JP6225977B2

JP6225977B2 - バッテリシステム

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Publication number: JP6225977B2
Application number: JP2015225890A
Authority: JP
Inventors: 崇村田; 雄介來間
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-11-18
Filing date: 2015-11-18
Publication date: 2017-11-08
Anticipated expiration: 2035-11-18
Also published as: RU2662864C2; CN107042765B; KR20170058291A; JP2017099057A; RU2016144986A; EP3170693B1; EP3170693A1; US9987932B2; BR102016026781B1; KR101971324B1; CN107042765A; BR102016026781A2; US20170136900A1; RU2016144986A3

Description

本発明は、走行用回転電機に電力を供給するとともに外部電源から供給される外部電力により充電可能な車載バッテリを備えたバッテリシステムに関する。

従来から、回転電機からの動力を利用して走行する電動車両、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車が広く知られている。電動車両には、通常、回転電機に電力を供給するバッテリが搭載されている。バッテリは、外部電源から供給される外部電力で充電できる。外部充電する際は、電動車両に設けられた充電プラグを、外部電源に接続したプラグイン状態にすればよい。

ここで、バッテリは、過度に温度が低いと、その性能が低下することが知られている。そのため、従来からバッテリを外部充電する際に、バッテリ温度が低い場合には、バッテリの充電処理と並行して、バッテリの昇温処理も実行されていた（例えば特許文献１等）。

特開２０１５−１５９６３３号公報特開２０１２−１７８８９９号公報

ところで、外部電源の最大出力電力は、外部電源が設置されている施設の種類や、国、地域等によって異なる。例えば、外部電源から供給される最大出力電力は、各国の法律や民間規格（例えば内線規程等）で定められており、外部電源の最大出力電力が低い国もある。また、電力品質の低い国や地域も多く、公称通りの電力が出力されない場合もある。

このように外部電源の出力電力が低い場合に、外部電源の出力電力が高い場合と同様に、充電および昇温を行った場合、適切に充電および昇温が行えない恐れがある。例えば、通常、プラグイン接続されると、バッテリシステムは、車載バッテリの充電を開始するとともに、必要であれば（バッテリが低温であれば）バッテリの昇温も開始する。しかし、外部電源の最大出力電力が低い状態で、充電と昇温を並行して実行すると、バッテリの充電に使用できる電力が大幅に低下してしまい、充電完了までの時間が大幅に増加するおそれがある。

特許文献２には、外部電源の最大出力電力に応じて閾値温度を設定し、バッテリの温度が、閾値温度以上であれば、昇温は行わず、充電のみを行い、バッテリ温度が閾値温度未満であれば、充電は行わず、昇温のみを行う技術が開示されている。かかる特許文献２の技術によれば、充電と昇温が同時に実行されない。

ここで、特許文献２では、バッテリ温度が低い場合には、充電よりも昇温が優先して実行される。しかし、通常、プラグイン接続した場合、ユーザの希望は、バッテリの充電であって、昇温ではない。特許文献２の技術では、バッテリの温度が低い場合には、ユーザの希望に反して、昇温が優先して実行されることになり、充電が後回しにされる。結果として、バッテリが迅速に充電されないおそれがあった。

そこで、本発明では、外部電源の出力電力が低い場合でも、プラグイン接続されれば、バッテリが迅速に充電されるバッテリシステムを提供することを目的とする。

本発明のバッテリシステムは、走行用回転電機に電力を供給するとともに外部電源から供給される外部電力により充電可能な車載バッテリを備えたバッテリシステムであって、前記車載バッテリに前記外部電源が接続されたプラグイン状態において、前記外部電源の出力電力を検知する電力検知機構と、前記外部電力で前記車載バッテリを充電する充電機構と、前記車載バッテリが予め規定された基準温度以上になるように、前記車載バッテリを昇温する昇温機構と、前記充電機構および前記昇温機構を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記検知された出力電力が予め規定された基準電力未満である低電力状態の場合には、前記車載バッテリのＳＯＣが、予め規定された充電基準値未満での前記昇温機構による昇温処理を禁止し、前記充電機構による充電処理を実行させ、前記充電機構により前記車載バッテリのＳＯＣが前記充電基準値より大きい充電停止値に達するまで充電した後に、前記車載バッテリの温度が前記基準温度未満の場合に、前記昇温機構による昇温処理を開始し、前記昇温機構による昇温処理の実行中に、前記車載バッテリのＳＯＣが前記充電基準値未満になれば、前記昇温機構による昇温処理を停止するとともに、前記充電機構により、前記車載バッテリを前記充電停止値まで充電する、ことを特徴とする。

