JP2019122174A - 車載用電池温調装置および車載用電池温調方法 - Google Patents

車載用電池温調装置および車載用電池温調方法 Download PDF

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Abstract

【課題】外部からの要求に応じた車載用電池の充放電性能を確保することができる車載用電池温調装置および車載用電池温調方法を提供すること。【解決手段】外部装置からの充電または放電要求に基づいて充電または放電を行う車載用電池の温度を調節する車載用電池温調装置であって、前記車載用電池の温度を調節可能な温度調節部と、前記車載用電池への前記外部装置からの前記充電または放電要求の有無を判断し、前記充電または放電要求があると判断された場合に、前記車載用電池の温度が少なくとも前記外部装置からの要求電力を充電または放電可能な温度範囲となるように、前記温度調節部を制御する制御部と、を備える、車載用電池温調装置。【選択図】図３

Description

本開示は、車載用電池の温度を調整する車載用電池温調装置および車載用電池温調方法に関する。
従来、電力系統内で電力の共有を行うことで、電力品質の維持を図るアンシラリー・サービス（Ancillary Service）が知られている。アンシラリー・サービスにおける電力系統には、発電装置と、電力消費装置と、充放電が可能な蓄電池とが含まれる。アンシラリー・サービスでは、発電過剰の場合に蓄電池に充電し、電力消費過剰の場合に蓄電池から放電する（すなわち、蓄電池から電力消費装置に電力供給を行う）ことで、需給両面での負荷平準化を図り、もって電力系統内の電力品質の維持を図っている。
特開２０１７−９３１７３号公報
アンシラリー・サービスに、電気車両（ＥＶ：Electric Vehicle）やハイブリッド車両（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）に用いられる車載用電池を利用することが考えられる。これらの車両をアンシラリー・サービスにおける電力系統に接続することで、車載用電池への充電や車載用電池からの放電を行うことが可能となる。
ところで、アンシラリー・サービスでは、短時間の間に、大電力の入出力が行われる。そのため、蓄電池にも、大電力の充電または放電を行うことが求められる。
蓄電池の充放電性能（充電する際に蓄電池に入力可能な電力、および、放電する際に蓄電池が出力可能な電力）は、蓄電池の温度によって変化する。具体的には、蓄電池の温度が低温または高温の状態では、蓄電池の充放電性能は低下する。また、蓄電池の劣化の程度も、充電時または放電時の蓄電池の温度によって変化する。具体的には、蓄電池の温度が低温または高温の状態で充電または放電を行うと、蓄電池の劣化が早まる。
車両は、長時間屋外に駐車される場合がある。この場合、車載用電池の温度には、外気温が大きく影響する。例えば、冬場には、外気温の低下に伴って、車載用電池の温度が低温になる場合がある。また、夏場には、外気温の上昇や車両が直射日光に照射されることによって、車載用電池の温度が高温になる場合がある。
このように車載用電池の温度が低温または高温となっている状態で、アンシラリー・サービスからの要求によって充電や放電を行うと、要求された電力を充電または放電することができない場合がある。さらに、車載用電池の劣化を早めることにもなる。
本開示は、このような問題に対処するためになされたものであり、本開示の目的は、外部からの要求に応じた車載用電池の充放電性能を確保することができる車載用電池温調装置および車載用電池温調方法を提供することである。
本開示の一形態は、外部装置からの充電または放電要求に基づいて充電または放電を行う車載用電池の温度を調節する車載用電池温調装置であって、前記車載用電池の温度を調節する温度調節部と、前記車載用電池への前記充電または放電要求の有無を判断し、前記充電または放電要求があると判断された場合に、前記車載用電池の温度が少なくとも前記外部装置からの要求電力を充電または放電可能な温度範囲となるように、前記温度調節部を制御する制御部と、を備える、車載用電池温調装置である。
