CN106029432A

CN106029432A - 蓄电系统

Info

Publication number: CN106029432A
Application number: CN201580006838.4A
Authority: CN
Inventors: 村田崇
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2015-02-18
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2035-02-18
Also published as: JP6024684B2; WO2015124993A1; DE112015000880T5; CN106029432B; US10322645B2; US20170057376A1; JP2015159633A

Abstract

车辆的蓄电系统，包括电池、温度传感器、电池加热器、充电器和控制器。所述电池配置为向电动机供应电力用于所述车辆的行驶，并且配置为用从外部电源供应的外部电力进行充电。所述温度传感器配置为检测所述电池的温度。所述电池加热器配置为升高所述电池的温度。所述充电器配置为可与所述外部电源连接，并且将所述外部电力分别传递至所述电池和所述电池加热器。所述控制器配置为执行充电控制。所述充电控制是用所述外部电力对所电池进行充电的控制。所述控制器配置为存储一映射。所述映射为所述电池的每一温度指定一比率，该比率是当充电时间最小化时、供应至所述电池加热器的升温功率与所述外部电力的最大功率之比。所述控制器配置为使用所述映射，根据在充电开始时测得的所述电池的温度计算所述比率。所述控制器配置为使用与计算出的所述比率相对应的所述升温功率，在充电期间执行温度调节控制。所述温度调节控制是在充电期间将所述外部电力的一部分供应至所述电池加热器、以升高所述电池的温度的控制。

Description

蓄电系统

技术领域

本发明涉及车辆的蓄电系统，该蓄电系统包括电池，所述电池向电动机供应电力，并可以采用由外部电源供应的电力进行充电。

背景技术

在插电式混合动力车辆或电动车辆中，向电动机供应电力用于车辆的行驶的电池可以采用由外部电源供应的电力进行充电（外部充电）。众所周知的是，由于电池的温度（电池温度）下降，充电时间被延长或增加。这是因为，当电池温度低时，内阻增大，并且充电效率降低。

在公开号为2012-191783（JP 2012-191783 A）的日本专利申请所描述的系统中，当使用计时器对电池进行外部充电时，充电功率的一部分被加热器用作为升温功率，并且在外部充电期间用加热器对电池加温，从而提高充电效率。在这种情况下，由于无法用预定充电完成时间到来之前加热器消耗的电量来对电池充电，因此延长了预定的充电完成时间，并且用加热器消耗的功率量对电池进行额外充电。

发明内容

由加热器消耗的电力无法用于对电池充电，因此，当由加热器消耗过大的功率（升温功率）量时，减少了供应至电池的充电功率，因而延长了充电时间。另一方面，即使当在电池温度低的情况下向电池提供大量的充电功率时，由于内阻的增加导致了充电效率低下，充电损失增大，并且充电时间延长。

然而，在JP 2012-191783 A的系统中，没有考虑如何将从外部电源提供的功率在升温功率和充电功率之间分配，并且充电所需的时间段被简单地延长了，从而用与升温功率相对应的电力对电池额外地进行充电。

因此，本发明的目的是提供一种蓄电系统，该蓄电系统能够在短时间段内对电池进行充电，而同时在充电期间使用从外部电源供应的电力的一部分作为用于升高电池的温度的升温功率。

根据本发明的一个方面的车辆的蓄电系统，包括电池、温度传感器、电池加热器、充电器和控制器。所述电池配置为向电动机提供电力用于所述车辆的行驶，且配置为用从外部电源提供的外部电力进行充电。所述温度传感器配置为检测所述电池的温度。所述电池加热器配置为升高所述电池的温度。所述充电器配置为可与所述外部电源连接，并且将所述外部电力分别传递至所述电池和所述电池加热器。所述控制器配置为执行充电控制。所述充电控制是用所述外部电力对所电池进行充电的控制。所述控制器配置为存储一映射。所述映射为所述电池的每一温度指定了一比率，该比率是当充电时间最小化时、供应至所述电池加热器的升温功率与所述外部电力的最大功率之比。所述控制器配置为使用所述映射，从当充电开始时测得的所述电池的温度计算所述比率。所述控制器配置为使用与计算出的所述比率相对应的所述升温功率，在充电期间执行温度调节控制。所述温度调节控制是在充电期间将所述外部电力的一部分供应至所述电池加热器、以升高所述电池的温度的控制。

根据本发明，使用为当充电开始时测得的所述电池的每一温度指定了供应至所述电池加热器的所述升温功率与当所述充电时间最小化时的所述外部电力的所述最大功率的之比的所述映射，计算所述升温功率与所述最大功率的比率。由于使用与计算出的所述比率相对应的所述升温功率，执行在充电期间的温度调节控制，因此，可以在短时间内对所述电池进行充电的同时升高所述电池的温度。

由所述电池加热器消耗的电力无法用于对所述电池进行充电。因此，当相对于所述外部电力的升温功率的量太大时，提供给所述电池的充电功率被减少，并且充电时间被延长。在另一方面，即使当在电池的温度低的情况下向电池提供大量的充电功率时，由于低充电效率，充电损耗被增大，并且充电时间被延长。即，充电时间根据电池温度的变化而变化，并且还根据提供给电池加热器的升温功率与外部电力的最大功率的比率的变化而变化。因此，根据本发明，基于随供应至电池加热器的升温功率与外部电力的最大功率的比率而变化的充电时刻，为当充电开始时测得的所述电池的每一温度指定一比率，该比率是当所述充电时间最小化时、供应至电池加热器的升温功率与外部电力的最大功率之比。接着，根据为每个电池温度指定所述比率的映射，用计算出的升温功率执行充电过程中的温度调节控制。因此，可以在最短的充电时间内对电池进行充电的同时升高电池的温度。

在根据本发明的上述方面的蓄电系统中，所述控制器可能配置为在第一充电模式和第二充电模式中执行所述充电控制和所述温度调节控制。在所述第一充电模式中，用第一充电功率对所述电池进行充电直到所述电池的电量变得等于第一电量，并且向所述电池加热器提供第一升温功率。在所述第二充电模式，在所述电池的电量达到所述第一电量之后，以作为固定值的第二充电功率对所述电池进行充电，且向所述电池加热器提供第二升温功率。所述控制器可能配置为当基于所述映射计算出的所述升温功率作为所述第一升温功率时，将基于所述映射计算出的所述升温功率和所述最大功率之间的差值设定为所述第一充电功率。所述控制器可能配置为当设定的所述第一充电功率小于所述第二充电功率时，重新设定所述第一升温功率，以使得所述第一充电功率变得大于所述第二充电功率。

