JP6183133B2 - 電池暖機システム - Google Patents
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Description
これを回避するため、従来、主機電池を暖機する技術が知られている。例えば特許文献1には、電池温度が所定温度以下のとき、エンジンの稼動時間を短くして電池からの出力を増加させ、電池内部の発熱により電池を暖機する発電機制御方法が開示されている。
電気暖房手段は、例えばヒートポンプシステム、電気ヒータ、シートヒータのいずれかを含む。
主機電池から電気暖房手段への電力供給を増加させることで、主機電池の出力を増やし、主機電池を好適に暖機することができる。電池温度が上昇するため、主機電池の内部抵抗の低減により電力損失が低減し、また、電池出力の不足を回避し、駆動力を適切に確保することができる。
補機は、例えばポンプ、ファン、ブロワのいずれかを含む。
これにより、第1の態様と同様に、主機電池を好適に暖機することができる。したがって、電池温度の上昇による主機電池の内部抵抗の低減により電力損失を低減し、また、電池出力の不足を回避し、駆動力を適切に確保することができる。
この場合、制御装置は、補機電池からの充電要求に関わらず、補機電池の電池残量に応じて充電可能な電力を主機電池から補機電池に供給させてもよく、補機の電力消費量を増加させることで補機電池の電池残量を低下させてもよい。
(共通の構成)
本発明の各実施形態による電池暖機システムが共通に適用される車両制御システムの全体構成を図1に例示する。車両制御システム1は、エンジン10、第1モータジェネレータ11、第2モータジェネレータ12(以下、モータジェネレータを「MG」という。)、主機電池15、補機電池16、各種補機、ヒートポンプシステム30、制御装置600等を備える。
第1MG11及び第2MG12は、例えば永久磁石式同期型の3相交流電動機であり、主機電池15の電力を消費して力行動作しトルクを発生する電動機としての機能、及び、エンジン10による駆動又は車両90の制動により回生動作し発電する発電機としての機能を有する。
第2MG12は、主に、主機電池15からインバータ14を経由して電力が供給され、電動機として機能する。また、第2MG12は、車両90の制動時には、回生動作により発電する。発電した電力は、インバータ14を経由して主機電池15に充電される。
エンジン10及び第2MG12の駆動力は、駆動軸92、変速機93、デファレンシャルギア94等を介して駆動輪95に伝達され、駆動輪95を回転させる。
補機電池16の低圧電力は、後述するウォータポンプ25、ラジエータファン35、ブロワ45等の補機や、その他の電気負荷19に供給される。
排熱ヒータ21は、ヒータコア22、循環経路24、及び、電動ウォータポンプ25等から構成され、エンジン10の排熱を利用して熱を生成するシステムである。
循環経路24は、エンジン10の出口側においてヒータコア22にむけて延び、ヒータコア22を経由して再びエンジン10に戻るように設けられる。また、循環経路24のエンジン10の出口側には、冷却水の温度を検出する水温センサ29が設けられる。
コンプレッサ31は、主機電池15からコンプレッサ用インバータ37を経由して供給される電力によってコンプレッサモータが回転することにより、冷媒を圧縮する。コンプレッサ31は、圧縮した冷媒を室内熱交換器32に向けて送出する。
制御装置600は、ハイブリッド制御装置60、電池制御装置61、MG制御装置62、エンジン制御装置63、エアコン制御装置64等の複数の個別制御装置から構成され、ハイブリッド制御装置60を中心として、相互に情報を通信しつつ役割を分担している。これらの個別制御装置60〜64は、それぞれCPU、ROM、RAM等を含むマイクロコンピュータを主体として構成され、ROMに記憶された制御プログラムを実行することで各種制御演算を実施する。
電池制御装置61は、主機電池15の電池残量、電池温度等の情報を検出手段によって検出し、或いは、推定手段によって推定することにより取得する。また、電池残量が所定の範囲内となるように監視する。
エンジン制御装置63は、ハイブリッド制御装置60からの指令等に基づき、燃料噴射制御、点火時期制御、バルブタイミング制御、吸気量制御等によって、エンジン10の運転を制御する。
エアコン制御装置64は、ハイブリッド制御装置60からの指令等に基づき、ウォータポンプ25、コンプレッサ31、ブロワ45等の動作を制御する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による電池暖機システムについて、図2〜図6を参照して説明する。図2は、第1実施形態の電池暖機システム701を構成する最低限の要素を抽出して簡易的に示した図である。図2においてエンジン10を破線で示しているのは、車両90は、エンジンを備えない電気自動車でもよいことを意味する。また、MG11、12及びインバータ13、14を各1つ示しているのは、主機電池15の電力によって駆動されるMGを少なくとも1つ有していればよいことを意味している。駆動軸92、変速機93、デファレンシャルギア94、駆動輪95については図1のとおりである。
