JP2017143691A - バッテリの昇温システム - Google Patents

Abstract

【課題】コストの増加を抑制するとともに、リレーの溶着を検出するバッテリの昇温システムを提供することである。
【解決手段】モータジェネレータＭＧ２に電力供給する駆動用バッテリ２０と、駆動用バッテリ２０を温めるヒータ３２と、ヒータ３２に電力供給する補機用バッテリ３０と、補機用バッテリ３０とヒータ３２との電力経路を接続または切断するリレー３３と、駆動用バッテリ２０と補機用バッテリ３０との電力経路を接続または切断するＤＣ／ＤＣコンバータ２２とを備えたバッテリの昇温システムであって、リレー３３及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御するコントローラ４０は、駆動用バッテリ２０の昇温完了後、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を停止して、この状態において、補機用バッテリ３０の電圧が低下しつつ、かつ、ヒータ３２の温度が上昇している場合、リレー３３が溶着していると判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリの昇温システムに関し、特に、バッテリを温めるヒータへの電力経路を接続または切断するリレーの溶着を判断するバッテリの昇温システムに関する。

電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両は、走行用モータに電力を供給する駆動用バッテリを備えている。駆動用バッテリの入出力性能はバッテリ温度に依存し、バッテリ温度が低いほどバッテリの入出力性能が低下する。駆動用バッテリとして、例えば、リチウムイオン電池を用いることがある。リチウムイオン電池は、低温環境下で充電を行うと、正極から出たリチウムイオンが負極に吸収されにくくなり、リチウム金属が析出し易くなって良好な充電が困難になる性質を有している。

このため、低温環境下においてバッテリ温度が低い場合では、ヒータを用いて駆動用バッテリを温めるバッテリの昇温システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のバッテリの昇温システムは、駆動用バッテリを温めるヒータと、ヒータに電力を供給する補機用バッテリと、補機用バッテリとヒータとの電力経路を接続または切断するリレーとを備えており、低温環境下では、リレーをオンして、補機用バッテリの電力をヒータに供給して駆動用バッテリを温める。なお、補機用バッテリは、空調システムやオーディオシステム等の補機に電力を供給するものである。

特開２０１５−０４７０２７号公報

リレーの接点は、リレーのオンオフ動作時の突入電流等により溶着する可能性がある。特許文献１に記載のバッテリの昇温システムでは、ヒータへの電力経路を接続または切断するリレーの溶着検出について記載されておらず、特許文献１に記載のバッテリの昇温システムにおいて、仮に、リレーが溶着した場合、駆動用バッテリの昇温完了後も駆動用バッテリの加熱が継続されて、駆動用バッテリが過熱して劣化する。このため、リレーが溶着したことを検出する必要がある。なお、リレーの溶着を検出するには、当該溶着を検出する検出手段等を使用することが考えられるが、このような検出手段等の使用はコスト増加に繋がる。

そこで、本発明では、コストの増加を抑制するとともに、リレーの溶着を検出するバッテリの昇温システムを提供することを目的とする。

本発明のバッテリの昇温システムは、車両の走行用モータに電力を供給する駆動用バッテリと、前記駆動用バッテリを温めるヒータと、前記ヒータ及び補機に電力を供給する補機用バッテリと、前記補機用バッテリと前記ヒータとの電力経路を接続または切断するリレーと、前記駆動用バッテリと前記補機用バッテリとの電力経路を接続または切断するとともに、接続時には前記駆動用バッテリの電力を電圧変換して前記補機用バッテリに供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記駆動用バッテリの温度に基づいて前記リレーを制御するとともに、前記補機用バッテリの電圧に基づいて前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御手段と、を備えたバッテリの昇温システムであって、前記制御手段は、前記駆動用バッテリの昇温完了後、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを停止して、この状態において、前記補機用バッテリの電圧が低下しつつ、前記ヒータの温度が上昇している場合に前記リレーが溶着していると判断することを特徴とする。

本発明によれば、コストの増加を抑制することができるとともに、リレーの溶着を検出することができる。

ハイブリッド自動車のハイブリッドシステムの概略構成を示すブロック図である。 リレーの溶着を判断する制御を示すフローチャートである。

本発明のバッテリの昇温システムをハイブリッド自動車に適用した実施形態について説明する。図１に示すように、ハイブリッド自動車のハイブリッドシステム１は、駆動輪１２を駆動するモータジェネレータＭＧ２及びエンジン１０と、エンジン１０の動力を駆動輪１２またはモータジェネレータＭＧ１に伝達する動力分割機構１１と、モータジェネレータＭＧ２に電力を供給する駆動用バッテリ２０と、エンジン１０の動力を受けて発電するモータジェネレータＭＧ１と、駆動用バッテリ２０から出力された直流電力を交流電力に変換して、交流電力をモータジェネレータＭＧ２に出力するインバータ１３と、駆動用バッテリ２０の充放電や駆動用バッテリ２０からインバータ１３への電力供給等を制御する制御手段としてのコントローラ４０とを備えている。

