JP2016113040A - 車両用バッテリ温調システム - Google Patents

Abstract

【課題】電動車両において、駐車中におけるバッテリ劣化を防ぎ、かつ、バッテリ使用制限による燃費悪化を抑制する。【解決手段】電動車両のバッテリ１１と、バッテリ１１の温度を検出するバッテリ温度センサ３１と、バッテリ１１の温度を所定の温度範囲内に調節するバッテリ温調装置３０と、駐車スケジュールを取得する駐車予定情報取得手段と、気温予想情報取得手段と、駐車開始の予定時刻から駐車終了の予定時刻までの間に温調手段３０で必要と予想される電力量を演算する温調電力量演算手段と、駐車開始時にバッテリに充電された電力量が所定の目標電力量に温調電力量を加算した電力量以上になるように、走行時にバッテリの充放電を制御するバッテリ充放電制御手段と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は車両用バッテリの温調システムに関する。

近年、環境問題等を考慮して、エンジンとモータとを駆動源とするハイブリッド車（ＨＥＶ車）や、内燃機関を備えない電気自動車（ＥＶ車）などの電動車両の開発が進んでいる。

このような電動車両には、大容量のバッテリが搭載されている。しかし、バッテリは適切な温度範囲になければ大幅に効率が低下したり、劣化が進行して寿命を縮めたりする虞がある。加えて、バッテリの温度が適切な温度範囲にないためにバッテリの使用が制限されれば、ハイブリッドシステムの使用が制限され、燃費改善効果が得られなくなる。

そのためハイブリッド車や電気自動車などの電動車両においては、低温時にはバッテリを暖機する必要があり、例えば特許文献１には、エンジン近傍及びバッテリ近傍に冷媒が循環する循環経路を形成し、車両始動直後にエンジンの暖機とともにバッテリの暖機を行う技術が開示されている。また、高温時にはバッテリを冷却する必要があり、例えば特許文献２には、冷却ファンにより外気を吸引してバッテリを空冷することによりバッテリの冷却を行う技術が開示されている。

このように、ハイブリッド車や電気自動車などの電動車両においては、様々な条件下においてバッテリ劣化やバッテリ使用制限による燃費悪化を抑制することが望まれている。

特開２００６−１５１０９１号公報 特開２０１３−１４７０４３号公報

しかしながら、例えば夜間から翌朝にかけて駐車する場合などは、エンジンの停止に伴いバッテリの温度管理ができない時間が比較的長いため、バッテリの温度が適切な温度の範囲外になってバッテリが劣化する虞がある。また、エンジン始動時にバッテリ温度が適切な温度範囲内にない場合、ハイブリッドシステムの使用が制限され、燃費改善効果が得られない問題が生ずる。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、駐車中におけるバッテリ劣化を防ぎ、かつ、バッテリ使用制限による燃費悪化を抑制することができる車両用バッテリ温調システムを提供することにある。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。

本発明に係る車両用バッテリ温調システムは、車両の駆動源であるエンジンと、前記車両の駆動源であり発電も可能な電動発電機と、前記電動発電機を駆動するための電力の供給及び前記電動発電機により発電された電力の蓄電が可能なバッテリと、前記バッテリの温度を検出するバッテリ温度センサと、前記バッテリ温度センサの検出温度に基づいて前記バッテリの温度を所定の温度範囲内に調節するバッテリ温調手段と、前記車両の駐車開始の予定時刻、駐車終了の予定時刻、及び駐車予定場所に関する駐車予定情報を取得する駐車予定情報取得手段と、前記駐車開始の予定時刻から前記駐車終了の予定時刻までの間の前記駐車予定場所における気象要素の情報を取得する気象情報取得手段と、前記バッテリの温度と前記気象要素の情報に基づき推定した前記バッテリの温度変化に基づいて、前記駐車開始の予定時刻から前記駐車終了の予定時刻までの間に前記バッテリ温調手段で必要と予想される電力量を温調電力量として演算する温調電力量演算手段と、前記車両の駐車開始時に前記バッテリに充電された電力量が所定の目標電力量に前記温調電力量を加算した電力量以上になるように、前記車両の走行時に前記バッテリの充放電を制御するバッテリ充放電制御手段と、を備える。

