(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気自動車に搭載され、電力を供給するための電池の温度を昇温する電気自動車用電池のヒートアップ装置であって、
前記電池の温度を検出する温度検出手段と、
車両を駆動するためのモータに電源を供給制御するモータコントローラと、
検出温度が内部インピーダンスが上昇して出力が低下する低温度である場合には、前記モータコントローラに要求される要求電流よりも大きな電池の出力電流を流すように制御する制御手段とを有することを特徴とする電気自動車用電池のヒートアップ装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記出力電流として、電池から出力可能な最大電流を流すように制御することを特徴とする請求項１記載の電気自動車用電池のヒートアップ装置。
【請求項３】
前記電池に発電電力を供給するためのジェネレータを駆動するエンジンと、
エンジンからの排気ガスを還元触媒を介して無害ガスに変換する電熱触媒とを有し、
前記制御手段は、
前記電熱触媒に電力を供給して、前記要求電流よりも大きな電池の出力電流を流すように制御することを特徴とする請求項１記載の電気自動車用電池のヒートアップ装置。
【請求項４】
車室内の空気温度を調整する空気調整装置を有し、
前記制御手段は、
前記空気調整装置に電力を供給して、前記要求電流よりも大きな電池の出力電流を流すように制御することを特徴とする請求項１記載の電気自動車用電池のヒートアップ装置。
【請求項５】
車両固有のキーにより車両が解錠されたことを検出する解錠検出手段、又は、設定された時刻を通知するタイマ手段、又は、操作情報を入力する入力手段を有し、
前記制御手段は、前記解錠検出手段、又は、前記タイマ手段、又は、前記入力手段のうち少なくとも一つから指示があった場合に、前記検出温度が内部インピーダンスが上昇して出力が低下する低温度であるときには、前記モータコントローラに要求される要求電流よりも大きな電池の出力電流を流すように制御することを特徴とする請求項１記載の電気自動車用電池のヒートアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車用電池のヒートアップ装置に関し、特に、低温時に電池を昇温することができる電気自動車用電池のヒートアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気自動車用電池のヒートアップ装置については、特開平６−２３１８０７号公報記載の「電気自動車のバッテリ加温装置」が知られている。
【０００３】
このものは、暖房システムを構成する燃焼式ヒータの周囲に複数の電池（バッテリ）を配置し、暖房に供給されなかった排熱をトレイ及び断熱材によって形成された室を介して電池に伝達するように構成されている。こうして、燃焼式ヒータの排熱を電池の加熱のために利用でき、この結果、電池の性能低下を防止することができ、さらに、電池の一充電当たりの走行距離を寒冷地においても伸ばすことができるという利点を有するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電気自動車のバッテリ加温装置にあっては、電池の外部から熱を加えて電池を昇温させる構造になっているため、電気自動車等に用いる大型の電池の場合には、電池内部まで昇温するのに時間がかかるといった問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、寒冷地においても電池内部まで敏速に昇温することができる電気自動車用電池のヒートアップ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、電気自動車に搭載され、電力を供給するための電池の温度を昇温する電気自動車用電池のヒートアップ装置であって、前記電池の温度を検出する温度検出手段と、車両を駆動するためのモータに電源を供給制御するモータコントローラと、検出温度が内部インピーダンスが上昇して出力が低下する低温度である場合には、前記モータコントローラに要求される要求電流よりも大きな電池の出力電流を流すように制御する制御手段とを有することを要旨とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、前記制御手段は、前記出力電流として、電池から出力可能な最大電流を流すように制御することを要旨とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、前記電池に発電電力を供給するためのジェネレータを駆動するエンジンと、エンジンからの排気ガスを還元触媒を介して無害ガスに変換する電熱触媒とを有し、前記制御手段は、前記電熱触媒に電力を供給して、前記要求電流よりも大きな電池の出力電流を流すように制御することを要旨とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、車室内の空気温度を調整する空気調整装置を有し、前記制御手段は、前記空気調整装置に電力を供給して、前記要求電流よりも大きな電池の出力電流を流すように制御することを要旨とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明において、車両固有のキーにより車両が解錠されたことを検出する解錠検出手段、又は、設定された時刻を通知するタイマ手段、又は、操作情報を入力する入力手段を有し、前記制御手段は、前記解錠検出手段、又は、前記タイマ手段、又は、前記入力手段のうち少なくとも一つから指示があった場合に、前記検出温度が内部インピーダンスが上昇して出力が低下する低温度であるときには、前記モータコントローラに要求される要求電流よりも大きな電池の出力電流を流すように制御することを要旨とする。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、電池の温度を検出し、検出温度が内部インピーダンスが上昇して出力が低下する低温度である場合には、モータコントローラに要求される要求電流よりも大きな電池の出力電流を流すように制御することで、電池の温度を昇温するようにしているので、寒冷地においても電池内部まで敏速に昇温することができる。
【００１４】
また、請求項２記載の本発明によれば、出力電流として、電池から出力可能な最大電流を流すように制御することで、電池の温度を昇温するようにしているので、寒冷地においても電池内部まで敏速に昇温することができる。
【００１５】
また、請求項３記載の本発明によれば、電池に発電電力を供給するためのジェネレータをエンジンにより駆動し、エンジンからの排気ガスを還元触媒を介して電熱触媒により無害ガスに変換するようにしておき、電熱触媒に電力を供給して、要求電流よりも大きな電池の出力電流を流すように制御することで、電池の温度を昇温するようにしているので、寒冷地においても電池内部まで敏速に昇温することができる。
【００１６】
また、請求項４記載の本発明によれば、車室内の空気温度を調整する空気調整装置を用意し、空気調整装置に電力を供給して、要求電流よりも大きな電池の出力電流を流すように制御することで、電池の温度を昇温するようにしているので、寒冷地においても電池内部まで敏速に昇温することができる。
【００１７】
また、請求項５記載の本発明によれば、車両固有のキーにより車両が解錠されたことを検出する解錠検出手段、又は、設定された時刻を通知するタイマ手段、又は、操作情報を入力する入力手段を用意し、解錠検出手段、又は、タイマ手段、又は、入力手段のうち少なくとも一つから指示があった場合に、検出温度が内部インピーダンスが上昇して出力が低下する低温度であるときには、モータコントローラに要求される要求電流よりも大きな電池の出力電流を流すように制御することで、電池の温度を昇温するようにしているので、寒冷地においても電池内部まで敏速に昇温することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電気自動車用電池のヒートアップ装置が適応可能なハイブリッド型電気自動車のシステム構成を示す図である。
【００２１】
図１に示すように、ハイブリッド型電気自動車は、リチウムイオン電池からなる組電池１と、組電池１の温度を検出する温度センサ３と、キーＳＷ１がオンしたときに始動して組電池の放電を制御する放電制御コントローラ５と、エンジン９の回転に応じて電力を発電して組電池１及びモータ１９に供給するジェネレータ７と、エンジン９から排気パイプ１１を介して排気される排気ガスを還元触媒を介して無害ガスに変換する電熱触媒１３と、車両を駆動するためのモータ１９に組電池１からの電源を供給制御するコントローラ１７とから構成される。
なお、電熱触媒１３は、一般に、排気ガス中の一酸化炭素ＣＯ，炭化水素ＨＣ，窒素酸化物ＮＯX 等を還元触媒の作用によって二酸化炭素ＣＯ2 ，水蒸気Ｈ2 Ｏ，窒素Ｎ2 に還元して浄化した後に、排気するものである。
【００２２】
次に、図２を参照しつつ、ハイブリッド型電気自動車の動作を説明する。
まず、キーＳＷ１がオンされて放電制御コントローラ５が始動する。ここで、温度センサ３から出力される組電池１の温度が規定温度より低いときには、通電ケーブル１５を介して電源が電熱触媒１３に供給されて加熱される。
