JP5866835B2 - 電気駆動車両のバッテリ昇温装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車等の電気駆動車両のバッテリ昇温装置に関し、特にバッテリが設定温度以下のとき、自己発熱を用いてバッテリを暖機可能な電気駆動車両のバッテリ昇温装置に関する。

従来より、電気自動車やハイブリッド自動車では、走行用モータの電源としてリチウムイオン電池やニッケル水素の２次電池等の高電圧バッテリが用いられている。このバッテリの充放電特性はバッテリ温度に依存しているため、バッテリ温度が低い時には高い時に比べて充放電特性が低下し、十分な走行性能を得ることができない。それ故、外気温が低下する冬季や寒冷地において車両の冷間始動を行うときには、車載電装品として設けられた電気ヒータによりバッテリを暖機することが行われている。

特許文献１の電気駆動車両のバッテリ昇温装置は、交流電源と、この交流電源により充電されるバッテリと、このバッテリの充電電力によりバッテリを加熱可能な電気ヒータと、バッテリの充放電を制御可能なコントローラとを備え、このコントローラは、バッテリ温度が設定暖機温度以下のとき、バッテリ充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）が１００％以上の場合、バッテリからの放電により電気ヒータを作動させ、ＳＯＣが１００％未満の場合、バッテリへの充電を行っている。このバッテリ昇温装置では、ＳＯＣが低い場合、バッテリの充電に伴う自己発熱を利用してバッテリを内部から加熱し、ＳＯＣが高い場合には、放電に伴う内部加熱に加えて電気ヒータからの受熱によりバッテリを外部から加熱することができる。

特開２０００−４０５３６号公報

特許文献１の電気駆動車両のバッテリ昇温装置は、バッテリ温度が低い場合、バッテリのＳＯＣに拘わらず、このバッテリの充放電による自己発熱を利用することができ、特にＳＯＣが高い場合には、電気ヒータの外部加熱によりバッテリの昇温を図ることができる。しかし、このバッテリ昇温装置では、バッテリ充電時の昇温がバッテリの充電に伴う自己発熱（内部加熱）のみで行われるため、充電時の昇温速度が電気ヒータを作動させる放電時の昇温速度に比べて遅く、バッテリのＳＯＣが低いとき、バッテリの暖機が長期化する虞がある。

しかも、電気ヒータは放熱能率が高くバッテリの昇温効果が高いものの、大電力を消費する高電気負荷であるため、バッテリの昇温開始時にはＳＯＣが高い状態であっても、電気ヒータの作動により急激に電力が消費され、電気ヒータの作動開始から短時間で充電制御へ移行する可能性がある。それ故、放電制御と充電制御との間において頻繁な切替え動作が行われた場合、バッテリの充電期間が長くなり、その結果、バッテリの暖機期間の長期化を招く虞もある。

本発明の目的は、バッテリの充電状態に拘わらずバッテリの暖機期間を短縮化できる電気駆動車両のバッテリ昇温装置を提供することである。

請求項１の電気駆動車両のバッテリ昇温装置は、エンジンと、このエンジンにより駆動されるジェネレータと、このジェネレータにより発電された電力を充電し且つ前記エンジンから放出されるエンジン冷却水又は排気ガスの熱量で加熱可能に構成されたバッテリと、このバッテリにより駆動されて走行駆動力を発生するモータと、前記バッテリから給電される電気負荷と、前記エンジンとジェネレータと電気負荷とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記バッテリ温度が予め設定された設定温度よりも高く且つ前記バッテリの充電状態が第１充電状態以下になったとき、前記エンジンを熱効率の高い第１運転状態で駆動開始すると共に前記ジェネレータを駆動して前記バッテリの充電を開始し、この充電により前記バッテリの充電状態が前記第１充電状態よりも高く設定された第３充電状態超になったとき、前記エンジンを停止して前記バッテリの充電を完了するように構成された電気駆動車両のバッテリ昇温装置において、前記制御手段は、前記バッテリ温度が前記設定温度以下で且つ前記バッテリの充電状態が第１充電状態よりも高く設定された前記第２充電状態以下のとき、前記エンジンを第１運転状態よりも冷却損失が大きな第２運転状態で駆動開始することにより前記ジェネレータを駆動して前記バッテリの充電を開始すると共に前記エンジンから放出されるエンジン冷却水又は排気ガスの熱量で前記バッテリを外部加熱し、前記充電により前記バッテリの充電状態が前記第２充電状態よりも高く設定された前記第３充電状態超になったとき、前記エンジンを停止して前記充電を完了し、前記バッテリ温度が前記設定温度以下で且つ前記バッテリの充電状態が前記第２充電状態超のとき、前記電気負荷を作動させて前記バッテリから放電させることを特徴としている。

