bから供給された電力により内燃機関91のクランキングを開始し(S153)、内燃機関91が始動したか否かを判定する(S161)。
FIG. 12 is a flowchart showing a flow of secondary battery warm-up control according to the sixth embodiment. As shown in FIG. 12, after charge / discharge pattern setting S140 of the first and second
S161の判定処理の結果、内燃機関91が始動していないと判定された場合には(S161:NO)、S153に戻る。一方、内燃機関91が始動したと判定された場合には(S161:YES)、内燃機関91および発電機92の発電電力により、当該ハイブリッド自動車の走行を開始させる(S162)。
If it is determined that the
また、S121の判定処理の結果、第1、第2二次電池温度TB1、TB2が、ともに基準温度TL以上になっていると判定された場合(S121:YES)、および第1、第2スイッチ8a、8bを閉状態(オン)にするとともに、第3スイッチ39を開状態(オフ)にする処理(S193)の後は、通常のハイブリッド走行を開始する(S131)。
As a result of the determination process of S121, when it is determined that the first and second secondary battery temperatures T B1 and T B2 are both equal to or higher than the reference temperature T L (S121: YES), After the
本実施形態のように、本発明をハイブリッド自動車に適用しても、上記第5実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。 As in the present embodiment, even when the present invention is applied to a hybrid vehicle, the same effect as in the fifth embodiment can be obtained.
(第7実施形態)
次に、本発明の第7実施形態について図13に基づいて説明する。以下、上記第1実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略し、上記第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Hereinafter, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only parts different from those in the first embodiment will be described.
図13は、本第7実施形態の燃料電池システムの概念図である。図13に示すように、本実施形態の抵抗体321は、二次電池3のバッテリモジュール31と熱的に接触しており、通電により発熱することで二次電池3を加熱するように構成されている。また、二次電池3には、二次電池3の温度を検出する蓄電側温度検出手段としての温度センサ7が設けられている。
FIG. 13 is a conceptual diagram of the fuel cell system of the seventh embodiment. As shown in FIG. 13, the
抵抗体321は、遷移金属酸化物により構成される半導体であって、本実施形態では、CTR基準温度より低温のときの抵抗値が二次電池3の内部抵抗より高くなり、CTR基準温度より高温のときの抵抗値が二次電池3の内部抵抗より低くなるCTRサーミスタを用いている。また、本実施形態の抵抗体321のCTR基準温度は、二次電池3の使用温度範囲内の温度になっている。
The
また、抵抗体321には、電流の導通と遮断とを切り替えるスイッチ40が並列接続されている。本実施形態の燃料電池システムは、充電時かつ温度センサ7により検出された二次電池3の温度が予め定めた基準温度以下の場合に、スイッチ40を切り替えて電流を遮断するように構成されている。
The
これにより、充電時かつ二次電池3が基準温度以下の低温の場合には、二次電池3の暖機を行うことができるとともに、二次電池3が基準温度を上回る高温の場合には、二次電池3の暖機を終了し過加熱を防止することができる。また、二次電池3が放電時はスイッチ40が導通しており電流が流れるため、外部機器への放電能力が低下することを抑制できる。
Thereby, when charging and when the
(第8実施形態)
次に、本発明の第8実施形態について図14〜図17に基づいて説明する。以下、上記第1実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略し、上記第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Eighth embodiment)
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Hereinafter, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only parts different from those in the first embodiment will be described.
