JP2012005223A - Apparatus for charging of vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、外部電源との接続により車両停止時に車載バッテリを充電する車両用充電装置に関する。 The present invention relates to a vehicle charging device that charges an in-vehicle battery when the vehicle is stopped by connecting to an external power source.
外部電源との接続により車載バッテリを充電する、電気車両やプラグインハイブリッド車両における充電制御技術として、例えば下記の特許文献1には、以下のような、車載バッテリ充電時にバッテリに熱エネルギを供給するバッテリ暖機システムが開示されている。このシステムでは、車両停止中に外部電源との接続によりモータ駆動用バッテリが充電され、このバッテリが充電されている間に動作する暖房用電気ヒータの熱がバッテリに伝達される。バッテリが充電されている間、暖房用電気ヒータの熱により、このバッテリが暖機されるので、バッテリ暖機専用の電気ヒータを設けることなくバッテリの暖機が可能となる。但し、このような構成では、外部電源との接続がバッテリの充電制御とバッテリの暖機制御のトリガーとなっているので、バッテリの充電制御及びバッテリの暖機制御のフレキシブルな制御を行うことができない。
As a charge control technique in an electric vehicle or a plug-in hybrid vehicle that charges an in-vehicle battery by connecting to an external power source, for example, in
また、空調装置のプレ空調とバッテリの充電とを外部電源から行う制御技術が下記の特許文献2に開示されている。この技術では、プレ空調制御部は、車両出発予定時刻よりも前に外部電源によるバッテリの充電が行われる場合に、外気温度取得部で取得された外気温度に基づいて空調作動開始時刻をバッテリの充電開始時刻よりも前にするか後にするかを決定する。つまり、プレ空調制御部は、出発予定時刻よりも前に外部電源によるバッテリの充電が行われる場合に、外気温度取得部で取得された外気温度が設定範囲から外れているときは、空調作動開始時刻をバッテリの充電開始時刻よりも前に設定する。また、プレ空調制御部は、プレ空調制御部は、前記出発予定時刻よりも前に外部電源によるバッテリの充電が行われる場合に、外気温度取得部で取得された外気温度が設定範囲内にあるときは、前記空調作動開始時刻をバッテリの充電開始時刻よりも後に設定する。つまり、バッテリ充電とプレ空調を同時に行うことを避けて、所定値以上の充電電力でバッテリの充電ないしはプレ空調が実行される。しかしながら、この制御技術においても、プレ空調とバッテリ充電の時期が重ならないようにずらせるだけであり、バッテリ充電時の熱管理に関しては十分に考慮されていない。
A control technique for performing pre-air conditioning of the air conditioner and charging of the battery from an external power source is disclosed in
上記実情に鑑み、本発明の目的は、外部電源との接続により車両停止時に車載バッテリを充電する際に、バッテリ充電に生じる熱の適切な管理を考慮した車両用充電装置を提供することである。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a vehicular charging device that takes into account appropriate management of heat generated in battery charging when an in-vehicle battery is charged when connected to an external power source when the vehicle is stopped. .
本発明に係る車両用充電装置の特徴構成は、外部電源との接続により車両停止時に車載バッテリを充電するとともに、充電時に発生した熱エネルギを暖気必要部に供給する充電ユニットと、前記充電ユニットを制御する充電制御モジュールとを備え、前記充電制御モジュールが、前記バッテリの充電必要量と車両再始動時までの充電利用時間と前記暖気必要部の熱需要度とに基づいて前記充電利用時間内の各時点での充電制御量を演算し、当該充電制御量に対応する充電制御信号を前記充電ユニットに出力する点にある。 The vehicle charging device according to the present invention includes a charging unit that charges an in-vehicle battery when connected to an external power source when the vehicle is stopped, and that supplies thermal energy generated during charging to a warming-required portion; and A charge control module for controlling the charge control module, the charge control module within the charge use time based on the required amount of charge of the battery, the charge use time until the vehicle is restarted, and the heat demand of the warm-up required part. A charge control amount at each time point is calculated, and a charge control signal corresponding to the charge control amount is output to the charging unit.
この特徴構成によれば、暖気必要部が車両再始動時までに熱エネルギを必要としている場合には、車両再始動時までの間の充電利用時間内での充電制御量を調整して、充電時に充電ユニットで発生する損失熱エネルギを暖気必要部に適切に供給することができる。 According to this configuration, when the warm-up required part needs heat energy by the time of vehicle restart, the charge control amount is adjusted within the charge usage time until the vehicle is restarted. The loss heat energy sometimes generated in the charging unit can be appropriately supplied to the warm-up required part.
ところで、車両では、例えば、変速機構やディファレンシャル装置などの伝達機構に用いられるオイルや冷却水、またモータやエンジンなどの駆動力源に用いられるオイルや冷却水、さらには乗員シートや車内空気などが暖気を必要とする暖気必要部となりうる。このような暖気必要部は、車両始動時に所定の目標温度に達していることが望まれる構成要素であり、充電ユニットで発生する熱エネルギの供給によって暖気必要部が車両始動の直前に目標温度に達することが望ましい。つまり、車両始動時刻よりかなり前に暖気必要部が所定の目標温度に達してしまうと、車両始動時までの間に冷やされてしまうか、あるいは不必要な熱伝達が行われてしまう。そのような問題を避けるために、前記充電制御モジュールは、車両再始動時に前記暖気必要部が目標温度となるように前記熱需要度を求めるように構成すると好適である。この構成では、熱需要度には、車両始動時刻に目標温度に達するというような時間的な制約が組み込まれているので、暖気必要部への熱エネルギの供給をぎりぎりまで遅延させるといった制御が可能となる。 By the way, in a vehicle, for example, oil and cooling water used for transmission mechanisms such as a transmission mechanism and a differential device, oil and cooling water used for a driving force source such as a motor and an engine, an occupant seat, air in a vehicle, etc. It can be a warm-necessary part that requires warm-up. Such a warm-up required part is a component that is desired to reach a predetermined target temperature at the time of starting the vehicle, and the warm-up required part reaches the target temperature immediately before the start of the vehicle by supplying heat energy generated by the charging unit. It is desirable to reach. That is, if the warm-up required part reaches a predetermined target temperature well before the vehicle start time, it will be cooled by the time the vehicle is started or unnecessary heat transfer will be performed. In order to avoid such a problem, it is preferable that the charge control module is configured to obtain the degree of heat demand so that the warm-up required part becomes a target temperature when the vehicle is restarted. With this configuration, the heat demand level has a built-in time constraint such that the target temperature is reached at the vehicle start time, so it is possible to control to delay the supply of heat energy to the warm-up required part to the very minimum. It becomes.
