JP5487861B2

JP5487861B2 - バッテリの暖機制御装置

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Publication number: JP5487861B2
Application number: JP2009228415A
Authority: JP
Inventors: 晶博古川; 博史胡本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: JP2011076927A

Description

本発明は、車両を駆動する走行用モータに電力を供給する動力用バッテリの暖機を制御する装置に関する。

近年、電気式の走行用モータを使用して車両を駆動する電気自動車や、走行用モータとエンジンとを併用して車両を駆動するハイブリッド型自動車の研究開発が活発に行われている。

このように、動力源の少なくとも一部として電気式のモータを用いた車両（以下、このような車両のことを電動車両という）では、走行性能を十分に発揮させるために、蓄電用のバッテリの性能維持が重要となる。しかしながら、バッテリは、低温になるとその性能が大幅に低下するため、特に低温環境下での始動時には、バッテリを迅速に昇温させることが必要である。

例えば、下記特許文献１には、バッテリの温度が所定温度よりも低い場合に、所定の充電量の範囲内でバッテリの充放電を強制的に行い、この充放電により発生する熱でバッテリを昇温することが行われている。

特開２０００−９２６１４号公報

具体的に、上記特許文献１では、バッテリの温度が所定温度よりも低いと、まずバッテリの充電量が上限値に達しているか否かを判定し、上限値に達していなければ、エンジンの駆動力でジェネレータによる発電を行い、その発電電力をバッテリに充電する制御を実行する一方、バッテリの充電量が上限値に達している場合には、走行用モータの要求出力を相対的に高め、バッテリから走行用モータに積極的に放電させる制御を実行するようにしている。

しかしながら、上記特許文献１の構成では、車両が停止中のときはバッテリの放電を行えないため、バッテリを効果的に昇温できないという問題がある。すなわち、車両の停止中は、走行用モータの要求出力がゼロになるため、バッテリから走行用モータに放電することができず、バッテリの昇温効果が低下してしまう。

もちろん、車両の停止中でも、バッテリの電力を何らかの負荷要素に強制的に供給すれば、バッテリの放電を行うことは可能である。例えば、バッテリの電力をジェネレータに供給し、このジェネレータによってエンジンを強制回転させることが考えられる。しかしながら、このようにした場合には、バッテリの電力を無駄に捨てることになり、効率的ではない。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、電動車両用のバッテリを効率的かつ迅速に暖機することが可能なバッテリの暖機制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、エンジンと、エンジンの駆動力で発電する発電機と、発電機で発電された電力を蓄電可能な動力用バッテリと、車両用補機に電力を供給する補機用バッテリと、補機用バッテリと動力用バッテリとの間に設けられた電圧変換用のコンバータと、発電機および動力用バッテリの少なくとも一方から電力の供給を受けて駆動輪を駆動する走行用モータとを備えたハイブリッド車両に設けられ、上記動力用バッテリの暖機を制御する装置であって、上記動力用バッテリの温度を検出する温度検出手段と、上記補機用バッテリの温度を検出する補機用バッテリ温度検出手段と、上記温度検出手段により検出された動力用バッテリの温度が所定温度未満であることが確認された場合に、上記補機用バッテリの端子電圧が所定の上限値と下限値の間に収まる範囲で、上記動力用バッテリから上記補機用バッテリへと電流が流れる状態と、上記補機用バッテリから上記動力用バッテリへと電流が流れる状態とが繰り返されるように上記コンバータを制御し、上記動力用バッテリを昇温させる充放電制御を実行する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記動力用バッテリの充電量が予め定められた第１閾値以上の場合には、当該充電量が第１閾値未満になるまで電力を放電させた後で上記充放電制御を実行し、上記補機用バッテリ温度検出手段による検出温度が所定値以上であり、かつ上記動力用バッテリの充電量が第１閾値よりも小さい第２閾値以上である場合には、上記充放電制御の実行を禁止しつつ、上記動力用バッテリの電力を所定の負荷要素に放電させて動力用バッテリを昇温させる制御を実行し、上記補機用バッテリ温度検出手段による検出温度が所定値以上であり、かつ上記動力用バッテリの充電量が上記第２閾値未満である場合には、上記充放電制御の実行を禁止しつつ、上記発電機の発電電力を上記動力用バッテリに充電させて動力用バッテリを昇温させる制御を実行することを特徴とするものである（請求項１）。

本発明によれば、動力用バッテリと補機用バッテリとの間で充放電を繰り返し、その際の内部抵抗の発熱により動力用バッテリを昇温させるようにしたため、電力の消費を効果的に抑制しつつ、迅速に動力用バッテリの暖機を図れるという利点がある。

しかも、充放電を繰り返す際の電流の向きを、相対的に容量が少なく充電量の変化のスピードが速い補機用バッテリの端子電圧を基準に切り替えるようにしたため、補機用バッテリおよび動力用バッテリの両方の充電量をともに適正範囲に維持しながら、動力用バッテリの暖機を適正かつ迅速に実施できるという利点がある。

また、動力用バッテリの充電量が予め定められた第１閾値以上の場合には、充電量が第１閾値未満になるまで動力用バッテリからの放電が行われ、その後に上記充放電制御が実行されるので、動力用バッテリの充電量が過剰に残っている状態で充放電が開始されることがなく、充放電時の電流を十分に大きく設定してより迅速な暖機を図れる利点がある。

