JP4321576B2 - 電源装置およびそれを備える車両 - Google Patents

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Description

この発明は、電源装置およびそれを備える車両に関し、より特定的には、蓄電部を備える電源装置、およびそれを備える車両に関する。
近年、環境問題を考慮して、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などのように、電動機を駆動力源とする車両が注目されている。このような車両には、電動機に電力を供給したり、回生制動時に運動エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電したりするために、二次電池や電気二重層キャパシタなどからなる蓄電部が搭載されている。
このような電動機を駆動力源とする車両において、加速性能や走行持続距離などの走行性能を高めるために、蓄電部の充放電容量を大きくすることが望ましい。蓄電部の充放電容量を大きくするための方法として、複数の蓄電部を搭載する構成が提案されている。
一方、蓄電部は、電気化学的な作用を利用して電気エネルギーを蓄えるので、その充放電特性は温度の影響を受けやすい。一般的な蓄電部では、低温になるほど、その充放電性能が低下する。そのため、所定の充放電性能を維持するためには、蓄電部の温度管理、特に昇温制御が重要となる。
たとえば特開平11−26032号公報(特許文献1)には、電気自動車に搭載された電池の温度を昇温する電気自動車用電池のヒートアップ装置が開示される。これによれば、制御手段は、車両が解錠されたことを検出する解錠検出手段、設定された時刻を通知するタイマ手段、および操作情報を入力する入力手段の少なくとも1つから指示があった場合に、電池の検出温度が所定値以下であるときには、電池に要求される要求電流よりも大きな電池の出力電流を流すように制御する。
特開平11−26032号公報 特開平9−168240号公報 特開平8−98304号公報
特開平11−26032号公報(特許文献1)に開示されるヒートアップ装置は、電池の放電により電池の温度を上昇させる。よって電池に蓄えられた電力が無駄に消費されるという問題が発生する。しかしながら上記文献には、このような問題を解決するための具体的方法は開示されていない。
本発明の目的は、エネルギー効率の低下を防ぎつつ蓄電部をより確実に昇温させることが可能な電源装置を提供することである。
本発明は要約すれば、車両に搭載される電源装置であって、充電可能な蓄電部と、蓄電部の充電を制御する制御部とを備える。制御部は、蓄電部の充電開始時に、蓄電部の充電状態の目標値を、蓄電部の状態に基づいた第1の値に設定し、充電開始後に変更指令を受けた場合には、目標値を、第1の値よりも高く、かつ予め定められた第2の値に設定する目標値設定部と、蓄電部の充電状態が目標値となるように充電処理を実行する充電処理部とを含む。
好ましくは、蓄電部の状態を示す情報は、蓄電部周囲の温度の情報である。制御部は、蓄電部の温度を上昇させるために必要な蓄電部の充電状態の変化量を算出する変化量算出部をさらに含む。目標値設定部は、第2の値を予め記憶して、第2の値から変化量を減じて第1の値を算出する。
より好ましくは、制御部は、変更指令を生成する変更指令生成部をさらに含む。変更指令生成部は、指定された充電終了時刻と変化量とに基づいて、蓄電部の充電状態の変更を開始する開始時刻を定めて、現在時刻が開始時刻に達すると、変更指令を生成する。
より好ましくは、制御部は、外部から入力される昇温要求に応じて変更指令を生成する変更指令生成部をさらに含む。
さらに好ましくは、変更指令生成部は、住宅に設置された送信装置からの昇温要求を受けた場合に、変更指令を出力する。送信装置は、ユーザが住宅の外に出たことを検知するセンサの検知結果に応じて、昇温要求を送信する。
さらに好ましくは、変更指令生成部は、ユーザによる遠隔操作に応答して変更指令を出力する。
本発明の他の局面に従うと、車両であって、上述のいずれかに記載の電源装置を備える。
本発明によれば、エネルギー効率の低下を防ぎつつ蓄電部をより確実に昇温させることが可能な電源装置を実現できる。
また、本発明によれば、このような電源装置を車両に搭載することで、蓄電部の充放電性能を確保することが可能になるので、車両の走行性能を高めることが可能となる。
以下において、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返さない。
[車両の構成]
図1は、本発明の実施の形態に従う電源装置100を備える車両の要部を示す概略構成図である。
図1を参照して、車両は、電源装置100と、第1インバータ(INV1)40,第2インバータ(INV2)42,第3インバータ(INV3)44と、モータジェネレータMG1,MG2と、駆動ECU(Electrical Control Unit)50とを備える。
インバータ40,42と、モータジェネレータMG1,MG2と、駆動ECU50とは、車両の駆動力を発生する駆動力発生部を構成する。本実施の形態では、車両は、電源装置100から駆動力発生部へ供給される電力により生じる駆動力を車輪(図示せず)に伝達することにより走行する。一方、回生時には駆動力発生部が運動エネルギーから電力を生成する。この電力は電源装置100に回収される。
また、本実施の形態では、電源装置100は2つの蓄電部を備える。電源装置100は、主正母線MPLおよび主負母線MNLを介して駆動力発生部との間で直流電力の授受を行なう。