本発明によれば、駐車中におけるバッテリ劣化を防ぎ、かつ、バッテリ使用制限による燃費悪化を抑制することができる車両用バッテリ温調システムを提供することができる。

本実施形態のバッテリ温度調節装置が搭載されたハイブリッド型トラックを示す全体構成図である。 本実施形態における車両ＥＣＵが実行するバッテリの温度調節手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。

図１は本実施形態のバッテリ温度調節装置が搭載されたハイブリッド型トラックを示す全体構成図である。

ハイブリッド型トラック１は所謂パラレル型ハイブリッド車両として構成されており、以下の説明では、車両と称する場合もある。車両１には走行用動力源としてディーゼルエンジン（以下、エンジンという）２、及び例えば永久磁石式同期電動機のように発電機としても作動可能なモータ３が搭載されている。エンジン２の出力軸にはクラッチ４が連結され、クラッチ４にはモータ３の回転軸を介して自動変速機５の入力側が連結されている。自動変速機５の出力側にはプロペラシャフト６を介して差動装置７が連結され、差動装置７には駆動軸８を介して左右の駆動輪９が連結されている。

自動変速機５は一般的な手動変速機をベースとしてクラッチ４の断接操作及び変速段の切換操作を自動化したものであり、本実施形態では、前進１２速後退１速の変速段を有している。当然ながら、自動変速機５の構成はこれに限るものではなく任意に変更可能であり、例えば手動式変速機として具体化してもよいし、２系統の動力伝達系を備えたいわゆるデュアルクラッチ式自動変速機として具体化してもよい。

モータ３には電力変換装置１０を介してバッテリ１１が接続されている。電力変換装置１０は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路及び交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路を含む（図示せず）。バッテリ１１に蓄えられた直流電力は電力変換装置１０のインバータ回路により交流電力に変換されてモータ３に供給され（力行制御）、モータ３が発生した駆動力は自動変速機５で変速された後に駆動輪９に伝達されて車両１を走行させる。また、例えば車両１の減速時や降坂路での走行時には、駆動輪９側からの逆駆動によりモータ３が発電機として作動する（回生制御）。モータ３が発生した負側の駆動力は制動力として駆動輪９側に伝達されると共に、モータ３が発電した交流電力が電力変換装置１０のコンバータ回路で直流電力に変換されてバッテリ１１に充電される。

このようなモータ３が発生する駆動力は上記クラッチ４の断接状態に関わらず駆動輪９側に伝達され、これに対してエンジン２が発生する駆動力はクラッチ４の接続時に限って駆動輪９側に伝達される。従って、クラッチ４の切断時には、上記のようにモータ３が発生する正側または負側の駆動力が駆動輪９側に伝達されて車両１が走行する。また、クラッチ４の接続時には、エンジン２及びモータ３の駆動力が駆動輪９側に伝達されたり、或いはエンジン２の駆動力のみが駆動輪９側に伝達されたりして車両１が走行する。

車両ＥＣＵ２０は車両全体を統合制御するための制御回路である。そのために車両ＥＣＵ２０には、アクセルペダル１２の操作量θaccを検出するアクセルセンサ２１、ブレーキペダル１３の踏込操作を検出するブレーキスイッチ２２、車両１の速度（車速）Ｖを検出する車速センサ２３、エンジン２の回転速度Ｎeを検出するエンジン回転速度センサ２４、及びモータ３の回転速度Ｎmを検出するモータ回転速度センサ２５等の各種センサ・スイッチ類が接続されている。

