JP2012100383A - 充電制御ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】コネクタの過度な温度上昇を防ぎ、コネクタの劣化を防ぐことができる充電制御ユニットを提供する。
【解決手段】車両外部に設置された設置型充電器２から出力される充電電流を制御して、設置型充電器２により当該車両に搭載されたバッテリー３を充電させる車載型の充電制御ユニット８であって、充電電流の指令値を、バッテリー３が許容できる最大充電電流値よりも低い値に設定する指令値設定手段８１と、設置型充電器２に指令値を送信する通信手段８２と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両外部に設置された設置型充電器から出力される充電電流を用いて、当該
車両に搭載されたバッテリーを充電させる充電制御ユニットに関する。

一般に、車両外部から供給される電力を用いてバッテリーを充電する手法は、車両に搭載された車載充電器を用いる手法と、充電ステーション等にある設置型充電器を用いる手法とに大別される。
このうち前者の手法においては、車載充電器と家庭用コンセントとを接続し、車載充電器により、例えばＡＣ１００ＶをＤＣ２００Ｖに変換し、ＤＣ２００Ｖの電力で比較的ゆっくりとバッテリーを充電する。
一方、後者の手法においては、設置型充電器により、例えばＡＣ２００ＶをＤＣ４００Ｖに変換し、ＤＣ４００Ｖの電力でバッテリーを急速充電する。

後者の手法によりバッテリーを充電させる充電制御ユニットとしては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。
この充電制御ユニットは、設置型充電器に対して充電電流の指令値を送ることにより、充電を開始してからバッテリー電圧が所定の電圧値になるまで、またはバッテリーの充電量（ＳＯＣ値ともいう）が所定の値になるまでは定電流制御によりバッテリーを充電させ、所定の電圧値（充電量）を超えてからは充電電圧を徐々に増加させつつ充電電流を徐々に低下させる定電力制御によりバッテリーを充電させ、その後、充電が終了するまでは充電電流を徐々に低下させる定電圧制御によりバッテリーを充電させる。

特開２００９−２４０００１号公報

ところで、従来の充電制御ユニットでは、定電流制御モード時の充電電流の指令値をバッテリーが許容できる最大値（最大充電電流値）に設定してバッテリーを充電させている。このため、従来の充電制御ユニットでは、定電流制御モード中に、長時間にわたって大電流が設置型充電器と車両とを電気的に接続するコネクタに流れ続けてしまい、コネクタの温度上昇が大きくなりすぎて、コネクタが劣化してしまうおそれがあった。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、コネクタの過度な温度上昇を防ぎ、コネクタの劣化を防ぐことができる充電制御ユニットを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る充電制御ユニットは、車両外部に設置された設置型充電器から出力される充電電流を制御して、設置型充電器により当該車両に搭載されたバッテリーを充電させる車載型の充電制御ユニットであって、
充電電流の指令値を、バッテリーが許容できる最大充電電流値よりも低い値に設定する指令値設定手段と、設置型充電器に指令値を送信する通信手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、充電電流の指令値が、バッテリーが許容できる最大充電電流値よりも低い値に設定されるので、長時間にわたって大電流がコネクタに流れ続けるのを防ぐことができる。このため、コネクタの過度な温度上昇を防ぎ、コネクタの劣化を防ぐことができる。

上記充電制御ユニットは、指令値設定手段のモードを、一定の指令値を出力し続ける定電流制御モードから定電力制御モードに切り替える切替手段をさらに備え、
切替手段は、充電電流の積算値が、最大充電電流値の充電電流で充電させたと仮定した場合における定電流制御モードから定電力制御モードに切り替わる際の充電電流の積算値に等しくなると、モードを定電流制御モードから定電力制御モードに切り替えてもよい。
ここで、充電電流の積算値とは、充電電流（一定）に、定電流制御モード終了時のバッテリー電圧と定電流制御モード開始時のバッテリー電圧との差を乗じた値をいう。すなわち、定電流制御モードにおいて、バッテリーに印加される積算電力をいう。

