JP2010200570A - 電動車両のバッテリ昇温制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】統合コントローラ1が、バッテリ温度があらかじめ設定された開始設定温度よりも低温であるときには、クラッチCLを開放させた状態で、第2モータジェネレータMG2を回転させてバッテリBATの電力を消費する電力消費処理と、第2モータジェネレータMG2を発電させてモータ回転数を低下させるとともに発電した電力をバッテリBATに蓄電する蓄電処理とを、あらかじめ設定された終了条件が成立するまで交互に繰り返すバッテリ昇温処理を実行することを特徴とする電動車両のバッテリ昇温制御装置とした。
【選択図】図1
Description
このように、電力消費処理と蓄電処理とが繰り返され、バッテリの電力消費と蓄電とが交互に繰り返されることで、バッテリ温度が上昇し、かつ、過放電および過充電の発生を抑制できる。
しかも、バッテリ昇温制御は、クラッチを開放して行ない、目標駆動力に関係なく実行できるため、従来のように、目標駆動トルクの一部を担う範囲で電力消費および蓄電を行なう場合と比較して、モータ回転数を高くして電力消費量および発電量も高くできる。したがって、バッテリの昇温時間を短縮できる。
本発明の実施の形態のクラッチ制御装置は、駆動輪を駆動可能なモータ(MG2)と、電力を生成する発電機(MG2)と、前記モータに電力を供給するとともに、前記発電機が発電した電力を充電するバッテリ(BAT)と、このバッテリの温度を検出するバッテリ温度センサ(28)と、前記モータと前記駆動輪(LT,RT)との駆動伝達経路に設けられ、両者で駆動伝達可能な締結状態と駆動伝達不可能な開放状態とに切換可能なクラッチ(CL)と、前記モータおよび発電機の駆動を制御する制御手段(1)と、を備え、前記制御手段(1)が、前記バッテリ温度があらかじめ設定された開始設定温度よりも低温であるときには、前記クラッチ(CL)を開放させた状態で、前記モータ(MG2)を回転させて前記バッテリ(BAT)の電力を消費する電力消費処理と、前記発電機(MG2)を発電させてモータ回転数を低下させるとともに発電した電力を前記バッテリ(BAT)に蓄電する蓄電処理とを、あらかじめ設定された終了条件が成立するまで交互に繰り返すバッテリ昇温処理を実行することを特徴とする電動車両のバッテリ昇温制御装置である。
まず、図1の実施例1の電動車両のバッテリ昇温制御装置が適用された後輪駆動式のハイブリッド車両(ハイブリッド車両の一例)を示す概略図に基づき、駆動系および制御系の構成を説明する。
そして、エンジンEngの出力でキャリアCGを回転可能に、エンジンEngの出力軸EOSがキャリアCGに同軸に結合されている。また、第1モータジェネレータMG1のロータ101が一体に設けられた入出力軸MG1Sが、サンギヤSGに結合されている。第2モータジェネレータMG2のロータ102が一体に設けられた入出力軸MG2Sが、リングギヤRGに同軸に結合されている。リングギヤRGの回転をプロペラシャフトPSに伝達可能な出力ギヤOTGが設けられている。
そこで、本実施例1では、主として、第2モータジェネレータMG2をモータとして駆動させ、第1モータジェネレータMG1を発電機として使用する。
また、第2モータジェネレータMG2が電動機として機能するときには、その動力を、リングギヤRGに出力する。
クラッチCLの、半締結/開放の制御は、クラッチコントローラ14から出力される指令値に基づく油圧アクチュエータ50によるストローク制御により行われる。
第2モータ回転数センサ22は、第2モータジェネレータMG2の入出力軸MG2Sの回転数を検出する。
アクセルセンサ23は、図外のアクセルペダルの操作伝達系に設けられ、アクセル開度を検出する。
エンジン回転数センサ24は、エンジンEngの出力軸回転数を検出する。
クラッチストロークセンサ25は、クラッチCLのストローク位置を検出する。
ブレーキストロークセンサ26は、ブレーキペダル(図示省略)の踏込ストロークを検出する。
車速センサ27は、遊星歯車機構PGのリングギヤRGからプロペラシャフトPSの駆動伝達系に設けられ、車速を検出する。
バッテリ温度センサ28は、バッテリBATの温度を検出する。
なお、温度閾値は、摂氏でマイナスの温度、例えば、−30℃よりも低温に設定されている。この温度閾値は、−30℃に限定されるものではなく、バッテリBATのインピーダンス特性に基づいて適宜設定されるもので、0℃以下の最適温度に設定する。例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池など電池の種類により、インピーダンス特性が異なっており、リチウムイオン電池の場合、ニッケル水素電池よりも温度閾値を相対的に高温に設定する。