この電気駆動車両のバッテリ昇温装置では、バッテリがジェネレータにより発電された電力を充電し且つエンジンから放出されるエンジン冷却水又は排気ガスの熱量で加熱可能に構成されているため、エンジンの冷却損又は排気損に応じた熱量をバッテリの暖機に利用できる。また、前記バッテリ温度が予め設定された設定温度よりも高く且つ前記バッテリの充電状態が第１充電状態以下になったとき、前記エンジンを熱効率の高い第１運転状態で駆動すると共に前記ジェネレータを駆動して前記バッテリを充電するように構成されているため、バッテリの暖機完了後においてエンジンの熱効率とバッテリの充電効率とを両立することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記制御手段は、前記電気負荷の作動動後、前記バッテリの充電状態が前記第２充電状態まで低下したとき、前記電気負荷の作動を停止することを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記電気負荷は前記バッテリに設けられたバッテリ用電気ヒータを備え、前記制御手段は、前記バッテリの充電状態が前記第２充電状態まで低下したとき、前記電気ヒータの駆動を継続すると共に前記電気ヒータ以外の電気負荷の駆動を停止することを特徴としている。

請求項１の発明によれば、バッテリ温度が設定温度以下のとき、バッテリの充電状態が第２充電状態超の場合、電気負荷を作動させてバッテリから放電するため、放電に伴う内部加熱に加えて電気負荷の作動による外部加熱を利用してバッテリを加熱することができる。つまり、バッテリ温度が設定温度以下のとき、バッテリの充電状態が第２充電状態以下の場合には、エンジンを第１運転状態よりも冷却損失の大きな第２運転状態で駆動してバッテリに充電するため、増加されたエンジンの冷却損又は排気損に応じた熱量をバッテリの暖機に利用でき、充電に伴う内部加熱に加えてエンジンの熱量を用いた外部加熱によりバッテリを加熱することができる。それ故、バッテリの充電状態に拘わらず、自己発熱による内部加熱と外部加熱とによりバッテリを内外から加熱できるため、バッテリの暖機期間を短縮化することができ、その結果、電気駆動車両の走行性能を向上することができる。

請求項２の発明によれば、バッテリの電力消費を抑えてバッテリの充電速度を高くすることができ、バッテリの暖機期間を一層短縮化することができる。
請求項３の発明によれば、バッテリの早期暖機と早期充電とを両立させることができる。

本発明の実施例に係るバッテリ昇温装置の全体構成図である。 バッテリ昇温制御のフローチャートである。 バッテリ昇温制御における各装置のタイムチャートであって、（ａ）はエンジンの冷却水温度の状態を示し、（ｂ）は第１バッテリの温度状態を示し、（ｃ）は第１バッテリのＳＯＣを示し、（ｄ）はバッテリ用電気ヒータの作動状態を示し、（ｅ）はバッテリ用電気ヒータ以外の電気負荷の作動状態を示し、（ｆ）はエンジンによる第２運転の作動状態を示している。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

以下、本発明の実施例１について図１〜図３に基づいて説明する。
図１に示すように、この電気自動車ＥＶは、エンジン１と、ジェネレータ２と、高電圧の第１バッテリ３と、走行駆動源としてのトラクションモータ４と、第１バッテリ３を加熱するためのバッテリ用電気ヒータ５と、この電気ヒータ５以外の車載電装品としての電気負荷６と、制御手段７等を備えている。尚、電気ヒータ５と電気負荷６とが、本発明の電気負荷に相当している。

エンジン１は、電気自動車ＥＶに搭載された内燃機関（例えば、ロータリエンジン）により形成され、この出力軸はジェネレータ２の回転軸に連結されている。このエンジン１は、冷却損失が小さく且つ熱効率の高い第１運転状態と、第１運転よりも熱効率が低く且つ冷却損失が大きな第２運転状態との２種類の形態で運転可能に形成されている。尚、エンジン１は、ロータリエンジンに限られず、多気筒レシプロエンジンであっても良い。

