JP2015095985A

JP2015095985A - 車両用の蓄電システム

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Publication number: JP2015095985A
Application number: JP2013234866A
Authority: JP
Inventors: 純太泉; Junta Izumi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2015-05-18
Anticipated expiration: 2033-11-13
Also published as: JP6123643B2

Abstract

【課題】本発明は、高温状態の蓄電装置を充電する際に、蓄電装置の劣化を抑制できる車両用の蓄電システムを提供することを目的とする。【解決手段】本発明の車両用の蓄電システム（１）は、外部の交流電源（４０）を用いて蓄電装置（１０）を充電可能な車両用の蓄電システムであって、蓄電装置の温度を検出する温度検出手段（２１）と、車室内の空調を行う室内空調装置（４２）を利用して蓄電装置を冷却する冷却装置（４３）と、交流電源を用いた蓄電装置の充電を制御するコントローラ（３０）と、を備え、コントローラは、車両のイグニッションスイッチがオンからオフに切り替わった際の蓄電装置の温度が所定温度以上であり、イグニッションスイッチがオフに切り替わってからの経過時間が所定時間以下である場合、室内空調装置および冷却装置を作動して蓄電装置を冷却した後、交流電源による蓄電装置の充電を開始する。【選択図】図１

Description

本発明は、外部の交流電源を用いて蓄電装置を充電可能な車両用の蓄電システムに関する。

外部の交流電源を用いて組電池を充電可能な車両用の電池システムにおいて、冷却装置を備えるものが知られる。該電池システムでは、組電池が高温状態である場合、組電池が満充電状態に近づいた時に冷却装置を作動させ、組電池を使用に適した設定温度まで冷却する。

特開２０１２−０４４８１３号公報特開２０１３−２０７９２７号公報

しかしながら、上述した電池システムでは、充電開始から冷却装置の作動開始までの間、電池劣化に悪影響を与える高温状態および高ＳＯＣ(State Of Charge)になるという問題がある。

本発明の車両用の蓄電システムは、外部の交流電源を用いて蓄電装置を充電可能な車両用の蓄電システムであって、前記蓄電装置の温度を検出する温度検出手段と、車室内の空調を行う室内空調装置を利用して前記蓄電装置を冷却する冷却装置と、前記交流電源を用いた前記蓄電装置の充電を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、車両のイグニッションスイッチがオンからオフに切り替わった際の前記蓄電装置の温度が所定温度以上であり、前記イグニッションスイッチがオフに切り替わってからの経過時間が所定時間以下である場合、前記室内空調装置および前記冷却装置を作動して前記蓄電装置を冷却した後、前記交流電源による前記蓄電装置の充電を開始することを特徴とする。

本発明によれば、イグニッションスイッチのオフ時に蓄電装置の温度が所定温度以上である場合、蓄電装置を冷却した後に交流電源を用いた充電を開始するので、充電の開始タイミングを遅延させる分、従来に比べて蓄電装置が高ＳＯＣ状態となることを避けることができる。本発明では、蓄電装置を冷却した後に充電を開始することで、充電中に蓄電装置が高温状態となることを避けることができる。従って、蓄電装置において、高ＳＯＣ状態および高温状態が共存することを避けることができる。これに伴い、本発明は、蓄電装置の劣化を抑制できる。本発明では、上述した蓄電装置の冷却を行うにあたり、経過時間を考慮している。経過時間が所定時間以下である時には、蓄電装置の放熱が不十分であると判定して、蓄電装置の冷却を行うようにしている。経過時間が所定時間よりも長い時には、蓄電装置の放熱が行われており、蓄電装置の冷却を行う必要が無い。

電池システムの構成図である。コントローラによる外部充電の処理を示すフローチャートである。イグニッションスイッチのオフ時の組電池の温度と閾値との対応関係を規定するマップを示す図である。本実施形態の外部充電処理と従来の外部充電処理とにおける組電池のＳＯＣの変化および温度の変化を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、電池システム１（本発明の蓄電システムに相当する）の構成図である。
電池システム１は、車両に搭載される。該電池システム１により、車両は組電池１０を駆動源とするＥＶ（Electric Vehicle）走行および組電池１０とエンジン２６とを駆動源とするＨＶ（Hybrid Vehicle）走行が可能である。電池システム１は、外部交流電源４０からの電力を用いて組電池１０を充電可能な外部充電機構（プラグイン充電機構）を備える。以下、外部交流電源４０を用いた組電池１０の充電を外部充電という。

