JP2012209213A - 電動車両充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】電動車両の蓄電池を充電する際、蓄電池の温度に応じて、電動車両に備えられる蓄熱材からの伝熱により蓄電池を加温する電動車両充電システムを提供すること。
【解決手段】家庭に供給される系統電力の少なくとも一部を供給電力として電動車両への充電に使用する電動車両充電システムである。蓄熱材と、予備加熱手段と、予備加熱時間推測手段とを備えている。蓄熱材は熱源として熱エネルギーを蓄熱する機能を有する。予備加熱手段は充電に先立って蓄電池を予備的に加熱する必要がある場合に蓄熱材により蓄電池を予備加熱する。この場合、予備加熱時間は予備加熱が必要である場合の時間を推測する。蓄電池の温度が規定値より低温であることおよび蓄熱材の温度に基づき、予備加熱手段による予備加熱時間を推測する。
【選択図】図５

Description

本願は、家庭に供給される系統電力の少なくとも一部を供給電力として電動車両への充電に使用する電動車両充電システムに関する。

特許文献１には、ハイブリッド型車両に関し、バッテリの充電は、運転者がプラグをコンセントに差し込むと、深夜電力の提供が開始されるタイミングで行われることが記載されている。

また、エンジン温度に応じて、バッテリ及び商用電源の少なくとも一方からヒータに通電してエンジンを暖機することが記載されている。ここで、バッテリ温度を検出するのは、規定温度以上ではバッテリからの通電をしない制御をするためであるとする。バッテリ温度が規定温度より高温であるときにバッテリからヒータに通電すると、バッテリの劣化を招来する恐れがあるからとの記載がある。

特開２００８−２３８９１２号公報

背景技術として例示した特許文献１には、バッテリへの充電を家庭に給電される系統電力を使用して深夜に行うことが記載されている。

ここで、バッテリに使用される蓄電池の代表例としてリチウムイオン二次電池が知られている。リチウムイオン二次電池では、低温時に、電解質の粘度が高くなりリチウムイオンなどの移動度が低くなる場合がある。低温条件下において充電を行う場合、リチウムイオンの正極から負極への移動が間に合わず、負極の電位は常温時より低下することが考えられる。一方、リチウムイオン二次電池は、充電時に負極電位がリチウムの析出電位に近いという特性を有している。この結果、低温条件下での充電を行うと、更に負極の電位が低下して、負極にリチウムが析出し電極にダメージを受ける恐れがある。

したがって、バッテリへの充電を行う際には、バッテリ温度に応じてバッテリを加温する必要がある。しかしながら、特許文献１には、充電時のバッテリ温度に関して何ら記載されておらず、充電時のバッテリの加温に関して何ら記載がない。この点、エンジンの暖機の際、バッテリの温度を検出することが記載されているものの、バッテリの高温時の通電を避けるためでありバッテリ充電時の加温とは何ら関連するものではない。

本願は、電動車両の蓄電池を充電する際、蓄電池の温度に応じて、電動車両に備えられる蓄熱材からの伝熱により蓄電池を加温する電動車両充電システムを提供することを目的とする。

本願に開示される技術に係る電動車両充電システムは、家庭に供給される系統電力の少なくとも一部を供給電力として電動車両への充電に使用する電動車両充電システムである。蓄熱材と、予備加熱手段と、予備加熱時間推測手段とを備えている。蓄電池と蓄熱材とは電動車両に備えられ、蓄電池は電力を蓄電する機能を有し、蓄熱材は熱源として熱エネルギーを蓄熱する機能を有する。予備加熱手段は充電に先立って蓄電池を予備的に加熱する必要がある場合に蓄熱材により蓄電池を予備加熱する。この場合、予備加熱時間は予備加熱が必要である場合の時間を推測する。蓄電池の温度が規定値より低温であることおよび蓄熱材の温度に基づき、予備加熱手段による予備加熱時間を推測する。

これにより、電動車両に備えられる蓄熱材を利用して蓄電池を加熱することができ、充電時に加熱用の電力を充電電力の一部を割いて確保する必要がない。蓄電池が低温である場合に、充電による蓄電池の性能劣化を防止するために蓄電池を加熱することが必要になるが、この時の熱源を電動車両が備える蓄熱材から供給することで、家庭から供給される供給電力を効率的に蓄電池の充電に充てることができる。

また、本願に開示の電動車両充電システムは、供給電力のうち充電電力分配率により分配される電力を蓄電池の充電に供し、残余の電力を蓄熱材に蓄熱する電力に供する充電・蓄熱手段を備えている。また、分配率制限手段と、予備加熱継続手段とを備えている。予備加熱時間の終了に応じて蓄電池への充電を開始する際、蓄電池の温度が規定値より低温である場合に、分配率制限手段により、充電電力分配率を低減する。また、予備加熱継続手段により、予備加熱を、予備加熱時間を越えて蓄電池の温度が規定値に達するまで継続する。

これにより、蓄電池への充電前に行われる予備加熱手段による予備加熱が不十分であり、蓄電池が規定の温度に達しない場合には、蓄電池への充電および蓄熱材への蓄熱に並行して予備加熱を継続することができる。また、この場合、蓄電池は低温の状態にあるので、充電の際の蓄電池へのダメージを考慮して、充電電力分配率を低減する。充電電力を制限して充電を行うことができ、蓄電池への充電によるダメージを低減することができる。

また、本願に開示の電動車両充電システムは、予備加熱継続手段による予備加熱の終了に応じて、分配率制限手段による充電電力分配率の低減を解除する分配率復帰手段を備える。

これにより、予備加熱が終了することにより蓄電池の温度は規定値以上に上昇したことになる。充電により蓄電池がダメージを受けることはなくなるので、充電電力分配率を元に戻して充電を行うことが好都合である。

また、本願に開示の電動車両充電システムは、予備加熱手段または予備加熱継続手段による予備加熱の終了に応じて、蓄熱材温度を計測し、放熱された蓄熱量を補充するのに必要な蓄熱電力に基づいて給電時間を再計算する給電時間再計算手段を備えている。