ジェネレータ２は、発電機（例えば、三相交流オルタネータ）により形成され、エンジン１の回転駆動力により発電可能に形成されている。ジェネレータ２は、Ｕ相とＶ相とＷ相に応じた各相コイルを備え、これら相コイルの端部が第１インバータ８に電気的に接続されている。ジェネレータ２により発電された三相交流電力は、第１インバータ８で所定の直流電力（例えば、２００〜２５０Ｖ）に変換されて出力される。
第１インバータ８は、電気的に並列状に配置されたＵ相とＶ相とＷ相とを備えた公知の電力変換装置である。第１インバータ８の出力端子は、第１バッテリ３と、電気ヒータ５と、第２インバータ９と、DC/DCコンバータ１０とに夫々電気的に接続されている。

第１バッテリ３は、リチウム電池により形成され、第１インバータ８から出力された高い直流電力を充放電可能に構成されている。この第１バッテリ３は、電気ヒータ５と、熱交換器１１等を備えている。電気ヒータ５は、通電により発熱可能な電熱線等により形成され、第１バッテリ３の側方に隣接するように設けられている。この電気ヒータ５は、第１バッテリ３又は第１インバータ８から給電されることにより第１バッテリ３に対して放熱し、第１バッテリ３を加熱昇温可能に構成されている。尚、第１バッテリ３は、リチウム電池に限られず、ニッケル水素電池や大容量コンデンサ（キャパシタ）であっても良い。

熱交換器１１は、パイプ状の配管部材により形成され、第１バッテリ３の外周を螺旋状に覆うよう形成されている。この熱交換器１１は、一端がエンジン１の冷却水通路の上流側一部から分岐し、他端がエンジン１の冷却水通路の下流側一部に接続されている。熱交換器１１の一端側部分には、エンジン１が第２運転状態のとき、開作動する弁体（図示略）が設けられている。それ故、エンジン１が第２運転状態のとき、エンジン１の燃焼による熱量を蓄積した冷却水が、エンジン１の冷却水通路の上流側一部から分岐して第１バッテリ３側へ流れ、第１バッテリ３と熱交換して第１バッテリ３を加熱した後、エンジン１の冷却水通路の下流側一部に還流される。

第２インバータ９は、第１インバータ８と略同様に構成されている。この第２インバータ９は、第１バッテリ３又は第１インバータ８からの直流電力を三相交流電力（例えば、２００〜６５０Ｖ）に変換してトラクションモータ４に出力している。モータ４の回転軸は、差動ギヤ部材３３を介して駆動輪３１と一体回転可能な駆動軸３２に接続され、トラクションモータ４から駆動輪３１へ走行駆動力が伝達される。駆動軸３２には、円盤状のブレーキディスク３４ａと、このブレーキディスク３４ａを押圧して電気自動車ＥＶの制動力を発生するブレーキ装置３４ｂが設けられている。また、車両減速時には、駆動軸３２の運動エネルギがモータ４側へ伝達され、モータ４がジェネレータとして作動して伝達された運動エネルギを三相交流電力に変換する。この三相交流電力は第２インバータ９によって所定の直流電力に変換された後、第１バッテリ３に充電されている。

DC/DCコンバータ１０は、安定化降圧回路を備え、電気負荷６と第２バッテリ１２とが電気的に並列接続されている。このDC/DCコンバータ１０は、第１バッテリ３又は第１インバータ８から出力された直流電力を低い所定の直流電力（例えば、１２Ｖ）に変換可能に形成されている。DC/DCコンバータ１０は、運転状態に応じて、第１バッテリ３又は第１インバータ８と第２バッテリ１２とを電気的に接続する第１接続形態と、電気負荷６と第２バッテリ１２とを電気的に接続する第２接続形態と、第１バッテリ３と電気負荷６とを電気的に接続する第３接続形態とを切替え可能なリレー機構を備えている。

第２バッテリ１２は、通常の車載電気負荷給電用電池により形成され、DC/DCコンバータ１０により変換された低い直流電力を充放電可能に構成されている。電気負荷６は、車両用の各種車載電装品であり、例えば、空調用電気ヒータ、デフォッガ、デフロスタ、ナビゲーション、オーディオ、ライト、触媒用電気ヒータ等が相当している。尚、本実施例において、デフォッガを電気負荷６の一例として説明するが、電気負荷６は他の車載電装品であってもよく、また、２つ以上の複数の車載電装品を電気負荷６として用いることも可能である。電気負荷６は、DC/DCコンバータ１０が第２接続形態のとき、第２バッテリ１２から給電され、DC/DCコンバータ１０が第３接続形態のとき、第１バッテリ３から給電可能に構成されている。

