JP5321321B2 - バッテリ充電制御装置及びバッテリ充電制御方法 - Google Patents
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Description
電気自動車やプラグインハイブリッド駆動車のようにバッテリ電力で走行する車両は、寒冷地や極低温下ではバッテリの出力が低下し、充分な走行性能を発揮できない場合がある。
これに対応した従来技術として特許文献1に記載の技術がある。この従来技術では、充電器を介してバッテリヘの充電とバッテリからの放電とを繰り返し実行し、その際の発熱によってバッテリを暖機する暖機方法を提案している。この従来技術はさらに、バッテリにヒータを付設し、バッテリが放電を行う際の放電電流をヒータに供給し、ヒータでバッテリを暖めることも提案している。
本発明の目的は、シンプルな構成による効率的なバッテリ暖機を実現することである。
次に、本発明に係る第1実施形態を図面を参照しつつ説明する。
(構成)
なお図1〜図3には、第2実施形態及び変形例で使用する構成も併せて図示すると共に、その構成も併せて説明する。
本実施形態の車両100は、図1に示すように、電機駆動装置20の動力で走行する電気自動車である。電機駆動装置20には、走行用の電動モータが含まれる。
また上記車両100に、電機駆動装置20に電力を供給するバッテリ30と、バッテリ30を外部電源に接続するプラグ41と、バッテリ30の充電と放電とを制御信号の入力に応じて制御する充電器40と、充電器40に制御信号を出力するコントローラ10と、を搭載する。ここで、電機駆動装置20、バッテリ30、及び充電器40には、電気自動車やプラグインハイブリッド駆動車に用いられている従来製品をそのまま転用可能である。
電機駆動装置20は、走行用の電動モータの他に、エアコンディショナのコンプレッサやヘッドライトなどの電装品を含む。
電流センサ51は、バッテリ30の入出力電流を検出する。電圧センサ52は、バッテリ30の端子間電圧を検出する。温度センサ53は、バッテリ30の温度を検出する。温度センサ54は、外気温を検出する。
コントローラ10には、電流センサ51、電圧センサ52、温度センサ53、温度センサ54がそれぞれ検出した検出データに関する信号が入力する。
SOC演算部11は、バッテリ30の入出力電流と端子間電圧に基づき、バッテリ30のSOCを演算する。 SOCは、バッテリの充電状態を表す値であり、アンペア−アワー(Ah)で表される値である。
運転開始時刻演算部12Aは、ドライバが次に車両100の運転を開始する時刻を予測する。
ここで、運転開始時刻の演算方法は特に限定されない。運転開始時刻の演算方法の例としては、次の第1の方法及び第2の方法を挙げることが出来る。第1の方法は、過去の運転開始時刻をログとして記憶しておき、車両の運転ログに基づいて次の運転開始時刻を推定する方法である。第2の方法は、車両100に対し運転開始時刻を手動操作で入力可能な入力装置55を設け、ドライバが入力装置55を介して車両100の運転開始時刻を入力する方法である。入力装置55には、例えばタッチパネル55Aや車外に持ち出し可能なリモートコントローラ55Bを用いることができる。リモートコントローラ55Bを用いる場合は、バッテリ暖機情報演算部12に受信装置を設ける。また、車両の運転ログに基づいて次の運転開始時刻を推定する第1の方法の場合には、例えば過去3日間の車両100の運転開始時刻である、例えばAM7:01(3日前)、AM6:55(2日前)、AM7:05(1日前)を、運転開始時刻演算部12Aが不揮発メモリに記憶し、翌日の運転開始時刻を過去3日間の運転開始時刻の平均値として設定することが考えられる。
具体的には図4に示す特性のマップを参照して、バッテリ温度と外気温から暖機所要時間を演算する。マップはあらかじめコントローラ10のROMに格納しておく。マップによれば、バッテリ温度が低く、かつ外気温が低いほど暖機所要時間が増加する。図4において暖機所要時間を示す複数の線は横軸のバッテリ温度と1点で交差する。この交差位置のバッテリ温度を基準温度と称する。基準温度において、バッテリ30は暖機を必要とせずに最も良好な出力性能を発揮する。
ここで、本実施形態の充電器40は、バッテリ30に対して通常充電と急速充電とを選択的に行う機能を備える。
これに対して、急速充電は、通常充電時よりも高電圧かつ大電流による充電モードを意味する。急速充電においては、充電時の負荷が通常充電時よりも大きく、充電に伴うバッテリ30の発熱が多く、発熱量が放熱量を上回ることによってバッテリ30の温度を徐々に上昇させる。バッテリ30のこの状態が暖機に相当する。
