(57)【要約】【課題】高電圧バッテリの劣化を抑制しつつ温調すること。【解決手段】車両用バッテリ温調装置は、互いに並列接続され、車両１を駆動するモータ１１に電力を供給し、所定の下限温度ＴＬ以上で使用可能な複数の高電圧バッテリ３０と、車両１に搭載される補機６０に電力を供給する低電圧バッテリ５０と、低電圧バッテリ５０から供給される電力により、複数の高電圧バッテリ３０の少なくとも１つを昇温可能に構成されるＰＴＣヒータ３０Ｃと、を含み、複数の高電圧バッテリ３０が下限温度ＴＬ未満である場合、ＰＴＣヒータ３０Ｃは、下限温度ＴＬまで同時に昇温可能な数Ｎの高電圧バッテリ３０を、低電圧バッテリ５０の電力により昇温させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに並列接続され、車両を駆動するモータに電力を供給し、所定の下限温度以上で使用可能な複数の高電圧バッテリと、
前記車両に搭載される補機に電力を供給する低電圧バッテリと、
前記低電圧バッテリから供給される電力により、複数の前記高電圧バッテリの少なくとも１つを昇温可能に構成されるバッテリ温調部と、を含み、
複数の前記高電圧バッテリが前記下限温度未満である場合、前記バッテリ温調部は、前記下限温度まで同時に昇温可能な数の前記高電圧バッテリを、前記低電圧バッテリの電力により昇温させる、車両用バッテリ温調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用バッテリ温調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、環境負荷低減の観点に着目し、内燃機関に代えて走行用動力源としてモータを利用する電気自動車、及び当該内燃機関と当該モータとを併用するハイブリッド自動車等の電動車両の開発が進んでいる。特に、これらの電動車両においては、当該モータを駆動するために駆動用のバッテリが搭載され、当該バッテリから当該モータへ電力を供給することにより、車両を走行するために必要となる動力が得られる。近年、このような電動車両に関し、トラック等の商用車の分野においても、その開発が行われている。例えば、特許文献１には、衝突安全性を向上することができる商用車向けのバッテリボックスの保持構造が開示されている。
【０００３】
このような電動車両に搭載される二次電池等の高電圧バッテリは、所定の使用可能温度範囲を有し、例えば０℃以下となる低温環境下では使用可能温度範囲外となることが一般的である。すなわち、上記のような高電圧バッテリは、低温下においては使用することができないか、又は使用できたとしても劣化が促進されるためバッテリ寿命の短縮につながる。従って、このような低温環境下で電動車両を始動するためには、バッテリ温度が使用可能温度範囲内となるよう始動前に高電圧バッテリを温調する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１１３０６３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、高電圧バッテリをＰＴＣヒータ等の電熱ヒータにより温調するためには電力が必要となるため、当該電力を高電圧バッテリから供給した場合には、低温環境下における高電圧バッテリの放電が必要となり、結果としてバッテリの劣化を引き起こすことになる。これに対し、補機類の駆動のために車両に搭載される１２Ｖ等の低電圧バッテリを用いることも考えられる。しかしながら、電動トラックなど、比較的長い航続距離を必要とする電動車両においては、要求されるバッテリ容量が大きいことに伴い、大型の高電圧バッテリが搭載されていることが多い。このため、電力量が小さい低電圧バッテリは、大型の高電圧バッテリを温調するだけの十分な電力を供給することができず、実質的に高電圧バッテリの温調を行うことができない虞が生じる。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高電圧バッテリの劣化を抑制しつつ温調することができる、車両用バッテリ温調装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る車両用バッテリ温調装置は、互いに並列接続され、車両を駆動するモータに電力を供給し、所定の下限温度以上で使用可能な複数の高電圧バッテリと、前記車両に搭載される補機に電力を供給する低電圧バッテリと、前記低電圧バッテリから供給される電力により、複数の前記高電圧バッテリの少なくとも１つを昇温可能に構成されるバッテリ温調部と、を含み、複数の前記高電圧バッテリが前記下限温度未満である場合、前記バッテリ温調部は、前記下限温度まで同時に昇温可能な数の前記高電圧バッテリを、前記低電圧バッテリの電力により昇温させる。
