JP2016207383A - 電池の昇温装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】昇温制御を実行する前から電池の状態が十分な電力を取り出すことができない状態に陥ってしまうことを防止する。【解決手段】制御装置は、昇温制御を実行する前に、昇温制御を開始するタイマ昇温開始時刻ttimerと、電池温度Tbが下限閾値Tlowよりも低くなる下限閾値到達時刻tlowとを算出し、下限閾値到達時刻tlowがタイマ昇温開始時刻ttimerよりも早いときには、昇温制御を実行する前に、電池温度Tbが下限閾値Tlow以上かつ目標温度Ttgt未満となるように、ヒータを用いて駆動用バッテリを昇温する保温制御を実行する。【選択図】図3
Description
本発明は、電池の昇温装置に関する。
特開2012−232730号公報(特許文献1)には、設定時刻に電池の温度が目標温度に達するようにヒータを用いて電池を昇温する制御(以下、「昇温制御」ともいう)を実行する制御装置が開示されている。
特許文献1に開示された制御装置によれば、昇温制御により電池を昇温して設定時刻に電池の温度を目標温度にすることによって、昇温後の電池の放置時間を短縮することができるため、放熱による熱エネルギーの損失を抑制することができる。しかし、昇温制御を実行するまでの間に、電池が極低温環境下に放置されると、たとえば、電池の温度が電解液が凍結する温度よりも低くなったり、あるいは、電池の温度が電池の入出力が制限される温度よりも低くなったりする虞がある。このような場合、昇温制御を実行する前から、電池から十分な電力を取り出すことができない事態に陥ってしまう。
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、昇温制御を実行する前から、電池から十分な電力を取り出すことができない事態に陥ってしまうことを防止することである。
本発明に係る電池昇温装置は、電池の昇温装置であって、電池を外部から加熱するヒータと、設定時刻に電池の温度が目標温度に達するようにヒータを用いて電池を昇温する昇温制御を実行する制御装置とを備える。制御装置は、昇温制御を実行する前に、昇温制御を開始する昇温開始時刻と、電池の温度が下限閾値よりも低くなる下限閾値到達時刻とを算出し、下限閾値到達時刻が昇温開始時刻よりも早いときには、昇温制御を実行する前に、電池の温度が下限閾値以上かつ目標温度未満となるようにヒータを用いて電池を昇温する保温制御を実行する。
このような構成によれば、昇温制御を実行するまでの間に電池が極低温環境下に放置された場合でも、保温制御によって電池の温度が下限閾値以上かつ目標温度未満に保たれる。これにより、たとえば、電池の温度が電解液が凍結する温度よりも低くなったり、電池の温度が電池の入出力が制限される温度よりも低くなったりすることを回避することができるため、昇温制御を実行する前から、電池から十分な電力を取り出すことができない事態に陥ってしまうことを防止することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
[車両1の全体構成]
図1は、本実施の形態による電池の昇温装置を備えた車両1の全体構成図である。車両1は、駆動用バッテリ10と、DC/DCコンバータ20と、補機バッテリ30と、ヒータ40と、充電器50と、インレット51と、タイマ60と、制御装置100とを備える。
図1は、本実施の形態による電池の昇温装置を備えた車両1の全体構成図である。車両1は、駆動用バッテリ10と、DC/DCコンバータ20と、補機バッテリ30と、ヒータ40と、充電器50と、インレット51と、タイマ60と、制御装置100とを備える。
車両1は、駆動用バッテリ10に蓄えられた電力で図示しないモータを駆動することによって走行することができる電動車両である。なお、車両1は、動力源として上記モータに加えてエンジンを備えてもよい。すなわち、車両1は、電気自動車であってもハイブリッド自動車であってもよい。
駆動用バッテリ10は、モータを作動させるための電力を蓄える二次電池である。駆動用バッテリ10は、たとえばリチウムイオン電池セルやニッケル水素電池セルなどを含んで構成される。
DC/DCコンバータ20は、駆動用バッテリ10を含む高圧系の電圧(たとえば200ボルト程度)を、補機バッテリ30を含む低圧系の電圧(たとえば12ボルト程度)に降圧して出力する。これにより、高圧系の電力が低圧系にも供給される。DC/DCコンバータ20は、制御装置100からの制御信号に基づいて制御される。
