JP2018126004A - 車両の充電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触外部充電に要する時間を精度よく推定する。【解決手段】車両充電システムは、車両と、車両外部の給電設備とを備える。車両は、蓄電装置と、蓄電装置を充電するための電力を給電設備の送電部から非接触で受電可能な受電部と、給電装置の送電部と車両の受電部との位置関係を検出可能に構成された位置検出システムと、給電設備の送電部から非接触で受電部が受電した電力で蓄電装置を充電する非接触外部充電の実行を制御するＥＣＵとを備える。ＥＣＵは、位置検出システムから取得された位置関係を用いて外部充電電力の推定値を算出し、算出された外部充電電力の推定値を用いて外部充電に要する時間を算出する。【選択図】図３

Description

本開示は、車載の蓄電装置を車外の電源により充電する外部充電の制御に関する。

特開２０１２−２５２１１号公報（特許文献１）には、車両外部の給電設備からの電力を充電ケーブルを介して車両に供給する接触方式で外部充電を行なう充電システムが開示されている。この充電システムにおいては、給電設備と車両とが充電ケーブルによって接続されると、給電設備の種類（送電可能電力の低い通常充電設備であるのか、送電可能電力の高い急速充電設備であるのか）を判別し、その判別結果に応じて外部充電時間（外部充電に要する時間）を推定している。

特開２０１２−２５２１１号公報 特開２０１３−１５４８１５号公報 特開２０１３−１４６１５４号公報 特開２０１３−１４６１４８号公報 特開２０１３−１１０８２２号公報 特開２０１３−１２６３２７号公報

しかしながら、給電設備からの電力を非接触で車両に供給する非接触方式で外部充電を行なう場合には、給電設備の送電部と車両の受電部との位置関係によって受電効率が大きく変化するため、たとえ給電設備の種類が同じであっても外部充電電力は大きく変化し得る。したがって、接触方式と同様の手法で外部充電時間を推定すると、推定された外部充電時間と実際の外部充電時間との差が大きくなってしまう可能性がある。

本開示は、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、非接触外部充電に要する時間を精度よく推定することである。

本開示による充電制御装置は、蓄電装置と、蓄電装置を充電するための電力を車両外部の送電部から非接触で受電可能な受電部とを備える車両の充電制御装置である。この充電制御装置は、送電部と受電部との位置関係を検出可能に構成された位置検出装置と、車両外部の送電部から非接触で受電部が受電した電力で蓄電装置を充電する非接触外部充電の実行を制御する制御装置とを備える。制御装置は、位置検出装置から取得された位置関係を用いて非接触外部充電に要する時間を算出する。

上記構成によれば、位置検出装置から取得された送電部と受電部との位置関係を用いて非接触外部充電に要する時間が算出される。これにより、受電部の受電効率に大きく影響する送電部と受電部との位置関係を考慮して非接触外部充電に要する時間を精度よく推定することができる。

車両充電システムの一例を示した図である。 車両の構成の一例を概略的に示したブロック図である。 ＥＣＵの処理手順の一例を示すフローチャートである。

以下、本開示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、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜全体構成＞
図１は、本実施の形態による充電制御装置が適用される車両充電システム１の一例を示した図である。車両充電システム１は、車両１０と、給電設備２０とを備える。

車両１０は、車載の蓄電装置に蓄えられた電力を用いて走行可能な車両（ハイブリッド自動車、電気自動車など）である。車両１０は、車載の蓄電装置の外部充電を行なうための電力を車両外部の給電設備２０から非接触で受電可能に構成される。具体的には、車両１０は、給電設備２０の送電コイル（送電部）２１０から磁界を通じて非接触で受電する受電コイル（受電部）１１０を備える。

