JP7578060B2

JP7578060B2 - Battery heating device

Info

Publication number: JP7578060B2
Application number: JP2021072573A
Authority: JP
Inventors: 裕志松盛
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-04-22
Filing date: 2021-04-22
Publication date: 2024-11-06
Anticipated expiration: 2041-04-22
Also published as: JP2022167056A

Description

本開示は、車両のバッテリ昇温装置に関する。 This disclosure relates to a vehicle battery heating device.

特許文献１には、車両において発生させた熱を各種機器の暖機のために活用する熱マネージメントシステムが開示されている。具体的には、この熱マネージメントシステムは、パワー素子によって作動が調整されるインバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータ等の電子部品と、パワー素子の動作を制御する制御装置とを備える。制御装置は、車両駆動用機器及び空調用機器の少なくとも一方からの暖機要求を受けると、通常の動作状態と比べて効率を低下させる発熱増大作動でパワー素子を動作させることにより電子部品を発熱させる。このように発生した熱は、暖機要求のある上記機器に対して供給される。 Patent Document 1 discloses a thermal management system that utilizes heat generated in a vehicle to warm up various devices. Specifically, this thermal management system includes electronic components such as an inverter and a DC/DC converter whose operation is adjusted by a power element, and a control device that controls the operation of the power element. When the control device receives a warm-up request from at least one of the vehicle drive equipment and the air conditioning equipment, it operates the power elements in a heat generation increase operation that reduces efficiency compared to a normal operating state, thereby causing the electronic components to heat up. The heat generated in this way is supplied to the above-mentioned equipment that is requesting warm-up.

特開２０１０－１１９２８２号公報JP 2010-119282 A

特許文献１には、パワー素子のスイッチング周波数を変更することによって上述の発熱増大作動を実施する例が開示されている。このようにパワー素子を複数のスイッチング周波数で動作させることとすると、複数のスイッチング周波数に対応したＥＭＣ（Electromagnetic Compatibility）フィルタが必要となる。これは、スイッチング周波数によってＥＭＣで対策すべき周波数が異なるためである。そして、このことは、コストの増加につながる。 Patent Document 1 discloses an example in which the above-mentioned heat generation increasing operation is performed by changing the switching frequency of a power element. When a power element is operated at multiple switching frequencies in this way, an EMC (Electromagnetic Compatibility) filter that is compatible with the multiple switching frequencies is required. This is because the frequencies that need to be addressed by EMC vary depending on the switching frequency. This leads to increased costs.

本開示は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、低コストでＤＣ／ＤＣコンバータの排熱を利用した効果的なバッテリの昇温を行えるようにしたバッテリ昇温装置を提供することを目的とする。 This disclosure has been made in consideration of the above-mentioned problems, and aims to provide a battery heating device that can effectively heat a battery at low cost by utilizing the exhaust heat of a DC/DC converter.

本開示に係るバッテリ昇温装置は、車両走行用モータに供給される電力を蓄えるバッテリと、車両走行用モータに供給される電力を制御するインバータと、バッテリとインバータとの間に配置され、バッテリからインバータに供給される電圧を上昇させる昇圧コンバータと、バッテリから供給される電力によって作動する補機部品とバッテリとの間に配置されたＤＣ／ＤＣコンバータと、を含む車両に適用される。
バッテリ昇温装置は、伝熱部と、第１電力線と、第２電力線と、第１スイッチと、第２スイッチと、電子制御ユニットと、を備える。伝熱部は、ＤＣ／ＤＣコンバータで生じた熱をバッテリに伝達させるように構成されている。第１電力線は、ＤＣ／ＤＣコンバータと、バッテリと昇圧コンバータとの間とを接続している。第２電力線は、ＤＣ／ＤＣコンバータと、昇圧コンバータとインバータとの間とを接続している。第１スイッチは、第１電力線を開閉する。第２スイッチは、第２電力線を開閉する。電子制御ユニットは、第１及び第２スイッチのそれぞれのオン／オフを制御する。
電子制御ユニットは、バッテリの温度が閾値より高い場合には第１スイッチをオン状態に、かつ第２スイッチをオフ状態にし、一方、バッテリの温度が閾値以下の場合には第１スイッチをオフ状態に、かつ第２スイッチをオン状態にする接続位置可変処理を実行する。 The battery warming device of the present disclosure is applied to a vehicle that includes a battery that stores power to be supplied to a vehicle drive motor, an inverter that controls the power supplied to the vehicle drive motor, a boost converter arranged between the battery and the inverter and that increases the voltage supplied from the battery to the inverter, and a DC/DC converter arranged between the battery and an auxiliary component that operates using power supplied from the battery.
The battery warming device includes a heat transfer unit, a first power line, a second power line, a first switch, a second switch, and an electronic control unit. The heat transfer unit is configured to transfer heat generated in the DC/DC converter to the battery. The first power line connects the DC/DC converter to the battery and the boost converter. The second power line connects the DC/DC converter to the boost converter and the inverter. The first switch opens and closes the first power line. The second switch opens and closes the second power line. The electronic control unit controls the on/off of each of the first and second switches.
The electronic control unit executes a connection position variable process to set the first switch to an on state and the second switch to an off state when the battery temperature is higher than a threshold value, and to set the first switch to an off state and the second switch to an on state when the battery temperature is equal to or lower than the threshold value.