図14は、本第8実施形態の燃料電池システムの概念図である。図14に示すように、本実施形態の抵抗体321は、二次電池3のバッテリモジュール31と熱的に接触しており、通電により発熱することで二次電池3を加熱するように構成されている。
FIG. 14 is a conceptual diagram of the fuel cell system according to the eighth embodiment. As shown in FIG. 14, the
抵抗体321は、遷移金属酸化物により構成される半導体であって、本実施形態では、CTR基準温度より低温のときの抵抗値が二次電池3の内部抵抗より高くなり、CTR基準温度より高温のときの抵抗値が二次電池3の内部抵抗より低くなるCTRサーミスタを用いている。また、本実施形態の抵抗体321のCTR基準温度は、二次電池3の使用温度範囲内の温度になっている。
The
抵抗体321には、電流を一方向のみに流すダイオード41が並列接続されている。本実施形態のダイオード41は、二次電池3の放電時には当該ダイオード41に流れる電流を許容し、二次電池3の充電時には当該ダイオード41に流れる電流を遮断するように構成されている。したがって、ダイオード41は、電流の導通と遮断とが選択可能になっており、本発明の導通遮断選択手段に相当している。
A
二次電池3には、抵抗体321の温度を検出する抵抗体温度検出手段としての抵抗体温度センサ70が設けられている。また、抵抗体温度センサ70からの抵抗体温度信号は、制御部100に入力される。本実施形態の制御部100は、抵抗体温度センサ70によって検出された抵抗体321の温度に基づいて、抵抗体321の抵抗値を算出するように構成されている。
The
また、本実施形態の制御部100は、二次電池3の温度が低温、かつ抵抗体321の抵抗値が低い場合に、二次電池3の暖機を終了するように構成されている。これにより、抵抗体321のみが加熱され抵抗値が低く、二次電池3の温度が低く充電容量が小さい場合に、二次電池3の過充電を抑制することができる。
In addition, the
また、本実施形態の制御部100は、温度センサ7により検出された二次電池3の温度に基づいて、二次電池3の放電容量および充電容量を算出し、放電時および充電時に流すことができる最大の電流値を算出するように構成されている。これにより、過電流による過放電および過充電を防止することができる。
In addition, the
図15は、本第8実施形態における二次電池3を示す分解斜視図である。図15に示すように、バッテリモジュール31の端子311上には、抵抗体321およびダイオード41が配設されている。本実施形態では、各バッテリモジュール31における2つの端子311のうち一方の端子311上にのみ、抵抗体321およびダイオード41が配設されている。また、抵抗体321およびダイオード41は、端子311と一体化されている。
FIG. 15 is an exploded perspective view showing the
図16は、本第8実施形態の他の例を示す透過斜視図である。図16に示すように、ダイオード41はバッテリモジュール31の内部に設けることもできる。
FIG. 16 is a transparent perspective view showing another example of the eighth embodiment. As shown in FIG. 16, the
図17は、本第8実施形態の二次電池暖機制御の流れを示すフローチャートである。図17に示すように、燃料電池1により補機類を作動し、燃料電池車両の走行を開始させた(S170)後、抵抗体温度センサ70で抵抗体321の温度TRを検出し、検出された抵抗体温度TRに基づいて抵抗体321の抵抗値を算出する(S173)。
FIG. 17 is a flowchart showing the flow of secondary battery warm-up control according to the eighth embodiment. As shown in FIG. 17, the auxiliary machinery operated by the
続いて、抵抗体321の最大発熱量Qmaxを算出する(S174)。具体的には、S110で検出された二次電池温度TBに基づいて、二次電池3に流れ得る最大電流値を算出した後、当該最大電流値、およびS173で算出された抵抗体321の抵抗値に基づいて、抵抗体321の最大発熱量Qmaxを算出する。
Subsequently, the maximum heat generation amount Q max of the
続いて、二次電池3の授受可能な電力量に、S174で算出された抵抗体321の最大発熱量Qmaxを加算し(S175)、S180以下の処理を行う。
Subsequently, the maximum heat generation amount Q max of the
なお、上記実施形態における構成と特許請求の範囲の構成との対応関係について説明すると、S173が抵抗値算出手段に相当し、S174が最大発熱量算出手段に相当し、S175が発熱量加算手段に相当する。 The correspondence relationship between the configuration of the above embodiment and the configuration of the claims will be described. S173 corresponds to resistance value calculation means, S174 corresponds to maximum heat generation amount calculation means, and S175 corresponds to heat generation amount addition means. Equivalent to.
