JP2017158225A - 電力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】給電設備からの交流電力を用いて車載の電池を充電する際に、給電設備側でフリッカが発生することを抑制する。【解決手段】充電システム（１）は、給電設備（１００）と、車両（２）とを備える。車両は、給電設備から受けたパイロット信号が示す交流上限値ＡＣｍａｘに従って充電電流上限値Ｉｍａｘを算出する第１演算部（１１）と、充電電力指令値Ｐｃｏｍを算出する第２演算部（１２）と、第１演算部によって算出されたＩｍａｘと第２演算部によって算出されたＰｃｏｍに対応する電流値とのうちのいずれか小さい方に従って電池（５）の充電電流Ｉを制御する充電制御部（２０）とを備える。第１演算部は、パイロット信号が示す交流上限値ＡＣｍａｘが低下した場合、充電電流上限値Ｉｍａｘの低下レートに制限を設ける。【選択図】図３

Description

本発明は、車外の給電装置から供給される交流電力を用いて車載の電池を充電する電力制御装置に関する。

特開２０１１−１３５７４７号公報（特許文献１）には、車外の給電設備から供給される交流電力を直流電力に変換して車載の電池を充電する充電システムが開示されている。給電設備は、車両に供給可能な交流電流の許容値（以下「交流上限値」ともいう）に応じたデューティ比で発振するパイロット信号を車両に送信する。車両は、給電設備から受けたパイロット信号が示す交流上限値を超えないように電池の充電電流を制御する。

特開２０１１−１３５７４７号公報

特許文献１に開示された充電システムにおいて、車両側がたとえば電池の蓄電量などに応じて電池の充電電流指令値を決めている場合には、給電設備からのパイロット信号が示す交流上限値と車両側で決めた充電電流指令値とのいずれか小さい方に従って電池の充電電流を制御することが考えられる。これにより、電池の充電電流が給電設備の要求する交流上限値を超えることを抑制しつつ、電池の充電電流を可能な限り車両側で決めた充電電流指令値となるように制御することができる。

しかしながら、上記のように交流上限値と充電電流指令値とのいずれか小さい方に従って電池の充電電流を制御する場合、交流上限値が急減すると、交流上限値の急減に伴なって電池の充電電流も急減し、給電設備側の商用電源に接続される電気機器に供給される電力が不安定となり、いわゆるフリッカが発生することが懸念される。

本発明は、上述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、給電設備からの交流電力を用いて車載の電池を充電する際に、給電設備に接続される電気機器においてフリッカが発生することを抑制することである。

この発明に係る制御装置は、車外の給電設備から供給される交流電力を用いて車載の電池を充電する電力制御装置であって、給電設備から受けたパイロット信号が示す交流上限値に従って充電電流上限値を算出する第１演算部と、充電電力指令値を算出する第２演算部と、第１演算部によって算出された充電電流上限値と第２演算部によって算出された充電電力指令値に対応する電流値とのうちのいずれか小さい方に従って電池の充電電流を制御する充電制御部とを備える。第１演算部は、パイロット信号が示す交流上限値が低下した場合、充電電流上限値の単位時間あたりの低下量を所定量未満に制限する。

上記構成によれば、第１演算部は、パイロット信号が示す交流上限値が低下した場合、充電電流上限値の単位時間あたりの低下量を所定量未満に制限する。そのため、パイロット信号が示す交流上限値が急減しても、充電制御部による充電電流制御に実際に用いられる「充電電流上限値」が急減することが抑制される。その結果、給電設備からの交流電力を用いて車載の電池を充電する際に、給電設備に接続される電気機器においてフリッカが発生することを抑制することができる。

充電システムの全体構成を模式的に示す図である。 充電制御部の処理手順の一例を示すフローチャートである。 第１演算部の処理手順の一例を示すフローチャートである。 第２演算部の処理手順の一例を示すフローチャートである。

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。

図１は、本実施の形態による電力制御装置を含む充電システム１の全体構成を模式的に示す図である。この充電システム１は、車両２と、給電設備（ＥＶＳＥ：Electric Vehicle Supply Equipment）１００とを備える。

