JP7427454B2 - 電動車両のバッテリ温度制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両に搭載された車両駆動用のバッテリと電力系統との間で双方向の電力の授受が可能なＶ２Ｇ（Vehicle to Grid）において、そのＶ２Ｇに参加する電動車両のバッテリ温度制御装置に関する。

近年、電気自動車やプラグインハイブリッド車など、車両駆動用のバッテリを搭載した電動車両を、移動手段として使用しないときに、商用電力網を有する電力系統に接続し、上記バッテリを充電するだけではなく、そのバッテリが蓄電した電力を電力系統に供給するＶ２Ｇの実用化が進められている。このようなＶ２Ｇでは、電力系統に接続された電動車両のバッテリが、電力需給の調整役として機能する。すなわち、電力系統において、発電量が需要に対して過剰に多い場合には電動車両のバッテリに充電を行い、逆に、発電量が少ない場合にはバッテリを放電させることによって電力系統に供給する。それらにより、電力系統における電力の需給バランスの維持を図ることが可能である。

上記のようなＶ２Ｇに参加する電動車両には、電力系統側の交流電圧と電動車両のバッテリ側の直流電圧との間で電力を変換する電力変換器が設けられている。この電力変換器により、バッテリへの充電の際には、電力系統側の交流電圧が直流電圧に変換される一方、バッテリの放電による電力系統への電力供給の際には、バッテリ側の直流電圧が交流電圧に変換される。

上記のバッテリ及び電力変換器はいずれも、バッテリが充放電する際に発熱し、バッテリ及び電力変換器の温度が高くなりすぎると、適切な充放電が行えないことがある。また、低温環境下において、バッテリの温度が低くなりすぎる場合も、適切な充放電が行えないことがある。そのため、バッテリを適切な温度範囲に維持することが好ましく、そのようなバッテリ温度制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。

特許文献１のバッテリ温度制御装置は、冷却水などの冷媒を循環させる温度調整回路を備えており、この温度調整回路に、バッテリが接続されるとともに、上述した電力変換器としての双方向充電器が接続されている。そして、温度調整回路において冷媒を循環させることによって、高温のバッテリの温度を低下させたり、低温のバッテリの温度を上昇させたりすることにより、バッテリの温度を所定の温度範囲に調整している。

特開２０１８－１５２２０１号公報

しかし、上記のバッテリ温度制御装置を備えた電動車両がＶ２Ｇに参加している場合、例えば、電動車両が低温環境下にあり、そのバッテリの温度が所定の温度範囲よりも低いときには、電力系統側からの充放電の要求に適切に応えることができないことがある。一般に、上記のようなバッテリには、その特性上、バッテリ自体の温度に応じて、充放電する際の出力の限界値がある。そのため、電力系統側からの要求に従うバッテリの充放電（以下、「Ｖ２Ｇの実行」という）中に、バッテリの出力の限界値を超えた要求に従って充放電が行われると、バッテリに不具合が生じるおそれがある。そのような不具合を回避するために、上述した従来のバッテリ温度制御装置では、Ｖ２Ｇの実行の開始前に、そのバッテリの温度を上昇させる昇温制御を行っている。つまり、バッテリの温度が所定温度範囲の下限値よりも低いときにはＶ２Ｇの実行ができず、バッテリの昇温を待って、Ｖ２Ｇの実行を開始している。

また、前述したように、バッテリの充放電に伴い、バッテリに加えて双方向充電器も発熱するため、上記のバッテリ温度制御装置では、温度調整回路を循環する冷媒を介して、双方向充電器の熱エネルギーをバッテリに伝え、バッテリを昇温させることが可能である。しかし、バッテリと双方向充電器では通常、適正に作動するように管理される温度が異なるため、単一ループで構成される温度調整回路では、バッテリ及び双方向充電器の温度調整を効率よく行うことができないことがある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、低温環境下において、Ｖ２Ｇを実行しながら、車両駆動用のバッテリを効率よく加温することができる電動車両のバッテリ温度制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、電動車両３に搭載された車両駆動用のバッテリ２１と電力系統２との間で双方向の電力の授受が可能なＶ２Ｇにおいて、Ｖ２Ｇに参加している電動車両のバッテリの温度（実施形態における（以下、本項において同じ）バッテリ温度ＴＢ）を制御するための電動車両のバッテリ温度制御装置であって、バッテリを、冷媒を循環させることによって冷却又は加温するためのバッテリ冷却回路５０と、バッテリと電力系統との間で電力を変換する電力変換器（双方向充電器２２）を、冷媒を循環させることによって冷却するための電力変換器冷却回路（充電器冷却回路６０）と、バッテリ冷却回路と電力変換器冷却回路とを連結可能な冷却回路連結手段（四方弁５４）と、バッテリの温度を検出するバッテリ温度検出手段（バッテリ温度センサ７１）と、電動車両に設けられ、冷却回路連結手段及びバッテリの充放電を制御するとともに、バッテリに関する情報を送受信可能な車両側制御手段（ＥＣＵ２０）と、電力系統に設けられ、車両側制御手段との間でバッテリに関する情報を送受信可能に構成されるとともに、バッテリの充放電を管理する電力系統側バッテリ充放電管理手段（アグリゲータ７）と、を備えており、電力系統側バッテリ充放電管理手段がバッテリの充放電の開始指令を車両側制御手段に送信することにより、Ｖ２Ｇの実行を開始した場合において、車両側制御手段は、検出されたバッテリ温度が所定温度ＴＢＲＥＦよりも低いとき（ＴＢ＜ＴＢＲＥＦ）に、冷却回路連結手段を制御することにより、通常はそれぞれ独立しているバッテリ冷却回路と電力変換器冷却回路とを連結し、それにより、Ｖ２Ｇを実行しながら、バッテリを加温することを特徴とする。

