(57)【要約】【課題】電気自動車において、電費を抑えつつ車両の始動開始までにバッテリの充電及び暖機を完了させることができるバッテリ暖機装置を提供すること。【解決手段】充電器（１９）に外部電源（２０）が接続され、始動時刻設定部（３１）により始動予定時刻が設定されている場合に、充電制御部（３０ａ）は、高電圧バッテリ（１２）のＳＯＣ及びバッテリ温度に応じて、始動予定時刻に充電が完了する充電開始時間を算出し（Ｓ１〜Ｓ４）、当該充電開始時間となったときに外部電源による充電を開始し（Ｓ５、７）、暖機制御部はこれと同時にＰＴＣヒータ（１３）による高電圧バッテリ（１２）の暖機を開始して（Ｓ６）、バッテリ温度が前記所定の作動温度範囲内に入ったときに前記バッテリの暖機を終了する（Ｓ８、９）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、所定の作動温度範囲を有するバッテリと、
外部電源と接続可能であり、当該外部電源からの電力により前記バッテリを充電する外部充電手段と、
電気エネルギを熱エネルギに変換して前記バッテリを暖機するバッテリ暖機手段と、
前記車両を始動する始動予定時刻を設定する始動時刻設定手段と、
前記バッテリの状態を検出するバッテリ状態検出手段と、
前記外部電源と接続されており、前記始動時刻設定手段により始動予定時刻が設定されている場合に、前記バッテリ状態検出手段により検出されるバッテリ状態に応じて、前記始動予定時刻に充電が完了する充電条件を算出し、前記充電条件に応じて前記外部充電手段を制御して前記バッテリを充電する充電制御手段と、
前記充電制御手段による充電の開始時に前記バッテリ暖機手段により前記バッテリの暖機を開始し、前記バッテリの温度が前記所定の作動温度範囲内に入ったときに前記バッテリの暖機を終了する暖機制御手段と、
を備えるバッテリ暖機装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリ暖機装置に係り、詳しくは、電気自動車において外部電源によるバッテリの充電とともにバッテリの暖機を行うバッテリ暖機制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題等を考慮して、モータのみで走行可能な電気自動車や、エンジンとモータとを駆動源とするハイブリッド電気自動車等の電動車両の開発が進んでいる。このような電動車両に対し、外部電源からバッテリを充電可能ないわゆるプラグイン電動車両も開発されている。
【０００３】
このようなプラグイン電動車両では、外部電源を接続して、ユーザが始動開始時刻を設定することで、始動開始時刻までにバッテリを充電しておくように充電を管理するシステムを有した車両もある。例えば特許文献１では、ユーザが始動開始時刻を設定したときから始動開始時刻までの間に、深夜時間帯等の電気料金の低い時間帯（第１時間帯）が含まれるときには、他の時間帯（第２時間帯）よりも第１時間帯での充電及び温度調節デバイスを作動する時間の割合を高くする蓄電システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−４３６６２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、特許文献１では、温度調節デバイスについても主に第１時間帯で使用することとしているが、例えば寒冷地等で外気温度が低い場合、深夜時間帯にバッテリを暖機しても、始動開始時刻までに時間があると、始動開始時刻にはバッテリの温度が再び低下してしまう。そこで、車両を実際に始動させる際に再度暖機を行うと、深夜帯に行った暖機は無駄となる。または、始動開始時刻までバッテリ温度を維持するよう温度調節デバイスを作動させ続けた場合も、電力消費量が増加し電費が悪化するという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、電気自動車において、電費を抑えつつ車両の始動予定時刻までにバッテリの充電及び暖機を完了させることができるバッテリ暖機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】
