JP2014231786A - バッテリの温度を調整するための制御構造 - Google Patents

Abstract

【課題】車両に搭載されるバッテリの温度を調整するための制御構造において、燃費をより向上させることができるものを提供することを目的とする。
【解決手段】車両に搭載されるバッテリ３３の温度を調整するための制御構造１０は、エンジン３０およびバッテリ３３を収容するエンジンルーム２０を備える。ＥＣＵ５０は、バッテリ３３の温度ｔが所定の温度閾値ｔ１よりも小さく、バッテリ受入れ可能電力Ｗｉｎが所定の電力閾値Ｗ１よりも小さく、かつ、車速ｖが所定の車速閾値ｖ１よりも小さい場合に、エンジン３０の効率を低下させる効率低下制御を実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリの温度を調整するための制御構造に関する。

バッテリを搭載した車両において、バッテリの温度が低いとバッテリの受入れ可能電力（回生電力）が小さくなり、燃費が悪化する。したがって、燃費向上のためにはバッテリの温度制御が重要である。

エンジン始動時において、バッテリに対する充放電を制御し、これによってバッテリの温度を制御する技術が知られている。このような技術の例は、特許文献１に記載される。

特開２０００−９２６１４号公報

しかしながら、従来の技術では、必ずしも十分な温度制御を実現できないという問題がある。たとえば、特許文献１の技術では、バッテリ温度が低い場合には、受入れ可能電力が小さいため充放電の発熱量も小さくなるので、十分にバッテリを暖めることができない。この結果として燃費が悪化するおそれがある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、バッテリの温度を調整するための制御構造において、燃費をより向上させることができるものを提供することを目的とする。

上述の問題を解決するため、この発明に係るバッテリの温度を調整するための制御構造は、車両に搭載されるバッテリの温度を調整するための制御構造であって、内燃機関およびバッテリを収容するエンジンルームと、内燃機関の動作を制御する制御装置とを備え、制御装置は、バッテリの温度が所定の温度閾値よりも小さく、バッテリの受入れ可能電力が所定の電力閾値よりも小さく、かつ車速が所定の車速閾値よりも小さい場合に、内燃機関の効率を低下させる効率低下制御を実行する。

効率低下制御により、効率が低下して発熱量が増加し、エンジンルーム内のバッテリの温度が上昇することになる。

効率低下制御は、内燃機関のパワーを維持しつつ内燃機関の回転数を増加させる制御であってもよい。
制御装置は、車速が車速閾値より大きい場合には、効率低下制御を実行しないものであってもよい。

本発明のバッテリの温度を調整するための制御構造によれば、バッテリの温度が低い場合に、内燃機関の効率を低下させる制御を行うので、バッテリ温度が早急に上昇し、より大きい回生電力を受け入れられるようになる。このため、長期的に見て燃費が向上する。

本発明の実施の形態１に係る制御構造の構成の例を示す図である。 図１のＥＣＵの処理の流れの例を示すフローチャートである。 図１のＥＣＵによるエンジンの動作制御の例を示す図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、本発明の実施の形態１に係る制御構造１０の構成の例を示す。制御構造１０は、たとえば車両に搭載されるバッテリ３３の温度を調整するための制御構造である。

制御構造１０はエンジンルーム２０を備える。また、制御構造１０は、内燃機関であるエンジン３０と、エンジン３０に連動して回転し発電を行う発電機３１と、発電機３１に接続されて交流を直流に変換する整流器３２と、整流器３２から電力を受け取って充電するバッテリ３３と、バッテリ３３の温度を検出する温度センサ３４とを備える。発電機３１は、エンジン３０に電力を供給して駆動する機能を有するモータジェネレータであってもよい。バッテリ３３は、たとえば、リチウムイオンバッテリやニッケル水素バッテリや鉛バッテリ、キャパシタなどである。