補機バッテリ30は、車両1の補機(ヒータ40や制御装置100など)を作動させるための電力を蓄える二次電池である。補機バッテリ30は、代表的には鉛蓄電池を含んで構成される。補機バッテリ30の電圧は、上述したように、たとえば12ボルト程度の比較的低い値である。
ヒータ40は、通電時にジュール熱を発生することによって駆動用バッテリ10を外部から加熱する。制御装置100からの制御信号によってスイッチ45およびスイッチ41が閉じられているときには、補機バッテリ30から供給される電力、DC/DCコンバータ20を介して駆動用バッテリ10から供給される電力、およびDC/DCコンバータ20を介して外部電源200から供給される電力の少なくともいずれかがヒータ40に供給される。ヒータ40は、供給されたこれらの電力によって発熱する。一方、制御装置100からの制御信号によってスイッチ45およびスイッチ41の少なくともいずれかが開かれているときには、補機バッテリ30からの電力しかヒータ40に供給されないため、ヒータ40の作動時間が非常に短くなる。
インレット51は、車両1のボディ表面に設けられ、外部電源200のコネクタ201に接続可能に構成される。外部電源200のコネクタ201がインレット51に接続されると、インレット51には外部電源200からの交流電力(以下、「外部電力」ともいう)が入力される。なお、コネクタ201をインレット51に接続することを「プラグイン」ともいう。
充電器50は、制御装置100からの制御信号によって制御され、外部電源200からインレット51に入力された外部電力(交流電力)を、駆動用バッテリ10に充電可能な電力(直流電力)に変換し、高圧系に供給する。これにより、駆動用バッテリ10が外部電力によって充電される。以下、駆動用バッテリ10を外部電力によって充電することを「外部充電」ともいう。
プラグインされた場合、外部電源200の充電ケーブル202で生成されたコントロールパイロット信号(以下、「CPLT信号」という)がインレット51に入力される。CPLT信号は、外部電源200から車両1に供給可能な電流に応じたデューティサイクルで発振する。CPLT信号は、制御装置100に入力される。
車両1は、駆動用バッテリ10の状態、具体的には温度(以下、「電池温度Tb」ともいう)、電流、電圧などを検出する監視ユニット11を備える。また、車両1は、車両1が置かれている雰囲気中の温度(以下、「雰囲気温度α」ともいう」)を計測する温度センサ15を備える。さらに、車両1は、補機バッテリ30の状態(電圧、電流、温度など)、アクセルペダルポジション、車速など、車両1の走行を制御するのに必要な情報を検出する複数のセンサ(いずれも図示せず)を備える。各センサは、検出結果を制御装置100に出力する。
タイマ60は、制御装置100からの指令に基づき、現在時刻を特定可能な信号を制御装置100に出力する。タイマ60は、たとえば車載の時計やナビゲーション装置で実現することができる。なお、図1に示す例では、タイマ60は制御装置100の外部に設けられているが、タイマ60を制御装置100の内部に設けるようにしてもよい。
制御装置100は、CPU(Central Processing Unit)、メモリを含み、当該メモリに記憶された情報や各センサの検出結果などに応じて車両1の各機器を制御する。なお、図1においては、制御装置100を1つのユニットとしているが、機能ごとに分割してもよい。
制御装置100は、監視ユニット11によって検出された電池温度Tbが、駆動用バッテリ10の電解液が凍結する温度に相当する後述の下限閾値Tlowよりも低くなった場合に、駆動用バッテリ10の入出力を完全に遮断するため、スイッチ45を開いて駆動用バッテリ10とDC/DCコンバータ20とを切り離す。
制御装置100は、プラグインされると、充電ケーブル202からのCPLT信号に基づいて外部充電が可能な状態であるか否かを判定する。外部充電が可能な状態であると判定されると、制御装置100は、充電器50を作動させて外部充電を開始する。制御装置100は、外部充電によって駆動用バッテリ10の蓄電量が目標値に達した場合に充電器50を停止させて外部充電を終了する。ユーザによって外部充電が完了する時刻(以下、「充電完了時刻」ともいう)が設定されている場合、制御装置100は、ユーザが設定した時刻通りに外部充電が完了するように、充電器50を制御することによって、外部充電の開始時刻および充電電力を調整する。
