JP2018107861A - Battery charge device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バッテリ充電装置に関し、特に電動車両に搭載するバッテリ充電装置に関する。 The present invention relates to a battery charging device, and more particularly to a battery charging device mounted on an electric vehicle.
エンジンとモータとを駆動源とするハイブリッド(HEV)トラックや、モータのみを駆動源とする電気(EV)トラックなどの電動車両には、モータを作動させるための大容量のバッテリが搭載されている。例えば特許文献1には、電動車両のバッテリを外部電源から給電される充電器により充電する車両充電装置が開示されている。 Electric vehicles such as a hybrid (HEV) truck using an engine and a motor as driving sources and an electric (EV) truck using only a motor as a driving source are equipped with a large-capacity battery for operating the motor. . For example, Patent Document 1 discloses a vehicle charging device that charges a battery of an electric vehicle with a charger that is fed from an external power source.
このバッテリ充電装置では、状況に応じた多様な充電方法を提供することにより、急速充電によってバッテリに大量に電流が流れることに起因したバッテリの寿命低下(劣化)を抑制している。具体的には、バッテリ寿命優先モードの選択時には、外部電源から充電器を介してバッテリに流れる電流を所定値に抑えることで、バッテリの劣化を抑制している。 In this battery charging device, by providing various charging methods according to the situation, a decrease in battery life (deterioration) due to a large amount of current flowing through the battery due to rapid charging is suppressed. Specifically, when the battery life priority mode is selected, deterioration of the battery is suppressed by suppressing the current flowing from the external power supply to the battery via the charger to a predetermined value.
上記従来のバッテリ充電装置のように、外部電源から充電器を介して供給される電力を単に絞るだけでは、充電時間が長くなり、充電効率が低下する。また、充電器の定格電力に満たない充電を行うこととなり、充電器の充電性能を生かし切れていない。従って、外部電源から供給される電力を有効に活用することで、バッテリの劣化を抑制しながら、バッテリの充電効率を向上することについては依然として課題が残されている。 As in the conventional battery charger, simply reducing the power supplied from the external power source via the charger increases the charging time and reduces the charging efficiency. In addition, charging that is less than the rated power of the charger is performed, and the charging performance of the charger is not fully utilized. Therefore, there is still a problem to improve the charging efficiency of the battery while suppressing the deterioration of the battery by effectively using the power supplied from the external power source.
本発明はこのような問題の少なくとも一部を解決するためになされたもので、その目的とするところは、外部電源から供給される電力を有効に活用することで、バッテリの劣化を抑制しながら充電時間を短縮し、バッテリの充電効率を向上することができるバッテリ充電装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve at least a part of such problems, and the object of the present invention is to effectively utilize the power supplied from the external power source while suppressing deterioration of the battery. An object of the present invention is to provide a battery charger that can shorten the charging time and improve the charging efficiency of the battery.
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following aspects or application examples.
(1)本適用例に係るバッテリ充電装置は、車両に搭載され、所定の上限電圧まで充電可能なバッテリと、前記車両の外部電源により前記バッテリに充電する充電手段と、前記バッテリを冷却する冷却手段と、前記バッテリの電圧を検出する電圧検出手段と、前記バッテリの充電中に前記電圧検出手段により検出される前記電圧が前記上限電圧に達したとき、所定の設定電圧に低下するまで前記充電手段による前記バッテリの充電を停止する、又は、前記バッテリの充電電力を低減する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記バッテリの充電中に充電を停止又は充電電力を低減している間、前記外部電源からの電力により前記冷却手段を作動させる。 (1) A battery charging apparatus according to this application example is mounted on a vehicle and can be charged to a predetermined upper limit voltage, charging means for charging the battery with an external power source of the vehicle, and cooling for cooling the battery Means, voltage detecting means for detecting the voltage of the battery, and when the voltage detected by the voltage detecting means during charging of the battery reaches the upper limit voltage, the charging is performed until the voltage drops to a predetermined set voltage. Control means for stopping charging of the battery by means or reducing charging power of the battery, while the control means stops charging or reducing charging power during charging of the battery, The cooling means is operated by electric power from the external power source.
