電気自動車の暖房方法及び装置
【課題】電気自動車の走行可能距離をできるだけ延ばすために、暖房装置の温水回路に熱を回収可能にすること。
【解決手段】駆動系冷却回路と、温水回路の暖房装置を備え、温水回路は、循環路に加熱器から発生する熱を回収する電気自動車の暖房方法において、駆動系冷却回路を温水回路に、モータ及びインバータを加熱器に兼用すること。また、充電器から充電電流を供給し、二次電池の各セル電圧を均一にするために、充電電流を各セルに流しながら、各セルに対して並列接続可能な放電抵抗にも流すか否かを電池管理装置によって制御した上で、放電抵抗を加熱器として兼用すること。充電器から二次電池に対して充電電流を段階的に下げながら供給し、その供給中に二次電池と電気ヒータを並列接続して通電すると共に充電電流を増加させることによって電気ヒータから発生する熱を回収すること。
【解決手段】駆動系冷却回路と、温水回路の暖房装置を備え、温水回路は、循環路に加熱器から発生する熱を回収する電気自動車の暖房方法において、駆動系冷却回路を温水回路に、モータ及びインバータを加熱器に兼用すること。また、充電器から充電電流を供給し、二次電池の各セル電圧を均一にするために、充電電流を各セルに流しながら、各セルに対して並列接続可能な放電抵抗にも流すか否かを電池管理装置によって制御した上で、放電抵抗を加熱器として兼用すること。充電器から二次電池に対して充電電流を段階的に下げながら供給し、その供給中に二次電池と電気ヒータを並列接続して通電すると共に充電電流を増加させることによって電気ヒータから発生する熱を回収すること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車の車内を暖房する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９には、従来の電気自動車の暖房装置８１と駆動系冷却回路９１が示されている。電気自動車の暖房装置８１としては、熱媒体である水を流すパイプ８２を、電気ヒータ８３で温める温水回路８４が一般的に知られている。電気ヒータ８３を加熱するために動力用の二次電池８５が用いられているため、電気ヒータ８３を使用すれば、動力用の二次電池８５の電力消費量が多くなり、その分だけ電気自動車の走行可能距離が短くなる。
【０００３】
そこで、本発明者は温水回路を利用しながらも、他の装置から発生する熱を温水回路に回収することができないかと考えた。
【０００４】
ところで、電気自動車は、図９に示すように、走行用モータ９２及び、走行用モータ９２を制御するインバータ９３が動作中に熱を発する。従って、これらを冷却する駆動系冷却回路９１が温水回路８４とは独立して設けられており、駆動系冷却回路９１中の放熱器９４により大気中に放熱し、走行用モータ９２及びインバータ９３を安定して動作させている。
【０００５】
また、図９に示すように電気自動車には動力用の二次電池８５として、複数のセル８５ａより構成されるものが用いられている。このような二次電池８５を充電する充電装置としては、定電流の充電電流を流す充電器８６と、電池管理装置８７とを備えたものが知られている（特許文献１、２）。
【０００６】
この充電装置で充電する際には、電池管理装置８７が、充電電流を各セルに全部流す場合と、各セルに対して並列接続可能な放電抵抗にも流す場合を制御することによって、各セルの電圧をできるだけ均一に保ちながら充電している。また、充電器８６が充電電流を段階的に小さくする充電方式（多段充電方式）を実施している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３６９３９８号公報
【特許文献２】特開２００７−２３６１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明者は、電気自動車での走行中における二次電池の電力消費量を抑え、走行可能距離を延ばすために、温水回路に回収することのできる熱として、今まで大気中に放出されていた熱、つまり、（１）前記した駆動系冷却回路から発生する熱、（２）充電装置の放電抵抗から発生する熱に着目した。
【０００９】
また、（３）多段充電方式については、次のように考えた。充電電流の最大値は、二次電池側で制限がない場合には充電用ケーブルの太さで決まる。充電電流を段階的に小さくしたい場合には、充電器には、充電電流（充電用ケーブル）に余力があるということである。従って、充電器で小さくしていた分の充電電流を、熱として温水回路に回収することも可能なはずである。
【００１０】
本発明は上記実情を考慮して創作されたもので、その目的は、電気自動車の走行可能距離をできるだけ延ばすために、暖房装置の温水回路に熱を回収可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のうち請求項１の発明は、二次電池と、二次電池を駆動源とする走行用モータと、走行用モータを制御するインバータと、走行用モータ及びインバータを冷却するための駆動系冷却回路と、温水回路からなる暖房装置を備える電気自動車であって、温水回路は、温水が流れる循環路に加熱器から発生する熱を回収し、暖房時に回収した熱で空気を暖めて温風を車内に供給する電気自動車の暖房方法において、駆動系冷却回路を温水回路に、並びに走行用モータ及びインバータを加熱器に兼用することによって、走行中には、走行用モータ及びインバータから発生する熱を駆動系冷却回路の循環路に回収することを特徴とする。
【００１２】
このような暖房方法に対応する暖房装置は、請求項４の発明のように、走行用モータ及び走行用モータを制御するインバータを冷却するための駆動系冷却回路を備えると共に、温水回路からなる暖房装置を備える電気自動車であって、温水回路は、温水が流れる循環路に加熱器から発生する熱を回収し、暖房時に回収した熱で空気を暖めて温風を車内に供給する電気自動車の暖房装置において、駆動系冷却回路を温水回路に、並びに走行用モータ及びインバータを加熱器に兼用するものである。
【００１３】
また、二次電池を充電する場合に、駆動系冷却回路を暖める方法の一例としては、以下の方法がある。
すなわち、請求項２の発明のように、充電器から充電電流を供給し、二次電池を構成する複数の各セルの電圧を均一にするために、充電電流を各セルに流しながら、各セルに対して並列接続可能な放電抵抗にも流すか否かを電池管理装置によって制御し、放電抵抗を加熱器として兼用することによって、充電中には、放電抵抗から発生する熱を駆動系冷却回路の循環路に回収する方法である。
また、この暖房方法に対応する暖房装置は、請求項５の発明のように、複数のセルから構成される二次電池に充電電流を供給する充電器と、各セルの電圧を均一にするために充電電流を各セルに流しながらも各セルに対して並列接続可能な放電抵抗にも流すか否かを制御する電池管理装置とを備え、放電抵抗を加熱器として兼用するものである。
【００１４】
同様に二次電池を充電する場合に、駆動系冷却回路を効率良く暖める方法の一例としては、以下の方法がある。
すなわち、請求項３の発明のように、二次電池に対して並列接続可能な加熱器としての電気ヒータを切り離した状態を保ちつつ、充電器から二次電池に対して充電電流を段階的に下げながら供給し、その供給中に以下の(一）の条件が満たされた場合には、二次電池と電気ヒータを並列接続して通電すると共に充電電流を増加させることによって、充電中に、電気ヒータから発生する熱を駆動系冷却回路の循環路に回収する方法である。（一）充電器から供給する充電電流を増加させた上で電気ヒータを接続した場合に二次電池に流れる予定の充電電流と、二次電池に流れている現時点の充電電流とが一致すること。
また、この暖房方法に対応する暖房装置は、請求項６の発明のように、加熱器としての電気ヒータと、二次電池に対して電気ヒータを並列接続可能なヒータスイッチとを備える予熱装置を設けると共に、ヒータスイッチのＯＮ・ＯＦＦを制御するヒータ用コントローラを備え、ヒータ用コントローラのヒータスイッチのＯＦＦ制御によって電気ヒータを切り離した状態を保ちつつ、充電器から二次電池に対して充電電流を段階的に下げながら供給し、その供給中に以下の(一）の条件が満たされた場合には、ヒータ用コントローラがヒータスイッチのＯＮ制御によって二次電池と電気ヒータを通電すると共に充電器が充電電流を増加させることによって、充電中に、電気ヒータから発生する熱を温水回路の循環路に回収するものである。（一）充電器から供給する充電電流を増加させた上で電気ヒータを接続した場合に二次電池に流れる予定の充電電流と、二次電池に流れている現時点の充電電流とが一致すること。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１、４に記載の発明によれば、駆動系冷却回路を温水回路に、並びに走行用モータ及びインバータを加熱器に兼用することによって、走行中には、走行用モータ及びインバータから発生する熱を駆動系冷却回路の循環路に回収することが可能になる。
【００１６】
