JP5517644B2 - 車両用バッテリ温調装置および車両用バッテリの温調方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両用バッテリ温調装置および車両用バッテリの温調方法に関する。

特許文献１には、車両停止後に車両を外部充電設備と接続したとき、充電開始時のバッテリ温度が充電開始時に適した目標温度となるようにエアコンの冷却風または温風によってバッテリ温度を調整する技術が開示されている。

特開平７−７３９０６号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、車両停止直後に充電を行う場合など、バッテリ温度がある程度高い状態から充電を行うと、バッテリ温度が目標温度となるまでは充電を行うことができないため、車両停止から充電完了までに要する時間が長くなる。
本発明の目的は、車両停止から充電完了までに要する時間を短くできる車両用バッテリ温調装置および車両用バッテリの温調方法を提供することにある。

本発明では、車両の走行中にバッテリの充電率に基づいてバッテリの充電が必要であると判断された場合、この判定された時点から次の充電地点に到達するのに要する時間を推定し、この時間を制御時間として、バッテリ温度を目標温度に近づけるように、制御時間の間、バッテリを温調し、この場合、走行時温調制御手段が、充電完了後のバッテリ温度が所定の許容上限値以下となるように目標温度を設定するようにする。

よって、本発明にあっては、車両の走行中から充電開始時の目標温度を考慮してバッテリの温調を行うため、車両停止から充電完了までに要する時間を短くできる。この場合、充電完了後のバッテリ温度が所定の許容上限値以下となるように目標温度を設定するため、バッテリ温度が許容上限値を超えることでバッテリ寿命が低下するのを抑制できる。

実施例１の車両用バッテリ温調装置のシステム構成図である。 実施例１の温調部3cで実行される走行時温調制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１の走行時温調制御作用を示すタイムチャートである。

以下にこの発明を実施するための形態を図面に基づく実施例により説明する。
〔実施例１〕
［システム構成］
図１は、実施例１の車両用バッテリ温調装置のシステム構成図であり、実施例１の車両用バッテリ温調装置は、電気自動車に適用されている。
バッテリ1は、繰り返し充電可能な二次電池であり、駆動輪を駆動する電動モータ（不図示）に電力を供給する。バッテリ1としては、例えば、ニッケルイオン電池を用いることができる。バッテリ1は、キャビン（車室）の下方に配置され、車体に固定されている。
エアコンユニット（温調手段）2は、キャビン内の温度がドライバにより設定された目標値となるようにキャビン内を温調する。また、エアコンユニット2は、バッテリコントローラ3からの制御指令に応じて、バッテリ1を温調する。エアコンユニット2からの出力は、ブロワ2aを介してバッテリ1の筐体1a内へ供給された後、車外またはキャビンへ排出され、またはエアコンユニット2へ還流される。バッテリ1を通過した空気の流れは、バッテリやキャビン等の温度に応じて、エアコンユニット2とバッテリ1との間の循環経路2b上に設けられた２つのドア2c,2dを開閉することにより適宜切り替えられる。

バッテリコントローラ3には、バッテリ温度センサ（温度検出手段）4、バッテリ電圧センサ5、バッテリ充放電電流センサ6、ナビゲーションシステム7、通常充電コネクタ8および急速充電コネクタ9からの各信号が入力される。
バッテリ温度センサ4、バッテリ電圧センサ5およびバッテリ充放電電流センサ6は、バッテリ1の筐体1a内に設けられている。バッテリ温度センサ4は、バッテリ１の温度（以下、バッテリ温度）を検出する。バッテリ電圧センサ5は、バッテリ電圧を検出する。バッテリ充放電電流センサ6は、バッテリ1の充放電電流を検出する。
ナビゲーションシステム7は、ドライバに車両周辺の地図情報と自車位置とを提供し、ドライバが設定した目的地へのルートガイドを行う。
通常充電コネクタ8は、通常充電モードでバッテリ1を充電する際に外部充電設備（例えば、自宅）の通常充電コネクタ（家庭用電源のコンセント）と接続される。コネクタ接続時には、バッテリコントローラ3へ接続信号が出力される。
急速充電コネクタ9は、急速充電モードでバッテリ1を充電する際に外部充電設備である充電スタンド11のコネクタ12と接続される。コネクタ接続時にはバッテリコントローラ3へ接続信号が出力される。ここで、急速充電モードとは、通常充電モードよりも充電レートの高い充電モードであり、急速充電モードで充電を行った場合は、通常充電モードで充電を行った場合よりも短時間にバッテリSOC(State Of Charge)を満充電状態とすることができる。なお、充電レートとは、単位時間当たりの充電量である。