本適用例に係るバッテリ充電装置によれば、バッテリの充電中に電圧検出手段により検出される電圧が上限電圧に達したとき、所定の設定電圧に低下するまで充電手段によるバッテリの充電を停止する、又は、バッテリの充電電力を低減する制御手段を備えることで、バッテリの充電停止又は充電電力低減、その後の通常の充電電力による充電再開、さらにその後の充電停止又は充電電力低減といった繰り返しのオンオフ制御を実施することができる。これにより、バッテリを連続的に充電した場合と比べて、結果として、より短時間でバッテリの充電を完了することができる。 According to the battery charging apparatus according to this application example, when the voltage detected by the voltage detecting unit reaches the upper limit voltage during charging of the battery, the charging of the battery by the charging unit is stopped until the voltage is decreased to a predetermined set voltage. Or, by providing a control means for reducing the charging power of the battery, repeated on / off control such as stopping charging of the battery or reducing charging power, restarting charging with normal charging power thereafter, and further stopping charging or reducing charging power thereafter. Can be implemented. Thereby, compared with the case where the battery is continuously charged, as a result, the charging of the battery can be completed in a shorter time.
また、本適用例に係るバッテリ充電装置においては、バッテリの充電を停止、又は充電電力を低減している間において外部電源から供給される電力によりバッテリの冷却手段を作動させる。これにより、バッテリ充電の停止中に外部給電から供給可能な電力を無駄とせずに有効に活用し、かつ、バッテリ充電に起因するバッテリ温度の上昇を防ぐことで、バッテリの劣化を抑制しつつ、バッテリの充電効率を向上することができる。 Further, in the battery charging device according to this application example, the battery cooling unit is operated by the power supplied from the external power source while the charging of the battery is stopped or the charging power is reduced. This effectively utilizes the power that can be supplied from the external power supply while battery charging is stopped, and prevents the battery temperature from rising due to battery charging, while suppressing deterioration of the battery. The charging efficiency of the battery can be improved.
(2)前記本適用例に係るバッテリ充電装置において、冷却手段は、循環する冷却水でバッテリを冷却するバッテリ冷却回路を含む。水冷式のバッテリ冷却回路でバッテリを冷却する場合、バッテリの冷却効果、消費電力は空冷式の冷却方式に比して大きい。これにより、外部電源から充電手段を介して供給される電力をより一層有効に冷却手段に活用することができるとともに、バッテリの効果的な冷却によって充電効率を向上することができる。 (2) In the battery charging apparatus according to the application example, the cooling unit includes a battery cooling circuit that cools the battery with circulating cooling water. When a battery is cooled by a water-cooled battery cooling circuit, the battery cooling effect and power consumption are larger than those of an air-cooled cooling system. Thereby, the electric power supplied from the external power source via the charging unit can be more effectively utilized for the cooling unit, and the charging efficiency can be improved by the effective cooling of the battery.
(3)前記本適用例に係るバッテリ充電装置において、バッテリ冷却回路は、圧縮機を含む冷凍サイクルを形成する冷媒回路を含み、冷媒回路は、循環する冷媒で冷却水を冷却する。冷媒回路を含むバッテリ冷却回路でバッテリを冷却する場合、バッテリの冷却効果、消費電力は空冷式の冷却方式に比して大きい。これにより、外部電源から充電手段を介して供給される電力をより一層有効に冷却手段に活用することができるとともに、バッテリの効果的な冷却によって充電効率を向上することができる。 (3) In the battery charging device according to the application example, the battery cooling circuit includes a refrigerant circuit that forms a refrigeration cycle including a compressor, and the refrigerant circuit cools the cooling water using the circulating refrigerant. When a battery is cooled by a battery cooling circuit including a refrigerant circuit, the battery cooling effect and power consumption are larger than those of an air-cooled cooling system. Thereby, the electric power supplied from the external power source via the charging unit can be more effectively utilized for the cooling unit, and the charging efficiency can be improved by the effective cooling of the battery.
(4)前記本適用例に係るバッテリ充電装置において、制御手段は、バッテリの充電を停止した後、電圧検出手段により検出される電圧が所定の設定電圧以下となったとき、充電手段によるバッテリの充電を再開し、当該充電の再開後は、外部電源からの電力の少なくとも一部により冷却手段を作動させる。これにより、満充電に近づいて高温になるバッテリを効果的に充電することができ、充電効率を向上することができる。 (4) In the battery charging device according to the application example, when the voltage detected by the voltage detecting unit becomes equal to or lower than a predetermined set voltage after stopping the charging of the battery, the control unit Charging is restarted, and after the charging is restarted, the cooling means is operated by at least part of the electric power from the external power source. Thereby, the battery which becomes high temperature nearing full charge can be charged effectively, and the charging efficiency can be improved.
