JP6724701B2

JP6724701B2 - 車載バッテリ充電システム

Info

Publication number: JP6724701B2
Application number: JP2016196682A
Authority: JP
Inventors: 和樹久保
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-10-04
Filing date: 2016-10-04
Publication date: 2020-07-15
Anticipated expiration: 2036-10-04
Also published as: JP2018061332A

Description

本発明は、車載バッテリの充電システムに関し、特に、電池を昇温させるヒータを備えた充電システムに関する。

電気自動車やハイブリッド車両等、回転電機を駆動源とする車両には、直流電源である電池モジュールが搭載されている。電池モジュールは、複数の電池セル（単電池）が積層され接続されている。

電気自動車やハイブリッド車両等のうち、プラグイン充電や非接触充電等の外部充電が可能な車両は、外部充電プロセスが２段階に分かれて実行される場合がある。例えば最初に相対的に大電力で充電を行う第１充電モード（ＣＰ１）が実行される。次に、相対的に小電力で充電を行う第２充電モード（ＣＰ２）が実行される。第２充電モードは押し込み充電とも呼ばれ、充電効率が相対的に低下する高ＳＯＣ時に充電電力を絞ることで、充電効率の低下に伴う温度上昇や過電圧を抑制しつつ、充電を行っている。

また、電池モジュールの充放電特性はその温度（電池温度）に影響することが知られている。例えば低温であるほど電池モジュールの充放電効率は低下する。十分な充電効率及び放電効率を得るために、外部充電時にはヒータを用いて電池モジュールが昇温（加温）される。

例えば特許文献１では、所望の充電効率を得るために外部充電時に昇温が実行される。すなわち、外部充電の際に、外部電力が充電電力（充電用電力）と昇温電力（昇温用電力）とに分配される。この分配に際して、第１充電モードでは、外部電力（最大電力）に対する昇温電力の比率を変化させた際の充電時間（充電効率）の変化を予め求めておき、充電時間が最短となる、言い換えると充電効率が最高となる昇温電力の比率を求めている。第２充電モードでは、充電電力を固定値とし、残りの電力（最大電力−充電電力）が昇温電力に割り当てられる。

また、特許文献２では、所望の放電効率を得るために外部充電時に昇温が実行される。すなわち、外部充電の完了時における電池モジュールの放電効率を、ＥＶ走行が可能な程度にまで引き上げるために、外部充電中に電池モジュールを昇温させる。具体的には、昇温電力を固定値として、電池温度の実測値と目標温度から昇温時間を求める。さらに充電完了時刻タイマーの設定時刻から昇温時間分遡って昇温開始時刻を設定している。

特開２０１５−１５９６３３号公報特開２０１６−５１５９０号公報

ところで、外部充電プロセスにおいて第１充電モード及び第２充電モードを実施する場合、第１充電モードでは充電効率に基づいて昇温電力が定められる。充電効率に基づいた昇温が行われることから、第１充電モードの終了時には、所望の放電特性が得られるまで電池モジュールが昇温されていない場合がある。そこで第２充電モードにて電池モジュールを放電特性に基づく目標温度まで昇温させることが考えられるが、従来の第２充電モードにおける昇温電力は固定値に設定されているから、昇温制御が困難となる。例えば充電完了設定時刻より前に放電特性に基づく目標温度に到達して昇温が停止された結果、その後に電池温度が低下して充電完了設定時刻には目標温度を割り込むといったケースが考えられる。

そこで本発明は、第２充電モードにおいて、放電効率に基づく電池モジュールの目標温度への昇温制御を従来よりも高精度に行うことの可能な、車載バッテリの充電システムを提供することを目的とする。