バッテリコントローラ3は、SOC推定部（充電状態検出手段）3aと、充電判断部（充電判断手段）3bと、温調部（走行時温調制御手段）3cとを有する。
SOC推定部3aは、バッテリ電圧とバッテリ充放電電流とから現在のバッテリSOCを推定する。
充電判断部3bは、SOC推定部3aにより推定されるバッテリSOCを常時監視し、バッテリSOCが所定の要充電閾値以下となったとき、充電が必要であると判断し、ワーニングランプ10に対して点灯指令を出力することで、ドライバにバッテリSOCの低下を知らせる。
温調部3cは、バッテリ温度を常時監視し、バッテリ温度が所定の使用温度範囲または充電温度範囲から外れないように、エアコンユニット2に対しバッテリ1を温調する制御指令を出力する。また、温調部3cは、本発明が狙いとする、車両停止から充電完了までに要する時間（以下、充電時間とも言う）の短縮化を図るべく、車両の走行時、以下に示すような走行時温調制御処理を実行する。

［走行時温調制御処理］
図２は、実施例１の温調部3cで実行される走行時温調制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。この処理は、充電判断部3bによりバッテリ1に充電が必要であると判断されている間、所定の演算周期で繰り返し実行される。
ステップS1では、ドライバにより急速充電モードが要求されているか否かを判定する。YESの場合にはステップS2へ移行し、NOの場合にはステップS3へ移行する。ここでは、ドライバがナビゲーションシステム7の目的地として充電スタンド11を選択している場合に、急速充電モードが要求されていると判定する。
ステップS2では、バッテリ温度センサ4からバッテリ温度、バッテリ電圧センサ5からバッテリ電圧、バッテリ充放電電流センサ6からバッテリ充放電電流をそれぞれ入力し、ステップS4へ移行する。
ステップS3では、走行中温調制御を停止し、リターンへ移行する。ここで、走行中温調制御を停止した場合には、上述したようにバッテリ温度が所定の使用温度範囲または充電温度範囲から外れないように、エアコンユニット2に対しバッテリ1を温調する制御指令を出力する。
ステップS4では、急速充電モードにおいてバッテリ1の急速充電により予測される発熱量を算出し、ステップS5へ移行する。ここで、バッテリ発熱量は、急速充電モードにおける充電レートと充電時間とを乗算した値に、所定の係数を乗算して求めることができる。また、あらかじめ実験により充電時間と発熱量との関係をマップ化しておいてもよい。なお、充電時間は、急速充電モードの充電レートで充電を行ったとき、現行のバッテリSOCが満充電時のSOCとなるまでに要する時間である。ここで言う満充電とは、満充電もしくは実用上支障の無い容量とする。