また、請求項２、５に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、放電抵抗を加熱器として兼用することによって、二次電池を構成する複数の各セルの電圧を均一にするために、充電電流を各セルに流しながら放電抵抗にも流した場合に、放電抵抗から発生する熱を駆動系冷却回路の循環路に回収することが可能になる。
【００１７】
また、請求項３、６に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、充電器から二次電池に充電電流を段階的に下げながら供給しているうちに、一定条件下において二次電池と電気ヒータを並列接続して通電すると共に充電電流を増加させることによって、二次電池に対してはそれまでと同様に充電電流を段階的に下げながら供給することを継続して行い、その上で、電気ヒータから発生する熱を駆動系冷却回路の循環路に回収することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による電気自動車の暖房装置の第１実施形態を示す説明図である。
【図２】標準的な充電装置の構成を示す説明図である。
【図３】標準的な充電方法を示すフローチャートである。
【図４】標準的な充電方法における充電電流、セルの両端電圧の時間推移を示すグラフである。
【図５】本発明による電気自動車の暖房装置の第２実施形態を示す説明図である。
【図６】暖房装置の第２実施形態による暖房方法を示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態による暖房方法を実施した場合に充電器から出力される電流の時間推移を示すグラフである。
【図８】第２実施形態による暖房方法を実施した場合における充電電流の時間推移を、予熱用の電流と併せて示すグラフである。
【図９】従来の電気自動車の暖房装置及び駆動系冷却回路を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１には、本発明を適用した電気自動車の概略が示されている。この電気自動車は、二次電池１１を動力源として搭載し、インバータ１６で制御される走行用モータＭで駆動するものである。二次電池１１は、通常、複数のセルＣ、…を直列接続することによって１つのセルユニットＵを形成し、このような複数のセルユニットＵを並列接続したものである。図示の例では、説明の便宜上、二次電池１１が１つのセルユニットＵで構成されている。このような二次電池１１を充電するために、充電装置１２が設けられている。
【００２０】
図２には電気自動車に限らない、標準的な充電装置１２の構成が示されている。充電装置１２は、二次電池１１に定電流を充電電流として流す充電器１３と、充電器１３から流された充電電流を各セルＣに全部流す場合と一部を各セルＣに対して並列接続可能な放電抵抗３３に流す場合とを制御する電池管理装置１４とを備えている。
【００２１】
充電器１３は、二次電池１１に対して二次電池電圧検出回路２１を並列接続すると共に、この二次電池電圧検出回路２１に対して、直流電流電源２２と電流検出回路２３が直列接続された直列回路を並列接続し、電流検出回路２３から二次電池１１に向かう配線の途中に充電スイッチ２４が接続されている。また、充電器１３には、ＣＰＵが内蔵された専用のコントローラ（以下、「充電器用コントローラ」という。）２５が設けられている。
【００２２】
充電器用コントローラ２５は、二次電池電圧検出回路２１、直流電流電源２２、電流検出回路２３、及び充電スイッチ２４に接続されている。そして、充電器用コントローラ２５は、各種の情報信号を取り込み、充電スイッチ２４を開閉して二次電池１１への通電を制御すると共に、情報信号に基づいて直流電流電源２２の電流値を設定する。ここで各種の情報信号とは、二次電池電圧検出回路２１から得られる二次電池１１の電圧、電流検出回路２３から得られる直流電流電源２２の電流値、電池管理装置用コントローラ３２から得られるセルＣ…の両端電圧に関する情報である。
【００２３】
電池管理装置１４は、各セルＣに対して容量調整回路３１を並列接続し、容量調整回路３１に対してこの回路の通電を制御する電池管理装置用コントローラ３２を接続してある。容量調整回路３１は、放電抵抗３３と放電スイッチ３４を直列接続したバイパス回路である。電池管理装置用コントローラ３２は、セルＣの両端電圧を検出すると共に、放電スイッチ３４のＯＮ・ＯＦＦを制御する。
【００２４】
図３のフローチャートには、上述した充電装置１２が二次電池１１を充電する標準的な充電方法が示されている。以下、この充電方法を説明する。
まず、充電器用コントローラ２５が充電スイッチ２４を閉じて定充電工程Ｓ１を最初に行う。定充電工程Ｓ１では、徐々に充電電流を増やしていきながら予め定められた所定の定電流を流す。続いて、容量調整工程Ｓ２が行われる。
【００２５】
容量調整工程Ｓ２は、各セルＣの両端電圧を電池管理装置用コントローラ３２で検出する。満充電電圧Ｖ１未満のセルＣについては、そのまま定電流での充電を継続する。そして、例えば特定のセルＣが満充電電圧Ｖ１以上に該当するに至ると、該当セルＣ専用の放電スイッチ３４を閉じて、放電抵抗３３に電流を導き、該当セルＣへの電流の減少に伴って該当セルＣの充電電圧が低下する。充電電圧が低下しても満充電電圧Ｖ１以上の場合にはそのままの状態を維持し、満充電電圧Ｖ１未満に落ちると、放電スイッチ３４を開いて放電抵抗３３への通電を停止し、再度、該当セルＣを定充電で充電する。なお、定充電工程Ｓ１の有無に関わらず、容量調整工程Ｓ２が常時行われているのであるが、通常、定充電工程Ｓ１が行われない限り、容量調整工程Ｓ２は行われないので、図３のフローチャートでは、定充電工程Ｓ１の後に容量調整工程Ｓ２を記載してある。また、容量調整工程Ｓ２とは関係なく、定充電工程Ｓ１の後には、多段充電工程Ｓ３が行われる。
【００２６】
多段充電工程Ｓ３では、電池管理装置用コントローラ３２がセルＣの両端電圧を充電器用コントローラ２５に対して出力し、いずれかのセルＣが過充電限界電圧Ｖ２以上をＡ秒(例えば２秒）継続することを確認すると、充電器用コントローラ２５から直流電流電源２２に指令を送って、定電流の充電電流を設定分ΔＩだけ下げる。充電電流を下げてもセルＣが過充電限界電圧Ｖ２以上をＢ秒（＞Ａ例えば８秒）継続することを確認すると、充電器用コントローラ２５が充電スイッチ２４を開いて充電を強制停止する。過充電限界電圧Ｖ２がＢ秒継続しない場合には、充電器用コントローラ２５が充電電流を検出して、停止電流（初期設定された定電流よりもかなり小さい）未満にまで落ち込んだか否かを判定する。停止電流未満に落ち込んでいない場合には再度、セルＣが過充電限界電圧Ｖ２以上をＡ秒(例えば２秒)継続することを確認するステップに戻る。次にいずれかのセルＣが過充電限界電圧Ｖ２以上をＡ秒継続することを確認すると、同様のループ処理が行われる。このループ処理を繰り返すと図４に示すように、電圧波形がギザギザの形状となりながら、セルＣが充電され、このとき、充電電流の波形は、時間経過に伴って段階的に下がる形状となる。そして、このループ処理を繰り返しているうちに、充電電流が停止電流未満に落ち込んだ場合には二次電池１１が十分に充電されたものとして、充電スイッチ２４を開いて充電を停止する。以上で、二次電池１１の充電が終了する。
【００２７】
充電をするための各種の判断や指令は、上述した標準的な充電装置１２では、充電器用コントローラ２５と電池管理装置用コントローラ３２が協同して行っていたが、図１に示す電気自動車の充電装置１２では、充電器用コントローラ２５と電池管理装置用コントローラ３２とビークルコントローラ３５（以下「ＶＣ」と言う。）が協同して行う。従って、一般的な充電装置１２における充電器用コントローラ２５と電池管理装置用コントローラ３２の役割を、電気自動車の充電装置１２における充電器用コントローラ２５と電池管理装置用コントローラ３２とＶＣ３５とが役割り分担して行う。また、図１に示す電気自動車では、充電装置１２は、充電器１３と電池管理装置１４とＶＣ３５を主として備えている。なお、図１の例では、充電スイッチ２４が充電器１３ではなく、二次電池１１と充電器１３を繋ぐ線の途中にある。
【００２８】
電気自動車の電池管理装置用コントローラ３２は、セル電圧だけでなく、二次電池１１の電圧、充電電流、放電電流、電池表面温度を監視し、放電スイッチ３４に放電の開始や停止、ＶＣ３５に充電及び走行用放電の開始や停止、充電電流及び走行用放電電流等の指令を出力する。
【００２９】
ＶＣ３５は、電池管理装置用コントローラ３２からの指令を受けて、充電器用コントローラ２５に充電の開始や停止、充電電流の指令を出力する。また、ＶＣ３５は、電気自動車の運転制御を行うもので、例えば走行用モータＭを適切に駆動させるために、二次電池１１から走行用モータＭへの通電を制御する走行用放電スイッチ３６をＯＮ・ＯＦＦすると共に、インバータ１６に対して指令を出力し、それによって、電気自動車を走行させる。その結果、インバータ１６及び走行用モータＭから熱が発生するので、これらを冷却する駆動系冷却回路１５が設けられている。