[昇温制御]
駆動用バッテリ10が外部充電の完了前から極低温環境下で放置されると、電池温度Tbが低下することによって、駆動用バッテリ10の出力性能(出力可能電力)が低下した状態となる。このような状態では、外部充電の完了後にユーザが車両1を走行させようとしても、十分な電力を駆動用バッテリ10からモータに供給することができず、モータ走行性能が悪化することが懸念される。
駆動用バッテリ10が外部充電の完了前から極低温環境下で放置されると、電池温度Tbが低下することによって、駆動用バッテリ10の出力性能(出力可能電力)が低下した状態となる。このような状態では、外部充電の完了後にユーザが車両1を走行させようとしても、十分な電力を駆動用バッテリ10からモータに供給することができず、モータ走行性能が悪化することが懸念される。
このような点に鑑み、制御装置100は、ユーザが設定した充電完了時刻に電池温度Tbが目標温度Ttgtに達するようにヒータを用いて電池を昇温する昇温制御を実行する。制御装置100は、電池温度Tbを目標温度Ttgtに上昇させるのに要するヒータの作動時間を充電完了時刻から逆算することによってタイマ昇温開始時刻ttimerを算出する。制御装置100は、タイマ昇温開始時刻ttimerに現在時刻が達したときに昇温制御を実行する。目標温度Ttgtとしては、十分な電力を駆動用バッテリ10からモータに供給することができる温度(たとえば、0℃)が適用される。
昇温制御によって、外部充電の完了後にユーザが車両1を走行させる時の電池温度Tbを目標温度Ttgt付近にすることができる。このため、モータ走行性能の悪化を防止するとともに、昇温後の駆動用バッテリ10の放置時間を短縮することで放熱による熱エネルギーの損失を抑制することができる。
[保温制御]
以上のような構成を有する車両1において、プラグイン後から昇温制御が実行されるまでの間に、駆動用バッテリ10が極低温環境下で放置されてしまうと、たとえば、電池温度Tbが電解液が凍結する温度よりも低くなったり、電池温度Tbが駆動用バッテリ10の入出力が制限される温度よりも低くなったりする虞がある。
以上のような構成を有する車両1において、プラグイン後から昇温制御が実行されるまでの間に、駆動用バッテリ10が極低温環境下で放置されてしまうと、たとえば、電池温度Tbが電解液が凍結する温度よりも低くなったり、電池温度Tbが駆動用バッテリ10の入出力が制限される温度よりも低くなったりする虞がある。
図2は、比較例における電池温度Tbの変化の一例を示すタイミングチャートである。なお、図2において、横軸はプラグイン状態(外部電源200がインレット51に接続されて外部充電が可能な状態)になった以降の時刻tを示し、縦軸は電池温度Tbを示す(後述する図3、図5、図6においても同様である)。また、下限閾値Tlowは、電解液が凍結する温度の閾値であり、かつ駆動用バッテリ10の入出力が制限される温度の閾値を示す。すなわち、電池温度Tbが下限閾値Tlowよりも低いと、電解液が凍結したり、駆動用バッテリ10の入出力が制限されたりする虞がある。また、下限閾値到達時刻tlowは、電池温度Tbが下限閾値Tlowに達する時刻を示す。
図2に示すように、下限閾値到達時刻tlowがタイマ昇温開始時刻ttimerよりも早い場合、タイマ昇温開始時刻ttimerが到来したときには、すでに電池温度Tbが下限閾値Tlowよりも低くなってしまい、昇温制御を実行する前から、駆動用バッテリ10から十分な電力を取り出すことができない事態に陥ってしまう。したがって、次回のモータ走行性能が悪化するとともに、昇温制御を実行するためにヒータ40に供給する電力さえも駆動用バッテリ10から取り出すことができず、タイマ昇温開始時刻ttimerが到来しても破線で示す昇温制御を実行することができなくなってしまう。
さらに、上述したように、電池温度Tbが下限閾値Tlowよりも低くなると、スイッチ45が開かれることにより、駆動用バッテリ10と、DC/DCコンバータ20とが切り離されてしまうため、DC/DCコンバータ20を介して供給される電力をヒータ40に供給することができない。したがって、補機バッテリ30から供給される電力を用いた非常に短い時間でしかヒータ40を作動させることができず、駆動用バッテリ10を昇温して電池温度Tbを回復させることもできない。