【００２３】
このとき、組電池１から放電制御コントローラ５を介して電熱触媒１３に大きな電流Ｉが供給されるので、組電池１の内部で発生する熱量Ｑは、組電池１のインピーダンスＲ（ｔ）から、
Ｑ∝Ｉ2 Ｒ（ｔ）
となる。なお、リチウムイオン電池は、低温時に内部インピーダンスが上昇して出力が低下するような温度特性を有している。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、通常のリチウムイオン電池の放電終止電圧をＶ′としたとき、単セル平均において、放電制御コントローラ５は放電終止電圧Ｖ′までの定電圧放電制御を行う。
ここで、リチウムイオン電池の端子間電圧Ｖ（ｔ）と、放電終止電圧Ｖ′とから降下電圧ΔＶを求めると、
ΔＶ＝Ｖ（ｔ）−Ｖ′
となる。なお、リチウムイオン電池における通常の放電終止電圧Ｖ′は、２．５Ｖである。
【００２５】
このときにリチウムイオン電池に流れる電流Ｉは、インピーダンスＲ（ｔ）から、
Ｉ＝ΔＶ／Ｒ（ｔ）
となる。電流Ｉは、図２（ｂ）に示すように、時間とともに増加するように変化する。
また、このときのリチウムイオン電池内での発熱量Ｑは、
Ｑ∝Ｉ2 Ｒ（ｔ）＝（ΔＶ）2 ／Ｒ（ｔ）
となる。発熱量Ｑは、図２（ｃ）に示すように、時間とともに増加するように変化する。
【００２６】
一方、電熱触媒１３での発熱量Ｑ′は、
Ｑ′∝Ｖ′×（Ｖ（ｔ）−Ｖ′）／Ｒ（ｔ）
となり、電熱触媒１３では約１０秒以内に速やかな温度上昇が得られる。
【００２７】
この結果、直ちにエンジン９を始動させても電熱触媒１３からは有害成分を排出することなく、エンジン９の回転に基づいて行われるジェネレータ７による発電電流と、組電池１による電流とから、車両の駆動に必要な電流量をモータ１９に供給することができる。
【００２８】
このように、組電池の温度を温度センサ３で検出し、検出温度が所定値以下である場合には、組電池に要求される要求電流よりも大きな組電池の出力電流を流すように放電制御コントローラ５で制御することで、組電池の温度を昇温するようにしているので、寒冷地においても組電池内部まで敏速に昇温することができる。
【００２９】
また、組電池に発電電力を供給するためのジェネレータをエンジンにより駆動し、エンジンからの排気ガスを還元触媒を介して電熱触媒により無害ガスに変換するようにしておき、電熱触媒に電力を供給して、要求電流よりも大きな組電池の出力電流を流すように制御することで、組電池の温度を昇温するようにしているので、寒冷地においても組電池内部まで敏速に昇温することができる。
【００３０】
また、出力電流として、組電池から出力可能な最大電流を流すように制御することで、組電池の温度を昇温するようにしているので、寒冷地においても組電池内部まで敏速に昇温することができる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係るハイブリッド型電気自動車のシステム構成を示す図である。
本実施の形態は、第１の実施の形態に示すハイブリッド型電気自動車に、空気調整を行うエアコン２１を付加したことを特徴とする。
【００３２】
組電池１の放電時に、コントローラ１７を介してモータ１９に電力を供給しても、十分に電池温度が上昇しない場合には、エアコン２１にも放電制御コントローラ５を介して電力を供給することで、さらに、組電池の放電電流を増加させている。
【００３３】
このように、車室内の空気温度を調整するエアコンを用意し、エアコンに電力を供給して、要求電流よりも大きな組電池の出力電流を流すように制御することで、組電池の温度を昇温するようにしているので、寒冷地においても電池内部まで敏速に昇温することができる。
【００３４】
（第３の実施の形態）
図４は、リチウムイオン電池が単セル平均の場合に、通常放電時の終止電圧Ｖ′と、極低温時の終止電圧Ｖ″とを表す図である。
図４に示すように、通常放電時の終止電圧Ｖ′は例えば２．５Ｖとなり、極低温時の終止電圧Ｖ″は例えば１．５Ｖとなるので、第１の実施の形態において説明したように、リチウムイオン電池の端子間電圧Ｖ（ｔ）と、放電終止電圧Ｖ″とから降下電圧ΔＶを求めると、
ΔＶ＝Ｖ（ｔ）−Ｖ″
となる。
【００３５】
このときに、放電制御コントローラ５は放電終止電圧Ｖ″までの定電圧放電制御を行うようにすればよい。
また、このときにリチウムイオン電池に流れる電流Ｉは、リチウムイオン電池のインピーダンスＲ（ｔ）から、
Ｉ＝ΔＶ／Ｒ（ｔ）
となる。
【００３６】
また、このときのリチウムイオン電池内での発熱量Ｑは、
0004120025.tif 000002
となる。そこで、放電制御コントローラ５は、リチウムイオン電池内での発熱量Ｑが最大になるように放電制御を行うようにすればよい。
