JP2016063645A - 電源システム及びそれを備える電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】外部充電に伴なうシステムへの負荷低減と蓄電装置の効率的な昇温とを実現する電源システム及びそれを備える電動車両を提供する。【解決手段】コンバータＥＣＵ２２は、外部電源２８による外部充電の実行中に蓄電装置１０−２の温度Ｔｂ２が第１温度よりも低いとき、温度Ｔｂ２が第１温度に達するまでヒータ２０を駆動する。そして、外部充電が終了し、車両がＲＥＡＤＹ−ＯＮ状態になると、コンバータＥＣＵ２２は、温度Ｔｂ２が第１温度よりも高い第２温度に達するまで、蓄電装置１０−１，１０−２間で電力を授受するようにコンバータ１２−１，１２−２を駆動することによって蓄電装置を昇温するコンバータ昇温を実行する。【選択図】図１

Description

この発明は、電源システム及びそれを備える電動車両に関し、特に、電動車両に搭載される蓄電装置を昇温する技術に関する。

特開２００８−１２５１６３号公報（特許文献１）は、車両に搭載される蓄電装置を昇温可能な電動車両を開示する。この電動車両においては、複数の蓄電装置が搭載され、車両外部の電源（以下、「外部電源」と称する。）から蓄電装置の充電（以下、外部電源による蓄電装置の充電を「外部充電」とも称する。）時に、外部充電を行ないつつ、低温時には複数の蓄電装置間で電力を授受するようにコンバータが制御される。このような構成により、外部充電時に蓄電装置を速やかに昇温して蓄電装置を短時間で充電することができる（特許文献１参照）。

特開２００８−１２５１６３号公報

上記の電動車両は、外部充電中に高圧系（コンバータよりも駆動装置（駆動力発生部）側）に電圧が印加されるところ、高圧系に接続される機器の耐久性の観点からは、走行のための駆動装置を駆動しない外部充電中は、高圧系に負荷（電圧印加）をかけないことが望ましい。上記の電動車両では、複数の蓄電装置間で電力を授受することによる昇温制御の実行有無に拘わらず外部充電中に高圧系に負荷がかかるが、仮に低圧系（コンバータよりも蓄電装置側）に外部充電用の充電装置が接続されるシステム構成であったとしても、昇温制御の実行に伴ない高圧系に負荷がかかる。

また、上記の電動車両では、外部充電中に蓄電装置をどの程度まで昇温すればよいかについては特に検討されておらず、不必要に高い温度まで昇温することで電力を消費している可能性もある。

この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、外部充電に伴なうシステムへの負荷低減と蓄電装置の効率的な昇温とを実現する電源システム及びそれを備える電動車両を提供することである。

この発明によれば、電源システムは、車両に搭載される電源システムであって、電源システムから電力を受けて走行駆動力を発生する駆動力発生部と電源システムとの間で電力を授受するための電力線と、第１及び第２の蓄電装置と、第１及び第２のコンバータと、充電装置と、ヒータと、制御装置とを備える。第１のコンバータは、第１の蓄電装置と電力線との間に設けられる。第２のコンバータは、第２の蓄電装置と電力線との間に設けられる。充電装置は、上記電力線を介することなく、車両外部の電源によって第２の蓄電装置を充電する外部充電を行なう。ヒータは、第１及び第２の蓄電装置のうち少なくとも第２の蓄電装置を昇温する。制御装置は、電力線を介して第１及び第２の蓄電装置間で電力を授受するように第１又は第２のコンバータを制御することによって、第１及び第２の蓄電装置を昇温するコンバータ昇温制御を実行する。そして、制御装置は、外部充電の実行中に第２の蓄電装置の温度が第１温度よりも低いとき、第２の蓄電装置の温度が第１温度に達するまでヒータを駆動し、車両の走行開始に関連する所定の条件が成立すると、第２の蓄電装置の温度が第１温度よりも高い第２温度に達するまでコンバータ昇温制御を実行する。

この電源システムにおいては、外部充電の実行中に第２の蓄電装置の温度が第１温度よりも低いとき、２段階に分けて蓄電装置が昇温される。すなわち、外部充電の実行中に、ヒータを駆動することによって第２の蓄電装置が第１温度まで昇温され、車両の走行開始に関連する所定の条件（たとえば、車両を走行可能状態にする「ＲＥＡＤＹ−ＯＮ」状態）が成立すると、第１温度よりも高い第２温度までコンバータ昇温が実行される。このような昇温を行なうのは、以下の理由による。

