JP2016167420A - 車載二次電池の温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駐車中における二次電池の内部温度を精度よく推定し、車両の始動時における二次電池の温度制御を適切に実行可能な、車載二次電池の温度制御装置を提供する。【解決手段】温度制御装置は、駆動用モータ及び二次電池が搭載された車両の始動を予測する車両始動予測部と、前記車両の駐車中に前記二次電池が受ける被熱に関連する情報に基づき、前記二次電池の被熱量を演算する被熱量演算部と、前記車両の始動が予測されたときに、前記被熱量、及び、前記二次電池の熱抵抗に基づき、前記二次電池の昇温制御又は冷却制御の実行の要否を判定する判定部と、前記判定部による判定結果にしたがい、前記二次電池の昇温制御又は冷却制御を実行する温度調整制御部と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、車載二次電池の温度制御装置に関する。

従来、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＥＶ）には、車両の駆動力を出力する駆動用モータと、当該駆動用モータに電力を供給する二次電池とが備えられる。二次電池は、電池温度が高くなるほど、また、低くなるほど劣化しやすいという特性を有する。例えば、夏季における駐車時等、二次電池の温度が高温の状態で車両の走行が開始され、二次電池の電力が消費されると、二次電池へのダメージが大きく、二次電池の使用期限（ＥＯＬ：Ｅｎｄ Ｏｆ Ｌｉｆｅ）時の性能が、想定よりも大幅に低下する。また、冬季における駐車時等、二次電池の温度が低温の状態で車両の走行が開始されると、やはり二次電池へのダメージが大きく、二次電池が劣化する。

特許文献１には、駐車時の外気温と車室温の実測値から将来の車室温を予測し、予測した車室温と電池の表面熱伝導率から電池温度を予測し、この予測に基づいて電池の充電計画を作成して、電池を冷却又は昇温する装置が開示されている。特許文献１に開示された装置によれば、電池温度が著しく高い場合や低い場合に充電が行われることによる電池の劣化を抑制し得る。

また、特許文献２には、車両の発進が予測される時刻を推定し、当該推定時刻において、インバータ及びバッテリの温度が目標温度範囲となるように温度調整を指示する制御装置が開示されている。特許文献２に開示された制御装置によれば、ドライバの発進指示前に、あらかじめインバータ及びバッテリの温度調整が開始され、バッテリを適正温度で使用し得る。

特開２０１２−０７５２８２号公報 特開２０１２−０８０６３０号公報

ここで、駐車中に二次電池が受ける被熱は、車両の走行中における被熱ほど変化が激しいものではない。ただし、車両の一生においては走行時間よりも駐車時間の方がはるかに長く、駐車中における被熱の影響は小さいものではない。したがって、駐車中の二次電池への被熱の影響を緩和することは、二次電池のＥＯＬ時までの性能の向上に有効であると考えられる。

また、二次電池において、表面と、内部とでは、外部からの熱の伝わり方が異なるため、駐車中の二次電池の表面の温度と内部の温度とは異なる場合がある。具体的に、車両の走行中においては、二次電池の自己発熱によって、二次電池の表面の温度と内部の温度との差が比較的小さい。一方、駐車中においては、二次電池の表面は外部からの熱の影響を受けやすい一方、二次電池の内部あるいは中心部は外部からの熱の影響を受けにくいため、二次電池の表面の温度と内部の温度とに差が生じやすい。

駐車中における二次電池への被熱による二次電池の劣化を抑制するためには、二次電池の内部の温度を考慮することが望ましい。しかしながら、特許文献１や２に記載の装置では、二次電池の内部の温度を精度よく推定し、二次電池の温度制御を実施することは困難である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、駐車中における二次電池の内部温度を精度よく推定し、車両の始動時における二次電池の温度制御を適切に実行可能な、車載二次電池の温度制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、駆動用モータ及び二次電池が搭載された車両の始動を予測する車両始動予測部と、前記車両の駐車中に前記二次電池が受ける被熱に関連する情報に基づき、前記二次電池の被熱量を演算する被熱量演算部と、前記車両の始動が予測されたときに、前記被熱量、及び、前記二次電池の熱抵抗に基づき、前記二次電池の昇温制御又は冷却制御の実行の要否を判定する判定部と、前記判定部による判定結果にしたがい、前記二次電池の昇温制御又は冷却制御を実行する温度調整制御部と、を備える、車載二次電池の温度制御装置が提供される。

前記判定部は、前記二次電池の充電率が所定の閾値未満のときに、前記二次電池の昇温制御又は冷却制御を不要と判定してもよい。

前記被熱量演算部は、外気温と所定の電池管理温度との差分に基づき前記被熱量を演算してもよい。

前記被熱量演算部は、前記車両の駐車開始時に電池温度センサにより検出される電池温度と前記電池管理温度との差分の値を積算の開始値とし、前記外気温と前記電池管理温度との差分の値を積算してもよい。

前記判定部は、さらに、前記外気温を取得する周期に応じて設定されるサンプリング周期係数に基づいて前記判定を行ってもよい。

前記判定部は、前記被熱量、及び、前記二次電池の熱抵抗に基づき、前記二次電池の内部温度を推定し、前記内部温度を所定の閾値と比較することによって前記判定を行ってもよい。

前記温度調整制御部は、電池温度センサにより検出される電池温度が前記電池管理温度となったときに前記二次電池の昇温制御又は冷却制御を終了してもよい。

前記被熱量演算部は、電池温度センサにより検出される電池温度と所定の電池管理温度との差分に基づき前記被熱量を演算してもよい。

前記被熱量演算部は、前記車両に備えられた太陽電池の発電量、又は、前記車両のルーフ又はボンネットの表面を撮像装置によりモニタして得られる反射露光量に基づき、前記被熱量を演算してもよい。