電子制御ユニットは、接続位置可変処理において第１スイッチをオフ状態に、かつ第２スイッチをオン状態にした後にバッテリの温度が閾値より高くなった場合、第１スイッチをオン状態に、かつ第２スイッチをオフ状態に切り替えてもよい。 The electronic control unit may switch the first switch to the on state and the second switch to the off state if the battery temperature becomes higher than a threshold value after switching the first switch to the off state and the second switch to the on state during the connection position variable process.

電子制御ユニットは、車両の車両システム起動時に接続位置可変処理を実行してもよい。 The electronic control unit may execute the connection position change process when the vehicle system of the vehicle is started.

本開示に係るバッテリ昇温装置によれば、バッテリの温度が閾値以下であるか否かに応じて、昇圧コンバータに対するＤＣ／ＤＣコンバータの接続位置が変更される。具体的には、バッテリの温度が閾値以下の場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧が高くなる接続位置が選択される。ＤＣ／ＤＣコンバータの電力変換効率は、入力電圧が高いほど低下する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータでの発熱量は、電力変換効率が低い場合にはそれが高い場合と比べて大きくなる。したがって、バッテリ昇温装置によれば、バッテリの温度が閾値以下の場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータの排熱をより積極的に利用して、バッテリの昇温を促進できる。そして、このような手法によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータのパワー素子のスイッチング周波数を変更することなく、つまり、ＤＣ／ＤＣコンバータのＥＭＣフィルタの設計変更を生じさせずに、ＤＣ／ＤＣコンバータの発熱量を増加させられる。このため、低コストでＤＣ／ＤＣコンバータの排熱を利用した効果的なバッテリの昇温を行えるようになる。 According to the battery warming device of the present disclosure, the connection position of the DC/DC converter relative to the boost converter is changed depending on whether the temperature of the battery is equal to or lower than the threshold. Specifically, when the temperature of the battery is equal to or lower than the threshold, a connection position that increases the input voltage of the DC/DC converter is selected. The power conversion efficiency of the DC/DC converter decreases as the input voltage increases. When the power conversion efficiency is low, the amount of heat generated by the DC/DC converter is greater than when the power conversion efficiency is high. Therefore, according to the battery warming device, when the temperature of the battery is equal to or lower than the threshold, the exhaust heat of the DC/DC converter can be more actively used to promote the warming of the battery. According to this method, the amount of heat generated by the DC/DC converter can be increased without changing the switching frequency of the power element of the DC/DC converter, that is, without changing the design of the EMC filter of the DC/DC converter. This makes it possible to effectively warm the battery at low cost by utilizing the exhaust heat of the DC/DC converter.

実施の形態に係るバッテリ昇温装置を含む電動駆動システムの構成の一例を概略的に示す図である。1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an electric drive system including a battery warming device according to an embodiment; 実施の形態に係る伝熱部Ｈの構成の一例を概略的に示す図である。2 is a diagram illustrating an example of a configuration of a heat transfer section H according to an embodiment of the present invention. FIG. ＤＣ／ＤＣコンバータにおける入力電圧と電力変換効率との関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between an input voltage and power conversion efficiency in a DC/DC converter. 実施の形態に係るバッテリ昇温制御に関する処理の流れの一例を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing an example of a process flow related to battery warming control according to the embodiment.

以下、添付図面を参照して、本開示の実施の形態について説明する。以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、本開示に係る技術思想が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、本開示に係る技術思想に必ずしも必須のものではない。 Below, the embodiments of the present disclosure will be described with reference to the attached drawings. In the embodiments shown below, when the number, quantity, amount, range, etc. of each element is mentioned, the technical idea of the present disclosure is not limited to the mentioned number, unless otherwise specified or clearly specified in principle. Furthermore, the structures, steps, etc. described in the embodiments shown below are not necessarily essential to the technical idea of the present disclosure, unless otherwise specified or clearly specified in principle.

１．電動駆動システムの構成
図１は、実施の形態に係るバッテリ昇温装置を含む電動駆動システム１０の構成の一例を概略的に示す図である。電動駆動システム１０は、車両を駆動するために車両に搭載される。電動駆動システム１０は、モータジェネレータ（ＭＧ）１２と、バッテリ１４とを備えている。 1. Configuration of Electric Drive System Fig. 1 is a diagram showing an example of the configuration of an electric drive system 10 including a battery warming device according to an embodiment. The electric drive system 10 is mounted on a vehicle to drive the vehicle. The electric drive system 10 includes a motor generator (MG) 12 and a battery 14.