この構成によれば、Ｖ２Ｇに参加する電動車両には、車両駆動用のバッテリ及び上記の電力変換器が搭載されている。また、上記の電動車両には、バッテリを冷却又は加温するバッテリ冷却回路と、電力変換器を冷却する電力変換器冷却回路が設けられ、これらの冷却回路が、冷却回路連結手段によって連結可能になっている。電力系統に設けられた電力系統側バッテリ充放電管理手段が、バッテリの充放電の開始指令を、車両側制御手段に送信することにより、Ｖ２Ｇの実行が開始される。この場合、電動車両が低温環境下にあって、バッテリ温度が所定温度よりも低いときには、車両側制御手段によって冷却回路連結手段が制御されることにより、通常はそれぞれ独立しているバッテリ冷却回路と電力変換器冷却回路が連結される。

電力変換器が適正に作動するように管理される温度は通常、バッテリのそれよりも高い。したがって、電力変換器冷却回路を循環する冷媒の温度は、バッテリ冷却回路を循環する冷媒の温度よりも高く、両冷却回路が連結されることにより、電力変換器冷却回路を流れる高温の冷媒を、バッテリ冷却回路に流入させることができる。また、Ｖ２Ｇの実行が開始されることにより、バッテリ及び電力変換器の温度が上昇する。この場合、電力変換器冷却回路を流れる冷媒をバッテリ冷却回路に流入させるので、バッテリの発熱のみで、その温度を上昇させる場合に比べて、バッテリの温度を効率よく上昇させることができる。以上のように、本発明によれば、低温環境下において、Ｖ２Ｇを実行しながら、車両駆動用のバッテリを効率よく加温することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電動車両のバッテリ温度制御装置において、車両側制御手段は、検出されたバッテリ温度が所定温度よりも低いときに、電力系統側バッテリ充放電管理手段に、バッテリが加温されるべき状態であることを表す加温要求を送信するとともに、バッテリが充放電する際の出力制限値（充電リミットＣＨＬＭＴ、放電リミットＤＣＬＭＴ）を送信し、電力系統側バッテリ充放電管理手段は、加温要求を受信したときに、受信した出力制限値に応じ、出力制限値を超えないよう、車両側制御手段に対し、バッテリが充放電すべき出力要求を行うことを特徴とする。

この構成によれば、バッテリの温度が所定温度よりも低いときに、車両側制御手段が、電力系統側バッテリ充放電管理手段に、上記加温要求及びバッテリの出力制限値を送信する。なお、バッテリの出力制限値とは、バッテリの温度などに応じて規定され、そのバッテリが充電及び放電する際のそれぞれの限界の電力値である。一方、電力系統側バッテリ充放電管理手段は、加温要求を受信したときに、受信した出力制限値に応じ、その出力制限値を超えないよう、車両側制御手段に対し、バッテリが充放電すべき出力要求を行う。これにより、Ｖ２Ｇによるバッテリの充放電は、そのバッテリの出力制限値を超えないように行われ、したがって、バッテリ温度が所定温度よりも低い場合であっても、Ｖ２Ｇを安定して実行することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の電動車両のバッテリ温度制御装置において、車両側制御手段は、電力系統側バッテリ充放電管理手段に、バッテリに対する所定の出力プロファイルを送信し、電力系統側バッテリ充放電管理手段は、受信した出力プロファイルに応じて、車両側制御手段に対し、バッテリが充放電すべき出力要求を行うことを特徴とする。

この構成によれば、車両側制御手段が、電力系統側バッテリ充放電管理手段に対し、バッテリに対する所定の出力プロファイルを送信する。この出力プロファイルは、現在のバッテリの状態において、充放電による出力が可能な充放電の波形データや、充電及び放電のデューティ比などのデータである。そして、電力系統側バッテリ充放電管理手段は、受信した出力プロファイルに応じて、車両側制御手段に対し、バッテリが充放電すべき出力要求を行う。これにより、車両側の要求に応じたＶ２Ｇの実行が可能になる。

