JP2020195253A - 車両用バッテリの充電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ充電時におけるバッテリ昇温をより確実に実行でき、充電時間の延長をより確実に防ぐことができる、車両用バッテリの充電制御装置を提供すること。【解決手段】車両用バッテリの充電制御装置は、車両１を駆動するモータ２に電力を供給するバッテリ１２と、バッテリ１２を昇温するヒータ１３と、バッテリ１２のバッテリ温度Ｔを取得するバッテリ温度情報取得部３１と、充電設備２０から車両１に供給される充電電力を、バッテリ１２及びヒータ１３に所定の分配率で分配して供給する充電電力供給部３２と、バッテリ温度情報取得部３１により取得されるバッテリ温度Ｔに基づき、充電電力供給部３２による分配率を制御する分配率制御部３３と、を備え、分配率制御部３３は、所定時間におけるバッテリ１２の昇温率ΔＴが第２閾値ＴＨ２未満の場合、ヒータ１３への分配率が増加するように制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用バッテリの充電制御装置に関する。

近年、環境負荷低減の観点から、トラック等の商用車の分野においても内燃機関を備えることなくモータのみによって駆動する電動車両の開発が行われている。このような電動車両では、例えば寒冷地など比較的低温環境においてバッテリを充電する場合、バッテリ劣化防止や充電効率向上の観点から、バッテリをヒータ等により昇温しながら充電を行う必要がある。

バッテリ昇温制御を行いながらバッテリの充電を適切に行う制御装置としては、例えば、特許文献１の従来技術に開示されているように、検出されるバッテリ温度が低温であるほどヒータに供給される供給電力量を増大させる電流量分配制御手段を備えた制御装置が知られている。当該従来技術によれば、外部給電装置から供給される充電電力により、バッテリ充電制御とバッテリ昇温制御とを同時に行うことができるため、バッテリ充電時間の短縮を図ることができる。

特開２０１３−５５２０号公報

しかしながら、電動車両に搭載されるバッテリは、車両ごとにサイズが大きく異なり、特にトラックなどの商用車の走行駆動に用いられる場合には、所望の航続距離を達成するために比較的大型化する傾向にある。このような場合には、車両ごとにバッテリ固有の熱容量も大きく異なる。従って、ヒータに供給される供給電力量をバッテリ温度のみにより決定する上記の従来技術に係る制御装置においては、バッテリの実質的な昇温に比較的長時間を要する場合も考えられ、結果としてバッテリ充電時間の延長を招く虞もある。

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、バッテリ充電時におけるバッテリ昇温をより確実に実行でき、充電時間の延長をより確実に防ぐことができる、車両用バッテリの充電制御装置を提供することにある。

本発明に係る車両用バッテリの充電制御装置は、車両を駆動するモータに電力を供給するバッテリと、前記バッテリを昇温するヒータと、前記バッテリの温度情報を取得するバッテリ温度情報取得部と、外部の充電設備から前記車両に供給される充電電力を、前記バッテリ及び前記ヒータに所定の分配率で分配して供給する充電電力供給部と、前記バッテリ温度情報取得部により取得される前記温度情報に基づき、前記充電電力供給部による前記分配率を制御する分配率制御部と、を備え、前記分配率制御部は、所定時間における前記バッテリの昇温率が所定値未満の場合、前記ヒータへの前記分配率が増加するように制御する。

車両用バッテリの充電制御装置は、例えば低温環境でバッテリを充電する場合、バッテリに充電電力を供給すると共に、バッテリの昇温を行うためのヒータに対しても電力を供給する。このとき、充電電力供給部は、分配率制御部がバッテリの温度情報に基づいて設定する分配率により、バッテリ及びヒータに供給する電力の分配率を制御する。そして、分配率制御部は、所定の分配率による充電制御及び昇温制御が行なわれてもバッテリの昇温率が所定値未満である場合、ヒータへの分配率が増加するように当該分配率を制御している。すなわち、分配率制御部は、バッテリの昇温率に基づいて分配率を制御することにより、バッテリ温度が実際に何らかの目標温度に到達するのを待つことなく、最適な分配率に設定することができる。従って、本発明に係る車両用バッテリの充電制御装置によれば、車両に搭載されるバッテリの固有熱容量に拘らず、バッテリ充電時におけるバッテリ昇温をより確実に実行でき、充電時間の延長をより確実に防ぐことができる。

本発明に係る車両用バッテリの充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、本発明に係る車両用バッテリの充電制御装置を備える車両１のシステム構成図である。ここで、実線は電気経路を示し、破線は信号経路を示す。車両１は、走行駆動源としてのモータ２を備える電動車両のトラック（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、ＰＤＵ１１、及び図示しない充放電回路を介してバッテリ１２が接続されている。バッテリ１２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、ＰＤＵ１１を介してバッテリ１２に充電される。