以上説明したように、二次電池3の放電時には電流を導通させ、二次電池3の充電時には電流を遮断するダイオード41を設けることにより、二次電池3の放電時に、二次電池3および抵抗体321が低温である場合には、ダイオード41に電流が流れるので、抵抗体321に電流が流れることにより補機類への放電能力が低下することを抑制できる。一方、二次電池3の充電時に、二次電池3および抵抗体321が低温である場合には、ダイオード41に電流が流れず、抵抗体321のみに電流が流れるので、二次電池3の暖機を行うことができる。
As described above, by providing the
また、二次電池3の放電時に、二次電池3および抵抗体321が高温である場合、抵抗値が低下した抵抗体321およびダイオード41に電流が流れるので、補機類への放電を良好に行うことができる。一方、二次電池3の充電時に、二次電池3および抵抗体321が高温である場合、ダイオード41に電流が流れず、抵抗体321のみに電流が流れるが、抵抗体321の抵抗値が低下しているため、補機類への放電能力が低下することを抑制できる。
In addition, when the
したがって、本実施形態によれば、二次電池3の放電容量を確保しつつ、二次電池3を過加熱することなく速やかに加熱昇温させることが可能となる。
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to quickly raise the temperature of the
また、二次電池3の授受可能な電力量に抵抗体321の最大発熱量を加算することにより、抵抗体321が消費する電力量を考慮して、充電時に二次電池3に送られる電力量を調整することができる。これにより、二次電池3の暖機性を向上させることができる。
In addition, by adding the maximum amount of heat generated by the
(第9実施形態)
次に、本発明の第9実施形態について図18および図19に基づいて説明する。以下、上記第3実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略し、上記第3実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Ninth embodiment)
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Hereinafter, the same parts as those in the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only parts different from those in the third embodiment will be described.
図18は、本第9実施形態の燃料電池システムの概念図である。図18に示すように、本実施形態には、蓄電手段としての二次電池3、温度センサ7および抵抗体321の温度を検出するための抵抗体温度センサ70とからなる2つの二次電池ユニット30A、30Bが設けられている。すなわち、本実施形態の燃料電池システムは、第1二次電池3A、第1温度センサ7A、および第1抵抗体温度センサ70Aを有する第1二次電池ユニット3Aと、第2二次電池3B、第2温度センサ7Bおよび第2抵抗体温度センサ70Bを有する第2二次電池ユニット3Bとを備えている。
FIG. 18 is a conceptual diagram of the fuel cell system of the ninth embodiment. As shown in FIG. 18, in this embodiment, two secondary battery units including a
ここで、第1二次電池3A内に配設される抵抗体321を第1抵抗体321Aといい、第2二次電池3B内に配設される抵抗体321を第2抵抗体321Bという。
Here, the
第1、第2抵抗体温度センサ70A70Bからの抵抗体温度信号は、制御部100に入力される。本実施形態の制御部100は、第1抵抗体温度センサ70Aによって検出された第1抵抗体321Aの温度TR1に基づいて第1抵抗体321Aの抵抗値を算出するとともに、第2抵抗体温度センサ70Bによって検出された第2抵抗体321Bの温度に基づいて第2抵抗体321Bの抵抗値を算出するように構成されている。
Resistor temperature signals from the first and second resistor temperature sensors 70A70B are input to the
第1、第2二次電池3A、3Bは、複数のバッテリモジュール31をそれぞれ備えている。第1二次電池3Aの各バッテリモジュール31は、電流を一方向のみに流す第1ダイオード41Aを有している。第1ダイオード41Aは、第1抵抗体321Aに対して並列接続されている。また、第2二次電池3Bの各バッテリモジュール31は、電流を一方向のみに流す第2ダイオード41Bを有している。第2ダイオード41Bは、第2抵抗体321Bに対して並列接続されている。
Each of the first and second
第1ダイオード41Aは、第1二次電池3Aの放電時には当該第1ダイオード41Aに流れる電流を許容し、第1二次電池3Aの充電時には当該第1ダイオード41Aに流れる電流を遮断するように構成されている。第2ダイオード41Bは、第2二次電池3Bの放電時には当該第2ダイオード41Bに流れる電流を許容し、第2二次電池3Bの充電時には当該第2ダイオード41Bに流れる電流を遮断するように構成されている。したがって、第1、第2ダイオード41A、41Bは、電流の導通と遮断とが選択可能になっており、本発明の導通遮断選択手段に相当している。