外部充電の実行中は、高圧系に負荷をかけないようにヒータによる昇温が行なわれる。ヒータによる昇温は、一般的にコンバータ昇温よりも効率が低く昇温速度も遅い。ここで、蓄電装置の出力特性は、温度とともに充電状態（ＳＯＣ（State Of Charge））によっても影響を受ける。すなわち、極低温下（第１温度よりも低い温度域）では、蓄電装置の出力特性はＳＯＣに拘わらず低いけれども、蓄電装置の温度が第１温度の付近まで上昇すると、ＳＯＣがある程度高いとき（外部充電の終了後）はＥＶ走行（電動機走行）可能な出力特性を示す。そこで、この電源システムでは、外部充電中は、外部充電終了後の走行開始時にＥＶ走行可能な出力特性が確保される第１温度までヒータを用いて昇温することにより、高圧系に負荷をかけることなく蓄電装置を最低限のレベルまで昇温する。そして、上記所定の条件が成立することにより走行開始が予測されると、コンバータ昇温によって効率的に第２温度まで蓄電装置を昇温する。したがって、この電源システムによれば、走行時の蓄電装置の出力性能を確保しつつ、外部充電に伴なうシステムへの負荷低減と蓄電装置の効率的な昇温とを実現することができる。

好ましくは、第１温度は、第２の蓄電装置の充電状態を示す状態量が第１レベルよりも高いときに第２の蓄電装置が出力可能な電力に基づいて決定される。

これにより、第１温度が不必要に高いレベルに設定されることによる効率の低下を抑制することができる。

さらに好ましくは、第２温度は、上記状態量が第１レベルよりも低い第２レベルまで低下したときに第２の蓄電装置が出力可能な電力に基づいて決定される。

これにより、第２温度が不必要に高いレベルに設定されることによる効率の低下を抑制することができる。

好ましくは、第１の蓄電装置は、第２の蓄電装置よりも出力可能最大電力が大きい。一方、第２の蓄電装置は、第１の蓄電装置よりも蓄電容量が大きい。そして、外部充電の実行後に走行が開始されると、第２の蓄電装置に蓄えられた電力が駆動力発生部に供給される。

このような構成により、駆動力発生部は、外部充電終了後の走行開始時から、第２の蓄電装置から出力される電力を用いてＥＶ走行を行なうことができる。

この発明によれば、走行時の蓄電装置の出力性能を確保しつつ、外部充電に伴なうシステムへの負荷低減と蓄電装置の効率的な昇温とを実現することができる。

この発明の実施の形態による電源システムを備えた電動車両の一例として示されるハイブリッド車両の全体ブロック図である。 蓄電装置の出力特性を示した図である。 蓄電装置の出力の温度依存性及びＳＯＣ依存性を示した図である。 ヒータによる昇温とコンバータ昇温との昇温特性を示した図である。 昇温目標に設定される第１温度及び第２温度を説明するための図である。 この実施の形態における蓄電装置の昇温制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。 昇温制御の実行により蓄電装置が昇温される様子の一例を示したタイムチャートである。 この発明の実施の形態による電源システムを備えた電気自動車の全体ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態による電源システムを備えた電動車両の一例として示されるハイブリッド車両の全体ブロック図である。図１を参照して、ハイブリッド車両１００は、電源システム１と、駆動力発生部２とを備える。

駆動力発生部２は、インバータ３０−１，３０−２と、モータジェネレータ３２−１，３２−２と、動力分割装置３４と、エンジン３６と、駆動輪３８と、ＭＧ−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０とを含む。

エンジン３６は、燃料の燃焼による熱エネルギーをピストンやロータなどの運動子の運動エネルギーに変換することによって動力を出力する内燃機関である。エンジン３６の燃料としては、ガソリンや軽油、エタノール、液体水素、天然ガスなどの炭化水素系燃料、又は、液体もしくは気体の水素燃料が好適である。

モータジェネレータ３２−１，３２−２は、交流回転電機であり、たとえば、３相交流同期電動機によって構成される。モータジェネレータ３２−１は、動力分割装置３４を経由してエンジン３６により駆動される発電機として用いられるとともに、エンジン３６を始動するための電動機としても用いられる。モータジェネレータ３２−２は、主として電動機として動作し、駆動輪３８を駆動する。一方で、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時には、モータジェネレータ３２−２は、発電機として動作して回生発電を行なう。

動力分割装置３４は、たとえば、サンギヤ、キャリア、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を含む。動力分割装置３４は、エンジン３６から出力される駆動力を、モータジェネレータ３２−１の回転軸に伝達される動力と、駆動輪３８に伝達される動力とに分割する。

インバータ３０−１は、電源システム１の主正母線ＭＰＬ及び主負母線ＭＮＬと、モータジェネレータ３２−１との間に設けられる。インバータ３０−２は、主正母線ＭＰＬ及び主負母線ＭＮＬと、モータジェネレータ３２−２との間に設けられる。インバータ３０−１は、ＭＧ−ＥＣＵ４０からの制御信号に基づいてモータジェネレータ３２−１を駆動する。インバータ３０−２は、ＭＧ−ＥＣＵ４０からの制御信号に基づいてモータジェネレータ３２−２を駆動する。インバータ３０−１，３０−２は、たとえば、三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路によって構成される。

ＭＧ−ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、駆動力発生部２の各機器を制御するための信号を生成して出力する。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

