JP2014090639A - 車両用充電制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータなどを設けずに、低温環境下において、電池などの蓄電装置に充電可能な容量の低下を抑制できる、車両用充電制御システムを提供する。
【解決手段】外部電源７から駆動用電池５への充電中に、駆動用電池５の温度が第１所定温度以下であるときには、駆動用電池５への充電と駆動用電池５からの放電とが断続的に繰り返される。この充放電の繰り返しにより、駆動用電池５を効果的に発熱させることができる。よって、ヒータなどを設けずに、低温環境下において、駆動用電池５を昇温させることができ、駆動用電池５に充電可能な容量の低下を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の蓄電装置の充電を制御する車両用充電制御システムに関する。

電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）やプラグインハイブリッドカー（ＰＨＶ：Plug-in Hybrid Vehicle）などの車両では、急速充電用ＤＣ電源および家庭用電源（商用交流電源）などの外部電源からの電力で電池が充電される。そして、電池に蓄えられた電力がモータに供給され、モータが発生する駆動力により、車両が走行する。

低温環境下では、電池の内部抵抗が増大するため、電池に充電可能な容量（電気量）が低下する。電池に充電可能な容量が低下すると、車両の航続可能距離が短くなる。

そこで、電池を加温するためのヒータを設けて、ヒータを通電し、電池を昇温させることにより、電池に充電可能な容量の低下を抑制することが提案されている。

特開２０１２−４４８１３号公報

しかしながら、ヒータを設ける構成では、車両のコストおよび重量が増大するという問題がある。

本発明の目的は、ヒータなどを設けずに、低温環境下において、電池などの蓄電装置に充電可能な容量の低下を抑制できる、車両用充電制御システムを提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る車両用充電制御システムは、蓄電装置と、電力を受け入れる電力受入手段と、外部電源から供給される電力および前記電力受入手段に受け入れられた電力の少なくとも一方で前記蓄電装置を充電し、前記蓄電装置に蓄えられた電力を前記電力受入手段に放電する充放電手段と、前記蓄電装置の温度を検出する温度検出手段と、前記外部電源から前記蓄電装置への充電中において、前記温度検出手段によって検出される温度が所定温度以下であるときに、前記充放電手段を制御して、前記蓄電装置への充電量が前記蓄電装置からの放電量よりも多くなるように、前記蓄電装置への充電および前記蓄電装置からの放電を断続的に繰り返す充放電制御を実行する制御手段とを含む。

この構成によれば、外部電源から蓄電装置への充電中に、蓄電装置の温度が所定温度以下であるときには、蓄電装置への充電と蓄電装置からの放電とが断続的に繰り返される。この充放電の繰り返しにより、蓄電装置を効果的に発熱させることができる。

よって、ヒータなどを設けずに、低温環境下において、蓄電装置を昇温させることができ、蓄電装置に充電可能な容量の低下を抑制することができる。ヒータなどが不要であるので、ヒータが設けられた構成と比較して、コストおよび重量を低減させることができる。

また、蓄電装置が低温から昇温すると、その昇温に伴って、蓄電装置に充電可能な容量が増加する。蓄電装置への充電量が蓄電装置からの放電量を上回るように、充放電が繰り返されるので、蓄電装置に充電可能な容量の増加に伴い、蓄電装置に電力が追加して蓄積される。そのため、蓄電装置を昇温させながら、蓄電装置を充電することができる。

さらに、蓄電装置から放電された電力は、電力受入手段に受け入れられ、その後の蓄電装置の充電に使用される。これにより、蓄電装置から放電された電力が無駄になることを抑制できる。

蓄電装置の蓄電量が所定量未満であり、蓄電装置の空き容量が大きいときには、低温環境下であっても、蓄電装置を良好に充電することができる。そのため、充放電制御は、蓄電装置の蓄電量が所定量以上であるときに実行されることが好ましい。これにより、蓄電装置から電力が無駄に放電されることを抑制できる。

本発明によれば、ヒータなどの外部から蓄電装置を加温する構成を設けずに、低温環境下において、蓄電装置を昇温させることができ、蓄電装置に充電可能な容量の低下を抑制することができる。ヒータなどが不要であるので、ヒータが設けられた構成と比較して、コストおよび重量を低減させることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両の構成を図解的に示す図である。 図２Ａは、充電制御の流れを示すフローチャート（その１）である。 図２Ｂは、充電制御の流れを示すフローチャート（その２）である。 図３は、充電制御中の駆動用電池に対する充放電の電流、ならびに駆動用電池のＳＯＣおよび温度の時間変化を示すグラフである。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜車両の構成＞

