JP2016207383A - 電池の昇温装置 - Google Patents

Abstract

【課題】昇温制御を実行する前から電池の状態が十分な電力を取り出すことができない状態に陥ってしまうことを防止する。【解決手段】制御装置は、昇温制御を実行する前に、昇温制御を開始するタイマ昇温開始時刻ｔｔｉｍｅｒと、電池温度Ｔｂが下限閾値Ｔｌｏｗよりも低くなる下限閾値到達時刻ｔｌｏｗとを算出し、下限閾値到達時刻ｔｌｏｗがタイマ昇温開始時刻ｔｔｉｍｅｒよりも早いときには、昇温制御を実行する前に、電池温度Ｔｂが下限閾値Ｔｌｏｗ以上かつ目標温度Ｔｔｇｔ未満となるように、ヒータを用いて駆動用バッテリを昇温する保温制御を実行する。【選択図】図３

Description

本発明は、電池の昇温装置に関する。

特開２０１２−２３２７３０号公報（特許文献１）には、設定時刻に電池の温度が目標温度に達するようにヒータを用いて電池を昇温する制御（以下、「昇温制御」ともいう）を実行する制御装置が開示されている。

特開２０１２−２３２７３０号公報

特許文献１に開示された制御装置によれば、昇温制御により電池を昇温して設定時刻に電池の温度を目標温度にすることによって、昇温後の電池の放置時間を短縮することができるため、放熱による熱エネルギーの損失を抑制することができる。しかし、昇温制御を実行するまでの間に、電池が極低温環境下に放置されると、たとえば、電池の温度が電解液が凍結する温度よりも低くなったり、あるいは、電池の温度が電池の入出力が制限される温度よりも低くなったりする虞がある。このような場合、昇温制御を実行する前から、電池から十分な電力を取り出すことができない事態に陥ってしまう。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、昇温制御を実行する前から、電池から十分な電力を取り出すことができない事態に陥ってしまうことを防止することである。

本発明に係る電池昇温装置は、電池の昇温装置であって、電池を外部から加熱するヒータと、設定時刻に電池の温度が目標温度に達するようにヒータを用いて電池を昇温する昇温制御を実行する制御装置とを備える。制御装置は、昇温制御を実行する前に、昇温制御を開始する昇温開始時刻と、電池の温度が下限閾値よりも低くなる下限閾値到達時刻とを算出し、下限閾値到達時刻が昇温開始時刻よりも早いときには、昇温制御を実行する前に、電池の温度が下限閾値以上かつ目標温度未満となるようにヒータを用いて電池を昇温する保温制御を実行する。

このような構成によれば、昇温制御を実行するまでの間に電池が極低温環境下に放置された場合でも、保温制御によって電池の温度が下限閾値以上かつ目標温度未満に保たれる。これにより、たとえば、電池の温度が電解液が凍結する温度よりも低くなったり、電池の温度が電池の入出力が制限される温度よりも低くなったりすることを回避することができるため、昇温制御を実行する前から、電池から十分な電力を取り出すことができない事態に陥ってしまうことを防止することができる。

車両の全体構成図である。 比較例における電池温度Ｔｂの変化の一例を示すタイミングチャートである。 本実施形態における電池温度Ｔｂの変化の一例を示すタイミングチャートである。 制御装置が保温制御または昇温制御を実行する場合の処理の流れを示すフローチャートである。 下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗがタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}よりも早い場合の電池温度Ｔｂの変化の一例を示すタイミングチャートである。 タイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}が下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗよりも早い場合の電池温度Ｔｂの変化の一例を示すタイミングチャートである。 雰囲気温度の推定を説明するための図である。

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、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

[車両１の全体構成]
図１は、本実施の形態による電池の昇温装置を備えた車両１の全体構成図である。車両１は、駆動用バッテリ１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、補機バッテリ３０と、ヒータ４０と、充電器５０と、インレット５１と、タイマ６０と、制御装置１００とを備える。

車両１は、駆動用バッテリ１０に蓄えられた電力で図示しないモータを駆動することによって走行することができる電動車両である。なお、車両１は、動力源として上記モータに加えてエンジンを備えてもよい。すなわち、車両１は、電気自動車であってもハイブリッド自動車であってもよい。

