JP2010221968A - 電動車両の暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置全体が大型化せず、車載バッテリが充電中であっても、暖房装置に対して電力を供給して、充分なプレ暖房を得ることができるようにする。
【解決手段】外部電源に接続される電源インレット１１にＡＣ電源ライン１２ａ，１２ｂを介して充電器４が接続され、この充電器４にＤＣ電源ライン１０ａを介してメインバッテリ２が接続されている。更にＤＣ電源ライン１２ａ，１２ｂに抵抗加熱発熱する発熱体６ａを有するヒータユニット６がＡＣ電源ライン１７ａ，１７ｂを介して接続され、このＡＣ電源ライン１７ａ，１７ｂにＡＣヒータリレー２０が介装されている。電源インレット１１に地上側電源装置１３の電源プラグ１５が接続されている状態で、送信機２２からプレ暖房指令信号を送信するとメインコントローラ９は、ＡＣヒータリレー２０を閉成させ、交流電力にて発熱体６ａを発熱させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、乗員が乗車する前の車室内を、外部電源から供給される電力で事前暖房（プレ暖房）することで、走行時のバッテリ消費を抑制し、航続距離を延ばすようにした電動車両の暖房装置に関する。

電動モータを駆動源として走行する電気自動車を代表とする電動車両は、エンジンを駆動源として走行する車両のように、大きな熱量を発生する発熱源がないため、車室内暖房の熱源は、ヒートポンプ式空調装置を用いたり、車室内への吹き出し口にヒータ等の電気発熱手段を配設する等して確保している。

ヒートポンプ式空調装置や電気発熱手段は電気エネルギによって駆動されるため、この電気エネルギを車載バッテリから受けると、当該車載バッテリの電力消費量が増加し車両の航続距離が短くなってしまう。そのため、例えば特許文献１（特開平８−２６８０３６号公報）では、車載バッテリが家庭用電源等の外部電源を用いて充電されているときは、この外部電源によってエアコンシステムを駆動させることで、車載バッテリの電力消費を抑制する技術が開示されている。

この公報に開示されている技術によれば、乗員の乗車前に、車室内を外部電源からの電力でプレ暖房することで、走行時の暖房に要する車載バッテリの電力消費量が削減され、相対的に電動車両の航続距離を伸ばすことができる。

ところで、上述した文献に開示されている技術では、車室内をプレ暖房するに際し、外部電源からの交流電力をＡＣ／ＤＣコンバータを介して直流電力に変換した後、暖房装置に供給するようにしている。

しかし、一般に、このＡＣ／ＤＣコンバータは車載バッテリに対する充電器として用いられている場合が多く、車載バッテリが充電中の場合、ＡＣ／ＤＣコンバータを介してエアコンシステムに供給される電力量が不足するため、その不足分は車載バッテリから給電されることとなり、車載バッテリの電力が消費されてしまう問題がある。

これに対処するに、ＡＣ／ＤＣコンバータを容量の大きなものに変更したり、或いはプレ暖房用のＡＣ／ＤＣコンバータを別途備えたりすることも考えられるが、何れの場合も装置全体が大型化してしまうばかりでなく、製品コストが高くなってしまう問題がある。

本発明は、上記事情に鑑み、装置全体が大型化せず、製品コストが高くなることもなく、車載バッテリが充電中であっても、暖房装置に対して電力を供給して、充分なプレ暖房を得ることのできる電動車両の暖房装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明による電動車両の暖房装置は、車室内を暖房するヒータユニットと、車両に搭載されているバッテリと、外部電源に接続されて前記バッテリを充電する充電手段と、前記充電手段を外部電源に接続する外部電源接続手段と、前記ヒータユニットに設けられて抵抗加熱により発熱する発熱手段と、空気を前記車室内に送風する送風手段と、前記ヒータユニットを駆動させる暖房指令信号を送信する操作手段と、前記操作手段からの暖房指令信号に従い前記バッテリに対する充電及び前記ヒータユニットの動作を制御する制御手段とを備え、前記外部電源接続手段と前記ヒータユニットとを電源ラインで接続して前記発熱手段に対し電源ラインからの電力を供給可能とし、前記電源ラインに電源スイッチを介装し、前記制御手段は、前記外部電源接続手段が前記外部電源に接続され且つ前記操作手段から暖房指令信号が受信された場合、前記電源スイッチをオンして前記発熱手段を前記外部電源からの電力で発熱させると共に前記送風手段をオンさせて前記発熱手段で加熱された空気を前記車室内に送風することを特徴とする。