また、前記熱需要度が、前記充電利用時間内の各時点における前記充電ユニットから前記暖気必要部への熱供給の要否、または前記暖気必要部の車両再始動時の目標温度である始動時目標温度と現在温度との温度差、または車両再始動時までに前記暖気必要部に必要な熱エネルギ量により表現されることも好適である。この構成によれば、熱需要度は、暖気必要部の構成に応じた状態値で、熱エネルギを必要とする度合いを表現することができる。 In addition, when the heat demand level is the necessity of supplying heat from the charging unit to the warming-required part at each time point within the charging utilization time, or the target temperature at the time of restarting the vehicle of the warming-required part It is also preferable that the temperature is expressed by a temperature difference between the target temperature and the current temperature, or the amount of heat energy required for the warm-up required portion before the vehicle is restarted. According to this configuration, the degree of heat demand can be expressed by a state value corresponding to the configuration of the warm-up required portion, and the degree of need for thermal energy.
さらに、前記充電制御モジュールが、前記車載バッテリの残量または消費量から前記充電必要量を算定するバッテリ充電必要量算定部と、前記暖気必要部の現在温度と始動時目標温度との温度差から前記熱需要度を算定する熱需要度算定部とを含むと好適である。この構成では、充電制御量を正確に出力するために必要な充電必要量を算定するバッテリ充電必要量算定部と熱需要度算定部とが、独立した機能部として構築されているので、並列処理が可能であり、またそれぞれ最適なデータ処理を採用することができる。また、暖気必要部の現在温度と始動時目標温度との温度差から前記熱需要度を算定するため、現在温度が逐次変化するよう暖気必要部に対して、目標温度に対して無駄のない正確な収束制御が可能となる。 Further, the charge control module calculates a required charge amount from a remaining amount or consumption of the in-vehicle battery, and a temperature difference between a current temperature of the warm-up required portion and a target temperature at start-up. It is preferable to include a heat demand level calculation unit that calculates the heat demand level. In this configuration, the battery charge requirement calculation unit and the heat demand calculation unit that calculate the charge necessary amount necessary for accurately outputting the charge control amount are constructed as independent functional units. And optimal data processing can be employed for each. Also, since the degree of heat demand is calculated from the temperature difference between the current temperature of the warm-up required part and the target temperature at start-up, the warm-up required part is accurately and efficiently used with respect to the target temperature so that the current temperature changes sequentially. Convergence control is possible.
バッテリの充電必要量と充電利用時間と熱需要度とに基づいて充電制御量を演算する充電制御モジュールを簡単に構成するために、好適な実施形態の1つでは、前記充電制御モジュールは、前記充電必要量と前記充電利用時間とを入力変数とし、前記熱需要度と前記充電制御量の最大値及び最小値とを制限条件とする関数に基づいて前記充電制御量を演算出力する充電制御量演算部を含んでいる。このように関数によって充電制御量を求める方法を採用すると、そのような関数をテーブル化することにより、演算負荷が小さくなるという利点が得られる。 In order to simply configure a charge control module that calculates a charge control amount based on a required amount of charge of a battery, a charge usage time, and a heat demand, in one preferred embodiment, the charge control module includes A charge control amount that calculates and outputs the charge control amount based on a function that uses the required amount of charge and the charge usage time as input variables and uses the degree of heat demand and the maximum and minimum values of the charge control amount as limiting conditions Includes an arithmetic unit. When the method for obtaining the charge control amount by the function is employed as described above, an advantage that the calculation load is reduced can be obtained by tabulating such a function.
また、ユーザによって入力された車両の再始動時刻を設定する出発時刻設定部が備えられ、前記充電利用時間が前記再始動時刻と現在時刻との差から求めるような構成を採用すれば、ユーザが意図している出発予定時刻に合わせた、バッテリ充電と暖気必要部への熱エネルギ供給とを行うことができる。ユーザによる出発予定時刻の入力は、例えばカーナビゲーションとの協働で行うと、操作入力系の兼用が可能となり好都合である。 In addition, when a departure time setting unit that sets a restart time of the vehicle input by the user is provided and the charging usage time is obtained from a difference between the restart time and the current time, the user can The battery can be charged and the heat energy can be supplied to the warm-up required part in accordance with the intended scheduled departure time. For example, if the user inputs the scheduled departure time in cooperation with the car navigation system, it is possible to use the operation input system conveniently.
また、前記充電ユニットは、充電により発熱する発熱部、及び当該発熱部と前記暖気必要部とを熱伝達可能に接続する伝熱部を備えると好適である。この構成によれば、充電時に発熱部で発生した熱エネルギを、伝熱部によって適切に暖気必要部へ伝達することができる。伝熱部の具体的な例として、前記伝熱部が、前記暖気必要部としての車両駆動系のオイル貯留部及び冷却水貯留部の一方又は双方に一端が接続され、前記発熱部に他端が接続された熱伝導体を備えることが提案される。この構成によれば、オイルまたは冷却水に熱エネルギを供給するための構成を熱伝導体を用いた簡易な構造により実現できるので装置全体の小型化や低コスト化を図ることができる。 Moreover, it is preferable that the charging unit includes a heat generating part that generates heat by charging, and a heat transfer part that connects the heat generating part and the warm-up required part so that heat can be transferred. According to this configuration, the heat energy generated in the heat generating portion during charging can be appropriately transmitted to the portion requiring warm-up by the heat transfer portion. As a specific example of the heat transfer unit, one end of the heat transfer unit is connected to one or both of an oil storage unit and a cooling water storage unit of the vehicle drive system as the warm air requirement unit, and the other end is connected to the heat generation unit. It is proposed to comprise a thermal conductor connected to the. According to this configuration, since the configuration for supplying thermal energy to the oil or the cooling water can be realized with a simple structure using the heat conductor, the entire apparatus can be reduced in size and cost.