請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかに記載の電動車両のバッテリ温度制御装置において、車両側制御手段は、検出されたバッテリ温度が所定温度以上のときに、冷却回路連結手段を制御することにより、バッテリ冷却回路と電力変換器冷却回路との連結を解除することを特徴とする。

この構成によれば、バッテリ温度が所定温度以上のときには、車両側制御手段によって冷却回路連結手段が制御されることにより、バッテリ冷却回路と電力変換器冷却回路との連結が解除される。これにより、その後、バッテリ冷却回路と電力変換器冷却回路がそれぞれ独立した冷却回路となり、バッテリ及び電力変換器をそれぞれに適した温度範囲で冷却することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれかに記載の電動車両のバッテリ温度制御装置において、冷却回路連結手段は、冷媒が流出入可能な４つの出入り口を有しかつ４つの出入り口のうちの任意の２つの出入り口を互いに連通可能に構成された四方弁を備えており、４つの出入り口のうちの２つの出入り口にバッテリ冷却回路が接続され、他の２つの出入り口に電力変換器冷却回路が接続されていることを特徴とする。

この構成によれば、冷却回路連結手段が上記の四方弁を備えており、四方弁の４つの出入り口のうちの２つの出入り口にバッテリ冷却回路が接続される一方、他の２つの出入り口に電力変換器冷却回路が接続されている。バッテリ冷却回路に接続された２つの出入り口が互いに連通され、電力変換器冷却回路に接続された２つの出入り口が互いに連通されている場合には、バッテリ冷却回路と電力変換器冷却回路がそれぞれ独立した冷却回路となる。一方、バッテリ冷却回路に接続された２つの出入り口の一方と、電力変換器冷却回路に接続された２つの出入り口のいずれかが連通されることにより、バッテリ冷却回路と電力変換器冷却回路が連結された冷却回路となる。以上のように、冷却回路連結手段として、上記の四方弁を採用することにより、バッテリ冷却回路と電力変換器冷却回路との連結及びその解除を容易に行うことができる。

Ｖ２Ｇシステムの全体構成を模式的に示す図である。 電動車両のＥＣＵを中心とするバッテリ温度制御装置を示すブロック図である。 電動車両のＥＣＵと電力系統のアグリゲータとの間において送受信されるデータを説明するための図である。 （ａ）は、電動車両に搭載された冷却装置を模式的に示す図であり、（ｂ）は四方弁を拡大して示す図である。 図４と同様の図であり、バッテリ冷却回路と充電器用冷却回路とを連結した状態を示している。 四方弁の切換制御を示すフローチャートである。 バッテリ温度と、バッテリ出力の限界値（放電リミットＤＣＬＭＴ、充電リミットＣＨＬＭＴ）、並びにバッテリへの要求出力の上限値及び下限値（最大要求出力ＲＱＭＡＸ、最小要求出力ＲＱＭＩＮ）との関係を説明するための説明図である。 バッテリへの要求出力がバッテリ出力の限界値を超えて行われる状態を説明するための説明図である。 バッテリへの要求出力がバッテリ出力の限界値内で行われる状態を説明するための説明図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、Ｖ２Ｇシステムの全体構成を模式的に示している。このＶ２Ｇシステム１は、商用電力網を含む電力系統２と、複数（図１では１台のみ図示）の電動車両３との間で、電力の融通を行うシステムであり、電動車両３が移動手段として使用されないときに、その電動車両３に搭載された車両駆動用のバッテリ２１が、電力貯蔵設備として利用される。したがって、Ｖ２Ｇに参加する電動車両３のバッテリ２１と電力系統２との間では、双方向の電力の授受が可能になっている。

図１に示すように、Ｖ２Ｇシステム１は、発電所４及び電力網５を有する電力系統２を備えている。発電所４では、火力、水力、原子力、風力又は太陽光などのエネルギーによって発電が行われる。電力網５は、送電網及び配電網を含んでおり、発電所４で発電した電力を電力需要者側に送る。また、電力系統２では、送電網を管理する系統運用機関６（図１では「ＩＳＯ／ＲＴＯ」（Independent System Operator / Regional Transmission Organization）と表記）と、Ｖ２Ｇに参加する電動車両３のバッテリ２１の充放電を管理するアグリゲータ７が、通信線を介して、互いに接続されるとともに発電所４及び後述するＨＥＭＳ１１に接続されている。

電動車両３は、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）１１を介して、上記の電力系統２に接続されている。上記のＨＥＭＳ１１は、一般家庭などに設置され、家庭内の電気エネルギーを管理するシステムであり、家庭内で使用される各種の電気機器が通信線を介して接続されている。なお、図１では、スマートメータ１２及び充電スタンド１３のみを図示している。上記の充電スタンド１３から延びるケーブルの先端部のコネクタ１３ａが電動車両３のインレット３ａに接続されることにより、電動車両３が、電力系統２の電力網５に電力線を介して接続されるとともに、電力系統２のアグリゲータ７に通信線を介して接続される。このアグリゲータ７は、電動車両３を含め、図示しない複数の電動車両のバッテリ２１の充放電を管理する装置であり、電動車両３との間で所定のデータや指令を送受信することにより、発電所４を運営する電力会社や、送電網を管理する系統運用機関６などの要求に応えるようになっている。