インバータ40,42は、主正母線MPLおよび主負母線MNLに並列接続され、それぞれ電源装置100との間で電力の授受を行なう。すなわち、インバータ40,42は、それぞれ主正母線MPLおよび主負母線MNLを介して受ける駆動電力(直流電力)を交流電力に変換してモータジェネレータMG1,MG2へ供給する一方、モータジェネレータMG1,MG2が発電する交流電力を直流電力に変換して回生電力として電源装置100へ供給する。なお、インバータ40,42は、一例として、三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路で構成され、それぞれ駆動ECU50から受けたスイッチング指令PWM1,PWM2に応じて、スイッチング(回路開閉)動作を行なうことで、三相交流電力を発生する。
モータジェネレータMG1,MG2は、それぞれインバータ40,42から供給される交流電力を受けて回転駆動力を発生可能であるとともに、外部からの回転駆動力を受けて発電可能に構成される。一例として、モータジェネレータMG1,MG2は、永久磁石が埋設されたロータを備える三相交流回転電機である。モータジェネレータMG1,MG2は動力伝達機構46と結合される。モータジェネレータMG1,MG2に発生した駆動力は駆動軸48を介して車輪(図示せず)に伝達される。
なお、駆動力発生部がハイブリッド車両に適用される場合には、モータジェネレータMG1,MG2は、動力伝達機構46または駆動軸48を介して図示しないエンジンとも連結される。そして、駆動ECU50によって、エンジンの発生する駆動力とモータジェネレータMG1,MG2の発生する駆動力とが最適な比率となるように制御が実行される。図1に示す駆動力発生部をこのようなハイブリッド車両に適用する場合には、モータジェネレータMG1を専ら発電機として機能させ、モータジェネレータMG2を専ら電動機として機能させることもできる。
駆動ECU50は、予め格納されたプログラムを実行する。より具体的に説明すると、駆動ECU50は、図示しない各センサから送信された信号、走行状況、アクセル開度の変化率、および格納しているマップなどに基づいて、モータジェネレータMG1,MG2のトルク目標値TR1,TR2および回転数目標値MRN1,MRN2を算出する。そして、駆動ECU50は、モータジェネレータMG1,MG2の発生トルクおよび回転数がそれぞれトルク目標値TR1,TR2および回転数目標値MRN1,MRN2となるように、スイッチング指令PWM1,PWM2を生成する。このスイッチング指令PWM1,PWM2に基づいてインバータ40,42が制御される。また、駆動ECU50は、算出したトルク目標値TR1,TR2および回転数目標値MRN1,MRN2を電源装置100へ出力する。
さらに、本実施の形態においては、インバータ44が、主正母線MPLおよび主負母線MNLに対してインバータ40,42と並列接続される。インバータ44はさらに、供給線ACLおよび充電コネクタ60を介して、車両外部の住宅内の商用電源(ともに図示せず)と電気的に接続され、商用電源との間で電力を授受可能に構成される。
インバータ44は、充電コネクタ60および供給線ACLを介して車両外部から供給される商用電力を受けて、電源装置100へ供給するための直流電力を生成する。一例として、インバータ44は、車両外部の住宅(図示せず)内で使用される電力の形態に対応するように、単相インバータからなる。
なお、正供給線ACLpに介装された供給電流検出部54は、商用電源からの供給電流IACを検出し、その検出値を駆動ECU50へ出力する。また、正供給線ACLpと負供給線ACLnとの間に接続された供給電圧検出部52は、商用電源からの供給電圧VA
Cを検出し、その検出値を駆動ECU50へ出力する。
また、開閉検出部62は、充電コネクタ60の開成、すなわち車両と商用電源との電気的遮断を検出する。開閉検出部62は、その検出結果を示す信号OPを電源装置100へ出力する。
[電源装置の構成]
電源装置100は、平滑コンデンサCと、第1コンバータ(CONV1)18と、第2コンバータ(CONV2)28と、第1蓄電部10と、第2蓄電部20と、充放電電流検出部16,26と、充放電電圧検出部14,24と、温度検出部12,22と、制御部30とを備える。制御部30は、電池ECU32と、コンバータECU34とを備える。
平滑コンデンサCは、主正母線MPLと主負母線MNLとの間に接続され、コンバータ18,28から出力される駆動電力および駆動力発生部から出力される回生電力に含まれる変動成分を低減する。
コンバータ18,28は、それぞれ、主正母線MPLおよび主負母線MNLと、蓄電部10,20との間に設けられ、蓄電部10,20と主正母線MPLおよび主負母線MNLとの間で電力変換動作を行なう。具体的には、コンバータ18,28は、蓄電部10,20からの放電電力を所定の電圧に昇圧して駆動電力として供給する一方、駆動力発生部から供給される回生電力を所定の電圧に降圧して蓄電部10,20を充電する。一例として、コンバータ18,28は、昇降圧チョッパ回路により構成される。
蓄電部10,20は、それぞれ、コンバータ18,28を介して、主正母線MPLおよび主負母線MNLに並列接続される。蓄電部10,20は、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの充放電可能に構成された二次電池、もしくは電気二重層キャパシタからなる。
充放電電流検出部16,26は、それぞれ、蓄電部10,20とコンバータ18,28とを接続する一方の電力線に介装され、蓄電部10,20の充放電時に用いられる充放電電流値Ib1,Ib2を検出し、その検出結果を電池ECU32およびコンバータECU34へ出力する。
充放電電圧検出部14,24は、それぞれ、蓄電部10,20とコンバータ18,28とを接続する電力線間に接続され、蓄電部10,20の充放電電圧値Vb1,Vb2を検出し、その検出結果を制御部30(電池ECU32およびコンバータECU34)に出力する。