制御構造１０は、エンジンコントローラ４０、発電制御コントローラ４１、ＳＯＣメータ４２、車速センサ４３およびＥＣＵ５０を備える。
ＥＣＵ５０は制御装置であり、エンジンコントローラ４０および発電制御コントローラ４１に指令を送信することにより、制御構造１０の全体の動作を制御する。エンジンコントローラ４０は、ＥＣＵ５０からの指令に応じてエンジン３０の動作を制御し、たとえばエンジン３０のトルクおよび回転数を制御する。発電制御コントローラ４１は、エンジン３０の回転数と、整流器３２の電流値および電圧値とを検出し、これらの値に基づき、ＥＣＵ５０からの指令に応じて発電機３１の動作を制御する。たとえば発電機３１の界磁電流を制御する。

ＳＯＣメータ４２は、バッテリ３３の端子電圧と、整流器３２の電流値および電圧値とを検出し、これらの値に基づき、バッテリ３３の充電状態を測定してＥＣＵ５０に送信する。車速センサ４３は、車両の車速を検出してＥＣＵ５０に送信する。また、上述の温度センサ３４は、バッテリ３３の温度を検出してＥＣＵ５０に送信する。ＥＣＵ５０は、これらの情報に基づいてエンジンコントローラ４０および発電制御コントローラ４１を制御する。また、ＥＣＵ５０は、上述のようにエンジンコントローラ４０に指令を送信するとともに、エンジン３０にスタータ信号を送信することにより、エンジン３０の動作を制御する。

エンジン３０、発電機３１、整流器３２、バッテリ３３および温度センサ３４は、エンジンルーム２０に収容されている。本実施形態では、エンジンルーム２０の全体にエンジン３０からの熱放射が届くものとするが、そうでない場合には、少なくともバッテリ３３は、エンジン３０の熱放射が届く領域に配置される。

エンジンコントローラ４０、発電制御コントローラ４１、ＳＯＣメータ４２は、本実施形態ではエンジンルーム２０に収容されているが、エンジンルーム２０に収容されない配置であってもよい。また、ＥＣＵ５０および車速センサ４３は、本実施形態ではエンジンルーム２０には収容されないが、エンジンルーム２０に収容されてもよい。

以上のように構成される制御構造１０の動作を、以下に説明する。
図２は、ＥＣＵ５０の処理の流れを表すフローチャートである。なお図２のフローチャートは「終了」端子において終了しているが、実際には図２の処理が繰り返し実行される。
まずＥＣＵ５０は、温度センサ３４からバッテリ温度ｔを取得する（ステップＳ１）。

次に、ＥＣＵ５０は、取得したバッテリ温度ｔが、所定の温度閾値ｔ１よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２）。温度閾値ｔ１を表す値は、たとえばあらかじめＥＣＵ５０の記憶手段に記憶させておくことができる。また、温度閾値ｔ１は、たとえば１０℃とすることができる。バッテリ温度ｔが温度閾値ｔ１以上であれば、ＥＣＵ５０は処理を終了する。これは、たとえばバッテリ温度が十分に高いことにより、受入れ可能電力が十分に大きくなっている状態に対応する。この場合、下記ステップＳ６の発電や、下記ステップＳ９の効率低下制御を実行しないので、燃費をより高く維持することができる。

バッテリ温度ｔが温度閾値ｔ１よりも小さい場合、ＥＣＵ５０は、温度センサ３４およびＳＯＣメータ４２からの情報に基づき、バッテリ受入れ可能電力Ｗｉｎを取得する（ステップＳ３）。バッテリ受入れ可能電力Ｗｉｎは、たとえば、バッテリ温度ｔおよび充電状態の関数としてあらかじめ定義しておくことができる。

次に、ＥＣＵ５０は、取得したバッテリ受入れ可能電力Ｗｉｎが、所定の電力閾値Ｗ１よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４）。電力閾値Ｗ１を表す値は、たとえばあらかじめＥＣＵ５０の記憶手段に記憶させておくことができる。なお、バッテリ受入れ可能電力Ｗｉｎは負の値によって表される場合があるが、その場合にはバッテリ受入れ可能電力Ｗｉｎの絶対値を判定に用いる。