ＭＧ−ＥＣＵ４０は、図示されない各種センサからの信号入力、走行状況及びアクセル開度等に基づいて車両走行パワーＰｓを算出し、算出された車両走行パワーＰｓに基づいてモータジェネレータ３２−１，３２−２のトルク目標値及び回転数目標値を算出する。そして、ＭＧ−ＥＣＵ４０は、モータジェネレータ３２−１，３２−２の発生トルク及び回転数が目標値となるようにインバータ３０−１，３０−２を制御する。また、ＭＧ−ＥＣＵ４０は、算出された車両走行パワーＰｓを電源システム１のコンバータＥＣＵ２２（後述）へ出力する。

一方、電源システム１は、蓄電装置１０−１，１０−２と、システムリレーＲＹ１，ＲＹ２と、コンバータ１２−１，１２−２と、主正母線ＭＰＬ及び主負母線ＭＮＬとを含む。また、電源システム１は、電流センサ１４−１，１４−２と、電圧センサ１６−１，１６−２と、温度センサ１８−１，１８−２と、ヒータ２０と、コンバータＥＣＵ２２とをさらに含む。さらに、電源システム１は、充電器２６と、受電部２７と、充電リレーＲＹＣと、サブ電源２３と、補機用蓄電装置２４とをさらに含む。

蓄電装置１０−１，１０−２の各々は、再充電可能な直流電源であり、たとえばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池によって構成される。蓄電装置１０−１は、システムリレーＲＹ１を介してコンバータ１２−１に接続され、蓄電装置１０−２は、システムリレーＲＹ２を介してコンバータ１２−２に接続される。

システムリレーＲＹ１は、蓄電装置１０−１とコンバータ１２−１との間に配設される。システムリレーＲＹ２は、蓄電装置１０−２とコンバータ１２−２との間に配設される。そして、たとえば、スタートスイッチやイグニッションキー等がユーザにより操作されることによって車両が「ＲＥＡＤＹ−ＯＮ」状態（走行可能な状態）になると、システムリレーＲＹ１，ＲＹ２は導通状態となる。

コンバータ１２−１は、蓄電装置１０−１と、主正母線ＭＰＬ及び主負母線ＭＮＬとの間に設けられる。コンバータ１２−２は、蓄電装置１０−２と、主正母線ＭＰＬ及び主負母線ＭＮＬとの間に設けられる。コンバータ１２−１は、コンバータＥＣＵ２２からの制御信号ＰＷＣ１に基づいて、蓄電装置１０−１と、主正母線ＭＰＬ及び主負母線ＭＮＬとの間で電圧変換を行なう。コンバータ１２−２は、コンバータＥＣＵ２２からの制御信号ＰＷＣ２に基づいて、蓄電装置１０−２と、主正母線ＭＰＬ及び主負母線ＭＮＬとの間で電圧変換を行なう。コンバータ１２−１，１２−２は、たとえば、電流可逆型の昇圧チョッパ回路によって構成される。

このハイブリッド車両１００では、電源システム１から供給される電力を用いて、エンジン３６を停止してモータジェネレータ３２−２により走行するＥＶ走行を実行可能である。そして、ＥＶ走行の走行性能を高めるために、互いに異なる特性を有する蓄電装置１０−１，１０−２が搭載されている。

図２は、蓄電装置１０−１，１０−２の出力特性を示した図である。図２を参照して、横軸は蓄電装置１０−１，１０−２の容量を示し、縦軸は蓄電装置１０−１，１０−２の出力パワーを示す。ＥＶ走行での走行特性の観点でみれば、横軸はＥＶ走行での走行距離を示し、縦軸はＥＶ走行での走行パワーを示しているといえる。

Ｐ１，Ｐ２は、それぞれ蓄電装置１０−１，１０−２の出力特性を示し、Ｐ３は、電源システム１の仕様を示す。蓄電装置１０−１は、いわゆる「パワー型」の蓄電装置によって構成され、蓄電装置１０−２は、いわゆる「容量型」の蓄電装置によって構成される。すなわち、蓄電装置１０−１が出力可能な最大パワーは、蓄電装置１０−２が出力可能な最大パワーよりも大きい。一方、蓄電装置１０−２の蓄電容量は、蓄電装置１０−１の蓄電容量よりも大きい。

このような蓄電装置１０−１，１０−２の出力特性のもと、このハイブリッド車両１００では、Ｐ３で示されるポイントにＥＶ走行でのシステム仕様が設定される。すなわち、ＥＶ走行での目標走行距離は、基本的に、容量型の蓄電装置１０−２の容量によって定まり、ＥＶ走行での目標パワーは、容量型の蓄電装置１０−２では不足する出力パワーを出力型の蓄電装置１０−１によってアシストしたときの合計パワーによって定まる。これにより、このハイブリッド車両１００では、基本的に、蓄電装置１０−２を用いてＥＶ走行が行なわれ、蓄電装置１０−２ではパワーが不足する場合に蓄電装置１０−１が併用される。以上のような構成に基づいて、このハイブリッド車両１００では、外部電源２８による外部充電は、蓄電装置１０−２に対して行なわれる。