上記のような問題に鑑み、本実施の形態による制御装置100は、昇温制御を実行する前に、昇温制御を開始する時刻であるタイマ昇温開始時刻ttimerと、電池温度Tbが下限閾値Tlowに到達する時刻である下限閾値到達時刻tlowとを算出する。そして、制御装置100は、下限閾値到達時刻tlowがタイマ昇温開始時刻ttimerよりも早いときには、昇温制御を実行する前に、電池温度Tbが下限閾値Tlow以上かつ目標温度Ttgt未満となるようにヒータ40を用いて駆動用バッテリ10を昇温する保温制御を実行する。
図3を参照しながら、制御装置100による保温制御を説明する。図3は、本実施形態における電池温度Tbの変化の一例を示すタイミングチャートである。
プラグインされた以降、制御装置100は、所定間隔(後述する図4のS12からS29までの処理が繰り返される間隔)で下限閾値到達時刻tlowおよびタイマ昇温開始時刻ttimerを算出し、その都度、現在時刻が下限閾値到達時刻tlowに達するか否か、あるいは、現在時刻がタイマ昇温開始時刻ttimerに達するか否かを判定する。
下限閾値到達時刻tlowおよびタイマ昇温開始時刻ttimerは、算出時点での電池温度Tbおよび雰囲気温度αに依存するため、算出される度に変化する。なお、タイマ昇温開始時刻ttimerも算出時点での電池温度Tbおよび雰囲気温度αなどに応じて変化し得るが、図3においては、説明を分かりやすくするため、タイマ昇温開始時刻ttimerを一定としている。
制御装置100は、現在時刻がタイマ昇温開始時刻ttimerよりも早くに下限閾値到達時刻tlowに達する場合に保温制御を実行し、現在時刻が下限閾値到達時刻tlowよりも早くにタイマ昇温開始時刻ttimerに達する場合に昇温制御を実行する。
たとえば、図3に示すように、プラグイン後、最初に電池温度Tbが下限閾値Tlowに達する下限閾値到達時刻tlow(図3中の下限閾値到達時刻tlow1)がタイマ昇温開始時刻ttimerよりも早くに到来した場合、制御装置100は、保温制御によってヒータ40を作動する。
保温制御によって電池温度Tbが上限閾値Thighに達すると、制御装置100は、保温制御を終了してヒータ40を停止する。上限閾値Thighは、下限閾値Tlowよりも高く、かつ目標温度Ttgtよりも低い温度に設定されている。なお、上限閾値Thighは、ヒータ40の作動と停止との切替回数に基づき、変動させてもよい。
ヒータ40が停止すると、再び電池温度Tbが低下し始める。制御装置100は、ヒータ40の停止以降に下限閾値Tlowを算出し直す。算出された下限閾値到達時刻tlow(図3中の下限閾値到達時刻tlow2)がタイマ昇温開始時刻ttimerよりも早くに到来した場合、制御装置100は、再び保温制御によってヒータ40を作動する。
保温制御によって電池温度Tbが再び上限閾値Thighに達すると、制御装置100は、保温制御を終了してヒータ40を再び停止する。これにより、再び電池温度Tbが低下し始める。
制御装置100は、ヒータ40を再停止した以降に下限閾値Tlowを算出し直す。算出された下限閾値到達時刻tlow(図3中の下限閾値到達時刻tlow3)よりも早くにタイマ昇温開始時刻ttimerが到来した場合、制御装置100は、今度は、昇温制御によってヒータ40を作動する。
昇温制御によってヒータ40が作動することによって駆動用バッテリ10が目標温度Ttgtに向けて本格的に昇温される。
このように、現在時刻が下限閾値到達時刻tlowよりも早くにタイマ昇温開始時刻ttimerに達するまで、下限閾値Tlowと上限閾値Thighとの間で駆動用バッテリ10が間欠的に昇温されて保温されるため、タイマ昇温開始時刻ttimer時点では駆動用バッテリ10の電解液が凍結されることなく、予定通りに昇温制御を実行することができる。
[制御装置の具体的処理]
図4は、制御装置100が保温制御または昇温制御を実行する場合の処理の流れを示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、プラグイン状態になった場合に開始される。また、後述のステップ(以下、ステップを「S」と略す)12からS29までの処理は、常にシステムが起動した状態で外部充電が完了するまで繰り返し実行される。