温度検出部12,22は、それぞれ、蓄電部10,20を構成する電池セルなどに近接して配置され、蓄電部10,20の雰囲気温度である蓄電部温度Tb1,Tb2を検出し、その検出結果を電池ECU32へ出力する。なお、温度検出部12,22は、それぞれ、蓄電部10,20を構成する複数の電池セルに対応付けて配置された複数の検出素子の検出結果に基づいて、平均化処理などにより代表値を出力するように構成してもよい。また、温度検出部12,22は、蓄電部10,20の近傍にそれぞれ設けることが好ましいが、たとえば車両外部の気温を検出するように設置されていてもよい。
電池ECU32は、充放電電流検出部16,26から受けた充放電電流値Ib1,Ib2と、充放電電圧検出部14,24から受けた充放電電圧値Vb1,Vb2と、温度検出部12,22から受けた蓄電池温度Tb1,Tb2とに基づいて、蓄電部10,20のそれぞれにおける充電状態(SOC:State Of Charge)を算出する。
電池ECU32は、温度検出部12,22からそれぞれ受けた蓄電部温度Tb1,Tb2に基づいて、蓄電部10,20を昇温する必要があるか否かを判断する。具体的には、電池ECU32は、蓄電部温度Tb1,Tb2の各々が対応の温度下限値(例えば、−15℃)を下回っているか否かを判断する。そして、電池ECU32は、対応の温度下限値を下回っている蓄電部についての昇温制御を実行する。
電池ECU32は、蓄電部10の昇温を開始するまでは、蓄電部10のSOCの目標値をSOC1Aに設定する。そして、電池ECU32は、蓄電部10の昇温を実行する際に、SOCの目標値をSOC1AからSOC1Bに変化させる。同様に、電池ECU32は、蓄電部20の昇温を開始するまでは、蓄電部20のSOCの目標値をSOC2Aに設定する。そして、電池ECU32は、蓄電部20の昇温を実行する際に、SOCの目標値をSOC2AからSOC2Bに変化させる。
なお、SOC1A<SOC1Bであり、SOC2A<SOC2Bである。また、SOC1B,SOC2Bの値は、たとえば蓄電部10,20がほぼ満充電となる所定の値(たとえば80%)に設定される。
コンバータECU34は、充放電電流値Ib1,Ib2と、充放電電圧値Vb1,Vb2と、蓄電池温度Tb1,Tb2と、電池ECU32からのSOC(SOC1A,SOC1B,SOC2A,SOC2B)等に基づいて、コンバータ18,28をそれぞれ駆動するための駆動信号PWC1,PWC2を生成する。コンバータ18,28は駆動信号PWC1,PWC2によりそれぞれ制御される。これにより外部電力がコンバータ18,28を介して蓄電部10,20にそれぞれ供給される。よって蓄電部10,20を充電することができる。
なお、コンバータECU34は、蓄電部10のSOCの目標値がSOC1Bである場合に、その目標値に従ってコンバータ18を制御する。この場合、蓄電部10の充電に伴って蓄電部10の温度が上昇する。蓄電部20についても同様であり、コンバータECU34は蓄電部20のSOCの目標値がSOC2Bである場合に、その目標値に従ってコンバータ28を制御する。この場合、蓄電部20の充電に伴って蓄電部20の温度が上昇する。
図2は、本発明の実施の形態に従うコンバータ18,28の概略構成図である。
図2を参照して、コンバータ18は、チョッパ回路180と、平滑コンデンサC1とからなる。
チョッパ回路180は、コンバータECU34からのスイッチング指令PWC1に応じて、放電時には蓄電部10から受けた直流電力を昇圧する一方、充電時には主正母線MPLおよび主負母線MNLから受けた直流電力を降圧する。そして、チョッパ回路180は、それぞれ正母線LN1Aと、負母線LN1Cと、配線LN1Bと、スイッチング素子であるトランジスタQ1A,Q1Bと、ダイオードD1A,D1Bと、インダクタL1とを含む。
正母線LN1Aは、その一方端がトランジスタQ1Bのコレクタに接続され、他方端が主正母線MPLに接続される。また、負母線LN1Cは、その一方端が蓄電部10の負極側に接続され、他方端が主負母線MNLに接続される。
トランジスタQ1A,Q1Bは、負母線LN1Cと正母線LN1Aとの間に直列に接続される。そして、トランジスタQ1Aのエミッタは負母線LN1Cに接続され、トランジ
スタQ1Bのコレクタは正母線LN1Aに接続される。また、各トランジスタQ1A,Q1Bのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD1A,D1Bがそれぞれ接続されている。さらに、インダクタL1は、トランジスタQ1AとトランジスタQ1Bとの接続点に接続される。
配線LN1Bは、一方端が蓄電部10の正極側に接続され、他方端がインダクタL1に接続される。
平滑コンデンサC1は、配線LN1Bと負母線LN1Cとの間に接続され、配線LN1Bと負母線LN1Cとの間の直流電圧に含まれる交流成分を低減する。
以下、コンバータ18の電圧変換動作(昇圧動作および降圧動作)について説明する。昇圧動作時において、コンバータECU34は、トランジスタQ1Bをオフ状態に維持し、かつ、トランジスタQ1Aを所定のデューティー比でオン/オフさせる。トランジスタQ1Aのオン期間においては、蓄電部10から配線LN1B、インダクタL1、ダイオードD1B、および正母線LN1Aを順に介して、放電電流が主正母線MPLへ流れる。同時に、蓄電部10から配線LN1B、インダクタL1、トランジスタQ1Aおよび負母線LN1Cを順に介して、ポンプ電流が流れる。インダクタL1は、このポンプ電流により電磁エネルギーを蓄積する。続いて、トランジスタQ1Aがオン状態からオフ状態に遷移すると、インダクタL1は、蓄積した電磁エネルギーを放電電流に重畳する。その結果、コンバータ18から主正母線MPLおよび主負母線MNLへ供給される直流電力の平均電圧は、デューティー比に応じてインダクタL1に蓄積される電磁エネルギーに相当する電圧だけ昇圧される。