再び図１を参照して、充電器２６は、外部電源２８から蓄電装置１０−２を充電するための装置である。充電器２６は、蓄電装置１０−２とシステムリレーＲＹ２との間に配設される電力線と、受電部２７との間に設けられる。上記電力線と充電器２６との間には、充電リレーＲＹＣが設けられる。そして、充電器２６は、コンバータＥＣＵ２２からの制御信号に基づいて、外部電源２８から受電部２７を通じて入力される電力を直流に変換して蓄電装置１０−２へ出力する。なお、充電器２６によって蓄電装置１０−２の充電が行なわれるときは、システムリレーＲＹ２は遮断状態となる。すなわち、このハイブリッド車両１００では、主正母線ＭＰＬ及び主負母線ＭＮＬを介することなく、外部電源２８によって蓄電装置１０−２を充電することができる。

サブ電源２３は、外部充電中に補機用蓄電装置２４を充電するための電力変換器である。サブ電源２３は、充電器２６と受電部２７との間の電力線に接続され、外部電源２８から受電部２７を通じて入力される電力を補機用蓄電装置２４の電圧レベルに変換して補機用蓄電装置２４へ出力する。このサブ電源２３は、充電器２６よりも容量が小さい。また、サブ電源２３と補機用蓄電装置２４との間の電力線には、ヒータ２０（後述）が電気的に接続され、ヒータ２０の駆動時はサブ電源２３からヒータへ電力が供給される。

電流センサ１４−１は、蓄電装置１０−１に対して入出力される電流Ｉｂ１を検出し、その検出値をコンバータＥＣＵ２２へ出力する。電流センサ１４−２は、蓄電装置１０−２に対して入出力される電流Ｉｂ２を検出し、その検出値をコンバータＥＣＵ２２へ出力する。なお、図１では、各電流センサ１４−１，１４−２は正極線に設けられているが、負極線に設けてもよい。

電圧センサ１６−１は、蓄電装置１０−１の電圧Ｖｂ１を検出し、その検出値をコンバータＥＣＵ２２へ出力する。電圧センサ１６−２は、蓄電装置１０−２の電圧Ｖｂ２を検出し、その検出値をコンバータＥＣＵ２２へ出力する。温度センサ１８−１は、蓄電装置１０−１の温度Ｔｂ１を検出し、その検出値をコンバータＥＣＵ２２へ出力する。温度センサ１８−２は、蓄電装置１０−２の温度Ｔｂ２を検出し、その検出値をコンバータＥＣＵ２２へ出力する。

ヒータ２０は、蓄電装置１０−１，１０−２を昇温するための機器であり、たとえば、蓄電装置１０−１，１０−２を収容するバッテリパック内に蓄電装置１０−１，１０−２とともに配設される。ヒータ２０は、コンバータＥＣＵ２２からの制御信号に基づいて、外部充電中にサブ電源２３から電力を受けて蓄電装置１０−１，１０−２を加熱する。なお、ハイブリッド車両１００は、外部充電後は、基本的に、外部充電によって充電された蓄電装置１０−２を用いてＥＶ走行するように制御されるところ、ヒータ２０は、少なくとも蓄電装置１０−２を昇温可能なように配設されていてもよい。

コンバータＥＣＵ２２は、ＣＰＵ、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、各種センサからの信号入力及びＭＧ−ＥＣＵ４０から受ける車両走行パワーＰｓに基づいて、電源システム１の各機器を制御するための信号を出力する。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

コンバータＥＣＵ２２は、車両が「ＲＥＡＤＹ−ＯＮ」状態になると、充電リレーＲＹＣを遮断状態にするとともに、システムリレーＲＹ１，ＲＹ２を導通状態にする。そして、コンバータＥＣＵ２２は、電流センサ１４−１，１４−２及び電圧センサ１６−１，１６−２からの各検出値、並びにＭＧ−ＥＣＵ４０から受ける車両走行パワーＰｓに基づいて、コンバータ１２−１，１２−２をそれぞれ駆動するための制御信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２を生成する。そして、コンバータＥＣＵ２２は、生成された制御信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２をそれぞれコンバータ１２−１，１２−２へ出力する。

また、コンバータＥＣＵ２２は、外部電源２８による外部充電が要求されると、システムリレーＲＹ１，ＲＹ２を遮断状態にするとともに、充電リレーＲＹＣを導通状態にする。そして、コンバータＥＣＵ２２は、充電器２６及びサブ電源２３を駆動するための制御信号を生成し、生成された制御信号を充電器２６及びサブ電源２３へ出力する。

