JP7697409B2 - 車両用電池昇温システム - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される電池を昇温させる車両用電池昇温システムに関する。

車両に搭載された電池を低温下にて充電（特に急速充電）するときには、電池温度が低いため電池の充電量が制限される場合がある。従来、このような場合には、電池の充電量が制限されないように、電池昇温システムによって電池を昇温させていた。例えば、特許文献１には、内燃機関、蓄熱器または電気ヒータによって加熱された水を循環させて電池を加熱する電池昇温システムが開示されている。

特開２０２０－１３３５８８号公報

しかし、充電開始後から上記電池昇温システムによって電池の昇温を開始した場合には、電池の熱容量が大きいため、電池が目的温度（電池の充電量の制限が解除される温度）に至るまでは、電池の充電量が制限されるため、充電時間が長くなってしまう場合がある。

そこで、本発明は、電池の充電時間を短くすることができる車両用電池昇温システムを提供することを目的とする。

本発明に係る車両用電池昇温システムは、車両に搭載される電池を昇温させる車両用電池昇温システムであって、加熱部によって加熱された水を循環させて空調装置の暖房運転時に車室内へ送風する空気を加熱する第１回路と、第１回路と熱交換可能であって、第１回路によって加熱された水を循環させて電池を加熱する第２回路と、を備え、電池残量が第１所定量より少ないときに、電池温度が所定温度より低く、かつ、空調装置が暖房運転をしている場合には、第２回路によって電池を加熱することによって電池を昇温させることを特徴とする。

上記構成とすることによって、電池残量が第１所定量より少ないときには、近いうちに電池を充電することが予測されるため、電池が所定温度より低く、かつ、空調装置が暖房運転をしている場合には、予め電池を昇温させて、その後に電池を充電する際の充電時間を短くすることができる。

本発明に係る車両用電池昇温システムにおいて、電池残量が第２所定量（第１所定量より少ない）より少ないときに、電池が所定温度より低く、かつ、空調装置が暖房運転をしている場合には、加熱部の出力を増加させて第２回路によって電池を加熱することによって電池を昇温させることが好ましい。

上記構成とすることによって、電池残量が第２所定量（第１所定量より少ない）より少ないときには、近いうちに電池を充電する状況が予測されるので、電池が所定温度より低く、かつ、空調装置が暖房運転をしている場合には、加熱部の出力を増加させて、予め電池を早急に昇温させて、その後に電池を充電する際の充電時間を短くすることができる。

本発明の車両用電池昇温システムによれば、予め電池を昇温させて、その後の電池の充電時間を短くすることができる。

実施形態に係る車両の構成を示す模式図である。 実施形態の一例である電池昇温システムの構成を示す回路図である。 制御装置の構成を示すブロック図である。 制御装置による電池昇温制御の流れを示すフロー図である。

以下、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。以下の説明において、具体的な形状、材料、方向、数値等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等に合わせて適宜変更することができる。

電池昇温システム１０は、車両５に搭載される電池６を昇温させるシステムである。電池昇温システム１０によれば、詳細は後述するが、電池６の電池残量ＳОＣが少ないときには、近いうちに電池６を充電することが予測されるため、電池温度Ｔｂが低く、かつ、空調装置７が暖房運転をしている場合には、予め電池６を昇温させて、その後の電池６の充電時間を短くすることができる。

「車両」
図１を用いて、実施形態に係わる車両５について説明する。

本実施形態の車両５は、４輪の電動車両であって、電池６によって電力供給される電動機（図示なし）によって走行する。ただし、車両５は、電動車両に限定されず、例えばハイブリッド車両であってもよい。車両５は、それぞれ詳細は後述する電池６と、空調装置７と、電池昇温システム１０とを有している。また、車両５は、外気温度Ｔоを検出する外気温度センサ５１と、電池温度Ｔｂを検出する電池温度センサ５２と、車両５の車速Ｖを検出する車速センサ５３とを有している。

電池６は、充放電可能であって走行用の電動機に電力供給する。電池温度Ｔｂが低い状態で充電を行うと、充電効率が低下する。充電効率が低下するとは、充電時間が増加すると共に充電量が低下することである。電池６は、電池ＥＣＵ（図示なし）によって充電または放電が制御される。

空調装置７は、冷房運転および暖房運転を行うことによって車室内８を空調する。空調装置７が暖房運転をする時には、後述する第１回路２０にて循環する水によって車室内８に送風する空気を加熱する。空調装置７は、空調ＥＣＵ（図示なし）によって冷房または暖房運転が制御される。

「電池昇温システム」
図２を用いて、実施形態の一例である電池昇温システム１０について説明する。

電池昇温システム１０は、上述したように電池６を昇温させるシステムである。電池昇温システム１０は、それぞれ詳細は後述する、第１回路２０と、第２回路３０と、制御装置（以下、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４０）を有している。