本発明によれば、電動車両に外部電源が接続されているときは、ヒータユニットに設けられている発熱手段を、外部電源からの電力で発熱させるようにしたので、バッテリが充電中であっても、当該バッテリ充電と共に車室内を暖房することができる。この場合、発熱手段に対しては外部電源から電源ラインを介して電力が供給されるため、充電器等が不要で、その分、装置全体が大型化せず、製品コストが高くなることもなく、充分なプレ暖房を得ることができる。

電動車両に搭載されている充電及びプレ暖房の回路構成図 プレ暖房制御処理ルーチンを示すフローチャート

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１に示すように、電動車両１には、高電圧バッテリとしてのメインバッテリ２と、低電圧バッテリとしてのサブバッテリ３と、充電手段としての充電器４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５と、ヒータユニット６と、送風手段としてのブロアファン７と、メインバッテリ２の充電状態ＳＯＣ（State Of Charge）を監視するマイコン等からなるバッテリコントローラ８と、制御手段としてのメインコントローラ９とが搭載されている。尚、図１において太線は電源ラインを示し、細線は信号ラインを示す。又、充電状態ＳＯＣは、バッテリの充電容量に対する充電残量の比率[％]として求められる。

メインバッテリ２は、主に走行用モータ（図示せず）に対して駆動用電力を供給するもので、複数個の二次電池セルを直列に接続して高電圧化されている。又、サブバッテリ３は、補器類や各種制御装置等に電力を供給する、例えば１２[V]の低電圧バッテリである。又、充電器４は、後述する地上側電源装置１３に接続されて、この地上側電源装置１３から給電される交流電力を直流電力に変換して、主にメインバッテリ２を定電流で充電するＡＣ／ＤＣコンバータであり、この充電器４の出力側とメインバッテリ２とが、ＤＣ電源ライン１０ａと接地ライン１０ｂとを介して接続されている。

更に、この充電器４の入力側に、外部電源接続手段としての電源インレット１１がＡＣ電源ライン１２ａ，１２ｂを介して接続されている。この電源インレット１１は車体の前部等に設けられたインレット収納凹部（図示せず）内に、先端の接続部が露呈された状態で固定されているプラグイン方式であり、このインレット収納凹部の開口部は、フラップにて開閉自在にされている。

この電源インレット１１に、家庭用電源等の地上側電源（系統電源）１３から電源コード１４を介して延出される電源プラグ１５が接続される。

この地上側電源装置１３は変電設備から送電される交流の系統電力１６を所定に降圧する変圧部１３ａと、この変圧部１３ａから定電圧の電力が供給されるように、変圧部１３ａの電圧電流を制御する制御回路１３ｂとを備えている。

又、ヒータユニット６は車室内の暖房を行うもので、ＰＴＣヒータ等のような抵抗加熱で発熱する複数の発熱手段としての発熱体６ａ、及びこの発熱体６ａに通電するヒータ回路等を備えている。このヒータユニット６は、車両に搭載されているＨＶＡＣ（冷暖房空調）システムに設けられており、発熱体６ａは、このＨＶＡＣシステムのデフロスタ吹き出し口と足元吹き出し口に配設されている。又、ブロアファン７はＨＶＡＣシステムの上流に配設されており、このブロアファン７により送風された空気が、各吹き出し口から吹き出される。

尚、ＨＶＡＣシステムに設けられている各吹き出し口から吹き出される空気は、予め設定されている各通気モード（例えば、換気モード、バイレベルモード、ヒータモード、デフロスタモード、デフロスタ／ヒータモード）毎に切換えられる。更に、ブロアファン７によって導入される空気は、このブロアファン７の上流に配設されている内外気切換え扉により、外気導入と内気循環とに選択的に切換えられる。

