JP2020100243A

JP2020100243A - 車両の蓄熱制御装置

Info

Publication number: JP2020100243A
Application number: JP2018239035A
Authority: JP
Inventors: 健司矢口; Kenji Yaguchi; 井上　喜博; Yoshihiro Inoue; 喜博井上
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-07-02

Abstract

【課題】充電設備の仕様や人為的操作によらず充電時における蓄熱制御を確実に完了すること。【解決手段】車両１を駆動するモータ２に電力を供給するバッテリ１３と、バッテリ１３を充電する充電回路１２と、車両１の室内を空調可能に構成された蓄熱装置１５と、充電設備２０又はバッテリ１３から供給される電力を熱エネルギーに変換して蓄熱装置１５に蓄熱する蓄熱回路１４と、充電回路１２及び蓄熱回路１４を制御するＶＣＵ３０と、を備え、ＶＣＵ３０は、充電開始時において、バッテリ１３の充電が完了するまでに要する所要充電時間ＴＢ、及び蓄熱装置１５の蓄熱が完了するまでに要する所要蓄熱時間ＴＨを予測し、所要充電時間ＴＢが所要蓄熱時間ＴＨよりも短い場合に、充電回路１２による充電制御の前に、蓄熱回路１４による蓄熱制御を開始する、車両１の蓄熱制御装置。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の蓄熱制御装置に関する。

従来から、環境負荷低減の観点に着目し、内燃機関に代えて走行用動力源としてモータを利用する電気自動車、及び当該内燃機関と当該モータとを併用するハイブリッド自動車等の電動車両の開発が進んでいる。特に、これらの電動車両においては、当該モータを駆動するために駆動用のバッテリが搭載され、当該バッテリから当該モータへ電力を供給することにより、車両を走行するために必要となる動力が得られる。近年、このような電動車両に関し、トラック等の商用車の分野においても、その開発が行われている。例えば、特許文献１には、衝突安全性を向上することができる商用車向けのバッテリボックスの保持構造が開示されている。

上記のような電動車両は、走行駆動及び空調に必要なエネルギーがいずれも車両に搭載されたバッテリから供給されることになるため、車両の航続距離を確保するためには空調に係るエネルギー消費を低減する必要がある。その対策としては、例えば空調用の熱量を蓄えることができる蓄熱装置を電動車両に搭載することが挙げられる。この場合、蓄熱装置は、電動車両のバッテリを充電するための外部の充電設備から電力が供給されることにより、バッテリの充電と併せて蓄熱制御が実施される。

特開２０１６−１１３０６３号公報

しかしながら、上記のような充電設備においては、バッテリが満充電となった信号を車両から受信すると給電を終了することが一般的である。このため、充電開始時のバッテリの充電率が比較的高い場合、蓄熱制御が完了していないにも拘らず、充電制御が満充電で完了することで蓄熱制御を途中で終了してしまう虞がある。また、一般的にユーザは、バッテリが満充電となった場合に充電を終了し、蓄熱制御の完了前に車両を発進させてしまう虞もある。これらの場合、電動車両は、搭載した蓄熱装置による空調エネルギーの効果的に低減することができず、結果として航続距離の確保に影響を及ぼす虞が生じる。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、充電設備の仕様や人為的操作によらず充電時における蓄熱制御を確実に完了することができる、車両の蓄熱制御装置を提供することにある。

本発明に係る車両の蓄熱制御装置は、車両を駆動するモータに電力を供給するバッテリと、外部の充電設備から供給される電力を前記バッテリに供給することにより、前記バッテリを充電する充電回路と、蓄熱される熱エネルギーにより前記車両の室内を空調可能に構成された蓄熱装置と、前記充電設備又は前記バッテリから供給される電力を前記熱エネルギーに変換して前記蓄熱装置に蓄熱する蓄熱回路と、前記充電回路及び前記蓄熱回路を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、充電開始時において、前記バッテリの充電が完了するまでに要する所要充電時間、及び前記蓄熱装置の蓄熱が完了するまでに要する所要蓄熱時間を予測し、前記所要充電時間が前記所要蓄熱時間よりも短い場合に、前記充電回路による充電制御の前に、前記蓄熱回路による蓄熱制御を開始する。