かかる構成とすることで、低電力状態でも、充電基準値まで迅速に充電できる。

かかる構成とすることで、昇温に必要な余剰電力を確保した状態で、昇温を開始できる。

かかる構成とすることで、ＳＯＣが充電基準値未満になることを防止できる。

他の好適な態様では、前記制御部は、前記昇温機構による昇温処理の完了後、前記充電機構で、前記車載バッテリのＳＯＣが前記充電停止値に達するまで前記車載バッテリを充電させる。

かかる構成とすることで、昇温に必要な余剰電力を確保した状態で待機できる。

他の好適な態様では、前記制御部は、前記検知された出力電力が前記基準電力以上である通常電力状態の場合には、前記充電機構による充電処理と、前記昇温機構による昇温処理と、を並行して実行させる。

かかる構成とすることで、通常電力状態で、電力に余裕がある際には、昇温および充電の双方を、より迅速に完了できる。

本発明によれば、低電力状態であっても、充電基準値まで迅速に充電できる。結果として、プラグイン接続したユーザの希望をより迅速に達成できる。

本発明の実施形態であるバッテリシステムの構成を示すブロック図である。最大出力電力による消費電力割合の違いを示す図である。プラグイン接続された際の充電・昇温処理の流れを示すフローチャートである。通常処理の流れを示すフローチャートである。低電力用処理の流れを示すフローチャートである。通常処理において実行される外部電源の監視処理の流れを示すフローチャートである。低電力用処理において実行される外部電源の監視処理の流れを示すフローチャートである。通常電力状態での充電・昇温処理の一例を示す図である。低電力状態での充電・昇温処理の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態であるバッテリシステム１０の概略構成を示す図である。このバッテリシステム１０は、車両の動力源として回転電機ＭＧを備えた電動車両に搭載される。なお、電動車両としては、回転電機ＭＧからの動力のみで走行する電気自動車や、回転電機ＭＧおよびエンジンからの動力で走行するハイブリッド自動車等が含まれる。

バッテリシステム１０は、電力を充放電するメインバッテリ１２や、メインバッテリ１２を外部電力で充電するための充電機構、メインバッテリ１２を昇温する昇温機構、および、これらの駆動を制御するコントローラ２０等を備えている。メインバッテリ１２は、直列に接続された複数の単電池１２ａを有する。単電池１２ａとしては、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。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることもできる。メインバッテリ１２の構成は、並列に接続された複数の単電池１２ａを含むものでもよい。

このメインバッテリ１２は、システムメインリレー１４を介してインバータ１６に接続されている。システムメインリレー１４は、コントローラ２０によりオン／オフの切り替えが行われる。このシステムメインリレー１４がオンされることにより、インバータ１６およびＤＣ／ＤＣコンバータ２２と、メインバッテリ１２と、が電気的に接続される。インバータ１６は、メインバッテリ１２から供給された直流電力を交流電力に変換し、回転電機ＭＧに出力する。回転電機ＭＧは、インバータ１６から出力された交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。また、回転電機ＭＧは、車両の制動時に生じる運動エネルギや、エンジン（図示せず）から出力される運動エネルギを電気エネルギに変換する。インバータ１６は、回転電機ＭＧが生成した交流電力（回生電力）を直流電力に変換し、メインバッテリ１２に供給する。これにより、メインバッテリ１２が充電される。なお、インバータ１６とメインバッテリ１２の間は、ＤＣ／ＤＣコンバータを設けてもよい。かかるＤＣ／ＤＣコンバータは、インバータ１６からの電力を降圧してメインバッテリ１２に出力し、メインバッテリ１２からの電力を昇圧してインバータ１６に出力する。

メインバッテリ１２の電圧値や、電流値は、それぞれ、電圧センサや電流センサ（いずれも図示せず）で検知され、コントローラ２０に入力される。また、メインバッテリ１２の近傍には、当該メインバッテリ１２の温度（電池温度Ｔｂ）を検知する温度センサ１８も設けられている。温度センサ１８は、電池温度Ｔｂを取得する電池温度取得部として機能する。この温度センサ１８で検知された電池温度Ｔｂは、コントローラ２０に入力される。なお、温度センサ１８は、一つでもよいし、複数でもよい。複数の温度センサ１８を設ける場合には、互いに異なる位置に設けることが望ましい。

コントローラ２０は、これら検出された電圧値や電流値、電池温度Ｔｂから、メインバッテリ１２の現在のＳＯＣを演算する。ＳＯＣは、メインバッテリ１２の満充電容量に対する現在の充電容量の割合を示すものである。以下で、演算により求められた現在のＳＯＣの値を、「現在充電値Ｃｂ」と呼ぶ。

メインバッテリ１２には、さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２も接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、インバータ１６と並列に接続されている。このＤＣ／ＤＣコンバータ２２には、補機バッテリ２４やヒータ２６が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、メインバッテリ１２の出力電圧を降圧し、降圧後の電力を補機バッテリ２４やヒータ２６に供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の動作は、コントローラ２０によって制御される。

