JP2016122529A - 車載電池の昇温装置および昇温方法 - Google Patents

Abstract

【課題】極寒環境下においても、ヒータの寿命短縮を防止できる車載電池の昇温装置を提供する。
【解決手段】車両に搭載された電池の温度を取得する温度センサ２４と、前記電池を昇温するヒータ３２と、環境温度を取得する環境温度取得部として機能するとともに、前記電池温度Ｔｂと所定の閾値との比較結果に基づいて、前記ヒータ３２をオンまたはオフするコントローラ２６と、を備え、前記コントローラ２６は、環境温度が下がれば前記閾値も低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載された電池を昇温する昇温装置および昇温方法に関する。

従来から、ハイブリッド自動車や電気自動車のように回転電機を動力源の一つとする電動車両が広く知られている。かかる電動車両には、回転電機に電力を供給するための電池が搭載されている。車載電池は、充放電が可能な二次電池であり、回転電機で発電した電力および外部電源からの電力を充電できる。かかる車載電池は、温度が低くなると充電可能容量の低下や、許容充電電流の低下により充電時間が長くなる。また、車載電池が凍結温度まで下がった場合には充放電できなくなるという特性がある。

ここで、電動車両は、停止後、充電のために、車載電池と外部電源とを接続するプラグイン接続状態にすることがある。このとき、環境温度が低いと、時間経過とともに電池温度も低くなり、外部電源からの充電が適切行えないという問題があった。そこで、一部では、プラグイン接続状態においては、車載電池の温度が基準値以上となるように、車載電池をヒータで昇温することが提案されている。また、一部では、環境温度を考慮して電池の昇温時間を計算することも提案されている。例えば、特許文献１では、現時点での電池温度と環境温度から電池温度の温度推移を予測し、電池の昇温時間や消費電力量を予測することが開示されている。かかかる技術によれば、より効率的に、電池の充電等を行うことができる。

特開２０１２−１９１７８１号公報

ところで、世界には、外気温が非常に低い地域もある。例えば、フェアバンクス等では、平均最低気温が−２０°を下回る月もある。かかる極寒地域においても、他の地域と同様に車載電池の昇温動作を行った場合、昇温用のヒータの稼働時間が大幅に増加してしまい、電力消費量の増加、ヒータ関連電気部品の寿命低下という問題を招くおそれがある。

本発明は、極寒環境下においても、車載電池のヒータの寿命短縮を防止できるものである。

本発明の車載電池の昇温装置は、車両に搭載された電池の温度を取得する電池温度取得部と、環境温度を取得する環境温度取得部と、前記電池を昇温するヒータと、前記電池温度取得部により取得された電池温度と所定の閾値との比較結果に基づいて、前記ヒータをオンまたはオフする制御部と、を備え、前記制御部は、前記環境温度取得部で取得された環境温度の低下に応じて前記閾値を低減変更する、ことを特徴とする。

好適な態様では、前記制御部は、前記環境温度取得部により取得された環境温度が予め規定された基準環境温度以上の場合には、前記閾値を予め規定された標準値に設定し、前記環境温度取得部により取得された環境温度が前記基準環境温度未満の場合には、前記閾値を、前記標準値より小さい値に設定する。

他の好適な態様では、前記電池温度取得部は、前記車載電池周辺に設置された温度センサを含み、前記環境温度取得部は、前記温度センサで検知された電池温度に基づいて、前記環境温度を推定する。この場合、前記環境温度取得部は、現時点での推定環境温度と、現時点での温度センサにより検知された電池温度と、に基づいて所定時間経過後の電池温度を推定し、前記所定時間経過後において前記温度センサで検知された電池温度と前記推定された電池温度との誤差に応じて、前記推定環境温度を補正する、ことが望ましい。

他の好適な態様では、前記制御部は、前記車載電池が外部電源と電気的に接続されたプラグイン状態の場合に、前記車載電池の昇温動作を実行させてもよい。

他の本発明である車載電池の昇温方法は、車両に搭載された電池の温度を取得し、得られた電池温度と所定の閾値との比較結果に基づいて、前記電池を昇温するヒータをオンまたはオフする車載電池の昇温方法であって、前記車両の環境温度を取得し、得られた環境温度の低下に応じて前記閾値を低減変更する、ことを特徴とする。

本発明によれば、環境温度の低下に応じてヒータをオンまたはオフする際の閾値を低減変更するため、ヒータの動作時間が過度に増加することが防止でき、極寒環境下においても、ヒータの寿命短縮を防止できる。

本発明の実施形態であるハイブリッド駆動システム１０の概略構成を示す図である。 昇温制御の流れを示すフローチャートである。 昇温動作の流れを示すフローチャートである。 第一オン、オフ温度を設定したときの電池温度およびヒータ動作タイミングを示す図である。 第二オン、オフ温度を設定したときの電池温度およびヒータ動作タイミングを示す図である。 第一オン、オフ温度を設定したときの電池温度およびヒータ動作タイミングを示す図である。 環境温度の推定の流れを示すフローチャートである。 環境温度の推定の原理を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態であるハイブリッド駆動システム１０の概略構成を示す図である。このハイブリッド駆動システム１０は、動力源として、二つの回転電機ＭＧ１，ＭＧ２と一つのエンジン１２が設けられている。ハイブリッド駆動システム１０には、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２に電力を供給、あるいは、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２で発電された電力を蓄電するメイン電池２０が設けられている。メイン電池２０は、直接に接続された複数の単電池を有する。単電池としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることもできる。メイン電池２０には、並列に接続された複数の単電池が含まれてもよい。