また、車両ＥＣＵ２０には、図示はしないがクラッチ４を断接操作するアクチュエータ、及び自動変速機５を変速操作するアクチュエータ等が接続されると共に、エンジン制御用のエンジンＥＣＵ２６、電力変換制御用の電力変換ＥＣＵ２７、及びバッテリ１１を管理するバッテリＥＣＵ２８が接続されている。

車両ＥＣＵ２０は、運転者によるアクセル操作量θacc等に基づき車両１を走行させるために必要な要求トルクを算出し、その要求トルクやバッテリ１１の充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）等に基づき車両１の走行モードを選択する。本実施形態では走行モードとして、エンジン２の駆動力のみを用いるＥ/Ｇモード、モータ３の駆動力のみを用いるＥＶモード、及びエンジン２及びモータ３の駆動力を共に用いるＨＥＶモードが設定されており、その何れかの走行モードを車両ＥＣＵ２０が選択するようになっている。

車両ＥＣＵ２０は選択した走行モードに基づき、要求トルクをエンジン２やモータ３が出力すべきトルク指令値に換算する。例えばＨＥＶモードでは要求トルクをエンジン２側及びモータ３側に配分した上で、その時点の変速段に基づきエンジン２及びモータ３のトルク指令値を算出する。また、Ｅ/Ｇモードでは要求トルクを変速段に基づきエンジン２へのトルク指令値に換算し、ＥＶモードでは要求トルクを変速段に基づきモータ３へのトルク指令値に換算する。

そして、車両ＥＣＵ２０は選択した走行モードを実行すべく、ＥＶモードでは上記クラッチ４を切断し、Ｅ/Ｇモード及びＨＥＶモードではクラッチ４を接続した上で、エンジンＥＣＵ２６及び電力変換ＥＣＵ２７にトルク指令値を適宜出力する。また、車両１の走行中において車両ＥＣＵ２０は、アクセル操作量θaccや車速Ｖ等に基づき図示しないシフトマップから目標変速段を算出し、この目標変速段を達成すべく、アクチュエータによりクラッチ４の断接操作及び変速段の切換操作を実行する。

一方、エンジンＥＣＵ２６は、車両ＥＣＵ２０から入力された走行モード及びトルク指令値を達成するように噴射量制御や噴射時期制御を実行する。例えばＥ/ＧモードやＨＥＶモードでは、正側のトルク指令値に対してエンジン２に駆動力を発生させ、負側のトルク指令値に対してエンジンブレーキを発生させる。また、ＥＶモードの場合には、燃料噴射の中止によりエンジン２を停止保持状態、またはアイドル運転状態とする。

また、電力変換ＥＣＵ２７は、車両ＥＣＵ２０から入力された走行モード及びトルク指令値を達成するように、電力変換装置１０を介してモータ３を制御する。例えばＥＶモードやＨＥＶモードでは、正側のトルク指令値に対してモータ３を力行制御して正側の駆動力を発生させ、負側のトルク指令値に対してはモータ３を回生制御して負側の駆動力を発生させる。また、Ｅ/Ｇモードの場合には、モータ３の駆動力を０に制御する。また、バッテリＥＣＵ２８は、バッテリ１１の温度、バッテリ１１の電圧、電力変換装置１０とバッテリ１１との間に流れる電流等を検出し、これらの検出結果からバッテリ１１の充電状態を逐次算出して車両ＥＣＵ２０に出力する。

さらに車両ＥＣＵ２０には、温調装置３０、バッテリ温度センサ３１、気象情報取得部３２、運行スケジュール取得部３３が接続されている。

車両ＥＣＵ２０はバッテリ温度センサ３１からバッテリ１１の温度を取得し、バッテリ１１が所定の温度範囲内に維持されるよう、温調装置３０に温度調節の指令を送る。ここで、所定の温度範囲とは、バッテリ１１が正常に動作する温度範囲として予め設定されるものであり、この範囲外ではバッテリ１１の使用制限がかかる。

