JP2017213993A - ハイブリッド車の二次電池制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド自動車において、低温環境下における燃費性能の低下を抑制する。【解決手段】ハイブリッド車の二次電池制御装置は、内燃機関（エンジン１１）と、第１の二次電池（リチウムイオン電池３）と、第２の二次電池（第２蓄電デバイス３０）と、昇温手段（昇温デバイス６）と、制御手段（コントローラ７）とを備える。制御手段は、内燃機関の低温始動時に、第２の二次電池の電力を触媒加熱電気ヒーター（電気ヒーター１４１）に供給することによって、触媒装置の活性化を促進しながら、内燃機関を、冷却水の温度上昇を促進する冷却水昇温モードで運転する。【選択図】図１

Description

ここに開示する技術は、ハイブリッド車の二次電池制御装置に関する。

特許文献１には、エンジンの排気ガスの浄化を行う触媒装置を加熱する電気ヒーターを備えた車両システムが記載されている。この車両システムでは、エンジンのスターターモーターを含む各種の電気負荷に電力を供給する第１バッテリと、前記電気ヒーターに電力を供給する第２バッテリとを備えている。この車両システムは、前記の構成により、電気負荷への電力供給の安定化を図っている。

特開平５−２８５３９５号公報

ところで、内燃機関と走行用モーターとを搭載した、いわゆるハイブリッド自動車（Hybrid Electric Vehicle：ＨＥＶ）は、減速走行時に走行用モーターが発電機として機能し、回生電力を、例えばリチウムイオン電池等によって構成される二次電池に充電する。これにより、燃費性能を大幅に向上させることができる。

ところが、二次電池の温度が低いときにはリチウムイオン電池に充電することができないため、例えば低温環境下においては、回生電力の充電を行うことができずに、燃費性能が低下する。

また、低温環境下におけるエンジンの始動時には、触媒装置の活性化、及び、エンジンの暖機を促進するために、エンジンを、例えば触媒装置の活性化を図るモードや冷却水温を上昇させるモードで運転する。こうした運転モードは、エンジンの燃費性能を低下させる。

従って、ハイブリッド自動車は、低温環境下において、燃費性能が大幅に悪化しやすい。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ハイブリッド自動車において、低温環境下における燃費性能の低下を抑制することにある。

ここに開示する技術は、ハイブリッド車の二次電池制御装置に係る。この装置は、車両に搭載した内燃機関と、前記内燃機関の排気ガスを浄化するよう構成された触媒装置と、前記車両に搭載した第１の二次電池と、少なくとも前記第１の二次電池の電力によって駆動するよう構成されたモーターと、前記第１の二次電池よりも低容量でかつ、低温時の入出力密度低下が、前記第１の二次電池よりも小さい特性を有する第２の二次電池と、前記内燃機関の冷却水によって前記第１の二次電池を昇温するよう構成された昇温手段と、前記触媒装置の未活性時に温度を高めるよう構成された触媒加熱電気ヒーターと、制御手段と、を備える。

そして、前記制御手段は、前記内燃機関の低温始動時に、前記第２の二次電池の電力を前記触媒加熱電気ヒーターに供給することによって、前記触媒装置の活性化を促進しながら、前記内燃機関を、前記冷却水の温度上昇を促進する冷却水昇温モードで運転するよう構成されている。

この車両は、モーターと内燃機関との双方を搭載した、いわゆる、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）である。ハイブリッド自動車のうち、外部電源によって二次電池を充電することが可能な、いわゆるプラグインハイブリッド自動車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle：ＰＨＥＶ）としてもよい。尚、車両は、四輪自動車に限定されるものではない。

前記の構成によると、制御手段は、内燃機関の低温始動時に、触媒加熱電気ヒーターに電力を供給することによって、触媒の活性化を促進する。触媒加熱電気ヒーターには、第２の二次電池の電力を供給する。第２の二次電池は、モーターに電力を供給する第１の二次電池に対して、低温時の入出力密度低下が小さい特性を有している。第２の二次電池は、例えばキャパシタとしてもよい。第２の二次電池は、低温環境下においても、触媒加熱電気ヒーターに十分に電力を供給することができ、これによって、触媒装置を速やかに活性化させることが可能になる。

制御手段はまた、触媒加熱電気ヒーターに通電することにより、触媒装置の活性化を促進している最中に、内燃機関を冷却水昇温モードで運転する。制御手段は、冷却損失が増えるよう、例えば内燃機関の燃料噴射量を増量すると共に、点火時期を遅角することによって燃焼時期を遅らせる、ようにしてもよい。触媒装置の活性化に並行して内燃機関の暖機を促進することによって、内燃機関の始動時に、触媒装置及び内燃機関の双方を速やかに暖機することが可能になる。

前記の構成では、内燃機関の冷却水によって第１の二次電池を昇温するよう構成された昇温手段を備えている。内燃機関の冷却水の温度が高まれば、昇温手段によって第１の二次電池の温度も高まる。内燃機関の低温始動時に、第１の二次電池の温度も、速やかに高まる。

第１の二次電池の温度が所定の温度に到達すれば第１の二次電池の充電が可能になる。従って、前記の構成は、触媒装置、内燃機関及び第１の二次電池の昇温をそれぞれ促進する結果、第１の二次電池の回生充電を早期に開始することが可能になるため、低温環境下における燃費性能を向上させることができる。

前記制御手段は、前記第１の二次電池の温度が所定温度以上になった後、前記第１の二次電池の電力を前記触媒加熱電気ヒーターに供給することによって、前記触媒装置の活性化を促進する、としてもよい。

こうすることで、相対的に容量の小さい第２の二次電池のＳＯＣ（State Of Charge）の低下を抑制しながら、触媒装置の活性化を促進することができる。

ここに開示するハイブリッド車の二次電池制御装置は、車両に搭載した内燃機関と、前記内燃機関の排気ガスを浄化するよう構成された触媒装置と、前記車両に搭載した第１の二次電池と、少なくとも前記第１の二次電池の電力によって駆動するよう構成されたモーターと、前記第１の二次電池よりも低容量でかつ、低温時の入出力密度低下が、前記第１の二次電池よりも小さい特性を有する第２の二次電池と、前記内燃機関の冷却水によって前記第１の二次電池を昇温するよう構成された昇温手段と、制御手段と、を備える。

そして、前記制御手段は、前記内燃機関の低温始動時に、前記内燃機関を、前記触媒装置の活性化を促進するモードで運転しながら、前記第２の二次電池の電力を前記モーターに供給することによって、前記内燃機関をアシストすると共に、前記触媒装置の活性後は、前記内燃機関を、前記冷却水の温度上昇を促進する冷却水昇温モードで運転するよう構成されている。

この構成によると、制御手段は、内燃機関の低温始動時に、内燃機関を触媒装置の活性化を促進するモードで運転する。触媒装置の活性化を促進するモードは、排気損失が増えるよう、例えば内燃機関の燃料噴射量を増量すると共に、点火時期を大幅に遅角することによって燃焼時期を大幅に遅らせる、ようにしてもよい。こうすることで、触媒装置の早期活性化を図ることが可能になる。触媒装置を極めて短時間で、活性化させることが可能である 。

内燃機関を、触媒装置の活性化を促進するモードで運転すると、トルクが低下してしまう。そこで、制御手段は、第２の二次電池の電力をモーターに供給することによって、内燃機関をアシストする。第２の二次電池は、モーターに電力を供給する第１の二次電池に対して、低温時の入出力密度低下が小さい特性を有している。第２の二次電池は、例えばキャパシタとしてもよい。第２の二次電池は、低温環境下においても、モーターに十分に電力を供給することができ、これによって、ハイブリッド車は、所望のトルクを確保することが可能になる。

触媒装置が活性化すれば、制御手段は、内燃機関を、前記冷却水の温度上昇を促進する冷却水昇温モードで運転する。前述の通り、冷却損失が増大するよう、内燃機関を運転すればよい。こうして、内燃機関の暖機が促進されると共に、温度が高まった冷却水により、昇温手段を通じて、第１の二次電池が昇温する。

この構成でも、触媒装置、内燃機関及び第１の二次電池の昇温をそれぞれ促進する結果、第１の二次電池の回生充電を早期に開始することが可能になるため、低温環境下における燃費性能を向上させることができる。

前記モーターは、前記車両の減速走行時に発電を行うよう構成され、前記制御手段は、前記内燃機関の低温始動時の回生電力を、前記第２の二次電池に充電する、としてもよい。

第２の二次電池は、低温時の入出力密度低下が相対的に小さいため、低温時においても、充電が可能である。そこで、内燃機関の低温始動時の回生電力を、第２の二次電池に充電する。このことによって、第１の二次電池の温度上昇を待たずに回生充電を開始することが可能になるから、低温環境下における燃費性能を大幅に向上することができる。

第２の二次電池は、その容量が相対的に小さいが、内燃機関の低温始動時には、第２の二次電池は、触媒加熱電気ヒーターに電力を供給する、又は、モーターに電力を供給するため、ＳＯＣが低下する。よって、第２の二次電池に、回生充電を行う余裕代が生まれ、回生エネルギを十分に回収することが可能になる。

前記昇温手段は、前記第１の二次電池の温度を高めるよう構成された電池加熱電気ヒーターを有し、前記制御手段は、前記内燃機関の低温始動時に、前記第１の二次電池の電力を前記電池加熱電気ヒーターに供給する、としてもよい。

第１の二次電池は、低温時に充電は不可能としても、出力は、ある程度可能である。内燃機関の低温始動時に、第１の二次電池の電力を電池加熱電気ヒーターに供給することによって、第１の二次電池の温度上昇を図るようにすれば、第１の二次電池の温度を、より一層速やかに高めることが可能になる。その結果、第１の二次電池の回生充電を、より一層早期に開始することが可能になる。

ハイブリッド車の二次電池制御装置は、前記内燃機関の次回の始動が、低温始動になることを予測する予測手段を備え、前記制御手段は、前記車両の走行中に、前記第１の二次電池のＳＯＣが予め設定した通常範囲内に収まるように、前記第１の二次電池の充放電を制御すると共に、前記予測手段が低温始動を予測したときには、前記通常範囲を高ＳＯＣ側にシフトした高ＳＯＣ範囲内に、前記第１の二次電池のＳＯＣが収まるよう、前記車両の走行中に、前記第１の二次電池の充放電を制御する、としてもよい。

前述の通り、第１の二次電池の電力を、当該第１の二次電池の加熱に利用する構成では、内燃機関の低温始動時に、第１の二次電池のＳＯＣが十分に残っていることが望ましい。

制御手段は、予測手段の予測に応じて、第１の二次電池の充放電制御を変更する。予測手段は、例えば翌日の最低気温の予報を取得することによって、内燃機関の次回の始動が、低温始動になることを予測してもよい。

予測手段が低温始動を予測したときには、制御手段は、通常範囲より高ＳＯＣ側にシフトした高ＳＯＣ範囲内に、第１の二次電池のＳＯＣが収まるよう、車両の走行中の、第１の二次電池の充放電を制御する。こうすることで、ハイブリッド車を駐車したとき、換言すれば、次にハイブリッド車を始動するときの第１の二次電池のＳＯＣを比較的高くすることが可能になる。その結果、内燃機関の低温始動時に、第１の二次電池の温度を、速やかに高めることが可能になるから、第１の二次電池の回生充電を早期に開始して、低温環境下における燃費性能を向上させることができる。

前記第１の二次電池は、電気的に互いに接続された複数の電池セルを有し、前記昇温手段は、前記複数の電池セルにおいて、電気的に互いに接続された部分を除いた部位を覆う潜熱蓄熱材と、前記潜熱蓄熱材を覆う断熱筐体と、前記複数の電池セルにおける電気的に互いに接続された部分を、前記断熱筐体と共に覆う断熱蓋と、を有している、としてもよい。

こうすることで、潜熱蓄熱材及び電池セルと、外部環境とは、断熱筐体及び断熱蓋によって断熱される。これにより、第１の二次電池の昇温後に、電池セルの温度を長い期間に亘って、所定の温度帯に維持することが可能になる。