前記適用例を用いる本発明のバッテリ充電装置によれば、外部電源から供給される電力を有効に活用することで、バッテリの劣化を抑制しながら、バッテリの充電効率を向上することができるバッテリ充電装置を提供する。 According to the battery charging device of the present invention using the application example, the battery charging capable of improving the charging efficiency of the battery while suppressing the deterioration of the battery by effectively utilizing the power supplied from the external power source. Providing the device.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。図1は本発明の一実施形態におけるハイブリッド車両のバッテリ充電装置の概略構成図であり、以下同図に基づき説明する。ハイブリッド車両1はいわゆるパラレル型ハイブリッドのトラックとして構成されており、以下の説明では、単に車両とも称する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a battery charging device for a hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention, which will be described below with reference to FIG. The hybrid vehicle 1 is configured as a so-called parallel hybrid truck, and is simply referred to as a vehicle in the following description.
車両1には走行用の動力源としてディーゼルエンジン(以下、エンジンという)2、及び発電機としても作動可能なモータ3(電動機)が搭載されている。エンジン2の出力軸にはクラッチ4が連結され、クラッチ4にはモータ3の回転軸を介して変速機5の入力側が連結されている。変速機5の出力側にはプロペラシャフト6を介して差動装置7が連結され、差動装置7には駆動軸8を介して左右の駆動輪9が連結されている。
A vehicle 1 is equipped with a diesel engine (hereinafter referred to as an engine) 2 as a driving power source and a motor 3 (electric motor) that can also operate as a generator. A
モータ3は、具体的には永久磁石が貼り付けられたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備えた同期発電電動機であり、インバータ10を介してバッテリ11と接続されている。
Specifically, the
このように構成された車両1は、クラッチ4を接続してエンジン2のみの駆動力による走行、クラッチ4を切断してモータ3のみの駆動力による走行、及びクラッチ4を接続してエンジン2及びモータ3の駆動力による走行が可能である。また、例えば車両1の減速時や降坂路での走行時には、駆動輪9側からの逆駆動によりモータ3が発電機として作動する。そしてモータ3が発生した負側の駆動力は制動力として駆動輪9側に伝達されると共に、モータ3が発電した交流電力がインバータ10で直流電力に変換されてバッテリ11に充電される。
The vehicle 1 configured as described above has the
車両1には、バッテリ11を冷却するバッテリ冷却回路(冷却手段)20が設けられている。バッテリ冷却回路20は、冷却水が循環する循環路20aを有し、循環路20aには、冷却水の流れ方向の順に、バッテリ11、ラジエータ21、ポンプ22が介挿されている。また、バッテリ冷却回路20は、循環路20aにおいてラジエータ21を迂回するバイパス路20bを有し、バイパス路20bには熱交換器23が介挿されている。
The vehicle 1 is provided with a battery cooling circuit (cooling means) 20 that cools the
ラジエータ21は電動のファン24を備え、ファン24により送風される外気との熱交換により冷却水を冷却する熱交換器である。ポンプ22は電動であり、循環路20a及びバイパス路20bにおいて冷却水を循環させる。
The
このように構成されたバッテリ冷却回路20では、バッテリ11の冷却時に、ポンプ22が駆動することでバッテリ11の熱を吸収した冷却水がラジエータ21に送られる。ラジエータ21では、冷却水と外気との間で熱交換が行われることで、冷却水が冷却される。そして、十分冷却された冷却水が再びバッテリ11に送られる。
In the
また、バッテリ冷却回路20は、冷媒が循環する循環路30aを有する冷媒回路30を備えている。循環路30aには、冷媒の流れ方向から順に、熱交換器23、圧縮機31、図示しない凝縮器、膨張弁などが介挿されている。冷媒回路30は、熱交換器23を蒸発器として機能させる冷凍サイクルを形成し、熱交換器23において冷媒によりバッテリ冷却回路20を循環する冷却水を冷却する。圧縮機31は電動の例えばスクロール式であり、冷凍サイクルにおける高圧側の冷媒の圧力、ひいては冷媒の温度を調整する。