一方、降圧動作時において、コンバータECU34は、トランジスタQ1Bを所定のデューティー比でオン/オフさせ、かつ、トランジスタQ1Aをオフ状態に維持させる。トランジスタQ1Bのオン期間においては、主正母線MPLから正母線LN1A、トランジスタQ1B、インダクタL1、および配線LN1Bを順に介して、充電電流が蓄電部10へ流れる。続いて、トランジスタQ1Bがオン状態からオフ状態に遷移すると、インダクタL1の電流変化を妨げるように磁束が発生するので、充電電流は、ダイオードD1A、インダクタL1、および配線LN1Bを順に介して流れ続ける。一方で、電気エネルギー的に見ると、主正母線MPLおよび主負母線MNLを介して直流電力が供給されるのはトランジスタQ1Bのオン期間だけであるので、充電電流が一定に保たれるとすると(インダクタL1のインダクタンスが十分に大きいとすると)、コンバータ18から蓄電部10へ供給される直流電力の平均電圧は、主正母線MPL−主負母線MNL間の直流電圧にデューティー比を乗じた値となる。
このようなコンバータ18の電圧変換動作を制御するため、コンバータECU34は、トランジスタQ1Aのオン/オフを制御するスイッチング指令PWC1A、およびトランジスタQ1Bのオン/オフを制御するスイッチング指令PWC1Bからなるスイッチング指令PWC1を生成する。
コンバータ28についても上述したコンバータ18と同様の構成および動作であるため、詳細な説明は繰返さない。
[電池ECUの構成]
図3は、図1の電池ECU32の機能ブロック図である。なお図3に示す各ブロックの機能は、ハードウェアにより実現されてもよいし、ソフトウェアにより実現されてもよい。
図3を参照して、電池ECU32は、昇温指令生成部320と、残SOC算出部321と、SOC設定部322とを含む。
昇温指令生成部320は、温度検出部12,22からそれぞれ入力される蓄電部温度Tb1,Tb2に基づき、蓄電部10,20を昇温制御する必要があるか否かを判定する。具体的には、昇温指令生成部320は、蓄電部温度Tb1,Tb2の各々が対応の温度下限値を下回っているか否かを判定する。そして、蓄電部10,20のいずれかが対応の温度下限値を下回っている場合には、昇温指令生成部320は、車両外部から入力される信号を受けた場合、あるいは、現在時刻が昇温開始時刻に達した場合に、対応の温度下限値を下回っている蓄電部についての昇温指令を生成する。
なお蓄電部温度Tb1,Tb2のいずれもが対応の温度下限値を下回っている場合には、昇温指令生成部320は、蓄電部10,20のうち、より優先度の高い一方の蓄電部についての昇温指令を生成する。ここで、優先度は、たとえば所定の動作温度範囲からの蓄電部温度の逸脱量、蓄電部の満充電容量、蓄電部のSOC等に応じて決定される。
後に詳細に説明するが、昇温指令生成部320に入力される信号は、車両に装備されたワイヤレスドアロック機構において車両のドアが解錠(アンロック)したことを示す信号SDU,KDU、車室内の運転席近傍に設けられた昇温ボタン400の操作状態を示す信号BON1,BON2、充電コネクタ60が開成したことを示す信号OP、図示しない住宅からの昇温要求を示す昇温要求信号DMN、携帯電話380の出力信号MPである。また、昇温指令生成部320には昇温開始時刻を決定するために必要な情報として、蓄電部10のSOCの変化量X1、蓄電部20のSOCの変化量X2、およびユーザが設定する充電終了時刻(設定時刻ST)が入力される。
残SOC算出部321は、蓄電部10の温度Tb1に基づいて、蓄電部10の昇温に必要なSOCの変化量X1を算出する。残SOC算出部321は、蓄電部温度Tb1と蓄電部10の温度下限値との差に基づいて、変化量X1を設定する。
たとえば残SOC算出部321は、蓄電部温度Tb1と蓄電部10の温度下限値との差と、変化量X1とが対応付けられたマップを記憶し、そのマップを参照して変化量X1を決定してもよい。さらに、残SOC算出部321は、蓄電部10の満充電状態でのSOCであるSOC1Bを予め記憶するとともに、蓄電部温度Tb1と、充放電電流値Ib1と、充放電電圧値Vb1とに基づいて蓄電部10の現時点でのSOCを算出してもよい。この場合、残SOC算出部321は、SOC1Bと蓄電部10の現時点でのSOCとの差が、マップから求められる変化量X1よりも大きい場合には、その差を変化量X1と設定する。なお、変化量X2の算出方法については変化量X1と同様である。
SOC設定部322は、図1のコンバータECU34に与えるSOCの目標値を設定する。SOC設定部322は、昇温指令生成部320から昇温指令WCM1を受けるまでの間において、蓄電部10のSOCの目標値を、SOC1B(たとえば80%)から変化量X1(たとえば30%)だけ低いSOC1A(たとえば50%)に設定する。そしてSOC設定部322は、昇温指令WCM1を受けた後は、SOCの目標値をSOC1Bに設定する。
なお、SOC設定部322は、蓄電部20を昇温させる場合には、上述の動作と同様の動作を行なう。この場合の動作は、上述の動作において、昇温指令WCM1を昇温指令WCM2に、SOC1AをSOC2Aに、SOC1BをSOC2Bに置き換えたものとなる。
図4は、昇温指令生成部320に入力される信号を説明するための図である。
図4および図3を参照して、昇温指令生成部320には計8種類の信号が入力される。
第1および第2の入力信号は、それぞれスマートドアアンロック信号SDUおよびキーレスドアアンロック信号KDUである。これらの信号は、ワイヤレスドアロック機構を装備した車両において、キーに内蔵されているワイヤレス発信機からの送信信号に含まれるIDコードと車両に付与されているIDコードとが合致したことによって車両のドアが解錠(アンロック)されたとき、ドアの解錠を示す信号として、ドアの施錠/解錠(ロック/アンロック)を制御するボデーECU(図示せず)から昇温指令生成部320に送信される信号である。
詳細には、スマートドアアンロック信号SDUは、ワイヤレスドアロック機構の一形態として、メカニカルキーを使用せずに車両のドアのロック/アンロックやエンジン始動を可能とする機能である、いわゆる「スマートエントリシステム」に対応したものである。より具体的には、スマートエントリシステムに含まれるスマートドアアンロック機能(例えば、車室外検知エリアでスマートキーを携帯したユーザが運転席アウトサイドハンドルを握ることによってドアをアンロックする機能)が作動した場合、ボデーECUは、スマートドアアンロック信号SDUを生成して昇温指令生成部320へ送信する。