本発明による車両用充電装置の実施形態を説明する前に、この車両用充電装置における充電制御の基本原理を説明する。図1は、充電制御アルゴリズムを説明するための模式図である。この車両用充電装置は、電動車両における外部電源からのバッテリ充電時の熱利用を考慮した充電制御機能を備えている。例えば、外部電源から給電された交流電力を直流に変換するためのコンバータ等を備える充電回路は発熱するので、そこで発生する熱を車両の暖気必要部に供給することでエネルギの利用効率を高めることが可能となる。充電回路の主要な発熱部であるIGBTのようなパワー素子の温度は、一般的に充電完了時にピークとなり、その後は外気によって冷やされていく。ところで、暖気必要部が
例えば伝達機構やモータなどの潤滑等に用いられるオイルである場合、車両の再始動時(車両出発時)に当該オイルの温度が所定の目標温度に達していることが要求される。従って、充電回路で発生した熱エネルギでオイルのような暖気必要部を暖める場合には、車両の再始動時にバッテリ充電を完了させ、車両の再始動時直前に大きな熱エネルギを暖気必要部に供給することが適切な充電制御となる。但し、IGBTのようなパワー素子は、通電電流が大きいほど効率が悪く、熱損失が大きい(言い換えると供給できる熱エネルギが大きい)。図2に、充電可能となった直後から充電を開始するととともに比較的小電流で時間をかけて充電する標準充電モードと、大電流で時間をかけない急速充電モードとのそれぞれでのオイル温度及び充電状態の経時変化が例示されている。この図2から理解できるように、車両出発時を見計らって暖気必要部としてのオイルの温度を要求温度に近づけるためには、充電開始を最大限遅らせて、急速充電モードで充電することで熱発生を大きくすることが望ましい。また、暖気必要部に熱需要がない場合には、標準充電モードで充電することで発熱素子の熱発生を抑制できる。従って、オイルが低温である場合のように熱需要が高い場合には、短時間大電流の通電で熱損失の大きな制御モード(充電ユニットの最急速充電モード)で充電する制御が適している。また、オイルが十分に高温で熱需要が低く、かつ再始動(車両出発時)までに時間的余裕がある場合には、暖気必要部に熱エネルギを供給する必要がないので、長時間かけて小電流の通電で熱損失の少ない制御モード(充電ユニットの標準充電モード)で充電して、消費電力を節約する制御が適している。
Before describing an embodiment of a vehicle charging device according to the present invention, a basic principle of charge control in the vehicle charging device will be described. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a charging control algorithm. This vehicle charging device has a charge control function that takes into account heat utilization during battery charging from an external power source in an electric vehicle. For example, a charging circuit including a converter for converting AC power supplied from an external power source to DC generates heat, and thus increases the efficiency of energy use by supplying the heat generated there to the vehicle warming-up required part. Is possible. The temperature of a power element such as an IGBT, which is a main heat generating part of the charging circuit, generally reaches a peak when charging is completed, and thereafter is cooled by outside air. By the way, when the warm-up required part is, for example, oil used for lubrication of a transmission mechanism, a motor, etc., it is required that the temperature of the oil reaches a predetermined target temperature when the vehicle is restarted (at the time of departure from the vehicle). Is done. Therefore, when warming the required part such as oil with the heat energy generated in the charging circuit, the battery charging is completed when the vehicle is restarted, and a large amount of thermal energy is supplied to the required part immediately before the vehicle is restarted. This is appropriate charge control. However, a power element such as an IGBT has a lower efficiency and a greater heat loss (in other words, more heat energy can be supplied) as the energization current increases. FIG. 2 shows the oil temperature in each of the standard charging mode in which charging is started immediately after charging becomes possible and charging takes time with a relatively small current, and the quick charging mode in which time is not spent with a large current. The change in the state of charge over time is illustrated. As can be understood from FIG. 2, in order to bring the temperature of the oil as the warming-up required part close to the required temperature in anticipation of the departure of the vehicle, heat is generated by delaying the charging start as much as possible and charging in the quick charge mode. It is desirable to increase. Moreover, when there is no heat demand in the warm-up required part, the heat generation of the heating element can be suppressed by charging in the standard charge mode. Therefore, when the demand for heat is high, such as when the oil is at a low temperature, charging in a control mode (the fastest charging mode of the charging unit) with a large heat loss by applying a large current for a short time is suitable. Also, if the oil is hot enough and heat demand is low, and there is time to restart (when leaving the vehicle), it is not necessary to supply heat energy to the warm-up area. A control that saves power consumption by charging in a control mode (standard charging mode of the charging unit) with less heat loss by applying a small current is suitable.