給電設備１００は、ユーザの自宅などに設けられる個人用の給電設備であってもよいし、公共の充電ステーションに設けられる公共用の給電設備であってもよい。給電設備１００は、電力ケーブル１１０を備える。電力ケーブル１１０は、交流電力線１１１と、信号線１１２と、車両２のインレット３に着脱可能なコネクタ１１３とを備える。電力ケーブル１１０のコネクタ１１３が車両２のインレット３に接続されると、電力ケーブル１１０内の交流電力線１１１および信号線１１２は、それぞれ車両２の交流電力線２１および信号線１３に接続される。

給電設備１００は、コネクタ１１３がインレット３に接続された状態において、商用電源からの交流電力を交流電力線１１１を介して車両２に供給可能に構成されるとともに、信号線１１２を介して車両２にパイロット信号ＣＰＬＴを出力する。ここで、パイロット信号ＣＰＬＴは、給電設備１００から車両２に供給可能な交流電流の許容値（以下「交流上限値ＡＣｍａｘ」ともいう）に応じたデューティ比で発振する信号である。したがって、車両２は、給電設備１００から受けたパイロット信号ＣＰＬＴのデューティ比から、給電設備１００が要求する交流上限値ＡＣｍａｘを把握することができる。

給電設備１００は、商用電源に接続される他の電気機器（図示せず）の作動状況などに応じて、パイロット信号ＣＰＬＴのデューティ比（交流上限値ＡＣｍａｘ）を切り替えることができる。なお、パイロット信号ＣＰＬＴのデューティ比（交流上限値ＡＣｍａｘ）の切り替えは、連続的であっても離散的であってもよい。

車両２は、いわゆる電動車両（電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車など）であり、図示しない車両駆動用モータを駆動するための電力を蓄える電池５を備える。電池５は、代表的には、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池により構成される。車両２は、給電設備１００から供給される交流電力を用いた電池５の充電（以下「外部充電」ともいう）を実行可能に構成される。

外部充電に用いられる構成として、車両２は、インレット３と、充電器４と、監視ユニット６と、車両制御部７とを備える。充電器４は、制御部１０と、充電制御部２０とを備える。制御部１０は、電流上限値演算部（以下「第１演算部」ともいう）１１と、充電電力演算部（以下「第２演算部」ともいう）１２とを備える。

車両制御部７、充電制御部２０、第１演算部１１、および第２演算部１２の各々は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを内蔵し、メモリに記憶された情報などに基づいて所定の演算処理を実行する。

充電制御部２０は、交流電力線２１を介してインレット３に接続されるとともに、直流電力線２２を介して電池５に接続される。充電制御部２０は、制御部１０からの信号（より詳しくは後述する充電電流上限値Ｉｍａｘおよび充電電力指令値Ｐｃｏｍ）に基づいて、給電設備１００からの交流電力を直流電力に変換して電池５に供給する。これにより、電池５が充電される。

第１演算部１１は、信号線１３を介してインレット３に接続され、信号線１４を介して充電制御部２０に接続され、信号線１５を介して第２演算部１２に接続される。第２演算部１２は、信号線１６を介して車両制御部７に接続され、信号線１７を介して充電制御部２０に接続される。

電力ケーブル１１０のコネクタ１１３が車両２のインレット３に接続されると、電力ケーブル１１０内の信号線１１２が信号線１３に接続される。これにより、第１演算部１１には、給電設備１００からのパイロット信号ＣＰＬＴが入力される。

第１演算部１１は、外部充電を行なう際、給電設備１００から受けたパイロット信号ＣＰＬＴのデューティ比が示す交流上限値ＡＣｍａｘに従って充電電流上限値Ｉｍａｘを算出し、算出結果を充電制御部２０に出力する（後述の図３参照）。

