JP2005341633A - 電動車両のバッテリ暖機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動車両の補助電源である２次バッテリを、専用の暖機用ヒータを設けることなく、効果的に短時間で暖機する。
【解決手段】ジェネレータ７のみで電動車両２１の車両必要電力量を発電でき、２次バッテリ１０を使用する必要がない場合であっても、暖機制御においては、２次バッテリ１０を積極的に使用する。具体的には、２次バッテリ１０の使用SOC（充電状態）に余裕がない場合、ジェネレータ７は２次バッテリ１０に電力を供給し、積極的に充電する。また、２次バッテリ１０の使用SOC（充電状態）に余裕がある場合、２次バッテリ１０はジェネレータ７に電力を供給し、積極的に放電する。ジェネレータ７は負荷となって電力を消費する。これにより、２次バッテリ１０の内部抵抗を利用して自己発熱させ、２次バッテリ１０を内部から効率よく短時間で暖機する。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動モータを用いて走行する車両に使用され、この駆動モータへ補助的に電力を供給する２次バッテリを暖気運転するための技術に関するものである。

モータにより駆動走行する電動車両に搭載され、このモータに電力を供給する２次バッテリはその本来特性により、低温では充放電効率が低下する。この充放電効率の低下により２次バッテリの出力の低下、駆動力の低下、２次バッテリへの入力電力の低下などの問題が生じるため、電動車両用２次バッテリを加温するための装置としては従来、例えば特許文献１に記載のごときものが知られている。

特許文献１に記載の電気自動車用駆動電源は、駆動用主電源である２次バッテリの周辺に暖機用のヒータを配設し、低温時にはヒータの作用で上記２次バッテリを加温するようにしたものである。
特開平１０−１１７４０６号公報

しかし、上記従来のような電気自動車用駆動電源にあっては、以下に説明するような問題を生ずる。つまり、ヒータおよび該ヒータに電力を供給するための電源を搭載しなければならず、車重が増加するといった問題や、部品点数の増加によるコスト上の問題が発生する上に、上記２次バッテリを外部から加温するため、ヒータと２次バッテリの間の熱伝達特性および熱伝導特性により効率的に暖機することができないといった問題がある。

本発明は、上記の問題を鑑み、２次バッテリ暖機用ヒータを別途搭載することなく、効果的に２次バッテリの暖機運転を行うことができる電動車両のバッテリ暖機制御装置を提案するものである。

この目的のため本発明による電動車両の暖機制御装置は、請求項１に記載のごとく、
電動車両が、車輪を駆動するモータと、発電可能なジェネレータと、該モータおよびジェネレータとの関係で充電または放電する２次バッテリとを具え、
停止中や駆動走行中における通常の制御では、主としてジェネレータからモータへ電力を供給し、補助として２次バッテリを放電してモータへ電力を供給しまたはジェネレータから２次バッテリへ電力を供給してこれを充電するよう電力制御を行うことを特徴を前提とし、
低温のため２次バッテリの充放電効率が低下しているとき等、２次バッテリの暖機指令があった場合には、２次バッテリを上記通常の制御に係わらせてこれを積極的に放電し若しくは充電する暖機制御を行うことを特徴としたものである。

かかる本発明の構成によれば、電動車両のイグニッションキーをオンにして運転状態に入った直後など２次バッテリ低温時には、２次バッテリを積極的に充電または放電させるため、２次バッテリの内部抵抗を利用して自己発熱させ、２次バッテリを内部から効率よく短時間で暖機することができる。また、電動車両の駆動系を構成する既存部品をそのまま利用するため、暖機ヒータ等何ら新たな部品を搭載する必要がなく、車重および部品点数が増加することがない。したがって、運動性能上およびコスト上大いに有利である。

以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例になる暖機制御装置を具えた電動車両を、その駆動系とともに模式的に示す全体平面図である。
本実施例の電動車両２１は、前輪１，２および後輪３，４を具える。モータ５は駆動時に後輪３，４を駆動する。モータ５に設けたモータ制御器６は、コントローラ８から目標出力指令ｔTを入力され、この目標出力指令ｔTに追従するよう後輪３，４の駆動力制御を行う。このためモータ制御器６は、ジェネレータ７からモータ５へ供給する電力（以下、駆動必要電力量という）を制御する。