上記指令値は、最大充電電流値の８０〜９０％に設定されることが好ましい。この構成によれば、充電時間が長くなりすぎるのを防ぎつつ、コネクタの過度な温度上昇を防ぐことができる。

また、上記指令値は、設置型充電器と車両とを電気的に接続するコネクタの温度に応じて設定してもよい。この構成によれば、コネクタの劣化を確実に防ぐことができる。

本発明によれば、コネクタの過度な温度上昇を防ぎ、コネクタの劣化を防ぐことができる充電制御ユニットを提供することができる。

本発明に係る充電制御ユニットを用いた充電システムの構成を示すブロック図である。 ＳＯＣ値と指令値との関係を示すテーブルの一例である。 本発明に係る充電制御ユニットにおける充電電流とバッテリー電圧との関係を示すグラフである。 本発明における充電制御方法を示すフローチャートである。 ＳＯＣ値と指令値との関係を示すテーブルの一例である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る充電制御ユニットの好ましい実施形態につい
て説明する。

［充電システムの構成］
まず始めに、本発明に係る充電制御ユニットを備えた充電システムの全体構成について
説明する。

図１に示すように、充電システム１は、走行用モーター５を駆動するインバーター４に電源ライン１１、１２を介して直流電力を供給するバッテリー３と、バッテリー３を制御するとともに、バッテリー３の充電量を示すＳＯＣ値等を含むバッテリー状態データを送信するバッテリー制御ユニット７と、バッテリー３の容量値等を含むバッテリー種別データを送信する車両制御ユニット６と、受信したバッテリー種別データおよびバッテリー状態データに基づいて生成した充電指令データを送信する充電制御ユニット８と、バッテリー制御ユニット７、充電制御ユニット８、設置型充電器２、インバーター４および車両制御ユニット６等をノードとするＣＡＮ（Controller Area Network）通信ライン１０とを備えている。

ＣＡＮ通信ライン１０および電源ライン１１、１２は、車両外部に現れたコネクタ９を介して車両内部から引き出され、設置型充電器２に接続されている。

設置型充電器２は、充電制御ユニット８から送信された後述する充電指令データを受信し、受信した充電指令データにしたがってバッテリー３を充電する。

バッテリー制御ユニット７は、一般に「ＢＣＵ」と呼ばれているもので、バッテリー３の状態（ＳＯＣ、電圧、温度等）を制御・監視し、バッテリー３のＳＯＣ値や、バッテリー３のその他の状態に関するバッテリー状態データを所定フォーマットのデータフレームとしてＣＡＮ通信ライン１０に送信する。

車両制御ユニット６は、一般に「ＥＣＵ」「ＥＶ＿ＥＣＵ」等と呼ばれているもので、車両全体の各種制御を司っている。
車両制御ユニット６には、バッテリー３の容量値、メーカー名等を含むバッテリー３の種別に関する情報が記憶されている。車両制御ユニット６は、かかる情報を含むバッテリー種別データを所定フォーマットのデータフレームとしてＣＡＮ通信ライン１０に送信する。

充電制御ユニット８は、一般に「ＯＢＣ＿ＣＵ」「ＯＢＣ」等と呼ばれているもので、図１に示すように、指令値設定手段８１と、通信手段８２と、切替手段８３と、記憶手段８４とを備えている。

指令値設定手段８１は、徐変電流制御モード、定電流制御モード、定電力制御モード、および定電圧制御モードのいずれかのモードに切り替わり、バッテリー状態データおよびバッテリー種別データに基づいてモードごとの充電指令データを生成する。モードの切り替えは、切替手段８３により行われる。

通信手段８２は、ＣＡＮ通信ライン１０を介してバッテリー状態データおよびバッテリー種別データを受信するとともに、指令値設定手段８１により生成されたモードごとの充電指令データを、所定フォーマットのデータフレームとして所定の周期で設置型充電器２に繰り返し送信し続ける。

