(57)【要約】【課題】バッテリーとモーターを含む車両内において、エネルギーを効率的に管理する。【解決手段】この方法は、モーター16を使用して電気エネルギーを生成する工程と、バッテリー温度及びバッテリーの充電状態を判定する工程と、を有する。この方法は更に、バッテリーの充電状態が所定のバッテリー充電限界よりも低く且つバッテリー温度が下側充電効率温度よりも高いとき、バッテリーを同時に充電及び加熱するために、モーター１６からの電気エネルギーをバッテリー26へ加える工程、を更に含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーとモーターを持つ車両のためのエネルギーを管理する方法であって、
上記モーターを使用することにより電気エネルギーを生成する工程と、
バッテリー温度、バッテリー充電限界及び利用可能回生エネルギー総量を判定する工程と、
上記利用可能回生エネルギー総量が上記バッテリー充電限界よりも大きく且つ、上記バッテリー温度が下側充電効率温度より高いときに、上記バッテリーの充電及び加熱を同時に行うために、上記モーターからの電気エネルギーを上記バッテリーへ印加する工程と、を含む方法。
【請求項２】
上記バッテリー温度が上側充電効率温度よりも低いときに、上記バッテリーの充電及び加熱を同時に行うために、上記モーターからの電気エネルギーを上記バッテリーへ印加する工程、をさらに含む請求項１の方法。
【請求項３】
上記バッテリーの充電と加熱を同時に行うための、上記モーターからの電気エネルギーの上記バッテリーへの印加は、上記バッテリーへ加える熱を発生するヒーター装置へ上記モーターからの電気エネルギーを分配し且つ、充電のために上記バッテリーへ上記モーターからの電気エネルギーを分配することによって行われる請求項１又は２の方法。
【請求項４】
上記バッテリー温度が上記下側充電効率温度より低いときに、上記バッテリーを加熱するために上記モーターからの電気エネルギーを上記バッテリーへ印加する工程と、
上記利用可能回生エネルギー総量が上記バッテリー充電限界よりも低いとき、又は上記バッテリー温度が上記上側充電効率温度よりも高いときに、上記バッテリーを充電するために上記モーターからの電気エネルギーを上記バッテリーへ印加する工程と、をさらに含む請求項１乃至３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
上記バッテリー温度、バッテリー充電限界及び利用可能回生エネルギー総量の判定は、エネルギー管理装置及び温度センサーを用いることによって行われる請求項１乃至４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
上記エネルギー管理装置は、制御器を含む請求項５の方法。
【請求項７】
上記エネルギー管理装置は、エネルギー分配装置を含む請求項５又は６の方法。
【請求項８】
電気エネルギーを受けるように構成されたバッテリーと、
電気エネルギーを生成することができるモーターと、
上記バッテリー及びモーターと共に動作が可能であって、バッテリー温度とバッテリー充電限界とに基づいて上記バッテリーの充電及び加熱を同時に行うための信号を生成するために、バッテリー温度及びバッテリー充電状態を判定するように構成されたエネルギー管理装置と、を備える車両用エネルギー管理システム。
【請求項９】
上記エネルギー管理装置は、利用可能回生エネルギー総量が上記バッテリー充電限界よりも大きく且つ、上記バッテリー温度が下側充電効率温度より高いときに、上記バッテリーの充電及び加熱を同時に行うための信号を生成する請求項８のシステム。
【請求項１０】
上記エネルギー管理装置は、制御器とエネルギー分配装置とを含む請求項８又は９のシステム。
【請求項１１】
上記エネルギー管理装置は、上記バッテリー温度が上側充電効率温度より低いときに、上記バッテリーの充電及び加熱を同時に行うための信号を生成する請求項８乃至10のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項１２】
上記エネルギー管理装置は、上記バッテリー温度が上記下側充電効率温度よりも低いときに、上記バッテリーを加熱するための信号を生成する請求項８乃至11のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項１３】
上記エネルギー管理装置は、上記利用可能回生エネルギー総量が上記バッテリー充電限界よりも小さいとき、又は上記バッテリー温度が上記上側充電効率温度よりも高いときに、上記バッテリーを充電するための信号を生成する請求項８乃至12のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項１４】
上記エネルギー管理装置によって生成された信号を受け、上記バッテリーのための熱を発生するように構成されたヒーター装置をさらに備える請求項８のシステム
【請求項１５】
バッテリー温度、バッテリー充電限界及び利用可能回生エネルギー総量を判定するように構成されたエネルギー管理装置、バッテリー及びモーターを有する車両のためのエネルギーを管理する方法であって、