駆動用バッテリ１０は、モータを作動させるための電力を蓄える二次電池である。駆動用バッテリ１０は、たとえばリチウムイオン電池セルやニッケル水素電池セルなどを含んで構成される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、駆動用バッテリ１０を含む高圧系の電圧（たとえば２００ボルト程度）を、補機バッテリ３０を含む低圧系の電圧（たとえば１２ボルト程度）に降圧して出力する。これにより、高圧系の電力が低圧系にも供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、制御装置１００からの制御信号に基づいて制御される。

補機バッテリ３０は、車両１の補機（ヒータ４０や制御装置１００など）を作動させるための電力を蓄える二次電池である。補機バッテリ３０は、代表的には鉛蓄電池を含んで構成される。補機バッテリ３０の電圧は、上述したように、たとえば１２ボルト程度の比較的低い値である。

ヒータ４０は、通電時にジュール熱を発生することによって駆動用バッテリ１０を外部から加熱する。制御装置１００からの制御信号によってスイッチ４５およびスイッチ４１が閉じられているときには、補機バッテリ３０から供給される電力、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介して駆動用バッテリ１０から供給される電力、およびＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介して外部電源２００から供給される電力の少なくともいずれかがヒータ４０に供給される。ヒータ４０は、供給されたこれらの電力によって発熱する。一方、制御装置１００からの制御信号によってスイッチ４５およびスイッチ４１の少なくともいずれかが開かれているときには、補機バッテリ３０からの電力しかヒータ４０に供給されないため、ヒータ４０の作動時間が非常に短くなる。

インレット５１は、車両１のボディ表面に設けられ、外部電源２００のコネクタ２０１に接続可能に構成される。外部電源２００のコネクタ２０１がインレット５１に接続されると、インレット５１には外部電源２００からの交流電力（以下、「外部電力」ともいう）が入力される。なお、コネクタ２０１をインレット５１に接続することを「プラグイン」ともいう。

充電器５０は、制御装置１００からの制御信号によって制御され、外部電源２００からインレット５１に入力された外部電力（交流電力）を、駆動用バッテリ１０に充電可能な電力（直流電力）に変換し、高圧系に供給する。これにより、駆動用バッテリ１０が外部電力によって充電される。以下、駆動用バッテリ１０を外部電力によって充電することを「外部充電」ともいう。

プラグインされた場合、外部電源２００の充電ケーブル２０２で生成されたコントロールパイロット信号（以下、「ＣＰＬＴ信号」という）がインレット５１に入力される。ＣＰＬＴ信号は、外部電源２００から車両１に供給可能な電流に応じたデューティサイクルで発振する。ＣＰＬＴ信号は、制御装置１００に入力される。

車両１は、駆動用バッテリ１０の状態、具体的には温度（以下、「電池温度Ｔｂ」ともいう）、電流、電圧などを検出する監視ユニット１１を備える。また、車両１は、車両１が置かれている雰囲気中の温度（以下、「雰囲気温度α」ともいう」）を計測する温度センサ１５を備える。さらに、車両１は、補機バッテリ３０の状態（電圧、電流、温度など）、アクセルペダルポジション、車速など、車両１の走行を制御するのに必要な情報を検出する複数のセンサ（いずれも図示せず）を備える。各センサは、検出結果を制御装置１００に出力する。

タイマ６０は、制御装置１００からの指令に基づき、現在時刻を特定可能な信号を制御装置１００に出力する。タイマ６０は、たとえば車載の時計やナビゲーション装置で実現することができる。なお、図１に示す例では、タイマ６０は制御装置１００の外部に設けられているが、タイマ６０を制御装置１００の内部に設けるようにしてもよい。

制御装置１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリを含み、当該メモリに記憶された情報や各センサの検出結果などに応じて車両１の各機器を制御する。なお、図１においては、制御装置１００を１つのユニットとしているが、機能ごとに分割してもよい。