在如上所述蓄电系统中，所述控制器可能配置为将所述最大功率和所述第二充电功率之间的差值与基于所述映射计算出的所述升温功率进行比较。所述控制器可能配置为使用所述差值和基于所述映射计算出的所述升温功率中较小的一个来设定所述第一升温功率。所述控制器还可能配置为将所述最大功率和设定的所述第一升温功率之间的差值设定为所述第一充电功率。当所述第一充电模式的所述充电功率减少时，在所述第一充电模式中的所述充电时间被延长，并且整个充电时间被延长。因此，为了抑制所述充电时间的延长，在所述第二充电模式中作为固定值的所述功率可能被设定为至少在所述第一充电模式中要确保的所述充电功率。

然而，取决于外部电力的最大功率，当基于所述映射计算出的升温功率和最大功率之间的差值被设定为所述第一充电功率时，以这种方式设定的所述第一充电功率可能小于所述第二充电功率。在这种情况下，可能不能确保至少在所述第一充电模式中要确保的所述充电功率。

因此，当基于所述映射计算出的所述升温功率和所述最大功率之间的差值被设定为所述第一充电功率，并且所述第一充电功率因此被设定为小于所述第二充电功率时，所述第一升温功率被重新设定，以使得所述第一充电功率变得大于所述第二充电功率。也就是说，在所述外部电力的所述最大功率之外，当不能确保至少在所述第一充电模式中要确保的所述充电功率时，对用在所述第一充电模式中的所述第一升温功率进行设定，其中更高的优先级被赋予了充电。采用这种布置，可以抑制在所述第一充电模式中的充电时间的延长。

基于所述映射计算出的升温功率提供相对于所述外部电力的最大功率的最短充电时间。因此，当使用与基于所述映射计算出的升温功率不同的升温功率执行温度调节控制时，在所述第一充电模式中的充电时间变得比根据所述映射的最短充电时间要长。然而，当所述充电功率小时，即使当电池的温度上升时，充电时间也不会缩短。因此，通过其中被赋予充电而不是升温的更高优先级的第一充电模式中的温度调节控制，所述充电时间延长为比根据所述映射的最短充电时间更长，但是抑制了在所述第一充电模式中的充电时间的延长，并且可以更早做出从所述第一充电模式到所述第二充电模式的转变，因此，可以缩短所述充电时间。

为了设定所述第一升温功率以使得所述第一充电功率不会变得小于所述第二充电功率，所述控制器可以将所述最大功率与所述第二充电功率之间的差值与基于所述映射计算出的所述升温功率进行比较，并且使用所述差值和基于所述映射计算出的所述升温功率中较小的一个来设定所述第一升温功率。所述控制器还可以将所述最大功率和由此设定的所述第一升温功率之间的差值作为所述第一充电功率。

在根据本发明的上述方面的蓄电系统中，所述控制器可能配置为在第一充电模式和第二充电模式中执行所述充电控制和所述温度调节控制。在所述第一充电模式中，所述外部电源的所述最大功率和基于所述映射计算出的所述升温功率之间的差值被设定为第一充电功率，所述电池用所述第一充电功率进行充电、直到所述电池的电量变得等于第一电量，同时向所述电池加热器提供基于所述映射计算出的所述升温功率。在所述第二充电模式中，在所述电池的电量达到所述第一电量后，用小于所述第一充电功率的第二充电功率对所述电池进行充电，并且向所述电池加热器提供所述最大功率和所述第二充电功率之间的差值，或者与所述电池加热器的最大输出相对应的电力。

在所述第一充电模式中，充电和整个最大功率被用于所述电池的充电和所述电池的温度的上升。另一方面，在所述第二充电模式中，用小于所述最大功率（所述第一充电功率）的所述第二充电功率对所述电池进行充电。因此，所述最大功率和所述第二充电功率之间的差值可以作为剩余功率而可用。因此，在所述第二充电模式中，所述最大功率和所述第二充电功率之间的差值可能用作升温功率。

因此，第一充电模式中的升温功率和第二充电模式中的升温功率被可变地控制，并且第二充电模式中的升温功率被设定为可以与外部电力的最大功率相关地使用的最大可用功率，或者被设定为与在可被用作升温功率的外部电力的范围内的电池加热器的最大输出相对应的电力。采用这种布置，使用大于第一充电模式中的升温电力，在第二充电模式中升高温度，因此，可以更快地升高电池温度。因此，可以进一步提高充电效率，并且可以进一步缩短充电时间。

附图说明

下面参照附图的描述有助于更好地理解本发明的示例性实施例的特征、优势，以及技术和工业意义。附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

图1为根据本发明的第一实施例的安装在车辆上的电池系统的结构示意图；

图2为用于说明根据第一实施例的包括电池的温度调节控制的外部充电控制的示意图；

图3为展示了根据第一实施例的提供给电池加热器的升温功率与外部电力的最大功率的比率和随该比率变化的充电时间之间的关系的示意图；

图4为根据第一实施例的，基于提供给电池加热器的升温功率与外部电力的最大功率的比率和随该比率变化的充电时间之间的关系，为当充电开始时测得的电池的每个温度指定当充电时间最小化时的比率的映射的例子的示意图；

图5为表明了根据第一实施例的在第一充电模式和第二充电模式中升温功率和与外部电力相关的充电功率之间的比率的曲线图；

图6为展示了根据第一实施例的包括电池的温度调节控制的外部充电控制的处理流程的示意图；

图7为展示了在第一实施例的外部充电控制的处理流程中，计算在第一充电模式中的升温功率的方法的变形例的示意图；

图8为展示了将根据外部电力的最大功率抑制温度调节控制的处理流程加入到第一实施例的外部充电控制的处理流程中的变形例的示意图。

具体实施方式

以下将描述本发明的一个实施例。

图1到8展示了本发明的第一实施例。图1为展示了安装在本实施例的车辆上的电池系统的结构的框图。该电池系统可能安装在车辆上，如具有用来自外部电源的功率充电电池的插电式混合动力车辆，或电动车辆。