図１は、本発明の一実施形態に係る車両の構成を図解的に示す図である。

車両１は、駆動モータ２を搭載した電気自動車である。

駆動モータ２は、交流電力の供給を受けて、車両１の走行のための駆動力を発生する。駆動モータ２の駆動力は、それぞれドライブシャフト３Ｌ，３Ｒを介して、左右の駆動輪４Ｌ，４Ｒに伝達される。また、駆動モータ２は、発電機能を有している。車両１の減速時には、ドライブシャフト３Ｌ，３Ｒの回転が駆動モータ２に伝達され、その回転が電力に回生される。

また、車両１は、駆動用電池５およびインバータ６を備えている。

駆動用電池５は、複数の二次電池を組み合わせた組電池からなる。

インバータ６は、駆動用電池５から直流電力の供給を受け、直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を駆動モータ２に供給する。また、駆動モータ２の発電時には、インバータ６は、駆動モータ２が出力する交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を駆動用電池５に供給する。

駆動用電池５は、外部電源７から供給される電力（電気エネルギ）で充電可能である。この充電のために、車両１は、充電レセプタクル８および充電器９を備えている。

外部電源７は、たとえば、家庭用電源（単相１００Ｖまたは単相２００ＶのＡＣ電源）である。外部電源７には、充電ケーブル１０の一端が接続されている。充電ケーブル１０の他端には、充電プラグ１１が設けられている。

充電レセプタクル８は、充電プラグ１１を接続（結合）可能に構成されている。充電プラグ１１が充電レセプタクル８に接続されることにより、外部電源７と充電レセプタクル８とが電気的に接続される。

充電器９は、充電レセプタクル８と電気的に接続されている。充電プラグ１１が充電レセプタクル８に接続された状態で、充電ケーブル１０を通して、外部電源７から充電器９に交流電力を供給することができる。充電器９は、駆動用電池５の端子と電気的に接続されている。充電器９は、その外部電源７からの交流電力を駆動用電池５を充電可能な直流電力に変換し、その直流電力で駆動用電池５を充電する。

また、車両１は、充電器９に接続されたコンデンサ１２を備えている。

そして、充電器９は、外部電源７から供給される電力で駆動用電池５を充電する機能に加え、駆動用電池５から電力を取り出して、その電力をコンデンサ１２に蓄積する機能と、コンデンサ１２に蓄積された電力で駆動用電池５を充電する機能とを有している。

また、車両１は、補機用電池（１２Ｖ電池）１３およびＤＣ／ＤＣコンバータ１４を備えている。

補機用電池１３は、二次電池からなり、車両１に搭載された駆動モータ２以外の電気負荷（たとえば、補機類）の１２Ｖ電源として備えられている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の入力端子は、駆動用電池５の端子と電気的に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力端子は、補機用電池１３の端子と電気的に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４が動作することにより、駆動用電池５または充電器９から出力される直流電力が降圧され、その降圧された直流電力により、補機用電池１３を充電することができる。

車両１には、各部を制御するために、電池ＥＣＵ（電子制御ユニット）１５が搭載されている。

電池ＥＣＵ１５は、ＣＰＵおよびメモリを含む構成である。電池ＥＣＵ１５には、駆動用電池５の温度を検出する温度センサ１６が接続されている。

電池ＥＣＵ１５は、インバータ６を制御し、駆動用電池５から駆動モータ２への電力の供給および駆動モータ２から駆動用電池５への電力の供給を制御する。また、電池ＥＣＵ１５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を制御し、駆動用電池５から補機用電池１３への電力の供給を制御する。さらにまた、電池ＥＣＵ１５は、駆動用電池５に入出力される電流量に基づいて、駆動用電池５の充電量（蓄電量）に対応する充電率であるＳＯＣ（State Of Charge）を演算する。電池ＥＣＵ１５は、ＳＯＣおよび駆動用電池５の温度に基づいて、充電器９を制御し、駆動用電池５を充電するための充電制御を実行する。

＜充電制御＞

図２Ａおよび図２Ｂは、充電制御の流れを示すフローチャートである。図３は、充電制御中の駆動用電池に対する充放電の電流、ならびに駆動用電池のＳＯＣおよび温度の時間変化を示すグラフである。

充電プラグ１１が充電レセプタクル８に接続されると（ステップＳ１のＹＥＳ）、電池ＥＣＵ１５により、以下の処理が開始される。

充電器９が制御されて、外部電源７から供給される電力による駆動用電池５の充電が開始される（ステップＳ２）。

駆動用電池５の充電の開始後は、駆動用電池５のＳＯＣが繰り返し演算される。そして、駆動用電池５のＳＯＣが所定値（たとえば、１００％）以上であるか否かが判断される（ステップＳ３）。