上述したような適正充電制御を実現するために、図1に示す基本原理では、充電利用時間:tn、充電必要量:En、熱需要度:Tnを入力値として、バッテリ充電のための充電制御量:Wnを出力値とする充電制御演算アルゴリズムが構築されている。充電利用時間:tnは、例えばユーザによって入力された車両の再始動時刻(車両出発時刻)と現在時刻との差分値として得ることができる。充電必要量:Enは、例えばバッテリ満充電量とバッテリ残量との差分値として得ることができる。熱需要度:Dnは、車両出発時までに暖気必要部がどの程度の熱エネルギを必要としているかを示すものであり、単純には必要または不必要の二値でもよいし、必要レベルを複数段階に分けたものでもよい。さらには、熱需要度が目標温度と現在温度との差分値で表される場合その値をそのまま採用してもよい。例えば、熱必要部をオイルとした場合、現在オイル温度と目標オイル温度との差分値や単に差分値の正負符号を利用してもよい。また、出力される充電制御量:Wnには、充電ユニットの仕様から最大値と最小値が設定されるので、ここでも、最大充電制御量:Wmaxと最小充電制御量:Wminが設定されていることにする。なお、この充電制御演算アルゴリズムは、所定時間間隔で出力される制御トリガー信号の繰り返しタイミングに基づいて充電制御量:Wnを出力する。この充電制御量:Wnが充電制御部36で電気信号である充電制御信号:CCSに変換され、充電ユニット2に与えられ、充電回路が制御される。このように充電制御が逐次実行されることで充電が実行されていく。このことから、図1の記号に付与されている添字のnは、そのような逐次制御の1・・・k回目の制御の総称として用いられている。
In order to realize the appropriate charge control as described above, according to the basic principle shown in FIG. 1, charge control for battery charging with charge utilization time: tn, required charge amount: En, and heat demand level: Tn as input values. A charge control calculation algorithm having an amount of output Wn is constructed. The charging use time: tn can be obtained as a difference value between the vehicle restart time (vehicle departure time) input by the user and the current time, for example. The required amount of charge: En can be obtained, for example, as a difference value between the battery full charge amount and the remaining battery level. The degree of heat demand: Dn indicates how much heat energy is required by the warm air required part before the vehicle departs. It can be simply a binary value that is necessary or unnecessary, and the required level can be divided into a plurality of levels. It may be divided into Furthermore, when the degree of heat demand is represented by a difference value between the target temperature and the current temperature, that value may be adopted as it is. For example, when the heat required part is oil, a difference value between the current oil temperature and the target oil temperature or a sign of the difference value may be used. Further, since the maximum value and the minimum value are set for the output charge control amount: Wn according to the specifications of the charging unit, the maximum charge control amount: Wmax and the minimum charge control amount: Wmin are also set here. I will decide. This charge control calculation algorithm outputs a charge control amount: Wn based on the repetition timing of the control trigger signal output at predetermined time intervals. This charge control amount: Wn is converted into a charge control signal: CCS, which is an electric signal, by the
充電制御演算アルゴリズムは、充電利用時間:tn、充電必要量:En、熱需要度:Dnを変数として充電制御量:Wnを導出する3変数関数:fを用いて、
Wn=f(tn,En,Dn)、但し、Wmin<Wn<Wmax、
の形で定義することができる。
このような3変数関数:fを実験的かつ統計的な手法で近似的に求め、テーブル化することができる。あるいは、各変数がとる値を限定した場合、複数のIF〜Then文を予め登録しておいて、これらを用いることで充電制御量:Wnを導出するルール・ベース・エンジン方式を採用してもよい。いずれにしても、この充電制御演算アルゴリズムで重要な点は、車両の出発予定時点でバッテリが満充電になっているとともに暖気必要部が必要な熱エネルギを確保している状態を実現させることである。
The charging control calculation algorithm uses a three-variable function: f for deriving a charging control amount: Wn with charging utilization time: tn, charging required amount: En, and heat demand level: Dn as variables.
Wn = f (tn, En, Dn) where Wmin <Wn <Wmax,
Can be defined in the form
Such a three-variable function: f can be obtained approximately by an experimental and statistical method and tabulated. Alternatively, if the values taken by each variable are limited, a rule-based engine method for deriving the charge control amount: Wn by registering a plurality of IF to Then statements in advance and using them can be adopted. Good. In any case, the important point in this charging control calculation algorithm is to realize a state in which the battery is fully charged at the scheduled departure time of the vehicle and the necessary heat energy is secured by the warm-up required part. is there.
