JP2018153074A - 充電装置、及び車載電源装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】低温環境下でバッテリの充電を行う際に、より充電時間の短縮化とエネルギー効率の向上を可能とする充電装置を提供すること。【解決手段】バッテリ１１を充電する充電装置１０であって、外部電源２０と接続され、前記バッテリ１１に給電する充電器１２と、前記充電器１２と接続され、前記充電器１２からの電力を熱に変換する抵抗式ヒータ１３と、前記充電器１２側から前記バッテリ１１側に向かって冷却媒体を通流させて前記充電器１２と前記バッテリ１１とを共通の前記冷却媒体で冷却する冷却部１６と、を備え、所定温度以下の環境下で前記バッテリ１１を充電する際には、前記充電器１２からの電力が前記抵抗式ヒータ１３へ供給され、前記充電器１２で発生する熱が前記冷却媒体を介して前記バッテリ１１に熱伝達される。【選択図】図１

Description

本開示は、充電装置、及び車載電源装置に関する。
電気自動車等で使用されるバッテリは、エネルギー効率や充放電特性の観点から、一般に、一定温度（例えば、０℃）以上での充放電動作が求められる。そのため、かかるバッテリにおいては、低温環境下で充電を行う場合、抵抗式ヒータ（例えば、ＰＴＣヒータ）を用いて、充電を開始する前に一定温度まで昇温することが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２０１２−１７８８９９号公報
ところで、この種の抵抗式ヒータにおいては、通常、充放電対象のバッテリ自身が当該抵抗式ヒータに対して給電する電源として用いられる。しかしながら、バッテリは、低温環境下においては、常温時と比較して十分な放電を行うことができないため、抵抗式ヒータに対して十分に給電することができず、充電を開始するまでに時間がかかってしまうという問題を有する。又、バッテリは、低温環境下においては、エネルギー損失も大きい。
この点、特許文献１には、外部電源に接続された充電器からＰＴＣヒータに対して給電できる構成が開示されている。しかしながら、特許文献１の従来技術は、小型化、充電時間の短縮化、及びエネルギー効率等の観点から、改善の余地がある。
本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、低温環境下でバッテリの充電を行う際に、より充電時間の短縮化とエネルギー効率の向上を可能とする充電装置、及び車載電源装置を提供することを目的とする。
前述した課題を解決する主たる本開示は、
バッテリを充電する充電装置であって、
外部電源と接続され、前記バッテリに給電する充電器と、
前記充電器と接続され、前記充電器からの電力を熱に変換する抵抗式ヒータと、
前記充電器側から前記バッテリ側に向かって冷却媒体を通流させて前記充電器と前記バッテリとを共通の前記冷却媒体で冷却する冷却部と、を備え、
所定温度以下の環境下で前記バッテリを充電する際には、
前記充電器からの電力が前記抵抗式ヒータへ供給され、
前記充電器で発生する熱が前記冷却媒体を介して前記バッテリに熱伝達される、
充電装置である。
又、他の局面では、
上記充電装置と、前記バッテリと、を備える車載電源装置である。
本開示に係る充電装置によれば、低温環境下でバッテリの充電を行う際に、より充電時間の短縮化とエネルギー効率の向上を図ることができる。
第１の実施形態に係る充電装置の構成の一例を示す図 第１の実施形態に係る充電装置の冷却部の構成の一例を示す図 第１の実施形態に係る充電装置の動作の一例を示すフローチャート 第１の実施形態に係る充電装置が低温環境下でバッテリの充電を行う際の熱伝達経路を模式的に表す図 第２の実施形態に係る充電装置の構成の一例を示す図 第２の実施形態に係る充電装置の冷却部の構成の一例を示す図 第２の実施形態に係る充電装置の動作の一例を示すフローチャート 第２の実施形態に係る充電装置が低温環境下でバッテリの充電を行う際の熱伝達経路を模式的に表す図 第３の実施形態に係る充電装置の構成の一例を示す図 第３の実施形態に係る充電装置の冷却部の構成の一例を示す図 第３の実施形態に係る充電装置が低温環境下でバッテリの充電を行う際の熱伝達経路を模式的に表す図
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能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。
（第１の実施形態）
［充電装置の構成］
以下、図１〜図２を参照して、第１の実施形態に係る充電装置の構成の一例について説明する。
図１は、本実施形態に係る充電装置１０の構成の一例を示す図である。尚、図中において、Ｌは電力ラインを示す。
