WO2014167914A1 - バッテリ充電システム及びバッテリ充電方法 - Google Patents

バッテリ充電システム及びバッテリ充電方法 Download PDF

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賢司 保坂
涼 坂本
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日産自動車株式会社
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery charging system and a charging method.
  • Secondary batteries such as lithium ion batteries are used as batteries for so-called electric vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles.
  • Such secondary batteries are fully charged in the short time due to the increase in resistance when the battery temperature is low and the need to prevent lithium electrodeposition in the case of lithium ion batteries. It is difficult to charge until it is in a state. For this reason, when the battery temperature is low, the cruising distance may be shortened.
  • JP2011-238428A in order to ensure the cruising distance, when the battery temperature is low, charging the battery is temporarily stopped during charging, and the battery heating heater is operated to increase the battery temperature. Is disclosed.
  • an object of the present invention is to provide a battery charging system that can obtain a higher charging capacity in a shorter charging time.
  • a battery that is chargeable / dischargeable and is charged by the output power of the power source, a heating unit that is driven by the output power from the power source and that can heat the battery, and detects the temperature of the battery
  • a battery charging system includes temperature detection means and control means for executing battery charge control and heating means control.
  • the battery charging system detects the chargeable power that can be charged to the battery and the outputable power of the power supply, and if the chargeable power is greater than or equal to the maximum value of the outputable power, If the chargeable power is less than the maximum value of the outputable power, the battery is charged with the chargeable power.
  • the chargeable power is less than the maximum output power and the battery temperature detected by the temperature detection means is equal to or lower than the preset temperature, the difference between the maximum output power of the power source and the chargeable power
  • the heating means is driven by the following power to heat the battery.
  • the heating means while charging the battery with the rechargeable power, the heating means is operated with the surplus power obtained by subtracting the rechargeable power from the maximum value of the power that can be output from the power source.
  • the battery temperature can be raised without causing it.
  • the charging time can be shortened and the charging capacity of the battery can be increased.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a system to which the first embodiment is applied.
  • FIG. 2 is a control block diagram of the heater controller according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the heating control routine of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a timing chart when the heating control routine of the first embodiment is executed.
  • FIG. 5 is a control block diagram of the heater controller according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a heating control routine of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a timing chart when the heating control routine of the second embodiment is executed.
  • FIG. 8 is another example of a timing chart when the heating control routine of the second embodiment is executed.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a charging system to which the first embodiment of the present invention is applied.
  • the electric vehicle here is an electric vehicle that is driven by the electric power of the battery 10 as a driving source of the vehicle, such as an electric vehicle that is driven by an electric motor, or a hybrid vehicle that is driven by using an electric motor and an internal combustion engine in combination.
  • a vehicle including a motor such as an electric vehicle that is driven by an electric motor, or a hybrid vehicle that is driven by using an electric motor and an internal combustion engine in combination.
  • the charging system includes a battery 10, a battery heater 12 for heating the battery 10, and a charger 18 as a power source for supplying power to the battery 10 and the battery heater 12.
  • a temperature sensor 20 for detecting the battery temperature a current sensor 22 for detecting the charging current of the battery 10, and a voltage sensor 24 for detecting the voltage of the battery 10 (hereinafter also referred to as battery voltage) are provided.
  • the battery controller 14 which performs charge control mentioned later and the heater controller 16 which controls operation
  • the battery 10 is a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery. In this embodiment, a lithium ion battery is used.
  • the charger 18 determines charging power to be supplied to the battery 10 based on the maximum value of power that can be output (hereinafter referred to as “charger output possible power”) and the chargeable power of the battery 10, and supplies the battery 10 with power (DC (Current) is supplied for charging. Specifically, the charger 18 supplies the charger output possible power to the battery 10 when the chargeable power of the battery 10 is equal to or higher than the charger output possible power (that is, the charger output possible power is the battery voltage). If the rechargeable power of the battery 10 is less than the rechargeable power, supply the rechargeable power to the battery 10 (that is, supply the direct current obtained by dividing the rechargeable power by the battery voltage). )
  • the charger 18 may be either an on-vehicle type or an outside installation type.
  • the charger 18 sends the charger output possible power to the heater controller 16.
  • the rechargeable power is the maximum value of power that can be charged without extreme deterioration of the battery 10, and is generally referred to as input power, maximum charge power, or maximum input power. This is referred to as rechargeable power.
  • the battery heater 12 is operated by electric power supplied from the charger 18 and heats the battery 10 in accordance with an output command from the heater controller 16.
  • the battery heater 12 is installed in the vicinity of the battery 10 by being attached to the battery 10, for example, and directly heats the battery 10 like a PCT heater or a heating wire that generates heat by the power supplied from the charger 18.
  • a type in which a fluid such as air or liquid is heated and the battery 10 is heated via the fluid may be used.
  • the temperature sensor 20 measures the temperature of the battery 10. If the temperature of the battery 10 can be measured, the temperature sensor 20 may measure the temperature in contact with the battery 10, or at the position where the battery 10 is installed. It may be one that measures the atmospheric temperature. Moreover, when the battery 10 is an assembled battery, a sensor is arrange
  • the battery temperature may be transmitted to one of the battery controller 14 and the heater controller 16 so that the battery temperature is shared between the controllers.