第１回路２０は、加熱部としての電気ヒータ２１と、熱媒体としての水を循環させるポンプ２２と、空調装置７の暖房時に車室内８へ送風する空気を加熱するヒータコア２３と、第２回路３０を循環する水と熱交換する熱交換器２４とを有している。なお、第１回路２０は、流量制御弁を有し、循環水の流量を制御可能な構成であってもよい。また、第１回路２０では、電気ヒータ２１によって循環水が加熱される構成のみならず、第１回路２０に熱交換器を設けて当該熱交換器をヒートポンプサイクルによって加熱する構成であってもよい。

上記構成とすることによって、循環水を媒体として電気ヒータ２１の熱がヒータコア２３に伝達されて空調装置７の暖房時に車室内８へ送風する空気を加熱し、電気ヒータ２１の熱が熱交換器２４を介して第２回路３０に伝達される。

第２回路３０は、上述した熱交換器２４と、熱媒体としての水を循環させるポンプ３２と、電池６の周囲に循環水を通過させて電池６を加熱する電池加熱器３３とを有している。第２回路３０は、流量制御弁を有し、循環水の流量を制御可能な構成であってもよい。上記構成とすることによって、循環水を媒体として第１回路２０の電気ヒータ２１の熱が第２回路３０を介して電池加熱器３３に伝達され、電池６を加熱して電池６を昇温させることができる。

図３を用いて、ＥＣＵ４０について説明する。

ＥＣＵ４０は、電池昇温システム１０において詳細は後述する電池昇温制御を実行する。ＥＣＵ４０は、内部に情報処理を行うＣＰＵを有するプロセッサ４１と、プロセッサ４１が実行するソフトウェア、プログラムまたはデータを格納するメモリ４２とを有するコンピュータである（図２参照）。

図３に示すように、ＥＣＵ４０は、それぞれ上述した、外気温度センサ５１と、電池温度センサ５２と、車速センサ５３と、空調ＥＣＵ（図示なし）と、電池ＥＣＵ（図示なし）と、に接続されている。ＥＣＵ４０は、当該センサおよび当該ユニットから、外気温度Ｔо、電池温度Ｔｂ、車両５が走行中であること、空調装置７が暖房運転をしている状態であること、電池６の電池残量ＳОＣを取得することができる。

ＥＣＵ４０は、それぞれ詳細は後述する、第１電池昇温部４３と、第２電池昇温部４４とを有する。第１電池昇温部４３および第２電池昇温部４４は、プロセッサ４１がメモリ４２に格納されたプログラムを実行することにより実現される。

第１電池昇温部４３は、車両５が走行中であって、電池残量ＳОＣが第１所定量ＳОＣ１より小さいときに、電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｂ１より低く、かつ、空調装置７が暖房運転をしている場合には、第２回路３０のポンプ３２を駆動して第２回路３０の水を循環させる。なお、空調装置７が暖房運転をしているため、第１回路２０のポンプ２２が駆動して第１回路２０の循環水は循環している。

なお、空調装置７が暖房運転をしていない場合には、電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｂ１より低くなることは考えにくいため、電池６を昇温する必要がない。

これにより、電気ヒータ２１の熱が第１回路２０を循環する水によって熱交換器２４に伝達され、熱交換器２４に伝達された熱が第２回路３０を循環する水によって電池加熱器３３に伝達され、電池６が加熱される。

つまり、電池残量ＳОＣが第１所定量ＳОＣ１より少ないときには、近いうちに電池６を充電することが予測されるため、電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｂ１より低く、かつ、空調装置７が暖房運転をしている場合には、予め電池６を昇温させて、その後の電池６の充電時間を短くすることができる。

第２電池昇温部４４は、車両５が走行中であって、電池残量ＳОＣが第２所定量ＳОＣ２（第１所定量ＳОＣ１より少ない）より少ないときに、電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｂ１より低く、かつ、空調装置７が暖房運転をしている場合には、電気ヒータ２１の出力を増加させて、第２回路３０のポンプ３２を駆動して第２回路３０の水を循環させる。なお、上述したように、空調装置７が暖房運転をしているため、第１回路２０のポンプ２２は駆動して第１回路２０の循環水は循環している。

電気ヒータ２１の出力が増加されることによって、電気ヒータ２１の熱が第１回路２０を循環する水によって熱交換器２４に伝達され、熱交換器２４に伝達された熱が第２回路３０を循環する水によって電池加熱器３３に伝達され、電池６が大きく加熱される。

ここで、電気ヒータ２１の出力を増加させるには、第１回路２０の目標水温ＴＷОを増加させることが好ましい。このとき、第１回路２０に温度センサを設け、第１回路２０の循環水の水温を検出しながらフィードバック制御によって電気ヒータ２１の出力を増加させてもよい。