ヒータ２６は、メインバッテリ１２の近傍に設けられており、メインバッテリ１２を昇温する昇温機構を構成する。このヒータ２６は、メインバッテリ１２からの電力で駆動される。メインバッテリ１２からの電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２で降圧されて、ヒータ２６に供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２およびヒータ２６の間の電流経路には、昇温リレー２８が設けられている。この昇温リレー２８は、コントローラ２０からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。昇温リレー２８がオンされると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２からヒータ２６に所定の電力が供給され、ヒータ２６を発熱させることができる。そして、ヒータ２６が発熱することにより、メインバッテリ１２が昇温される。この昇温リレー２８の駆動は、コントローラ２０により制御される。

メインバッテリ１２には、さらに、充電機構が接続されている。充電機構は、外部電源１００からの電力（外部電力）でメインバッテリ１２を充電するための機構で、充電リレー３４や、充電器３０、インレット３２等を備える。充電リレー３４は、充電器３０とメインバッテリ１２の間に設けられたリレーで、コントローラ２０からの制御信号を受けて、オンまたはオフになる。この充電リレー３４がオンとなることで、外部電源１００からの電力がメインバッテリ１２に供給され、メインバッテリ１２が充電される。

充電器３０は、外部電力が、交流電力である場合には、直流電力に変換する。インレット３２は、外部電源１００（例えば商用電源）に設けられた充電プラグ１０２が接続可能なコネクタである。コントローラ２０は、インレット３２および充電プラグ１０２の接続状態、すなわち、充電プラグ１０２がインレット３２に挿し込まれたプラグイン状態か、充電プラグ１０２がインレット３２に挿しこまれていないプラグアウト状態かを監視している。

充電器３０と充電リレー３４との間には、電力検出器３６が接続されている。電力検出器３６は、プラグイン状態の際、接続された外部電源１００の最大出力電力Ｐを検知する。検知された最大出力電力Ｐは、コントローラ２０に出力される。

コントローラ２０は、上述した充電機構や、昇温機構等を制御する制御部として機能する。このコントローラ２０は、ＣＰＵ３８や、メモリ４０等を備えている。ＣＰＵ３８は、各種演算を行う。また、メモリ４０は、制御に必要なプログラムや、予め設定された各種制御パラメータ、各種センサで検知された検出値等を記憶する。

次に、このバッテリシステム１０で行う外部充電について説明する。メインバッテリ１２を外部電力で充電したい場合、ユーザは、車両のインレット３２に、外部電源１００の充電プラグ１０２を差し込み、プラグイン状態にすればよい。プラグイン状態になれば、コントローラ２０は、メインバッテリ１２が所定のＳＯＣに達するまで、外部電力を用いてメインバッテリ１２を充電する。

メインバッテリ１２の外部充電を行うために、コントローラ２０は、二つの閾値、すなわち、充電基準値Ｃ１と充電停止値Ｃ２と、をメモリ４０に記憶している。充電基準値Ｃ１とは、満充電とみなせるＳＯＣ値であり、例えば、８０％前後の値である。また、充電停止値Ｃ２とは、充電基準値Ｃ１に若干の余剰値αを付加した値である。すなわち、Ｃ２＝Ｃ１＋αである。この余剰値αは、メインバッテリ１２の容量や、ヒータ２６の特性（例えば消費電力）等に応じて予め設定される。この余剰値αとしては、メインバッテリ１２の昇温のためにヒータ２６で消費される電力に相当する程度の値が設定可能で、余剰値αは、例えば、数％とすることができる。外部充電の実行時、コントローラ２０は、原則として、メインバッテリ１２のＳＯＣ（現在充電値Ｃｂ）が、充電基準値Ｃ１以下であれば、メインバッテリ１２への電力供給を開始し、現在充電値Ｃｂが、充電停止値Ｃ２に達すれば電力供給を停止する。

また、電池温度Ｔｂが過度に低いと、メインバッテリ１２の出力の低下や、充電可能容量の低下等の問題を招くことが知られている。したがって、コントローラ２０は、電池温度Ｔｂが低い場合には、ヒータ２６を駆動して、メインバッテリ１２の昇温も実行する。このメインバッテリ１２の昇温のために、コントローラ２０は、二つの閾値、すなわち、昇温基準温度Ｔｓと昇温停止温度Ｔｅをメモリ４０に記憶している。昇温基準温度Ｔｓは、メインバッテリ１２の性質等に応じて設定される値で、例えば、０℃前後の値が設定できる。昇温停止温度Ｔｅは、昇温基準温度Ｔｓに若干のヒステリシス（例えば数℃）を持たせた値である。コントローラ２０は、メインバッテリ１２の温度（電池温度Ｔｂ）が、昇温基準温度Ｔｓ未満であれば昇温を開始し、電池温度Ｔｂが昇温停止温度Ｔｅに達すれば昇温を終了する。