  • Battery controller 14 reads detection values of current sensor 22, voltage sensor 24, and temperature sensor 20. Further, the battery controller 14 calculates the remaining capacity based on the voltage of the battery 10 and the integrated current amount during vehicle operation, and stores the remaining capacity (SOC) at the end of traveling. During charging, the remaining capacity is estimated by a known method from the integrated value (integrated current) of the battery voltage and the charging current. The calculation method of these remaining capacities is well known and will not be described in detail. As an example, the remaining capacity of the battery is determined from the open voltage of the battery 10 at the start of charging / discharging (no load immediately before charging / discharging starts). It can be calculated by detecting and adding the amount of change in the remaining capacity corresponding to the charge current or the integrated value of the discharge current from the start of charge / discharge to the remaining capacity at the start of charge / discharge.
  • the battery controller 14 calculates chargeable power (hereinafter referred to as chargeable power) based on the voltage of the battery 10, and sends the calculation result to the charger 18. It is known that the chargeable power of the battery decreases as the battery voltage increases, that is, as the remaining capacity increases, so that the chargeable power can be calculated based on the cell voltage of the battery 10.
  • chargeable power the chargeable power of the battery 10 decreases as the battery voltage increases, that is, as the remaining capacity increases, so that the chargeable power can be calculated based on the cell voltage of the battery 10.
  • the battery 10 is an assembled battery formed by connecting a plurality of cells (unit cells) in series
  • the same charging current flows through the plurality of cells. Therefore, when the battery 10 is an assembled battery formed by connecting a plurality of cells in series, the chargeable power of the battery 10 is calculated based on the voltage value of each cell. It is a value obtained by multiplying the smallest current value among the values by the voltage of the assembled battery.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the control contents of the heater controller 16.
  • this block diagram represents the function of the heater controller 16 as a virtual unit, and does not physically exist.
  • the heater controller 16 subtracts the current charge power input from the battery controller 14 from the charger output possible power input from the charger 18 to supply power to the battery heater 12 (hereinafter referred to as heater output possible power). Is calculated.
  • the heater output calculation unit 16A reads the heater output possible power, receives the battery temperature from the temperature sensor 20, and receives the estimation result of the battery temperature from the battery temperature change estimation unit 16B described later. Then, the heater output calculation unit 16A calculates a heater output (hereinafter referred to as a current heater-capable output) necessary to reach the battery temperature to the heating target temperature. In the first embodiment, the remaining power (heater output possible power) obtained by subtracting the charging power from the output possible power of the charger 18 is set as the current heater possible output.
  • the heating target temperature is a temperature at which the charging capacity of the battery 10 can be used up, that is, a temperature at which the full charging capacity of the battery can be made a capacity close to the maximum capacity of the battery according to the current degree of deterioration. Yes, based on the temperature characteristics of the battery 10. Here, for example, it is set between 15 and 30 (° C.).
  • the heater controller 16 controls the power supplied to the battery heater 12 based on the current heater output that is calculated in this way. Specifically, a switch provided on a power line that supplies power to the battery heater 12 is driven at a duty ratio based on the current heater possible output to control the power supplied to the battery heater 12 to the current heater possible output.
  • Battery temperature change estimation unit 16B estimates a change in battery temperature when battery heater 12 is operated with the current heater possible output based on the heating capacity of battery heater 12 and the heat capacity of battery 10.
  • the battery controller 14 and the heater controller 16 are separate bodies, but these may be integrated.
  • the battery controller 14 and the heater controller 16 are each composed of a microcomputer having a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input / output interface (I / O interface).
  • the Each controller 14 and 16 can be composed of a plurality of microcomputers.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a battery heating control routine. This control routine starts with the start of charging.
  • the battery controller 14 and the heater controller 16 are collectively referred to as the controller 100.
  • step S100 the controller 100 reads the detection value of the temperature sensor 20.
  • step S110 the controller 100 determines whether or not the battery temperature is equal to or lower than the heating target temperature.
  • the heating target temperature is the target temperature in the above description. As a result of the determination, if the battery temperature is equal to or lower than the heating target temperature, the process of step S120 is executed, and if not, the process of step S170 is executed.
  • step S120 the controller 100 determines whether or not the heater output possible electric power is greater than zero. If greater than zero, the controller 100 executes the process of step S130, and if it is less than zero, returns to the process of step S100.
  • step S130 the controller 100 operates the battery heater 12 with the current heater possible output described above.
  • the heater output possible power is the current heater output. That is, all of the surplus power (heater output possible power) of the charger 18 is used for heating the battery 10.
  • Controller 100 reads the battery temperature again in step S140, and determines whether or not the battery temperature exceeds the heating target temperature in step S150. If the battery temperature exceeds the heating target temperature, the process of step S160 is executed, and if not, the process returns to step S140.
  • step S160 the controller 100 stops the battery heater 12.
  • step S170 the controller 100 determines whether or not the charging is completed, that is, whether or not the fully charged state is reached. When the charging is completed, the routine is terminated. When the charging is not completed, the process of step S100 is performed. Return to.
