JP2008263730A - 充電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充電量の減少をなるべく抑えつつ、メモリ効果による充電効率の低下を防ぐことが可能な充電制御装置を提供する。
【解決手段】上記の充電制御装置は、車両に備えられたバッテリを充電するためのものであり、充電容量設定手段を備える。充電容量設定手段は、例えば、バッテリを充電する外部電源のコントローラである。充電容量設定手段は、車両の走行距離が所定距離以内となる回数が、所定回数以上となる場合には、バッテリの充電の上限容量を下げ、所定回数よりも少ない場合には、バッテリの充電の上限容量を上げる。このようにすることで、充電量の減少をなるべく抑えつつ、メモリ効果による充電効率の低下を防ぐことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のバッテリの充電制御装置に関する。

近年、エンジンとバッテリに充電された電力を利用して作動する他の動力源とを備え、バッテリに対しては外部電源から充電できるように構成された、いわゆるプラグインハイブリッド車両が知られている。このバッテリとしては、例えば、ニッケル水素電池（ＮｉＭＨ）やニッケルカドミウム電池（ＮｉＣｄ）が用いられる。

このニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池は、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：充電状態）の比較的狭い範囲で充放電が行われると、充電を行う際における充電量をバッテリが記憶してしまう、いわゆるメモリ効果が生じることが知られている。メモリ効果が生じることにより、完全に放電せずに再び充電を行った状態でバッテリを使用すると、充電量が残っているにもかかわらず、記憶された充電量で電圧が下がり、実質上使用できる時間が短くなる。

以下の特許文献１には、メモリ効果による充電効率の低下を回避するために、充電時における上限容量を強制的に変動させる技術が提案されている。

特開２００３−９４１５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、定常的に上限容量を強制的に変動させるため、充電量の平均値は低下してしまう。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、充電量の減少を抑えつつ、メモリ効果による充電効率の低下を防ぐことが可能な充電制御装置を提供することを課題とする。

本発明の１つの観点では、車両に備えられたバッテリを充電するための充電制御装置は、前記車両の走行距離が所定距離以内となる回数が、所定回数以上となる場合には、前記バッテリの充電の上限容量を下げ、前記所定回数よりも少ない場合には、前記バッテリの充電の上限容量を上げる充電容量設定手段を備える。

上記の充電制御装置は、車両に備えられたバッテリを充電するためのものであり、充電容量設定手段を備える。前記充電容量設定手段は、例えば、バッテリを充電する外部電源のコントローラである。前記充電容量設定手段は、前記車両の走行距離が所定距離以内となる回数が、所定回数以上となる場合には、前記バッテリの充電の上限容量を下げ、前記所定回数よりも少ない場合には、前記バッテリの充電の上限容量を上げる。ここでいう「所定距離」、及び、「所定回数」は夫々、メモリ効果が発生しうる放電深度に対応する車両の走行距離、及び、メモリ効果が発生しうる放電の回数である。これらの値は、バッテリの特性によって決まる値であり、実験などによって予め求められる。このように、メモリ効果が発生しうる場合にのみ、バッテリの充電の上限容量を下げることにより、充電量の減少を抑えつつ、メモリ効果による充電効率の低下を防ぐことができる。

上記の充電制御装置の他の一態様は、前記車両は、プラグインハイブリッド車両である。プラグインハイブリッド車両では、充電量がなくなってもエンジンで走行することができるので、バッテリを全く充電しないとすることもできる。従って、プラグインハイブリッド車両に本発明を適用することにより、バッテリの放電深度を深くすることができ、メモリ効果をより効果的に抑えることができる。

上記の充電制御装置の他の一態様は、前記充電容量設定手段は、前記車両の走行距離が所定距離以内となる回数が、所定回数以上となる場合に、ユーザの指示に基づいて、前記バッテリの充電の上限容量を上げる。これにより、メモリ効果が発生しうる場合であっても、ユーザは、例えば、充電後に車両が長距離走行を行うことが予め分かっているような場合には、前記バッテリの充電の上限容量を上げることができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［基本構成］
始めに、図１を参照して、本発明の充電制御装置が適用されたプラグインハイブリッド車両に係る実施形態の構成について説明する。ここに、図１は、本実施形態のプラグインハイブリッド車両の構成を概念的に示すブロック図である。