なお、非接触で送受電する技術としては、電磁誘導を用いた送受電、マイクロ波を用いた送受電、および共鳴法による送受電などが広く知られている。共鳴法による送受電においては、一次側（送電側）コイルおよび二次側（受電側）コイルを電磁場において共鳴させ、電磁場を介して電力が送受電される。共鳴法による送受電を行なう場合、給電設備２０の送電コイル２１０の共振強度を示すＱ値、および車両１０の受電コイル１１０の共振強度を示すＱ値は、それぞれ１００以上であることが好ましい。

車両１０は、時刻スケジュールに従って外部充電を開始するタイマー充電を実行可能に構成される。本実施の形態では、ユーザによって入力された充電開始要求時刻あるいは車両１０の出発予定時刻に基づいてタイマー充電の時刻スケジュールが決定される。タイマー充電については、後ほど詳しく説明する。

給電設備２０は、車両１０に搭載された蓄電装置を充電するための電力を送電コイル２１０から非接触で車両１０へ供給可能に構成される。給電設備２０は、たとえば自宅の駐車場に設けられるものとするが、自宅以外の駐車設備に設けられてもよい。給電設備２０は、車両１０からの給電要求に従って車両１０へ充電電力を供給する。

図２は、図１に示した車両１０の構成の一例を概略的に示したブロック図である。車両１０は、受電コイル１１０と、充電器１２０と、蓄電装置１３０と、駆動装置１４０と、ＥＣＵ（Electric Control Unit）１５０と、ＭＩＤ（Multi Information Display）１６０と、ＤＣＭ（Data Communication Module）１８０と、位置検出システム（Fine Position System）１９０とを備える。

受電コイル１１０は、給電設備２０の送電コイル２１０から磁界を通じて非接触で受電する。

充電器１２０は、ＥＣＵ１５０によって制御され、受電コイル１１０によって受電された電力を蓄電装置１３０に充電可能な電力に変換して蓄電装置１３０へ出力する。充電器１２０は、たとえば整流器やインバータ等を含んで構成される。

蓄電装置１３０は、充電器１２０から受ける電力を蓄えるとともに、蓄えられた電力を駆動装置１４０へ供給することができる。蓄電装置１３０は、たとえば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池や、電気二重層キャパシタ等を含んで構成される。蓄電装置１３０は、駆動装置１４０において発電される電力も蓄えることができる。

駆動装置１４０は、駆動輪（図示せず）を駆動して車両１０が走行するための駆動力を発生する。特に図示しないが、駆動装置１４０は、蓄電装置１３０から電力の供給を受けるコンバータやインバータ、インバータにより駆動されて駆動輪を駆動するモータを含む。なお、駆動装置１４０は、蓄電装置１３０を充電するための電力を発生するジェネレータと、そのジェネレータを駆動可能なエンジンとを含んでもよい。

ＭＩＤ１６０は、車両１０における種々の情報を表示するとともにユーザが操作入力可能な表示装置であり、たとえば、タッチ入力可能な液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等を含んで構成される。この車両１０では、時刻スケジュールに従って外部充電が開始されるタイマー充電を実行可能であり、ユーザは、ＭＩＤ１６０を操作することによってタイマー充電を要求することができる。この実施の形態では、ＭＩＤ１６０は、外部充電の開始要求時刻および車両１０の出発予定時刻をユーザが入力可能に構成される。

ＤＣＭ１８０は、ＥＣＵ１５０からの制御信号に従って、給電設備２０などの車両外部の機器と無線通信を行なう通信装置である。

位置検出システム（位置検出装置）１９０は、給電設備２０の送電コイル２１０と車両１０の受電コイル１１０との位置関係（送電コイル２１０からの電力を最も効率よく受電可能な基準位置からの受電コイル１１０の前後、左右、上下の位置ずれ量など）を、給電設備２０に対する車両１０の相対的な駐車位置として検出する。位置検出システム１９０による駐車位置の具体的な検出手法については、たとえばカメラによる撮影画像を解析する手法など、公知の検出手法を採用することができる。なお、撮影画像を解析する場合の画像情報は、車両１０に搭載されたカメラから取得するようにしてもよいし、給電設備２０に搭載されたカメラによる撮影画像情報を給電設備２０側から取得するようにしてもよい。位置検出システム１９０は、検出結果をＥＣＵ１５０に出力する。