本発明によれば、駐車中における二次電池の内部温度を精度よく推定し、車両の始動時における二次電池の温度制御を適切に実行できるようになる。

本発明の第１の実施の形態にかかる車両システムの概略構成を示す模式図である。 同実施形態にかかるバッテリ制御装置の構成例を示すブロック図である。 二次電池の内部温度の求め方を説明するために示す図である。 外気温、二次電池の表面温度、内部温度、及び被熱量の変化を示す説明図である。 始動前処理の例を示すフローチャートである。 被熱量演算処理の例を示すフローチャートである。 始動時処理を示すフローチャートである。 変形例１にかかる車両システムの概略構成を示す模式図である。 変形例２にかかる車両システムの概略構成を示す模式図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜＜１．第１の実施の形態＞＞
＜１−１．車両システムの全体構成＞
まず、本発明の一実施形態にかかる車両システムの全体構成の一例について説明する。図１は、本実施形態にかかる車両システム５００の構成を示す模式図である。かかる車両システム５００は、エンジン１０及び駆動用モータ３０ｂにより車両の駆動軸７０に付与する駆動力を発生させるハイブリッド車両に適用されるシステムであり、駆動系及び電子制御系により構成されている。ただし、車両は、駆動力を発生させる手段として駆動用モータのみを備えた電気自動車であってもよい。

＜１−１−１．駆動系の構成＞
駆動系は、主として、二次電池１１０を含むバッテリユニット１００、インバータ２０、モータジェネレータ３０、エンジン１０、プラネタリギヤ６０、及びデファレンシャルギヤ５０を備えている。

（モータジェネレータ）
モータジェネレータ３０は、エンジン１０の駆動力を用いて発電を行うジェネレータ３０ａと、デファレンシャルギヤ５０を介して駆動軸７０に対して駆動力を付与する駆動用モータ３０ｂとが一体となったユニットとして構成されている。ジェネレータ３０ａ及び駆動用モータ３０ｂは、直流電力を交流電力に変換するインバータ２０を介して二次電池１１０に接続されている。

ジェネレータ３０ａは、エンジン１０の駆動力を利用して発電する。発電された電力は、インバータ２０を介して駆動用モータ３０ｂに対して供給されるとともに、二次電池１１０に充電される。また、ジェネレータ３０ａは、エンジン１０の始動時においては、二次電池１１０から供給される電力を利用して、スタータとしても機能する。

駆動用モータ３０ｂは、インバータ２０から供給される電流により発生する電磁力と、駆動用モータ３０ｂ内に設けられたマグネットの磁力とによって、駆動軸７０に付与する駆動力を発生させる。また、駆動用モータ３０ｂは、減速エネルギを電力に変換して二次電池１１０に充電する回生機能も有している。

ジェネレータ３０ａ及び駆動用モータ３０ｂは、いずれも三相交流式のモータとして構成されている。かかるモータは、ステータコイルの三相巻線に三相交流電流を供給することによってモータ内に回転磁界が発生し、ロータに設けられた永久磁石が回転磁界に引かれてトルクが発生する。このとき発生するトルクは、モータに供給される電流の大きさに比例する。また、モータに供給される交流電流の周波数は、モータの出力トルク及び回転数に応じて設定される。

（バッテリユニット）
バッテリユニット１００は、二次電池１１０を備える。二次電池１１０は、例えば、充放電可能な蓄電池等の二次電池により構成される。本実施形態にかかる車両システム５００では、入出力電圧が２００Ｖの二次電池１１０が用いられている。

バッテリユニット１００には、二次電池１１０の充電率ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を検出可能な回路構成が備えられている。充電率ＳＯＣは、二次電池１１０の充電容量に対する現在の充電残量の比率であり、例えば、二次電池１１０を流れる電流や二次電池１１０の出力電圧等に基づいて検出される。バッテリユニット１００は、二次電池１１０の温度（以下、「電池温度」ともいう。）Ｔｂを検出するための電池温度センサ（図示せず。）を備える。電池温度センサは、二次電池１１０の表面の温度を検出可能な位置に設けられている。充電率ＳＯＣや電池温度Ｔｂは、バッテリ制御装置２００に対して送信される。

また、バッテリユニット１００は、二次電池１１０を昇温するための加熱装置や、二次電池１１０を冷却するための冷却装置を備える。加熱装置は、例えば、ＰＴＣヒータ等の電熱線ヒータにより構成される。冷却装置は、例えば、エバポレータにより構成される。加熱装置及び冷却装置の構成は、かかる例に限定されるものではなく、他の構成であってもよい。これらの加熱装置及び冷却装置は、バッテリ制御装置２００によって制御される。また、バッテリユニット１００は、内部の空気を循環させるためのファンを備えていてもよい。

（インバータ）
インバータ２０は、二次電池１１０の電圧をジェネレータ３０ａ及び駆動用モータ３０ｂにそれぞれ印加することで、ジェネレータ３０ａ及び駆動用モータ３０ｂのモータ巻き線に電流を供給する。本実施形態にかかるインバータ２０は、昇圧コンバータ付のインバータとして構成され、昇圧コンバータによって昇圧された高圧の直流電流を交流電流に変換してモータジェネレータ３０に供給する。モータジェネレータ３０に供給する交流電流の大きさや、交流電流の周波数は、モータジェネレータ制御装置（以下、「Ｍ／Ｇ制御装置」ともいう。）１６０によって制御される。モータジェネレータ３０は、モータ巻き線に電流を流すことでモータトルクを発生させているため、印加する電圧を大きくすることでより大きな電流を流すことが可能となる。

（エンジン）
エンジン１０は、駆動軸７０に付与する駆動力を発生するとともに、ジェネレータ３０ａによる発電のための駆動力を発生する。エンジン１０は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジンとすることができるが、これに限られない。プラネタリギヤ６０は、エンジン１０で発生した駆動力を、駆動輪４０とジェネレータ３０ａとに伝達する。プラネタリギヤ６０のリングギヤには、デファレンシャルギヤ５０を介して駆動輪４０に連結された駆動軸７０が接続され、サンギヤにはジェネレータ３０ａのロータが接続されている。