さらに、補機用バッテリの温度が所定値以上になると、上記充放電制御の実行が禁止されるので、充放電制御時に、補機用バッテリの過度な温度上昇に起因してその性能が劣化するのを確実に回避でき、補機用バッテリの信頼性を良好に確保できるという利点がある。

より具体的に、補機用バッテリの温度が所定値以上になると、上記充放電制御の実行が禁止されるだけでなく、動力用バッテリの電力を所定の負荷要素に放電する制御か、または発電機の発電電力を動力用バッテリに充電する制御のいずれかが、動力用バッテリの充電量に応じて（上述した第１閾値よりも小さい第２閾値以上か未満かに応じて）実行されるので、補機用バッテリの温度が所定値以上に上昇した後でも、動力用バッテリから負荷要素への放電、または、発電機から動力用バッテリへの充電により、動力用バッテリを引き続き昇温させることができる。しかも、このような制御が、動力用バッテリと補機用バッテリとの間で充放電を繰り返し、動力用バッテリをある程度昇温させた後で行われるため、上記負荷要素へ放電、または発電機から充電する際の電流値を十分に大きく設定することができ、その電流に基づく内部抵抗発熱により動力用バッテリを迅速に暖機することが可能である。

本発明において、好ましくは、上記充放電制御時における上記補機用バッテリの端子電圧の上限値が、満充電状態のときよりも所定量低い値に設定される（請求項２）。

この構成によれば、補機用バッテリが満充電状態に近い状態で上記充放電制御が行われることがないため、充放電時の電流を比較的大きい値に設定することができ、より迅速に動力用バッテリを暖機できるという利点がある。

以上説明したように、本発明の暖機制御装置によれば、電動車両用のバッテリを効率的かつ迅速に暖機することができる。

本発明の一実施形態にかかるバッテリの暖機制御装置が適用されたハイブリッド車両の全体構成を示す図である。上記ハイブリッド車両の制御系を示すブロック図である。動力用バッテリを暖機するために行われる制御の内容を示すフローチャートである。動力用バッテリから補機用バッテリに電流が流れる様子を示す図である。補機用バッテリから動力用バッテリに電流が流れる様子を示す図である。図３のフローチャートに基づく制御が実行された場合の各バッテリの状態変化を例示する図である。図６とは別の例の各バッテリの状態変化を示す図である。

図１は、本発明の一実施形態にかかるバッテリの暖機制御装置が適用されたハイブリッド車両の全体構成を示す平面図、図２は、ハイブリッド車両の制御系を示すブロック図である。これらの図に示されるハイブリッド車両は、発電用の動力源として設けられたエンジン１と、エンジン１から駆動力を得て発電を行うジェネレータ２（本発明にかかる発電機に相当）と、ジェネレータ２で発電された電力を蓄電可能な動力用バッテリ６と、走行用の動力源として設けられ、上記ジェネレータ２および動力用バッテリ６の少なくとも一方から電力の供給を受けて駆動輪１１を駆動する走行用モータ５と、上記ジェネレータ２、動力用バッテリ６、および走行用モータ５の間の入出力電流を交流から直流、またはその逆に変換する第１および第２のインバータ３，４とを備えている。なお、以上の構成から明らかなように、当実施形態のハイブリッド車両は、エンジン１を専ら発電用の動力源として使用し、走行用モータ５のみによって駆動輪１１を駆動する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド車両である。

上記ハイブリッド車両には、上記動力用バッテリ６とは別に、補機用バッテリ７が設けられている。補機用バッテリ７は、エアコンやオーディオ等の補機類や、後述するコントローラ２０に電力を供給するものである。補機用バッテリ７に要求される電力は、走行用モータ５に電力を供給する上記動力用バッテリ６よりも少ないため、補機用バッテリ７の容量は動力用バッテリ６よりも小さく、その電圧も低く設定されている。なお、当実施形態では、補機用バッテリ７として、エンジン駆動による一般的な自動車に搭載されるバッテリと同様の、１２Ｖバッテリが使用される。

上記動力用バッテリ６と補機用バッテリ７との間には、ＤＣ−ＤＣコンバータ８（以下、単にコンバータ８という）が設けられており、このコンバータ８による直流電圧値の変換操作に応じて上記両動力用バッテリ６，７間の電流の流れが切り替えられるようになっている。すなわち、上記コンバータ８は、上記動力用バッテリ６または補機用バッテリ７からの直流電圧値を昇圧もしくは降圧させることにより、上記動力用バッテリ６から補機用バッテリ７に電流が流れる状態と、上記補機用バッテリ７から動力用バッテリ６に電流が流れる状態との、いずれの状態にも通電を切り替えることが可能である。

上記のようにコンバータ８を介して動力用バッテリ６と接続された補機用バッテリ７では、その電力が全て動力用バッテリ６から供給されるようになっている。なお、このような構成に代えて、エンジン駆動による一般的な車両と同様に、ジェネレータ２で発電された電力を補機用バッテリ７に充電することも可能であるが、エンジン１が頻繁に停止するハイブリッド車両では、動力用バッテリ６から電力を得た方が安定的に充電量を確保できるため、多くのハイブリッド車両で当実施形態と同様の構成が採用されるものと考えられる。