図4は、制御装置100が保温制御または昇温制御を実行する場合の処理の流れを示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、プラグイン状態になった場合に開始される。また、後述のステップ(以下、ステップを「S」と略す)12からS29までの処理は、常にシステムが起動した状態で外部充電が完了するまで繰り返し実行される。
以下、図4を参照しながら具体的に説明する。S11において、制御装置100は、ユーザにより充電完了時刻が設定されているか否かを判定する。
制御装置100は、充電完了時刻が設定されていない場合(S11でNO)、本ルーチンを終了する。
制御装置100は、充電完了時刻が設定されている場合(S11でYES)、S12において、タイマ60からの信号に基づき現在時刻を取得する。
S13において、制御装置100は、現在時刻から充電完了時刻までの残り時間trを算出する。
S14において、制御装置100は、監視ユニット11によって現在の電池温度Tbを取得し、S15において、温度センサ15によって現在の雰囲気温度αを取得する。
S16において、制御装置100は、下限閾値到達時刻tlowを算出する。下限閾値到達時刻tlowは、取得された現在の電池温度Tbおよび雰囲気温度αに基づき、所定の記憶領域に予め記憶されているデータを用いて算出される。たとえば、現在の電池温度Tbが低いほど、また、雰囲気温度αが低いほど、電池温度Tbの低下速度が速いため、下限閾値到達時刻tlowは現在時刻と近くなる。このように、下限閾値到達時刻tlowは、算出時点での電池温度Tbおよび雰囲気温度αに依存して変化する。
S17において、制御装置100は、タイマ昇温開始時刻ttimerを算出する。タイマ昇温開始時刻ttimerは、取得された残り時間tr、現在の電池温度Tb、および雰囲気温度αと、予め設定された目標温度Ttgtとに基づき、所定の記憶領域に予め記憶されているデータを用いて算出される。たとえば、現在の電池温度Tbが低いほど、また、雰囲気温度αが低いほど、駆動用バッテリ10の昇温時間が長いため、タイマ昇温開始時刻ttimerは現在時刻と近くなる。このように、タイマ昇温開始時刻ttimerは、算出時点での電池温度Tbおよび雰囲気温度αなどに依存して変化する。
S18においては、現在時刻が下限閾値到達時刻tlowの間近となったか否かを判定し、現在時刻が下限閾値到達時刻tlowの間近になっていればS19で保温制御モードに設定される。具体的には、S18において、制御装置100は、現在時刻から下限閾値到達時刻tlowを減算した時間が閾値未満であるか否かを判定し、閾値未満である場合には(S18でYES)、S19において、保温制御モードに設定する。一方、制御装置100は、S18でNOの場合、あるいはS19の後、S20の処理に移行する。なお、S18の判定に用いられる閾値は、たとえば、保温制御におけるヒータ40の作動時間を考慮した値である。すなわち、S18でYESになる場合には、現在時刻にヒータ40の作動時間を加算したときに、概ね下限閾値到達時刻tlowになる。
S20においては、現在時刻がタイマ昇温開始時刻ttimerの間近となったか否かを判定し、現在時刻が下限閾値到達時刻tlowの間近になっていればS21で昇温制御モードに設定される。具体的には、S20において、制御装置100は、現在時刻からタイマ昇温開始時刻ttimerを減算した時間が閾値未満であるか否かを判定し、閾値未満である場合には(S20でYES)、S21において、昇温制御モードに設定する。一方、制御装置100は、S20でNOの場合、あるいはS21の後、S22の処理に移行する。なお、S20の判定に用いられる閾値は、たとえば、昇温制御におけるヒータ40の作動時間を考慮した値である。すなわち、S20でYESになる場合には、現在時刻にヒータ40の作動時間を加算したときに、概ねタイマ昇温開始時刻ttimerになる。
このように、S18およびS19の2つの判定処理を実行することによって、下限閾値到達時刻tlowとタイマ昇温開始時刻ttimerとを間接的に比較し、下限閾値到達時刻tlowがタイマ昇温開始時刻ttimerよりも早いか否かを判定することができる。なお、下限閾値到達時刻tlowとタイマ昇温開始時刻ttimerとが同一または所定の範囲内で近似する場合、S18においてYESと判定された後、S20においてもYESと判定されることがあるが、この場合、保温制御モードの設定をキャンセルして、昇温制御モードに設定される。すなわち、制御装置100は、保温制御よりも昇温制御を優先的に実行する。
