JP2017121148A - 車両用バッテリの充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザが希望する充電時間内に充電を完了しつつ、バッテリの劣化を効果的に抑制可能な車両用バッテリの充電装置を提供する。
【解決手段】車両外部の給電装置２２により充電可能な車両用バッテリ６の充電装置であって、充電時間入力手段５０に入力された充電時間Ｔと、充電量取得手段５２により取得された充電量ＳＯＣに基づいて、バッテリ６の充電が充電時間Ｔ内に完了するために必要最低限な電流値Ｉで充電を行うように給電装置２２に指示する。
【選択図】図３

Description

本開示は、外部の給電装置により充電可能な車両用バッテリの充電装置に関する。

近年、車両に搭載されたバッテリに充電された電気エネルギを用いてモータ等の動力源を駆動して走行する、いわゆる電気自動車の普及が進んでいる。この種の電気自動車では、車体に給電ケーブルを接続してバッテリを充電することでモータ駆動用の電力が確保される。バッテリの充電手法は従来から様々な手法が検討されているが、近年では、一般的な商用電源を用いる通常充電と、充電スタンドのような外部給電装置を用いて通常充電より短時間で充電を完了できる急速充電とを選択可能な車両が主流となりつつある。

ところで、急速充電では充電を短時間に完了できる利便性に優れる反面、通常充電に比べて充電電流が大きくなるためバッテリの寿命が短くなりやすいという性質がある。このような課題に対して特許文献１では、ドライバーが充電時間を指定した場合、通常充電と急速充電を切り替える充電切り替えユニットにより指定した充電時間に従って通常充電回路と急速充電回路の使用割合を決定した充電モードにより充電を行うことにより、バッテリの平均的な充電電流を低下させることで寿命の短縮を抑制することが記載されている。

特開２０１１−２２３７９６号公報

上記特許文献１では通常充電回路と急速充電回路との使用割合を調整することによりバッテリの平均的な充電電流を低下させているが、急速充電回路が使用されている間に着目すると、バッテリの充電電流が高い状態にあることに変わりがなく、依然としてバッテリの劣化を招いてしまうおそれがある。

本発明の少なくとも１実施形態は上述の問題点に鑑みなされたものであり、ユーザが希望する充電時間内に充電を完了しつつ、バッテリの劣化を効果的に抑制可能な車両用バッテリの充電装置を提供することを目的とする。

本発明の少なくとも１実施形態に係る車両用バッテリの充電装置は上記課題を解決するために、車両外部の給電装置により充電可能な車両用バッテリの充電装置であって、前記給電装置の充電時間が入力される充電時間入力手段と、前記バッテリの充電量を取得する充電量取得手段と、前記充電時間入力手段に入力された前記充電時間、及び前記充電量取得手段により取得された前記充電量に基づいて、前記バッテリの充電が前記充電時間内に完了するために必要最低限な電流値を算出する充電電流算出手段と、前記充電電流算出手段により算出された前記電流値で充電を行うように前記給電装置に指示する充電電流指示手段と、を備える。

本構成によれば、車両外部の給電装置を用いて車両用バッテリを充電する際に、充電装置に入力された充電時間内にバッテリの充電を完了するために必要最低限な電流値に充電電流が設定される。このように充電電流を低く抑えることができるので、ユーザが希望する充電時間内に充電を完了しつつ、バッテリの劣化を抑制できる。

本発明の少なくとも１実施形態に係る充電装置が搭載された車両の概略構成を示す模式図である。 図１のバッテリに関する制御系を機能的に示すブロック図である。 図２の制御系で実施される充電制御を工程毎に示すフローチャートである。 ＢＭＳの給電装置に対する指示電流値とバッテリの充電量の時間変化の一例を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は本発明の少なくとも１実施形態に係る充電装置が搭載された車両１の概略構成を示す模式図であり、図２は図１のバッテリ６に関する制御系を機能的に示すブロック図である。