本实施例的电池系统包括充电/放电系统和外部充电系统。在该充电/放电系统中，电池1的DC功率通过逆变器4提供给电动发电机（MG），在车辆的制动过程中，用可再生能源对该电池1进行充电。在外部充电系统中，为电池1提供了温度调节器，用来自外部电源23的电力对电池1进行充电。

如图1所示，电池1是具有电串联连接的多个单位电池的电池组。二次单电池，如金属氢化物镍单电池或锂离子单电池，可能用作每个单位电池。双电层电容器也可能代替二次单电池使用。

上述多个单位电池2（蓄电装置）通过母线串联连接，并构成电池1。多个电并联连接的两个或两个以上单位电池2的组可能串联连接，以构成电池1。可能根据安装有电池1的车辆的所需输出等，根据需要确定构成电池1的单位电池2的数量。

在本实施例的电池系统中，DC/DC转换器3（升压电路）连接在电池1和逆变器4之间，并且连接到电池1的DC/DC转换器3连接到逆变器4。DC/DC转换器3可以增加或提高电池1的输出电压，并且将该输出电压传送到逆变器4。DC/DC转换器3可以降低从逆变器4到电池1的输出电压。

在连接到电池1的正极端子的正极线PL中和连接到电池1的负极端子的负极线NL中分别设置有系统主继电器SMR-B、SMR-G。系统主继电器SMR-B、SMR-G在接通和关断之间切换，以响应来自控制器10的控制信号。系统主继电器SMR-P和限流电阻器R与系统主继电器SMR-G并联连接，系统主继电器SMR-P和限流电阻器R串联连接。

系统主继电器SMR-B、SMR-G允许电池1和DC/DC转换器3（逆变器4）彼此电连接。为了将电池1连接到DC/DC转换器3上，控制器10首先将系统主SMR-B、SMR-G从关断切换到接通。因此，电流流过限流电阻器R，从而可以抑制或阻止当电池1连接到逆变器4时将流过的涌入电流。

在将系统主继电器SMR-P从关断切换到接通之后，控制器10将系统主继电器SMR-P从接通切换到关断。通常这种方式，完成电池1和DC/DC转换器3（逆变器4）之间的连接，图1所示的电池系统进入启动状态（准备就绪）。控制器10接收与车辆的点火开关的接通/关断（IG-ON/IG-OFF）有关的信息。控制器10启动电池系统，以响应点火开关从关断到接通的切换。

在另一方面，当点火开关从接通切换到关断时，控制器10将系统主继电器SMR-B、SMR-G从接通切换到关断。因此，电池1和DC/DC转换器3（逆变器4）彼此断开连接，电池系统进入停止状态。

监测单元6监测电池1的端子之间的电压，或者监测每个单位电池2的电压。监测单元6将检测结果输出到控制器10。检测单元6可能检测多个单位电池2中的每个单位电池的电压值，或者监测跨串联连接的给定数量的单位电池2的电压，作为一个框。可能根据需要设定包括在一个框内的单位电池2的数量。

电流传感器7检测流过电池1的电流，并且将检测结果输出到控制器10。在本实施例中，电流传感器7设置在连接到电池1的正极端子上的正极线PL中。倘若电流传感器7可以检测流过电池1的电流，可能适当设定设置电流传感器的位置。例如，电流传感器7可能设置在连接到电池1的负极端子上的负极线NL中。还可能使用两个或两个以上电流传感器7。

温度传感器8检测电池1的温度（电池温度）。温度传感器8输出检测结果到控制器10。温度传感器8可能设置在电池1中的一个位置，或者可能设置在电池1中的两个或两个以上的不同位置。当使用两个或两个以上检测到的电池1的温度时，可能适当地将两个或两个以上检测到的温度的最小值或最大值、或者这两个或两个以上检测到的温度的中间值或平均值用作电池1的温度。

控制器10可能包括存储器10a。该存储器10a存储监测单元6、电流传感器7和温度传感器8各自的检测值、使用相应的检测值计算出的SOC、全部充电容量等计算值、在充电/放电控制中使用的各种信息，等等。存储器10a可能配置为外部连接到控制器10的单独存储区域。也就是说，存储器10a可能并入控制器10，或者外部连接到控制器10。这同样适用于后面将描述的充电控制装置30的存储器30a。

控制器10基于由监测单元6监测到的电压值、由电流传感器7检测到的电流值和由温度传感器8检测到的电池温度，计算（估计）电池1的SOC。接着，控制器10基于计算出的SOC和估计出的全部充电容量的值，执行电池1的充电/放电控制。控制器10可能配置为包括相应的功能单元，如SOC估计单元、全部充电容量计算单元等等。

电池1的SOC（state of charge，荷电状态）代表当前电池1的充电容量与完全充电容量的比率，完全充电容量是SOC的上限。SOC可能从电池1的开路电压（OCV）指定。例如，电池1的OCV和SOC之间的对应关系预先存储在存储器10a中，作为OCV-SOC映射。控制器10根据由监测单元6检测的闭路电压（CCV）计算电池1的OCV，并且根据OCV-SOC映射计算SOC。

由于电池1的OCV和SOC之间的对应关系根据电池温度变化，因此可能在存储器10a中为每个电池温度存储OSV-SOC，并且根据当从电池1的OCV估计SOC时检测到的电池温度，可以通过从各电池温度的OCV-SOC映射中选择一个OCV-SOC映射估计电池1的SOC。

因此，控制器10可以通过监测在充电或放电过程中由监测单元6检测到的电压值（CCV），把握电池1的过充电状态或过放电状态。例如，控制器10可能通过抑制电池1的充电以致计算出的SOC不会变得高于相对于完全充电容量的预定上限SOC，或者抑制放电以致计算出的SOC不会变得低于下限SOC，执行充电/放电控制。

控制器10可能提供用于DC/DC转换器3、逆变器4和电动发电机5中的每一个，或者可能配置为由两个或两个以上控制装置构成的一个控制单元。

接着，将描述用于采用来自外部电源23的外部电力对电池1进行充电的电池系统的外部充电系统。外部充电系统用来自外部电源23的外部电力对电池1进行外部充电，并且使用温度调节器执行电池1的温度调节。即使在充电/放电系统的驱动和控制停止的状态下，外部充电系统也独立于充电/放电系统启动和控制。