The
このように構成された冷媒回路30では、バッテリ11の冷却時に、圧縮機31が駆動することで低温の冷媒が熱交換器23に送られる。熱交換器23では、冷媒と冷却水との間で熱交換が行われることで、冷却水が冷却される。そして、十分冷却された冷却水が再びバッテリ11に送られる。
In the
バッテリ冷却回路20によるバッテリ11の放熱量は、ポンプ22、ファン24、圧縮機31の回転数に応じて変化する。例えば、ポンプ22の回転数を増大すれば、冷却水の循環量が増大し、バッテリ11の放熱量が増大する。また、ファン24の回転数を増大すれば、ラジエータ21での冷却水の放熱が促進され、冷却水を低温に維持できることから、バッテリ11の放熱量は増大する。また、圧縮機31の回転数を増大すれば、冷媒回路30の冷凍サイクルに係る冷却能力が上昇し、熱交換器23における冷却水の放熱が促進され、冷却水を低温に維持できることから、バッテリ11の放熱量は増大する。
The amount of heat released from the
また、バッテリ11には、車両1の外部に設けられた外部電源32と接続可能であり、この外部電源32からバッテリ11に給電が可能な充電器(充電手段)33が接続されている。外部電源32は例えば家庭用の100V、200Vの普通充電や、急速充電、非接触充電などがある。本実施形態では1つの充電器33を示しているが、充電器33を外部電源32に対応して複数設けても良い。
The
車両1には、バッテリ冷却回路20を含め、バッテリ11の管理を行うECU(電圧検出手段、制御手段)40が搭載されている。ECU40には、充電器33、バッテリ11の温度Tbを検出するバッテリ温度センサ41、車両1外部の外気温度Taを検出する外気温度センサ42が接続されている。また、ECU40は、バッテリ11のバッテリ電圧Vb、インバータ10とバッテリ11との間に流れる電流などを検出し、これらの検出結果からバッテリ11のSOC(State Of Charge:充電量)を算出する。
The vehicle 1 includes an ECU (voltage detection means, control means) 40 that manages the
また、バッテリ11には、過電圧の印加からバッテリ11を保護するための上限電圧Vbmaxが予め設定されている。また、バッテリ11は、発熱により高温になると、性能の低下や寿命低下が生じるため、使用上において適正な温度範囲が定められている。
Further, the
また、ECU40はバッテリ冷却回路20のポンプ22及びファン24と、冷媒回路30の圧縮機31との駆動制御も行う。これらポンプ22、ファン24、及び圧縮機31の駆動は、通常、バッテリ11の充電中や車両1の走行時を含め、バッテリ11に蓄えられた電力により行われるが、充電中は、バッテリを介さずに外部電源32からの電力によって直接駆動することもできる。
The
ここで、ECU40は、比較的長い充電時間(例えば24時間)を確保できる場合、バッテリ11の劣化を抑制するために、低い電流値にてバッテリ11の充電を行うように充電器33に指令する。この場合には、バッテリ11の劣化を伴うことなくバッテリ11を満充電することが可能である。
Here, when a relatively long charging time (for example, 24 hours) can be secured, the
一方、ECU40は、充電時間を短時間しか確保できない場合、高い電流値にて急速充電するように充電器33に指令する。この場合には、バッテリ電圧Vbが上限電圧Vbmaxに近づくと、バッテリ11を保護するべく、ECU40はバッテリ電圧Vbが上限電圧Vbmaxを越えないように外部電源32から供給される電力を充電器33にて絞らざるを得ない。これでは、充電器33の定格電力に満たない充電性能しか発揮されないこととなる。
On the other hand, when the charging time can be ensured only for a short time, the
一方、バッテリ11は、上述したように、使用上の適正な温度範囲を越えて高温になると劣化を生じる。また、バッテリ電圧Vbが上限電圧Vbmaxに近づいた状態では、充電エネルギが熱になって放出され続けているため、バッテリ11の温度上昇も顕著となる。
On the other hand, as described above, the
このように、従来、バッテリ電圧Vbが上限電圧Vbmaxに近づいた状態においては、バッテリ11の温度が比較的高温となることから、外部電源32からバッテリ11に供給される電力を連続的に絞りながら、且つ、バッテリ11に充電器33から供給される電力のうち、バッテリ11に絞りながら供給される充電電力を除く余剰の電力でバッテリ11の冷却も行わなければならなかった。
Thus, conventionally, when the battery voltage Vb is close to the upper limit voltage Vbmax, the temperature of the
しかしながら、このような従来の連続的な充電方法では、バッテリ11の抵抗が増大し、充電時間に対する充電量、つまり充電効率が低下することから、充電器33の充電性能を最大限活かすことができず、また、バッテリ11が満充電となるまで長時間を要していた。
However, in such a conventional continuous charging method, the resistance of the