ここで、こうした充電処理と昇温処理は、通常は、並行して実行される。ただし、本実施形態では、外部電源１００の最大出力電力Ｐが、予め規定された基準電力Ａ未満である低電力状態の場合には、現在充電値Ｃｂが充電基準値Ｃ１未満の間は、昇温処理を禁止し、充電処理を優先して実行している。これは、次の理由による。

一般に、外部電源１００の最大出力電力Ｐは、外部電源１００が設置されている施設の種類や、国、地域等によって異なる。例えば、外部電源１００から供給される最大出力電力Ｐは、各国の法律や民間規格（例えば内線規程等）で定められており、外部電源１００の最大出力電力Ｐが低い国もある。また、電力品質の低い国や地域も多く、公称通りの電力が出力されない場合もある。

このように外部電源１００の最大出力電力Ｐが低い場合に、充電処理と並行して昇温処理を実行すると、充電のための電力が十分に確保できず、充電完了までの時間が大幅に延びるおそれがある。これについて図２を参照して説明する。図２は、最大出力電力Ｐによる消費電力割合の違いを示す図である。図２において、条件Ａは、低電力状態（Ｐ＜Ａ）で、充電のみを単独実行した場合、条件Ｂは、低電力状態（Ｐ＜Ａ）で、充電および昇温を並行して実行させた場合、条件Ｃは、通常電力状態（Ｐ≧Ａ）で、充電および昇温を並行して実行させた場合である。また、図２において、クロスハッチングのブロックは、充電で消費される電力を、グレーハッチングのブロックは、昇温で消費される電力を、白抜きのブロックは、その他のシステム消費電力を示している。

外部充電を実行すると、外部電源１００からメインバッテリ１２に電力が供給される。この外部電源１００からの供給電力は、昇温の有無によって変化しない。しかし、外部充電実行中に、昇温を実行すると、メインバッテリ１２からの放電量が増加するため、実質的な充電電力は、低下する。

ここで、条件Ａに示すように、低電力状態（Ｐ＜Ａ）であっても、昇温処理を実行しないのであれば、昇温に必要な消費電力がなくなり、また、その他のシステム消費電力も低く抑えることができる。結果として、低電力状態であっても、昇温処理を実行しないのであれば、充電のための電力を十分に確保できる。また、条件Ｃに示すように、通常電力状態（Ｐ≧Ａ）であれば、昇温および充電処理を並行して実行させても、充電のための電力を十分に確保できる。

しかし、条件Ｂに示すように、低電力状態（Ｐ＜Ａ）において、昇温処理と充電処理とを並行して実行させた場合、メインバッテリ１２からの放電される電力が増加するため、実質的な充電電力が小さくなる。結果として、充電に十分な電力が確保できず、充電完了までの時間が長くなる。

ここで、通常、プラグイン接続した際のユーザの希望は、メインバッテリ１２の充電であって、昇温ではないと考えることができる。そこで、本実施形態では、プラグイン状態において、外部電源１００の最大出力電力Ｐが低く、充電処理と昇温処理を並行して実行させることが困難と判断できる場合には、充電処理を実行し、昇温処理は、バッテリのＳＯＣが十分に高くなった後に、バッテリ温度が低温ならば開始している。

かかる充電・昇温制御について、図３〜図５を参照して説明する。図３は、プラグイン状態における充電・昇温制御の流れを示すフローチャートである。また、図４は、図３における通常処理の流れを示すフローチャートであり、図５は、図３における低電力用処理の流れを示すフローチャートである。

図３に示す充電・昇温制御は、インレット３２に外部電源１００の充電プラグ１０２が挿し込まれるプラグイン状態になれば開始となる。プラグイン状態になれば、コントローラ２０は、電力検出器３６で検出された外部電源１００の最大出力電力Ｐと基準電力Ａとを比較する（Ｓ１０）。ここで、基準電力Ａは、車両に求められる仕様や、バッテリの容量、ヒータ２６の性能（ヒータ２６の消費電力等）等に応じて、予め設定される値である。この基準電力Ａとしては、例えば、充電処理と昇温処理を並行して実行させても、規定の時間内で充電が完了できる値が設定できる。比較の結果、最大出力電力Ｐが、基準電力Ａ以上であれば、通常処理（Ｓ１２）を実行する。一方、最大出力電力Ｐが、基準電力Ａ未満であれば、低電力用処理（Ｓ１４）を実行する。また、これらの処理と並行して、コントローラ２０は、プラグイン状態か否かを確認する（Ｓ１６）。確認の結果、プラグイン状態でない、プラグアウト状態になれば（Ｓ１６でＮｏ）、コントローラ２０は、昇温および充電処理を停止し（Ｓ１８）、全ての処理を終了する。