なお、車両が電気自動車の場合には、エンジン１０等は備えられない。

＜１−１−２．電子制御系の構成＞
電子制御系は、主として、ハイブリッド制御装置（以下、「ＨＥＶ制御装置」ともいう。）１５０、Ｍ／Ｇ制御装置１６０、エンジン制御装置１８０、及びバッテリ制御装置２００を備えている。なお、本実施形態では、電子制御系が、複数の制御装置から構成されているが、このうちの二つあるいはそれ以上の制御装置が一つの制御装置として構成されていてもよい。また、これらの制御装置の一部又は全部が、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信バスを介して互いに接続されていてもよい。

上記の各制御装置は、それぞれ公知のマイクロコンピュータを備えて構成される制御ユニットである。このうち、ＨＥＶ制御装置１５０は、ドライバによるアクセルペダルの操作量等に基づいて、エンジン１０又はモータジェネレータ３０それぞれの要求負荷を演算する。また、車両が追従制御（ＡＣＣ：Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｒｕｉｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を実行可能な車両の場合、ＨＥＶ制御装置１５０は、追従制御の実行時においては、自車両と先行車両との車間距離を目標車間距離とするために必要な、エンジン１０及びモータジェネレータ３０それぞれの要求負荷を演算する。

ＨＥＶ制御装置１５０は、自車両の車速を、ドライバ等により設定される目標車速とするために必要な、エンジン１０及びモータジェネレータ３０それぞれの要求負荷を演算してもよい。ＨＥＶ制御装置１５０は、Ｍ／Ｇ制御装置１６０及びエンジン制御装置１８０それぞれに対して、算出された要求負荷の情報を送信する。Ｍ／Ｇ制御装置１６０及びエンジン制御装置１８０は、それぞれ受信した要求負荷に基づいてエンジン１０及びインバータ２０を制御する。その際に、二次電池１１０の残存容量（充電状態）ＳＯＣが考慮されてもよい。

なお、車両が電気自動車の場合には、ハイブリッド制御装置１５０及びエンジン制御装置１８０が省略されていてもよい。

＜１−１−２−１．バッテリ制御装置＞
バッテリ制御装置２００は、バッテリユニット１００の制御を行う。本実施形態において、バッテリ制御装置２００は、二次電池１１０の温度制御を実行可能に構成される。本実施形態にかかる車両システム５００では、バッテリ制御装置２００が二次電池１１０の温度制御装置に相当する。

バッテリ制御装置２００は、基本的に、車両の始動後においては、二次電池１１０の表面温度である電池温度Ｔｂが、あらかじめ設定された目標温度（以下、「電池管理温度」ともいう。）Ｔｂ＿ｔｇｔで維持されるように、加熱装置及び冷却装置を制御する。電池管理温度Ｔｂ＿ｔｇｔは、例えば２５℃とすることができる。一方、バッテリ制御装置２００は、車両の始動前において、車両の始動が予測されたときに、二次電池１１０の内部温度Ｔｃに基づいて、二次電池１１０を昇温又は冷却する制御を実行する。

図２は、バッテリ制御装置２００の構成のうち、二次電池１１０の温度制御に関連する部分を機能的なブロックで示している。かかるバッテリ制御装置２００は、被熱量演算部２１０と、車両始動予測部２３０と、判定部２５０と、温度調整制御部２７０とを備えている。また、バッテリ制御装置２００には、外気温Ｔａに関連する情報や、車両のドアロックのオン又はオフに関連する情報、電池温度Ｔｂに関する情報、二次電池１１０の充電率ＳＯＣに関する情報が入力される。かかるバッテリ制御装置２００は、図示しない記憶素子を備え、実行されるプログラムや演算結果等が記憶素子に記憶される。

本実施形態にかかるバッテリ制御装置２００は、車両のキースイッチがオフの間にも起動し続ける部分と、車両のキースイッチがオンの間のみ起動する部分とを含む。例えば、被熱量演算部２１０及び車両始動予測部２３０は、車両の駐車中の処理を担うため、車両のキースイッチがオフの間にも起動し続けるように構成される。図１及び図２においては、被熱量演算部２１０及び車両始動予測部２３０が、判定部２５０及び温度調整制御部２７０と一体となって、一つのバッテリ制御装置２００として示されている。ただし、車両のキースイッチがオフの間にも起動し続けるキーレスエントリ制御装置やイモビライザ制御装置等に、被熱量演算部２１０及び車両始動予測部２３０の機能を持たせてもよい。

（被熱量演算部）
被熱量演算部２１０は、駐車中に二次電池１１０が受ける被熱に関連する情報に基づいて、二次電池１１０の被熱量Ｑを演算する。本実施形態では、上記被熱に関連する情報として外気温Ｔａが用いられる。被熱量演算部２１０は、所定の周期で読み込まれる外気温Ｔａと、あらかじめ設定された目標温度Ｔ＿ｔｇｔとの差分ΔＴを積算する。すなわち、被熱量演算部２１０は、駐車中に、二次電池１１０が外部から受ける被熱量Ｑとして、差分ΔＴの積算値σΔＴを算出する。ここでは、目標温度Ｔ＿ｔｇｔとして、電池管理温度Ｔｂ＿ｔｇｔの値が用いられている。

二次電池１１０が外部から受ける被熱は、熱の伝わり方が緩やかであり、二次電池１１０の中心部までじわじわと伝わり、また、中心部からじわじわと放熱される。そのため、二次電池１１０の中心部まで熱が伝わっているかを判断可能にするために、被熱量演算部２１０は、外気温Ｔａと電池管理温度Ｔｂ＿ｔｇｔとの差分ΔＴを積算している。また、外気温Ｔａから電池管理温度Ｔｂ＿ｔｇｔを引いた差分ΔＴを積算することにより、目標温度Ｔ＿ｔｇｔに対してプラスとなり得る熱、あるいは、マイナスとなり得る熱を加減算することができる。