これにより、予備加熱で放熱してしまった熱エネルギーを補充することができる。

本願に開示される電動車両充電システムによれば、蓄電池が低温である場合に蓄熱材による予備加熱で蓄電池を加熱することができ、低温での充電による蓄電池の性能劣化を防止することができる。この場合、蓄電池の加熱に家庭などの外部から供給される電力を使用する必要はない。従って、家庭等の外部から供給される供給電力を有効に蓄電池の充電に割り当てることができ、外部からの供給電力は充電に必要な必要最低限の電力で済み、外部での電力使用を制限することが無く好都合である。

家庭における消費電力優先供給の時間帯と電動車両への充電・蓄熱電力の供給可能な時間帯を例示する図である。 本発明の実施形態における電動車両充電システムを示すブロック図である。 電動車両充電システムのメインフローチャートである。 電動車両への充電・蓄熱の開始・終了時刻設定処理のフローチャートである。 電動車両への予備加熱処理のフローチャートである。 電動車両への通常充電モードにおける充電処理のフローチャートである。 電動車両への通常充電モードにおける蓄熱処理のフローチャートである。 電動車両への緊急充電モードにおける充電処理のフローチャートである。 系統電力の分配を示す表である。 電動車両に供給される供給電力のうち充電電力と蓄熱電力との分配の時間推移を示すグラフである。 電動車両充電システムの変形例を示すブロック図である。

ガソリンエンジン車では車両を走行させるエンジン自体が発熱体となるため、車室内の暖房などにはエンジンから発せられる熱を利用することができる。これに対して電動車両は、車両を走行させる電動モーターからの発熱は僅かであるため、車室内の暖房などには別途熱源が必要となる。また、蓄電池の充放電特性を充分に確保するためには蓄電池を加温することが有効である場合がある。特に、蓄電池が低温の状態で充電を行うと、蓄電池の放電特性の低下や蓄電容量の低下などの性能劣化を招き、電動車両の航続距離が短くなるといった問題がある。このため、充電に先立って蓄電池は加温されていることが好ましい。

この点、家庭に給電される系統電力から電力供給を受けるいわゆるプラグイン方式の電動車両では、蓄電池を加温するための熱源として電動車両に電動ヒータを備え、充電に先立ち電動ヒータに通電して蓄電池を加温することが考えられる。

しかしながら、家庭に給電される系統電力を利用して電動ヒータに通電する方式では、蓄電池への充電開始前の時間帯にも系統電力の一部を使用する必要がある。一般的に蓄電池への充電は深夜の時間帯に行われるところ、深夜の時間帯に加えて、これに先立つ時間帯にも電動車両への電力供給が必要となり、家庭での必要電力との関係で好ましくない。

そこで、家庭に給電される系統電力の過度の利用を避けるため、車室内の暖房などのために備えられる蓄熱材により蓄電池を加温することが考えられる。

以下の実施形態では、家庭から電力供給を受けるいわゆるプラグイン方式の電動車両について、電動車両が蓄電池の他に蓄熱材を備える場合に、蓄電池への充電に先立ち蓄熱材からの伝熱により蓄電池を予備加熱することについて説明する。あわせて、電力供給を受ける時間帯を家庭での電力消費が僅少な深夜の時間帯に設定すると共に、供給される電力により蓄電池の充電に加えて蓄熱材の蓄熱を行う際の電力の分配について説明する。

図１は、家庭における消費電力優先供給の時間帯と電動車両への充電・蓄熱電力の供給可能な時間帯を例示する図である。家庭に供給される電力を、生活リズムに合わせて、家庭内で使用する電力に優先的に振り向ける時間帯と電動車両に給電する電力の供給可能な時間帯とを分けて設定するものである。横軸に１日の時刻を表している。午前６時から深夜２４時までの時間帯は、家庭内での電力消費が優先され電動車両への給電は禁止あるいは制限される。一方、深夜２４時から午前６時までの時間帯は、電動車両への給電を可能とし電動車両に備えられる充電池の充電と蓄熱材の蓄熱が可能な時間帯とされる。家庭内では生活者の活動に応じて電力が消費される。その消費電力は、生活者の活動時間帯である午前６時から深夜２４時までの時間帯には大きくなり、就寝時間帯である深夜２４時から午前６時までの時間帯には小さくなる。家庭に供給される電力は契約電力による上限があるので、生活に支障のない範囲内で電動車両に充電電力および蓄熱電力を供給する必要がある。そこで、午前６時から深夜２４時までの活動時間帯には電動車両への給電を禁止あるいは制限して家庭内への電力供給を優先して生活を支障なく行えるようにし、深夜２４時から午前６時までの就寝時間帯に電動車両の備える蓄電池の充電と蓄熱材の蓄熱をするように設定することが好都合である。また、電動車両への給電が可能な深夜２４時から午前６時までの時間帯においても、家庭内で電力が使われる事態に対応するため家庭内への電力の割り当てを残しておくこともできる。

図２は、実施形態における電動車両充電システムのブロック図である。電動車両充電システム１ａは、家庭２の装置構成と電動車両３ａとを備える。家庭２は、ブレーカ２０、家電等の負荷２２、家庭電力制御部２４、インターフェース部２６を備える。ブレーカ２０には、電力会社からの系統電力Ｗｏが図示しない電力メータを介して接続されている。家庭２に供給された系統電力Ｗｏは、ブレーカ２０により分岐されて、家庭内の様々な機器全体を示す家電等の負荷２２と電動車両３ａとに供給される。家庭電力制御部２４はブレーカ２０と接続され、家電等の負荷２２の家電消費電力Ｗｈの監視、及び制御や、電動車両３ａへの供給電力４の制御をする。また、家庭電力制御部２４は電動車両３ａの備える車両電力制御部３４と有線あるいは無線の通信手段により接続され、後述する蓄電池３０の充電状態ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）等の情報や、後述する蓄熱材３６の温度である蓄熱材温度Ｔｈ等の情報を取得する。また、蓄電池３０に供給される充電電力Ｗｃや蓄熱材３６に供給される蓄熱電力Ｗｂの制御指令を送信する。インターフェース部２６は、利用者からの家庭電力制御部２４への指令等の入力を受付ける入力部（不図示）と、電動車両３ａ等の情報や、充電・蓄熱等の表示を行う表示部（不図示）とを備える。インターフェース部２６により、利用者は、電動車両３ａ等の情報を取得し、電動車両３ａへの充電・蓄熱等の指令を送信できる。