メイン電池２０の電圧値ＶＢは、電圧センサ２２で検知され、コントローラ２６に入力される。メイン電池２０の電流の電流値ＩＢは、電流センサ２３で検知され、コントローラ２６に入力される。メイン電池２０の近傍には、当該メイン電池２０の温度（電池温度Ｔｂ）を検知する温度センサ２４も設けられている。温度センサ２４は、電池温度Ｔｂを取得する電池温度取得部として機能する。この温度センサ２４で検知された電池温度Ｔｂは、コントローラ２６に入力される。なお、温度センサ２４は、一つでもよいし、複数でもよい。複数の温度センサ２４を設ける場合には、互いに異なる位置に設けることが望ましい。

また、後述する昇温動作を行うにあたっては、メイン電池２０が設置されている環境の温度である環境温度αも重要となるが、この環境温度αは、コントローラ２６により算出される。すなわち、本実施形態では、後に詳説するように、環境温度αを電池温度Ｔｂから推測している。したがって、本実施形態では、コントローラ２６が、環境温度αを取得する環境温度取得部となる。ただし、環境温度αは、温度センサを用いて実際に検知されてもよく、例えば、車室外に設けられた温度センサや、メイン電池２０を冷却するための冷媒の吸気経路内に設けられた温度センサで検知された温度を、環境温度αとして利用してもよい。

メイン電池２０は、システムメインリレー４４を介してインバータ１８に接続されている。車両のイグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったとき、コントローラ２６は、これらシステムメインリレー４４をオフからオンに切り替えることにより、メイン電池２０とインバータ１８とを電気的に接続する。逆に、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とき、コントローラ２６は、これらシステムメインリレーをオンからオフに切り替えることにより、メイン電池２０とインバータ１８とを電気的に切断する。

インバータ１８は、メイン電池２０から供給された直流電力を交流電力に変換し、第二回転電機ＭＧ２に出力する。第二回転電機ＭＧ２は、インバータ１８から出力された交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。第二回転電機ＭＧ２が生成した運動エネルギが、駆動輪に伝達されることで、車両が走行する。また、第二回転電機ＭＧ２は、車両の制動時に生じる運動エネルギを電気エネルギに変換する。インバータ１８は、第二回転電機ＭＧ２が生成した交流電力（回生電力）を直流電力に変換し、メイン電池２０に供給する。これにより、メイン電池２０が充電される。

動力分割機構１４は、エンジン１２の動力を駆動輪１６に伝達したり、第一回転電機ＭＧ１に伝達したりする。第一回転電機ＭＧ１は、エンジン１２の動力を受けて発電する。第一回転電機ＭＧ１が発電した電力は、インバータ１８を介して第二回転電機ＭＧ２に供給されたり、メイン電池２０に供給されたりする。メイン電池２０に電力が供給されることで、メイン電池２０が充電される。

なお、メイン電池２０およびインバータ１８の間の電流経路には、昇圧回路（図示せず）も設けられている。昇圧回路は、メイン電池２０の出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力をインバータ１８に出力する。また、昇圧回路は、インバータ１８の出力電圧を降圧し、降圧後の電力をメイン電池２０に出力する。

メイン電池２０には、さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０も接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、インバータ１８と並列に接続されている。このＤＣ／ＤＣコンバータ３０には、補機３６、補機バッテリ３４、およびヒータ３２が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、メイン電池２０の出力電圧を降圧し、降圧後の電力を補機３６や補機バッテリ３４に供給する。これにより、補機３６を動作させたり、補機バッテリ３４を充電したりすることができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の動作は、コントローラ２６によって制御される。

ヒータ３２は、メイン電池２０を昇温するために用いられる。図１では、ヒータ３２は、メイン電池２０から離間した位置に設けられているが、実際には、このヒータ３２は、メイン電池２０の近傍に設けられている。また、ヒータ３２は、一つでもよし、複数でもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０およびヒータ３２の間の電流経路には、スイッチ４６が設けられている。このスイッチ４６は、コントローラ２６からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。スイッチ４６がオンされると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０からヒータ３２に所定の電力が供給され、ヒータ３２を発熱させることができる。そして、ヒータ３２が発熱することにより、メイン電池２０が昇温される。このヒータ３２の駆動は、コントローラ２６により制御される。つまり、ヒータ３２、温度センサ２４、コントローラ２６等によりメイン電池２０を昇温する昇温装置が構成される。

メイン電池２０には、さらに、充電器３８も接続されている。メイン電池２０と充電器３８との間には、充電リレー４２が設けられている。充電リレー４２は、コントローラ２６からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。充電器３８には、コネクタ４０（いわゆるインレット）が接続されている。このコネクタ４０は、外部電源１００（例えば、商用電源）のコネクタ１０２（いわゆる充電プラグ）に接続することができる。コントローラ２６は、この二つのコネクタ４０，１０２の接続状態、すなわち、二つのコネクタ４０，１０２が接続されたプラグイン状態か、二つのコネクタ４０，１０２が切断されたプラグアウト状態かを監視している。