ここで、車両の運転直後においては、二次電池１１０の自己発熱により電池温度Ｔｂが上昇していることから、二次電池１１０の表面及び内部の温度は近似すると考えられる。したがって、被熱量演算部２１０は、車両のキースイッチがオフにされたときに電池温度センサによって検出される電池温度Ｔｂを読み込み、当該電池温度Ｔｂから電池管理温度Ｔｂ＿ｔｇｔを引いた値ΔＴ_Sを積算開始値とする。

その後、被熱量演算部２１０は、所定の周期で外気温Ｔａを読み込み、外気温Ｔａから電池管理温度Ｔｂ＿ｔｇｔを引いた値ΔＴ_nを積算する。すなわち、本実施形態では、被熱量演算部２１０により算出される被熱量Ｑを表す積算値は下記式（１）で表すことができる。

例えば、電池管理温度Ｔｂ＿ｔｇｔが２５℃に設定されている場合、車両が駐車されて、キースイッチがオフにされたときに読み込まれた電池温度Ｔｂが８０℃であったとすると、積算開始値は、８０℃から２５℃を引いた値である５５となる。また、その後に読み込まれる外気温Ｔａが３０℃，３０℃，２８℃・・・と続くとすると、外気温Ｔａと電池管理温度Ｔｂ＿ｔｇｔとの差分ΔＴは５，５，３・・・となり、被熱量Ｑは６０，６５，６８・・・と推移する。

なお、被熱量Ｑの算出に用いる被熱に関連する情報は、外気温Ｔａに限られない。例えば、被熱量演算部２１０は、電池温度センサの検出値Ｔｂを用いて、目標温度Ｔ＿ｔｇｔとの差分ΔＴを求めて、これを積算してもよい。また、目標温度Ｔ＿ｔｇｔは、電池管理温度Ｔｂ＿ｔｇｔと異なる値に設定されてもよい。

（車両始動予測部）
車両始動予測部２３０は、駐車中の車両が始動されることをあらかじめ予測する。例えば、車両始動予測部２３０は、車両のドアロックがオフからオンにされた場合に、車両が始動されると予測する。あるいは、車両が、キーレスエントリーシステムを搭載している場合には、車両がいわゆる「スマートキー」を検出した場合に、車両が始動されると予測する。このとき、降車時にドアロックが解除されることと区別するために、運転席の座面に設けられた荷重センサがドライバを検出していない場合に、ドアロックのオープンの検出や「スマートキー」の検出を行うことが好ましい。

車両始動予測部２３０は、ドアロックや、スマートキーの検出情報を、例えば、キーレスエントリ制御装置やイモビライザ制御装置等の、車両のキーシステムを管理する制御装置から取得してもよい。車両の始動を予測する方法は、上記の例以外にも種々考えられる。例えば、車両始動予測部２３０は、運転席の座面内に備えられ、シートベルト着用の警告表示に用いられる荷重センサによって、ドライバの乗車が検出されたときに、車両が始動されることを予測してもよい。また、ドアノブの操作が検出されたときや、車室内をモニタする撮像カメラ等によってドライバの乗車が検出されたときに、車両が始動されることを予測してもよい。

（判定部）
判定部２５０は、車両の始動が予測されたときに、被熱量演算部２１０で算出された被熱量Ｑ、及び、二次電池１１０の熱抵抗Ｒに基づいて、二次電池１１０の昇温制御又は冷却制御の実行の要否を判定する。本実施形態において、判定部２５０は、被熱量Ｑ及び熱抵抗Ｒに基づいて、二次電池１１０の内部温度Ｔｃを推定し、当該内部温度Ｔｃを閾値と比較することによって、昇温制御又は冷却制御の実行の要否を判定する。本実施形態では、判定部２５０は、車両が始動されると予測されたときに、被熱量演算部２１０で算出されている被熱量Ｑを読込み、以下のようにして、二次電池１１０の内部温度Ｔｃを推定する。

車載の二次電池１１０は、二次電池１１０の保護及び蓄電率の向上の観点から、二次電池１１０の表面から中心部までの間に、ビニール等からなる二次電池１１０の表皮、金属等からなる二次電池１１０の筐体、二次電池１１０の内部の材料が幾重にも介在する。そのため、二次電池１１０の表面から内部にかけての熱抵抗が高くなっている。かかる理由により、二次電池１１０の表面が受ける熱量と、内部が受ける熱量とは異なる。判定部２５０は、二次電池１１０が受けた被熱量Ｑを熱抵抗Ｒで割ることによって、二次電池１１０の内部温度Ｔｃを推定する。

図３は、二次電池１１０の内部温度Ｔｃの推定方法について示す説明図である。図示されている二次電池１１０は模式的に示されたものであり、実際の二次電池１１０の形状とは必ずしも一致していない。かかる図３において、被熱量Ｑは、二次電池１１０の表面における外気温Ｔａと電池管理温度Ｔｂ＿ｔｇｔとの差分ΔＴの積算値を示している。また、表面と内部との間の熱抵抗Ｒは、二次電池１１０の表皮の熱抵抗Ｒ１、筐体の熱抵抗Ｒ２及び内部の材料の熱抵抗Ｒ３の和となる。それぞれの熱抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、それぞれの部位の幅（距離）Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３をそれぞれの部位の熱伝導率Ａ１，Ａ２，Ａ３で割った値で近似することができる。