本発明は、車両に搭載されたバッテリを車両外の外部電源から充電させる外部充電が可能な、車載バッテリ充電システムに関する。当該充電システムは、前記バッテリを昇温させるヒータと、前記バッテリの充電管理及び前記ヒータの制御を行う制御部と、を備える。前記制御部は、前記外部充電の際に、相対的に大電力で前記バッテリを充電する第１充電モードと、前記第１充電モード後に相対的に小電力で前記バッテリを充電する第２充電モードとを実行する。さらに前記制御部は、第１電力配分部、充電時間算出部、第２電力配分部、及び電力制御部を備える。第１電力配分部は、前記第１充電モードにおいて、前記外部電源から供給される外部電力を、前記バッテリの充電効率から求められ前記ヒータに供給される第１昇温電力と、前記バッテリへの第１充電電力とに配分する。充電時間算出部は、前記第１充電モード完了時点の前記バッテリのＳＯＣと目標ＳＯＣとのＳＯＣ差、及び、前記第２充電モードの充電電力として定められた第２充電電力に基づいて、前記第２充電モードの実行期間を求める。第２電力配分部は、前記第１充電モード完了時点のバッテリ温度と前記バッテリの放電効率から求められた放電目標温度との温度差と、前記第２充電モードの実行期間から、前記バッテリを前記放電目標温度まで昇温させるのに要する第２昇温電力を求める。電力制御部は、前記第２充電電力と前記第２昇温電力の和が前記外部電力以下であるときに、前記第２充電電力にて前記バッテリを充電させ、前記第２昇温電力にて前記ヒータを作動させる。

本発明によれば、外部充電の第２充電モードにおいて、放電効率に基づく電池モジュールの目標温度への昇温制御を従来よりも高精度に行うことが可能となる。

本実施形態に係る車載バッテリの充電システム及びこれを搭載した車両の構成を例示する図である。制御部の機能ブロックを例示する図である。出発タイマー設定時の外部充電フローを例示する図である。第１充電モード（ＣＰ１）における充電時間を設定するための充電効率マップを例示する図である。外部充電の電力配分を例示する図である。外部充電の電力配分の別例を示す図である。出発タイマー設定時の外部充電フローの別例を示す図である。外部充電の電力配分を例示する図である。

図１に、本実施形態に係る車載バッテリ充電システム及び当該システムが搭載された車両の構成を例示する。なお、図示を簡略化するために、図１では、本実施形態に係る充電システムとの関連性の低い構成については適宜図示を省略している。また、図１の矢印線は信号線を表している。

メインバッテリ１０は、ニッケル水素やリチウムイオン電池等の二次電池から構成される。例えばメインバッテリ１０は、１〜５Ｖ程度の電池セル（単電池）を複数積層させたスタック（積層体）から構成される。

メインバッテリ１０から出力された直流電力は昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１２にて昇圧される。昇圧された直流電力はインバータ１４にて直交変換される。変換後の交流電力は回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の少なくとも一方に供給される。回転電機ＭＧ１，ＭＧ２から動力分配機構１６を介して車輪１８に動力が伝達される動力伝達経路については既知であるので、ここでは説明を省略する。

また、メインバッテリ１０と昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１２とを繋ぐ電路から分岐して、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に接続される分岐電路が設けられる。メインバッテリ１０の高圧電力は降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０により降圧されてサブバッテリ２２、制御部２４、バッテリヒータ２６やその他の補機類に供給される。

また、図１に例示するプラグインハイブリッド車両は、車両外部のＡＣ電源３０（外部電源）からメインバッテリ１０への充電（外部充電またはプラグイン充電）が可能となっている。外部充電は、本実施形態に係る充電システムによって制御される。なお、ＡＣ電源３０は例えば家庭用の単相１００Ｖ交流電源や単相２００Ｖ交流電源である。

外部充電に当たり、ＡＣ電源３０のコネクタ３２（プラグ）が車両に設けられたコネクタ３４（インレット）に接続される。外部充電が開始される、すなわち制御部２４によって充電リレーＣＨＲがオフ状態からオン状態に切り替わると、ＡＣ電源３０から供給された交流電力が充電器３８によって交直変換及び昇圧され、変換及び昇圧後の直流電力がメインバッテリ１０に供給される。なお、充電器３８によって直交変換及び昇圧後の直流電力のうち、ＡＣ電源３０及び充電器３８によって得られ得る最大の直流電力を、外部電力として以下では取り扱ってもよい。

外部充電の開始トリガーは複数パターン設けられる場合がある。基本的には、ＡＣ電源３０のコネクタ３２が車両のコネクタ３４に接続されると、外部充電が開始される。また、車両のユーザにより出発タイマー３６が設定されている場合は、ＡＣ電源３０のコネクタ３２と車両のコネクタ３４とが接続されても外部充電が開始されずに一旦待機状態となる。出発タイマー３６に設定された出発予定時刻から逆算した外部充電開始時刻に至ると、外部充電が開始される。

