JP2018186613A - 車載バッテリの充電制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】低温環境下において、外部充電装置２０に複数の車両１０が接続された場合であっても、車載バッテリ１１への充電と、バッテリ温度の維持とを両立できる車載バッテリ１１の充電制御システム１を提供することを目的とする。【解決手段】車両１０の車載バッテリ１１と、車載バッテリ１１に電力を供給する外部充電装置２０と、車載バッテリ１１の放電を制御する充放電制御手段とを備えた車載バッテリ１１の充電制御システム１であって、充放電制御手段が、車載バッテリ１１に充電する充電制御、車載バッテリ１１の充放電を待機する待機制御、及び車載バッテリ１１を放電する放電制御を１回の充放電サイクルとして繰り返すように構成され、車両１０が外部充電装置２０に接続された際、別の車両が待機制御の場合に充電制御が開始されるように、車両間における充放電サイクルの開始タイミングを制御するタイミング制御手段を備えたことを特徴とする。【選択図】図５

Description

この発明は、例えば、電気自動車などの車両の車載バッテリと、車載バッテリを充電するための外部電力供給装置とが接続された状態において、低温環境下における車載バッテリのバッテリ温度を適切な温度範囲に維持するような車載バッテリの充電制御システムに関する。

駆動用モータの出力を駆動力として用いるプラグインハイブリッド車や電気自動車などの車両では、従来の鉛蓄電池に比べて、高出力で、かつ充電効率が優れているリチウムイオン二次電池を、駆動用モータに電力を供給するための車載バッテリとして用いている。

このような車両の車載バッテリは、回生エネルギーを変換して得た電力だけでは十分に充電できないため、自宅などの車両保管場所に設けた外部電力供給装置から供給される外部電力によって充電される。この際、ガソリンなどの燃料を給油する場合に比べて、車載バッテリの充電にある程度の時間がかかるため、例えば夜間など車両を長時間使用しない時間帯に車載バッテリの充電が行われることが多い。

しかしながら、リチウムイオン二次電池は、例えばバッテリ温度が０℃以下のように、バッテリ温度が低いと出力特性が極端に低下するという特徴がある。このため、車載バッテリの充電が完了した車両を低温環境下に長時間放置すると、車載バッテリのバッテリ温度が低下して、車両としての始動性が低下するという問題があった。

そこで、車両の車載バッテリと外部電力供給装置とが接続された状態において、バッテリ温度の低下を抑制する技術が提案されている。
例えば、特許文献１では、低温環境下において、車載バッテリと外部電力供給装置とが接続された際、所定充電率の範囲内で車載バッテリの充放電を繰り返すことで、自己発熱を促してバッテリ温度の低下を抑制している。

ところで、特許文献１は、１つの外部電力供給装置に対して接続可能な車両の台数が１台とされている。このため、１つの外部電力供給装置に対して接続可能な車両の台数が複数台の場合、特許文献１では、接続された複数の車載バッテリへの充電が同時に行われることで、複数の車載バッテリに供給される総電力量が、契約電力容量を超過するおそれがあった。

このように外部電力供給装置に対して複数の車両が接続される場合、車載バッテリへの充電と、バッテリ温度の維持とを両立するために、充放電制御をどのように行うかという新たな課題が生じている。

特許第５４５７０１号公報

本発明は、上述した問題に鑑み、低温環境下において、外部電力供給装置に複数の車両が接続された場合であっても、車載バッテリへの充電と、バッテリ温度の維持とを両立できる車載バッテリの充電制御システムを提供することを目的とする。

この発明は、車両に搭載された車載バッテリと、該車載バッテリに電気的に接続されるとともに、前記車両の外部から前記車載バッテリに外部電力を供給する外部電力供給装置と、前記車載バッテリの充放電を前記車載バッテリの所定充電率の範囲内で制御するとともに、前記車載バッテリのバッテリ温度を所定温度の範囲内で維持するように前記車載バッテリの放電を制御する充放電制御手段とを備えた車載バッテリの充電制御システムであって、前記充放電制御手段が、前記車載バッテリに充電する充電制御、前記車載バッテリの充放電を待機する待機制御、及び前記車載バッテリを放電する放電制御をこの順番で行うとともに、前記充電制御、前記待機制御、及び前記放電制御を１回の充放電サイクルとして、該充放電サイクルを繰り返すように構成され、前記外部電力供給装置が、複数の前記車両が接続可能に構成され、前記複数の車両が前記外部電力供給装置に接続された場合、前記複数の車両間における前記充放電サイクルの開始タイミングを制御するタイミング制御手段を備え、該タイミング制御手段が、別の車両における前記充放電サイクルが前記待機制御または／および前記放電制御の場合に、前記充電制御が開始されるように、前記車両間における充放電サイクルの開始タイミングを制御する構成であることを特徴とする。