コネクタ４０がコネクタ１０２に接続され、充電リレー４２がオンであるとき、充電器３８は、外部電源１００からの交流電力を直流電力に変換し、直流電力を出力する。この充電器３８および充電リレー４２の動作は、コントローラ２６によって制御される。充電器３８から出力された直流電力は、メイン電池２０に供給され、これにより、メイン電池２０が充電される。以下では、この外部電源１００からの電力を用いてメイン電池２０を充電することを「外部充電」と呼ぶ。

プラグイン状態のとき、充電器３８からの電力は、メイン電池２０だけでなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０にも供給することができる。ここで、スイッチ４６をオンにすれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、充電器３８からの電力を降圧し、降圧後の電力をヒータ３２に供給することができる。つまり、プラグイン状態では、外部電源１００からの電力の一部を用いてヒータ３２を駆動することで、メイン電池２０を昇温することができる。

次に、このハイブリッド駆動システム１０におけるメイン電池２０の昇温制御について説明する。メイン電池２０は、温度が低くなると充電可能容量の低下や許容充電量の低下により充電時間が長くなる特性がある。また、メイン電池２０の温度が過度に下がった場合は、充放電が出来なくなるおそれがある。そこで、車両停止後も、プラグイン状態の場合、コントローラ２６は、ヒータ３２によるメイン電池２０の昇温動作を実行する。

ここで、ハイブリッド車両では、車両停止中に外部充電が可能であるが、ユーザは、この外部充電の終了時刻を設定することができる。また、ユーザは、車両の再起動前に空調をオンにするプレ空調の開始時刻も設定できる。こうした外部充電の終了時刻またはプレ空調の開始時刻（以下、両者をまとめて「設定時刻ｔｃ」と呼ぶ）がユーザにより設定されている場合、コントローラ２６は、当該設定時刻ｔｃにおけるメイン電池２０の温度が、設定された電池温度下限値Ｔｂ_ｍｉｎ以上となるようにヒータ３２を駆動する。ヒータ３２を駆動した後は、最初にヒータ３２を駆動してから一定期間（例えば７２時間）が経過した場合、あるいは、プラグアウトされるまで、昇温動作を実行する。

一方、外部充電の終了時刻またはプレ空調の開始時刻（設定時刻ｔｃ）が設定されていない場合には、プラグイン状態になった後、一致期間（例えば７２時間等）経過するまで、メイン電池２０の温度を設定された電池温度下限値Ｔｂ_ｍｉｎ以上になるようにヒータ３２を駆動する。

図２は、このメイン電池２０の昇温制御の流れを示すフローチャートである。車両が停止した後、コントローラ２６は、プラグイン状態か否かを監視する（Ｓ１０）。監視の結果、プラグイン状態になれば、続いて、設定時刻ｔｃが設定されているかを確認する（Ｓ１２）。設定時刻ｔｃが設定されていない場合、コントローラ２６は、ステップＳ１８に進み、昇温動作を実行する。

一方、設定時刻ｔｃが設定されている場合、コントローラ２６は、昇温動作の開始時刻ｔｓを算出する（Ｓ１４）。この昇温動作の開始時刻ｔｓを算出する際には、まず、メイン電池２０を、規定の電池温度下限値Ｔｂ_ｍｉｎまで昇温するための時間、すなわち、昇温時間ｔｗを算出する。そして、設定時刻ｔｃから、この昇温時間ｔｗ分だけ遡った時刻を昇温動作の開始時刻ｔｓとして算出する。昇温時間ｔｗは、例えば、電池温度下限値Ｔｂ_ｍｉｎ（昇温目標温度）や、現時点での電池温度Ｔｂ、環境温度α、現時刻から設定時刻ｔｃまでの残り時間ｔｒ等のパラメータから求めることができる。コントローラ２６のメモリ２８には、これらのパラメータと、昇温時間ｔｗとの対応関係を示すマップまたは演算式が記憶されており、コントローラ２６は、実際に検知された各種パラメータの値を、これらマップまたは演算式にあてはめて、昇温時間ｔｗを算出する。各種パラメータと昇温時間ｔｗとの対応関係を示すマップは、例えば、実験やシミュレーション結果に基づいて作成することができる。また、各種パラメータと昇温時間ｔｗとの対応関係を示す演算式としては、例えば、式１等を用いることができる。なお、式１においてＢ，Ｃは、予め定められた定数である。

昇温開始時刻ｔｓが算出できれば、コントローラ２６は、当該昇温開始時刻ｔｓまで待機する（Ｓ１６）。そして、昇温開始時刻ｔｓに到達すれば、ヒータ３２を駆動して、昇温動作を実行する（Ｓ１８）。また、コントローラ２６は、ヒータ３２を最初に駆動した時点で、カウンタを作動し、ヒータ３２駆動開始からの経過時間をカウントする。

その後、コントローラ２６は、車両のコネクタ４０が、外部電源１００のコネクタ４０から取り外されるプラグアウトが実行される（Ｓ２０でＹｅｓ）、または、ヒータ３２の駆動開始から一定期間経過する（Ｓ２２でＹｅｓ）まで、昇温動作を繰り返す。プラグアウトが実行、または、ヒータ３２の駆動開始から一定期間経過した場合、コントローラ２６は、昇温動作を停止する。なお、一定期間は、特に限定されないが、本実施形態では、３日（７２時間）としている。