監視ユニット６は、電池５の状態（電流ＩＢ、電圧ＶＢ、温度ＴＢ）を検出し、検出結果を車両制御部７に出力する。

車両制御部７は、外部充電を行なう際、監視ユニット６の検出結果などに基づいて電池５の充電電力要求値Ｐｒｅｑを算出し、算出結果を第２演算部１２に出力する。たとえば、車両制御部７は、監視ユニット６の検出結果から電池５のＳＯＣ（State Of Charge）を算出し、電池５のＳＯＣに応じて充電電力要求値Ｐｒｅｑを決定する。車両制御部７は、電池５のＳＯＣの変化に応じて充電電力要求値Ｐｒｅｑを変更する場合、充電電力要求値Ｐｒｅｑが急増および急減しないように、充電電力要求値Ｐｒｅｑの変化レート（単位時間あたりの変化量）を制限する。

第２演算部１２は、外部充電を行なう際、車両制御部７から受けた充電電力要求値Ｐｒｅｑと第１演算部１１から受けた情報（後述の低下レート制限開始通知および低下レート制限終了通知）とに基づいて充電電力指令値Ｐｃｏｍを算出し、算出結果を充電制御部２０に出力する（後述の図４参照）。

充電制御部２０は、外部充電を行なう際、第１演算部１１から受けた充電電流上限値Ｉｍａｘと、第２演算部１２から受けた充電電力指令値Ｐｃｏｍに対応する電流値（以下「充電電流指令値Ｉｃｏｍ」ともいう）とのうち、いずれか小さい方に従って電池５の充電電流Ｉを制御する。

図２は、外部充電を行なう際の充電制御部２０の処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは所定の演算周期で繰り返し実行される。

ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と略す）１０にて、充電制御部２０は、第１演算部１１からの充電電流上限値Ｉｍａｘを受信する。Ｓ１１にて、充電制御部２０は、第２演算部１２からの充電電力指令値Ｐｃｏｍを受信する。

Ｓ１２にて、充電制御部２０は、Ｓ１１で受信した充電電力指令値Ｐｃｏｍに対応する電流値、すなわち充電電流指令値Ｉｃｏｍを算出する。たとえば、充電制御部２０は、充電電力指令値Ｐｃｏｍを電池電圧ＶＢで除算した値を充電電流指令値Ｉｃｏｍとして算出する。

Ｓ１３にて、充電制御部２０は、Ｓ１０で受信した充電電流上限値ＩｍａｘとＳ１２で算出した充電電流指令値Ｉｃｏｍのうちのいずれか小さい方に従って電池５の充電電流Ｉを制御する。具体的には、充電電流上限値Ｉｍａｘよりも充電電流指令値Ｉｃｏｍの方が小さい場合には電池５の充電電流Ｉが充電電流指令値Ｉｃｏｍとなるように制御し、逆に充電電流指令値Ｉｃｏｍよりも充電電流上限値Ｉｍａｘの方が小さい場合には電池５の充電電流Ｉが充電電流上限値Ｉｍａｘとなるように制御する。

これにより、外部充電を行なう際に、電池５の充電電流Ｉが交流上限値ＡＣｍａｘ（充電電流上限値Ｉｍａｘ）を超えることを抑制しつつ、電池５の充電電流Ｉを可能な限り充電電流指令値Ｉｃｏｍとなるように制御することができる。

［充電電流上限値Ｉｍａｘの低下レート制限］
上述のように、本実施の形態による充電制御部２０は、外部充電を行なう際、充電電流上限値Ｉｍａｘと充電電流指令値Ｉｃｏｍのうちのいずれか小さい方に従って電池５の充電電流Ｉを制御する。そのため、仮にパイロット信号ＣＰＬＴが示す交流上限値ＡＣｍａｘがそのまま充電電流上限値Ｉｍａｘに設定されてしまうと、交流上限値ＡＣｍａｘが急減した場合に給電設備１００側の商用電源でフリッカが発生することが懸念される。すなわち、交流上限値ＡＣｍａｘの急減に伴なって充電電流上限値Ｉｍａｘが充電電流指令値Ｉｃｏｍよりも高い値から低い値に急減し、電池５の充電電流Ｉ（すなわち給電設備１００から車両２に供給される電力）も急減してしまうため、給電設備１００の商用電源に接続される他の電気機器（図示せず）に供給される電力が不安定となりフリッカが発生することが懸念される。