次に、図１に基づいて制御手段７について説明する。
制御手段７は、エンジン１と、ジェネレータ２と、電気ヒータ５と、電気負荷６等を制御している。この制御手段７は、車両制御手段（ＶＣＭ）２１と、運転条件制御手段（ＲＬＣＭ）２２と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）２３と、ジェネレータ制御手段（ＧＣＭ）２４と、第１バッテリ制御手段（１ＢＣＭ）２５と、第２バッテリ制御手段（２ＢＣＭ）２６と、トラクションモータ制御手段（ＴＭＣＭ）２７と、ＡＢＳ（Antilock Brake System）２８とから構成されている。

ＶＣＭ２１は、１ＢＣＭ２５から入力しされた第１バッテリ３のバッテリ温度Ｔと充電状態（ＳＯＣ）とに応じて通常運転とバッテリ暖機運転とに切替え、この電気自動車ＥＶを統合制御している。このＶＣＭ２１は、ＲＬＣＭ２２と、１ＢＣＭ２５と、２ＢＣＭ２６と、ＴＭＣＭ２７と、ＡＢＳ２８とに対して相互通信可能に接続されている。
ＶＣＭ２１は、予め設定されたバッテリ設定温度Ｔ０（例えば、１０℃）よりも高いとき、電気自動車ＥＶを通常運転で走行制御し、バッテリ設定温度Ｔ０以下のとき、電気自動車ＥＶをバッテリ暖機運転で走行制御している。

通常運転では、ＳＯＣが第１充電状態Ａ１（例えば、３０％）以下のときに実行される通常充電モードと、ＳＯＣが第１充電状態Ａ１超のときに実行される通常放電モードとに運転モードが判定され、バッテリ暖機運転では、ＳＯＣが第２充電状態Ａ２（例えば、９０％）以下のときに実行される暖機充電モードと、ＳＯＣが第２充電状態Ａ２超のときに実行される暖機放電モードとに運転モードが判定されている。ＶＣＭ２１は、各制御手段から入力される情報に応じて前記運転モードを判定し、夫々の制御手段を協調制御している。

ＲＬＣＭ２２は、ＥＣＵ２３とＧＣＭ２４とを統合制御し、エンジン１の運転条件とジェネレータ２の発電条件等を判定された運転モードに応じて設定している。
ＲＬＣＭ２２には、エンジン１のスロットル弁（図示略）が全開且つエンジン回転数一定を条件として、エンジン回転数とエンジン負荷（トルク）との関係を実験等により予め求めることにより、熱効率が高い第１運転状態に対応した第１運転マップと冷却損失が大きな第２運転状態に対応した第２運転マップとが記憶されている。ＶＣＭ２１により判定された運転モードに応じて第１，第２運転マップのうち何れかの運転マップが選択される。

ＥＣＵ２３は、ＲＬＣＭ２２により設定された運転マップに基づきエンジン１を制御している。ＥＣＵ２３には、エンジン回転数、吸入空気量、冷却水温度等の各種検出信号が入力され、選択された運転マップに基づいて燃料噴射量、燃料噴射時期、排気開弁タイミング、点火時期等の各種条件が設定され、これら設定条件に基づきエンジン１を運転制御している。このＥＣＵ２３は、通常充電モードのとき、第１運転マップに基づきエンジン１を制御し、暖機充電モードのとき、第２運転マップに基づきエンジン１を制御している。尚、通常放電モードと暖機放電モードのとき、エンジン１は停止されている。
本実施例では、第２運転状態における点火時期を第１運転状態における点火時期に比べて遅くするように点火リタード側へ移行させて、エンジン１の冷却損が増加するように制御している。尚、第２運転状態の排気開弁タイミングを第１運転状態の排気開弁タイミングに比べて遅くするように排気遅開き側へ移行させて、エンジン１の排気損が増加するように制御することも可能である。

ＧＣＭ２４は、ＲＬＣＭ２２により設定された所定の電力が出力されるようにジェネレータ２の発電を制御している。このＧＣＭ２４は、通常充電モード及び暖機充電モードのとき、第１インバータ８によりジェネレータ２で発電された三相交流電力を２００〜２５０Ｖの直流電力に変換し、第１バッテリ３や第２インバータ９等へ出力している。