  • FIG. 4 is a timing chart when the above battery heating control routine is executed, and shows a case where charging is started at timing T1 and charging is completed at timing T4.
  • the battery temperature is equal to or lower than the heating target temperature, and the chargeable power of the battery 10 is greater than the outputable power of the charger 18.
  • the charge control is performed while the chargeable power of the battery 10 is equal to or higher than the outputable power of the charger 18 from the start of charging. After the chargeable power decreases and becomes less than the outputable power of the charger 18, charging with the chargeable power is executed.
  • the heater controller 16 does not operate the battery heater 12 (S120-S100).
  • the charging current gradually decreases, the current charging power becomes smaller than the output possible power of the charger 18, and the heater output possible power becomes larger than zero (S120).
  • the battery heater 12 is operated using all of the surplus power and heating of the battery 10 is started (S130).
  • the battery heater 12 is stopped (S140-S160), and the charging is terminated at timing T4 when the battery 10 is fully charged (S170).
  • the oblique line in a figure represents the electric energy used for the heating.
  • the battery 10 is heated using the surplus power while being charged with the rechargeable power of the battery 10. Thereby, battery temperature can be raised, without reducing charging power more than necessary. That is, the charging time of the battery 10 can be shortened and the charging capacity of the battery 10 can be increased.
  • the charger 18 performs constant power charging at the maximum value of the output power, and strictly speaking, the charging current decreases as the battery voltage increases.
  • the charging power is in units of kilowatts (kW), but the increase in voltage is several volts (V). Therefore, the change in charging current is very small, and the change in current is not expressed in the timing chart.
  • the battery voltage rises as the charging of the battery proceeds (the remaining capacity increases), but the battery voltage change during this time is a minute change in millivolt (mV) unit, The change in voltage is not expressed.
  • the battery controller 14 further uses the calculated remaining capacity, current charging power, and battery temperature to calculate the time until full charge (hereinafter referred to as remaining charging time).
  • remaining charging time the time until full charge
  • the current internal power and full charge capacity of the battery 10 is calculated from the battery temperature by map search or the like, and how long it takes to charge the current charge capacity to full charge. Estimate. The estimated remaining charging time is sent to the heater controller 16 together with the current charging power.
  • the current heater possible output calculation method in the heater output calculation unit 16A of the heater controller 16 is different from that of the first embodiment. Furthermore, the heater controller 16 calculates not only the current heater-capable output but also the time required to heat the battery 10 to the heating target temperature with the current heater-capable output (hereinafter referred to as heater heating required time).
  • FIG. 5 is a block diagram showing the control contents of the heater controller 16.
  • this block diagram represents the function of the heater controller 16 as a virtual unit, and does not physically exist.
  • the current heater possible output is calculated as follows. First, the amount of electric power (Wh) required to heat the battery 10 to the heating target temperature is calculated from the temperature difference between the current battery temperature and the heating target temperature and the heat capacity of the battery 10. Then, the required power (W) is calculated from the required power amount and the remaining charge time. The required power and the heater output possible power are compared. If the required power is larger than the heater output possible power, the heater output possible power is set as the current heater output. On the other hand, if the required power is smaller than the heater output possible power, the required power is set as the current heater output.
  • the heater heating required time is calculated using the deviation between the current battery temperature and the target heating temperature, the heat capacity of the battery 10, and the current heater available output.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a battery heating control routine.
  • the battery controller 14 and the heater controller 16 are collectively referred to as the controller 100.
  • Steps S200-S220 are the same as steps S100-S120 in FIG.
  • the controller 100 calculates the remaining charging time in step S222, calculates the heater heating required time in step S224, and determines whether or not the remaining charging time is equal to or shorter than the heater heating required time in step S226. If the remaining charge time is less than or equal to the heater heating required time, the process of step S230 is executed. Otherwise, the process returns to step S200.
  • Steps S230-S270 are the same as steps S130-S170 in FIG.
  • the battery heater 12 is operated after the remaining charging time is equal to or less than the heater heating required time so that the battery temperature reaches the heating target temperature when charging is completed.
  • the battery heater 12 is immediately operated. That is, when the temperature cannot be raised to the heating target temperature by the completion of charging, heating is started immediately after surplus power is generated.
  • FIG. 7 is a timing chart similar to FIG. 4 of the first embodiment when the battery heating control routine is executed.
  • the battery temperature, remaining capacity, etc. at the start of charging are the same as in FIG. 4, and heating is started at timing T2 as in FIG. However, in the present embodiment, heating is performed so as to reach the heating target temperature when charging is completed with the current heater possible output, so that the slope of the battery temperature rise is smaller than the slope in the first embodiment, and the battery temperature is charged completely.
  • the heating target temperature is reached at timing T4.
  • the heating time becomes longer, but the amount of power required for heating is reduced.
  • FIG. 8 is another example of a timing chart when the above battery heating control routine is executed. The difference from FIG. 7 is that the battery temperature at the start of charging is higher than in the case of FIG.
  • the heater heating time is shortened. For this reason, it takes time until the remaining charging time becomes equal to or shorter than the heater heating required time, and the timing at which the battery heater 12 operates is later than the timing T2.