充电器20通过充电线PL1、NL1连接到电池1。充电线PL1连接到电池1的正极端子和系统主继电器SMR-B之间的正极线路PL。充电线NL1连接到电池1的负极端子和系统主继电器SMR-G之间的负极线NL。

充电继电器Rch1、Rch2分别设置在充电线PL1、NL1中。充电继电器Rch1、Rch2在接通和关断之间切换，以响应来自充电控制装置30的信号。

充电插头22连接到入口21。该充电插头22是设置在从外部电源23延伸出的充电电缆中的连接器。采用充电插头22连接到入口21，外部电力可以通过充电器20从外部电源23提供到电池1。通过这种方式，可以使用外部电源23对电池1充电。当从外部电源23提供交流功率时，充电器20将来自外部电源23的交流功率转换为直流功率，并且将该直流功率提供给电池1。采用从外部电源23提供的电力对电池1进行充电将被称为“外部充电”。

虽然在本实施例中是在充电插头22连接到入口21的状态下进行外部充电的，但是本发明的外部充电系统不限于这种布置。更具体地，可能使用所谓的非接触式充电系统将外部电源23的电力提供给电池1。在该非接触式充电系统中，可以利用电磁感应或共振现象，使得可以提供功率而无需电流通过电缆。该非接触式充电系统可能适当地采用已知的布置或结构。

充电器20包括DC/DC转换器20a。该DC/DC转换器20a连接到电池加热器40，并且可操作以升高从充电器20产生的直流功率的电压，并且将产生的功率传送到电池加热器40。该电池加热器40是用于升高电池1的温度的加热装置，并且还是由外部电力驱动的温度调节器。

例如，可能将电能转换为热能的电加热器用作电池加热器40。电池加热器40可能设置为与电池1直接接触，或者可能间接设置有插入在电热器40和电池1之间的部件或间隔。并且，两个或两个以上电加热器可能构成一个电池加热器40。在这种情况下，加热部分可能设置在电池1中的两个或两个以上位置。

充电器20执行第一功率供应以将外部电力提供给电池1，和第二功率供应以通过DC/DC转换器20a将外部电力提供给电池加热器40。充电器20根据充电控制装置30的控制信号运行，并且可能同时执行第一功率供应和第二功率供应。

开关Rh1、Rh2设置在将DC/DC转换器20a与电池加热器40连接的电源线中。开关Rh1、Rh2在充电控制装置30的控制下在接通和关断之间切换。当开关Rh1、Rh2接通时，DC/DC转换器20a和电池加热器40彼此连接。

图2是用于说明包括电池1的温度调节的外部充电控制的示意图。在图2中，横纵表示时间，纵轴表示电池1的SOC，通过温度传感器8分别检测电池加热器40的加热器输出和电池温度。

在本实施例中，在两个充电模式，即，第一充电模式和第二充电模式中选择一个充电模式执行外部充电。在第一充电模式中，执行恒流（CC）充电，也就是说，当外部充电开始时检测到的电池1的初始SOC小于第一充电模式的阈值SOC_th时，电池1用设定的可允许的充电电流进行充电。在第二充电模式中，执行恒流恒压（CCCV）充电，也就是说，电池1用限制为小于第一充电模式的充电电流的值的充电电流进行充电，以致电池1的电压控制为等于或低于给定的值。

例如，如图2所示，当电池1的初始SOC小于阈值SOC_th时，充电控制装置30在时刻t1开始用于外部电源23的最大功率相对应的恒定充电电流进行充电。电池1的SOC（电压）随时间上升，并且在时刻t2达到阈值SOC_th。在这个时刻（t2），充电控制装置30切换到恒流恒压充电（第二充电模式），在该恒流恒压充电中，充电电流限定为较小的值以致电池1的电压控制为等于或低于给定的值。当SOC在时刻t3达到上限SOC时，充电控制装置30完成充电。

在恒流恒压充电中，如上所述，提供上限电压，并且在充电的过程中当SOC达到阈值SOC_th时，限制充电电流。当在SOC较高的状态下执行充电时，充电效率降低。因此，提供上限电压，并且充电电流限制为较小的值，从而由于充电效率的降低而抑制温度的上升和过电压。当在较低的温度执行充电时，电池阻力（内阻）增大。因此，电压依照产生的充电电流和内阻而增大，可以从V=IR（R：内阻）的关系的角度来理解。由于电压变得过高并且电池的退化随着充电电流的增大而加剧，因此在充电过程中当电压达到上限电压时充电电流限制为较小的值，以影响恒流恒压充电，从而可以抑制或阻止电池退化。

在图2的例子中，在外部充电过程中设定的上限SOC等于或低于完全充电容量，并可能被设定为在电池1的充电/放电控制下允许的上限SOC。阈值SOC_th是做出从第一充电模式转换到第二充电模式的阈值。当在外部充电开始时检测到的初始SOC大于阈值SOC_th，可能在第二充电模式开始充电，而无需通过第一充电模式。

在本实施例中，从外部电源23提供的外部电力的一部分用作升高电池1的温度的升温功率Pt，使得在充电过程中电池1的温度在控制下可调节。如上所述，当电池1的电池温度较低时充电效率降低。因此，电池1被充电时，它的温度被电池加热器40升高，从而提高充电效率，并且缩短充电时间。

然而，存在对外部电源23的外部电力的上限功率（最大功率P）的限制。当外部电力的一部分用作运行电池加热器40的电力时，由电池加热器40消耗的升温功率Pt变为不可以用于电池1的充电的功率。因此，当升温功率Pt太大时，由于充电效率较小，因而提供给电池1的充电功率减小，并且充电时间延长。

也就是说，充电时间根据电池1的电池温度而变化，并且还根据提供给电池加热器40的升温功率Pt与外部电力的最大功率P的比率而变化。图3展示了提供给电池加热器40的升温功率Pt与外部电力的最大功率P的比率和充电时间的关系，所述充电时间根据升温功率Pt与最大功率P的比率而变化。

在图3中，纵轴表示充电时间，横轴表示升温功率Pt与外部电力的最大功率P的比率。图3展示了处于在外部充电开始时测得的给定电池温度下，当升温功率Pt与最大功率P的比率改变时充电时间的改变。在这个例子中，在充电过程中提供给电池加热器40的升温功率Pt在每个充电时间段都是恒定的。

