JP6488972B2 - 車両電池システム - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載された車両電池システムに関する。

従来から、ハイブリッド自動車や電気自動車のように回転電機を動力源の一つとする電動車両が広く知られている。かかる電動車両には、回転電機に電力を供給するための電池が搭載されている。車載電池は、充放電が可能な二次電池（蓄電池）であり、回転電機で発電した電力および外部電源からの電力を充電できる。かかる車載電池は、温度が低くなると充電可能容量の低下や、許容充電電流の低下により充電時間が長くなる。また、車載電池が凍結温度まで下がった場合には充放電できなくなるという特性がある。

そこで、次に車両を使用する時刻をユーザが設定し、当該設定された時刻に蓄電池の昇温が終了するように昇温制御を行い、蓄電池の昇温制御が終了した時刻にユーザに通知を行う車両電池システムが知られている。また、バッテリヒータや空調補機系が使用可能な条件が成立し、かつ外部電源が使用不可能な場合にバッテリを充電できない状態にあることをユーザに通知することが開示されている（特許文献１）。

国際公開第ＷＯ２０１４／０４５７７６Ａ１号パンフレット

ところで、ユーザが設定した時刻を目標として蓄電池を昇温したとき、実際にはユーザが設定した時刻より早く所定の温度に到達することがある。このとき、実際に昇温が終了した時刻にユーザに通知を行うと、ユーザが車両の使用を予定している時刻よりも早い時刻に通知されるのでユーザにとって煩わしさが生ずる。また、実際にはユーザが設定した時刻より遅く所定の温度に到達する場合もある。このとき、実際に昇温が終了した時刻にユーザに通知を行うと、実際には車両は走行可能な温度に近くなっているにも関わらずユーザへの通知が遅れる可能性がある。

本発明の１つの態様は、電動機に対して駆動電力を供給する蓄電池と、ユーザによって設定されたユーザ設定時刻を昇温完了の目標時刻として前記蓄電池を昇温する電池昇温手段と、ユーザに対して前記蓄電池の昇温状況を通知する昇温通知手段と、を備え、前記昇温通知手段は、前記ユーザ設定時刻よりも早い時刻に実際の昇温が完了したときには、実際の昇温の完了時刻より後にずらして前記ユーザ設定時刻より前にユーザに対して通知を行い、又は、前記ユーザ設定時刻よりも遅い時刻に実際の昇温が完了するときには、実際の昇温の完了時刻より前にずらして前記ユーザ設定時刻より後にユーザに対して通知を行う、ことを特徴とする車両電池システムである。

本発明によれば、ユーザが設定した時刻と実際の蓄電池の昇温終了時刻とに差が生じた場合に、ユーザを煩わせることなく、またユーザを不必要に待たせることなくユーザに昇温の状況を通知することができる。

本発明の実施の形態であるハイブリッド駆動システムの概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態における蓄電池の昇温処理を示すフローチャートである。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態であるハイブリッド駆動システム１０の概略構成を示す図である。このハイブリッド駆動システム１０は、動力源として、二つの回転電機ＭＧ１，ＭＧ２と一つのエンジン１２が設けられている。ハイブリッド駆動システム１０には、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２に電力を供給、あるいは、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２で発電された電力を蓄電するメイン電池（蓄電池）２０が設けられている。メイン電池２０は、直列に接続された複数の単電池を有する。単電池としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった蓄電池（二次電池）を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることもできる。メイン電池２０には、並列に接続された複数の単電池が含まれてもよい。

メイン電池２０の電圧値ＶＢは、電圧センサ２２で検知され、コントローラ２６に入力される。メイン電池２０の電流値ＩＢは、電流センサ２３で検知され、コントローラ２６に入力される。メイン電池２０の近傍には、当該メイン電池２０の温度（電池温度Ｔｂ）を検知する温度センサ２４も設けられている。温度センサ２４は、電池温度Ｔｂを取得する電池温度取得部として機能する。この温度センサ２４で検知された電池温度Ｔｂは、コントローラ２６に入力される。

また、後述する昇温動作を行うために、メイン電池２０が設置されている環境の温度である環境温度Ｔａを測定する温度センサ２５が設けられる。温度センサ２５は、ハイブリッド駆動システム１０が設けられた車両の外部環境の環境温度Ｔａを測定し、測定された環境温度Ｔａをコントローラ２６に出力する。温度センサ２５は、例えば、車室外やメイン電池２０を冷却するための冷媒の吸気経路内に設ければよい。