又、メインバッテリ２と充電器４との間を接続するＤＣ電源ライン１０ａと接地ライン１０ｂとに、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の入力側から延出する低電圧側電源ライン１５ａと低電圧側接地ライン１５ｂとが分岐点Ｐ１，Ｐ２に接続されている。更に、このＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力側が、サブバッテリ３、及びブロアファン７等の補器類に接続されて、サブバッテリ３を充電し、補器類を定電圧で駆動させる。

又、ＤＣ電源ライン１０ａと接地ライン１０ｂとの分岐点Ｐ１，Ｐ２に、ヒータユニット６から延出されているヒータ側電源ライン１６ａとヒータ側接地ライン１６ｂとが接続されている。更に、このヒータユニット６に、ヒータ側ＡＣ電源ライン１７ａ，１７ｂを介して充電器４の入力側に接続されているＡＣ電源ライン１２ａ，１２ｂの分岐点Ｐ３，Ｐ４が接続されている。

更に、メインバッテリ２と分岐点Ｐ１，Ｐ２との間のＤＣ電源ライン１０ａと接地ライン１０ｂとにＤＣバッテリリレー１８が介装されている。又、ヒータユニット６に接続されている電源ライン１６ａと接地ライン１６ｂとにＤＣヒータリレー１９が介装されている。更に、ヒータユニット６に接続されているヒータ側ＡＣ電源ライン１７ａ，１７ｂに、電源スイッチとしてのＡＣヒータリレー２０が介装されている。

この各リレー１８〜２０のＯＮ／ＯＦＦ、及びメインバッテリ２の充電制御は、メインコントローラ９で実行される。このメインコントローラ９はマイコンを主体に構成されている。このメインコントローラ９で実行されるメインバッテリ２に対する充電制御は、従来と同様、電動車両１が停車状態で且つキーＯＦＦ状態にある状態で、電源インレット１１に地上側電源装置１３側の電源プラグ１５が接続されたとき、ＤＣバッテリリレー１８のリレー接点を閉成させて、メインバッテリ２に対する充電を開始する。バッテリコントローラ８は、メインバッテリ２の充電制御を行うもので、充電中の充電状態ＳＯＣを監視して電流制御を行うと共に、予め満充電として設定されている充電率に達したか否かを判定する。そして、満充電と判定されたときは、メインコントローラ９に満充電信号を出力する。すると、メインコントローラ９は、ＤＣバッテリリレー１８を開成させて、メインバッテリ２に対する充電を停止させる。

又、このメインコントローラ９の入力側に、受信機２１が接続されていると共に、地上側電源装置１３に設けられている制御回路１３ｂが電源プラグ１５及び電源インレット１１、充電器４を介して接続されている。この受信機２１は、運転者などが携帯する操作手段としての送信機２２からの信号を受信するもので、送信機２２は、送信機２２の操作ボタン２２ａを操作することで、遠隔地からプレ暖房信号を受信機２１に無線送信する。そして、受信機２１がプレ暖房指令信号を受信すると、それをトリガーとして、メインコントローラ９が予め記憶されている制御プログラムに従いプレ暖房制御が実行する。ここで、プレ暖房とは、乗員が乗車する前に、車室内を事前に暖房することを言う。

メインコントローラ９で実行されるプレ暖房制御は、具体的には、図２に示すプレ暖房制御ルーチンに従って行われる。

このルーチンは、受信機２１が送信機２２からのプレ暖房指令信号を受信するまで待機状態にある。そして、運転者等が送信機２２の操作ボタン２２ａを操作してプレ暖房指令信号を出力し、この信号を受信機２１が受信すると、プレ暖房制御ルーチンが起動される。

すると、先ず、ステップＳ１で、メインバッテリ２が充電中か否かを調べる。メインバッテリ２が充電中か否かは、当該メインコントローラ９で充電制御が実行されているか否かを調べることで判定できる。そして、充電制御中のときはステップＳ２へ進み、又、電源プラグ１５が電源インレット１１に接続されている状態であって充電制御が終了しているとき、或いは電源プラグ１５が電源インレット１１から外されていて、充電制御が行われていないときは、ステップＳ３へ進む。