図１に示すように、上記走行用モータ５は、ドライブシャフト１０の中間部に配置された差動装置９と連結されており、これら差動装置９およびドライブシャフト１０を介して、上記走行用モータ５の駆動力が、上記ドライブシャフト１０の両端に取り付けられた左右一対の駆動輪１１に伝達されるようになっている。なお、当実施形態のハイブリッド車両では、その前後左右に備わる４つの車輪のうち２つが駆動輪１１であり、残りの車輪は従動輪１２である。

上記ジェネレータ２は、エンジン１の始動時に動力用バッテリ６から第１インバータ３を介して電力の供給を受けることにより、エンジン１のクランク軸を強制回転させてエンジン１を始動するスタータとしての機能、および、エンジン１のクランク軸から駆動力を得て発電するオルタネータとしての機能の両方を兼ね備えたものである。

上記第１インバータ３は、上記ジェネレータ２がスタータとして作動する場合に、上記動力用バッテリ６からの直流電流を交流電流に変換してジェネレータ２に供給する一方、上記ジェネレータ２がオルタネータとして作動する場合には、ジェネレータ２で発電された交流電流を直流電流に変換して第２インバータ４または動力用バッテリ６に供給する。

上記走行用モータ５は、例えば３相の交流同期モータ等からなり、車両の力行運転時には、上記ジェネレータ２および動力用バッテリ６の少なくとも一方から供給される電力（つまりジェネレータ２から第１・第２インバータ３，４を介して供給される電力、および動力用バッテリ６から第２インバータ４を介して供給される電力のいずれかもしくは両方）により駆動され、その駆動力を上記差動装置９およびドライブシャフト１０を介して駆動輪１１に伝達する。また、減速時や下り坂走行時等の回生運転時には、上記ドライブシャフト１０から駆動力を得て発電を行い、その発電電力を上記第２インバータ４を介して動力用バッテリ６に蓄電する。

上記第２インバータ４は、車両の力行運転時に、上記ジェネレータ２で発電されかつ第１インバータ３で直流に変換された直流電流、または動力用バッテリ６から供給される直流電流を交流電流に変換し、変換後の交流電流を走行用モータ５に供給する一方、車両の回生運転時には、上記走行用モータ５からの交流電流を直流電流に変換して動力用バッテリ６に供給する。

以上のような構成のハイブリッド車両では、その各部がコントローラ２０（本発明にかかる制御手段に相当）により制御される。コントローラ２０は、従来周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる制御装置であり、図２に示すように、車両の各部に設けられた種々のセンサと電気的に接続されている。

具体的に、上記コントローラ２０には、車両の走行速度（車速）を検出する車速センサ３０と、ドライバーにより踏み込み操作される図外のアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ３１と、走行用モータ５の出力軸の回転速度を検出するモータ回転速度センサ３２と、動力用バッテリ６の端子間の電圧値Ｖ１を検出する第１電圧センサ３３と、動力用バッテリ６の入出力電流値Ｉ１を検出する第１電流センサ３４と、動力用バッテリ６の温度Ｔ１を検出する第１温度センサ３５（本発明にかかる温度検出手段に相当）と、補機用バッテリ７の端子間の電圧値Ｖ２を検出する第２電圧センサ３６と、補機用バッテリ７の入出力電流値Ｉ２を検出する第２電流センサ３７と、補機用バッテリ７の温度Ｔ２を検出する第２温度センサ３８（本発明にかかる補機用バッテリ温度検出手段に相当）とがそれぞれ接続されており、これら各センサ３０〜３８により検出された各種制御情報が、上記コントローラ２０に電気信号として入力されるようになっている。

上記コントローラ２０は、上記各センサ３０〜３６からの入力情報に基づいて種々の演算を実行し、その結果に基づいて上記エンジン１、ジェネレータ２、インバータ３，４、走行用モータ５、バッテリ６，７、およびコンバータ８等の動作を統括的に制御する。

例えば、コントローラ２０は、上記車速センサ３０やアクセル開度センサ３１の検出値に基づいて上記走行用モータ５の出力要求値を算出するとともに、この出力要求値と、上記第１電圧センサ３３および第１電流センサ３４の検出値から特定される動力用バッテリの充電量（ＳＯＣ）とに基づいて、上記走行用モータ５の駆動に必要な電力を上記ジェネレータ２から供給するか、動力用バッテリ６から供給するか、または両方から供給するかを判定する。そして、その判定結果に応じて、上記インバータ３，４を通じた走行用モータ５への給電動作や、エンジン１の駆動・停止等を制御する。

また、コントローラ２０は、車両の走行状態を制御する上記のような基本機能以外に、動力用バッテリ６の温度を制御する機能をも有している。具体的に、上記コントローラ２０は、車両の走行中に、上記第１温度センサ３５により検出された動力用バッテリ６の温度Ｔ１が所定温度よりも低いか否かを調べ、温度が低い場合（つまり動力用バッテリ６が十分に暖機されていない場合）には、この動力用バッテリ６の暖機を促進するための所定の制御を実行するように構成されている。

上記動力用バッテリ６の暖機を促進するための制御は、基本的に、動力用バッテリ６と補機用バッテリ７との間で充放電を繰り返すことにより行われる（図４，図５参照）。これにより、動力用バッテリ６の内部抵抗が発熱し、動力用バッテリ６が内部から暖められる。