以上により、通常充電モードのとき、第１インバータ８から出力された直流電力は、第１バッテリ３に充電される電力と、第２インバータ９を介してモータ４へ給電される電力と、DC/DCコンバータ１０を介して第２バッテリ１２に充電される電力とに分配されている。また、暖機充電モードのとき、第１インバータ８から出力された直流電力は、第１バッテリ３に充電される電力と、第２インバータ９を介してモータ４へ給電される電力と、電気ヒータ５へ給電される電力とに分配されている。

１ＢＣＭ２５は、ＶＣＭ２１により判定された運転モードに応じて、第１バッテリ３と、電気ヒータ５と、熱交換器１１とを制御している。１ＢＣＭ２５は、第１バッテリ３の電流、電圧及び温度Ｔを検出し、電流と電圧とからＳＯＣを演算可能に形成され、検出された第１バッテリ温度ＴやＳＯＣ等をＶＣＭ２１へ出力している。

この１ＢＣＭ２５は、通常運転において、通常充電モードのとき、第１バッテリ３の放電を停止して充電を開始させ、バッテリ用電気ヒータ５を停止すると共に熱交換器１１の弁体を閉操作し、通常放電モードのとき、第１バッテリ３の充電を停止して放電を開始させ、バッテリ用電気ヒータ５を停止すると共に熱交換器１１の弁体を閉操作している。
また、バッテリ暖機運転において、暖機充電モードのとき、第１バッテリ３の放電を停止して充電を開始させ、バッテリ用電気ヒータ５を作動すると共に熱交換器１１の弁体を開操作し、暖機放電モードのとき、第１バッテリ３の充電を停止して放電を開始させ、バッテリ用電気ヒータ５を作動すると共に熱交換器１１の弁体を閉操作している。

２ＢＣＭ２６は、ＶＣＭ２１により判定された運転モードに応じて、DC/DCコンバータ１０と、電気負荷６とを協調制御している。
この２ＢＣＭ２６は、通常充電モードと通常放電モードと暖機充電モードのとき、DC/DCコンバータ１０を第１インバータ８と第２バッテリ１２とが電気的に接続される第１接続形態に作動させると共に、乗員が電気負荷６をオン操作したとき、DC/DCコンバータ１０を電気負荷６と第２バッテリ１２とが電気的に接続される第２接続形態に作動させている。また、暖機放電モードのとき、DC/DCコンバータ１０を第１バッテリ３と電気負荷６とが電気的に接続される第３接続形態に作動させている。

ＴＭＣＭ２７は、乗員によるアクセルペダル踏込み量等の各種検出信号が入力され、ＲＬＣＭ２２により設定された所定の駆動力が出力されるようにモータ４の出力トルクを制御している。このＴＭＣＭ２７は、第２インバータ９により直流電力を三相交流電力に変換し、モータ４へ出力している。
ＡＢＳ２８は、乗員によるブレーキペダル踏込み量等の各種検出信号が入力され、ブレーキ装置３４ｂによるブレーキディスク３４ａの押圧力や押圧タイミング等を制御している。

次に、本バッテリ昇温装置のバッテリ昇温制御について、図２のフローチャートに基づき説明する。尚、Ｓｉ（ｉ＝１，２…）は各ステップを示す。
本実施例では、バッテリ設定温度Ｔ０よりも高い通常走行時、ＳＯＣに応じて通常充電モードと通常放電モードとにより電気自動車ＥＶが制御されている。電気自動車ＥＶがモータ４により通常放電モードで走行しているとき、ＳＯＣが第１充電状態Ａ１以下になった場合、運転モードが通常放電モードから通常充電モードへ切替えられ、第１バッテリ３が充電される。この通常充電モードは第３充電状態Ａ３（例えば、９５％）まで継続され、ＳＯＣが第３充電状態Ａ３を超えた時点で通常放電モードへ切替えられる。本バッテリ昇温制御は、第１バッテリ３の温度Ｔがバッテリ設定温度Ｔ０以下であることが検出されたとき、前記通常運転制御と独立した処理として実行される。

