JP2015211500A - 車両の温調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充電時に電力を車載電池の温調と車室内の温調とに分配制御する車両において、環境に応じて適切な分配制御を行い、車載電池の保護及び快適性を向上させる。
【解決手段】外部電源から電力を供給されて電池パック２を充電可能な車両の温調装置であって、電池パック２の温調をする電動の電池温調装置１０と、車室１３内を温調する電動の車室内温調装置１１と、電池パック２から電池温調装置１０と車室内温調装置１１に電力を分配する分配器１２と、外部電源から電池パック２を充電する際に、分配器１２における電池温調装置１０と車室内温調装置１１への電力の配分率を制御するコントロールユニット２０と、を備え、コントロールユニット２０は、電池パック２の暖房時には外気温度に基づいて配分率を設定するとともに、電池パック２の冷房時には電池パック２の充電率に基づいて配分率を設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載電池と車室内の温調を行う車両の温調装置に関する。

近年開発されている電気自動車やプラグインハイブリッド車等のように、外部電源から電力を供給されて車載電池の充電が可能な車両において、充電時に車室内の温調を行う技術が開発されている。
例えば特許文献１では、エンジンの暖気を行う電動の暖気装置を備えたプラグインハイブリッド車において、外部電源から供給される電力によって、車載電池の充電を行うとともに、暖気装置と車室内の温調装置へ電力を分配して供給する技術が提案されている。

一方、電気自動車やプラグインハイブリッド車等において、車載電池の温調を行う電動の温調装置を備えた車両が開発されている。当該車両では、車載電池の温調によって車載電池の温度を適正範囲に保つことで、充電効率の向上を図るとともに過度な温度上昇を防止して車載電池の保護を図ることができる。
更に、上記特許文献１のように外部電源からの充電時に車室内の温調を行う車両に、上記のような車載電池の温調装置を備え、充電中において車室内の温調と車載電池の温調の両方を可能にした車両が開発されている。このような車両では、車載電池の充電中に車載電池から車載電池の温調装置と車室内の温調装置に電力を配分制御する。

特開２０１３−８６６７０号公報

しかしながら、上記のように、車載電池の充電時に車載電池の温調と車室内の温調を行う車両では、極寒期のように外気温度が低下して、車載電池の温度が大幅に低下し、かつ車載電池の充電率が低下している状況では、充電率を早期に回復させるべく充電電流を増加させると、電池劣化を早めてしまう虞がある。このように電池温度が低下し、かつ車載電池の充電量が低下している状況では、電池劣化を回避しつつ充電量を早急に回復させて車両を移動可能にすることが望まれる。

また、外気温度が上昇している状況では、充電中に車載電池の温度上昇に伴い車載電池を冷却させる必要があるものの、この車載電池の冷却を極力抑えて、車室内の冷房能力をより高くし快適性を向上させることが望ましい。
本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、充電時に電力を車載電池の温調と車室内の温調とに配分制御する車両において、適切な電力の配分制御を行い、車載電池の保護及び快適性を向上させる車両の温調制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するべく、請求項１の車両の温調装置は、外部電源から電力を供給されて車載電池を充電する充電器を搭載した車両の温調装置であって、車載電池を温調する電動の電池温調装置と、車室内を温調する電動の車室内温調装置と、前記車載電池から供給された電力を前記電池温調装置と前記車室内温調装置に分配する分配器と、前記車両の外気温度を検出する外気温度検出器と、前記車載電池の充電率を検出する充電率検出器と、外部電源から前記車載電池を充電する際に、前記分配器における前記車載電池から前記電池温調装置と前記車室内温調装置への電力の配分率を制御する配分制御装置と、を備え、前記配分制御装置は、前記車載電池の暖房時には前記外気温度検出器により検出された前記外気温度に基づいて前記配分率を設定するとともに、前記車載電池の冷房時には前記充電率検出器により検出された前記充電率に基づいて前記配分率を設定することを特徴とする。

また、請求項２の車両の温調装置は、請求項１において、前記配分制御装置は、前記車載電池の暖房時に、前記外気温度が低下するに伴い前記電池温調装置への電力供給を増加させるように前記配分率を設定することを特徴とする。
また、請求項３の車両の温調装置は、請求項２において、前記車載電池は、前記車両の走行駆動用電動機へ電力を供給する電源であって、前記配分制御装置は、前記車載電池の暖房時に、前記外気温度が所定温度以下の場合に、前記電池温調装置への前記配分率を１００パーセントにすることを特徴とする。