次に、動力用バッテリ６の暖機に関して上記コントローラ２０が行う制御の具体的手順について、図３のフローチャートを用いて説明する。このフローチャートに示す処理がスタートすると、コントローラ２０は、上記動力用バッテリ６および補機用バッテリ７の充電状態を判定するための第１フラグＦ１および第２フラグＦ２（詳細は後述する）に、その初期値として「０」を入力する制御を実行する（ステップＳ１）。

次いで、コントローラ２０は、上記第１・第２電圧センサ３３，３６、第１・第２電流センサ３４，３７、および第１・第２温度センサ３５，３８から、各センサの検出値として、動力用バッテリ６の電圧値Ｖ１、電流値Ｉ１、温度Ｔ１、および、補機用バッテリ７の電圧値Ｖ２、電流値Ｉ２、温度Ｔ２を読み込む制御を実行する（ステップＳ２）。

次いで、コントローラ２０は、上記ステップＳ２で読み込まれた動力用バッテリ６の電圧値Ｖ１および電流値Ｉ１から、動力用バッテリ６の充電量ＳＯＣを算出する制御を実行する（ステップＳ３）。

次いで、コントローラ２０は、上記ステップＳ２で読み込まれた動力用バッテリ６の温度Ｔ１が、予め定められた閾値Ｔａ１以上であるか否かを判定する制御を実行する（ステップＳ４）。ここでの閾値Ｔａ１は、動力用バッテリ６の暖機完了を判定するための閾値（暖機判定閾値）であり、この閾値Ｔａ１以上であれば動力用バッテリ６は十分に暖機されたと判断することができる。したがって、例えば低温環境下で車両を始動した直後のように、動力用バッテリ６の温度Ｔ１が低く、暖機も十分でない状態では、上記ステップＳ４での判定は当然ＮＯとなる。

上記ステップＳ４でＮＯと判定されて動力用バッテリ６が暖機されていないことが確認された場合、コントローラ２０は、上記ステップＳ２で読み込まれた補機用バッテリ７の温度Ｔ２が、予め定めされた閾値Ｔａ２以上であるか否かを判定する制御を実行する（ステップＳ５）。ここでの閾値Ｔａ２は、補機用バッテリ７の好ましい温度範囲の上限値（使用上限値）として設定されており、例えば車両の始動直後であれば、補機用バッテリ７の温度Ｔ２は当然に上記閾値Ｔａ２よりも低く、上記ステップＳ５での判定はＮＯとなる。

上記ステップＳ５でＮＯと判定されて補機用バッテリ７の温度Ｔ２が使用上限値Ｔａ２未満であることが確認された場合、コントローラ２０は、動力用バッテリ６の充電状態を表す上記第１フラグＦ１が「０」であるか否かを判定する制御を実行する（ステップＳ６）。上記ステップＳ１で述べたように、フローがスタートした時点ではＦ１＝０であるため、ステップＳ６での最初の判定はＹＥＳとなる。

上記ステップＳ６でＹＥＳと判定された場合、コントローラ２０は、上記ステップＳ３で算出された動力用バッテリ６の充電量ＳＯＣが４５％以上であるか否かを判定する制御を実行する（ステップＳ７）。なお、４５％という閾値は、本発明にかかる第１閾値に相当する。第１閾値を４５％に設定したのは、動力用バッテリ６と補機用バッテリ７との間で充放電を繰り返す後述のステップＳ１１〜Ｓ１７の制御（破線で囲った部分）が、動力用バッテリ６の充電量ＳＯＣがある程度低下した状態で行われるようにするためである。

上記ステップＳ７でＹＥＳと判定されて動力用バッテリ６の充電量ＳＯＣが４５％以上であることが確認された場合、コントローラ２０は、動力用バッテリ６の電力をジェネレータ２に供給し、その供給電力で駆動されるジェネレータ２によりエンジン１を強制回転させる制御を実行する（ステップＳ８）。このとき、エンジン１に燃料は供給されず、ジェネレータ２にはエンジン１の回転抵抗に相当する負荷が加わる。これにより、動力用バッテリ６から供給された電力がジェネレータ２によって消費され、動力用バッテリ６の充電量ＳＯＣが徐々に減少する。また、このときに流れる電流により、動力用バッテリ６の内部抵抗が発熱し、動力用バッテリ６の温度が上昇する。

そして、コントローラ２０は、次のステップＳ９で動力用バッテリ６の充電量ＳＯＣが４５％未満になったか否かを判定し、ここでＹＥＳと判定されるまで（つまり充電量が４５％未満になるまで）、上記ステップＳ９によるエンジンの強制回転（動力用バッテリ６の放電）を継続する。さらに、上記ステップＳ９でＹＥＳと判定された時点で、第１フラグＦ１に「１」を入力する（ステップＳ１０）。

以上のような処理を経て動力用バッテリ６の充電量ＳＯＣが４５％未満に低下し、第１フラグＦ１＝１となると、上述したステップＳ６での判定がＮＯになる。このように、ステップＳ６での判定がＮＯとなった場合、または、上記ステップＳ７でＮＯと判定されて動力用バッテリ６の充電量ＳＯＣが最初から４５％未満であったことが確認された場合、コントローラ２０は、ステップＳ１１に移行して、補機用バッテリ７の充電状態を表す第２フラグＦ２が「１」であるか否かを判定する制御を実行する。上記ステップＳ１で述べたように、第２フラグＦ２の初期値は「０」であるため、ステップＳ１１での最初の判定はＮＯとなる。