なお、本実施形態に係る外部充電プロセスは、第１充電モード（ＣＰ１）及びその後に実行される第２充電モード（ＣＰ２）の２段階に分かれて実行される。第１充電モードでは、充電時間の短縮を狙って、相対的に大電力で充電が行われる。次に、第２充電モードでは、充電効率が相対的に低下する高ＳＯＣ時に、充電効率の低下に伴う温度上昇や過電圧を抑制するため、相対的に小電力で充電が行われる。第２充電モードは押し込み充電とも呼ばれる。

また後述するように、外部充電中にメインバッテリ１０の昇温（加温）が必要な場合には、バッテリヒータ２６が用いられる。すなわち、制御部２４によってシステムメインリレーＳＭＲ及びヒータリレー２８がオフ状態からオン状態に切り替えられると、ＡＣ電源３０から供給される外部電力の一部が降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０によって降圧されてバッテリヒータ２６に供給される。

本実施形態に係る充電システムは、制御部２４、バッテリヒータ２６、出発タイマー３６、及び起動タイマー４０を備える。

制御部２４は、メインバッテリ１０の充放電管理及びバッテリヒータ２６の制御を行う。制御部２４は、例えばコンピュータから構成され、演算回路であるＣＰＵ４２及び記憶部４４を備える。記憶部４４はＳＲＡＭ等の揮発性メモリ及びＲＯＭやハードディスク等の不揮発性メモリを含んで構成される。記憶部４４には後述する出発タイマー設定時の外部充電フローを実行するためのプログラムや、目標ＳＯＣ等、出発タイマー設定時の外部充電フローに関する各種パラメータが記憶される。

記憶部４４に記憶された外部充電プログラムを実行することで、制御部２４には、図２に示す機能部が生成される。この機能部は例えばＣＰＵ４２や記憶部４４等のリソースがそれぞれ割り当てられて生成されるものであり、仮想的にそれぞれ独立した機能ブロックとして図示される。この機能ブロックとして、制御部２４は、タイマー設定確認部５０、ＳＯＣ算出部５２、充電時間算出部５４、ＣＰ１電力配分算出部５６（第１電力配分部）、ＣＰ２電力配分算出部５８（第２電力配分部）、充電電力制御部６０（電力制御部）、及び、充電モード切替部６２を備える。

制御部２４の各機能部の動作について、図２の機能ブロック図及び図３に示す出発タイマー設定時の外部充電フローチャートを用いて説明する。

車両のスタートスイッチ（図示せず）が車両ユーザによってオフ操作され、システムメインリレーＳＭＲ（図１参照）が接続状態から遮断状態に切り替わった後、ＡＣ電源３０のコネクタ３２（プラグ）が車両のコネクタ３４（インレット）に接続される（プラグイン）。このとき、コネクタ３４から制御部２４のタイマー設定確認部５０に接続指令が送信され、図３のフローが起動される。

タイマー設定確認部５０は、出発タイマー３６に出発予定時刻ｔ２が設定されているか否かを確認する（Ｓ１０）。出発予定時刻ｔ２が設定されていない場合は、本フローが終了し、外部充電が実行される。

タイマー設定確認部５０は、出発タイマー３６に出発予定時刻ｔ２が設定されている場合、タイマー設定確認部５０にその出発予定時刻ｔ２を送信する。タイマー設定確認部５０は、送信された出発予定時刻ｔ２を充電時間算出部５４に送信（転送）する。

充電時間算出部５４は、外部充電に掛かる時間を求め、出発予定時刻ｔ２から外部充電時間を遡った時刻を外部充電の開始時刻とする。まず充電時間算出部５４は、第１充電モード（ＣＰ１）に掛かる時間（ＣＰ１充電時間）ｔ＿ｃｐ１及び第２充電モード（ＣＰ２）に掛かる時間（ＣＰ２充電時間）ｔ＿ｃｐ２を求める（Ｓ１２）。

ＣＰ１充電時間ｔ＿ｃｐ１を求める際には、メインバッテリ１０の充電効率が考慮される。図４には充電効率マップが示されている。メインバッテリ１０が低温状態にあると、充電効率が低下する。そこでＡＣ電源３０から供給される外部電力の一部をバッテリヒータ２６に割り当ててメインバッテリ１０を昇温しながら充電を行うことが考えられる。

