KR20160078255A - 차량 탑재 전지의 승온 장치 및 승온 방법 - Google Patents

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Abstract

차량 탑재 전지용 승온 장치에 있어서, 상기 승온 장치는, 차량에 탑재된 전지의 온도를 취득하도록 구성되는 전지 온도 취득부; 환경 온도를 취득하도록 구성되는 환경 온도 취득부; 상기 전지를 승온하도록 구성되는는 히터; 및 i) 상기 전지 온도 취득부에 의해 취득된 전지 온도와 소정의 문턱값의 비교 결과에 의거하여, 상기 히터를 온 또는 오프하고, ⅱ) 상기 환경 온도 취득부에서 취득된 환경 온도의 저하에 따라, 상기 문턱값을 저감 변경하도록 구성되는 컨트롤러를 포함한다.

Description

차량 탑재 전지의 승온 장치 및 승온 방법{TEMPERATURE-RAISING DEVICE AND TEMPERATURE-RAISING METHOD FOR IN-CAR BATTERY}
본 발명은 차량에 탑재된 전지를 승온하는 승온 장치 및 승온 방법에 관한 것이다.
종래부터 하이브리드 자동차나 전기 자동차와 같이 회전 전기기기를 동력원의 하나로 하는 전동 차량이 널리 알려져 있다. 이러한 전동 차량에는 회전 전기기기에 전력을 공급하기 위한 전지가 탑재되어 있다. 차량 탑재 전지는 충방전이 가능한 이차 전지이고, 회전 전기기기에서 발전한 전력 및 외부 전원으로부터의 전력을 충전할 수 있다. 이러한 차량 탑재 전지는, 온도가 낮아지면 충전 가능 용량의 저하나 허용 충전 전류의 저하에 의해 충전 시간이 길어진다. 또, 차량 탑재 전지가 동결 온도까지 떨어진 경우에는 충방전할 수 없게 된다는 특성이 있다.
여기에서, 전동 차량은, 정지 후, 충전을 위해 차량 탑재 전지와 외부 전원을 접속하는 플러그인 접속 상태로 할 경우가 있다. 이때, 환경 온도가 낮으면 시간 경과와 함께 전지 온도도 낮아져, 외부 전원으로부터의 충전을 적절히 행할 수 없다는 문제가 있었다. 그래서, 일부에서는, 플러그인 접속 상태에 있어서는, 차량 탑재 전지의 온도가 기준값 이상이 되도록, 차량 탑재 전지를 히터로 승온하는 것이 제안되어 있다. 또, 일부에서는, 환경 온도를 고려하여 전지의 승온 시간을 계산하는 것도 제안되어 있다. 예를 들면, 일본국 공개특허 특개2012-191781호에서는, 현시점에서의 전지 온도와 환경 온도로부터 전지 온도의 온도 추이를 예측하고, 전지의 승온 시간이나 소비 전력량을 예측하는 것이 개시되어 있다. 이러한 기술에 의하면 보다 효율적으로 전지의 충전 등을 행할 수 있다.
그런데, 세계에는 바깥 기온이 매우 낮은 지역도 있다. 예를 들면, 페어뱅크스 등에서는 평균 최저 기온이 -20℃를 하회하는 달도 있다. 이러한 극한 지역에 있어서도, 다른 지역과 동일하게 차량 탑재 전지의 승온 동작을 행한 경우, 승온용 히터의 가동 시간이 대폭 증가해버려, 전력 소비량의 증가, 히터 관련 전기 부품의 수명 저하라는 문제를 초래할 우려가 있다.
본 발명은, 극한 환경하에 있어서도, 차량 탑재 전지의 히터의 수명 단축을 방지할 수 있는 승온 장치 및 승온 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 있어서의 차량 탑재 전지용 승온 장치에 있어서, 상기 승온 장치는, 차량에 탑재된 전지의 온도를 취득하도록 구성되는 전지 온도 취득부; 환경 온도를 취득하도록 구성되는 환경 온도 취득부; 상기 전지를 승온하도록 구성되는 히터; 및 ⅰ) 상기 전지 온도 취득부에 의해 취득된 전지 온도와 소정의 문턱값의 비교 결과에 의거하여, 상기 히터를 온 또는 오프하고, ⅱ) 상기 환경 온도 취득부에서 취득된 환경 온도의 저하에 따라, 상기 문턱값을 저감 변경하도록 구성되는 컨트롤러를 포함한다.
상기 컨트롤러는, ⅰ) 상기 환경 온도 취득부에 의해 취득된 환경 온도가 미리 규정된 기준 환경 온도 이상인 경우에는, 상기 문턱값을 미리 규정된 표준값으로 설정하고, ⅱ) 상기 환경 온도 취득부에 의해 취득된 환경 온도가 상기 기준 환경 온도 미만인 경우에는, 상기 문턱값을 상기 표준값보다 작은 값으로 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 전지 온도 취득부는, 상기 차량 탑재 전지 주변에 설치된 온도 센서를 포함하고, 상기 환경 온도 취득부는, 상기 온도 센서에서 검지된 전지 온도에 의거하여, 상기 환경 온도를 추정하도록 구성될 수 있다. 상기 환경 온도 취득부는, ⅰ) 현시점에서의 추정 환경 온도와, 현시점에서의 온도 센서에 의해 검지된 전지 온도에 의거하여, 소정 시간 경과 후의 전지 온도를 추정하고, ⅱ) 상기 소정 시간 경과 후에 있어서 상기 온도 센서에서 검지된 전지 온도와 상기 추정된 전지 온도의 오차에 따라, 상기 추정 환경 온도를 보정하도록 구성될 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 차량 탑재 전지가 외부 전원과 전기적으로 접속된 플러그인 상태인 경우에, 상기 차량 탑재 전지의 승온 동작을 실행시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서의 차량에 탑재된 전지용 승온 방법에 있어서, 상기 차량은 상기 전지의 온도를 취득하도록 구성되는 온도 센서와 컨트롤러를 포함하고, 상기 승온 방법은, 상기 온도 센서에 의해 차량에 탑재된 전지의 온도를 취득하고; 상기 컨트롤러에 의해, 얻어진 전지 온도와 소정의 문턱값의 비교 결과에 의거하여, 상기 전지를 승온하는 히터를 온 또는 오프하고; 상기 컨트롤러에 의해 상기 차량의 환경 온도를 취득하고; 상기 컨트롤러에 의해, 얻어진 환경 온도의 저하에 따라 상기 문턱값을 저감 변경한다.