上記した目的を達成するために、本発明に係るバッテリ暖機装置は、車両に搭載され、所定の作動温度範囲を有するバッテリと、外部電源と接続可能であり、当該外部電源からの電力により前記バッテリを充電する外部充電手段と、電気エネルギを熱エネルギに変換して前記バッテリを暖機するバッテリ暖機手段と、前記車両を始動する始動予定時刻を設定する始動時刻設定手段と、前記バッテリの状態を検出するバッテリ状態検出手段と、前記外部電源と接続されており、前記始動時刻設定手段により始動予定時刻が設定されている場合に、前記バッテリ状態検出手段により検出されるバッテリ状態に応じて、前記始動予定時刻に充電が完了する充電条件を算出し、前記充電条件に応じて前記外部充電手段を制御して前記バッテリを充電する充電制御手段と、前記充電制御手段による充電の開始時に前記バッテリ暖機手段により前記バッテリの暖機を開始し、前記バッテリの温度が前記所定の作動温度範囲内に入ったときに前記バッテリの暖機を終了する暖機制御手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
上記手段を用いる本発明によれば、電気自動車において、電費を抑えつつ車両の始動開始までにバッテリの充電及び暖機を完了させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係るバッテリ暖機装置を備える電気自動車のシステム構成図である。
【図２】本実施形態のＥＣＵにより実行される高電圧バッテリに対する充電及び暖機制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本実施形態の高電圧バッテリの充電及び暖機制御を行ったときのバッテリ状態等の推移を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施形態におけるバッテリ暖機装置を備える電気自動車のシステム構成図であり、同図に基づき説明する。
【００１２】
図１に示す車両１は、走行駆動源としてのモータ２を備える電気自動車のトラックである。モータ２は例えば永久磁石式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。モータ２の出力軸はプロペラシャフト３を介して差動装置４が連結され、差動装置４には駆動軸５を介して左右の駆動輪６が連結されている。
【００１３】
モータ２にはインバータ・コンバータ（以下、単にインバータという）１０及びジャンクションボックス１１を介して高電圧バッテリ１２が接続されている。高電圧バッテリ１２に蓄えられた直流電力はインバータ１０により交流電力に変換されてモータ２に供給され、モータ２が発生した駆動力は駆動輪６に伝達されて車両１を走行させる。また、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６側からの逆駆動によりモータ２が発電機として作動する（回生運転）。モータ２が発生した負側の駆動力は制動力として駆動輪６側に伝達されると共に、モータ２が発電した交流電力がインバータ１０で直流電力に変換されて、ジャンクションボックス１１を介して高電圧バッテリ１２に充電される。
【００１４】
高電圧バッテリ１２は、例えばリチウムイオンバッテリであり、駆動源であるモータ２等に用いる走行用のバッテリである。高電圧バッテリ１２は、性能を発揮するのに適正な所定の作動温度範囲を有している。なお、図１においては高電圧バッテリ１２を単体のブロックとして示しているが、実際には複数のセルを直列又は並列に接続して構成されている。
【００１５】
ジャンクションボックス１１は、車両に搭載された各種電気機器と接続されている。当該ジャンクションボックス１１の内部には、電路の断接を行う各種コンタクタ（電磁接触器）が設けられており、当該コンタクタの断接を行うことで、各種電気機器への電力の供給及び遮断を制御可能である。
【００１６】
例えば、ジャンクションボックス１１には、電力の供給を受けることで発熱するという特性を持つＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータ１３が接続されている。ＰＴＣヒータ１３は、車両１の暖房のための温水回路１４に含まれており、当該温水回路１４はウォータポンプ１５の駆動により水が循環し、ＰＴＣヒータ１３で加熱された温水が循環することで車内の暖房が行われる。また、温水回路１４には高電圧バッテリ１２も含まれており、ＰＴＣヒータ１３は温水回路１４を介して高電圧バッテリ１２の暖機が可能である（バッテリ暖機手段）。