イグニッションをオン操作したとき、バッテリ暖機運転か否か判定される（Ｓ１）。
Ｓ１の判定の結果、第１バッテリ３の温度Ｔがバッテリ設定温度Ｔ０以下の場合、バッテリ暖機運転を実行するためＳ２へ移行し、第１バッテリ３から電気ヒータ５に給電を開始する。Ｓ１の判定の結果、第１バッテリ３の温度Ｔがバッテリ設定温度Ｔ０よりも高い場合、本バッテリ昇温制御を終了する。

次に、Ｓ３へ移行し、ＳＯＣが第２充電状態Ａ２以下か否か判定する。
Ｓ３の判定の結果、ＳＯＣが第２充電状態Ａ２以下の場合、ＳＯＣが低く暖機充電モードであるため、第１バッテリ３から電気負荷６への給電を停止して（Ｓ４）、Ｓ５へ移行する。

Ｓ５では、エンジン１を第１運転状態よりも冷却損失が大きな第２運転状態で運転して発電を開始し、第１バッテリ３の充電を行う。この時、第２運転状態の開始と同期して、熱交換器１１の弁体の開操作とDC/DCコンバータ１０による第１接続形態への切替えを行っている。
次に、Ｓ６へ移行し、ＳＯＣが第３充電状態Ａ３を超えたか否か判定する。
Ｓ６の判定の結果、ＳＯＣが第３充電状態Ａ３よりも高い場合、第１バッテリ３の充電が完了しているため、エンジン１による第２運転状態を停止して（Ｓ７）、Ｓ８へ移行する。

Ｓ８では、第１バッテリ３の温度Ｔがバッテリ設定温度Ｔ０を超えたか否か判定する。
Ｓ８の判定の結果、第１バッテリ３の温度Ｔがバッテリ設定温度Ｔ０よりも高い場合、第１バッテリ３の暖機が完了しているため、第１バッテリ３から電気ヒータ５への給電を停止して（Ｓ９）、バッテリ昇温制御を終了する。以後、電気自動車ＥＶは通常運転にて制御される。Ｓ８の判定の結果、第１バッテリ３の温度Ｔがバッテリ設定温度Ｔ０以下の場合、第１バッテリ３の暖機が完了していないため、Ｓ３へ移行して暖機を継続する。

Ｓ６の判定の結果、ＳＯＣが第３充電状態Ａ３以下の場合、第１バッテリ３の充電が完了していないため、Ｓ１０へ移行し、第１バッテリ３の温度Ｔがバッテリ設定温度Ｔ０を超えたか否か判定する。Ｓ１０の判定の結果、第１バッテリ３の温度Ｔがバッテリ設定温度Ｔ０よりも高い場合、第１バッテリ３の暖機が完了しているため、エンジン１による第２運転状態を停止し（Ｓ１１）、第１バッテリ３から電気負荷６へ給電しているときは給電を停止して（Ｓ１２）、Ｓ９へ移行する。

Ｓ１０の判定の結果、第１バッテリ３の温度Ｔがバッテリ設定温度Ｔ０以下の場合、第１バッテリ３の暖機が完了していないため、Ｓ６へ移行して暖機を継続する。
Ｓ３の判定の結果、ＳＯＣが第２充電状態Ａ２よりも高い場合、暖機放電モードであるため、第１バッテリ３から電気負荷６に給電を開始して（Ｓ１３）、Ｓ１４へ移行する。

Ｓ１４では、第１バッテリ３の温度Ｔがバッテリ設定温度Ｔ０を超えたか否か判定する。
Ｓ１４の判定の結果、第１バッテリ３の温度Ｔがバッテリ設定温度Ｔ０よりも高い場合、第１バッテリ３の暖機が完了しているため、Ｓ１２へ移行する。
Ｓ１４の判定の結果、第１バッテリ３の温度Ｔがバッテリ設定温度Ｔ０以下の場合、第１バッテリ３の充電が完了していないため、Ｓ３へ移行して暖機を継続する。

次に、本バッテリ昇温装置の作動について、図３（ａ）〜（ｆ）のタイムチャートに基づき説明する。尚、バッテリ昇温制御開始当初、第１バッテリ３のＳＯＣは、第３充電状態Ａ３以上に充電されている。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、電気自動車ＥＶを冷間始動するとき、エンジン１の冷却水温と同様に第１バッテリ３の温度Ｔも低温状態になっている。
図３（ｃ）〜（ｆ）に示すように、電気自動車ＥＶが停車されているｔ０の時点においてイグニッションがオン操作された場合、暖機放電モードで制御されるため、エンジン１を停止状態としてバッテリ用電気ヒータ５と電気負荷６とが同期して作動開始される。電気負荷６としてのデフォッガは、乗員がオン操作していなくても自動的に作動開始される。尚、既に乗員がデフォッガをオン操作している場合、DC/DCコンバータ１０を第２接続形態から第３接続形態へ切替えている。