電動車両３ａは、蓄電池３０、コンバータ３２、車両電力制御部３４、蓄熱材３６、センサ３８１、３８２、ヒートポンプ３９を備える。家庭２から図示しない電源プラグを電動車両３ａの備える図示しない電源ジャックに接続する有線方式（いわゆるプラグイン方式）による電力伝送経路を介し、電動車両３ａへの供給電力４はコンバータ３２に供給される。電力供給は有線方式に限定されるものではなく、非接触給電などの無線方式でも利用可能である。コンバータ３２は車両電力制御部３４からの指令に基づき供給電力４を変換し、蓄電池３０および蓄熱材３６に対して充電電力Ｗｃおよび蓄熱電力Ｗｂを供給する。車両電力制御部３４は、蓄電池３０の充電状態ＳＯＣ、および電池温度Ｔｃの監視をするセンサ３８１から出力される情報、および蓄熱材３６の蓄熱材温度Ｔｈを監視するセンサ３８２から出力される情報を取得する。車両電力制御部３４は、これら情報に基づきコンバータ３２に対し指令を送信することにより、蓄電池３０と蓄熱材３６とに供給する電力を制御する。ヒートポンプ３９は、蓄熱材３６および蓄電池３０から発せられる熱を利用し電動車両３ａの暖房等を行う。蓄熱材３６等を熱源としてヒートポンプ３９を利用により、外気の低温のときにおいて、暖房を効率よく行うことができる。電動車両３ａもインターフェース部（不図示）を有しており、利用者は各種情報の取得や充電・蓄熱等の指令を送信できる。

図３に示す電動車両充電システム１ａのメインフローについて説明する。家庭電力制御部２４の動作開始（Ｓ０）後、家庭電力制御部２４は、有線あるいは無線の通信手段により車両電力制御部３４と接続され通信可能状態になるまで待機する（Ｓ２：ＮＯ）。車両電力制御部３４との通信可能状態になった後（Ｓ２：ＹＥＳ）、車両電力制御部３４と通信を行い、充電状態ＳＯＣおよび蓄熱材温度Ｔｈ等の情報を取得する（Ｓ４）。

次に、利用者はインターフェース部２６を用い、電動車両３ａに対して行う充電モードの選択、および充電・蓄熱の開始時刻ｔ１、終了時刻ｔ２の設定を入力する（Ｓ６）。尚、開始時刻ｔ１、終了時刻ｔ２の設定は、利用者による設定のほか、家庭２の電力利用傾向の分析により得られた情報から自動的に設定されてもよい。開始時刻ｔ１は深夜２４時以降の時間に設定され、終了時刻ｔ２は午前６時以前の時間に設定される。開始時刻ｔ１から終了時刻ｔ２までの時間帯は、深夜２４時から午前６時までの時間帯に含まれる時間帯として設定される。

次に、充電モードの判別を行う（Ｓ８）。通常の充電モードが設定されている場合、ステップＳ１０の処理に移行し（Ｓ８：ＹＥＳ）、緊急充電モードが設定されている場合、ステップＳ１２の処理に移行する（Ｓ８：ＮＯ）。

ステップＳ９では、蓄電池３０の電池温度Ｔｃが電池下限温度Ｔｃｌを下回ると、通常充電モードによる充電処理（Ｓ１０）が始まる前に、蓄熱材３６による蓄電池３０の予備加熱が行われる（Ｓ９）。

ステップＳ１０では、充電・蓄熱の開始時刻ｔ１になると、ブレーカ２０から電動車両３ａのコンバータ３２に対し供給電力４が供給される。コンバータ３２は、蓄電池３０の充電および蓄熱材３６の蓄熱を開始する（Ｓ１０）。

ステップＳ１２では、ステップＳ６での設定に応じてブレーカ２０から電動車両３ａのコンバータ３２に対し供給電力４が供給され、蓄電池３０の充電が開始される（Ｓ１２）。

充電および蓄熱の完了が電動車両３ａに備えられるセンサ３８１および３８２によって検知されると、車両電力制御部３４は家庭電力制御部２４に充電および蓄熱の完了の通知を行う。家庭電力制御部２４はブレーカ２０を制御し、供給電力４の送電停止を行う（Ｓ１４）。

次に、ステップＳ６における、充電・蓄熱の開始・終了時刻設定処理のフローチャートを図４に示す。ステップＳ４において、充電状態ＳＯＣおよび蓄熱材温度Ｔｈ等の情報を取得した後、図４のフローが開始される（Ｓ１００）。

家庭電力制御部２４はインターフェース部２６を介し、利用者の通常の充電モードまたは緊急充電モードの選択を受付ける（Ｓ１０２）。通常の充電モードが選択されると（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、充電・蓄熱の開始時刻ｔ１と終了時刻ｔ２との入力を受付ける（Ｓ１０４）。開始時刻ｔ１と終了時刻ｔ２とが入力されると、開始時刻ｔ１から終了時刻ｔ２までの時間帯は、あらかじめ設定されている充電・蓄熱可能時間帯（図１において、深夜２４時から午前６時までの時間帯）であるか否かを判断する（Ｓ１０６）。充電・蓄熱可能時間帯ではなく充電・蓄熱禁止時間帯（図１において、午前６時から深夜２４時までの時間帯）が含まれている場合（Ｓ１０６：ＮＯ）には、再度開始時刻ｔ１と終了時刻ｔ２との入力を受付ける（Ｓ１０４）。

開始時刻ｔ１から終了時刻ｔ２までの時間帯に充電・蓄熱禁止時間帯が含まれず充電・蓄熱可能時間帯である場合（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、充電状態ＳＯＣ、および供給電力４と、供給電力４のうち充電に分配される充電電力の割合である充電電力分配率ａ１（０≦ａ１≦１）とにより決定される充電電力Ｗｃ基づいて、定電流充電（ＣＣ充電）に要する定電流充電時間ｔｃｃと定電流充電（ＣＣ充電）の終了後に行われる定電圧充電（ＣＶ充電）に要する定電圧充電時間ｔｃｖとを推測する（Ｓ１０８）。ここで、充電電力Ｗｃとは、供給電力４と充電電力分配率ａ１との積として算出される。