図４は、通常処理の流れを示すフローチャートである。通常処理の実行中、コントローラ２０は、二つの処理、すなわち、メインバッテリ１２の充電処理（Ｓ２４〜Ｓ３２）と、メインバッテリ１２の昇温処理（Ｓ３４〜Ｓ４０）と、を並行して実行している。

充電処理では、まず、メインバッテリ１２のＳＯＣ（現在充電値Ｃｂ）を取得し、現在充電値Ｃｂと、メモリ４０に記憶されている充電停止値Ｃ２とを比較する（Ｓ２４）。比較の結果、現在充電値Ｃｂが、充電停止値Ｃ２以上の場合、メインバッテリ１２は、十分に充電されており、さらなる充電は、不要であると判断できる。したがって、この場合、コントローラ２０は、充電を開始することなく、待機する。一方、現在充電値Ｃｂが、充電停止値Ｃ２未満の場合、コントローラ２０は、メインバッテリ１２の充電を開始する（Ｓ２６）。すなわち、コントローラ２０は、充電リレー３４をオンにして、外部電力をメインバッテリ１２に供給する。この充電実行中、コントローラ２０は、メインバッテリ１２のＳＯＣ（現在充電値Ｃｂ）を定期的に取得し、現在充電値Ｃｂと充電停止値Ｃ２とを比較する（Ｓ２８）。そして、比較の結果、現在充電値Ｃｂが充電停止値Ｃ２未満であれば、充電を継続する。

一方、現在充電値Ｃｂが充電停止値Ｃ２以上である場合、コントローラ２０は、充電を停止する（Ｓ３０）。すなわち、充電リレー３４をオフして、外部電力のメインバッテリ１２への供給を停止する。充電を停止した後、コントローラ２０は、メインバッテリ１２のＳＯＣ（現在充電値Ｃｂ）を定期的に検出し、現在充電値Ｃｂと充電基準値Ｃ１とを比較する（Ｓ３２）。そして、現在充電値Ｃｂが充電基準値Ｃ１以上であれば、そのまま待機する。一方、Ｃｂ＜Ｃ１となれば、コントローラ２０は、ステップＳ２６に戻り、充電を再開する。以降、同様の処理を繰り返すことで、メインバッテリ１２のＳＯＣを常に、充電基準値Ｃ１以上に保つことができる。

次に、通常処理における昇温処理について説明する。昇温処理においてコントローラ２０は、まず、温度センサ１８で検知された電池温度Ｔｂと、昇温基準温度Ｔｓとを比較する（Ｓ３４）。比較の結果、電池温度Ｔｂが、昇温基準温度Ｔｓ以上であれば、昇温は、不要であると判断して、そのまま待機する。一方、電池温度Ｔｂが昇温基準温度Ｔｓ未満の場合、コントローラ２０は、ヒータ２６をオンして、メインバッテリ１２の昇温を開始する（Ｓ３６）。すなわち、コントローラ２０は、システムメインリレー１４および昇温リレー２８をオンして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２で降圧したメインバッテリ１２からの電力をヒータ２６に供給する。これにより、ヒータ２６が発熱し、メインバッテリ１２が昇温される。

昇温実行中、コントローラ２０は、定期的に電池温度Ｔｂと昇温停止温度Ｔｅとを比較する（Ｓ３８）。比較の結果、電池温度Ｔｂが、昇温停止温度Ｔｅ未満であれば、昇温を継続し、電池温度Ｔｂが、昇温停止温度Ｔｅ以上となれば、昇温を停止する（Ｓ４０）。昇温を停止した後は、ステップＳ３４に戻り、同様の処理を繰り返す。

次に、図５を参照して低電力用処理の流れについて説明する。外部電源１００の最大出力電力Ｐが低い低電力状態においては、メインバッテリ１２の充電を実行し、メインバッテリ１２が十分に充電された後に、昇温を開始する。したがって、この場合、コントローラ２０は、まず、メインバッテリ１２のＳＯＣ（現在充電値Ｃｂ）を検出し、現在充電値Ｃｂと、充電停止値Ｃ２と、を比較する（Ｓ６０）。比較の結果、現在充電値Ｃｂが、充電停止値Ｃ２以上であれば、さらなる充電は、不要と判断できるため、ステップＳ６８に進み、昇温の要否判断を行う。

一方、現在充電値Ｃｂが、充電停止値Ｃ２未満の場合には、メインバッテリ１２の充電を開始する（Ｓ６２）。すなわち、コントローラ２０は、充電リレー３４をオンして、外部電力をメインバッテリ１２に供給する。この充電実行中、コントローラ２０は、定期的に、メインバッテリ１２のＳＯＣ（現在充電値Ｃｂ）を検出し、現在充電値Ｃｂと、充電停止値Ｃ２と、を比較する（Ｓ６４）。比較の結果、現在充電値Ｃｂが充電停止値Ｃ２未満であれば、充電を継続する。一方、現在充電値Ｃｂが充電停止値Ｃ２以上であれば、さらなる充電は、不要と判断し、コントローラ２０は、充電を停止する（Ｓ６６）。すなわち、充電リレー３４をオフし、メインバッテリ１２への外部電力の供給を停止する。