また、キーレスドアアンロック信号KDUは、ワイヤレスドアロック機構の他の形態として、キーレスエントリシステムに対応したものである。より具体的には、キーに内蔵されたワイヤレスリモートコントロール機能が作動してドアがアンロックされたことに応じて、ボデーECUは、キーレスドアアンロック信号KDUを生成して昇温指令生成部320へ送信する。
第3の入力信号は、ユーザの手動操作により昇温ボタン400がオン状態に設定されたことを示す信号BON1である。昇温ボタン400は、車室内の運転席近傍に設けられており、ユーザが手動操作、あるいは、リモートコントローラを用いた遠隔操作を行なうによって、オン状態に設定される。そして、昇温ボタン400は、オン状態に設定されたことに応答して、ユーザの昇温要求を昇温指令生成部320へ伝達する。
第4の入力信号は、図1に示す充電コネクタ60が開成(オフ)したことを示す信号(以下、充電コネクタ開成信号とも称する)OPである。例えば、充電コネクタ開成信号OPは、ユーザが車両を使用する前に、ユーザによって充電コネクタ60が住宅側に設けられた電源コンセントから引き抜かれたことことに応じて生成される。生成された充電コネクタ開成信号OPは、充電コネクタ60に設けられた開閉検出部62から昇温指令生成部320へ送信される。
第5の入力信号は、上述した昇温ボタン400がユーザによるリモコン360を用いた遠隔操作によってオン状態に設定されたことを示す信号BON2である。
第6の入力信号は、住宅内のユーザから車両に対して発せられる昇温要求信号DMNである。昇温要求信号DMNは、一例として、ユーザが車両を使用する前に予め蓄電部を暖めておくことで、低温環境下における車両の始動性を確保したい場合に発せられる。
第7の入力信号は、携帯電話380からの出力信号MPである。一般的には、ユーザがリモコン360を携帯する機会よりも携帯電話380を携帯する機会が多いと考えられる。よってユーザが携帯電話380を操作することにより昇温指令生成部320から昇温指令が発せられることでユーザの利便性を高めることができる。
昇温指令生成部320はこれらの入力信号に応じて、対応の温度下限値を下回っている蓄電部についての昇温指令(WCM1またはWCM2)を生成して、SOC設定部322へ出力する。
[昇温制御処理]
既に説明したように、本実施の形態では商用電源と蓄電部との間で電力の授受を行なう。これにより本実施の形態では、蓄電部の電力を消費させることなく蓄電部を昇温することが可能になる。以下では本実施の形態における蓄電部の昇温制御についてより詳細に説明する。
ただし、以下の説明では一例として蓄電部10の温度Tb1が温度下限値を下回っているために蓄電部10を昇温する場合について説明する。蓄電部20を昇温する場合にも、以下の動作と同様の動作が行なわれる。
図5は、商用電源から蓄電部への電力供給を説明するためのブロック図である。
図5を参照して、車両は、供給線ACLを介して充電コネクタ60により住宅200の電源コンセントに接続されている。そして、車両には、商用電源線210を介して住宅200に供給される商用電源が与えられる。このとき、昇温対象の蓄電部10は、この住宅200から与えられる商用電源により充電される。これにより、蓄電部10は、自己発熱により昇温する。
詳細には、充電コネクタ60と住宅200の電源コンセントとを結合することによって、供給線ACLと商用電源線210とが電気的に接続される。
コンバータECU34は、昇温対象の蓄電部10に対応するコンバータ18のスイッチング指令PWC1を生成する。さらに、コンバータECU34は、商用電源に対する目標供給電力PAC*を決定して駆動ECU50へ出力する。
駆動ECU50は、与えられた目標供給電力PAC*に基づいて、インバータ44のスイッチング指令PWM3を生成する。これにより、昇温対象の蓄電部10と商用電源との間で電力授受が開始される。
まず電池ECU32は、蓄電部10のSOCの目標値をSOC1Aに設定する。コンバータECU34は、蓄電部10のSOCの値がSOC1Aとなるようにコンバータ18を制御する。具体的にはコンバータECU34は、SOC1Aに基づき蓄電部10の目標充放電電力P1*を決定する。そしてコンバータECU34は決定した目標充放電電力P1*と蓄電部10の充放電電力P1との電力偏差に基づいて、コンバータ18のスイッチング指令PWC1を生成する。
さらに、コンバータECU34は、商用電源に対する目標供給電力PAC*を蓄電部10への充電電力Pin1と定めて、その目標供給電力PAC*を駆動ECU50へ出力する。駆動ECU50は、与えられた目標供給電力PAC*と供給電力PACの実績値との電力偏差に基づいて、インバータ44のスイッチング指令PWM3を生成する。なお、供給電力PACの実績値は、供給電流検出部54からの供給電流IACと供給電圧検出部52からの供給電圧VACとを掛け算して算出される。
電池ECU32は、昇温要求(スマートドアアンロック信号SDU、キーレスドアアンロック信号KDU等)を受けると、コンバータECU34に出力するSOCの目標値をSOC1AからSOC1Bに変更する。そうするとコンバータECU34は、蓄電部10のSOCの値がSOC1Bとなるようにコンバータ18を制御する。この場合にはコンバー
タECU34はSOC1Bに基づき蓄電部10の目標充放電電力P1*を変更するとともに、目標充放電電力P1*と蓄電部10の充放電電力P1との電力偏差に基づいて、スイッチング指令PWC1を変更する。さらに、コンバータECU34は、目標供給電力PAC*(蓄電部10への充電電力Pin1)を変更して、その目標供給電力PAC*を駆動ECU50へ出力する。駆動ECU50は、与えられた目標供給電力PAC*と供給電力PACの実績値との電力偏差に基づいて、インバータ44のスイッチング指令PWM3を生成する。これにより蓄電部10の充電にともなって蓄電部10の温度が上昇する。