ここで、定電流充電時間ｔｃｃとは、定電流充電（ＣＣ充電）を開始して、現在の充電状態ＳＯＣ０から充電状態ＳＯＣ１に達するまでの予定時間である。また、定電圧充電時間ｔｃｖとは、定電圧充電（ＣＶ充電）を開始して、充電状態ＳＯＣ１から満充電である充電状態ＳＯＣ２に達するまでの予定時間である。

充電状態ＳＯＣ１とは、定電流充電（ＣＣ充電）での充電が完了した時点での充電状態を示す。定電流充電（ＣＣ充電）は、蓄電池３０への充電電流を一定に保つ充電方法である。蓄電池３０に供給される電流量に応じて高速に充電が可能である。しかしながら、例えばリチウムイオン二次電池においては、充電が進むと充電池３０の電極間電圧が上昇するおそれがある。また、負極の電位が負側にシフトしていく特性を有しており、負電極にリチウムが析出してしまうおそれがある。これらの特性はリチウムイオン二次電池の特性劣化つながるおそれがある。そこで、定電流充電（ＣＣ充電）での充電で充電状態ＳＯＣ１まで充電した後は、充電池３０の電極間電圧を監視し定電圧になるように制御を行う定電圧充電（ＣＶ充電）に切り替える。定電圧充電（ＣＶ電圧）により、電極間電圧が所定電圧以上に上昇することを防止すると共に、負極の電位の必要以上の低下を防止して充電池３０の劣化を防ぐことができる。

次に、推測された定電流充電時間ｔｃｃと定電圧充電時間ｔｃｖとの合計時間である充電所要時間ｔ３が、終了時刻ｔ２から開始時刻ｔ１を引いた充電設定時間ｔ４と比較し短いかどうかを判断する（Ｓ１１０）。

充電所要時間ｔ３が充電設定時間ｔ４より長いと判断された場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、充電設定時間ｔ４までに充電される充電状態ＳＯＣ３を推測する。そして、充電状態ＳＯＣ３に応じて求められる満充電に対する充電率を算出して、インターフェース部２６の表示部（不図示）に「充電率○○％の充電でいいですか？」のメッセージを表示する（Ｓ１１２）。利用者は、表示部に表示されたメッセージに応じて、承服できない場合は（Ｓ１１２：ＮＯ）、ステップＳ１０４に戻り開始時刻ｔ１と終了時刻ｔ２とを再度入力する。

充電所要時間ｔ３が充電設定時間ｔ４より短く終了時刻ｔ２までに充電が完了する場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、もしくは、ステップＳ１１２で「充電率○○％の充電でよい」と判断した場合（Ｓ１１２：ＹＥＳ）、供給電力４と分配率（１−ａ１）とにより決定される蓄熱電力Ｗｂ、蓄熱材３６の熱容量、および現在の蓄熱材温度Ｔｈに基づいて、蓄熱時間ｔｂを推測する（Ｓ１１３）。ここで、蓄熱電力Ｗｂとは、供給電力４と分配率（１−ａ１）との積として算出される。

現在の蓄熱材温度Ｔｈと蓄熱時間ｔｂとにより、終了時刻ｔ２までに蓄熱材温度Ｔｈが蓄熱材上限温度Ｔｈｌまでに達しないと判断された場合（Ｓ１１４：ＮＯ）、終了時刻ｔ２での蓄熱材温度Ｔｈを推測する。そして、推測された蓄熱材温度Ｔｈの蓄熱材上限温度Ｔｈｌに対する割合を算出して、インターフェース部２６の表示部に「○○％の蓄熱でいいですか？」のメッセージを表示する（Ｓ１１６）。利用者は、表示部に表示されたメッセージに応じて、承服できない場合は（Ｓ１１６：ＮＯ）、ステップＳ１０４に戻り開始時刻ｔ１と終了時刻ｔ２とを再度入力する。

終了時刻ｔ２までに蓄熱材温度Ｔｈが蓄熱材上限温度Ｔｈｌに達する場合（Ｓ１１４：ＹＥＳ）、もしくは、ステップＳ１１６で「○○％の蓄熱でいい」と判断した場合（Ｓ１１６：ＹＥＳ）、充電・蓄熱の開始時刻および終了時刻の設定に関する入力を完了し（Ｓ１１８）、ステップＳ８（図３）に戻る。

ステップＳ１０２において、緊急充電モードが選択されると（Ｓ１０２：ＮＯ）、現在の時刻を充電の開始時刻ｔ１として設定し（Ｓ１２２）、車両電力制御部３４から取得した蓄電池３０の充電状態ＳＯＣから定電流充電時間ｔｃｃを推測する（Ｓ１２４）。開始時刻ｔ１と推測された定電流充電時間ｔｃｃとを合計し緊急充電モードの終了時刻ｔ２’を算出する（Ｓ１２６）。

推測された終了時刻ｔ２’をインターフェース部２６の表示部に「電動車両３ａが充電状態ＳＯＣ１（○○％）に達するまで、これから終了時刻ｔ２’までかかります、この間家電類を使用できませんがよろしいですか？」のメッセージを表示する（Ｓ１２８）。利用者は、表示部に表示されたメッセージを承服できない場合（Ｓ１２８：ＮＯ）、ステップＳ１０２に戻り、再度、通常充電モードと緊急充電モードとのどちらを利用するか選択する。

メッセージに承服して緊急充電モードを選択した場合（Ｓ１２８：ＹＥＳ）、充電・蓄熱の開始時刻および終了時刻の設定に関する入力を完了する（Ｓ１１８）。

次に、おけるステップＳ９の、予備加熱処理のフローチャートを図５に示す。通常の充電モードと判別されると（Ｓ８：ＹＥＳ）ステップＳ９に移る。ステップＳ８において、図５に示すフローチャートに移行し、予備加熱処理が開始される（Ｓ５００）。また、電動車両３ａは、予備加熱処理の開始までに、電源プラグの接続等による電力供給の可能な状態にする必要がある。