制御装置１００は、監視ユニット１１によって検出された電池温度Ｔｂが、駆動用バッテリ１０の電解液が凍結する温度に相当する後述の下限閾値Ｔ_ｌｏｗよりも低くなった場合に、駆動用バッテリ１０の入出力を完全に遮断するため、スイッチ４５を開いて駆動用バッテリ１０とＤＣ／ＤＣコンバータ２０とを切り離す。

制御装置１００は、プラグインされると、充電ケーブル２０２からのＣＰＬＴ信号に基づいて外部充電が可能な状態であるか否かを判定する。外部充電が可能な状態であると判定されると、制御装置１００は、充電器５０を作動させて外部充電を開始する。制御装置１００は、外部充電によって駆動用バッテリ１０の蓄電量が目標値に達した場合に充電器５０を停止させて外部充電を終了する。ユーザによって外部充電が完了する時刻（以下、「充電完了時刻」ともいう）が設定されている場合、制御装置１００は、ユーザが設定した時刻通りに外部充電が完了するように、充電器５０を制御することによって、外部充電の開始時刻および充電電力を調整する。

[昇温制御]
駆動用バッテリ１０が外部充電の完了前から極低温環境下で放置されると、電池温度Ｔｂが低下することによって、駆動用バッテリ１０の出力性能（出力可能電力）が低下した状態となる。このような状態では、外部充電の完了後にユーザが車両１を走行させようとしても、十分な電力を駆動用バッテリ１０からモータに供給することができず、モータ走行性能が悪化することが懸念される。

このような点に鑑み、制御装置１００は、ユーザが設定した充電完了時刻に電池温度Ｔｂが目標温度Ｔ_ｔｇｔに達するようにヒータを用いて電池を昇温する昇温制御を実行する。制御装置１００は、電池温度Ｔｂを目標温度Ｔ_ｔｇｔに上昇させるのに要するヒータの作動時間を充電完了時刻から逆算することによってタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}を算出する。制御装置１００は、タイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}に現在時刻が達したときに昇温制御を実行する。目標温度Ｔ_ｔｇｔとしては、十分な電力を駆動用バッテリ１０からモータに供給することができる温度（たとえば、０℃）が適用される。

昇温制御によって、外部充電の完了後にユーザが車両１を走行させる時の電池温度Ｔｂを目標温度Ｔ_ｔｇｔ付近にすることができる。このため、モータ走行性能の悪化を防止するとともに、昇温後の駆動用バッテリ１０の放置時間を短縮することで放熱による熱エネルギーの損失を抑制することができる。

[保温制御]
以上のような構成を有する車両１において、プラグイン後から昇温制御が実行されるまでの間に、駆動用バッテリ１０が極低温環境下で放置されてしまうと、たとえば、電池温度Ｔｂが電解液が凍結する温度よりも低くなったり、電池温度Ｔｂが駆動用バッテリ１０の入出力が制限される温度よりも低くなったりする虞がある。

図２は、比較例における電池温度Ｔｂの変化の一例を示すタイミングチャートである。なお、図２において、横軸はプラグイン状態（外部電源２００がインレット５１に接続されて外部充電が可能な状態）になった以降の時刻ｔを示し、縦軸は電池温度Ｔｂを示す（後述する図３、図５、図６においても同様である）。また、下限閾値Ｔ_ｌｏｗは、電解液が凍結する温度の閾値であり、かつ駆動用バッテリ１０の入出力が制限される温度の閾値を示す。すなわち、電池温度Ｔｂが下限閾値Ｔ_ｌｏｗよりも低いと、電解液が凍結したり、駆動用バッテリ１０の入出力が制限されたりする虞がある。また、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗは、電池温度Ｔｂが下限閾値Ｔ_ｌｏｗに達する時刻を示す。

図２に示すように、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗがタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}よりも早い場合、タイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}が到来したときには、すでに電池温度Ｔｂが下限閾値Ｔ_ｌｏｗよりも低くなってしまい、昇温制御を実行する前から、駆動用バッテリ１０から十分な電力を取り出すことができない事態に陥ってしまう。したがって、次回のモータ走行性能が悪化するとともに、昇温制御を実行するためにヒータ４０に供給する電力さえも駆動用バッテリ１０から取り出すことができず、タイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}が到来しても破線で示す昇温制御を実行することができなくなってしまう。