ＰＤＵ１１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電力を配電する配電ユニット（ＰＤＵ：Power Distribution Unit）である。また、ＰＤＵ１１には、外部の充電設備２０から電力が供給されるための受電口１４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１４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。

バッテリ１２は、例えばリチウムイオン電池からなり、車両１を駆動するモータ２の他、ヒータ１３のような他の電気機器にも電力を供給することができる比較的大容量の二次電池である。

ヒータ１３は、バッテリ１２の充電時においては、上記の充電設備２０から供給される充電電力の一部を受電することによりバッテリ１２を昇温する。また、ヒータ１３は、例えば車両１の走行状態において、バッテリ１２からＰＤＵ１１を介して供給される電力によりバッテリ１２を昇温してもよい。

そして、ＰＤＵ１１は、本実施形態においては、バッテリ１２が低温状態である場合に、バッテリ１２に対して昇温制御するためのヒータ１３に接続されている。

車両１は、上記した構成の他、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１２の充電量ＳＯＣ（State Of Charge）及び温度情報を取得可能である。ここでは、充電量ＳＯＣは、保持可能な最大容量に対する残量の比率として表されているものとする。また、ＶＣＵ３０は、バッテリ１２の充放電制御を管理すると共に、詳細を後述するように、充電時におけるバッテリ１２の温度情報に基づいてヒータ１３を制御することにより、バッテリ１２の昇温制御を行うことができる。

充電制御部１５は、受電口１４を介して外部の充電設備２０、バッテリ１２、およびＶＣＵ３０と通信することにより、充電設備２０から供給される充電電力を制御する。

ＶＣＵ３０は、充電制御部１５を介して受電口１４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１４には接触センサが設けられ、充電プラグ２１が受電口１４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。

そして、本実施形態に係るＶＣＵ３０は、バッテリ温度情報取得部３１、充電電力供給部３２、及び分配率制御部３３を備える。

バッテリ温度情報取得部３１は、上記したように、バッテリ１２の温度情報としてのバッテリ温度Ｔを取得する。

充電電力供給部３２は、外部の充電設備２０から車両１に供給される充電電力を、バッテリ１２及びヒータ１３に所定の分配率で分配して供給する。例えば、充電電力供給部３２は、供給される充電電力においてヒータ１３で消費される電力を決定することにより、充電電力を、バッテリ１２及びヒータ１３に所定の分配率で分配して供給することができる。

分配率制御部３３は、バッテリ温度情報取得部３１により取得されるバッテリ温度Ｔに基づき、充電電力供給部３２による分配率を制御することで、バッテリ１２及びヒータ１３にそれぞれ供給する充電電力の割合を管理する。

次に、図２を参照しつつ、バッテリ１２の充電制御、及びヒータ１３による昇温制御に係る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を示すフローチャートである。ＶＣＵ３０は、受電口１４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てバッテリ１２に対する充電制御を開始する。

受電口１４と充電プラグ２１とが接続されると、ＶＣＵ３０は、バッテリ温度情報取得部３１によりバッテリ温度Ｔを取得すると共に、当該バッテリ温度Ｔが所定の第１閾値ＴＨ１未満であるか否かを判定する（ステップＳ１）。

ここで、所定の第１閾値ＴＨ１とは、例えば寒冷地における充電設備２０で車両１のバッテリ１２を充電する場合に、バッテリ１２のバッテリ温度Ｔが十分な充電速度で充電可能であるか否かを判定するために事前に設定される温度の閾値であり、例えば−５℃に設定することができる。

バッテリ温度Ｔが第１閾値ＴＨ１未満である場合には（ステップＳ１でＹｅｓ）、バッテリ１２に対する充電電流の供給と共に、バッテリ１２を昇温するための電流をヒータ１３に供給する必要があるため、充電電力供給部３２は、充電設備２０から供給される充電電力をバッテリ１２及びヒータ１３に対して所定の分配率で分配するよう分配率の設定を行う（ステップＳ２）。

ここで、所定の分配率とは、充電用としてバッテリ１２へ供給する電流と昇温用としてヒータ１３へ供給する電流とのバッテリ温度Ｔごとの比率であり、バッテリ温度Ｔが低いほどヒータ１３への供給割合が多くなるように予め設定されている対応表である。すなわち、充電電力供給部３２は、バッテリ温度Ｔに基づいて当該対応表からバッテリ１２及びヒータ１３への電力供給比率を設定する。

バッテリ温度Ｔに基づく分配率が設定されると、充電電力供給部３２は、任意に規定された所定時間に亘り、ステップＳ２で設定された分配率でバッテリ１２及びヒータ１３に電力を供給する。例えば、充電設備２０から供給される電流が２０Ａである場合、充電電力供給部３２は、バッテリ１２を１０Ａの電流で充電すると共に、ヒータ１３に１０Ａの電流を供給してこれに相当する熱量でバッテリ１２を昇温する制御を例えば１０分間継続する。