本実施形態に係る充電装置１０は、例えば、バッテリ１１と一体的に車輌に搭載され、車載電源装置を構成する。
本実施形態に係る充電装置１０は、外部電源２０から電力を受電して、バッテリ１１に充電する。尚、本実施形態に係る充電装置１０は、例えば、端子Ｃ１を介して外部電源２０と接続され、端子Ｃ２を介してインバータ装置３０と接続される。
充電装置１０は、バッテリ１１、充電器１２、ＰＴＣヒータ１３、ヒータ側開閉器１４、バッテリ側開閉器１５、冷却部１６、各種センサ１７ａ〜１７ｃ、及びＥＣＵ１８を備えている。
外部電源２０は、バッテリ１１に対して充電を行う際に、接続プラグ等を介して充電装置１０と接続される。外部電源２０は、例えば、６０Ｈｚ、２００Ｖの単相交流電力を供給する商用電源であって、充電器１２の入力段に対して交流電力を供給する。
バッテリ１１は、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等、任意の種別のバッテリであってよい。バッテリ１１は、電力ラインＬに接続されており、当該電力ラインＬを介して充放電が可能となっている。尚、バッテリ１１の充放電は、例えば、ＥＣＵ１８からの制御信号に基づいてバッテリ側開閉器１５が開閉制御されることによって行われる。
充電器１２は、外部電源２０から受電した電力を電力変換して、バッテリ１１及びＰＴＣヒータ１３に対して出力する。充電器１２は、例えば、外部電源２０より入力される交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ、及び当該直流電力の電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ等を含んで構成される。
充電器１２は、ＥＣＵ１８からの制御信号に基づいて動作し、例えば、ＥＣＵ１８からの制御信号に基づいて設定された出力電力、出力電圧又は出力電流となるように動作する。
充電器１２は、電力ラインＬによって、バッテリ１１及びＰＴＣヒータ１３それぞれと接続され、バッテリ１１及びＰＴＣヒータ１３それぞれに対して給電可能となっている。充電器１２から給電するための電力ラインＬは、バッテリ１１とＰＴＣヒータ１３に分岐して接続されている。換言すると、充電器１２の出力側には、バッテリ１１とＰＴＣヒータ１３が並列に接続されている。
ＰＴＣヒータ１３は、充電器１２から供給される電力を熱に変換して、バッテリ１１を加熱する抵抗式ヒータである。ＰＴＣヒータ１３は、低温でバッテリ１１に充放電を行わせる場合に、バッテリ１１を昇温する。ＰＴＣヒータ１３は、バッテリ１１への熱伝達が良好に行われるように、当該バッテリ１１の筐体に隣接して配設されている。
尚、ＰＴＣヒータ１３は、低温時には消費電力が大きく、ヒータ素子の温度上昇に伴い電気抵抗が増加して消費電力が減少する特性を有する。抵抗式ヒータとしてＰＴＣヒータ１３を用いることによって、低温環境下でバッテリ１１の充電を行う際に、充電器１２が充電動作を実行できない場合又は単位時間あたりに充電し得る充電量が低い場合であっても、充電器１２を最大出力近くで動作させることができる。但し、他の種別の抵抗式ヒータが用いられてもよい。
ヒータ側開閉器１４は、ＰＴＣヒータ１３の前段で、且つ、バッテリ１１側と分岐する位置の後段の電力ラインＬに配設され、充電器１２とＰＴＣヒータ１３との電気的接続状態を切り替える。本実施形態では、ヒータ側開閉器１４がＯＮ状態となることによって、充電器１２からＰＴＣヒータ１３への給電が可能となる。
バッテリ側開閉器１５は、バッテリ１１の前段で、且つ、ＰＴＣヒータ１３側と分岐する位置の後段の電力ラインＬに配設され、充電器１２とバッテリ１１との電気的接続状態を切り替える。本実施形態では、バッテリ側開閉器１５がＯＮ状態となることによって、充電器１２からバッテリ１１への給電が可能となる。
ヒータ側開閉器１４及びバッテリ側開閉器１５としては、例えば、リレー又はトランジスタ等の任意の開閉器が用いられてよい。但し、ヒータ側開閉器１４及びバッテリ側開閉器１５は、電路の開閉に加えて、段階的な出力調整が可能な構成としてもよい。
尚、ヒータ側開閉器１４及びバッテリ側開閉器１５のＯＮ状態とＯＦＦ状態の切り替えは、例えば、ＥＣＵ１８からの制御信号に基づいて実行される。
冷却部１６は、バッテリ１１及び充電器１２を冷却する共通の冷却系統である。冷却部１６は、共通の冷却媒体（本実施形態では、冷却液）を用いて、バッテリ１１及び充電器１２を冷却する構成となっている。
図２は、本実施形態に係る充電装置１０の冷却部１６の構成の一例を示す図である。
冷却部１６は、例えば、冷却媒体として冷却液を用いた冷却系統であって、循環回路１６ａ、ポンプ１６ｂ、及びラジエータ１６ｃを含んで構成される。