また、本開示の一形態は、外部装置からの充電または放電要求に基づいて充電または放電を行う車載用電池の温度を調節する車載用電池温調方法であって、前記車載用電池への前記充電または放電要求の有無を判断するステップと、前記充電または放電要求があると判断された場合に、前記車載用電池の温度が少なくとも前記外部装置からの要求電力を充電または放電可能な温度範囲となるように、前記車載用電池の温度を調節する温度調節部を制御するステップと、を備える、車載用電池温調方法である。
本開示に係る車載用電池温調装置および車載用電池温調方法によれば、外部からの要求に応じた車載用電池の充放電性能を確保することができる。
本開示の実施形態に係る車載用電池温調装置が搭載された車両および周辺機器の概要を示すブロック図 バッテリーの温度と充放電電力の上限値との関係を示すマップ バッテリーの温度調節動作の流れを示すフローチャート
以下、本開示の実施形態に係る車載用電池温調装置および車載用電池温調方法について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は一例であり、本開示はこの実施形態により限定されるものではない。
図１は、本開示の実施形態に係る車載用電池温調装置が搭載された車両および周辺機器の概要を示すブロック図である。バッテリー１１（「車載用電池」の一例）は、ＥＶやＨＥＶ等の車両１に搭載されている。本実施形態において、車両１は、バッテリー１１の他に、車両側通信部１２、車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１３、温調ＥＣＵ１４、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータ１５および冷却ファン１６（温調ＥＣＵ１４、ＰＴＣヒータ１５および冷却ファン１６は「温度調節部」の一例）を備えている。
バッテリー１１は、例えばリチウムイオンバッテリーである。なお、バッテリー１１は、リチウムイオンバッテリーには限定されず、全固体電池等でもよい。バッテリー１１の容量は、例えば数十ｋＷｈである。バッテリー１１は、バッテリーマネジメントシステム（ＢＭＳ：Battery Management System）１７を備えている。
バッテリー１１は、施設２（後述する）におけるパワーコンディショナーや蓄電池等の系統連携装置２１（後述する）と電気的に接続可能である。バッテリー１１は、系統連携装置２１からの直流電流を用いて充電される。また、バッテリー１１は、系統連携装置２１へ直流電流を放電することが可能である。
バッテリー１１と系統連携装置２１との間での電力の入出力は、上述のとおり、直流電流を用いて行われる。そのため、系統連携装置２１からバッテリー１１への急速充電が可能であり、また、バッテリー１１から系統連携装置２１への急速放電が可能である。ＢＭＳ１７は、バッテリー１１の温度、充電容量ＳＯＣ（State of Charge）などを検出して、車両ＥＣＵ１３に出力する。
また、バッテリー１１は、車両１の走行駆動源として機能するモータ・ジェネレータや各種電装品とも電気的に接続されており、これらの機器への電力供給等の用途にも用いられる。なお、バッテリー１１の車両用電源としての役割は従来と同様であるため、詳細な説明を省略する。
車両側通信部１２は、施設２に設けられた施設側通信部２４（後述する）との間で無線通信が可能である。車両側通信部１２には、施設側通信部２４から出力されたアンシラリー・サービスからの充放電要求信号等が入力される。車両側通信部１２は、これらの信号を車両ＥＣＵ１３に出力する。