さらに、上述したように、電池温度Ｔｂが下限閾値Ｔ_ｌｏｗよりも低くなると、スイッチ４５が開かれることにより、駆動用バッテリ１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０とが切り離されてしまうため、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介して供給される電力をヒータ４０に供給することができない。したがって、補機バッテリ３０から供給される電力を用いた非常に短い時間でしかヒータ４０を作動させることができず、駆動用バッテリ１０を昇温して電池温度Ｔｂを回復させることもできない。

上記のような問題に鑑み、本実施の形態による制御装置１００は、昇温制御を実行する前に、昇温制御を開始する時刻であるタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}と、電池温度Ｔｂが下限閾値Ｔ_ｌｏｗに到達する時刻である下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗとを算出する。そして、制御装置１００は、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗがタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}よりも早いときには、昇温制御を実行する前に、電池温度Ｔｂが下限閾値Ｔ_ｌｏｗ以上かつ目標温度Ｔ_ｔｇｔ未満となるようにヒータ４０を用いて駆動用バッテリ１０を昇温する保温制御を実行する。

図３を参照しながら、制御装置１００による保温制御を説明する。図３は、本実施形態における電池温度Ｔｂの変化の一例を示すタイミングチャートである。

プラグインされた以降、制御装置１００は、所定間隔（後述する図４のＳ１２からＳ２９までの処理が繰り返される間隔）で下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗおよびタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}を算出し、その都度、現在時刻が下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗに達するか否か、あるいは、現在時刻がタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}に達するか否かを判定する。

下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗおよびタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}は、算出時点での電池温度Ｔｂおよび雰囲気温度αに依存するため、算出される度に変化する。なお、タイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}も算出時点での電池温度Ｔｂおよび雰囲気温度αなどに応じて変化し得るが、図３においては、説明を分かりやすくするため、タイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}を一定としている。

制御装置１００は、現在時刻がタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}よりも早くに下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗに達する場合に保温制御を実行し、現在時刻が下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗよりも早くにタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}に達する場合に昇温制御を実行する。

たとえば、図３に示すように、プラグイン後、最初に電池温度Ｔｂが下限閾値Ｔ_ｌｏｗに達する下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗ（図３中の下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗ１）がタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}よりも早くに到来した場合、制御装置１００は、保温制御によってヒータ４０を作動する。

保温制御によって電池温度Ｔｂが上限閾値Ｔ_ｈｉｇｈに達すると、制御装置１００は、保温制御を終了してヒータ４０を停止する。上限閾値Ｔ_ｈｉｇｈは、下限閾値Ｔ_ｌｏｗよりも高く、かつ目標温度Ｔ_ｔｇｔよりも低い温度に設定されている。なお、上限閾値Ｔ_ｈｉｇｈは、ヒータ４０の作動と停止との切替回数に基づき、変動させてもよい。

ヒータ４０が停止すると、再び電池温度Ｔｂが低下し始める。制御装置１００は、ヒータ４０の停止以降に下限閾値Ｔ_ｌｏｗを算出し直す。算出された下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗ（図３中の下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗ２）がタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}よりも早くに到来した場合、制御装置１００は、再び保温制御によってヒータ４０を作動する。

保温制御によって電池温度Ｔｂが再び上限閾値Ｔ_ｈｉｇｈに達すると、制御装置１００は、保温制御を終了してヒータ４０を再び停止する。これにより、再び電池温度Ｔｂが低下し始める。

制御装置１００は、ヒータ４０を再停止した以降に下限閾値Ｔ_ｌｏｗを算出し直す。算出された下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗ（図３中の下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗ３）よりも早くにタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}が到来した場合、制御装置１００は、今度は、昇温制御によってヒータ４０を作動する。

昇温制御によってヒータ４０が作動することによって駆動用バッテリ１０が目標温度Ｔ_ｔｇｔに向けて本格的に昇温される。

このように、現在時刻が下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗよりも早くにタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}に達するまで、下限閾値Ｔ_ｌｏｗと上限閾値Ｔ_ｈｉｇｈとの間で駆動用バッテリ１０が間欠的に昇温されて保温されるため、タイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}時点では駆動用バッテリ１０の電解液が凍結されることなく、予定通りに昇温制御を実行することができる。