ジェネレータ７は電力ケーブルでモータ制御器６と接続する。ジェネレータ７はエンジン、オルタネータおよびこれらを制御する電力制御ユニットから構成される。ジェネレータ７はモータ５の主電源であり、主として駆動必要電力量を発電する。ジェネレータ７は電力ケーブル９を介して２次バッテリ１０と接続する。

２次バッテリ１０はモータ５の補助電源であり、登坂走行や急発進など目標出力ｔTが大きい等、ジェネレータ７のみの発電量では駆動必要電力量を補うことができない場合には、２次バッテリ１０がジェネレータ７へ補助的に電力を供給する。一方、ジェネレータ７の発電量に余裕があるときには補助的に２次バッテリ１０へ電力を供給してこれを充電する。
このように２次バッテリ１０は補助電源であるから、２次バッテリ１０が常時放電したり、常時充電したりすることはない。

さらに、ジェネレータ７は、エアコン・ステレオ等電動車両２１の付属部品１１の動作に必要な車両補機消費電力量を、必要に応じて供給する。このため、コントローラ８はジェネレータ７に発電指令G1を入力し、電動車両２１に必要な電力（駆動必要電力量および車両補機消費電力量）を発電する。

制動時には、コントローラ８はモータ制御器６に回生指令G2を入力する。モータ制御器６はモータ５を回生制動させ、後輪３，４の回転から電力を取り出す。取り出された回生電力は、ジェネレータ７を経て２次バッテリ１０や付属部品１１へ供給される。この場合、コントローラ８は上記回生指令Ｇ2分を減殺した発電指令G1をジェネレータ７へ入力することとする。

また、付属部品１１の車両補機消費電力量が大きくなったりする等、駆動必要電力量と車両補機消費電力量との和である車両要求電力量が、ジェネレータ７の最大発電量を越える場合には、ジェネレータ７のみでは駆動必要電力量を供給することができないため、２次バッテリ１０は必要に応じてジェネレータ７へ電力を補助的に供給し得るものとする。

なお、ジェネレータ７は発電以外にも、負荷となって、２次バッテリ１０の放電量や、モータ５の回生電力を消費することが可能である。すなわち、２次バッテリ１０が放電すると同時にモータ５が回生制動する場合など、２次バッテリ１０の放電量やモータ５の回生電力が大きいため、付属部品１１がこれらを消費することができない場合がある。このときコントローラ８は、負荷指令Ｌをジェネレータ７に入力する。ジェネレータ７は負荷となって、２次バッテリ１０の放電量や、モータ５の回生電力を消費し、発電のオーバーフローを防止する。

通常の制御においてコントローラ８は、２次バッテリ１０を補助的に使用するよう、ジェネレータ７に上記発電指令G1または負荷指令Ｌを入力する。
このためコントローラ８には、電動車両２１の運転状態を示す車両起動用キー１２からのon/off信号と、２次バッテリ１０の内部温度を検出するバッテリ温度センサ１３からの信号Tempとを入力する。

２次バッテリ１０の放電量はバッテリ内部温度に大きな影響を受け、バッテリ内部温度が低い場合には、充放電効率が低下するため、上記通常の制御の実行に支障をきたす。
そこでコントローラ８は、２次バッテリ１０の内部温度をチェックし、検出した２次バッテリ１０の内部温度が低い場合には以下に説明する２次バッテリ１０の暖機制御を実行し、２次バッテリ１０を短時間で効率よく暖機する。

図２は２次バッテリ１０の暖機のために定時間隔で実行する制御プログラムを示すフローチャートである。
電動車両２１を運転するために、運転者が車両起動用キー１２をオンにすると、車両起動用キー１２からコントローラ８へ起動信号onが入力され、電動車両２１が運転状態となる。運転状態の開始を暖機指令として、ステップＳ１へ進む。