そこで、本実施の形態による第１演算部１１は、外部充電を行なう際に、交流上限値ＡＣｍａｘが低下した場合には、充電電流上限値Ｉｍａｘの低下レート（単位時間あたりの低下量）に制限を設ける。

図３は、第１演算部１１が充電電流上限値Ｉｍａｘを算出する際に行なう処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは所定の演算周期で繰り返し実行される。

Ｓ２０にて、第１演算部１１は、給電設備１００から受けたパイロット信号ＣＰＬＴのデューティ比から交流上限値ＡＣｍａｘを算出する。Ｓ２１にて、第１演算部１１は、Ｓ２０で算出された今回サイクルの交流上限値ＡＣｍａｘが低下したか否かを判定する。具体的には、第１演算部１１は、メモリに記憶されている交流上限値ＡＣｍａｘ（以下「記憶値ＡＣｍａｘ（ｍ）という」）に対する、今回サイクルの交流上限値ＡＣｍａｘの低下量（＝ＡＣｍａｘ（ｍ）−ＡＣｍａｘ）が所定値Δｉよりも大きい場合に、交流上限値ＡＣｍａｘが低下したと判定する。所定値Δｉは、たとえば、充電電流上限値Ｉｍａｘが１回の演算周期あたりに所定値Δｉだけ低下しても給電設備１００側でフリッカが生じない値の最大値に予め設定される。

今回サイクルの交流上限値ＡＣｍａｘの低下量（＝ＡＣｍａｘ（ｍ）−ＡＣｍａｘ）が所定値Δｉよりも小さい場合（Ｓ２１にてＮＯ）、すなわち今回サイクルの交流上限値ＡＣｍａｘが低下していないと判定された場合、第１演算部１１は、Ｓ２２にて、充電電流上限値Ｉｍａｘの低下レート制限中であるか否かを判定する。第１演算部１１は、第２演算部１２に出力した直近の通知が低下レート制限を開始する旨の通知（以下「低下レート制限開始通知」という）である場合に低下レート制限中であると判定し、第２演算部１２に出力した直近の通知が低下レート制限を終了する旨の通知（以下「低下レート制限終了通知」という）である場合に低下レート制限中でないと判定する。

低下レート制限中である場合（Ｓ２２にてＹＥＳ）、第１演算部１１は、Ｓ２３にて低下レート制限終了通知を第２演算部１２に出力し、その後、処理をＳ２４に移す。一方、低下レート制限中でない場合（Ｓ２２にてＮＯ）、第１演算部１１は、Ｓ２３の処理をスキップし、処理をＳ２４に移す。

Ｓ２４にて、第１演算部１１は、Ｓ２０で算出された今回サイクルの交流上限値ＡＣｍａｘをメモリに記憶する。これにより、記憶値ＡＣｍａｘ（ｍ）は、Ｓ２０で算出された今回サイクルの交流上限値ＡＣｍａｘの値に更新される。Ｓ２５にて、第１演算部１１は、Ｓ２０で算出された今回サイクルの交流上限値ＡＣｍａｘを今回サイクルの充電電流上限値Ｉｍａｘに設定する。その後、第１演算部１１は、処理をＳ２６に移す。

一方、今回サイクルの交流上限値ＡＣｍａｘの低下量（＝ＡＣｍａｘ（ｍ）−ＡＣｍａｘ）が所定値Δｉよりも大きい場合（Ｓ２１にてＹＥＳ）、すなわち交流上限値ＡＣｍａｘが低下したと判定された場合、第１演算部１１は、Ｓ２８〜Ｓ３２にて、充電電流上限値Ｉｍａｘの低下レート制限を行なう。

本実施の形態において、充電電流上限値Ｉｍａｘの低下レート制限とは、充電電流上限値Ｉｍａｘの１回の演算周期あたりの低下量（低下レート）を所定量Δｉに制限することを意味する。ここで、所定量Δｉは、上述のように、充電電流上限値Ｉｍａｘが１回の演算周期あたりに所定値Δｉだけ低下しても給電設備１００側でフリッカが生じない値の最大値に予め設定される。