図１において、駆動用バッテリ２０は、電気的に直列に接続された複数の単電池を有している。駆動用バッテリ２０を構成する単電池の数は、駆動用バッテリ２０の要求出力等に基づいて適宜設定することができる。駆動用バッテリ２０には、駆動用バッテリ２０の温度を検出する温度センサ２１が設けられている。温度センサ２１は検出結果をコントローラ４０に出力する。駆動用バッテリ２０としては、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。

駆動用バッテリ２０は、正極ラインＰＬ及び負極ラインＮＬを介してインバータ１３に接続されている。正極ラインＰＬ及び負極ラインＮＬには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがそれぞれ設けられている。車両のイグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったとき、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフからオンに切り替えることによって、駆動用バッテリ２０をインバータ１３に接続する。これにより、図１に示すハイブリッドシステム１は起動状態（Ｒｅａｄｙ−Ｏｎ）となる。

また、車両のイグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったとき、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替えて、駆動用バッテリ２０とインバータ１３との接続を切断する。これにより、ハイブリッドシステム１は停止状態（Ｒｅａｄｙ−Ｏｆｆ）となる。

インバータ１３は、駆動用バッテリ２０から出力された直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータジェネレータＭＧ２に出力する。モータジェネレータＭＧ２は、インバータ１３から出力された交流電力を受けて駆動輪１２を駆動する。

動力分割機構１１は、エンジン１０の動力を駆動輪１２またはモータジェネレータＭＧ１に伝達する。モータジェネレータＭＧ１はエンジン１０の動力を受けて発電する。モータジェネレータＭＧ１が生成した電力（交流電力）は、インバータ１３を介してモータジェネレータＭＧ２に供給され、あるいは、駆動用バッテリ２０に供給される。モータジェネレータＭＧ１が生成した電力を、モータジェネレータＭＧ２に供給すれば、モータジェネレータＭＧ２が駆動輪１２を駆動することができる。モータジェネレータＭＧ１が生成した電力を駆動用バッテリ２０に供給すれば、駆動用バッテリ２０を充電することができる。

車両を減速または停止するとき、モータジェネレータＭＧ２は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。インバータ１３は、モータジェネレータＭＧ２が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力を駆動用バッテリ２０に出力する。これにより、駆動用バッテリ２０は回生電力を蓄えることができる。

次に、駆動用バッテリ２０を温める昇温システムについて説明する。昇温システムは、駆動用バッテリ２０を温めるヒータ３２と、ヒータ３２に電力を供給する補機用バッテリ３０と、補機用バッテリ３０とヒータ３２との電力経路を接続または切断するリレー３３と、駆動用バッテリ２０の電力を電圧変換して補機用バッテリ３０に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ２２と、駆動用バッテリ２０の温度に基づいてリレー３３を制御するコントローラ４０とを備えている。

正極ラインＰＬにおけるシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂとインバータ１３との間と、負極ラインＮＬにおけるシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇとインバータ１３との間とには、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２には、空調システムやオーディオシステム等の補機３１、補機用バッテリ３０及びヒータ３２が接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、駆動用バッテリ２０と補機用バッテリ３０等との電力経路を接続または切断する機能を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の動作はコントローラ４０によって制御される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２がオン（作動）されると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、駆動用バッテリ２０の出力電圧を降圧して、降圧後の電力を補機３１、補機用バッテリ３０及びヒータ３２にそれぞれ供給する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２がオフ（停止）されると、駆動用バッテリ２０と補機用バッテリ３０等とは切断された状態となり、この状態では、補機用バッテリ３０、補機３１及びヒータ３２は、補機用バッテリ３０を電力供給源とした閉じた回路になる。なお、この状態では、補機用バッテリ３０から補機３１及びヒータ３２に電力が供給される。

補機用バッテリ３０には、補機用バッテリ３０の電圧を検出する電圧センサ３４が設けられている。電圧センサ３４は検出結果をコントローラ４０に出力する。また、補機用バッテリ３０としては、バッテリ温度が低い状態でも、その入出力性能が低下にくい電池、例えば、鉛蓄電池等を使用する。

ヒータ３２は、駆動用バッテリ２０の近傍に配置されている。ヒータ３２とＤＣ／ＤＣコンバータ２２または補機用バッテリ３０との間には、ヒータ３２への電力経路を接続または切断するリレー３３が配置されている。リレー３３は、コントローラ４０からの制御信号によりオンオフされる。リレー３３がオンされるとヒータ３２への電力供給が行われ、オフされると電力供給が遮断される。ヒータ３２への電力供給によりヒータ３２が発熱して駆動用バッテリ２０が温められる。また、ヒータ３２の近傍には、ヒータ３２の温度を検出するサーミスタ３５が設けられている。サーミスタ３５は検出結果をコントローラ４０に出力する。