また、電動車両３は、上記バッテリ２１に加えて、駆動源としてエンジン（図示せず）を搭載したプラグインハイブリッド車である。エンジンは、例えば直列４気筒のガソリンエンジンであり、バッテリ２１は、例えばリチウムイオン電池で構成されている。また、この電動車両３には、交流電圧と直流電圧の間で電力を変換する双方向充電器２２（電力変換器）が設けられている。具体的には、この双方向充電器２２は、バッテリ２１への充電の際に、電力系統２からの交流電圧を直流電圧に変換する一方、バッテリ２１の放電による電力系統２への電力供給の際に、バッテリ２１からの直流電圧を交流電圧に変換する。

さらに、電動車両３には、その内部の各種機器を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)２０が設けられている。図２に示すように、ＥＣＵ２０（車両側制御手段）は、後述する各種センサ７１～７５からの入力信号に応じて、電動車両３内の後述する冷却装置３１を制御する。また、ＥＣＵ２０は、送受信部２０ａを有しており、電力系統２のアグリゲータ７との間で、バッテリ２１に関する情報などを送受信可能になっている。

ここで、図３を参照して、電動車両３と電力系統２との間で送受信されるデータについて説明する。電動車両３のＥＣＵ２０と、電力系統２のアグリゲータ７との間で通信が確立されると、電動車両３のＥＣＵ２０から、バッテリ２１に関する情報としての以下のデータａ～ｄがアグリゲータ７に送信される。
ａ．充電率
ｂ．バッテリの出力（充電／放電）の制限値
ｃ．充電率の制限値
ｄ．充電完了時間

上記データａは、電動車両３における現在のバッテリ２１の充電率（ＳＯＣ(Stage Of Charge)）である。データｂは、バッテリ２１の出力の制限値、具体的には、充電時における充電可能な限界の電力値、及び放電時における放電可能な限界の電力値である。データｃは、充電率の制限値、具体的には、Ｖ２Ｇの実行中において、バッテリ２１に許容される充電率の上限値及び下限値である。さらに、データｄは、電動車両３のユーザによって設定され、バッテリ２１の満充電が完了すべき時刻である。

また、電動車両３のバッテリ２１の温度が所定温度よりも低いときには、ＥＣＵ２０から、以下のデータｅ及びｆもアグリゲータ７に送信される。
ｅ．バッテリの加温要求
ｆ．バッテリの要求出力プロファイル
上記データｅは、バッテリ２１の温度が低く、バッテリ２１が加温すべき状態であることを通知するものである。また、データｆは、バッテリ２１の充電及び放電を実行するに当たり、電動車両３側が要求する出力プロファイルである。この出力プロファイルは、現在のバッテリ２１の状態において、充放電による出力が可能な充放電の波形データや、充電及び放電のデューティ比などのデータである。なお、データｆについては、バッテリ２１の温度が所定温度よりも低いときに限らず、所定温度以上のときに送信することも可能である。

一方、アグリゲータ７からは、以下のデータα及びβが電動車両３のＥＣＵ２０に送信される。
α．Ｖ２Ｇの実行の開始／終了
β．バッテリの出力（充電／放電）の要求
上記のデータαは、Ｖ２Ｇの実行の開始あるいは終了の指令である。また、データβは、Ｖ２Ｇの実行時に、バッテリ２１に対して要求する出力、すなわち、充電時にはバッテリ２１に充電すべき電力値であり、放電時にはバッテリ２１から放電すべき電力値である。

次に、図４及び図５を参照して、電動車両３に設けられた冷却装置３１について説明する。図４（ａ）に示すように、冷却装置３１は、エンジン（図示せず）を冷却するエンジン冷却回路４０と、バッテリ２１を冷却又は加温するバッテリ冷却回路５０と、双方向充電器２２を冷却する充電器冷却回路６０とを備えており、冷媒としての冷却水を、それぞれの冷却回路４０、５０及び６０において循環させるようになっている。

エンジン冷却回路４０は、エンジン及びラジエータ（いずれも図示せず）などに冷却水を循環させるための第１流路４１を有している。図４（ａ）に示すように、第１流路４１には、電動ポンプ４２、開閉弁４３、ヒータ４４及び車室内の暖房用のヒータコア４５が設けられている。また、第１流路４１には、上記開閉弁４３をバイパスするバイパス流路４６が設けられている。このバイパス流路４６には、バッテリ冷却回路５０の後述する分岐流路５６との間で熱交換を行うための熱交換器４７が設けられている。なお、電動ポンプ４２が作動することにより、第１流路４１において、冷却水が所定回り（例えば図４（ａ）の時計回り）に循環する。