  • the battery heater 12 is operated based on the remaining charge time and the current heater possible output so that the battery 10 is at the heating target temperature when charging is completed.
  • the amount of heat released from the battery heater 12 to the outside is reduced by shortening the charging time, so that wasteful consumption of heating power can be prevented. An effect is also obtained.
  • the operation start timing of the battery heater 12 is set so that the battery 10 reaches the heating target temperature when charging is completed, the charge capacity of the battery 10 can be increased as the battery 10 approaches full charge.

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Abstract

　本発明は､短い充電時間で高い充電容量を得ることを目的としたバッテリ充電システムである。　本発明のバッテリ充電システムは､電源の出力電力により充電されるバッテリ（１０）、電源からの出力電力で駆動されるバッテリヒータ（１２）、バッテリ温度検出用の温度センサ（２０）、バッテリコントローラ（１４）､及びヒータコントローラ（１６）を備える。そして､バッテリコントローラ（１４）は､バッテリ充電可能電力及び電源出力可能電力を検知し、充電可能電力が出力可能電力の最大値以上の場合には出力可能電力の最大値でバッテリを充電し、充電可能電力が出力可能電力の最大値未満の場合は充電可能電力でバッテリを充電し､充電可能電力が出力可能電力の最大値未満、かつ、バッテリ温度が加熱目標温度以下の場合には、電源の出力可能電力の最大値と充電可能電力との差以下の駆動電力によりバッテリヒータを駆動してバッテリを加熱する。

Description

バッテリ充電システム及びバッテリ充電方法
　本発明は、バッテリの充電システム及び充電方法に関する。
　電気自動車やハイブリッド車両といった、いわゆる電動車のバッテリとして、リチウムイオン電池等の二次電池が用いられている。このような二次電池は、バッテリ温度が低い場合には、抵抗が増大すること、及び、リチウムイオン電池の場合はリチウム電析を防止する必要があることにより、短時間で常温と同じ満充電状態となるまで充電することが難しい。このため、バッテリ温度が低い場合には航続距離が短くなることがある。
　ＪＰ２０１１－２３８４２８Ａには、航続距離を確保するために、バッテリ温度が低い場合には、充電中にバッテリへの充電を一時停止して、バッテリ加熱用のヒータを稼働させてバッテリ温度を上昇させることが開示されている。
　上記文献に開示された制御では、バッテリへの充電を一時停止し、ヒータによる加熱を行なってから充電を再開することになるので、結果的に長い充電時間が必要となってしまう。
　そこで本発明では、より短い充電時間で、より高い充電容量が得られるバッテリ充電システムを提供することを目的とする。
　本発明のある態様によれば、充放電可能であって電源の出力電力により充電されるバッテリと、電源からの出力電力で駆動し、バッテリを加熱可能な加熱手段と、バッテリの温度を検出する温度検出手段と、バッテリの充電制御及び加熱手段の制御を実行する制御手段とを備えるバッテリ充電システムが提供される。
　バッテリ充電システムは、バッテリに充電可能な電力である充電可能電力及び電源の出力可能電力を検知し、充電可能電力が出力可能電力の最大値以上の場合には出力可能電力の最大値でバッテリを充電し、充電可能電力が出力可能電力の最大値未満の場合は充電可能電力でバッテリを充電する。また、充電可能電力が出力可能電力の最大値未満、かつ、温度検出手段により検出したバッテリ温度が予め設定した温度以下の場合には、電源の出力可能電力の最大値と充電可能電力との差以下の電力により加熱手段を駆動してバッテリを加熱する。
　上記態様によれば、バッテリを充電可能電力で充電しながら、電源の出力可能電力の最大値から充電可能電力を差し引いた余剰電力で加熱手段を稼働させてバッテリを加熱するので、充電電力を低下させることなくバッテリ温度を上昇させることができる。その結果、充電時間を短縮するとともに、バッテリの充電容量を高めることができる。
図１は、第１実施形態を適用するシステムの構成図である。 図２は、第１実施形態のヒータコントローラの制御ブロック図である。 図３は、第１実施形態の加熱制御ルーチンを示すフローチャートである。 図４は、第１実施形態の加熱制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。 図５は、第２実施形態のヒータコントローラの制御ブロック図である。 図６は、第２実施形態の加熱制御ルーチンを示すフローチャートである。 図７は、第２実施形態の加熱制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。 図８は、第２実施形態の加熱制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートの他の例である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