循環回路１６ａには、バッテリ１１及び充電器１２それぞれと熱交換する冷却媒体が循環する。この循環回路１６ａには、充電器１２側からバッテリ１１側に向かって、共通の冷却媒体が通流するように、充電器１２及びバッテリ１１が直列に接続されている。
ポンプ１６ｂは、循環回路１６ａ内の冷却媒体の通流を制御する。又、ラジエータ１６ｃは、冷却媒体と熱交換して、当該冷却媒体から放熱する。
尚、充電器１２には、冷却媒体と熱交換するためのヒートシンク１２ａが筐体に配設されている。又、バッテリ１１にも、同様に、冷却媒体と熱交換するためのヒートシンク１１ａが筐体に配設されている。
冷却部１６は、かかる構成によって、バッテリ１１又は充電器１２が常温（例えば、０℃以上）で動作する際には、バッテリ１１及び／又は充電器１２から吸熱して、ラジエータ１６ｃから放熱する。
一方、冷却部１６は、低温環境下でバッテリ１１の充電を行う際（例えば、０℃以下）には、充電を開始する前又は充電を開始した直後においては、充電器１２で発生する熱を、冷却媒体を介してバッテリ１１に対して伝達して、バッテリ１１を昇温する熱伝達機構として機能する（図４を参照）。尚、低温環境下でバッテリ１１の充電を行う際には、以下の不等式（１）の温度関係が成立する。この際には、充電器１２の熱によって、冷却媒体の温度の方がバッテリ１１の温度よりも高くなっている。
充電器１２の温度Ｔ１＞冷却媒体の温度Ｔ２＞バッテリ１１の温度Ｔ３ …式（１）
但し、冷却部１６は、上記構成に限らないのは勿論である。例えば、循環回路１６ａに切り替え弁等を配設し、充電器１２の温度Ｔ１、バッテリ１１の温度Ｔ３、及び、冷却媒体の温度Ｔ２の温度関係に応じて、循環回路１６ａの冷却媒体の循環経路を切り替え可能にしてもよい。又、冷却部１６は、バッテリ１１のみを単独で冷却する冷却系統、又は充電器１２のみを単独で冷却する冷却系統を更に付設してもよい。
又、冷却部１６は、冷却媒体として冷却液を用いた冷却系統に限らず、冷却媒体として空気を用いた冷却系統であってもよい。
本実施形態に係る充電装置１には、各種センサ１７ａ〜１７ｃとして、例えば、バッテリ１１のセル電圧を検知する電圧センサ１７ａ、バッテリ１１の温度（例えば、筐体温度）を検知する温度センサ１７ｂ、及び、充電器１２の温度（例えば、筐体温度）を検知する温度センサ１７ｃ等が備え付けられている。そして、これら各種センサ１７ａ〜１７ｃで検知されるセンサ信号は、ＥＣＵ１８に送信される。尚、これらの各種センサ１７ａ〜１７ｃは、いずれも公知のセンサで実現することができる。
ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１８は、充電装置１０の各部を統括制御する電子制御ユニットである。ＥＣＵ１８は、充電器１２、ヒータ側開閉器１４、バッテリ側開閉器１５、冷却部１６、各種センサ１７ａ〜１７ｃ、又は車輌の各部と通信することで、これらを制御したり、これらからデータを受信したりする。尚、図１中の点線は、信号経路の一例を示している。
本実施形態に係るＥＣＵ１８は、バッテリ側開閉器１５のＯＮ／ＯＦＦを制御することによって、バッテリ１１への充放電を制御する。又、ＥＣＵ１８は、ヒータ側開閉器１４のＯＮ／ＯＦＦを制御することによって、ＰＴＣヒータ１３によるバッテリ１１の昇温を制御する。又、ＥＣＵ１８は、冷却部１６のポンプ１６ｂを制御することによって、循環回路１６ａにおける冷却媒体の通流を制御する。尚、ＥＣＵ１８の動作の一例は、後述する。
尚、ＥＣＵ１８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、及び出力ポート等を含んで構成されている。そして、ＥＣＵ１８は、例えば、ＣＰＵがＲＯＭやＲＡＭに格納された制御プログラムや各種データを参照することによって、後述するような動作を行う。但し、当該動作は、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回路によっても実現できることは勿論である。
［充電装置の動作フロー］
以下、図３、図４を参照して、本実施形態に係る充電装置１０の動作の一例について説明する。
図３は、本実施形態に係る充電装置１０の動作の一例を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、例えば、ＥＣＵ１８がコンピュータプログラムに従って実行する動作である。この処理は、例えば、外部電源２０の接続プラグが接続され、バッテリ１１に対して充電を実行する際に実行されるものとする。
図４は、本実施形態に係る充電装置１０が低温環境下でバッテリ１１の充電を行う際の熱伝達経路を模式的に表す図である。尚、図４中のＨ１は、ＰＴＣヒータ１３からバッテリ１１に熱伝達する経路を表し、Ｈ２は、充電器１２からバッテリ１１に熱伝達する経路を表している。