以上説明したように、前記のハイブリッド車の二次電池制御装置によると、低温環境下における燃費性能の低下を抑制することができる。

図１は、二次電池制御装置を搭載した車両システムの構成を示す図である。 図２は、昇温デバイスの構成を概念的に示す図である。 図３は、低温環境下でのエンジン始動時の、触媒装置、エンジン及びリチウムイオン電池の昇温制御を示すフローチャートである。 図４は、二次電池制御装置を搭載した、図１とは異なる車両システムの構成を示す図である。 図５は、低温環境下でのエンジン始動時の、触媒装置、エンジン及びリチウムイオン電池の昇温制御を示すフローチャートである。 図６は、昇温デバイスの構成を概念的に示す図である。 図７は、図３又は図５のフローチャートと並列に実行される制御を示すフローチャートである。 図８は、触媒装置、エンジンの冷却水、及びリチウムイオン電池の温度変化を例示する図である。 図９は、走行時におけるリチウムイオン電池の充放電制御を説明する図である。

以下、ここに開示するハイブリッド車の二次電池制御装置について、図面を参照しながら詳細に説明をする。尚、以下の説明は例示である。図１は、二次電池制御装置を搭載した車両システム１の構成を示している。この車両は、例えば四輪のＨＥＶ又はＰＨＥＶである。尚、ここに開示する二次電池制御装置が搭載可能な車両は、四輪自動車に限定されない。

車両システム１は、エンジン１１と、モータージェネレータ２と、第１の二次電池としてのリチウムイオン電池３と、を備えている。エンジン１１は、例えば多気筒の内燃機関である。エンジン１１は、変速機１２を介して駆動輪２１に連結されている。

エンジン１１の排気管１３には、排気ガスを浄化するよう構成された触媒装置１４が設けられている。触媒装置１４は、この構成例では、電気ヒーター１４１を有するＥＨＣ（Electrically Heated Catalyst）である。

モータージェネレータ２は、エンジン１１に対して並列に設けられると共に、駆動輪２１に連結されている。具体的にモータージェネレータ２は、この構成例では、エンジン１１の出力軸に、ギヤ列１６を介して連結されている。この車両は、いわゆるストロングハイブリッド自動車である。エンジン１１及び／又はモータージェネレータ２が駆動輪２１を駆動することによって、車両は走行する。リチウムイオン電池３は、モータージェネレータ２に接続されている。リチウムイオン電池３の容量は、比較的大きい。

モータージェネレータ２は、リチウムイオン電池３からの電力の供給を受けて原動機として機能する。また、モータージェネレータ２は、発電機としても機能する。モータージェネレータ２は、車両の減速走行時に発電を行う。リチウムイオン電池３は、モータージェネレータ２の発電電力によって回生充電される。

モータージェネレータ２と、リチウムイオン電池３との間には、インバータ２２が介設されている。インバータ２２は、モータージェネレータ２の駆動及び発電を制御する。

リチウムイオン電池３とインバータ２２との間には、切替スイッチ５２が介設している。切替スイッチ５２は、リチウムイオン電池３からの電力を、モータージェネレータ２と、ＥＨＣの電気ヒーター１４１とに供給するよう、電力供給先を切り替える。

車両システム１は、リチウムイオン電池３の温度が低いときに、リチウムイオン電池３の温度を高めるように構成された昇温デバイス６を備えている。昇温デバイス６は、例えば、−３０℃といった低温環境下において、リチウムイオン電池３の温度を高める。

図２は、昇温デバイス６の構成を示している。図２において符号３１は、リチウムイオン電池３を構成する、複数の電池セルを示している。複数の電池セル３１は、電気的に、互いに接続されている。昇温デバイス６は、電池セル３１を覆うように設けられた断熱筐体６１及び断熱蓋６１１と、断熱筐体６１内に充填され、それによって電池セル３１を覆うように設けられた潜熱蓄熱材６２と、潜熱蓄熱材６２に対し熱伝達するよう構成された冷却水貯留槽６７０とを有している。

各電池セル３１は、電気的に互いに接続される部分を除くほぼ全体が、断熱筐体６１及び潜熱蓄熱材６２に覆われている。各電池セル３１の電気的に互いに接続されている部分は、断熱蓋６１１と断熱筐体６１とに覆われている。こうすることにより、各電池セル３１と潜熱蓄熱材６２との間の熱伝達が良好になると共に、各電池セル３１と、断熱筐体６１及び断熱蓋６１１の外部との断熱性も良好になる。尚、図２は、昇温デバイス６の構成を概念的に示すものであり、昇温デバイス６の具体構成は、図２に示す構成に限定されるものではない。

潜熱蓄熱材６２は、所定の温度帯において凝固するように構成されている。所定の温度帯は、３０℃前後において設定された温度帯である。この温度帯は、リチウムイオン電池３の充電が可能となる温度帯である。３０℃前後の温度帯で凝固する潜熱蓄熱材６２は、例えば、パラフィン系潜熱蓄熱材とすることが可能である。潜熱蓄熱材６２は、３０℃前後の温度帯において蓄熱をする。

冷却水貯留槽６７０は、エンジン１１の冷却水が流れる冷却水通路６７に接続されている。この冷却水通路６７は、図１に図示しないラジエータを含む冷却水循環通路とは独立して設けられている。冷却水通路６７は、エンジン１１から冷却水貯留槽６７０に至る往路６７１と、冷却水貯留槽６７０からエンジン１１に至る復路６７２と、を有している。往路６７１には、開閉バルブ６７３と、ポンプ６７４とが介設している。開閉バルブ６７３を開けかつ、ポンプ６７４を駆動することによって、エンジン１１と冷却水貯留槽６７０との間で、冷却水が循環する。

昇温デバイス６は、エンジン１１の冷却水の熱を利用することにより、潜熱蓄熱材６２を通じて電池セル３１の温度を高める。電池セル３１の温度は、潜熱蓄熱材６２の凝固温度に一定に保たれる。リチウムイオン電池３の温度が所定の温度帯に至った状態で、電気ヒーター６３の通電を停止すると、潜熱蓄熱材６２及び電池セル３１と、外部環境とは、断熱筐体６１及び断熱蓋６１１によって断熱されているため、電池セル３１の温度低下が抑制される。また、電池セル３１の温度が下がろうとしても、潜熱蓄熱材６２の放熱により、電池セル３１の温度が、潜熱蓄熱材６２の凝固温度に保たれる。こうして、昇温デバイス６は、リチウムイオン電池３の温度を、所定の温度帯に、長時間維持する。