しかも、従来の連続的な充電はバッテリ11に自然放電が生じ易い。このため、当該自然放電を補うべく、充電器33は、バッテリ電圧Vbが上限電圧Vbmaxを超えない範囲で、外部電源32からの電流を絞りながら微少電流を押し込むような形でバッテリ11に供給し、バッテリ11を満充電に導く、いわゆるトリクル充電が行われる。
In addition, the conventional continuous charging tends to cause spontaneous discharge in the
このようなトリクル充電時には、微少電流に基づくバッテリ11への供給電力は、同時に行われるバッテリ11の冷却にほぼ全て使用されることとなる。このため、バッテリ11の充電中にもかかわらず、バッテリ11に充電されない電力が外部電源32から充電器33を介してバッテリ11に供給されることとなり、バッテリ11の充電効率が著しく低下していた。
During trickle charging, almost all the power supplied to the
そこで、本実施形態のECU40は、外部電源32から充電器33を介して供給される電力を有効に活用することで、バッテリ11の劣化を抑制しながら、バッテリ11の充電効率を向上するためのバッテリ充電制御を行っている。
Therefore, the
具体的には、図1に示すように、充電器33は、バッテリ11のみならず、冷却手段としてのポンプ22、ファン24、及び圧縮機31にも直接に電力を供給可能に接続されている。このとき、充電器33は、DC/DCコンバータ(図示せず)を介してこれらのコンポーネントに電力を供給しても良い。そして、当該バッテリ充電制御では、外部電源32から供給される電力を充電器33がバッテリ11と上記冷却手段とに適宜供給することで、バッテリ11の充電と、充電中におけるバッテリ11の冷却との最適な電力配分を実現している。
Specifically, as shown in FIG. 1, the
図2は、本実施形態のバッテリ充電制御を説明するために、バッテリ11の充電中におけるバッテリ電圧Vb、充電器33からバッテリ11に供給される充電電力Eb、バッテリ11を冷却するための冷却電力Ec、及びバッテリ温度Tbの推移を時系列的に示した図である。
FIG. 2 illustrates a battery voltage Vb during charging of the
図2に示すように、当該バッテリ充電制御では、バッテリ11の充電中にバッテリ電圧Vbが上限電圧Vbmaxになったとき、充電器33によるバッテリ11の充電を停止し、外部電源32からバッテリ11に供給される充電電力Ebをゼロとしている。そして、バッテリ11の充電を停止している間、外部電源32からの供給電力を直接に用いて意図的にポンプ22、ファン24、及び圧縮機31の少なくとも何れかを駆動することでバッテリ11を冷却し、外部電源32から供給される電力を充電電力Ebの代わりに冷却電力Ecとして消費している。
As shown in FIG. 2, in the battery charging control, when the battery voltage Vb reaches the upper limit voltage Vbmax during the charging of the
また、図示はされないが、本実施形態のバッテリ充電制御においては、通常充電時にバッテリ電圧Vbが上限電圧Vbmaxになったとき、充電器33によるバッテリ11の充電を停止するのではなく、バッテリ電圧Vbが設定電圧Vbs1以下となる電圧降下が発生するような電流値まで充電電力を低減しても良い。この場合、充電電力を低減している間は、外部電源32から供給される電力のうち、バッテリの充電電力Ebを差し引いた余剰電力を冷却電力Ecとして消費することができる。
Although not shown, in the battery charging control of the present embodiment, when the battery voltage Vb reaches the upper limit voltage Vbmax during normal charging, the charging of the
このように充電電力を絞らずにバッテリ11を充電する通常充電を実施し、バッテリ電圧Vbが上限電圧Vbmaxとなった後にバッテリ充電を停止、又は充電電力を低減した後は、図2に示すように、バッテリ11において一定量の電圧降下が発生する。このような電圧降下は、特に比較的大きな電流値で充電する場合に発生し、バッテリ11の電解液や活物質中のイオン分布において電荷的な不均衡による電位特性の偏った状態が元に戻ることに起因する。このような偏った電位特性の状態にあるバッテリ11の電圧値は、前述の内部抵抗が含まれた電圧値であり、内部抵抗を差し引いた電圧値が真の電圧値となる。
After performing normal charging for charging the
加えて、内部抵抗が含まれた電圧値が上限電圧となり、電位特性が偏った状態のバッテリ11において、バッテリ11の内部抵抗を差し引いた電圧値が上限電圧値となるまで連続的な充電を実施する場合、内部抵抗が高いことから、非常に長い充電時間を要する。
In addition, in the
以上のバッテリ特性を考慮し、当該バッテリ充電制御では、バッテリ11の充電中にバッテリ電圧Vbが上限電圧Vbmaxになったとき、充電器33によるバッテリ11の充電を停止、又は充電電力を低減することによりバッテリ電圧降下を意図的に発生させ、バッテリ電圧Vbが設定電圧Vbs1以下となったとき、充電器33によるバッテリ11の通常充電が再開される。