図１に示すように、プラグインハイブリッド車両１は一動力源としての内燃機関であるエンジン１１と、他の動力源としてのモータジェネレータ（ＭＧ）１２とを備えている。エンジン１１は燃料としてガソリンを使用し、ガソリンの燃焼によって作動するガソリンエンジンとして構成されている。ＭＧ１２は不図示のインバータを介してバッテリ１３に接続され、そのバッテリ１３に充電された電力を利用して作動する一方で、状況に応じて発電した電力をバッテリ１３に充電することができる。バッテリ１３としては、ニッケル水素電池（ＮｉＭＨ）やニッケルカドミウム電池（ＮｉＣｄ）が用いられる。プラグインハイブリッド車両１においては、住宅等に設置された外部電源２０からバッテリ１３に対して充電できるように構成されている。外部電源２０は、コントローラ２１を備えている。コントローラ２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やメモリを備え、バッテリ１３の上限容量を設定する。ここで、「上限容量」とは、バッテリ１３の充電量の上限のことである。外部電源２０は、バッテリ１３を、コントローラ２１によって設定された上限容量まで充電する。

エンジン１１とＭＧ１２とはそれぞれの出力軸が動力分割機構１６に接続されており、エンジン１１及びＭＧ１２のそれぞれの出力は動力分割機構１６及びトランスアクスル１７を介して駆動輪１８に伝達される。プラグインハイブリッド車両１ではエンジン１１とＭＧ１２とのそれぞれの駆動力配分が動力分割機構１６により操作されて適正な運転が行われる。

エンジン１１、ＭＧ１２及び動力分割機構１６並びにバッテリ１３の充放電のそれぞれの動作はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１９にて制御される。ＥＣＵ１９はプラグインハイブリッド車両１の運転を適正に制御するためのコンピュータとして構成されている。

（バッテリの充放電特性）
次に、バッテリ１３の充放電特性について述べる。図２は、プラグインハイブリッド車両１の走行距離と充電量との関係を示すグラフである。図２のグラフにおいて、ＳＯＣ＿Ｍは、バッテリ１３自体の最大容量（バッテリ１３の定格容量に対して１００％となる充電量）を示している。ＳＯＣ＿Ｌは、バッテリ１３からの電力によるモータの動力で走行可能な最低限の充電量を示している。ＥＣＵ１９は、バッテリ１３の充電量がＳＯＣ＿Ｌ以下になると、プラグインハイブリッド車両１の動力を、モータの動力からエンジンの動力に切り換える。ＳＯＣ＿Ｆは、バッテリ１３の上限容量を示している。

バッテリ１３としては、ニッケル水素電池（ＮｉＭＨ）やニッケルカドミウム電池（ＮｉＣｄ）が用いられる。これらの電池は、充電量の比較的狭い範囲で繰り返し充放電が行われると、メモリ効果が生じることが知られている。メモリ効果とは、完全に放電せずに再び充電を行った場合において、充電を行う際における残存している充電量をバッテリが記憶してしまう現象のことである。メモリ効果が生じると、完全に放電せずに再び充電を行った後でバッテリを使用したときに、充電量が残っているにもかかわらず、記憶された充電量で電圧が下がってしまい、実質上使用できる時間が短くなってしまう。