上記ステップＳ１１でＮＯと判定された場合、コントローラ２０は、動力用バッテリ６から放電させた電力を補機用バッテリ７に充電する制御を実行する（ステップＳ１２）。具体的には、図４に示すように、コンバータ８における補機用バッテリ７側のゲート電圧ＶＧ２を昇圧させ、補機用バッテリ７の端子電圧よりも高い値（例えば１４Ｖ程度）に設定することにより、コンバータ８を介して動力用バッテリ６から補機用バッテリ７に電流が流れるようにする。

次いで、コントローラ２０は、補機用バッテリ７の端子電圧Ｖ２が１３．５Ｖよりも大きいか否かを判定する制御を実行する（ステップＳ１３）。そして、同ステップでＮＯと判定されてＶ２≦１３．５Ｖであることが確認された場合には、ステップＳ２に戻ってそれ以降の処理を繰り返す一方、補機用バッテリ７への充電が継続されてＶ２＞１３．５Ｖになり、ステップＳ１３での判定がＹＥＳになった場合には、次のステップＳ１４に移行して、第２フラグＦ２に「１」を入力する制御を実行する。

上記のように補機用バッテリ７の端子電圧Ｖ２が１３．５Ｖを超え、第２フラグＦ２＝１になると、上記ステップＳ１１ではＹＥＳと判定されるようになる。すると、コントローラ２０は、ステップＳ１５に移行して、補機用バッテリ７から放電させた電力を動力用バッテリ６に充電する制御を実行する。具体的には、図５に示すように、コンバータ８における動力用バッテリ６側のゲート電圧ＶＧ１を昇圧させ、動力用バッテリ６の端子電圧よりも高い値（例えば３５１Ｖ程度）に設定することにより、コンバータ８を介して補機用バッテリ７から動力用バッテリ６に電流が流れるようにする。

次いで、コントローラ２０は、補機用バッテリ７の端子電圧Ｖ２が８．５Ｖ未満か否かを判定する制御を実行する（ステップＳ１６）。そして、同ステップでＮＯと判定されてＶ２≧８．５Ｖであることが確認された場合には、ステップＳ２に戻ってそれ以降の処理を繰り返す一方、補機用バッテリ７からの放電が継続されてＶ２＜８．５Ｖになり、ステップＳ１６での判定がＹＥＳになった場合には、次のステップＳ１７に移行して、第２フラグＦ２に「０」を入力する制御を実行する。

上記のように補機用バッテリ７の端子電圧Ｖ２が８．５Ｖ未満に達し、第２フラグＦ２＝０になると、上記ステップＳ１１ではＮＯと判定されるようになる。すると、動力用バッテリ６から補機用バッテリ７への放電（ステップＳ１２）が再度実行され、補機用バッテリ７の端子電圧Ｖ２が上昇に転じる。そして、補機用バッテリ７の端子電圧Ｖ２が１３．５以上まで上昇すると、今度は第２フラグＦ２＝１になるため、補機用バッテリ７から動力用バッテリ６への放電（ステップＳ１５）が再度実行され、補機用バッテリ７の端子電圧が下降に転じる。

このように、図３のステップＳ１１〜Ｓ１７の処理（破線で囲った部分）では、補機用バッテリ７の端子電圧Ｖ２が８．５Ｖ〜１３．５Ｖの間に収まる範囲で、動力用バッテリ６と補機用バッテリ７の間の充放電が繰り返されるようになっている（本発明にかかる充放電制御に相当）。これにより、動力用バッテリ６および補機用バッテリ７に継続的に電流が流れ、その電流により内部抵抗が発熱する結果、各バッテリ６，７の温度が徐々に上昇することになる。

次に、上記ステップＳ５でＹＥＳと判定された場合、つまり、補機用バッテリ７の温度Ｔ２が使用上限値Ｔａ２まで上昇した場合の制御動作について説明する。この場合、コントローラ２０は、動力用バッテリ６の充電量ＳＯＣが、充電量ＳＯＣの好ましい範囲の下限値として設定された２０％未満であるか否かを判定し（ステップＳ１８）、ここでの判定がＮＯであった場合（つまりＳＯＣ≧２０％であった場合）に、上記ステップＳ８と同様に、動力用バッテリ６の電力をジェネレータ２に供給してエンジン１を強制回転させる制御を実行する（ステップＳ１９）。なお、上記ステップＳ１８で用いられる２０％という閾値は、本発明にかかる第２閾値に相当する。この第２閾値としてのＳＯＣ＝２０％は、上述したステップＳ７で用いられるＳＯＣの閾値４５％（第１閾値）よりも小さく設定されている。

一方、上記ステップＳ１８でＹＥＳと判定されて動力用バッテリ６の充電量ＳＯＣ＜２０％であることが確認された場合には、エンジン１に燃料を供給してエンジン１を始動するとともに、その駆動力でジェネレータ２に発電を行わせ、発電された電力を動力用バッテリ６に充電する制御を実行する（ステップＳ２０）。このように、動力用バッテリ６の充電量ＳＯＣが２０％未満と少なくなった場合に、ジェネレータ２の発電電力を動力用バッテリ６に充電することにより、動力用バッテリ６の充電量ＳＯＣを回復させながら、内部抵抗発熱によって動力用バッテリ６を暖めるようにする。