次に、上述した基本原理を採用した車両用充電装置を搭載している電気自動車等の電動車両を一例として、本発明による車両用充電装置の実施形態を説明する。図3は、そのような電動車両の概略構成図である。この電動車両は、車両駆動用のモータ11の出力を車両駆動系を構成する伝達機構12を介して駆動輪に伝達することにより走行する。ここでいう伝達機構12には、ディファレンシャル装置や変速機構やドライブシャフトなどの動力伝達を構成する要素が含まれている。変速機構には、有段・無段の各種自動変速機構や手動変速機構、固定変速比のギヤ列、ベルト・チェーン変速機構などが含まれている。モータ11には、車載バッテリ(以下単にバッテリと称する)13から供給される直流電流からインバータ14によって交流に変換されたモータ駆動電流が入力する。このバッテリ13に外部電源(100V/200Vの家庭用電源を含む)から充電できるようにAC/DCコンバータを含む充電ユニット2が車両に備えられている。充電ユニット2を通じての外部電源からバッテリ13への充電を制御するために、充電ECU3が車載LANに組み込まれている。充電ECU3は、充電ユニット2に充電制御信号(充電制御量)を送る充電制御モジュールを構築している。また車載LANにはナビゲーションECU4も接続されており、充電ECU3とナビゲーションECU4との間の情報伝達が可能となっている。
Next, an embodiment of the vehicle charging device according to the present invention will be described by taking an electric vehicle such as an electric vehicle equipped with the vehicle charging device adopting the basic principle described above as an example. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of such an electric vehicle. This electric vehicle travels by transmitting the output of the
車両には多くのセンサが搭載されているが、この実施形態の説明で特に関係するセンサとして、伝達機構12のオイル貯留部12Aに溜まっているオイルの温度を測定する温度センサ12a、バッテリ13のバッテリ残量を検出するバッテリ残量センサの機能を有するバッテリ残量検出装置13a、図示は省略されているが冷却水貯留部の冷却水温度を検出する温度センサなどがある。温度センサ12aやバッテリ残量検出装置13aは充電ECU3に接続されており、オイル温度やバッテリ残量を示す信号ないしはデータが充電ECU3に入力される。温度センサ12aやバッテリ残量検出装置13aは、信号線で直接充電ECU3に接続するか、あるいは他のセンサ群などとともにセンサECUを経由して車載LANを通じてデータ伝送可能に接続することができる。
Many sensors are mounted on the vehicle. As sensors particularly relevant to the description of this embodiment, a
バッテリ13は、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池であり、バッテリ13からの直流電力は、インバータ14で交流に変換されてから車両駆動用のモータ11に供給される。バッテリ13には、バッテリ残量を検出して充電ECU3に出力するバッテリ残量検出装置13aが付設されている。車両には外部電源からの給電によりバッテリ13を充電するための差込プラグが設けられており、外部電源の差込コンセントに接続することで、バッテリ13の充電が可能となる。外部電源を用いたバッテリ13の充電は、充電ECU3からの制御下で充電ユニット2を通じて行われる。
The
図4に模式的に示されているが、充電ユニット2は、発熱部20となるIGBTのようなスイッチング素子を複数組み込んだスイッチング回路としてのAC/DCコンバータ、さらに昇圧・降圧回路などを含む充電回路を備える。また、本実施形態では、発熱する部品の熱を収集するヒートシンク90が装着されている。
Although schematically shown in FIG. 4, the charging
このような充電ユニット2での充電時に発生する熱エネルギが、暖気必要部に供給される。この実施形態における暖気必要部は、図4に示されているように、伝達機構12のオイル貯留部12Aに溜められているオイルである。従って、この伝達機構12にはオイルの温度を検出する温度センサ12aが付設されている。さらに、充電により発熱する発熱部20であるIGBT等を含む充電回路を備えた充電ユニット2で発生する熱を収集するヒートシンク90とオイル貯留部12Aとの間を熱エネルギ伝達可能に橋渡しする伝熱部としてのヒートパイプ9が設けられている。このヒートパイプ9としては種々の形態のものを利用できるが、ここでは、オイル貯留部12Aとヒートシンク90との鉛直方向の高さレベルの違い(ヒートシンク90が低レベル)を利用して、銅管に冷媒を入れたものが用いられている。この冷媒は、ヒートシンク90側で加熱され気体となってオイル貯留部12A側に上昇移動し、オイルによって冷却され液体となって再びヒートシンク90側に戻ることで、ヒートシンク90の熱をオイル貯留部12Aに伝達する。
The heat energy generated during charging by the charging
ナビゲーションECU4は、地図情報や地物情報を含む地図データベース40を備え、車両運転管理を行うカーナビゲーションユニットとして機能するものであるが、通信インタフェース41を通じて充電ECU3とデータ伝送可能に接続されている。ナビゲーションECU4は、一般のカーナビ装置と同じように、I/Oインタフェース49を介して、種々のカーナビ用センサや入出力デバイスと接続されている。カーナビ用センサとしては、GPS(Global Positioning System)衛星からのGPS信号を受信するGPS受信機91、自車両の進行方位又はその進行方位の変化を検出する方位センサ92、自車両の車速や移動距離を検出する距離センサ93が挙げられる。入出力デバイスとしては、運転者に対する経路案内等を行うスピーカ94やモニタ95、さらにはタッチパネル96等の操作デバイスが挙げられる。このナビゲーションECU4において、ハードウェア又はソフトウェア(プログラム)あるいはその両方により構築される主な機能部は、GPS位置情報取得部42、進行方位情報取得部43、地図データ処理部44、マップマッチング部45、走行距離算定部46、ナビゲーション情報処理部47、出発時刻管理部48である。
The