充電中と判定されてステップＳ２へ進むと、バッテリコントローラ８で制御しているメインバッテリ２の充電に供している電力と予め設定されている各発熱体６ａの定格電力の総和とを加算して単位時間あたりの消費電力を算出し、この消費電力と地上側電源装置１３に設けられている変圧部１３ａの定格電力とを比較する。そして、当該消費電力が変圧部１３ａの定格電力を越えている場合、プレ暖房を行うことができないため、ステップＳ４へ進み、車両のインパネ等に設けられている表示部にエラー情報を表示させて、ステップＳ１へ戻る。

一方、消費電力が定格電力以内の場合、変圧部１３ａからの電力供給に余裕があると判定し、ステップＳ８へジャンプする。メインバッテリ２に対する充電は、バッテリコントローラ８で監視している充電状態ＳＯＣに基づいて行われており、充電状態ＳＯＣが予め満充電として設定されている充電率よりもかなり低い場合は、比較的大きな電流値で充電が行われ、この充電状態ＳＯＣが予め設定されている充電率に近づくに従って、電流値を徐々に下げて充電を行う。従って、メインバッテリ２が充電中であっても、満充電に近い状態のときは電流値が低く設定されているため、相対的に、地上側電源装置１３からプレ暖房として給電することのできる単位時間あたりの余裕電力（供給可能電力）が多くなる。

一方、ステップＳ１で充電中ではないと判定されてステップＳ３へ進むと、電源プラグ１５が、電源インレット１１に接続されているか否かを調べる。この電源プラグ１５が接続されているか否かは、電源インレット１１に検出スイッチを設けても良いが、メインコントローラ９に対して制御回路１３ｂから信号が入力されている場合、電源プラグ１５が、電源インレット１１に接続されていると判定するようにしても良い。

そして、ステップＳ３で、電源プラグ１５が接続されていないと判定された場合は、ステップＳ７へジャンプし、車両のインパネ等に設けられている表示部にエラー情報を表示させて、ルーチンを終了する。

一方、電源プラグ１５が電源インレット１１に接続されていると判定されてステップＳ５へ進むと、発熱体６ａに電力を給電することが可能か否かを調べる。給電可能か否かは、ブロアファン７の消費電力及び各発熱体６ａの消費電力とを加算した値が、変圧部１３ａの定格電力よりも低いか否かで判定する。そして、消費電力を加算した値が変圧部１３ａの定格電力よりも小さい場合は、給電可能と判定し、大きい場合は給電不可能と判定する。給電可能と判定した場合はステップＳ６へ進み、給電不可能と判定した場合は、ステップＳ７へ進み、車両のインパネ等に設けられている表示部にエラー情報を表示させてルーチンを抜ける。尚、この状態ではメインバッテリ２に対する充電が既に終了してるため殆どの場合は、給電可能と判定される。

一方、発熱体６ａへの給電が可能と判定されてステップＳ６へ進むと、充電器４、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を、地上側電源装置１３の変圧部１３ａから供給される電力で起動さる。これらを起動させることでブロアファン７を地上側電源装置１３からの電力でまかなうことができ、メインバッテリ２の電力消費を抑制することができる。

そして、ステップＳ２或いはステップＳ６からステップＳ８へ進むと、ＡＣヒータリレー２０のリレー接点を閉成させてＯＮさせると共に、ブロアファン７をＯＮ動作させて、ステップＳ９へ進む。ところで、充電中に、ブロアファン７をＤＣ／ＤＣコンバータ５を介して充電器４から出力されている直流電力にて駆動させると、その分、メインバッテリ２に対する充電効率が低下してしまう。