また、請求項４の車両の温調装置は、請求項１から３のいずれか１項において、前記配分制御装置は、前記車載電池の冷房時に、前記充電率が増加するに伴い前記車室内温調装置への電力供給を増加させるように前記配分率を設定することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、外部電源から車載電池を充電する際に、車載電池の暖房時には外気温度に基づいて電池温調装置と車室内温調装置への電力の配分率を設定するので、温度に伴って変化する充電電流の許容量に対応して車載電池を保護しつつ充電を適切に行うことができる。
また、外部電源から車載電池を充電する際に、車載電池の冷房時には車載電池の充電率に基づいて電池温調装置と車室内温調装置への電力の配分率を設定するので、充電率に伴う充電電流によって変化する充電中における車載電池の発熱量に対応して車載電池の冷却を確保しつつ車室内の温調を適切に行うことができる。

このように、外部電源から車載電池を充電する際に、車載電池の冷房時及び暖房時の夫々について電池温調装置と車室内温調装置への電力の配分を適正にして、車載電池の保護及び車室内の快適性の向上を図ることができる。
請求項２の発明によれば、車載電池の暖房時に、外気温度が低下するに伴い電池温調装置への電力供給を増加させるので、低温環境下において車載電池を早急に温めて充電を促進させることが可能となる。これにより、低温環境下で車載電池を保護しつつ迅速な充電を可能にすることができる。

また、請求項３の発明によれば、外気温度が所定温度以下の場合に電池温調装置への電力供給率が１００パーセントになるので、車載電池の暖房を最大限行うことができる。したがって、例えば極度の低温環境下において車載電池の充電率が低下している場合に、車載電池を早急に温めて充電を最大限迅速に行うことができる。これにより、車載電池の充電率を早期に回復させ、迅速に車両の移動が可能となり、車内に乗員が搭乗している場合に当該乗員の安全性を向上させることができる。

請求項４の発明によれば、車載電池の冷房時に、充電率が増加するに伴い車室内温調装置への電力供給を増加させるので、充電率の上昇に伴い電池温調装置への電力供給を低下させて充電中における車載電池の発熱量を低下させることができる。これにより、車載電池の過度な温度上昇を抑制しつつ、電池温調装置への電力供給を増加させて、車室内の温調を優先して行い、車室内の快適性の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る車両用温調装置の概略構成図である。 本実施形態のコントロールユニットにおける配分制御の選択要領を示すフローチャートである。 暖房配分制御における配分率演算要領を示すブロック図である。 暖房配分制御における配分率演算用のマップの一例である。 冷房配分制御における配分率演算手順を示すブロック図である。 冷房配分制御における配分率演算用のマップの一例である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用温調装置１の概略構成図である。
本実施形態に係る車両用温調装置１(温調装置)は、電気自動車やプラグインハイブリッド車のように、走行駆動用モータ（走行駆動用電動機）に電力を供給する電池パック２（車載電池）を備え、外部電源から充電可能な車両に搭載されている。

電池パック２は、内部に充電池を搭載して構成されている。
電池パック２には、電池パック２の電池温度を検出する温度センサ３と、電池パック２の充電率(SOC)を検出する残量計４（充電率検出器）が備えられている。
電池パック２は、車両に搭載された充電器５を介して外部電源から充電可能になっている。

なお、車両には、電池パック２に供給する充電電流を制御する図示しない充電コントロールユニットが搭載されている。充電コントロールユニットは、電池パック２の充電率(SOC)が満充電に近くなるに伴って充電電流を減少させる制御を行う。
また、車両用温調装置１は、電池パック２の電池温度に基づいて暖房及び冷房を選択的に行う電動の電池温調装置１０と、車室１３内の温調（暖房、冷房等）を行う電動の車室内温調装置１１と、電池パック２から出力した電力を電池温調装置１０と車室内温調装置１１とに分配して供給する分配器１２と、分配器１２を制御するコントロールユニット２０（配分制御装置）を備えている。

コントロールユニット２０は、分配器１２を制御して、電池温調装置１０及び車室内温調装置１１への電力の配分率を可変制御可能となっている。
更に、本実施形態では、外部電源からの電池パック２の充電中に、電池パック２から電力を分配器１２によって電池温調装置１０及び車室内温調装置１１に分配して供給可能であり、充電時における電池パック２の温調及び車室１３内の温調が可能となっている。