図１に示されるように、車両１は、車体フレーム（不図示）上の前方に乗員が乗車可能なキャビン２が設けられるとともに、その後方に荷役を積載可能な荷箱４が設けられたトラック車両である。キャビン２には、乗員が操作可能なユーザインターフェイス５（図２を参照）が設けられており、各種情報が入力・表示可能に構成されている（ユーザインターフェイスは例えば操作ボタンを備えたディスプレイや、タッチパネルである）。ユーザインターフェイス５の入出力に関する各種処理は、キャビン２に設けられた処理装置７によって統括管理されており、また後述するバッテリ６に設けられるＢＭＳ８と通信可能に構成されている。

また車両１は走行用駆動源として電力を消費することにより駆動可能な電動機（不図示）を備えた電気自動車である。電動機は、力行又は回生駆動可能な電動機であり、例えば永久磁石式同期電動機である。力行時には、車体フレームに設置されたバッテリ６に蓄えられた直流電力がインバータ（不図示）によって所定周波数の交流電力に変換されて電動機に供給され、走行用トルクを発生する。電動機から出力された動力は、プロペラシャフト、差動装置、及び駆動軸を介して左右の駆動輪に伝達されることにより、車両１の走行が実現される。

一方、回生時（例えば車両減速時等）には、電動機は入力されるトルクによって発電機（ジェネレータ）として機能し、交流電力を発電する。発電された交流電力はインバータによって直流変換された後、バッテリ６に充電される。

バッテリ６は、充放電可能な二次電池であり、例えばリチウムイオン、ニッケル水素又は鉛電池等の二次電池からなる。バッテリ６には、主に電動機の駆動用電力として利用可能な直流電力が充電されているが、上述した車両１が走行中に回生発電で発生した電気エネルギが含まれていてもよい。

バッテリ６には、当該バッテリ６を管理するためのバッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）８が搭載されている。本実施形態では特に、ＢＭＳ８は後述する充電制御を行うためのコントローラとしての機能を兼ねており、前述のキャビン２に設けられた処理装置７や、後述の給電装置２２に設けられた給電制御装置２８と通信可能に構成されている。

ＢＭＳ８の内部構成を機能的に示すと、図２に示されるように、充電時間Ｔが入力される充電時間入力手段５０と、バッテリ６に設けられたＳＯＣセンサ等（不図示）で検知されたバッテリ８の充電量ＳＯＣを取得する充電量取得手段５２と、充電時間入力手段５０に入力された充電時間Ｔ、及び充電量取得手段５２により取得された充電量ＳＯＣに基づいて、バッテリ６の充電が充電時間Ｔ内に完了するために必要最低限な電流値Ｉを算出する充電電流算出手段５４と、充電電流算出手段５４により算出された電流値Ｉで充電を行うように給電装置２２に指示する充電電流指示手段５６と、を備える。これら各手段の詳細については、後述することとする。

車両１は、外部からバッテリ６を充電するための充電手段として、通常充電に対応する第１の充電手段１０と、急速充電に対応する第２の充電手段２０と、を備える。

第１の充電手段１０は、外部の商用電源（例えば単相又は三相の交流１００Ｖ）１２を利用して通常充電を行うための手段であり、車両１に搭載されたオンボード充電装置１４を備える。オンボート充電装置１４は、交流−直流変換可能なインバータを含む充電回路を有しており、接続ケーブル１６を介して接続された商用電源から供給される交流電力を直流電力に変換して、バッテリ６に供給可能に構成されている。

第２の充電手段２０は、インフラ設備として外部に敷設された充電スタンドである給電装置２２を利用して急速充電を行うための手段である。給電装置２２は、車体側面に設けられた充電コネクタ２４に接続可能な充電ケーブル２６と、給電装置２２の動作制御を実施するための給電制御装置２８（図２を参照）とを備える。特に給電制御装置２８は、車両１に搭載されたＢＭＳ８と通信可能に構成されており、給電装置２２の出力が、ＢＭＳ８から指示される電流値Ｉになるように充電制御を実施する。

ここで上記構成を有する充電装置を用いて実施される充電制御の具体的内容について、図３及び図４を参照して説明する。図３は図２のＢＭＳ８で実施される充電制御を工程毎に示すフローチャートであり、図４はＢＭＳ８の給電装置２２に対する指示電流値Ｉとバッテリ６の充電量ＳＯＣの時間変化の一例を示すグラフである。