車両電力制御部３４は、センサ３８１によって蓄電池３０の電池温度Ｔｃを監視し、計測された電池温度Ｔｃを逐次受信する。センサ３８１から取得された電池温度Ｔｃが、あらかじめ定められている電池下限温度Ｔｃｌより高いとき（Ｓ５０２：ＮＯ）、ステップＳ１０（図３）に戻る（Ｓ５１６）。電池温度Ｔｃが電池下限温度Ｔｃｌ以下のとき（Ｓ５０２：ＹＥＳ）、車両電力制御部３４は、現在の電池温度Ｔｃと蓄熱材温度Ｔｈとから蓄電池３０が電池下限温度Ｔｃｌに達するまでの予備加熱時間ｔｓを推測する（Ｓ５０４）。予備加熱時間ｔｓは、開始時刻ｔ１になる時点で電池温度Ｔｃが電池下限温度Ｔｃｌに達するように、開始時刻ｔ１から先立って予備加熱を開始する時間である。予備加熱の開始時刻は、ｔ１−ｔｓとして設定される。

現在時刻ｔが予備加熱の開始時刻（ｔ１−ｔｓ）になると（Ｓ５０６：ＹＥＳ）、車両電力制御部３４は、蓄熱材３６から熱を供給することにより、蓄電池３０に対し予備加熱を開始する（Ｓ５０８）。

現在時刻ｔが開始時刻ｔ１の時点で（Ｓ５０９：ＹＥＳ）、電池温度Ｔｃが電池下限温度Ｔｃｌより高いと（Ｓ５１０：ＮＯ）、車両電力制御部３４は、蓄電池３０に対する予備加熱処理を終了する（Ｓ５１２）。予備加熱により蓄熱材３６の蓄熱量は減少しているため、蓄熱材温度Ｔｈの計測結果に基づき、ステップＳ１１３（図４）と同様に蓄熱時間ｔｂの推測を再度行い、ステップＳ６（図３）、具体的にはステップＳ１１４（図４）で定めた設定条件が維持できなくなった場合には、終了時刻ｔ２の再計算を行う（Ｓ５１４）。例えば、Ｓ１１４（図４）において、蓄熱材温度Ｔｈが蓄熱材上限温度Ｔｈｌ以上であることを設定条件としている場合に、蓄熱材温度Ｔｈが蓄熱材上限温度Ｔｈｌまでに達しないと判断されたら再計算を行う。この後、ステップＳ１０（図３）に戻る（Ｓ５１６）。尚、再計算される終了時刻ｔ２は、充電・蓄熱禁止時間帯以前に設定される。

電池温度Ｔｃが電池下限温度Ｔｃｌ以下である場合（Ｓ５１０：ＹＥＳ）、引き続き予備加熱を継続し、ステップＳ１０（図３）に戻る（Ｓ５１６）。

次に、メインフローチャート（図３）におけるステップＳ１０、Ｓ１２の、充電処理・蓄熱処理のフローチャートを図６、７、８に示す。ステップＳ１０において、図６、７に示すフローチャートに移行し、通常充電モードにおける充電処理、蓄電処理が開始される（Ｓ２００）。

家庭電力制御部２４は、開始時刻ｔ１になるまでブレーカ２０および車両電力制御部３４を制御し、充電・蓄熱の待機状態にある。

以下の説明では、ステップＳ２００に移行して充電処理が行われる場合のフローチャート（図６）について説明をする。現在時刻が開始時刻ｔ１の時点で電池温度Ｔｃが電池下限温度Ｔｃｌより低いとき（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、充電に伴う蓄電池３０の電極にかかる低温でのダメージを抑え、蓄電池３０が安全に充電されるために、車両電力制御部３４は、充電電力分配率ａ１を通常の分配率から低減して制限し、電池温度Ｔｃに対応した充電電力Ｗｃにする。充電電力分配率ａ１の制限による充電電力Ｗｃ減少のため、定電流充電時間ｔｃｃと定電圧充電時間ｔｃｖとを再度推測し、必要に応じて終了時刻ｔ２の再計算を行う（Ｓ２０３）。尚、この推測の条件は、電動車両への充電・蓄熱の開始・終了時刻設定処理のフローチャート（図４）での処理と同様である。

電池温度Ｔｃが電池下限温度Ｔｃｌより高い場合（Ｓ２０２：ＮＯ）、およびステップＳ２０３の後、ステップＳ２０４に移行すると共に、並列にステップＳ３００（図７）に移行する（図６中のＡ）。

ステップＳ２０４に移行する処理では、ブレーカ２０を制御しコンバータ３２に対し供給電力４の供給を開始して車両電力制御部３４を介しコンバータ３２を制御することにより蓄電池３０に対して定電流充電（ＣＣ充電）を開始する（Ｓ２０４）。

定電流充電（ＣＣ充電）の間、車両電力制御部３４は、電池温度Ｔｃが電池下限温度Ｔｃｌ以下の場合（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、引き続き蓄電池３０に対する予備加熱処理を継続すると共に、逐次、電池温度Ｔｃに対応して蓄電池３０にダメージを与えないように充電電力Ｗｃを制限する充電電力分配率ａ１となるように再計算を行う（Ｓ２０５１）。

また、定電流充電（ＣＣ充電）の間、電池温度Ｔｃが電池下限温度Ｔｃｌより高くなると（Ｓ２０５：ＮＯ）、車両電力制御部３４は、蓄電池３０に対する予備加熱処理を終了する（Ｓ２０５２）。そして、ステップＳ２０５１で行われた充電電力分配率ａ１の制限を解除し、充電電力Ｗｃを元に戻す。また、蓄熱材温度Ｔｈの計測結果に基づき、ステップＳ１１３（図４）と同様に蓄熱時間ｔｂの推測を再度行い、ステップＳ６（図３）、具体的にはステップＳ１１４（図４）で定めた設定条件が維持できなくなった場合には、終了時刻ｔ２の再計算を行う。更に、この時点までに、既に制限された充電電力分配率ａ１により充電が行われているので、この時点での充電状況に応じて終了時刻ｔ２を再計算する必要もある（Ｓ２０５３）。尚、ステップＳ５１２（図５）により予備加熱処理が終了している場合には、ステップＳ２０５２、Ｓ２０５３の処理は省略される。