【０００８】
車両用バッテリ温調装置は、複数の高電圧バッテリが下限温度未満である場合であっても、比較的低温域で使用可能な低電圧バッテリの電力により少なくとも１つの高電圧バッテリを使用可能な温度範囲まで昇温させることができる。このため、高電圧バッテリは、バッテリの温度が下限温度未満の状態で放電されないように制御されると共に、同時に昇温されるバッテリ数が状況に応じて適切に算出されるため、低電圧バッテリの電力容量で高電圧バッテリを昇温できなくなる虞を低減することができる。従って、本発明に係る車両用バッテリ温調装置によれば、高電圧バッテリの劣化を抑制しつつ温調することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る車両のシステム構成図である。
【図２】高電圧バッテリが温調制御される場合の制御手順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、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施の形態の説明に用いる図面は、いずれも構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、または省略などを行っており、構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。
【００１１】
図１は、本発明に係る車両１のシステム構成図である。車両１は、例えば長距離の貨物輸送を行うトラックであり、電力で走行駆動する電気自動車（電動車両）である。また、車両１は、本実施形態においては、走行駆動システム１０、ＰＤＵ２０、複数の高電圧バッテリ３０、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０、低電圧バッテリ５０、補機６０、切替部７０、及びＶＣＵ８０を備える。尚、車両１は、上記の構成以外にも、従来のトラックが備える図示しないコンポーネントを適宜備えている。また、車両１は、トラックタイプに限定されるものではなく、走行駆動用の高電圧バッテリ３０を備えていれば、一般的な乗用自動車、バス、及びその他の自動車のタイプであってもよい。
【００１２】
走行駆動システム１０は、モータ１１、プロペラシャフト１２、差動装置１３、駆動軸１４、駆動輪１５、及びインバータ１６を含む。モータ１１は、例えば永久磁石同期電動機のように発電機としても作動可能な電動機である。また、モータ１１の出力軸はプロペラシャフト１２を介して差動装置１３が連結され、差動装置１３には駆動軸１４を介して左右の駆動輪１５が連結されている。そして、モータ１１には、直流電力と交流電力とを相互に変換可能なインバータ１６が接続されている。
【００１３】
走行駆動システム１０は、後述する高電圧バッテリ３０から高電圧の直流電力が供給されることにより、インバータ１６において当該直流電力が交流電力に変換されてモータ１１に供給され、モータ１１が発生させた駆動力が駆動輪１５に伝達されて車両１を走行させる。また、走行駆動システム１０は、例えば車両１の減速時や降坂路での走行時（回生走行時）には、駆動輪１５からの逆駆動によりモータ１１が発電機として作動する（回生運転）。モータ１１に発生した負側の駆動力は制動力として駆動輪１５に伝達されると共に、モータ１１が発電した交流電力がインバータ１６で直流電力に変換されて、後述する高電圧バッテリ３０に充電される。
【００１４】
ＰＤＵ２０は、高電圧バッテリ３０の他、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０を介して低電圧バッテリ５０に接続され、車両１に搭載された各種電動コンポーネントに電力を分配する配電部（Power Distribution Unit）である。
【００１５】
複数の高電圧バッテリ３０は、本実施形態においては、互いに並列接続される第１高電圧バッテリ３１〜第６高電圧バッテリ３６からなる。複数の高電圧バッテリ３０のそれぞれは、例えばリチウムイオンバッテリであり、所定の下限温度ＴＬ（例えば０℃）以上で使用可能な二次電池であり、例えば３５０Ｖの高電圧を出力することができる。尚、複数の高電圧バッテリ３０の数はこれに限定されるものではない。
【００１６】