次に、昇温動作について説明する。昇温動作時、コントローラ２６は、電池温度Ｔｂに応じて、ヒータ３２のスイッチ４６をオンまたはオフする。より具体的に説明すると、コントローラ２６のメモリ２８には、オン温度Ｔｏｎとオン温度Ｔｏｎより高いオフ温度Ｔｏｆｆが記憶されている。コントローラ２６は、温度センサ２４で検知された電池温度Ｔｂが、オン温度Ｔｏｎを下回れば、ヒータ３２をオンし、電池温度Ｔｂが、オフ温度Ｔｏｆｆを上回れば、ヒータ３２をオフする。このとき、オン温度Ｔｏｎを、電池温度下限値Ｔｂ_ｍｉｎと同じにすれば、メイン電池２０の温度を、電池温度下限値Ｔｂ_ｍｉｎ（オン温度Ｔｏｎ）以上に保つことができる。オフ温度Ｔｏｆｆは、オン温度Ｔｏｎにある程度のヒステリシスを持たせた値である。このヒステリシス（オン温度Ｔｏｎとオフ温度Ｔｏｆｆとの差分値）は、ヒータ３２のスイッチ４６等のチャタリングを防止でき、かつ、ヒータ３２の可動時間を過度に長くしない値であれば、特に限定されない。すなわち、ヒステリシスが過度に小さいと、短時間の間に、ヒータ３２のオン・オフの切り替えが繰り返されることになり、スイッチ４６やリレー４２の劣化を招く。また、ヒステリシスが過度に大きいと、ヒータ３２がオンした後、オフするまでの時間が長くなり、ひいては、ヒータ３２の動作時間が長くなり、ヒータ３２の劣化を招く。こうした問題を考慮し、本実施形態では、このヒシテリシスの値を、６℃としている。

本実施形態では、このオン温度Ｔｏｎ（電池温度下限値Ｔｂ_ｍｉｎ）およびオフ温度Ｔｏｆｆを、環境温度αに応じて変更している。すなわち、環境温度αが、規定の環境温度下限値α_ｍｉｎ以上の場合には、オン温度Ｔｏｎ、オフ温度Ｔｏｆｆとして比較的高めの温度を、環境温度αが、環境温度下限値α_ｍｉｎを下回る場合には、オン温度Ｔｏｎ、オフ温度Ｔｏｆｆとして比較的低めの温度を設定している。そして、この設定されたオン温度Ｔｏｎおよびオフ温度Ｔｏｆｆに基づいて、ヒータ３２をオンまたはオフしている。かかる構成としているのは、次の理由による。

従来、オン温度Ｔｏｎ（電池温度下限値Ｔｂ_ｍｉｎ）およびオフ温度Ｔｏｆｆは、環境温度αに関わらず、常に一定であり、例えば、Ｔｏｎ＝０℃、Ｔｏｆｆ＝６℃であった。ここで０℃とは、メイン電池２０の性能を保障できる温度の下限値である。本来であれば、メイン電池２０は、常に、この０℃以上であることが望ましい。しかしながら、車両が極低温環境下に放置された場合、メイン電池２０を０℃以上に保つためには、ヒータ３２を長時間オンし続けなければならず、ヒータ３２の動作時間が過度の長くなるおそれがある。

これについて図４、図６を参照して説明する。図４、図６は、Ｔｏｎ＝０℃、Ｔｏｆｆ＝６℃に設定した場合の電池温度Ｔｂの変化およびヒータ３２の動作時間を示す図である。図４は、環境温度α＝−２０℃の場合を、図６は、環境温度α＝−３５℃の場合を、それぞれ示している。また、図４、図６において、グレーハッチングは、ヒータ３２が動作している期間を示している。

図４、図６の比較から明らかな通り、環境温度αが低い場合、ヒータ３２の動作期間が長くなる。これは、環境温度αが低い場合には、同じ熱量を付加しても温度が上がりにくく、また、熱量を付加しない場合、温度が急激に低下するためである。その結果、環境温度α＝−２０℃では、ヒータ３２の動作時間割合は、５０％程度であるのに対し、環境温度α＝−３５℃では、ヒータ３２の動作時間割合は、約８５％まで増加する。このようにヒータ３２の動作時間割合が高くなると、ヒータ３２の総動作時間が長くなり、比較的、早期に、ヒータ３２交換が必要となる。

本実施形態では、こうした問題を避けるために、環境温度αが、環境温度下限値α_ｍｉｎを下回る場合には、オン温度Ｔｏｎおよびオフ温度Ｔｏｆｆの値を下げるようにしている。より具体的に説明すると、本実施形態では、コントローラ２６のメモリに、二種類のオン温度Ｔｏｎ、すなわち、第一オン温度Ｔｏｎ１と第二オン温度Ｔｏｎ２と、二種類のオフ温度Ｔｏｆｆ、すなわち、第一オフ温度Ｔｏｆｆ１と第二オフ温度Ｔｏｆｆ２と、を記憶している。第二オン温度Ｔｏｎ２は、第一オン温度Ｔｏｎ１よりも小さい（Ｔｏｎ２＜Ｔｏｎ１）。本実施形態では、Ｔｏｎ１＝０℃、Ｔｏｎ２＝−１５℃である。また、第二オフ温度Ｔｏｆｆ２は、第一オフ温度Ｔｏｆｆ１よりも小さい（Ｔｏｆｆ２＜Ｔｏｆｆ１）。本実施形態では、Ｔｏｆｆ１＝６℃、Ｔｏｆｆ２＝−９℃である。