このように、出力電流として、組電池から出力可能な最大電流を流すように制御することで、組電池の温度を昇温するようにしているので、寒冷地においても電池内部まで敏速に昇温することができる。
【００３７】
（第４の実施の形態）
第１の実施の形態においては、キーＳＷ１がオンされて放電制御コントローラ５を始動するように構成しているが、本実施の形態においては、このような場合にのみ限定することがない。即ち、例えば車両ドアのキーシリンダにキーが挿入されて解錠された場合や、タイマに時刻設定をしておき設定時刻になった場合や、車室内からリモコンによる操作が入力された場合等には、放電制御コントローラ５を始動するように構成すればよい。
【００３８】
車両ドアのキーシリンダにキーが挿入されて解錠された場合や、タイマに時刻設定をしておき設定時刻になった場合や、車室内からリモコンによる操作が入力された場合に、温度センサ３から出力される組電池１の温度が所定温度より低いときには、組電池１から放電制御コントローラ５を介して電熱触媒１３に大きな電流Ｉが供給されるので、組電池１の内部で発生する熱量Ｑは、組電池１のインピーダンスＲ（ｔ）から、組電池１の内部で発生する熱量Ｑは、
Ｑ∝Ｉ2 Ｒ（ｔ）
となる。
【００３９】
このように、解錠検出、又は、タイマ、又は、リモコンのうち少なくとも一つから指示があった場合に、検出温度が所定値以下であるときには、組電池に要求される要求電流よりも大きな組電池の出力電流を流すように制御することで、組電池の温度を昇温するようにしているので、寒冷地においても電池内部まで敏速に昇温することができる。
【００４０】
（第５の実施の形態）
図５は、本発明の第５の実施の形態に係るハイブリッド型電気自動車のシステム構成を示す図である。なお、本実施の形態は、第１の実施の形態に示すハイブリッド型電気自動車に排気ガスセンサ２５を付加したことを特徴とする。
【００４１】
排気ガスセンサ２５は、一酸化炭素ＣＯ，炭化水素ＨＣ，窒素酸化物ＮＯX 等の排気ガスの濃度を検出するセンサであり、自動的にエンジン９が始動した場合でも、排気ガスセンサ２５によって規定値の排気ガス濃度が検出されたときには、組電池１から放電制御コントローラ５を介して電熱触媒１３に大きな電流Ｉが供給されるので、組電池１の内部で発生する熱量Ｑは、組電池１のインピーダンスＲ（ｔ）から、
Ｑ∝Ｉ2 Ｒ（ｔ）
となる。
【００４２】
この結果、エンジン９が自動的に始動しても電熱触媒１３からは有害成分を排出することなく、エンジン９の回転に基づいて行われるジェネレータ７による発電電流と、組電池１による電流とから、車両の駆動に必要な電流量をモータ１９に供給することができる。
【００４３】
このように、エンジンから排気される排気ガスの濃度を検出し、排気ガスの濃度が規定値以上の場合には、電熱触媒に電力を供給して、要求電流よりも大きな組電池の出力電流を流すように制御することで、組電池の温度を昇温するようにしているので、寒冷地においても電池内部まで敏速に昇温することができる。
【００４４】
（第６の実施の形態）
図６は、本発明の第６の実施の形態に係る電気自動車用電池のヒートアップ装置が適応可能なハイブリッド型電気自動車のシステム構成を示す図である。
図６に示すように、ハイブリッド型電気自動車は、リチウムイオン電池からなる組電池５１と、組電池５１の温度を検出する温度センサ５３と、組電池５１の端子間電圧を検出する電圧センサ５５と、温度センサ５３及び電圧センサ５５からの検出結果に基づいて低温時の出力を制御する低温時出力制御部５７と、車両を駆動するためのモータ６１に組電池５１からの電源を供給制御するコントローラ５９とから構成される。
【００４５】
次に、図７を参照しつつ、ハイブリッド型電気自動車の動作を説明する。なお、図７（ａ）は、電池インピーダンスの温度特性を示す図であり、図７（ｂ）は、組電池の最大出力の温度特性を示す図である。
図７（ａ）に示すように、組電池５１の温度が低くなるに従ってインピーダンスＲ（Ｔ）が大きくなる。このため、図７（ｂ）に示すように、放電終了電圧まで限った時に、インピーダンスＲ（Ｔ）に制限を受けるので、最大出力Ｐは各温度で相違して決まる。
【００４６】
低温時出力制御部５７では、例えば図８（ａ）に示すようなアクセルペダルの踏み込み量等から決定される出力要求ＰD と、最大出力との温度ｔに関する出力比ｒ（ｔ）を、
ｒ（ｔ）＝要求出力ＰD ／最大出力Ｐ
として求める。
【００４７】
この出力比ｒ（ｔ）に基づいて、図８（ｂ）に示すように、最大出力Ｐをモータ６１から得るように、低温時出力制御部５７はコントローラ５９を制御する。なお、図８（ｂ）に示す波形（イ）の拡大図を図８（ｃ）に示す。