制御装置100は、S20でNOの場合、あるいはS21の後、S22において、保温制御モードまたは昇温制御モードに設定されているか否かを判定する。保温制御モードおよび昇温制御モードのいずれにも設定されていない場合(S22でNO)、すなわち、現在時刻が下限閾値到達時刻tlowおよびタイマ昇温開始時刻ttimerのいずれにも近くない場合、S12の処理に戻る。
制御装置100は、保温制御モードまたは昇温制御モードに設定されている場合(S22でYES)、S23において、ヒータ40を作動する。
図5は、下限閾値到達時刻tlowがタイマ昇温開始時刻ttimerよりも早い場合の電池温度Tbの変化の一例を示すタイミングチャートである。図5に示すように、下限閾値到達時刻tlowがタイマ昇温開始時刻ttimerよりも早い場合、現在時刻が下限閾値到達時刻tlowに達した時点で保温制御モードに設定されてヒータ40が作動する。これにより、下限閾値到達時刻tlowにおいて、電池温度Tbが下限閾値Tlowから上昇し始める。
図6は、図5に示す場合とは逆にタイマ昇温開始時刻ttimerが下限閾値到達時刻tlowよりも早い場合の電池温度Tbの変化の一例を示すタイミングチャートである。図6に示すように、タイマ昇温開始時刻ttimerが下限閾値到達時刻tlowよりも早い場合、現在時刻がタイマ昇温開始時刻ttimerに達した時点で昇温制御モードに設定されてヒータ40が作動する。これにより、タイマ昇温開始時刻ttimerにおいて、電池温度Tbが上昇し始める。
図4に戻り、S24において、制御装置100は、保温制御モードに設定されているか否かを判定する。制御装置100は、保温制御モードに設定されている場合(S24でYES)、S25において、電池温度Tbが上限閾値Thighよりも高いか否かを判定する。
制御装置100は、電池温度Tbが上限閾値Thigh以下の場合(S25でNO)、S29において、外部充電が完了したか否かを判定する。制御装置100は、外部充電が完了している場合(S29でYES)、本ルーチンを終了し、外部充電が完了していない場合(S29でNO)、S12の処理に戻る。なお、この場合、未だ保温制御の実行中であり、充電完了時刻前であるため、S29でNOと判定されて、S12の処理に戻る。
制御装置100は、電池温度Tbが上限閾値Thighよりも高い場合(S25でYES)、S27において、ヒータ40を停止する。たとえば、図5に示すように、電池温度Tbが上限閾値Thighまで上昇したときにヒータ40が停止する。
S28において、制御装置100は、モードの設定をキャンセルし、S29において、外部充電が完了したか否かを判定する。なお、この場合、未だ昇温制御の実行前であり、充電完了時刻前であるため、S29でNOと判定されて、S12の処理に戻る。
なお、保温制御によって電池温度Tbが上限閾値Thighまで上昇した後にヒータ40が停止すると、電池温度Tbが再び低下するが、S13以降の処理において、再び保温制御モードに設定されると、ヒータ40の作動によって再び電池温度Tbが上限閾値Thighまで上昇する。このように、電池温度Tbの上昇と低下とが繰り返されることによって、図3に示すように、現在時刻が下限閾値到達時刻tlowよりも早くにタイマ昇温開始時刻ttimerに達するまで、下限閾値Tlowと上限閾値Thighとの間で駆動用バッテリ10が間欠的に昇温されて保温される。
一方、S24において、保温制御モードに設定されていない場合(S24でNO)、すなわち、昇温制御モードに設定されている場合、S26において、制御装置100は、電池温度Tbが目標温度Ttgtよりも高いか否かを判定する。
制御装置100は、電池温度Tbが目標温度Ttgt以下の場合(S26でNO)、S29において、外部充電が完了したか否かを判定する(S29)。なお、この場合、未だ昇温制御の実行中であり、充電完了時刻前であるため、S29でNOと判定されて、S12の処理に戻る。
制御装置100は、電池温度Tbが目標温度Ttgtより高い場合(S26でYES)、S27において、ヒータ40を停止する。たとえば、図6に示すように、電池温度Tbが目標温度Ttgtまで上昇したときにヒータ40が停止する。
S28において、制御装置100は、モードの設定をキャンセルし、S29において、外部充電が完了したか否かを判定する。なお、この場合、昇温制御が完了しており、充電完了時刻にも達しているため、S29でYESと判定されて、本ルーチンが終了する。