そして、環境温度αが、環境温度下限値α_ｍｉｎ以上の場合には、オン温度Ｔｏｎおよびオフ温度Ｔｏｆｆとして、第一オン温度Ｔｏｎ１および第一オフ温度Ｔｏｆｆ１を設定し、環境温度αが、環境温度下限値α_ｍｉｎを下回る場合には、オン温度Ｔｏｎおよびオフ温度Ｔｏｆｆとして、第二オン温度Ｔｏｎ２および第二オフ温度Ｔｏｆｆ２を設定し、ヒータ３２の駆動を制御する。ここで、環境温度下限値α_ｍｉｎとしては、車両の性能を保障でき得る温度が設定される。本実施形態のハイブリッド車両は、車両の性能を保障する環境温度下限値α_ｍｉｎを、−２５℃としている。

図５は、環境温度α＝−３５℃において、Ｔｏｎ＝−１５℃、Ｔｏｆｆ＝−９℃に設定した場合の電池温度Ｔｂの変化およびヒータ３２の動作時間を示す図である。この図５は、図６と同じ環境温度α＝−３５℃での結果であるが、図５では、オン温度Ｔｏｎおよびオフ温度Ｔｏｆｆの値を低くしているため、ヒータ３２の動作時間割合を、図６の場合に比べて、大幅に低減できる。その結果、ヒータ３２の総動作時間を短くでき、ヒータ３２の交換時期を先に延ばすことができる。

図３は、本実施形態での昇温動作の流れを示すフローチャートである。図３に示すように、昇温動作において、コントローラ２６は、まず、環境温度αを取得する（Ｓ２４）。なお、この環境温度αの取得の流れについては、後に詳説する。

次に、得られた環境温度αと、予め規定された環境温度下限値α_ｍｉｎと、を比較し、環境温度αが、環境温度下限値α_ｍｉｎ以上か否かを確認する（Ｓ２６）。確認の結果、α≧α_ｍｉｎの場合は、オン温度Ｔｏｎおよびオフ温度Ｔｏｆｆとして、第一オン温度Ｔｏｎ１（０℃）および第一オフ温度Ｔｏｆｆ１（６℃）を設定する（Ｓ２８）。一方、α＜α_ｍｉｎの場合は、オン温度Ｔｏｎおよびオフ温度Ｔｏｆｆとして、第二オン温度Ｔｏｎ２（−１５℃）および第二オフ温度Ｔｏｆｆ２（−９℃）を設定する（Ｓ３０）。

次に、コントローラ２６は、温度センサ２４で検知された電池温度Ｔｂを取得する（Ｓ３２）。ここで、温度センサ２４が複数設けられている場合、複数の温度センサ２４のうち一つの温度センサ２４で検知された温度を電池温度Ｔｂとして取得してもよい。また、別の例として、複数の温度センサ２４で検知された複数の検知温度の平均値や最低値などの統計値を電池温度Ｔｂとして取得してもよい。

電池温度Ｔｂが取得できれば、続いて、この電池温度Ｔｂと、設定されたオン温度Ｔｏｎとを比較する（Ｓ３４）。比較の結果、電池温度Ｔｂが、オン温度Ｔｏｎ以上の場合には、ヒータ３２をオンすることなく、終了する。一方、電池温度Ｔｂが、オン温度Ｔｏｎを下回っている場合には、ヒータ３２をオンする（Ｓ３６）。これにより、メイン電池２０の昇温が開始される。

その後、コントローラ２６は、再度、電池温度Ｔｂを取得し（Ｓ３８）、当該電池温度Ｔｂとオフ温度Ｔｏｆｆとを比較する（Ｓ４０）。比較の結果、電池温度Ｔｂが、オフ温度Ｔｏｆｆを上回る場合には、ヒータ３２をオフし、終了する（Ｓ４２）。一方、電池温度Ｔｂが、オフ温度Ｔｏｆｆ以下の場合には、Ｔｂ＞Ｔｏｆｆとなるまで、ステップＳ３８，Ｓ４０を繰り返す。

以上の説明から明らかな通り、本実施形態によれば、環境温度αに応じて、ヒータ３２をオンまたはオフする際の閾値であるオン温度Ｔｏｎおよびオフ温度Ｔｏｆｆを変更している。その結果、低温環境下において、ヒータ３２の動作時間が長くなることが防止され、ひいては、ヒータ３２の寿命が早期に尽きることを防止できる。なお、昇温温度を低くした場合（第二オン・オフ温度に設定した場合）、充電可能容量の低下や許容充電電流の低下により充電時間が長くなるといった問題が予想される。しかし、この充電時間が多少長くなるという問題は、ヒータ３２の交換を頻繁に行わなければいけないという問題に比べて、ユーザへの負担は小さいと考えられる。つまり、本実施形態によれば、充電時間が多少長くなるものの、ユーザの負担が大きいヒータ３２の交換回数を低減できる。

