JP2005340211A - 車両バッテリー温度の制御方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 より便利なバッテリー・ヒーターを提供する。
【解決手段】 バッテリーを加熱するためのヒーターと、キーオフ状態を判定し、キーオフ状態の判定後にバッテリーを加熱するためバッテリーからヒーターへのエネルギーの流れを可能にする制御器とを備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は概略的には、バッテリー作動の車両の制御方法及びシステムに関し、より具体的には、車両バッテリー温度の制御方法及びシステムに関する。

ハイブリッド電気自動車や純粋な電気自動車のような車両は通常、車両駆動用の動力を供給するための高電圧バッテリーを備えている。車両の性能とバッテリーの耐用年数は、極端な温度状態に影響される。

例えば、低温では、バッテリーの放電・充電能力は低下する傾向にある。これは、低温気象条件においてバッテリーの恩恵を低下させ、性能にむらを生じさせる可能性があるので問題である。

特許文献１において述べられているように、車両動作中のバッテリーの充放電は、バッテリーの内部抵抗を生じ、バッテリーを加熱する。
米国特許第６１６３１３５号明細書

しかし、この従来技術の欠点の一つは、車両が停止している時にバッテリーを加熱することができない点である。この欠点は、車両停止時にバッテリーが過冷状態に遭遇する可能性があるとき、特に不利になる。

そこで、車両停止時にバッテリーを加熱するためにバッテリー・ヒーターを使用することが考えられる。しかし、バッテリー・ヒーターは、それを壁コンセントや離れた位置の電気エネルギー源に繋げるためのコード又は他の電気的コネクターを含む車載品であるのが一般的である。このようなヒーターの不利な点は、ユーザーに壁コンセントへの接続という不便を要求する、という点にある。

したがって、より便利なバッテリー・ヒーターが求められている。

本発明は、車両システム制御器等の車両制御器によって制御可能な車両バッテリーを備えた、車両バッテリーを加熱するためのいくつかの構造や特徴に関する。ここで、バッテリー・ヒーターは、そこに熱を供給するために、バッテリー内又はその近傍に設置することができる。

本発明の観点の一つは、ヒーターがバッテリーを加熱するためにバッテリーからエネルギーを受けるように、ヒーターがバッテリーに電気的に接続されていることである。例えば、ヒーターは、周囲の温度の低下に応じて電流に対する抵抗を増加させる正の温度係数を持つ要素とすることができる。さらに、ヒーターは、その中を通る電流の量に比例して熱を発生する抵抗要素とすることができる。

本発明の観点の一つは、バッテリー・ヒーターの制御方法に関する。その方法は、キーオフ又はその他の車両停止状態を判定した後、バッテリーを加熱するためのバッテリーからヒーターへのエネルギーの流れを可能にするものである。

この方法はさらに、キーオフ判定に応じ、そしてバッテリーの加熱に先立ち、ヒーター制御器をスリープ（sleep）又はサスペンド（suspend）モードにするステップを備えてもよい。「スリープ」状態の制御器は、その後で、バッテリーが加熱される必要があるか否かを判定するため、アクティブ・モードにすることができる。

この制御方法はさらに、キーオフ後所定時間が経過したときにバッテリーの加熱を禁止するステップを備えてもよい。このステップは、車両が長時間、停止中のときにバッテリーが加熱されないことを保証するために行われる。

この制御方法はさらに、バッテリーの充電状態（state of charge：SOC）が所定の閾値よりも大きい時に限りバッテリーを加熱するステップを備えてもよい。ここで、バッテリーからヒーターへのエネルギーの量は、バッテリーのSOCに基づいて決定される。

本発明による効果の一つは、ユーザー又は作業者がプラグをコンセントに接続すること無く、また、他の不便な動作をすること無くバッテリーを加熱することができる、ということである。

本発明による別の効果は、車両制御装置を、エネルギーを節約するためにスリープ・モードに入れることができ、そしてその後で、バッテリーに加熱が必要かどうか判定するためにアクティブ・モードに入れることができる点である。

本発明のさらに他の効果は、車両が長期間使用されないときは、後からの使用に備えてバッテリーのエネルギーを保つことができるように、ヒーターを停止することができるという点である。