このとき、バッテリヒータ２６に割り当てる電力（昇温電力）の割合が過度に大きくなると、充電電力への割り当てが減ることになり、充電に時間が掛かることになる。一方、バッテリヒータ２６に割り当てる電力（昇温電力）を過度に絞ると、メインバッテリ１０が昇温されないので、充電効率が低下して充電に時間が掛かることになる。そこで、充電電力と昇温電力との最良のバランスを得るために、図４に示すような充電効率マップが用いられる。

図４のグラフは、横軸が外部電力（最大電力）に対する昇温電力の比を示し、縦軸は充電時間を表す。このようなグラフは、メインバッテリ１０の温度及びＳＯＣごとに複数種類記憶部４４に記憶されていてよい。例えば充電時間算出部５４は、図示しない外気温センサから外気温（環境温度）を取得して、これを外部充電開始時のメインバッテリ１０の温度（初期温度）とする。さらにＳＯＣ算出部５２から、メインバッテリ１０の現在のＳＯＣ（充電前ＳＯＣ）を取得する。充電時間算出部５４は、初期温度及び充電前ＳＯＣに対応する充電効率マップを呼び出して、充電効率が最高の、つまり充電時間が最短となるプロットを選択してこれをＣＰ１充電時間ｔ＿ｃｐ１とする。

次に充電時間算出部５４は、ＣＰ２充電時間ｔ＿ｃｐ２を求める。第１充電モード（ＣＰ１）から第２充電モード（ＣＰ２）への移行は、メインバッテリ１０のＳＯＣをトリガーにして行われる。例えば所定のＳＯＣまでメインバッテリ１０が充電されると、充電モードはＣＰ１からＣＰ２に移行する。また、メインバッテリ１０の目標ＳＯＣは例えば固定値として設定される。このように、第２充電モードではメインバッテリ１０のＳＯＣ差ΔＳＯＣは予め定められている。

また、第２充電モードでは、高ＳＯＣとなって充電効率が相対的に低下したメインバッテリ１０の過電圧や過熱を防止するために、充電電力Ｐｃ＿ｃｐ２が予め設定されている。このように、充電電力Ｐｃ＿ｃｐ２及びΔＳＯＣが既知であるため、充電電力Ｐｃ＿ｃｐ２にてメインバッテリ１０をΔＳＯＣ充電するのに要する時間、つまり第２充電時間ｔ＿ｃｐ２を求めることができる。

続いて充電時間算出部５４は、出発予定時刻から、第１充電時間ｔ＿ｃｐ１及び第２充電時間ｔ＿ｃｐ２の和を遡った時刻を外部充電開始時刻ｔ０として起動タイマー４０に設定する（Ｓ１４）。その後制御部２４は外部充電開始時刻まで待機状態（スリープ状態）となる（Ｓ１６）。

外部充電開始時刻に到達すると、起動タイマー４０は充電電力制御部６０を起動させる。充電電力制御部６０は充電モード切替部６２に充電モードとして第１充電モード（ＣＰ１）を実行する実行指令を送信する。充電モード切替部６２は、昇温電力Ｐｗ＿ｃｐ１（第１昇温電力）と充電電力Ｐｃ＿ｃｐ１（第１充電電力）の電力配分を算定する要求指令をＣＰ１電力配分算出部５６に送信する。

ＣＰ１電力配分算出部５６は、昇温効率マップ（図４）を参照して、ステップＳ１２にて求めた第１充電時間ｔ＿ｃｐ１に対応する昇温電力／外部電力（Ｐｗ＿ｃｐ１／Ｐｓ）の比を求める。さらにＡＣ電源３０から供給される外部電力Ｐｓ［Ｗ］（の最大値）から昇温電力Ｐｗ＿ｃｐ１［Ｗ］を求める。さらに外部電力Ｐｓから昇温電力Ｐｗ＿ｃｐ１を引いてこれを充電電力Ｐｃ＿ｃｐ１とする。