以上のような処理を経て動力用バッテリ６が十分に暖められ、その温度Ｔ１が、上記暖機判定閾値Ｔａ１以上に上昇した場合には、上記ステップＳ４での判定がＹＥＳとなり、ステップＳ１にリターンされる。これにより、暖機のための一連の処理が終了する。

次に、以上のようなフローチャートに基づく制御が実行された場合の各バッテリ６，７の状態変化を、図６に示す具体例に基づき説明する。なお、図６では、動力用バッテリ６の充電量ＳＯＣ、補機用バッテリ７の端子電圧Ｖ２、補機用バッテリ７の温度Ｔ２、動力用バッテリ６の温度Ｔ１が、それぞれ時間経過とともにどのように変化するかを、（ａ）〜（ｄ）の順に示している。

図６の例では、動力用バッテリ６の充電量ＳＯＣが、初期状態において４５％を上回っている（同図（ａ）参照）。この場合、上記図３のフローチャートにおけるステップＳ７でＹＥＳと判定されることから、その後のステップＳ８〜Ｓ９の処理により、動力用バッテリ６の充電量ＳＯＣが４５％を下回るまで、動力用バッテリ６からの放電によるエンジン１の強制回転が行われる。この結果、図６の期間Ａに示すように、動力用バッテリ６の充電量ＳＯＣが徐々に減少し、４５％を下回るまで低下する。

充電量ＳＯＣが４５％を下回ると、図３のフローチャートにおけるステップＳ６の判定がＮＯとなるため、その後は、動力用バッテリ６と補機用バッテリ７との間で充放電を繰り返すステップＳ１１〜Ｓ１７の処理が実行される。この結果、図６の期間Ｂに示すように、補機用バッテリ７の端子電圧Ｖ２が８．５〜１３．５Ｖの範囲で上昇と下降を繰り返すとともに（同図（ｂ））、これに対応して動力用バッテリ６の充電量ＳＯＣも上昇と下降を繰り返す（同図（ａ））。

上記のような充放電の繰り返しにより、図６（ｃ）（ｄ）に示すように、動力用バッテリ６および補機用バッテリ７の温度Ｔ１，Ｔ２は徐々に上昇するが、その上昇スピードは、相対的に容量の小さい補機用バッテリ７の方が速く、この補機用バッテリ７の温度Ｔ２がまず使用上限値Ｔａ２に達する（同図（ｃ））。

すると、図３のフローチャートにおけるステップＳ５でＹＥＳと判定されるため、その後のステップＳ１９で、動力用バッテリ６からの放電によるエンジン１の強制回転が行われる。この結果、図６の期間Ｃに示すように、動力用バッテリ６の充電量ＳＯＣが徐々に減少していく。

上記のような動力用バッテリ６からの放電により、動力用バッテリ６の温度Ｔ１はさらに上昇し、最終的には、図６（ｄ）に示すように、暖機判定閾値Ｔａ１まで上昇する。すると、図３のフローチャートにおけるステップＳ４での判定がＹＥＳとなり、動力用バッテリ６の暖機が完了する。

ところで、上記図６の例では、期間Ｃにおいて、動力用バッテリ６の暖機が完了するまで（つまりバッテリの温度Ｔ１が暖機判定閾値Ｔａ１に達するまで）放電を行っても、その充電量ＳＯＣが２０％を下回ることがなかったが、動力用バッテリ６の初期温度がかなり低かったような場合には、ＳＯＣが２０％になるまで放電を継続しても動力用バッテリ６の暖機が完了しないケースも想定される。このようなケースを図７に示す。

図７の例では、期間Ｃにて、動力用バッテリ６からの放電によるエンジン１の強制回転を、充電量ＳＯＣが２０％になるまで継続しても、動力用バッテリ６の温度Ｔ１が、暖機判定閾値Ｔａ１に達していない。すると、充電量ＳＯＣが２０％を下回った時点で、上記図３のフローチャートにおけるステップＳ１８の判定がＹＥＳとなるため、その後のステップＳ２０で、ジェネレータ２に発電させてその電力を動力用バッテリ６に充電する制御が実行されることになる。この結果、図７の期間Ｄに示すように、動力用バッテリ６の充電量ＳＯＣが上昇に転じるとともに（同図（ａ））、充電による抵抗発熱によって、動力用バッテリ６の温度Ｔ１が引き続き上昇する（同図（ｄ））。そして、最終的に温度Ｔ１が暖機判定閾値Ｔａ１に達した時点で、動力用バッテリ６への充電が停止される。

以上説明したように、当実施形態では、走行用モータ５に電力を供給する動力用バッテリ６と、車両用補機に電力を供給する補機用バッテリ７と、これら両バッテリ６，７との間に設けられた電圧変換用のコンバータ８とを備えたハイブリッド車両において、動力用バッテリ６の温度Ｔ１が所定温度（暖機判定閾値Ｔａ１）未満であることが確認された場合に、補機用バッテリ７の端子電圧Ｖ２が所定の上限値（１３．５Ｖ）と下限値（８．５Ｖ）の間に収まる範囲で、動力用バッテリ６から補機用バッテリ７に電流が流れる状態（図４）と、補機用バッテリ７から動力用バッテリ６に電流が流れる状態（図５）とが繰り返されるようにコンバータ８を制御することにより、上記動力用バッテリ６を昇温させるようにした（ステップＳ１１〜Ｓ１７）。このような構成によれば、効率的かつ迅速に動力用バッテリ６を暖機することができるという利点がある。