ステップS5では、バッテリ1の目標温度を設定し、ステップS6へ移行する。ここで、目標温度は、バッテリ寿命に影響を与えない温度範囲の上限値（以下、許容上限値）から、算出されたバッテリ発熱量に応じたバッテリ1の温度上昇分を減算した値とする。許容上限値は、リチウムイオン二次電池の場合、例えば、60℃とする。なお、許容上限値を60℃から2〜3℃下げた値としてもよい。
ステップS6では、走行時温調制御の制御時間（走行時温調制御を開始してから終了するまでの時間）を設定し、ステップS7へ移行する。ここで、制御時間は、ナビゲーションシステム7により算出された充電スタンド11までの到達予測時間とする。
ステップS7では、エアコンユニット2の温調性能を設定し、ステップS8へ移行する。ここで、温調性能は、制御時間かけて現在のバッテリ温度を目標温度とするために必要なエアコンユニット2の性能（風量、風温）とする。
ステップS8では、設定された温調性能に応じた制御指令をエアコンユニット2へ出力し、ステップS9へ移行する。
ステップS9では、バッテリ温度が目標温度に到達したか否かを判定する。YESの場合にはステップS3へ移行し、NOの場合にはステップS10へ移行する。
ステップS10では、制御時間が経過したか否かを判定する。YESの場合にはステップS3へ移行し、NOの場合にはステップS11へ移行する。
ステップS11では急速充電コネクタ9が充電スタンド11のコネクタ12と接続されたか否かを判定する。YESの場合にはステップS3へ移行し、NOの場合にはリターンへ移行する。

次に、作用を説明する。
［走行時温調制御作用］
図３は、実施例１の走行時温調制御作用を示すタイムチャートである。
時点t1では、車両の走行中にバッテリSOCが要充電閾値以下となったため、ワーニングランプ10を点灯させ、ドライバにバッテリSOCの低下を警報する。よって、ドライバは、目的地を近傍の充電スタンド11に変更する。このとき、図２のフローチャートでは、ステップS1→ステップS2→ステップS4→ステップS5→ステップS6→ステップS7→ステップS8へと進む流れとなり、走行時温調制御が開始される。この制御では、急速充電による温度上昇を考慮した目標温度、すなわち、充電スタンド11に到着後、直ちに急速充電を行った場合であっても、バッテリ温度が許容上限値を超えないような目標温度が設定され、バッテリ温度が制御時間経過後に目標温度となるように、エアコンユニット2の風量および風温が設定される。
時点t1とt2との間の区間では、バッテリ温度が徐々に低下し、時点t2では、バッテリ温度が目標温度と一致する。このため、ステップS9からステップS3へと進み、走行時温調制御が停止する。また、時点t2とほぼ同時期に、車両が充電スタンド11に到着し、ドライバが急速充電コネクタ9を充電スタンド11のコネクタ12と接続することで、バッテリ1の急速充電が開始される。
時点t2とt4との間の区間では、急速充電モードにおける充電レートに応じてバッテリ温度が上昇する。
時点t4では、バッテリSOCが満充電状態となったため、バッテリ1の充電が完了する。このとき、バッテリ温度は許容上限値以下に抑えられているため、温度上昇に伴うバッテリ寿命の低下を招くことはない。

ここで、実施例１の比較例として、走行時温調制御を実施せず、車両停止後に充電開始時のバッテリ温度が上記目標温度となるようにバッテリを温調する場合を考える。この場合、時点t2で充電スタンドに到着し、急速充電コネクタが設備と接続されたとき、エアコンユニットによるバッテリの冷却が開始される。ところが、車両停止直後は走行時の放電による発熱によってバッテリ温度が高いため、停止直後に急速充電モードで充電を行った場合、充電に伴う発熱によってバッテリ温度が許容上限値を超えてしまう。このため、この比較例では、バッテリ温度が目標温度まで低下する時点t3まで待たなければ充電を開始できない。
これに対し、実施例１では、車両の走行中からバッテリ1の冷却を開始しているため、時点t3よりも早い時点t2の時点から充電を開始できる。つまり、実施例１では、車両の走行時、バッテリ1の充電が必要であると判断され、かつ、ドライバにより急速充電モードが要求されている場合、充電開始時の温度が目標温度となるように、あらかじめ走行中からバッテリ1を調温しているため、上記比較例に対し、停車から充電が完了するまでの時間を短くできる。