ｔ０〜ｔ１間において、第１バッテリ３は、電気ヒータ５と電気負荷６とへ電力を供給しているため、放電に伴う内部加熱と、電気ヒータ５からの放熱に伴う外部加熱とにより、バッテリ温度Ｔは速い昇温速度で昇温される。また、第１バッテリ３から消費される電力消費量が大きいため、第１バッテリ３の電力消費速度も早く、制御開始後、ｔ１の時点で第１バッテリ３のＳＯＣが第２充電状態Ａ２に到達する。

ｔ１〜ｔ２間は、暖機充電モードで制御されている。
ｔ１の時点では、電気負荷６が停止されると共にエンジン１による第２運転状態が開始されるため、第１バッテリ３から消費される電力消費量が減少し、第１バッテリ３に対して第１インバータ８から直流電力が充電される。ここで、エンジン１による第１バッテリ３の充電量は、電気ヒータ５が放熱により消費する電力消費量よりも大きくなるよう設定されているため、第１バッテリ３のＳＯＣを増加することができる。

また、エンジン１が冷却損失が大きな高い第２運転状態（例えば、点火リタード状態）で運転されるため、ｔ１の時点からエンジン１の冷却水温の昇温速度が増加する。これと同時に、熱交換器１１の弁体が開作動されるため、エンジン１の冷却損に応じた熱量を蓄積した冷却水が熱交換器１１へ流れ、第１バッテリ３を加熱昇温する。本実施例では、ｔ１〜ｔ２間の昇温速度が、ｔ０〜ｔ１間の昇温速度と略一定になるよう熱交換器１１を流れる冷却水量や点火リタード量等の諸条件を設定している。

ＳＯＣが第３充電状態Ａ３に到達するｔ２の時点で、暖機充電モードから暖機放電モードへ切替えられる。
エンジン１が停止され、再び第１バッテリ３から電気負荷６へ給電が開始される。
バッテリ温度Ｔがバッテリ設定温度Ｔ０に到達したｔ３時点で、バッテリ暖機運転を終了し、通常運転を開始する。

次に、実施例に係るバッテリ昇温装置の作用・効果について説明する。
このバッテリ昇温装置は、バッテリ温度Ｔがバッテリ設定温度Ｔ０以下のとき、第１バッテリ３のＳＯＣが第２充電状態Ａ２超の場合、電気負荷６を作動させて第１バッテリ３から放電するため、放電に伴う内部加熱に加えて電気負荷６の作動による外部加熱を利用して第１バッテリ３を加熱することができる。
つまり、バッテリ温度Ｔがバッテリ設定温度Ｔ０以下のとき、第１バッテリ３のＳＯＣが第２充電状態Ａ２以下に低下した場合には、エンジン１を第１運転状態よりも冷却損失が大きな第２運転状態で駆動して第１バッテリ３に充電するため、増加されたエンジン１の冷却損に応じた熱量を第１バッテリ３の暖機に利用でき、充電に伴う内部加熱に加えてエンジン１の熱量を用いた外部加熱により第１バッテリ３を加熱することができる。
それ故、第１バッテリ３のＳＯＣに拘わらず、自己発熱による内部加熱と外部加熱とにより第１バッテリ３を内外から加熱できるため、第１バッテリ３の暖機期間を短縮化することができ、その結果、電気自動車ＥＶの走行性能を向上することができる。

制御手段７は、電気負荷６の作動動後、第１バッテリ３のＳＯＣが第２充電状態Ａ２まで低下したとき、電気負荷６の作動を停止するため、第１バッテリ３の電力消費を抑えて第１バッテリ３の充電速度を高くすることができ、第１バッテリ３の暖機期間を一層短縮化することができる。

制御手段７は、第１バッテリ３のＳＯＣが第２充電状態Ａ２以下に低下したとき、エンジン１を第１運転状態よりも冷却損失が大きな第２運転状態で駆動して第２充電状態Ａ２よりも高く設定された第３充電状態Ａ３まで第１バッテリ３に充電するため、エンジン１の第２運転期間を最小限に抑えることができ、エンジン１の熱効率を高く維持することができる。