メインバッテリ１２が、十分に充電できれば、続いて、コントローラ２０は、電池温度Ｔｂと昇温基準温度Ｔｓとを比較する（Ｓ６８）。比較の結果、電池温度Ｔｂが、昇温基準温度Ｔｓ未満の場合、コントローラ２０は、ヒータ２６をオンして、メインバッテリ１２の昇温を開始する（Ｓ７０）。すなわち、コントローラ２０は、システムメインリレー１４と昇温リレー２８をオンして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２で降圧されたメインバッテリ１２の電力を、ヒータ２６に供給する。

昇温実行中、コントローラ２０は、定期的に電池温度Ｔｂと昇温停止温度Ｔｅとの比較を行う（Ｓ７２）。比較の結果、電池温度Ｔｂが、昇温停止温度Ｔｅ未満の場合、コントローラ２０は、続いて、現在充電値Ｃｂと、充電基準値Ｃ１と、を比較する（Ｓ７４）。比較の結果、現在充電値Ｃｂが、充電基準値Ｃ１以上であれば、ステップＳ７０に進み、そのまま、昇温を継続する。一方、現在充電値Ｃｂが、充電基準値Ｃ１未満であれば、メインバッテリ１２の更なる充電が必要と判断できる。この場合、コントローラ２０は、ヒータ２６をオフして昇温を停止（Ｓ７６）したうえで、ステップＳ６２に進み、充電（Ｓ６２〜Ｓ６６）を再開する。

このように、昇温実行中も現在充電値Ｃｂを監視するのは、昇温を実行することにより、メインバッテリ１２に蓄電された電力が消費されるためである。メインバッテリ１２の蓄電電力が消費された結果、Ｃｂ＜Ｃ１となり、「満充電」とみなせない状態になれば、プラグイン接続したユーザの希望が満たされないことになる。そこで、本実施形態では、低電力状態では、昇温実行中も、メインバッテリ１２のＳＯＣを監視し、現在充電値Ｃｂが充電基準値Ｃ１未満であれば、昇温を停止するようにしている。換言すれば、本実施形態では、現在充電値Ｃｂが充電基準値Ｃ１未満での昇温の実行を禁止している。

再びフローチャートを参照して説明を続ける。昇温実行中に、電池温度Ｔｂが、昇温停止温度Ｔｅ以上と判断できれば（Ｓ７２でＮｏ）、コントローラ２０は、ステップＳ７８に進み、昇温を停止する。その後、現在充電値Ｃｂと、充電基準値Ｃ１とを比較し、充電の要否を判断する（Ｓ８０）。比較の結果、現在充電値Ｃｂが、充電基準値Ｃ１未満であれば、ステップＳ６２に進み、充電を再開する。一方、現在充電値Ｃｂが、充電基準値Ｃ１以上であれば、ステップＳ６８に進み、昇温の要否を判断する。以降、プラグイン接続が解除されるまで、同様の処理を繰り返す。

なお、通常処理および低電力用処理においては、充電処理および昇温処理と並行して、さらに、図６、図７に示すような、外部電源１００の監視処理（Ｓ８２〜Ｓ８４、Ｓ８６〜Ｓ８８）を実行してもよい。図６は、通常処理（図４）において、充電処理（Ｓ２４〜Ｓ３２）および昇温処理（Ｓ３４〜Ｓ４０）と並行して実行される監視処理を示すフローチャートである。この監視処理では、コントローラ２０は、最大出力電力Ｐを常時、監視している（Ｓ８２）。そして、最大出力電力Ｐが、基準電力Ａ未満となれば（Ｓ８２でＮｏ）、充電および昇温を停止し（Ｓ８４）、低電力用処理（図５）に移行する。また、図７は、低電力用処理（図５）において、充電・昇温処理（Ｓ６０〜Ｓ８０）と並行して実行される監視処理を示すフローチャートである。この監視処理でも、コントローラ２０は、最大出力電力Ｐを常時、監視している（Ｓ８６）。そして、最大出力電力Ｐが、基準電力Ａ以上となれば（Ｓ８６でＹｅｓ）、充電および昇温を停止し（Ｓ８８）、通常処理（図４）に移行する。