ＭＧ１２は、例えば、三相交流同期電動発電機であり、本開示に係る「車両走行用モータ」の一例に相当する。バッテリ１４は、ＭＧ１２に供給される電力を蓄える高電圧バッテリであり、リチウムイオン二次電池又はニッケル水素二次電池等の二次電池である。このように、電動駆動システム１０が搭載された車両は、バッテリ電気自動車である。ただし、電動駆動システム１０は、内燃機関とともに車両に搭載されていてもよい。すなわち、本開示に係る「バッテリ昇温装置」は、例えば、プラグインハイブリッド車両等のハイブリッド車両に適用されてもよい。 MG12 is, for example, a three-phase AC synchronous motor generator, and corresponds to an example of a "vehicle drive motor" according to the present disclosure. Battery 14 is a high-voltage battery that stores the power supplied to MG12, and is a secondary battery such as a lithium-ion secondary battery or a nickel-metal hydride secondary battery. In this way, a vehicle equipped with electric drive system 10 is a battery electric vehicle. However, electric drive system 10 may also be equipped in the vehicle together with an internal combustion engine. In other words, the "battery warming device" according to the present disclosure may be applied to a hybrid vehicle such as a plug-in hybrid vehicle, for example.

電動駆動システム１０は、さらに、インバータ１６と、昇圧コンバータ１８と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０とを備えている。 The electric drive system 10 further includes an inverter 16, a boost converter 18, and a DC/DC converter 20.

インバータ１６は、後述のＥＣＵ３４からの指令に従い、バッテリ１４からＭＧ１２に供給される電力を制御する。インバータ１６は、例えば、三相分のスイッチング素子を含む三相ＰＷＭインバータである。 The inverter 16 controls the power supplied from the battery 14 to the MG 12 according to commands from the ECU 34 described below. The inverter 16 is, for example, a three-phase PWM inverter including switching elements for three phases.

昇圧コンバータ（昇圧回路）１８は、パワー素子（スイッチング素子）を含んで構成されている。昇圧コンバータ１８は、バッテリ１４とインバータ１６との間に配置され、バッテリ１４からインバータ１６に供給される電圧を上昇させる。より詳細には、バッテリ１４と昇圧コンバータ１８との間には、システムメインリレー（ＳＭＲ）２４が配置されている。ＳＭＲ２４は、後述のＥＣＵ３４からの指令に従い、バッテリ１４と昇圧コンバータ１８との間の電気的な接続／遮断を切り替える。ＳＭＲ２４は、車両システムが起動するとオン状態（接続状態）となる。 The boost converter (boost circuit) 18 is configured to include a power element (switching element). The boost converter 18 is disposed between the battery 14 and the inverter 16, and increases the voltage supplied from the battery 14 to the inverter 16. More specifically, a system main relay (SMR) 24 is disposed between the battery 14 and the boost converter 18. The SMR 24 switches between electrical connection/disconnection between the battery 14 and the boost converter 18 in accordance with commands from the ECU 34, which will be described later. The SMR 24 is turned on (connected) when the vehicle system is started.

バッテリ１４には、補機部品２２が接続されている。補機部品２２は、ヘッドランプ又はワイパ等の車載機器である。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、バッテリ１４から供給される電力によって作動する補機部品２２とバッテリ１４との間に配置されている。より詳細には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、パワー素子（スイッチング素子）を含んで構成され、入力電圧を所定の補機電圧に変換（降圧）して補機部品２２に出力する。 The battery 14 is connected to an auxiliary component 22. The auxiliary component 22 is an in-vehicle device such as a headlamp or a wiper. The DC/DC converter 20 is disposed between the battery 14 and the auxiliary component 22, which operates with power supplied from the battery 14. More specifically, the DC/DC converter 20 includes a power element (switching element), and converts (steps down) the input voltage to a predetermined auxiliary voltage and outputs it to the auxiliary component 22.

また、電動駆動システム１０の電気回路は、それぞれ正負一対の電力線である第１電力線２６及び第２電力線２８と、それぞれ一対のスイッチである第１スイッチ３０及び第２スイッチ３２とを備えている。 The electric circuit of the electric drive system 10 also includes a pair of positive and negative power lines, a first power line 26 and a second power line 28, and a pair of switches, a first switch 30 and a second switch 32.

図１に示すように、第１電力線２６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、バッテリ１４と昇圧コンバータ１８との間とを接続している。第２電力線２８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、昇圧コンバータ１８とインバータ１６との間とを接続している。第１スイッチ３０は、第１電力線２６上に配置され、第１電力線２６を開閉する。第２スイッチ３２は、第２電力線２８上に配置され、第２電力線２８を開閉する。 As shown in FIG. 1, the first power line 26 connects the DC/DC converter 20 to the battery 14 and the boost converter 18. The second power line 28 connects the DC/DC converter 20 to the boost converter 18 and the inverter 16. The first switch 30 is disposed on the first power line 26 and opens and closes the first power line 26. The second switch 32 is disposed on the second power line 28 and opens and closes the second power line 28.

電動駆動システム１０は、さらに、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３４を備えている。ＥＣＵ３４は、電動駆動システム１０に関する各種処理を実行するコンピュータである。具体的には、ＥＣＵ３４によって実行される処理は、ＭＧ１２の制御のためのインバータ１６及び昇圧コンバータ１８の制御に関する処理、及びＳＭＲ２４の制御に関する処理とともに、バッテリ１４の状態の監視に関する処理を含む。 The electric drive system 10 further includes an electronic control unit (ECU) 34. The ECU 34 is a computer that executes various processes related to the electric drive system 10. Specifically, the processes executed by the ECU 34 include processes related to the control of the inverter 16 and boost converter 18 for controlling the MG 12, processes related to the control of the SMR 24, and processes related to monitoring the state of the battery 14.