【００３０】
駆動系冷却回路１５は、走行用モータＭとインバータ１６の双方を冷却する循環路４１を備えている。より詳しく言えば、この循環路４１は、走行用モータＭとインバータ１６の双方の周囲にそれぞれ形成されたウォータジャケット（図ではＭ、ＩＮＶとして簡略表示している。）と、熱交換器としての放熱器４２と、ポンプＰと、これら繋いで熱媒体を循環させるパイプ４３とから構成されている。図示の例では、ポンプＰから送られる熱媒体としての冷却水が、インバータ１６、走行用モータＭ、放熱器４２を順番に通過するように、配置されている。また、放熱器４２の近傍にはファン４４が設置され、室内に温風を供給するように構成してある。
【００３１】
前記した駆動系冷却回路１５と電池管理装置１４を主として構成されたものが本発明の暖房装置であり、その第一実施形態が図１に示されている。暖房装置の第一実施形態は、駆動系冷却回路１５を従来までの暖房装置に設けられていた温水回路として兼用し、それによって走行用モータＭ及びインバータ１６を暖房用の加熱器として兼用するものである。また、暖房装置の第一実施形態は、電池管理装置１４の放電抵抗３３を加熱器として兼用し、駆動系冷却回路１５における循環路４１の一部に、放電抵抗３３を配置したものである。より詳しく言えば、走行用モータＭ及びインバータ１６の双方に対する二次側であって、放熱器４２よりも一次側のパイプ４３に放電抵抗（電気ヒータ、より詳しく言えば抵抗発熱体）３３を熱交換可能に配置してある。熱交換する具体的な配置としては、例えば放電抵抗３３をパイプ４３の周囲に配置する。
【００３２】
この暖房装置は、前述した標準的な充電方法を利用して、二次電池１１の充電中に駆動系冷却回路１５の熱媒体を予熱する。なお、標準的な充電装置１２と電気自動車の充電装置１２とでは、コントローラの数が異なっている。従って、前記したように、標準的な充電装置１２における充電器用コントローラ２５と電池管理装置用コントローラ３２の役割を、電気自動車の充電装置１２における充電器用コントローラ２５と電池管理装置用コントローラ３２とＶＣ３５で役割り分担して行う。その結果、電圧波形が図４に示すようなギザギザの形状でセルＣが充電されることになり、ここで放電した熱によって駆動系冷却回路１５の熱媒体が加熱される。また、この暖房装置では、電気自動車の走行によって、インバータ１６や走行用モータＭから熱が発生すると、その熱が駆動系冷却回路１５の熱媒体に回収される。暖房する場合には、ファン４４を回すことによって放熱器４２で熱を奪い、その上で、温風を車内に供給する。暖房をしない場合には、インバータ１６や走行用モータＭの運転に支障のないように、放熱器４２で単に放熱するか、ファン４４を回して、駆動系冷却回路１５の熱媒体の温度を所定の温度範囲内に保つ。
【００３３】
図５は、本発明の暖房装置の第二実施形態が示されている。暖房装置の第二実施形態は、放電抵抗３３が駆動系冷却回路１５から離れて設けてあること、駆動系冷却回路１５を予熱する専用の予熱装置４８を備えたことが、第一の実施形態と大きく相違する。予熱装置４８は、加熱器としての専用の電気ヒータ４５とヒータスイッチ４６とが直列接続された直列回路を、二次電池１１に対して並列接続し、ヒータスイッチ４６をＶＣ３５からの指令によってＯＮ・ＯＦＦ制御するものである。図示の例では、電気ヒータ４５とヒータスイッチ４６が直列接続された直列回路が３つ存在し、これらが二次電池１１に対して並列接続されている。そして、図では、３つの電気ヒータ４５を区別するために上から順に、第１のヒータ４５Ａ、第２のヒータ４５Ｂ、第３のヒータ４５Ｃと記載してある。同様に、ヒータスイッチ４６も上から順に、第１のヒータＳＷ４６Ａ、第２のヒータＳＷ４６Ｂ、第３のヒータＳＷ４６Ｃと記載してある。これら第１〜３のヒータＳＷ４６Ａ〜ＣをＯＮ・ＯＦＦ制御するのが、ヒータ用コントローラとして機能するＶＣ３５である。また、駆動系冷却回路１５の熱媒体である冷却水の温度を検出する温度センサ４７が設けられており、この温度センサ４７が温度をＶＣ３５に出力する。
【００３４】
図６のフローチャートには、この暖房装置は、二次電池１１の充電中に駆動系冷却回路１５の熱媒体を予熱する暖房方法が示されている。以下、この暖房方法を説明する。
【００３５】
まず、予熱装置４８のヒータスイッチ４６を全てＯＦＦにした状態に保っておく。第１のステップＳ５１では、温度センサ４７からの出力によって、ＶＣ３５が冷却水の温度を把握し、冷却水の温度が設定温度よりも高いか否かを判定する。Ｙｅｓの場合には、前述した第一実施形態と同様に、標準的な充電方法（定充電工程Ｓ１、容量調整工程Ｓ２、多段充電工程Ｓ３）が行われる。また、Ｎｏの場合には、定充電工程Ｓ１、容量調整工程Ｓ２が行われる。また、定充電工程Ｓ１、容量調整工程Ｓ２が行われている間においては、第２のステップＳ５２も平行して行われる。
【００３６】
第２のステップＳ５２では、ＶＣ３５から充電器用コントローラ２５に出力されている現時点の充電電流の指令値ＩBMSと、充電器１３が現時点で供給している充電電流の現実値Ichrとが一致しているか否かを、ＶＣ３５が判定する。このために、充電器用コントローラ２５から充電電流の現実値IchrがＶＣ３５に出力される。
ところで、定充電工程Ｓ１では、徐々に充電電流が増加しながら初期設定された定電流に達するため、この増加中においては充電電流の指令値ＩBMSは、充電電流の現実値Ichrよりも大きくなる。従って、充電電流の増加中においては、この第２のステップＳ５２の判定処理は、Ｎｏとなり、この判定処理が繰り返し行われる。一方、充電電流が定電流に達した場合には、充電電流の指令値ＩBMSと、充電電流の現実値Ichrとが、一致するので、第２のステップＳ５２での判定処理がＹｅｓとなり、第３のステップＳ５３に移行する。
【００３７】
第３のステップＳ５３では、第１のヒータ４５Ａを通電させてもよいか否かの判定処理が行われる。より具体的に言えば、充電器１３の許容電流値Ｉcapが、充電電流の指令値ＩBMSに第１のヒータ４５Ａに必要な電流値ＩheAを加えた値よりも大きいか否かが、ＶＣ３５によって判定される。ところで、第１のヒータＳＷ４６ＡをＯＮにして二次電池１１と第１のヒータ４５Ａを並列接続すると、充電器１３からの充電電流が二次電池１１だけでなく、第１のヒータ４５Ａにも流れる。従って、並列接続する前と後で、充電器１３から充電電流を同じだけ流していたのでは、二次電池１１の充電電流が急激に減少してしまう。並列接続の前後で、二次電池１１の充電電流を維持するには、並列接続する際には充電器１３から流す充電電流を、第１のヒータ４５Ａに流れる分だけ増加すればよい。つまり、第１のヒータ４５Ａの抵抗値と、二次電池１１の抵抗値と、現時点で流れている充電電流ＩBMSを考慮して、増加分の充電電流ΔＩを決定すればよい。この増加分の充電電流ΔＩが、第１のヒータ４５Ａに必要な電流値ＩheAとなる。前記したように、この第３のステップＳ５３が行われている初期段階では、定充電工程Ｓ１が別処理で行われている。通常、定充電工程Ｓ１では、充電器１３から供給される充電電流を、充電器１３の許容電流値と同等に設定してあるので、充電器１３の許容電流値Ｉcap＜充電電流の指令値ＩBMS＋第１のヒータ４５Ａに必要な電流値ＩheAの関係となり、第３のステップＳ５３の判定処理は、初期段階では、Ｎｏになる。Ｎｏの場合には、この判定処理が繰り返し行われる。判定処理が繰り返し行われるうちに、定充電工程Ｓ１から多段充電工程Ｓ３に移行すると、充電電流が段階的に減少するので、そのうちにＩcap＞ＩBMS＋ＩheAの関係となり、第３のステップＳ５３での判定処理がＹｅｓになる。Ｙｅｓとなると、第４のステップＳ５４に移行する。
【００３８】
第４のステップＳ５４では、ＶＣ３５からの指令によって、第１のヒータＳＷ４６ＡをＯＮにして第１のヒータ４５Ａに通電し、充電器１３の充電電流を第１のヒータ４５Ａに必要な電流値ＩheAの分だけ増加させてやる。つまり、ＩBMS＋ＩheA→ＩBMSとなる。これによって、第１のヒータ４５Ａに通電する前後において、二次電池１１に流れる充電電流が変わらないものとなる。従って、Ｉcap＞ＩBMS＋ＩheAの関係が満たされるということは、充電器１３から供給する充電電流を増加させた上で第１のヒータ４５Ａを接続した場合に二次電池１１に流れる予定の充電電流と、二次電池１１に流れている現時点の充電電流ＩBMSとが一致することになる。そして、第４のステップＳ５４の後には、充電器１３については、多段充電工程Ｓ３が同様に行われる。より詳しく言えば、セルＣが過充電限界電圧Ｖ２以上をＢ秒継続するか否かの判定処理に移行し、以後元通りの多段充電工程Ｓ３が行われる。また、第４のステップＳ５４の後には、第５のステップＳ５５が行われる。
【００３９】
