JP2015233366A - 車両の電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車外の充電ケーブルや充電設備の過熱を防ぎつつ、充電時間の延長を可能な範囲で抑制する。【解決手段】車両の電源装置は、車両外部から電力を受ける充電器１３と、充電器１３から電力を受けて充電可能な電池１２と、充電器１３を制御するコントローラ１４とを備える。コントローラ１４は、充電器１３による充電開始から充電完了までの間、車両外部の充電スタンド２または充電ケーブルユニット３が耐熱温度を超えるおそれがあるか否かを示す情報（温度Ｔｐ，Ｔｃ）を車両外部から受信し、充電スタンド２または充電ケーブルユニット３が耐熱温度を超えるおそれがある場合には、電池１２に必要な残充電量に基づいて充電器１３の充電電力を制限する。【選択図】図１

Description

この発明は、車両の電源装置に関し、特に車両外部からの電力を受けて充電可能な蓄電装置を搭載する車両の電源装置に関する。

近年、排気ガスを出さないまたは低減させた地球環境にやさしい車両として、車両外部からの電力を受けて充電可能な蓄電装置を搭載する電気自動車やプラグインハイブリッド自動車などが注目されている。

このような車両は、住宅または事業所や外部の充電スタンドなどで車載の蓄電装置に充電を行なう必要がある。特開２００１−１４５２１３号公報（特許文献１）は、充電中のバッテリの温度が上限値を超えないように充電電流を決定するバッテリ充電方法を開示する。

特開２００１−１４５２１３号公報 特開２０１３−１１８７２４号公報

特開２００１−１４５２１３号公報は、充電中のバッテリの温度を監視するものであったが、充電中に過熱のおそれがある部分として、車両の充電口に接続する充電ケーブルや車外充電設備などが考えられる。そして、これらについても耐熱温度を超えないように充電電力を制限する必要がある。特開２００１−１４５２１３号公報に記載の技術では、充電ケーブルや車外充電設備に起因する充電電力制限については検討されていない。

充電ケーブルや車外充電ユニットなどの過熱は、充電ケーブルユニットや車外充電ユニット自体が監視して、過熱した場合には充電ケーブルや車外充電ユニットなどが自ら充電を停止したり充電電力を制限することが考えられる。しかし、充電ケーブルや車外充電ユニットなどが過熱のおそれがある場合に、充電ケーブルや車外充電ユニットなどが一律に充電電力を制限または充電停止するのでは、充電時間が必要以上に延びてしまう場合があり、ユーザにとって不便である。しかし、車両に接続される充電ケーブルや車外充電ユニットは常に同じとは限らないので車両で適切な充電電力の制限をすることは難しい。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、車外の充電ケーブルや充電設備の過熱を防ぎつつ、充電時間の延長を可能な範囲で抑制することができる車両の電源装置を提供することである。

この発明は、要約すると、車両の電源装置であって、車両外部から電力を受ける充電器と、充電器から電力を受けて充電可能な蓄電装置と、充電器を制御する制御装置とを備える。制御装置は、充電器による充電開始から充電完了までの間、車両外部の電源供給装置または充電ケーブルが耐熱温度を超えるおそれがあるか否かを示す情報を車両外部から受信し、電源供給装置または充電ケーブルが耐熱温度を超えるおそれがある場合には、蓄電装置に必要な残充電量に基づいて充電器の充電電力を制限する。

本発明によれば、車外の充電ケーブルまたは電源供給装置が過熱しないように監視しながら可能な範囲で充電時間を短縮することができるので、ユーザにとって利便性が向上する。

本実施の形態の車両の電源装置の充電に関する構成を説明するためのブロック図である。 図１のコントローラ１４が充電時に実行する電流制限処理の概要を説明するためのフローチャートである。 充電ケーブルの過熱が発生していない通常の充電を説明する波形図である。 充電ケーブルの過熱が発生したときの残り充電時間が長い場合の充電の制限を説明する波形図である。 充電ケーブルの過熱が発生したときの残り充電時間が短い場合の充電の制限を説明する波形図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

（充電に関する構成）
図１は、本実施の形態の車両の電源装置の充電に関する構成を説明するためのブロック図である。図１を参照して、車両１０は、インレット１５と、充電器１３と、電池１２と、駆動装置１１と、コントローラ１４とを含む。