ＥＣＵ３４は、プロセッサ３４ａ及びメモリ３４ｂを備えている。プロセッサ３４ａは、メモリ３４ｂに格納されているプログラムを読み出して実行する。これにより、プロセッサ３４ａによる上述の各種処理が実現される。なお、ＥＣＵ３４は複数であってもよい。例えば、ＥＣＵ３４は、電動駆動システム１０を統括的に制御するＥＣＵと、インバータ１６及び昇圧コンバータ１８を介してＭＧ１２を制御するＥＣＵと、バッテリ１４の状態を監視するＥＣＵとを含むように構成されていてもよい。 The ECU 34 includes a processor 34a and a memory 34b. The processor 34a reads and executes a program stored in the memory 34b. This allows the processor 34a to perform the various processes described above. There may be multiple ECUs 34. For example, the ECU 34 may be configured to include an ECU that performs overall control of the electric drive system 10, an ECU that controls the MG 12 via the inverter 16 and the boost converter 18, and an ECU that monitors the state of the battery 14.

バッテリ１４には、バッテリ１４の温度Ｔｂを検出するバッテリ温度センサ３６が取り付けられている。バッテリ１４の状態監視機能を有するＥＣＵ３４による処理は、バッテリ１４の昇温に関する後述の処理（接続位置可変処理）を含む。また、ＥＣＵ３４は、パワースイッチ３８からの入力信号に基づいて、車両システムの起動状態を把握することができる。 A battery temperature sensor 36 is attached to the battery 14 to detect the temperature Tb of the battery 14. The processing by the ECU 34, which has a function of monitoring the state of the battery 14, includes processing (connection position variable processing) related to the temperature rise of the battery 14, which will be described later. In addition, the ECU 34 can grasp the startup state of the vehicle system based on an input signal from the power switch 38.

（伝熱部Ｈ）
また、電動駆動システム１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０で生じた熱をバッテリ１４に伝達させる伝熱部Ｈを備えている。図２は、実施の形態に係る伝熱部Ｈの構成の一例を概略的に示す図である。 (Heat transfer section H)
The electric drive system 10 also includes a heat transfer unit H that transfers heat generated in the DC/DC converter 20 to the battery 14. Fig. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the heat transfer unit H according to the embodiment.

図２に示すように、電動駆動システム１０は、バッテリ１４の温度を制御するための冷媒循環回路４０を備えている。冷媒循環回路４０の内部を循環する冷媒液は、例えば、絶縁性能の高い（すなわち、高抵抗の）冷媒液である。冷媒循環回路４０には、バッテリ１４の熱交換部４２、リザーブタンク４４、熱交換器４６、及びポンプ４８が、一例としてこの順で配置されている。 As shown in FIG. 2, the electric drive system 10 includes a refrigerant circulation circuit 40 for controlling the temperature of the battery 14. The refrigerant liquid circulating inside the refrigerant circulation circuit 40 is, for example, a refrigerant liquid with high insulating performance (i.e., high resistance). In the refrigerant circulation circuit 40, a heat exchange unit 42 of the battery 14, a reserve tank 44, a heat exchanger 46, and a pump 48 are arranged in this order, for example.

熱交換部４２は、バッテリ１４と冷媒液とを熱交換させるためにバッテリ１４に設けられている。リザーブタンク４４は、例えば完全密閉型であり、冷媒液を貯留している。熱交換器４６は、例えば空冷のラジエータであり、冷媒液を冷却する。ポンプ４８は、例えば電動式であり、冷媒循環回路４０内において冷媒液を循環させる。具体的には、ポンプ４８が作動すると、リザーブタンク４４内の冷媒液が熱交換器４６を介してバッテリ１４の熱交換部４２に供給される。熱交換部４２を通過した冷媒液は、リザーブタンク４４に戻る。なお、ポンプ４８の制御は、ＥＣＵ３４によって行われる。 The heat exchange unit 42 is provided in the battery 14 to exchange heat between the battery 14 and the refrigerant liquid. The reserve tank 44 is, for example, a completely sealed type, and stores the refrigerant liquid. The heat exchanger 46 is, for example, an air-cooled radiator, and cools the refrigerant liquid. The pump 48 is, for example, an electric type, and circulates the refrigerant liquid within the refrigerant circulation circuit 40. Specifically, when the pump 48 operates, the refrigerant liquid in the reserve tank 44 is supplied to the heat exchange unit 42 of the battery 14 via the heat exchanger 46. The refrigerant liquid that has passed through the heat exchange unit 42 returns to the reserve tank 44. The pump 48 is controlled by the ECU 34.