Considering the above battery characteristics, in the battery charging control, when the battery voltage Vb reaches the upper limit voltage Vbmax during charging of the
通常充電再開のトリガーとなる設定電圧Vbs1は、上限電圧Vbmaxよりも小さな電圧値であり、バッテリ11の電圧降下が実質的に収束する電圧値である。設定電圧Vbs1は、バッテリ11が満充電に近づくにつれ、バッテリ11の充電量(SOC)に応じて、例えば図2に示すように設定電圧Vbs2、設定電圧Vbs3と徐々に大きくなるように設定される。
The set voltage Vbs1 serving as a trigger for resuming normal charging is a voltage value smaller than the upper limit voltage Vbmax, and is a voltage value at which the voltage drop of the
充電電力Ebは、バッテリ11の充電停止又は充電電力低減、その後の通常の充電電力による充電再開、さらにその後の充電停止又は充電電力低減といった繰り返しのオンオフ制御により、段階的な矩形波で時系列的に推移している。
The charging power Eb is a time-series rectangular wave in a time-series manner through repeated on / off control such as stopping charging of the
充電電力Ebは、バッテリ11が満充電に近づくにつれて、供給時間及び電力値が共に徐々に減少している。これは、上述したように、バッテリ11が満充電に近づくと、バッテリ11のSOCが高くなるにつれて上限電圧とバッテリ11が持つ内部抵抗を差し引いた電圧値の差分が小さくなることに起因している。図2に一点鎖線で示したように、充電電力Ebの増減を表す矩形波は、時間平均で描いたとき、なだらかな近似曲線で表され、バッテリ11は全体的に見て円滑且つ短時間で満充電に至ることが分かる。
The charging power Eb gradually decreases in both the supply time and the power value as the
一方、バッテリ11の冷却電力Ecの増減も段階的な矩形波で時系列的に推移している。冷却電力Eは、バッテリ11が満充電に近づくにつれて、供給時間は徐々に減少するものの、電力値は増大している。これは、上述したように、バッテリ電圧Vbが上限電圧Vbmaxに近づくと、バッテリ11の温度上昇も顕著となるため、バッテリ11の冷却要求に適切に対処しているためである。図2に破線で示したように、冷却電力Ecの増減を表す矩形波は、時間平均で描いたとき、なだらかな近似曲線で表され、バッテリ11は満充電に至るまでに、全体的に見て円滑且つ短時間で効果的に冷却されることが分かる。
On the other hand, the increase / decrease in the cooling power Ec of the
実際に、バッテリ温度Tbは、バッテリ11の適正温度範囲の上限温度Tbmaxを越えない範囲で、冷却電力Eの増大に伴い局所的に減少しながら、増減を繰り返して推移している。図2に二点鎖線で示したように、バッテリ温度Tbの上限値は、なだらかな近似曲線で表され、バッテリ11が満充電に近づくにつれて徐々に低下している。このようなバッテリ温度Tbの低下は、バッテリ充電完了後、例えば車両1の走行開始前において好ましい準備状態であり、バッテリ充電完了直後に車両1を走行する場合における航続距離の延長にも寄与するものである。
Actually, the battery temperature Tb repeatedly increases and decreases while decreasing locally as the cooling power E increases within a range not exceeding the upper limit temperature Tbmax of the appropriate temperature range of the
図3は、ECU40が実行するバッテリ充電制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。以下、図3のフローチャートに沿って本実施形態のバッテリ充電制御について詳しく説明する。
FIG. 3 is a flowchart showing a control routine for battery charging control executed by the
先ずステップS1では、バッテリ充電制御の開始時におけるバッテリ電圧Vb、外気温度Ta、及び充電量SOCを取得し、ステップS2に移行する。 First, in step S1, the battery voltage Vb, the outside air temperature Ta, and the charge amount SOC at the start of the battery charge control are acquired, and the process proceeds to step S2.