[制御装置の具体的処理]
図４は、制御装置１００が保温制御または昇温制御を実行する場合の処理の流れを示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、プラグイン状態になった場合に開始される。また、後述のステップ（以下、ステップを「Ｓ」と略す）１２からＳ２９までの処理は、常にシステムが起動した状態で外部充電が完了するまで繰り返し実行される。

以下、図４を参照しながら具体的に説明する。Ｓ１１において、制御装置１００は、ユーザにより充電完了時刻が設定されているか否かを判定する。

制御装置１００は、充電完了時刻が設定されていない場合（Ｓ１１でＮＯ）、本ルーチンを終了する。

制御装置１００は、充電完了時刻が設定されている場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、Ｓ１２において、タイマ６０からの信号に基づき現在時刻を取得する。

Ｓ１３において、制御装置１００は、現在時刻から充電完了時刻までの残り時間ｔ_ｒを算出する。

Ｓ１４において、制御装置１００は、監視ユニット１１によって現在の電池温度Ｔｂを取得し、Ｓ１５において、温度センサ１５によって現在の雰囲気温度αを取得する。

Ｓ１６において、制御装置１００は、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗを算出する。下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗは、取得された現在の電池温度Ｔｂおよび雰囲気温度αに基づき、所定の記憶領域に予め記憶されているデータを用いて算出される。たとえば、現在の電池温度Ｔｂが低いほど、また、雰囲気温度αが低いほど、電池温度Ｔｂの低下速度が速いため、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗは現在時刻と近くなる。このように、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗは、算出時点での電池温度Ｔｂおよび雰囲気温度αに依存して変化する。

Ｓ１７において、制御装置１００は、タイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}を算出する。タイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}は、取得された残り時間ｔ_ｒ、現在の電池温度Ｔｂ、および雰囲気温度αと、予め設定された目標温度Ｔ_ｔｇｔとに基づき、所定の記憶領域に予め記憶されているデータを用いて算出される。たとえば、現在の電池温度Ｔｂが低いほど、また、雰囲気温度αが低いほど、駆動用バッテリ１０の昇温時間が長いため、タイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}は現在時刻と近くなる。このように、タイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}は、算出時点での電池温度Ｔｂおよび雰囲気温度αなどに依存して変化する。

Ｓ１８においては、現在時刻が下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗの間近となったか否かを判定し、現在時刻が下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗの間近になっていればＳ１９で保温制御モードに設定される。具体的には、Ｓ１８において、制御装置１００は、現在時刻から下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗを減算した時間が閾値未満であるか否かを判定し、閾値未満である場合には（Ｓ１８でＹＥＳ）、Ｓ１９において、保温制御モードに設定する。一方、制御装置１００は、Ｓ１８でＮＯの場合、あるいはＳ１９の後、Ｓ２０の処理に移行する。なお、Ｓ１８の判定に用いられる閾値は、たとえば、保温制御におけるヒータ４０の作動時間を考慮した値である。すなわち、Ｓ１８でＹＥＳになる場合には、現在時刻にヒータ４０の作動時間を加算したときに、概ね下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗになる。

Ｓ２０においては、現在時刻がタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}の間近となったか否かを判定し、現在時刻が下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗの間近になっていればＳ２１で昇温制御モードに設定される。具体的には、Ｓ２０において、制御装置１００は、現在時刻からタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}を減算した時間が閾値未満であるか否かを判定し、閾値未満である場合には（Ｓ２０でＹＥＳ）、Ｓ２１において、昇温制御モードに設定する。一方、制御装置１００は、Ｓ２０でＮＯの場合、あるいはＳ２１の後、Ｓ２２の処理に移行する。なお、Ｓ２０の判定に用いられる閾値は、たとえば、昇温制御におけるヒータ４０の作動時間を考慮した値である。すなわち、Ｓ２０でＹＥＳになる場合には、現在時刻にヒータ４０の作動時間を加算したときに、概ねタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}になる。