コントローラ４０は、駆動用バッテリ２０の充放電制御を行う。また、コントローラ４０は、駆動用バッテリ２０の温度に基づいて、駆動用バッテリ２０の昇温の必要性を判断し、昇温の必要があればヒータ３２による加熱制御を行う。さらに、ヒータ３２のリレー３３が溶着しているかの判断も行う。このリレー溶着の判断制御については後述する。

次に、ヒータ３２による駆動用バッテリ２０の昇温について説明する。コントローラ４０は、温度センサ２１から駆動用バッテリ２０の温度を取得する。取得した駆動用バッテリ２０の温度がバッテリ入出力性能を十分に発揮できない温度であったとき、すなわち、低温であったとき、リレー３３をオンしてヒータ３２に電力供給を行って駆動用バッテリ２０を温める。

ヒータ３２への電力供給にはいくつかのパターンがある。まず、電圧センサ３４の検出電圧に基づいて、補機用バッテリ３０の電力が十分に残存していると判断される場合には、補機用バッテリ３０の電力をヒータ３２に供給する。また、電圧センサ３４の検出電圧に基づいて、補機用バッテリ３０の電力が十分に残存していないと判断される場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２をオンして、駆動用バッテリ２０の電力をＤＣ／ＤＣコンバータ２２を介してヒータ３２に供給する。このとき、駆動用バッテリ２０の電力は、補機用バッテリ３０にも供給されて、駆動用バッテリ２０の電力によって補機用バッテリ３０は充電される。また、駆動用バッテリ２０の電力は補機３１にも供給される。さらに、ハイブリッドシステム１が図示しない外部電源に接続されている場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２をオンして、外部電源からの電力をＤＣ／ＤＣコンバータ２２を介してヒータ３２に供給する。

次に、リレー３３の溶着を判断する制御について、図２に示すフローチャートを参照して説明する。このフローチャートによる制御はコントローラ４０によって行われる。図２において、ステップＳ１０ではヒータ３２が発熱しているかを判断する。すなわち、ステップＳ１０において、サーミスタ３５の検出温度を取得して所定温度と比較する。所定温度とは、ヒータ３２が発熱状態であるかを判断するための温度であり、例えば、ヒータ３２の停止時（非発熱時）の温度よりも高い温度（例えば、環境温度よりも高い温度）に設定される。

そして、ヒータ３２が所定温度よりも高い温度である場合（Ｙｅｓ）、ヒータ３２が発熱している状態、すなわち、駆動用バッテリ２０を加熱している状態であると判断して、ステップＳ１１に進む。また、ヒータ３２が所定温度以下である場合（Ｎｏ）、ヒータ３２が非発熱状態、すなわち、駆動用バッテリ２０を加熱していない状態であると判断して終了する。

ステップＳ１１では、駆動用バッテリ２０の温度に基づいて、駆動用バッテリ２０の昇温（加熱）の継続または停止を判断する。すなわち、温度センサ２１の検出温度を取得して、駆動用バッテリ２０の温度を検出する。駆動用バッテリ２０の温度が入出力性能を十分に発揮できる温度以上である場合（Ｙｅｓ）、駆動用バッテリ２０の昇温は必要なくなったと判断して、駆動用バッテリ２０の昇温を停止する。この昇温停止に基づいてリレー３３はオフされて、ステップＳ１２に進む。また、駆動用バッテリ２０の温度が入出力性能を十分に発揮できる温度に達していない場合（Ｎｏ）、駆動用バッテリ２０の昇温を継続する必要があると判断して、駆動用バッテリ２０の昇温を継続して終了する。

ステップＳ１２では、リレー３３の溶着を判断するための準備として、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２をオフしてステップＳ１３に進む。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２をオフ（停止）することによって、駆動用バッテリ２０と補機用バッテリ３０等とは切断された状態となり、この状態では、補機用バッテリ３０、補機３１及びヒータ３２は、補機用バッテリ３０を電力供給源とした閉じた回路になる。

ステップＳ１３ではリレー３３の溶着を判断する。そのために補機用バッテリ３０の電圧状態及びヒータ３２の温度状態を検出する。すなわち、電圧センサ３４の検出電圧を取得して補機用バッテリ３０の電圧が低下している状態であるかを判断する。また、サーミスタ３５の検出温度を取得して、ヒータ３２の温度が上昇しているかを判断する。