インレット１５は車両外部から電力を受電する受電口である。インレット１５からの電力は、充電器１３において電池１２の充電電圧に変換され、充電電圧が電池１２に与えられ充電が実行される。コントローラ１４は電池１２に内蔵される各種センサや電池監視ユニットなどから充電電流Ｉ、電池電圧Ｖ、充電状態（State Of Charge）ＳＯＣを受け、充電器１３に対して充電電力Ｐを指示する。

インレット１５には、充電ケーブルユニット３または充電スタンド２が接続される。充電ケーブルユニット３は、一方端が車外の電源（たとえば家屋のコンセントなど）に接続され他方端が車両のインレット１５に接続される。充電スタンド２は、外出先などで立ち寄って充電が可能な設備である。充電ケーブルユニット３および充電スタンド２は、いずれも車外の充電設備の一種である。

充電スタンド２、充電ケーブルユニット３には、それぞれ温度センサ２１，３１が設けられており、充電スタンドの電力素子や、充電ケーブルなどに過熱が発生しないように監視が行なわれている。このような車両外部の要素の過熱の防止を充電スタンド２は充電ケーブルユニット３に委ねると、過熱時に一律に充電が停止されたり充電電力が小さな電力に制限され、充電時間が必要以上に伸びてしまいユーザにとって不便な場合がある。そこで本実施の形態では、温度センサ２１，３１でそれぞれ検出された温度Ｔｐ，Ｔｃは、車両１０のコントローラ１４に送信され、車両側でも過熱防止のための充電電力の制限を行なう。

温度Ｔｐ，Ｔｃを車両に送信する方法は、インレット１５にコネクタを接続した際に同時に接続される通信線を設けておいて、この通信線および充電器１３を経由して状態信号ＳＴＡＴＥとしてコントローラに送信するものであってもよいし、無線通信などによってコントローラ１４に送信するものであってもよい。また送信する内容は、検出した温度そのものでなくてもよく、制限が発生するような状態であることを示すような信号であってもよい。

図２は、図１のコントローラ１４が充電時に実行する電流制限処理の概要を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、充電時に、一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに充電処理のメインルーチンから呼び出されて実行される。

図１、図２を参照して、まず、ステップＳ１においてコントローラ１４は、ケーブル発熱等による電流制限判定が成立しているか否かを判断する。コントローラ１４は、充電ケーブルユニット３によって充電が行なわれている場合には、充電ケーブルの過熱を温度センサ３１が測定した温度Ｔｃがしきい値を超えるか否かに基づいて判断する。たとえば、後に図４、図５に示すしきい値温度ＴＨが判定のしきい値としてい使用される。

また、コントローラ１４は、充電スタンド２によって充電が行なわれている場合には、充電スタンド２の電力素子や電力ケーブルなどの過熱を温度センサ２１が測定した温度Ｔｐがしきい値を超えるか否かに基づいて判断する。

温度ＴｐまたはＴｃがしきい値を超えた場合には、コントローラ１４は、ケーブル発熱等による電流制限判定が成立していると判断する。なお、充電ケーブルユニット３または充電スタンド２で過熱の判断を行ない、判断結果をコントローラ１４に送信し、コントローラ１４が受信した判断結果に基づいて電流制限判定の成立を判断してもよい。

ステップＳ１において、電流制限判定が成立していない場合には、ステップＳ１からステップＳ５に処理が進められ、ステップＳ５において制限なしの通常電力で充電が行なわれる（図３を参照して後述する）。

ステップＳ１において、電流制限判定が成立している場合には、ステップＳ１からステップＳ２に処理が進められる。ステップＳ２では、コントローラ１４は、必要充電電力量が所定値以上か否かを判断する。コントローラ１４は、電池１２の監視ユニット等から電池の充電状態ＳＯＣを受信し、満充電となるまでにどれくらいの充電電力量が必要かを示す必要充電電力量を算出し、その必要充電電力量が所定のしきい値以上である場合にはステップＳ３に処理を進め、そうでない場合にはステップＳ４に処理を進める。ステップＳ２において単にＳＯＣとしきい値を比較して判定するようにしてもよい。

ステップＳ３では、制限電力を（低）すなわち、十分小さい所定値に制限する（図４を参照して後述する）。これは、電池が満充電となるまでにある程度長い充電時間が必要となるので、充電ケーブルの発熱が十分に抑制される充電電力に制限を行なう必要があるからである。