また、充電が必要であると判断された時点から充電開始までに要する時間を推定し、この時間を制御時間としてバッテリ温度を徐々に目標温度に近づけるため、エアコンユニット2の温調性能を低く抑えることができる。例えば、上記比較例において、車両停止時のエアコンユニットの温調性能を高くすることで、充電時間を短くできるものの、この場合、エアコンユニットの温調能力の大部分をバッテリ側の冷却に取られるため、キャビン側で必要な温調性能が得られず、キャビンを快適に維持できない。これに対し、実施例１では、バッテリ1の温調に高い性能が要求されないため、エアコンユニットの温調能力の大部分をキャビン側の温調に使うことができ、キャビンを快適に維持できる。
このとき、充電スタンド11に到着するまでの時間を走行時温調制御の制御時間（制御期間）としているため、充電開始時のバッテリ温度をより確実に目標温度と一致させることができる。バッテリ1の充電は、充電スタンド11に到着した後に実施されるからである。

実施例１では、充電完了後のバッテリ温度が所定の許容上限値以下となるように目標温度を設定するため、バッテリ温度が許容上限値を超えることでバッテリ寿命が低下するのを抑制できる。
また、目標温度を、許容上限値から充電時の発熱に伴う温度上昇分を減算した値としたため、バッテリ温度が許容上限値を超えるのをより確実に抑制できる。
実施例１では、急速充電モードが要求されている場合には走行時温調制御を実行するが、急速充電モードが要求されていない場合には走行時温調制御を実行しない。通常充電モードは急速充電モードよりも充電レートが低いため、走行時温調制御を実行しない場合であっても、バッテリ温度が上限値を超えることは稀だからである。よって、不要なバッテリ1の温調を回避でき、バッテリSOCの低下を抑制できる。

実施例１では、以下に列挙する効果を奏する。
(1) 外部充電設備（充電スタンド11、自宅等）によって車載状態で充電可能なバッテリ1と、バッテリ温度を検出するバッテリ温度センサ4と、バッテリSOCを算出するSOC推定部3aと、バッテリ温度を調節するエアコンユニット2と、バッテリSOCからバッテリ1に充電が必要であるか否かを判断する充電判断部3bと、車両の走行時に充電が必要であると判断された場合、充電開始時のバッテリ温度が目標温度となるようにエアコンユニット2に対し温調制御指令を出力する走行時温調制御を実行する温調部3cと、を備える。これにより、充電時間の短縮化を図ることができる。
(2) 温調部3cは、充電が必要であると判定された時点から充電開始までに要する時間を推定し、この時間を制御時間としてバッテリ温度を徐々に目標温度に近づけるため、エアコンユニット2の温調性能を低く抑えてキャビン側に必要な温調性能を確保でき、キャビンを快適に維持できる。

(3) 温調部3cは、充電スタンド11に到着するまでに要する時間を制御時間とするため、充電開始時のバッテリ温度をより確実に目標温度と一致させることができる。
(4) 温調部3cは、充電完了後のバッテリ温度が所定の許容上限値以下となるように目標温度を設定するため、バッテリ温度が許容上限値を超えることでバッテリ寿命が低下するのを抑制できる。
(5) 温調部3cは、許容上限値から充電時の発熱による温度上昇分を減算した値を目標温度とするため、バッテリ温度が許容上限値を超えるのをより確実に抑制できる。

(6) バッテリ1は、通常充電モードとこの通常充電モードよりも充電レートの高い急速充電モードとの２つの充電モードにより充電可能であり、温調部3cは、急速充電モードが要求されている場合、走行時温調制御を実行し、通常充電モードが要求されている場合、走行時温調制御を実行しない。これにより、不要なバッテリ1の温調を回避し、バッテリSOCの低下を抑制できる。
(7) 車両の走行時、バッテリの充電が必要であると判断された場合、充電開始時のバッテリ温度が目標温度となるように、あらかじめバッテリ1を温調する走行時温調制御を実行するため、充電時間の短縮化を図ることができる。

〔他の実施例〕
以上、本発明を実施するための形態を、実施例に基づいて説明したが、本発明は実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、実施例では、急速充電モードが要求されているか否かを、ドライバがナビゲーションシステム7の目的地として充電スタンド11を選択しているか否かにより判定する例を示したが、ドライバの操作により急速充電モードを要求できるスイッチを設けてもよい。
急速充電モードが要求されているか否かにかかわらず、走行時温調制御を実施してもよい。