このようにステップＳ１０で、通常処理または低電力用処理に移行した後も、定期的に、最大出力電力Ｐを監視することで、より適切に充電・昇温処理を実行できる。すなわち、電力品質の低い国や地域では、供給電力が安定しておらず、充電途中で、通常電力状態から低電力状態に、あるいは、その逆に、変化する場合がある。通常電力状態から低電力状態に変化したにもかかわらず、通常処理を継続すると、充電用電力を十分に確保できず、充電完了までの時間が長くなるおそれがある。また、プラグイン接続時点で低電力状態であっても、その後、通常電力状態に回復すれば、通常処理に移行したほうが充電や昇温の完了までの時間を短縮できる。そこで、ステップＳ１０で、通常処理または低電力用処理に移行した後も、定期的に、最大出力電力Ｐを監視し、最大出力電力Ｐに応じて、処理の内容を切り替えるようにしてもよい。

次に、図８、図９を参照して、プラグイン状態での充電・昇温の一例を説明する。図８は、通常電力状態（Ｐ≧Ａ）における充電・昇温処理の一例を示す図である。図８では、時刻ｔ０において、インレット３２に充電プラグ１０２が挿し込まれたとする。また、時刻ｔ０におけるバッテリのＳＯＣ（現在充電値Ｃｂ）は、充電停止値Ｃ２よりも十分に小さく、また、電池温度Ｔｂは、昇温基準温度Ｔｓよりも十分に低いとする。この場合、コントローラ２０は、時刻ｔ０において、充電および昇温の双方を開始する。昇温を開始することにより、電池温度Ｔｂは、徐々に上昇していく。また、充電を開始することにより、現在充電値Ｃｂも、徐々に上昇していく。ただし、このとき、充電と並行して昇温も実行しているため、現在充電値Ｃｂの上昇率は、比較的低くなる。その後、時刻ｔ１において、電池温度Ｔｂが、昇温停止温度Ｔｅに達すれば、コントローラ２０は、昇温を停止する。一方、現在充電値Ｃｂは、充電停止値Ｃ２に達していないため、コントローラ２０は、充電を継続する。このとき、昇温を停止したことによりメインバッテリ１２から放電量が減るため、現在充電値Ｃｂの上昇率は向上する。そして、時刻ｔ２において、現在充電値Ｃｂが、充電停止値Ｃ２に達すれば、充電も停止する。以降、コントローラ２０は、電池温度Ｔｂと現在充電値Ｃｂとの監視を行い、現在充電値Ｃｂが充電基準値Ｃ１未満になれば充電を、電池温度Ｔｂが昇温基準温度Ｔｓ未満になれば、昇温を再開する。

次に、図９を参照して、低電力状態（Ｐ≦Ａ）における充電・昇温処理の一例を説明する。図９においても、図８と同様に、時刻ｔ０において、インレット３２に充電プラグ１０２が挿し込まれたとする。また、時刻ｔ０におけるバッテリのＳＯＣ（現在充電値Ｃｂ）は、充電停止値Ｃ２よりも十分に小さく、また、電池温度Ｔｂは、昇温基準温度Ｔｓよりも十分に低いとする。低電力状態の場合、コントローラ２０は、まず、充電を開始する。充電を実行することにより、現在充電値Ｃｂが徐々に増加する。なお、メインバッテリ１２を充電すると、単電池１２ａ自身の発熱により、電池温度Ｔｂは、僅かながら、上昇していく。

時刻ｔ１において、現在充電値Ｃｂが、充電停止値Ｃ２に達すれば、コントローラ２０は、充電を停止する一方で、昇温を開始する。昇温を開始することで、電池温度Ｔｂが徐々に上昇する。また、昇温に電力が利用されるため、メインバッテリ１２のＳＯＣ（現在充電値Ｃｂ）は、徐々に低下していく。そして、時刻ｔ２において、現在充電値Ｃｂが、充電基準値Ｃ１未満になれば、電池温度Ｔｂが昇温停止温度Ｔｅに達していなくても、コントローラ２０は、昇温を停止し、充電を再開する。このように、現在充電値Ｃｂが、充電基準値Ｃ１を下回れば、電池温度Ｔｂに関わらず、昇温を停止し、充電を再開することで、メインバッテリ１２を常に、満充電状態（Ｃｂ≧Ｃ１）に保つことができる。その結果、プラグイン接続を行ったユーザの希望、すなわち、メインバッテリ１２を充電したいという要望を、常に、満たすことができる。

充電を再開することにより、時刻ｔ３において、現在充電値Ｃｂが、充電停止値Ｃ２に達すれば、コントローラ２０は、充電を停止し、昇温を再開する。そして、昇温の結果、時刻ｔ４において、電池温度Ｔｂが、昇温停止温度Ｔｅに達すれば、昇温も停止する。このとき、昇温により電力が消費されたため、現在充電値Ｃｂの値は、充電停止値Ｃ２よりも低いが、満充電とみなせる充電基準値Ｃ１よりも高い。そのため、コントローラ２０は、再度の充電は、行わず、そのまま、待機する。