蓄熱制御装置は、充電開始時において、バッテリの充電量に基づいて充電が完了するまでに要する所要充電時間を予測すると共に、蓄熱装置の蓄熱量に基づいて蓄熱が完了するまでに要する所要蓄熱時間を予測する。そして、蓄熱制御装置は、所要充電時間が所要蓄熱時間よりも短い場合に、充電回路による充電制御の前に、蓄熱回路による蓄熱制御を開始する。これにより、本発明に係る車両の蓄熱制御装置によれば、蓄熱装置の蓄熱が完了するよりも先にバッテリの充電が完了することがなく、充電設備の仕様や人為的操作によらず充電時における蓄熱制御を確実に完了することができる。

本発明に係る蓄電制御装置を備える車両のシステム構成図である。本発明に係る充電制御及び蓄熱制御を示すフローチャートである。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施の形態の説明に用いる図面は、いずれも構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、または省略などを行っており、構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。

図１は、本発明に係る充電制御装置を備える車両１のシステム構成図である。車両１は、走行駆動源としてのモータ２を備える電気自動車のトラック（すなわち、電気トラック）である。モータ２は例えば永久磁石式同期電動機のように発電機としても作動可能な電動機である。モータ２の出力軸はプロペラシャフト３を介して差動装置４が連結され、差動装置４には駆動軸５を介して左右の駆動輪６が連結されている。尚、車両１は、トラックタイプに限定されることなく、走行駆動源としてのモータを備えていれば、一般的な乗用自動車、バス、及びその他の自動車のタイプであってもよい。

モータ２は、インバータ１０、ジャンクションボックス１１、及び充電回路１２を介してバッテリ１３が接続されている。バッテリ１３に蓄えられた直流電力はインバータ１０により交流電力に変換されてモータ２に供給され、モータ２が発生させた駆動力は駆動輪６に伝達されて車両１を走行させる。また、例えば車両１の減速時や降坂路での走行時（回生走行時）には、駆動輪６側からの逆駆動によりモータ２が発電機として作動する（回生運転）。モータ２が発生させた負側の駆動力は制動力として駆動輪６側に伝達されると共に、モータ２が発電した交流電力がインバータ１０で直流電力に変換されて、ジャンクションボックス１１及び充電回路１２を介してバッテリ１３に充電される。

本実施形態においては、バッテリ１３に蓄電された電力が、充電回路１２を介してジャンクションボックス１１に供給されるため、充電回路１２は放電回路としても機能することになる。なお、充電回路と放電回路とを独立して設けてもよい。

ジャンクションボックス１１は、車両１に搭載された各種電気機器と接続され、当該電気機器に対して配電制御が行われる。また、ジャンクションボックス１１には、車両１の外部から電力が供給されるための受電口１６が接続されている。

ここで、本実施形態において、充電設備２０は、充電プラグ２１、ＡＣ−ＤＣコンバータ２２、交流電源２３を備えている。このような構成から、充電プラグ２１を車両１の側面又は背面に設けられた受電口１６に差し込むことにより、交流電源２３から供給される交流電流がＡＣ−ＤＣコンバータ２２によって直流電流に変換され、当該直流電流が充電プラグ２１から車両１に供給されることになる。尚、充電設備２０には、例えば家庭用の１００Ｖ、２００Ｖの普通充電や、急速充電、非接触充電を適宜用いることができる。また、車両１は、充電設備２０から交流電力を受電し、必要に応じて車両側で直流電力に変換してもよい。

また、ジャンクションボックス１１は、本実施形態においては、蓄熱回路１４を介して蓄熱装置１５に接続されている。蓄熱回路１４は、ジャンクションボックス１１を介して充電設備２０又はバッテリ１３から供給される電力を熱エネルギーに変換して蓄熱装置１５に蓄熱する。また、蓄熱装置１５は、蓄熱回路１４により蓄熱された熱エネルギーで車両１の室内を空調可能に構成されている。

車両１は、上記した構成の他、「制御部」としてのＶＣＵ３０を備える。ＶＣＵ３０は、図示しない入出力装置、制御プログラム等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭなど）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタなどを備え、走行機構、通信機器、及び各種電装品等の車両１における制御対象を統合制御する車両制御ユニット（Vehicle Control Unit）である。