図6は、図5の住宅200から車両に対して昇温要求信号を送信するための住宅200の構成を説明する図である。
図6および図5を参照して、住宅200から蓄電部10の昇温制御を実行する場合には、図5に示す住宅200にモデム202と、制御部204と、センサ206とがさらに設置される。
モデム202は、電気的に接続される車両との間で情報の送受信を行なう。モデム202は、商用電源線210の線間に接続され、制御部204から与えられる情報信号を変調して、商用電源線210を流れる電流に重畳する一方、商用電源線210を流れる電流に含まれる変調信号を抽出して、情報信号に復調して制御部204へ出力する。
制御部204は、車両との間で情報の送受信を行なうことにより車両における蓄電部の充電状態を管理するとともに、センサ206からの昇温要求を受付け可能に構成される。そして、制御部204は、センサ206から昇温要求が与えられると、モデム202を介して車両に対して昇温要求信号DMNを送信する。
センサ206は、たとえばユーザが外出したことを検出した場合に昇温要求を出力する。センサ206には様々なものを用いることができる。たとえばセンサ206が玄関のドアの開閉を検出するセンサである場合、ユーザがドアを開閉するとセンサ206は昇温要求を出力する。
車両においては、正供給線ACLpと負供給線ACLnとの間にモデム56が接続されており、住宅200との間で情報の送受信を可能とする。電池ECU32は、モデム56を介して住宅200から送信される昇温要求信号DMNを受けると、コンバータECU34に出力するSOCの目標値をSOC1AからSOC1Bに変更する。
図7,8は、図3に示す電池ECU32による昇温制御を実現するためのフローチャートである。なお、このフローチャートの処理は、所定のメインルーチンから一定時間毎または所定の条件が成立する毎に呼び出されて実行される。
図7および図3を参照して、昇温指令生成部320および残SOC算出部321は、温度検出部12,22から蓄電部温度Tb1,Tb2を取得する(ステップS1)。そして昇温指令生成部320は、取得した蓄電部温度Tb1,Tb2の各々が対応の温度下限値を下回っているか否かを判定する(ステップS2)。
ステップS2において蓄電部温度Tb1,Tb2のいずれかが対応の温度下限値を下回っている場合(ステップS2においてYES)、残SOC算出部321は、対応の温度下限値を下回っている蓄電部について、温度を上昇させるために必要なSOCの変化量(残SOC)を算出する(ステップS3)。残SOC算出部321は現在の蓄電部の温度に基づいて、昇温対象となる蓄電部を昇温させるために必要なSOCの変化量(変化量X1,X2)を算出する。
なお、蓄電部温度Tb1,Tb2のいずれもが対応の温度下限値を下回っている場合には、残SOC算出部321は、優先度の高い蓄電部に対して、SOCの変化量を算出する。
また、ステップS3においては、昇温指令生成部320は、蓄電部温度Tb1,Tb2に基づいて、昇温指令WCM1,WCM2のうち、出力すべき昇温指令を決定する。
以下では、一例として蓄電部10の昇温制御を行なう場合を説明する。SOC設定部322は、残SOC算出部321から与えられる変化量X1(残SOC)に基づいて、蓄電部10のSOCの目標値、すなわちSOC1A(第1目標SOC)を決定する(ステップS4)。ステップS4において、SOC設定部322は、蓄電部10の第2目標SOC(SOC1B)からX1を減じてSOC1Aを決定する。
なお、ステップS2において蓄電部温度Tb1,Tb2のいずれもが対応の温度下限値を下回っていない場合(ステップS2においてNO)、電池ECU32は、通常の制御モードへ移行する(ステップS5)。そして、電池ECU32は、後述するステップS15の処理を実行する。なお、ここで言う「通常の制御モード」とは、昇温制御を行なわずに蓄電部を充電するときの制御モードを意味する。この場合にはSOC設定部322は第2目標SOCのみを設定する。
続いて図8および図3を参照しながら、ステップS4以後の処理を説明する。昇温指令生成部320は、ユーザによる設定時刻STの入力があったか否かを判定する(ステップS10)。設定時刻STの入力がある場合(ステップS10においてYES)、昇温指令生成部320は、その設定時刻STに蓄電部10の昇温制御が終了する(蓄電部10が満充電状態となる)ように、蓄電部10の昇温開始時刻を設定する(ステップS11)。なお、既に説明したように昇温開始時刻は設定時刻STおよびSOCの変化量X1に基づいて定められる。
たとえば昇温指令生成部320は、所定の充電電流を流したときの蓄電部10のSOCの時間変化率を予め記憶する。そして昇温指令生成部320は、変化量X1とこの時間変化率と、設定時刻STとに基づいて昇温開始時刻を決定する。なお、昇温開始時刻の決定方法は他の方法でもよい。
昇温指令生成部320は現在時刻が昇温開始時刻に達すると昇温指令WCM1を出力してステップS11の処理を終了する。ステップS11の処理が終了すると、後述するステップS14の処理が実行される。
一方、設定時刻STの入力がない場合(ステップS10においてNO)、昇温指令生成部320は、外部からの昇温要求の入力の有無を判定する(ステップS12)。ここで「外部」とは、電池ECU32の外部を意味する。また「昇温要求の入力」とは、スマートドアアンロック信号SDU、キーレスドアアンロック信号KDU、昇温ボタン400からの信号BON1,BON2,携帯電話380からの出力信号MPのいずれかが昇温指令生成部320に入力されることを意味する。昇温指令生成部320は昇温要求が入力された場合(ステップS12においてYES)、昇温指令WCM1を出力してステップS14の処理を実行する。昇温指令生成部320に昇温要求の入力がない場合(ステップS12においてNO)、昇温指令生成部320はステップS13の処理を実行する。