본 발명의 양태에 의하면, 환경 온도의 저하에 따라 히터를 온 또는 오프할 때의 문턱값을 저감 변경하기 때문에, 히터의 동작 시간이 과도하게 증가하는 것을 억제할 수 있고, 극한 환경하에 있어서도 히터의 수명 단축을 억제할 수 있다.
본 발명의 실시형태의 특징, 장점 및 기술적 및 산업적 중요성은 첨부한 도면(도면 내 동일한 숫자는 동일 요소를 나타냄)을 참고하여 아래에 서술한다.
도 1은, 본 발명의 실시형태인 하이브리드 구동 시스템의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는, 승온 제어의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 3은, 승온 동작의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 4는, 제 1 온, 오프 온도를 설정했을 때의 전지 온도 및 히터 동작 타이밍을 나타내는 도면이다.
도 5는, 제 2 온, 오프 온도를 설정했을 때의 전지 온도 및 히터 동작 타이밍을 나타내는 도면이다.
도 6은, 제 1 온, 오프 온도를 설정했을 때의 전지 온도 및 히터 동작 타이밍을 나타내는 도면이다.
도 7은, 환경 온도의 추정의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 8은, 환경 온도의 추정의 원리를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시형태인 하이브리드 구동 시스템(10)의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 이 하이브리드 구동 시스템(10)은, 동력원으로서 두 개의 회전 전기기기(MG1, MG2)와 하나의 엔진(12)이 설치되어 있다. 하이브리드 구동 시스템(10)에는, 회전 전기기기(MG1, MG2)에 전력을 공급하거나, 회전 전기기기(MG1, MG2)에서 발전된 전력을 축전하는 메인 전지(20)가 설치되어 있다. 메인 전지(20)는 직렬로 접속된 복수의 단전지(單電池)를 가진다. 단전지로서는, 니켈 수소 전지나 리튬 이온 전지 등 이차 전지를 이용할 수 있다. 또, 이차 전지 대신에 전기 이중층 커패시터를 이용할 수도 있다. 메인 전지(20)에는 병렬로 접속된 복수의 단전지가 포함되어도 된다.
메인 전지(20)의 전압값(VB)은 전압 센서(22)에서 검지되고, 컨트롤러(26)에 입력된다. 메인 전지(20)의 전류의 전류값(IB)은 전류 센서(23)에서 검지되고, 컨트롤러(26)에 입력된다. 메인 전지(20)의 근방에는, 당해 메인 전지(20)의 온도(전지 온도(Tb))를 검지하는 온도 센서(24)도 설치되어 있다. 온도 센서(24)는 전지 온도(Tb)를 취득하는 전지 온도 취득부로서 기능한다. 이 온도 센서(24)에서 검지된 전지 온도(Tb)는 컨트롤러(26)에 입력된다. 또한, 온도 센서(24)는 하나여도 되고, 복수여도 된다. 복수의 온도 센서(24)를 설치하는 경우에는, 서로 다른 위치에 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 후술하는 승온 동작을 행함에 있어서는, 메인 전지(20)가 설치되어 있는 환경의 온도인 환경 온도(α)도 중요해지는데, 이 환경 온도(α)는 컨트롤러(26)에 의해 산출된다. 즉, 본 실시형태에서는, 나중에 자세히 설명하는 바와 같이, 환경 온도(α)를 전지 온도(Tb)로부터 추측하고 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 컨트롤러(26)가, 환경 온도(α)를 취득하는 환경 온도 취득부가 된다. 다만, 환경 온도(α)는 온도 센서를 이용하여 실제로 검지되어도 되고, 예를 들면, 차실 밖에 설치된 온도 센서나, 메인 전지(20)를 냉각 하기 위한 냉매의 흡기 경로 내에 설치된 온도 센서에서 검지된 온도를, 환경 온도(α)로서 이용해도 된다.
메인 전지(20)는 시스템 메인 릴레이(44)를 통해 인버터(18)에 접속되어 있다. 차량의 이그니션 스위치가 오프에서 온으로 전환되었을 때, 컨트롤러(26)는, 이러한 시스템 메인 릴레이(44)를 오프에서 온으로 전환함으로써, 메인 전지(20)와 인버터(18)를 전기적으로 접속한다. 반대로, 차량의 이그니션 스위치가 온에서 오프로 전환되었을 때, 컨트롤러(26)는, 이러한 시스템 메인 릴레이를 온에서 오프로 전환함으로써, 메인 전지(20)와 인버터(18)를 전기적으로 절단한다.
인버터(18)는, 메인 전지(20)로부터 공급된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 제 2 회전 전기기기(MG2)에 출력한다. 제 2 회전 전기기기(MG2)는, 인버터(18)로부터 출력된 교류 전력을 받아, 차량을 주행시키기 위한 운동 에너지를 생성한다. 제 2 회전 전기기기(MG2)가 생성한 운동 에너지가 구동륜에 전달됨으로써, 차량이 주행한다. 또, 제 2 회전 전기기기(MG2)는, 차량의 제동시에 발생하는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 인버터(18)는, 제 2 회전 전기기기(MG2)가 생성한 교류 전력(회생 전력)을 직류 전력으로 변환하고, 메인 전지(20)에 공급한다. 이로 인해, 메인 전지(20)가 충전된다.