バッテリ冷却回路５０は、冷却水を循環させるための第２流路５１を有しており、この第２流路５１には、前記バッテリ２１、三方弁５２、チラー５３、四方弁５４及び電動ポンプ５５が設けられている。第２流路５１には、バッテリ２１とチラー５３との間に、分岐して自身に戻る分岐流路５６が設けられ、その分岐流路５６と第２流路５１のチラー５３側の分岐部分に、三方弁５２が設けられている。この三方弁５２は、３つの出入り口を有しており、ＥＣＵ２０によって制御されることにより、２つの出入り口が所定の組み合わせで互いに連通されるようになっている。そして、三方弁５２によって、分岐流路５６に冷媒が流れるよう、その分岐流路５６が第２流路５１に連結されたときには、熱交換器４７を介して、エンジン冷却回路４０とバッテリ冷却回路５０との間で、熱エネルギーを移動させることが可能となる。また、チラー５３は、第２流路５１を流れる冷却水を、その温度などに応じて適宜、冷却する。

図４（ｂ）は、四方弁５４を拡大して示している。同図に示すように、この四方弁５４は、４つの出入り口５４ａ、５４ｂ、５４ｃ及び５４ｄを有しており、ＥＣＵ２０によって制御されることにより、任意の２つの出入り口が互いに連通されるように構成されている。図４（ｂ）は、バッテリ冷却回路５０の第２流路５１に接続された第１及び第２出入り口５４ａ及び５４ｂが、第１連通路５７ａによって連通されるとともに、充電器冷却回路６０の後述するバイパス流路６５に接続された第３及び第４出入り口５４ｃ及び５４ｄが、第２連通路５７ｂによって連通された状態を示している。この場合、バッテリ冷却回路５０と充電器冷却回路６０は、それぞれ独立した冷却回路となっている。なお、バッテリ冷却回路５０では、電動ポンプ５５が作動することにより、第２流路５１において、冷却水が所定回り（例えば図４（ａ）の時計回り）に循環する。

充電器冷却回路６０は、冷却水を循環させるための第３流路６１を有しており、この第３流路６１には、前記双方向充電器２２、ＰＣＵ（power control unit）６２、ラジエータ６３及び電動ポンプ６４が設けられている。第３流路６１には、双方向充電器２２をバイパスするバイパス流路６５が設けられている。このバイパス流路６５には、開閉弁６６が設けられ、また、前記四方弁５４の第３及び第４出入り口５４ｃ及び５４ｄが接続されている。なお、充電器冷却回路６０では、電動ポンプ６４が作動することにより、第３流路６１において、冷却水が所定回り（例えば図４（ａ）の時計回り）に循環する。

図５（ａ）及び（ｂ）は、上述した図４（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ対応し、四方弁５４によって、バッテリ冷却回路５０の第２流路５１と、充電器冷却回路６０のバイパス流路６５とを連結した状態を示している。すなわち、図５（ｂ）に示すように、四方弁５４の第１及び第３出入り口５４ａ及び５４ｃが、第３連通路５７ｃによって連通されるとともに、四方弁５４の第２及び第４出入り口５４ｂ及び５４ｄが、第４連通路５７ｄによって連通されている。これにより、図５（ａ）に示すように、バッテリ冷却回路５０の第２流路５１と充電器冷却回路６０のバイパス流路６５が連結され、単一ループの流路が形成される。

上述した冷却装置３１には、図２に示すように、バッテリ２１の温度を検出するバッテリ温度センサ７１及び双方向充電器２２の温度を検出する充電器温度センサ７２が設けられ、それらの検出結果がＥＣＵ２０に入力される。また、バッテリ２１には、その状態の各種情報（例えば充電率）を検出するバッテリセンサ７３が設けられ、その検出結果がＥＣＵ２０に入力される。さらに、バッテリ冷却回路５０及び充電器冷却回路６０には、それぞれの冷却水の温度を検出する水温センサ７４及び７５が設けられ、それらの検出結果がＥＣＵ２０に入力される。

次に、Ｖ２Ｇに参加する電動車両３のバッテリ２１の温度制御について説明する。なお、電動車両３のユーザにより、充電スタンド１３のコネクタ１３ａが電動車両３のインレット３ａに接続され、Ｖ２Ｇに参加する意思表示のための所定操作がなされることによって、電動車両３のＥＣＵ２０と、電力系統２のアグリゲータ７との間で、通信が確立される。

上記通信の確立後、アグリゲータ７からＶ２Ｇの実行の開始指令がＥＣＵ２０の送受信部２０ａに送信されると、その開始指令を受信したＥＣＵ２０から、前述した図３のデータａ～ｄ、すなわち充電率、バッテリの出力の制限値、充電率の制限値及び充電完了時間が、アグリゲータ７に送信される。なお、これらのデータａ～ｄは、Ｖ２Ｇの実行が終了するまで、所定時間ごとにアグリゲータ７に送信される。