更に、センサ３８１は蓄電池３０の充電状態ＳＯＣを推定するためセル間電圧Ｅを監視し、計測されたセル間電圧Ｅを充電状態ＳＯＣの１つとして逐次車両電力制御部３４に送信する。車両電力制御部３４は、センサ３８１から取得したセル間電圧Ｅが、あらかじめ定められている定電流充電上限電圧Ｅｕｌに達しなければ（Ｓ２０６：ＮＯ）、ステップＳ２０５に戻る。

セル間電圧Ｅが定電流充電上限電圧Ｅｕｌに達すると（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、車両電力制御部３４は蓄電池３０に対する定電流充電（ＣＣ充電）を停止すると共に（Ｓ２０８）、定電圧充電（ＣＶ充電）を開始する（Ｓ２１０）。

定電圧充電（ＣＶ充電）の間、車両電力制御部３４は、電池温度Ｔｃが電池下限温度Ｔｃｌ以下の場合（Ｓ２１１：ＹＥＳ）、引き続き蓄電池３０に対する予備加熱処理を継続すると共に、逐次、電池温度Ｔｃに対応して蓄電池３０にダメージを与えないように充電電力Ｗｃを制限する充電電力分配率ａ１となるように再計算を行う（Ｓ２１１１）。

また、定電圧充電（ＣＶ充電）の間、電池温度Ｔｃが電池下限温度Ｔｃｌより高くなると（Ｓ２１１：ＮＯ）、車両電力制御部３４は、蓄電池３０に対する予備加熱処理を終了する（Ｓ２１１２）。そして、ステップＳ２０５１で行われた充電電力分配率ａ１の制限を解除し、充電電力Ｗｃを元に戻す。また、蓄熱材温度Ｔｈの計測結果に基づき、ステップＳ１１３（図４）と同様に蓄熱時間ｔｂの推測を再度行い、ステップＳ６（図３）、具体的にはステップＳ１１４（図４）で定めた設定条件が維持できなくなった場合には、終了時刻ｔ２の再計算を行う。尚、ステップＳ５１２、およびステップＳ２０５２により予備加熱処理が終了している場合には、ステップＳ２１１２、Ｓ２１１３の処理は省略される。

更に、センサ３８１は蓄電池３０の充電状態ＳＯＣの１つとして充電電流Ｉを監視し、計測された充電電流Ｉを逐次車両電力制御部３４に送信する。センサ３８１から取得した充電電流Ｉが、あらかじめ定められている定電圧充電下限電流Ｉｌｌ以下になるまで（Ｓ２１２：ＹＥＳ）、かつ、終了時刻ｔ２、もしくは終了時刻ｔ２に達するまで（Ｓ２１４：ＹＥＳ）、ステップＳ２１１に戻る。尚、蓄電池３０への充電電力Ｗｃは、定電流充電（ＣＣ充電）の場合も定電圧充電（ＣＶ充電）の場合も、供給電力４と充電電力分配率ａ１との積として算出される。

充電電流Ｉが定電圧充電下限電流Ｉｌｌに達すると（Ｓ２１２：ＹＥＳ）、もしくは終了時刻ｔ２を経過すると（Ｓ２１４：ＹＥＳ）、蓄電池３０に対する定電圧充電（ＣＶ充電）を停止する（Ｓ２１６）。後述するステップＳ３１０（図７）の処理が行われることと併せて、ステップＳ１４（図３）に戻る（Ｓ２１８）。尚、終了時刻ｔ２が再計算された場合において、終了時刻ｔ２は最も遅くとも充電・蓄熱禁止時間帯以前となる。

続いて、図７に示す蓄熱処理のフローチャートについて説明をする。ステップ２０２（図６）においてステップＳ３００に移行する場合である（図６中のＡ）。開始時刻ｔ１になると（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、蓄熱材３６に対して分配率（１−ａ１）に基づいた蓄熱動作が開始される（Ｓ３００）。すなわち、蓄熱電力Ｗｂは、供給電力４と分配率（１−ａ１）との積として算出される。

このとき、センサ３８２は蓄熱材３６の蓄熱材温度Ｔｈを監視し、計測された蓄熱材温度Ｔｈを逐次車両電力制御部３４に送信する。車両電力制御部３４は、センサ３８２から取得した蓄熱材温度Ｔｈが、あらかじめ定められている蓄熱材上限温度Ｔｈｌより低温であり（Ｓ３０６：ＮＯ）、かつ、終了時刻ｔ２に達するまで（Ｓ３０８：ＮＯ）、ステップＳ３０６に戻り蓄熱を継続する。

蓄熱材温度Ｔｈが蓄熱材上限温度Ｔｈｌに達すると（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、もしくは終了時刻ｔ２を経過すると（Ｓ３０４：ＹＥＳ）、蓄熱を停止する（Ｓ３０６）。ステップＳ２１８（図６）の処理が行われることと併せて、ステップＳ１４（図３）に戻る（Ｓ３０８）。

次に、図８の充電処理のフローチャートについて説明する。ステップＳ８（図３）において緊急充電モードと判別されると（Ｓ８：ＮＯ）、図８に示すフローチャートに移行し、緊急充電モードにおける充電処理が開始される（Ｓ４００）。このとき、電動車両３ａは、電源プラグの接続等による電力供給の可能な状態である。

充電処理の開始により（Ｓ４００）、定電流充電（ＣＣ充電）が開始される（Ｓ４０２）。このとき、センサ３８１は蓄電池３０のセル間電圧Ｅを監視し、計測されたセル間電圧Ｅを逐次車両電力制御部３４に送信する。車両電力制御部３４は、センサ３８１から取得したセル間電圧Ｅが、あらかじめ定められている定電流充電上限電圧Ｅｕｌに達するまで蓄電池３０に対し定電流充電（ＣＣ充電）を継続する（Ｓ４０４：ＮＯ）。

セル間電圧Ｅが定電流充電上限電圧Ｅｕｌに達すると（Ｓ４０４：ＹＥＳ）、車両電力制御部３４は蓄電池３０に対する定電流充電（ＣＣ充電）を停止し（Ｓ４０６）、ステップＳ１４（図３）に戻る（Ｓ４０８）。