Ｓ２８にて、第１演算部１１は、低下レート制限中であるか否かを判定する。なお、Ｓ２８の処理は、Ｓ２２の処理と同じ内容であるので詳細な説明はここでは繰り返さない。

低下レート制限中でない場合（Ｓ２８にてＮＯ）、第１演算部１１は、Ｓ２９にて低下レート制限開始通知を第２演算部１２に出力する。その後、第１演算部１１は、処理をＳ３０に移す。一方、低下レート制限中である場合（Ｓ２８にてＹＥＳ）、第１演算部１１は、Ｓ２９の処理をスキップし、処理をＳ３０に移す。

Ｓ３０にて、第１演算部１１は、前回サイクルの充電電流上限値Ｉｍａｘ_{（ｎ−１）}から所定値Δｉを減算した値（＝Ｉｍａｘ_{（ｎ−１）}−Δｉ）がＳ２０で算出された今回サイクルの交流上限値ＡＣｍａｘよりも大きいか否かを判定する。

前回サイクルの充電電流上限値Ｉｍａｘ_{（ｎ−１）}から所定値Δｉを減算した値（＝Ｉｍａｘ_{（ｎ−１）}−Δｉ）が今回サイクルの交流上限値ＡＣｍａｘよりも大きい場合（Ｓ３０にてＹＥＳ）、第１演算部１１は、Ｓ３１にて、前回サイクルの充電電流上限値Ｉｍａｘ_{（ｎ−１）}から所定値Δｉを減算した値（＝Ｉｍａｘ_{（ｎ−１）}−Δｉ）を今回サイクルの充電電流上限値Ｉｍａｘに設定する。その後、第１演算部１１は、処理をＳ２６に移す。

一方、前回サイクルの充電電流上限値Ｉｍａｘ_{（ｎ−１）}から所定値Δｉを減算した値（＝Ｉｍａｘ_{（ｎ−１）}−Δｉ）が今回サイクルの交流上限値ＡＣｍａｘよりも小さい場合（Ｓ３０にてＮＯ）、第１演算部１１は、Ｓ３２にて、今回サイクルの交流上限値ＡＣｍａｘを今回サイクルの充電電流上限値Ｉｍａｘに設定する。その後、第１演算部１１は、処理をＳ２６に移す。

Ｓ２６にて、第１演算部１１は、Ｓ２５、Ｓ３１およびＳ３２のいずれかで設定された今回サイクルの充電電流上限値Ｉｍａｘを充電制御部２０に出力し、処理を終了する。

以上のように、本実施の形態による第１演算部１１は、パイロット信号ＣＰＬＴが示す交流上限値ＡＣｍａｘが低下した場合、充電電流上限値Ｉｍａｘをそのまま交流上限値ＡＣｍａｘに低下させるのではなく、１回の演算周期あたりに所定値Δｉだけ低下するレートで、充電電流上限値Ｉｍａｘを低下させる。ここで、所定値Δｉは、上述のように、充電電流上限値Ｉｍａｘが１回の演算周期あたりに所定値Δｉだけ低下しても給電設備１００側でフリッカが生じない値に予め設定される。そのため、パイロット信号ＣＰＬＴが示す交流上限値ＡＣｍａｘが急減しても、充電制御部２０による充電電流Ｉの制御に実際に用いられる「充電電流上限値Ｉｍａｘ」が急減することが抑制される。その結果、外部充電を行なう際に、給電設備１００に接続される電気機器においてフリッカが発生することを抑制することができる。

［充電電力指令値Ｐｃｏｍの算出処理］
図４は、第２演算部１２が充電電力指令値Ｐｃｏｍを算出する際に行なう処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは所定の演算周期で繰り返し実行される。

Ｓ４０にて、第２演算部１２は、第１演算部１１による充電電流上限値Ｉｍａｘの低下レート制限中であるか否かを判定する。第２演算部１２は、第１演算部１１から受けた直近の通知が低下レート制限開始通知である場合に低下レート制限中であると判定し、第１演算部１１から受けた直近の通知が低下レート制限終了通知である場合に低下レート制限中でないと判定する。