バッテリ受入れ可能電力Ｗｉｎが電力閾値Ｗ１よりも大きい場合、ＥＣＵ５０は、エンジン３０の出力をバッテリ受入れ可能電力Ｗｉｎに相当する量だけ増加させるよう、エンジンコントローラ４０に指令する（ステップＳ５）とともに、発電機３１がバッテリ受入れ可能電力Ｗｉｎの発電を行うよう、発電制御コントローラ４１に指令する（ステップＳ６）。この結果、たとえばエンジン３０の放射熱が増加する。また、たとえばバッテリ３３の状態に応じた最大限の回生（バッテリ受入れ可能電力Ｗｉｎの回生）が行われるので、バッテリ３３の内部抵抗（Ｉ^２Ｒ）による発熱が大きくなる。このようにしてバッテリ３３の暖機が行われる。ここでＥＣＵ５０は図２の処理を終了する。

ステップＳ４において、バッテリ受入れ可能電力Ｗｉｎが電力閾値Ｗ１以下である場合（または、電力閾値Ｗ１よりも小さい場合）、ＥＣＵ５０は、車速センサ４３から車速ｖを取得する（ステップＳ７）。そして、ＥＣＵ５０は、取得した車速ｖが、所定の車速閾値ｖ１よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ８）。車速閾値ｖ１を表す値は、たとえばあらかじめＥＣＵ５０の記憶手段に記憶させておくことができる。

車速ｖが車速閾値ｖ１以下である場合（または、車速閾値ｖ１よりも小さい場合）、ＥＣＵ５０は、エンジン３０の効率を低下させる効率低下制御を実行する（ステップＳ９）。すなわち、ＥＣＵ５０は、たとえば、バッテリ温度ｔが温度閾値ｔ１よりも小さく、バッテリ受入れ可能電力Ｗｉｎが電力閾値Ｗ１よりも小さく、かつ、車速ｖが車速閾値ｖ１よりも小さい場合に、効率低下制御を実行する。ここで、「効率」とは、たとえば燃料を動力に変換する際の変換効率をいい、たとえばエンジン３０から出力されるパワー（トルクおよび回転数の積）を維持したまま発熱量を増加させる制御が効率低下制御に相当する。

効率低下制御はどのように実行されてもよいが、本実施形態におけるエンジン３０の動作制御の具体例を次に説明する。本実施形態では、効率低下制御は、エンジン３０のパワーを維持しつつエンジン３０の回転数を増加させる制御である。

図３に、エンジン３０の回転数を横軸に、トルクを縦軸にとったグラフを示す。実線で示す等パワーラインＰは、いずれも一定のパワーに相当する動作点の集合である。異なる等パワーラインＰはそれぞれ異なるパワーに対応し、右上のものほどパワーが大きい。また、破線で示す等効率ラインＥは、いずれも一定の効率に相当する動作点の集合である。異なる等効率ラインＥはそれぞれ異なる効率に対応し、内側のものほど効率が高い。

いまエンジン３０の動作点が点Ｘ１にあるとする。この動作点を点Ｘ２に移動させる制御Ｆは、効率低下制御に相当する。すなわち、点Ｘ１および点Ｘ２は同じ等パワーラインＰ上にあるので、出力されるパワーは同じであるが、点Ｘ１および点Ｘ２は互いに異なる等効率ラインＥ上にあるので効率が異なる（点Ｘ１のほうが効率が高い）。

このような効率低下制御の結果、エンジン３０の効率が低下するのでエンジン３０の発熱量が増加し、エンジンルーム２０内の温度が上昇する。バッテリ３３はエンジンルーム２０内に配置されているので、これに伴ってバッテリ３３の温度も上昇する。この結果、より早い段階で、より大きい回生電力を受け入れられるようになる。したがって回生が効率的に行えるようになり、長期的に見て燃費が向上する。また、この結果、暖機運転の時間を減少することができ、トータルとしての有毒ガス（二酸化炭素等）発生量を減少することができる。