ステップＳ１では、２次バッテリ１０の使用ＳＯＣ（充電状態）を検出する。一般に２次バッテリは使用ＳＯＣ（充電状態）３０％〜７０％で使用するため、本ステップＳ１では、検出した使用ＳＯＣ（充電状態）が、中間値である使用ＳＯＣ５０％以上かどうかを判断する。

使用ＳＯＣ５０％以下の場合（No）、ステップＳ２へ進み、２次バッテリ１０の内部温度Tempを検出する。次のステップＳ３では、内部温度Tempに基づき、２次バッテリ１０を充電するのに可能な電力（以下、充電可能電力量という）を算出する。一般には、内部温度Tempが低いほど充電可能電力量は小さくなる。次のステップＳ４では、この充電可能電力量および上述の車両補機消費電力量の合算値を発電するよう、ジェネレータ７に発電指令G1を入力する。
このようにステップＳ４では、２次バッテリ１０を積極的に充電することにより、２次バッテリ１０の内部抵抗を利用して自己発熱させ、２次バッテリを内部から効率よく暖機する。

次のステップＳ１０では、モータ制御器６に目標出力指令ｔTを入力して電動車両２１が発進するかどうかを判断する。発進しない場合（No）場合 、上記ステップＳ１へ戻り、本実施例の暖機制御を続行する。

上記ステップＳ１で使用ＳＯＣ５０％以上の場合（Yes）、ステップＳ５へ進み、２次バッテリ１０の内部温度Tempを検出する。次のステップＳ６では、内部温度Tempに基づき、２次バッテリ１０を放電するのに可能な電力（以下、放電可能電力量という）を算出する。一般には、内部温度Tempが低いほど放電可能電力量は小さくなる。次のステップＳ７では、この放電可能電力量がジェネレータ７のジェネレータ負荷消費電力量より大きいか判断する。ジェネレータ負荷消費電力量とは、ジェネレータ７を負荷として運転し電力を消費する場合の最大消費可能電力である。放電可能電力量がジェネレータ負荷消費電力量より大きい場合(Yes)、放電可能電力量を全て消費することはできない。そこでステップS８へ進み、ジェネレータ７がジェネレータ負荷消費電力量を消費するよう負荷指令Lを入力する。
また、必要に応じて２次バッテリ１０から付属部品１１へ車両補機消費電力量を供給して、２次バッテリ１０の放電量を放電可能電力量に近づける。
このようにステップＳ７では、２次バッテリ１０を積極的に放電することにより、２次バッテリ１０の内部抵抗を利用して自己発熱させ、２次バッテリを内部から効率よく暖機する。

次のステップＳ１０では、モータ制御器６に目標出力指令ｔTを入力して電動車両２１が発進するかどうかを判断する。発進しない場合（No）場合 、上記ステップＳ１へ戻り、本実施例の暖機制御を続行する。

一方、上記ステップS７で放電可能電力量がジェネレータ負荷消費電力量より小さい場合(No)、放電可能電力量を全て消費することができる。そこでステップS９へ進み、ジェネレータ７が放電可能電力量から車両補機消費電力量を差し引いた電力を消費するよう負荷指令Lを入力する。
このようにステップＳ９では、２次バッテリ１０を積極的に放電することにより、２次バッテリ１０の内部抵抗を利用して自己発熱させ、２次バッテリを内部から効率よく暖機する。

次のステップＳ１０では、モータ制御器６に目標出力指令ｔTを入力して電動車両２１が発進するかどうかを判断する。発進しない場合（No）場合 、上記ステップＳ１へ戻り、本実施例の暖機制御を続行する。

上述したステップS１〜S１０は発進前の暖機制御である。
上記発進前の暖機制御において、２次バッテリ１０の内部温度Tempが充分上昇した場合、次のステップS１１以降へ進むことなく本実施例の暖機制御を終了してもよいこと勿論である。
ステップS１０にて、発進すると判断する場合(Yes)、ステップS１１へ進み、後述する発進後の暖機制御を実行する。

ステップS１１では、２次バッテリ１０に使用SOCが６０％以上かどうか判断する。基準を６０％としたのは、駆動必要電力量や車両補機消費電力量が増加するため、やや充電側にする必要があることによる。