ＥＣＵ１５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、車両１０における各種制御を行なう。

＜タイマー充電＞
ＥＣＵ１５０は、ユーザがＭＩＤ１６０を操作することによってタイマー充電が要求されると、タイマー充電の時刻スケジュールを決定し、決定された時刻スケジュールに従って外部充電を実行する「タイマー充電」を行なう。

たとえば、ＥＣＵ１５０は、タイマー充電が要求されると、蓄電装置１３０のＳＯＣ（State Of Charge）と外部充電電力の推定値とを用いて、外部充電時間を算出する。なお、外部充電電力とは、外部充電によって蓄電装置１３０に入力される電力（単位：ワット）である。外部充電時間とは、外部充電によって蓄電装置１３０のＳＯＣを目標ＳＯＣにするのに要する時間である。

そして、ユーザがタイマー充電を要求する際に充電開始要求時刻を入力した場合には、ＥＣＵ１５０は、入力された充電開始要求時刻を充電開始目標時刻に設定するとともに、充電開始目標時刻から外部充電時間だけ後の時刻を充電完了目標時刻に設定する。また、ユーザがタイマー充電を要求する際に車両１０の出発予定時刻が入力された場合には、入力された出発予定時刻よりも少し前の時刻を充電完了目標時刻に設定するとともに、充電完了目標時刻よりも外部充電時間だけ前の時刻を充電開始目標時刻に設定する。

ＥＣＵ１５０は、充電開始目標時刻に外部充電が開始され、かつ充電完了目標時刻に外部充電が完了するように、充電器１２０を制御する。

＜外部充電電力の算出（推定）＞
上述のタイマー充電において、目標通りに（出発予定時刻よりも少し前に）外部充電を完了させるためには、外部充電時間の算出に用いられる外部充電電力を精度よく推定することが望まれる。

仮に、車両外部の給電設備からの電力を充電ケーブルを介して車両に供給する接触方式で外部充電を行なう場合には、給電設備の種類（送電可能電力の低い通常充電設備であるのか、送電可能電力の高い急速充電設備であるのか）および充電ケーブルの電圧値および許容電流値の情報を用いて、外部充電電力を推定することが可能である。

しかしながら、本実施の形態のように、給電設備２０からの電力を非接触で車両１０に供給する非接触方式での外部充電を行なう場合には、車両１０と給電設備２０とを物理的に接続する充電ケーブルは存在しない。さらに、非接触方式においては、給電設備２０の送電コイル２１０と車両１０の受電コイル１１０との位置関係によって送電コイル２１０と受電コイル１１０との相互インダクタンスが変化して受電効率が大きく変化するため、たとえ給電設備２０の種類が同じであっても送電コイル２１０と受電コイル１１０との位置関係によって外部充電電力は大きく変化し得る。したがって、非接触方式での外部充電時間を接触方式と同様の手法で推定すると、推定された外部充電時間と実際の外部充電時間との差が大きくなってしまう可能性がある。

上記の点に鑑み、本実施の形態によるＥＣＵ１５０は、位置検出システム１９０から取得された車両１０の駐車位置（給電設備２０の送電コイル２１０と車両１０の受電コイル１１０との位置関係）を用いて外部充電電力の推定値を算出する。そして、ＥＣＵ１５０は、算出された外部充電電力の推定値を用いて外部充電時間を算出する。

図３は、ＥＣＵ１５０が外部充電電力および外部充電時間を算出（推定）する際に実行する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、たとえばタイマー充電による充電完了目標時刻を設定するために、外部充電電力および外部充電時間の算出が要求されたタイミングで実行される。