　（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施形態を適用する充電システムの構成図である。
　この充電システムは、電動車に用いるバッテリ１０を充電するものである。なお、ここでいう電動車とは、電動モータにより走行する電気自動車や、電動モータと内燃機関とを併用して走行するハイブリッド車両のように、車両の駆動源としてバッテリ１０の電力で駆動する電動モータを備える車両である。
　そして、本充電システムは、バッテリ１０と、バッテリ１０を加熱するためのバッテリヒータ１２と、バッテリ１０及びバッテリヒータ１２に電力を供給する電源としての充電器１８と、を備える。
　また、バッテリ温度を検出する温度センサ２０、バッテリ１０の充電電流を検出する電流センサ２２、バッテリ１０の電圧（以下、バッテリ電圧ともいう）を検出する電圧センサ２４を備える。
　そして、後述する充電制御を実行するバッテリコントローラ１４、バッテリヒータ１２の稼働を制御するヒータコントローラ１６を備える。
　バッテリ１０は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池のような二次電池である。本実施形態ではリチウムイオン電池を用いる。
　充電器１８は、出力可能な電力の最大値（以下、充電器出力可能電力という）とバッテリ１０の充電可能電力とに基づいてバッテリ１０へ供給する充電電力を決定し、バッテリ１０に電力（直流電流）を供給して充電を行なう。具体的には、充電器１８は、バッテリ１０の充電可能電力が充電器出力可能電力以上の場合にはバッテリ１０への充電器出力可能電力を供給（すなわち、充電器出力可能電力をバッテリ電圧で除した直流電流を供給）し、バッテリ１０の充電可能電力が充電器出力可能電力未満の場合にはバッテリ１０へ充電可能電力を供給（すなわち、充電可能電力をバッテリ電圧で除した直流電流を供給）する。なお、充電器１８は、車載型又は車外設置型のいずれでもよい。例えば、家庭用電源を用いる通常充電時には車載されたものを使用し、急速充電時には車外に設置された急速充電用充電器を使用する。また、充電器１８は充電器出力可能電力をヒータコントローラ１６へ送る。なお、充電可能電力とは、バッテリ１０の極端な劣化を伴わずに充電できる電力の最大値をいい、一般的に入力可能電力、最大充電可能電力、又は最大入力可能電力ともいわれるが、本明細書においては充電可能電力と称する。
　バッテリヒータ１２は、充電器１８から供給される電力によって稼働し、ヒータコントローラ１６の出力指令に応じてバッテリ１０を加熱する。バッテリヒータ１２は、例えばバッテリ１０に貼り付けられる等によりバッテリ１０近傍に設置されるとともに、充電器１８から供給される電力によって発熱するＰＣＴヒータや電熱線のように、バッテリ１０を直接加熱するタイプでもよいし、空気または液体等の流体を加熱し、その流体を介してバッテリ１０を加熱するタイプでもよい。
　温度センサ２０は、バッテリ１０の温度を測定するものであるが、バッテリ１０の温度を計測可能であれば、バッテリ１０に当接して温度を計測するものでもよいし、バッテリ１０を設置した位置の雰囲気温度を測定するものでもよい。また、バッテリ１０が組電池の場合には、各セルまたは複数のセルを一群とするセル群毎にセンサを配置する。そして、複数のセンサの中で最も低い温度をバッテリ温度としてバッテリコントローラ１４及びヒータコントローラ１６へ送信する。最も低い温度をバッテリ温度とすることにより、後述する加熱制御の終了時点において、一部のセルの温度が上昇しておらず充電容量が小さくなるという事態を回避できる。
　なお、バッテリ温度をバッテリコントローラ１４とヒータコントローラ１６とのうちの、いずれか一方のコントローラに送信し、そのバッテリ温度をコントローラ間で共有するようにしてもよい。
　バッテリコントローラ１４は、電流センサ２２、電圧センサ２４、及び温度センサ２０の検出値を読み込む。また、バッテリコントローラ１４は、車両運行中にバッテリ１０の電圧と積算電流量に基づいて残容量を演算しており、走行終了時点での残容量（ＳＯＣ）を記憶しておく。そして、充電中にはバッテリ電圧及び充電電流の積算値（積算電流）から公知の方法により残容量を推定する。これらの残容量の算出方法は公知であるので詳述はしないが、一例として、充放電開始時（充放電が開始される直前の無負荷時）のバッテリ１０の開放電圧からバッテリの残容量を検出し、充放電開始時からの充電電流または放電電流の積算値に応じた残容量の変化量を充放電開始時の残容量に加算することにより算出することができる。
　また、バッテリコントローラ１４は、バッテリ１０の電圧に基づいて充電可能な電力（以下、充電可能電力という）を算出し、算出結果を充電器１８に送る。なお、バッテリの充電可能電力はバッテリ電圧が高いほど、すなわち残容量が大きいほど小さくなることが知られているため、充電可能電力はバッテリ１０のセル電圧に基づいて算出することが可能である。ここで、バッテリ１０が複数のセル（単電池）を直列接続して形成された組電池である場合には、複数のセルには同一の充電電流が流れる。このため、バッテリ１０が複数のセルを直列接続して形成された組電池である場合にはバッテリ１０の充電可能電力は、各セルそれぞれの電圧値に基づいて算出される各セルの充電可能電流値のうちで最も小さい電流値に組電池の電圧を乗じた値となる。