また、車両には、外気温度を検出する外気温センサ２１（外気温度検出器）と、車室１３内の温度を設定するエアコンコントロールパネル２２が備えられている。エアコンコントロールパネル２２は、車両の乗員等によって充電時における車室１３内の温調のオンオフや設定温度を設定可能となっている。
コントロールユニット２０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）及び中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されている。コントロールユニット２０は、温度センサ３及び残量計４から、電池パック２の電池温度及び充電率(SOC)を入力するとともに、外気温センサ２１から外気温度を、エアコンコントロールパネル２２から充電時における車室１３内の温調のオンオフ信号や設定温度を入力して、これらの入力に基づいて分配器１２を制御し、充電時における電池温調装置１０及び車室内温調装置１１への電力の配分制御を行う。

図２は、本実施形態のコントロールユニット２０における配分制御の選択要領を示すフローチャートである。
本制御は、外部電源からの充電時に実行される。
始めにステップＳ１０では、エアコンコントロールパネル２２から充電時に車室１３内を温調させる車室内温調要求があるか否かを判別する。車室内温調要求がある場合には、ステップＳ２０に進む。車室内温調要求がない場合には、ステップＳ５０に進む。
ステップＳ２０では、電池温調モードが暖房であるか否かを判別する。詳しくは、温度センサ３から入力した電池温度が適正範囲より低い場合には、電池温調モードが暖房であると判定して、ステップＳ３０に進む。電池温度が適正範囲内または訂正範囲より高い場合には、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ３０では、後述する暖房配分制御を行う。そして、ステップＳ６０に進む。
ステップＳ４０では、後述する冷房配分制御を行う。そして、ステップＳ６０に進む。
ステップＳ５０では、車室内配分指示を停止する。詳しくは、車室内温調装置１１への電力配分を０にする。そして、ステップＳ６０に進む。
ステップＳ６０では、電池温調終了であるか否かを判別する。詳しくは、温度センサ３から入力した電池温度が適正範囲内であるかを判別し、適正範囲内であれば電池温調終了であると判定して、本ルーチンを終了する。電池温度が適正範囲外である場合には、ステップＳ１０に戻る。

図３は、暖房配分制御における配分率演算要領を示すブロック図である。図４は、暖房配分制御における配分率演算用のマップの一例である。
図３及び図４を用いて、上記ステップＳ３０において実行指示される暖房配分制御について説明する。
図３に示すように、暖房配分制御では、外気温センサ２１から外気温度を入力し、当該外気温度に基づいて、図４に示すマップを用いて、電池温調装置１０及び車室内温調装置１１への電力配分率を演算する。図４に示すように、外気温度が低い状態では電池温調装置１０への電力配分率を大きくし、外気温度が上昇するに伴って電池温調装置１０の電力配分率を減少させ、その分車室内温調装置１１の電力配分率を増加させる。特に、外気温度が低い極低温時（例えばセ氏−３０度以下）では、車室内温調装置１１への配分率を０とし、電池温調装置１０への配分率を１００パーセントとする。そして、当該電力配分率に応じて、充電時に電池パック２から出力した電力を電池温調装置１０及び車室内温調装置１１へ分配して供給する。

図５は、冷房配分制御における配分率演算要領を示すブロック図である。図６は、冷房配分制御における配分率演算用のマップの一例である。
図５及び図６を用いて、上記ステップＳ４０において実行指示される冷房配分制御について説明する。
図５に示すように、冷房配分制御では、残量計４から充電率を入力し、当該充電率に基づいて、図６に示すマップを用いて、電池温調装置１０及び車室内温調装置１１への電力配分率を演算する。図６に示すように、充電率が高い状態では車室内温調装置１１への電力配分率を多くし、充電率が低下するに伴って車室内温調装置１１への電力配分率を減少させ、その分電池温調装置１０の電力配分率を増加させる。特に、充電率が１００パーセントに近い状態では、電池温調装置１０への電力配分率を０とし、車室内温調装置１１への電力配分率を１００パーセントとする。そして、当該電力配分率に応じて、充電時に電池パック２から出力した電力を電池温調装置１０及び車室内温調装置１１へ分配して供給する。

以上のように制御することで、本実施形態では、外部電源から電池パック２を充電する際に、例えば低温環境下で電池温度が許容範囲より低下しており電池温調装置１０によって電池パック２が暖房される場合には、外気温度に基づいて電池温調装置１０及び車室内温調装置１１への電力配分が行われる。ところで、低温時には、電池パック２への充電電流を過度に増加させると電池劣化の虞があり、充電電流の許容量は低温時では外気温度に伴って大きく変化する。したがって、本実施形態では、電池パック２を暖房する際には、外気温度に基づいて電力配分率を変更することで、充電時において電池パック２を保護しつつ充電を適切に行うとともに、車室１３内の温調性能を確保することができる。詳しくは、外気温度が低い場合には、電池温調装置１０への電力配分率を増加させ、電池パック２の暖房が優先して行われる。これにより、電池パック２の昇温を早めて、電池パック２の劣化を回避しつつ充電電流を高めることができ、充電率の早期回復を図ることが可能となる。したがって、例えば極寒時における充電では、車両を早期に走行可能にすることができ、乗員の安全性を確保することができる。また、外気温度が上昇するに伴って車室内温調装置１１への電力配分率が増加するので、車室内温調装置１１への電力供給を増加させることができ、車室１３内の快適性の向上を図ることができる。