本実施形態に係る充電装置１０は、低温環境下でバッテリ１１の充電を行う際には、エネルギー効率及び充電可能電力の観点から、バッテリ１１が一定温度まで昇温してから充電動作を開始する。充電装置１０は、その際、上記したように、ＰＴＣヒータ１３の熱と、充電器１２で発生する熱の両方を利用してバッテリ１１を昇温する（図４を参照）。
ステップＳ１において、ＥＣＵ１８は、まず、温度センサ１７ｂのセンサ信号等に基づいて、バッテリ１１の温度が閾値温度（例えば、０℃）未満であるか否かを判定する。そして、バッテリ１１の温度が第１の閾値温度未満と判定した場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１８は、バッテリ１１を昇温するべく、続くステップＳ２の処理を行う。一方、バッテリ１１の温度が第１の閾値温度以上と判定した場合（ステップＳ１：ＮＯ）、ＥＣＵ１８は、バッテリ１１を通常どおり充電するべく、ステップＳ７の処理を行う。
尚、閾値温度は、例えば、充電を許可するための閾値の温度であって、充電器１２が最大出力電力によりバッテリ１１を充電できる温度に設定される。
ステップＳ２において、ＥＣＵ１８は、ヒータ側開閉器１４をＯＮ状態とすると共に、バッテリ側開閉器１５をＯＦＦ状態として、充電器１２とＰＴＣヒータ１３を電気的に接続する。
ステップＳ３において、ＥＣＵ１８は、充電器１２の出力を開始させる。これによって、ＰＴＣヒータ１３は、バッテリ１１の昇温を開始する。ここで、上述の通り、ＰＴＣヒータ１３は、低温時には消費電力が大きいため、低温環境下でバッテリ１１へ給電する場合に比べ充電器１２の出力を大きくすることができ、充電器１２の温度（排熱）も高くなる。
ステップＳ４において、ＥＣＵ１８は、例えば、温度センサ１７ｂのセンサ信号と温度センサ１７ｃのセンサ信号に基づいて、充電器１２の温度（又は冷却媒体の温度）がバッテリ１１の温度よりも高い状態か否かを判定する。そして、ＥＣＵ１８は、充電器１２の温度（又は冷却媒体の温度）がバッテリ１１の温度よりも低い場合、充電器１２の温度がバッテリ１１の温度以上になるまで、待ち受ける（ステップＳ４：ＮＯ）。そして、ＥＣＵ１８は、充電器１２の温度がバッテリ１１の温度以上になったことを検知した場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、続くステップＳ５の処理を行う。
このステップＳ４では、ＥＣＵ１８は、充電器１２が温度上昇して、上記式（１）の状態（充電器１２の温度Ｔ１＞冷却媒体の温度Ｔ２＞バッテリ１１の温度Ｔ３）となるまで、待ち受ける。尚、ここでは、バッテリ１１の昇温時間をできるだけ短時間にするべく、充電器１２の温度がバッテリ１１の温度以上になった場合に、共通の冷却媒体の通流を開始する構成としている。
ステップＳ５において、ＥＣＵ１８は、冷却部１６を制御して、冷却媒体の通流を開始させる。これによって、冷却部１６の冷却媒体は、充電器１２が発生した熱をバッテリ１１に対して熱伝達する（図４を参照）。
ステップＳ６において、ＥＣＵ１８は、バッテリ１１の温度が閾値温度（例えば、０℃）以上になるまで、待ち受ける（ステップＳ６：ＮＯ）。そして、ＥＣＵ１８は、バッテリ１１の温度が閾値温度以上になったことを検知した場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、続くステップＳ７の処理を行う。
ステップＳ７において、ＥＣＵ１８は、ヒータ側開閉器１４をＯＦＦ状態とすると共に、バッテリ側開閉器１５をＯＮ状態として、充電器１２とバッテリ１１とを電気的に接続する。これによって、バッテリ１１への充電が開始される。
尚、ステップＳ７において、ＥＣＵ１８は、バッテリ側開閉器１５を切り替える前に、一旦、充電器１２の出力を停止してもよい。又、ＥＣＵ１８は、一定時間、ヒータ側開閉器１４とバッテリ側開閉器１５の両方をＯＮ状態として、ＰＴＣヒータ１３の加熱とバッテリ１１の充電の両方を実行してもよい。
ステップＳ８において、ＥＣＵ１８は、バッテリ１１が満充電状態となるまで、待ち受ける（ステップＳ８：ＮＯ）。そして、ＥＣＵ１８は、バッテリ１１が満充電状態になったことを検知した場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、続くステップＳ９の処理を行う。
ステップＳ９において、ＥＣＵ１８は、充電器１２の出力を停止させる。
ＥＣＵ１８は、以上のような一連のフローによって、低温環境下でバッテリ１１の充電を行う際に、バッテリ１１に対して充電を開始するまでの時間を短縮すると共に、充電器１２で発生した熱を効率的にバッテリ１１に対して熱伝達する。但し、上記動作は、一例であって、種々に変形可能である。例えば、ＥＣＵ１８は、バッテリ１１の昇温動作とバッテリ１１への充電動作は、同時に実行してもよいのは勿論である。