ここで、複数の高電圧バッテリ３０のそれぞれには、コンタクタ３０Ａ、ＢＭＳ３０Ｂ、及び「バッテリ温調部」としてのＰＴＣヒータ３０Ｃが設けられている。コンタクタ３０Ａは、高電圧バッテリ３０の充放電時における双方向の導電路であり、高電圧バッテリ３０とＰＤＵ２０とを電気的に断接制御する。ＢＭＳ３０Ｂは、コンタクタ３０Ａの断接制御を管理すると共に、高電圧バッテリ３０の電圧Ｖや温度Ｔを検出することにより、対応する高電圧バッテリ３０を統括制御するバッテリ管理システム（battery management system）である。ＰＴＣヒータ３０Ｃは、高電圧バッテリ３０の温度Ｔが下限温度ＴＬ未満である場合に、当該高電圧バッテリ３０を昇温させる加熱装置である。尚、ＰＴＣヒータ３０Ｃは、本実施形態においては複数の高電圧バッテリ３０のそれぞれに設けられる形態を例示しているが、高電圧バッテリ３０の少なくとも１つを昇温可能に構成されていればよい。
【００１７】
ＤＣ−ＤＣコンバータ４０は、ＰＤＵ２０に接続され、ＰＤＵ２０から供給される高電圧（例えば２５０Ｖ）の直流電力を低電圧（例えば１２Ｖ）の直流電力に変換する電力変換装置である。
【００１８】
低電圧バッテリ５０は、例えば鉛バッテリであり、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０から供給される電力により充電されると共に、低電圧で動作する各種電装品等に低電圧の電力を供給する。ここで、低電圧バッテリ５０は、高電圧バッテリ３０よりも電力容量や出力電圧が低いものの、使用可能な温度範囲が広く、特に低温環境下においても安定して動作することができる。
【００１９】
補機６０は、車両１に搭載される電動機器のうち、例えば車内の空調、カーナビ、ワイパー、ヘッドライト、及びテールライト等、低電圧の電力で動作する各種機器である。
【００２０】
切替部７０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０又は低電圧バッテリ５０から低電圧の電力が入力されると共に、所望のＰＴＣヒータ３０Ｃに当該電力を出力できるよう出力先を切り替える。
【００２１】
ＶＣＵ８０は、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭなど）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタなどを備え、車両１に搭載される各種コンポーネントの状態を監視しつつ制御することにより、車両１の全体を統括制御する。例えば、ＶＣＵ８０は、ＢＭＳ３０Ｂを介して複数の高電圧バッテリ３０の電圧Ｖ及び温度Ｔを監視すると共に、それぞれの高電圧バッテリ３０の充放電を制御する。
【００２２】
次に、複数の高電圧バッテリ３０に対する温調制御について説明する。図２は、高電圧バッテリ３０が温調制御される場合の制御手順を示すフローチャートである。ＶＣＵ８０は、例えば車両１の始動時において図２の制御手順を実行することにより、車両１が低温環境下にある場合であっても、高電圧バッテリ３０を適切な温度範囲において使用できるよう制御する。
【００２３】
ここで、当該制御手順の開始時点においては、複数の高電圧バッテリ３０に付随する全てのコンタクタ３０Ａが開状態で電気的導通が遮断されているものとする。そして、温調制御の制御手順が開始されると、ＶＣＵ８０は、まずＢＭＳ３０Ｂを介して複数の高電圧バッテリ３０の温度Ｔを取得する（ステップＳ１）。
【００２４】
また、ＶＣＵ８０は、高電圧バッテリ３０の温度Ｔが下限温度ＴＬ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。
【００２５】
高電圧バッテリ３０の温度Ｔが下限温度ＴＬ以上であると判定された場合（ステップＳ２でＹｅｓ）、ＶＣＵ８０は、高電圧バッテリ３０が適切な温度範囲において使用可能であるものとして、温調制御を実行することなく一連の当該制御手順を終了する。
【００２６】
一方、高電圧バッテリ３０の温度Ｔが下限温度ＴＬ未満であると判定された場合（ステップＳ２でＮｏ）、ＶＣＵ８０は、温度Ｔと下限温度ＴＬとの差分の温度幅ΔＴ、及び低電圧バッテリ５０の電力容量に基づき、下限温度ＴＬまで同時に昇温可能な高電圧バッテリ３０の数Ｎを例えば必要熱容量を基準として算出する（ステップＳ３）。より具体的には、例えば、高電圧バッテリ３０の温度Ｔが−２０℃で、低電圧バッテリ５０の電力容量が７０Ａｈである場合、２個までの高電圧バッテリ３０であれば高電圧バッテリ３０を下限温度ＴＬである０℃まで同時に昇温させることができる。
【００２７】
