JP5561206B2

JP5561206B2 - バッテリの充電制御装置

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Publication number: JP5561206B2
Application number: JP2011040506A
Authority: JP
Inventors: 拓司天野; 武嗣夏目
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: JP2012178930A

Description

本発明はバッテリの充電制御装置に関し、特に、高電圧バッテリを搭載すると共に空気調和装置に電動コンプレッサを採用した車両において、電動コンプレッサの運転状態に応じて高電圧バッテリの充電電圧を制御するバッテリの充電制御装置に関する。

従来、車両に搭載される空気調和装置（エアコン）に使用されるコンプレッサは、車両のエンジンで駆動されていたが、近年、コンプレッサを駆動するためにエンジンにかかる負荷を低減するために、バッテリで駆動される電動コンプレッサを搭載する車両がある。このような電動コンプレッサは、通常のバッテリ電圧である１２Ｖよりも電圧が高いバッテリ（以後高電圧バッテリという）を搭載するハイブリッド車両（ＨＶ車）やプラグインハイブリッド車両（ＰＨＶ車）、或いはモータのみの動力により走行する電気自動車（ＥＶ車に多く採用されている（例えば、特許文献１参照）。

ＨＶ車やＥＶ車などの高電圧バッテリを搭載している車両では、高電圧バッテリの電圧、温度状態を検出して電力管理制御装置（電力管理ＥＣＵ）が、図１１に示すような制御手順で高電圧バッテリの充電率（ＳＯＣ）が一定の範囲内になるように制御している。即ち、電力管理ＥＣＵは、ステップ１１１でＳＯＣを検出し、ステップ１１２でＳＯＣが基準値未満であった場合にステップ１１３でモータ制御ＥＣＵ（後述）に発電要求を出力する。そして、電力管理ＥＣＵは、ステップ１１４で再びＳＯＣを検出し、ステップ１１５でＳＯＣが目標値以上になったかどうかを判定し、目標値未満の場合はステップ１１４に戻るが、目標値以上の場合はステップ１１６でモータ制御ＥＣＵへの発電要求を停止する。この手順により、ＳＯＣが一定の範囲内に維持される。

以上説明したＳＯＣは温度、電池の種類によっても変化する。例えば、ニッケル水素電池（Ｎｉ−ＭＨ）は、電池の温度が３０℃の時に電圧と充電率が最も低くなり、リチウムイオン電池（Ｌｉ−ｉｏｎ）は、電池の温度が０℃以下で電圧と充電率が最も低くなる。また、充電率が大きいほど、最大電流をひいた時の電池電圧も大きい。更に、ＨＶ車で最も重要な特性である高電圧バッテリの充放電の能力は、ニッケル水素電池よりもリチウムイオン電池の方が高い。そして、電池の信頼性向上に伴い、ニッケル水素電池からリチウムイオン電池への移行が行われている。

高電圧バッテリのニッケル水素電池からリチウムイオン電池への移行に伴い、ＳＯＣの制御範囲が拡大し、セル数の削減などによりバッテリ容量が削減され、電圧が低下する頻度が高くなってきている。これは、リチウムイオン電池の端子間電圧がニッケル水素電池よりも高いために、同じ電圧が必要な高電圧バッテリに使用されるリチウムイオン電池の個数が減っているためである。

一方、同じ電池を共有する高電圧補機、中でも走行用インバータ、走行用モータに次ぐ電力を必要とする車載用電動コンプレッサは、図１２のような範囲で運転されており、冷房時と暖房時とでは負荷条件が異なる。図１２から分かるように、電動コンプレッサが冷房として使用される際には低回転低負荷から高回転高負荷までの広い範囲で使用され、暖房時は低回転高負荷で主に使用される。そして、電動コンプレッサのインバータは、電動コンプレッサの吸入冷媒によって冷却されるので、電動コンプレッサが高回転の方が冷却性が良い。

電動コンプレッサのインバータの運転可能領域を電圧−回転数の関係で示すと図１３のようになり、電圧を上げても或る値以上の電圧になると、電動コンプレッサの回転数はそれ以上は上昇しなくなる。また、電動コンプレッサの回転数と出力トルク、電圧の関係を示すと図１４にようになり、同じ回転数でも電圧が低くなると、電動コンプレッサから出力できるトルクが減少する。

特開２００５−５７９８１号公報（図１）

ところが、現状の電動コンプレッサのインバータの制御では、高電圧バッテリが低電圧になると、電動コンプレッサに同じ仕事をさせるためにインバータへの入力電流を増加させているので、この電流によりインバータ素子が発熱して耐熱保証温度を越えてしまう。このため、電動コンプレッサが高回転、高負荷であり、インバータ温度が高い時は、保護制御としてインバータ素子への入力電流を制限する保護制御が行われている。この保護制御における入力電流の閾値は、ニッケル水素電池の下限電圧値で設定されている。これは、リチウムイオン電池の下限電圧値に合わせると、ニッケル水素電池に比べて電圧が低くなるために、更に入力電流を制限しなければならないからである。