上記バッテリー温度及びバッテリー充電状態を判定する工程と、
上記モーターにおいて入力トルクを受ける工程と、
上記モーターを用いて上記入力トルクを電気エネルギーへと変換する工程と、
上記利用可能回生エネルギー総量がバッテリー充電限界よりも大きく且つ、上記バッテリー温度が下側充電効率温度よりも高いが上側充電効率温度よりは低いときに、上記バッテリーの充電及び加熱を同時に行うために、上記エネルギー管理装置を使用することにより、上記モーターからの電気エネルギーを上記バッテリーへ印加する工程と、を含む方法。
【請求項１６】
上記バッテリー温度が上記下側充電効率温度より低いときに、上記バッテリーを加熱するために、上記エネルギー管理装置を用いることにより、上記モーターからの電気エネルギーを上記バッテリーへ印加する工程と、
上記利用可能回生エネルギー総量が上記バッテリー充電限界よりも低いとき、又は上記バッテリー温度が上記上側充電効率温度よりも高いときに、上記バッテリーを充電するために上記モーターからの電気エネルギーを上記バッテリーへ印加する工程と、をさらに含む請求項15の方法。
【請求項１７】
上記バッテリーの充電と加熱を同時に行うための、上記モーターからの電気エネルギーの上記バッテリーへの印加は、上記バッテリーへ加える熱を発生するヒーター装置へ上記モーターからの電気エネルギーを分配し且つ、充電のために上記バッテリーへ上記モーターからの電気エネルギーを分配することによって行われる請求項15又は16の方法。
【請求項１８】
上記バッテリー温度、バッテリー充電限界及び利用可能回生エネルギー総量の判定は、上記エネルギー管理装置及び温度センサーを用いることによって行われる請求項15乃至17のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１９】
上記エネルギー管理装置は、制御器を含む請求項15乃至18のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２０】
上記エネルギー管理装置は、エネルギー分配装置を含む請求項15乃至19のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両内のバッテリーを充電及び加熱するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に知られているように、再充電可能なバッテリーが、様々な車両用途において、電気エネルギー蓄積のために用いられてきた。回生制動能力を持つ車両の場合、車両ドライバーによるブレーキ操作によって、そうでなければ熱として失われるであろうエネルギーが生成され、再充電のためにバッテリーへと供給される。車両が再び加速を始めると、バッテリーは、車両加速を補助するための動力源として用いられる。しかしながら、バッテリー性能は、バッテリーの内部と周囲の温度により影響されることが知られている。特に低温気候において、温度が低下するにつれて、バッテリーの電荷を受け入れる能力が低下する。結果として、車両は、低温気候において、制動エネルギーの回収能力が低下する。加えて、低温環境においては、様々な車両システム及び／又は部品に対して電力を供給するバッテリーの能力が、悪影響を受ける。電気自動車、ハイブリッド電気自動車及び燃料電池自動車の場合には、バッテリーが推進力を発生する主エネルギー源として用いられる場合があるため、不十分なバッテリー性能は、より重要な問題となる。そのような用途において、これら車両におけるバッテリー性能を向上させるために、バッテリーの温度は、動作可能温度範囲内に高められなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、通常のシステムにおいて、設計者は、バッテリー・ヒーターを組み込み、そして／又は、電流をバッテリーへ印加し、それにより、バッテリー温度を高めることのできるシステムを開発してきた。しかしながら、これらのシステムには、いくつかの問題がある。例えば、これらシステムは、エネルギーをバッテリーの充電とバッテリーの加熱とに適切に配分することができない。加えて、従来のシステムによっては、回生制動システムの使用により生成されたエネルギーは、許容できる期間内にバッテリーの加熱及び／又は充電に最適に配分されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、通常の車両エネルギー・マネージメント・システムの上記のものなどの欠点に鑑みて、着想されたものである。本発明は、低温気候中において、バッテリーが摩擦ブレーキでは熱として放散される制動エネルギーを利用するバッテリーとして、走行サイクル中により早く使用できるようにすることにより、車両全体の効率、つまり、燃料経済性を向上させる。また、本発明は、摩擦ブレーキの寿命を高めるという利点も持つ。
【０００５】