この熱抵抗Ｒは、二次電池１１０の表面から内部への熱の伝わりにくさであり、被熱量Ｑを熱抵抗Ｒで割ることによって、二次電池１１０の内部温度Ｔｃが得られる。熱抵抗Ｒ（＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋・・・＋Ｒｎ）は、使用される二次電池１１０ごとに、あらかじめ求めることができる。かかる熱抵抗Ｒの値は、あらかじめバッテリ制御装置２００に記憶される。したがって、駐車中における二次電池１１０が受ける被熱量Ｑが求められれば、下記式（２）により、二次電池１１０の内部温度Ｔｃの推定が可能になる。

このとき、判定部２５０は、外気温Ｔａを読み込む周期に応じて設定されるサンプリング周期係数を用いて、内部温度Ｔｃを求めるようにしてもよい。外気温Ｔａを読み込む周期、すなわち、被熱量Ｑの積算を行う周期が長いほど、読み込み間隔が長く、推定される内部温度Ｔｃの精度が低下しやすい。したがって、外気温Ｔａの読み込み間隔が長いほど小さくなるサンプリング周期係数を任意に設定し、下記式（３）により、二次電池１１０の内部温度Ｔｃを推定してもよい。

判定部２５０は、算出した二次電池１１０の内部温度Ｔｃと、あらかじめ設定された第１の温度閾値Ｔｂ＿ｍａｘ及び第２の温度閾値Ｔｂ＿ｍｉｎとを比較し、二次電池１１０の昇温制御又は冷却制御の実行要否を判定する。第２の温度閾値Ｔｂ＿ｍｉｎは、第１の温度閾値Ｔｂ＿ｍａｘよりも小さい値である。内部温度Ｔｃが第１の温度閾値Ｔｂ＿ｍａｘを超える場合、判定部２５０は、二次電池１１０の冷却制御を実行すべきと判定する。また、内部温度Ｔｃが第２の温度閾値Ｔｂ＿ｍｉｎを下回る場合、判定部２５０は、二次電池１１０の昇温制御を実行すべきと判定する。

電池管理温度Ｔｂ＿ｔｇｔが例えば２５℃である場合、第１の温度閾値Ｔｂ＿ｍａｘは例えば３５℃に設定することができる。また、この場合、第２の温度閾値Ｔｂ＿ｍｉｎは例えば１５℃に設定することができる。ただし、第１の温度閾値Ｔｂ＿ｍａｘ及び第２の温度閾値Ｔｂ＿ｍｉｎは、任意の値に設定することができる。

判定部２５０は、二次電池１１０の内部温度Ｔｃを用いた判定を、二次電池１１０の充電率ＳＯＣが高い状態でのみ行うようにしてもよい。二次電池１１０の充電率ＳＯＣが低い場合には、二次電池１１０の内部温度Ｔｃが過度に高かったり、あるいは、低かったりしても、二次電池１１０の電力の使用による二次電池１１０の劣化が進みにくいことによる。したがって、判定部２５０は、始めに二次電池１１０の充電率ＳＯＣが高いか否かを判定し、充電率ＳＯＣが低い場合には、昇温制御又は冷却制御の実行が不要であると決定してもよい。充電率ＳＯＣが高い状態か否かは、例えば、充電率ＳＯＣが７０％以上か否かによって判定することができる。

なお、判定部２５０は、内部温度Ｔｃを算出せずに、被熱量演算部２１０で算出される被熱量Ｑをそのまま用いて、昇温制御又は冷却制御の実行の要否を判定してもよい。この場合、内部温度Ｔｃとの比較に用いた第１の温度閾値Ｔｂ＿ｍａｘ及び第２の温度閾値Ｔｂ＿ｍｉｎに熱抵抗Ｒをかけた値を第１の閾値Ｑ＿ｍａｘ及び第２の閾値Ｑ＿ｍｉｎとして、被熱量Ｑとの比較を行う。熱抵抗Ｒと併せて、サンプリング周期係数αをかけて、第１の閾値Ｑ＿ｍａｘ及び第２の閾値Ｑ＿ｍｉｎを求めてもよい。

図４は、駐車中における外気温Ｔａ、二次電池１１０の表面温度に相当する電池温度Ｔｂ、二次電池１１０の内部温度Ｔｃ、及び外気温Ｔａと電池管理温度Ｔｂ＿ｔｇｔとの差分ΔＴの積算値の推移を示している。図４に示すように、外気温Ｔａの変化に伴って、電池温度Ｔｂは小さい時間差で変化している。一方、二次電池１１０の内部温度Ｔｃは、外気温Ｔａの変化に遅れて変化し、その変動幅も、外気温Ｔａの変動幅に比べて小さくなっている。さらに、外気温Ｔａと電池管理温度Ｔｂ＿ｔｇｔとの差分ΔＴの積算値σΔＴである被熱量Ｑは、二次電池１１０の内部温度Ｔｃの変化に合わせて変動している。

図４には、昇温制御又は冷却制御の実行の要否を二次電池１１０の内部温度Ｔｃを用いて判定するための第１の温度閾値Ｔｂ＿ｍａｘ及び第２の温度閾値Ｔｂ＿ｍｉｎが示されている。車両の始動が予測されたときの二次電池１１０の内部温度Ｔｃが第１の温度閾値Ｔｂ＿ｍａｘを上回っている場合には、二次電池１１０を冷却するための冷却制御が必要となる。一方、車両の始動が予測されたときの二次電池１１０の内部温度Ｔｃが第２の温度閾値Ｔｂ＿ｍｉｎを下回っている場合には、二次電池１１０を加熱するための昇温制御が必要となる。

また、図４には、昇温制御又は冷却制御の実行の要否を被熱量Ｑを用いて判定するための第１の閾値Ｑ＿ｍａｘ及び第２の閾値Ｑ＿ｍｉｎが示されている。車両の始動が予測されたときの被熱量Ｑが第１の閾値Ｑ＿ｍａｘを上回っている場合には、二次電池１１０を冷却するための冷却制御が必要となる。一方、車両の始動が予測されたときの被熱量Ｑが第２の閾値Ｑ＿ｍｉｎを下回っている場合には、二次電池１１０を加熱するための昇温制御が必要となる。