第５のステップＳ５５では、第２のヒータ４５Ｂを通電させてもよいか否かの判定処理が行われる。より具体的に言えば、充電器１３の許容電流値Ｉcapが、充電電流の指令値ＩBMSに第２のヒータ４５Ｂに必要な電流値ＩheBを加えた値よりも大きいか否かが、ＶＣ３５によって判定される。そして、この第５のステップＳ５５が行われている初期段階では、充電器１３から供給されている電流は、充電電流の指令値ＩBMSであって、二次電池１１の多段充電工程Ｓ３に必要な充電電流に、第１のヒータ４５Ａに必要な電流を加えた値である。それ故、充電器１３から供給されている電流ＩBMSは、充電器１３の許容電流値Ｉcapに近い値である。従って、充電器１３の許容電流値Ｉcap＜充電電流の指令値ＩBMS＋第２のヒータ４５Ｂに必要な電流値ＩheBの関係となり、判定処理はＮｏになる。Ｎｏの場合には、この判定処理が繰り返し行われる。判定処理が繰り返し行われるうちに、多段充電工程Ｓ３が進行し、充電電流が段階的に減少するので、そのうちにＩcap＞ＩBMS＋ＩheBの関係となり、第５のステップＳ５５での判定処理がＹｅｓになる。Ｙｅｓとなると、第６のステップＳ５６に移行する。
【００４０】
第６のステップＳ５６では、ＶＣ３５からの指令によって、第２のヒータＳＷ４６ＢをＯＮにして第２のヒータ４５Ｂに通電し、充電器１３の充電電流を第２のヒータ４５Ｂに必要な電流値ＩheBの分だけ増加させてやる。つまり、ＩBMS＋ＩheB→ＩBMSとなる。そして、第６のステップＳ５６の後には、充電器１３については、多段充電工程Ｓ３が同様に行われる。また、第６のステップＳ５６の後には、第７のステップＳ５７が行われる。
【００４１】
第７のステップＳ５７では、第３のヒータ４５Ｃを通電させてもよいか否かの判定処理が行われる。この具体的な処理は、第３のステップＳ５３及び第５のステップＳ５５と同様に行われる。つまり、Ｉcap＞ＩBMS＋ＩheCとなるか否かが判定され、最初はＩcap＜ＩBMS＋ＩheCとなり、判定処理がＮｏとなる。Ｎｏの場合には、この判定処理が繰り返し行われる。判定処理が繰り返し行われるうちに、多段充電工程Ｓ３が進行し、充電電流が段階的に減少するので、そのうちにＩcap＞ＩBMS＋ＩheCとなり、第７のステップＳ５７での判定処理がＹｅｓになる。Ｙｅｓとなると、第８のステップＳ５８に移行する。
【００４２】
第８のステップＳ５８では、ＶＣ３５からの指令によって、第３のヒータＳＷ４６ＣをＯＮにして第３のヒータ４５Ｃに通電し、充電器１３の充電電流を第３のヒータ４５Ｃに必要な電流値の分だけ増加させてやる。つまり、ＩBMS＋ＩheC→ＩBMSとなる。そして、第８のステップＳ５８の後には、充電器１３について、多段充電工程Ｓ３が同様に行われる。
【００４３】
多段充電工程Ｓ３が進行していくと、二次電池１１に対する充電電流が段階的に下がっていき、その終わりには、二次電池１１に対する充電電流≦停止電流の関係が満たされるようになる。このとき二次電池１１は十分に充電されており、二次電池１１の充電電流が停止電流に達したことを、電池管理装置１４内の図示しない電流検出回路からの検出値により、電池管理装置用コントローラ３２は把握する。そして、電池管理装置用コントローラ３２は、二次電池に１１対する充電を終了させるために、ＶＣ３５に対して充電電流の指令値ＩBMSを０にする指令を出力する。すると、ＶＣ３５は、ＩBMS＝０の指令値を充電器用コントローラ２５に対して出力し、併せて、充電スイッチ２４をＯＦＦに、全てのヒータスイッチ４６をＯＦＦにする指令を出力する。ＩBMS＝０の指令値が入力されると、充電器用コントローラ２５は充電電流を０にする。以上の手順で予熱が行われる。なお、図６のフローチャートには示していないが、第２のステップＳ５２以降の処理の最中に、冷却水の温度が設定温度を上回った場合には、二次電池１１に対する充電処理のみが行われ、予熱装置４８のヒータスイッチ４６を全てＯＦＦにする。
【００４４】
図７には、上述した暖房方法を利用した場合の、充電器１３から供給される電流の時間推移が示されている。また、図８には、二次電池１１に流れる充電電流の推移が示されており、併せて予熱に使用する電流が示されている。これら図により、充電器１３から供給される電流は、時間の推移に伴って、段階的に上下動するにも関わらず、第１〜第３のヒータ４５Ａ〜４５Ｃによって駆動系冷却回路１５を予熱しながら、二次電池１１に対しては、定充電工程Ｓ１、多段充電工程Ｓ３が標準的な充電方法と同じように行われていることが分かる。
【００４５】
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、予熱装置４８の電気ヒータ４５の個数は限定されない。また、暖房装置は、第１の実施形態と第２の実施形態を合わせたものであっても良い。
【符号の説明】
【００４６】
１１二次電池
１２充電装置
１３充電器
１４電池管理装置
１５駆動系冷却回路
１６インバータ
２１二次電池電圧検出回路
２２直流電流電源
２３電流検出回路
２４充電スイッチ
２５充電器用コントローラ
３１容量調整回路
３２電池管理装置用コントローラ
３３放電抵抗
３４放電スイッチ
３５ＶＣ
３６走行用放電スイッチ
４１循環路
４２放熱器
４３パイプ
４４ファン
４５電気ヒータ
４５Ａ第１のヒータ
４５Ｂ第２のヒータ
４５Ｃ第３のヒータ
４６ヒータスイッチ
４６Ａ第１のヒータＳＷ
４６Ｂ第２のヒータＳＷ
４６Ｃ第３のヒータＳＷ
４７温度センサ
４８予熱装置
【００４７】
Ｃセル
Ｕセルユニット
Ｐポンプ
Ｍ走行用モータ
【００４８】
Ｓ１定充電工程
Ｓ２容量調整工程
Ｓ３多段充電工程
Ｓ５１第１のステップ
Ｓ５２第２のステップ
Ｓ５３第３のステップ
Ｓ５４第４のステップ
Ｓ５５第５のステップ
Ｓ５６第６のステップ
Ｓ５７第７のステップ
Ｓ５８第８のステップ
【００４９】
８１暖房装置
８２パイプ
８３電気ヒータ
８４温水回路
８５二次電池
９１駆動系冷却回路
９２走行用モータ
９３インバータ
９４放熱器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車の車内を暖房する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９には、従来の電気自動車の暖房装置８１と駆動系冷却回路９１が示されている。電気自動車の暖房装置８１としては、熱媒体である水を流すパイプ８２を、電気ヒータ８３で温める温水回路８４が一般的に知られている。電気ヒータ８３を加熱するために動力用の二次電池８５が用いられているため、電気ヒータ８３を使用すれば、動力用の二次電池８５の電力消費量が多くなり、その分だけ電気自動車の走行可能距離が短くなる。
【０００３】
そこで、本発明者は温水回路を利用しながらも、他の装置から発生する熱を温水回路に回収することができないかと考えた。
【０００４】
ところで、電気自動車は、図９に示すように、走行用モータ９２及び、走行用モータ９２を制御するインバータ９３が動作中に熱を発する。従って、これらを冷却する駆動系冷却回路９１が温水回路８４とは独立して設けられており、駆動系冷却回路９１中の放熱器９４により大気中に放熱し、走行用モータ９２及びインバータ９３を安定して動作させている。
【０００５】
また、図９に示すように電気自動車には動力用の二次電池８５として、複数のセル８５ａより構成されるものが用いられている。このような二次電池８５を充電する充電装置としては、定電流の充電電流を流す充電器８６と、電池管理装置８７とを備えたものが知られている（特許文献１、２）。
【０００６】
この充電装置で充電する際には、電池管理装置８７が、充電電流を各セルに全部流す場合と、各セルに対して並列接続可能な放電抵抗にも流す場合を制御することによって、各セルの電圧をできるだけ均一に保ちながら充電している。また、充電器８６が充電電流を段階的に小さくする充電方式（多段充電方式）を実施している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３６９３９８号公報
【特許文献２】特開２００７−２３６１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明者は、電気自動車での走行中における二次電池の電力消費量を抑え、走行可能距離を延ばすために、温水回路に回収することのできる熱として、今まで大気中に放出されていた熱、つまり、（１）前記した駆動系冷却回路から発生する熱、（２）充電装置の放電抵抗から発生する熱に着目した。
【０００９】
また、（３）多段充電方式については、次のように考えた。充電電流の最大値は、二次電池側で制限がない場合には充電用ケーブルの太さで決まる。充電電流を段階的に小さくしたい場合には、充電器には、充電電流（充電用ケーブル）に余力があるということである。従って、充電器で小さくしていた分の充電電流を、熱として温水回路に回収することも可能なはずである。
【００１０】