組電池１０（本発明の蓄電装置に相当する）は、直列に接続された複数の単電池１１を有する。単電池１１として、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池や電気二重層キャパシタを用いることができる。

組電池１０は、正極端子に接続する正極ラインＰＬ、および負極端子に接続する負極ラインＮＬを介してインバータ２３と接続する。正極ラインＰＬには、組電池１０に流れる電流値Ｉｂを検出する電流センサ２２が設けられる。また、電池システム１には、組電池１０の電圧値Vbを検出する電圧センサ２０、および組電池１０の温度Tbを検出する温度センサ２１（本発明の温度検出手段に相当する）が設けられる。各センサ２０〜２２は、検出結果をコントローラ３０に出力する。

コントローラ３０は、メモリ３１およびタイマ３２を有する。メモリ３１は、コントローラ３０が処理を行うための各種の情報を記憶する。タイマ３２は、時間の計測に用いられる。コントローラ３０は、表示装置４１、エアコン４２、電池冷却ファン４３、および後述する各リレーＳＭＲ−Ｂ、ＳＭＲ−Ｇ等、電池システム１内の各要素を制御する。

表示装置４１は、操作入力を受け付ける操作部および画面表示を行う表示部を備え、車室内のインストルメントパネル等に設けられる。操作部および表示部は、タッチパネルとして一体となっていてもよいし、操作部が操作キーとして表示部と別体に設けられてもよい。エアコン４２（本発明の室内空調装置に相当する）は、車室内の空調を行う。電池冷却ファン４３（本発明の冷却装置に相当する）は、エアコン４２によって冷却される車室内の空気を引き込んで該空気を冷却風として組電池１０へ送り、組電池１０を冷却する。すなわち、電池冷却ファン４３は、エアコン４２を利用して組電池１０を冷却する。本実施形態では、外部充電の際のエアコン４２および電池冷却ファン４３の制御が特徴の１つであるが、該制御については後述する。

正極ラインＰＬにはシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂが設けられ、負極ラインＮＬにはシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇが設けられる。コントローラ３０には、車両のイグニッションスイッチのオン／オフに関する情報が入力される。コントローラ３０は、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わると、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ、ＳＭＲ−Ｇをオフからオンに切り替えて組電池１０およびインバータ２３を接続し、電池システム１を起動状態（Ready-On）にする。

一方、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わると、コントローラ３０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替えて組電池１０およびインバータ２３の接続を遮断し、電池システム１を停止状態（Ready-Off）にする。

インバータ２３は、組電池１０が出力する直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力をモータ・ジェネレータＭＧ２に出力する。モータ・ジェネレータＭＧ２は、インバータ２３が出力する交流電力を受けて車両を走行させるための運動エネルギを生成し、該運動エネルギを減速ギヤ等を介して駆動輪２４に伝達する。これにより、車両を走行させることができる。動力分割機構２５は、エンジン２６の動力を駆動輪２４に伝達したり、モータ・ジェネレータＭＧ１に伝達したりする。モータ・ジェネレータＭＧ１は、エンジン２６の動力を受けて発電し、電力をインバータ２３を介してモータ・ジェネレータＭＧ２に供給したり、組電池１０に供給したりする。車両を減速させたり停止させたりする時、モータ・ジェネレータＭＧ２は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。インバータ２３は、モータ・ジェネレータＭＧ２が生成する交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を組電池１０に出力する。これにより、組電池１０は回生電力を蓄えることができる。

正極ラインＰＬおよび負極ラインＮＬには、充電リレーＲｃｈ１，Ｒｃｈ２を有する充電ラインＣＬ１，ＣＬ２を介して充電器２７が接続する。充電器２７にはインレット２８が接続する。インレット２８にはプラグ２９を接続できる。プラグ２９は、商用電源等の外部交流電源４０と接続する。インレット２８にプラグ２９が接続しているか否かは、不図示の接続検出手段が検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。