「バッテリ温調手段」としての温調装置３０は、バッテリ水冷回路などからなるバッテリ冷却システムや、エンジン冷却水におけるエンジン排熱を利用したバッテリ暖機システムなど、公知のバッテリ温調装置を用いることができる。温調装置３０は、車両ＥＣＵ２０の指令に基づいて、車両１の走行中及び停車中並びに駐車中において、バッテリ１１の温度が適切な温度範囲内に維持されるよう冷却および暖機システムを制御する。

気象情報取得部３２は、移動体通信システムを利用して提供される気温や日照情報等の気象要素の情報を受信し、その情報を車両ＥＣＵ２０に送信する。

運行スケジュール取得部３３は車両１の運行スケジュールを管制センターから受信し、その情報を車両ＥＣＵ２０に送信する。ここで、運行スケジュールの取得は管制センターからの受信に限らず、ドライバーが手動で入力する手段を別途設けることにより行なってもよい。

図２に車両ＥＣＵ２０が実行するバッテリ１１の温調手順がフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿って説明する。

車両ＥＣＵ２０は、車両１のキーオン時から図２に示す温調手順をスタートさせる。まずステップＳ１として車両ＥＣＵ２０は、駐車予定時刻を確認するために運行スケジュール取得部３３から「駐車予定情報」としての運行スケジュールを取得する（駐車予定情報取得手段）。この運行スケジュールには、駐車開始の予定時刻、駐車終了の予定時刻、及び駐車予定場所の情報が含まれている。

ステップＳ２では、ステップＳ１で取得した運行スケジュールに基づき駐車予定時刻が近づいたか否かを確認する。この確認は、車両１のＧＰＳによる位置情報と運行スケジュールの駐車予定場所との照合により行なってもよいし、ドライバーが駐車する意思を手動で入力する手段を別途設けることにより行なってもよい。

ステップＳ２において車両１がまもなく駐車すると判断されたとき（ステップＳ２でＹｅｓ）、ステップＳ３で車両ＥＣＵ２０はバッテリ温度センサ３１からバッテリ１１の温度を取得する。

ステップＳ４では、車両ＥＣＵ２０は外部情報取得部３２から駐車予定場所における気温や日照情報等の気象要素の情報を取得する（気象情報取得手段）。

ステップＳ５では、車両ＥＣＵ２０は運行スケジュール及び気象要素の情報に基づき、駐車開始の予定時刻から駐車終了の予定時刻までのバッテリ１１の温度推移を推定する。

ステップＳ６では、車両ＥＣＵ２０はバッテリ１１の温度推移の推定に基づき、駐車開始の予定時刻から駐車終了の予定時刻までの間にバッテリ１１の温度を所定の温度範囲内に維持するために温調装置３０が必要とする電力量（温調電力量）を計算する（温調電力量演算手段）。

ステップＳ７では、車両ＥＣＵ２０は駐車開始時におけるバッテリ１１の充電電力量が、所定の目標電力量にステップＳ６で算出した電力量を加算した電力量以上になるように、バッテリ１１の充放電を制御させる指令をバッテリＥＣＵ２８に対して送信する。ここで、所定の目標電力量は、例えば車両１のエンジン始動時や走行開始時に必要となる最小限の電力量であり、車両１のハイブリッドシステムや電気系統の仕様等に応じて適宜設定し得る電力量である。上記の指令を受信したバッテリＥＣＵ２８は、駐車開始時刻までにバッテリ１１の充電電力量が、所定の目標電力量にステップＳ６で算出した電力量を加算した電力量以上になるように、バッテリ１１に対する充放電制御を実行する（バッテリ充放電制御手段）。