ＢＭＳ８はまず、車両１が急速充電の開始状態になったか否かを検知する（ステップＳ１）。このような検知は、具体的には、ユーザが充電コネクタ２４に給電装置２２の充電ケーブル２６を接続することを検知したり、ユーザインターフェイス５で急速充電を開始する意思表示が検知することにより、急速充電が行われる際の初期状態になったか否かが判定される。

急速充電の開始状態になると（ステップＳ１：ＹＥＳ）、処理装置７はユーザに充電時間を入力するようにユーザインターフェイス５上に表示を行うことによりユーザに対して要求する（ステップＳ２）。ユーザがユーザインターフェイス５を介して充電時間Ｔを入力すると（ステップＳ３）、処理装置７は入力された充電時間ＴをＢＭＳ８に送る。

そしてＢＭＳ８の充電時間入力手段５０は処理装置７から送られた充電時間Ｔを取得し、充電量取得手段５２はバッテリ６に設けられたＳＯＣセンサ（不図示）から充電量ＳＯＣを取得する（ステップＳ４）。続いて充電電流算出手段５４は、充電時間入力手段５０に入力された充電時間Ｔ、及び充電量取得手段５２により取得された充電量ＳＯＣに基づいて、バッテリ６の充電が充電時間Ｔ内に完了するために必要最低限な電流値Ｉを算出する（ステップＳ５）。

ここでステップＳ５における電流値Ｉの算出方法について、具体的に説明する。電流値Ｉの算出方法については、公知の充電方法を適用した場合に、ユーザインターフェイス５で入力された充電時間Ｔの終了時刻t２にＳＯＣが目標充電量となり、バッテリ６の充電が完了するために必要最低限な電流値Ｉを算出する。
公知の充電方法は特に限定はされないが、例えば、電池が所望の上限電圧に達するまでは定電流充電を行い（図４における時刻t０〜時刻t１）、その後、上限電圧を超えないように電流値を下げながら定電圧充電を行う（図４における時刻t１〜時刻t２）充電方法を適用してもよい。以下においては、上記充電方法を適用した実施の形態を説明する。
ＢＭＳ８は、総充電必要量と、充電可能時間（時刻t０〜時刻t２）を基に、上記の公知の充電方法を適用した場合の充電電流値Ｉを算出する。図４に示すように、本実施形態においては、ＢＭＳ８は、所定電圧に達するまで定電流充電を行った後に定電圧充電を実施する充電方法を適用した場合にユーザインターフェイス５で入力された充電時間Ｔの終了時刻t２にバッテリ６の充電が完了するために必要最低限な電流値Ｉを算出する。

このようにステップＳ５で電流値が算出されると、充電電流指示手段５６は充電電流算出手段５４により算出された電流値で充電を行うように給電装置に指示する（ステップＳ６）。その結果、給電装置はステップＳ５で算出された内容に基づいて電流値Ｉが制御される。

以上説明したように本実施形態によれば、車両外部の給電装置２２を用いてバッテリ６を充電する際に、充電電流を必要最小に抑えつつ、ユーザが入力した充電時間Ｔ内にバッテリ６の充電を完了できるので、バッテリ６の劣化を効果的に抑制できる。

１ 車両
２ キャビン
４ 荷箱
５ ユーザインターフェイス
６ バッテリ
７ 処理装置
８ バッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）
１０ 第１の充電手段
１２ 商用電源
１４ オンボード充電装置
１６ 接続ケーブル
２０ 第２の充電手段
２２ 給電装置
２４ 充電コネクタ
２６ 充電ケーブル
２８ 給電制御装置
５０ 充電時間入力手段
５２ 充電量取得手段
５４ 充電電流算出手段
５６ 充電電流指示手段

Claims (1)

1. 車両外部の給電装置により充電可能な車両用バッテリの充電装置であって、
   前記給電装置の充電時間が入力される充電時間入力手段と、
   前記バッテリの充電量を取得する充電量取得手段と、
   前記充電時間入力手段に入力された前記充電時間、及び前記充電量取得手段により取得された前記充電量に基づいて、前記バッテリの充電が前記充電時間内に完了するために必要最低限な電流値を算出する充電電流算出手段と、
   前記充電電流算出手段により算出された前記電流値で充電を行うように前記給電装置に指示する充電電流指示手段と、
   を備えることを特徴とする車両用バッテリの充電装置。

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