図5(a)に示すように、急速充電時充電量演算部14は、暖機開始時刻から車両100の運転開始時刻に至る暖機所要時間の間にバッテリ30がほぼ満充電になるような充電要求電力量Bを演算する、急速充電時充電量演算部14は、その演算した充電要求電力量Bを、通常充電時充電量演算部13とバッテリ暖機判定部15とに出力する。ここで暖機開始時刻は、車両100の運転開始時刻から暖機所要時間を差し引くことで得られる値である。
なお、バッテリ温度が基準温度以上の場合には、外気温によらず、暖機所要時間、充電要求電力量Bともにゼロとなる。その場合には通常充電目標SOCは満充電充電容量の100%に等しく設定する。
次に、上記構成のコントローラ10によるバッテリ充電制御の処理ルーチンについて、図6を参照しつつ説明する。この処理ルーチンは、プラグ41が外部電源に接続されることを検知すると、それをトリガーとして実行が開始する。そして、1回のルーチンを終了する度に、次のルーチンの実行が開始される。
まずルーチンが開始すると、ステップS101で、コントローラ10は車両100の運転開始時刻を演算する。このステップは運転開始時刻演算部12Aが行う処理に相当する。
次に、ステップS103で、コントローラ10は現在から車両100の運転開始時刻に至るまでの時間が暖機所要時間を上回っているかどうかを判定する。現在から車両100の運転開始時刻に至るまでの時間は、ステップS101で演算した車両100の運転開始時刻から現在時刻を差し引いた値である。ステップS103の判定はバッテリ暖機判定部15が行う処理に相当する。
ステップS104で、コントローラ10は車両100の運転開始時刻と暖機所要時間から暖機開始時刻を演算する。例えば、車両100の運転開始時点がAM7:00であって、暖機所要時間が90分であるときは、AM5:30を暖機開始時刻として設定する。このステップS104は急速充電時充電量演算部14が行う処理に相当する。
ステップS106で、コントローラ10は通常充電目標SOCに基づき通常充電を実行する。
ステップS107で、コントローラ10は暖機開始時刻に至ったかどうかを判定する。暖機開始時刻に至っていないと判定した場合には、ステップS108の処理に移行する。一方、暖機開始時刻に至ったと判定した場合には、ステップS111の処理に移行する。
ステップS109で、コントローラ10はバッテリ30の暖機が必要かどうかを判定する。バッテリ30の暖機が必要と判定した場合には、ステップS110の処理に移行する。バッテリ30の暖機が必要と判定しなかった場合には、そのままルーチンを終了する。ここで、ルーチン修了後は直ちに次回のルーチン実行が開始される。したがって、この処理により、例えば暖機開始時刻前に通常充電が終了すると、暖機開始時刻に至るまでステップS107〜S109の処理が繰り返され、バッテリ充電制御装置は実質的に待機状態を保つことになる。
ステップS111で、コントローラ10は急速充電のための充電要求電力量Bに基づきバッテリ30の急速充電を行う。急速充電の結果、バッテリ30は発熱し、図5に示すようにSOCとバッテリ温度をともに上昇させる。
ここで、ステップS106、S111が、バッテリ暖機判定部15が行う処理に相当する。
ここで、ステップS103,S105〜S112は充電制御手段を構成する。ステップS104は、暖機開始時刻決定手段を構成する。ステップS102は、暖機所要時間設定手段を構成する。
(1)暖機開始時刻決定手段は、車両100の運転開始に先立ってバッテリ暖機開始時刻を決定する。充電制御手段は、車両100に搭載したバッテリ30に外部電源から充電器40を介して充電を行う制御として、通常充電と、通常充電より大きな発熱をバッテリ30にもたらす急速充電とを選択的に実施する。このとき、充電制御手段は、暖機開始時刻決定手段が決定したバッテリ暖機開始時刻に急速充電を開始するよう充電器40を制御する。
この構成によって、車両の運転開始に先だって、バッテリ30の発熱を伴う急速充電を行うことでバッテリ暖機を行うことが出来る。そして、シンプルな構成による効率的なバッテリ暖機を実現することが可能になる。
すなわち、車両100の使用開始時刻になったときには、バッテリ30は好ましい出力性能を発揮できる基準温度に達している。この結果、例えばマイナス10℃以下の極低温下でも、バッテリ30の温度を適温まで上げることができるため、車両100の使用開始時刻において、直ちに充分な出力性能、走行性能を発揮することが可能となる。