しかしながら、このような保護制御を実行する場合、電動コンプレッサに同じトルクを出させると、電動コンプレッサの回転数が低下してしまい、エアコンの冷房能力が低下するという課題が更に発生することになる。

本発明は、上記問題に鑑み、高電圧バッテリと電動コンプレッサを搭載する車両において、電動コンプレッサのような高電圧補機の運転状態に応じて、高電圧バッテリの電圧を必要最小限の電圧よりも大きな電圧値に制御することにより、電動コンプレッサのような高電圧補機の能力を最大限に引き出すことができるバッテリの充電制御装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、出力電圧が１２Ｖよりも高く、空気調和装置用の電動コンプレッサ（１７）に少なくとも用いられ、出力電圧が目標値の時に前記電動コンプレッサ（１７）の高負荷運転が可能な高電圧バッテリ（１２）を搭載する車両（１５）におけるバッテリの充電制御装置であって、前記空気調和装置のインバータ装置（２）の温度（Ｔｉv）を読み込む手段と、前記電動コンプレッサ（１７）の負荷（Ｌ）を読み込む手段とを前記インバータ装置（２）内の制御装置（２４）に設け、前記空気調和装置の動作を制御する空気調和装置の制御装置（１）に、前記インバータ装置（２）の温度（Ｔｉv）と、前記車両（１５）の車室（１６）内の快適性維持を優先させると前記負荷（Ｌ）が増大する前記電動コンプレッサ（１７）の負荷（Ｌ）を監視させ、前記インバータ装置（２）の温度（Ｔｉv）と前記電動コンプレッサ（１７）の負荷（Ｌ）の状態から、前記車両（１５）の車室（１６）内の快適性維持を優先する必要があると前記空気調和装置の制御装置（１）が判定した時には、前記空気調和装置の制御装置（１）が、前記高電圧バッテリ（１２）の出力電圧（Ｖｈｂ）が目標値以上となるように要求する電圧上昇要求を、車両（１５）のシステム全体の電力を管理する電力制御管理装置（１０）に出力し、前記電力制御管理装置（１０）は、当該電圧上昇要求に基いて前記高電圧バッテリ（１２）を充電し、前記空気調和装置の制御装置（１）が前記車両（１５）の車室（１６）内の快適性維持を優先する必要が不要になったと判定した時には、前記空気調和装置の制御装置（１）は前記電圧上昇要求を停止することを特徴とするバッテリの充電制御装置である。

これにより、車両の車室内の快適性維持を優先する必要があるときに、高電圧バッテリが充電されるので、エアコンの冷房能力が低下しない。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記インバータ装置（２）または前記空気調和装置の制御装置（１）から出力された電圧上昇要求は、前記車両（１５）に搭載された電力管理制御装置（１０）を通じて走行用のモータ（４，５）を制御するモータ制御装置（９）に出力され、前記モータ制御装置（９）が、前記走行用のモータ（４，５）に発電を行わせて前記高電圧バッテリ（１２）を充電することを特徴とするバッテリの充電制御装置である。

これにより、高電圧バッテリの充電要求が電力管理制御装置によって管理されるので、高電圧バッテリの充電制御が確実になる。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記空気調和サイクルの冷媒路（３４）を分岐して分岐路（３５）を設け、前記分岐路（３５）には熱交換器（３７）を取り付け、前記熱交換器（３７）には前記冷媒路（３４）を流れる媒体とは別の循環媒体を通過させ、前記空気調和サイクルが冷房サイクルにある時は前記循環媒体によって前記高電圧バッテリ（１２）を冷却し、前記空気調和サイクルが暖房サイクルにある時は前記循環媒体によって前記高電圧バッテリ（１２）を暖房するようにしたことを特徴とするバッテリの充電制御装置である。

これにより、高電圧バッテリが、空気調和サイクルの冷媒路を分岐して設けられた分岐路に設けられた熱交換器を通る別の循環媒体によって冷房、或いは暖房することで、最適な温度に調整できるため、高電圧バッテリの性能が向上する。

なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。

本発明のバッテリの充電制御装置を搭載する電気自動車の要部の構成の一実施形態を示す平面図である。本発明のバッテリの充電制御装置を搭載した電気自動車において、図１に示した高電圧バッテリを冷却する或いは暖める場合の冷却風或いは暖房風の経路を示す自動車の透視側面図である。本発明のバッテリの充電制御装置を搭載する自動車に搭載される電動コンプレッサの構成を示す構成図である。本発明のバッテリの充電制御装置における高電圧バッテリの充電制御の第１の実施形態の手順を示すフローチャートである。本発明のバッテリの充電制御装置における高電圧バッテリの充電制御の第２の実施形態の手順を示すフローチャートである。本発明のバッテリの充電制御装置における高電圧バッテリの充電制御の第３の実施形態の手順を示すフローチャートである。本発明のバッテリの充電制御装置における高電圧バッテリの充電制御の第４の実施形態の手順を示すフローチャートである。本発明のバッテリの充電制御装置による効果を説明する特性図である。本発明のバッテリの充電制御装置を搭載した電気自動車において、図１に示した高電圧バッテリをエアコンの冷房動作を利用して冷却する場合の構成を示す図である。本発明のバッテリの充電制御装置を搭載した電気自動車において、図１に示した高電圧バッテリをエアコンの暖房動作を利用して暖める場合の構成を示す構成図である。高電圧バッテリを搭載した自動車において、高電圧バッテリのＳＯＣを所定範囲に維持する手順を示すフローチャートである。車載用電動コンプレッサの冷房運転時と暖房運転時の作動領域を示す特性図である。車載用電動コンプレッサのインバータの運転可能領域を電圧‐回転数の関係で示した特性図である。車載用電動コンプレッサの高電圧バッテリの電圧に対する回転数とトルクの関係を示す特性図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１は、本発明のバッテリの充電制御装置を搭載する車両１５の要部の一実施形態の構成を示すものである。この実施形態の車両１５はハイブリッド車であり、２つの走行用モータ４，５が設けられている。２つの走行用モータ４，５は、動力制御ユニット（ＰＣＵ）１４によって駆動制御される。動力制御ユニット１４には、２つの走行用モータ４，５を制御する装置であるインバータ６，７、インバータ６，７に供給する電圧を昇圧する昇圧コンバータ８及び走行用モータ４，５を制御しているインバータ６，７に指令を出すモータ制御装置であるモータ制御ＥＣＵ９がある。

また、この実施形態の車両１５には図示しないエアコン（空気調和装置）が搭載されており、このエアコンは電動コンプレッサ１７で動作する。電動コンプレッサ１７はエアコンを制御する制御装置であるエアコンＥＣＵ１によって制御され、エアコンのインバータ装置２と駆動モータとしての交流モータ３から構成される。電動コンプレッサ１７の詳細な構成については図３を用いて後述する。エアコンのインバータ装置２と前述の動力制御ユニット１４とは直流電源である高電圧バッテリ１２から電力の供給を受ける。高電圧バッテリ１２は出力電圧が１２Ｖ以上のバッテリであり、電池制御ＥＣＵ１１によってバッテリ電圧、温度、入出力電流が監視されている。

更に、車両１５には車両のシステム全体の電力を管理する電力管理制御装置である電力管理ＥＣＵ１０がある。電力管理ＥＣＵ１０は通信線によってエアコンＥＣＵ１，エアコンのインバータ装置２、モータ制御ＥＣＵ９及び電池制御ＥＣＵ１１に接続されている。図２は実際の車両１５における高電圧バッテリ１２とエアコン装置の位置を示すものである。この実施形態ではエアコンは暖房・換気・空調装置（ＨＶＡＣ）１３として示されている。

図３は、本発明のバッテリの充電制御装置を搭載する電動コンプレッサ１７の構成を示すものである。電動コンプレッサ１７は、電動コンプレッサ１７の外部に設けられた電子制御装置（以後外部ＥＣＵと言う）１からの制御信号（指令）によって動作する。この外部ＥＣＵは図１で説明したエアコンＥＣＵに等しい。電動コンプレッサ１７は、気体冷媒を圧縮して高温高圧ガスにするコンプレッサ２６と、コンプレッサ２６を駆動する電動モータ（３相交流モータであることが多い）３、及び電動モータ３の回転速度を制御するインバータ装置２とから構成されている。インバータ装置２には外部にある電源ユニット２０からの電源が供給されている。電動コンプレッサ１７の場合、電源ユニット２０の電源は高電圧バッテリ１２であることが多い。

インバータ装置２の内部には、入力フィルタ２１、電源ユニット２０からの直流を三相交流に変換するスイッチング回路２２、電動モータ３の回転を制御する制御装置２４、及び制御装置２４に信号伝達回路で接続されて制御装置２４からの駆動信号の出力許可／遮断を行う出力信号制御ＩＣ２５がある。電動モータ３が三相交流モータの場合、駆動信号はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各上下アームに出力されるので、信号伝達回路は６本ある。入力フィルタ２１にはコイルとコンデンサ（図示せず）があり、スイッチング回路２２はサイリスタやトランジスタ等のスイッチング素子（図示せず）を備えている。