例えば、図２において、バッテリ１３の上限容量ＳＯＣ＿ＦをＳＯＣ＿Ｍとして、バッテリ１３を最大容量たるＳＯＣ＿Ｍまで充電した後、プラグインハイブリッド車両１が走行することにより、バッテリ１３の充電量がＳＯＣ＿ＭからＳＯＣ＿Ｓ１になったとする。そして、バッテリ１３をＳＯＣ＿Ｍまで再び充電した後、プラグインハイブリッド車両１が走行することにより、再び、バッテリ１３の充電量がＳＯＣ＿ＭからＳＯＣ＿Ｓ１になったとする。つまり、プラグインハイブリッド車両１が短距離走行を繰り返すことにより、ＳＯＣ＿ＭとＳＯＣ＿Ｓ１との間の比較的狭い範囲で、即ち、放電深度が浅い範囲で繰り返し充放電が行われたとする。この場合、プラグインハイブリッド車両１が走行することにより、バッテリ１３の充電量がＳＯＣ＿Ｓ１付近になると、メモリ効果により、バッテリ１３の電圧が低下する現象が生じる。

（メモリ効果の抑制）
このようなメモリ効果の発生を抑えるためには、バッテリ１３の放電深度を深くすることが有効である。これについて、図３を用いて具体的に説明する。図３に示すグラフは、メモリ効果を発生させるバッテリの放電電圧と放電容量との関係を示すグラフの一例であり、放電深度が浅い範囲で繰り返し充放電が行われたときのグラフを示している。ここで、一回の充放電を１サイクルと称する。

図３において、グラフ３１は、充放電がまだ行われていない場合（初期）のグラフを示しており、グラフ３２は、２０サイクルの充放電後に、１サイクルの充放電が行われたとき（完全放電前）のグラフを示しており、グラフ３３は、２０サイクルの充放電後に、バッテリ１３の充電量を全て放電する放電が行われ、その後で再度、１サイクルの充放電が行われたとき（完全放電後）のグラフを示している。

完全放電前のグラフ３２と初期のグラフ３１とを比較すると、２０サイクルの充放電後に１サイクルの充放電が行われたときには、メモリ効果により、放電電圧が低めに推移して、放電容量が減少していることが分かる。完全放電後のグラフ３３と完全放電前のグラフ３２とを比較すると、バッテリを完全に放電することにより、放電電圧は上昇して、充放電の行われていない初期の放電電圧に近い値となっていることが分かる。このことから、メモリ効果の発生を抑えるためには、バッテリの放電深度を深くすることが有効であることが分かる。

そこで、本実施形態に係る充電制御装置では、コントローラ２１は、プラグインハイブリッド車両１の短距離走行が繰り返される場合には、バッテリ１３の充電の上限容量ＳＯＣ＿Ｆを下げることとする。従って、コントローラ２１は、本発明における充電量設定手段として機能する。

（充電制御処理方法）
次に、バッテリ１３の充電制御処理の方法について、先に示した図２を用いて具体的に述べる。

コントローラ２１は、外部電源２０がバッテリ１３と接続されると、そのときのバッテリ１３に残存している充電量ＳＯＣ＿Ｓ１を検出する。そして、コントローラ２１は、バッテリ１３の上限容量ＳＯＣ＿Ｆから残存している充電量ＳＯＣ＿Ｓ１を引くことにより、バッテリ１３の放電深度を求める。コントローラ２１は、外部電源２０とバッテリ１３と接続される度に、バッテリ１３の放電深度をメモリに記録する。

コントローラ２１は、バッテリ１３の放電深度を基に、プラグインハイブリッド車両１の走行距離が所定距離以内となる回数が、所定回数以上となっていると判定した場合には、言い換えると、バッテリ１３の放電深度が所定値以内となる回数が、所定回数以上となっていると判定した場合には、コントローラ２１は、バッテリ１３の上限容量ＳＯＣ＿Ｆを下げることとする。ここで、「所定値」、及び、「所定回数」は夫々、メモリ効果が発生しうる放電深度、及び、メモリ効果が発生しうる放電の回数である。従って、「所定値」及び「所定回数」は、バッテリ１３の特性によって決まる値であり、実験などによって予め求められる。また、「所定距離」は、バッテリ１３の「所定値」の放電深度に対応するプラグインハイブリッド車両１の走行距離である。コントローラ２１は、これらの値を予めメモリなどに記憶している。