【００１７】
ジャンクションボックス１１には、クーラコンプレッサや、パワーステアリング装置のポンプ等の高電圧補機類１６も接続されている。高電圧補機類１６は高電圧バッテリ１２からの電力供給を受けることでそれぞれ作動する。
【００１８】
さらに、ジャンクションボックス１１には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１７を介して低電圧バッテリ１８も接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１７は、ジャンクションボックス１１を介して低電圧バッテリ１８に供給される電力の降圧を行う電圧変換器である。低電圧バッテリ１８は、例えば鉛バッテリであり、蓄えられる電力は高電圧バッテリ１２よりも低電圧であるが、高電圧バッテリ１２よりも広い作動温度範囲を有している。当該低電圧バッテリ１８は、例えばＥＣＵ３０への電源供給、コンタクタ―等の制御電源等の電力供給に用いられる。
【００１９】
また、ジャンクションボックス１１には、外部電源２０と接続可能であり、この外部電源２０から高電圧バッテリ１２及び低電圧バッテリ１８の充電が可能な充電器１９（外部充電手段）が接続されている。外部電源２０は例えば家庭用の１００Ｖ、２００Ｖの普通充電や、急速充電、非接触充電等がある。本実施形態では１つの充電器１９を示しているが、充電器１９を外部電源２０に対応して複数設けてもよい。
【００２０】
また、車両１には、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たＥＣＵ（制御ユニット）３０が搭載されている。本実施形態におけるＥＣＵ３０は主に高電圧バッテリ１２の充電及び暖機を制御する制御ユニットであるが、車両１にはこの他にも種々のＥＣＵが設けられていてもよい。
【００２１】
ＥＣＵ３０は、上記高電圧バッテリ１２、ＰＴＣヒータ１３、ウォータポンプ１５、充電器１９、始動時刻設定部３１（始動時刻設定手段）、及び外気温度センサ３２等と、電気的に接続されている。ＥＣＵ３０は、高電圧バッテリ１２から高電圧バッテリ１２の充電量に相当するＳＯＣ（State Of Charge）及びバッテリ温度等のバッテリ状態に関する情報を取得可能である（バッテリ状態検出手段）。また、ＥＣＵ３０は、充電器１９から外部電源２０の接続の有無についての情報も取得可能である。そして、ＥＣＵ３０は、ＰＴＣヒータ１３及びウォータポンプ１５の作動及び停止（ＯＮ、ＯＦＦ）を制御可能である。なお、ＥＣＵ３０は各装置から直接情報を取得したり、各装置を直接制御したりする構成に限られず、例えばバッテリ状態に関する情報を図示しないバッテリ管理用の制御ユニットを介して取得したり、ＰＴＣヒータ１３及びウォータポンプ１５を他の制御ユニットを介して制御したりしてもよい。
【００２２】
始動時刻設定部３１は、例えば車両１の運転席等に設けられた操作部（図示せず）に対するユーザの操作に応じて、車両１を始動する始動予定時刻を設定する。また、外気温度センサ３２は、車両１の外部の温度を検出するセンサである。
【００２３】
ＥＣＵ３０は、高電圧バッテリ１２の充電についての制御を行う充電制御部（充電制御手段）３０ａと、高電圧バッテリ１２の暖機についての制御を行う暖機制御部（暖機制御手段）３０ｂと、を有している。
【００２４】
充電制御部３０ａは、充電器１９が外部電源２０と接続された状態で、始動時刻設定部３１による始動予定時刻が設定されている場合に、ＳＯＣ及びバッテリ温度等のバッテリ状態に応じて、始動予定時刻に充電が完了する充電条件を算出し、当該充電条件に基づく充電を行う機能を有している。
【００２５】
暖機制御部３０ｂは、高電圧バッテリ１２の充電開始時にＰＴＣヒータ１３及びウォータポンプ１５を作動させて高電圧バッテリ１２の暖機を開始し、当該高電圧バッテリ１２のバッテリ温度が所定の作動温度範囲内に入ったときに暖機を終了させる機能を有している。
【００２６】
ここで図２には、本実施形態のＥＣＵ３０により実行される高電圧バッテリ１２に対する充電及び暖機制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下、同フローチャートに沿って説明する。