出力信号制御ＩＣ２５内には、６本の信号伝達回路をオンオフする６個のオン／オフスイッチを備えた出力許可／遮断制御部がある。出力信号制御ＩＣ２５とスイッチング回路２２とは信号伝達回路で接続されている。そして、スイッチング回路２２から電動モータ３への出力回路には駆動電流を検出する電流センサ２３が設けられており、検出された電動モータ３の駆動電流は制御装置２４に入力される。

以上のように構成されたインバータ装置２は、外部ＥＣＵ１からの指令を受け、制御装置２４でスイッチング回路２２内のスイッチング素子の駆動信号を算出し、スイッチング素子をオン／オフして電動モータ３を駆動している。また、電流センサ２３によって検出したモータ電流は制御装置２４にフィードバックされて過電流検出が行われ、閾値を越えるモータ電流が流れた場合には、外部ＥＣＵ１は即座に出力信号制御ＩＣ２５に出力の遮断信号を入力して電動モータ３の駆動を停止し、スイッチング素子を保護して破壊を防止する。

制御装置２４は内部にあるＲＯＭ／ＲＡＭ領域の故障を任意のタイミングで監視し、監視結果を外部ＥＣＵ１に返信している。また、制御装置２４の暴走、故障により、電動モータ３が常に電力を消費しないように、外部ＥＣＵ１から出力信号制御ＩＣ２５に出力の許可／遮断を指示する信号を直接入力して、電動モータ３の駆動・停止を制御できる。

図４は、本発明のバッテリの充電制御装置における高電圧バッテリ１２の充電制御の第１の実施形態の手順を示すフローチャートである。この手順は所定時間毎に実行される。第１の実施形態では、高電圧バッテリ１２の充電制御は、エアコンのインバータ装置２内にある制御装置２４によって行われる。制御装置２４は、電力管理ＥＣＵ１０を通じてエアコンＥＣＵ１、モータ制御ＥＣＵ９及び電池制御ＥＣＵ１１と通信を行うことにより、高電圧バッテリ１２の充電制御を実行する。

ステップ４０１では、図３で説明したエアコンのインバータ装置２にある制御装置２４が、インバータ装置２の温度を測定する図示しない温度センサの出力Ｔｉｖを読み込む。インバータ装置２の温度は、スイッチング回路２２の動作などによって上昇する。続くステップ４０２ではエアコンのインバータ装置２が高電圧バッテリ１２の出力電圧Ｖｈｂを読み込む。

次のステップ４０３では、エアコンのインバータ装置２における温度センサの出力値Ｔｉｖが閾値Ｋより大きく、且つ高電圧バッテリ１２の出力電圧Ｖｈｂが規定値Ｒ以下であるか否かを判定する。そして、温度センサの出力値Ｔｉｖが閾値Ｋ以下であり、且つ高電圧バッテリ１２の出力電圧Ｖｈｂが規定値Ｒより大きい場合（ＮＯ）は、このままこのルーチンを終了する。一方、温度センサの出力値Ｔｉｖが閾値Ｋより大きく、且つ高電圧バッテリ１２の出力電圧Ｖｈｂが規定値Ｒ以下である場合（ＹＥＳ）はステップ４０４に進む。規定値Ｒは、高電圧バッテリ１２に必要最小限の電圧よりも大きな電圧値である。

ステップ４０４ではエアコンのインバータ装置２から電力管理ＥＣＵ１０への電圧上昇要求が出力される。電力管理ＥＣＵ１０はこの電圧上昇要求を受けて、ステップ４０５においてモータ制御ＥＣＵ９に発電要求を出力する。発電要求を受けたモータ制御ＥＣＵ９は、走行用モータ４，５によって発電された電力をインバータ６，７及び昇圧コンバータ８を介して高電圧バッテリ１２に送り、高電圧バッテリ１２を充電する。この結果、高電圧バッテリ１２のＳＯＣ及び電圧が上昇する。

ステップ４０６では、高電圧バッテリ１２の充電によって高電圧バッテリ１２の出力電圧Ｖｈｂが上昇したか否かを調べるために、エアコンのインバータ装置２が高電圧バッテリ１２の出力電圧Ｖｈｂを読み込む。そして、次のステップ４０７において高電圧バッテリ１２の出力電圧Ｖｈｂが目標値以上になったかどうかを判定する。高電圧バッテリ１２の出力電圧Ｖｈｂが目標値に達していない場合（ＮＯ）はステップ４０５に戻り、ステップ４０５からステップ４０７の手順を繰り返す。

一方、ステップ４０７の判定で、高電圧バッテリ１２の出力電圧Ｖｈｂが目標値以上になったと判定された場合（ＹＥＳ）はステップ４０８に進み、電力管理ＥＣＵ１０からモータ制御ＥＣＵ９への発電要求を停止してこのルーチンを終了する。目標値とは、例えば定格値である。発電要求が停止されたモータ制御ＥＣＵ９は、高電圧バッテリ１２の充電を停止する。