동력 분할 기구(14)는 엔진(12)의 동력을 구동륜(16)에 전달하거나, 제 1 회전 전기기기(MG1)에 전달한다. 제 1 회전 전기기기(MG1)는 엔진(12)의 동력을 받아 발전한다. 제 1 회전 전기기기(MG1)가 발전한 전력은, 인버터(18)를 통해 제 2 회전 전기기기(MG2)에 공급되거나 메인 전지(20)에 공급된다. 메인 전지(20)에 전력이 공급됨으로써 메인 전지(20)가 충전된다.
또한, 메인 전지(20) 및 인버터(18) 사이의 전류 경로에는 승압 회로(도시 생략)도 설치되어 있다. 승압 회로는 메인 전지(20)의 출력 전압을 승압하고, 승압 후의 전력을 인버터(18)에 출력한다. 또, 승압 회로는 인버터(18)의 출력 전압을 강압하고, 강압 후의 전력을 메인 전지(20)에 출력한다.
메인 전지(20)에는 추가로 DC/DC 컨버터(30)도 접속되어 있다. DC/DC 컨버터(30)는 인버터(18)와 병렬로 접속되어 있다. 이 DC/DC 컨버터(30)에는 보조 기계(36), 보조 기계 배터리(34) 및 히터(32)가 접속되어 있다. DC/DC 컨버터(30)는, 메인 전지(20)의 출력 전압을 강압하고, 강압 후의 전력을 보조 기계(36)나 보조 기계 배터리(34)에 공급한다. 이로 인해, 보조 기계(36)를 동작시키거나 보조 기계 배터리(34)를 충전할 수 있다. DC/DC 컨버터(30)의 동작은 컨트롤러(26)에 의해 제어된다.
히터(32)는 메인 전지(20)를 승온하기 위해 이용된다. 도 1에서는, 히터(32)는 메인 전지(20)로부터 이간된 위치에 설치되어 있으나, 실제로는, 이 히터(32)는 메인 전지(20)의 근방에 설치되어 있다. 또, 히터(32)는 하나여도 되고, 복수여도 된다. DC/DC 컨버터(30) 및 히터(32) 사이의 전류 경로에는 스위치(46)가 설치되어 있다. 이 스위치(46)는 컨트롤러(26)로부터의 제어 신호를 받아, 온 및 오프의 사이에서 전환된다. 스위치(46)가 온되면, DC/DC 컨버터(30)로부터 히터(32)에 소정의 전력이 공급되고, 히터(32)를 발열시킬 수 있다. 그리고, 히터(32)가 발열함으로써, 메인 전지(20)가 승온된다. 이 히터(32)의 구동은 컨트롤러(26)에 의해 제어된다. 즉, 히터(32), 온도 센서(24), 컨트롤러(26) 등에 의해 메인 전지(20)를 승온하는 승온 장치가 구성된다.
메인 전지(20)에는 추가로 충전기(38)도 접속되어 있다. 메인 전지(20)와 충전기(38)의 사이에는 충전 릴레이(42)가 설치되어 있다. 충전 릴레이(42)는 컨트롤러(26)로부터의 제어 신호를 받아, 온 및 오프의 사이에서 전환된다. 충전기(38)에는 커넥터(40)(소위 인렛)가 접속되어 있다. 이 커넥터(40)는 외부 전원(100)(예를 들면, 상용 전원)의 커넥터(102)(소위 충전 플러그)에 접속할 수 있다. 컨트롤러(26)는 이 두 개의 커넥터(40, 102)의 접속 상태, 즉, 두 개의 커넥터(40, 102)가 접속된 플러그인 상태인지, 두 개의 커넥터(40, 102)가 절단된 플러그 아웃 상태인지를 감시하고 있다.
커넥터(40)가 커넥터(102)에 접속되고, 충전 릴레이(42)가 온일 때, 충전기(38)는 외부 전원(100)으로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하고, 직류 전력을 출력한다. 이 충전기(38) 및 충전 릴레이(42)의 동작은 컨트롤러(26)에 의해 제어된다. 충전기(38)로부터 출력된 직류 전력은 메인 전지(20)에 공급되고, 이로 인해, 메인 전지(20)가 충전된다. 이하에서는, 이 외부 전원(100)으로부터의 전력을 이용하여 메인 전지(20)를 충전하는 것을 「외부 충전」이라 부른다.
플러그인 상태일 때, 충전기(38)로부터의 전력은 메인 전지(20)뿐만 아니라 DC/DC 컨버터(30)에도 공급할 수 있다. 여기에서, 스위치(46)를 온으로 하면, DC/DC 컨버터(30)는 충전기(38)로부터의 전력을 강압하고, 강압 후의 전력을 히터(32)에 공급할 수 있다. 즉, 플러그인 상태에서는 외부 전원(100)으로부터의 전력의 일부를 이용하여 히터(32)를 구동함으로써, 메인 전지(20)를 승온할 수 있다.
다음에, 이 하이브리드 구동 시스템(10)에 있어서의 메인 전지(20)의 승온 제어에 대하여 설명한다. 메인 전지(20)는, 온도가 낮아지면 충전 가능 용량의 저하나 허용 충전량의 저하에 의해 충전 시간이 길어지는 특성이 있다. 또, 메인 전지(20)의 온도가 과도하게 떨어진 경우는, 충방전을 할 수 없어질 우려가 있다. 그래서, 차량 정지 후에도, 플러그인 상태인 경우, 컨트롤러(26)는 히터(32)에 의한 메인 전지(20)의 승온 동작을 실행한다.