メイン電池２０は、システムメインリレー４４を介してインバータ１８に接続されている。車両のイグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったとき、コントローラ２６は、これらシステムメインリレー４４をオフからオンに切り替えることにより、メイン電池２０とインバータ１８とを電気的に接続する。逆に、車両のイグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったとき、コントローラ２６は、これらシステムメインリレー４４をオンからオフに切り替えることにより、メイン電池２０とインバータ１８とを電気的に切断する。

インバータ１８は、メイン電池２０から供給された直流電力を交流電力に変換し、第二回転電機ＭＧ２に出力する。第二回転電機ＭＧ２は、インバータ１８から出力された交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。第二回転電機ＭＧ２が生成した運動エネルギが駆動輪１６に伝達されることで車両が走行する。また、第二回転電機ＭＧ２は、車両の制動時に生じる運動エネルギを電気エネルギに変換する。インバータ１８は、第二回転電機ＭＧ２が生成した交流電力（回生電力）を直流電力に変換し、メイン電池２０に供給する。これにより、メイン電池２０が充電される。

動力分割機構１４は、エンジン１２の動力を駆動輪１６に伝達したり、第一回転電機ＭＧ１に伝達したりする。第一回転電機ＭＧ１は、エンジン１２の動力を受けて発電する。第一回転電機ＭＧ１が発電した電力は、インバータ１８を介して第二回転電機ＭＧ２に供給されたり、メイン電池２０に供給されたりする。メイン電池２０に電力が供給されることで、メイン電池２０が充電される。

なお、メイン電池２０およびインバータ１８の間の電流経路には、昇圧回路（図示せず）も設けられる。昇圧回路は、メイン電池２０の出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力をインバータ１８に出力する。また、昇圧回路は、インバータ１８の出力電圧を降圧し、降圧後の電力をメイン電池２０に出力する。

メイン電池２０は、充電器３８に接続されている。メイン電池２０と充電器３８との間には充電リレー４２が設けられる。充電リレー４２は、コントローラ２６からの制御信号を受けて、充電器３８とメイン電池２０とを電気的に接続又は遮断する。充電器３８には、コネクタ４０（インレット）が接続される。コネクタ４０には、外部電源１００（例えば、商用電源）のコネクタ１０２（充電プラグ）を接続することができる。コントローラ２６は、この二つのコネクタ４０，１０２の接続状態、すなわち、二つのコネクタ４０，１０２が接続されたプラグイン状態か、二つのコネクタ４０，１０２が切断されたプラグアウト状態かを監視する。コネクタ４０がコネクタ１０２に接続され、充電リレー４２がオンであるとき、充電器３８は、外部電源１００からの交流電力を直流電力に変換し、直流電力を出力する。この充電器３８および充電リレー４２の動作は、コントローラ２６によって制御される。充電器３８から出力された直流電力は、メイン電池２０に供給され、これにより、メイン電池２０が充電される。このように外部電源１００からの電力を用いてメイン電池２０を充電することを「外部充電」と呼ぶ。

メイン電池２０には、さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０も接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、インバータ１８と並列に接続される。このＤＣ／ＤＣコンバータ３０には、補機３６、補機バッテリ３４、およびヒータ３２が接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、メイン電池２０の出力電圧を降圧し、降圧後の電力を補機３６や補機バッテリ３４に供給する。これにより、補機３６を動作させたり、補機バッテリ３４を充電したりすることができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の動作は、コントローラ２６によって制御される。

ヒータ３２は、メイン電池２０を昇温するために用いられる。ヒータ３２は、メイン電池２０の近傍に設けられる。また、ヒータ３２は、一つでもよし、複数でもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０およびヒータ３２の間の電流経路には、スイッチ４６が設けられる。このスイッチ４６は、コントローラ２６からの制御信号を受けて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０とヒータ３２とを電気的に接続又は遮断する。スイッチ４６がオンされると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０からヒータ３２に所定の電力が供給され、ヒータ３２を発熱させることができる。そして、ヒータ３２が発熱することにより、メイン電池２０が昇温される。ヒータ３２は、コントローラ２６により制御される。すなわち、ヒータ３２、温度センサ２４、コントローラ２６等によりメイン電池２０を昇温する電池昇温手段が構成される。