（温度調整制御部）
温度調整制御部２７０は、判定部２５０において、昇温制御又は冷却制御が必要であると判定された場合に、バッテリユニット１００に備えられた加熱装置又は冷却装置を作動させ、それらの制御を実行する。温度調整制御部２７０は、加熱装置又は冷却装置を作動させたときには、例えば、電池温度センサによって検出される電池温度Ｔｂが電池管理温度Ｔｂ＿ｔｇｔになったときに、昇温制御又は冷却制御を終了してもよい。この場合、二次電池１１０の内部温度Ｔｃが電池管理温度Ｔｂ＿ｔｇｔになっていない可能性があるが、二次電池１１０の表面の過度な加熱又は冷却を防ぐために有効となる。昇温制御又は冷却制御の具体的な制御方法は特に限定されない。

なお、加熱装置を制御する代わりに、あるいは、加熱装置の制御と併せて、二次電池１１０の充放電を繰り返すことによる二次電池１１０の自己発熱によって、二次電池１１０を昇温させてもよい。

＜１−２．二次電池の温度制御方法＞
次に、本実施形態にかかるバッテリ制御装置２００による二次電池１１０の温度制御方法について説明する。図５〜図７は、本実施形態にかかる二次電池１１０の温度制御方法を示すフローチャートである。図５は、車両の始動前（駐車中）の処理を示すフローチャートであり、図６は、被熱量Ｑの演算処理を示すフローチャートである。また、図７は、車両の始動時の処理を示すフローチャートである。なお、以下に説明する二次電池１１０の温度制御方法は、二次電池１１０の内部温度Ｔｃを推定し、当該内部温度Ｔｃに基づいて二次電池１１０の昇温制御又は冷却制御を行う例である。

まず、図５のステップＳ１０において、被熱量演算部２１０は、被熱量Ｑの演算を実行する。被熱量Ｑの演算処理の具体例を、図６に基づいて説明する。図６に示す被熱量Ｑの演算処理の例では、まず、ステップＳ１１において、被熱量演算部２１０は、すでに積算値σΔＴが記憶されているか否かを判定する。車両のキースイッチがオフにされ、これから積算が開始される時点では、積算値σΔＴが存在しないためにＮｏ判定となる。積算値σΔＴが記憶されていない場合（Ｓ１１：Ｎｏ）、被熱量演算部２１０は、ステップＳ１５に進んで、積算開始値ΔＴ_sを算出する。

被熱量演算部２１０は、ステップＳ１５において、電池温度センサにより検出される電池温度Ｔｂを読み込んだ後、ステップＳ１６において、電池温度Ｔｂから電池管理温度Ｔｂ＿ｔｇｔを引いた差分ΔＴ_sを求め、積算開始値として記憶する。積算開始値が求められたところで、被熱量演算部２１０は、今回の周期における演算処理を終了する。

一方、２回目以降の周期では、積算値σΔＴが記憶されているため（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、被熱量演算部２１０は、ステップＳ１２に進み、外気温Ｔａを読み込んだ後、ステップＳ１３において、外気温Ｔａから電池管理温度Ｔｂ＿ｔｇｔを引いた差分ΔＴ_nを求める。次いで、被熱量演算部２１０は、ステップＳ１４において、求めた差分ΔＴ_nを積算値σΔＴに加算して、新たな積算値σΔＴを記憶し、今回の周期における演算処理を終了する。このようにして、被熱量演算部２１０は、外気温Ｔａの読み込み周期ごとに、外気温Ｔａから電池管理温度Ｔｂ＿ｔｇｔを引いた差分ΔＴ_nの積算を継続する。

図５に戻り、ステップＳ１０において、被熱量演算部２１０による被熱量Ｑの演算処理を行った後、ステップＳ２０において、車両始動予測部２３０は、車両の始動が予測されるか否かを判定する。例えば、車両のドアロックのオープン信号や、「スマートキー」の検出信号、ドアノブの操作等の情報に基づいて、車両の始動が予測される。車両の始動が予測されていない場合（Ｓ２０：Ｎｏ）、ステップＳ１０に戻って、被熱量演算部２１０は、被熱量Ｑの演算処理を繰り返す。一方、車両の始動が予測された場合（Ｓ２０：Ｙｅｓ）、車両始動予測部２３０は、ステップＳ３０に進み、判定部２５０に対して車両の始動が予測されたことを通知して、始動前処理を終了する。

車両の始動が予測されたことの通知を受けた判定部２５０は、ステップＳ４０において、二次電池１１０の充電率ＳＯＣを読み込み、充電率ＳＯＣが高い状態か否かを判定する。例えば、判定部２５０は、充電率ＳＯＣが７０％以上か否かを判定する。充電率ＳＯＣが高い状態ではない場合（Ｓ４０：Ｎｏ）、二次電池１１０の劣化が進みにくい状況であることから、判定部２５０はそのまま始動時処理を終了する。

一方、充電率ＳＯＣが高い状態の場合（Ｓ４０：Ｙｅｓ）、判定部２５０は、ステップＳ５０に進み、二次電池１１０の内部温度Ｔｃを算出する。例えば、判定部２５０は、記憶されている被熱量Ｑを読み出し、被熱量Ｑを二次電池１１０の熱抵抗Ｒで割ることによって、二次電池１１０の内部温度Ｔｃを算出する。このとき、熱抵抗Ｒと併せて、被熱量演算部２１０が被熱量Ｑを演算する際の外気温Ｔａの読み込み周期に応じたサンプリング周期係数αによって被熱量Ｑを割り、二次電池１１０の内部温度Ｔｃを算出してもよい。