GPS位置情報取得部42は、GPS測位によって自車両の位置を表す自車両位置情報を取得する機能を有する。GPS位置情報取得部42では、GPS受信機91で受信されたGPS衛星からの信号を解析し、自車両の現在位置(座標位置:緯度及び経度)を取得することができる。進行方位情報取得部43は、自車両の方位変化量と移動距離とによって自車両の進行方位を表す進行方位情報を取得する機能を有する。このため進行方位情報取得部43は、方位センサ92及び距離センサ93からの検出データを取り込んで処理する。距離センサ93は自車両の車速や移動距離を検出するセンサであり、この検出データに基づいてトータルの走行距離が走行距離算定部46で算定される。マップマッチング部45は、地図データベース40から自車位置周辺の地図データを取得し、それに基づいて公知のマップマッチングを行う機能を有する。このマップマッチングにより、GPS位置情報取得部42から出力される自車両位置情報や進行方位情報取得部43から出力される進行方位情報による自車両の現在位置から最短の、地図情報に示される道路上における位置を探索する。この探索された位置は自車両道路上位置であり、この自車両道路上位置がモニタ6に道路地図に重ねて表示される。ナビゲーション情報処理部47は、自車位置表示、出発地から目的地までの経路探索、目的地までの経路案内、目的地検索等のナビゲーション機能を作り出す。例えば、ナビゲーション情報処理部47は、マップマッチング部45で決定された自車位置としての自車両道路上位置に基づいて地図データベース40から地図データを取得してモニタ95の表示画面に地図の画像を表示するとともに、当該地図の画像上に、自車両の現在位置及び進行方位を表す自車位置マークを重ね合わせて表示する。また、ナビゲーション情報処理部47は、地図データに基づいて、所定の出発地から目的地までの経路探索を行うとともに、探索された出発地から目的地までの経路と自車位置とに基づいて、モニタ95及びスピーカ94の一方又は双方を用いて、運転者に対する経路案内を行う。モニタ95には操作デバイスとして機能するタッチパネル96が装着されているが、これとは別な操作スイッチや操作ボタンを操作デバイスとして付加してもよい。
The GPS position
出発時刻管理部48は、マップマッチング部45によって決定された自車位置が運転者の自宅や職場や充電ステーション等の予め登録された位置であり、車両が停止した際に、次回の車両出発時刻(再始動時刻)の入力を促す音声をスピーカ94を通じて出力させる。運転者は、タッチパネル96を通じての情報入力、ないしは図示されていない音声マイクを通じての音声指示入力によって、車両出発時刻を入力する。出発時刻管理部48は、入力された車両出発時刻を登録するとともに、車両出発時刻データを充電ECU3で利用可能なデータ形式に変換して充電ECU3に転送する。最後に、ナビゲーション情報処理部47は、バッテリ13の充電のために、車両に備えられているバッテリ充電用差込プラグを外部電源差込コンセントに接続することを促す。
The departure
充電ECU3においてハードウェア又はソフトウェア(プログラム)あるいはその両方により構築される主な機能部は、図6に示されているように、出発時刻設定部31、充電可能時間算定部32、バッテリ充電必要量算定部33、熱需要度算定部34、充電制御量演算部35、充電制御部36である。
As shown in FIG. 6, main function units constructed by the hardware and / or software (program) or both in the
出発時刻設定部31は、ナビゲーションECU4の出発時刻管理部4から転送されてきた、車両が再始動する時刻である車両出発時刻(以下単に出発時刻と称する):tsを受け取り、次の出発時刻が転送されてくるまで一時格納する。充電可能時間算定部32は、バッテリ13を充電するために利用できる時間である充電可能時間:tnを算定する。この充電可能時間:tnは、車両の、好ましくは電波によって自動補正される機能を有する時計部から取得する現在時刻:tpと、出発時刻管理部4から読み出す出発時刻:tsとの差から求められる。バッテリ充電必要量算定部33は、バッテリ13が必要とする充電必要量:Enを算定する。この充電必要量:Enは、予め設定登録されているバッテリ13のバッテリ満充電量:Efと、バッテリ残量検出装置13aから送られてくるバッテリ残量:Erとの差分値として得ることができる。熱需要度算定部34は、発車時に所定の熱エネルギレベルを保持することが望ましい車両構成要素である暖気必要部がどの程度の熱エネルギの供給を必要としているかを示す熱需要度を算定する。熱需要度は、上述した充電可能時間:tn内の各時点における充電ユニット2から暖気必要部への熱供給の要否、暖気必要部の出発時の目標温度である始動時目標温度と現在温度との温度差、車両再始動時までに暖気必要部に必要な熱エネルギ量など、種々の形式で表現可能である。この実施形態では、暖気必要部は伝達機構12のオイルであり、始動時目標温度:Ttと現在オイル温度:Tsとの差分値を熱需要度:Tnとしている。つまり、ここでは、熱需要度算定部34は、オイルの始動時目標温度:Ttと現在オイル温度:Tsとの温度差である需要温度を算定するオイル温度算定部として構成されている。従って、熱需要度算定部(オイル温度算定部)34には、予めオイルの始動時目標温度:Ttが登録設定されており、オイル温度センサ12aによって検出されるオイル温度:Tsを随時センサECUを介して取り込む。
The departure
充電制御量演算部35は、充電ECU3の中核機能を有し、充電可能時間算定部32で算定された充電可能時間:tnと、バッテリ充電必要量算定部33で算定された充電必要量:Enと、熱需要度算定部34で算定された熱需要度(需要温度):Tnとを入力値として、充電制御量:Wnを演算出力する。この充電制御量:Wnは、外部電源から充電ユニット2を通じてバッテリ13に供給しなければならない時間当たりの充電量に対応する量である。つまり、充電可能時間算定部32で算定された充電可能時間:tnでバッテリ13を満充電するために必要な量である。この充電制御量:Wnは、簡単には、充電必要量:Enを充電可能時間:tnで割れば得られるが、充電ユニット2の充電仕様により最大充電量:Emaxと最小充電量:Eminが決められているので、演算時にこれによる制限が行われる。この充電制御量:Wnを演算出力するための基本的なアルゴリズムは、図1を用いて説明した基本原理に準じている。この実施形態では、暖気必要部は伝達機構12のオイルであるので、オイルが低温の場合、出発時刻にちょうどオイルが始動時目標温度:Ttとなるように、充電ユニット2の発熱部20で発生した熱をヒートパイプ9を通じてオイルに伝達する。その際同時に、バッテリ13も満充電状態となるようにする。バッテリ13は、満充電状態からの自然放電は僅かであるので、バッテリ13の満充電だけを目的とするのであれば、出発時刻よりかなり早目に充電が完了してもよい。しかしながら、オイルは冷え易いので、出発時刻ぎりぎりでオイル温度が始動時目標温度:Ttに達するとよい。また、最大充電量:Emaxで充電(急速充電)することで充電ユニット2の発熱部20の発熱量が多くなることから、オイルへの熱伝達が必要な場合、出発時刻近くで急速充電を行って、バッテリ13の満充電とオイルの目標温度達成を実現することが最適である。この最適な結果をできるだけ生み出すような演算アルゴリズムが充電制御量演算部35に組み込まれる。そのような最適アルゴリズムの一例が、後で具体的な充電制御ルーチンとして説明される。
The charge control
充電制御部36は、充電制御量演算部35が出力する充電制御量:Wnに基づいて、充電ユニット2を制御するための充電制御信号(電気信号)を生成し、充電ユニット2に送る。充電ユニット2では、受け取った充電制御信号によりAC−DCコンバータ回路等が動作し、外部電源から得られた交流電力を直流電力に変換し、バッテリ13を充電する。
The charging
次に、図7のフローチャートを用いて充電ECU3において実行される充電制御ルーチンの一例を説明する。この充電制御ルーチンは、ユーザによって入力された車両出発時刻が出発時刻管理部48に登録され、バッテリ充電用差込プラグを外部電源差込コンセントに接続された段階でスタートし、所定時間間隔で生成される制御トリガーのタイミングでそのルーチンを繰り返す。
まず、充電制御ルーチンがスタートすると、初期設定として、制御ルーチンの繰り返し回数を示すnに「0」が代入される(#01)。制御トリガーが生成されると、つまり制御トリガーが「ON」となると(#02Yes分岐)、nの値がインクリメントされ(#03)、最初の制御動作として、出発時刻が取り込まれ、出発時刻設定部31に登録設定される(#04)。充電可能時間算定部32は、出発時刻設定部31に設定されている出発時刻:tsを読み出す(#05)。次に、この出発時刻:tsと、図示されていない時刻管理部から読み出した現在時刻:tpとから充電可能時間:tnを算定する(#06)。さらに、バッテリ充電必要量算定部33が、バッテリ残量検出装置13aで検出されたバッテリ残量:Erを取り込み(#07)、このバッテリ残量:Erと内部に登録されている満充電量:Efとから、この時点でバッテリ13が必要とする充電必要量:Enを算定する(#08)。