ステップS13では、昇温指令生成部320はドライバ(ユーザ)の外出の有無を判定する。上述したように、ドライバが外出した場合には住宅200に設置されたセンサ20
6から制御部204に昇温要求が送信される。そして制御部204は、昇温要求を受けるとモデム202を制御して、モデム202から昇温要求信号DMNを出力させる。昇温指令生成部320はモデム56を介して昇温要求信号DMNを受ける。つまり昇温指令生成部320によるドライバ(ユーザ)の外出の有無の判定とは、昇温指令生成部320が昇温要求信号DMNの入力の有無を判定することである。
昇温指令生成部320に昇温要求信号DMNが入力された場合(ステップS13においてYES)、昇温指令生成部320は昇温指令WCM1を出力して、その後ステップS14の処理を実行する。一方、昇温指令生成部320に昇温要求信号DMNの入力がない場合(ステップS13においてNO)、昇温指令生成部320は後述するステップS15の処理を実行する。
ステップS14では、SOC設定部322は昇温指令WCM1を受けて、SOCの目標値をSOC1A(第1目標値)からSOC1B(第2目標値)に変更する。これにより蓄電部10が満充電状態となるまで蓄電部10の充電が行なわれて、蓄電部10の昇温が実現される。
ステップS15では、昇温指令生成部320は、充電コネクタ60の開成があったか否かを判定する。充電コネクタ60の開成とは商用電源から蓄電部10への充電が終了したことを意味する。昇温指令生成部320は、信号OPを受けた場合(ステップS15においてYES)、ステップS16の処理を実行するが、そうでない場合(ステップS15においてNO)、ステップS15の判定処理を繰返す。
ステップS16では、昇温指令生成部320は、蓄電部温度Tb1,Tb2の各々が対応の温度下限値を下回っているか否かを判定する。たとえば昇温開始時点での蓄電部の温度が下限値よりも大幅に低い場合、あるいは、蓄電部の熱容量が大きい場合には、ステップS14において満充電状態になるまで蓄電部を充電しても、蓄電部温度Tb1,Tb2のいずれも対応の温度下限値を下回っている可能性がある。
たとえば蓄電部10の温度Tb1が温度下限値を下回っている場合(ステップS16においてYES)、昇温指令生成部320は、さらに蓄電部10の温度Tb1を上昇させるための昇温指令WCM3を出力する(ステップS17)。この場合、SOC設定部322は、SOCの目標値をSOC1BからSOC1Cに変更する(ただしSOC1B>SOC1C)。これにより、蓄電部10から放電が行なわれて蓄電部10の内部に熱が発生する。よって蓄電部10の温度をさらに上昇させることができる。
なお、ステップS17での処理が行なわれた場合、蓄電部10に蓄えられる電力の一部はたとえばコンバータ18、インバータ3等で消費される。しかし、多くの場合には、ステップS14での処理によって蓄電部10の温度Tb1は温度下限値の近傍まで上昇しているものと考えられる。よって、本実施の形態によれば、蓄電部10に蓄えられる電力を消費させる必要が生じたとしても、その消費電力を小さくすることが可能になる。
なお、蓄電部10の温度をさらに上昇させるための他の方法として、たとえば蓄電部20の充電状態が満充電状態でない場合には、蓄電部10から蓄電部20に電力が供給されるようにSOC設定部322が蓄電部10,20のそれぞれのSOCの目標値SOC1C,SOC2Cを設定するという方法も用いることができる。この方法によれば、コンバータ18,28において電力が消費されるものの、上述の方法よりも消費電力を小さくすることが可能になる。
ステップS17の処理が終了すると昇温制御処理が終了する。また、ステップS16に
おいて蓄電部温度Tb1,Tb2のいずれもが対応の温度下限値を下回っていない場合(ステップS16においてNO)にも昇温制御処理が終了する。なお、昇温制御処理の終了後には、たとえば車両が始動する等の各種処理が実行される。
本発明の実施の形態を包括的に再度説明する。車両に搭載される電源装置100は、充電可能な蓄電部10と、蓄電部10の充電を制御する制御部30とを備える。制御部30は、蓄電部10の充電開始時に、蓄電部10の充電状態(SOC)の目標値を、蓄電部10の状態に基づいたSOC1A(第1の値)に設定し、充電開始後に昇温指令WCM1を受けた場合には、その目標値を、SOC1Aよりも高く、かつ予め定められたSOC1B(第2の値)に設定するSOC設定部322と、蓄電部10の充電状態が目標値となるように充電処理を実行するコンバータECU34とを含む。
このように、蓄電部10をある程度充電しておき、昇温指令WCM1に応じて昇温制御を行なうことで、ユーザの使用直前に昇温制御を行なうことが可能になる。よって蓄電部10の昇温のために必要なエネルギーを少なくすることができるので、エネルギー効率の低下を防ぎながら、蓄電部10をより確実に昇温させることができる。
なお昇温指令生成部320は本発明の「変更指令生成部」に対応し、昇温指令WCM1は本発明の「変更指令」に対応する。
好ましくは、蓄電部10の状態を示す情報は、蓄電部10の周囲の温度の情報(蓄電部温度Tb1)である。制御部30は、蓄電部10の温度を上昇させるために必要な蓄電部10のSOCの変化量(残SOC)X1を算出する残SOC算出部321をさらに含む。SOC設定部322は、SOC1Bを予め記憶して、SOC1BからX1を減じてSOC1Aを算出する。
より好ましくは、制御部30は、昇温指令WCM1を生成する昇温指令生成部320をさらに含む。昇温指令生成部320は、指定された充電終了時刻(設定時刻ST)と変化量X1とに基づいて、蓄電部10の充電状態の変更を開始する開始時刻を定める。昇温指令生成部320は、現在時刻が開始時刻に達すると、昇温指令WCM1を生成する。