ステップS2では、運転者の走行要求があるか否か判定し、走行要求が有ればステップS8に進み、走行要求がなければステップS3に進む。運転者の走行要求は、本実施例1では、アクセルセンサ23の検出に基づくアクセルペダルの踏込有無判定により行なう。
したがって、本実施例1では、走行要求が無い場合、車両停止時に加え、惰性走行時が含まれる。
なお、このモータ回転数制御では、車両停止時に、バッテリ昇温処理を実行した場合は、車速=0であり、第2モータ回転数は0に向けて制御する。また、惰性走行を行なっている場合にバッテリ昇温処理を実行した場合は、その時点の車速に向けて第2モータ回転数を制御する。
次に、実施例1の作用を説明する。
極寒地においてバッテリ温度が温度閾値よりも低下した状態で、図外のイグニッションスイッチONとして起動した時の動作を説明する。
すなわち、バッテリ温度が温度閾値(Tth)を超えた場合には、ステップS1→S11により通常制御が行なわれる。ちなみに、極寒時には、通常、車両を起動させた後、フロントウインドウガラスの曇り取りなどを行なうため、走行を開始するまでに時間を要し、上述のバッテリ昇温処理を行なうのに充分な時間を得ることができる。
このように、クラッチCLを締結させる前に、第2モータ回転数を車速に一致させるため、クラッチCLの締結時に、ショックが生じることを防止できる。
以上説明したように、実施例1では、以下列挙する効果を得ることができる。
a)バッテリ温度が温度閾値(Tth)よりも低温のときには、クラッチCLを開放させて、第2モータジェネレータMG2を空回りさせる電力消費処理と、第2モータジェネレータMG2を発電させて第2モータ回転数を低下させる蓄電処理とを交互に繰り返して、バッテリ温度を上昇させるバッテリ昇温処理が実行される。
このバッテリ昇温処理は、クラッチCLを開放させて行なうため、従来のように、目標駆動トルクの一部を担う範囲で電力消費および蓄電を行なう場合と比較して、第2モータ回転数を高くして電力消費量を高くでき、それに伴い発電量も高くできる。したがって、バッテリBATの昇温に要する時間を短縮できる。
c)バッテリ昇温処理の終了条件は、バッテリ温度が終了設定温度としての温度閾値に達した場合としたため、バッテリBATが過充電されるのを防止できる。
また、運転者の走行要求が生じた場合は、バッテリ昇温処理を中断するようにしたため、運転者の走行要求に応じて、発進あるいは加速を行なうことができ、運転者に違和感を与えることを防止できる。
以下に、他の実施例について説明するが、これら他の実施例は、実施例1の変形例であるため、その相違点についてのみ説明し、実施例1あるいは他の実施例と共通する構成については共通する符号を付けることで説明を省略する。
実施例2は、実施例1の変形例であり、バッテリ昇温処理の一部の処理が実施例1と異なっている。
すなわち、モータ空回り処理では、モータブレーキ処理と比較して低効率で駆動させている。図4は、第2モータジェネレータMG2の駆動効率を示しており、実線で示す高効率特性HPと、点線で示す低効率特性LPとの2通りの特性が設定されている。
実施例2では、ステップS5のモータ空回り処理(電力消費処理)と、ステップS6のモータブレーキ処理(蓄電処理)とで、モータ効率を変えている。
すなわち、モータ空回り処理では、モータブレーキ処理と比較して低効率で駆動させている。図4は、第2モータジェネレータMG2の駆動効率を示しており、実線で示す高効率特性HPと、点線で示す低効率特性LPとの2通りの特性が設定されている。
次に、実施例2の作用を説明する。
図5は実施例2において、実施例1と同様にバッテリ昇温処理を実行したときの作動状態を示すタイムチャートである。
この図において、モータ空回り処理(電力消費処理)の実行時には、点線で示す低効率特性LPで駆動し、モータブレーキ処理(蓄電処理)の実行時には、高効率特性HPで運転させる。
また、モータブレーキ処理の際は、高効率特性で充電が行なわれ、低効率特性で充電する場合よりも、バッテリBATへの充電量を増やすことができる。
このように、電力消費量および蓄電量を高くでき、バッテリ昇温効果を、さらに高めることができる。
以上説明したように、モータ空回り処理(電力消費処理)の際に、モータブレーキ処理(蓄電処理)の場合よりも、低効率で駆動させることでバッテリBATの電流消費量を高めることができるとともに、モータブレーキ処理の際に、高効率で駆動させることでバッテリBATへの充電量を増やし、バッテリ昇温効果を、さらに高めることができる。
実施例3は、実施例1の変形例であり、バッテリ昇温処理の一部の処理が実施例1と異なっている。
次に、実施例3の作用を説明する。
図6は実施例3において、実施例1と同様にバッテリ昇温処理を実行したときの作動状態を示すタイムチャートである。
この図に示すように、バッテリ温度が低い場合(=T1)は、第2モータ回転数の上昇勾配および下降勾配が緩やかであり、電流消費量(放電量)および充電量が、相対的に高温時よりも低くなっている。