このような制御により、温度環境に関係なく、高電圧バッテリ１２のＳＯＣを増大させると共に、出力電圧Ｖｈｂを目標値以上にすることができるので、電動コンプレッサ１７の能力をより発揮できる使用環境にすることができる。一方、従来のＳＯＣ管理のやり方では、リチウムイオン電池の場合は低温時にＳＯＣを上げても電圧が低い場合があり、低温時に電動コンプレッサの能力が制限されてしまう可能性があった。

図８は、図４で説明した制御手順により、高電圧バッテリ１２の出力電圧Ｖｈｂが上昇した場合の効果を説明するものである。図８には電動コンプレッサ１７の電圧（図には電圧の上限値、定格値、下限値及び加熱保護時の電圧値が示してある）とトルクと回転数の関係が示されている。加熱保護のラインは、本発明を適用しない場合に発生する高電圧バッテリ１２の出力電圧を示しており、この場合の制御では高電圧バッテリ１２の電流が制限されるので電動コンプレッサ１７は高負荷の運転ができず、回転数が低下してエアコンの冷房能力が低下していた。一方、本発明の制御では、高電圧バッテリ１２の出力電圧が低下すると、前述の制御により、高電圧バッテリ１２の出力電圧が定格値まで引き上げられるので、電圧が上昇した分、電動コンプレッサ１７の能力を出すことができ、より高回転、高負荷での運転が可能となる。この結果、本発明ではエアコンの冷房能力を低下させない制御が可能である。

図５は、本発明のバッテリの充電制御装置における高電圧バッテリ１２の充電制御の第２の実施形態の手順を示すフローチャートである。この手順は所定時間毎に実行される。第２の実施形態では、エアコンＥＣＵ１が、電力管理ＥＣＵ１０を介してエアコンのインバータ装置２、モータ制御ＥＣＵ９及び電池制御ＥＣＵ１１と通信を行うことによって高電圧バッテリ１２の充電制御を実行する。第１の実施形態では、インバータ装置２にある制御装置２４が温度センサの出力Ｔｉｖと、エアコンのインバータ装置が高電圧バッテリの出力電圧Ｖｈｂを読み込み、温度センサの出力値Ｔｉｖが閾値Ｋより大きく、且つ高電圧バッテリ１２の出力電圧Ｖｈｂが規定値Ｒ以下である時に、エアコンのインバータ装置２から電力管理ＥＣＵ１０へ、電圧上昇要求が出力されていた。

一方、第２の実施形態では、ステップ５０１でエアコンのインバータ装置２にある制御装置２４が温度センサの出力Ｔｉｖを読み込む点は第１の実施形態と同じであるが、ステップ５０２では、エアコンのインバータ装置２がコンプレッサの負荷状態Ｌを読み込む。そして、第２の実施形態では、エアコンＥＣＵ１が、電力管理ＥＣＵ１０を通じてエアコンのインバータ装置２が検出した温度センサの出力Ｔｉｖとコンプレッサの負荷状態Ｌをモニタし、車室内の快適性維持を優先する必要がある時（ステップ５０３の判定がＹＥＳの時）に、ステップ５０４において電力管理ＥＣＵ１０へ、電圧上昇要求を出力する。ステップ５０３の判定がＮＯの時は、このままこのルーチンを終了する。

電力管理ＥＣＵ１０は、エアコンＥＣＵ１からの電圧上昇要求を受けると、ステップ５０５においてモータ制御ＥＣＵ９に発電要求を出力する。発電要求を受けたモータ制御ＥＣＵ９は、走行用モータ４，５によって発電された電力をインバータ６，７及び昇圧コンバータ８を介して高電圧バッテリ１２に送り、高電圧バッテリ１２を充電する。この結果、高電圧バッテリ１２のＳＯＣ及び出力電圧が上昇する。

ステップ５０６では、エアコンＥＣＵ１がエアコンのインバータ装置２が検出している温度センサの出力Ｔｉｖとコンプレッサの負荷状態Ｌをモニタし、ステップ５０７で車室内の快適性維持が不要になった時（ステップ５０７の判定がＹＥＳ）に、ステップ５０８で電力管理ＥＣＵ１０からモータ制御ＥＣＵ９への発電要求を停止させてこのルーチンを終了する。一方、ステップ５０７で車室内の快適性維持を依然として優先する時（ステップ５０７の判定がＮＯ）はステップ５０５からステップ５０７の手順を繰り返す。ここで言う車室内の快適性維持の優先とは、温度環境に関係なく電動コンプレッサ１７の能力をより発揮できる使用環境にすることであり、第１の実施形態におけるエアコンのインバータ温度が上昇した時に高電圧バッテリ１２のＳＯＣと出力電圧を上昇させることを含む。このような制御により、車室内の快適性を維持させることができる。