図１に戻り、車両システム１は、リチウムイオン電池３とは別に、第２の二次電池としての第２蓄電デバイス３０を備えている。第２蓄電デバイス３０は、リチウムイオン電池３よりも低容量である。第２蓄電デバイス３０は、低温時の入出力密度低下が、リチウムイオン電池３よりも小さい特性を有する。つまり、第２蓄電デバイス３０は、低温時においても、出力が可能であると共に、充電が可能である。第２蓄電デバイス３０は、例えばキャパシタによって構成してもよい。第２蓄電デバイス３０は、切替スイッチ５２を介して、モータージェネレータ２及びＥＨＣの電気ヒーター１４１に接続されている。第２蓄電デバイス３０は、モータージェネレータ２及び電気ヒーター１４１に電力を供給することが可能である。

車両システム１は、コントローラ７を備えている。コントローラ７は、エンジン１１及びインバータ２２の制御を通じて車両の走行制御を行う。

リチウムイオン電池３には、その温度を検知する温度センサ７１が設けられている。温度センサ７１は、検知信号をコントローラ７に出力する。また、昇温デバイス６には、潜熱蓄熱材６２の温度を検知する温度センサ７２が設けられている。温度センサ７２も、検知信号をコントローラ７に出力する。また、車両システム１は、エンジン１１の冷却水温を検知する水温センサ７３を備えている。水温センサ７３は、検知信号をコントローラ７に出力する。

コントローラ７は、これらのセンサ信号に基づいて、切替スイッチ５２、冷却水通路６７の開閉バルブ６７３及びポンプ６７４をそれぞれ制御し、リチウムイオン電池３の温度調整を行う。

図３は、車両システム１において、エンジン１１の低温始動時における、触媒装置１４、エンジン１１及びリチウムイオン電池３の昇温制御の手順を示すフローチャートである。先ずスタート後のステップＳ３１で、コントローラ７は、エンジン１１が始動したか否かを判定する。ステップＳ３１の判定がＮＯのときには、ステップＳ３１を繰り返す。ステップＳ３１の判定がＹＥＳのときには、ステップＳ３２に移行する。

ステップＳ３２で、コントローラ７は、エンジン１１及び昇温デバイス６間で、冷却水を循環させる。具体的に、コントローラ７は、冷却水通路６７の開閉バルブ６７３を開けると共に、ポンプ６７４を駆動する。

ステップＳ３３で、コントローラ７は、エンジン１１を冷却水昇温モードで運転する。具体的にコントローラ７は、冷却損失が増えるよう、例えばエンジン１１の燃料噴射量を増量すると共に、点火時期を遅角することによって燃焼時期を遅らせる。これにより、エンジン１１の暖機が促進される。また、冷却水の温度が昇温することに伴い、昇温デバイス６の冷却水貯留槽６７０の温度が高まる。その結果、潜熱蓄熱材６２を通じて、リチウムイオン電池３の温度も昇温する。

ステップＳ３４で、コントローラ７は、第２蓄電デバイス３０の電力を、ＥＨＣの電気ヒーター１４１に供給する。これにより、触媒装置１４の活性化を促進する。

ステップＳ３５で、コントローラ７は、触媒装置１４の暖機が完了したか否かを判定する。ステップＳ３５の判定がＮＯのときには、コントローラ７は、エンジン１１の冷却水の昇温、及び、ＥＨＣの電気ヒーター１４１の通電を継続しながら、ステップＳ３５を繰り返す。ステップＳ３５の判定がＹＥＳになれば、フローは、ステップＳ３６に移行する。

ステップＳ３６で、コントローラ７は、ＥＨＣの電気ヒーター１４１への通電を停止する。一方、エンジン１１と昇温デバイス６との間で冷却水を循環しながら、エンジン１１を冷却水昇温モードで運転することは継続する。

続くステップＳ３７で、コントローラ７は、潜熱蓄熱材６２の温度が所定温度を超えたか否かを判定する。所定温度は、潜熱蓄熱材６２が溶融する温度（３０℃程度）であり、リチウムイオン電池３の充電が可能となる温度である。

ステップＳ３７の判定がＮＯのときには、コントローラ７は、エンジン１１と昇温デバイス６との間で冷却水を循環しながら、エンジン１１を冷却水昇温モードで運転することを継続し、エンジン１１及びリチウムイオン電池３の昇温を継続する。ステップＳ３７の判定がＹＥＳになれば、ステップＳ３８に移行する。

ステップＳ３８で、コントローラ７は、冷却水通路５６の開閉バルブ６７３を閉じると共に、ポンプ６７４を停止する。こうして、冷却水の循環を停止することにより、リチウムイオン電池３の昇温を中止する。一方、エンジン１１を冷却水昇温モードで運転することは継続する。

潜熱蓄熱材６２及び電池セル３１と、外部環境とは、断熱筐体６１及び断熱蓋６１１によって断熱されているため、リチウムイオン電池３の昇温が停止した後も電池セル３１の温度低下が抑制される。また、電池セル３１の温度が下がろうとしても、潜熱蓄熱材６２の放熱により、電池セル３１の温度が、潜熱蓄熱材６２の凝固温度に保たれる。こうして、昇温デバイス６は、リチウムイオン電池３の温度を、所定の温度帯に、長時間維持する。

ステップＳ３９で、コントローラ７は、エンジン１１の冷却水の温度が目標温度ＴＥ以上になったか否かを判定する。目標温度ＴＥ以上でないとき、コントローラ７は、エンジン１１の冷却水昇温モードを継続する。

ステップＳ３９の判定がＹＥＳになれば、フローは、ステップＳ３１０に移行する。エンジン１１の冷却水が、目標温度ＴＥに到達したため、コントローラ７は、エンジン１１を通常モードで運転させる。