ＣＰ１電力配分算出部５６から昇温電力Ｐｗ＿ｃｐ１及び充電電力Ｐｃ＿ｃｐ１が充電電力制御部６０に送信されると、充電電力制御部６０は、図５に示すように、昇温電力Ｐｗ＿ｃｐ１にてバッテリヒータ２６を作動させ、また充電電力Ｐｃ＿ｃｐ１にてメインバッテリ１０を充電させる（Ｓ１８）。例えば充電電力制御部６０は、システムメインリレーＳＭＲを遮断状態から接続状態に切り替えて、外部電力の一部を降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に供給する。充電電力制御部６０は、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０のＰＷＭ制御を通して、バッテリヒータ２６に供給される昇温電力［Ｗ］を制御する。

ＳＯＣ算出部５２は、メインバッテリ１０に供給される電流を電流センサ３７を介してモニタリングし、またメインバッテリ１０の電圧変化を電圧センサ３９を介してモニタリングすることで、メインバッテリ１０のＳＯＣを算出する。算出されたＳＯＣは充電電力制御部６０に送られる。充電電力制御部６０は、受信したＳＯＣに基づき、第１充電モードが完了したか否かを判定する（Ｓ２０）。例えば、メインバッテリ１０のＳＯＣが、第１充電モードから第２充電モードへの切り替えのトリガーとなる、所定の閾値ＳＯＣ以上となっているか否かが判定される。メインバッテリ１０のＳＯＣが閾値ＳＯＣ未満である場合、第１充電モードが継続される。

メインバッテリ１０のＳＯＣが閾値ＳＯＣ以上である場合、第１充電モードから第２充電モードに移行する。充電電力制御部６０は、充電モード切替部６２に、充電モードとして第２充電モード（ＣＰ２）を実行する実行指令を送信する。充電モード切替部６２は、昇温電力Ｐｗ＿ｃｐ２（第２昇温電力）と充電電力Ｐｃ＿ｃｐ２（第２充電電力）の電力配分を算定する要求指令をＣＰ２電力配分算出部５８に送信する。

ＣＰ２電力配分算出部５８は、バッテリ温度センサ４８から、第１充電モード完了時点ｔ１のバッテリ温度Ｔｂ（ｔ１）を取得する（Ｓ２２）。また、充電時間算出部５４は、ＣＰ２充電時間ｔ＿ｃｐ２を再度求める（Ｓ２４）。具体的にはステップＳ１２と同様にして、第１充電モード完了時点ｔ１におけるメインバッテリ１０のＳＯＣと目標ＳＯＣとのＳＯＣ差、及び、予め定められた充電電力Ｐｃ＿ｃｐ２（第２充電電力）に基づいて、第２充電時間ｔ＿ｃｐ２を求める。または、ステップＳ１２にて求めたＣＰ２充電時間ｔ＿ｃｐ２をそのまま用いてもよい。ＣＰ２充電時間ｔ＿ｃｐ２はＣＰ２電力配分算出部５８に送信される。

ＣＰ２電力配分算出部５８は、第２充電時間ｔ＿ｃｐ２、第１充電モード完了時点ｔ１のバッテリ温度Ｔｂ（ｔ１）、及び、予め設定された放電目標温度Ｔｄから、メインバッテリ１０の昇温に必要な昇温電力Ｐｗ＿ｃｐ２（第２昇温電力）を求める（Ｓ２６）。

上述したように、本実施形態では出発タイマーが設定されており、外部充電後に車両が運転可能（Ｒｅａｄｙ−Ｏｎ）状態となる。このとき、メインバッテリ１０の電力、つまり回転電機ＭＧ１、ＭＧ２の動力のみにて（内燃機関４６の動力を用いずに）車両を駆動させるいわゆるＥＶ走行モードが可能となるように、放電効率に基づいてメインバッテリ１０の放電目標温度Ｔｄが定められる。ＣＰ２電力配分算出部５８は、外部充電後にメインバッテリ１０の温度Ｔｂが放電目標温度Ｔｄに到達するように、昇温電力Ｐｗ＿ｃｐ２を設定する。

放電目標温度Ｔｄから第１充電モード完了時点ｔ１のバッテリ温度Ｔｂ（ｔ１）を引くことで温度差ΔＴが得られる。これにメインバッテリ１０の質量及び比熱を掛けることで熱量［Ｊ］が求められる。なお、メインバッテリ１０の質量及び比熱は予め求められ、制御部２４の記憶部４４に記憶される。熱量［Ｊ］を第２充電時間ｔ＿ｃｐ２で割ることで昇温電力Ｐｗ＿ｃｐ２［Ｗ］が求められる。