なお、プラグイン状態のとき、充電器３８からの電力は、メイン電池２０だけでなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０にも供給することができる。ここで、スイッチ４６をオンにすれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、充電器３８からの電力を降圧し、降圧後の電力をヒータ３２に供給することができる。つまり、プラグイン状態では、外部電源１００からの電力の一部を用いてヒータ３２を駆動することで、メイン電池２０を昇温することができる。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０にはエアコンディショナ（Ａ／Ｃ）３６ａ等を含む補機３６が接続されてもよい。

コントローラ２６には、出力部５０が設けられる。出力部５０は、ハイブリッド車両の状態をユーザに知らせるための手段を備える。出力部５０は、例えば、画像表示装置、音声出力装置等とすることができる。また、出力部５０は、無線や有線によってユーザが携帯する端末（スマートフォン等）に情報を出力できる手段を含むものとしてもよい。本実施の形態では、出力部５０は、コントローラ２６からの指示によって、メイン電池２０の昇温の状況を通知する昇温通知手段として機能する。

ハイブリッド車両では、車両停止中に外部充電が可能であるが、ユーザは、この外部充電の終了時刻をユーザ設定時刻ｔｘとして設定することができる。すなわち、ユーザは、次に車両を使用する予定の時刻を考慮して、それまでにメイン電池２０の充電が終了するようにユーザ設定時刻ｔｘを設定することができる。

コントローラ２６は、ユーザ設定時刻ｔｘを目標時刻として充電が完了するように外部充電によるメイン電池２０の充電を制御する。コントローラ２６は、電圧センサ２２からメイン電池２０の電圧値ＶＢを受けて、電圧値ＶＢと所定の基準電圧との関係からメイン電池２０の充電がユーザ設定時刻ｔｘに終了するまでの時間を求め、ユーザ設定時刻ｔｘから当該時間だけ前の時刻を充電開始時刻に設定する。電圧値ＶＢと基準電圧との関係から充電に必要な時間を求めるためには、電圧値ＶＢと基準電圧との差に対してどれぐらいの充電時間が必要になるか予め調べてデータベース化しておき、そのデータベースを参照するようにすればよい。そして、コントローラ２６は、充電開始時刻になると外部電源１００からメイン電池２０へ充電電力を供給させて充電を開始する。これによって、ユーザ設定時刻ｔｘまでにメイン電池２０の充電を完了させることができる。

また、外部の環境温度Ｔａが低いときには、ユーザ設定時刻ｔｘを目標時刻としてメイン電池２０を昇温する電池昇温制御が行われる。以下、図２のフローチャートを参照して、本実施の形態における電池昇温制御について説明する。

ステップＳ１０では、コントローラ２６によってプラグインの確認処理が行われる。コントローラ２６は、コネクタ４０，１０２が接続されたプラグイン状態であることを確認する。

ステップＳ１２では、コントローラ２６によってメイン電池２０の昇温を完了する目標時刻となるユーザ設定時刻ｔｙを設定する。本実施の形態では、ユーザ設定時刻ｔｙを充電完了のためのユーザ設定時刻ｔｘと同じ時刻とする。ただし、ユーザ設定時刻ｔｙは、これに限定されるものではなく、ユーザ設定時刻ｔｘと異なる時刻をユーザに設定させてもよいし、ユーザ設定時刻ｔｘに対して何らかの関数等を適用してユーザ設定時刻ｔｙを設定するようにしてもよい。

ステップＳ１４では、外部の環境温度Ｔａが測定される。コントローラ２６は、温度センサ２５によって測定された環境温度Ｔａを取得してメモリ２８に記憶させる。ステップＳ１６では、現在のメイン電池２０の電池温度Ｔｂが測定される。コントローラ２６は、温度センサ２４によって測定されたメイン電池２０の現在の電池温度Ｔｂを取得してメモリ２８に記憶させる。

ステップＳ１８では、メイン電池２０の昇温に必要な時間が算出される。コントローラ２６は、ステップＳ１４で取得した環境温度ＴａとステップＳ１６で取得した現在の電池温度Ｔｂとに基づいてメイン電池２０を所定の基準温度Ｔｒに昇温するまでに必要な昇温必要時間を算出する。例えば、環境温度Ｔａと電池温度Ｔｂとの組み合わせ毎に基準温度Ｔｒまで昇温するために必要な時間を予め調べてデータベース化してメモリ２８に記憶させておき、コントローラ２６はそのデータベースを参照して現在の環境温度Ｔａ及び電池温度Ｔｂに対応する昇温必要時間を読み出して設定すればよい。また、環境温度Ｔａと電池温度Ｔｂとを引数として昇温必要時間を求める関数を設定しておき、コントローラ２６はその関数に現在の環境温度Ｔａと電池温度Ｔｂとを代入することにより昇温必要時間を算出するようにしてもよい。