これによって、暖機以外の時間帯ではできるだけ低負荷・高効率な充電方法である通常充電によって効率良く充電できる。また、暖機開始時刻にバッテリ30が満充電またはそれに近い状態になって充分な急速充電が行えなくなるといった不都合を回避できる。また、無駄な充電を回避することができる。
これによって、低温時に暖機期間が短くて発熱不足といったことを防ぐことができる。また、比較的暖かいときは、充電ロスの大きい急速充電を少なくして無駄な充電やバッテリ30負荷の増大を回避できる。
(4)暖機所要時間設定手段は、バッテリ30の温度が、暖機を必要としない下限値として予め設定した基準温度以上と判定すると、暖機所要時間をゼロに設定する。
これによって、充電ロスの大きい急速充電を抑制して無駄な充電やバッテリ30負荷の増大を回避できる。
例えば、温度が低いときはバッテリ30の発熱量を大きくするために急速充電による充電余力を増し、反対に温度が高いときはバッテリ30の発熱量が少なくてすむため、急速充電による充電余力を小さくする。
これによって、通常充電による効率的な充電を行えると共に、急速充電によるバッテリ30の温度を的確に上昇(発熱)することができる。
(6)通常充電による充電電力は急速充電による充電電力より小さい。
これによって、通常充電による効率的な充電を行える。
次に第2実施形態について図面を参照して説明する。なお、上記第1実施形態と同様な構成ついては同一の符号を付して説明する。
図7は、上記コントローラ10によるバッテリ充電制御の本実施形態で例示する処理ルーチンを示すフローチャートである。
(構成その他)
本発明の基本構成は、上記第1実施形態と同様である。
この実施形態では、車両100の運転開始時刻を前述のようにドライバがタッチパネル55Aやリモートコントローラ55Bなどの入力装置55から手入力する場合に、コントローラ10が図6のバッテリ充電制御ルーチンに代えて図7のバッテリ充電制御ルーチンを実行する。
ルーチンが開始されると、まずステップS121で、コントローラ10は暖機所要時間を計算する。この処理は、図6のステップS102と同じ処理である。
次に、ステップS122で、コントローラ10は車両100の運転開始時刻から暖機所要時間を差し引いて暖機開始時刻を演算する。運転開始時刻が入力装置55からの入力値であることを除き、もの処理は、図6のステップS104と同じ処理である。
ステップS124で、コントローラ10は通常充電を実行する。この処理は図6のステップS106と同一の処理である。
ステップS125で、コントローラ10は暖機開始時刻に至ったかどうかを判定する。この処理は図6のステップS107と同一の処理である。ステップS125の判定を満足する場合には、ステップS126に移行してバッテリ30の急速充電を実行する。この処理は図6のステップS111の処理と同一である。一方、ステップS125の判定を満足しない場合はステップS127の処理に移行する。
ステップS126で、コントローラ10は急速充電を実行する。続いて、ステップS128で、コントローラ10は車両100の運転開始時刻に至ったかどうかを判定する。車両100の運転開始時刻に至っていなければ、ステップS126に戻って急速充電を続行する。一方、車両100の運転開始時刻に至ったと判定すると、コントローラ10は急速充電を終了する。ステップS126とS128の処理は、図6のルーチンのステップS111とS112の処理と同一である。
ここで、車両100の運転用のキーにGセンサなどの振動検出センサ56を内蔵し、コントローラ10に振動検出センサ56が発信する信号の受信装置を設け、コントローラ10は振動検出センサからの入力信号をトリガーとする割り込み処理により、ステップS125の判定を満足した状態に上書きすることも可能である。
ここで、ステップS123〜S128は充電制御手段を構成する。ステップS122は、暖機開始時刻決定手段を構成する。ステップS121は、暖機所要時間設定手段を構成する。
(1)入力装置55から入力された値を車両100の運転開始時刻に設定する。
これによって、より適切な時刻にバッテリ暖機開始時刻を決定することが出来る。そして、車両100の運転開始時点においてバッテリ30の暖機を完了させることができる。
(2)暖機開始時刻決定手段は、振動検出センサ56の振動検出時刻をバッテリ暖機開始時刻に設定する。
これによって、車両100の運転開始時刻が急に変更になった場合でも、直ちに急速充電を開始してバッテリ30の温度を可能な限り高めることができる。
(1)以上の各実施形態では、車両100の運転開始時刻を前もって演算あるいは入力しているが、プラグ41の外部電源への接続を車両100の運転開始の直前に行った場合にもバッテリ30の急速充電が直ちに開始され、バッテリ30の温度を上昇させる。