如图3所示，当整个外部电力都用作充电功率时（升温功率Pt=0），充电时间等于A。随着充电功率减少，并且充电功率所减少的电力的量用作升温功率，充电时间被缩短。这是因为，相比于电池1的温度没有上升的情况，充电效率随着电池1的温度的上升而增大。

因此，当用作升温功率Pt的电力相对于从外部电源23提供的最大功率P变化，从而提高升温功率Pt与最大功率P的比率时，充电时间被逐步缩短，并且当该比率变得等于特定比率α时到达最小值（充电时间B）。接着，当增大升温功率Pt以提供上面所指出的超过比率α的比率，相反地，当上面所指出的比率增大到比率β，充电时间被延长，并且变得等于充电时间A（在没有温度升高的情况下）。

当外部电力中的用作充电功率的电力和用作升温功率Pt的电力之间的比率变化时，充电时间也变化。当用作升温功率Pt的电力的量太大或太小时，充电时间被延长。

在本实施例中，预先指定了当充电时间最小化时，相对于最大功率P的与比率α相对应的升温功率Pt。换句话说，当提供给电池1的一部分外部电力用作升温功率pt时，预先指定了当充电时间为最小化时的升温功率Pt与最大功率P的比率。

图4展示了为当每个充电开始时测得的电池1的电池温度指定当充电时间最小化时升温功率Pt的比率α的映射的一个例子。

图4所示的映射可能通过实验等预先设定，如图3所示。由于充电时间取决于电池1的电池温度，因此相对于最大功率P的升温功率Pt还根据当外部充电开始时测得的电池温度而变化。如在图4的例子中，为电池1的每个电池温度获得在充电时间最小化时升温功率与最大功率的比率。图4的映射可能预先存储在充电控制装置30的存储器30a中。

在如上所述的第一充电模式中，采用与在充电时间最小化时的升温功率与最大功率的比率相对应的升温功率执行用于电池1的温度调节的控制。在本实施例中，当初始SOC小于阈值SOC_th时，进行恒流充电，如图2所示。同时，当电池温度低于预定值，并且确定温度需要变化时，在充电过程中外部电力的一部分用作升温功率Pt，并且用剩余的外部电力对电池1进行充电。

此外，如上所述，在图3的例子中，根据在映射中指定的比率α计算出的升温功率Pt在提供给电池加热器40时保持恒定，在第一充电模式的充电过程中不会改变。也就是说，采用与升温功率Pt相对应的恒定加热器输出升高电池1的温度。

如图2的中间图所示，电池加热器40用于升温功率Pt相对应的恒定加热器输出进行加热操作。如图2的最下图所示，根据电池加热器40的加热操作和电池1自身的充电操作，电池1的电池温度随时间增加。

在本实施例的温度调节控制中，升温功率Pt被控制为在外部充电的过程中的充电操作中的第一充电模式和第二充电模式之间不同。更具体地，在第二充电模式中用于升高电池1的温度的升温功率Pt被控制为大于在第一充电模式中用于升高电池1的温度的升温功率Pt。

图5为表明在第一充电模式和第二充电模式中相对于外部电力的升温功率Pt和充电功率之间的比率的示意图。如图5所示，在第二充电模式中，用小于第一充电模式的充电功率P1（最大功率P — 升温功率Pt）的充电功率P2对电池1充电。这是因为在第二充电模式中执行使用充电功率P2的恒流恒压充电，其中，如上所述，鉴于充电效率、过电压等，充电电流被限制为较小的值。

也就是说，在第一充电模式，整个最大功率P用于充电和温度升高，使得充电功率P1和升温功率Pt之和变为等于最大功率P。另一方面，在第二充电模式中，用小于充电功率P1的充电功率P2进行充电，因此，最大功率P和充电功率P2之间的差值可以作为剩余电力获得。因此，在第二充电模式中，最大功率P和充电功率P2之间的差值事实上可能用作升温功率。

因此，在第一充电模式中的升温功率P和在第二充电模式中的升温功率Pt可变化地控制，使得在第二充电模式中的升温功率Pt设定为可以相对于外部电力的最大功率P使用的最大可用功率，或者设定为与在可以用作升温功率的外部电力的范围内的电池加热器40的最大输出Ph相对应的电力。采用这种布置，由于升温功率大于与第一充电模式的比率α相对应的升温功率Pt，可以在第二充电模式中更大程度地升高电池温度。因此，可以进一步提高充电效率，并且可以进一步缩短充电时间。

充电功率P2可能被设定为基于与阈值SOC_th和上限SOC之间的差值SOC相对应的电力的量，预先设定的固定值。在第二充电模式中，用给定的充电电流对电池1充电，该给定的充电电流限制为电池1的电压不会超过上限电压，如上所述。因此，可能预先根据限制的充电电流设定用与差值SOC相对应的电量对电池1充电所需的充电功率P2。

在本实施例的外部充电控制下，在第一充电模式中与最大功率相对应的充电功率P1可根据升温功率Pt变化地控制，而在第二充电模式中，用小于充电功率P1的恒定充电功率P2进行充电，同时充电电流限制为较小的值。

在第二充电模式中，充电功率P2可能设定为上限充电功率。也就是说，在第二充电模式中，为了限制充电电流不引起过电压，充电功率P2可能设定为上限充电功率，并且可能用等于或小于上限充电功率的电量对电池1充电。

图6是说明了本实施例的包括稳定调节控制的外部充电控制的处理流程的示意图。通过充电控制装置30执行图6的过程。

当充电插头22连接到入口21（在步骤S101中的“是”），由入口21生成的充电插头连接信号传输到充电控制装置30，使得充电控制装置30开始外部充电孔。

在外部充电控制开始的时候，充电控制装置30将充电继电器Rch1、Rch2从关断切换到接通，并且将充电器20连接到电池1。此时，充电控制装置30从温度传感器8获得当充电开始时测得的电池1的电池温度T。并且，充电控制桩30从监测单元6获得监测到的电池1的电压值，并且在充电开始时计算初始SOC（步骤S102）。