本発明は上記実情を考慮して創作されたもので、その目的は、電気自動車の走行可能距離をできるだけ延ばすために、暖房装置の温水回路に熱を回収可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のうち請求項１の発明は、二次電池と、二次電池を駆動源とする走行用モータと、走行用モータを制御するインバータと、走行用モータ及びインバータを冷却するための駆動系冷却回路と、温水回路からなる暖房装置を備える電気自動車であって、温水回路は、温水が流れる循環路に加熱器から発生する熱を回収し、暖房時に回収した熱で空気を暖めて温風を車内に供給する電気自動車の暖房方法において、駆動系冷却回路を温水回路に、並びに走行用モータ及びインバータを加熱器に兼用することによって、走行中には、走行用モータ及びインバータから発生する熱を駆動系冷却回路の循環路に回収することを特徴とする。
【００１２】
このような暖房方法に対応する暖房装置は、請求項４の発明のように、走行用モータ及び走行用モータを制御するインバータを冷却するための駆動系冷却回路を備えると共に、温水回路からなる暖房装置を備える電気自動車であって、温水回路は、温水が流れる循環路に加熱器から発生する熱を回収し、暖房時に回収した熱で空気を暖めて温風を車内に供給する電気自動車の暖房装置において、駆動系冷却回路を温水回路に、並びに走行用モータ及びインバータを加熱器に兼用するものである。
【００１３】
また、二次電池を充電する場合に、駆動系冷却回路を暖める方法の一例としては、以下の方法がある。
すなわち、請求項２の発明のように、充電器から充電電流を供給し、二次電池を構成する複数の各セルの電圧を均一にするために、充電電流を各セルに流しながら、各セルに対して並列接続可能な放電抵抗にも流すか否かを電池管理装置によって制御し、放電抵抗を加熱器として兼用することによって、充電中には、放電抵抗から発生する熱を駆動系冷却回路の循環路に回収する方法である。
また、この暖房方法に対応する暖房装置は、請求項５の発明のように、複数のセルから構成される二次電池に充電電流を供給する充電器と、各セルの電圧を均一にするために充電電流を各セルに流しながらも各セルに対して並列接続可能な放電抵抗にも流すか否かを制御する電池管理装置とを備え、放電抵抗を加熱器として兼用するものである。
【００１４】
同様に二次電池を充電する場合に、駆動系冷却回路を効率良く暖める方法の一例としては、以下の方法がある。
すなわち、請求項３の発明のように、二次電池に対して並列接続可能な加熱器としての電気ヒータを切り離した状態を保ちつつ、充電器から二次電池に対して充電電流を段階的に下げながら供給し、その供給中に以下の(一）の条件が満たされた場合には、二次電池と電気ヒータを並列接続して通電すると共に充電電流を増加させることによって、充電中に、電気ヒータから発生する熱を駆動系冷却回路の循環路に回収する方法である。（一）充電器から供給する充電電流を増加させた上で電気ヒータを接続した場合に二次電池に流れる予定の充電電流と、二次電池に流れている現時点の充電電流とが一致すること。
また、この暖房方法に対応する暖房装置は、請求項６の発明のように、加熱器としての電気ヒータと、二次電池に対して電気ヒータを並列接続可能なヒータスイッチとを備える予熱装置を設けると共に、ヒータスイッチのＯＮ・ＯＦＦを制御するヒータ用コントローラを備え、ヒータ用コントローラのヒータスイッチのＯＦＦ制御によって電気ヒータを切り離した状態を保ちつつ、充電器から二次電池に対して充電電流を段階的に下げながら供給し、その供給中に以下の(一）の条件が満たされた場合には、ヒータ用コントローラがヒータスイッチのＯＮ制御によって二次電池と電気ヒータを通電すると共に充電器が充電電流を増加させることによって、充電中に、電気ヒータから発生する熱を温水回路の循環路に回収するものである。（一）充電器から供給する充電電流を増加させた上で電気ヒータを接続した場合に二次電池に流れる予定の充電電流と、二次電池に流れている現時点の充電電流とが一致すること。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１、４に記載の発明によれば、駆動系冷却回路を温水回路に、並びに走行用モータ及びインバータを加熱器に兼用することによって、走行中には、走行用モータ及びインバータから発生する熱を駆動系冷却回路の循環路に回収することが可能になる。
【００１６】
また、請求項２、５に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、放電抵抗を加熱器として兼用することによって、二次電池を構成する複数の各セルの電圧を均一にするために、充電電流を各セルに流しながら放電抵抗にも流した場合に、放電抵抗から発生する熱を駆動系冷却回路の循環路に回収することが可能になる。
【００１７】
また、請求項３、６に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、充電器から二次電池に充電電流を段階的に下げながら供給しているうちに、一定条件下において二次電池と電気ヒータを並列接続して通電すると共に充電電流を増加させることによって、二次電池に対してはそれまでと同様に充電電流を段階的に下げながら供給することを継続して行い、その上で、電気ヒータから発生する熱を駆動系冷却回路の循環路に回収することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による電気自動車の暖房装置の第１実施形態を示す説明図である。
【図２】標準的な充電装置の構成を示す説明図である。
【図３】標準的な充電方法を示すフローチャートである。
【図４】標準的な充電方法における充電電流、セルの両端電圧の時間推移を示すグラフである。
【図５】本発明による電気自動車の暖房装置の第２実施形態を示す説明図である。
【図６】暖房装置の第２実施形態による暖房方法を示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態による暖房方法を実施した場合に充電器から出力される電流の時間推移を示すグラフである。
【図８】第２実施形態による暖房方法を実施した場合における充電電流の時間推移を、予熱用の電流と併せて示すグラフである。
【図９】従来の電気自動車の暖房装置及び駆動系冷却回路を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１には、本発明を適用した電気自動車の概略が示されている。この電気自動車は、二次電池１１を動力源として搭載し、インバータ１６で制御される走行用モータＭで駆動するものである。二次電池１１は、通常、複数のセルＣ、…を直列接続することによって１つのセルユニットＵを形成し、このような複数のセルユニットＵを並列接続したものである。図示の例では、説明の便宜上、二次電池１１が１つのセルユニットＵで構成されている。このような二次電池１１を充電するために、充電装置１２が設けられている。
【００２０】
図２には電気自動車に限らない、標準的な充電装置１２の構成が示されている。充電装置１２は、二次電池１１に定電流を充電電流として流す充電器１３と、充電器１３から流された充電電流を各セルＣに全部流す場合と一部を各セルＣに対して並列接続可能な放電抵抗３３に流す場合とを制御する電池管理装置１４とを備えている。
【００２１】
充電器１３は、二次電池１１に対して二次電池電圧検出回路２１を並列接続すると共に、この二次電池電圧検出回路２１に対して、直流電流電源２２と電流検出回路２３が直列接続された直列回路を並列接続し、電流検出回路２３から二次電池１１に向かう配線の途中に充電スイッチ２４が接続されている。また、充電器１３には、ＣＰＵが内蔵された専用のコントローラ（以下、「充電器用コントローラ」という。）２５が設けられている。
【００２２】
充電器用コントローラ２５は、二次電池電圧検出回路２１、直流電流電源２２、電流検出回路２３、及び充電スイッチ２４に接続されている。そして、充電器用コントローラ２５は、各種の情報信号を取り込み、充電スイッチ２４を開閉して二次電池１１への通電を制御すると共に、情報信号に基づいて直流電流電源２２の電流値を設定する。ここで各種の情報信号とは、二次電池電圧検出回路２１から得られる二次電池１１の電圧、電流検出回路２３から得られる直流電流電源２２の電流値、電池管理装置用コントローラ３２から得られるセルＣ…の両端電圧に関する情報である。
【００２３】
電池管理装置１４は、各セルＣに対して容量調整回路３１を並列接続し、容量調整回路３１に対してこの回路の通電を制御する電池管理装置用コントローラ３２を接続してある。容量調整回路３１は、放電抵抗３３と放電スイッチ３４を直列接続したバイパス回路である。電池管理装置用コントローラ３２は、セルＣの両端電圧を検出すると共に、放電スイッチ３４のＯＮ・ＯＦＦを制御する。
【００２４】
図３のフローチャートには、上述した充電装置１２が二次電池１１を充電する標準的な充電方法が示されている。以下、この充電方法を説明する。
まず、充電器用コントローラ２５が充電スイッチ２４を閉じて定充電工程Ｓ１を最初に行う。定充電工程Ｓ１では、徐々に充電電流を増やしていきながら予め定められた所定の定電流を流す。続いて、容量調整工程Ｓ２が行われる。
【００２５】