すなわち、上記実施形態では、動力用バッテリ６と補機用バッテリ７との間で充放電を繰り返し、その際の内部抵抗の発熱により動力用バッテリ６を昇温させるようにしたため、電力の消費を効果的に抑制しつつ、迅速に動力用バッテリ６を暖機できるという利点がある。

例えば、動力用バッテリ６の電力をジェネレータ２に供給してエンジン１を強制回転させるといったような、負荷要素に対する放電のみによって動力用バッテリ６を昇温させることも考えられるが、このようにすると、動力用バッテリ６の電力を無駄に捨てることになり、エネルギー効率の点から好ましくない。

これに対し、上記構成では、動力用バッテリ６と補機用バッテリ７との間で電流をやり取りするだけであるため、損失は各バッテリ６，７の内部抵抗によるものと、コンバータ８の損失のみであり、無駄になる電力が非常に少ないという利点がある。しかも、車両の走行中・停止中にかかわらず、上記両バッテリ６，７間の充放電を継続的に繰り返すことができる上に、コンバータ８による電圧値の変換に応じて非常に速い周期で充放電を繰り返すことができるため、より早期に動力用バッテリ６の暖機を完了させることが可能である。

さらに、上記構成では、動力用バッテリ６と補機用バッテリ７との間で充放電を繰り返す際に、その電流の向きを、相対的に容量が少なく充電量の変化のスピードが速い補機用バッテリ７の端子電圧Ｖ２を基準に切り替えるようにしたため、補機用バッテリ７および動力用バッテリ６の両方の充電量をともに適正範囲に維持しながら、動力用バッテリ６の暖機を適正かつ迅速に実施できるという利点がある。

ここで、上記構成において、電流の向きを変える際の基準となる補機用バッテリ７の電圧値（下限値８．５Ｖ、上限値１３．５Ｖ）のうち、上限値の１３．５Ｖは、いわゆる１２Ｖバッテリからなる補機用バッテリ７が満充電状態になったときの最大端子電圧（約１５〜１６Ｖ）に比べて、所定量低い値に設定されている。これは、上記両バッテリ６，７間にできるだけ大きな電流を流して効率よく暖機を行うためである。

具体的に、補機用バッテリ７に関して、その満充電時の最大端子電圧（１５〜１６Ｖ）をＶｍａｘ、起電力をＶａ、内部抵抗をｒ、電流をＩ、内部抵抗をｒとすると、通電時の補機用バッテリ７の端子電圧Ｖ２は、起電力Ｖａと、内部抵抗ｒによる発生電圧ｒ×Ｉとの合計（Ｖａ＋ｒ×Ｉ）に等しく、その値は、最大でも満充電時の端子電圧Ｖｍａｘを超えることができない。このため、補機用バッテリ７の充電量が増えて起電力Ｖａが満充電時の端子電圧Ｖｍａｘに近づくと、内部抵抗ｒによる発生電圧ｒ×Ｉの許容値が小さくなり、その分だけ電流Ｉを低くせざるを得なくなる。

このように、補機用バッテリ７が満充電状態に近づくと、動力用バッテリ６と補機用バッテリ７との間に流すことのできる電流の値が小さくなり、内部抵抗による発熱量が低下する結果、動力用バッテリ６を効果的に暖めることができず、その昇温スピードが低下する。そこで、上記実施形態では、このような事態を避けるために、上記両バッテリ６，７間で充放電を繰り返す際に設定される補機用バッテリ７の端子電圧Ｖ２の上限値を、満充電時の端子電圧Ｖｍａｘよりもある程度小さい１３．５Ｖに設定した。これにより、充放電時の電流を比較的大きい値に設定することができ、より迅速に動力用バッテリ６を暖機できるという利点がある。

また、上記実施形態では、動力用バッテリ６の充電量ＳＯＣが４５％以上の場合（図３のステップＳ７でＹＥＳの場合）に、まず、充電量ＳＯＣが４５％未満になるまで電力を放電させ（図３のステップＳ８、図６の期間Ａ参照）、その後で、上記両バッテリ６，７間で充放電を繰り返す制御を実行するようにした（図３のステップＳ１１〜Ｓ１７、図６の期間Ｂ参照）。このような構成によれば、動力用バッテリ６の充電量ＳＯＣが過剰に残っている状態（つまり通電電流が制限される状態）で充放電が開始されることがなく、充放電時の電流を十分に大きく設定してより迅速な暖機を図れる利点がある。

また、上記実施形態では、動力用バッテリ６と補機用バッテリ７との間で充放電を繰り返した結果、補機用バッテリ７の温度Ｔ２が所定値（使用上限値Ｔａ２）まで上昇した場合（図３のステップＳ５でＹＥＳの場合）に、上記のように充放電を繰り返す制御を禁止し、動力用バッテリ６の電力をジェネレータ２に供給してエンジン１を強制回転させる制御か、または、ジェネレータ２の発電電力を動力用バッテリ６に充電する制御を実行するようにした（図３のステップＳ１９，Ｓ２０、図６，７の期間Ｃ，Ｄ参照）。このような構成によれば、補機用バッテリ７の温度がある程度上昇した時点で、動力用バッテリ６と補機用バッテリ７との間の充放電を禁止することにより、補機用バッテリ７の過度な温度上昇に起因してその性能が劣化するのを確実に回避でき、補機用バッテリ７の信頼性を良好に確保できるという利点がある。