여기에서, 하이브리드 차량에서는 차량 정지 중에 외부 충전이 가능하나, 이용자는 이 외부 충전의 종료 시각을 설정할 수 있다. 또, 이용자는 차량의 재기동 전에 공조를 온으로 하는 예비 공조의 개시 시각도 설정할 수 있다. 이러한 외부 충전의 종료 시각 또는 예비 공조의 개시 시각(이하, 양자를 합쳐 「설정 시각(tc)」이라 부른다)이 이용자에 의해 설정되어 있는 경우, 컨트롤러(26)는, 당해 설정 시각(tc)에 있어서의 메인 전지(20)의 온도가, 설정된 전지 온도 하한값(Tbmin) 이상이 되도록 히터(32)를 구동한다. 히터(32)를 구동한 후에는, 최초로 히터(32)를 구동하고나서 일정 기간(예를 들면 72시간)이 경과한 경우, 또는, 플러그 아웃될 때까지 승온 동작을 실행한다.
한편, 외부 충전의 종료 시각 또는 예비 공조의 개시 시각(설정 시각(tc))이 설정되어 있지 않은 경우에는, 플러그인 상태가 된 후, 일정 기간(예를 들면 72시간 등) 경과할 때까지 메인 전지(20)의 온도를 설정된 전지 온도 하한값(Tbmin) 이상이 되도록 히터(32)를 구동한다.
도 2는, 이 메인 전지(20)의 승온 제어의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다. 차량이 정지한 후, 컨트롤러(26)는 플러그인 상태인지의 여부를 감시한다(S10). 감시 결과, 플러그인 상태가 되면, 이어서, 설정 시각(tc)이 설정되어 있는지를 확인한다(S12). 설정 시각(tc)이 설정되어 있지 않은 경우, 컨트롤러(26)는 단계 S18로 진행되고, 승온 동작을 실행한다.
한편, 설정 시각(tc)이 설정되어 있는 경우, 컨트롤러(26)는 승온 동작의 개시 시각(ts)을 산출한다(S14). 이 승온 동작의 개시 시각(ts)을 산출할 때에는, 먼저 메인 전지(20)를 규정된 전지 온도 하한값(Tbmin)까지 승온하기 위한 시간, 즉, 승온 시간(tw)을 산출한다. 그리고, 설정 시각(tc)으로부터, 이 승온 시간(tw)분(分) 만큼 거슬러 올라간 시각을 승온 동작의 개시 시각(ts)으로서 산출한다. 승온 시간(tw)은, 예를 들면, 전지 온도 하한값(Tbmin)(승온 목표 온도)이나, 현시점에서의 전지 온도(Tb), 환경 온도(α), 현시각으로부터 설정 시각(tc)까지의 나머지 시간(tr) 등의 파라미터로부터 구할 수 있다. 컨트롤러(26)의 메모리(28)에는, 이러한 파라미터와 승온 시간(tw)의 대응 관계를 나타내는 맵 또는 연산식이 기억되어 있고, 컨트롤러(26)는, 실제로 검지된 각종 파라미터의 값을 이러한 맵 또는 연산식에 적용시켜, 승온 시간(tw)을 산출한다. 각종 파라미터와 승온 시간(tw)의 대응 관계를 나타내는 맵은, 예를 들면, 실험이나 시뮬레이션 결과에 의거하여 작성할 수 있다. 또, 각종 파라미터와 승온 시간(tw)의 대응 관계를 나타내는 연산식으로서는, 예를 들면, 식 1 등을 이용할 수 있다. 또한, 식 1에 있어서 B, C는 미리 정해진 정수이다.
Figure pat00001
승온 개시 시각(ts)이 산출되면, 컨트롤러(26)는 당해 승온 개시 시각(ts)까지 대기한다(S16). 그리고, 승온 개시 시각(ts)에 도달하면, 히터(32)를 구동하여, 승온 동작을 실행한다(S18). 또, 컨트롤러(26)는, 히터(32)를 최초로 구동한 시점에서, 카운터를 작동하고, 히터(32) 구동 개시로부터의 경과 시간을 카운트한다.
그 후, 컨트롤러(26)는, 차량의 커넥터(40)가 외부 전원(100)의 커넥터(40)로부터 분리되는 플러그 아웃이 실행되거나(S20에서 Yes), 히터(32)의 구동 개시로부터 일정 기간 경과할(S22에서 Yes) 때까지, 승온 동작을 반복한다. 플러그 아웃이 실행되거나, 히터(32)의 구동 개시로부터 일정 기간 경과한 경우, 컨트롤러(26)는 승온 동작을 정지한다. 또한, 일정 기간은 특별히 한정되지 않으나, 본 실시형태에서는 3일(72시간)로 하고 있다.
다음에, 승온 동작에 대하여 설명한다. 승온 동작시, 컨트롤러(26)는, 전지 온도(Tb)에 따라 히터(32)의 스위치(46)를 온 또는 오프한다. 보다 구체적으로 설명하면, 컨트롤러(26)의 메모리(28)에는 온 온도(Ton)와 온 온도(Ton)보다 높은 오프 온도(Toff)가 기억되어 있다. 컨트롤러(26)는, 온도 센서(24)에서 검지된 전지 온도(Tb)가 온 온도(Ton)를 하회하면 히터(32)를 온하고, 전지 온도(Tb)가 오프 온도(Toff)를 상회하면 히터(32)를 오프한다. 이때, 온 온도(Ton)를 전지 온도 하한값(Tbmin)과 동일하게 하면, 메인 전지(20)의 온도를 전지 온도 하한값(Tbmin)(온 온도(Ton)) 이상으로 유지할 수 있다. 오프 온도(Toff)는, 온 온도(Ton)에 어느 정도의 히스테리시스를 갖게 한 값이다. 이 히스테리시스(온 온도(Ton)와 오프 온도(Toff)의 차분값)는, 히터(32)의 스위치(46) 등의 채터링을 방지할 수 있고, 또한, 히터(32)의 가동 시간을 과도하게 길게 하지 않는 값이면 특별히 한정되지 않는다. 즉, 히스테리시스가 과도하게 작으면, 단시간 동안에 히터(32)의 온·오프의 전환이 반복되게 되어, 스위치(46)나 릴레이(42)의 열화를 초래한다. 또, 히스테리시스가 과도하게 크면, 히터(32)가 온한 후, 오프할 때까지의 시간이 길어지고, 나아가서는 히터(32)의 동작 시간이 길어져, 히터(32)의 열화를 초래한다. 이러한 문제를 고려하여, 본 실시형태에서는 이 히스테리시스의 값을 6℃로 하고 있다.