本実施形態では、効率低下制御を、エンジン３０のパワーを維持しつつエンジン３０の回転数を増加させる制御に限定する。すなわち、エンジン３０の回転数を増加させることによって、必ず効率が低下すると仮定して制御が行われる（結果として効率が上昇する場合も理論的にはあり得るが、そのような場合も本発明の制御に含まれる）。この制御は、エンジン３０の動作点が、効率を最適とする点よりも常に回転数が高い側にある（またはその可能性が高い）という事実に着目したものであり、エンジン３０の回転数を増減どちらに制御すれば効率が低下するかという判定処理を省略することができる。

図２のステップＳ８において、車速ｖが車速閾値ｖ１よりも大きい場合、ＥＣＵ５０は処理を終了する。これは、たとえば、車速が大きく走行風が強いため、暖機を行っても熱が車外に逃げてしまい暖機処理の効果が小さくなる状況に対応する。この場合には、ＥＣＵ５０は効率低下制御を実行しないので、効果の小さい暖機処理を回避して燃費をより高く維持することができる。

上述の実施の形態１において、「エンジン３０のパワーを維持する」という表現は、点Ｘ１および点Ｘ２が厳密に同一の等パワーライン上に位置するという状態を意味するが、これは厳密でなくともよく、実質的に同じ等パワーライン上に位置するものであればよい。または、エンジン３０のパワーを、実用的な制御の範囲内で可能な限り同一に保つものであればよい。

上述の実施の形態１では、効率低下制御は、エンジン３０のパワーを維持しつつエンジン３０の回転数を増加させる制御であるが、効率低下制御は他の内容であってもよい。たとえば、エンジン３０のパワーを維持しつつ、効率を低下させる方向にエンジン３０の動作点を移動させる制御であってもよい。この制御を図３で表すと、ある等パワーラインＰに沿って、等効率ラインＥの外側に向けて動作点を移動させる制御となる（この制御は、動作点の位置によって実施の形態１の制御と一致する）。

また、エンジン３０の効率を低下させる制御は、エンジン３０において発生する熱量を増加させる制御であれば、動作点を同一の等パワーラインＰに沿って移動させる制御に限らない。たとえば、パワーおよび効率の双方を変更し、結果としてエンジン３０において発生する熱量を増加させる制御であってもよい。このような結果をもたらす具体的な動作点の移動は、当業者であれば適宜設計可能である。

実施の形態１において、ステップＳ７およびＳ８を省略してもよい。すなわち、ステップＳ４においてバッテリ受入れ可能電力Ｗｉｎが電力閾値Ｗ１よりも大きい場合、ＥＣＵ５０は、車速に関わらずステップＳ９（エンジン３０の効率を低下させる効率低下制御）を実行してもよい。

１０ 制御構造、２０ エンジンルーム、３０ エンジン（内燃機関）、３３ バッテリ、Ｆ 効率低下制御。

Claims (3)

1. 車両に搭載されるバッテリの温度を調整するための制御構造であって、
   内燃機関およびバッテリを収容するエンジンルームと、
   前記内燃機関の動作を制御する制御装置と
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記バッテリの温度が所定の温度閾値よりも小さく、
   前記バッテリの受入れ可能電力が所定の電力閾値よりも小さく、かつ
   車速が所定の車速閾値よりも小さい
   場合に、前記内燃機関の効率を低下させる効率低下制御を実行する、制御構造。
2. 前記効率低下制御は、前記内燃機関のパワーを維持しつつ前記内燃機関の回転数を増加させる制御である、請求項１に記載の制御構造。
3. 前記制御装置は、前記車速が前記車速閾値より大きい場合には、前記効率低下制御を実行しない、請求項１または２に記載の制御構造。

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