一方、ステップＳ４では、制限電力を（中）すなわち、ステップＳ３の制限値よりは大きいがステップＳ５の制限なしの通常電力よりは小さい所定値に制限する（図５を参照して後述する）。これは、電池が満充電となるまでに必要な充電時間は短時間であるので、充電ケーブルの発熱をある程度許容できるため充電時間を短縮したほうがユーザにとって便利だからである。

ステップＳ３〜Ｓ５のいずれかにおいて充電電力の制限値が決定されると、ステップＳ６において充電処理のメインルーチンに処理が戻される。

図３は、充電ケーブルの過熱が発生していない通常の充電を説明する波形図である。図４は、充電ケーブルの過熱が発生したときの残り充電時間が長い場合の充電の制限を説明する波形図である。図５は、充電ケーブルの過熱が発生したときの残り充電時間が短い場合の充電の制限を説明する波形図である。

図３〜図５の各々において、上から順に、ケーブル温度、充電電力、充電電流、電池のＳＯＣの時間変化のグラフが示されている。

図３を参照して、ケーブル温度のハッチングで示された温度領域ＴＲＤは、ケーブルが異常発熱していると判定される温度領域である。これに対して温度領域ＴＲＡは、正常な充電時のケーブル温度の範囲を示す温度領域である。

時刻ｔ０〜ｔ１における電池のＳＯＣが低い第１段階ＣＰ１では大きな電力Ｐ１で充電が行なわれ、電池のＳＯＣが満充電を示すＳＯＣＦに近づいた（所定値ＳＯＣＦ０を超えた）場合には、充電の推定精度のばらつきなどによって過充電となる恐れを小さくするために、電力Ｐ１よりも抑えた電力Ｐ４で充電を行なう第２段階ＣＰ２に移行する。

なお、第１段階ＣＰ１、第２段階ＣＰ２とも充電電流が緩やかに低下しているが、充電が進行しＳＯＣが増加すると電池電圧Ｖも増加するので等電力で充電すると電流はその分小さくなるからである。

また、図３では、充電電力を第１段階ＣＰ１と第２段階ＣＰ２の２段階に分けて充電したが、２段階よりも多い段階にさらに分けてもよい。

図３に示したケースでは、ケーブル温度は、時刻ｔ０で充電が開始されると最初は温度が上昇するがすぐに飽和して安定する。ケーブル温度は温度領域ＴＲＡに収まっており、温度領域ＴＲＤに到達するおそれはない。

次に図４を参照して、残り充電時間が長い場合について説明する。時刻ｔ１０で充電が開始されると、充電を開始した後もケーブルの温度が上昇を続け、時刻ｔ１１においてしきい値ＴＨに到達する。しきい値ＴＨは、ケーブル温度が温度領域ＴＲＤに至るのを防ぐために定められているしきい値である。ここで、温度領域ＴＲＤ，ＴＲＡは図３で説明したのと同じ意味の領域である。また、温度領域ＴＲＢは、発熱しているが長時間使用してもケーブルの寿命に影響を与えない温度領域を示し、温度領域ＴＲＣは、短時間であれば使用が許容されるが長時間使用するとケーブルの寿命に影響を与えるおそれがある温度領域を示す。

図中一点鎖線で示した波形は、参考例の制御が実行された場合の波形であり、図中実線で示した波形は、図２のフローチャートに従って制御が実行された本実施の形態の波形である。参考例では、車外の充電スタンドやケーブルユニットが充電の制限を実行するものである。これに対して、本実施の形態では、車外の充電スタンドやケーブルユニットが充電の制限を実行する前に、そのような制限を受けないように車両側で適切に充電電力を制限するものである。

参考例（一点鎖線）の場合には、時刻ｔ１０で充電が開始されると、時刻ｔ１２で温度領域ＴＲＤにケーブル温度が到達するまでは特に制限はされていない。したがって、時刻ｔ１２において温度領域ＴＲＤにケーブル温度が到達すると、それ以上ケーブルの温度が上昇するのを直ちに防ぐ必要がある。ケーブルが温度上昇を続けるとケーブル温度が温度領域ＴＲＤに入る時間が長くなり、ケーブルの寿命に影響を及ぼすからである。

このために、時刻ｔ１２において、充電電力を十分低めの電力Ｐ３に抑えてケーブル温度が下がるようにする。その結果、電池の充電が完了する時刻はｔ１６である。

一方、本実施の形態（実線）の場合には、温度領域ＴＲＣと温度領域ＴＲＢの境界の温度Ｔ２よりも低いしきい値温度ＴＨを設け、ケーブル温度が温度ＴＨを超えないか監視している。このような監視の処理が図２のステップＳ１で行なわれている。