以上のように、本実施の形態による制御装置100は、昇温制御を実行する前に、昇温制御を開始するタイマ昇温開始時刻ttimerを算出するとともに、電池温度Tbが下限閾値Tlowよりも低くなる下限閾値到達時刻tlowを算出する。制御装置100は、下限閾値到達時刻tlowがタイマ昇温開始時刻ttimerよりも早いときには、昇温制御を実行する前に、電池温度Tbが下限閾値Tlow以上かつ目標温度Ttgt未満となるように、ヒータ40を用いて駆動用バッテリ10を昇温する保温制御を実行する。
このような構成によれば、昇温制御を実行するまでの間に駆動用バッテリ10が極低温環境下に放置された場合でも、保温制御によって電池温度Tbが下限閾値Tlow以上かつ目標温度Ttgt未満に保たれる。これにより、電池温度Tbが電解液が凍結する温度よりも低くなったり、電池温度Tbが駆動用バッテリ10の入出力が制限される温度よりも低くなったりすることを回避することができる。したがって、昇温制御を実行する前から、駆動用バッテリ10から十分な電力を取り出すことができない事態に陥ってしまうことを防止することができる。
[変形例]
本実施の形態においては、S18およびS20の2つの判定処理によって、下限閾値到達時刻tlowとタイマ昇温開始時刻ttimerとを間接的に比較するものであった。しかしながら、これに限らず、1つの判定処理によって、下限閾値到達時刻tlowとタイマ昇温開始時刻ttimerとを直接的に比較することで、下限閾値到達時刻tlowがタイマ昇温開始時刻ttimerよりも早いか否かを判定するものであってもよい。たとえば、下限閾値到達時刻tlowとタイマ昇温開始時刻ttimerとを直接的に比較し、下限閾値到達時刻tlowがタイマ昇温開始時刻ttimerよりも早い場合には、現在時刻が下限閾値到達時刻tlowに達するまで待機し、現在時刻が下限閾値到達時刻tlowに達したときに保温制御モードに設定するものであってもよい。
本実施の形態においては、S18およびS20の2つの判定処理によって、下限閾値到達時刻tlowとタイマ昇温開始時刻ttimerとを間接的に比較するものであった。しかしながら、これに限らず、1つの判定処理によって、下限閾値到達時刻tlowとタイマ昇温開始時刻ttimerとを直接的に比較することで、下限閾値到達時刻tlowがタイマ昇温開始時刻ttimerよりも早いか否かを判定するものであってもよい。たとえば、下限閾値到達時刻tlowとタイマ昇温開始時刻ttimerとを直接的に比較し、下限閾値到達時刻tlowがタイマ昇温開始時刻ttimerよりも早い場合には、現在時刻が下限閾値到達時刻tlowに達するまで待機し、現在時刻が下限閾値到達時刻tlowに達したときに保温制御モードに設定するものであってもよい。
本実施の形態においては、下限閾値Tlowは、電解液が凍結する温度の閾値であり、かつ駆動用バッテリ10の入出力が制限される温度の閾値であった。しかしながら、これに限らず、下限閾値Tlowは、電解液が凍結する温度の閾値および駆動用バッテリ10の入出力が制限される温度の閾値のいずれかであってもよい。
本実施の形態においては、保温制御におけるヒータ40の作動時間を考慮してS18の判定に用いられる閾値が設定されることにより、下限閾値到達時刻tlowから保温制御が実行されるものであった。しかしながら、これに限らず、下限閾値到達時刻tlowよりも前から保温制御が実行されるものであってもよい。
本実施の形態においては、制御装置100は、図4に示すフローチャートに沿って、下限閾値到達時刻tlowおよびタイマ昇温開始時刻ttimerを算出した後、常にシステムを起動した状態で各処理を実行するものであった。しかしながら、これに限らず、下限閾値到達時刻tlowおよびタイマ昇温開始時刻ttimerを算出した後、一旦システムをスリープ状態にしてもよい。
具体的に、制御装置100は、下限閾値到達時刻tlowおよびタイマ昇温開始時刻ttimerを算出した後、下限閾値到達時刻tlowおよびタイマ昇温開始時刻ttimerのうち、現在時刻から近い方を次回のシステム起動時刻に設定して一旦システムを遮断し、設定した時刻になったときにシステムを再び起動してもよい。たとえば、制御装置100は、タイマ昇温開始時刻ttimerよりも下限閾値到達時刻tlowの方が現在時刻から近ければ、下限閾値到達時刻tlowを次回のシステム起動時刻に設定して一旦システムを遮断し、下限閾値到達時刻tlowになったときにシステムを再び起動して保温制御のためにヒータ40を作動してもよい。一方、制御装置100は、下限閾値到達時刻tlowよりもタイマ昇温開始時刻ttimerの方が現在時刻から近ければ、タイマ昇温開始時刻ttimerを次回のシステム起動時刻に設定して一旦システムを遮断し、タイマ昇温開始時刻ttimerになったときにシステムを再び起動して昇温制御のためにヒータ40を作動してもよい。