図１は、本発明に係る加熱システム10を表す。加熱システム10は、バッテリー16を加熱するための熱を供給する。

加熱システム10は、車両から離れた位置にある電源装置に接続するための部品を必要とすることなく、バッテリー16を加熱することができる。むしろ、この加熱システム10は、バッテリー16からの電力を使う、自己加熱システムである。

その上、この加熱システム10は、車両駆動用の高電圧バッテリー16で動作するいかなる形式の車両においても、使用することができる。具体的には、加熱システム10は、推進モーターへのバッテリー16の電力のみに依存する車両に使用することができる。

加えて、加熱システム10は、車両駆動又はバッテリー16の充電に使用する追加動力源を備えたハイブリッド電気自動車にも使用できる。例えば、この加熱システム10は、シリーズ・ハイブリッド電気自動車（series hybrid electric vehicle：SHEV）、パラレル・ハイブリッド電気自動車（parallel hybrid electric vehicle：PHEV）、そしてパワースプリット（パラレル／シリーズ）ハイブリッド電気自動車（PSHEV）に使用できる。

加熱システム10は、バッテリー16を加熱するための熱を生成するヒーター18を含む。ヒーター18は、熱を供給できるものであれば、いかなるヒーターでも良い。また、ヒーター18は、バッテリー16によって供給されるエネルギーに基づいて熱を生成するように構成されたいかなる電気作動機器とすることもできる。さらにヒーター18は、バッテリー16に熱を供給するため、バッテリー内又はバッテリーの近くに配置される。

ヒーター18は、熱を供給するためにその中を通過する電流に応答するものであるのが好ましい。例えば、ヒーター18は、周囲の温度の低下に応じて電気抵抗を増加させる温度係数が正の要素とすることができる。

加えて、ヒーター18は、その中を通過する電流の量に比例して熱を発生する抵抗要素とすることができる。しかしながら、当業者であれば想到するであろうように、他の装置を使用することもできる。

加熱システム10は、さらに、制御器24、DC/DCコンバーター26及びスイッチ28を含む。制御器24は、ヒーター18への電力の流れを制御するため、DC/DCコンバータ26及びスイッチ28を制御する。

動作中、DC/DCコンバーター26は、バッテリー16からの高電圧を、ヒーター18へ電力を供給するための低電圧に変換する。例えば、バッテリー16は、300Vのバッテリーとすることができ、その場合に、DC/DCコンバーター26はその電圧を12Vに変換する。

この場合、高電圧バス（不図示）が、車両に動力を供給するために、車両をバッテリー16の配線ハーネス（不図示）に接続する。しかし、高電圧をDC/DCコンバータ26に接続するものとして、他の配列や接続を使用しても良い。

スイッチ28は、オフ位置とオン位置を含む通常の単極スイッチである。オフ位置において、ヒーター18へ電流が流れず、オン位置でヒーター18へ電流が流れる。

熱発生を制御するための付加的な電流制御を行うことになる可変制御スイッチ等、他のスイッチを使用することもできる。

図２は、加熱システム10の構成、特に、バッテリー16内のヒーター18の配置をより詳細に示す図である。

当業者が想到するであろうように、バッテリー16で用いられる各種バッテリーセルの構成については、数多くのものが考えられる。図２に示されたバッテリー16は、直列に構成され、上層40と下層42の2層に配列された、240個のバッテリー・セル38を備えている。

各層は、直列に接続された120個のバッテリーセル38を備えている。図２には例示として、バッテリーセルは、上層40と下層42からそれぞれ5個ずつが示されているのみである。図２に示すように、ヒーター18が上層40と下層42との間に、その内部に熱を供給するように配置される。

ヒーター18については、本発明の狙いや意図から逸脱しない範囲で、他の構成や配置を使用することができる。具体的には、ヒーター18を、個々のバッテリー・セルやバッテリー16の周りを包むブランケット・ヒーターとすることもできる。

図３は、本発明による加熱システム10を制御する方法のフローチャート50を示している。

ブロック54は、車両のキーオフ状態の判定に関する。キーオフは、当業者が理解している通り、ドライバーがイグニッション・キーをオフ位置に回したときに生じる。

キーオフは車両の不使用状態を表し、制御器24を含む、車内の様々な制御器をサスペンド状態又はスリープ状態にする。これらの制御器は、キーオン状態の判定を要することなしに、内部タイマー又は車両内の他の要素によってアクティブ・モードにされる。