そのうえで、冷媒循環回路４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と冷媒液との間で熱交換を行うための通路を含んで構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、一例として、熱交換部４２の入口とポンプ４８の出口との間に配置されている。このような構成によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０で生じた熱を、冷媒液によって熱交換部４２に伝達したうえで、熱交換部４２を介してバッテリ１４に供給できる。本開示に係る「伝熱部」は、例えば、このように構成された伝熱部Ｈによって実現できる。なお、図２に示す例では、冷媒液は、常にＤＣ／ＤＣコンバータ２０に流れることになる。このような例に代え、冷媒循環回路４０は、バッテリ１４の昇温時にのみ冷媒液がＤＣ／ＤＣコンバータ２０に流れるように構成されてもよい。 The refrigerant circulation circuit 40 is configured to include a passage for heat exchange between the DC/DC converter 20 and the refrigerant liquid. As an example, the DC/DC converter 20 is disposed between the inlet of the heat exchange unit 42 and the outlet of the pump 48. With this configuration, the heat generated in the DC/DC converter 20 can be transferred to the heat exchange unit 42 by the refrigerant liquid and then supplied to the battery 14 via the heat exchange unit 42. The "heat transfer unit" according to the present disclosure can be realized, for example, by the heat transfer unit H configured in this manner. In the example shown in FIG. 2, the refrigerant liquid always flows to the DC/DC converter 20. Alternatively, the refrigerant circulation circuit 40 may be configured so that the refrigerant liquid flows to the DC/DC converter 20 only when the temperature of the battery 14 rises.

付け加えると、本開示に係る「伝熱部」の具体例は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０で生じた熱をバッテリ１４に伝達させるものであれば、図２に示す伝熱部Ｈに限られない。すなわち、「伝熱部」は、伝熱部Ｈに代え、例えば、次のような構成を用いて実現されてもよい。ここで説明されるような伝熱部の他の構成例は、特開２０１０－１１９２８２号公報において詳述されているため、ここでは、その概要のみが説明される。当該他の構成例では、暖房のために車室内に配置されたヒータコアと内燃機関との間で冷媒液（冷却水）が循環する冷却水回路を備える車両において、ヒータコアによって加熱された空気（温風）をバッテリに供給する送風部材が備えられている。そして、当該冷却水回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータで生じた熱が当該冷却水を介してヒータコアに供給可能となるように構成されている。このような構成を有する伝熱部の他の例によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータで生じた熱を、ヒータコアにおいて冷却水を介して温風に吸熱させた後に、温風を介してバッテリに伝達させることができる。 In addition, a specific example of the "heat transfer section" according to the present disclosure is not limited to the heat transfer section H shown in FIG. 2, as long as it transfers heat generated in the DC/DC converter 20 to the battery 14. That is, the "heat transfer section" may be realized, for example, by using the following configuration instead of the heat transfer section H. Another configuration example of the heat transfer section as described here is described in detail in JP 2010-119282 A, so only the outline thereof will be described here. In the other configuration example, in a vehicle equipped with a coolant circuit in which a refrigerant liquid (coolant) circulates between a heater core arranged in the passenger compartment for heating and an internal combustion engine, a blower member is provided to supply air (hot air) heated by the heater core to the battery. The coolant circuit is configured so that heat generated in the DC/DC converter can be supplied to the heater core via the coolant. According to another example of the heat transfer section having such a configuration, the heat generated in the DC/DC converter can be absorbed by hot air via the coolant in the heater core, and then transferred to the battery via the hot air.

２．バッテリ昇温装置によるバッテリ昇温制御
上述した構成を有する電動駆動システム１０では、本開示に係る「バッテリ昇温装置」は、伝熱部Ｈ、第１及び第２電力線２６、２８、第１及び第２スイッチ３０、３２、及びＥＣＵ３４によって構成されている。ＥＣＵ３４は、バッテリ１４の昇温（暖機）が必要な時にＤＣ／ＤＣコンバータ２０の排熱を利用してバッテリ１４の昇温を促進するために、次のような「接続位置可変処理」を実行する。 2. Battery Warming Control by Battery Warming Device In the electric drive system 10 having the above-described configuration, the "battery warming device" according to the present disclosure is made up of the heat transfer section H, the first and second power lines 26, 28, the first and second switches 30, 32, and the ECU 34. The ECU 34 executes the following "connection position variable process" in order to promote the warming up of the battery 14 by utilizing the exhaust heat of the DC/DC converter 20 when the warming up (warming up) of the battery 14 is required.

ＥＣＵ３４は、第１及び第２スイッチ３０、３２のそれぞれのオン／オフの切り替えを行うように構成されている。バッテリ１４の昇温が必要とされない時（すなわち、通常使用時）には、ＥＣＵ３４は、第１スイッチ３０をオン状態に、かつ第２スイッチ３２をオフ状態とする。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、昇圧コンバータ１８の入力側においてバッテリ１４と接続される。 The ECU 34 is configured to switch the first and second switches 30, 32 on and off. When it is not necessary to heat the battery 14 (i.e., during normal use), the ECU 34 turns the first switch 30 on and the second switch 32 off. As a result, the DC/DC converter 20 is connected to the battery 14 on the input side of the boost converter 18.