車両ＥＣＵ１３は、車両側通信部１２と例えばＣＡＮ（Controller Area Network）により接続されている。車両ＥＣＵ１３には、車両側通信部１２から出力された充放電要求信号等の各種信号が入力される。車両ＥＣＵ１３は、車両側通信部１２から入力された充放電要求信号に基づいて、バッテリー１１への充電またはバッテリー１１からの放電を行うように、ＢＭＳ１７に対して制御信号を出力する。ＢＭＳ１７は、例えば、車両１に備えられたバッテリー１１と系統連携装置２１とを繋ぐ電力線上に設けられたリレー（不図示）の制御を行う。なお、本実施例では、ＢＭＳ１７が制御を行う場合を例示するが、ＢＭＳ１７に限定されず、例えば、車両ＥＣＵ１３が制御しても良い。
車両ＥＣＵ１３には、ＢＭＳ１７により検出されたバッテリー１１の温度がリアルタイムで入力される。また、車両ＥＣＵ１３の記憶部１８には、予め定められた、バッテリー１１の温度と充放電電力の上限値との関係（図２に示すマップを参照）が記憶されている。
このような関係は、バッテリー１１の充放電性能およびバッテリー１１の劣化特性を考慮して決定される。特に、低温時や高温時には、バッテリー１１が充電または放電可能な電力が制限されるとともに、大電力で充電または放電を行うとバッテリー１１の劣化が早まるため、図２に示すように、充放電電力の上限値が低く設定されている。
車両ＥＣＵ１３は、上述の関係に基づき、状況に応じて必要とされる充放電電力に基づいて、バッテリー１１の適正温度範囲を決定する。そして、車両ＥＣＵ１３は、バッテリー１１の温度が上述の適正温度範囲に収まるように、温調ＥＣＵ１４に対して制御信号を出力する。
温調ＥＣＵ１４は、車両ＥＣＵ１３からの制御信号に基づき、ＰＴＣヒータ１５または冷却ファン１６を制御してバッテリー１１の温度を調節する。温調ＥＣＵ１４は、ＰＴＣヒータ１５を駆動させてバッテリー１１の温度を上昇させる。また、温調ＥＣＵ１４は、冷却ファン１６を駆動させてバッテリー１１の温度を低下させる。なお、ＰＴＣヒータ１５および冷却ファン１６は公知の技術であるため、詳細な説明を省略する。
また、バッテリー１１の温度を調節する機器は、ＰＴＣヒータ１５や冷却ファン１６には限定されない。例えば、熱源としてヒートポンプを用いてもよいし、ヒータおよびファンを組み合わせて用いてもよい。
施設２は、アンシラリー・サービスにおける電力系統を制御する装置３との通信を行う通信部２２と、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）２３と、施設側通信部２４と、系統連携装置２１とを備える。
通信部２２には、装置３から、バッテリー１１への充電または放電要求が入力される。このような充電または放電要求は、通信部２２からＨＥＭＳ２３へ送信され、さらに施設側通信部２４を介して車両側通信部１２へ送信される。
また、通信部２２には、装置３から、アンシラリー・サービスにおける電力系統の電力計画に関する情報（例えば、所定の日時、曜日または時間帯にバッテリー１１への充電を行う等）が入力される。このような情報も、車両側通信部１２へ送信される。
系統連携装置２１は、上述のとおり、例えばパワーコンディショナーや蓄電池からなる。系統連携装置２１には、アンシラリー・サービスにおける電力系統から交流電流が入力されるとともに、アンシラリー・サービスにおける電力系統へ交流電流を出力する。すなわち、系統連携装置２１とアンシラリー・サービスにおける電力系統との電力の入出力は、交流電流によって行われる。
また、系統連携装置２１は、上述のとおり、バッテリー１１と接続可能である。系統連携装置２１とバッテリー１１との電力の入出力は、直流電流によって行われる。
次に、図３を参照して、バッテリー１１の温度調節動作の内容について説明する。
まず、ステップＳ１で、車両ＥＣＵ１３は、アンシラリー・サービスを行うか否かを判断する。この判断は、例えば、以下のようにして行われる。なお、「アンシラリー・サービスを行うか否か」は、「車両１の外部からバッテリー１１への充電または放電要求が発生するか否か」と捉えることもできる。
アンシラリー・サービスは、一般に、電力の需給状態に応じて、電力系統の周波数を調整し、安定化させるサービスである。周波数変動の要因の一つである電力系統の需給状態を左右する電力系統の発電電力は、天候の変動により変動する。そのため、天候の変動は、アンシラリー・サービスを行うか否かの大きな判断材料となる。