　図２は、ヒータコントローラ１６の制御内容を示すブロック図である。なお、本ブロック図はヒータコントローラ１６の機能を仮想的なユニットとして表したものであり、物理的に存在するものではない。
　ヒータコントローラ１６では、充電器１８から入力された充電器出力可能電力からバッテリコントローラ１４から入力された現状充電電力を減算して、バッテリヒータ１２に供給可能な電力（以下、ヒータ出力可能電力という）を算出する。
　ヒータ出力演算部１６Ａは、ヒータ出力可能電力を読み込み、また、温度センサ２０からバッテリ温度が入力され、後述するバッテリ温度変化推定部１６Ｂからバッテリ温度の推定結果が入力される。そして、ヒータ出力演算部１６Ａは、バッテリ温度を加熱目標温度に到達させるために必要なヒータ出力（以下、現状ヒータ可能出力という）を算出する。第１実施形態においては、充電器１８の出力可能電力から充電電力を差し引いた残りの電力（ヒータ出力可能電力）を現状ヒータ可能出力とする。なお、加熱目標温度は、バッテリ１０の充電容量を使いきることができる温度、つまりバッテリの満充電容量を、現在の劣化度に応じたバッテリの最大容量に近い容量にすることが可能な温度であり、バッテリ１０の温度特性に基づいて設定する。ここでは、例えば１５～３０（℃）の間で設定する。
　ヒータコントローラ１６は、このようにして算出した現状ヒータ可能出力に基づいて、バッテリヒータ１２への供給電力を制御する。具体的には、現状ヒータ可能出力に基づくデューティー比でバッテリヒータ１２へ電力を供給する電力線に設けられたスイッチを駆動して、バッテリヒータ１２への供給電力を現状ヒータ可能出力に制御する。
　バッテリ温度変化推定部１６Ｂは、現状ヒータ可能出力でバッテリヒータ１２を稼働させた場合のバッテリ温度の変化を、バッテリヒータ１２の加熱能力及びバッテリ１０の熱容量に基づいて推定する。
　なお、図１ではバッテリコントローラ１４とヒータコントローラ１６とが別体となっているが、これらを一体式のコントローラとしてもよい。また、バッテリコントローラ１４とヒータコントローラ１６は、それぞれ中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。なお、各コントローラ１４、１６を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。
　次に、バッテリコントローラ１４及びヒータコントローラ１６が実行するバッテリ加熱制御について説明する。
　図３は、バッテリ加熱制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、充電開始に伴って開始する。なお、以下の説明では、バッテリコントローラ１４とヒータコントローラ１６を併せてコントローラ１００とする。
　ステップＳ１００で、コントローラ１００は温度センサ２０の検出値を読み込む。
　ステップＳ１１０で、コントローラ１００はバッテリ温度が加熱目標温度以下であるか否かを判定する。加熱目標温度は、上記説明における目標温度である。判定の結果、バッテリ温度が加熱目標温度以下の場合はステップＳ１２０の処理を実行し、そうでない場合はステップＳ１７０の処理を実行する。
　ステップＳ１２０で、コントローラ１００はヒータ出力可能電力がゼロより大きいか否かを判定し、ゼロより大きければステップＳ１３０の処理を実行し、ゼロ以下の場合はステップＳ１００の処理に戻る。
　ステップＳ１３０で、コントローラ１００は、上述した現状ヒータ可能出力でバッテリヒータ１２を稼働させる。ここでは、ヒータ出力可能電力を現状ヒータ可能出力とする。つまり、充電器１８の余剰電力（ヒータ出力可能電力）のすべてをバッテリ１０の加熱に用いる。
　コントローラ１００は、ステップＳ１４０でバッテリ温度を再度読み込み、ステップＳ１５０でバッテリ温度が加熱目標温度を超えたか否かを判定する。バッテリ温度が加熱目標温度を超えている場合はステップＳ１６０の処理を実行し、そうでない場合はステップＳ１４０の処理に戻る。
　ステップＳ１６０で、コントローラ１００はバッテリヒータ１２を停止させる。
　ステップＳ１７０で、コントローラ１００は充電が完了したか否か、つまり満充電状態になったか否かを判定し、完了している場合は本ルーチンを終了し、完了していない場合はステップＳ１００の処理に戻る。
　次に、本実施形態の作用、効果について説明する。
　図４は、上記のバッテリ加熱制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートであり、タイミングＴ１で充電を開始して、タイミングＴ４で充電が完了する場合について示している。なお、タイミングＴ１において、バッテリ温度は加熱目標温度以下であり、バッテリ１０の充電可能電力は充電器１８の出力可能電力より大きいものとする。また、充電制御は、充電開始からバッテリ１０の充電可能電力が充電器１８の出力可能電力以上の間は、充電器１８の出力可能電力で定電力充電を実行し、バッテリ１０の充電が進むにつれて充電可能電力が減少して充電器１８の出力可能電力未満となった後は充電可能電力による充電を実行するものである。