時刻ｔ１１において、ケーブル温度が温度ＴＨを超えると、コントローラ１４は、そのときの電池のＳＯＣに基づいて、満充電までの充電電力量を算出する。この満充電までの充電電力量を残充電量ということとする。そして図４のケースでは、必要充電電力量が所定値以上と判断され（図２のＳ２でＹＥＳ）、時刻ｔ１２〜ｔ１３の間は制限電力（低）に相当する電力Ｐ２に充電電力が制限され充電が継続される。たとえば、時刻ｔ１１においてＳＯＣ１が判定しきい値ＳＯＣＴＨよりも小さければ、必要充電電力量（残充電量）が所定値以上と判断してもよい。

時刻ｔ１１〜ｔ１３の間、電力Ｐ２に対応する増加率で電池のＳＯＣは増加する。時刻ｔ１３においてＳＯＣが所定値ＳＯＣＦ０に到達すると、充電電力は、図３の第２段階ＣＰ２と同じ電力Ｐ４に制限され、電池のＳＯＣが満充電に相当するＳＯＣＦとなるまで充電が継続される。時刻ｔ１４において電池が満充電となったことに応じて充電が停止される。

図４では、参考例と比べて、充電電力を制限する時点を早くした代わりに充電電力をＰ３よりも高いＰ２としたので、時刻ｔ１４〜ｔ１６に相当する時間だけ充電時間が短縮されている。また、ケーブル温度は寿命に影響を与えない温度領域ＴＲＢに収めることができている。

次に図５を参照して、残り充電時間が短い場合について説明する。時刻ｔ２０で充電が開始されると、ケーブルの温度が上昇を開始した後も上昇を続け、時刻ｔ２１においてしきい値ＴＨに到達する。しきい値ＴＨは、ケーブル温度が温度領域ＴＲＤに至るのを防ぐために定められているしきい値である。ここで、温度領域ＴＲＡ，ＴＲＢ，ＴＲＣ，ＴＲＤは図３または図４で説明したのと同じ意味の領域である。

図中一点鎖線で示した波形は、参考例の制御が実行された場合の波形であり、図中実線で示した波形は、図２のフローチャートに従って制御が実行された本実施の形態の波形である。図５においても図４と同様に、参考例では、車外の充電スタンドやケーブルユニットが充電の制限を実行し、本実施の形態では、車外の充電スタンドやケーブルユニットが充電の制限を実行する前に、車両がそのような制限を受けないように適切に充電電力を制限する。

参考例（一点鎖線）の場合には、時刻ｔ２０で充電が開始されると、時刻ｔ２２で温度領域ＴＲＤにケーブル温度が到達するまでは特に制限はされていない。したがって、時刻ｔ２２において温度領域ＴＲＤにケーブル温度が到達すると、それ以上ケーブルの温度が上昇するのを直ちに防ぐ必要がある。ケーブルが温度上昇を続けるとケーブル温度が温度領域ＴＲＤに入る時間が長くなり、ケーブルの寿命に影響を及ぼすからである。

このために、時刻ｔ２２において、充電電力を十分低めの電力Ｐ３に抑えてケーブル温度が下がるようにする。その結果、電池の充電が完了する時刻はｔ２６である。

一方、本実施の形態（実線）の場合には、温度領域ＴＲＣと温度領域ＴＲＢの境界の温度Ｔ２よりも低いしきい値温度ＴＨを設け、ケーブル温度が温度ＴＨを超えないか監視している。このような監視の処理が図２のステップＳ１で行なわれている。

時刻ｔ２１において、ケーブル温度が温度ＴＨを超えると、コントローラ１４は、そのときの電池のＳＯＣに基づいて、満充電までの充電電力量を算出する。そして図５のケースでは必要充電電力量が所定値未満であると判断され（図２のＳ２でＮＯ）、時刻ｔ２２〜ｔ２３の間は制限電力（中）に相当する電力Ｐ２Ａに充電電力が制限され充電が継続される。たとえば、時刻ｔ２１においてＳＯＣ２が判定しきい値ＳＯＣＴＨよりも大きければ、必要充電電力量が所定値未満と判断してもよい。