一方、バッテリ１４の温度Ｔｂが所定の閾値ＴＨ以下であるためにバッテリ１４の昇温が必要な時には、ＥＣＵ３４は、接続位置可変処理において、第１スイッチ３０をオフ状態に、かつ第２スイッチ３２をオン状態とする。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、昇圧コンバータ１８の出力側においてバッテリ１４と接続される。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の入力電圧は、通常使用時と比べて高くなる。 On the other hand, when the temperature Tb of the battery 14 is equal to or lower than the predetermined threshold TH and it is necessary to heat up the battery 14, the ECU 34 turns the first switch 30 off and the second switch 32 on in the connection position variable process. As a result, the DC/DC converter 20 is connected to the battery 14 on the output side of the boost converter 18. Therefore, the input voltage of the DC/DC converter 20 becomes higher than during normal use.

図３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０における入力電圧と電力変換効率との関係を示すグラフである。図３に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の電力変換効率は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の入力電圧が高いほど低下する。したがって、上述の接続位置可変処理によれば、バッテリ１４の昇温が必要な時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、通常使用時と比べて電力変換効率が低い状態で動作することになる。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０での発熱量は、電力変換効率が低い場合にはそれが高い場合と比べて大きくなる。このため、接続位置可変処理によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の排熱をより積極的に利用できるようになるので、バッテリ１４の昇温を促進できる。 Figure 3 is a graph showing the relationship between the input voltage and the power conversion efficiency in the DC/DC converter 20. As shown in Figure 3, the power conversion efficiency of the DC/DC converter 20 decreases as the input voltage of the DC/DC converter 20 increases. Therefore, according to the above-mentioned connection position variable processing, when it is necessary to increase the temperature of the battery 14, the DC/DC converter 20 operates in a state where the power conversion efficiency is lower than during normal use. And, the amount of heat generated in the DC/DC converter 20 is greater when the power conversion efficiency is low than when it is high. Therefore, according to the connection position variable processing, it is possible to more actively utilize the exhaust heat of the DC/DC converter 20, thereby facilitating the increase in temperature of the battery 14.

図４は、実施の形態に係るバッテリ昇温制御に関する処理の流れの一例を示すフローチャートである。ＥＣＵ３４は、車両のユーザによるパワースイッチ３８の操作に基づき、車両システムが起動されたか否かを判定している。このフローチャートの処理は、車両システムの起動に伴い、車両が走行可能状態（Ｒｅａｄｙ－Ｏｎ状態）となった時に開始される。 Figure 4 is a flowchart showing an example of the process flow for battery warming control according to the embodiment. The ECU 34 determines whether the vehicle system has been started based on the operation of the power switch 38 by the vehicle user. The process of this flowchart is started when the vehicle system is started and the vehicle is in a drivable state (Ready-On state).

図４に示すフローチャートでは、ＥＣＵ３４は、まずステップＳ１００において、第１スイッチ３０をオン状態とし、第２スイッチ３２をオフ状態とする。その後、処理はステップＳ１０２に進む。 In the flowchart shown in FIG. 4, the ECU 34 first sets the first switch 30 to the ON state and the second switch 32 to the OFF state in step S100. Then, the process proceeds to step S102.

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ３４は、バッテリ温度Ｔｂを取得する。バッテリ温度Ｔｂは、例えば、バッテリ温度センサ３６を用いて取得できる。次いで、ステップＳ１０４では、ＥＣＵ３４は、取得したバッテリ温度Ｔｂが所定の閾値ＴＨ以下であるか否かを判定する。この閾値ＴＨは、バッテリ１４の昇温が必要な時であるか否かを判断するための予め設定された値である。 In step S102, the ECU 34 acquires the battery temperature Tb. The battery temperature Tb can be acquired, for example, using the battery temperature sensor 36. Next, in step S104, the ECU 34 determines whether the acquired battery temperature Tb is equal to or lower than a predetermined threshold value TH. This threshold value TH is a preset value for determining whether it is necessary to warm up the battery 14.

ステップＳ１０４においてバッテリ温度Ｔｂが閾値よりも高い場合、つまり、バッテリ１４の昇温要求がない場合には、ＥＣＵ３４は、今回の車両システム起動時の処理を終了する。一方、ステップＳ１０４においてバッテリ温度Ｔｂが閾値以下である場合、つまり、バッテリ１４の昇温要求がある場合には、処理はステップＳ１０６に進む。 If the battery temperature Tb is higher than the threshold in step S104, i.e., if there is no request to warm up the battery 14, the ECU 34 ends the processing for the current vehicle system startup. On the other hand, if the battery temperature Tb is equal to or lower than the threshold in step S104, i.e., if there is a request to warm up the battery 14, the processing proceeds to step S106.

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ３４は、第１スイッチ３０をオフ状態に切り替える。そして、続くステップＳ１０８において、ＥＣＵ３４は、第２スイッチ３２をオン状態に切り替える。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の入力電圧が高くなるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の発熱量が増加する。 In step S106, the ECU 34 switches the first switch 30 to the OFF state. Then, in the following step S108, the ECU 34 switches the second switch 32 to the ON state. This increases the input voltage of the DC/DC converter 20, and the amount of heat generated by the DC/DC converter 20 increases.