使用ＳＯＣ６０％以下の場合（No）、ステップＳ１２へ進み、２次バッテリ１０の内部温度Tempを検出する。次のステップＳ１３では、内部温度Tempに基づき、２次バッテリ１０の充電可能電力量を算出する。次のステップＳ１４では、モータ５が駆動中か回生制動中かを判断する。駆動中の場合、ステップＳ１５へ進み、駆動必要電力量、充電可能電力量および車両補機消費電力量の合算値を発電するよう、ジェネレータ７に発電指令G1を入力する。

一方、上記ステップS１４で回生制動中の場合、ステップS１６へ進み、充電可能電力量および車両補機消費電力量の合算値からモータ５の回生電力量を差し引いた電力を発電するよう、ジェネレータ７に発電指令G1を入力する。

このようにステップＳ１５，S１６では、２次バッテリ１０を積極的に充電することにより、２次バッテリ１０の内部抵抗を利用して自己発熱させ、２次バッテリを内部から効率よく暖機する。

ステップS１５，S１６からステップＳ２４へ進む。ステップＳ２４では、内部温度Tempを検出し、２次バッテリ１０は車両性能を満足できる温度まで上昇したか、つまり、２次バッテリ１０の充放電効率が回復して上述の通常の制御を問題なく実行できるかどうかを確認する。内部温度Tempが充分上昇した場合（Yes）、本実施例の暖機制御を終了する。内部温度Tempが充分上昇していない場合（No）、上記ステップS１１へ戻り、本実施例の暖機制御を続行する。

上記ステップS１１において、使用ＳＯＣ６０％以上の場合（Yes）、ステップＳ１７へ進み、２次バッテリ１０の内部温度Tempを検出する。次のステップＳ１８では、内部温度Tempに基づき、２次バッテリ１０の放電可能電力量を算出する。次のステップＳ１９では、モータ５が駆動中か回生制動中かを判断する。駆動中の場合、ステップＳ２０へ進み、駆動必要電力量および車両補機消費電力量の合算値から放電可能電力量を差し引いた電力を発電するよう、ジェネレータ７に発電指令G1を入力する。

一方、上記ステップS１９で回生制動中の場合、ステップS２１へ進み、放電可能電力量がジェネレータ７のジェネレータ負荷消費電力量より大きいか判断する。放電可能電力量がジェネレータ負荷消費電力量より大きい場合(Yes)、放電可能電力量を全て消費することはできない。そこでステップS２２へ進み、ジェネレータ７がジェネレータ負荷消費電力量を消費するよう負荷指令Lを入力する。
また、必要に応じて２次バッテリ１０から付属部品１１へ車両補機消費電力量を供給して、２次バッテリ１０の放電量を放電可能電力量に近づける。

一方、上記ステップS２１で放電可能電力量がジェネレータ負荷消費電力量より小さい場合(No)、放電可能電力量を全て消費することができる。そこでステップS２３へ進み、ジェネレータ７が放電可能電力量から車両補機消費電力量を差し引いた電力を消費するよう負荷指令Lを入力する。

このようにステップＳ２０，Ｓ２２，S２３では、２次バッテリ１０を積極的に放電することにより、２次バッテリ１０の内部抵抗を利用して自己発熱させ、２次バッテリを内部から効率よく暖機する。

ステップＳ２０，S２２，S２３から上記ステップＳ２４へ進む。内部温度Tempが充分上昇した場合（Yes）、本実施例の暖機制御を終了する。内部温度Tempが充分上昇していない場合（No）、上記ステップS１１へ戻り、本実施例の暖機制御を続行する。

本実施例の暖機制御を実行する間における、ジェネレータ７の発電量および車両要求電力量の経時変化の一例を図３に示す。
時間０で運転状態が開始すると、駆動必要電力量と車両補機消費電力量との和である車両要求電力量は、図３中の細線で示すように変化するため、これを上回るようにジェネレータ７は図３中の太線で示す電力を発電する。これによる余剰電力を２次バッテリ１０に供給する。つまり時間ｔ１に至るまで２次バッテリ１０を連続して充電し、暖機制御を行う。矢で示すジェネレータ発電量と車両要求電力量の差は充電量である。
なお、車両要求電力量が一時０を下回っているのは、モータ５の回生電力が車両補機消費電力量に勝り、車両要求電力量がマイナスになるためである。