本発明は、バッテリーとモーターを含む車両内のエネルギーの効率的な管理のためのシステム及び方法を開示する。この方法は、モーターの使用により電気エネルギーを生成する工程と、バッテリー充電状態の関数であるバッテリー充電限界、バッテリー温度及び利用可能な回生エネルギー総量を判定する工程と、を有する。この方法は更に、利用可能な回生エネルギー総量がバッテリー充電限界よりも大きく且つ、バッテリー温度が下側充電効率温度よりも高いが上側充電効率温度よりも低いときに、バッテリーの充電と加熱を同時に行うために、モーターからの電気エネルギーをバッテリーに印加する工程、を含む。この方法は更に、バッテリー温度が下側充電効率温度よりも低いときに、バッテリーを加熱するために、モーターからの電気エネルギーをバッテリーへ印加する工程、を含む。加えて、この方法は、バッテリー温度が上側充電効率温度よりも高いときに、バッテリーを充電するために、モーターからの電気エネルギーをバッテリーへ印加する工程、を含む。また、この方法は、上記モーターにおいて入力トルクを受ける工程と、上記モーターを用いて上記入力トルクを電気エネルギーへと変換する工程とを含む。
【０００６】
電気エネルギーを受けるように構成されたバッテリーと電気エネルギーを生成することができるモーターとを含むエネルギー管理システムも提供される。エネルギー管理システムは更に、バッテリー及びモーターと共に動作することが可能であって且つ、バッテリー温度とバッテリー充電状態を判定するように構成されたエネルギー管理装置、を含む。エネルギー管理装置はまた、バッテリー充電状態の関数であるバッテリー充電限界、バッテリー温度及び利用可能な回生エネルギー総量の判定結果に基づいて、バッテリーの充電と加熱とを同時に行う信号を生成するように構成される。エネルギー管理装置はまた、利用可能回生エネルギー総量がバッテリー充電限界よりも大きく且つ、バッテリー温度が下側充電効率温度よりも高いが上側充電効率温度よりも低いときに、バッテリーの充電と加熱を同時に行う信号を生成する。システムは更に、エネルギー管理装置が、バッテリー温度が下側充電効率温度より低いときに、バッテリーの加熱のための信号を生成することができるという特性を持つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１を参照すると、回生制動システムを持つ車両12が示されている。車両12は、モーター／発電機16に接続されたエンジン14を含む。図示のように、モーター16は車両12に機械的に結合される。モーター16は、モーターの力を車輪18へ加えるように構成される。加えて、モーター16は、制動中に車輪１８のトルクを受け、このトルクを電気エネルギーに変換、即ち、機械的エネルギーを電気エネルギーへ変換し、その電気エネルギーを蓄積のためにバッテリー26へ供給するように、構成される。車両12は更に、モーター16と通信するエネルギー管理装置20を含む。エネルギー管理装置20はまた、ヒーター装置22、温度センサー24及びバッテリー26と通信するようにもなされている。エネルギー管理装置20は、メモリー格納及びデータ処理の能力を持つ制御器20aを含むものであってもよい。また、エネルギー管理装置20は、モーター16が発生する電気エネルギーをヒーター22及び／又はバッテリー26へ分配するためのエネルギー分配器20bを含むものであってもよい。エネルギー分配器20bは、電気信号を受け、そして受けた信号を制御器20aが発生する制御信号に応じて分配するためのパワー・トランジスター構成を含むものとすることができる。実施形態によっては、温度センサー24は、エネルギー管理装置20と一体のものとしてもよい。
【０００８】
車両12は、回生制動機能を持つ電気自動車、ハイブリッド電気自動車又は燃料電池電気自動車とすることができる。エネルギー管理装置20は、バッテリー26の充電及び／又は加熱する要件を判定するために、モーター16と温度センサー24からの信号を処理するように構成されている。実施形態によっては、バッテリー26は、鉛蓄電池、ニッケル水素バッテリー又はリチウム・イオン・バッテリーとすることができる。いずれの実施形態においても、エネルギー管理装置20、ヒーター22及び温度センサー24を使用することにより、バッテリー26の温度と充電限界を判定するように車両12が構成される。従って、バッテリー26の温度、充電限界及び利用可能回生エネルギー総量の判定に基づいて、エネルギー管理装置20は、モーター16が発生する電気エネルギーを、充電のためにバッテリー26へ、及び／又はバッテリーを加熱するためにヒーター22へ分配することができる。
【０００９】
ここで図２を参照すると、バッテリー温度に対する利用可能回生エネルギー総量及びバッテリー充電限界の関係を表すグラフが、示されている。区分30, 32及び34により示されるように、バッテリー26の動作温度は、様々な充電及び／又は加熱モードに分離することができる。また、図２は、モーター16から利用可能な回生エネルギー総量（Eregen）38及び、バッテリー充電限界（Ebat_lim）36を示す。バッテリー充電限界36は、バッテリー26（図１）を充電してもよい上限を示す。実施形態の一つにおいて、バッテリー充電限界は約400ボルトである。
【００１０】