時刻ｔ２１〜ｔ２３の間、電力Ｐ２Ａに対応する増加率で電池のＳＯＣは増加する。時刻ｔ２３においてＳＯＣが所定値ＳＯＣＦ０に到達すると、充電電力は、図３の第２段階ＣＰ２と同じ電力Ｐ４に制限され、電池のＳＯＣが満充電に相当するＳＯＣＦとなるまで充電が継続される。時刻ｔ２４において電池が満充電となったことに応じて充電が停止される。

図４では、参考例と比べて、充電電力を制限する時点を早くした代わりに充電電力をＰ３およびＰ２よりも高いＰ２Ａとしたので、時刻ｔ２４〜ｔ２６に相当する時間だけ充電時間が短縮されている。また、ケーブル温度は寿命に影響を与えない温度領域ＴＲＢより高くなっているが、短時間であれば寿命に影響を与えない温度領域ＴＲＣに収めることができている。したがって、図３に示す制限が行なわれた場合よりも、充電時間をさらに短くすることができる。

以上説明した実施の形態について総括する。図１を参照して、本実施の形態に開示される車両の電源装置は、車両外部から電力を受ける充電器１３と、充電器１３から電力を受けて充電可能な電池１２と、充電器１３を制御するコントローラ１４とを備える。コントローラ１４は、図２に示した処理を実行することによって、充電器１３による充電開始から充電完了までの間、車両外部の充電スタンド２または充電ケーブルユニット３が耐熱温度を超えるおそれがあるか否かを示す情報（温度Ｔｐ，Ｔｃ）を車両外部から受信し、充電スタンド２または充電ケーブルユニット３が耐熱温度を超えるおそれがある場合には、電池１２に必要な残充電量に基づいて充電器１３の充電電力を制限する。なお、残充電量は、満充電となるまでに必要な充電量であるが、満充電に至らなくても充電が予定通り終了するまでに充電される充電量であってもよい。

上記の構成によれば、車外の充電ケーブルまたは電源供給装置が過熱しないように監視しながら可能な範囲で充電時間を短縮することができるので、ユーザにとって利便性が向上する。

好ましくは、充電スタンド２または充電ケーブルユニット３が耐熱温度を超えるおそれがない場合には、図３に示すように、コントローラ１４は、充電状態ＳＯＣが満充電に近いＳＯＣＦ０になるまでは、電力Ｐ１で充電を充電器１３に実行させ、充電状態ＳＯＣがＳＯＣＦ０を超えると電力Ｐ４に充電電力を制限して充電を充電器１３に実行させる。充電スタンド２または充電ケーブルユニット３が耐熱温度を超えるおそれがある場合には、コントローラ１４は、その時点の充電状態ＳＯＣに基づいて電力Ｐ１よりも制限した電力Ｐ２（図４）または電力Ｐ２Ａ（図５）で充電器１３に充電を継続させる。

なお、図４、図５に示した例においては、Ｐ１＞Ｐ２Ａ＞Ｐ２＞Ｐ４となるように各電力が定められており、Ｐ２Ａは温度領域ＴＲＣに対応するように設定され、Ｐ２は温度領域ＴＲＢに対応するように設定されている。

上記の構成によれば、ケーブルの寿命に影響を与えない範囲に合わせて、充電時間を短縮させることができる。

また、車両外部から車両に送信される「耐熱温度を超えるおそれがあるか否かを示す情報」には、図４、図５の温度ＴＨ、温度領域ＴＲＡ，ＴＲＢ，ＴＲＣ，ＴＲＤの境界温度などを含んでいてもよい。この場合、車外で充電電力の制限がされる前に、コントローラ１４が、受信した情報に基づき車外のケーブルや充電スタンドの耐熱温度に合わせるように、車両側で充電電力の制限を適切に行なうことが容易となる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２ 充電スタンド、３ 充電ケーブルユニット、１０ 車両、１１ 駆動装置、１２ 電池、１３ 充電器、１４ コントローラ、１５ インレット、２１，３１ 温度センサ。

Claims (1)

1. 車両外部から電力を受ける充電器と、
   前記充電器から電力を受けて充電可能な蓄電装置と、
   前記充電器を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記充電器による充電開始から充電完了までの間、車両外部の電源供給装置または充電ケーブルが耐熱温度を超えるおそれがあるか否かを示す情報を車両外部から受信し、前記電源供給装置または前記充電ケーブルが耐熱温度を超えるおそれがある場合には、前記蓄電装置に必要な残充電量に基づいて前記充電器の充電電力を制限する、車両の電源装置。

Images