この結果、全体で、
｛∫ｄｔ／ｒ（ｔ）｝／∫ｄｔ
の比で組電池の発熱が最大に増加することになる。
【００４８】
このように、出力電流として、組電池から出力可能な最大電流を流すように制御することで、組電池の温度を昇温するようにしているので、寒冷地においても電池内部まで敏速に昇温することができる。
また、図９に示すように、コントローラ５９に蓄電体Ｃを付加してもよい。図１０（ａ）に示すように、要求出力値が０となる時点（ロ）の場合にも、組電池５１とこの蓄電体Ｃとの間で、図１０（ｂ）に示すように、充放電を行わせ、常時、組電池５１に発熱させることができる。
【００４９】
（第７の実施の形態）
図１１は、本発明の第７の実施の形態に係る電気自動車用電池のヒートアップ装置が適応可能なハイブリッド型電気自動車の一部の構成を示す図であり、コントローラやモータ等の構成は負荷７７として代表して記載するものである。
図１１に示すように、ハイブリッド型電気自動車は、リチウムイオン電池からなる１対の組電池７１，７３と、組電池７１，７３の温度をそれぞれ検出する温度センサ７２，７４と、並列に配置された１対の組電池７１，７３の間で充放電するとともに負荷７７に電源を供給するインバータ７５と、発熱時のインバータ７５を空冷するブロア７９，８１と、ブロア７９，８１によって送風された熱風を車室内に送風するエアコン８３とから構成されている。
【００５０】
組電池７１，７３の温度をそれぞれ温度センサ７２，７４を用いて検出し、少なくとも一つの温度センサが所定値よりも低温の場合には、並列に配置された１対の組電池７１，７３の間でインバータ７５を介して充放電を行わせることで、組電池の温度を上昇させることができる。
また、この時ブロア７９，８１を回転させてインバータ７５で発生した熱をエアコン８３を介して車室内に送風するようにしてもよい。
【００５１】
このように、電気自動車に搭載される１対の組電池の温度を検出し、１対の組電池のうち少なくとも一方の電池温度が所定値よりも低温の場合には、この１対の組電池の間で充放電するようにインバータを動作させることで、組電池の温度を昇温するようにしているので、寒冷地においても電池内部まで敏速に昇温することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電気自動車用電池のヒートアップ装置が適応可能なハイブリッド型電気自動車のシステム構成を示す図である。
【図２】リチウムイオン電池の放電終止電圧を表す図（ａ）であり、電流Ｉの変化を表す図（ｂ）であり、発熱量を表す図（ｃ）である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るハイブリッド型電気自動車のシステム構成を示す図である。
【図４】リチウムイオン電池が単セル平均の場合に、通常放電時の終止電圧Ｖ′と、極低温時の終止電圧Ｖ″とを表す図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係るハイブリッド型電気自動車のシステム構成を示す図である。
【図６】本発明の第６の実施の形態に係る電気自動車用電池のヒートアップ装置が適応可能なハイブリッド型電気自動車のシステム構成を示す図である。
【図７】電池インピーダンスの温度特性を示す図（ａ）であり、電池の最大出力の温度特性を示す図（ｂ）である。
【図８】アクセルペダルの踏み込み量等から決定される要求出力ＰD を表す図（ａ）であり、最大出力Ｐを表す図（ｂ）であり、波形（イ）の拡大図（ｃ）である。
【図９】コントローラ５９に蓄電体Ｃを付加したことを表す図である。
【図１０】要求出力に対応する電流波形（ａ）であり、蓄電体Ｃの電気量波形（ｂ）である。
【図１１】本発明の第７の実施の形態に係る電気自動車用電池のヒートアップ装置が適応可能なハイブリッド型電気自動車の一部の構成を示す図である。
【符号の説明】
１  組電池
３  温度センサ
５  放電制御コントローラ
１３  電熱触媒
【図１】
0004120025.tif 000003
【図２】
0004120025.tif 000004
【図３】
0004120025.tif 000005
【図４】
0004120025.tif 000006
【図５】
0004120025.tif 000007
【図６】
0004120025.tif 000008
【図７】
0004120025.tif 000009
【図８】
0004120025.tif 000010
【図９】
0004120025.tif 000011
【図１０】
0004120025.tif 000012
【図１１】
0004120025.tif 000013