ステップＳ１０８に続くステップＳ１１０では、ＥＣＵ３４は、バッテリ温度Ｔｂを再度取得する。次いで、ステップＳ１１２において、ＥＣＵ３４は、取得した最新のバッテリ温度Ｔｂが閾値ＴＨ以下であるか否かを判定する。その結果、バッテリ温度Ｔｂが閾値ＴＨ以下となる間（ステップＳ１１２；Ｙｅｓ）は、ＥＣＵ３４は、ステップＳ１１０及びＳ１１２の処理を繰り返し実行する。 In step S110 following step S108, the ECU 34 acquires the battery temperature Tb again. Next, in step S112, the ECU 34 determines whether the most recently acquired battery temperature Tb is equal to or lower than the threshold value TH. As a result, while the battery temperature Tb is equal to or lower than the threshold value TH (step S112; Yes), the ECU 34 repeatedly executes the processes of steps S110 and S112.

一方、ステップＳ１１２においてバッテリ温度Ｔｂが閾値ＴＨより高くなった場合（ステップＳ１１２；Ｎｏ）には、処理はステップＳ１１４に進む。ステップＳ１１４では、ＥＣＵ３４は、第２スイッチ３２をオフ状態に切り替える。そして、続くステップＳ１１６において、ＥＣＵ３４は、第１スイッチ３０をオン状態に切り替える。その後、ＥＣＵ３４は、今回の車両システム起動時の処理を終了する。 On the other hand, if the battery temperature Tb is higher than the threshold value TH in step S112 (step S112; No), the process proceeds to step S114. In step S114, the ECU 34 switches the second switch 32 to the OFF state. Then, in the following step S116, the ECU 34 switches the first switch 30 to the ON state. Thereafter, the ECU 34 ends the process for the current vehicle system startup.

なお、図４に示すフローチャートの例では、車両システムが起動されると、まず第１スイッチ３０がオン状態とされた後に、バッテリ温度Ｔｂが閾値ＴＨ以下であるか否かが判定される。そして、バッテリ温度Ｔｂが閾値ＴＨ以下である場合には、第１スイッチ３０がオフ状態とされ、かつ第２スイッチ３２がオン状態とされることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の接続位置が変更される。このような例とは異なり、車両システムが起動された後に、先にバッテリ温度Ｔｂが閾値ＴＨ以下であるか否かが判定されてもよい。そして、バッテリ温度Ｔｂが閾値ＴＨより高い場合には第１スイッチ３０がオン状態とされ、バッテリ温度Ｔｂが閾値ＴＨ以下の場合には第２スイッチ３２がオン状態とされてもよい。 In the example of the flowchart shown in FIG. 4, when the vehicle system is started, the first switch 30 is first turned on, and then it is determined whether the battery temperature Tb is equal to or lower than the threshold value TH. If the battery temperature Tb is equal to or lower than the threshold value TH, the first switch 30 is turned off and the second switch 32 is turned on, thereby changing the connection position of the DC/DC converter 20. In addition, after the vehicle system is started, it may be determined whether the battery temperature Tb is equal to or lower than the threshold value TH. If the battery temperature Tb is higher than the threshold value TH, the first switch 30 may be turned on, and if the battery temperature Tb is equal to or lower than the threshold value TH, the second switch 32 may be turned on.

３．効果
以上説明したように、本実施形態に係るバッテリ昇温装置によれば、バッテリ温度Ｔｂが閾値ＴＨ以下であるか否かに応じて、昇圧コンバータ１８に対するＤＣ／ＤＣコンバータ２０の接続位置が変更される。具体的には、バッテリ温度Ｔｂが閾値ＴＨ以下の場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の入力電圧が高くなる接続位置が選択される。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の排熱をより積極的に利用できるのでバッテリ１４の昇温を促進できる。そして、このような手法によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０のパワー素子のスイッチング周波数を変更することなく、つまり、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０のＥＭＣフィルタの設計変更を生じさせずに、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の発熱量を増加させられる。このため、低コストでＤＣ／ＤＣコンバータ２０の排熱を利用した効果的なバッテリ１４の昇温を行えるようになる。 3. Effects As described above, according to the battery warming device of this embodiment, the connection position of the DC/DC converter 20 relative to the boost converter 18 is changed depending on whether the battery temperature Tb is equal to or lower than the threshold TH. Specifically, when the battery temperature Tb is equal to or lower than the threshold TH, a connection position that increases the input voltage of the DC/DC converter 20 is selected. This allows the exhaust heat of the DC/DC converter 20 to be used more actively, thereby accelerating the warming of the battery 14. Furthermore, according to this method, the amount of heat generated by the DC/DC converter 20 can be increased without changing the switching frequency of the power element of the DC/DC converter 20, that is, without changing the design of the EMC filter of the DC/DC converter 20. Therefore, it becomes possible to effectively warm up the battery 14 by utilizing the exhaust heat of the DC/DC converter 20 at low cost.