次いで、判定部２５０は、ステップＳ６０に進み、算出した内部温度Ｔｃが第１の温度閾値Ｔｂ＿ｍａｘを超えているか否かを判定する。内部温度Ｔｃが第１の温度閾値Ｔｂ＿ｍａｘを超えている場合（Ｓ６０：Ｙｅｓ）、判定部２５０は、二次電池１１０の冷却制御が必要であると判定し、ステップＳ７０に進む。ステップＳ７０では、温度調整制御部２７０が、バッテリユニット１００に備えられた冷却装置を用いて、二次電池１１０の冷却処理を実行する。例えば、温度調整制御部２７０は、冷却装置を作動し、電池温度センサによって検出される電池温度Ｔｂが低下して電池管理温度Ｔｂ＿ｔｇｔに到達するまで、二次電池１１０の冷却制御を実行する。

一方、ステップＳ６０において、内部温度Ｔｃが第１の温度閾値Ｔｂ＿ｍａｘ以下の場合（Ｓ６０：Ｎｏ）、判定部２５０は、ステップＳ８０に進み、内部温度Ｔｃが第２の温度閾値Ｔｂ＿ｍｉｎを下回っているか否かを判定する。内部温度Ｔｃが第２の温度閾値Ｔｂ＿ｍｉｎ以上の場合（Ｓ８０：Ｎｏ）、判定部２５０は、二次電池１１０の昇温制御及び冷却制御のいずれも不要と判定して、そのまま始動時処理を終了する。

一方、ステップＳ８０において、内部温度Ｔｃが第２の温度閾値Ｔｂ＿ｍｉｎを下回っている場合（Ｓ８０：Ｙｅｓ）、判定部２５０は、二次電池１１０の昇温制御が必要であると判定し、ステップＳ９０に進む。ステップＳ９０では、温度調整制御部２７０が、バッテリユニット１００に備えられた加熱装置を用いて、二次電池１１０の昇温処理を実行する。例えば、温度調整制御部２７０は、加熱装置を作動し、電池温度センサによって検出される電池温度Ｔｂが上昇して電池管理温度Ｔｂ＿ｔｇｔに到達するまで、二次電池１１０の昇温制御を実行する。

ステップＳ７０で二次電池１１０の冷却処理が実行された後、あるいは、ステップＳ９０で二次電池１１０の昇温処理が実行された後は、始動時処理を終了して、通常の二次電池１１０の温度調整制御に移行する。すなわち、電池温度センサによって検出される電池温度Ｔｂが電池管理温度Ｔｂ＿ｔｇｔで維持されるように、加熱装置又は冷却装置の制御が開始される。

以上説明したように、本実施形態にかかるバッテリ制御装置２００によれば、駐車中における二次電池１１０が受ける被熱量Ｑが演算される。また、バッテリ制御装置２００は、車両の始動が予測されたときに、被熱量Ｑと二次電池１１０の熱抵抗Ｒとに基づいて、二次電池１１０の昇温制御又は冷却制御の実行の要否を判定する。したがって、車両の始動が予測された時点で二次電池１１０の温度調整が開始され、二次電池１１０が高温あるいは低温の状態で、二次電池１１０の電力が使用されることを抑制することができる。これにより、二次電池１１０の劣化が抑制され、二次電池１１０のＥＯＬ時の性能の低下を抑制することができる。

また、本実施形態にかかるバッテリ制御装置２００は、車両の始動が予測された際に、二次電池１１０の充電率ＳＯＣが所定の閾値未満のときには、二次電池１１０の昇温制御又は冷却制御を実行しないように構成される。すなわち、二次電池１１０の電力の使用による劣化を生じにくい状況においては、始動時の昇温制御又は冷却制御が実行されないため、無駄な電力消費が低減される。

＜＜２．第２の実施の形態＞＞
第１の実施の形態にかかるバッテリ制御装置２００は、被熱に関連する情報として外気温Ｔａあるいは電池温度Ｔｂを用いて二次電池１１０が受ける被熱量Ｑを演算していたが、被熱に関連する情報は外気温Ｔａや電池温度Ｔｂに限られない。以下、変形例の幾つかについて説明する。

＜２−１．変形例１＞
図８は、変形例１にかかる車両システム５００Ａの全体構成を示す模式図である。車両システム５００Ａは、第１の実施の形態にかかる車両システム５００に対して、太陽電池９０及び入熱量演算装置１４５が追加されている。

入熱量演算装置１４５は、公知のマイクロコンピュータを備えた制御ユニットである。入熱量演算装置１４５には太陽電池９０が接続されている。太陽電池９０は、例えば、車室内の太陽光を受けやすい部分に設置されている。太陽電池９０は、日射量に応じて発電を行う。太陽電池９０による発電量の情報は、入熱量演算装置１４５に出力される。

入熱量演算装置１４５は、太陽電池９０から出力される発熱量の情報に基づいて日射量を推定する。例えば、発熱量と日射量との関係は、あらかじめ求められて、入熱量演算装置１４５にマップ等として記憶されている。入熱量演算装置１４５は、当該マップ等を参照して、太陽電池９０の発熱量に基づいて日射量を求める。かかる日射量の情報は、バッテリ制御装置２００に送信される。

バッテリ制御装置２００の被熱量演算部２１０は、入熱量演算装置１４５から送信される日射量に基づき二次電池１１０への入熱量を求め、被熱量Ｑを算出する。日射量と二次電池１１０への入熱量、被熱量Ｑとの関係は、あらかじめマップ等として記憶させることができる。そして、判定部２５０は、被熱量Ｑと二次電池１１０の熱抵抗Ｒとを用いて、二次電池１１０の昇温制御又は冷却制御の実行の要否を判定する。ここまで説明した点以外の点については、第１の実施の形態にかかる車両システム５００と同様の構成とすることができる。

＜２−２．変形例２＞
図９は、変形例２にかかる車両システム５００Ｂの全体構成を示す模式図である。車両システム５００Ｂは、第１の実施の形態にかかる車両システム５００に対して、撮像カメラ８０及び撮像処理装置１４０が追加されている。