次にステップS2では、バッテリ電圧Vb、外気温度Ta、及び充電量SOCなどに基づいて、バッテリ11を満充電に導くための最適な充電電力Ebを算出し、ステップS3に移行する。
Next, in step S2, an optimum charging power Eb for guiding the
次にステップS3では、バッテリ11の充電停止又は充電電力の低減が必要か否かを判定する。具体的には、バッテリ電圧Vbが上限電圧Vbmaxに達したか否か、又はバッテリ電圧Vbが一度上限電圧Vbmaxに達した後に上述した設定電圧Vbs1〜Vbs3に低下したか否かを判定する。当該判定結果が真(Yes)である場合、即ちバッテリ電圧Vbが上限電圧Vbmaxに達している、又はバッテリ電圧Vbが上限電圧Vbmaxに達した後に上述した設定電圧Vbs1〜Vbs3に低下していない場合、ステップS4に移行する。
Next, in step S3, it is determined whether or not it is necessary to stop charging the
次にステップS4では、バッテリ電圧Vb、外気温度Ta、及び充電量SOCなどに基づいて、バッテリ温度Tbが適正温度範囲の上限温度Tbmaxを越えないための最適な冷却電力Ecを算出し、ステップS5に移行する。 Next, in step S4, based on the battery voltage Vb, the outside air temperature Ta, the charge amount SOC, etc., the optimum cooling power Ec for preventing the battery temperature Tb from exceeding the upper limit temperature Tbmax of the appropriate temperature range is calculated, and step S5. Migrate to
次にステップS5では、バッテリ11の充電停止(充電電力Eb=0)又は、充電電力の低減を行う。併せて、算出した冷却電力Ecに基づいて、冷却手段としてのポンプ22、ファン24、及び圧縮機31の少なくとも何れかに充電器33を介して外部電源32の電力を供給し、冷却手段を駆動してバッテリ11の冷却を実施し、当該ルーチンをリターンする。
Next, in step S5, charging of the
一方、ステップS3において当該判定結果が偽(No)である場合、即ちバッテリ電圧Vbが上限電圧Vbmaxに達していないとき、或いは、バッテリ電圧Vbが上限電圧Vbmaxに達した後に上述した設定電圧Vbs1〜Vbs3に低下したときは、ステップS6に移行する。 On the other hand, when the determination result is false (No) in step S3, that is, when the battery voltage Vb has not reached the upper limit voltage Vbmax, or after the battery voltage Vb has reached the upper limit voltage Vbmax, the above-described set voltages Vbs1 to Vbs1. When the voltage drops to Vbs3, the process proceeds to step S6.
ステップS6では、算出した充電電力Ebに基づくバッテリ11の通常充電を行う。また、或いは、バッテリ電圧Vbが上限電圧Vbmaxに達した後に上述した設定電圧Vbs1〜Vbs3に低下したとき、バッテリ11の通常充電を再開する。併せて、算出した冷却電力Ecに基づいて冷却手段に電力供給し、バッテリ11の必要最低限の冷却、つまり最小限の消費電力となるミニマム冷却を実施し、当該ルーチンをリターンする。
In step S6, the
こうして、ステップS1〜S6を繰り返し実行することで、外部電源32から供給される電力がバッテリ11の充電と、充電中におけるバッテリ11の冷却とに最適配分される。
Thus, by repeatedly executing steps S1 to S6, the power supplied from the
以上のように本発明は、バッテリ11の連続的な長時間充電は、バッテリ11の抵抗が増大し、結果として、充電効率が著しく低下するとの弊害に着目し、本実施形態でのバッテリ充電制御を実行するものである。
As described above, the present invention pays attention to the adverse effect that continuous long-time charging of the
具体的には、先ず、充電中にバッテリ電圧Vb、充電量SOC、及びバッテリ温度Tbなどを監視する(ステップS1)。次に、最適な充電電力Ebを算出した後(ステップS2)、バッテリ11に対する充電の停止又は充電電力の低減が必要か否かを判定している(ステップS3)。さらに、充電の停止又は充電電力の低減が必要と判定された場合には、バッテリ11に要求される冷却電力Ecを算出する(ステップS4)。
Specifically, first, the battery voltage Vb, the charge amount SOC, the battery temperature Tb, and the like are monitored during charging (step S1). Next, after calculating the optimum charging power Eb (step S2), it is determined whether it is necessary to stop charging the
その後、必要に応じてバッテリ11の充電停止又は充電電力の低減を実施するとともに、算出した冷却電力Ecに基づいて圧縮機31などの冷却手段を局所的に大パワーで駆動し、バッテリ11を外部電源32の電力で積極的に冷却或いは予備冷却し、バッテリ温度Tbを低減する(ステップS5)。
Thereafter, the charging of the
その後、ある程度時間が経過してバッテリ電圧Vbが低下した後にバッテリ11の通常充電を再開することで(ステップS6)、バッテリ11のより効率的な充電が可能となる。最終的に、上記ステップS1〜S6を繰り返すことで、外部電源32から供給される電力を有効に活用することで、バッテリの劣化を抑制しながら充電時間を短縮し、バッテリの充電効率を向上させることができる。
After that, after a certain amount of time has elapsed and the battery voltage Vb has dropped, normal charging of the
なお、図2はバッテリ電圧Vbが上限電圧Vbmaxに達した際に、その後の充電電力Ebを圧縮機31などにより消費させることで行うバッテリ充電制御の一例であり、バッテリ11の充電と冷却との切換にバッテリ電圧Vb以外の他の要素(例えば経過時間)を用いても良い。
FIG. 2 shows an example of battery charging control performed by consuming the subsequent charging power Eb by the
また、バッテリ充電制御は、上述したように、バッテリ11の充電停止、再開のオンオフの切換に限らず、充電電力の低減により行っても良い。ここで、充電電力の低減は、所定値の低電圧値に切換えることにより実施しても良いし、徐々に低電圧値へ低減することにより実施しても良い。
In addition, as described above, the battery charging control is not limited to switching on / off of charging stop and restart of the
また、バッテリ11の充電再開時には、バッテリ11が満充電に近づいている場合、外部電源32からの電力のすべてを充電するのではなく、当該電力の少なくとも一部により圧縮機31などの冷却手段を作動させても良い。
When recharging the
このように、本実施形態のバッテリ充電制御は、バッテリ11の充電時の冷却と充電とをバッテリ温度Tb、バッテリ電圧Vb、充電量SOCなどを基準として圧縮機31などの冷却機器を用いて制御し、外部電源32から供給される電力を充電器33の定格電力を使い切る形で最適配分することで、バッテリ11の充電と冷却とのより一層の効率的な両立を実現し、バッテリ11の過充電や発熱に起因した劣化を抑制しながら、バッテリ11の充電効率の向上を実現している。
As described above, the battery charging control of the present embodiment controls the cooling and charging during charging of the
以上で本発明に係るバッテリ充電装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。 This is the end of the description of the embodiment of the battery charging device according to the present invention, but the embodiment is not limited to the above embodiment.