본 실시형태에서는, 이 온 온도(Ton)(전지 온도 하한값(Tbmin)) 및 오프 온도(Toff)를 환경 온도(α)에 따라 변경하고 있다. 즉, 환경 온도(α)가, 규정된 환경 온도 하한값(αmin) 이상인 경우에는, 온 온도(Ton), 오프 온도(Toff)로서 비교적 높은 온도를, 환경 온도(α)가, 환경 온도 하한값(αmin)을 하회하는 경우에는, 온 온도(Ton), 오프 온도(Toff)로서 비교적 낮은 온도를 설정하고 있다. 그리고, 이 설정된 온 온도(Ton) 및 오프 온도(Toff)에 의거하여, 히터(32)를 온 또는 오프하고 있다. 이러한 구성으로 하고 있는 것은 다음의 이유에 의한다.
종래에 온 온도(Ton)(전지 온도 하한값(Tbmin)) 및 오프 온도(Toff)는, 환경 온도(α)에 상관없이 항상 일정하고, 예를 들면, Ton=0℃, Toff=6℃였다. 여기에서 0℃란, 메인 전지(20)의 성능을 보장할 수 있는 온도의 하한값이다. 본래라면, 메인 전지(20)는 항상 이 0℃ 이상인 것이 바람직하다. 그러나, 차량이 극저온 환경하에 방치된 경우, 메인 전지(20)를 0℃ 이상으로 유지하기 위해서는, 히터(32)를 장시간 계속 온하지 않으면 안되어, 히터(32)의 동작 시간이 과도하게 길어질 우려가 있다.
이에 대하여 도 4, 도 6을 참조하여 설명한다. 도 4, 도 6은 Ton=0℃, Toff=6℃로 설정한 경우의 전지 온도(Tb)의 변화 및 히터(32)의 동작 시간을 나타내는 도면이다. 도 4는 환경 온도(α)=-20℃의 경우를, 도 6은 환경 온도(α)=-35℃의 경우를 각각 나타내고 있다. 또, 도 4, 도 6에 있어서, 그레이 해칭은 히터(32)가 동작하고 있는 기간을 나타내고 있다.
도 4, 도 6의 비교로부터 명확한 바와 같이, 환경 온도(α)가 낮은 경우, 히터(32)의 동작 기간이 길어진다. 이것은, 환경 온도(α)가 낮은 경우에는 동일한 열량을 부가하여도 온도가 오르기 어렵고, 또, 열량을 부가하지 않을 경우, 온도가 급격히 저하하기 때문이다. 그 결과, 환경 온도(α)=-20℃에서는 히터(32)의 동작 시간 비율은 50% 정도인 것에 비해, 환경 온도(α)=-35℃에서는 히터(32)의 동작 시간 비율은 약 85%까지 증가한다. 이와 같이 히터(32)의 동작 시간 비율이 높아지면, 히터(32)의 총 동작 시간이 길어지고, 비교적 조기에 히터(32) 교환이 필요해진다.
본 실시형태에서는, 이러한 문제를 피하기 위해, 환경 온도(α)가 환경 온도 하한값(αmin)을 하회하는 경우에는, 온 온도(Ton) 및 오프 온도(Toff)의 값을 낮추도록 하고 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 본 실시형태에서는, 컨트롤러(26)의 메모리에 2종류의 온 온도(Ton), 즉 제 1 온 온도(Ton1)와 제 2 온 온도(Ton2), 2종류의 오프 온도(Toff), 즉 제 1 오프 온도(Toff1)와 제 2 오프 온도(Toff2)를 기억하고 있다. 제 2 온 온도(Ton2)는 제 1 온 온도(Ton1)보다 작다(Ton2<Ton1). 본 실시형태에서는 Ton1=0℃, Ton2=-15℃이다. 또, 제 2 오프 온도(Toff2)는 제 1 오프 온도(Toff1)보다 작다(Toff2<Toff1). 본 실시형태에서는 Toff1=6℃, Toff2=-9℃이다.
그리고, 환경 온도(α)가 환경 온도 하한값(αmin) 이상인 경우에는, 온 온도(Ton) 및 오프 온도(Toff)로서 제 1 온 온도(Ton1) 및 제 1 오프 온도(Toff1)를 설정하고, 환경 온도(α)가 환경 온도 하한값(αmin)을 하회하는 경우에는, 온 온도(Ton) 및 오프 온도(Toff)로서 제 2 온 온도(Ton2) 및 제 2 오프 온도(Toff2)를 설정하여, 히터(32)의 구동을 제어한다. 여기에서, 환경 온도 하한값(αmin)으로서는 차량의 성능을 보장할 수 있는 온도가 설정된다. 본 실시형태의 하이브리드 차량은, 차량의 성능을 보장하는 환경 온도 하한값(αmin)을 -25℃로 하고 있다.