この車両システム１では、エンジン１１の低温始動時に、ＥＨＣの電気ヒーター１４１によって触媒装置１４の活性化を図りながら、エンジン１１を冷却水昇温モードで運転することにより、エンジン１１の暖機と、リチウムイオン電池３の昇温を促進する。触媒装置１４の活性化に並行してエンジン１１の暖機を促進することによって、エンジン１１の低温始動時に、触媒装置１４及びエンジン１１の双方を速やかに暖機することが可能になる。また、エンジン１１の冷却水が昇温すれば、昇温デバイス６によってリチウムイオン電池３も昇温する。この車両システム１は、触媒装置１４と、エンジン１１とリチウムイオン電池３との全ての昇温を促進することができる。

ＥＨＣの電気ヒーター１４１には、第２蓄電デバイス３０が電力を供給する。第２蓄電デバイス３０は、リチウムイオン電池３よりも低温時の入出力密度の低下が小さいため、低温環境下においても、十分な電力を電気ヒーター１４１に供給することが可能になる。触媒装置１４は、速やかに活性化する。

リチウムイオン電池３の温度が所定温度に到達する前、つまり、図３のフローにおいてステップＳ３７の判定がＹＥＳになる前に、モータージェネレータ２に電力を供給する場合、コントローラ７は、第２蓄電デバイス３０の電力をモータージェネレータ２に供給する。尚、第２蓄電デバイス３０のＳＯＣが所定値以下のときには、コントローラ７は、リチウムイオン電池３の温度が所定温度に到達する前であっても、リチウムイオン電池３の電力をモータージェネレータ２に供給する。リチウムイオン電池３は、低温時には、充電はできないものの、出力は、ある程度可能であるためである。但し、コントローラ７は、リチウムイオン電池３の温度に応じた制限出力となるように、リチウムイオン電池３の電力供給量を調整する。

コントローラ７は、リチウムイオン電池３の温度が所定温度に到達する前に生じた回生電力を第２蓄電デバイス３０に充電する。こうすることで、リチウムイオン電池３の温度が所定温度に到達する前に、回生充電が可能になる。

ここで、第２蓄電デバイス３０は、電気ヒーター１４１に電力を供給しているため、第２蓄電デバイス３０のＳＯＣは、その分だけ低下する。第２蓄電デバイス３０は、容量が相対的に小さいものの、ＳＯＣが低下するため、回生エネルギを十分に回収することが可能になる。この車両システム１は、低温環境下における燃費性能を大幅に向上させることが可能になる。

リチウムイオン電池３の温度が所定温度にまで高まると、リチウムイオン電池３の充電が可能になる。この車両システム１は、触媒装置１４、エンジン１１及びリチウムイオン電池３の昇温をそれぞれ促進する結果、リチウムイオン電池３の回生充電を早期に開始することが可能になる。その結果、この車両システム１は、低温環境下における燃費性能が向上する。

リチウムイオン電池３の温度が所定温度以上になれば、リチウムイオン電池３及び第２蓄電デバイス３０の動作は、通常制御となる。通常制御において、コントローラ７は、車両の発進時のモータージェネレータ２に供給する電力を、第２蓄電デバイス３０から出力させる。また、コントローラ７は、エンジン走行からの減速時の回生電力を、第２蓄電デバイス３０に充電する。一方、コントローラ７は、エンジン１１が運転している最中の負荷シフト時にモータージェネレータ２に供給する電力を、リチウムイオン電池３から出力させる。また、コントローラ７は、エンジン１１を停止した連続ＥＶ走行時にモータージェネレータ２に供給する電力を、リチウムイオン電池３から出力させる。さらに、コントローラ７は、連続ＥＶ走行時の回生電力を、リチウムイオン電池３に充電する。

リチウムイオン電池３の温度が所定温度以上になれば、コントローラ７は、車両の走行状態に応じて、モータージェネレータ２への電力供給源を、リチウムイオン電池３と第２蓄電デバイス３０との間で切り替える。コントローラ７は、切替スイッチ５２の制御を通じて電力供給源の切り替えを行うが、具体的には次のようにして行う。

すなわち、例えば第２蓄電デバイス３０から、リチウムイオン電池３に電力供給源の切り替えを行うときには、第２蓄電デバイス３０の電力供給によるモータージェネレータ２のトルク分を、エンジン１１によって賄うように、コントローラ７は、エンジン１１のトルクを高める。その上で、コントローラ７は、第２蓄電デバイス３０の出力を停止する。そして、コントローラ７は、リチウムイオン電池３が出力した電力をモータージェネレータ２に供給するように、切替スイッチ５２の切り替えを実行する。リチウムイオン電池３からの電力によってモータージェネレータ２のトルクが高まるに従い、コントローラ７は、高めていたエンジン１１のトルクを低下する。こうして、トルクショックを回避しながら電力供給源の切り替えが行われる。

また、リチウムイオン電池３から第２蓄電デバイス３０に電力供給源の切り替えを行うときには、コントローラ７は、前記とは逆の手順で、切り替えを実行する。

このような電力供給源の切り替え制御を行うことによって、ＤＣ−ＤＣコンバータといった、パワーデバイスが不要になる。車両システム１の構成を簡略化することが可能になる。

図４は、二次電池制御装置を搭載した、別の車両システム１０の構成を示している。この車両システム１０と図１の車両システム１とを比較して異なる点は、車両システム１０は、触媒装置１４が電気ヒーターを有していない点である。

図５は、車両システム１０において、エンジン１１の低温始動時における、触媒装置１４、エンジン１１及びリチウムイオン電池３の昇温制御の手順を示すフローチャートである。先ずスタート後のステップＳ５１で、コントローラ７は、エンジン１１が始動したか否かを判定する。ステップＳ５１の判定がＮＯのときには、ステップＳ５１を繰り返す。ステップＳ５１の判定がＹＥＳのときには、ステップＳ５２に移行する。

ステップＳ５２で、コントローラ７は、エンジン１１及び昇温デバイス６間で、冷却水を循環させる。具体的に、コントローラ７は、冷却水通路６７の開閉バルブ６７３を開けると共に、ポンプ６７４を駆動する。