ブロック56は、ブロック54でキーオフを判定した後でのバッテリー16のウェイクアップ（wake up）に関する。バッテリー16は、様々な方法によってウェイクアップされる。本発明の観点の１つにおいては、制御器24がバッテリー16をチェックするために、キーオフから所定時間が経過したときに自動的にウェイクアップする。

この自動ウェイクアップは、一般的には、キーオフから2時間後に生じる。2時間というのは、普通の車両の使い方と、通常の使用後にバッテリーが冷える一般的な長さに基づいて任意に決められた値である。これより短い期間を用いることも長い期間も用いることができ、そのような期間は、車両の運転環境に関連したものとできる。

ウェイクアップ期間の目的の一つは、制御器24に、バッテリー16をチェックし、もし必要であればバッテリー16を加熱する機会を与えることである。このように繰り返しバッテリー16をチェックすることにより、制御器24は、バッテリー16が常に、特に車両を使用する必要がある時に暖かいことを確実なものとすることができる。

時間遅れ以外の他の手段を、制御器24のウェイクアップに用いることもできる。他の手段には、例えばキーホルダー（key fob）形スターターである遠隔始動装置などの車両始動スイッチが含まれる。また、ユーザーが入力ツールを介して、特定の期間を制御装置24にプログラムすることも含まれるであろう。

さらに他の手段として、ドライバーの運転習慣を学習し、過去の運転習慣からドライバーが車両停止後に車両を始動しそうなタイミングを判定する高度なロジックを備えた制御器24などの車両制御器も含まれるであろう。

ブロック60は、制御器24のウェイクアップ後の雰囲気温度が予め設定された閾値より小さいか否かの判定に関する。雰囲気温度は、車両に設けられた雰囲気温度センサーから制御器24が信号を受けることにより、判定することができる。

あるいは、制御器24が、他のバッテリー・センサーに基づいて雰囲気温度を算出することもできる。例えば、制御装置24が、バッテリー内にバッテリー温度の測定とバッテリー16の調子を診断するための他のセンサーを備えていても良い。これらのセンサーは、周囲温度の算出の基礎として使用することができるであろう。

上記の予め設定された閾値は、バッテリー16がそれよりも冷却するであろう温度に対応している。一般的に、雰囲気温度の閾値はバッテリー16のタイプ、大きさなどの属性に依存する。周囲温度のしきい値は、例えば10℃である。

なお、この雰囲気温度の閾値は、時間経過に応じて変わる時間ベースのものとすることもできる。これにより、バッテリー16が冷却するのに低温時は高温時に比べて短い時間で済むということを反映できる。

ブロック62は、制御器24がウェイクアップした後でのバッテリー温度が予め設定された閾値より低いか否かの判定に関する。バッテリー温度は、上述したバッテリー温度センサーから制御器24が信号を受けることにより、判定することができる。

バッテリー温度閾値は、バッテリー16の性能が低温により影響される温度に近い、バッテリー16の低温限界に対応する。バッテリー温度閾値は、例えば10℃である。

ブロック60において雰囲気温度がバッテリー16の望ましくない冷却を生じさせそうであると判定され、かつブロック62においてバッテリー温度が実際に望ましくない温度に低下していると判定されるときに、バッテリー16の充電状態（SOC）が、予め設定されたバッテリーSOC閾値より大きいか否かを判定することに、ブロック66は関する。

バッテリーSOCは、制御器24がバッテリーを制御するために用いる様々なセンサーに基づき、制御器24により判定することができる。バッテリーSOCを判定する目的の一つは、ヒーター18を駆動するのにバッテリー16からどれだけの電力が利用可能か判定することである。従って、バッテリー電圧を、バッテリーSOCの算出に代用することも可能である。