ステップＳ２０では、ユーザ設定時刻ｔｙと現時刻との差が算出される。コントローラ２６は、ステップＳ１２で設定されたユーザ設定時刻ｔｙと現時刻との差を昇温を完了する目標時刻までの残存時間として算出する。

ステップＳ２２では、昇温処理を開始するか否かを判定する。コントローラ２６は、ステップＳ１８において算出された昇温必要時間がステップＳ２０において算出された残存時間未満ではステップＳ２４に処理を移行させ、昇温必要時間が残存時間以上となるとステップＳ２６に処理を移行させる。ステップＳ２４ではシステムは待機状態を維持し、ステップＳ２０からの処理を繰り返す。

ステップＳ２６では、メイン電池２０の昇温処理が開始される。コントローラ２６は、ヒータ３２によるメイン電池２０の昇温動作を開始する。

ステップＳ２８では、コントローラ２６は、現在の時刻ｔｃを取得する。続いて、ステップＳ３０では、現在の時刻ｔｃがユーザ設定時刻ｔｙを超えているか否かの判定が行われる。コントローラ２６は、現在の時刻ｔｃがユーザ設定時刻ｔｙより小さければステップＳ３２に処理を移行させ、現在の時刻ｔｃがユーザ設定時刻ｔｙ以上であればステップＳ４６に処理を移行させる。

ステップＳ３２では、現在のメイン電池２０の温度が測定される。コントローラ２６は、温度センサ２４によって測定されたメイン電池２０の温度を現在の電池温度Ｔｂとして取得してメモリ２８に記憶させる。

ステップＳ３４では、メイン電池２０の現在の電池温度Ｔｂが予め設定された基準温度Ｔｒ以上であるか否かが判定される。コントローラ２６は、現在の電池温度Ｔｂが基準温度Ｔｒ以上であれば昇温が完了したものとしてステップＳ３６に処理を移行させ、電池温度Ｔｂが基準温度Ｔｒ未満であれば未だ昇温が完了していないものとしてヒータ３２による昇温処理を続けつつステップＳ２８に処理を戻す。

ステップＳ３６では、電池の昇温が停止される。コントローラ２６は、ヒータ３２による昇温を停止させる。

ステップＳ３８では、コントローラ２６は、現在の時刻ｔｃを取得する。続いて、ステップＳ４０では、現在の時刻ｔｃがユーザ通知時刻ｔｚに到達したか否かが判定される。コントローラ２６は、ユーザ通知時刻ｔｚをユーザ設定時刻ｔｙと同じ時刻又はそれより所定の時間だけ早い時刻に設定し、現在の時刻ｔｃがユーザ設定時刻ｔｚより小さければステップＳ４２に処理を移行させ、現在の時刻ｔｃがユーザ設定時刻ｔｚ以上であればステップＳ４４に処理を移行させる。所定の時間は、ユーザへの通知がユーザ設定時刻ｔｙよりあまり早く行われない程度の時間に設定すればよいが、例えば数分程度に設定すればよい。ステップＳ４２ではシステムは待機状態を維持し、ステップＳ３８からの処理を繰り返す。

ステップＳ４４では、メイン電池２０の昇温の状況を知らせる通知がユーザに伝えられる。コントローラ２６は、出力部５０から昇温完了通知を出力させることによってメイン電池２０の昇温が完了したことをユーザに伝える処理を行う。なお、コントローラ２６は、昇温完了通知に代えて又は昇温完了通知と併せて、昇温が完了する予定時刻として設定されたユーザ設定時刻ｔｙに到達したことを示す通知を行ってもよい。

一方、ステップＳ３０にてステップＳ４６に処理が移行された場合、ステップＳ４６においてメイン電池２０の昇温の状況を知らせる通知がユーザに伝えられる。コントローラ２６は、出力部５０から昇温が完了する予定時刻として設定されたユーザ設定時刻ｔｙに到達したことを示す通知を出力させてユーザに伝える処理を行う。なお、この場合、実際にはメイン電池２０の昇温は完了していないが、ほぼ基準温度Ｔｒに近い状態になっていると考えられるので昇温完了通知を出力させるようにしてもよい。