ステップＳ５３で、コントローラ７は、エンジン１１をＡＷＳ（Accelerated Warm-up System）モードで運転する。具体的にコントローラ７は、排気損失が増えるよう、例えばエンジン１１の燃料噴射量を増量すると共に、点火時期を大幅に遅角することによって燃焼時期を大幅に遅らせる。これにより、触媒装置１４の活性化が促進される。一方で、燃焼時期を大幅に遅らせるため、エンジン１１のトルクは低下する。

そこで、ステップＳ５４で、コントローラ７は、モータージェネレータ２によるエンジン１１のアシストを実行する。このときに、コントローラ７は、第２蓄電デバイス３０の電力を、モータージェネレータ２に供給する。

ステップＳ５５で、コントローラ７は、触媒装置１４の暖機が完了したか否かを判定する。ステップＳ５５の判定がＮＯのときには、コントローラ７は、エンジン１１のＡＷＳモードと、モータージェネレータ２のアシストを継続しながら、ステップＳ５５を繰り返す。ステップＳ５５の判定がＹＥＳになれば、フローは、ステップＳ５６に移行する。

ステップＳ５６で、コントローラ７は、エンジン１１と昇温デバイス６との間で冷却水を循環しながら、エンジン１１を冷却水昇温モードで運転する。前述したように、コントローラ７は、冷却損失が増えるよう、例えばエンジン１１の燃料噴射量を増量すると共に、点火時期を遅角することによって燃焼時期を遅らせる。これにより、エンジン１１の暖機を促進すると同時に、リチウムイオン電池３の昇温を図る。

エンジン１１のＡＷＳモードを終了したため、ステップＳ５７で、コントローラ７は、モータージェネレータ２によるエンジン１１のアシストを停止する。

ステップＳ５８で、コントローラ７は、潜熱蓄熱材６２の温度が所定温度を超えたか否かを判定する。所定温度は、潜熱蓄熱材６２が溶融する温度（３０℃程度）であり、リチウムイオン電池３の充電が可能となる温度である。

ステップＳ５８の判定がＮＯのときには、コントローラ７は、エンジン１１と昇温デバイス６との間で冷却水を循環しながら、エンジン１１を冷却水昇温モードで運転することを継続し、エンジン１１及びリチウムイオン電池３の昇温を継続する。ステップＳ５８の判定がＹＥＳになれば、ステップＳ５９に移行する。

ステップＳ５９で、コントローラ７は、冷却水通路５６の開閉バルブ６７３を閉じると共に、ポンプ６７４を停止する。こうして、冷却水の循環を停止することにより、リチウムイオン電池３の昇温を中止する。リチウムイオン電池３の昇温を停止した後、昇温デバイス６が、リチウムイオン電池３の温度を、所定の温度帯に、長時間維持する点は、前記と同様である。一方、コントローラ７は、エンジン１１を冷却水昇温モードで運転することは継続する。

ステップＳ５１０で、コントローラ７は、エンジン１１の冷却水の温度が目標温度ＴＥ以上になったか否かを判定する。目標温度ＴＥ以上でないとき、コントローラ７は、エンジン１１の冷却水昇温モードを継続する。

ステップＳ５１０の判定がＹＥＳになれば、フローは、ステップＳ５１１に移行する。エンジン１１の冷却水が、目標温度ＴＥに到達したため、コントローラ７は、エンジン１１を通常モードで運転させる。

この車両システム１０では、触媒装置１４が電気ヒーターを有していないため、エンジン１１の低温始動時に、エンジン１１をＡＷＳモードで運転することにより触媒装置１４の活性化を図る。触媒装置１４を早期に活性化させることが可能になる。

このときに、所望のトルクを確保するために、第２蓄電デバイス３０の電力を利用して、モータージェネレータ２によりエンジン１１のアシストを行う。第２蓄電デバイス３０は、リチウムイオン電池３よりも低温時の入出力密度の低下が小さいため、低温環境下においても、十分な電力をモータージェネレータ２に供給することが可能になる点は、前述の通りである。

触媒装置１４が活性化すれば、エンジン１１を冷却水昇温モードで運転することにより、エンジン１１の暖機と共に、リチウムイオン電池３の昇温を図る。この構成でも、触媒装置１４の早期活性化と共に、エンジン１１の早期の暖機、及び、リチウムイオン電池３の早期の昇温が図られる。

リチウムイオン電池３の温度が所定温度に到達する前に、モータージェネレータ２に電力を供給する場合、前述したように、コントローラ７は、第２蓄電デバイス３０の電力をモータージェネレータ２に供給する。尚、第２蓄電デバイス３０のＳＯＣが所定値以下のときには、コントローラ７は、リチウムイオン電池３の温度が所定温度に到達する前であっても、リチウムイオン電池３の電力をモータージェネレータ２に供給する。但し、リチウムイオン電池３の温度に応じた制限出力となるように、コントローラ７は、リチウムイオン電池３の電力供給量を調整する。

リチウムイオン電池３の温度が所定温度に到達する前に生じた回生電力は、第２蓄電デバイス３０に充電する。こうすることで、リチウムイオン電池３の温度が所定温度に到達する前に、回生充電が可能になる。

第２蓄電デバイス３０は、モータージェネレータ２に電力を供給しているため、第２蓄電デバイス３０のＳＯＣは、その分だけ低下している点は、前記の構成と同様である。第２蓄電デバイス３０は、容量が相対的に小さいものの、ＳＯＣが低下することによって回生エネルギを十分に回収することが可能になる。これにより、低温環境下における燃費性能を大幅に向上させることが可能になる。

リチウムイオン電池３の温度が所定温度にまで高まると、リチウムイオン電池３の充電が可能になる。この車両システム１０も、触媒装置１４、エンジン１１及びリチウムイオン電池３の昇温をそれぞれ促進する結果、リチウムイオン電池３の回生充電を早期に開始することが可能になる。

リチウムイオン電池３の温度が所定温度以上になれば、リチウムイオン電池３及び第２蓄電デバイス３０の動作は、通常制御となる。車両システム１０における通常制御は、前述した車両システム１の通常制御と同様である。