このように、Ｓ１８およびＳ１９の２つの判定処理を実行することによって、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗとタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}とを間接的に比較し、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗがタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}よりも早いか否かを判定することができる。なお、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗとタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}とが同一または所定の範囲内で近似する場合、Ｓ１８においてＹＥＳと判定された後、Ｓ２０においてもＹＥＳと判定されることがあるが、この場合、保温制御モードの設定をキャンセルして、昇温制御モードに設定される。すなわち、制御装置１００は、保温制御よりも昇温制御を優先的に実行する。

制御装置１００は、Ｓ２０でＮＯの場合、あるいはＳ２１の後、Ｓ２２において、保温制御モードまたは昇温制御モードに設定されているか否かを判定する。保温制御モードおよび昇温制御モードのいずれにも設定されていない場合（Ｓ２２でＮＯ）、すなわち、現在時刻が下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗおよびタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}のいずれにも近くない場合、Ｓ１２の処理に戻る。

制御装置１００は、保温制御モードまたは昇温制御モードに設定されている場合（Ｓ２２でＹＥＳ）、Ｓ２３において、ヒータ４０を作動する。

図５は、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗがタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}よりも早い場合の電池温度Ｔｂの変化の一例を示すタイミングチャートである。図５に示すように、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗがタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}よりも早い場合、現在時刻が下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗに達した時点で保温制御モードに設定されてヒータ４０が作動する。これにより、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗにおいて、電池温度Ｔｂが下限閾値Ｔ_ｌｏｗから上昇し始める。

図６は、図５に示す場合とは逆にタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}が下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗよりも早い場合の電池温度Ｔｂの変化の一例を示すタイミングチャートである。図６に示すように、タイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}が下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗよりも早い場合、現在時刻がタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}に達した時点で昇温制御モードに設定されてヒータ４０が作動する。これにより、タイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}において、電池温度Ｔｂが上昇し始める。

図４に戻り、Ｓ２４において、制御装置１００は、保温制御モードに設定されているか否かを判定する。制御装置１００は、保温制御モードに設定されている場合（Ｓ２４でＹＥＳ）、Ｓ２５において、電池温度Ｔｂが上限閾値Ｔ_ｈｉｇｈよりも高いか否かを判定する。

制御装置１００は、電池温度Ｔｂが上限閾値Ｔ_ｈｉｇｈ以下の場合（Ｓ２５でＮＯ）、Ｓ２９において、外部充電が完了したか否かを判定する。制御装置１００は、外部充電が完了している場合（Ｓ２９でＹＥＳ）、本ルーチンを終了し、外部充電が完了していない場合（Ｓ２９でＮＯ）、Ｓ１２の処理に戻る。なお、この場合、未だ保温制御の実行中であり、充電完了時刻前であるため、Ｓ２９でＮＯと判定されて、Ｓ１２の処理に戻る。

制御装置１００は、電池温度Ｔｂが上限閾値Ｔ_ｈｉｇｈよりも高い場合（Ｓ２５でＹＥＳ）、Ｓ２７において、ヒータ４０を停止する。たとえば、図５に示すように、電池温度Ｔｂが上限閾値Ｔ_ｈｉｇｈまで上昇したときにヒータ４０が停止する。

Ｓ２８において、制御装置１００は、モードの設定をキャンセルし、Ｓ２９において、外部充電が完了したか否かを判定する。なお、この場合、未だ昇温制御の実行前であり、充電完了時刻前であるため、Ｓ２９でＮＯと判定されて、Ｓ１２の処理に戻る。

なお、保温制御によって電池温度Ｔｂが上限閾値Ｔ_ｈｉｇｈまで上昇した後にヒータ４０が停止すると、電池温度Ｔｂが再び低下するが、Ｓ１３以降の処理において、再び保温制御モードに設定されると、ヒータ４０の作動によって再び電池温度Ｔｂが上限閾値Ｔ_ｈｉｇｈまで上昇する。このように、電池温度Ｔｂの上昇と低下とが繰り返されることによって、図３に示すように、現在時刻が下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗよりも早くにタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}に達するまで、下限閾値Ｔ_ｌｏｗと上限閾値Ｔ_ｈｉｇｈとの間で駆動用バッテリ１０が間欠的に昇温されて保温される。