そこで、車両ＥＣＵ１３は、例えば車両側通信部１２を介して得られる天気予報等の情報から、天候の変動（すなわち、発電電力の変動）を予測し、天候の変動が予測される場合に、アンシラリー・サービスを行うと判断してもよい。
また、車両ＥＣＵ１３は、上述の装置３から入力されるアンシラリー・サービスにおける電力系統の電力計画に関する情報に基づいて、アンシラリー・サービスを行うか否かを判断してもよい。このような情報には、日付、曜日または時間帯等を含ませることができ、車両ＥＣＵ１３は、所定の日付、曜日または時間帯においてアンシラリー・サービスを行うと判断することが可能である。
さらに、車両ＥＣＵ１３は、車両１がアンシラリー・サービスにおける電力系統に属する施設２に到着した場合や、施設２の系統連携装置２１にバッテリー１１が接続された場合に、アンシラリー・サービスを行うと判断してもよい。
ステップＳ１において、アンシラリー・サービスを行わないと判断された場合（ステップＳ１：ＮＯ）、処理はステップＳ１０へ進む。ステップＳ１０の処理内容については後述する。
一方、ステップＳ１において、アンシラリー・サービスを行うと判断された場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、処理はステップＳ２へ進む。
ステップＳ２で、車両ＥＣＵ１３は、アンシラリー・サービスから要求される充放電電力の最大要求値（以下、「最大要求電力ＰｒＭＡＸ」という。）を取得する。
続くステップＳ３で、車両ＥＣＵ１３は、バッテリー１１の温度と充放電電力の上限値との関係を示すマップに基づいて、ステップＳ２において取得した最大要求電力ＰｒＭＡＸで充電または放電可能なバッテリー１１の温度領域の下限温度Ｔ１および上限温度Ｔ２（図２に示すマップを参照）を設定する。
そして、ステップＳ４で、車両ＥＣＵ１３は、バッテリー１１の温度がステップＳ３で設定した温度領域Ｔ１〜Ｔ２の範囲内に収まるように、温調ＥＣＵ１４に対して制御信号を出力する。
具体的には、車両ＥＣＵ１３は、ＢＭＳ１７から取得したバッテリー１１の温度が下限温度Ｔ１よりも低温の場合、ＰＴＣヒータ１５を駆動してバッテリー１１の温度を上昇させるように、温調ＥＣＵ１４に制御信号を出力する。
また、車両ＥＣＵ１３は、ＢＭＳ１７から取得したバッテリー１１の温度が上限温度Ｔ２よりも高温の場合、冷却ファン１６を駆動してバッテリー１１の温度を低下させるように、温調ＥＣＵ１４に制御信号を出力する。
このようにして、ステップＳ４で、バッテリー１１の温度を、最大要求電力ＰｒＭＡＸで充電または放電可能な温度領域に収まるように調節した後、処理はステップＳ５へ進む。そして、ステップＳ５で、車両ＥＣＵ１３は、バッテリー１１をアンシラリー・サービスで使用可能な状態に設定する制御信号をＢＭＳ１７に出力し、処理を終了する。
ステップＳ１において「ＮＯ」と判断された場合に進むステップＳ１０では、車両ＥＣＵ１３は、バッテリー１１の温度を、車両１の内部で要求される通常の充電または放電に対応した温度領域に調節する。
なお、「車両１の内部で要求される通常の充電または放電に対応した温度領域」とは、バッテリー１１の充電または放電が可能な温度領域であり、通常下限温度Ｔ３および通常上限温度Ｔ４（図２に示すマップを参照）の間の領域である。このような温度領域Ｔ３〜Ｔ４の範囲は、アンシラリー・サービスを行う場合に調節される温度領域Ｔ１〜Ｔ２よりも広い。
アンシラリー・サービスを行わない場合には、ＢＭＳ１７が、バッテリー１１の温度に応じた充放電電力の上限値を超えない範囲で、充放電電力を制御する。これは、アンシラリー・サービスを行う場合に、アンシラリー・サービスから要求される充放電電力で充電または放電を行う必要があるのとは大きく異なる点である。
このように、アンシラリー・サービスを行わない場合には、バッテリー１１の温度を、温度領域Ｔ１〜Ｔ２よりも広い温度領域Ｔ３〜Ｔ４の範囲に収まるように調節するため、温度調節部の駆動時間は、アンシラリー・サービスを行う場合に比べて短縮される。