本実施の形態においては、温度センサ15によって、雰囲気温度αを直接的に計測するものであった。しかしながら、これに限らず、図7を参照しながら以下で説明するように、所定時間の経過に対する電池温度Tbの変化に基づき、雰囲気温度αを推定するものであってもよい。
図7は、雰囲気温度αの推定を説明するための図である。なお、図7において、横軸は時刻tを示し、縦軸は電池温度Tbを示す。また、時刻Aにおける電池温度Tbを電池温度Tsと称し、時刻Bにおける時刻A時点で推定された電池温度Tbを電池温度Ts´と称し、時刻Bにおける実際の電池温度Tbを電池温度Twと称する。
まず、時刻Aにおいて、時刻Bにおける電池温度Twを予め推定する。時刻Bにおける電池温度Twは、時刻Aにおける電池温度Tsおよび雰囲気温度αに基づき推定される。このときの雰囲気温度αは、所定値を用いればよい。時刻Aから時間twが経過した後、時刻Bにおいて、実際の電池温度Ts´と、推定した電池温度Twとの差分ΔTを算出する。この差分ΔTに対して、経過時間twに対応した補正係数λを乗算すると、雰囲気温度αのずれ量Δαが算出される。ずれ量Δαが所定の下限温度(たとえば、−3℃)よりも低ければ雰囲気温度αを所定温度(たとえば、5℃)下げるように補正し、ずれ量Δαが所定の上限温度(たとえば、3℃)よりも高ければ雰囲気温度αを所定温度(たとえば、5℃)上げるように補正し、それ以外であれば雰囲気温度αを補正しない。これにより、温度センサ15を用いずに雰囲気温度αを推定することができる。推定された雰囲気温度αは、再び将来の時刻における電池温度Tbの推定に用いられ、上述した算出方法により、必要に応じてその都度補正される。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 車両、10 駆動用バッテリ、11 監視ユニット、20 DC/DCコンバータ、30 補機バッテリ、40 ヒータ、41 スイッチ、45 スイッチ、50 充電器、51 インレット、60 タイマ、100 制御装置、200 外部電源、201 コネクタ、202 充電ケーブル。
Claims (1)
- 電池の昇温装置であって、
前記電池を外部から加熱するヒータと、
設定時刻に前記電池の温度が目標温度に達するように前記ヒータを用いて前記電池を昇温する昇温制御を実行する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記昇温制御を実行する前に、前記昇温制御を開始する昇温開始時刻と、前記電池の温度が下限閾値よりも低くなる下限閾値到達時刻とを算出し、
前記下限閾値到達時刻が前記昇温開始時刻よりも早いときには、前記昇温制御を実行する前に、前記電池の温度が前記下限閾値以上かつ前記目標温度未満となるように前記ヒータを用いて前記電池を昇温する保温制御を実行する、電池の昇温装置。
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---|---|---|---|
JP2015086069A JP2016207383A (ja) | 2015-04-20 | 2015-04-20 | 電池の昇温装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US11552343B2 (en) * | 2017-11-07 | 2023-01-10 | Lg Energy Solution, Ltd. | Apparatus and method for estimating temperature of battery |
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2015
- 2015-04-20 JP JP2015086069A patent/JP2016207383A/ja active Pending
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