加熱モードは、区分30により示され、この区分30では、エネルギー管理装置20によって、利用可能な回生エネルギー38が、バッテリー26の加熱のためにヒーター22へ分配される。部分加熱及び充電モードは区分32により示され、この区分32では、エネルギー管理装置20が、モーター26が発生する電気エネルギーを、バッテリー26の過熱のためにヒーター22へ、及び充電のためにバッテリー26へ、分配する。従って、モーター16からの電気エネルギーは、バッテリー26を同時に充電及び加熱するために分配される。充電モードは、区分34により示され、この区分34では、エネルギー管理装置20は、モーター16が発生する電気エネルギーを充電のためにバッテリー16へ分配する。
【００１１】
図２に示されるように、モード30, 32及び34は、下側充電効率温度39と上側充電効率温度40により、分けられる。下側充電効率温度39と上側充電効率温度40は、バッテリー26の具体的な使用形態に応じて、大きさを変えることができる。とはいうものの、エネルギー管理装置20は、バッテリー26の特定の実施形態に応じた下側充電効率温度39及び上側充電効率温度40を用いてプログラムされる。下側充電効率温度39は、バッテリー26を同時に加熱及び充電できる最低温度ということができる。上側充電効率温度40は、バッテリー26を同時に加熱及び充電できる最高温度ということができる。下記に述べるように、エネルギー管理装置20は、図２に示す加熱モード30、加熱と充電モード32、及び充電モード34に従い、モーター16が発生する電気エネルギーを適切に分配するように、受け取ったデータ及び信号を処理するように構成される。
【００１２】
図３を参照すると、モーター16が発生する電気エネルギーの効率的に分配する方法のフローチャートが示されている。ステップ42は、この方法の出発点である。ステップ44では、バッテリー温度、利用可能回生エネルギー総量及びバッテリー充電限界の判定を行う。
【００１３】
先に述べたように、エネルギー管理装置20は、バッテリー温度、利用可能回生エネルギー総量及びバッテリー充電限界を判定するために、温度センサー24、モーター16及びバッテリー26から信号を受けて処理するように構成される。そうして、ステップ46において、この方法は、バッテリー温度が下側充電効率温度より低いか否かを判定する。バッテリー温度が下側充電効率温度よりも低いとき、ステップ48に示されるように、モーターからの電気エネルギーはヒーター22へ分配され、このヒーター22がバッテリー26へ加える熱を発生する。バッテリー温度が下側充電効率温度よりも高いとき、この方法は、ステップ50へ進み、ステップ50では、利用可能回生エネルギー総量がバッテリー充電限界よりも大きいか否か、そして、バッテリー温度が上側充電効率温度よりも低いか否かを、判定する。利用可能回生エネルギー総量がバッテリー充電限界よりも大きく且つバッテリー温度が上側充電効率温度よりも小さいとき、この方法はステップ52へ進み、バッテリーが同時に充電及び加熱される。利用可能回生エネルギー総量がバッテリー充電限界より小さいか、バッテリー温度が上側充電効率温度よりも高いかのいずれかであるとき、この方法はステップ54へ進み、モーターが発生する電気エネルギーが、充電のためにバッテリーへ供給される。
【００１４】
従って、回生制動エネルギーが理想的な期間内にバッテリー・パックを加熱及び／又は充電するために理想的に分配されるので、バッテリーの性能が向上する。また、通常の摩擦ブレーキ・システムにおいては熱として放散することになるエネルギーが回生制動システムの使用により回収され、バッテリーを充電及び／又は加熱するエネルギー源として用いられるので、車両全体の効率が最大化される。
【００１５】
本発明を実施する最良の態様について詳細に説明してきたものの、本発明が関連する分野の当業者であれば、請求項により規定される本発明を実施する様々な代替構成及び実施形態そしてそれらの均等物を想到するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態による、バッテリーの充電及び／又は加熱のために回収したエネルギーを効率的に分配するように構成された、回生制動システムを持つ車両を示す図である。
【図２】バッテリー温度に対する利用可能回生エネルギー総量及びバッテリー充電限界の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施形態による、バッテリーの充電及び／又は加熱のために回生制動エネルギーを効率的に分配する方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００１７】
16  モーター
20  エネルギー管理装置
20a  制御器
20b  エネルギー分配器
22  ヒーター
24  温度センサー
26  バッテリー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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