さらに、コンバータＥＣＵ２２は、蓄電装置１０−２が極低温であるためにＥＶ走行性能が確保できないときは、蓄電装置１０−２を昇温するための昇温制御を実行する。具体的には、コンバータＥＣＵ２２は、外部充電の実行中に蓄電装置１０−２の温度Ｔｂ２が所定の第１温度Ｔｔｈ１よりも低いとき、温度Ｔｂ２が第１温度Ｔｔｈ１に達するまでヒータ２０を駆動する。そして、外部充電が終了し、車両の走行開始に関連する所定の条件が成立すると（たとえば「ＲＥＡＤＹ−ＯＮ」状態）、コンバータＥＣＵ２２は、温度Ｔｂ２が第１温度Ｔｔｈ１よりも高い第２温度Ｔｔｈ２に達するまでコンバータ昇温を実行する。

なお、この実施の形態では、昇温制御により蓄電装置１０−２を昇温するものとしているが、昇温制御により蓄電装置１０−２とともに蓄電装置１０−１を昇温してもよい。また、この実施の形態では、蓄電装置１０−２の温度Ｔｂ２に基づいて昇温制御を行なうものとしているが、外気温やバッテリパックの周囲温度等によって蓄電装置１０−２の温度Ｔｂ２を推定してもよい。すなわち、外気温やバッテリパックの周囲温度等に基づいて昇温制御を行なうものとしてもよい。

以下では、コンバータＥＣＵ２２により実行される昇温制御について詳しく説明する。
図３は、蓄電装置１０−２の出力の温度依存性及びＳＯＣ依存性を示した図である。なお、この図３は、蓄電装置１０−１，１０−２の相対比較を示すものではなく、蓄電装置１０−２におけるＳＯＣ及び温度での特性変化を示したものである。なお、特に図示しないが、蓄電装置１０−１も同様の特性を有する。

図３を参照して、温度「−３０℃」は、蓄電装置１０−２の温度Ｔｂ２が「極低温」であることの例示であり、この温度域では、蓄電装置１０−２の出力は、ＳＯＣの高低に拘わらず小さいものとなる。この温度域では、蓄電装置１０−２の出力が小さいので、ＥＶ走行は事実上不可能である（走行要求性能を満足することができない。）。

温度「−１５℃」は、温度Ｔｂ２が「低温」であることの例示であり、この温度域では、ＳＯＣがある程度高い場合（たとえばＳＯＣが「中」以上）には、常温時の出力には及ばないけれどもＥＶ走行が可能な程度の出力が得られる。

温度「０℃」は、温度Ｔｂ２が「やや低温」であることの例示であり、この温度域になれば、温度「２０℃」として例示される常温時の出力特性とほぼ変わらなくなる。

外部充電が実行されると、蓄電装置１０−２のＳＯＣがある程度高い状態（たとえばＳＯＣが「中」以上）になることが見込まれる。そこで、このような蓄電装置１０−２の出力特性から、蓄電装置１０−２の温度Ｔｂ２が「極低温」である場合（たとえば−１５℃を下回る場合）には、外部充電中に蓄電装置１０−２を「低温」域（たとえば−１５℃）まで昇温することによって、外部充電の実行後にＥＶ走行が可能となる。

ここで、この実施の形態に従うハイブリッド車両１００は、蓄電装置１０−２を昇温する手段として、ヒータ２０による昇温とコンバータ昇温とを有する。

図４は、ヒータ２０による昇温とコンバータ昇温との昇温特性を示した図である。図４を参照して、ヒータ２０による昇温は、蓄電装置１０−２の温度に拘わらず、コンバータ昇温に比べて低効率であり昇温の速度も遅い。

一方、コンバータ昇温は、ヒータ２０による昇温に比べて基本的に高効率であり昇温の速度も速い。しかしながら、蓄電装置１０−２の温度Ｔｂ２が「−３０℃」で示されるような極低温の場合には、コンバータ昇温であっても昇温の速度は遅く、効率も低下する。

そこで、この実施の形態に従うハイブリッド車両１００では、外部充電の実行中に蓄電装置１０−２の温度Ｔｂ２が第１温度Ｔｔｈ１（たとえば−１５℃）よりも低いとき、温度Ｔｂ２が第１温度Ｔｔｈ１に達するまで、ヒータ２０によって蓄電装置１０−２が昇温される。ヒータ２０を用いるのは、外部充電中は、コンバータ昇温によって高圧系に負荷をかけたくないこと、及び温度Ｔｂ２が第１温度Ｔｔｈ１よりも低い極低温下では、ヒータ２０に対するコンバータ昇温の優位性が大きくないことによる。また、外部充電実行中の昇温目標を第１温度Ｔｔｈ１（たとえば−１５℃）としたのは、効率の低いヒータ２０による昇温は最小限にとどめたいこと、さらに、外部充電の実行後は、蓄電装置１０−２のＳＯＣがある程度高い状態であることが見込まれ、蓄電装置１０−２を第１温度Ｔｔｈ１まで昇温すればＥＶ走行が可能になるとともに、走行開始後（高圧系に電圧が印加される。）は、効率の良いコンバータ昇温によって昇温することが望ましいことによる。