これに対し、バッテリ温度が高い場合(=T2)は、第2モータ回転数の上昇勾配および下降勾配が緩やかであり、電流消費量(放電量)および充電量が、相対的に低温時よりも高くなっている。
以上説明したように、バッテリ温度が低い場合、モータ回転数の上昇下降を緩やかに行なうことで、極低温時の、過放電、過充電を防止できる。
実施例4は、実施例1の変形例であり、図7に示すように、クラッチCLの位置が実施例1と異なり、第2モータジェネレータMG2の入出力軸MG2Sに設けられている。
実施例4では、バッテリ昇温処理中に、運転者の走行要求が生じた場合、実施例1のステップS2からステップS8の処理に進む間に、エンジンEngの駆動力により走行を開始する処理を行なう。
以上説明したように、実施例4では、バッテリ昇温効果を高めながら、運転者の走行要求に応じて、タイムラグ無しに、瞬時に走行開始が可能である。
実施例5は、図9に示すように、各モータジェネレータMG1,MG2、バッテリBAT、エンジンEngを同一系統の冷却装置200で冷却した例である。
バッテリ温度が温度閾値(Tth)よりも低温の場合、実施例1〜4で示したバッテリ昇温処理を実行することで、バッテリBATが暖められる。また、バッテリ昇温処理によりバッテリ、第1モータジェネレータMG1、第2モータジェネレータMG2を昇温させた際に、その熱が、冷却装置200によりエンジンEngにも伝達され、エンジンEngの昇温を早め、燃費向上を図ることができる。
以上のように、実施例5では、冷却装置200によりバッテリ昇温処理で発生した熱を、エンジンEngにも回して、燃費の向上を図ることができる。
また、圧力発生手段を備え、図示を省略した能動的な制動が可能なブレーキ装置を備えている場合、左右駆動輪LT,RTを制動し、さらに、クラッチCLを締結させ、第2モータジェネレータMG2を、負荷を大きくした状態で駆動させると、いっそう昇温効果を高めることができる。
28 バッテリ温度センサ
BAT バッテリ
CL クラッチ
Eng エンジン
GE 発電機
LT 左駆動輪
RT 右駆動輪
MG モータジェネレータ
MG1 第1モータジェネレータ
MG2 モータジェネレータ(モータ、発電機)
MO モータ
Claims (6)
- 駆動輪を駆動可能なモータと、
電力を生成する発電機と、
前記モータに電力を供給するとともに、前記発電機が発電した電力を充電するバッテリと、
このバッテリの温度を検出するバッテリ温度センサと、
前記モータと前記駆動輪との駆動伝達経路に設けられ、両者で駆動伝達可能な締結状態と駆動伝達不可能な開放状態とに切換可能なクラッチと、
前記モータおよび発電機の駆動を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段が、前記バッテリ温度があらかじめ設定された開始設定温度よりも低温であるときには、前記クラッチを開放させた状態で、前記モータを回転させて前記バッテリの電力を消費する電力消費処理と、前記発電機を発電させてモータ回転数を低下させるとともに発電した電力を前記バッテリに蓄電する蓄電処理とを、あらかじめ設定された終了条件が成立するまで交互に繰り返すバッテリ昇温処理を実行することを特徴とする電動車両のバッテリ昇温制御装置。 - 前記制御手段は、前記バッテリ昇温処理を、車両停止時に実行することを特徴とする請求項1に記載の電動車両のバッテリ昇温制御装置。
- 前記制御手段は、前記バッテリ昇温処理の終了条件が、前記バッテリ温度があらかじめ設定された終了設定温度に達するか、車両停止状態が解除されるかの、少なくとも一方であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電動車両のバッテリ昇温制御装置。
- 前記制御手段は、前記バッテリ昇温処理の実行時において、電力消費処理時に前記モータを駆動させる際に、前記蓄電処理時に前記発電機を駆動させる際と比較して、仕事効率が悪く設定されていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の電動車両のバッテリ昇温制御装置。
- 前記制御手段は、前記電力消費処理の実行時に、前記バッテリ温度が低いほど、モータ回転数を低く制御することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の電動車両のバッテリ昇温制御装置。
- 前記モータおよび前記発電機との少なくとも一方と、前記バッテリとに、同一系統の冷却媒体を循環させて冷却装置が設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の電動車両のバッテリ昇温制御装置。
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