次に、環境温度αの取得方法について説明する。環境温度αは、車体やメイン電池２０の吸気口等に設けた温度センサ２４で検知してもよいが、本実施形態では、電池温度Ｔｂから環境温度αを推定している。これについて図７、図８を参照して説明する。図７は、電池温度Ｔｂから環境温度αを推定する流れを示すフローチャートである。また、図８は、環境温度αの推定の原理を示す図である。

環境温度αを推定する場合には、まず、現時点（時刻ｔ０）における電池温度Ｔｂ＿ｔ０を取得する（Ｓ４４）。この電池温度Ｔｂ＿ｔ０は、メイン電池２０に設けられた温度センサ２４で検知された温度である。

次に、現時点（時刻ｔ０）から一定時間ｔｗ経過した後の時刻ｔ１における電池温度の推定値Ｔｂ＿ｅｓを、現時点での電池温度Ｔｂ＿ｔ０と現時点での推定環境温度αとに基づいて算出する（Ｓ４６）。すなわち、例えば、コントローラ２６のメモリ２８に、推定温度Ｔｂ＿ｅｓと、電池温度Ｔｂ＿ｔ０および現時点での推定環境温度αと、の対応関係を示すマップを記憶しておき、当該マップを用いて推定温度Ｔｂ＿ｅｓを取得してもよい。また、別の方法として、例えば、コントローラ２６のメモリ２８に、推定温度Ｔｂ＿ｅｓと、電池温度Ｔｂ＿ｔ０および現時点での推定環境温度αと、の対応関係を示す演算式を記憶しておき、当該演算式に現在のＴｂ＿ｔ０，αをあてはめて、推定温度Ｔｂ＿ｅｓを算出してもよい。演算式としては、例えば、式２を用いることができる。なお、式２においてＤは、規定の定数である。

時刻ｔ１における電池温度Ｔｂの推定値Ｔｂ＿ｅｓが得られれば、コントローラ２６は、時刻ｔ１になるまで待機する（Ｓ４８）。そして、時刻ｔ１において、温度センサ２４で検知された電池温度Ｔｂ＿ｔ１を取得する（Ｓ５０）。電池温度Ｔｂ＿ｔ１が得られれば、続いて、この電池温度Ｔｂ＿ｔ１と推定温度Ｔｂ＿ｅｓとのズレ量を算出し、えられたズレ量に応じて環境温度αを変更する。すなわち、コントローラ２６は、電池温度Ｔｂ＿ｔ１から推定温度Ｔｂ＿ｅｓを減じたΔＴ＝Ｔｂ＿ｔ１−Ｔｂ＿ｅｓを算出し、この差分値ΔＴが、規定の閾値ΔＳＴ以上か否かを確認する（Ｓ５２）。ΔＴ≧ΔＳＴの場合には、現時点での推定環境温度αは、実際の環境温度αよりも低いと考えられるため、現在の推定環境温度αに規定の一定値Δαを加算した値を新たな推定環境温度αとする（Ｓ５４）。一方、ΔＴ＜ΔＳＴの場合には、続いて、差分値ΔＴが、規定の閾値−ΔＳＴ以下か否かを確認する（Ｓ５６）。ΔＴ≦−ΔＳＴの場合には、現時点での推定環境温度αは、実際の環境温度αよりも高いと考えられるため、現在の推定環境温度αから規定の一定値Δαを減算した値を新たな推定環境温度αとする（Ｓ５８）。ΔＴ＞−ΔＳＴであれば、現時点での推定環境温度αと、実際の環境温度αとの間の大きな差はないと考えられるため、現時点での推定環境温度αをそのまま使用する。以降、同様の処理を繰り返すことで、推定環境温度αを学習していく。

具体例を挙げて説明すると、例えば、閾値ΔＳＴ＝１℃のときに、Ｔｂ＿ｔ１＝５℃、Ｔｂ＿ｅｓ＝２℃、ΔＴ＝３℃の場合を考える。この場合、実際の電池温度Ｔｂ＿ｔ１が、推定温度Ｔｂ＿ｅｓよりも高くなった原因は、実際の環境温度が、推定環境温度αよりも高いためと考えられる。したがって、この場合には、推定環境温度αを、実際の環境温度に近づけるために、上げることが望ましい。したがって、Ｔｂ＿ｔ１＝５℃、Ｔｂ＿ｅｓ＝２℃、ΔＴ＝３℃の場合には、ステップＳ５２で、Ｙｅｓとなり、ステップＳ５４に進み、推定環境温度αを上げることになる。次に、Ｔｂ＿ｔ１＝０℃、Ｔｂ＿ｅｓ＝２℃、ΔＴ＝−２℃の場合を考える。この場合、実際の電池温度Ｔｂ＿ｔ１が、推定温度Ｔｂ＿ｅｓよりも低くなった原因は、実際の環境温度が、推定環境温度αよりも低いためと考えられる。したがって、この場合には、推定環境温度αを、実際の環境温度に近づけるために、下げることが望ましい。したがって、Ｔｂ＿ｔ１＝０℃、Ｔｂ＿ｅｓ＝２℃、ΔＴ＝−２℃の場合には、ステップＳ５６で、Ｙｅｓとなり、ステップＳ５８に進み、推定環境温度αを下げることになる。次に、Ｔｂ＿ｔ１＝２．５℃、Ｔｂ＿ｅｓ＝２℃、ΔＴ＝０．５℃の場合を考える。この場合、実際の電池温度Ｔｂ＿ｔ１と推定温度Ｔｂ＿ｅｓとの偏差は、許容値ΔＳＴ＝１℃より小さい。この場合、推定環境温度αは、実際の環境温度との偏差も小さいと考えられるため、この場合、推定環境温度αは、変更せずに、現在の値を維持することが望ましい。したがって、この場合は、ステップＳ５２でＮｏ，ステップＳ５６でＮｏとなり、推定環境温度αの変更は行われない。このように、電池温度Ｔｂに基づいて環境温度αを推定することで、環境温度αを検知するために専用の温度センサ２４を設ける必要がなく、コストを低減できる。