当检测到的电池温度T高于温度Tb（在步骤S103中的“否”）时，充电控制装置30执行正常外部充电，无需使用电池加热器40升高电池1的温度（步骤S124）。温度Tb预先设定为电池1不需要被电池加热器40加热的温度，并且，鉴于随电池温度变化的充电效率，可能通过实验等获得。

当电池温度T小于温度Tb（步骤S103中的“是”）时，充电控制装置30判断初始SOC是否小于阈值SOC_th（步骤S104）。当初始SOC小于阈值SOC_th时，充电控制装置30判断电池温度T是否低于温度Ts（步骤S105）。温度Ta是提供用于判断在第一充电模式中是否执行温度调节的温度阈值，换句话说，电池1的温度是否需要升高。温度Ta可能设定为比温度Tb小的值。

当在步骤S104中判断初始SOC大于阈值SOC_th时，充电控制装置30进入步骤S115，开始在第二充电模式中的充电控制，无需执行在第一充电模式中的充电控制。

当初始SOC小于阈值SOC_th，并且电池温度T低于温度Ta时，充电控制装置30提供部分外部电力给电池加热器40，从而在充电的过程中升高电池1的温度，通常在第一充电模式中对电池1进行充电。

最初，充电控制装置30根据在步骤S102中检测出的电池温度T，使用图4所示的映射（步骤S106）计算（指定）升温功率Pt与最大功率P的比率α。充电控制装置30根据最大功率P和计算出的比率α计算第一充电模式的充电功率P1。也就是说，充电控制装置30将最大功率P和根据比率α计算出的升温功率Pt之间的差值设定为充电功率P1，并且开始对电池1进行充电（步骤S107）。并且，充电控制装置30根据在步骤S106中计算出的比率α计算与最大功率P相对应的升温功率Pt，并且将计算出的升温功率Pt计算为第一充电模式的升温功率。充电控制装置30开始温度升高控制以便将以这种方式设定的升温功率传送到电池加热器40（步骤S108）。升温功率Pt通过充电器20的DC/DC转换器20a提供给电池加热器40。步骤S107和S108可能按相同的时序串行执行，或者以可以被认为等于相同的时序的较短的时间串行执行。

充电控制装置30根据需要检测电池1的电池温度T和SOC（电压），同时升温功率Pt作为外部电力的一部分提供给电池加热器40，充电功率P1作为外部电力的剩余部分提供给电池1用于充电。在涉及温度升高的第一充电模式中的充电过程中，当电池温度T变得高于温度Ta（步骤S109）时，停止向电池加热器40提供升温功率Pt，从而停止电池温度的升高，并且充电功率P1被设定为最大功率P，使得电池1用最大功率P（步骤S111）充电。

在另一方面，在第一充电模式中，用于充电功率P1相对于的充电电流进行充电（步骤S110），直到电池1的SOC变得等于阈值SOC_th。当电池1的SOC变得大于阈值SOC_th（在步骤S110中的“是”）时，即使电池温度T低于温度Ta，充电控制装置30仍完成在第一充电模式中的充电，并且切换到第二充电模式。类似地，在步骤S112，在温度升高停止（步骤S112中的“是”）之后，当SOC变得大于阈值SOC_th，充电控制装置30完成在第一充电模式中的充电，并且切换到第二充电模式。

当在步骤S105中判断电池温度T高于温度Ta时，在第一充电模式中的充电过程中不需要升高电池1的温度。因此，充电控制装置30将充电功率P1设定为最大功率P，并且执行用最大功率P对电池1进行充电的控制（步骤S113）。当电池1的SOC变得大于阈值SOC_th（步骤S114中的“是”）时，充电控制装置30完成在第一充电模式中的充电，并且切换到第二充电模式。

接着，充电控制装置30在步骤S115判断电池温度T是否低于温度Tb。当电池温度T高于温度Tb，判断在第二充电模式中的充电过程中不需要使用电池加热器40升高电池1的温度，并且开始在第二充电模式中的充电，无需升高电池1的温度（步骤S122）。

在第二模式中开始充电时，当判断电池温度T低于温度Tb时（步骤S115中的“是”），充电控制装置30判断在第二充电模式中的充电过程中存在用电池加热器40升高电池1的温度的需要，并且控制系统从而将充电功率P2传送到电池1（步骤S116），还将高于在第一充电模式中的升温功率Pt的升温功率提供给电池加热器40（步骤S117）。

在步骤S116中，用作为如上所述预先设定的固定值的充电功率P2开始充电。并且，通过从最大功率P减去充电功率P2获得的差值功率（P – P2），或者电池加热器40的最大输出Ph，被设定为第二充电模式的升温功率Pt，并将升温功率Pt提供给电池加热器40。

在涉及温度升高的第二充电模式中的充电过程中，充电控制装置30检测电池1的电池温度T和SOC。当电池温度T高于温度Tb时（步骤S118），充电控制装置30停止将升温功率Pt提供给电池加热器40，以停止在第二充电模式中的电池1的温度的升高，并且控制该系统从而用充电功率P2对电池1充电（步骤S120）。

在涉及温度升高的第二充电模式中的充电过程中，当电池1的SOC变得等于上限SOC（步骤S119）时，即使电池温度T低于温度Tb，充电控制装置30仍执行充电终止操作以完成外部充电控制（步骤S129）。并且，在温度升高停止并且电池1被控制为用充电功率P2充电之后，当电池1的SOC变得等于上限SOC（S121）时，充电控制装置30执行充电终止操作以完成外部充电控制（步骤S129）。

当在步骤S115中判断电池温度T高于温度Tb时，由于在第二充电模式中的充电过程中不需要升高电池1的温度，充电控制装置30只执行用充电功率P2对电池1充电的充电控制（步骤S122）。接着，当电池1的SOC变得等于上限SOC（在步骤S123中的“是”）时，充电控制装置30执行充电终止操作以完成外部充电控制（步骤S129）。

当在步骤S103中判断电池温度T高于温度Tb时，确定同时在第一充电模式和第二充电模式中，换句话说，对于整个外部充电控制，不需要升高电池1的温度。在这种情况下，执行没有温度升高的正常外部充电。当初始SOC小于阈值SOC_th（在步骤S124中的“是”）时，充电控制装置30将充电功率P1设定为最大功率P，并且执行用最大功率P对电池1充电的控制（步骤S125）。当电池1的SOC变得大于阈值SOC_th（在步骤S126中的“是”）时，充电控制装置30完成在第一充电模式的充电，并且切换到第二充电模式。