なお、ステップＳ４６に処理が移行された場合には直ちにユーザに通知するものとしたが、メイン電池２０が基準温度Ｔｒよりも低いがメイン電池２０が使用可能又は使用可能に近い第２の基準温度Ｔｒ２に到達するまで待ってから通知を行うようにしたり、所定の時間だけ待機した後に通知を行うようにしたりしてもよい。

ステップＳ４８では、現在のメイン電池２０の温度が測定される。コントローラ２６は、温度センサ２４によって測定されたメイン電池２０の温度を現在の電池温度Ｔｂとして取得してメモリ２８に記憶させる。

ステップＳ５０では、メイン電池２０の現在の電池温度Ｔｂが予め設定された基準温度Ｔｒ以上であるか否かが判定される。コントローラ２６は、現在の電池温度Ｔｂが基準温度Ｔｒ以上であれば昇温が完了したものとしてステップＳ５２に処理を移行させ、電池温度Ｔｂが基準温度Ｔｒ未満であれば未だ昇温が完了していないものとしてヒータ３２による昇温処理を続けつつステップＳ４８に処理を戻す。

ステップＳ５２では、電池の昇温が停止される。コントローラ２６は、ヒータ３２による昇温を停止させる。

以上のように、本実施の形態によれば、ユーザ設定時刻ｔｙよりも早い時刻にメイン電池２０の昇温が完了したときには、実際の昇温の完了時刻より後に通知時刻をずらしてユーザ設定時刻ｔｙと同じ又はそれより前にユーザに対して通知が行われる。これによって、次に車両の使用を予定している時刻から大きく外れた時刻にユーザが通知を受け取ることがなくなり、通知によってユーザを煩わせることがなくなる。また、ユーザ設定時刻ｔｙよりも遅い時刻にメイン電池２０の昇温が完了するときには、実際の昇温の完了時刻より前に通知時刻をずらしてユーザ設定時刻ｔｙと同じ又はそれより後にユーザに対して通知が行われる。このとき、メイン電池２０は基準温度Ｔｒには達していないが実際には車両が走行可能な温度になっていることが多く、ユーザは通知を受けることによってユーザ設定時刻ｔｙから大きく遅れることなく車両を使用できる可能性がある。

また、ユーザ設定時刻ｔｙが経過した後も車両が使用されない場合、コントローラ２６は、メイン電池２０の温度が低下しないように一定時間毎に一定期間だけヒータ３２を用いてメイン電池２０を間欠的に昇温制御してもよい。

また、本実施形態ではハイブリッド車両を例に説明したが、本発明の適用範囲はハイブリッド車両に限らず、電池（燃料電池を含む）を搭載した車両であれば、他の車両、例えば、電気自動車や燃料電池自動車等であってもよい。

１０ ハイブリッド駆動システム、１２ エンジン、１４ 動力分割機構、１６ 駆動輪、１８ インバータ、２０ メイン電池、２２ 電圧センサ、２３ 電流センサ、２４ 温度センサ、２５ 温度センサ、２６ コントローラ、２８ メモリ、３０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、３２ ヒータ、３４ 補機バッテリ、３６ 補機、３６ａ エアコンディショナ、３８ 充電器、４０，１０２ コネクタ、４２，４４ リレー、４６ スイッチ、５０ 出力部、１００ 外部電源、ＭＧ１，ＭＧ２ 回転電機。

Claims (1)

1. 電動機に対して駆動電力を供給する蓄電池と、
   ユーザによって設定されたユーザ設定時刻を昇温完了の目標時刻として前記蓄電池を昇温する電池昇温手段と、
   ユーザに対して前記蓄電池の昇温状況を通知する昇温通知手段と、
   を備え、
   前記昇温通知手段は、
   前記ユーザ設定時刻よりも早い時刻に実際の昇温が完了したときには、実際の昇温の完了時刻より後にずらして前記ユーザ設定時刻より前にユーザに対して通知を行い、又は、
   前記ユーザ設定時刻よりも遅い時刻に実際の昇温が完了するときには、実際の昇温の完了時刻より前にずらして前記ユーザ設定時刻より後にユーザに対して通知を行う、
   ことを特徴とする車両電池システム。

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