Next, an example of a charge control routine executed in the
First, when the charging control routine is started, “0” is substituted for n indicating the number of repetitions of the control routine as an initial setting (# 01). When the control trigger is generated, that is, when the control trigger is “ON” (# 02 Yes branch), the value of n is incremented (# 03), and the departure time is taken in as the first control operation, and the departure
続いて、充電制御演算部35による充電制御量の演算が行われる。まず、バッテリ充電必要量算定部33で算定された充電必要量:Enがゼロ、つまり満充電状態に達していない限り(#09No分岐)、充電制御量の演算ルーチンが実行される。
まず、温度センサ12aで検出された現在温度としての検出オイル温度:Tsを取り込み(#10)、内部に登録されている目標オイル温度:Ttを読み込み(#11)、この検出オイル温度:Tsと目標オイル温度:Ttとから、この時点でオイルが必要とする熱需要度:Dnを算定する(#12)。ここでは、熱需要度:Dnは単純に検出オイル温度:Tsと目標オイル温度:Ttとの差分値とするが、TsとTtを変数とする関数gを適当に選択することで、暖気必要部に適した熱需要度を演算することができる。さらに、入力された充電必要量:Enと充電可能時間:tnとから、現在時刻から出発時刻までの間に必要とされる、単位時間当たりの必要充電量である標準充電制御量:Woが演算される(#13)。この標準充電制御量:Woは、最大充電制御量:Wmaxと比較され(#14)、WoがWmax以上であれば(#14Yes分岐)、出発時刻までにバッテリ13を満充電ないしはほぼ満充電するには最大充電制御量:Wmaxによる急速充電を行う必要がある。その場合、この制御時点での充電制御量:Wnとして、最大充電制御量:Wmaxをその値にして出力する(#17)。WoがWmax未満であれば(#14No分岐)、この標準充電制御量:Woは、最小充電制御量:Wmaxと比較され(#15)、WoがWmin未満であれば(#15Yes分岐)、充電を行う必要がないか、あるいはまだ充電をスタートする必要がないとみなされる。この場合、この制御時点での充電制御量:Wnとして、「0」をその値にして出力する(#18)。その結果、バッテリ13への充電は実行されない。WoがWmin以上であれば(#15No分岐)、さらにこの時点の熱需要度:Dnが「0」と比較され(#16)、つまりオイルに熱伝達する必要があるかどうかがチェックされ、オイルへの熱伝達が不必要であれば(#16Yes分岐)、この制御時点での充電制御量:Wnとして、標準充電制御量:Woをその値にして出力される(#19)。その結果として、標準的な、熱損失が抑制された充電が実行される。オイルへの熱伝達が必要であれば(#16No分岐)、この制御時点での充電制御量:Wnとして、「0」をその値にして出力される(#20)。その結果として、その時点でのバッテリ13への充電は実行されない。これにより、充電開始を最大限遅らせる。そして、その後の制御タイミングおいて、標準充電制御量として算定された必要充電量:Woが最大充電制御量:Wmax以上となれば(#14Yes分岐)、充電制御量:Wnの値に最大充電制御量:Wmaxが設定され、急速充電が開始される(#17)。その結果、充電ユニット2の発熱部20の発熱量が大きくなり、その熱がオイルに伝達されるので、出発時刻:tsに合わせてオイルの温度が目標オイル温度:Ttとなる。
なお、ステップ#09における判定で、充電必要量:Enがゼロ、つまり満充電状態に達しているならば(#09Yes分岐)、充電制御量:Wnとして、「0」をその値にして出力される(#21)。
Subsequently, a charge control amount is calculated by the charge
First, the detected oil temperature: Ts as the current temperature detected by the
If it is determined in
充電制御量:Wnが演算出力され、充電制御部36に与えられると、充電制御部36はこの充電制御量:Wnに基づいて充電制御信号:CCSを充電ユニット2に転送する(#22)。これにより、充電ユニット2は、急速充電、標準充電、充電停止、充電中断などを実行する。最後に、車両が出発するために、再始動されたかどうかがチェックされ(#23)、再始動されない限りこの充電制御ルーチンが繰り返され、再始動された段階でこの充電制御ルーチンは終了する。また、図7によるフローチャートには示されていないが、再始動されないまま、現在時刻が出発時刻を過ぎた場合にも、この充電制御ルーチンは終了する。
When the charge control amount: Wn is calculated and output and given to the
別実施形態
(1)上述した実施の形態では、バッテリ駆動する電動車両として電気自動車を取り上げたが、その他の車両、例えばプラグインハイブリッド自動車などに本発明を適用してもよい。また、外部電源とバッテリとの接続が、車両に装備されている差込プラグと外部電源の差込コンセントとを用いた接触式として説明したが、この接続を電磁気などを用いた非接触式など、その他の電気的接続方法を用いてもよい。
(2)上述した実施の形態では、暖気必要部として、伝達機構12のオイル貯留部12Aに溜まっているオイルとしたが、それ以外の、冷却水貯留部の冷却水や空調装置の暖気必要部品などでもよい。さらには、冬場などで車両シートを暖める目的で、本発明の熱伝達を利用してもよい。
(3)上述した充電ECU3における各機能部は、機能としての分担を示すものであり、必ずしも独立して設けられる必要はない。例えば、図8に示すように、充電制御量演算部35が直接、出発時刻管理部48から出発時刻:ts、バッテリ残量検出装置13aからバッテリ残量:Er、温度センサ12aからオイルの現在温度:Tsを取り込み、充電制御量:Wnを演算出力するような構成を採用してもよい。そのような構成では、バッテリ満充電量:Ef、オイル目標温度:Tt、最大充電制御量:Wmax、最小充電制御量:Wminは定数として登録テーブルに書き換え可能に登録しておくとよい。充電制御量演算部35は、ts,Er,Tsを変数とし、Ef,Tt,Wmax,Wminを定数とする関数:H、つまり
Wn=H(ts,Er,Ts, Ef,Tt,Wmax,Wmin)
をテーブル化することにより、演算負荷の軽い充電ECU3を構築することができる。
(4)上述した実施の形態の充電制御ルーチンでは、熱需要度:Dnが現在温度:Tsと目標オイル温度:Ttとの差分値で表現されており、充電制御量:Wnが、Dn>0か否かにより、標準充電制御量:Woか最大充電制御量:Wmaxかが選択されていた。これに代えて、充電制御量:Wnを標準充電制御量:Woから最大充電制御量:Wmaxの間の熱需要度:Dnに応じた適切な値とすることで、発熱量と充電効率のバランスを調整するような制御を採用してもよい。このような制御を実現するためには、充電制御量:Wnを、
Wn=Q(ts,Er,Dn,Ef,Tt,Wmax)、Wn<Wmax
といった、その関数値がWn<Wmaxとなるような関数:Qないしは、テーブルで求めるようにすればよい。
(5)発熱部と暖気必要部との間の熱伝達構造として、ヒートシンク90が伝熱部として直接オイルに熱を伝える構造を採用してもよい。また、ヒートシンク90内にまでオイル流路を延設して、直接オイルとヒートシンク90との間で熱交換する構造を採用してもよい。