そして、充電制御及び昇温制御が行われる所定時間が経過すると、分配率制御部３３は、当該所定時間の前後におけるバッテリ温度Ｔの変化量、すなわち昇温率ΔＴを算出し、昇温率ΔＴが所定の第２閾値ＴＨ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。

ここで、所定の第２閾値ＴＨ２とは、ステップＳ３の充電制御及び昇温制御における充電電力の分配率により、バッテリ１２の昇温が適切に行われているか否かを判定するための温度変化量に対する閾値である。尚、上記の所定時間や第２閾値ＴＨ２は、バッテリ１２を普通充電又は急速充電のいずれで充電するかによってそれぞれ値が変更されてもよい。

昇温率ΔＴが第２閾値ＴＨ２未満である場合には（ステップＳ４でＮｏ）、バッテリ１２の昇温ペースが想定よりも遅いと判断され、分配率制御部３３は、バッテリ１２に対してヒータ１３に供給する電力の割合が増加するように分配率を変更する（ステップＳ５）。例えば、上記のようにバッテリ１２を１０Ａの電流で充電し、ヒータ１３に１０Ａの電流を供給していた場合、分配率制御部３３は、バッテリ１２を５Ａの電流で充電し、ヒータ１３に１５Ａの電流を供給するよう分配率を再設定する。

そして、充電電力供給部３２は、ステップＳ５で変更された新たな分配率で、再びステップＳ３における充電制御及び昇温制御を行う。つまり、分配率制御部３３は、ステップＳ３〜ステップＳ５の工程を繰り返すことでバッテリ１２の昇温率ΔＴに基づいて分配率を制御することにより、バッテリ温度Ｔが実際に何らかの目標温度に到達するのを待つことなく、最適な分配率に設定することができる。

ここで、ステップＳ５においては、ヒータ１３に供給する電力の割合に上限を設けるのが好適である。例えば、充電設備２０から供給される電力の９０％をヒータ１３に供給してもなお昇温率ΔＴが第２閾値ＴＨ２未満である場合には、充電が不可能又は著しく充電時間がかかるものと判断し、ユーザに充電エラーを通知すると共に、図２のフローチャートに示す充電制御を強制終了してもよい。

一方、昇温率ΔＴが第２閾値ＴＨ２以上と判定された場合には（ステップＳ４でＹｅｓ）、充電電力供給部３２は、あらためてバッテリ温度Ｔが第１閾値ＴＨ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ６）。

バッテリ温度Ｔが第１閾値ＴＨ１に満たない場合には（ステップＳ６でＮｏ）、設定されている最適な分配率による充電制御及び昇温制御を継続することにより、バッテリ１２の充電を継続しながらバッテリ温度Ｔの上昇を待つことができる。

そして、バッテリ温度Ｔが第１閾値ＴＨ１以上であると判定された場合（ステップＳ６でＹｅｓ、又はステップＳ１でＮｏ）、バッテリ１２が十分な充電速度で充電可能であるとして、充電電力供給部３２は、ヒータ１３への電力供給を停止し、充電設備２０から供給される電力を全てバッテリ１２の充電に使用する（ステップＳ７）。

また、ＶＣＵ３０は、バッテリ１２の充電量ＳＯＣを取得し、バッテリ１２が満充電に達したか否かを判定し（ステップＳ８）、満充電に達していない期間においてはバッテリ１２の充電を継続し（ステップＳ８でＮｏ）、満充電に達した場合には充電制御を終了する（ステップＳ８でＹｅｓ）。

このように、本発明に係る車両用バッテリの充電制御装置は、低温環境でのバッテリ１２の充電時において、バッテリ１２の充電制御及び昇温制御に必要な充電電力の分配率をバッテリ１２の昇温率ΔＴに基づいて制御するため、バッテリ１２の固有熱容量に拘らず、バッテリ充電時におけるバッテリ昇温をより確実に実行でき、充電時間の延長をより確実に防ぐことができる。

１ 車両
２ モータ
１２ バッテリ
１３ ヒータ
２０ 充電設備
３０ ＶＣＵ
３１ バッテリ温度情報取得部
３２ 充電電力供給部
３３ 分配率制御部

Claims (1)

1. 車両を駆動するモータに電力を供給するバッテリと、
   前記バッテリを昇温するヒータと、
   前記バッテリの温度情報を取得するバッテリ温度情報取得部と、
   外部の充電設備から前記車両に供給される充電電力を、前記バッテリ及び前記ヒータに所定の分配率で分配して供給する充電電力供給部と、
   前記バッテリ温度情報取得部により取得される前記温度情報に基づき、前記充電電力供給部による前記分配率を制御する分配率制御部と、を備え、
   前記分配率制御部は、所定時間における前記バッテリの昇温率が所定値未満の場合、前記ヒータへの前記分配率が増加するように制御する、車両用バッテリの充電制御装置。

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