図６は、本発明のバッテリの充電制御装置における高電圧バッテリの充電制御の第３の実施形態の手順を示すフローチャートである。この手順は所定時間毎に実行される。第３の実施形態では、エアコンのインバータ装置２内にある制御装置２４によって高電圧バッテリ１２の充電制御が行われる実施例を説明するが、制御装置２４の代わりに第２の実施形態のようにエアコンＥＣＵ１がこの制御を行うことも可能である。

第１の実施形態では、インバータ装置２にある制御装置２４が温度センサの出力Ｔｉｖと、エアコンのインバータ装置が高電圧バッテリの出力電圧Ｖｈｂを読み込み、温度センサの出力値Ｔｉｖが閾値Ｋより大きく、且つ高電圧バッテリ１２の出力電圧Ｖｈｂが規定値Ｒ以下である時に、エアコンのインバータ装置２から電力管理ＥＣＵ１０へ、電圧上昇要求が出力されていた。

一方、第３の実施形態では、ステップ６０１でエアコンのインバータ装置２にある制御装置２４が温度センサの出力値の代わりに、電動コンプレッサ１７の消費電力Ｗｈｂを読み込む。ステップ６０２で高電圧バッテリ１２の出力電圧Ｖｈｂを読み込む点は同じである。このように電動コンプレッサ１７の消費電力Ｗｈｂと出力電圧Ｖｈｂが分かれば、インバータの温度が推測できる。そこで、第３の実施例ではステップ６０３において、電動コンプレッサ１７の消費電力が基準値以上か、高電圧バッテリ１２の出力電圧Ｖｈｂが閾値以下かを判定している。

高電圧バッテリ１２の出力電圧Ｖｈｂが閾値以下で電動コンプレッサ１７の消費電力が基準値以上の場合（ＹＥＳ）はインバータへの入力電流が大きく、インバータの温度が上昇していると考えられる。よって、電動コンプレッサ１７の消費電力が基準値より小さい時、または高電圧バッテリ１２の出力電圧Ｖｈｂが閾値Ｒ以上の場合（ＮＯ）はこのままこのルーチンを終了するが、電動コンプレッサ１７の消費電力が基準値以上かつ高電圧バッテリ１２の出力電圧Ｖｈｂが閾値Ｒ以下の場合はステップ６０４に進む。ステップ６０４ではエアコンのインバータ装置２から電力管理ＥＣＵ１０へ、電圧上昇要求が出力される。

ステップ６０５の処理は、第１の実施形態のステップ４０５の処理と同じであり、電力管理ＥＣＵ１０がモータ制御ＥＣＵ９に発電要求を出力し、この結果、高電圧バッテリ１２が充電されて高電圧バッテリ１２のＳＯＣ及び出力電圧が上昇する。ステップ６０６では、エアコンのインバータ装置２が、高電圧バッテリ１２の出力電圧Ｖｈｂを読み込んでモータ３の消費電力を計算し、ステップ６０７で高電圧バッテリ１２の出力電圧Ｖｈｂが閾値Ｒ以下か否かを判定する。そして、高電圧バッテリ１２の出力電圧Ｖｈｂが閾値Ｒ以下の場合はステップ６０５からステップ６０７を繰り返し、高電圧バッテリ１２の出力電圧Ｖｈｂが閾値Ｒより大きくなった時はステップ６０８で電力管理ＥＣＵ１０からモータ制御ＥＣＵ９への発電要求を停止させてこのルーチンを終了する。第３の実施形態も第１の実施形態と同様の効果を備える。

なお、上記第３の実施形態では、エアコンのインバータ装置２が、電動コンプレッサ１７の消費電力が基準値以上かつ高電圧バッテリ１２の出力電圧Ｖｈｂが閾値Ｒ以下の場合にステップ６０４に進み、エアコンのインバータ装置２から電力管理ＥＣＵ１０へ、電圧上昇要求を出力していたが、電動コンプレッサ１７の消費電力の基準値との比較に、モータ３の回転数偏差（指令回転数と実回転数の差）を検出して、モータ３の回転数偏差が大きい状態の判定を加えても良い。

図７は、本発明のバッテリの充電制御装置における高電圧バッテリの充電制御の第４の実施形態の手順を示すフローチャートである。この手順は所定時間毎に実行される。第４の実施形態では、エアコンのインバータ装置２内にある制御装置２４によって高電圧バッテリ１２の充電制御が行われる実施例を説明するが、制御装置２４の代わりに第２の実施形態のようにエアコンＥＣＵ１がこの制御を行うことも可能である。