　タイミングＴ１で、充電器１８の出力可能電力の最大値で定電力充電を開始することにより、バッテリ１０の電圧が上昇し始めるとともに充電可能電力が減少し、タイミングＴ２でバッテリ１０の充電可能電力が充電器１８の出力可能電力に達する。このタイミングＴ１からタイミングＴ２までの間は、現状充電電力が充電器１８の出力可能電力であるため、ヒータ出力可能電力はゼロである。したがって、ヒータコントローラ１６はバッテリヒータ１２を稼働させない（Ｓ１２０－Ｓ１００）。
　タイミングＴ２で充電可能電力による充電に切り換えた後は、充電電流が徐々に低下して現状充電電力が充電器１８の出力可能電力より小さくなり、ヒータ出力可能電力がゼロより大きくなる（Ｓ１２０）。このとき、バッテリ温度は加熱目標温度以下なので、余剰電力のすべてを使用してバッテリヒータ１２を稼働し、バッテリ１０の加熱を開始する（Ｓ１３０）。
　そして、タイミングＴ３でバッテリ温度が加熱目標温度に達したら、バッテリヒータ１２を停止させ（Ｓ１４０－Ｓ１６０）、バッテリ１０が満充電状態になったタイミングＴ４で充電を終了する（Ｓ１７０）。なお、図中の斜線は加熱に使用した電力量を表している。
　上記のように、バッテリ１０の充電可能電力で充電しながら、余剰電力を用いてバッテリ１０を加熱する。これにより、充電電力を必要以上に低下させることなくバッテリ温度を上昇させることができる。すなわち、バッテリ１０の充電時間を短縮するとともに、バッテリ１０の充電容量を高めることができる。
　なお、図４のタイミングチャートにおけるタイミングＴ１からＴ２の間は、充電器１８は出力可能電力の最大値で定電力充電を行なっており、厳密にはバッテリ電圧の上昇とともに充電電流は減少するが、充電電力はキロワット（ｋＷ）単位であるのに対し電圧の上昇代は数ボルト（Ｖ）であるため、充電電流の変化は微小であり、タイミングチャートには電流の変化を表現していない。同様に、タイミングＴ２からＴ４の間は、バッテリの充電が進む（残容量が増加する）につれてバッテリ電圧が上昇するが、この間のバッテリ電圧変化はミリボルト（ｍＶ）単位の微小な変化であるので、電圧の変化を表現していない。
　（第２実施形態）
　本実施形態を適用する充電システムの構成は、基本的には第１実施形態と同様であるが、バッテリコントローラ１４及びヒータコントローラ１６の演算内容に一部相違点がある。そこで、まず第１実施形態との相違点について説明する。
　バッテリコントローラ１４は、第１実施形態で説明した演算に加え、さらに、算出した残容量、現状の充電電力、バッテリ温度を用いて、満充電になるまでの時間（以下、残充電時間という）を推定する。具体的には、バッテリ温度からマップ検索等によりバッテリ１０の現状の内部抵抗及び満充電容量を算出し、現状の残容量から満充電にするには、現状の充電電力でどの程度の時間を要するかを推定する。推定した残充電時間は、現状の充電電力とともにヒータコントローラ１６へ送られる。
　また、ヒータコントローラ１６のヒータ出力演算部１６Ａにおける現状ヒータ可能出力の算出方法が第１実施形態とは異なる。さらに、ヒータコントローラ１６は、現状ヒータ可能出力だけでなく、現状ヒータ可能出力でバッテリ１０を加熱目標温度まで加熱するのに要する時間（以下、ヒータ加熱必要時間という）も算出する。
　図５は、ヒータコントローラ１６の制御内容を示すブロック図である。なお、本ブロック図はヒータコントローラ１６の機能を仮想的なユニットとして表したものであり、物理的に存在するものではない。
　図２と異なるのは、ヒータ出力演算部１６Ａに、バッテリコントローラ１４から残充電時間が入力される点である。
　現状ヒータ可能出力は、次のようにして算出する。まず、現在のバッテリ温度と加熱目標温度の温度差と、バッテリ１０の熱容量から、バッテリ１０を加熱目標温度まで加熱するために必要となる電力量（Ｗｈ）を算出する。そして、必要となる電力量と残充電時間から、必要となる電力（Ｗ）を算出する。必要となる電力とヒータ出力可能電力を比較し、必要となる電力の方がヒータ出力可能電力より大きい場合は、ヒータ出力可能電力を現状ヒータ可能出力とする。一方、必要となる電力の方がヒータ出力可能電力より小さい場合は、必要となる電力を現状ヒータ可能出力とする。
　ヒータ加熱必要時間は、現状のバッテリ温度と加熱目標温度の偏差と、バッテリ１０の熱容量と、現状ヒータ可能出力とを用いて算出する。
　図６は、バッテリ加熱制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、以下の説明では、バッテリコントローラ１４とヒータコントローラ１６を併せてコントローラ１００とする。
　ステップＳ２００－Ｓ２２０は図３のステップＳ１００－Ｓ１２０と同様なので説明を省略する。
　コントローラ１００は、ステップＳ２２２で残充電時間を算出し、ステップＳ２２４でヒータ加熱必要時間を算出し、ステップＳ２２６で残充電時間がヒータ加熱必要時間以下であるか否かを判定する。残充電時間がヒータ加熱必要時間以下の場合はステップＳ２３０の処理を実行し、そうでない場合はステップＳ２００の処理に戻る。
　ステップＳ２３０－Ｓ２７０は図３のステップＳ１３０－Ｓ１７０と同様なので、説明を省略する。
　上記のように、残充電時間がヒータ加熱必要時間以下になってからバッテリヒータ１２を稼働させることで、充電完了時にバッテリ温度が加熱目標温度に到達するようにする。