ＶＣＵ３０は、より具体的には、バッテリ１３の充電量ＳＯＣ（State Of Charge）及び蓄熱装置１５の蓄熱量Ｑに関する情報を、バッテリ１３及び蓄熱装置１５からそれぞれ取得可能である。ここでは、充電量ＳＯＣ及び蓄熱量Ｑは、保持可能な最大容量に対する残量の比率として「％」で表されているものとする。そして、ＶＣＵ３０は、充電回路１２及び蓄熱回路１４を制御することにより、詳細を後述するように、バッテリ１３への充電制御及び蓄熱装置１５への蓄熱制御を実行する。尚、本発明の「蓄熱制御装置」は、充電回路１２、バッテリ１３、蓄熱回路１４、蓄熱装置１５、及びＶＣＵ３０により構成されている。

更に、ＶＣＵ３０は、受電口１６から充電設備２０の接続の有無についての情報も取得可能である。例えば、受電口１６には接触センサが設けられ、充電プラグ２１が受電口１６に接触することで、当該接触センサからのセンサ信号がＶＣＵ３０に供給され、充電設備２０が接続されていることをＶＣＵ３０が認識してもよい。

次に、図２を参照しつつ、バッテリ１３への充電制御及び蓄熱装置１５への蓄熱制御に係るＶＣＵ３０の制御動作をより具体的に説明する。図２は、本発明に係る充電制御及び蓄熱制御を示すフローチャートである。ＶＣＵ３０は、受電口１６と充電プラグ２１との接続を認識した場合に、当該フローチャートに沿った制御を開始する。

受電口１６と充電プラグ２１とが接続されると、ＶＣＵ３０は、バッテリ１３から充電量ＳＯＣの情報を、蓄熱装置１５から蓄熱量Ｑの情報をそれぞれ取得する制御を開始する（ステップＳ１）。ここで、充電量ＳＯＣ及び蓄熱量Ｑの情報取得は、一連の充電制御及び蓄熱制御が完了するまで連続的に行なわれる。

また、ＶＣＵ３０は、取得した充電量ＳＯＣの情報に基づいてバッテリ１３の充電が完了するまでに要する所要充電時間Ｔ_Ｂを予測すると共に、取得した蓄熱量Ｑの情報に基づいて蓄熱装置１５の蓄熱が完了するまでに要する所要蓄熱時間Ｔ_Ｈを予測する。そして、ＶＣＵ３０は、所要充電時間Ｔ_Ｂと所要蓄熱時間Ｔ_Ｈとを比較する（ステップＳ２）。

ＶＣＵ３０は、所要充電時間Ｔ_Ｂが所要蓄熱時間Ｔ_Ｈよりも短いと予測した場合には（ステップＳ２でＹｅｓ）、充電回路１２による充電制御の前に、蓄熱回路１４による蓄熱制御を開始する（ステップＳ３）。

そして、ＶＣＵ３０は、所要蓄熱時間Ｔ_Ｈが所要充電時間Ｔ_Ｂと等しくなるか否かを判定する（ステップＳ４）。すなわち、ＶＣＵ３０は、ステップＳ３における蓄熱制御の後の蓄熱量Ｑに基づき、蓄熱が完了するまでの所要蓄熱時間Ｔ_Ｈをあらためて予測し、ステップＳ１で予測した所要充電時間Ｔ_Ｂと再び比較する。これにより、ＶＣＵ３０は、所要蓄熱時間Ｔ_Ｈが所要充電時間Ｔ_Ｂと等しくなるまで、蓄熱装置１５に対する蓄熱制御を継続する（ステップＳ４でＮｏ）。

また、所要蓄熱時間Ｔ_Ｈが所要充電時間Ｔ_Ｂと等しくなった場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、ＶＣＵ３０は、バッテリ１３に対する充電制御を開始すると共に、蓄熱装置１５に対する蓄熱制御を継続する。すなわち、ＶＣＵ３０は、充電制御と蓄熱制御とを並列で実行する。

ここで、ＶＣＵ３０は、ステップＳ２において所要充電時間Ｔ_Ｂが所要蓄熱時間Ｔ_Ｈ以上であると予測した場合には（ステップＳ２でＮｏ）、その段階で充電制御と蓄熱制御との並列制御を開始する。

ＶＣＵ３０は、バッテリ１３の充電量ＳＯＣに基づき、バッテリ１３が満充電に達したか否かを判定する（ステップＳ６）。そして、バッテリ１３が満充電状態になるまでは、バッテリ１３に対する充電制御と蓄熱装置１５に対する蓄熱制御を継続する（ステップＳ６でＮｏ）。