第４の実施形態では、ステップ７０１でエアコンのインバータ装置２にある制御装置２４がエアコンサイクルの状況（電動コンプレッサ１７の吐出圧、吸入圧力、回転数）を読み込む。次いで、ステップ７０２で電動コンプレッサ１７のサイクル条件から、電動コンプレッサ１７の負荷を算出し、続くステップ７０３でこの算出した電動コンプレッサ１７の負荷が規定値以上か否かを判定している。これは、サイクル条件から電動コンプレッサ１７の負荷が高ければ、エアコンのインバータ装置２の温度が上昇していると考えられるためである。

即ち、ステップ７０３で電動コンプレッサ１７の負荷が規定値以上の高い値の場合（ＹＥＳ）は、エアコンのインバータ装置２への入力電流が大きく、エアコンのインバータ装置２の温度が上昇していると考えられる。よって、電動コンプレッサ１７の負荷が規定値より低い時（ＮＯ）はこのままこのルーチンを終了するが、電動コンプレッサ１７の負荷が規定値以上の場合は、ステップ７０４を経てステップ７０５に進む。

ステップ７０５の処理は、第１の実施形態のステップ４０５の処理と同じであり、電力管理ＥＣＵ１０がモータ制御ＥＣＵ９に発電要求を出力し、この結果、高電圧バッテリ１２が充電されて高電圧バッテリ１２のＳＯＣ及び出力電圧が上昇する。ステップ７０６では、エアコンのインバータ装置２がエアコンサイクルの状況（電動コンプレッサ１７の吐出圧、吸入圧力、回転数）を読み込んで電動コンプレッサ１７の負荷を算出し、ステップ７０７で電動コンプレッサ１７の負荷が規定値以下か否かを判定する。そして、電動コンプレッサ１７の負荷が規定値以上の場合はステップ７０５からステップ７０７を繰り返し、電動コンプレッサ１７の負荷が規定値未満になった時は、ステップ７０８で電力管理ＥＣＵ１０からモータ制御ＥＣＵ９への発電要求を停止させてこのルーチンを終了する。第４の実施形態も第１の実施形態と同様の効果を備える。

ところで、本発明のバッテリの充電制御装置では以上のような制御によって、高電圧バッテリ１２の出力電圧が低下しても、高電圧バッテリ１２の出力電圧が目標値（定格値）まで引き上げられるので、電圧が上昇した分、電動コンプレッサ１７の能力を出すことができ、より高回転、高負荷での運転が可能となる。この結果、本発明ではエアコンの冷房能力を低下させない制御が可能である。また、エアコンの暖房時においても暖房能力を低下させない制御が可能である。そこで、この向上したエアコンの冷暖房能力を利用して、高電圧バッテリ１２の冷暖房を行うことが可能である。

即ち、図２に示したように、本発明のバッテリの充電制御装置を搭載したハイブリッド車または電気自動車において、ＨＶＡＣ１３で生成された冷気、或いは暖気Ｃを、車両１５の車室１６内を通して高電圧バッテリ１２を冷房、或いは暖房することができる。また、エアコンの冷凍サイクルに分岐路を設けると共に、この分岐路に対して熱交換を行い得る水路を別に設け、この水路を高電圧バッテリ１２に通すことによって、高電圧バッテリ１２の冷暖房を行うことが可能である。このエアコンの冷凍サイクルに分岐路を設けると共に、この分岐路に対して熱交換を行い得る水路を別に設ける実施形態を、図９及び図１０を用いて説明する。

図９は、本発明のバッテリの充電制御装置を搭載したハイブリッド車または電気自動車において、図１に示した高電圧バッテリ１２を、エアコンの冷媒を利用した高電圧バッテリの冷暖房装置４０によって、冷却或いは暖房する場合の高電圧バッテリの冷暖房装置４０の構成の一実施形態を示す図である。通常の冷凍サイクルの冷媒路３４には電動コンプレッサ３０、室外熱交換器３１、膨張弁３２、室内熱交換器３３が配置されている。この実施形態では、膨張弁３２と室内熱交換器３３の間の冷媒路３４を分岐した分岐路３５を設け、この分岐路３５に高電圧バッテリの冷暖房装置４０を設ける。分岐路３５の他端は、室内熱交換器３３と電動コンプレッサ３０の間の冷媒路３４に接続し、分岐路３５の途中に水熱交換器３７を設け、分岐路３５の冷媒路３４との接続部に近い部分にバルブ３６，３８を設ける。そして、水熱交換器３７には水路４２を接続して分岐路３５と熱交換できるようにし、この水路４２を通る循環媒体で高電圧バッテリ１２が冷却、或いは加熱できるようにする。水路４２には循環媒体として水を充填し、ポンプ４１で循環させる。水路４２に流す媒体は水以外でも良い。