例えば、図２において、プラグインハイブリッド車両１の走行距離が所定距離Ｌｄ以内となっている場合、即ち、バッテリ１３の放電深度が、メモリ効果が発生しうる所定値Ｌ以内となっている場合について考えてみる。ここで、当初、バッテリ１３の上限容量ＳＯＣ＿Ｆは、バッテリ１３の最大容量ＳＯＣ＿Ｍに設定されているとする。

コントローラ２１は、プラグインハイブリッド車両１の走行距離が所定距離Ｌｄ以内となる回数が、即ち、バッテリ１３の放電深度が所定値Ｌ以内となる回数が、所定回数以上になっていると判定した場合には、図２の太線矢印に示すように、バッテリ１３の上限容量ＳＯＣ＿Ｆを最大容量ＳＯＣ＿Ｍより下げる。このようにすることで、次に、バッテリ１３の放電深度が、例えば、所定値Ｌとなる場合であっても、バッテリ１３に残存している充電量は、ＳＯＣ＿Ｓ１よりも低いＳＯＣ＿Ｓ２となるので、バッテリ１３の放電深度は深くなる。このように、本実施形態に係る充電制御装置では、バッテリ１３の放電深度を深くすることができ、メモリ効果の発生を抑え、充電効率の低下を抑えることができる。

一方、コントローラ２１は、プラグインハイブリッド車両１の走行距離が所定距離Ｌｄ以内となる回数が、即ち、バッテリ１３の放電深度が所定値Ｌ以内となる回数が、所定回数よりも少ないと判定した場合には、バッテリ１３の上限容量ＳＯＣ＿Ｆを最大容量ＳＯＣ＿Ｍのままとする。なお、ここで、バッテリ１３の上限容量ＳＯＣ＿Ｆが、一旦、最大容量ＳＯＣ＿Ｍよりも下がった状態にある場合において、コントローラ２１は、バッテリ１３の放電深度が所定値Ｌ以内となる回数が、所定回数よりも少ないと判定した場合には、バッテリ１３の上限容量ＳＯＣ＿Ｆを上げる、例えば、最大容量ＳＯＣ＿Ｍに上げることとする。これにより、バッテリ１３に充電される充電量の減少を抑えることができ、充電量の平均値が低下するのを防ぐことができる。

このように、本実施形態に係る充電制御装置では、バッテリ１３の放電深度が所定値以内となる回数が、所定回数以上となっている場合には、バッテリ１３の上限容量ＳＯＣ＿Ｆを下げ、所定回数よりも少ない場合には、前記バッテリの充電の上限容量を上げることとする。このようにメモリ効果が発生しうる場合にのみ、バッテリの充電の上限容量を下げることにより、充電量の減少を抑えつつ、メモリ効果による充電効率の低下を防ぐことができる。

次に、本実施形態に係る充電制御処理について、図４に示すフローチャートを基に説明する。図４は、充電制御処理を示すフローチャートである。

ステップＳ１０１において、コントローラ２１は、プラグインハイブリッド車両１の短距離走行が繰り返されているか否か、即ち、プラグインハイブリッド車両１の走行距離が所定距離以内となる回数が、所定回数以上になっているか否かを、バッテリ１３の放電深度を基に判定する。コントローラ２１は、プラグインハイブリッド車両１の走行距離が所定距離以内となる回数が、所定回数よりも少ないと判定した場合には（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、メモリ効果が発生しないと考えられるので、通常充電した後（ステップＳ１０４）、本処理を終了する。ここで、「通常充電」とは、現在設定されている上限容量以上に充電することであり、例えば、先に述べたような、バッテリ１３を最大容量まで充電することが挙げられる。このようにすることで、バッテリ１３に充電される充電量の減少を抑えることができ、充電量の平均値が低下するのを防ぐことができる。