以上、本実施形態に係る充電装置１０によれば、バッテリ１１と充電器１２の冷却系統を共通化することで、低温環境下でバッテリ１１の充電を行う際には、充電器１２の熱を利用して、バッテリ１１の昇温を効率的に実行することができる。これによって、エネルギー効率の向上、及び充電時間の短縮化を実現することが可能となる。
又、本実施形態に係る充電装置１０は、充電器１２がＰＴＣヒータ１３に対して行う電力供給も担うため、ＰＴＣヒータ１３を昇温させる際に発生する充電器１２の熱もバッテリ１１の昇温に有効活用することができる。そして、ＰＴＣヒータ１３は、低温時には消費電力が大きいという消費電力特性を有するため、本実施形態に係る充電装置１０は、バッテリ１１が昇温される前から充電器１２を最大出力付近で稼働させることができる。従って、より充電時間の短縮化を実現することが可能となる。
（第２の実施形態）
以下、図５〜図６を参照して、第２の実施形態に係る充電装置１０の構成の一例について説明する。
本実施形態では、上記、第１の実施形態の充電装置１０の構成と比較して、ＰＴＣヒータ１３の配置及び役割が異なる。
第１の実施形態では、ＰＴＣヒータ１３は、バッテリ１１の筐体に隣接して配設され、直接、バッテリ１１を加熱する。一方、本実施形態のＰＴＣヒータ１３は、冷却部１６に隣接して配設され、冷却部１６内の冷却媒体を加温する。
以下、詳細に説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成についての説明は省略する。
ＰＴＣヒータ１３は、充電器１２から供給される電力を熱に変換して、冷却部１６内の冷却媒体を加熱する抵抗式ヒータである。ＰＴＣヒータ１３は、低温でバッテリ１１に充放電を行わせる場合に、バッテリ１１を昇温するために用いられる。ＰＴＣヒータ１３は、冷却部１６内の冷却媒体への熱伝達が良好に行われるように、冷却部１６に隣接して配設されている。
冷却部１６は、バッテリ１１及び充電器１２を冷却する共通の冷却系統である。冷却部１６は、共通の冷却媒体（本実施形態では、冷却液）を用いて、バッテリ１１及び充電器１２を冷却する構成となっている。本実施形態では、冷却部１６を流れる冷却媒体を、ＰＴＣヒータ１３により加熱可能である。
図６は、本実施形態に係る充電装置１０の冷却部１６の構成の一例を示す図である。
冷却部１６は、例えば、冷却媒体として冷却液を用いた冷却系統であって、循環回路１６ａ、ポンプ１６ｂ、及びラジエータ１６ｃを含んで構成される。
循環回路１６ａには、バッテリ１１及び充電器１２それぞれと熱交換する冷却媒体が循環する。この循環回路１６ａには、充電器１２側からバッテリ１１側に向かって、共通の冷却媒体が通流するように、充電器１２及びバッテリ１１が直列に接続されている。
ここで、本実施形態では、充電器１２とバッテリ１１との間の循環回路１６ａ近傍に、ＰＴＣヒータ１３が配設されている。この配置は充電器１２から発生する熱よりもＰＴＣヒータ１３から発生する熱の方が大きいことに基づくものである。但し、冷却媒体の通流向きにおいて、ＰＴＣヒータ１３が、充電器１２よりも手前に配設されていても良い。また、ＰＴＣヒータ１３は、単に循環回路１６ａ近傍に配設されるのみであっても良いし、放熱性接着材などの導熱材を介して循環回路１６ａに接着されていても良い。
冷却部１６は、低温環境下でバッテリ１１の充電を行う際（例えば、０℃以下）には、充電を開始する前又は充電を開始した直後においては、充電器１２で発生する熱を、冷却媒体を介してバッテリ１１に対して伝達して、バッテリ１１を昇温する熱伝達機構として機能する（図８を参照）。加えて、充電器１２から供給される電力がＰＴＣヒータ１３で熱に変換され、ＰＴＣヒータ１３で発生する熱も、冷却媒体を介してバッテリ１１に対して伝達される。
すなわち、冷却媒体は、充電器１２で発生する熱で加熱され、更に、ＰＴＣヒータ１３で加熱された後に、バッテリ１１に循環される。そして、バッテリ１１のヒートシンク１１ａと冷却媒体が熱交換することにより、バッテリ１１が加温される。
［充電装置の動作］
以下、図７、図８を参照して、本実施形態に係る充電装置１０の動作の一例について説明する。
図７は、本実施形態に係る充電装置１０の動作の一例を示すフローチャートである。図７に示すフローチャートは、例えば、ＥＣＵ１８がコンピュータプログラムに従って実行する動作である。この処理は、例えば、外部電源２０の接続プラグが接続され、バッテリ１１に対して充電を実行する際に実行されるものとする。
図８は、本実施形態に係る充電装置１０が低温環境下でバッテリ１１の充電を行う際の熱伝達経路を模式的に表す図である。尚、図８中のＨ１は、ＰＴＣヒータ１３から冷却媒体を介してバッテリ１１に熱伝達する経路を表し、Ｈ２は、充電器１２から冷却媒体を介してバッテリ１１に熱伝達する経路を表している。