図1にも示したヒートポンプシステム30、並びに、図1には示していない電気ヒータ48、シートヒータ51について、次に図3を参照して説明する。
ヒートポンプシステム30及び電気ヒータ48は「電気暖房手段」に相当する。また、ヒートポンプシステム30及び排熱ヒータ21の構成は、図1を参照して上述したとおりであるので説明を省略する。
ブロワ45は、ブロワモータ451により回転駆動される遠心式送風機であり、空調ケース41内において、車室50に向かう空気流Wを発生させる。ブロワ45は、各吹出口から車室50に向けて吹き出される暖気又は冷気の吹出風量を調整する。
ヒートポンプシステム30の室内熱交換器32は、空調ケース41内のブロワ45のすぐ下流側において、通風路46の大部分を占めるように配設されている。ヒータコア22は、通風路46を部分的に塞ぐように、空調ケース41内において室内熱交換器32よりも下流側に配設されている。
また、別の実施形態では、図3の電気ヒータ48の部位に別のヒートポンプシステムの室内熱交換器を設置してもよい。
暖房をしない場合は、ブロワ45の送風を停止するか、又は、エアミックスダンパ47を冷気側に開く。すなわち、冷気側通路Cを開放し、暖気側通路Hを塞ぐように、エアミックスダンパ47の開度を調整すればよい。
デフロスタ開口部52接続されたデフロスタダクト57の最下流端には、車両のフロント窓ガラス49の内面に向かって主に温風を吹き出すデフロスタ吹出口が開口している。
フェイス開口部53に接続されたフェイスダクト58の最下流端には、乗員の頭胸部に向かって主に冷風を吹き出すフェイス吹出口が開口している。
フット開口部54に接続されたフットダクト59の最下流端には、乗員の足元部に向かって主に温風を吹き出すフット吹出口が開口している。
これを回避するため、特許文献1(特許第3687270号公報)には、エンジンの稼働時間を短くすることで電池からの出力を増加させ、内部抵抗発熱によって電池を暖機する技術が開示されている。しかし、この技術は、エンジンを停止又は稼働を抑制することができない場合には適用することができない。
まず、図4のフローチャート、及び図5のマップを参照する。フローチャートの説明で記号「S」はステップを意味する。以下の制御ルーチンは、イグニションスイッチがオンの間、所定の周期で繰り返し実行される。或いは、主機電池15の暖機ニーズの可能性が有るとき、例えば電池温度が所定温度以下のときにのみ実行するようにしてもよい。
S12、S13、S14では、それぞれ、主機電池15の電池温度、車室50の温度、主機電池15の電池残量(SOC)を取得する。S12、S13、S14の実行順はいずれが先でもよく、場合によっては、3つのうち1つ又は2つの項目を省略してもよい。また、これらの物理量の値は、温度センサ等の検出手段による検出値でもよく、或いは、相関する他の物理量に基づき数式やマップにより算出された推定値でもよい。
図5(a)、(b)、(c)に示すマップには、電池温度、車室温度、電池残量について、それぞれ増加量との関係が規定されている。(a)電池温度が低いほど、主機電池15を暖機するニーズが高いため増加量を大きく設定する。(b)車室温度が低いほど、暖房出力を大きくすることは乗員の快適感に適合するため増加量を大きく設定する。(c)電池残量が多いほど、放電可能量が多いため増加量を大きく設定する。
なお、制御装置600は、マップを用いる方法に限らず、所定の数式により電池温度、車室温度、電池残量から増加量を演算するようにしてもよい。
図3に示す空調装置40では、制御装置600は、ブロワ45の送風量、及びエアミックスダンパ47の開度を制御し、車室50に供給する熱量を調整する。なお、暖房要求が無いとき、制御装置600は、ブロワ45の送風を停止するか、又は、エアミックスダンパ47を冷気側に開くように制御する。
このように電気暖房手段に主機電池15の電力を供給することにより、内部抵抗発熱によって主機電池15を暖機することができる。
ただし、時刻t11から時刻t12の加速時において、本実施形態は、(d)電気暖房出力を増加させている分、(c)比較例よりも電池出力が増加し、(b)電池温度の上昇勾配が大きくなっている。よって、特に時刻t0から時刻t12までの電池出力の差によって、(b)本実施形態は、比較例に対して全体的に高い水準で電池温度が推移している。
それに対し本実施形態では、電池温度を上昇させ内部抵抗を低下させることができる。したがって、電力入力の損失が低減し、回生制限を設ける必要がなくなるため、回生制限による回生電力の減少を回避することができる。
本発明の第2実施形態による電池暖機システムについて、図7、図8を参照して説明する。図7のブロック図、図8のフローチャートは、それぞれ第1実施形態の図2、図4に対応する。図7において、第1実施形態の図2と実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、代表的な補機として、図1、図3に示すウォータポンプ25、ラジエータファン35、ブロワ45等、暖房出力に関連する機器を例示する。