低下レート制限中でない場合（Ｓ４０にてＮＯ）、第２演算部１２は、Ｓ４１にて車両制御部７からの充電電力要求値Ｐｒｅｑを受信し、Ｓ４２にて充電電力要求値Ｐｒｅｑをメモリに記憶する。その後、第２演算部１２は、処理をＳ４３に移す。

一方、低下レート制限中である場合（Ｓ４０にてＹＥＳ）、第２演算部１２は、Ｓ４１およびＳ４２の処理をスキップし、処理をＳ４３に移す。すなわち、第２演算部１２は、第１演算部１１による充電電流上限値Ｉｍａｘの低下レート制限中においては、Ｓ４１およびＳ４２の処理（充電電力要求値Ｐｒｅｑの新たな受信および記憶）を行なわない。したがって、メモリに記憶されている充電電力要求値Ｐｒｅｑは、低下レート制限開始直前の値に維持される。そのため、第１演算部１１が充電電流上限値Ｉｍａｘの低下レート制限を行なっている期間においては、充電電力指令値Ｐｃｏｍが一定値（低下レート制限開始直前の値）に維持される。

Ｓ４３にて、第２演算部１２は、メモリに記憶されている充電電力要求値Ｐｒｅｑを充電電力指令値Ｐｃｏｍに設定する。その後、第２演算部１２は、Ｓ４４にて充電電力指令値Ｐｃｏｍを充電制御部２０に出力する。

以上のように、第２演算部１２は、第１演算部１１による充電電流上限値Ｉｍａｘの低下レート制限中においては、充電電力指令値Ｐｃｏｍを一定値に維持する。そのため、第１演算部１１による低下レート制限中に充電電力指令値Ｐｃｏｍが変化して充電制御部２０による充電電流Ｉの制御が煩雑になることを抑制することができる。

＜変形例＞
上述の実施の形態においては、第１演算部１１および第２演算部１２が充電器４の内部に設けられる場合を示したが、第１演算部１１および第２演算部１２の設置場所は充電器４の内部に限定されない。たとえば、第１演算部１１および第２演算部１２を車両制御部７の内部（充電器４の外部）に設けるようにしてもよい。また、第１演算部１１を充電器４の内部に設け、第２演算部１２を車両制御部７の内部に設けるようにしてもよい。

また、第１演算部１１による充電電流上限値Ｉｍａｘの低下レート制限中に第２演算部１２が充電電力指令値Ｐｃｏｍを一定値に維持する機能については省略することも可能である。すなわち、車両制御部７が算出した充電電力要求値Ｐｒｅｑをそのまま充電電力指令値Ｐｃｏｍとして車両制御部７から充電制御部２０に出力するようにしてもよい。このようにしても、第１演算部１１による第１演算部１１による低下レート制限によって、給電設備１００側でフリッカが発生することを抑制することができる。

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。

１ 充電システム、２ 車両、３ インレット、４ 充電器、５ 電池、６ 監視ユニット、７ 車両制御部、１０ 制御部、１１ 第１演算部、１２ 第２演算部、１３，１４，１５，１６，１７，１１２ 信号線、２０ 充電制御部、２１，１１１ 交流電力線、２２ 直流電力線、１００ 給電設備、１１０ 電力ケーブル、１１３ コネクタ。

Claims (1)

1. 車外の給電設備から供給される交流電力を用いて車載の電池を充電する電力制御装置であって、
   前記給電設備から受けたパイロット信号が示す交流上限値に従って充電電流上限値を算出する第１演算部と、
   充電電力指令値を算出する第２演算部と、
   前記第１演算部によって算出された前記充電電流上限値と前記第２演算部によって算出された前記充電電力指令値に対応する電流値とのうちのいずれか小さい方に従って前記電池の充電電流を制御する充電制御部とを備え、
   前記第１演算部は、前記パイロット信号が示す前記交流上限値が低下した場合、前記充電電流上限値の単位時間あたりの低下量を所定量未満に制限する、電力制御装置。

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