도 5는, 환경 온도(α)=-35℃에 있어서, Ton=-15℃, Toff=-9℃로 설정한 경우의 전지 온도(Tb)의 변화 및 히터(32)의 동작 시간을 나타내는 도면이다. 이 도 5는, 도 6과 동일한 환경 온도(α)=-35℃에서의 결과이나, 도 5에서는, 온 온도(Ton) 및 오프 온도(Toff)의 값을 낮게 하고 있기 때문에, 히터(32)의 동작 시간 비율을 도 6의 경우에 비해 대폭 저감할 수 있다. 그 결과, 히터(32)의 총 동작 시간을 짧게 할 수 있어, 히터(32)의 교환 시기를 뒤로 미룰 수 있다.
도 3은, 본 실시형태에서의 승온 동작의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 승온 동작에 있어서, 컨트롤러(26)는 먼저 환경 온도(α)를 취득한다(S24). 또한, 이 환경 온도(α)의 취득의 흐름에 대해서는 나중에 상세히 설명한다.
다음에, 얻어진 환경 온도(α)와 미리 규정된 환경 온도 하한값(αmin)을 비교하여, 환경 온도(α)가 환경 온도 하한값(αmin) 이상인지의 여부를 확인한다(S26). 확인 결과, α≥αmin의 경우에는, 온 온도(Ton) 및 오프 온도(Toff)로서 제 1 온 온도(Ton1)(0℃) 및 제 1 오프 온도(Toff1)(6℃)를 설정한다(S28). 한편,α<αmin의 경우에는, 온 온도(Ton) 및 오프 온도(Toff)로서 제 2 온 온도(Ton2)(-15℃) 및 제 2 오프 온도(Toff2)(-9℃)를 설정한다(S30).
다음에, 컨트롤러(26)는 온도 센서(24)에서 검지된 전지 온도(Tb)를 취득한다(S32). 여기에서, 온도 센서(24)가 복수 설치되어 있는 경우, 복수의 온도 센서(24) 중 하나의 온도 센서(24)에서 검지된 온도를 전지 온도(Tb)로서 취득하여도 된다. 또, 다른 예로서, 복수의 온도 센서(24)에서 검지된 복수의 검지 온도의 평균값이나 최저값 등의 통계값을 전지 온도(Tb)로서 취득하여도 된다.
전지 온도(Tb)가 취득되면, 이어서, 이 전지 온도(Tb)와 설정된 온 온도(Ton)를 비교한다(S34). 비교 결과, 전지 온도(Tb)가 온 온도(Ton) 이상인 경우에는 히터(32)를 온하지 않고 종료한다. 한편, 전지 온도(Tb)가 온 온도(Ton)를 하회하고 있는 경우에는 히터(32)를 온한다(S36). 이로 인해, 메인 전지(20)의 승온이 개시된다.
그 후, 컨트롤러(26)는 재차 전지 온도(Tb)를 취득하고(S38), 당해 전지 온도(Tb)와 오프 온도(Toff)를 비교한다(S40). 비교 결과, 전지 온도(Tb)가 오프 온도(Toff)를 상회하는 경우에는 히터(32)를 오프하고, 종료한다(S42). 한편, 전지 온도(Tb)가 오프 온도(Toff) 이하인 경우에는 Tb>Toff가 될 때까지 단계 S38, S40을 반복한다.
이상의 설명으로부터 명확한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 환경 온도(α)에 따라, 히터(32)를 온 또는 오프할 때의 문턱값인 온 온도(Ton) 및 오프 온도(Toff)를 변경하고 있다. 그 결과, 저온 환경하에 있어서 히터(32)의 동작 시간이 길어지는 것이 방지되고, 나아가서는, 히터(32)의 수명이 조기에 다하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 승온 온도를 낮게 한 경우(제 2 온·오프 온도로 설정한 경우), 충전 가능 용량의 저하나 허용 충전 전류의 저하에 의해 충전 시간이 길어진다는 문제가 예상된다. 그러나, 이 충전 시간이 다소 길어진다는 문제는, 히터(32)의 교환을 빈번히 행하지 않으면 안된다는 문제에 비해 이용자에의 부담은 작다고 생각된다. 즉, 본 실시형태에 의하면, 충전 시간이 다소 길어지지만, 이용자의 부담이 큰 히터(32)의 교환 횟수를 저감할 수 있다.
다음에, 환경 온도(α)의 취득 방법에 대하여 설명한다. 환경 온도(α)는, 차체나 메인 전지(20)의 흡기구 등에 설치한 온도 센서(24)에서 검지하여도 되나, 본 실시형태에서는, 전지 온도(Tb)로부터 환경 온도(α)를 추정하고 있다. 이에 대하여 도 7, 도 8을 참조하여 설명한다. 도 7은, 전지 온도(Tb)로부터 환경 온도(α)를 추정하는 흐름을 나타내는 플로우 차트이다. 또, 도 8은, 환경 온도(α)의 추정의 원리를 나타내는 도면이다.
환경 온도(α)를 추정하는 경우에는, 먼저 현시점(시각 t0)에 있어서의 전지 온도(Tb_t0)를 취득한다(S44). 이 전지 온도(Tb_t0)는 메인 전지(20)에 설치된 온도 센서(24)에서 검지된 온도이다.
다음에, 현시점(시각 t0)으로부터 일정 시간(tw) 경과한 후의 시각 t1에 있어서의 전지 온도의 추정값(Tb_es)을, 현시점에서의 전지 온도(Tb_t0)와 현시점에서의 추정 환경 온도(α)에 의거하여 산출한다(S46). 즉, 예를 들면, 컨트롤러(26)의 메모리(28)에, 추정 온도(Tb_es)와, 전지 온도(Tb_t0) 및 현시점에서의 추정 환경 온도(α)와의 대응 관계를 나타내는 맵을 기억해 두고, 당해 맵을 이용하여 추정 온도(Tb_es)를 취득하여도 된다. 또, 다른 방법으로서, 예를 들면, 컨트롤러(26)의 메모리(28)에, 추정 온도(Tb_es)와, 전지 온도(Tb_t0) 및 현시점에서의 추정 환경 온도(α)와의 대응 관계를 나타내는 연산식을 기억해 두고, 당해 연산식에 현재의 Tb_t0, α를 적용시켜, 추정 온도(Tb_es)를 산출하여도 된다. 연산식으로서는, 예를 들면, 식 2를 이용할 수 있다. 또한, 식 2에 있어서 D는 규정된 정수이다.