外部交流電源４０による充電を行う際には、コントローラ３０は、充電リレーＲｃｈ１，Ｒｃｈ２をオンにする。これにより、外部交流電源４０からの交流電力を充電器２７にて直流電力に変換し、該直流電力を組電池１０に供給できる。

図２は、コントローラ３０による外部充電処理を示すフローチャートである。本実施形態の外部充電処理は、組電池１０が所定の高温状態にある場合、組電池１０を冷却してから外部充電を開始する。図２は、外部充電の開始前に行う処理を示している。図２の外部充電処理は、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わる際に開始する。以下、外部充電処理の各ステップについて具体的に説明する。

コントローラ３０は、組電池１０の温度Tbが閾値Tb_th1 (本発明の所定温度に相当する)以上か否かを判定する（ステップＳ１）。コントローラ３０は、組電池１０の温度Tbが閾値Tb_th1以上の場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、表示装置４１に、本実施形態による外部充電処理の実施許可についての確認画面を表示する（ステップＳ２）。本実施形態では、後述するように、組電池１０が高温状態である時にエアコン４２を作動させて組電池１０を冷却するようにしている。エアコン４２の作動に伴い、車室内の温度が低下する。そのため、本実施形態では、このような状態が発生することをユーザに事前に確認させるために、ステップＳ２の処理を行う。

従来の外部充電処理は、組電池１０が満充電状態となる直前に充電処理と並行して冷却処理を行うのに対し、本実施形態の外部充電処理は、前述したように、組電池１０が所定の高温状態にある場合、組電池１０の冷却処理を行ってから外部充電を開始するため、組電池１０の冷却処理を行う時間だけ、従来に比べて外部充電を終了するまでに時間がかかる。本実施形態では、この点についてもユーザに確認させるためにステップＳ２の処理を行っている。

コントローラ３０は、確認画面にて、本実施形態の外部充電処理の実施許可をユーザから受け付ける場合にのみ（ステップＳ３：ＹＥＳ）、本実施形態の外部充電処理を実施可能とする。確認画面には、例えば所定のメッセージと共に、「はい」「いいえ」のボタンを表示する。

ステップＳ３の後、コントローラ３０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ、ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替え、電池システム１を停止状態（Ready-Off）にする（ステップＳ４）。

コントローラ３０は、不図示の接続検出手段によりプラグ２９のインレット２８への接続を検出すると（ステップＳ５：ＹＥＳ）、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わってからの経過時間tmであってタイマ３２により計側される経過時間tmを取得する（ステップＳ６）。

続いて、コントローラ３０は、エアコン４２および電池冷却ファン４３の作動判定に用いる閾値tm_th（本発明の所定時間に相当する）をメモリ３１内のマップを用いて取得する（ステップＳ７）。図３は、該マップを示す図である。該マップは、イグニッションスイッチのオフ時の組電池１０の温度Tbと閾値tm_thとの対応関係を示している。図３に示すように、組電池１０の温度Tbが高くなる程、閾値tm_thは長くなる。なお、図３に示す対応関係は演算式として表すこともできる。

図２に戻り、コントローラ３０は、経過時間tmが閾値tm_th以下であるか否かを判定する（ステップＳ７）。経過時間tmが閾値tm_th以下の場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、コントローラ３０は、組電池１０の放熱が不十分であると判定する。経過時間tmが長くなる程、組電池１０の熱が大気中に放出され、組電池の温度Tbが低下しやすい。一方、経過時間tmが短くなる程、組電池１０に熱がとどまったままとなりやすい。そこで、ステップＳ７の処理では、組電池１０の放熱が十分であるか否かを判定するために、組電池１０の温度Tb（イグニッションスイッチのオフ時の温度）を考慮して閾値tm_thを設定し、経過時間tmを閾値tm_thと比較している。

コントローラ３０は、経過時間tmが閾値tm_th以下の場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、現在の組電池１０の温度Tb（プラグ２９がインレット２８に接続した際の温度）が閾値Tb_th2以上か否かを判定する（ステップＳ８）。なお、閾値Tb_th2は、閾値Tb_th1よりも低い温度に設定できる。