エアコンの冷凍サイクルをクーラーサイクル（冷房サイクル）として冷房に使用する場合は、図９に示すように、電動コンプレッサ３０で圧縮された冷媒が高温のガス状態になり、室外熱交換器３１で冷却されて低温の液状態となる。低温の液状態の冷媒は室内熱交換器３３で蒸発してガス状態になり、電動コンプレッサ３０に戻る。バルブ３６，３８が開かれると、液状態の低温の冷媒が分流されて水熱交換器３７を通り、冷媒路３４に戻る。このため、水熱交換器３７を通る水路４２の中の水が冷却され、高電圧バッテリ１２を通過する際に高電圧バッテリ１２を冷却する。

一方、エアコンの冷凍サイクルをヒーターサイクル（暖房サイクル）として暖房に使用する場合は、図１０に示すように、電動コンプレッサ３０で圧縮された冷媒が高温のガス状態になり、室内熱交換器３３で凝縮されて低温の液状態になり、膨張弁３２と室外熱交換器３１を経て低温のガス状態となる。低温のガス状態の冷媒は電動コンプレッサ３０に戻る。バルブ３６，３８が開かれると、ガス状態の高温の冷媒が分流されて水熱交換器３７を通り、冷媒路３４に戻る。このため、水熱交換器３７を通る水路４２の中の水が加熱され、高電圧バッテリ１２を通過する際に高電圧バッテリ１２を暖める。

このように、本発明のバッテリの充電制御装置を搭載したハイブリッド車または電気自動車では、冷凍サイクルを流れる冷媒を利用して、高電圧バッテリ１２を冷房、或いは暖房することができる。

１エアコンＥＣＵ（車両用空気調和装置の制御装置）
２エアコンのインバータ装置
３コンプレッサ駆動モータ
９モータ制御ＥＣＵ（モータ制御装置）
１０電力管理ＥＣＵ（電力管理制御装置）
１１電池制御ＥＣＵ（電池制御装置）
１２高電圧バッテリ
１３暖房・換気・空調装置（ＨＶＡＣ）
１４電力制御ユニット（ＰＣＵ）
１７電動コンプレッサ
３４冷媒路
３５分岐路
４０高電圧バッテリの冷暖房装置

Claims

出力電圧が１２Ｖよりも高く、空気調和装置用の電動コンプレッサ（１７）に少なくとも用いられ、出力電圧が目標値の時に前記電動コンプレッサ（１７）の高負荷運転が可能な高電圧バッテリ（１２）を搭載する車両（１５）におけるバッテリの充電制御装置であって、
前記空気調和装置のインバータ装置（２）の温度（Ｔｉv）を読み込む手段と、前記電動コンプレッサ（１７）の負荷（Ｌ）を読み込む手段とを前記インバータ装置（２）内の制御装置（２４）に設け、
前記空気調和装置の動作を制御する空気調和装置の制御装置（１）に、前記インバータ装置（２）の温度（Ｔｉv）と、前記車両（１５）の車室（１６）内の快適性維持を優先させると前記負荷（Ｌ）が増大する前記電動コンプレッサ（１７）の負荷（Ｌ）を監視させ、
前記インバータ装置（２）の温度（Ｔｉv）と前記電動コンプレッサ（１７）の負荷（Ｌ）の状態から、前記車両（１５）の車室（１６）内の快適性維持を優先する必要があると前記空気調和装置の制御装置（１）が判定した時には、前記空気調和装置の制御装置（１）が、前記高電圧バッテリ（１２）の出力電圧（Ｖｈｂ）が目標値以上となるように要求する電圧上昇要求を、車両（１５）のシステム全体の電力を管理する電力制御管理装置（１０）に出力し、
前記電力制御管理装置（１０）は、当該電圧上昇要求に基いて前記高電圧バッテリ（１２）を充電し、
前記空気調和装置の制御装置（１）が前記車両（１５）の車室（１６）内の快適性維持を優先する必要が不要になったと判定した時には、前記空気調和装置の制御装置（１）は前記電圧上昇要求を停止することを特徴とするバッテリの充電制御装置。
前記インバータ装置（２）または前記空気調和装置の制御装置（１）から出力された電圧上昇要求は、前記電力管理制御装置（１０）を通じて走行用のモータ（４，５）を制御するモータ制御装置（９）に出力され、前記モータ制御装置（９）が、前記走行用のモータ（４，５）に発電を行わせて前記高電圧バッテリ（１２）を充電することを特徴とする請求項１に記載のバッテリの充電制御装置。
前記空気調和サイクルの冷媒路（３４）を分岐して分岐路（３５）を設け、
前記分岐路（３５）には熱交換器（３７）を取り付け、
前記熱交換器（３７）には前記冷媒路（３４）を流れる媒体とは別の循環媒体を通過させ、
前記空気調和サイクルが冷房サイクルにある時は前記循環媒体によって前記高電圧バッテリ（１２）を冷却し、
前記空気調和サイクルが暖房サイクルにある時は前記循環媒体によって前記高電圧バッテリ（１２）を暖房するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリの充電制御装置。