充電指令データには、少なくとも充電電流の指令値が含まれている。充電電流の指令値は、記憶手段８４に格納されているテーブルに基づいて設定される。

記憶手段８４には複数のテーブルが格納されており、バッテリー状態データおよびバッテリー種別データに基づいて適切なテーブルが選択される。図２に示す、定電流制御モードにおける充電電流の指令値を設定するためのテーブルには、ＳＯＣ値と指令値との関係が規定されている。
このテーブルから、例えば、ＳＯＣ値が３０％、４０％、または５０％であれば、指令値を１００Ａに設定すればよいことが分かる。

テーブルの指令値（定電流制御モードの指令値）は、バッテリー３が許容できる最大充電電流値よりも低い値、好ましくは最大充電電流値の８０〜９０％に設定されている。このように設定することで、定電流制御モード時におけるコネクタ９の温度上昇を低減することができる。例えば、定電流制御モードの指令値を最大充電電流値の８０％に設定することで、発熱量を約３０％低減することができる。なお、８０％未満では充電電流の立ち上げに時間がかかるため、好ましくない。

図３に、本発明に係る充電制御ユニット８における充電電流とバッテリー電圧との関係を示すグラフ（Ｇ１）と、従来の充電制御ユニットにおける充電電流とバッテリー電圧との関係を示すグラフ（Ｇ２）とを示す。同図に示すように、定電流制御モードにおける充電電流（指令値）は、バッテリー３が許容できる最大充電電流値（１２５Ａ）の８０％である１００Ａに設定されている。

図３に示すように、本発明に係る充電制御ユニット８では、定電流制御モード終了時のバッテリー電圧（設定電圧）が４８５Ｖに設定され、定電力制御モード終了時の設定電圧が５４５Ｖに設定されている。
このうち、定電流制御モード終了時の設定電圧は、定電流制御モード中に充電電流の積算値が、最大充電電流値（１２５Ａ）の充電電流で充電させたと仮定した場合における定電流制御モードから定電力制御モードに切り替わる際の充電電流の積算値（１２５Ａ×（４００Ｖ−６０Ｖ））と等しくなるように設定される。具体的には、定電流制御モード終了時の設定電圧は、（１２５Ａ×（４００Ｖ−６０Ｖ）／１００Ａ）＋６０Ｖ＝４８５Ｖとなる。
これらの設定電圧は、バッテリー３の充電許容電圧および車両制御ユニット６からの指令値等に基づいて設定される。

また、本発明に係る充電制御ユニット８は、定電流制御モードにおいて、従来の充電制御ユニットよりも低い充電電流で、より高いバッテリー電圧まで充電させているので、定電流制御モードにおける充電時間が従来の充電制御ユニットよりも長くなる。
このため、本発明に係る充電制御ユニット８では、定電力制御モードにおける充電時間を従来の充電制御ユニットよりも短くして、全体の充電時間が従来の充電制御ユニットと同等となるようにしている。

なお、定電力制御モードにおける充電時間を短くすると、定電力制御モードにおける充電電流の積算値も小さくなる。
しかしながら、充電の大部分は定電流制御モードにおいて行われるため、定電力制御モードにおける充電電流の積算値がわずかに小さくなったとしても全体の積算値、すなわち、充電終了後のバッテリー３の充電量（ＳＯＣ値）はほとんど変わらない。

上記のように、本発明に係る充電制御ユニット８では、定電流制御モードにおける充電電流の指令値が、バッテリー３が許容できる最大充電電流値よりも低い値に設定されるので、長時間にわたって大電流がコネクタ９に流れ続けるのを防ぐことができる。
このため、本発明に係る充電制御ユニット８によれば、定電流制御モード時におけるコネクタ９の過度な温度上昇を防ぎ、コネクタ９の劣化を防ぐことができる。

また、本発明に係る充電制御ユニット８によれば、定電流制御モード時に長時間にわたって大電流がコネクタ９に流れ続けるのを防ぐことができるので、コネクタ９を従来よりも耐熱性の低い安価な部品で構成することができる。