また、ＥＣＵ２０の送受信部２０ａが開始指令を受信したときに、バッテリ２１の温度（以下「バッテリ温度ＴＢ」という）が、所定温度ＴＢＲＥＦ（例えば２５℃）よりも低いときには、前述した図３のデータｅ及びｆ、すなわちバッテリの加温要求及びバッテリの要求出力プロファイルが、アグリゲータ７に送信される。

ここで、図７～図９を参照して、バッテリ温度ＴＢ、バッテリ２１による出力（以下「バッテリ出力」という）、及びアグリゲータ７からバッテリ２１に要求される出力（以下「要求出力」という）の関係について説明する。

図７（ａ）は、バッテリ温度ＴＢと、バッテリ出力の限界値との関係を示している。同図では、バッテリ出力の値が正である場合は、バッテリ２１からの出力である放電を表しており、バッテリ出力の値が負である場合は、バッテリ２１への出力、すなわち充電を表している。同図に示すように、バッテリ２１の放電可能な限界値である放電リミットＤＣＬＭＴと、充電可能な限界値である充電リミットＣＨＬＭＴはいずれも、バッテリ温度ＴＢが高くなるほど、大きくなっている。つまり、バッテリ２１は、バッテリ温度ＴＢが高いほど、より大きな電力の放電及び充電が可能になる。

また、図７（ａ）では、アグリゲータ７からバッテリ２１への要求出力の最大値（以下「最大要求出力ＲＱＭＡＸ」という）及び最小値（以下「最小要求出力ＲＱＭＩＮ」という）を併せて示している。つまり、アグリゲータ７は、バッテリ２１に対し、最大要求出力ＲＱＭＡＸと最小要求出力ＲＱＭＩＮの間の要求出力幅ＲＱＰＷで、充電及び放電による出力を要求する。

さらに、図７（ａ）では、前記所定温度ＴＢＲＥＦを示しており、バッテリ温度ＴＢが所定温度ＴＢＲＥＦ以上の場合には、放電リミットＤＣＬＭＴが最大要求出力ＲＱＭＡＸよりも大きくなっている。つまり、この場合、バッテリ２１は、放電によるいかなる要求出力にも応えることが可能になっている。また、バッテリ温度ＴＢが所定温度ＴＢＲＥＦ以上の場合、充電リミットＣＨＬＭＴが最小要求出力ＲＱＭＩＮよりも小さくなっている。つまり、この場合、バッテリ２１は、充電によるいかなる要求出力にも応えることが可能になっている。したがって、図７（ｂ）に示すように、バッテリ２１のバッテリ温度ＴＢが所定温度ＴＢＲＥＦ以上のときには、アグリゲータ７からの充放電によるいかなる要求出力にも応えることが可能である。

一方、バッテリ２１のバッテリ温度ＴＢが所定温度ＴＢＲＥＦよりも低い場合、図７に示すように、最小要求出力ＲＱＭＩＮが充電リミットＣＨＬＭＴよりも小さく、また最大要求出力ＲＱＭＡＸが放電リミットＤＣＬＭＴよりも大きくなることがある。これらの場合、バッテリ２１が、アグリゲータ７からの充放電による要求出力をそのまま受け入れようとすると、バッテリ出力が、充電リミットＣＨＬＭＴ又は放電リミットＤＣＬＭＴを超えてしまうことがある。

図８は、アグリゲータ７からの充放電による要求出力が、放電リミットＤＣＬＭＴ及び充電リミットＣＨＬＭＴを超える場合を含む推移の一例を示している。同図に示すように、放電リミットＤＣＬＭＴ又は充電リミットＣＨＬＭＴを超える要求出力があり、その要求出力にバッテリ２１が応えようとすると、バッテリ２１に不具合が生じるおそれがある。

そのため、本実施形態では、前述した図３のデータｂ、すなわちバッテリの出力の制限値としての上述した充電リミットＣＨＬＭＴ及び放電リミットＤＣＬＭＴや、図３のデータｆ、すなわちバッテリ２１の要求出力プロファイルとしての充放電の波形データやデューティ比を、アグリゲータ７に送信し、それらに応じて、アグリゲータ７が、ＥＣＵ２０に対し、バッテリ２１の充放電による出力を要求する。つまり、アグリゲータ７は、受信した充電リミットＣＨＬＭＴ及び放電リミットＤＣＬＭＴを超えないよう、ＥＣＵ２０に対し、バッテリ２１が充放電すべき要求出力を行う。図９は、上記の場合の要求出力の推移の一例を示している。

図９では、バッテリ２１に対する要求出力において、放電時の最大要求出力ＲＱＭＡＸが放電リミットＤＣＬＭＴ以下であり、充電時の最小要求出力ＲＱＭＩＮが充電リミットＣＨＬＭＴ以上になっている。したがって、この場合、要求出力が、放電リミットＤＣＬＭＴ及び充電リミットＣＨＬＭＴを超えることがないので、バッテリ温度ＴＢが所定温度ＴＢＲＥＦよりも低いときであっても、Ｖ２Ｇの実行が可能になる。