容量調整工程Ｓ２は、各セルＣの両端電圧を電池管理装置用コントローラ３２で検出する。満充電電圧Ｖ１未満のセルＣについては、そのまま定電流での充電を継続する。そして、例えば特定のセルＣが満充電電圧Ｖ１以上に該当するに至ると、該当セルＣ専用の放電スイッチ３４を閉じて、放電抵抗３３に電流を導き、該当セルＣへの電流の減少に伴って該当セルＣの充電電圧が低下する。充電電圧が低下しても満充電電圧Ｖ１以上の場合にはそのままの状態を維持し、満充電電圧Ｖ１未満に落ちると、放電スイッチ３４を開いて放電抵抗３３への通電を停止し、再度、該当セルＣを定充電で充電する。なお、定充電工程Ｓ１の有無に関わらず、容量調整工程Ｓ２が常時行われているのであるが、通常、定充電工程Ｓ１が行われない限り、容量調整工程Ｓ２は行われないので、図３のフローチャートでは、定充電工程Ｓ１の後に容量調整工程Ｓ２を記載してある。また、容量調整工程Ｓ２とは関係なく、定充電工程Ｓ１の後には、多段充電工程Ｓ３が行われる。
【００２６】
多段充電工程Ｓ３では、電池管理装置用コントローラ３２がセルＣの両端電圧を充電器用コントローラ２５に対して出力し、いずれかのセルＣが過充電限界電圧Ｖ２以上をＡ秒(例えば２秒）継続することを確認すると、充電器用コントローラ２５から直流電流電源２２に指令を送って、定電流の充電電流を設定分ΔＩだけ下げる。充電電流を下げてもセルＣが過充電限界電圧Ｖ２以上をＢ秒（＞Ａ例えば８秒）継続することを確認すると、充電器用コントローラ２５が充電スイッチ２４を開いて充電を強制停止する。過充電限界電圧Ｖ２がＢ秒継続しない場合には、充電器用コントローラ２５が充電電流を検出して、停止電流（初期設定された定電流よりもかなり小さい）未満にまで落ち込んだか否かを判定する。停止電流未満に落ち込んでいない場合には再度、セルＣが過充電限界電圧Ｖ２以上をＡ秒(例えば２秒)継続することを確認するステップに戻る。次にいずれかのセルＣが過充電限界電圧Ｖ２以上をＡ秒継続することを確認すると、同様のループ処理が行われる。このループ処理を繰り返すと図４に示すように、電圧波形がギザギザの形状となりながら、セルＣが充電され、このとき、充電電流の波形は、時間経過に伴って段階的に下がる形状となる。そして、このループ処理を繰り返しているうちに、充電電流が停止電流未満に落ち込んだ場合には二次電池１１が十分に充電されたものとして、充電スイッチ２４を開いて充電を停止する。以上で、二次電池１１の充電が終了する。
【００２７】
充電をするための各種の判断や指令は、上述した標準的な充電装置１２では、充電器用コントローラ２５と電池管理装置用コントローラ３２が協同して行っていたが、図１に示す電気自動車の充電装置１２では、充電器用コントローラ２５と電池管理装置用コントローラ３２とビークルコントローラ３５（以下「ＶＣ」と言う。）が協同して行う。従って、一般的な充電装置１２における充電器用コントローラ２５と電池管理装置用コントローラ３２の役割を、電気自動車の充電装置１２における充電器用コントローラ２５と電池管理装置用コントローラ３２とＶＣ３５とが役割り分担して行う。また、図１に示す電気自動車では、充電装置１２は、充電器１３と電池管理装置１４とＶＣ３５を主として備えている。なお、図１の例では、充電スイッチ２４が充電器１３ではなく、二次電池１１と充電器１３を繋ぐ線の途中にある。
【００２８】
電気自動車の電池管理装置用コントローラ３２は、セル電圧だけでなく、二次電池１１の電圧、充電電流、放電電流、電池表面温度を監視し、放電スイッチ３４に放電の開始や停止、ＶＣ３５に充電及び走行用放電の開始や停止、充電電流及び走行用放電電流等の指令を出力する。
【００２９】
ＶＣ３５は、電池管理装置用コントローラ３２からの指令を受けて、充電器用コントローラ２５に充電の開始や停止、充電電流の指令を出力する。また、ＶＣ３５は、電気自動車の運転制御を行うもので、例えば走行用モータＭを適切に駆動させるために、二次電池１１から走行用モータＭへの通電を制御する走行用放電スイッチ３６をＯＮ・ＯＦＦすると共に、インバータ１６に対して指令を出力し、それによって、電気自動車を走行させる。その結果、インバータ１６及び走行用モータＭから熱が発生するので、これらを冷却する駆動系冷却回路１５が設けられている。
【００３０】
駆動系冷却回路１５は、走行用モータＭとインバータ１６の双方を冷却する循環路４１を備えている。より詳しく言えば、この循環路４１は、走行用モータＭとインバータ１６の双方の周囲にそれぞれ形成されたウォータジャケット（図ではＭ、ＩＮＶとして簡略表示している。）と、熱交換器としての放熱器４２と、ポンプＰと、これら繋いで熱媒体を循環させるパイプ４３とから構成されている。図示の例では、ポンプＰから送られる熱媒体としての冷却水が、インバータ１６、走行用モータＭ、放熱器４２を順番に通過するように、配置されている。また、放熱器４２の近傍にはファン４４が設置され、室内に温風を供給するように構成してある。
【００３１】
前記した駆動系冷却回路１５と電池管理装置１４を主として構成されたものが本発明の暖房装置であり、その第一実施形態が図１に示されている。暖房装置の第一実施形態は、駆動系冷却回路１５を従来までの暖房装置に設けられていた温水回路として兼用し、それによって走行用モータＭ及びインバータ１６を暖房用の加熱器として兼用するものである。また、暖房装置の第一実施形態は、電池管理装置１４の放電抵抗３３を加熱器として兼用し、駆動系冷却回路１５における循環路４１の一部に、放電抵抗３３を配置したものである。より詳しく言えば、走行用モータＭ及びインバータ１６の双方に対する二次側であって、放熱器４２よりも一次側のパイプ４３に放電抵抗（電気ヒータ、より詳しく言えば抵抗発熱体）３３を熱交換可能に配置してある。熱交換する具体的な配置としては、例えば放電抵抗３３をパイプ４３の周囲に配置する。
【００３２】
この暖房装置は、前述した標準的な充電方法を利用して、二次電池１１の充電中に駆動系冷却回路１５の熱媒体を予熱する。なお、標準的な充電装置１２と電気自動車の充電装置１２とでは、コントローラの数が異なっている。従って、前記したように、標準的な充電装置１２における充電器用コントローラ２５と電池管理装置用コントローラ３２の役割を、電気自動車の充電装置１２における充電器用コントローラ２５と電池管理装置用コントローラ３２とＶＣ３５で役割り分担して行う。その結果、電圧波形が図４に示すようなギザギザの形状でセルＣが充電されることになり、ここで放電した熱によって駆動系冷却回路１５の熱媒体が加熱される。また、この暖房装置では、電気自動車の走行によって、インバータ１６や走行用モータＭから熱が発生すると、その熱が駆動系冷却回路１５の熱媒体に回収される。暖房する場合には、ファン４４を回すことによって放熱器４２で熱を奪い、その上で、温風を車内に供給する。暖房をしない場合には、インバータ１６や走行用モータＭの運転に支障のないように、放熱器４２で単に放熱するか、ファン４４を回して、駆動系冷却回路１５の熱媒体の温度を所定の温度範囲内に保つ。
【００３３】
図５は、本発明の暖房装置の第二実施形態が示されている。暖房装置の第二実施形態は、放電抵抗３３が駆動系冷却回路１５から離れて設けてあること、駆動系冷却回路１５を予熱する専用の予熱装置４８を備えたことが、第一の実施形態と大きく相違する。予熱装置４８は、加熱器としての専用の電気ヒータ４５とヒータスイッチ４６とが直列接続された直列回路を、二次電池１１に対して並列接続し、ヒータスイッチ４６をＶＣ３５からの指令によってＯＮ・ＯＦＦ制御するものである。図示の例では、電気ヒータ４５とヒータスイッチ４６が直列接続された直列回路が３つ存在し、これらが二次電池１１に対して並列接続されている。そして、図では、３つの電気ヒータ４５を区別するために上から順に、第１のヒータ４５Ａ、第２のヒータ４５Ｂ、第３のヒータ４５Ｃと記載してある。同様に、ヒータスイッチ４６も上から順に、第１のヒータＳＷ４６Ａ、第２のヒータＳＷ４６Ｂ、第３のヒータＳＷ４６Ｃと記載してある。これら第１〜３のヒータＳＷ４６Ａ〜ＣをＯＮ・ＯＦＦ制御するのが、ヒータ用コントローラとして機能するＶＣ３５である。また、駆動系冷却回路１５の熱媒体である冷却水の温度を検出する温度センサ４７が設けられており、この温度センサ４７が温度をＶＣ３５に出力する。
【００３４】
図６のフローチャートには、この暖房装置は、二次電池１１の充電中に駆動系冷却回路１５の熱媒体を予熱する暖房方法が示されている。以下、この暖房方法を説明する。
【００３５】
まず、予熱装置４８のヒータスイッチ４６を全てＯＦＦにした状態に保っておく。第１のステップＳ５１では、温度センサ４７からの出力によって、ＶＣ３５が冷却水の温度を把握し、冷却水の温度が設定温度よりも高いか否かを判定する。Ｙｅｓの場合には、前述した第一実施形態と同様に、標準的な充電方法（定充電工程Ｓ１、容量調整工程Ｓ２、多段充電工程Ｓ３）が行われる。また、Ｎｏの場合には、定充電工程Ｓ１、容量調整工程Ｓ２が行われる。また、定充電工程Ｓ１、容量調整工程Ｓ２が行われている間においては、第２のステップＳ５２も平行して行われる。