(6)充電利用時間が車両ユーザによって入力される再始動時刻に基づいて算定されるのではなく、車両ユーザとは関係なく、外部電源側から与えられる充電終了時刻を用いて充電利用時間を求めてもよい。
Alternative Embodiment (1) In the above-described embodiment, an electric vehicle is taken up as an electric vehicle driven by a battery. However, the present invention may be applied to other vehicles such as a plug-in hybrid vehicle. In addition, the connection between the external power source and the battery has been described as a contact type using a plug provided on the vehicle and a plug socket of the external power source, but this connection is a non-contact type using electromagnetics etc. Other electrical connection methods may be used.
(2) In the above-described embodiment, the oil that has accumulated in the
(3) Each function part in charge ECU3 mentioned above shows sharing as a function, and does not necessarily need to be provided independently. For example, as shown in FIG. 8, the charge control
, The charging
(4) In the charge control routine of the embodiment described above, the degree of heat demand: Dn is expressed as a difference value between the current temperature: Ts and the target oil temperature: Tt, and the charge control amount: Wn is Dn> 0. Whether the standard charge control amount: Wo or the maximum charge control amount: Wmax is selected. Instead of this, by setting the charge control amount: Wn to an appropriate value corresponding to the degree of heat demand: Dn between the standard charge control amount: Wo and the maximum charge control amount: Wmax, the balance between the heat generation amount and the charging efficiency is achieved. It is also possible to adopt a control that adjusts. In order to realize such control, the charge control amount: Wn,
Wn = Q (ts, Er, Dn, Ef, Tt, Wmax), Wn <Wmax
A function whose function value satisfies Wn <Wmax: Q or a table may be used.
(5) A structure in which the heat sink 90 directly transfers heat to the oil as the heat transfer portion may be adopted as a heat transfer structure between the heat generating portion and the warm-up required portion. Further, a structure in which an oil flow path is extended into the heat sink 90 and heat is directly exchanged between the oil and the heat sink 90 may be employed.
(6) The charging usage time is not calculated based on the restart time input by the vehicle user, but the charging usage time is obtained using the charging end time given from the external power source regardless of the vehicle user. May be.
本発明は、外部電源から充電可能なバッテリを搭載するとともに、再始動時に所定の熱エネルギを必要とする暖気必要部を備えた装置に適用可能である。 The present invention can be applied to an apparatus that includes a battery that can be charged from an external power source and that includes a warming-required portion that requires predetermined thermal energy during restart.
2:受電ユニット
3:充電ECU(充電制御モジュール)
31:出発時刻設定部
32:充電可能時間算定部
33:バッテリ充電必要量算定部
34:熱需要度算定部
35:充電制御量演算部
36:充電制御部
4:ナビゲーションECU
48:出発時刻管理部
9:ヒートパイプ(伝熱部)
90:ヒートシンク
11:モータ
12:トランスミッション
12a:オイル温度センサ
13:バッテリ
13a:バッテリ残量検出装置13a
2: Power receiving unit 3: Charging ECU (charging control module)
31: Departure time setting unit 32: Chargeable time calculation unit 33: Battery charge requirement calculation unit 34: Thermal demand calculation unit 35: Charge control amount calculation unit 36: Charge control unit 4: Navigation ECU
48: Departure time management part 9: Heat pipe (heat transfer part)
90: Heat sink 11: Motor 12:
Claims (8)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010137114A JP2012005223A (en) | 2010-06-16 | 2010-06-16 | Apparatus for charging of vehicle |
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- 2010-06-16 JP JP2010137114A patent/JP2012005223A/en active Pending
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