1 バッテリ
1a 筐体
2 エアコンユニット（温調手段）
2a ブロワ
2b 循環経路
2c ドア
3 バッテリコントローラ
3a SOC推定部（充電状態検出手段）
3b 充電判断部（充電判断手段）
3c 温調部（走行時温調制御手段）
4 バッテリ温度センサ（温度検出手段）
5 バッテリ電圧センサ
6 バッテリ充放電電流センサ
7 ナビゲーションシステム
8 通常充電コネクタ
9 急速充電コネクタ
10 ワーニングランプ
11 充電スタンド
12 コネクタ

Claims (6)

1. 外部充電設備によって車載状態で充電可能なバッテリと、
   前記バッテリの温度を検出する温度検出手段と、
   前記バッテリの充電状態を検出する充電状態検出手段と、
   前記バッテリの温度を調節する温調手段と、
   前記充電状態から前記バッテリに充電が必要であるか否かを判断する充電判断手段と、
   該充電判断手段により車両の走行時に充電が必要であると判断された場合、この判断された時点から次の充電地点に到達するのに要する時間を推定し、この時間を制御時間として、充電開始時のバッテリ温度が目標温度となるように、前記制御時間の間、前記温調手段に対し温調制御指令を出力する走行時温調制御を実行する走行時温調制御手段と、
   を備え、
   前記走行時温調制御手段は、充電完了後の前記バッテリ温度が所定の許容上限値以下となるように前記目標温度を設定することを特徴とする車両用バッテリ温調装置。
2. 請求項１に記載の車両用バッテリ温調装置において、
   前記走行時温調制御手段は、前記許容上限値から充電時の発熱による温度上昇分を減算した値を前記目標温度とすることを特徴とする車両用バッテリ温調装置。
3. 請求項１又は２に記載の車両用バッテリ温調装置において、
   前記バッテリは、通常充電モードとこの通常充電モードよりも充電レートの高い急速充電モードとの２つの充電モードにより充電可能であり、
   前記走行時温調制御手段は、前記急速充電モードが要求されている場合、前記走行時温調制御を実行し、前記通常充電モードが要求されている場合、前記走行時温調制御を実行しないことを特徴とする車両用バッテリ温調装置。
4. 外部充電設備によって車載状態で充電可能なバッテリと、
   前記バッテリの温度を検出する温度検出手段と、
   前記バッテリの充電状態を検出する充電状態検出手段と、
   前記バッテリの温度を調節する温調手段と、
   前記充電状態から前記バッテリに充電が必要であるか否かを判断する充電判断手段と、
   該充電判断手段により車両の走行時に充電が必要であると判断された場合、次に到達する充電地点における充電開始時のバッテリ温度が目標温度となるように、前記温調手段に対し温調制御指令を出力する走行時温調制御を実行する走行時温調制御手段と、
   を備え、
   前記目標温度は、バッテリ寿命に影響を与えない温度範囲の許容上限値から前記バッテリの充電時の発熱による温度上昇分を減算した値であることを特徴とする車両用バッテリ温調装置。
5. 請求項４に記載の車両用バッテリ温調装置において、
   前記バッテリは、通常充電モードとこの通常充電モードよりも充電レートの高い急速充電モードとの２つの充電モードにより充電可能であり、
   前記走行時温調制御手段は、前記急速充電モードが要求されている場合、前記走行時温調制御を実行し、前記通常充電モードが要求されている場合、前記走行時温調制御を実行しないことを特徴とする車両用バッテリ温調装置。
6. 車両の走行中にバッテリの充電率に基づいてバッテリの充電が必要であると判定された場合、この判定された時点から次の充電地点に到達するのに要する時間を推定し、この時間を制御時間として、バッテリ温度を目標温度に近づけるように、該制御時間の間、前記バッテリを温調する走行時温調制御を実行する車両用バッテリの温調方法であって、
   充電完了後の前記バッテリ温度が所定の許容上限値以下となるように前記目標温度を設定するようにしたことを特徴とする車両用バッテリの温調方法。

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