The
図19は、本第9実施形態の二次電池暖機制御の流れを示すフローチャートである。図19に示すように、燃料電池1により補機類を作動し、燃料電池車両の走行を開始させた(S170)後、第1抵抗体温度センサ70Aで第1抵抗体321Aの温度TR1を検出し、検出された抵抗体温度TR1に基づいて第1抵抗体321Aの抵抗値を算出するとともに、第2抵抗体温度センサ70Bで第2抵抗体321Bの温度TR2を検出し、検出された抵抗体温度TR2に基づいて第2抵抗体321Bの抵抗値を算出する(S173A)。
FIG. 19 is a flowchart showing a flow of secondary battery warm-up control according to the ninth embodiment. As shown in FIG. 19, after the auxiliary devices are operated by the
続いて、第1、第2抵抗体321A、321Bの最大発熱量Qmax1、Qmax2を算出する(S174A)。具体的には、S111で検出された第1二次電池温度TB1に基づいて、第1二次電池3Aに流れ得る最大電流値を算出した後、当該最大電流値、およびS173Aで算出された第1抵抗体321Aの抵抗値に基づいて、第1抵抗体321Aの最大発熱量Qmax1を算出するとともに、S111で検出された第2二次電池温度TB2に基づいて、第2二次電池3Bに流れ得る最大電流値を算出した後、当該最大電流値、およびS173Aで算出された第2抵抗体321Bの抵抗値に基づいて、第2抵抗体321Bの最大発熱量Qmax2を算出する。
Subsequently, the maximum heat generation amounts Q max1 and Q max2 of the first and
続いて、第1二次電池3Aの授受可能な電力量に、S174Aで算出された第1抵抗体321Aの最大発熱量Qmax1を加算するとともに、第2二次電池3Bの授受可能な電力量に、S174Aで算出された第2抵抗体321Bの最大発熱量Qmax2を加算する(S175A)。
Subsequently, the maximum heat generation amount Q max1 of the
続いて、第1スイッチ8aおよび第2スイッチ8bを開状態(オフ)にし(S176)、S181以下の処理を行う。
Subsequently, the
なお、上記実施形態における構成と特許請求の範囲の構成との対応関係について説明すると、S173Aが抵抗値算出手段に相当し、S174Aが最大発熱量算出手段に相当し、S175Aが発熱量加算手段に相当する。 The correspondence between the configuration in the above embodiment and the configuration of the claims will be described. S173A corresponds to the resistance value calculation means, S174A corresponds to the maximum heat generation amount calculation means, and S175A corresponds to the heat generation amount addition means. Equivalent to.
以上説明したように、第1、第2二次電池ユニット30A、30Bのそれぞれに抵抗体321およびダイオード41を設けることで、第1、第2二次電池3A、3Bの放電容量を確保しつつ、第1、第2二次電池3A、3Bを過加熱することなく速やかに加熱昇温させることが可能となる。
As described above, by providing the
また、第1、第2二次電池3A、3Bの授受可能な電力量に第1、第2抵抗体321A、321Bの最大発熱量を加算することにより、第1、第2抵抗体321A、321Bが消費する電力量を考慮して、充電時に第1、第2二次電池3A、3Bに送られる電力量を調整することができる。これにより、第1、第2二次電池3A、3Bの暖機性を向上させることができるとともに、第1、第2二次電池3A、3Bに必要以上の電流が流れることを防止できるので、過電流による第1、第2二次電池3A、3Bの過充電を抑制することが可能となる。
Further, the first and
(第10実施形態)
次に、本発明の第10実施形態について図20に基づいて説明する。以下、上記第8実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略し、上記第8実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(10th Embodiment)
Next, a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Hereinafter, the same parts as those in the eighth embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only parts different from those in the eighth embodiment will be described.