Figure pat00002
시각 t1에 있어서의 전지 온도(Tb)의 추정값(Tb_es)이 얻어지면, 컨트롤러(26)는 시각 t1이 될 때까지 대기한다(S48). 그리고, 시각 t1에 있어서, 온도 센서(24)에서 검지된 전지 온도(Tb_t1)를 취득한다(S50). 전지 온도(Tb_t1)가 얻어지면, 이어서, 이 전지 온도(Tb_t1)와 추정 온도(Tb_es)의 어긋남량을 산출하고, 얻어진 어긋남량에 따라 환경 온도(α)를 변경한다. 즉, 컨트롤러(26)는, 전지 온도(Tb_t1)로부터 추정 온도(Tb_es)를 뺀 ΔT=Tb_t1-Tb_es를 산출하고, 이 차분값(ΔT)이, 규정된 문턱값(ΔST) 이상인지의 여부를 확인한다(S52). ΔT≥ΔST의 경우에는, 현시점에서의 추정 환경 온도(α)는 실제의 환경 온도(α)보다 낮다고 생각되기 때문에, 현재의 추정 환경 온도(α)에 규정된 일정값(Δα)을 가산한 값을 새로운 추정 환경 온도(α)로 한다(S54). 한편, ΔT<ΔST의 경우에는, 이어서, 차분값(ΔT)이, 규정된 문턱값(-ΔST) 이하인지의 여부를 확인한다(S56). ΔT≤-ΔST의 경우에는, 현시점에서의 추정 환경 온도(α)는 실제의 환경 온도(α)보다 높다고 생각되기 때문에, 현재의 추정 환경 온도(α)로부터 규정된 일정값(Δα)을 감산한 값을 새로운 추정 환경 온도(α)로 한다(S58). ΔT>-ΔST이면, 현시점에서의 추정 환경 온도(α)와 실제의 환경 온도(α) 사이의 큰 차는 없다고 생각되기 때문에, 현시점에서의 추정 환경 온도(α)를 그대로 사용한다. 이후, 동일한 처리를 반복함으로써 추정 환경 온도(α)를 학습해간다.
구체예를 들어 설명하면, 예를 들면, 문턱값(ΔST)=1℃일 때에, Tb_t1=5℃, Tb_es=2℃, ΔT=3℃의 경우를 생각한다. 이 경우, 실제의 전지 온도(Tb_t1)가 추정 온도(Tb_es)보다 높아진 원인은, 실제의 환경 온도가 추정 환경 온도(α)보다 높기 때문이라고 생각된다. 따라서, 이 경우에는 추정 환경 온도(α)를, 실제의 환경 온도에 가깝게 하기 위해, 올리는 것이 바람직하다. 따라서, Tb_t1=5℃, Tb_es=2℃, ΔT=3℃의 경우에는, 단계 S52에서 Yes가 되어, 단계 S54로 진행되고, 추정 환경 온도(α)를 올리게 된다. 다음에, Tb_t1=0℃, Tb_es=2℃, ΔT=-2℃의 경우를 생각한다. 이 경우, 실제의 전지 온도(Tb_t1)가 추정 온도(Tb_es)보다 낮아진 원인은, 실제의 환경 온도가 추정 환경 온도(α)보다 낮기 때문이라고 생각된다. 따라서, 이 경우에는, 추정 환경 온도(α)를, 실제의 환경 온도에 가깝게 하기 위해, 낮추는 것이 바람직하다. 따라서, Tb_t1=0℃, Tb_es=2℃, ΔT=-2℃의 경우에는, 단계 S56에서 Yes가 되어, 단계 S58로 진행되고, 추정 환경 온도(α)를 낮추게 된다. 다음에, Tb_t1=2.5℃, Tb_es=2℃, ΔT=0.5℃의 경우를 생각한다. 이 경우, 실제의 전지 온도(Tb_t1)와 추정 온도(Tb_es)의 편차는 허용값(ΔST)=1℃보다 작다. 이 경우, 추정 환경 온도(α)는 실제의 환경 온도와의 편차도 작다고 생각되기 때문에, 이 경우, 추정 환경 온도(α)는 변경하지 않고 현재의 값을 유지하는 것이 바람직하다. 따라서, 이 경우는, 단계 S52에서 No, 단계 S56에서 No가 되어, 추정 환경 온도(α)의 변경은 행하여지지 않는다. 이와 같이, 전지 온도(Tb)에 의거하여 환경 온도(α)를 추정함으로써, 환경 온도(α)를 검지하기 위해 전용의 온도 센서(24)를 설치할 필요가 없어, 비용을 저감할 수 있다.