【００３６】
第２のステップＳ５２では、ＶＣ３５から充電器用コントローラ２５に出力されている現時点の充電電流の指令値ＩBMSと、充電器１３が現時点で供給している充電電流の現実値Ichrとが一致しているか否かを、ＶＣ３５が判定する。このために、充電器用コントローラ２５から充電電流の現実値IchrがＶＣ３５に出力される。
ところで、定充電工程Ｓ１では、徐々に充電電流が増加しながら初期設定された定電流に達するため、この増加中においては充電電流の指令値ＩBMSは、充電電流の現実値Ichrよりも大きくなる。従って、充電電流の増加中においては、この第２のステップＳ５２の判定処理は、Ｎｏとなり、この判定処理が繰り返し行われる。一方、充電電流が定電流に達した場合には、充電電流の指令値ＩBMSと、充電電流の現実値Ichrとが、一致するので、第２のステップＳ５２での判定処理がＹｅｓとなり、第３のステップＳ５３に移行する。
【００３７】
第３のステップＳ５３では、第１のヒータ４５Ａを通電させてもよいか否かの判定処理が行われる。より具体的に言えば、充電器１３の許容電流値Ｉcapが、充電電流の指令値ＩBMSに第１のヒータ４５Ａに必要な電流値ＩheAを加えた値よりも大きいか否かが、ＶＣ３５によって判定される。ところで、第１のヒータＳＷ４６ＡをＯＮにして二次電池１１と第１のヒータ４５Ａを並列接続すると、充電器１３からの充電電流が二次電池１１だけでなく、第１のヒータ４５Ａにも流れる。従って、並列接続する前と後で、充電器１３から充電電流を同じだけ流していたのでは、二次電池１１の充電電流が急激に減少してしまう。並列接続の前後で、二次電池１１の充電電流を維持するには、並列接続する際には充電器１３から流す充電電流を、第１のヒータ４５Ａに流れる分だけ増加すればよい。つまり、第１のヒータ４５Ａの抵抗値と、二次電池１１の抵抗値と、現時点で流れている充電電流ＩBMSを考慮して、増加分の充電電流ΔＩを決定すればよい。この増加分の充電電流ΔＩが、第１のヒータ４５Ａに必要な電流値ＩheAとなる。前記したように、この第３のステップＳ５３が行われている初期段階では、定充電工程Ｓ１が別処理で行われている。通常、定充電工程Ｓ１では、充電器１３から供給される充電電流を、充電器１３の許容電流値と同等に設定してあるので、充電器１３の許容電流値Ｉcap＜充電電流の指令値ＩBMS＋第１のヒータ４５Ａに必要な電流値ＩheAの関係となり、第３のステップＳ５３の判定処理は、初期段階では、Ｎｏになる。Ｎｏの場合には、この判定処理が繰り返し行われる。判定処理が繰り返し行われるうちに、定充電工程Ｓ１から多段充電工程Ｓ３に移行すると、充電電流が段階的に減少するので、そのうちにＩcap＞ＩBMS＋ＩheAの関係となり、第３のステップＳ５３での判定処理がＹｅｓになる。Ｙｅｓとなると、第４のステップＳ５４に移行する。
【００３８】
第４のステップＳ５４では、ＶＣ３５からの指令によって、第１のヒータＳＷ４６ＡをＯＮにして第１のヒータ４５Ａに通電し、充電器１３の充電電流を第１のヒータ４５Ａに必要な電流値ＩheAの分だけ増加させてやる。つまり、ＩBMS＋ＩheA→ＩBMSとなる。これによって、第１のヒータ４５Ａに通電する前後において、二次電池１１に流れる充電電流が変わらないものとなる。従って、Ｉcap＞ＩBMS＋ＩheAの関係が満たされるということは、充電器１３から供給する充電電流を増加させた上で第１のヒータ４５Ａを接続した場合に二次電池１１に流れる予定の充電電流と、二次電池１１に流れている現時点の充電電流ＩBMSとが一致することになる。そして、第４のステップＳ５４の後には、充電器１３については、多段充電工程Ｓ３が同様に行われる。より詳しく言えば、セルＣが過充電限界電圧Ｖ２以上をＢ秒継続するか否かの判定処理に移行し、以後元通りの多段充電工程Ｓ３が行われる。また、第４のステップＳ５４の後には、第５のステップＳ５５が行われる。
【００３９】
第５のステップＳ５５では、第２のヒータ４５Ｂを通電させてもよいか否かの判定処理が行われる。より具体的に言えば、充電器１３の許容電流値Ｉcapが、充電電流の指令値ＩBMSに第２のヒータ４５Ｂに必要な電流値ＩheBを加えた値よりも大きいか否かが、ＶＣ３５によって判定される。そして、この第５のステップＳ５５が行われている初期段階では、充電器１３から供給されている電流は、充電電流の指令値ＩBMSであって、二次電池１１の多段充電工程Ｓ３に必要な充電電流に、第１のヒータ４５Ａに必要な電流を加えた値である。それ故、充電器１３から供給されている電流ＩBMSは、充電器１３の許容電流値Ｉcapに近い値である。従って、充電器１３の許容電流値Ｉcap＜充電電流の指令値ＩBMS＋第２のヒータ４５Ｂに必要な電流値ＩheBの関係となり、判定処理はＮｏになる。Ｎｏの場合には、この判定処理が繰り返し行われる。判定処理が繰り返し行われるうちに、多段充電工程Ｓ３が進行し、充電電流が段階的に減少するので、そのうちにＩcap＞ＩBMS＋ＩheBの関係となり、第５のステップＳ５５での判定処理がＹｅｓになる。Ｙｅｓとなると、第６のステップＳ５６に移行する。
【００４０】
第６のステップＳ５６では、ＶＣ３５からの指令によって、第２のヒータＳＷ４６ＢをＯＮにして第２のヒータ４５Ｂに通電し、充電器１３の充電電流を第２のヒータ４５Ｂに必要な電流値ＩheBの分だけ増加させてやる。つまり、ＩBMS＋ＩheB→ＩBMSとなる。そして、第６のステップＳ５６の後には、充電器１３については、多段充電工程Ｓ３が同様に行われる。また、第６のステップＳ５６の後には、第７のステップＳ５７が行われる。
【００４１】
第７のステップＳ５７では、第３のヒータ４５Ｃを通電させてもよいか否かの判定処理が行われる。この具体的な処理は、第３のステップＳ５３及び第５のステップＳ５５と同様に行われる。つまり、Ｉcap＞ＩBMS＋ＩheCとなるか否かが判定され、最初はＩcap＜ＩBMS＋ＩheCとなり、判定処理がＮｏとなる。Ｎｏの場合には、この判定処理が繰り返し行われる。判定処理が繰り返し行われるうちに、多段充電工程Ｓ３が進行し、充電電流が段階的に減少するので、そのうちにＩcap＞ＩBMS＋ＩheCとなり、第７のステップＳ５７での判定処理がＹｅｓになる。Ｙｅｓとなると、第８のステップＳ５８に移行する。
【００４２】
第８のステップＳ５８では、ＶＣ３５からの指令によって、第３のヒータＳＷ４６ＣをＯＮにして第３のヒータ４５Ｃに通電し、充電器１３の充電電流を第３のヒータ４５Ｃに必要な電流値の分だけ増加させてやる。つまり、ＩBMS＋ＩheC→ＩBMSとなる。そして、第８のステップＳ５８の後には、充電器１３について、多段充電工程Ｓ３が同様に行われる。
【００４３】
多段充電工程Ｓ３が進行していくと、二次電池１１に対する充電電流が段階的に下がっていき、その終わりには、二次電池１１に対する充電電流≦停止電流の関係が満たされるようになる。このとき二次電池１１は十分に充電されており、二次電池１１の充電電流が停止電流に達したことを、電池管理装置１４内の図示しない電流検出回路からの検出値により、電池管理装置用コントローラ３２は把握する。そして、電池管理装置用コントローラ３２は、二次電池に１１対する充電を終了させるために、ＶＣ３５に対して充電電流の指令値ＩBMSを０にする指令を出力する。すると、ＶＣ３５は、ＩBMS＝０の指令値を充電器用コントローラ２５に対して出力し、併せて、充電スイッチ２４をＯＦＦに、全てのヒータスイッチ４６をＯＦＦにする指令を出力する。ＩBMS＝０の指令値が入力されると、充電器用コントローラ２５は充電電流を０にする。以上の手順で予熱が行われる。なお、図６のフローチャートには示していないが、第２のステップＳ５２以降の処理の最中に、冷却水の温度が設定温度を上回った場合には、二次電池１１に対する充電処理のみが行われ、予熱装置４８のヒータスイッチ４６を全てＯＦＦにする。
【００４４】
図７には、上述した暖房方法を利用した場合の、充電器１３から供給される電流の時間推移が示されている。また、図８には、二次電池１１に流れる充電電流の推移が示されており、併せて予熱に使用する電流が示されている。これら図により、充電器１３から供給される電流は、時間の推移に伴って、段階的に上下動するにも関わらず、第１〜第３のヒータ４５Ａ〜４５Ｃによって駆動系冷却回路１５を予熱しながら、二次電池１１に対しては、定充電工程Ｓ１、多段充電工程Ｓ３が標準的な充電方法と同じように行われていることが分かる。
【００４５】
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、予熱装置４８の電気ヒータ４５の個数は限定されない。また、暖房装置は、第１の実施形態と第２の実施形態を合わせたものであっても良い。
【符号の説明】
【００４６】
１１二次電池
１２充電装置
１３充電器
１４電池管理装置
１５駆動系冷却回路
１６インバータ
２１二次電池電圧検出回路
２２直流電流電源
２３電流検出回路
２４充電スイッチ
２５充電器用コントローラ
３１容量調整回路
３２電池管理装置用コントローラ
３３放電抵抗
３４放電スイッチ