撮像処理装置１４０は、公知のマイクロコンピュータを備えた制御ユニットである。撮像処理装置１４０には撮像カメラ８０が接続されている。撮像カメラ８０は、例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）等の固体撮像素子を備え、色認識が可能なＣＣＤカメラにより構成される。撮像カメラ８０は、車室内に取り付けられ、車両のルーフ又はボンネット等、車体における太陽光を受けやすい部分に向けられて設置されている。

撮像処理装置１４０は、撮像カメラ８０から出力される撮像情報を処理することにより反射露光量を検出し、当該反射露光量に基づいて日射量を推定する。例えば、車体の色や形状、撮像カメラ８０の撮影位置等に応じて、反射露光量と日射量との関係があらかじめ求められ、撮像処理装置１４０にマップ等として記憶されている。撮像処理装置１４０は、撮像カメラ８０による撮像情報に基づき反射露光量を検出するとともに、当該マップ等を参照して、日射量を求める。かかる日射量の情報は、バッテリ制御装置２００に送信される。

バッテリ制御装置２００の被熱量演算部２１０は、撮像処理装置１４０から送信される日射量に基づき二次電池１１０への入熱量を求め、被熱量Ｑを算出する。日射量と二次電池１１０への入熱量、被熱量Ｑとの関係は、あらかじめマップ等として記憶させることができる。そして、判定部２５０は、被熱量Ｑと二次電池１１０の熱抵抗Ｒとを用いて、二次電池１１０の昇温制御又は冷却制御の実行の要否を判定する。ここまで説明した点以外の点については、第１の実施の形態にかかる車両システム５００と同様の構成とすることができる。

以上説明したように、本実施形態にかかるバッテリ制御装置２００によれば、撮像カメラ８０により検出される反射露光量、あるいは、太陽電池９０の発熱量に基づいて算出される日射量を用いて、駐車中における二次電池１１０が受ける被熱量Ｑが演算される。このように、被熱に関連する情報として、反射露光量や太陽電池９０の発熱量を用いた場合であっても、第１の実施の形態にかかるバッテリ制御装置２００と同様の効果を得ることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は応用例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、バッテリ制御装置２００は、始動時処理に移行した後、所定時間経過しても車両のキースイッチがオンにならない場合や、ドアロックがオンにされた場合等、車両が使用されないと判断される際には、始動時処理を終了させて、始動前処理に戻ってもよい。これにより、車両が使用されない状態で、二次電池１１０の温度調整制御が継続されることを防ぐことができる。

１０ エンジン
２０ インバータ
３０ モータジェネレータ
４０ 駆動輪
５０ デファレンシャルギヤ
６０ プラネタリギヤ
７０ 駆動軸
１００ バッテリユニット
１１０ 二次電池
２００ バッテリ制御装置（二次電池の温度制御装置）
２１０ 被熱量演算部
２３０ 車両始動予測部
２５０ 判定部
２７０ 温度調整制御部
５００ 車両システム
Ｑ 被熱量
Ｒ 熱抵抗
Ｔａ 外気温
Ｔｂ 電池温度（二次電池の表面温度）
Ｔｂ＿ｔｇｔ 電池管理温度
Ｔｃ 内部温度

Claims (9)

1. 駆動用モータ及び二次電池が搭載された車両の始動を予測する車両始動予測部と、
   前記車両の駐車中に前記二次電池が受ける被熱に関連する情報に基づき、前記二次電池の被熱量を演算する被熱量演算部と、
   前記車両の始動が予測されたときに、前記被熱量、及び、前記二次電池の熱抵抗に基づき、前記二次電池の昇温制御又は冷却制御の実行の要否を判定する判定部と、
   前記判定部による判定結果にしたがい、前記二次電池の昇温制御又は冷却制御を実行する温度調整制御部と、
   を備える、車載二次電池の温度制御装置。
2. 前記判定部は、前記二次電池の充電率が所定の閾値未満のときに、前記二次電池の昇温制御又は冷却制御を不要と判定する、請求項１に記載の車載二次電池の温度制御装置。
3. 前記被熱量演算部は、外気温と所定の電池管理温度との差分に基づき前記被熱量を演算する、請求項１又は２に記載の車載二次電池の温度制御装置。
4. 前記被熱量演算部は、前記車両の駐車開始時に電池温度センサにより検出される電池温度と前記電池管理温度との差分の値を積算の開始値とし、前記外気温と前記電池管理温度との差分の値を積算する、請求項３に記載の車載二次電池の温度制御装置。
5. 前記判定部は、さらに、前記外気温を取得する周期に応じて設定されるサンプリング周期係数に基づいて前記判定を行う、請求項３又は４に記載の車載二次電池の温度制御装置。
6. 前記判定部は、前記被熱量、及び、前記二次電池の熱抵抗に基づき、前記二次電池の内部温度を推定し、前記内部温度を所定の閾値と比較することによって前記判定を行う、請求項１〜５のいずれか１項に記載の車載二次電池の温度制御装置。
7. 前記温度調整制御部は、電池温度センサにより検出される電池温度が前記電池管理温度となったときに前記二次電池の昇温制御又は冷却制御を終了する、請求項３〜５のいずれか１項に記載の車載二次電池の温度制御装置。
8. 前記被熱量演算部は、電池温度センサにより検出される電池温度と所定の電池管理温度との差分に基づき前記被熱量を演算する、請求項１又は２に記載の車載二次電池の温度制御装置。
9. 前記被熱量演算部は、前記車両に備えられた太陽電池の発電量、又は、前記車両のルーフ又はボンネットの表面を撮像装置によりモニタして得られる反射露光量に基づき、前記被熱量を演算する、請求項１又は２に記載の車載二次電池の温度制御装置。
   

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