つまり短時間であっても、プラグ41の外部電源への接続から車両100の運転開始に至る期間にバッテリ30の暖機が行われる。車両100の運転開始に当たって、バッテリ30は与えられた条件の中で可能な限り暖機が行われる。
例えば、以上の各実施例では、運転開始時刻から暖機所要時間を差し引くことで暖機開始時刻を計算し、コントローラ10は暖機開始時刻になると急速充電を開始している。しかしながら、暖機開始時刻をドライバが入力装置55を介して入力し、コントローラ10が暖機開始時刻で急速充電を開始し、図4のマップを参照して得られる暖機所要時間が経過した時点で急速充電を停止するようにしても良い。
例えば、以上の実施形態は、バッテリ30に蓄えられた電力のみで走行するいわゆる電気自動車におけるバッテリ30の充電制御に関する。この発明はしかしながら、内燃エンジンと電動モータの駆動力で走行するプラグインハイプリッド駆動車両100に適用することもできる。
11 SOC演算部
12 バッテリ暖機情報演算部
12A 運転開始時刻演算部
12B バッテリ暖機所要時間演算部
13 通常充電時充電量演算部
14 急速充電時充電量演算部
15 バッテリ暖機判定部
20 電機駆動装置
30 バッテリ
40 充電器
41 プラグ
53 温度センサ
54 温度センサ
55 入力装置
55A タッチパネル
55B リモートコントローラ
56 振動検出センサ
Claims (7)
- 車両に搭載したバッテリに外部電源から充電器を介して充電を行う制御として、通常充電と、通常充電より大きな発熱をバッテリにもたらす急速充電とを選択的に実施する充電制御手段と、
車両の運転開始に先立ってバッテリ暖機開始時刻を決定する暖機開始時刻決定手段と、
を備え、
上記充電制御手段は、暖機開始時刻決定手段が決定したバッテリ暖機開始時刻に急速充電を開始するよう充電器を制御すると共に、上記バッテリ暖機開始時刻においてバッテリに充電余地が存在するように、バッテリ暖機開始時刻に先立って、充電器を介したバッテリの通常充電を実施し、
上記充電余地を、暖機所要時間に相当するバッテリの急速充電量に等しい量に設定することを特徴とするバッテリ充電制御装置。 - バッテリの温度を検出する温度センサと、
温度センサが検出した温度に基づき、バッテリの温度が低いほど長くなるように暖機所要時間を設定する暖機所要時間設定手段と、を備え、
暖機開始時刻決定手段は、車両の運転開始時刻から上記暖機所要時間設定手段が設定した暖機所要時間を差し引いた時刻を、バッテリ暖機開始時刻とすることを特徴とする請求項1に記載したバッテリ充電制御装置。 - 暖機所要時間設定手段は、バッテリの温度が、暖機を必要としない下限値として予め設定した基準温度以上と判定すると、暖機所要時間をゼロに設定することを特徴とする請求項2に記載したバッテリ充電制御装置。
- 運転開始時刻を入力するための入力装置を備え、
入力装置から入力された値を車両の運転開始時刻に設定することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載したバッテリ充電制御装置。 - 車両運転用のキーに内蔵された振動検出センサを備えた車両のバッテリ充電制御装置であって、
暖機開始時刻決定手段は、振動検出センサの振動検出時刻をバッテリ暖機開始時刻に設定することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載したバッテリ充電制御装置。 - 通常充電による充電電力は急速充電による充電電力より小さいことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載したバッテリ充電制御装置。
- 車両に搭載したバッテリに外部電源から充電器を介して充電を行う制御として、通常充電と、通常充電より大きな発熱をバッテリにもたらす急速充電とを選択的に実施するバッテリ充電制御方法において、
車両の運転開始に先立ってバッテリ暖機開始時刻を決定し、
バッテリ暖機開始時刻に急速充電を開始するよう充電器を制御すると共に、バッテリ暖機開始時刻においてバッテリに所定の充電余地が存在するように、バッテリ暖機開始時刻に先立って充電器によるバッテリの通常充電を実施し、上記充電余地を、暖機所要時間に相当するバッテリの急速充電量に等しい量に設定することを特徴とするバッテリ充電制御方法。
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