ステップＳ８において、車両ＥＣＵ２０は、車両１が駐車を開始した後も、バッテリ１１の温度が所定の温度範囲内に維持されているか否かをバッテリ温度センサ３１により確認する。ここで、車両ＥＣＵ２０のメモリにはバッテリ１１の温度を所定の温度範囲内に維持すべく温調装置３０の駆動を開始する温調開始閾値が記憶されている。この温調開始閾値としてはバッテリ冷却システムによるバッテリ１１の冷却を開始するための冷却開始閾値Ｔｃと、バッテリ暖機システムによるバッテリ１１の暖機を開始するための暖機開始閾値Ｔｗとが設定されており、この冷却開始閾値Ｔｃは所定の温度範囲の上限値よりも低い温度に設定され、暖機開始閾値Ｔｗは所定の温度範囲の下限値よりも高い温度に設定されている。そして、バッテリ１１の温度が冷却開始閾値Ｔｃを上回ったとき又は暖機開始閾値Ｔｗを下回ったとき（ステップＳ８でＹｅｓ）、車両ＥＣＵ２０は温調装置３０に対して温調指令を送信し、バッテリ１１の温度調節制御が開始される（ステップＳ９）。

このように本発明は、バッテリ１１に充電された電力量が、駐車開始時刻において、駐車している間のバッテリ１１の温度を所定の温度範囲内に維持するために必要な電力量を所定の目標電力量に加算した電力量以上になるように、バッテリ１１に対する充放電制御を実行する。そして駐車中においても温調装置３０によるバッテリ１１の温度制御を実行して、駐車中におけるバッテリ１１の温度を所定の温度範囲内に維持する。それによって本発明は、駐車時においてもバッテリの温度を適切に管理することができるため、駐車中におけるバッテリ劣化を防ぎ、かつ、発車時におけるバッテリ使用制限による燃費悪化を抑制することができる車両用バッテリ温調システムを提供することができる。

以上で本発明に係る車両用バッテリ温調システムの実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。

上記実施形態では、車両１が駐車を開始した後も、バッテリ１１の温度が所定の温度範囲内に維持されるように、温調開始閾値を設けているが、バッテリの温度を所定の温度範囲内に維持する温調制御はこれに限られるものではない。例えば、ステップＳ５において推定したバッテリの温度推移に基づき、バッテリの温度が所定の温度範囲外となる前に温調を開始する温調開始時期を予め設定してもよい。

３ モータ
１１ バッテリ
２０ 車両ＥＣＵ
２８ バッテリＥＣＵ
３０ 温調装置
３１ バッテリ温度センサ
３２ 気象情報取得部
３３ 運行スケジュール取得部

Claims (1)

1. 車両の駆動源であるエンジンと、
   前記車両の駆動源であり発電も可能な電動発電機と、
   前記電動発電機を駆動するための電力の供給及び前記電動発電機により発電された電力の蓄電が可能なバッテリと、
   前記バッテリの温度を検出するバッテリ温度センサと、
   前記バッテリ温度センサの検出温度に基づいて前記バッテリの温度を所定の温度範囲内に調節するバッテリ温調手段と、
   前記車両の駐車開始の予定時刻、駐車終了の予定時刻、及び駐車予定場所に関する駐車予定情報を取得する駐車予定情報取得手段と、
   前記駐車開始の予定時刻から前記駐車終了の予定時刻までの間の前記駐車予定場所における気象要素の情報を取得する気象情報取得手段と、
   前記バッテリの温度と前記気象要素の情報に基づき推定した前記バッテリの温度変化に基づいて、前記駐車開始の予定時刻から前記駐車終了の予定時刻までの間に前記バッテリ温調手段で必要と推定される電力量を温調電力量として演算する温調電力量演算手段と、
   前記車両の駐車開始時に前記バッテリに充電された電力量が所定の目標電力量に前記温調電力量を加算した電力量以上になるように、前記車両の走行時に前記バッテリの充放電を制御するバッテリ充放電制御手段と、を備える車両用バッテリ温調システム。
   

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