図20は、本第10実施形態の燃料電池システムの概念図である。図20に示すように、抵抗体321には、正の温度抵抗特性、すなわち温度が上昇するにつれて抵抗値が大きくなり、かつ温度が予め定めた基準温度(以下、PTC基準温度という)より高くなると抵抗値が急激に増大する正特性抵抗体42が電気的に直列接続されている。本実施形態では、正特性抵抗体42は、ダイオード41に対しても直列接続されている。
FIG. 20 is a conceptual diagram of the fuel cell system of the tenth embodiment. As shown in FIG. 20, the
正特性抵抗体42は、遷移金属酸化物により構成される半導体であって、本実施形態では、PTC基準温度より低温のときの抵抗値が二次電池3の内部抵抗より低くなり、PTC基準温度より高温のときの抵抗値が二次電池3の内部抵抗より高くなり、かつPTC基準温度がCTR基準温度より高く設定されている正特性サーミスタ(PTC素子)を用いている。また、本実施形態の正特性抵抗体42のPTC基準温度は、二次電池3の使用温度範囲の高温限界付近の温度になっている。
The positive
以上説明したように、正の温度抵抗特性を有する正特性抵抗体42が二次電池3の使用温度範囲にある場合には、電気抵抗が小さくなり、ジュール熱による損失が小さいので、正特性抵抗体42が二次電池3の放電能力に与える影響は小さい、すなわち二次電池3の放電能力はほとんど低下しない。一方、正特性抵抗体42が二次電池3の使用温度範囲以上の高温になる場合には、電気抵抗が大きくなり、正特性抵抗体42を流れる電流が小さくなる。このため、正特性抵抗体42に対して直列接続された抵抗体321に流れる電流が小さくなるので、二次電池3の過加熱、および使用温度範囲以上の高温での使用を抑制することが可能となる。
As described above, in the case where the positive
(第11実施形態)
次に、本発明の第11実施形態について図21に基づいて説明する。以下、上記第1実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略し、上記第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Eleventh embodiment)
Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Hereinafter, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only parts different from those in the first embodiment will be described.
図21は、本第11実施形態における二次電池3を示す分解斜視図である。図21に示すように、二次電池3のバッテリモジュール31と抵抗体321とを電気的に接続するバスバー32には、当該バスバー32と空気との熱伝達を促進するフィン43が接合されている。
FIG. 21 is an exploded perspective view showing the
このフィン43は、伝熱性に優れる金属の薄板を波状に折り曲げて形成されたコルゲートフィンである。本実施形態では、フィン43は、バスバー32における集電伝熱板32と端子311とを接続する帯状の部位(以下、帯状部320という)に配設されている。なお、バスバー32が本発明の接続手段に相当し、フィン43が伝熱促進手段に相当している。
The
以上説明したように、バスバー32にフィン43を設けることで、フィン43により、燃料電池1の排熱を空気を介して回収し、二次電池3に伝達させることができる。このため、抵抗体321と併用して、燃料電池1の排熱を二次電池3の暖機に利用することができるので、二次電池3を速やかに加熱昇温させることが可能となる。
As described above, by providing the
(第12実施形態)
次に、本発明の第12実施形態について図22に基づいて説明する。以下、上記第8実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略し、上記第8実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Twelfth embodiment)
Next, a twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Hereinafter, the same parts as those in the eighth embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only parts different from those in the eighth embodiment will be described.
図22は、本第12実施形態における二次電池3を示す分解斜視図である。図22に示すように、二次電池3のバッテリモジュール31における抵抗体321およびダイオード41が配設された端子311と、隣接する他のバッテリモジュール31の端子311とを電気的に接続するバスバー32には、当該バスバー32と空気との熱伝達を促進するフィン43が接合されている。
FIG. 22 is an exploded perspective view showing the
このフィン43は、伝熱性に優れる金属の薄板を波状に折り曲げて形成されたコルゲートフィンである。なお、バスバー32が本発明の接続手段に相当し、フィン43が伝熱促進手段に相当している。
The
以上説明したように、バスバー32にフィン43を設けることで、フィン43により、燃料電池1の排熱を空気を介して回収し、二次電池3に伝達させることができる。このため、抵抗体321と併用して、燃料電池1の排熱を二次電池3の暖機に利用することができるので、二次電池3を速やかに加熱昇温させることが可能となる。
As described above, by providing the
(第13実施形態)
次に、本発明の第13実施形態について図23に基づいて説明する。以下、上記第12実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略し、上記第12実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(13th Embodiment)
Next, a thirteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Hereinafter, the same parts as those in the twelfth embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only parts different from those in the twelfth embodiment will be described.