より好ましくは、制御部30は、外部から入力される昇温要求に応じて昇温指令WCM1を生成する昇温指令生成部320をさらに含む。
さらに好ましくは、昇温指令生成部320は、住宅200に設置されたモデム202からの昇温要求信号DMNを受けた場合に、昇温指令WCM1を出力する。モデム202は、ユーザが住宅200の外に出たことを検知するセンサ206の検知結果に応じて、昇温要求信号DMNを送信する。
さらに好ましくは、昇温指令生成部320はユーザによる遠隔操作(リモコン360、携帯電話380等による操作)に応答して昇温指令WCM1を出力する。
蓄電部温度Tb1、あるいは充電終了時刻(走行開始時刻でもよい)に応じて残SOC(変化量X1)を変化させることが可能になるので、SOC設定部322が昇温指令WCM1を受けた時点から短時間で蓄電部10を満充電とすることができるとともに、蓄電部を昇温させることができる。よって、エネルギー効率の低下を防ぎながら、蓄電部10をより確実に昇温させることができる。
さらに本実施の形態によれば、車両は上述のいずれかに記載の電源装置を備える。これにより蓄電部の充放電性能を確保することが可能になるので、車両の走行性能を高めるこ
とが可能となる。
なお、上述の説明において蓄電部10を蓄電部20に、昇温指令WCM1を昇温指令WCM2に、SOC1A,1BをSOC2A,2Bに、蓄電部温度Tb1を蓄電部温度Tb2に、変化量X1を変化量X2に入れ替えてもよい。この場合には、蓄電部20に対して上述の効果と同様の効果を得ることができる。
また、図1に示す電源装置100は蓄電部10,20のうちいずれか1つの蓄電部、およびその蓄電部に対応するコンバータを含むよう構成されていてもよい。
また、本実施の形態では、昇温指令生成部320は、入力された設定時刻STに基づいて昇温開始時刻を設定するが、昇温指令生成部320は、ユーザの指示によりこの設定を解除できるよう構成されてもよい。
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。
本発明の実施の形態に従う電源装置100を備える車両の要部を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に従うコンバータ18,28の概略構成図である。 図1の電池ECU32の機能ブロック図である。 昇温指令生成部320に入力される信号を説明するための図である。 商用電源から蓄電部への電力供給を説明するためのブロック図である。 図5の住宅200から車両に対して昇温要求信号を送信するための住宅200の構成を説明する図である。 図3に示す電池ECU32による昇温制御を実現するためのフローチャートである。 図3に示す電池ECU32による昇温制御を実現するためのフローチャートである。
符号の説明
10,20 蓄電部、12,22 温度検出部、14,24 充放電電圧検出部、16,26 充放電電流検出部、18,28 コンバータ、30 制御部、32 電池ECU、34 コンバータECU、46 動力伝達機構、48 駆動軸、52 供給電圧検出部、54 供給電流検出部、56 モデム、60 充電コネクタ、62 開閉検出部、100 電源装置、180 チョッパ回路、200 住宅、202 モデム、204 制御部、206 センサ、210 商用電源線、320 昇温指令生成部、321 残SOC算出部、322 SOC設定部、360 リモコン、380 携帯電話、400 昇温ボタン、ACL 供給線、ACLn 負供給線、ACLp 正供給線、C,C1,C2 平滑コンデンサ、D1A,D1B,D2A,D2B ダイオード、L1,L2 インダクタ、LN1A 正母線、LN1B 配線、LN1C 負母線、MG1,MG2 モータジェネレータ、MNL 主負母線、MPL 主正母線、Q1A,Q1B,Q2A,Q2B トランジスタ。

Claims (6)

  1. 車両に搭載される電源装置であって、
    充電可能な蓄電部と、
    前記蓄電部の充電を制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、
    前記蓄電部の充電開始時に、前記蓄電部の充電状態の目標値を、前記蓄電部の状態に基づいた第1の値に設定し、充電開始後に変更指令を受けた場合には、前記目標値を、前記第1の値よりも高く、かつ予め定められた第2の値に設定する目標値設定部と、
    前記蓄電部の充電状態が前記目標値となるように充電処理を実行する充電処理部とを含み、
    前記蓄電部の状態を示す情報は、前記蓄電部周囲の温度の情報であり、
    前記制御部は、
    前記蓄電部の温度を上昇させるために必要な前記蓄電部の充電状態の変化量を算出する変化量算出部をさらに含み、
    前記目標値設定部は、前記第2の値を予め記憶して、前記第2の値から前記変化量を減じて前記第1の値を算出する、電源装置。
  2. 前記制御部は、
    前記変更指令を生成する変更指令生成部をさらに含み、
    前記変更指令生成部は、指定された充電終了時刻と前記変化量とに基づいて、前記蓄電部の充電状態の変更を開始する開始時刻を定めて、現在時刻が前記開始時刻に達すると、前記変更指令を生成する、請求項に記載の電源装置。
  3. 前記制御部は、
    外部から入力される昇温要求に応じて前記変更指令を生成する変更指令生成部をさらに含む、請求項に記載の電源装置。
  4. 前記変更指令生成部は、住宅に設置された送信装置からの前記昇温要求を受けた場合に、前記変更指令を出力し、
    前記送信装置は、ユーザが前記住宅の外に出たことを検知するセンサの検知結果に応じて、前記昇温要求を送信する、請求項に記載の電源装置。
  5. 前記変更指令生成部は、ユーザによる遠隔操作に応答して前記変更指令を出力する、請求項に記載の電源装置。
  6. 請求項1〜のいずれか1項に記載の電源装置を備える、車両。
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