本実施形態に係る充電装置１０は、低温環境下でバッテリ１１の充電を行う際には、エネルギー効率及び充電可能電力の観点から、バッテリ１１が一定温度まで昇温してから充電動作を開始する。充電装置１０は、その際、上記したように、ＰＴＣヒータ１３の熱と、充電器１２で発生する熱の両方を利用してバッテリ１１を昇温する（図８を参照）。
ステップＳ１において、ＥＣＵ１８は、まず、温度センサ１７ｂのセンサ信号等に基づいて、バッテリ１１の温度が閾値温度（例えば、０℃）未満であるか否かを判定する。そして、バッテリ１１の温度が第１の閾値温度未満と判定した場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１８は、バッテリ１１を昇温するべく、続くステップＳ２の処理を行う。一方、バッテリ１１の温度が第１の閾値温度以上と判定した場合（ステップＳ１：ＮＯ）、ＥＣＵ１８は、バッテリ１１を通常どおり充電するべく、ステップＳ７の処理を行う。
ステップＳ２において、ＥＣＵ１８は、ヒータ側開閉器１４をＯＮ状態とすると共に、バッテリ側開閉器１５をＯＦＦ状態として、充電器１２とＰＴＣヒータ１３を電気的に接続する。
ステップＳ３において、ＥＣＵ１８は、充電器１２の出力を開始させる。これによって、ＰＴＣヒータ１３は、バッテリ１１の昇温を開始する。ここで、上述の通り、ＰＴＣヒータ１３は、低温時には消費電力が大きいため、低温環境下でバッテリ１１へ給電する場合に比べ充電器１２の出力を大きくすることができ、充電器１２の温度（排熱）も高くなる。
ステップＳ５において、ＥＣＵ１８は、冷却部１６を制御して、冷却媒体の通流を開始させる。これによって、冷却部１６の冷却媒体は、充電器１２が発生した熱をバッテリ１１に対して熱伝達する（図８を参照）。加えて、冷却部１６の冷却媒体は、ＰＴＣヒータ１３が発生した熱をバッテリ１１に対して熱伝達する。
ステップＳ６において、ＥＣＵ１８は、バッテリ１１の温度が閾値温度（例えば、０℃）以上になるまで、待ち受ける（ステップＳ６：ＮＯ）。そして、ＥＣＵ１８は、バッテリ１１の温度が閾値温度以上になったことを検知した場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、続くステップＳ７の処理を行う。
ステップＳ７において、ＥＣＵ１８は、ヒータ側開閉器１４をＯＦＦ状態とすると共に、バッテリ側開閉器１５をＯＮ状態として、充電器１２とバッテリ１１とを電気的に接続する。これによって、バッテリ１１への充電が開始される。
ステップＳ８において、ＥＣＵ１８は、バッテリ１１が満充電状態となるまで、待ち受ける（ステップＳ８：ＮＯ）。そして、ＥＣＵ１８は、バッテリ１１が満充電状態になったことを検知した場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、続くステップＳ９の処理を行う。
ステップＳ９において、ＥＣＵ１８は、充電器１２の出力を停止させる。
ＥＣＵ１８は、以上のような一連のフローによって、低温環境下でバッテリ１１の充電を行う際に、バッテリ１１に対して充電を開始するまでの時間を短縮すると共に、充電器１２で発生した熱を効率的にバッテリ１１に対して熱伝達する。但し、上記動作は、一例であって、種々に変形可能である。例えば、ＥＣＵ１８は、バッテリ１１の昇温動作とバッテリ１１への充電動作は、同時に実行してもよいのは勿論である。
以上、本実施形態に係る充電装置１０によれば、バッテリ１１と充電器１２の冷却系統を共通化することで、低温環境下でバッテリ１１の充電を行う際には、充電器１２の熱を利用して、バッテリ１１の昇温を効率的に実行することができる。これによって、エネルギー効率の向上、及び充電時間の短縮化を実現することが可能となる。
又、本実施形態に係る充電装置１０は、ＰＴＣヒータ１３が直接バッテリ１１を加温するのではなく、冷却部１６の冷却媒体を介して加温することで、ＰＴＣヒータ１３の配置性（レイアウト性）を向上させることが可能である。
具体的には、バッテリ１１の近傍に限らず、冷却部１６（循環回路１６ａ）の近傍にＰＴＣヒータ１３を配設すれば良く、ＰＴＣヒータ１３の配設場所の選択肢が増加する。
さらに、ＰＴＣヒータ１３をバッテリ１１よりも充電装置１０側に配設した場合には、充電装置１０からＰＴＣヒータ１３へ至る電力配線を短くすることも可能である。
また、バッテリ１１内の冷却部１６（循環回路１６ａ）は、バッテリ１１を構成する複数の電池セルの温度ばらつきを抑えるために、冷却媒体が分散されて張り巡らされている。そのため、冷却媒体を介して、充電装置１０およびＰＴＣヒータ１３から発生する熱をバッテリ１１へ伝えることにより、バッテリ１１を加温する際の温度ばらつきを抑えることも可能である。