なお、これまで説明した構成は、いずれも一例であり、ヒータ３２をオンまたはオフする際の基準となる閾値を、環境温度αの低下に応じて低減変更するのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてよい。例えば、本実施形態では、オン温度Ｔｏｎおよびオフ温度Ｔｏｆｆを、環境温度αに応じて二段階に変更しているが、より多段階に変更してもよい。また、オン温度Ｔｏｎおよびオフ温度Ｔｏｆｆを、段階的に変更するのではなく、環境温度αに応じて連続的に変更してもよい。例えば、オン温度Ｔｏｎおよびオフ温度Ｔｏｆｆを、環境温度αを変数とする演算式で算出するようにしてもよい。

また、本実施形態では、オン温度Ｔｏｎおよびオフ温度Ｔｏｆｆの差分値、すなわち、ヒステリシスを一定にしているが、このヒステリシスも環境温度αに応じて変更してもよい。また、オン温度Ｔｏｎおよびオフ温度Ｔｏｆｆの両方ではなく、いずれか一方のみを変更するようにしてもよい。例えば、環境温度αが下がれば、オン温度Ｔｏｎのみを下げるようにしてもよい。

また、本実施形態では、ヒータ３２の駆動制御にオン温度Ｔｏｎおよびオフ温度Ｔｏｆｆの両方を用いているが、いずれか一方のみを用いてもよい。例えば、オン温度Ｔｏｎを下回ればヒータ３２をオンし、その後、一定時間が経過すれば、ヒータ３２をオフするような制御としてもよい。この場合、オン温度Ｔｏｎのみを、環境温度αに応じて変更すればよい。

また、環境温度αの推定方法も、図７に示した形態に限らず、適宜、変更されてもよい。例えば、本実施形態では、推定温度Ｔｂ＿ｅｓと実際の電池温度Ｔｂ＿ｔ１との誤差ΔＴが一定以上なら、環境温度αに一定の値Δαを加算または減算しているが、この加算または減算する値は、誤差ΔＴの大きさに応じて変化させてもよい。また、環境温度αの具体的な数値を推定するのではなく、現在の環境温度αが、環境温度下限値α_ｍｉｎ以上か否かだけを推定するようにしてもよい。例えば、現在の環境温度αを、環境温度下限値α_ｍｉｎと仮定して、一定時間経過後の電池温度Ｔｂ＿ｅｓを推定し、一定時間経過後に実際に検知された電池温度Ｔｂ＿ｔ１が推定温度Ｔｂ＿ｅｓより低ければ、環境温度αは、環境温度下限値α_ｍｉｎより低いと判断し、検知された電池温度Ｔｂ＿ｔ１が推定温度Ｔｂ＿ｅｓ以上であれ、環境温度αは、環境温度下限値α_ｍｉｎ以上と判断するようにしてもよい。そして、この判断結果に応じて、第一オン・オフ温度または第二オン・オフ温度のいずれを採用するかを判定してもよい。また、本実施形態では、昇温装置をハイブリッド車両に組み込んでいるが、昇温装置は、ハイブリッド車両に限らず、電池（燃料電池を含む）を搭載した車両であれば、他の車両、例えば、電気自動車や燃料電池自動車等に組み込まれてもよい。

１０ ハイブリッド駆動システム、１２ エンジン、１４ 動力分割機構、１６ 駆動輪、１８ インバータ、２０ メイン電池、２２ 電圧センサ、２３ 電流センサ、２４ 温度センサ、２６ コントローラ、２８ メモリ、３０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、３２ ヒータ、３４ 補機バッテリ、３６ 補機、３８ 充電器、４０，１０２ コネクタ、４２，４４ リレー、４６ スイッチ、１００ 外部電源、ＭＧ１，ＭＧ２ 回転電機。

ここで、電動車両は、停止後、充電のために、車載電池と外部電源とを接続するプラグイン接続状態にすることがある。このとき、環境温度が低いと、時間経過とともに電池温度も低くなり、外部電源からの充電が適切行えないという問題があった。そこで、一部では、プラグイン接続状態においては、車載電池の温度が基準値以上となるように、車載電池をヒータで昇温することが提案されている。また、一部では、環境温度を考慮して電池の昇温時間を計算することも提案されている。例えば、特許文献１では、現時点での電池温度と環境温度から電池温度の温度推移を予測し、電池の昇温時間や消費電力量を予測することが開示されている。かかる技術によれば、より効率的に、電池の充電等を行うことができる。