ステップＳ１３においては、補機用バッテリ３０、ヒータ３２、リレー３３及び補機３１は、補機用バッテリ３０を電力供給源とした閉じた回路であるため、リレー３３が溶着していると、補機用バッテリ３０の電力がヒータ３２に供給され続けてヒータ３２の温度が上昇する。このため、補機用バッテリ３０の電圧が低下し続けている状態と、ヒータ３２の温度が上昇し続けている状態とが同時に検出された場合、リレー３３が溶着していると判断できる。

また、補機用バッテリ３０の電圧が低下し続けている状態であっても、ヒータ３２の温度が上昇し続けていない状態は、車両の空調システムやオーディオシステム等の補機３１が使用されている状態であり、リレー３３は溶着していないと判断できる。すなわち、リレー３３がオフしてヒータ３２が停止している。また、補機３１によって補機用バッテリ３０の電力が消費されている状態であり、このためリレー３３は正常に動作していると判断できる。

よって、ステップＳ１３では、所定時間の間、電圧センサ３４の検出電圧及びサーミスタ３５の検出温度をそれぞれ取得して、検出電圧及び検出温度の変化を観察する。その結果、補機用バッテリ３０の電圧が低下している状態であり、かつ、ヒータ３２の温度が上昇している状態であれば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１４に進みリレー３３が溶着していると判断する。また、補機用バッテリ３０の電圧が低下している状態であっても、ヒータ３２の温度が上昇していない状態では（Ｎｏ）、リレー３３は溶着していないと判断する。また、このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２をオフからオンに切り替える。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２をオンすることによって、補機用バッテリ３０等への電力供給が行うことができる。

ここで、リレー３３の溶着を判断するために、補機用バッテリ３０の電圧とヒータ３２の温度とを同時に検出する理由について説明する。補機用バッテリ３０の電圧及びヒータ３２の温度の２つの状態に基づいて、リレー３３の溶着を判断するので、リレー３３の溶着を確実かつ正確に判断することができる。

また、補機用バッテリ３０の電圧及びヒータ３２の温度の２つの状態を検出しているので、ステップＳ１３において、リレー３３が溶着していないと判断（Ｎｏ）されたとき、例えば、補機用バッテリ３０の電圧が低下していない状態（補機３１停止状態及びリレー３３オフ状態）と、ヒータ３２の温度が上昇している状態とが同時に検出された場合、サーミスタ３５が故障等により異常であると判断することができる。すなわち、この場合では、ヒータ３２に電力供給されていない状態であるのに、ヒータ３２の温度上昇が検出されるので、サーミスタ３５の異常を検出することができる。

ステップＳ１４では、リレー３３の溶着を示す警告表示を行う。なお、リレー３３への電力経路を遮断する図示しない遮断手段等を作動させてもよい。また、このリレー３３の溶着を判断するフローチャートは、駆動用バッテリ２０を温める毎に行う。すなわち、リレー３３を駆動する毎にリレー３３の溶着を判断する。

このように、駆動用バッテリ２０の昇温後に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２をオフ（停止）することによって、補機用バッテリ３０、補機３１、ヒータ３２及びリレー３３を、補機用バッテリ３０を電力供給源とする閉じた回路とする。そして、補機用バッテリ３０の電圧及びヒータ３２の温度を検出することによって、補機用バッテリ３０の電圧低下状態及びヒータ３２の温度上昇状態が同時に検出された場合に、リレー３３が溶着していると判断することができる。

また、リレー３３の溶着判断のために専用の検出手段等を追加することなく、既存の構成に基づいて、リレー３３の溶着を判断することができる。このため、低コストでリレー３３の溶着を判断することができる。

１ ハイブリッドシステム、２０ 駆動用バッテリ、２１ 温度センサ、２２ ＤＣ／ＤＣコンバータ、３０ 補機用バッテリ、３１ 補機、３２ ヒータ、３３ リレー、３４ 電圧センサ、３５ サーミスタ、４０ コントローラ。

Claims (1)

1. 車両の走行用モータに電力を供給する駆動用バッテリと、
   前記駆動用バッテリを温めるヒータと、
   前記ヒータ及び補機に電力を供給する補機用バッテリと、
   前記補機用バッテリと前記ヒータとの電力経路を接続または切断するリレーと、
   前記駆動用バッテリと前記補機用バッテリとの電力経路を接続または切断するとともに、接続時には前記駆動用バッテリの電力を電圧変換して前記補機用バッテリに供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記駆動用バッテリの温度に基づいて前記リレーを制御するとともに、前記補機用バッテリの電圧に基づいて前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御手段と、
   を備えたバッテリの昇温システムであって、
   前記制御手段は、前記駆動用バッテリの昇温完了後、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを停止して、この状態において、前記補機用バッテリの電圧が低下しつつ、前記ヒータの温度が上昇している場合に前記リレーが溶着していると判断することを特徴とするバッテリの昇温システム。

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