一方、Ｓ２４において、保温制御モードに設定されていない場合（Ｓ２４でＮＯ）、すなわち、昇温制御モードに設定されている場合、Ｓ２６において、制御装置１００は、電池温度Ｔｂが目標温度Ｔ_ｔｇｔよりも高いか否かを判定する。

制御装置１００は、電池温度Ｔｂが目標温度Ｔ_ｔｇｔ以下の場合（Ｓ２６でＮＯ）、Ｓ２９において、外部充電が完了したか否かを判定する（Ｓ２９）。なお、この場合、未だ昇温制御の実行中であり、充電完了時刻前であるため、Ｓ２９でＮＯと判定されて、Ｓ１２の処理に戻る。

制御装置１００は、電池温度Ｔｂが目標温度Ｔ_ｔｇｔより高い場合（Ｓ２６でＹＥＳ）、Ｓ２７において、ヒータ４０を停止する。たとえば、図６に示すように、電池温度Ｔｂが目標温度Ｔ_ｔｇｔまで上昇したときにヒータ４０が停止する。

Ｓ２８において、制御装置１００は、モードの設定をキャンセルし、Ｓ２９において、外部充電が完了したか否かを判定する。なお、この場合、昇温制御が完了しており、充電完了時刻にも達しているため、Ｓ２９でＹＥＳと判定されて、本ルーチンが終了する。

以上のように、本実施の形態による制御装置１００は、昇温制御を実行する前に、昇温制御を開始するタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}を算出するとともに、電池温度Ｔｂが下限閾値Ｔ_ｌｏｗよりも低くなる下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗを算出する。制御装置１００は、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗがタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}よりも早いときには、昇温制御を実行する前に、電池温度Ｔｂが下限閾値Ｔ_ｌｏｗ以上かつ目標温度Ｔ_ｔｇｔ未満となるように、ヒータ４０を用いて駆動用バッテリ１０を昇温する保温制御を実行する。

このような構成によれば、昇温制御を実行するまでの間に駆動用バッテリ１０が極低温環境下に放置された場合でも、保温制御によって電池温度Ｔｂが下限閾値Ｔ_ｌｏｗ以上かつ目標温度Ｔ_ｔｇｔ未満に保たれる。これにより、電池温度Ｔｂが電解液が凍結する温度よりも低くなったり、電池温度Ｔｂが駆動用バッテリ１０の入出力が制限される温度よりも低くなったりすることを回避することができる。したがって、昇温制御を実行する前から、駆動用バッテリ１０から十分な電力を取り出すことができない事態に陥ってしまうことを防止することができる。

[変形例]
本実施の形態においては、Ｓ１８およびＳ２０の２つの判定処理によって、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗとタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}とを間接的に比較するものであった。しかしながら、これに限らず、１つの判定処理によって、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗとタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}とを直接的に比較することで、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗがタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}よりも早いか否かを判定するものであってもよい。たとえば、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗとタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}とを直接的に比較し、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗがタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}よりも早い場合には、現在時刻が下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗに達するまで待機し、現在時刻が下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗに達したときに保温制御モードに設定するものであってもよい。

本実施の形態においては、下限閾値Ｔ_ｌｏｗは、電解液が凍結する温度の閾値であり、かつ駆動用バッテリ１０の入出力が制限される温度の閾値であった。しかしながら、これに限らず、下限閾値Ｔ_ｌｏｗは、電解液が凍結する温度の閾値および駆動用バッテリ１０の入出力が制限される温度の閾値のいずれかであってもよい。

本実施の形態においては、保温制御におけるヒータ４０の作動時間を考慮してＳ１８の判定に用いられる閾値が設定されることにより、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗから保温制御が実行されるものであった。しかしながら、これに限らず、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗよりも前から保温制御が実行されるものであってもよい。

本実施の形態においては、制御装置１００は、図４に示すフローチャートに沿って、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗおよびタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}を算出した後、常にシステムを起動した状態で各処理を実行するものであった。しかしながら、これに限らず、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗおよびタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}を算出した後、一旦システムをスリープ状態にしてもよい。