コントローラ３０は、現在の組電池１０の温度Tbが閾値Tb_th2以上の場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、エアコン４２を作動させて車室内の温度を低下させる（ステップＳ９）。続いてコントローラ３０は、電池冷却ファン４３を作動し、エアコン４２によって冷却された車室内の空気を組電池１０に導き、組電池１０を冷却する（ステップＳ１０）。

コントローラ３０は、エアコン４２および電池冷却ファン４３を用いた組電池１０の冷却時間tcが閾値tc_th以上になるまで冷却を行う（ステップＳ１１：ＮＯ、Ｓ９，Ｓ１０）。コントローラ３０は、組電池１０の冷却時間tcが閾値tc_th以上になると（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、エアコン４２および電池冷却ファン４３の作動を停止する（ステップＳ１２）。

コントローラ３０は、図２に示す処理を終了すると外部充電を開始する。なお、コントローラ３０は、各ステップＳ１、Ｓ３、Ｓ７、Ｓ８の処理から図２に示す処理を終了した時にも外部充電を開始する。一方、コントローラ３０は、ステップＳ５から図２に示す処理を終了した時には外部充電を行わない。

図４（Ａ）は、冷却処理を行った後に外部充電を行う場合の本実施形態の外部充電処理と、満充電状態となる前に充電と平行して冷却処理を行う従来の外部充電処理とにおける組電池１０のＳＯＣの変化を示す図である。図４(Ｂ)は、本実施形態の外部充電処理と従来の外部充電処理とにおける組電池１０の温度Tbの変化を示す図である。図４（Ａ）、（Ｂ）において、実線は本実施形態の外部充電処理を示し、点線は従来の外部充電処理を示す。

本実施形態の外部充電処理では、走行が終了し、イグニッションスイッチがオフの時に組電池１０の温度Tbが高い場合、ユーザの許可を確認したうえで、組電池１０を冷却した後に外部充電を開始する。すなわち、本実施形態の外部充電処理では、ユーザの許可を確認したうえで、従来の外部充電処理に比べて組電池１０を冷却する時間分、充電を遅延させる。これにより、本実施形態の外部充電処理では、図４（Ａ）の縞模様の領域分、従来の外部充電処理に比べて組電池１０が高ＳＯＣ状態となることを避けることができる。

また、本実施形態の外部充電処理は、組電池１０を冷却した後に外部充電を開始することで、従来の外部充電処理に比べ、図４（Ｂ）の縞模様の領域分、組電池１０が高温状態となることを避けることができる。

以上のように、本実施形態の外部充電処理では、従来の外部充電処理に比べて、組電池１０が高ＳＯＣ状態および高温状態となることを避けることができるので、組電池１０の劣化を抑制できる。ここで、組電池１０は、高ＳＯＣ状態および高温状態が共存する際に特に劣化が促進する。本実施形態の外部充電処理では、組電池１０の高ＳＯＣ状態および高温状態が共存することを防ぎながら充電できるので、組電池１０の寿命を延長させる上で有効である。

１…電池システム（蓄電システム）、１０…組電池（蓄電装置）、２１…温度センサ（温度検出手段）、３０…コントローラ、４０…外部交流電源（交流電源）、４２…エアコン（室内空調装置）、４３…電池冷却ファン（冷却装置）。

Claims

外部の交流電源を用いて蓄電装置を充電可能な車両用の蓄電システムであって、
前記蓄電装置の温度を検出する温度検出手段と、
車室内の空調を行う室内空調装置を利用して前記蓄電装置を冷却する冷却装置と、
前記交流電源を用いた前記蓄電装置の充電を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、車両のイグニッションスイッチがオンからオフに切り替わった際の前記蓄電装置の温度が所定温度以上であり、前記イグニッションスイッチがオフに切り替わってからの経過時間が所定時間以下である場合、前記室内空調装置および前記冷却装置を作動して前記蓄電装置を冷却した後、前記交流電源による前記蓄電装置の充電を開始することを特徴とする車両用の蓄電システム。