ＣＰ２電力配分算出部５８は、求められた昇温電力Ｐｗ＿ｃｐ２及び予め設定されたＣＰ２充電電力Ｐｃ＿ｃｐ２を充電電力制御部６０に送信する。充電電力制御部６０では、昇温電力Ｐｗ＿ｃｐ２とＣＰ２充電電力Ｐｃ＿ｃｐ２の和が、外部電力Ｐｓ以下であるか否かが判定される（Ｓ２８）。

昇温電力Ｐｗ＿ｃｐ２とＣＰ２充電電力Ｐｃ＿ｃｐ２の和が、外部電力Ｐｓ以下である場合、図５の時刻ｔ１〜ｔ２に示すように、充電電力制御部６０は、昇温電力Ｐｗ＿ｃｐ２にてバッテリヒータ２６を作動させ、また充電電力Ｐｃ＿ｃｐ２にてメインバッテリ１０を充電させる（Ｓ３０）。ＳＯＣ算出部５２は、メインバッテリ１０のＳＯＣを算出してこれを充電電力制御部６０に送信する。充電電力制御部６０は、送信されたＳＯＣが目標ＳＯＣに到達したか否か、つまり第２充電モードが完了したか否かを判定する（Ｓ３２）。送信されたＳＯＣが目標ＳＯＣ未満である場合、第２充電モードが継続される。また、送信されたＳＯＣが目標ＳＯＣ以上である場合、図３に示すフローは終了となる。

一方、ステップＳ２８にて昇温電力Ｐｗ＿ｃｐ２とＣＰ２充電電力Ｐｃ＿ｃｐ２の和が、外部電力Ｐｓを超過する場合、充電電力制御部６０は、充電電力Ｐｃ＿ｃｐ２にてメインバッテリ１０を充電させる一方で、外部電力Ｐｓから充電電力Ｐｃ＿ｃｐ２を引いた電力を昇温電力としてバッテリヒータ２６を作動させる（Ｓ３４）。

ＳＯＣ算出部５２は、メインバッテリ１０のＳＯＣを算出してこれを充電電力制御部６０に送信する。充電電力制御部６０は、送信されたＳＯＣが目標ＳＯＣに到達したか否か、つまり第２充電モードが完了したか否かを判定する（Ｓ３６）。送信されたＳＯＣが目標ＳＯＣ未満である場合、第２充電モードが継続される。また、送信されたＳＯＣが目標ＳＯＣ以上である場合、図６の時刻ｔ２以降に示されているように、外部電力Ｐｓのすべてを昇温電力Ｐｗ＿ｃｐ２に割り当てて（Ｐｓ＝Ｐｗ＿ｃｐ２）、メインバッテリ１０を速やかに昇温させる（Ｓ３８）。

充電電力制御部６０はバッテリ温度Ｔｂをモニタリングして、これが放電目標温度Ｔｄ以上となったか否かを判定する（Ｓ４０）。Ｔｂ＜Ｔｄである場合、Ｐｓ＝Ｐｗ＿ｃｐ２での昇温が継続される。一方、Ｔｂ≧Ｔｄである場合、図３のフローは終了となる。

なお、図３や図５に示す実施形態では、第２充電フローの全期間に亘って昇温を行っていたが、この形態に限らない。図７には図３とは別例の、出発タイマー設定時の外部充電フローが示されている。なお図７において、符号（ステップ番号）が図３と同一のステップについては内容が同一であることから、適宜説明を省略する。

本フローでは、第２充電モードに際して、昇温電力を常に外部電力ＰｓとＣＰ２充電電力Ｐｃ＿ｃｐ２の差（Ｐｓ−Ｐｃ＿ｃｐ２）とする。その上で、メインバッテリ１０を間欠的に昇温する。

ステップＳ２８にて、昇温電力Ｐｗ＿ｃｐ２とＣＰ２充電電力Ｐｃ＿ｃｐ２の和が、外部電力Ｐｓ以下である場合、ＣＰ２電力配分算出部５８は、外部電力ＰｓとＣＰ２充電電力Ｐｃ＿ｃｐ２の差（Ｐｓ−Ｐｃ＿ｃｐ２）を昇温電力として昇温を実施する昇温時間ｔｗ＿ｃｐ２を算出する（Ｓ４２）。