そのため、充電中は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を起動させずにサブバッテリ３からの電力でブロアファン７を駆動させる。尚、この場合、サブバッテリ３の充電状態ＳＯＣを監視し、このＳＯＣが予め設定されている下限充電率よりも低い場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を起動させて、充電器４から出力される直流電力にてブロアファン７を駆動させるようにしても良い。或いは、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を起動させず、サブバッテリ３の充電状態ＳＯＣに応じて、ブロアファン７の風量を可変設定するようにしても良い。

ＡＣヒータリレー２０が閉成されると、ヒータユニット６に設けられている発熱体６ａに対して地上側電源装置１３の変圧部１３ａからの電力がヒータ側ＡＣ電源ライン１７ａ，１７ｂを介して給電される。本実施形態で採用する発熱体６ａは、ＰＴＣヒータのような抵抗加熱で発熱するものであるため、交流と直流との何れの電力であっても発熱させることができる。本実施形態では、発熱体６ａを地上側電源装置１３から供給される電力で発熱させるようにしたので、メインバッテリ２が充電中であっても、充電器４から供給される電力の殆どはメインバッテリ２に供給させることができ、従って、この充電器４の容量を大きくする必要がない。更に、発熱体６ａを地上側電源装置１３から供給される電力で発熱させたので、発熱体６ａに電力を供給するプレ暖房用のＡＣ／ＤＣコンバータを別途設ける必要もない。

その結果、装置全体が大型化せず、製品コストが高くなることもなく、メインバッテリ２が充電中であっても、発熱体６ａを充分に加熱させることができ、良好なプレ暖房を得ることができる。

又、ブロアファン７がＯＮされると、ＨＶＡＣシステムの上流から空気を吸い込み、車室内の吹き出し口から吹き出される。この吹き出し口には発熱体６ａが配設されており、この発熱体６ａが発熱しているため、加熱されて暖められた空気が車室内に吹き出される。尚、この場合、ＨＶＡＣシステムでは、上流側に配設されている内外気切換え扉にて外気取り入れ口を閉塞して、空気を内気循環とし、且つ、通気モードをデフロスタ／ヒータモードとすることで、フロントガラスの除霜と室内暖房との双方を効率よく実行させることができる。

そして、ステップＳ９へ進むと、ブレーキ暖房の継続時間を計時するタイマ（タイマカウンタ）をスタートさせ、ステップＳ１０で、タイマカウンタのカウント値（以下、便宜的に「ヒータ通電時間」と称する）Ｔと、予め設定されている設定通電時間に相当するカウント値（以下、便宜的に「設定通電時間」と称する）Ｔｏとを比較する。この設定通電時間Ｔｏは、送信機２２或いは電動車両１のコンソール等に配設されている操作スイッチ等を操作することで、任意の時間（例えば２〜１０[min]）に設定することができる。

その後、ステップＳ１０で、ヒータ通電時間Ｔと設定通電時間Ｔｏとを比較し、ヒータ通電時間Ｔが設定通電時間Ｔｏに達していない場合（Ｔ＜Ｔｏ）、ステップＳ１１へ進み、ヒータ通電時間Ｔをインクリメントして（Ｔ←Ｔ＋１）、ステップＳ１０へ戻り、ヒータ通電時間Ｔが設定通電時間Ｔｏに達するまで、ステップＳ１０，Ｓ１１の処理を繰り返す。

そして、ヒータ通電時間Ｔが設定通電時間Ｔｏに達した場合、ステップＳ１２へ進み、プレ暖房を終了すべく、ＡＣヒータリレー２０のリレー接点を開成し、ブロアファン７とに対する通電を遮断して、ルーチンを終了する。

一般に、電動車両１に対するプラグイン充電は夜間に行われる場合が多く、夜間に充電することで、翌朝は、ほぼ満充電の状態で電動車両１を走行させることができる。本実施形態では、電源インレット１１が電源プラグ１５に接続されているプラグイン状態にあるときは、地上側電源装置１３からの電力を利用してプレ暖房を行うようにしているので、翌朝、電源プラグ１５を電源インレット１１から外した際には、ほぼ満充電の状態が維持されており、プレ暖房が行われても航続距離が短くなってしまうことはない。又、プレ暖房が行われているため、乗員が乗車した場合に、車室内を強暖房する必要がなくなり、メインバッテリ２の電力消費を抑制することができる。更に、地上側電源装置１３からの交流電力で発熱体６ａを発熱させているため、メインバッテリ２の充電時間が長時間化されることが無く、充電効率が低下してしまうこともない。