図９に電力の分配を示す表を示す。図９は通常充電モードおよび緊急充電モードにおいて、家庭２に供給される系統電力Ｗｏが、家電等の負荷２２の家電消費電力Ｗｈ、蓄電池３０に供給される充電電力Ｗｃ、および蓄熱材３６に供給される蓄熱電力Ｗｂのそれぞれに分配される電力分配率を時間帯ごとに示したものである。

家庭電力制御部２４は、家電等の負荷２２の家電消費電力Ｗｈに優先的に供給する割合を家庭電力分配率Ｘとして設定する。通常充電モードおよび緊急充電モードにおいて、開始時刻ｔ１から終了時刻ｔ２、ｔ２‘の時間帯を除く時間帯は、家庭２内で電力が消費されるため、系統電力Ｗｏは全て家電消費電力Ｗｈに供給される。よって、この時間帯において、家庭電力分配率Ｘは１．０とされる。

通常充電モードにおいて、充電・蓄熱の時間帯に家電消費電力Ｗｈへの電力の分配を残すため、開始時刻ｔ１から終了時刻ｔ２の時間帯の家庭電力分配率Ｘを０．２と設定する。実施形態では、開始時刻ｔ１から終了時刻ｔ２の時間帯を深夜２４時から午前６時までの時間帯と定める場合を例示している。この時間帯では、家庭２における電力の使用が少ないと想定されるため、家庭電力分配率Ｘを０．２と設定する。尚、上記に説明した分配率に限らず、実情に合わせて、通常充電モードにおける開始時刻ｔ１から終了時刻ｔ２の時間帯の家庭電力分配率Ｘを、あらかじめ設定することができる。

緊急充電モードにおいては、充電電力Ｗｃは最大限に優先して分配するものとし、このときの分配率を分配率ａ２とする。開始時刻ｔ１から終了時刻ｔ２の時間帯の家庭電力分配率Ｘは必要最低限の（１．０−ａ２）に限定される。通常充電モード時の家庭電力分配率Ｘは０．２であるので、分配率ａ２が０．８より大きな分配率である場合、家庭２において使用できる電力は通常充電モードより制限されることとなる。この場合を想定して、また、緊急充電モードが行われる時間帯は任意の時間帯であることから家庭２への電力供給が制限されることを考慮して、ステップＳ１２８のメッセージにより警告を行う。

充電電力分配率ａ１は、供給電力４から蓄電池３０に供給される充電電力Ｗｃに分配される電力の分配率である。後述する図１０に示すように、充電電力分配率ａ１は、蓄電池３０への充電の状況により変化する。また、供給電力４から充電電力Ｗｃを引いた電力は、蓄熱材３６に供給される蓄熱電力Ｗｂである。蓄熱電力Ｗｂへの分配率が分配率（１−ａ１）である。

通常充電モードにおいて、充電電力Ｗｃは、供給電力４および充電電力分配率ａ１によって設定される。ここで、図９の表より家庭電力分配率Ｘは０．２であるから、供給電力４は、系統電力Ｗｏの０．８である。供給電力４と充電電力分配率ａ１との乗算により、充電電力Ｗｃへの分配率は、０．８×ａ１である。同様に、蓄熱電力Ｗｂへの分配率は、０．８×（１−ａ１）である。なお、蓄熱材温度Ｔｈが蓄熱材上限温度Ｔｈｌに達した場合には蓄熱材３６への蓄熱は不要であり、上記に演算された蓄熱電力Ｗｂは供給されないことは言うまでもない。

緊急充電モードにおいては、系統電力Ｗｏのうち充電電力Ｗｃへは分配率ａ２で分配される。このとき、蓄熱材３６への蓄熱は行われないので蓄熱電力Ｗｂへの分配率は０である。したがって、供給電力４はすべて充電電力Ｗｃとなり、分配率は分配率ａ２である。また、緊急充電モードの場合、家庭２への家電消費電力Ｗｈの分配は、分配率（１−ａ２）である。

図１０に充電電力Ｗｃと蓄熱電力Ｗｂとの時間推移を示すグラフを示す。図１０は、通常充電モードで、かつ開始時刻ｔ１までに蓄電池３０の予備加熱が終了している場合である。このグラフにおいて、開始時刻ｔ１に充電および蓄熱が開始され、終了時刻ｔ２に蓄電池３０は満充電に達するものとする。

開始時刻ｔ１から定電流充電時間ｔｃｃの経過するまでは定電流充電（ＣＣ充電）が行われる。この間の充電電力分配率ａ１は大きく、定電流充電（ＣＣ充電）により大きな充電電力Ｗｃが蓄電池３０に供給され急速な充電が行われる。グラフが右上がりに上昇するのは、充電に伴い蓄電池３０の電極間電圧が上昇し、定電流充電（ＣＣ充電）により供給される電力が上昇するためである。これに応じて充電電力分配率ａ１は上昇する。

開始時刻ｔ１から定電流充電時間ｔｃｃが経過すると、定電流充電（ＣＣ充電）から定電圧充電（ＣＶ充電）に切り替わる。定電圧充電時間ｔｃｖの間、充電池３０の電極間電圧は略一定として制御され満充電に近づくと共に供給すべき電力は減少する。このため、充電電力分配率ａ１のグラフは右下がりに減少する。時間と共に充電電力分配率ａ１が減少する分、蓄熱電力Ｗｂへの分配率（１−ａ１）は増大し、蓄熱電力Ｗｂは増加する。

図１１は、実施形態の変形例である電動車両充電システムのブロック図である。電動車両充電システム１ｂは、電動車両充電システム１ａにおける電動車両３ａに代えて電動車両３ｂを備える。電動車両３ｂでは、蓄電池３０に充電電力Ｗｃを供給するコンバータ３２１と蓄熱材３６に蓄熱電力Ｗｂを供給するコンバータ３２２とを備えている以外は、電動車両３ａと構成が同様である。電動車両充電システム１ａと同様な構成に関しては、説明を省略する。