電気負荷６は第１バッテリ３に設けられた電気ヒータ５を備え、制御手段７は、第１バッテリ３のＳＯＣが第２充電状態Ａ２まで低下したとき、電気ヒータ５の駆動を継続すると共に電気ヒータ５以外の電気負荷６の駆動を停止するため、第１バッテリ３の早期暖機と早期充電とを両立させることができる。

次に、前記実施例を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施例においては、走行用モータ単独で駆動輪を回転駆動し、エンジンは充電のみ行う電気自動車の例を説明したが、運転状態に応じて走行用モータとエンジンとが駆動輪を回転駆動するハイブリッド自動車に適用することも可能である。

２〕前記実施例においては、第１バッテリを加熱する熱交換器の媒体をエンジンの冷却水にした例を説明したが、媒体として排気ガスを用い、エンジンの排気損に応じた熱量を第１バッテリの暖機に利用することも可能である。この場合、熱交換器は、一端がエンジンの排気通路の上流側一部から分岐し、他端がエンジンの排気通路の下流側一部に接続され、熱交換器の一端側部分に、エンジンが第２運転のとき、開作動する弁体を設置する。また、エンジンの冷却水と排気ガスとの両方を用いた熱交換器であっても良い。

３〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

本発明は、バッテリが設定温度以下のとき、自己発熱を用いてバッテリを暖機可能な電気駆動車両のバッテリ昇温装置において、充電に伴う内部加熱に加えてエンジンの冷却損に応じた熱量を用いた外部加熱によりバッテリを暖機するため、バッテリの充電状態に拘わらずバッテリの暖機期間を短縮化することができる。

１ エンジン
２ ジェネレータ
３ 第１バッテリ
４ モータ
５ 電気ヒータ
６ 電気負荷
７ 制御手段
２１ ＶＣＭ
２２ ＲＬＣＭ
２５ １ＢＣＭ
２６ ２ＢＣＭ
ＥＶ 電気自動車

Claims (3)

1. エンジンと、このエンジンにより駆動されるジェネレータと、このジェネレータにより発電された電力を充電し且つ前記エンジンから放出されるエンジン冷却水又は排気ガスの熱量で加熱可能に構成されたバッテリと、このバッテリにより駆動されて走行駆動力を発生するモータと、前記バッテリから給電される電気負荷と、前記エンジンとジェネレータと電気負荷とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記バッテリ温度が予め設定された設定温度よりも高く且つ前記バッテリの充電状態が第１充電状態以下になったとき、前記エンジンを熱効率の高い第１運転状態で駆動開始すると共に前記ジェネレータを駆動して前記バッテリの充電を開始し、この充電により前記バッテリの充電状態が前記第１充電状態よりも高く設定された第３充電状態超になったとき、前記エンジンを停止して前記バッテリの充電を完了するように構成された電気駆動車両のバッテリ昇温装置において、
   前記制御手段は、前記バッテリ温度が前記設定温度以下で且つ前記バッテリの充電状態が前記第１充電状態よりも高く設定された第２充電状態以下のとき、前記エンジンを第１運転状態よりも冷却損失が大きな第２運転状態で駆動開始することにより前記ジェネレータを駆動して前記バッテリの充電を開始すると共に前記エンジンから放出されるエンジン冷却水又は排気ガスの熱量で前記バッテリを外部加熱し、前記充電により前記バッテリの充電状態が前記第２充電状態よりも高く設定された前記第３充電状態超になったとき、前記エンジンを停止して前記充電を完了し、前記バッテリ温度が前記設定温度以下で且つ前記バッテリの充電状態が前記第２充電状態超のとき、前記電気負荷を作動させて前記バッテリから放電させることを特徴とする電気駆動車両のバッテリ昇温装置。
2. 前記制御手段は、前記電気負荷の作動動後、前記バッテリの充電状態が前記第２充電状態まで低下したとき、前記電気負荷の作動を停止することを特徴とする請求項１に記載の電気駆動車両のバッテリ昇温装置。
3. 前記電気負荷は前記バッテリに設けられたバッテリ用電気ヒータを備え、
   前記制御手段は、前記バッテリの充電状態が前記第２充電状態まで低下したとき、前記電気ヒータの駆動を継続すると共に前記電気ヒータ以外の電気負荷の駆動を停止することを特徴とする請求項１に記載の電気駆動車両のバッテリ昇温装置。