【００２７】
まず、ＥＣＵ３０は外部電源が接続されたときに、当該制御ルーチンをスタートする。そして、ステップＳ１において、ＥＣＵ３０は、始動時刻設定部３１にて設定された始動予定時刻の情報を取得する。
【００２８】
続いて、ＥＣＵ３０はステップＳ２において、例えばＥＣＵ３０が備えるタイマより現在時刻を、高電圧バッテリ１２からＳＯＣ及びバッテリ温度を、ウォータポンプ１５から温水温度を、外気温度センサ３２から外気温度を、それぞれ取得する。
【００２９】
次のステップＳ３において、ＥＣＵ３０の充電制御部３０ａは、このとき接続されている外部電源２０からの電力供給により、高電圧バッテリ１２を満充電（例えばＳＯＣ１００％）とするのに要する充電時間を算出する。
【００３０】
さらにステップＳ４において、ＥＣＵ３０の充電制御部３０ａは、ステップＳ３にて算出した充電時間に基づき、始動予定時刻にて充電が完了するための充電開始時刻（充電条件）を算出する。
【００３１】
そして、ステップＳ５において、ＥＣＵ３０の充電制御部３０ａは、現在時刻が充電開始時刻に到達したか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である間は、当該ステップＳ５の判別を繰り返し、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）となると次のステップＳ６に進む。
【００３２】
ステップＳ６では、ＥＣＵ３０の暖機制御部３０ｂがＰＴＣヒータ１３及びウォータポンプ１５を作動させる。これによりＰＴＣヒータ１３により加熱された温水がウォータポンプ１５の作動により温水回路１４を循環し、高電圧バッテリ１２の暖機が開始される。
【００３３】
続いて、ステップＳ７では、ＥＣＵ３０の充電制御部３０ａが充電器１９を制御して外部電源２０から高電圧バッテリ１２への充電を開始させる。
【００３４】
ステップＳ８において、ＥＣＵ３０の暖機制御部３０ｂは、バッテリ温度が作動温度範囲の下限値である作動温度下限値以上であるか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である間は、当該ステップＳ８の判別を繰り返し、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）となると次のステップＳ９に進む。
【００３５】
ステップＳ９において、ＥＣＵ３０の暖機制御部３０ｂは、ＰＴＣヒータ１３及びウォータポンプ１５を停止させることで、暖機を終了させる。
【００３６】
ステップＳ１０において、ＥＣＵ３０の暖機制御部３０ｂは、バッテリ温度が上昇しているか否かを判別する。つまり、ＰＴＣヒータ１３による暖機がなくとも、高電圧バッテリ１２が充電による発熱によりバッテリ温度が上昇しているか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち外気温度が低く充電による発熱だけではバッテリ温度が低下する場合等には、ステップＳ６に戻り、再度ＰＴＣヒータ１３及びウォータポンプ１５を作動させる。一方、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち高電圧バッテリ１２が充電による発熱により作動温度範囲を維持できる場合には、ステップＳ１１に進む。
【００３７】
ステップＳ１１において、ＥＣＵ３０の充電制御部３０ａは、高電圧バッテリ１２のＳＯＣが１００％、即ち満充電となったか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である間は、当該ステップＳ１１の判別を繰り返し、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）となると充電は完了したものとして、当該ルーチンを終了する。
【００３８】
なお、ＥＣＵ３０の暖機制御部３０ｂは、始動予定時刻から実際の始動時（キーオン時）までに時間がある場合においても、バッテリ温度が作動温度下限値を下回った場合には再度暖機を行うことで、バッテリ温度を作動温度範囲内に維持してもよい。
【００３９】