そして、外部充電が終了し、走行開始に関連する所定の条件が成立すると（たとえば「ＲＥＡＤＹ−ＯＮ」）、蓄電装置１０−２の温度Ｔｂ２が第１温度Ｔｔｈ１よりも高い第２温度Ｔｔｈ２（たとえば０℃）に達するまでコンバータ昇温が実行される。なお、コンバータ昇温は、走行中も実行可能である。たとえば、コンバータ１２−１，１２−２の電流制限を超えない範囲で、蓄電装置１０−２と駆動力発生部２との間で授受する電力と、コンバータ昇温に伴ない蓄電装置１０−１，１０−２間で授受する電力とを足し合わせた電力が流れるようにコンバータ１２−２を制御し、同様に、蓄電装置１０−１と駆動力発生部２との間で授受する電力と、コンバータ昇温に伴ない蓄電装置１０−１，１０−２間で授受する電力とを足し合わせた電力が流れるようにコンバータ１２−１を制御すればよい。

図５は、昇温目標に設定される第１温度Ｔｈｔ１及び第２温度Ｔｈｔ２を説明するための図である。図５を参照して、横軸は、蓄電装置１０−２の温度Ｔｂ２を示す。縦軸は、蓄電装置１０−２の出力パワーを示す。すなわち、縦軸は、蓄電装置１０−２によるＥＶ走行での走行パワーを示しているといえる。縦軸のＭａｘは、蓄電装置１０−２の最大出力パワーであり、Ｐｃは、ＥＶ走行が可能な出力パワーの下限を示す。すなわち、蓄電装置１０−２の出力パワーがＰｃを下回ると、蓄電装置１０−２を用いたＥＶ走行は不可能となる。

線Ｌ１は、外部充電終了後の蓄電装置１０−２の出力特性を示し、具体的には、蓄電装置１０−２のＳＯＣが満充電状態に近いことを示す第１レベル（たとえばＳＯＣ７０％）よりもＳＯＣが高いときの蓄電装置１０−２の出力特性を示す。

線Ｌ２は、蓄電装置１０−２を用いたＥＶ走行が可能な最低限のＳＯＣにおける蓄電装置１０−２の出力特性を示し、具体的には、蓄電装置１０−２のＳＯＣが第１レベルよりも低い第２レベル（たとえば３０％）まで低下したときの蓄電装置１０−２の出力特性を示す。

外部充電により蓄電装置１０−２が満充電状態になると、外部充電の終了後は、蓄電装置１０−２の出力特性は線Ｌ１で示される。この線Ｌ１とＥＶ走行可能な出力パワーＰｃとに基づいて定まる第１温度Ｔｔｈ１まで外部充電中に蓄電装置１０−２を昇温すれば、外部充電後の走行開始時に蓄電装置１０−２を用いたＥＶ走行が可能となる。

また、線Ｌ２は、蓄電装置１０−２を用いたＥＶ走行が可能な最低限のＳＯＣ（第２レベル）における蓄電装置１０−２の出力特性を示している。そこで、外部充電が終了して走行が開始された後は、線Ｌ２とＥＶ走行可能な出力パワーＰｃとに基づいて定まる第２温度Ｔｔｈ２までコンバータ昇温により蓄電装置１０−２を昇温すれば、ＳＯＣが第２レベルまで低下しても蓄電装置１０−２を用いたＥＶ走行が可能である。

このように、第１温度Ｔｔｈ１は、蓄電装置１０−２のＳＯＣが第１レベルよりも高いときに蓄電装置１０−２が出力可能なパワーＰｃに基づいて決定することができる。また、第２温度Ｔｔｈ２は、蓄電装置１０−２のＳＯＣが第１レベルよりも低い第２レベルまで低下したときに蓄電装置１０−２が出力可能なパワーＰｃに基づいて決定することができる。

図６は、この実施の形態における蓄電装置の昇温制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、所定時間毎又は所定条件の成立時にメインルーチンから呼び出されて実行される。

図６を参照して、コンバータＥＣＵ２２は、外部電源２８による外部充電中であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。なお、外部充電中であるか否かは、たとえば、外部電源２８に接続された充電ケーブルのコネクタが受電部２７に接続されているか否かによって判断され得る。或いは、たとえば外部充電の実行をユーザが要求するためのスイッチが設けられている場合にそのスイッチがオンされたり、外部電源２８から実際に電力が供給されている場合に、外部充電中であると判断してもよい。

ステップＳ１０において外部充電中であると判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、コンバータＥＣＵ２２は、蓄電装置１０−２の温度Ｔｂ２が第１温度Ｔｔｈ１よりも低いか否かを判定する（ステップＳ２０）。この第１温度Ｔｔｈ１は、たとえば、図５で説明したように、蓄電装置１０−２のＳＯＣが第１レベル（満充電状態に近いことを示すレベル）よりも高いときに蓄電装置１０−２が出力可能な電力（Ｐｃ）に基づいて決定してもよいし、実験的に得られた固定値（たとえば−１５℃）に設定してもよい。そして、温度Ｔｂ２が第１温度Ｔｔｈ１よりも低いと判定されると（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、コンバータＥＣＵ２２は、ヒータ２０を駆動し、蓄電装置１０−２を昇温させる（ステップＳ３０）。