［充電制御方法］
次に、図４を参照して、本発明に係る充電制御方法の具体的な一例について説明する。この例では、充電開始時におけるＳＯＣ値を３０％とし、また、バッテリー３が許容できる最大充電電流値を１２５Ａとする。

本発明に係る充電制御方法では、まず、指令値設定手段８１によりバッテリー状態データおよびバッテリー種別データ等が読み込まれる（Ｓ１）。

これらの各種データが読み込まれると、指令値設定手段８１によりモードごとの充電電流の指令値に関する充電指令データが生成される（Ｓ２）。

本例では、充電開始時におけるＳＯＣ値が３０％であるため、定電流制御モードの指令値は、図５に示すテーブルに基づいて１００Ａに設定される。定電流制御モードの指令値が１００Ａに設定されると、徐変電流制御モードの指令値が、定電流制御モードの指令値である１００Ａに向けて所定の電流増加率（例えば、１Ａ／ｓｅｃ）で増加していく値に設定される。

また、定電流制御モードの指令値が１００Ａに設定されると、定電流制御モード終了時の設定電圧が４８５Ｖに設定され、定電力制御モード終了時の設定電圧が５４５Ｖに設定される。

定電流制御モード終了時の設定電圧（４８５Ｖ）は、定電流制御モード中に充電電流の積算値が、最大充電電流値（１２５Ａ）の充電電流で充電させたと仮定した場合における定電流制御モードから定電力制御モードに切り替わる際の充電電流の積算値（１２５Ａ×（４００Ｖ−６０Ｖ））と等しくなるように設定されている（図３参照）。

指令値設定手段８１によりモードごとの充電指令データが生成されると、通信手段８２により徐変電流制御モードの充電指令データがＣＡＮ通信ライン１０を介して設置型充電器２に送信されて、徐変電流制御による充電が開始される（Ｓ３）。

徐変電流制御による充電が開始されると、設置型充電器２から送信される出力中の充電電流値および充電電圧値等に関する充電状態データに基づいて、指令値設定手段８１により充電電流が定電流制御モードの指令値（１００Ａ）に到達したかどうかの判断が行われる（Ｓ４）。

充電電流が定電流制御モードの指令値（１００Ａ）に到達していないとの判断が行われると（Ｓ４でＮＯ）、徐変電流制御による充電が継続される。徐変電流制御による充電が継続されている間は、徐変電流制御モードの充電指令データが、所定の周期で設置型充電器２に送信され続ける。

一方、充電電流が定電流制御モードの指令値（１００Ａ）に到達したとの判断が行われると（Ｓ４でＹＥＳ）、徐変電流制御による充電が終了し（Ｓ５）、切替手段８３により指令値設定手段８１のモードが定電流制御モードに切り替えられる。
モードが定電流制御モードに切り替えられると、通信手段８２により定電流制御モードの充電指令データがＣＡＮ通信ライン１０を介して設置型充電器２に送信されて、定電流制御による充電が開始される（Ｓ６）。

定電流制御による充電が開始されると、バッテリー制御ユニット７から送信されるバッテリー状態データに基づいて、指令値設定手段８１によりバッテリー電圧が設定電圧（４８５Ｖ）に到達したかどうかの判断が行われる（Ｓ７）。
バッテリー電圧が設定電圧（４８５Ｖ）に到達していないとの判断が行われると（Ｓ７でＮＯ）、定電流制御による充電が継続される。定電流制御による充電が継続されている間は、定電流制御モードの充電指令データが、所定の周期で設置型充電器２に送信され続ける。

一方、バッテリー電圧が設定電圧（４８５Ｖ）に到達したとの判断が行われると（Ｓ７でＹＥＳ）、定電流制御による充電が終了し（Ｓ８）、切替手段８３により指令値設定手段８１のモードが定電力制御モードに切り替えられる。

モードが定電力制御モードに切り替えられると、通信手段８２により定電力制御モードの充電指令データがＣＡＮ通信ライン１０を介して設置型充電器２に送信されて、定電力制御による充電が開始される（Ｓ９）。