駆動用電池５のＳＯＣが所定値に達していないときには（ステップＳ３のＮＯ）、充電レセプタクル８と充電プラグ１１との接続が解除されたか否か、つまり充電プラグ１１が充電レセプタクル８から抜き取られたか否かが判断される（ステップＳ４）。

充電プラグ１１が充電レセプタクル８から抜き取られていなければ（ステップＳ４のＮＯ）、駆動用電池５のＳＯＣが所定値以上であるか否かが再び判断される（ステップＳ３）。

駆動用電池５への充電が進むにつれて、図３に示されるように、駆動用電池５の温度（電池温度）が上昇する。駆動用電池５の温度が上昇すると、駆動用電池５に流入する電流量が増加し、駆動用電池５のＳＯＣの上昇速度が増加する。

駆動用電池５のＳＯＣが所定値に達すると（ステップＳ３のＹＥＳ）、駆動用電池５が満充電状態に達したと判断されて、充電器９が制御され、外部電源７から供給される電力による駆動用電池５の充電が停止される（ステップＳ５）。

つづいて、駆動用電池５の温度が第１所定温度（たとえば、０℃）以下であるか否かが調べられる（ステップＳ６）。

駆動用電池５の温度が第１所定温度よりも高い場合には（ステップＳ６のＮＯ）、充電プラグ１１が充電レセプタクル８から抜き取られたか否かが再び判断され（ステップＳ４）、充電プラグ１１が充電レセプタクル８から抜き取られていなければ（ステップＳ４のＮＯ）、駆動用電池５のＳＯＣが所定値以上であるか否かが再び判断される（ステップＳ３）。

駆動用電池５のＳＯＣが所定値に達し、かつ、駆動用電池５の温度が第１所定温度以下である場合には（ステップＳ６のＹＥＳ）、低温環境下であるために、駆動用電池５が十分に充電されていないと判断されて、充放電制御が実行される（ステップＳ７）。

充放電制御では、充電器９が制御されて、図３に示されるように、駆動用電池５からの放電（駆動用電池５からの電力の取り出し）と駆動用電池５への充電とが断続的に交互に繰り返される。このとき、１回の充電動作で駆動用電池５に充電される電荷量（充電量）が１回の放電動作で駆動用電池５から放電される電荷量（放電量）を上回るように、駆動用電池５の充放電が繰り返される。駆動用電池５から放電された電力は、コンデンサ１２に蓄積される。また、コンデンサ１２に蓄積された電力は、駆動用電池５の充電に使用される。

駆動用電池５の充放電が繰り返されることにより、駆動用電池５の温度がさらに上昇する。駆動用電池５の温度の上昇に伴って、駆動用電池５の内部抵抗が低下し、駆動用電池５に充電可能な容量が増加する。駆動用電池５への充電量が駆動用電池５からの放電量を上回るように、充放電が繰り返されるので、駆動用電池５に充電可能な容量の増加に伴い、駆動用電池５に電力が追加して蓄積される。その結果、駆動用電池５のＳＯＣが上昇する。

充放電制御の実行後は、駆動用電池５の温度が第２所定温度以下であるか否かが調べられる（ステップＳ８）。第２所定温度は、第１所定温度と同一であってもよいし、第１所定温度と異なっていてもよい。

駆動用電池５の温度が第２所定温度よりも高い場合には（ステップＳ８のＮＯ）、ステップＳ９の処理がスキップされて、充電レセプタクル８と充電プラグ１１との接続が解除されたか否か、つまり充電プラグ１１が充電レセプタクル８から抜き取られたか否かが判断される（ステップＳ１０）。

充電プラグ１１が充電レセプタクル８から抜き取られていなければ（ステップＳ１０のＮＯ）、駆動用電池５の温度が第２所定温度以下であるか否かが再び調べられる（ステップＳ８）。

駆動用電池５の温度が第２所定温度以下である場合には（ステップＳ８のＹＥＳ）、保温制御が実行される（ステップＳ９）。

保温制御では、充電器９が制御されて、図３に示されるように、駆動用電池５からの放電と駆動用電池５への充電とが断続的に交互に繰り返される。このとき、１回の充電動作で駆動用電池５に充電される電荷量（充電量）と１回の放電動作で駆動用電池５から放電される電荷量（放電量）とがほぼ同じであるように、駆動用電池５の充放電が繰り返される。

駆動用電池５の充放電が繰り返されることにより、駆動用電池５の温度が上昇する。これにより、駆動用電池５の温度が第２所定温度以上に保たれる。

充電プラグ１１が充電レセプタクル８から抜き取られると（ステップＳ４，Ｓ１０のＹＥＳ）、充電制御が終了される。

＜作用効果＞

以上のように、外部電源７から駆動用電池５への充電中に、駆動用電池５の温度が第１所定温度以下であるときには、駆動用電池５への充電と駆動用電池５からの放電とが断続的に繰り返される。この充放電の繰り返しにより、駆動用電池５を効果的に発熱させることができる。