　また、初回演算の時点で残充電時間がヒータ加熱必要時間より短い場合は、ただちにバッテリヒータ１２を稼働させることになる。つまり、充電完了までに加熱目標温度まで昇温できない場合は、余剰電力が発生したら直ちに加熱を開始することになる。
　図７は、上記のバッテリ加熱制御ルーチンを実行した場合について、第１実施形態の図４と同様に示したタイミングチャートである。
　充電開始時におけるバッテリ温度や残容量等は図４の場合と同様であり、タイミングＴ２で加熱を開始することも図４と同様である。しかし、本実施形態では現状ヒータ可能出力で充電完了時に加熱目標温度に到達するように加熱するので、バッテリ温度上昇の傾きが第１実施形態における傾きより小さくなり、バッテリ温度は、充電が完了するタイミングＴ４で加熱目標温度に到達する。
　これにより、余剰電力のすべてを加熱に使用する第１実施形態と比べて、加熱している時間は長くなるが、加熱に要する電力量は少なくなる。
　図８は、上記のバッテリ加熱制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートの他の例である。図７との違いは、充電開始時におけるバッテリ温度が図７の場合よりも高い点である。
　この場合、現状のバッテリ温度と加熱目標温度の温度差が小さくなる分、ヒータ加熱必要時間が短くなる。このため、残充電時間がヒータ加熱必要時間以下になるまでに時間を要することとなり、バッテリヒータ１２が稼働するタイミングがタイミングＴ２よりも後になる。
　以上のように本実施形態によれば、残充電時間と現状ヒータ可能出力に基づいて、充電完了時にバッテリ１０が加熱目標温度になっているようにバッテリヒータ１２を稼働させる。これにより、第１実施形態と同様の効果の他に、充電時間が短くなることで、バッテリヒータ１２から外部へ放出される熱量が低減するので、加熱用の電力の無駄な消費を防止できるという効果も得られる。
　また、充電完了時にバッテリ１０が加熱目標温度になるようにバッテリヒータ１２の稼働開始タイミングを設定するので、バッテリ１０が満充電に近づくにつれてバッテリ１０の充電容量を高めることができる。
　さらに、充電完了時までに加熱目標温度まで昇温できないと判断した場合は、余剰電力が発生したら直ちに加熱を開始するので、可能な範囲でバッテリ温度を加熱目標温度に近づけることができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　本願は２０１３年４月１０日に日本国特許庁に出願された特願２０１３－８２２１３に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
 

Claims (5)

  1. 　充放電可能であって電源の出力電力により充電されるバッテリと、
    　前記電源からの出力電力で駆動し、前記バッテリを加熱可能な加熱手段と、
    　前記バッテリの温度を検出する温度検出手段と、
    　前記バッテリの充電制御及び前記加熱手段の制御を実行する制御手段と
    を備え、
    　前記制御手段は、前記バッテリに充電可能な電力である充電可能電力及び前記電源の出力可能電力を検知し、前記充電可能電力が前記出力可能電力の最大値以上の場合には前記出力可能電力の最大値で前記バッテリを充電し、前記充電可能電力が前記出力可能電力の最大値未満の場合は前記充電可能電力で前記バッテリを充電し、
    　前記充電可能電力が前記出力可能電力の最大値未満、かつ、前記温度検出手段により検出したバッテリ温度が予め設定した温度以下の場合には、前記電源の出力可能電力の最大値と前記充電可能電力との差以下の駆動電力により前記加熱手段を駆動して前記バッテリを加熱するバッテリ充電システム。
  2. 　請求項１に記載のバッテリ充電システムにおいて、
    　前記制御手段は、前記電源の出力電力及び前記バッテリの充電状態に基づいて算出した残充電時間と、駆動電力に基づいて算出した前記加熱手段の加熱能力と、に基づいて、充電完了時に前記バッテリが予め設定した目標温度となるように前記加熱手段を制御するバッテリ充電システム。
  3. 　請求項２に記載のバッテリ充電システムにおいて、
    　前記制御手段は、充電完了時に前記バッテリが予め設定した目標温度となるように加熱開始タイミングを設定するバッテリ充電システム。
  4. 　請求項３に記載のバッテリ充電システムにおいて、
    　前記制御手段は、充電完了時までに前記バッテリを前記目標温度まで昇温できないと判断した場合は、前記充電可能電力が前記出力可能電力の最大値未満になったら直ちに加熱を開始するバッテリ充電システム。
  5. 　充放電可能であって電源の出力電力により充電されるバッテリの充電可能電力を検知し、
    　前記電源の出力可能電力を検知し、
    　前記バッテリの温度を検知し、
    　前記充電可能電力が前記出力可能電力の最大値以上の場合には前記出力可能電力の最大値で前記バッテリを充電し、
    　前記充電可能電力が前記出力可能電力の最大値未満の場合は前記充電可能電力で前記バッテリを充電し、
    　前記充電可能電力が前記出力可能電力の最大値未満、かつ、前記温度検出手段により検出したバッテリ温度が予め設定した温度以下の場合には、前記電源の出力可能電力の最大値と前記充電可能電力との差以下の電力により駆動して前記バッテリを加熱するバッテリ充電方法。
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