次に、図６を参照して、電動車両３の冷却装置３１における四方弁５４の切換制御について説明する。ＥＣＵ２０の送受信部２０ａによるＶ２Ｇの開始指令の受信後、ＥＣＵ２０により、四方弁５４が次のように制御される。なお、この切換制御は、所定時間ごとに繰り返し実行される。

図６（ａ）に示すように、この切換制御では、ステップ１（図では「Ｓ１」と表記）において、バッテリ温度センサ７１で検出されたバッテリ温度ＴＢが、所定温度ＴＢＲＥＦよりも低いか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、四方弁５４を切換タイプ１に切り換えて（ステップ２）、本切換制御を終了する。すなわち、四方弁５４を、前述した図５に示す状態に切り換え、バッテリ冷却回路５０の第２流路５１と、充電器冷却回路６０のバイパス流路６５とを連結する。

またこの場合、バッテリ冷却回路５０の電動ポンプ５５を作動させる一方、充電器冷却回路６０の電動ポンプ６４を停止させるとともに開閉弁６６を開放する。これにより、バッテリ冷却回路５０の第２流路５１と、充電器冷却回路６０のバイパス流路６５が単一ループを構成し、その単一ループ内を冷却水が、図５（ａ）の時計回りに循環する。これにより、双方向充電器２２の発熱による熱エネルギーが、冷却水を介して、バッテリ冷却回路５０側に供給され、バッテリ２１をより一層、昇温させることができる。

一方、図６（ａ）の前記ステップ１の判別結果がＮＯで、バッテリ温度ＴＢが、所定温度ＴＢＲＥＦ以上になったときには、バッテリ２１に対する充電器冷却回路６０側の熱エネルギーの供給が不要であるとして、四方弁５４を切換タイプ２に切り換えて（ステップ３）、本切換制御を終了する。すなわち、四方弁５４を、前述した図４に示す状態に切り換え、バッテリ冷却回路５０の第２流路５１と、充電器冷却回路６０のバイパス流路６５との連結を解除する。これにより、バッテリ冷却回路５０及び充電器冷却回路６０がそれぞれ独立した冷却回路となり、バッテリ２１及び双方向充電器２２をそれぞれに適した温度範囲で冷却することができる。

なお、上述した図６（ａ）の切換制御のステップ１において、バッテリ冷却回路５０及び充電器冷却回路６０の冷却水の温度条件を追加することも可能である。具体的には、図６（ｂ）に示すように、上記ステップ１に対応するステップ１ａにおいて、バッテリ温度ＴＢと所定温度ＴＢＲＥＦの上述した関係（ＴＢ＜ＴＢＲＥＦ）に加えて、バッテリ冷却回路５０の冷却水温ＴＷ＿ＢＡＴが所定水温ＴＷＲＥＦ（例えば４０℃）よりも低く（ＴＷ＿ＢＡＴ＜ＴＷＲＥＦ）、さらにその冷却水温ＴＷ＿ＢＡＴが充電器冷却回路６０の冷却水温ＴＷ＿ＣＨＧよりも低いこと（ＴＷ＿ＢＡＴ＜ＴＷ＿ＣＨＧ）を追加する。このような冷却水の温度条件を追加することにより、充電器冷却回路６０側からバッテリ冷却回路５０側への高い熱エネルギーの供給を確実に行えるとともに、バッテリ２１の温度の上がりすぎを抑制することができる。

なお、Ｖ２Ｇの実行中において、電動車両３のバッテリ２１を満充電にするための充電が開始される直前に、アグリゲータ７からＶ２Ｇの終了指令が送信され、その指令がＥＣＵ２０に受信される。これにより、電動車両３のバッテリ２１と電力系統２によるＶ２Ｇが終了する。

以上詳述したように、本実施形態によれば、Ｖ２Ｇに参加する電動車両３のＥＣＵ２０に対し、アグリゲータ７がＶ２Ｇの実行の開始指令を送信することにより、バッテリ２１の充放電が開始される。この場合、電動車両３が低温環境下にあって、バッテリ温度ＴＢが所定温度ＴＢＲＥＦよりも低いときには、四方弁５４を介して、バッテリ冷却回路５０の第２流路５１と充電器冷却回路６０のバイパス流路６５が連結される。これにより、バイパス流路６５を流れる高温の冷却水を、第２流路５１に流入させることができる。したがって、本実施形態によれば、低温環境下において、Ｖ２Ｇを実行しながら、電動車両３のバッテリ２１を効率よく加温することができる。

また、バッテリ冷却回路５０の第２流路５１と充電器冷却回路６０のバイパス流路６５との連結に、四方弁５４を採用することにより、バッテリ冷却回路５０と充電器冷却回路６０との連結及びその解除を容易に行うことができる。

なお、本発明は、説明した上記実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、電動車両３としてプラグインハイブリッド車を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｖ２Ｇに参加可能なものであれば、他の電動車両、例えば電気自動車にも適用可能である。