例えば、上記実施形態のバッテリ冷却回路20に設けられる装置は上述したものに限られるものではなく、各装置の配置などもこれに限られるものではなく、他の装置を設けたり、配置を替えたりしても良い。
For example, the devices provided in the
また、上記実施形態のバッテリ充電制御では、バッテリ11の充電中にポンプ22、ファン24、及び圧縮機31を最適な回転数や駆動タイミングで駆動する。しかし、これに限らず、バッテリ11に要求される冷却仕事量を確保可能であれば、ポンプ22、ファン24、及び圧縮機31の少なくとも1つ、或いは2つの組み合わせで駆動させても良い。
In the battery charge control of the above embodiment, the
また、上記実施形態のバッテリ充電制御では、水冷式のバッテリ冷却回路20でバッテリ11を冷却するが、これに限らず、空冷式の冷却手段でバッテリ11を冷却する場合にも本発明を適用可能である。しかし、一般に、水冷式の冷却手段は、空冷式よりも冷却効果が大きく、消費電力も大きいため、当該バッテリ充電制御の適用に好適である。
In the battery charge control of the above embodiment, the
また、上記実施形態では、本発明をハイブリッド型トラックに適用した場合について説明したが、ハイブリッド型のバスや乗用車に適用しても良いし、走行用動力源としてモータのみを備えた電気自動車に適用しても良い。 Further, in the above embodiment, the case where the present invention is applied to a hybrid truck has been described. However, the present invention may be applied to a hybrid bus or a passenger car, or to an electric vehicle having only a motor as a driving power source. You may do it.
1 車両
11 バッテリ
20 バッテリ冷却回路(冷却手段)
30 冷媒回路
31 圧縮機
32 外部電源
33 充電器
40 ECU(電圧検出手段、制御手段)
1
30
Claims (4)
前記車両の外部電源により前記バッテリに充電する充電手段と、
前記バッテリを冷却する冷却手段と、
前記バッテリの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記バッテリの充電中に前記電圧検出手段により検出される前記電圧が前記上限電圧に達したとき、所定の設定電圧に低下するまで前記充電手段による前記バッテリの充電を停止、又は、前記バッテリの充電電力を低減する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記バッテリの充電中に充電を停止又は充電電力を低減している間、前記外部電源からの電力により前記冷却手段を作動させる、バッテリ充電装置。 A battery mounted on the vehicle and chargeable up to a predetermined upper limit voltage;
Charging means for charging the battery with an external power source of the vehicle;
Cooling means for cooling the battery;
Voltage detecting means for detecting the voltage of the battery;
When the voltage detected by the voltage detecting means during the charging of the battery reaches the upper limit voltage, the charging of the battery by the charging means is stopped until the voltage is lowered to a predetermined set voltage, or the battery is charged Control means for reducing power,
The control unit is a battery charging device that operates the cooling unit with electric power from the external power source while stopping charging or reducing charging power during charging of the battery.
前記冷媒回路は、循環する冷媒で前記冷却水を冷却する、請求項2に記載のバッテリ充電装置。 The battery cooling circuit includes a refrigerant circuit that forms a refrigeration cycle including a compressor,
The battery charging device according to claim 2, wherein the refrigerant circuit cools the cooling water with a circulating refrigerant.
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