以上の説明から明らかな通り、低電力用処理では、メインバッテリ１２のＳＯＣが充電基準値Ｃ１未満の間は、昇温処理が禁止され、充電処理が優先して実行される。換言すれば、ユーザが希望する「満充電」の状態（Ｃｂ≧Ｃ１）になるまでは、常に、充電が優先されることになる。その結果、最大出力電力Ｐが低い低電力状態であっても、「メインバッテリを満充電にする」というユーザの希望を比較的、早期に達成でき、また、一度希望（満充電）を達成した後は、その希望達成状態を維持し続けることができる。

また、本実施形態では、低電力状態の場合には、現在充電値Ｃｂが充電基準値Ｃ１より大きい充電停止値Ｃ２に達するまで充電した後に、昇温の実行を許容している。このように予め充電停止値Ｃ２まで充電しておくことで、昇温に必要な余剰電力を確保することができる。

また、本実施形態では、低電力状態の場合には、昇温実行に伴い、現在充電値Ｃｂが満充電とみなせる充電基準値Ｃ１未満まで低下すれば、昇温処理を停止して、充電を再開する。その結果、現在充電値Ｃｂが、満充電とみなせる充電基準値Ｃ１以下になることを防止できる。

また、本実施形態では、通常電力状態の場合には、充電処理と昇温処理とを並行して実行させる。その結果、通常電力状態の場合には、メインバッテリ１２の昇温および充電の双方を迅速に完了できる。

なお、これまで説明した構成は、一例であり、低電力状態では、Ｃｂ＜Ｃ１の間は、充電を実行し、昇温を禁止するのであれば、その他の構成は適宜、変更されてもよい。例えば、本実施形態では、低電力状態で、昇温を実行する際（図５におけるステップＳ７０〜Ｓ７４）、充電を停止している。しかし、Ｃｂ＜Ｃ１の間、昇温が禁止されるのであれば、Ｃｂ≧Ｃ１の間、昇温と充電とを並行して実行させてもよい。

また、本実施形態では、一度、充電停止値Ｃ２まで充電した後は、充電基準値Ｃ１を下回らない限り、充電を再開しないが、電池温度Ｔｂを、昇温停止温度Ｔｅまで昇温した後、充電停止値Ｃ２まで充電するようにしてもよい。すなわち、図５のステップＳ７８において、昇温を停止した後、ステップＳ８０ではなく、ステップＳ６０に進むようにしてもよい。かかる構成とすれば、満充電とみなせる電力Ｃ１の他に、昇温に必要な余剰電力αを確保した状態を維持できる。

また、本実施形態では、昇温実行時には、メインバッテリ１２からヒータ２６に電力を供給しているが、外部電源１００から、直接（メインバッテリ１２を経由させず）、ヒータ２６に電力供給してもよい。

１０バッテリシステム、１２メインバッテリ、１２ａ単電池、１４システムメインリレー、１６インバータ、１８温度センサ、２０コントローラ、２２コンバータ、２４補機バッテリ、２６ヒータ、２８昇温リレー、３０充電器、３２インレット、３４充電リレー、３６電力検出器、４０メモリ、１００外部電源、１０２充電プラグ。

Claims

走行用回転電機に電力を供給するとともに外部電源から供給される外部電力により充電可能な車載バッテリを備えたバッテリシステムであって、
前記車載バッテリに前記外部電源が接続されたプラグイン状態において、前記外部電源の出力電力を検知する電力検知機構と、
前記外部電力で前記車載バッテリを充電する充電機構と、
前記車載バッテリが予め規定された基準温度以上になるように、前記車載バッテリを昇温する昇温機構と、
前記充電機構および前記昇温機構を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記検知された出力電力が予め規定された基準電力未満である低電力状態の場合には、
前記車載バッテリのＳＯＣが、予め規定された充電基準値未満での前記昇温機構による昇温処理を禁止し、前記充電機構による充電処理を実行させ、
前記充電機構により前記車載バッテリのＳＯＣが前記充電基準値より大きい充電停止値に達するまで充電した後に、前記車載バッテリの温度が前記基準温度未満の場合に、前記昇温機構による昇温処理を開始し、
前記昇温機構による昇温処理の実行中に、前記車載バッテリのＳＯＣが前記充電基準値未満になれば、前記昇温機構による昇温処理を停止するとともに、前記充電機構により、前記車載バッテリを前記充電停止値まで充電する、
ことを特徴とするバッテリシステム。
請求項１に記載のバッテリシステムであって、
前記制御部は、前記昇温機構による昇温処理の完了後、前記充電機構で、前記車載バッテリのＳＯＣが前記充電停止値に達するまで前記車載バッテリを充電させる、ことを特徴とするバッテリシステム。
請求項１または２に記載のバッテリシステムであって、
前記制御部は、前記検知された出力電力が前記基準電力以上である通常電力状態の場合には、前記充電機構による充電処理と、前記昇温機構による昇温処理と、を並行して実行させる、ことを特徴とするバッテリシステム。