ところで、世界には、外気温が非常に低い地域もある。例えば、フェアバンクス等では、平均最低気温が−２０℃を下回る月もある。かかる極寒地域においても、他の地域と同様に車載電池の昇温動作を行った場合、昇温用のヒータの稼働時間が大幅に増加してしまい、電力消費量の増加、ヒータ関連電気部品の寿命低下という問題を招くおそれがある。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態であるハイブリッド駆動システム１０の概略構成を示す図である。このハイブリッド駆動システム１０は、動力源として、二つの回転電機ＭＧ１，ＭＧ２と一つのエンジン１２が設けられている。ハイブリッド駆動システム１０には、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２に電力を供給、あるいは、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２で発電された電力を蓄電するメイン電池２０が設けられている。メイン電池２０は、直列に接続された複数の単電池を有する。単電池としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることもできる。メイン電池２０には、並列に接続された複数の単電池が含まれてもよい。

一方、外部充電の終了時刻またはプレ空調の開始時刻（設定時刻ｔｃ）が設定されていない場合には、プラグイン状態になった後、一定期間（例えば７２時間等）経過するまで、メイン電池２０の温度を設定された電池温度下限値Ｔｂ_ｍｉｎ以上になるようにヒータ３２を駆動する。

次に、昇温動作について説明する。昇温動作時、コントローラ２６は、電池温度Ｔｂに応じて、ヒータ３２のスイッチ４６をオンまたはオフする。より具体的に説明すると、コントローラ２６のメモリ２８には、オン温度Ｔｏｎとオン温度Ｔｏｎより高いオフ温度Ｔｏｆｆが記憶されている。コントローラ２６は、温度センサ２４で検知された電池温度Ｔｂが、オン温度Ｔｏｎを下回れば、ヒータ３２をオンし、電池温度Ｔｂが、オフ温度Ｔｏｆｆを上回れば、ヒータ３２をオフする。このとき、オン温度Ｔｏｎを、電池温度下限値Ｔｂ_ｍｉｎと同じにすれば、メイン電池２０の温度を、電池温度下限値Ｔｂ_ｍｉｎ（オン温度Ｔｏｎ）以上に保つことができる。オフ温度Ｔｏｆｆは、オン温度Ｔｏｎにある程度のヒステリシスを持たせた値である。このヒステリシス（オン温度Ｔｏｎとオフ温度Ｔｏｆｆとの差分値）は、ヒータ３２のスイッチ４６等のチャタリングを防止でき、かつ、ヒータ３２の可動時間を過度に長くしない値であれば、特に限定されない。すなわち、ヒステリシスが過度に小さいと、短時間の間に、ヒータ３２のオン・オフの切り替えが繰り返されることになり、スイッチ４６やリレー４２の劣化を招く。また、ヒステリシスが過度に大きいと、ヒータ３２がオンした後、オフするまでの時間が長くなり、ひいては、ヒータ３２の動作時間が長くなり、ヒータ３２の劣化を招く。こうした問題を考慮し、本実施形態では、このヒステリシスの値を、６℃としている。

Claims (6)

1. 車両に搭載された電池の温度を取得する電池温度取得部と、
   環境温度を取得する環境温度取得部と、
   前記電池を昇温するヒータと、
   前記電池温度取得部により取得された電池温度と所定の閾値との比較結果に基づいて、前記ヒータをオンまたはオフする制御部と、
   を備え、前記制御部は、前記環境温度取得部で取得された環境温度の低下に応じて、前記閾値を低減変更する、
   ことを特徴とする車載電池の昇温装置。
2. 請求項１に記載の車載電池の昇温装置であって、
   前記制御部は、前記環境温度取得部により取得された環境温度が予め規定された基準環境温度以上の場合には、前記閾値を予め規定された標準値に設定し、前記環境温度取得部により取得された環境温度が前記基準環境温度未満の場合には、前記閾値を、前記標準値より小さい値に設定する、ことを特徴とする車載電池の昇温装置。
3. 請求項１または２に記載の車載電池の昇温装置であって、
   前記電池温度取得部は、前記車載電池周辺に設置された温度センサを含み、
   前記環境温度取得部は、前記温度センサで検知された電池温度に基づいて、前記環境温度を推定する、ことを特徴とする車載電池の昇温装置。
4. 請求項３に記載の車載電池の昇温装置であって、
   前記環境温度取得部は、現時点での推定環境温度と、現時点での温度センサにより検知された電池温度と、に基づいて所定時間経過後の電池温度を推定し、前記所定時間経過後において前記温度センサで検知された電池温度と前記推定された電池温度との誤差に応じて、前記推定環境温度を補正する、ことを特徴とする車載電池の昇温装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の車載電池の昇温装置であって、
   前記制御部は、前記車載電池が外部電源と電気的に接続されたプラグイン状態の場合に、前記車載電池の昇温動作を実行させる、ことを特徴とする車載電池の昇温装置。
6. 車両に搭載された電池の温度を取得し、得られた電池温度と所定の閾値との比較結果に基づいて、前記電池を昇温するヒータをオンまたはオフする車載電池の昇温方法であって、
   前記車両の環境温度を取得し、得られた環境温度の低下に応じて前記閾値を低減変更する、
   ことを特徴とする車載電池の昇温方法。