よって、ヒータなどを設けずに、低温環境下において、駆動用電池５を昇温させることができ、駆動用電池５に充電可能な容量の低下を抑制することができる。ヒータなどが不要であるので、ヒータが設けられた構成と比較して、コストおよび重量を低減させることができる。

また、駆動用電池５が低温から昇温すると、その昇温に伴って、駆動用電池５に充電可能な容量が増加する。駆動用電池５への充電量が駆動用電池５からの放電量を上回るように、充放電が繰り返されるので、駆動用電池５に充電可能な容量の増加に伴い、駆動用電池５に電力が追加して蓄積される。そのため、駆動用電池５を昇温させながら、駆動用電池５を充電することができる。

さらに、駆動用電池５から放電された電力は、コンデンサ１２に受け入れられ、その後の駆動用電池５の充電に使用される。これにより、駆動用電池５から放電された電力が無駄になることを抑制できる。

駆動用電池５の蓄電量が所定量未満であり、駆動用電池５の空き容量が大きいときには、低温環境下であっても、駆動用電池５を良好に充電することができる。そのため、充放電制御は、駆動用電池５の蓄電量に対応するＳＯＣが所定値以上であるときに実行される。これにより、駆動用電池５から電力が無駄に放電されることを抑制できる。

また、駆動用電池５の温度が第２所定温度以下に低下すると、保温制御が実行される。これにより、充電プラグ１１が充電レセプタクル８から抜き取られるまで、駆動用電池５の温度が第２所定温度以上に保たれる。そのため、低温環境下で車両１が始動されても、その始動直後から駆動用電池５の出力を確保することができる。

＜変形例＞

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、車両１にコンデンサ１２が備えられ、駆動用電池５から放電された電力がコンデンサ１２に蓄積されるとしたが、たとえば、駆動モータ２に内蔵されたコンデンサが電力受入手段として用いられ、駆動用電池５から放電された電力がその駆動モータ２に内蔵されたコンデンサに蓄積されてもよい。

駆動用電池５から放電された電力は、充電器９から充電レセプタクル８、充電プラグ１１および充電ケーブル１０を通して外部電源７側に送られて、外部電源７が設置された施設に備えられる外部蓄電部への蓄電や電化製品などの駆動電力として使用されてもよい。この場合、外部蓄電部や電化製品が電力受入手段として用いられる。

また、前述の実施形態では、充放電制御の終了後、駆動用電池５の温度が第２所定温度以下に低下すると、保温制御が実行されるとした。これに限らず、充放電制御の終了後、所定時間が経過するごとに、保温制御が実行されてもよい。

また、駆動用電池５の充電終了予定時刻が判明している場合には、その充電終了予定時刻の所定時間前に、駆動用電池５の温度が第１所定温度以下であるか否かが調べられて、駆動用電池５の温度が第１所定温度以下であれば、駆動用電池５のＳＯＣが所定値以上であるか否かにかかわらず、充放電制御が実行されてもよい。

また、昇温した駆動用電池５の熱が車両１に搭載された空調装置の暖房の熱源として利用されてもよい。

さらにまた、車両１が電気自動車である場合を例にとったが、本発明は、プラグインハイブリッドカーに適用することもできる。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１ 車両
５ 駆動用電池（蓄電装置）
７ 外部電源
９ 充電器（充放電手段）
１２ コンデンサ（電力受入手段）
１５ 電池ＥＣＵ（制御手段、蓄電量検出手段）
１６ 温度センサ（温度検出手段）

Claims (2)

1. 蓄電装置と、
   電力を受け入れる電力受入手段と、
   外部電源から供給される電力および前記電力受入手段に受け入れられた電力の少なくとも一方で前記蓄電装置を充電し、前記蓄電装置に蓄えられた電力を前記電力受入手段に放電する充放電手段と、
   前記蓄電装置の温度を検出する温度検出手段と、
   前記外部電源から前記蓄電装置への充電中において、前記温度検出手段によって検出される温度が所定温度以下であるときに、前記充放電手段を制御して、前記蓄電装置への充電量が前記蓄電装置からの放電量よりも多くなるように、前記蓄電装置への充電および前記蓄電装置からの放電を断続的に繰り返す充放電制御を実行する制御手段とを含む、車両用充電制御システム。
2. 前記蓄電装置の蓄電量を検出する蓄電量検出手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記蓄電量検出手段によって検出される蓄電量が所定量以上であるときに、前記充放電制御を実行する、請求項１に記載の車両用充電制御システム。

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