しかも、動力用バッテリ６と補機用バッテリ７との間で充放電を繰り返し、動力用バッテリ６をある程度昇温させた後で、動力用バッテリ６からジェネレータ２への放電、またはジェネレータ２から動力用バッテリ６への充電に切り替えるようにしたため、これら放電または充電の際の電流値を十分に大きく設定することができ、その電流に基づく内部抵抗発熱により動力用バッテリ６を迅速に暖機することが可能である。

なお、上記実施形態では、図３のステップＳ８，Ｓ１９で、動力用バッテリ６からの放電を目的に、動力用バッテリ６からジェネレータ２に電力を供給してエンジン１を強制回転させるようにしたが、このような制御に代えて、またはこのような制御に加えて、エンジン１およびジェネレータ２以外の所定の負荷要素（例えばエアコン等）を動力用バッテリ６の電力により作動させ、これによって動力用バッテリ６の電力を放電させるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、図３のステップＳ１１〜Ｓ１７で、動力用バッテリ６と補機用バッテリ７との間の充放電を繰り返し行い、それによって補機用バッテリ７の温度Ｔ２が使用上限値Ｔａ２に達すると（ステップＳ５でＹＥＳ）、動力用バッテリ６からジェネレータ２への放電（ステップＳ１９）、またはジェネレータ２から動力用バッテリ６への充電（ステップＳ２０）のいずれかの制御に切り替えるようにしたが、このような制御の切り替えを行うための基準となるは、補機用バッテリ７の温度Ｔ２に限られない。例えば、補機用バッテリ７の温度Ｔ２が上昇すると、内部の電解液等から発生するガスの濃度が高くなるため、このガスの濃度が所定値よりも高くなった時点で、上記のような制御の切り替えを行ってもよい。

また、上記実施形態では、エンジン１と走行用モータ５とを備えたハイブリッド車両に本発明の暖気制御装置を適用した例について説明したが、本発明の暖機制御装置は、走行用モータ５を動力源の少なくとも一部として用いた電動車両であれば、特にその種類を問わず適用可能である。例えば、走行用モータ５のみを駆動源とした電気自動車であっても、走行用モータ５に電力を供給する動力用バッテリと、それ以外の車両用補機類に電力を供給する補機用バッテリとの２種類のバッテリを用いるのが一般的と考えられるため、本発明の暖機制御装置を好適に適用可能である。

１エンジン
２ジェネレータ（発電機）
５走行用モータ
６動力用バッテリ
７補機用バッテリ
８ＤＣ／ＤＣコンバータ（コンバータ）
２０コントローラ（制御手段）
３５第１温度センサ（温度検出手段）
３８第２温度センサ（補機用バッテリ温度検出手段）

Claims

エンジンと、エンジンの駆動力で発電する発電機と、発電機で発電された電力を蓄電可能な動力用バッテリと、車両用補機に電力を供給する補機用バッテリと、補機用バッテリと動力用バッテリとの間に設けられた電圧変換用のコンバータと、発電機および動力用バッテリの少なくとも一方から電力の供給を受けて駆動輪を駆動する走行用モータとを備えたハイブリッド車両に設けられ、上記動力用バッテリの暖機を制御する装置であって、
上記動力用バッテリの温度を検出する温度検出手段と、
上記補機用バッテリの温度を検出する補機用バッテリ温度検出手段と、
上記温度検出手段により検出された動力用バッテリの温度が所定温度未満であることが確認された場合に、上記補機用バッテリの端子電圧が所定の上限値と下限値の間に収まる範囲で、上記動力用バッテリから上記補機用バッテリへと電流が流れる状態と、上記補機用バッテリから上記動力用バッテリへと電流が流れる状態とが繰り返されるように上記コンバータを制御し、上記動力用バッテリを昇温させる充放電制御を実行する制御手段とを備え、
上記制御手段は、
上記動力用バッテリの充電量が予め定められた第１閾値以上の場合には、当該充電量が第１閾値未満になるまで電力を放電させた後で上記充放電制御を実行し、
上記補機用バッテリ温度検出手段による検出温度が所定値以上であり、かつ上記動力用バッテリの充電量が第１閾値よりも小さい第２閾値以上である場合には、上記充放電制御の実行を禁止しつつ、上記動力用バッテリの電力を所定の負荷要素に放電させて動力用バッテリを昇温させる制御を実行し、
上記補機用バッテリ温度検出手段による検出温度が所定値以上であり、かつ上記動力用バッテリの充電量が上記第２閾値未満である場合には、上記充放電制御の実行を禁止しつつ、上記発電機の発電電力を上記動力用バッテリに充電させて動力用バッテリを昇温させる制御を実行することを特徴とするバッテリの暖機制御装置。
請求項１記載のバッテリの暖機制御装置において、
上記充放電制御時における上記補機用バッテリの端子電圧の上限値が、満充電状態のときよりも所定量低い値に設定されたことを特徴とするバッテリの暖機制御装置。