一方、ステップＳ１０において外部充電中ではないと判定されたとき（ステップＳ１０においてＮＯ）、又はステップＳ２０において蓄電装置１０−２の温度Ｔｂ２が第１温度Ｔｔｈ１以上であると判定されたときは（ステップＳ２０においてＮＯ）、コンバータＥＣＵ２２は、ヒータ２０をオフにする（ステップＳ４０）。

次いで、コンバータＥＣＵ２２は、ハイブリッド車両１００が「ＲＥＡＤＹ−ＯＮ」状態であるか否かを判定する（ステップＳ５０）。なお、車両が「ＲＥＡＤＹ−ＯＮ」状態であるか否かは、走行を意図してシステムが起動されたか否かを判断するために、車両の走行開始に関連する一条件として判定されるものであり、「ＲＥＡＤＹ−ＯＮ」に代えて、たとえば、運転者側のドアが開けられたことや、運転者の座席において着座が検知されたこと等を、車両の走行開始に関連する条件として判定してもよい。

ステップＳ５０において車両が「ＲＥＡＤＹ−ＯＮ」状態であると判定されると（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、コンバータＥＣＵ２２は、蓄電装置１０−２の温度Ｔｂ２が第２温度Ｔｔｈ２（Ｔｔｈ１＜Ｔｔｈ２）よりも低いか否かを判定する（ステップＳ６０）。この第２温度Ｔｔｈ２は、たとえば、図５で説明したように、蓄電装置１０−２のＳＯＣが第１レベルよりも低い第２レベル（たとえば３０％）まで低下したときに蓄電装置１０−２が出力可能な電力（Ｐｃ）に基づいて決定してもよいし、実験的に得られた固定値（たとえば０℃）に設定してもよい。そして、温度Ｔｂ２が第２温度Ｔｔｈ２よりも低いと判定されると（ステップＳ６０においてＹＥＳ）、コンバータＥＣＵ２２は、蓄電装置１０−１，１０−２間で電力を授受するようにコンバータ１２−１，１２−２を駆動することによってコンバータ昇温を実行し、蓄電装置１０−２（１０−１）を昇温させる（ステップＳ７０）。

なお、ステップＳ６０において蓄電装置１０−２の温度Ｔｂ２が第２温度Ｔｔｈ２以上であると判定されると（ステップＳ６０においてＮＯ）、コンバータＥＣＵ２２は、コンバータ昇温を停止する（ステップＳ８０）。また、ステップＳ５０において車両が「ＲＥＡＤＹ−ＯＮ」状態ではないと判定されると（ステップＳ５０においてＮＯ）、コンバータＥＣＵ２２は、ステップＳ９０へ処理を移行する。

図７は、昇温制御の実行により蓄電装置１０−２が昇温される様子の一例を示したタイムチャートである。図７を参照して、時刻ｔ１において、たとえば車両が「ＲＥＡＤＹ−ＯＦＦ」状態になる等して走行要求がオフされ、時刻ｔ２において、充電ケーブルのコネクタが受電部２７に接続される等して外部充電が開始されるものとする。

そうすると、ヒータ２０が駆動され、蓄電装置１０−２の温度Ｔｂ２が上昇する。そして、時刻ｔ３において、温度Ｔｂ２が第１温度Ｔｔｈ１に達すると、ヒータ２０が停止する。なお、特に図示していないが、温度Ｔｂ２が第１温度Ｔｔｈ１に達した後、外部充電中に温度Ｔｂ２を第１温度Ｔｔｈ１に維持するために、ヒータ２０を適宜駆動させてもよい。

時刻ｔ４において外部充電が終了し、時刻ｔ５において、たとえば車両が「ＲＥＡＤＹ−ＯＮ」状態になる等して走行が要求されると、蓄電装置１０−１，１０−２間で電力を授受するようにコンバータＥＣＵ２２によりコンバータ１２−１，１２−２が駆動されてコンバータ昇温が実行され、蓄電装置１０−２の温度Ｔｂ２がさらに上昇する。なお、コンバータ昇温による昇温速度は、外部充電中におけるヒータ２０による昇温速度よりも高い。そして、時刻ｔ６において、温度Ｔｂ２が第２温度Ｔｔｈ２に達すると、コンバータ昇温が停止する。

以上のように、この実施の形態においては、外部充電の実行中に蓄電装置１０−２の温度Ｔｂ２が第１温度Ｔｔｈ１よりも低いとき、２段階に分けて蓄電装置１０−２が昇温される。すなわち、外部充電の実行中に、ヒータ２０を駆動することによって蓄電装置１０−２が第１温度Ｔｔｈ１まで昇温され、車両の走行開始に関連する所定の条件（たとえば「ＲＥＡＤＹ−ＯＮ」状態）が成立すると、高い第２温度Ｔｔｈ２までコンバータ昇温が実行される。これにより、外部充電中は、高圧系に負荷をかけることなく、最低限の出力性能が得られる第１温度Ｔｔｈ１まで蓄電装置１０−２が昇温され、上記所定の条件が成立することにより走行開始が予測されると、コンバータ昇温によって効率的に第２温度Ｔｔｈ２まで蓄電装置１０−２が昇温される。したがって、この実施の形態によれば、走行時の蓄電装置の出力性能を確保しつつ、外部充電に伴なうシステムへの負荷低減と蓄電装置の効率的な昇温とを実現することができる。