また、外部電源から電池パック２を充電する際に、例えば高温環境下で電池温度が上昇し電池温調装置１０によって電池パック２が冷房される場合には、電池パック２の充電率に基づいて電池温調装置１０及び車室内温調装置１１への電力配分が行われる。ところで、電池パック２の充電率が満充電に近くなると、充電電流が低下するので、電池パック２の温度上昇が抑えられる。したがって、本実施形態では、電池パック２を冷房する際には、充電率に基づいて電力配分を変更することで、電池パック２の冷却を適切に行いつつ車室内の温調性能を向上させることができる。詳しくは、充電率が高くなるに伴って電池温調装置１０への電力供給を減少させて、車室内温調装置１１への電力供給を増加させるので、車室内温調を優先させて迅速な車室１３内の温調を行い、快適性を向上させることができる。充電率が高い場合には、上記のように充電電流が低下して電池パック２の発熱が抑制されるので、電池温調装置１０への電力供給を減少させても、電池パック２の過度な温度上昇を防止することができる。

このように、本実施形態では、外部電源から電池パック２を充電する際に、電池パック２の冷房時及び暖房時の夫々について電池温調装置１０と車室内温調装置１１への電力の配分を適正にして、電池パック２の保護及び車室１３内の快適性の向上を図ることができる。
なお、本願発明は、上記実施形態に限定するものではない。

例えば、上記実施形態では、電池パック２の暖房時及び冷房時において、外気温度あるいは充電率の変化に伴って電力配分率を直線的に変化させるように設定しているが、段階的に変化させてもよく、また適宜設定した閾値の前後で電力配分率を２段階に変更するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、電池パック２の温度に基づいて電池パック２の暖房及び冷房を切り換えているが、他の条件で暖房及び冷房を切り換える場合や切り換えを手動で指示する装置がある場合には、これらの条件や支持装置からの信号によって電池パック２の暖房及び冷房を判定してもよい。

また、上記実施形態では、電池パック２は走行駆動用モータに電力を供給する車載電池であるが、この他の車載電池に対しても適用できる。
本願発明は、車載電池の充電の際に電池温調装置と車室内温調装置へ電力の配分を行う車両において広く適用することができる。

１ 車両用温調装置
２ 電池パック（車載電池）
４ 残量計（充電率検出器）
１０ 電池温調装置
１１ 車室内温調装置
１２ 分配器
２０ コントロールユニット（配分制御装置）
２１ 外気温センサ（外気温度検出器）

Claims (4)

1. 外部電源から電力を供給されて車載電池を充電する充電器を搭載した車両の温調装置であって、
   前記車載電池を温調する電動の電池温調装置と、
   車室内を温調する電動の車室内温調装置と、
   前記車載電池から供給された電力を前記電池温調装置と前記車室内温調装置に分配する分配器と、
   前記車両の外気温度を検出する外気温度検出器と、
   前記車載電池の充電率を検出する充電率検出器と、
   前記外部電源から前記車載電池を充電する際に、前記分配器における前記車載電池から前記電池温調装置と前記車室内温調装置への電力の配分率を制御する配分制御装置と、を備え、
   前記配分制御装置は、前記車載電池の暖房時には前記外気温度検出器により検出された前記外気温度に基づいて前記配分率を設定するとともに、前記車載電池の冷房時には前記充電率検出器により検出された前記充電率に基づいて前記配分率を設定することを特徴とする車両の温調装置。
2. 前記配分制御装置は、前記車載電池の暖房時に、前記外気温度が低下するに伴い前記電池温調装置への電力供給を増加させるように前記配分率を設定することを特徴とする請求項１に記載の車両の温調装置。
3. 前記車載電池は、前記車両の走行駆動用電動機へ電力を供給する電源であって、
   前記配分制御装置は、前記車載電池の暖房時に、前記外気温度が所定温度以下の場合に、前記電池温調装置への前記配分率を１００パーセントにすることを特徴とする請求項２に記載の車両の温調装置。
4. 前記配分制御装置は、前記車載電池の冷房時に、前記充電率が増加するに伴い前記車室内温調装置への電力供給を増加させるように前記配分率を設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の車両の温調装置。

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