また、実施形態で示した冷却装置３１、エンジン冷却回路４０、バッテリ冷却回路５０、充電器冷却回路６０及び四方弁５４の細部の構成などは、あくまで例示であり、本発明の趣旨の範囲内で適宜、変更することができる。

１ Ｖ２Ｇシステム
２ 電力系統
３ 電動車両
７ アグリゲータ（電力系統側バッテリ充放電管理手段）
２０ ＥＣＵ（車両側制御手段）
２０ａ 送受信部
２１ バッテリ
２２ 双方向充電器（電力変換器）
３１ 冷却装置
４０ エンジン冷却回路
５０ バッテリ冷却回路
５１ 第２流路
５４ 四方弁
５４ａ 第１出入り口
５４ｂ 第２出入り口
５４ｃ 第３出入り口
５４ｄ 第４出入り口
５７ａ 第１連通路
５７ｂ 第２連通路
５７ｃ 第３連通路
５７ｄ 第４連通路
６０ 充電器冷却回路（電力変換器冷却回路）
６１ 第３流路
６５ バイパス流路
７１ バッテリ温度センサ
ＴＢ バッテリの温度
ＴＢＲＥＦ 所定温度
ＴＷ＿ＢＡＴ バッテリ冷却回路の冷却水温
ＴＷ＿ＣＨＧ 充電器冷却回路の冷却水温
ＤＣＬＭＴ 放電リミット
ＣＨＬＭＴ 充電リミット
ＲＱＭＡＸ 最大要求出力
ＲＱＭＩＮ 最小要求出力
ＱＲＰＷ 要求出力幅

Claims (5)

1. 電動車両に搭載された車両駆動用のバッテリと電力系統との間で双方向の電力の授受が可能なＶ２Ｇにおいて、当該Ｖ２Ｇに参加している電動車両の前記バッテリの温度を制御するための電動車両のバッテリ温度制御装置であって、
   前記バッテリを、冷媒を循環させることによって冷却又は加温するためのバッテリ冷却回路と、
   前記バッテリと前記電力系統との間で電力を変換する電力変換器を、冷媒を循環させることによって冷却するための電力変換器冷却回路と、
   前記バッテリ冷却回路と前記電力変換器冷却回路とを連結可能な冷却回路連結手段と、
   前記バッテリの温度を検出するバッテリ温度検出手段と、
   前記電動車両に設けられ、前記冷却回路連結手段及び前記バッテリの充放電を制御するとともに、前記バッテリに関する情報を送受信可能な車両側制御手段と、
   前記電力系統に設けられ、前記車両側制御手段との間で前記バッテリに関する情報を送受信可能に構成されるとともに、前記バッテリの充放電を管理する電力系統側バッテリ充放電管理手段と、
   を備えており、
   前記電力系統側バッテリ充放電管理手段が前記バッテリの充放電の開始指令を前記車両側制御手段に送信することにより、Ｖ２Ｇの実行を開始した場合において、
   前記車両側制御手段は、前記検出されたバッテリ温度が所定温度よりも低いときに、前記冷却回路連結手段を制御することにより、通常はそれぞれ独立している前記バッテリ冷却回路と前記電力変換器冷却回路とを連結し、それにより、Ｖ２Ｇを実行しながら、前記バッテリを加温することを特徴とする電動車両のバッテリ温度制御装置。
2. 前記車両側制御手段は、前記検出されたバッテリ温度が前記所定温度よりも低いときに、前記電力系統側バッテリ充放電管理手段に、前記バッテリが加温されるべき状態であることを表す加温要求を送信するとともに、前記バッテリが充放電する際の出力制限値を送信し、
   前記電力系統側バッテリ充放電管理手段は、前記加温要求を受信したときに、受信した前記出力制限値に応じ、当該出力制限値を超えないよう、前記車両側制御手段に対し、前記バッテリが充放電すべき出力要求を行うことを特徴とする請求項１に記載の電動車両のバッテリ温度制御装置。
3. 前記車両側制御手段は、前記電力系統側バッテリ充放電管理手段に、前記バッテリに対する所定の出力プロファイルを送信し、
   前記電力系統側バッテリ充放電管理手段は、受信した前記出力プロファイルに応じて、前記車両側制御手段に対し、前記バッテリが充放電すべき出力要求を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動車両のバッテリ温度制御装置。
4. 前記車両側制御手段は、前記検出されたバッテリ温度が前記所定温度以上のときに、前記冷却回路連結手段を制御することにより、前記バッテリ冷却回路と前記電力変換器冷却回路との連結を解除することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電動車両のバッテリ温度制御装置。
5. 前記冷却回路連結手段は、前記冷媒が流出入可能な４つの出入り口を有しかつ当該４つの出入り口のうちの任意の２つの出入り口を互いに連通可能に構成された四方弁を備えており、
   前記４つの出入り口のうちの２つの出入り口に前記バッテリ冷却回路が接続され、他の２つの出入り口に前記電力変換器冷却回路が接続されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電動車両のバッテリ温度制御装置。

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