バッテリ１３が満充電状態になると（ステップＳ６でＹｅｓ）、ＶＣＵ３０は、図２のフローチャートによる一連の充電制御及び蓄熱制御を終了し、受電口１６を介して充電設備２０へ給電終了を通知する。

このとき、蓄熱装置１５は、ステップＳ３及びステップＳ４を経由して蓄熱制御が実行されていた場合には、所要蓄熱時間Ｔ_Ｈと所要充電時間Ｔ_Ｂとが同時に０になることにより、充電量ＳＯＣだけでなく蓄熱量Ｑも１００％となっている。

一方、ステップＳ３及びステップＳ４を経由せずに充電制御及び蓄熱制御の並列制御を行なっていた場合には（ステップＳ２でＮｏ）、蓄熱装置１５は、ステップＳ５における蓄熱制御により、バッテリ１３が満充電状態に達する前に蓄熱量Ｑが１００％に達していることになる。

このように、本発明に係る車両の蓄熱制御装置は、充電開始時において、バッテリ１３の充電量ＳＯＣに基づいて充電が完了するまでに要する所要充電時間Ｔ_Ｂを予測すると共に、蓄熱装置１５の蓄熱量Ｑに基づいて蓄熱が完了するまでに要する所要蓄熱時間Ｔ_Ｈを予測する。そして、蓄熱制御装置は、所要充電時間Ｔ_Ｂが所要蓄熱時間Ｔ_Ｈよりも短い場合に、充電回路１２による充電制御の前に、蓄熱回路１４による蓄熱制御を開始する。これにより、本発明に係る車両の蓄熱制御装置によれば、蓄熱装置１５の蓄熱が完了するよりも先にバッテリ１３の充電が完了することがなく、充電設備の仕様や人為的操作によらず充電時における蓄熱制御を確実に完了することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、図２のフローチャートのステップＳ５において、充電制御と蓄熱制御とを並列で実行する態様を例示したが、蓄熱装置１５の蓄熱制御が完了したこと（蓄熱量Ｑ＝１００％）を条件として、バッテリ１３の充電を開始してもよい。また、この場合、充電開始時における充電量ＳＯＣ及び蓄熱量Ｑのそれぞれの状態に拘らず、先に開始した蓄熱装置１５の蓄熱制御が完了した後にバッテリ１３の充電を開始してもよい。

さらに、上記の実施形態では、蓄熱回路１４は、充電設備２０から受電口１６及びジャンクションボックス１１を介して供給された電力を熱エネルギーに変換して蓄熱装置１５に蓄熱する態様を例示したが、バッテリ１３から充電回路１２及びジャンクションボックス１１を介して供給される電力により蓄熱装置１５に蓄熱してもよい。この場合、ＶＣＵ３０は、受電口１６と充電プラグ２１との接続を認識した場合に、バッテリ１３の電力で蓄熱装置１５を蓄熱し、蓄熱装置１５の蓄熱制御が完了したことを条件として、充電設備２０から供給される電力でバッテリ１３を充電すればよい。すなわち、本発明に係る車両の蓄熱制御装置は、このような他の形態によっても、バッテリ１３の充電が完了するよりも先に蓄熱装置１５の蓄熱が完了するため、充電設備の仕様や人為的操作によらず充電時における蓄熱制御を確実に完了することができる。

１車両
２モータ
１２充電回路
１３バッテリ
１４蓄熱回路
１５蓄熱装置
２０充電設備
３０ＶＣＵ

Claims

車両を駆動するモータに電力を供給するバッテリと、
外部の充電設備から供給される電力を前記バッテリに供給することにより、前記バッテリを充電する充電回路と、
蓄熱される熱エネルギーにより前記車両の室内を空調可能に構成された蓄熱装置と、
前記充電設備又は前記バッテリから供給される電力を前記熱エネルギーに変換して前記蓄熱装置に蓄熱する蓄熱回路と、
前記充電回路及び前記蓄熱回路を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、充電開始時において、前記バッテリの充電が完了するまでに要する所要充電時間、及び前記蓄熱装置の蓄熱が完了するまでに要する所要蓄熱時間を予測し、前記所要充電時間が前記所要蓄熱時間よりも短い場合に、前記充電回路による充電制御の前に、前記蓄熱回路による蓄熱制御を開始する、車両の蓄熱制御装置。