時間t１以降では、ジェネレータ７が車両要求電力量を下回るよう発電する。これによる不足電力を２次バッテリ１０から供給する。つまり２次バッテリ１０を連続して放電し、暖機制御を行う。矢で示すジェネレータ発電量と車両要求電力量の差は放電量である。
なお、ジェネレータ発電量が時間t２からｔ３まで０を下回っているのは、負荷指令Ｌを入力されたジェネレータ７が、負荷となって電力を消費するためである。

ところで、上記した本実施例によれば、通常の制御では、主としてジェネレータ７からモータ５へ駆動必要電力量を供給し、駆動必要電力量が大きい場合には、補助として２次バッテリ１０を放電してモータ５へ電力を供給する。また、ジェネレータ７は補助として２次バッテリ１０へ電力を供給してこれを充電し、使用SOCを３０％〜７０％の範囲に維持する。すなわち、モータ５へ駆動必要電力量を供給するため２次バッテリ１０が常態で放電したり、ジェネレータ７やモータ５から電力を供給して常態で充電したりすることはない。

しかし、２次バッテリ１０の内部温度が低い場合には充放電効率が低下するため、上記通常の制御の実行に支障をきたし、電動車両２１の車両性能を満足させることができない。
そこでコントローラ８は２次バッテリの暖機制御を実行する。暖機制御では、上記ステップS４，S８，S９，S１５，S１６，S２０，S２２，S２３および図３に示したように２次バッテリ１０を上記通常の制御に常時係わらせてこれを積極的に放電し若しくは充電する。
したがって、電動車両のイグニッションキーをオンにして運転状態に入った直後など２次バッテリ低温時には、２次バッテリの内部抵抗を利用して自己発熱させ、２次バッテリを内部から効率よく短時間で暖機することができる。
さらに、２次バッテリ１０の暖機用ユニットを特別に搭載する必要がなくなり、暖機のためのシステムを安価に実現することができる。

また本実施例では、２次バッテリ１０の使用SOCを検出し、２次バッテリ１０の充電状態に余裕がある場合には、上記ステップS４，S１５，S１６で示したように２次バッテリ１０を充電するとともに、充電可能電力量と、車両必要電力量との合算電力をジェネレータ７が発電するよう、コントローラ８が暖機制御するため、
使用ＳＯＣ３０％〜７０％の範囲を維持して２次バッテリ１０を適正状態で使用することができる。

また本実施例では、２次バッテリ１０の使用SOCを検出し、２次バッテリ１０の充電状態に余裕がない場合には、上記ステップS２０で示したように２次バッテリ１０が放電するとともに、車両必要電力量から放電可能電力量を差し引いた電力をジェネレータ７が発電するよう、コントローラ８が暖機制御するため、
使用ＳＯＣ３０％〜７０％の範囲を維持して２次バッテリ１０を適正状態で使用することができる。

また本実施例では、モータ５を回生制動により発電可能とし、回生制動中は、モータ５が２次バッテリ１０を充電し得ることから、ジェネレータ７の燃料消費率を向上させることができる。

また本実施例では、２次バッテリ１０の使用SOCを検出し、ジェネレータ７は負荷として電力を消費することが可能である。そして、モータ５が回生制動中であって２次バッテリ１０の充電状態に余裕がない場合には、上記ステップS８，S９，S２２，S２３で示したように２次バッテリ１０が放電するとともに、ジェネレータ７がモータ５の回生電力を消費するため、
回生電力のオーバーフローを防止して、発電量と消費電力の収支を合わせることができるとともに、車両２１の減速性能を犠牲にすることなく短時間で暖機することができる。
また、電動車両２１が駆動走行する前の停止状態であっても、短時間で暖機することができる。