バッテリーSOC閾値は、バッテリー16の低SOC値に対応する。この値は、好ましくは、車両の始動に十分なレベルの、最低のバッテリー充電レベルに対応する。

この低充電閾値は、バッテリー16とその構成、そして望ましい動作パラメータに依存するが、一般的には30% SOCぐらいである。

ブロック68は、ブロック66がバッテリーSOCがバッテリーSOC閾値よりも大きくないと判定するときに、バッテリー16を加熱しないことに、関する。上述の様に、これはバッテリー16に車両の始動に十分な電力を持つのを確実なものとするために、一般的に行われる。

ブロック70は、所定の不使用期間の終了前にキーオフが生じたかどうかの判定に関する。この所定の不使用期間は、車両が駐車されている若しくは長期間不使用になっているか可能性があるかを判定するのに、用いられる。

不使用期間は、いかなる期間にすることもでき、例えば「二日間」とすることができる。このパラメータは、ドライバーの使い方に依存して変更しても良いが、これは、しばらくの間駐車して保管する時のように、車両が使用される予定の無い時は、バッテリー16の加熱を制限することを意味する。

ブロック68は、予め設定された不使用期間の終了前にキーオフが生じないと判定されたときに、バッテリー16の加熱を行わないことに関する。上述した様に、これは、車両が使用される機会が無い限り、バッテリー16が加熱されないことを保証するために一般に行われる。

ブロック74は、ブロック70が予め設定された不使用期間の終了前にキーオフが生じたと判定するときの、バッテリー16の加熱に関する。上述の様に、加熱には、熱を発生するためのヒーター18内の通路へのバッテリー16からの電流の引き込みが含まれる。

本発明の観点の一つによれば、加熱に使用されるバッテリーのエネルギー量は、バッテリー16を加熱するのに必要な熱量及び／又は、加熱のためにバッテリー16から入手可能なエネルギー量に比例する。

バッテリー温度がバッテリー温度閾値より僅かに低い場合、バッテリー16を加熱するのに必要な熱量は小さい。この場合、制御器24は、もっと加熱が必要な時に比べヒーター18を通過する電流量を小さく算出することになる。

使用されるバッテリーエネルギーは、好ましくは、バッテリーSOC放電閾値に制限される。それにより、バッテリー16を十分に加熱するために実際に要求される熱量に関わらず、バッテリー16は、車両の始動に十分なエネルギーを常に蓄えておくことができる。

例えば、制御器24は、ブロック66において判定されたバッテリーSOC又はバッテリー電圧に基づいて加熱量を決定する。具体的には、バッテリーSOCとバッテリーSOC閾値との偏差は、加熱のために用いられるバッテリー・エネルギー量に対応するようにできる。その際、もしバッテリーSOCが35%で、バッテリーSOC閾値が30%であれば、5%のバッテリーSOCを加熱に用いることができる。

以上、本発明を実施する際の最良の形態を詳細に説明したが、本発明は図示され上述された構造又は方法そのものに限定されるものではなく、請求の範囲に記載の本発明を技術思想及び範囲から逸脱すること無しに、種々の変更及び改良をすることができる。

本発明の好ましい実施形態の、加熱システムのブロック図である。 本発明の好ましい実施形態の、加熱システムの2層バッテリー構造を示すブロック図である。 本発明の好ましい実施形態の、加熱システムの動作を制御するためのフローチャートである。

符号の説明

10 加熱システム
16 バッテリー
18 ヒーター
24 制御装置
26 DC/DCコンバーター
28 スイッチ
38 バッテリーセル
40 上層
42 下層

Claims (20)