図６は、車両システム１又は車両システム１０に適用可能な、昇温デバイス６の変更例を示している。昇温デバイス６は、冷却水貯留槽６７０内に設けられた電気ヒーター６３を有している。冷却水貯留槽６７０は、前述の通り、冷却水通路６７に連通している。

電気ヒーター６３には、切替スイッチ５２を介して、リチウムイオン電池３の電力が供給される。電気ヒーター６３に通電をすると、冷却水が加熱されると共に、冷却水を通じて、潜熱蓄熱材６２及びリチウムイオン電池３の温度が高まる。リチウムイオン電池３は、自身の電力によって自身の加熱を行う、いわゆる自己加温が可能である。

図７は、図３又は図５のフローチャートに並行して実行される電気ヒーター６３の制御に係るフローチャートを示している。このフローは、リチウムイオン電池３が出力可能な温度になればスタートする。ステップＳ７１で、コントローラ７は、リチウムイオン電池３の電力を、電気ヒーター６３に供給する。これにより、冷却水貯留槽６７０内で、エンジン１１の冷却水が昇温する。リチウムイオン電池３の温度の昇温が図られる。またこのとき、冷却水は、冷却水通路６７を通じてエンジン１１と昇温デバイス６との間を循環しているため、エンジン１１の暖機も促進される。冷却水は、電気ヒーター６３によって昇温すると同時に、エンジン１１が冷却水昇温モードで運転することにより昇温する場合がある。

続くステップＳ７２で、コントローラ７は、潜熱蓄熱材６２の温度が所定温度を超えたか否かを判定する。所定温度は、潜熱蓄熱材６２が溶融する温度（３０℃程度）であり、リチウムイオン電池３の充電が可能となる温度である。

ステップＳ７２の判定がＮＯのときには、コントローラ７は、エンジン１１と昇温デバイス６との間で冷却水を循環しながら、電気ヒーター６３への通電を継続する。ステップＳ７２の判定がＹＥＳになれば、フローは、ステップＳ７３に移行する。

ステップＳ７３で、コントローラ７は、電気ヒーター６３への通電を停止し、冷却水及びリチウムイオン電池３の昇温を中止する。

このように、リチウムイオン電池３の電力を利用して、リチウムイオン電池３の昇温を図ることによって、エンジン１１の暖機が促進されると共に、リチウムイオン電池３が早期に昇温する。その結果、エンジン１１の低温始動時に、リチウムイオン電池３の温度が速やかに所定温度以上となり、リチウムイオン電池３の回生充電を早期に開始することが可能になる。また、リチウムイオン電池３及び第２蓄電デバイス３０の動作を、早期に、通常制御に移行することが可能になる。

ここで、図８は、図６に示す構成の昇温デバイス６を備えた車両システムにおける、リチウムイオン電池３の温度変化（図８の実線参照）、エンジン１１の冷却水温度の変化（図８の破線参照）及び触媒装置１４の温度変化（図８の一点鎖線）を例示している。

前述の通り、触媒装置１４は、ＥＨＣの電気ヒーター１４１によって、又は、エンジン１１のＡＷＳモード運転によって、昇温する。触媒装置１４は、時刻ｔ１において目標触媒温度ＴＣに達する。触媒装置１４は、速やかに活性化する。

エンジン１１と昇温デバイス６との間で冷却水を循環しているため、エンジン１１の冷却水及びリチウムイオン電池３は、実質的に同じ温度になる。エンジン１１の冷却水及びリチウムイオン電池３は、少なくとも電気ヒーター６３の通電によって次第に温度が高まる。

リチウムイオン電池３の目標電池温度ＴＳは、冷却水の目標冷却水温度ＴＥよりも低いため、リチウムイオン電池３の温度は、先に目標電池温度ＴＳに到達する（時刻ｔ２）。

リチウムイオン電池３の温度が目標電池温度ＴＳに到達すれば、電気ヒーター６３の通電が停止する。時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は、エンジン１１の冷却水昇温モード運転と、電気ヒーター６３の通電とによって、エンジン１１の冷却水の温度は上昇するが、時刻ｔ２以降は、エンジン１１の冷却水昇温モード運転のみで、エンジン１１の冷却水の温度は上昇する。このため、時刻ｔ２以降は、エンジン１１の冷却水の温度の、時間の経過に対する傾きは、相対的に小さくなる。エンジン１１の冷却水が目標冷却水温度ＴＥに到達すれば、冷却水昇温モードが終了する（時刻ｔ３）。

こうして、触媒装置１４が速やかに活性化すると共に、リチウムイオン電池３の自己加温によってリチウムイオン電池３の温度が、目標電池温度ＴＳに速やかに到達しかつ、電池の昇温と共に、エンジン１１の冷却水の温度も、目標冷却水温度ＴＥに速やかに到達する。

図６に示す昇温デバイス６のように、リチウムイオン電池３の電力を用いて、リチウムイオン電池３の昇温を図る構成においては、エンジン１１の低温始動時に、リチウムイオン電池３のＳＯＣが十分に確保されていることによって、リチウムイオン電池３の昇温に利用可能な電力を多く確保することができる。

そこで、電気ヒーター６３を有する昇温デバイス６を備えた車両システムにおいては、エンジン１１の次回の始動が、低温始動になることを予測する予測手段を備えるようにし、その予測手段の予測に応じて、走行中の、リチウムイオン電池３の充放電制御を変更してもよい。

ここで、予測手段は、例えば翌日の最低気温の予報を取得する手段として構成してもよい。こうした予測手段は、通信手段を通じて各種の情報を取得するよう構成された情報取得手段（カーコネクティビティシステム）によって構成することが可能である。

コントローラ７は、予測手段が低温始動を予測したときには、リチウムイオン電池３のＳＯＣが比較的高い状態で停車して、次回のエンジン１１の始動時のリチウムイオン電池３のＳＯＣが比較的高くなるように、走行中におけるリチウムイオン電池３の充放電制御を、通常時の制御から変更する。

具体的には、図９に実線で示すように、コントローラ７は、通常時には、リチウムイオン電池３の容量の最大最小の中央付近となる通常使用範囲に、リチウムイオン電池３のＳＯＣが収まるように、リチウムイオン電池３の充放電を制御しながら走行する。こうすることで、リチウムイオン電池３の寿命を長くすることが可能になる。