又、発熱体６ａは抵抗加熱で発熱するタイプであるため、地上側電源装置１３からの交流電力を、直流電力に変換することなく給電することができる。従って、発熱体６ａを発熱させるためのＡＣ／ＤＣコンバータを別途設ける必要がなく、又、既存の充電器４の容量を大きくする必要もない。その結果、既存の暖房装置に設けられている発熱体が抵抗加熱で発熱するタイプのものであれば、本実施形態による暖房装置を比較的容易に増設することができ、高い汎用性を得ることができる。

尚、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、例えば送信機２２にタイマ機能を設け、操作者がプレ暖房開始時間を設定することで、設定された時間毎に送信機２２から受信機２１側へプレ暖房指令信号が自動的に出力されるようにしても良い。

１…電動車両、
２…メインバッテリ、
４…充電器、
６…ヒータユニット、
６ａ…発熱体、
９…メインコントローラ、
１０ａ…ＤＣ電源ライン、
１０ｂ…接地ライン、
１１…電源インレット、
１２ａ，１２ｂ…ＡＣ電源ライン、
１３…地上側電源装置、
１５…電源プラグ、
２０…ＡＣヒータリレー、
２２…送信機、
ＳＯＣ…充電状態
Ｔ…ヒータ通電時間
Ｔｏ…設定通電時間

特開平８−２６８０３６号公報

Claims (6)

1. 車室内を暖房するヒータユニットと、
   車両に搭載されているバッテリと、
   外部電源に接続されて前記バッテリを充電する充電手段と、
   前記充電手段を外部電源に接続する外部電源接続手段と、
   前記ヒータユニットに設けられて抵抗加熱により発熱する発熱手段と、
   空気を前記車室内に送風する送風手段と、
   前記ヒータユニットを駆動させる暖房指令信号を送信する操作手段と、
   前記操作手段からの暖房指令信号に従い前記バッテリに対する充電及び前記ヒータユニットの動作を制御する制御手段と
   を備え、
   前記外部電源接続手段と前記ヒータユニットとを電源ラインで接続して前記発熱手段に対し電源ラインからの電力を供給可能とし、
   前記電源ラインに電源スイッチを介装し、
   前記制御手段は、前記外部電源接続手段が前記外部電源に接続され且つ前記操作手段から暖房指令信号が受信された場合、前記電源スイッチをオンして前記発熱手段を前記外部電源からの電力で発熱させると共に前記送風手段をオンさせて前記発熱手段で加熱された空気を前記車室内に送風する
   ことを特徴とする電動車両の暖房装置。
2. 前記制御手段は、前記バッテリが充電中の場合は、充電に必要な電力と前記発熱手段が消費する電力とを加算した値が前記外部電源の定格電力を越えている場合は、前記電源スイッチをオフして前記発熱手段の発熱を中止させる
   ことを特徴とする請求項１記載の電動車両の暖房装置。
3. 前記制御手段は、前記操作手段からの暖房指令信号が受信されたときは予め設定された時間だけ前記電源スイッチをオンして前記発熱手段を発熱させる
   ことを特徴とする請求項１或いは２に記載の電動車両の暖房装置。
4. 前記送風手段は前記車両に搭載されている低電圧バッテリからの電力で駆動される
   ことを特徴とする請求項1〜３の何れか１項に記載の電動車両の暖房装置。
5. 前記制御手段は、前記低電圧バッテリの充電状態に応じて前記送風手段の風量を設定する
   ことを特徴とする請求項４記載の電動車両の暖房装置。
6. 前記制御手段は、前記低電圧バッテリの充電状態が予め設定されている下限充電率よりも低い場合は、前記送風手段を前記充電手段からの電力で駆動させる
   ことを特徴とする請求項４或いは５記載の電動車両の暖房装置。

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