（第３の実施形態）
［充電装置の構成］
以下、図９〜図１１を参照して、第３の実施形態に係る充電装置１０の構成の一例について説明する。
本実施形態では、第２の実施形態と同じくＰＴＣヒータ１３は、冷却部１６に隣接して配設され、冷却部１６内の冷却媒体を加温するが、その配置構造が異なる。
以下、詳細に説明する。なお、第１の実施形態および第２の実施形態と同じ構成についての説明は省略する。
充電器１２は、外部電源２０から受電した電力を電力変換して、バッテリ１１及びＰＴＣヒータ１３に対して出力する充電回路１２ｂを有する。
充電回路１２ｂは、例えば、外部電源２０より入力される交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ、及び当該直流電力の電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ等を含んで構成される。
また、充電器１２の筐体内には、充電回路１２ｂに加えて、ＰＴＣヒータ１３およびヒータ側開閉器１４が格納されている。また、充電器１２の筐体内を貫くように冷却部１６（循環回路１６ａ）が配設されている。
ここで、充電器１２の筐体内は、冷却部１６（循環回路１６ａ）により、少なくとも２つの空間に分けられる。図９〜図１１では、例えば、上下方向に２つの空間に分けられている。そして、一方の第１空間には、充電回路１２ｂとヒータ側開閉器１４が格納され、他方の第２空間には、ＰＴＣヒータ１３が格納される。
なお、冷却部１６と干渉しない箇所において、第１空間および第２空間を繋ぐ開口部が設けられており、この開口部に配線（バスバー）を挿通させることによりヒータ側開閉器１４とＰＴＣヒータ１３が電気的に接続されている。
第２の実施形態と同じく、ＰＴＣヒータ１３は、充電器１２から供給される電力を熱に変換して、バッテリ１１を加熱する抵抗式ヒータであり、低温時に、冷却部１６内の冷却媒体を温め、温められた冷却媒体がバッテリ１１へ循環することによりバッテリ１１を加温する。また、充電器１２から発生された熱も同様に冷却部１６内の冷却媒体を温め、温められた冷却媒体がバッテリ１１へ循環することによりバッテリ１１を加温する。
図１１は、本実施形態に係る充電装置１０が低温環境下でバッテリ１１の充電を行う際の熱伝達経路を模式的に表す図である。尚、図１１中のＨ１は、充電器１２から冷却媒体を介してバッテリ１１に熱伝達する経路を表し、Ｈ２は、ＰＴＣヒータ１３から冷却媒体を介してバッテリ１１に熱伝達する経路を表している。
本実施形態に係る充電装置１０は、低温環境下でバッテリ１１の充電を行う際には、エネルギー効率及び充電可能電力の観点から、バッテリ１１が一定温度まで昇温してから充電動作を開始する。充電装置１０は、その際、上記したように、ＰＴＣヒータ１３の熱と、充電器１２で発生する熱の両方を利用してバッテリ１１を昇温する。但し、上記動作は、一例であって、種々に変形可能である。例えば、ＥＣＵ１８は、バッテリ１１の昇温動作とバッテリ１１への充電動作は、同時に実行してもよいのは勿論である。
以上、本実施形態に係る充電装置１０によれば、バッテリ１１と充電器１２の冷却系統を共通化することで、低温環境下でバッテリ１１の充電を行う際には、充電器１２の熱を利用して、バッテリ１１の昇温を効率的に実行することができる。これによって、エネルギー効率の向上、及び充電時間の短縮化を実現することが可能となる。
又、本実施形態に係る充電装置１０は、充電器１２の筐体内に、充電回路１２ｂに加えて、ＰＴＣヒータ１３およびヒータ側開閉器１４が格納されているため、充電器１２の筐体とは別に、ＰＴＣヒータ１３及び／又はヒータ側開閉器１４を格納する筐体を設ける必要がなく、小型化・取付け工数を削減することが可能である。
又、本実施形態に係る充電装置１０は、充電器１２の筐体内に、充電回路１２ｂに加えて、ＰＴＣヒータ１３およびヒータ側開閉器１４が格納されているため、充電回路１２ｂからＰＴＣヒータ１３へ至る配線を省線化することも可能であり、また、充電回路１２ｂ、ＰＴＣヒータ１３およびヒータ側開閉器１４が同一筐体内に格納されているため、充電回路１２ｂからＰＴＣヒータ１３へ至る配線の保護やノイズ対策も容易となる。
又、本実施形態に係る充電装置１０は、充電器１２の筐体内を貫くように冷却部１６（循環回路１６ａ）が配設され、充電器１２の筐体内は、冷却部１６（循環回路１６ａ）により、少なくとも２つの空間に分けられる。そして、一方の第１空間には、充電回路１２ｂが格納され、他方の第２空間には、ＰＴＣヒータ１３が格納される。これにより、冷却部１６（冷却媒体）を両面から効率良く加温することが出来るとともに、冷却部１６の伝熱面積を効率よく活用できる。