以上説明したように、本実施形態によれば、車載用電池温調装置は、車載用電池の温度を調節する温度調節部と、車載用電池への外部装置からの充電または放電要求の有無を判断し、充電または放電要求があると判断された場合に、車載用電池の温度が少なくとも外部装置からの要求電力を充電または放電可能な温度範囲となるように、温度調節部を制御する制御部と、を備える。
これにより、外部からの要求に応じた車載用電池の充放電性能を確保することができる。
なお、上述の実施形態では、アンシラリー・サービスを行う場合に、バッテリー１１の温度を、最大要求電力ＰｒＭＡＸで充電または放電可能な温度領域に収まるように調節したが、これに限定されない。
具体的には、例えば、バッテリー１１の温度を、バッテリー１１の充放電電力の上限値が最大値（最大充放電可能電力ＰＭＡＸ。図２に示すマップを参照）となる温度領域に収まるように調節するようにしてもよい。こうすることで、バッテリー１１の劣化を好適に抑制することができる。
また、上述の実施形態では、装置３と車両１との間で、施設２を介して情報の入出力が行われる構成としたが、これに限定されない。具体的には、例えば、装置３と車両１との間で直接情報の入出力が行われるようにしてもよい。
本開示に係る車載用電池温調装置および車載用電池温調方法によれば、外部からの要求に応じた車載用電池の充放電性能を確保することができ、アンシラリー・サービスを行う車両における車載用途に好適である。
１ 車両
２ 施設
３ 装置
１１ バッテリー
１２ 車両側通信部
１３ 車両ＥＣＵ
１４ 温調ＥＣＵ
１５ ＰＴＣヒータ
１６ 冷却ファン
１７ バッテリーマネジメントシステム（ＢＭＳ）
１８ 記憶部
２１ 系統連携装置
２２ 通信部
２３ ＨＥＭＳ
２４ 施設側通信部

Claims (7)

  1. 外部装置からの充電または放電要求に基づいて充電または放電を行う車載用電池の温度を調節する車載用電池温調装置であって、
    前記車載用電池の温度を調節する温度調節部と、
    前記車載用電池への前記充電または放電要求の有無を判断し、前記充電または放電要求があると判断された場合に、前記車載用電池の温度が少なくとも前記外部装置からの要求電力を充電または放電可能な温度範囲となるように、前記温度調節部を制御する制御部と、を備える、
    車載用電池温調装置。
  2. 前記制御部は、前記車載用電池の温度が前記外部装置からの最大要求電力を充電または放電可能な温度範囲となるように、前記温度調節部を制御する、
    請求項１に記載の車載用電池温調装置。
  3. 前記制御部は、前記車載用電池の温度が前記車載用電池の最大充放電可能電力を充電または放電可能な温度範囲となるように、前記温度調節部を制御する、
    請求項１または２に記載の車載用電池温調装置。
  4. 前記外部装置は、アンシラリー・サービスにおける電力系統を制御する装置である、
    請求項１ないし３のいずれか一項に記載の車載用電池温調装置。
  5. 前記制御部は、前記アンシラリー・サービスにおける電力系統の発電変動に基づいて、前記充電または放電要求の有無を判断する、
    請求項４に記載の車載用電池温調装置。
  6. 前記制御部は、前記アンシラリー・サービスにおける電力系統の電力計画に基づいて、前記充電または放電要求の有無を判断する、
    請求項４に記載の車載用電池温調装置。
  7. 外部装置からの充電または放電要求に基づいて充電または放電を行う車載用電池の温度を調節する車載用電池温調方法であって、
    前記車載用電池への前記充電または放電要求の有無を判断するステップと、
    前記充電または放電要求があると判断された場合に、前記車載用電池の温度が少なくとも前記外部装置からの要求電力を充電または放電可能な温度範囲となるように、前記車載用電池の温度を調節する温度調節部を制御するステップと、を備える、
    車載用電池温調方法。
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