一方、コントローラ２１は、プラグインハイブリッド車両１の短距離走行が繰り返されている、即ち、プラグインハイブリッド車両１の走行距離が所定距離以内となる回数が、所定回数以上になっていると判定した場合には（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２へ進む。

ステップＳ１０２において、コントローラ２１は、ユーザの指示に基づいて、バッテリ１３の上限容量を下げる処理の実行が、キャンセルされているか否かについて判定する。つまり、本実施形態に係る充電制御装置では、メモリ効果が発生しうる場合であっても、ユーザは、バッテリ１３の上限容量を下げる処理の実行をキャンセルすることができる。

コントローラ２１は、バッテリ１３の上限容量を下げる処理の実行が、キャンセルされていると判定した場合には（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、ステップＳ１０４に進み、バッテリ１３を通常充電した後、本処理を終了する。つまり、コントローラ２１は、メモリ効果が発生しうる場合であっても、ユーザによる指示を基に、バッテリ１３の上限容量を上げることもできる。これにより、メモリ効果が発生しうる場合であっても、ユーザは、充電後にプラグインハイブリッド車両１が長距離走行を行うことが予め分かっているような場合には、バッテリ１３の上限容量を上げることができ、例えば最大容量まで充電することができる。

コントローラ２１は、バッテリ１３の上限容量を下げる処理の実行が、キャンセルされていないと判定した場合には（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、バッテリ１３の上限容量を下げて充電した後（ステップＳ１０３）、本処理を終了する。これにより、バッテリ１３のメモリ効果の発生を抑え、充電効率の低下を抑えることができる。

［変形例］
次に、上述の実施形態の変形例について述べる。上述の実施形態では、バッテリ１３の上限容量は、外部電源２０のコントローラ２１によって設定されるとしているが、これに限られるものではなく、代わりに、ＥＣＵ１９によって設定されるとしてもよいのは言うまでもない。この場合、ユーザは、バッテリ１３の上限容量を下げる処理の実行のキャンセルを行う場合には、ＥＣＵ１９に対して入力することで指示を行う。

また、上述の実施形態では、本発明の充電制御装置を、プラグインハイブリッド車両に適用するとしているが、これに限られない。代わりに、例えば、本発明の充電制御装置をＥＶ車両（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）に適用することもできる。プラグインハイブリッド車両は、ＥＶ車両と異なり、例え、バッテリ１３の充電量がなくなっても、エンジン１で走行することができる。従って、ＥＶ車両と比較して、プラグインハイブリッド車両に本発明の充電制御装置を適用することの利点は、コントローラ２１は、バッテリ１３を充電する際において、バッテリ１３の残存している充電量に依らずに、バッテリ１３の上限容量を残存している充電量まで下げる、即ち、バッテリ１３を全く充電しないとすることができることである。つまり、プラグインハイブリッド車両に本発明の充電制御装置を適用することにより、バッテリの放電深度をより深くすることができ、メモリ効果をより効果的に抑えることができる。

プラグインハイブリッド車両の概略構成を示す図である。 プラグインハイブリッド車両の走行距離と充電量との関係を示すグラフである。 バッテリの電圧と放電容量との関係を示すグラフである。 充電制御装置の制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ プラグインハイブリッド車両
１３ バッテリ
１９ ＥＣＵ
２０ 外部電源
２１ コントローラ

Claims (3)

1. 車両に備えられたバッテリを充電するための充電制御装置であって、
   前記車両の走行距離が所定距離以内となる回数が、所定回数以上となる場合には、前記バッテリの充電の上限容量を下げ、前記所定回数よりも少ない場合には、前記バッテリの充電の上限容量を上げる充電容量設定手段を備えることを特徴とする充電制御装置。
2. 前記車両は、プラグインハイブリッド車両であることを特徴とする請求項１に記載の充電制御装置。
3. 前記充電容量設定手段は、前記車両の走行距離が所定距離以内となる回数が、所定回数以上となる場合に、ユーザの指示に基づいて、前記バッテリの充電の上限容量を上げることを特徴とする請求項１又は２に記載の充電制御装置。

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