1. バッテリー・ヒーターを持つ車両におけるバッテリーを加熱する方法であって、
   上記車両のキーオフ状態を判定するステップと、
   上記キーオフ状態が判定された後、上記バッテリーを加熱するために上記バッテリーから上記バッテリー・ヒーターへのエネルギーの流れを可能とするステップとを有する方法。
2. 請求項１において、
   上記キーオフ状態の判定に応じて上記バッテリーから上記ヒーターへのエネルギーの流れを可能にするのに先立って、上記バッテリーから上記ヒーターへのエネルギーの流れを可能にする制御器をサスペンド・モードにするステップを有する方法。
3. 請求項２において、
   上記制御器を上記サスペンド・モードにした後、上記バッテリーを加熱するために上記バッテリーから上記ヒーターへのエネルギーの流れを可能にすべく、上記制御器をアクティブ・モードにするステップをさらに有する方法。
4. 請求項３において、
   キーオフ後、所定時間経過時に、上記制御器を上記アクティブ・モードにするために、上記制御器をスリープ・モードからウェイク・アップするステップをさらに有する方法。
5. 請求項１乃至４のうち何れか１項において、
   雰囲気温度を判定するステップをさらに有し、
   雰囲気温度が所定温度よりも低いとき、エネルギーの流れを可能とする上記ステップが実行される、方法。
6. 請求項１乃至５のうち何れか１項において、
   バッテリー温度を判定するステップをさらに有し、
   バッテリー温度が所定温度よりも低いとき、エネルギーの流れを可能とする上記ステップが実行される、方法。
7. 請求項１乃至６のうち何れか１項において、
   バッテリー充電状態を判定するステップをさらに有し、
   上記バッテリー充電状態が所定閾値よりも大きいときに、エネルギーの流れを可能とする上記ステップが実行される、方法。
8. 請求項７において、
   エネルギーの流れを可能とする上記ステップがさらに、上記バッテリー充電状態に基づく上記バッテリーから上記ヒーターへのエネルギーの流れの制限を含む、方法。
9. 請求項１乃至８のうち何れか１項において、
   上記キーオフ状態になってからの経過時間を判定するステップをさらに有し、
   エネルギーの流れを可能とする上記ステップが、上記車両が長期に使用されない状態の時にバッテリー放電を制限するように、上記キーオフ期間が不使用期間よりも長いとき、バッテリーからヒーターへのエネルギーの流れを禁止するステップを含む、方法。
10. バッテリー・ヒーターと車両制御器とを備えた車両のバッテリーを加熱する方法であって、
    車両のキーオフ状態を判定するステップと、
    上記車両制御器がキーオフ状態を判定した後、上記バッテリーからヒーターへのエネルギーの流れを可能にすることにより、バッテリーを加熱するステップとを有する方法。
11. 請求項１０において、
    バッテリー温度が所定のバッテリー温度よりも低く、バッテリー充電状態が所定のバッテリー充電状態よりも大きく、且つキーオフと加熱要求との間の期間が所定の不使用期間閾値よりも短いときに、上記バッテリーから上記ヒーターへのエネルギーの流れを可能にするステップをさらに有する方法。
12. 請求項１１において、
    キーオフ判定に応じて上記制御器をスリープ・モードにするステップと、
    その後、上記バッテリーの加熱条件が存在するか否かを判定するために上記制御器をウェイクアップさせるステップとを有する方法。
13. バッテリーを加熱するためのヒーターと、
    車両キーオフ状態を判定し、該キーオフ状態判定後にバッテリーを加熱するため上記バッテリーから上記ヒーターへのエネルギーの流れを可能にする制御器とを有する車両のバッテリー加熱システム。
14. 請求項１３において、
    上記制御器が、キーオフ状態の判定に応じて、そして上記バッテリーの加熱に先立ち、スリープ・モードにされる、システム。
15. 請求項１４において、
    上記バッテリーから上記ヒーターへのエネルギーの流れを可能にするために、上記制御器がアクティブ・モードにされる、システム。
16. 請求項１５において、
    上記制御器が、上記アクティブ・モードにされる前に、キーオフ後所定期間待機する、システム。
17. 請求項１３乃至１６のうち何れか１項において、
    上記制御器が、雰囲気温度を判定し、該雰囲気温度が所定閾値よりも低いときに上記バッテリーから上記ヒーターへのエネルギーの流れを可能とする、システム。
18. 請求項１３乃至１７のうち何れか１項において、
    上記制御器が、バッテリー温度を判定し、該バッテリー温度が所定閾値よりも低いときに上記バッテリーから上記ヒーターへのエネルギーの流れを可能にする、システム。
19. 請求項１３乃至１８のうち何れか１項において、
    上記制御器が、バッテリー充電状態を判定し、該バッテリー充電状態が所定閾値よりも大きいときに上記バッテリーから上記ヒーターへのエネルギーの流れを可能にする、システム。
20. 請求項１９において、
    上記制御器が、バッテリー充電状態に基づいて上記バッテリーから上記ヒーターへのエネルギーの流れを制限する、システム。
    

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