接着，充电控制装置30开始在第二充电模式中的充电，并且只执行用作为固定值的充电功率P2对电池1进行充电的充电控制（步骤S127）。当电池1的SOC变得等于上限SOC（步骤S128中的“是”），充电控制桩30执行充电终止操作以完成外部充电控制（步骤S129）。当在步骤S124判断初始SOC大于阈值SOC_th时，充电控制装置30控制该系统，从而在第二充电模式中开始外部充电（步骤S127）。

在步骤S129的充电终止操作中，计算出充电终止时的电池1的SOC（终止SOC），从而计算出完全充电容量，并且充电继电器Rch1、Rch2从接通切换到关断，从而从电池1上断开充电器20的连接。可能使用初始SOC和终止SOC，以及在第一充电模式和/或第二充电模式中提供给电池1的充电电流的积分值，计算出完全充电容量。

在上面的描述中，已经以即时充电为例，描述了本实施例的涉及温度调节控制的外部充电控制，该即时充电在通过将从外部电源23延伸出的充电插头22连接到入口21触发时开始。然而，本发明不限于这种充电类型。

本发明可能应用于定时充电，其中，在预定充电开始时刻开始充电。例如，当推动定时充电开关（未图示）时，允许用户设定充电开始时刻和/或充电结束时刻，并且，当设定的充电开始时刻到来时开始充电，或者当根据设定的充电结束时刻和当前时刻计算出的充电开始时刻到来时开始充电。在图6的例子中，可能在步骤S101之前判断当前时刻是否是充电开始时刻，并且当当前时刻时充电开始时刻时可能开始外部充电。在外部充电控制的过程中当充电结束时刻到来时，该系统还可能被迫完成外部充电。

根据本实施例，为每个当充电开始时测量出的电池1的电池温度指定充电时间最小化的比率α，并且用相对于最大功率P的最佳升温功率Pt执行充电过程中的温度调节。因此可以在短时间内对电池1充电，同时升高电池1的温度。

如图3和4所示的最大功率P和升温功率Pt之间的比率α根据最大功率P而变化。这是因为可以用作升温功率Pt的电量，换言之，可以用作充电功率的电力的量，根据最大功率P而变化。因此，对于外部电源23的每个充电规格（最大功率、最大输出电压、最大输出电流），如图4所示的映射可能存储在存储器30a中。

在这种情况下，如以下将描述的图8所示的变形例，在步骤S1111中，充电控制装置30执行操作以检查最大功率P。接着，在图6的步骤S106，充电控制装置30从存储器30a中检索与最大功率P相对应的映射，并且根据在步骤S102中获得的电池温度计算比率α。

图7展示了在本实施例的外部充电控制中的第一充电模式中的充电过程中的升温功率Pt的计算方法的变形例。

在第一充电模式和第二充电模式中执行本实施例的外部充电。当第一充电模式的充电功率P1被减小时，在第一充电模式中的充电时间被延长，并且总的充电时间被延长。在本实施例中，具体地，采用设定为大于第二充电模式的充电功率P2的第一充电模式的充电功率P1进行充电。因此，当由于外部电力的一部作为升温功率Pt而减小充电功率P1时，充电时间被延长。因此，为了抑制充电时间的延长，第二充电模式的充电功率P2可能被设定为至少在第一充电模式中要确保的充电功率。

与此同时，外部电源23的最大功率P根据外部电源23的输出规格而变化。在商用电源的情况下，例如，在日本，标准输出电压为100V和200V，在国外，标准输出电压包括等于或大于200V的电压。因此，根据外部电力的最大功率P，通过从最大功率P中减去基于图4所示的映射的升温功率Pt获得的电力可能小于第二充电模式的充电功率P2，并且可能不能确保至少在第一充电模式中要确保的充电功率P2。

因此，当根据基于映射的比率α计算出的升温功率被设定为第一充电模式的升温功率Pt时，基于比率α计算出的升温功率和最大功率P之间的差值可能设定为充电功率P1。当设定的充电功率P1小于作为固定值的充电功率P2时，第一充电模式的升温功率Pt被重新改变和设定使得充电功率P1变得大于充电功率P2。

也就是说，当不能确保至少在第一充电模式中要确保的外部电力的最大功率P中的充电功率P1（=充电功率P2）时，用给予充电的比温度升高更高的优先级设定（改变）在第一充电模式中的充电过程中的升温功率Pt。

更具体地，将通过从外部电力的最大功率P中减去充电功率P2获得的差值功率与根据基于图4所示的映射的比率α计算出的升温功率Pt进行比较，使用差值功率和计算出的升温功率Pt中的较小的一个在第一充电模式中执行使用电池加热器40的温度调节。采用这种布置，可以抑制在第一充电模式中的充电时间的延长。

当充电时间最短时，与基于图4所示的映射的比率α相对应的升温功率为相对于外部电力的最大功率P的升温功率。因此，当用小于与α相对应的升温功率的差值功率（P-P2）执行温度调节控制时，在第一充电模式中的充电时间变得比最短的充电时间更长。然而，当充电功率较小时，即使在电池1的温度升高时，充电时间也不会缩短。因此，通过在给予充电比温度升高更高的优先级的第一充电模式中的充电过程中的温度调节控制，充电时间变得比基于使用与根据映射的比率α相对应的升温功率进行温度升高的最短充电时间更长。然而，由于抑制了在第一充电模式中的充电时间的延长，因此更早做出从第一充电模式到第二充电模式的转换，相比不能确保需要的最小充电功率P2的情况，可以缩短充电时间。

如图7所示，在执行图6所示的步骤S107后，充电控制装置30根据在步骤S106中计算出的比率α和外部电力的最大功率P，计算出在第一充电模式中使用的升温功率Pt（S1101）。

当充电控制装置30将根据比率α计算出的升温功率Pt设定为在第一充电模式中使用的升温功率，可以判断根据比率α计算出的升温功率Pt是否大于差值功率（P – P2）（S1102）。当升温功率Pt大于差值功率时，在第一充电模式中使用的充电功率P1被设定为最大功率P和根据比率α计算出的升温功率Pt之间的差值，并且根据比率α计算出的升温功率Pt被设定为升温功率。接着，设定的升温功率被提供给电池加热器40，从而开始升高电池1的温度（S1103）。