３５ＶＣ
３６走行用放電スイッチ
４１循環路
４２放熱器
４３パイプ
４４ファン
４５電気ヒータ
４５Ａ第１のヒータ
４５Ｂ第２のヒータ
４５Ｃ第３のヒータ
４６ヒータスイッチ
４６Ａ第１のヒータＳＷ
４６Ｂ第２のヒータＳＷ
４６Ｃ第３のヒータＳＷ
４７温度センサ
４８予熱装置
【００４７】
Ｃセル
Ｕセルユニット
Ｐポンプ
Ｍ走行用モータ
【００４８】
Ｓ１定充電工程
Ｓ２容量調整工程
Ｓ３多段充電工程
Ｓ５１第１のステップ
Ｓ５２第２のステップ
Ｓ５３第３のステップ
Ｓ５４第４のステップ
Ｓ５５第５のステップ
Ｓ５６第６のステップ
Ｓ５７第７のステップ
Ｓ５８第８のステップ
【００４９】
８１暖房装置
８２パイプ
８３電気ヒータ
８４温水回路
８５二次電池
９１駆動系冷却回路
９２走行用モータ
９３インバータ
９４放熱器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池と、二次電池を駆動源とする走行用モータと、走行用モータを制御するインバータと、走行用モータ及びインバータを冷却するための駆動系冷却回路と、温水回路からなる暖房装置を備える電気自動車であって、
温水回路は、温水が流れる循環路に加熱器から発生する熱を回収し、暖房時に回収した熱で空気を暖めて温風を車内に供給する電気自動車の暖房方法において、
駆動系冷却回路を温水回路に、並びに走行用モータ及びインバータを加熱器に兼用することによって、走行中には、走行用モータ及びインバータから発生する熱を駆動系冷却回路の循環路に回収することを特徴とする電気自動自動車の暖房方法。
【請求項２】
充電器から充電電流を供給し、二次電池を構成する複数の各セルの電圧を均一にするために、充電電流を各セルに流しながら、各セルに対して並列接続可能な放電抵抗にも流すか否かを電池管理装置によって制御し、
放電抵抗を加熱器として兼用することによって、充電中には、放電抵抗から発生する熱を駆動系冷却回路の循環路に回収することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の暖房方法。
【請求項３】
二次電池に対して並列接続可能な加熱器としての電気ヒータを切り離した状態を保ちつつ、充電器から二次電池に対して充電電流を段階的に下げながら供給し、
その供給中に以下の(一）の条件が満たされた場合には、二次電池と電気ヒータを並列接続して通電すると共に充電電流を増加させることによって、充電中に、電気ヒータから発生する熱を駆動系冷却回路の循環路に回収することを特徴とする請求項１又は２に記載の電気自動車の暖房方法。
（一）充電器から供給する充電電流を増加させた上で電気ヒータを接続した場合に二次電池に流れる予定の充電電流と、二次電池に流れている現時点の充電電流とが一致すること。
【請求項４】
走行用モータ及び走行用モータを制御するインバータを冷却するための駆動系冷却回路を備えると共に、温水回路からなる暖房装置を備える電気自動車であって、
温水回路は、温水が流れる循環路に加熱器から発生する熱を回収し、暖房時に回収した熱で空気を暖めて温風を車内に供給する電気自動車の暖房装置において、
駆動系冷却回路を温水回路に、並びに走行用モータ及びインバータを加熱器に兼用することを特徴とする電気自動車の暖房装置。
【請求項５】
複数のセルから構成される二次電池に充電電流を供給する充電器と、各セルの電圧を均一にするために充電電流を各セルに流しながらも各セルに対して並列接続可能な放電抵抗にも流すか否かを制御する電池管理装置とを備え、
放電抵抗を加熱器として兼用することを特徴とする請求項４に記載の電気自動車の暖房装置。
【請求項６】
加熱器としての電気ヒータと、二次電池に対して電気ヒータを並列接続可能なヒータスイッチとを備える予熱装置を設けると共に、ヒータスイッチのＯＮ・ＯＦＦを制御するヒータ用コントローラを備え、
ヒータ用コントローラのヒータスイッチのＯＦＦ制御によって電気ヒータを切り離した状態を保ちつつ、充電器から二次電池に対して充電電流を段階的に下げながら供給し、
その供給中に以下の(一）の条件が満たされた場合には、ヒータ用コントローラがヒータスイッチのＯＮ制御によって二次電池と電気ヒータを通電すると共に充電器が充電電流を増加させることによって、充電中に、電気ヒータから発生する熱を温水回路の循環路に回収することを特徴とする請求項４又は５に記載の電気自動車の暖房装置。
（一）充電器から供給する充電電流を増加させた上で電気ヒータを接続した場合に二次電池に流れる予定の充電電流と、二次電池に流れている現時点の充電電流とが一致すること。
【請求項１】
二次電池と、二次電池を駆動源とする走行用モータと、走行用モータを制御するインバータと、走行用モータ及びインバータを冷却するための駆動系冷却回路と、温水回路からなる暖房装置を備える電気自動車であって、
温水回路は、温水が流れる循環路に加熱器から発生する熱を回収し、暖房時に回収した熱で空気を暖めて温風を車内に供給する電気自動車の暖房方法において、
駆動系冷却回路を温水回路に、並びに走行用モータ及びインバータを加熱器に兼用することによって、走行中には、走行用モータ及びインバータから発生する熱を駆動系冷却回路の循環路に回収することを特徴とする電気自動自動車の暖房方法。
【請求項２】
充電器から充電電流を供給し、二次電池を構成する複数の各セルの電圧を均一にするために、充電電流を各セルに流しながら、各セルに対して並列接続可能な放電抵抗にも流すか否かを電池管理装置によって制御し、
放電抵抗を加熱器として兼用することによって、充電中には、放電抵抗から発生する熱を駆動系冷却回路の循環路に回収することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の暖房方法。
【請求項３】
二次電池に対して並列接続可能な加熱器としての電気ヒータを切り離した状態を保ちつつ、充電器から二次電池に対して充電電流を段階的に下げながら供給し、
その供給中に以下の(一）の条件が満たされた場合には、二次電池と電気ヒータを並列接続して通電すると共に充電電流を増加させることによって、充電中に、電気ヒータから発生する熱を駆動系冷却回路の循環路に回収することを特徴とする請求項１又は２に記載の電気自動車の暖房方法。
（一）充電器から供給する充電電流を増加させた上で電気ヒータを接続した場合に二次電池に流れる予定の充電電流と、二次電池に流れている現時点の充電電流とが一致すること。
【請求項４】
走行用モータ及び走行用モータを制御するインバータを冷却するための駆動系冷却回路を備えると共に、温水回路からなる暖房装置を備える電気自動車であって、
温水回路は、温水が流れる循環路に加熱器から発生する熱を回収し、暖房時に回収した熱で空気を暖めて温風を車内に供給する電気自動車の暖房装置において、
駆動系冷却回路を温水回路に、並びに走行用モータ及びインバータを加熱器に兼用することを特徴とする電気自動車の暖房装置。
【請求項５】
複数のセルから構成される二次電池に充電電流を供給する充電器と、各セルの電圧を均一にするために充電電流を各セルに流しながらも各セルに対して並列接続可能な放電抵抗にも流すか否かを制御する電池管理装置とを備え、
放電抵抗を加熱器として兼用することを特徴とする請求項４に記載の電気自動車の暖房装置。
【請求項６】
加熱器としての電気ヒータと、二次電池に対して電気ヒータを並列接続可能なヒータスイッチとを備える予熱装置を設けると共に、ヒータスイッチのＯＮ・ＯＦＦを制御するヒータ用コントローラを備え、
ヒータ用コントローラのヒータスイッチのＯＦＦ制御によって電気ヒータを切り離した状態を保ちつつ、充電器から二次電池に対して充電電流を段階的に下げながら供給し、
その供給中に以下の(一）の条件が満たされた場合には、ヒータ用コントローラがヒータスイッチのＯＮ制御によって二次電池と電気ヒータを通電すると共に充電器が充電電流を増加させることによって、充電中に、電気ヒータから発生する熱を温水回路の循環路に回収することを特徴とする請求項４又は５に記載の電気自動車の暖房装置。
（一）充電器から供給する充電電流を増加させた上で電気ヒータを接続した場合に二次電池に流れる予定の充電電流と、二次電池に流れている現時点の充電電流とが一致すること。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１８３９５８（Ｐ２０１２−１８３９５８Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４９４４８（Ｐ２０１１−４９４４８）
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００２４２６４４）北陸電力株式会社 (112)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００２４２６４４）北陸電力株式会社 (112)
【Ｆターム（参考）】
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