ステップ(以下、ステップを「Ｓ」と略す)１０にて、ＥＣＵ１５０は、位置検出システム１９０から、給電設備２０に対する車両１０の相対的な駐車位置（送電コイル２１０からの電力を最も効率よく受電可能な基準位置からの受電コイル１１０の前後、左右、上下の位置ずれ量）を取得する。

次いで、ＥＣＵ１５０は、Ｓ１０において取得された車両１０の駐車位置を用いて、送電コイル２１０の送電可能電力と、受電コイル１１０の受電効率（受電コイル１１０の送電電力に対する受電コイル１１０の受電電力の割合）とを算出する（Ｓ１２）。たとえば、ＥＣＵ１５０は、車両１０の駐車位置（受電コイル１１０の位置ずれ量）と、送電コイル２１０の送電可能電力と、受電コイル１１０の受電効率との対応関係を規定したマップを予め記憶しておき、当該マップを参照して、Ｓ１０において取得された車両１０の駐車位置に対応する送電コイル２１０の送電可能電力および受電コイル１１０の受電効率を算出する。

次いで、ＥＣＵ１５０は、Ｓ１２において算出された送電コイル２１０の送電可能電力および受電コイル１１０の受電効率との積から、外部充電電力の推定値を算出する（Ｓ１４）。

次いで、ＥＣＵ１５０は、Ｓ１４において算出された外部充電電力の推定値と、蓄電装置１３０のＳＯＣとを用いて、外部充電時間を算出する（Ｓ１６）。なお、ＳＯＣは、一般的に、満充電容量に対する実蓄電量の比で表される。ＳＯＣの算出方法としては、蓄電装置１３０の電圧とＳＯＣとの関係を用いて算出する方法や、蓄電装置の電流積算値を用いて算出する方法等、種々の公知の手法を用いることができる。

以上のように、本実施の形態によるＥＣＵ１５０は、位置検出システム１９０から取得された車両１０の駐車位置（給電設備２０の送電コイル２１０と車両１０の受電コイル１１０との位置関係）を用いて外部充電電力の推定値を算出する。これにより、受電コイル１１０の受電効率に大きく影響する送電コイル２１０と受電コイル１１０との位置関係を考慮して外部充電電力を精度よく推定することができる。

そして、ＥＣＵ１５０は、精度よく推定された外部充電電力を用いて外部充電時間を算出し、算出された外部充電時間を用いてタイマー充電の時刻スケジュール（充電完了目標時刻など）を決定する。そのため、タイマー充電において、充電完了目標時刻に外部充電を適切に完了させることができる。

なお、上述の実施の形態においては、タイマー充電の時刻スケジュールを決定する際に外部充電電力を推定する場合について例示したが、本開示による外部充電電力の推定手法はタイマー充電の時刻スケジュールを決定する際に用いることに限定されない。たとえば、ユーザが手動で外部充電を行なう際に本開示による推定手法を用いて外部充電電力を推定し、推定された外部充電電力をＭＩＤ１６０に表示してユーザに報知するようにしてもよい。

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。本開示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 車両充電システム、１０ 車両、２０ 給電設備、１１０ 受電コイル、１２０ 充電器、１３０ 蓄電装置、１４０ 駆動装置、１５０ ＥＣＵ、１９０ 位置検出システム、２１０ 送電コイル。

Claims (1)

1. 蓄電装置と、前記蓄電装置を充電するための電力を車両外部の送電部から非接触で受電可能な受電部とを備える車両の充電制御装置であって、
   前記送電部と前記受電部との位置関係を検出可能に構成された位置検出装置と、
   前記車両外部の送電部から非接触で前記受電部が受電した電力で前記蓄電装置を充電する非接触外部充電の実行を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記位置検出装置から取得された前記位置関係を用いて前記非接触外部充電に要する時間を算出する、車両の充電制御装置。

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