高電圧バッテリ３０の数Ｎが算出されると、ＶＣＵ８０は、低電圧バッテリ５０を放電させると共に、低電圧バッテリ５０からＮ個のＰＴＣヒータ３０Ｃへ電力が供給されるように切替部７０を制御する。これにより、本実施形態においては、まずは２つのＰＴＣヒータ３０Ｃが、例えば第１高電圧バッテリ３１及び第２高電圧バッテリ３２を低電圧バッテリ５０の電力により下限温度ＴＬ＝０℃まで同時に昇温させる（ステップＳ４）。
【００２８】
第１高電圧バッテリ３１及び第２高電圧バッテリ３２は、ＰＴＣヒータ３０Ｃによる昇温が完了すると、適切な温度範囲において使用可能な状態となる。一方、低電圧バッテリ５０は、ステップＳ４における昇温により残容量が不足している可能性がある。そのため、残りの高電圧バッテリ３０に対する昇温は、使用可能な第１高電圧バッテリ３１及び第２高電圧バッテリ３２の電力により行われる（ステップＳ５）。
【００２９】
より具体的には、ＶＣＵ８０は、第１高電圧バッテリ３１及び第２高電圧バッテリ３２からそれぞれのコンタクタ３０Ａ及びＰＤＵ２０を介して高電圧の電力をＤＣ−ＤＣコンバータ４０へ供給させる制御を行う。また、ＶＣＵ８０は、当該高電圧の電力をＤＣ−ＤＣコンバータ４０において低電圧の電力に変換し、切替部７０を介して第３高電圧バッテリ３３〜第６高電圧バッテリ３６に対応するＰＴＣヒータ３０Ｃに出力させる制御を行う。これにより、第１高電圧バッテリ３１〜第６高電圧バッテリ３６の全てが使用可能な温度範囲に昇温される。
【００３０】
尚、高電圧バッテリ３０の昇温により低電圧バッテリ５０の残容量が不足する場合には、使用可能な状態に昇温された高電圧バッテリ３０の電力をＰＤＵ２０及びＤＣ−ＤＣコンバータ４０を介して供給することで、低電圧バッテリ５０を充電してもよい。また、全ての高電圧バッテリ３０が昇温された後、第１高電圧バッテリ３１〜第６高電圧バッテリ３６の互いの充電量（ＳＯＣ：State Of Charge）に不均衡が生じている場合には、公知のＳＯＣ均等化手法により適宜充電量の均等化を図る制御が行われる。
【００３１】
以上のように、本発明に係る車両用バッテリ温調装置は、複数の高電圧バッテリ３０が下限温度ＴＬ未満である場合であっても、比較的低温域で使用可能な低電圧バッテリ５０の電力により少なくとも１つの高電圧バッテリ３０を使用可能な温度範囲まで昇温させることができる。このため、高電圧バッテリ３０は、バッテリの温度Ｔが下限温度ＴＬ未満の状態で放電されないように制御されると共に、同時に昇温されるバッテリ数Ｎが状況に応じて適切に算出されるため、低電圧バッテリ５０の電力容量で高電圧バッテリ３０を昇温できなくなる虞を低減することができる。従って、本発明に係る車両用バッテリ温調装置によれば、高電圧バッテリの劣化を抑制しつつ温調することができる。
【００３２】
以上で本発明に係る電動車両の制御装置の実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば上記の実施形態では、第１高電圧バッテリ３１〜第６高電圧バッテリ３６の全てにＰＴＣヒータ３０Ｃが設けられる形態を例示したが、例えば、低電圧で動作するＰＴＣヒータ３０Ｃが第１高電圧バッテリ３１及び第２高電圧バッテリ３２だけに設けられ、第１高電圧バッテリ３１及び第２高電圧バッテリ３２の高電圧で動作するヒータが別途、第３高電圧バッテリ３３〜第６高電圧バッテリ３６に設けられてもよい。
【００３３】
また、複数の高電圧バッテリ３０の間で互いに熱量を伝達することができる公知のヒートパイプ等を設けることにより、まずはＰＴＣヒータ３０Ｃで第１高電圧バッテリ３１及び第２高電圧バッテリ３２を温調し、その後、第１高電圧バッテリ３１及び第２高電圧バッテリ３２を放電させることに伴う自己発熱の熱量で他の高電圧バッテリ３０を昇温させてもよい。また、ＰＴＣヒータを高電圧バッテリ毎に設けず、冷媒流路を適宜変更可能な高電圧バッテリ温調回路に低電圧バッテリ５０からも駆動可能なＰＴＣヒータが設けられていてもよい。このような実施形態においては、図２のステップＳ４において、低電圧バッテリ５０の電力で昇温可能な高電圧バッテリ３０間のみで冷媒が循環するように高電圧バッテリ温調回路の流路を制御すればよい。
【符号の説明】
【００３４】
１  車両
１１  モータ
２０  ＰＤＵ
３０  高電圧バッテリ
３０Ａ  コンタクタ
３０Ｂ  ＢＭＳ
３０Ｃ  ＰＴＣヒータ
４０  ＤＣ−ＤＣコンバータ
５０  低電圧バッテリ
６０  補機
７０  切替部
８０  ＶＣＵ
【図１】
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【図２】
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