또한, 지금까지 설명한 구성은 모두 일례이며, 히터(32)를 온 또는 오프할 때의 기준이 되는 문턱값을, 환경 온도(α)의 저하에 따라 저감 변경하는 것이라면, 그 밖의 구성은 적절히 변경되어도 된다. 예를 들면, 본 실시형태에서는, 온 온도(Ton) 및 오프 온도(Toff)를 환경 온도(α)에 따라 2단계로 변경하고 있으나, 보다 다단계로 변경하여도 된다. 또, 온 온도(Ton) 및 오프 온도(Toff)를, 단계적으로 변경하는 것이 아니고, 환경 온도(α)에 따라 연속적으로 변경하여도 된다. 예를 들면, 온 온도(Ton) 및 오프 온도(Toff)를, 환경 온도(α)를 변수로 하는 연산식으로 산출하도록 해도 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 온 온도(Ton) 및 오프 온도(Toff)의 차분값, 즉, 히스테리시스를 일정하게 하고 있으나, 이 히스테리시스도 환경 온도(α)에 따라 변경하여도 된다. 또, 온 온도(Ton) 및 오프 온도(Toff)의 양방이 아니라, 어느 일방만을 변경하도록 해도 된다. 예를 들면, 환경 온도(α)가 떨어지면, 온 온도(Ton)만을 낮추도록 해도 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 히터(32)의 구동 제어에 온 온도(Ton) 및 오프 온도(Toff)의 양방을 이용하고 있으나, 어느 일방만을 이용해도 된다. 예를 들면, 온 온도(Ton)를 하회하면 히터(32)를 온하고, 그 후, 일정 시간이 경과하면 히터(32)를 오프하는 제어로 해도 된다. 이 경우, 온 온도(Ton)만을 환경 온도(α)에 따라 변경하면 된다.
또한, 환경 온도(α)의 추정 방법도 도 7에 나타낸 형태에 한정하지 않고, 적절히 변경되어도 된다. 예를 들면, 본 실시형태에서는, 추정 온도(Tb_es)와 실제의 전지 온도(Tb_t1)의 오차(ΔT)가 일정 이상이면, 환경 온도(α)에 일정한 값(Δα)을 가산 또는 감산하고 있으나, 이 가산 또는 감산하는 값은 오차(ΔT)의 크기에 따라 변화시켜도 된다. 또, 환경 온도(α)의 구체적인 수치를 추정하는 것이 아니라, 현재의 환경 온도(α)가 환경 온도 하한값(αmin) 이상인지의 여부만을 추정하도록 해도 된다. 예를 들면, 현재의 환경 온도(α)를 환경 온도 하한값(αmin)으로 가정하여, 일정 시간 경과 후의 전지 온도(Tb_es)를 추정하고, 일정 시간 경과 후에 실제로 검지된 전지 온도(Tb_t1)가 추정 온도(Tb_es)보다 낮으면, 환경 온도(α)는 환경 온도 하한값(αmin)보다 낮다고 판단하고, 검지된 전지 온도(Tb_t1)가 추정 온도(Tb_es) 이상이면, 환경 온도(α)는 환경 온도 하한값(αmin) 이상이라고 판단하도록 해도 된다. 그리고, 이 판단 결과에 따라, 제 1 온·오프 온도 또는 제 2 온·오프 온도 중 어느 것을 채용할지를 판정해도 된다. 또, 본 실시형태에서는 승온 장치를 하이브리드 차량에 장착하고 있으나, 승온 장치는 하이브리드 차량에 한정되지 않고, 전지(연료 전지를 포함한다)를 탑재한 차량이면, 다른 차량, 예를 들면, 전기 자동차나 연료 전지 자동차 등에 장착되어도 된다.

Claims (6)

  1. 차량 탑재 전지용 승온 장치에 있어서,
    상기 승온 장치는,
    차량에 탑재된 전지의 온도를 취득하도록 구성되는 전지 온도 취득부;
    환경 온도를 취득하도록 구성되는 환경 온도 취득부;
    상기 전지를 승온하도록 구성되는 히터; 및
    i) 상기 전지 온도 취득부에 의해 취득된 전지 온도와 소정의 문턱값의 비교 결과에 의거하여, 상기 히터를 온 또는 오프하고,
    ii) 상기 환경 온도 취득부에서 취득된 환경 온도의 저하에 따라, 상기 문턱값을 저감 변경하도록 구성되는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 승온 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    i) 상기 환경 온도 취득부에 의해 취득된 환경 온도가 미리 규정된 기준 환경 온도 이상인 경우에는, 상기 문턱값을 미리 규정된 표준값으로 설정하고,
    ii) 상기 환경 온도 취득부에 의해 취득된 환경 온도가 상기 기준 환경 온도 미만인 경우에는, 상기 문턱값을 상기 표준값보다 작은 값으로 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 승온 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전지 온도 취득부는, 상기 차량 탑재 전지 주변에 설치된 온도 센서를 포함하고,
    상기 환경 온도 취득부는 상기 온도 센서에서 검지된 전지 온도에 의거하여, 상기 환경 온도를 추정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 승온 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 환경 온도 취득부는,
    ⅰ) 현시점에서의 추정 환경 온도와, 현시점에서의 온도 센서에 의해 검지된 전지 온도에 의거하여 소정 시간 경과 후의 전지 온도를 추정하고,
    ⅱ) 상기 소정 시간 경과 후에 있어서 상기 온도 센서에서 검지된 전지 온도와 상기 추정된 전지 온도의 오차에 따라, 상기 추정 환경 온도를 보정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 승온 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 차량 탑재 전지가 외부 전원과 전기적으로 접속된 플러그인 상태인 경우에, 상기 차량 탑재 전지의 승온 동작을 실행시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 승온 장치.
  6. 차량에 탑재된 전지용 승온 방법에 있어서,
    상기 차량은 상기 전지의 온도를 취득하도록 구성되는 온도 센서와 컨트롤러를 포함하고,
    상기 승온 방법은,
    상기 온도 센서에 의해 차량에 탑재된 전지의 온도를 취득하고;
    상기 컨트롤러에 의해, 얻어진 전지 온도와 소정의 문턱값의 비교 결과에 의거하여, 상기 전지를 승온하는 히터를 온 또는 오프하고;
    상기 컨트롤러에 의해 상기 차량의 환경 온도를 취득하고;
    상기 컨트롤러에 의해, 얻어진 환경 온도의 저하에 따라 상기 문턱값을 저감 변경하는 것을 특징으로 하는 승온 방법.
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