図23は、本第13実施形態におけるバスバー32を示す拡大斜視図である。図23に示すように、バスバー32には、フィン43が接合されているとともに、抵抗体321およびダイオード41が一体化されている。本実施形態においても、上記第11実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
FIG. 23 is an enlarged perspective view showing the
(他の実施形態)
なお、上記各実施形態では、抵抗体321としてCTRサーミスタを用いたが、これに限らず、NTCサーミスタを用いてもよい。
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, a CTR thermistor is used as the
また、上記各実施形態では、抵抗体321として遷移金属酸化物により構成される半導体を用いたが、導電物質と絶縁物質とで構成される複合材料を用いてもよい。
In each of the above embodiments, a semiconductor made of a transition metal oxide is used as the
また、上記第4〜第6実施形態では、抵抗体321を有する第1二次電池ユニット30Aと、抵抗体321を有しない第2二次電池ユニット30Bを、1つずつ設けた例について説明したが、これに限らず、第1、第2二次電池ユニット30A、30Bを2つ以上ずつ設けるようにしてもよいし、第1、第2二次電池ユニット30A、30Bのうちいずれか一方を2つ以上設け、他方を1つ設けるようにしてもよい。
In the fourth to sixth embodiments, examples in which the first
また、上記第8〜第10、第12、第13実施形態では、抵抗体温度センサ70により抵抗体321の温度TRを検出し、この抵抗体温度TRから抵抗体321の抵抗値を間接的に算出した例について説明したが、これに限らず抵抗体321の抵抗値を検出する抵抗値センサを設け、抵抗体321の抵抗値を直接検出してもよい。この場合、抵抗体321の抵抗値を容易に検出することができる。
Also, the eighth to tenth, twelfth, the thirteenth embodiment, the
また、上記第9実施形態では、第1、第2二次電池ユニット30A、30Bの両方に抵抗体321およびダイオード41を設けた例について説明したが、これに限らず、第1、第2二次電池ユニット30A、30Bのうち一方の二次電池ユニットにのみ、抵抗体321およびダイオード41を設けてもよい。
Moreover, although the said 9th Embodiment demonstrated the example which provided the
また、上記第10実施形態では、正特性抵抗体42として遷移金属酸化物により構成される半導体を用いたが、導電物質と絶縁物質とで構成される複合材料を用いてもよい。
In the tenth embodiment, a semiconductor composed of a transition metal oxide is used as the positive
また、上記第9実施形態では、第1、第2二次電池ユニット3A、3Bに搭載される蓄電手段として共に二次電池を用いた例を説明したが、これに限らず、複数のユニットのうち、少なくとも1つのユニットに搭載される蓄電手段として二次電池を用いれば、他のユニットに搭載される蓄電手段としてコンデンサを用いてもよい。
Moreover, although the said 9th Embodiment demonstrated the example which used the secondary battery as both the electrical storage means mounted in 1st, 2nd
また、上記第10実施形態では、正特性抵抗体42を、抵抗体321およびダイオード41に対して直列接続した例について説明したが、これに限らず、抵抗体321に対しては直列接続し、ダイオード41に対しては並列接続してもよい。
In the tenth embodiment, the example in which the positive
この場合、充電時にはダイオード41に流れる電流が遮断されるので、電流は抵抗体321および正特性抵抗体42側に流れるが、高温時には正特性抵抗体42の電気抵抗が大きくなるため、抵抗体321に流れる電流を抑制することができる。したがって、二次電池3の過加熱を抑制することができる。一方、放電時にはダイオード41に電流が流れるので、高温時には正特性抵抗体42の電気抵抗が大きくなったとしても、二次電池3の放電を行うことができる。
In this case, since the current flowing through the
また、上記各実施形態は、上記した範囲以外にも、可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。 Moreover, you may combine each said embodiment suitably in the possible range besides the above-mentioned range.