一方、次回のエンジン１１の始動時が低温始動であると予想したときに、コントローラ７は、リチウムイオン電池３のＳＯＣが、通常使用範囲に対して、高ＳＯＣ側にシフトした冷間予測時使用範囲に収まるように、リチウムイオン電池３の充放電を制御しながら走行する。

こうすることで、図９に破線で示すように、低温始動であると予想したときには、「駐車時」のＳＯＣを相対的に高くすることが可能になる。その結果、図９に白抜きの矢印で示すように、次回のエンジン１１の始動が低温始動になったときに、電気ヒーター６３に供給可能な電力が増える。尚、図９では、通常使用範囲における中央値までを、電気ヒーターに供給可能な電力としている。通常使用範囲における中央値から、当該使用範囲の下限値までのリチウムイオン電池３のＳＯＣは、エンジン１１のアシスト等の目的でモータージェネレータ２に供給する電力として確保するためである。

こうして、エンジン１１の低温始動時に、リチウムイオン電池３の電力を利用して、リチウムイオン電池３の温度を速やかに高めることが可能になる。これにより、低温環境下において、リチウムイオン電池３の回生充電を早期に開始することが可能になり、低温環境下における燃費性能を大幅に向上することができる。

また、リチウムイオン電池３のＳＯＣが、冷間予測時使用範囲に収まるように、リチウムイオン電池３の充放電を制御することは、リチウムイオン電池３の寿命には不利になり得るが、この冷間予測時使用範囲に基づく充放電制御は、次回の始動時が低温始動になると予想されるときに制限しているため、リチウムイオン電池３の寿命を実質的に短くすることにはならない。

１、１０ 車両システム
１１ エンジン（内燃機関）
１４ 触媒装置
１４１ 電気ヒーター（触媒加熱電気ヒーター）
２ モータージェネレータ（モーター）
３ リチウムイオン電池（第１の二次電池）
３０ 第２蓄電デバイス（第２の二次電池）
６ 昇温デバイス（昇温手段）
６３ 電気ヒーター（電池加熱電気ヒーター）
７ コントローラ（制御手段）

Claims (7)

1. 車両に搭載した内燃機関と、
   前記内燃機関の排気ガスを浄化するよう構成された触媒装置と、
   前記車両に搭載した第１の二次電池と、
   少なくとも前記第１の二次電池の電力によって駆動するよう構成されたモーターと、
   前記第１の二次電池よりも低容量でかつ、低温時の入出力密度低下が、前記第１の二次電池よりも小さい特性を有する第２の二次電池と、
   前記内燃機関の冷却水によって前記第１の二次電池を昇温するよう構成された昇温手段と、
   前記触媒装置の未活性時に温度を高めるよう構成された触媒加熱電気ヒーターと、
   制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記内燃機関の低温始動時に、前記第２の二次電池の電力を前記触媒加熱電気ヒーターに供給することによって、前記触媒装置の活性化を促進しながら、前記内燃機関を、前記冷却水の温度上昇を促進する冷却水昇温モードで運転するよう構成されているハイブリッド車の二次電池制御装置。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車の二次電池制御装置において、
   前記制御手段は、前記第１の二次電池の温度が所定温度以上になった後、前記第１の二次電池の電力を前記触媒加熱電気ヒーターに供給することによって、前記触媒装置の活性化を促進するハイブリッド車の二次電池制御装置。
3. 車両に搭載した内燃機関と、
   前記内燃機関の排気ガスを浄化するよう構成された触媒装置と、
   前記車両に搭載した第１の二次電池と、
   少なくとも前記第１の二次電池の電力によって駆動するよう構成されたモーターと、
   前記第１の二次電池よりも低容量でかつ、低温時の入出力密度低下が、前記第１の二次電池よりも小さい特性を有する第２の二次電池と、
   前記内燃機関の冷却水によって前記第１の二次電池を昇温するよう構成された昇温手段と、
   制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記内燃機関の低温始動時に、
   前記内燃機関を、前記触媒装置の活性化を促進するモードで運転しながら、前記第２の二次電池の電力を前記モーターに供給することによって、前記内燃機関をアシストすると共に、
   前記触媒装置の活性後は、前記内燃機関を、前記冷却水の温度上昇を促進する冷却水昇温モードで運転するよう構成されているハイブリッド車の二次電池制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッド車の二次電池制御装置において、
   前記モーターは、前記車両の減速走行時に発電を行うよう構成され、
   前記制御手段は、前記内燃機関の低温始動時の回生電力を、前記第２の二次電池に充電するハイブリッド車の二次電池制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のハイブリッド車の二次電池制御装置において、
   前記昇温手段は、前記第１の二次電池の温度を高めるよう構成された電池加熱電気ヒーターを有し、
   前記制御手段は、前記内燃機関の低温始動時に、前記第１の二次電池の電力を前記電池加熱電気ヒーターに供給するハイブリッド車の二次電池制御装置。
6. 請求項５に記載のハイブリッド車の二次電池制御装置において、
   前記内燃機関の次回の始動が、低温始動になることを予測する予測手段を備え、
   前記制御手段は、前記車両の走行中に、前記第１の二次電池のＳＯＣが予め設定した通常範囲内に収まるように、前記第１の二次電池の充放電を制御すると共に、前記予測手段が低温始動を予測したときには、前記通常範囲を高ＳＯＣ側にシフトした高ＳＯＣ範囲内に、前記第１の二次電池のＳＯＣが収まるよう、前記車両の走行中に、前記第１の二次電池の充放電を制御するハイブリッド車の二次電池制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のハイブリッド車の二次電池制御装置において、
   前記第１の二次電池は、電気的に互いに接続された複数の電池セルを有し、
   前記昇温手段は、前記複数の電池セルにおいて、電気的に互いに接続された部分を除いた部位を覆う潜熱蓄熱材と、前記潜熱蓄熱材を覆う断熱筐体と、前記複数の電池セルにおける電気的に互いに接続された部分を、前記断熱筐体と共に覆う断熱蓋と、を有しているハイブリッド車の二次電池制御装置。

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