当升温功率Pt小于差值功率，并且差值功率（P – P2）大于0（步骤S1104中的“是”）时，换言之，当最大功率P和根据比率α计算出的升温功率Pt直接的差值被设定为充电功率P1，并且设定的充电功率P1小于作为固定值的充电功率P2时，在第一充电模式中使用的升温功率Pt被设定为差值功率（P – P2）使得升温功率P1变得大于充电功率P2。充电控制装置30开始提供不同于根据比率α计算出的升温功率Pt到电池加热器40，从而开始升高电池1的温度（S1105）。当在步骤S1104中判断差值功率（P – P2）小于0时，充电控制装置30确定在外部电力的最大功率P中没有可以用作升温功率Pt的电力，并且进入到步骤S124，以控制系统执行没有温度升高的正常外部充电。

图8展示了将根据外部电力的最大功率抑制温度调节控制的处理流程加入到本实施例的外部充电控制的处理流程中的变形例的示意图。

如上面关于图7的变形例（外部电力的最大功率P较低）所解释的，充电功率随着最大功率P的减少而减少，并且即使当电池1的温度升高时，充电时间也不会缩短。因此，在图8所示的变形例中，预先判断最大功率P是否可以在第一充电模式中的充电过程中确实提供所需的充电功率P2，并且当可以确保所需的充电功率P2时，执行涉及电池1的温度调节的外部充电控制。

如图8所示，当在步骤S103中确定电池1的电池温度T低于温度Tb，并且需要升高电池1的温度时，当外部充电控制开始时，充电控制装置30通过入口21和充电插头22从外部电源23获得有关最大功率（或最大输出电压、最大输出电流）的充电规格信息（步骤S1111）。当获得的最大功率P小于预定功率（在步骤S1112中的“否”）时，充电控制装置30进入步骤S124，并且控制该系统从而执行没有温度升高的正常外部充电。当最大功率P大于预定功率（在步骤S1112中的“是”）时，充电控制装置30进入步骤S104以执行在第一充电模式中的充电和/或在第二充电模式中的充电，同时升高电池1的温度。

在第二充电模式中预先设定的充电功率P2，或者大于充电功率P2的任何功率可能设定为在步骤S1112中使用的预定功率。例如，由于在第一充电模式中用大于第二充电模式的充电功率P2进行充电，大于充电功率P2的电力可能被设定为最大功率P的阈值，基于该阈值可以判断电池1的温度是否要升高，因此，可以早做出从第一充电模式到第二充电模式的转换，如上所述。

虽然在如上所述的实施例中，在第一充电模式和第二充电模式的两个阶段进行充电，但本发明不限于这种布置。例如，在充电期间（即，直到SOC增大到上限SOC），系统可能被控制处于三个或三个以上不同充电模式中，或者只处于一个充电模式中。这这种情况下，为每个当充电开始时测得的电池1的电池温度预先指定充电时间最小化的比率α，因此可以用相对于最大功率P的最佳升温功率Pt执行充电过程中的温度调节控制，并且可以在短时间内完成充电，同时升高电池的温度。

Claims

1. 车辆的蓄电系统，该蓄电系统包括：

电池，其配置为向电动机供应电力用于所述车辆的行驶，且所述电池配置为用从外部电源供应的外部电力进行充电；

温度传感器，其配置为检测所述电池的温度；

电池加热器，其配置为升高所述电池的温度；

充电器，其配置为可与所述外部电源连接，并且将所述外部电力分别传递至所述电池和所述电池加热器；以及

控制器，其配置为：

执行充电控制，所述充电控制是用所述外部电力对所电池进行充电的控制；

存储一映射，所述映射为所述电池的每一温度指定了一比率，该比率是当充电时间为最小化时、供应至所述电池加热器的升温功率与所述外部电力的最大功率之比；

使用所述映射，从当充电开始时测得的所述电池的温度计算所述比率；

使用与计算出的所述比率相对应的所述升温功率，在充电期间执行温度调节控制，所述温度调节控制是在充电期间将所述外部电力的一部分供应至所述电池加热器、以升高所述电池的温度的控制。

2.根据权利要求1所述的蓄电系统，其中，所述控制器配置为：

在第一充电模式和第二充电模式中执行所述充电控制和所述温度调节控制，所述第一充电模式是下述模式：其中以第一充电功率对所述电池进行充电、直到所述电池的电量变得等于第一电量，且向所述电池加热器供应第一升温功率；所述第二充电模式是下述模式：其中在所述电池的电量达到所述第一电量之后，以作为固定值的第二充电功率对所述电池进行充电，且向所述电池加热器供应第二升温功率，

当基于所述映射计算出的所述升温功率作为所述第一升温功率时，将基于所述映射计算出的所述升温功率与所述最大功率之间的差值设定为所述第一充电功率，并且

当设定的所述第一充电功率小于所述第二充电功率时，重新设定所述第一升温功率，以使得所述第一充电功率变得大于所述第二充电功率。

3.根据权利要求2所述的蓄电系统，其中，所述控制器配置为：

将所述最大功率和所述第二充电功率之间的差值与基于所述映射计算出的所述升温功率进行比较，

使用所述差值和基于所述映射计算出的所述升温功率中较小的一个来设定所述第一升温功率，并且

将所述最大功率和所设定的所述第一升温功率之间的差值设定为所述第一充电功率。

4.根据权利要求1所述的蓄电系统，其中，

所述控制器配置为在第一充电模式和第二充电模式中执行所述充电控制和所述温度调节控制，所述第一充电模式是下述模式：其中将所述外部电源的所述最大功率与基于所述映射计算出的所述升温功率之间的差值设定为第一充电功率，且以所述第一充电功率对所述电池进行充电、直到所述电池的电量变得等于第一电量，同时将基于所述映射计算出的所述升温功率供应至所述电池加热器；所述第二充电模式是下述模式：其中在所述电池的电量达到所述第一电量后，以小于所述第一充电功率的第二充电功率对所述电池进行充电，且将所述最大功率与所述第二充电功率之间的差值，或与所述电池加热器的最大输出相对应的电力，供应至所述电池加热器供应。