付け加えると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の接続位置の変更を利用する本実施形態のバッテリ昇温装置によれば、バッテリ１４のＳＯＣ（State Of Charge）の状態によらずに、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の入力電圧を高く保つことができる。このため、バッテリ１４の昇温が必要とされる時のＳＯＣによらずに、排熱量を高く確保することが可能となる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の接続位置を変更するという手法によってＤＣ／ＤＣコンバータ２０の排熱の利用によるバッテリ１４の昇温効果を高めることが可能となる。これにより、バッテリ１４を昇温するための専用のヒータ（例えば、電気ヒータ）を削減できる。 In addition, the battery warming device of this embodiment, which utilizes a change in the connection position of the DC/DC converter 20, can keep the input voltage of the DC/DC converter 20 high regardless of the SOC (State Of Charge) of the battery 14. This makes it possible to ensure a high amount of exhaust heat regardless of the SOC when the battery 14 needs to be warmed up. Furthermore, by changing the connection position of the DC/DC converter 20, it is possible to increase the effect of warming the battery 14 by utilizing the exhaust heat of the DC/DC converter 20. This makes it possible to reduce the need for a dedicated heater (e.g., an electric heater) for warming the battery 14.

また、図４に示すフローチャートの処理によれば、ステップＳ１０８において第２スイッチ３２をオン状態とした後にバッテリ温度Ｔｂが閾値ＴＨより高くなった場合（ステップＳ１１２；Ｎｏ）、つまり、閾値ＴＨよりも高い温度にまでバッテリ１４が暖機された場合には、第２スイッチ３２がオフ状態とされ、第１スイッチ３０がオン状態とされる。つまり、電力変換効率が高い動作状態となるように、昇圧コンバータ１８に対するＤＣ／ＤＣコンバータ２０の接続位置が変更される。これにより、バッテリ１４の暖機（昇温）が完了した後に、電力変換効率が低い状態でＤＣ／ＤＣコンバータ２０が作動することを回避できる。 Furthermore, according to the processing of the flowchart shown in FIG. 4, if the battery temperature Tb becomes higher than the threshold value TH after the second switch 32 is turned on in step S108 (step S112; No), that is, if the battery 14 is warmed up to a temperature higher than the threshold value TH, the second switch 32 is turned off and the first switch 30 is turned on. In other words, the connection position of the DC/DC converter 20 relative to the boost converter 18 is changed so that the operating state has high power conversion efficiency. This makes it possible to avoid the DC/DC converter 20 operating in a state of low power conversion efficiency after the warm-up (temperature increase) of the battery 14 is complete.

さらに、上述した実施の形態では、「接続位置可変処理」は車両システムの起動時に実行される。これにより、車両システムの起動時にバッテリ温度Ｔｂが低い場合に、バッテリ１４の暖機を速やかに行えるようになる。ただし、本開示に係る「接続位置可変処理」は、車両システム起動時に代え、或いはそれとともに、車両システム起動中に実行されてもよい。 Furthermore, in the above-described embodiment, the "connection position variable process" is executed when the vehicle system is started. This allows the battery 14 to be warmed up quickly if the battery temperature Tb is low when the vehicle system is started. However, the "connection position variable process" according to the present disclosure may be executed while the vehicle system is running, instead of or in addition to the time when the vehicle system is started.

１０電動駆動システム
１２モータジェネレータ（車両走行用モータ）
１４バッテリ
１６インバータ
１８昇圧コンバータ
２０ＤＣ／ＤＣコンバータ
２２補機部品
２４システムメインリレー（ＳＭＲ）
２６第１電力線
２８第２電力線
３０第１スイッチ
３２第２スイッチ
３４電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３６バッテリ温度センサ
３８パワースイッチ
４０冷媒循環回路
４２バッテリの熱交換部
４４リザーブタンク
４６熱交換器
４８ポンプ
Ｈ伝熱部 10 Electric drive system 12 Motor generator (motor for driving the vehicle)
14 Battery 16 Inverter 18 Boost converter 20 DC/DC converter 22 Auxiliary components 24 System main relay (SMR)
26 First power line 28 Second power line 30 First switch 32 Second switch 34 Electronic control unit (ECU)
36 Battery temperature sensor 38 Power switch 40 Coolant circulation circuit 42 Heat exchange section of battery 44 Reserve tank 46 Heat exchanger 48 Pump H Heat transfer section

Claims

A battery that stores power to be supplied to a vehicle drive motor;
an inverter for controlling power supplied to the vehicle drive motor;
a boost converter disposed between the battery and the inverter, the boost converter increasing a voltage supplied from the battery to the inverter;
a DC/DC converter disposed between an auxiliary component operated by power supplied from the battery and the battery;
A battery warming device applied to a vehicle including:
a heat transfer unit that transfers heat generated in the DC/DC converter to the battery;
a first power line connecting the DC/DC converter, the battery, and the boost converter;
a second power line connecting the DC/DC converter, the boost converter, and the inverter;
a first switch for opening and closing a first power line;
a second switch for opening and closing a second power line;
an electronic control unit that controls the on/off of each of the first and second switches;
Equipped with
the electronic control unit executes a connection position varying process to turn on the first switch and turn off the second switch when the temperature of the battery is higher than a threshold value, and to turn off the first switch and turn on the second switch when the temperature of the battery is equal to or lower than the threshold value.

The battery warming device according to claim 1, characterized in that, when the temperature of the battery becomes higher than the threshold value after the first switch is turned off and the second switch is turned on in the connection position varying process, the electronic control unit switches the first switch to the on state and the second switch to the off state.

3. The battery warming device according to claim 1, wherein the electronic control unit executes the connection position varying process when a vehicle system of the vehicle is started.