（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。
上記実施形態では、充電装置１０を適用する対象の一例として、電気自動車を示した。しかしながら、充電装置１０は、ハイブリッド自動車、特殊車輌、又はその他の種々の電動装置に搭載することができる。
又、上記実施形態では、外部電源２０の一例として、商用電源を示した。しかしながら、外部電源２０は、三相交流電力を出力する外部電源、又は、直流電力を出力する外部電源等、任意の種別の外部電源であってよい。その場合、充電器１２は、外部電源２０の種別に応じた回路構成とすればよい。
又、上記実施形態では、充電装置１０の一例として、ＥＣＵ１８が統括制御する態様を示したが、当該態様に代えて、充電器１２、ヒータ側開閉器１４、バッテリ側開閉器１５、及び冷却部１６が別個に動作するものであってもよい。例えば、これらの構成は、センサ１７ａ〜１７ｃからのセンサ信号を直接受信して、当該センサ信号に基づいて動作する構成としてもよい。
又、上記実施形態では、各種センサ１７ａ〜１７ｃの一例として、バッテリ１１のセル電圧を検知する電圧センサ１７ａ、バッテリ１１の温度（例えば、筐体温度）を検知する温度センサ１７ｂ、及び、充電器１２の温度（例えば、筐体温度）を検知する温度センサ１７ｃを示した。但し、上記の他に、冷却媒体の温度を検知する温度センサ等が設けられてもよい勿論である。他方、上記のセンサが検知する値は、他のセンサが検知する値を用いて演算処理により、間接的に求められてもよく、その場合、上記のセンサの一部を省略してよい。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本開示に係る充電装置によれば、低温環境下でバッテリの充電を行う際に、より充電時間の短縮化とエネルギー効率の向上を図ることができる。
１０ 充電装置
１１ バッテリ
１２ 充電器
１３ ＰＴＣヒータ
１４ ヒータ側開閉器
１５ バッテリ側開閉器
１６ 冷却部
１６ａ 循環回路
１６ｂ ポンプ
１６ｃ ラジエータ
１７ａ 電圧センサ
１７ｂ 温度センサ
１７ｃ 温度センサ
２０ 外部電源
３０ インバータ装置

Claims (11)

  1. バッテリを充電する充電装置であって、
    外部電源と接続され、前記バッテリに給電する充電器と、
    前記充電器と接続され、前記充電器からの電力を熱に変換する抵抗式ヒータと、
    前記充電器側から前記バッテリ側に向かって冷却媒体を通流させて前記充電器と前記バッテリとを共通の前記冷却媒体で冷却する冷却部と、を備え、
    所定温度以下の環境下で前記バッテリを充電する際には、
    前記充電器からの電力が前記抵抗式ヒータへ供給され、
    前記充電器で発生する熱が前記冷却媒体を介して前記バッテリに熱伝達される、
    充電装置。
  2. 前記冷却部は、前記充電器側から前記バッテリ側に向かって前記冷却媒体を通流させる前記冷却媒体の循環回路を有する、
    請求項１に記載の充電装置。
  3. 前記抵抗式ヒータは、前記充電器からの電力によって、前記冷却媒体を昇温する、
    請求項２に記載の充電装置。
  4. 前記冷却媒体は、前記充電器で発生する熱で昇温され、前記抵抗式ヒータで昇温された後、前記バッテリ側に向かって通流される、
    請求項３に記載の充電装置。
  5. 前記抵抗式ヒータは、前記充電器の筐体内に格納され、
    前記循環回路は、前記充電器の筐体を貫くように配設される
    請求項３に記載の充電装置。
  6. 前記循環回路により前記充電器の筐体内は、少なくとも２つの空間に分けられ、
    第１空間には、前記充電器の充電回路が格納され、第２空間には前記抵抗式ヒータが格納される
    請求項５に記載の充電装置。
  7. 前記抵抗式ヒータは、前記充電器からの電力によって、前記バッテリを昇温する、
    請求項２に記載の充電装置。
  8. 前記冷却部は、所定温度以下の環境下で前記バッテリを充電する際には、前記充電器の温度又は前記冷却媒体の温度が前記バッテリの温度以上になったときに、前記循環回路における前記冷却媒体の通流を開始する、
    請求項７に記載の充電装置。
  9. 前記抵抗式ヒータは、ＰＴＣヒータである、
    請求項１に記載の充電装置。
  10. 前記充電器は、前記バッテリが閾値温度以上になった場合、前記抵抗式ヒータへの給電を停止し、前記バッテリへの充電を開始する、
    請求項１に記載の充電装置。
  11. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の充電装置と、前記バッテリと、を備える車載電源装置。
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