具体的に、制御装置１００は、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗおよびタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}を算出した後、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗおよびタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}のうち、現在時刻から近い方を次回のシステム起動時刻に設定して一旦システムを遮断し、設定した時刻になったときにシステムを再び起動してもよい。たとえば、制御装置１００は、タイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}よりも下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗの方が現在時刻から近ければ、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗを次回のシステム起動時刻に設定して一旦システムを遮断し、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗになったときにシステムを再び起動して保温制御のためにヒータ４０を作動してもよい。一方、制御装置１００は、下限閾値到達時刻ｔ_ｌｏｗよりもタイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}の方が現在時刻から近ければ、タイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}を次回のシステム起動時刻に設定して一旦システムを遮断し、タイマ昇温開始時刻ｔ_{ｔｉｍｅｒ}になったときにシステムを再び起動して昇温制御のためにヒータ４０を作動してもよい。

本実施の形態においては、温度センサ１５によって、雰囲気温度αを直接的に計測するものであった。しかしながら、これに限らず、図７を参照しながら以下で説明するように、所定時間の経過に対する電池温度Ｔｂの変化に基づき、雰囲気温度αを推定するものであってもよい。

図７は、雰囲気温度αの推定を説明するための図である。なお、図７において、横軸は時刻ｔを示し、縦軸は電池温度Ｔｂを示す。また、時刻Ａにおける電池温度Ｔｂを電池温度Ｔｓと称し、時刻Ｂにおける時刻Ａ時点で推定された電池温度Ｔｂを電池温度Ｔ_ｓ´と称し、時刻Ｂにおける実際の電池温度Ｔｂを電池温度Ｔ_ｗと称する。

まず、時刻Ａにおいて、時刻Ｂにおける電池温度Ｔ_ｗを予め推定する。時刻Ｂにおける電池温度Ｔ_ｗは、時刻Ａにおける電池温度Ｔ_ｓおよび雰囲気温度αに基づき推定される。このときの雰囲気温度αは、所定値を用いればよい。時刻Ａから時間ｔ_ｗが経過した後、時刻Ｂにおいて、実際の電池温度Ｔ_ｓ´と、推定した電池温度Ｔ_ｗとの差分ΔＴを算出する。この差分ΔＴに対して、経過時間ｔ_ｗに対応した補正係数λを乗算すると、雰囲気温度αのずれ量Δαが算出される。ずれ量Δαが所定の下限温度（たとえば、−３℃）よりも低ければ雰囲気温度αを所定温度（たとえば、５℃）下げるように補正し、ずれ量Δαが所定の上限温度（たとえば、３℃）よりも高ければ雰囲気温度αを所定温度（たとえば、５℃）上げるように補正し、それ以外であれば雰囲気温度αを補正しない。これにより、温度センサ１５を用いずに雰囲気温度αを推定することができる。推定された雰囲気温度αは、再び将来の時刻における電池温度Ｔｂの推定に用いられ、上述した算出方法により、必要に応じてその都度補正される。

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およ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 車両、１０ 駆動用バッテリ、１１ 監視ユニット、２０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、３０ 補機バッテリ、４０ ヒータ、４１ スイッチ、４５ スイッチ、５０ 充電器、５１ インレット、６０ タイマ、１００ 制御装置、２００ 外部電源、２０１ コネクタ、２０２ 充電ケーブル。

Claims (1)

1. 電池の昇温装置であって、
   前記電池を外部から加熱するヒータと、
   設定時刻に前記電池の温度が目標温度に達するように前記ヒータを用いて前記電池を昇温する昇温制御を実行する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記昇温制御を実行する前に、前記昇温制御を開始する昇温開始時刻と、前記電池の温度が下限閾値よりも低くなる下限閾値到達時刻とを算出し、
   前記下限閾値到達時刻が前記昇温開始時刻よりも早いときには、前記昇温制御を実行する前に、前記電池の温度が前記下限閾値以上かつ前記目標温度未満となるように前記ヒータを用いて前記電池を昇温する保温制御を実行する、電池の昇温装置。

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