電動車両３ｂは、コンバータ３２を備える代わりに、コンバータ３２１、３２２を備えることにより、車両電力制御部３４は、コンバータ３２１、３２２それぞれを介して、充電電力Ｗｃおよび蓄熱電力Ｗｂの制御をする。蓄電池３０および蓄熱材３６に印加される電圧および電流の制御は各々に固有であるため、コンバータ３２により蓄電池３０および蓄熱材３６を制御する電動車両３ａに比して、蓄電池３０と蓄熱材３６とのそれぞれに固有のコンバータ３２１、３２２を備える電動車両３ｂでは、蓄電池３０および蓄熱材３６のそれぞれに対して適格な制御をすることができ好都合である。

ここで、ステップＳ５０８（図５）の処理が予備加熱手段の一例である。ステップＳ５０４（図５）の処理が予備加熱時間推測手段の一例である。また、ステップＳ１０（図３）の処理が充電・蓄熱手段の一例である。ステップＳ２０３（図６）の処理が分配率制限手段の一例である。ステップＳ５１０（図５）の「ＹＥＳ」への分岐の処理が予備加熱継続手段の一例である。また、ステップＳ２０５３、Ｓ２１１３（図６）の処理が分配率復帰手段の一例である。また、ステップＳ５１４（図５）の処理、およびステップＳ２０５３、Ｓ２１１３（図６）の処理が給電時間再計算手段の一例である。

以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、電動車両１ａに備えられる蓄熱材３６を利用して蓄電池３０を加熱することができ、充電時に加熱用の電力を充電電力の一部を割いて確保する必要がない。蓄電池３０が低温である場合に蓄電池３０を加熱する熱源を電動車両１ａが備える蓄熱材３６から供給することができる。家庭２から供給される供給電力４を効率的に蓄電池３０の充電に充てることができる。

また、蓄電池３０への充電前に行われる予備加熱が不十分で蓄電池３０が規定の温度に達しない場合には、蓄電池３０への充電および蓄熱材３６への蓄熱に並行して予備加熱を継続することができる。この場合、低温状態にある蓄電池３０の充電は充電電力分配率ａ１を低減して行う。充電電力を制限して充電を行うことができ、蓄電池３０への充電によるダメージを低減することができる。

また、予備加熱が終了することにより蓄電池３０の温度は規定値以上に上昇すれば、充電電力分配率ａ１を元に戻して効率のよい充電を再開することができる。

また、予備加熱で放熱してしまった熱エネルギーを補充することができる。

低温の蓄電池３０を蓄熱材３６による予備加熱で加熱することができる。この場合の予備加熱には、家庭２から供給される供給電力４を使用する必要はない。従って、家庭２から供給される供給電力４を有効に蓄電池３０の充電に割り当てることができる。

尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。

例えば、ステップＳ０の家庭電力制御部２４の動作開始この作業は利用者によるスイッチの投入でも、電源プラグと電源ジャックとの接続によりスイッチの投入がされてもよい。また、ステップＳ５０４の予備加熱時間ｔｓは、家庭電力制御部２４によって推測されてもよい。

また、予備加熱には、必要に応じて図示しないヒータを併用することもできる。また、ヒートポンプ３９によって蓄電池３０を予備加熱させてもよい。

また、充放電のサイクルを繰り返した蓄電池は、充電完了時においての端子間電圧差が低くなる場合がある。このため、定電流充電上限電圧Ｅｕｌに達するまで定電流充電（ＣＣ充電）を行うと蓄電池は過度に充電される恐れがあり、蓄電池の寿命を損なう恐れがある。車両電力制御部３４は充放電のサイクルの回数をカウントすることにより、蓄電池のサイクルの回数に応じて充電上限電圧Ｅｕｌを選択してもよい。

また、蓄熱材の熱媒体は、不凍液やオイル等の流体や、固体、気体、パラフィン・ワックスなどの相変化するものなど、適宜な熱媒体を用いることができる。また、蓄熱材の温度が高くなるほど、蓄熱材に蓄えられる熱量は単位体積当たり増加するが、それに伴い、蓄熱材をより高温にするヒータや、より保温性の高い蓄熱材格納機構が必要となる。電動車両に必要とされる熱量や搭載に必要な空間、電動車両自体の価格によって、適宜な蓄熱材を採用することが望ましい。

１ａ、１ｂ 電動車両充電システム
２ 家庭
３ａ、３ｂ 電動車両
４ 供給電力
Ｗｏ 系統電力
Ｗｃ 充電電力
Ｗｂ 蓄熱電力
２０ ブレーカ
２２ 家電等の負荷
２４ 家庭電力制御部
２６ インターフェース部
３０ 蓄電池
３２、３２１、３２２ コンバータ
３４ 車両電力制御部
３６ 蓄熱材
３８１、３８２ センサ
３９ ヒートポンプ

Claims (4)

1. 家庭に供給される系統電力の少なくとも一部を供給電力として電動車両への充電に使用する電動車両充電システムであって、
   前記電動車両に備えられ電力を蓄える蓄電池と、
   前記電動車両に備えられ蓄熱する蓄熱材と、
   前記蓄熱材により前記蓄電池を予備加熱する予備加熱手段と、
   前記蓄電池の温度が規定値より低温であることおよび前記蓄熱材の温度に基づき、前記予備加熱手段による予備加熱時間を推測する予備加熱時間推測手段とを備えることを特徴とする電動車両充電システム。
2. 前記供給電力のうち充電電力分配率により分配される電力を前記蓄電池の充電に供し、残余の電力を前記蓄熱材を蓄熱する電力に供する充電・蓄熱手段を備え、
   前記予備加熱時間の終了に応じて前記蓄電池への充電を開始する際、前記蓄電池の温度が規定値より低温である場合、
   前記充電電力分配率を低減する分配率制限手段と、
   前記予備加熱を、前記予備加熱時間を越えて前記蓄電池の温度が規定値に達するまで継続する予備加熱継続手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電動車両充電システム。
3. 前記予備加熱継続手段による前記予備加熱の終了に応じて、前記分配率制限手段による前記充電電力分配率の低減を解除する分配率復帰手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の電動車両充電システム。
4. 前記予備加熱手段または前記予備加熱継続手段による前記予備加熱の終了に応じて、前記蓄熱材温度を計測し、放熱された蓄熱量を補充するのに必要な蓄熱電力に基づいて給電時間を再計算する給電時間再計算手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電動車両充電システム。
   
   

Images