なお、上記の実施の形態では、この発明による電動車両の一例として、エンジン３６と２つのモータジェネレータ３２−１，３２−２とが動力分割装置３４によって連結された構成のハイブリッド車両１００（図１）について説明したが、この発明が適用されるハイブリッド車両は、このような構成のものに限定されない。たとえば、モータジェネレータ３２−１を駆動するためにのみエンジン３６を用い、モータジェネレータ３２−２でのみ車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド車両や、エンジン３６と１つのモータジェネレータとがクラッチを介して直列的に連結された構成のハイブリッド車両等にも、この発明は適用可能である。

さらに、この発明が適用される電動車両は、上記のようなハイブリッド車両に限定されない。たとえば、図８に示されるように、エンジンを備えずにモータジェネレータ３２−２のみを動力源とする駆動力発生部２＃を備える電気自動車１００＃においても、この発明は適用可能である。

なお、上記において、主正母線ＭＰＬ及び主負母線ＭＮＬは、この発明における「電力線」の一実施例に対応し、蓄電装置１０−１，１０−２は、それぞれこの発明における「第１の蓄電装置」及び「第２の蓄電装置」の一実施例に対応する。また、コンバータ１２−１，１２−２は、それぞれこの発明における「第１のコンバータ」及び「第２のコンバータ」の一実施例に対応し、コンバータＥＣＵ２２は、この発明における「制御装置」の一実施例に対応する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 電源システム、２，２＃ 駆動力発生部、１０−１，１０−２ 蓄電装置、１２−１，１２−２ コンバータ、１４−１，１４−２ 電流センサ、１６−１，１６−２ 電圧センサ、１８−１，１８−２ 温度センサ、２０ ヒータ、２２ コンバータＥＣＵ、２３ サブ電源、２４ 補機用蓄電装置、２６ 充電器、２７ 受電部、２８ 外部電源、３０−１，３０−２ インバータ、３２−１，３２−２ モータジェネレータ、３４ 動力分割装置、３６ エンジン、３８ 駆動輪、４０ ＭＧ−ＥＣＵ、ＲＹ１，ＲＹ２ システムリレー、ＲＹＣ 充電リレー、１００ ハイブリッド車両、１００＃ 電気自動車。

Claims (5)

1. 車両に搭載される電源システムであって、
   前記電源システムから電力を受けて走行駆動力を発生する駆動力発生部と前記電源システムとの間で電力を授受するための電力線と、
   第１及び第２の蓄電装置と、
   前記第１の蓄電装置と前記電力線との間に設けられる第１のコンバータと、
   前記第２の蓄電装置と前記電力線との間に設けられる第２のコンバータと、
   前記電力線を介することなく、車両外部の電源によって前記第２の蓄電装置を充電する外部充電を行なうための充電装置と、
   前記第１及び第２の蓄電装置のうち少なくとも前記第２の蓄電装置を昇温するためのヒータと、
   前記電力線を介して前記第１及び第２の蓄電装置間で電力を授受するように前記第１又は第２のコンバータを制御することによって、前記第１及び第２の蓄電装置を昇温するコンバータ昇温制御を実行するための制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記外部充電の実行中に前記第２の蓄電装置の温度が第１温度よりも低いとき、前記第２の蓄電装置の温度が前記第１温度に達するまで前記ヒータを駆動し、前記車両の走行開始に関連する所定の条件が成立すると、前記第２の蓄電装置の温度が前記第１温度よりも高い第２温度に達するまで前記コンバータ昇温制御を実行する、電源システム。
2. 前記第１温度は、前記第２の蓄電装置の充電状態を示す状態量が第１レベルよりも高いときに前記第２の蓄電装置が出力可能な電力に基づいて決定される、請求項１に記載の電源システム。
3. 前記第２温度は、前記状態量が前記第１レベルよりも低い第２レベルまで低下したときに前記第２の蓄電装置が出力可能な電力に基づいて決定される、請求項２に記載の電源システム。
4. 前記第１の蓄電装置は、前記第２の蓄電装置よりも出力可能最大電力が大きく、
   前記第２の蓄電装置は、前記第１の蓄電装置よりも蓄電容量が大きく、
   前記外部充電の実行後に走行が開始されると、前記第２の蓄電装置に蓄えられた電力が前記駆動力発生部に供給される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電源システム。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電源システムと、
   前記電源システムから電力を受けて車両駆動力を発生する駆動力発生部とを備える電動車両。

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