S21では補機電池16の電池残量を取得し、要求出力として充電要求量を算出する。S22では補機の稼動状況に基づき電力消費量を算出し、補機の電力消費に伴う補機電池16の電池残量の低下を推定する。
この制御で増加量を算出するマップは、第1実施形態の図5のマップと同様のものを援用することができる。
(ア)本発明の電池暖機システムが適用される車両制御システムは、図1に記載された構成をすべて備える必要はない。少なくとも、主機電池15及び制御装置600と、主機電池15から電力を供給される電気暖房手段の一種、又は、補機電池16及び補機の一種のいずれか一方を備えていればよい。
(イ)電気暖房手段は、ヒートポンプシステム30、電気ヒータ48、シートヒータ51に限らず、電気エネルギーを用いて熱を発生可能なものであれば何でもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
16 ・・・補機電池、
17 ・・・DCDCコンバータ、
25、35、45・・・補機、
30、48、51・・・電気暖房手段、
600・・・制御装置、
701、702・・・電池暖機システム。
Claims (12)
- 車両に搭載され車両を駆動するための電力を供給可能であり、電力の入出力に伴う内部抵抗発熱によって暖機される主機電池(15)と、
前記主機電池から供給される電力によって発熱し車室を暖房する電気暖房手段(30、48、51)と、
前記主機電池から前記電気暖房手段への電力供給を制御することで前記主機電池の電池温度を制御する制御装置(600)と、
を備え、
前記制御装置は、
前記電気暖房手段に要求される暖房要求出力に加算される電気暖房出力増加量を、前記主機電池の電池温度、車室温度、及び前記主機電池の電池残量に基づいて算出し、
前記暖房要求出力に前記電気暖房出力増加量を加算した値を電気暖房指令値とすることで、前記暖房要求出力を上回る電力を前記電気暖房手段に供給することを特徴とする電池暖機システム(701)。 - 前記制御装置は、前記主機電池の電池温度が低いほど、前記電気暖房出力増加量を大きく設定する請求項1に記載の電池暖機システム。
- 前記制御装置は、前記車室温度が低いほど、前記電気暖房出力増加量を大きく設定する請求項1または2に記載の電池暖機システム。
- 前記制御装置は、前記主機電池の電池残量が多いほど、前記電気暖房出力増加量を大きく設定する請求項1〜3のいずれか一項に記載の電池暖機システム。
- 前記電気暖房手段は、ヒートポンプシステム(30)、電気ヒータ(48)、シートヒータ(51)のいずれかを含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電池暖機システム。
- 前記電気暖房手段は、ブロワ(45)によって送風される冷気及び暖気の混合比率をエアミックスダンパ(47)で調整し車室に供給する空調装置(40)において暖気を生成する通路に設けられる前記電気ヒータ又は前記ヒートポンプシステムであり、
前記制御装置は、前記ブロワの送風量、及び前記エアミックスダンパの開度を制御し、車室に供給される熱量を調整することを特徴とする請求項5に記載の電池暖機システム。 - 前記制御装置は、暖房要求が無いとき、前記ブロワの送風を停止するか、又は、前記エアミックスダンパを冷気側に開くように制御することを特徴とする請求項6に記載の電池暖機システム。
- 車両に搭載され車両を駆動するための電力を供給可能であり、電力の入出力に伴う内部抵抗発熱によって暖機される主機電池(15)と、
前記主機電池から直接に、又は、直流電力の電圧を変換するDCDCコンバータ(17)を経由して供給される電力によって充電される補機電池(16)と、
前記補機電池から供給される電力によって動作する補機(25、35、45)と、
前記主機電池から前記補機電池への電力供給を制御することで前記主機電池の電池温度を制御する制御装置(600)と、
を備え、
前記制御装置は、
前記補機電池の電池残量に応じた要求出力に加算される補機電池充電量の増加量、又は、前記要求出力に加算される補機電力消費量の増加量を、前記主機電池の電池温度、車室温度、及び前記主機電池の電池残量に基づいて算出し、
前記要求出力に前記補機電池充電量の増加量を加算した値を補機電池充電量の指令値とし、又は、前記要求出力に前記補機電力消費量の増加量を加算した値を補機電力消費量の指令値とすることを特徴とする電池暖機システム(702)。 - 前記制御装置は、前記主機電池の電池温度が低いほど、前記補機電池充電量の増加量、又は前記補機電力消費量の増加量を大きく設定する請求項8に記載の電池暖機システム。
- 前記制御装置は、前記車室温度が低いほど、前記補機電池充電量の増加量、又は前記補機電力消費量の増加量を大きく設定する請求項8または9に記載の電池暖機システム。
- 前記制御装置は、前記主機電池の電池残量が多いほど、前記補機電池充電量の増加量、又は前記補機電力消費量の増加量を大きく設定する請求項8〜10のいずれか一項に記載の電池暖機システム。
- 前記補機は、ポンプ(25)、ファン(35)、ブロワ(45)のいずれかを含むことを特徴とする請求項8〜11のいずれか一項に記載の電池暖機システム。
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