図３には、上述の制御に基づいて高電圧バッテリ１２の充電及び暖機を行ったときの高電圧バッテリ１２のバッテリ温度、高電圧バッテリ１２の放熱量、ＳＯＣ、温水回路１４の温水温度、ＰＴＣヒータ１３の電力消費量、及びＰＴＣヒータ１３の作動状態、それぞれの推移を示すタイムチャートが示されており、同図に基づき説明する。
【００４０】
図３のタイムチャートは充電器１９に外部電源２０が接続された時点からスタートしている。ＥＣＵ３０は外部電源２０が接続され、始動予定時刻ｔ３が設定されると（Ｓ１）、各情報に基づき充電時間を算出し、充電開始時刻ｔ１を算出する。つまり、充電時間は充電開始時刻ｔ１から始動予定時刻ｔ３の期間に相当する。
【００４１】
ＥＣＵ３０の充電制御部３０ａは充電開始時刻ｔ１から外部電源２０による充電を開始し、暖機制御部３０ｂはこれと同時にＰＴＣヒータ１３及びウォータポンプ１５を作動（ＯＮ状態）させることで暖機を開始する。これにより高電圧バッテリ１２のＳＯＣが上昇し始めるとともに、温水回路１４の温水温度が上昇し始めることでバッテリ温度も上昇し始める。
【００４２】
充電が開始されることで、充電による高電圧バッテリ１２自身による発熱量も徐々に上昇する。ＰＴＣヒータ１３における電力消費量は、暖機開始時に最大となり温水温度が上昇するにつれて減少する。
【００４３】
そして、高電圧バッテリのバッテリ温度が作動温度下限値に達した時点ｔ２で、暖機制御部３０ｂはＰＴＣヒータ１３及びウォータポンプ１５を停止（ＯＦＦ状態）して暖機を終了する。このように暖機を終了しても高電圧バッテリ１２は充電によりバッテリが発熱し、バッテリ温度は徐々に上昇し温水温度も高温域で維持される。またバッテリ温度が作動温度範囲に入ったことで充電効率が向上しＳＯＣの上昇率が高まる。
【００４４】
そして、始動予定時刻ｔ３にて高電圧バッテリ１２のＳＯＣは１００％に到達し、充電が完了する。ここで、高電圧バッテリ１２の充電では、バッテリ電圧が所定の電圧値に達するまでは定電流充電を行い、バッテリ電圧が所定の電圧値以上となった以後は定電圧充電を行ってもよい。この場合、図３に示されるように、定電圧充電への移行後から充電完了時に向かってバッテリ放熱量は徐々に低下する。
【００４５】
このように、ＥＣＵ３０は外部電源２０による高電圧バッテリ１２の充電の開始と同時に高電圧バッテリ１２の暖機を開始することで、バッテリ温度を速やかに作動温度範囲まで上昇させ、バッテリ性能を十分に発揮できる効率のよい充電を早い段階で行うことができる。これにより、高効率で短時間の充電を行うことできる。
【００４６】
また、高電圧バッテリ１２を作動温度範囲まで上昇させた後はＰＴＣヒータ１３による暖機を停止し、高電圧バッテリ１２自身の発熱により作動温度範囲を維持できることからＰＴＣヒータ１３により消費される電力を最小限に抑えることができる。そして、始動予定時刻に、バッテリ温度は作動温度範囲内にあり、ＳＯＣも満充電であることから、始動直後から車両１の性能を十分に発揮することができる。
【００４７】
以上のことから本実施形態に係るバッテリ暖機装置によれば、電気自動車において、電費を抑えつつ車両１の始動開始までに高電圧バッテリ１２の充電及び暖機を完了させることができる。
【００４８】
以上で本発明に係るバッテリ暖機装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
【００４９】
上記実施形態では、ＰＴＣヒータ１３により高電圧バッテリ１２の暖機を行っているが暖機手段はこれに限られるものではなく、電気エネルギを熱エネルギに変換できるものであればよく、例えば、熱電素子やコンプレッサ式ヒートポンプ等であってもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１  車両
２  モータ
１１  ジャンクションボックス
１２  高電圧バッテリ
１３  ＰＴＣヒータ（バッテリ暖機手段）
１４  温水回路
１５  ウォータポンプ
１９  充電器（外部充電手段）
２０  外部電源
３０  ＥＣＵ（バッテリ状態検出手段）
３０ａ  充電制御部（充電制御手段）
３０ｂ  暖機制御部（暖機制御手段）
３１  始動時刻設定部（始動時刻設定手段）
３２  外気温度センサ
【図１】
2017117614.tif 000003
【図２】
2017117614.tif 000004
【図３】
2017117614.tif 000005