例えば、放電目標温度Ｔｄから第１充電モード完了時点ｔ１のバッテリ温度Ｔｂ（ｔ１）を引くことで温度差ΔＴが得られる。これにメインバッテリ１０の質量及び比熱を掛けることで熱量［Ｊ］が求められる。この熱量［Ｊ］を昇温電力（Ｐｓ−Ｐｃ＿ｃｐ２）で割ることで、昇温時間ｔｗ＿ｃｐ２が得られる。

ＣＰ２電力配分算出部５８は、充電電力Ｐｃ＿ｃｐ２、昇温電力Ｐｗ＿ｃｐ２（＝Ｐｓ−Ｐｃ＿ｃｐ１）、及び昇温時間ｔｗ＿ｃｐ２を、充電電力制御部６０に送信する。充電電力制御部６０は、まず充電電力Ｐｃ＿ｃｐ２にてメインバッテリ１０を充電させる。バッテリヒータ２６は休止させる（Ｓ４４）。

充電電力制御部６０は、現在時刻が、出発予定時刻（充電終了予定時刻）ｔ２から昇温時間分ｔｗ＿ｃｐ２遡った時刻（昇温開始時刻）に到達したか否かを判定し（Ｓ４６）、到達した場合に、図８に示すように、昇温電力（Ｐｓ−Ｐｗ＿ｃｐ２）にてバッテリヒータ２６を作動させる。また充電電力Ｐｃ＿ｃｐ２のまま、メインバッテリ１０への充電が維持される（Ｓ４８）。

ＳＯＣ算出部５２は、メインバッテリ１０のＳＯＣを算出してこれを充電電力制御部６０に送信する。充電電力制御部６０は、送信されたＳＯＣが目標ＳＯＣに到達したか否か、つまり第２充電モードが完了したか否かを判定する（Ｓ５０）。送信されたＳＯＣが目標ＳＯＣ未満である場合、第２充電モード（充電及び昇温）が継続される。また、送信されたＳＯＣが目標ＳＯＣ以上である場合、図７に示すフローは終了となる。

１０メインバッテリ、２４制御部、２６バッテリヒータ（ヒータ）、３０ＡＣ電源（外部電源）、３６出発タイマー、４０起動タイマー、４８バッテリ温度センサ、５０タイマー設定確認部、５２ＳＯＣ算出部、５４充電時間算出部、５６ＣＰ１電力配分算出部（第１電力配分部）、５８ＣＰ２電力配分算出部（第２電力配分部）、６０充電電力制御部（電力制御部）、６２充電モード切替部。

Claims

車両に搭載されたバッテリを車両外の外部電源から充電させる外部充電が可能な、車載バッテリ充電システムであって、
前記バッテリを昇温させるヒータと、
前記バッテリの充電管理及び前記ヒータの制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記外部充電の際に、相対的に大電力で前記バッテリを充電する第１充電モードと、前記第１充電モード後に相対的に小電力で前記バッテリを充電する第２充電モードとを実行し、
前記第１充電モードにおいて、前記外部電源から供給される外部電力を、前記バッテリの充電効率から求められ前記ヒータに供給される第１昇温電力と、前記バッテリへの第１充電電力とに配分する第１電力配分部と、
前記第１充電モード完了時点の前記バッテリのＳＯＣと目標ＳＯＣとのＳＯＣ差、及び、前記第２充電モードの充電電力として定められた第２充電電力に基づいて、前記第２充電モードの実行期間を求める充電時間算出部と、
前記第１充電モード完了時点のバッテリ温度と、前記バッテリの放電効率から求められ前記充電効率に基づいて昇温された前記第１充電モード完了時点のバッテリ温度よりも高い放電目標温度との温度差と、前記第２充電モードの実行期間から、前記バッテリを前記放電目標温度まで昇温させるのに要する第２昇温電力を求める第２電力配分部と、
前記第２充電電力と前記第２昇温電力の和が前記外部電力以下であるときに、前記第２充電電力にて前記バッテリを充電させ、前記第２昇温電力にて前記ヒータを作動させる電力制御部と、
を備えることを特徴とする車載バッテリ充電システム。