また本実施例では、２次バッテリ１０の内部温度Tempが車両性能を満足できる温度に達したときは、上記ステップS２４に示したように暖機制御を終了し、前記通常の制御に復帰することから、不要な暖機制御を実行することない。したがって、２次バッテリ１０が不必要に高温になることや、ジェネレータ７の燃料消費率が悪化することを防止できる。

また本実施例では、ジェネレータ７のエンジンを発電用燃料で作動させるものとする。そして、電動車両２１に積載した発電用燃料の残量が所定値以下の場合には、暖機制御を行わないこととする。
これにより、発電用燃料を切らして、駆動走行が不能になること防止することができる。

本発明の一実施例になる暖機制御装置を具えた電動車両を、その駆動系とともに模式的に示す全体平面図である。 同実施例の暖機制御のために実行する制御プログラムを示すフローチャートである。 同実施例の暖機制御を実行中の、ジェネレータ発電量および車両要求電力量の時間変化の一例を示す経時変化図である。

符号の説明

１，２ 前輪
３，４ 後輪
５ モータ
６ モータ制御器
７ ジェネレータ
８ コントローラ
９ 電力ケーブル
１０ ２次バッテリ
１１ 付属部品
１２ 車両起動用キー
１３ バッテリ温度センサ
２１ 電動車両

Claims (7)

1. 車輪を駆動するモータと、発電可能なジェネレータと、該モータおよびジェネレータとの関係で充電または放電する２次バッテリとを具え、
   通常の制御では、主としてジェネレータからモータへ電力を供給し、補助として２次バッテリを放電してモータへ電力を供給しまたはジェネレータから２次バッテリへ電力を供給してこれを充電するよう電力制御を行う電動車両において、
   ２次バッテリの暖機指令があった場合には、２次バッテリを上記通常の制御に係わらせてこれを積極的に放電し若しくは充電する暖機制御を行うことを特徴とする電動車両のバッテリ暖機制御装置。
2. 請求項１に記載の電動車両のバッテリ暖機制御装置において、
   ２次バッテリの充電状態を検出する充電状態検出手段を具え、
   ２次バッテリの充電状態に余裕がある場合に前記暖機指令があったときは、２次バッテリを充電するとともに、該充電電力と、モータの要求電力と、電動車両の付属部品の消費電力との合算電力をジェネレータが発電するよう電力制御することを特徴とする電動車両のバッテリ暖機制御装置。
3. 請求項１または２に記載の電動車両のバッテリ暖機制御装置において、
   ２次バッテリの充電状態を検出する充電状態検出手段を具え
   ２次バッテリの充電状態に余裕がない場合に前記暖機指令があったときは、２次バッテリを放電するとともに、モータの要求電力量と電動車両の付属部品の消費電力量との合算電力量から該放電電力量を差し引いた電力をジェネレータが発電するよう電力制御することを特徴とする電動車両のバッテリ暖機制御装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電動車両のバッテリ暖機制御装置において、
   前記モータを回生制動により発電可能とし、回生制動中は、該モータが２次バッテリを充電し得るよう電力制御することを特徴とする電動車両のバッテリ暖機制御装置。
5. 請求項４に記載の電動車両のバッテリ暖機制御装置において、
   ２次バッテリの充電状態を検出する充電状態検出手段を具え、前記ジェネレータは電力消費可能とし、
   モータが回生制動中であって２次バッテリの充電状態に余裕がない場合に前記暖機指令があったときは、２次バッテリを放電するとともに、ジェネレータが２次バッテリの電力およびモータの回生電力を消費し得るよう電力制御することを特徴とする電動車両のバッテリ暖機制御装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１に記載の電動車両のバッテリ暖機制御装置において、
   ２次バッテリが車両性能を満足できる温度に達したときは、前記暖機制御を終了し、前記通常の制御に復帰することを特徴とする電動車両のバッテリ暖機制御装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１に記載の電動車両のバッテリ暖機制御装置において、
   電動車両に積載したジェネレータの発電用燃料の残量が所定値以下の場合には、２次バッテリの暖機指令にかかわらず前記暖機制御を行わないことを特徴とする電動車両のバッテリ暖機制御装置。

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