つまり、電池６の電池残量ＳОＣが極めて少ないときには、近いうちに電池６を充電することが予測されるため、電池温度Ｔｂが低く、かつ、空調装置７が暖房運転をしている場合には、電気ヒータ２１の出力を増加させて予め電池６を早急に昇温させて、その後に電池６を充電する際の充電時間を短くすることができる。

図４を用いて、制御装置４０による電池昇温制御の流れについて説明する。

ステップＳ１１において、プロセッサ４１は、車速センサ５３によって車両５が走行中かどうかを確認する。具体的には、車速Ｖが所定速度Ｖ１以上であれば走行中であるとする。車両５が走行中であれば、ステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１２において、プロセッサ４１は、外気温度センサ５１によって外気温度Ｔоが所定温度Ｔо１より小さいかどうかを確認する。外気温度Ｔоが所定温度Ｔо１より小さい場合には、ステップＳ１３に移行する。

ステップＳ１３において、プロセッサ４１は、電池温度センサ５２によって電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｂ１より小さいかどうかを確認する。電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｂ１より小さい場合には、ステップＳ１４に移行する。

ステップＳ１４において、プロセッサ４１は、空調ＥＣＵによって空調装置７が暖房運転をしている状態かどうかを確認する。空調装置７が暖房運転をしている場合には、ステップＳ１５に移行する。

ステップＳ１５において、プロセッサ４１は、電池ＥＣＵによって電池残量ＳОＣが第１所定量ＳОＣ１より少ないかどうかを確認する。電池残量ＳОＣが第１所定量ＳОＣ１より少ない場合にはステップＳ１６に移行する。

ステップＳ１６において、プロセッサ４１は、電池ＥＣＵによって電池残量ＳОＣが第２所定量ＳОＣ２より少ないかどうかを確認する。電池残量ＳОＣが第２所定量ＳОＣ２以上の場合にはステップＳ１７に移行する。電池残量ＳОＣが第２所定量ＳОＣ２より少ない場合にはステップＳ１８へ移行する。

ステップＳ１７において、プロセッサ４１は、第２回路３０のポンプ３２を駆動して第２回路３０の水を循環させる。これにより、電気ヒータ２１の熱が第１回路２０を循環する水によって熱交換器２４に伝達され、熱交換器２４に伝達された熱が第２回路３０を循環する水によって電池加熱器３３に伝達され、電池６が加熱される。

この結果、電池残量ＳОＣが少ないときには、近いうちに電池６を充電する状況が予測されるので、電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｂ１より低く、かつ、空調装置７が暖房運転をしている場合には、予め電池６を昇温させて、その後の電池６の充電時間を短くすることができる。

ステップＳ１８において、プロセッサ４１は、電気ヒータ２１の出力を増加させて、第２回路３０のポンプ３２を駆動して第２回路３０の水を循環させる。電気ヒータ２１の出力が増加され、電気ヒータ２１の熱が第１回路２０を循環する水によって熱交換器２４に伝達され、熱交換器２４に伝達された熱が第２回路３０を循環する水によって電池加熱器３３に伝達され、電池６が加熱される。

この結果、電池６の電池残量ＳОＣが極めて少ないときには、近いうちに電池６を充電する状況が予測されるので、電池温度Ｔｂが低く、かつ、空調装置７が暖房運転をしている場合には、電気ヒータ２１の出力を増加させて予め電池６を早急に昇温させて、その後に電池６を充電する際の充電時間を短くすることができる。

なお、本発明は上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項の範囲内において種々の変更や改良が可能であることは勿論である。

５ 車両、６ 電池、７ 空調装置、８ 車室内１０ 電池昇温システム、２０ 第１加熱回路、２１ 電気ヒータ（加熱部）、２２ ポンプ、２３ ヒータコア、２４ 熱交換器、３０ 第２加熱回路、３１ ポンプ、３２ 電池加熱器、４０ 制御装置（ＥＣＵ）、４１ プロセッサ、４２ メモリ、４３ 第１電池昇温部、４４ 第２電池昇温部、５１ 外気温度センサ、５２ 電池温度センサ、５３ 車速センサ

Claims (1)

1. 車両に搭載される電池を昇温させる車両用電池昇温システムであって、
   加熱部によって加熱された水を循環させて空調装置の暖房時に車室内へ送風する空気を加熱する第１回路と、
   前記第１回路と熱交換可能であって、前記第１回路によって加熱された水を循環させて前記電池を加熱する第２回路と、
   を備え、
   前記電池の残量が第１所定量より少ないときに、電池温度が所定温度より低く、かつ、前記空調装置が暖房運転をしている場合には、前記第２回路によって前記電池を加熱することによって前記電池を昇温させ、
   前記電池の残量が前記第１所定量より少ない第２所定量より少ないときに、前記電池温度が前記所定温度より低く、かつ、前記空調装置が暖房運転をしている場合には、前記加熱部の出力を増加させて前記第２回路によって前記電池を加熱することによって前記電池を昇温させる、
   車両用電池昇温システム。

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