3 二次電池(蓄電手段)
30A 第1二次電池ユニット(第1蓄電ユニット)
30B 第2二次電池ユニット(第2蓄電ユニット)
32 バスバー(接続手段)
38 電気ヒータ(発熱体)
41 ダイオード(導通遮断選択手段)
43 フィン(伝熱促進手段)
321 抵抗体
3 Secondary battery (electric storage means)
30A First secondary battery unit (first power storage unit)
30B Second secondary battery unit (second power storage unit)
32 Bus bar (connection means)
38 Electric heater (heating element)
41 Diode (conduction cutoff selection means)
43 Fins (heat transfer promotion means)
321 resistor
Claims (9)
負の温度抵抗特性を有するとともに、通電により発熱する抵抗体(321)と、
前記抵抗体(321)に対して並列接続され、電流の導通と遮断とを選択可能な導通遮断選択手段(41)とを備え、
前記抵抗体(321)は前記蓄電手段(3)と熱的に接触しており、前記抵抗体(321)の発熱により前記蓄電手段(3)が加熱されるように構成されており、
前記抵抗体(321)は、予め定めた基準温度を上回ると電気抵抗値が急激に減少するように構成されており、
当該車両用蓄電手段の加熱装置は、さらに、
前記抵抗体(321)の抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、
前記蓄電手段(3)の温度を検出する蓄電側温度検出手段(7)と、
前記蓄電側温度検出手段(7)により検出された前記蓄電手段(3)の温度に基づいて、前記蓄電手段(3)に流れ得る最大電流値を算出した後、前記抵抗値算出手段(70)により算出された前記抵抗体(321)の抵抗値と前記最大電流値とに基づいて、前記抵抗体(321)の最大発熱量を算出する最大発熱量算出手段(S174)と、
前記蓄電手段(3)の授受可能な電力量に前記最大発熱量を加算する発熱量加算手段(S175)とを備えることを特徴とする車両用蓄電手段の加熱装置。 A heating device for a vehicle power storage means mounted on a vehicle equipped with a power storage means (3) that can be charged and stored,
A resistor (321) having negative temperature resistance characteristics and generating heat upon energization;
A conduction cutoff selection means (41) connected in parallel to the resistor (321) and capable of selecting between conduction and cutoff of a current;
The resistor (321) is in thermal contact with the power storage means (3), and is configured such that the power storage means (3) is heated by the heat generated by the resistor (321).
The resistor (321) is configured such that an electrical resistance value decreases rapidly when a predetermined reference temperature is exceeded ,
The heating device for the power storage means for the vehicle further includes:
Resistance value calculating means for calculating a resistance value of the resistor (321);
Power storage side temperature detection means (7) for detecting the temperature of the power storage means (3);
Based on the temperature of the power storage means (3) detected by the power storage side temperature detection means (7), after calculating the maximum current value that can flow to the power storage means (3), the resistance value calculation means (70) A maximum heat generation amount calculation means (S174) for calculating a maximum heat generation amount of the resistor (321) based on the resistance value of the resistor (321) and the maximum current value calculated by
A heating device for a power storage means for a vehicle , comprising: a heat generation amount addition means (S175) for adding the maximum heat generation amount to an amount of electric power that can be transmitted and received by the power storage means (3) .
前記抵抗値算出手段は、前記抵抗体温度検出手段(70)により検出された前記抵抗体の温度に基づいて抵抗値を算出することを特徴とする請求項1に記載の車両用蓄電手段の加熱装置。 Resistor temperature detecting means ( 70 ) for detecting the temperature of the resistor (321);
The resistance value calculated hand stage, the vehicle storage means according to claim 1, characterized in that to calculate the resistance value based on the temperature of the resistor detected by the resistor temperature detector (70) Heating device.
前記複数の蓄電ユニット(30A、30B)のうち少なくとも1つの蓄電ユニット(30A、30B)に、前記抵抗体(321)および前記導通遮断選択手段(41)が設けられていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の車両用蓄電手段の加熱装置。 A plurality of power storage units (30A, 30B) having the power storage means (3A, 3B);
The at least one power storage unit (30A, 30B) among the plurality of power storage units (30A, 30B) is provided with the resistor (321) and the conduction cutoff selection means (41). Item 5. The heating device for vehicle power storage means according to any one of Items 1 to 4 .
前記バッテリモジュール(31)は、前記抵抗体(321)と熱的に接触しており、前記抵抗体(321)の発熱により加熱されるようになっていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の車両用蓄電手段の加熱装置。 Before SL storage means (3) are electrically in series by a plurality of battery modules (31) is constituted by said battery module (31) connecting means for electrically connecting to each other (32),
The battery module (31), said resistor body (321) is in thermal contact, we claim 1, characterized in that is adapted to be heated by the heat generation of the resistor (321) 3 The heating apparatus for the power storage means for a vehicle according to any one of the above .
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