定電力制御による充電が開始されると、指令値設定手段８１によりバッテリー電圧が設定電圧（５４５Ｖ）に到達したかどうかの判断が行われ（Ｓ１０）、設定電圧（５４５Ｖ）に到達したとの判断が行われると（Ｓ１０でＹＥＳ）、定電力制御による充電が終了し（Ｓ１１）、切替手段８３により指令値設定手段８１のモードが定電圧制御モードに切り替えられる。
モードが定電圧制御モードに切り替えられると、通信手段８２により定電圧制御モードの充電指令データがＣＡＮ通信ライン１０を介して設置型充電器２に送信されて、定電圧制御による充電が開始される（Ｓ１２）。

定電圧制御による充電が開始され、充電電流が所定値よりも小さくなるか、バッテリー３のＳＯＣ値が所定値より大きくなると（Ｓ１３でＹＥＳ）、定電圧制御による充電が停止されて、充電が終了する。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、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、コネクタ９またはコネクタ９近傍に温度センサを設けてもよい。これにより、定電流制御モード中にコネクタ９の温度が過度に上昇した場合であっても、温度センサにより検出された温度に基づいて定電流制御モードの指令値を変更することで、コネクタの劣化を確実に防ぐことができる。

また、定電流制御モード終了時の設定電圧は、定電流制御モード中に充電電流の積算値が、最大充電電流値の充電電流で充電させたと仮定した場合における定電流制御モードから定電力制御モードに切り替わる際の充電電流の積算値と等しくなるように設定されているが、厳密に等しくなる必要はなく、本発明の作用効果を奏する限りにおいて多少の差はあってもよい。

さらに、充電開始時のＳＯＣ値が高い場合（例えば、ＳＯＣ値が５０％）、過充電にならないように最大充電電流値を、図５に示すように、ＳＯＣ値が低い場合（例えば、ＳＯＣ値が３０％）における指令値（１００Ａ）よりも低く設定してもよく、この場合は、最大充電電流値（７７Ａ）を指令値として設定してもよい。

さらに、上記実施形態に係る充電制御ユニット８では、定電力制御モードにおける充電時間を従来の充電制御ユニットよりも短くして、全体の充電時間が従来の充電制御ユニットと同等となるようにしているが、さらに、定電圧制御モードにおける充電時間を短くしてもよい。

１ 充電システム
２ 設置型充電器
３ バッテリー
４ インバーター
５ モーター
６ 車両制御ユニット
７ バッテリー制御ユニット
８ 充電制御ユニット
９ コネクタ
１０ ＣＡＮ通信ライン
１１、１２ 電源ライン
８１ 指令値設定手段
８２ 通信手段
８３ 切替手段
８４ 記憶手段

Claims (4)

1. 車両外部に設置された設置型充電器から出力される充電電流を制御して、前記設置型充電器により当該車両に搭載されたバッテリーを充電させる車載型の充電制御ユニットであって、
   前記充電電流の指令値を、前記バッテリーが許容できる最大充電電流値よりも低い値に設定する指令値設定手段と、
   前記設置型充電器に前記指令値を送信する通信手段と、
   を備えたことを特徴とする充電制御ユニット。
2. 前記指令値設定手段のモードを、一定の前記指令値を出力し続ける定電流制御モードから定電力制御モードに切り替える切替手段をさらに備え、
   前記切替手段は、前記充電電流の積算値が、前記最大充電電流値の充電電流で充電させたと仮定した場合における前記定電流制御モードから前記定電力制御モードに切り替わる際の充電電流の積算値に等しくなると、前記モードを前記定電流制御モードから前記定電力制御モードに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の充電制御ユニット。
3. 前記指令値は、前記最大充電電流値の８０〜９０％に設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の充電制御ユニット。
4. 前記指令値は、前記設置型充電器と前記車両とを電気的に接続するコネクタの温度に応じて設定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の充電制御ユニット。

Images