上記車載バッテリは、例えば、電気自動車における駆動用モータに対して電力を供給するための車載バッテリであって、リチウムイオン二次電池などすることができる。
上記所定充電率の範囲は、充電完了となる充電率の範囲であって、例えば８０％から１００％の範囲とすることができる。
上記所定温度の範囲は、所望される車載バッテリの出力特性が得られるバッテリ温度の範囲であって、例えば常温の範囲などとすることができる。
上記充放電制御手段は、車両または車載バッテリに設けた制御手段、外部電力供給装置に設けた制御手段、あるいはこれらの協働による制御手段とすることができる。

この発明により、車載バッテリの充電制御システムは、低温環境下において、外部電力供給装置に複数の車両が接続された場合であっても、車載バッテリへの充電と、バッテリ温度の維持とを両立することができる。

具体的には、充電制御、待機制御、及び放電制御を１回の充放電サイクルとして、充放電サイクルを繰り返すことで、車載バッテリの充電制御システムは、充電制御による車載バッテリの昇温と、待機制御による車載バッテリの自然冷却と、放電制御による車載バッテリの温度維持とを繰り返すことができる。

この際、バッテリ温度を維持するように放電制御が行われるため、車載バッテリの充電制御システムは、車載バッテリを昇温するための放電量に比べて、放電量を抑えることができる。このため、車載バッテリの充電制御システムは、充電率の低下を抑えて、バッテリ温度を維持することができる。

そして、複数の車両が外部電力供給装置に接続された場合、別の車両における充放電サイクルが待機制御または／および放電制御の場合に、充電制御が開始されるように、車両間における充放電サイクルの開始タイミングを制御することで、車載バッテリの充電制御システムは、複数の車両間において充電制御が同時に行われることを防止できる。このため、車載バッテリの充電制御システムは、複数の車載バッテリに供給される総電力量が、契約電力容量を超過することを防止できる。

さらに、充電制御と放電制御との間に待機制御を設けたことにより、車載バッテリの充電制御システムは、充電制御及び放電制御を１回の充放電サイクルとした場合に比べて、車載バッテリへの電力供給を停止する時間を長く確保することができる。このため、車載バッテリの充電制御システムは、複数の車両が外部電力供給装置に接続された場合であっても、車両１台あたりの充電時間を安定して確保することができる。

加えて、外部電力供給装置に接続される車両の台数が多い場合、車載バッテリの充電制御システムは、例えば、待機制御の制御時間を調整することで、接続された全ての車載バッテリへの充電を容易にすることができる。このため、車載バッテリの充電制御システムは、外部電力供給装置に接続される車両の増減に対して、柔軟に対応することができる。

従って、車載バッテリの充電制御システムは、低温環境下において、外部電力供給装置に複数の車両が接続された場合であっても、車載バッテリへの充電と、バッテリ温度の維持とを両立することができる。

この発明の態様として、外気温度を検出する外気温検出手段を備え、前記タイミング制御手段が、前記１回の充放電サイクルにおける前記待機制御の制御時間を、検出された外気温度に基づいて制御する構成である。
この発明により、車載バッテリの充電制御システムは、不要な充放電を防止して、バッテリ温度をより効率的に維持することができる。

具体的には、車載バッテリは、充放電が行われていない状態では、大気中への放熱によって時間経過とともにバッテリ温度が低下する。このため、低温環境下において、待機制御の制御時間が長くなると、車載バッテリのバッテリ温度が、所定温度の範囲を下回るおそれがある。
さらに、この場合、放電制御の開始とともに、車載バッテリを所定温度の範囲まで昇温させる必要があるため、過剰な放電によって充電率が所定充電率を下回るおそれがあった。

そこで、外気温度に基づいて待機制御の制御時間を制御することで、車載バッテリの充電制御システムは、低温環境下において、車載バッテリのバッテリ温度が、所定温度の範囲を下回る前に、放電制御を開始することができる。
従って、車載バッテリの充電制御システムは、外気温度に基づいて待機制御の制御時間を制御することで、不要な放電をより確実に防止して、バッテリ温度をより効率的に維持することができる。

この発明により、低温環境下において、外部電力供給装置に複数の車両が接続された場合であっても、車載バッテリへの充電と、バッテリ温度の維持とを両立できる車載バッテリの充電制御システムを提供することができる。

充電制御システムにおける構成を示すブロック図。 外部充電装置、車載バッテリ、及びバッテリヒータの関係を回路で示す回路図。 バッテリ電流、バッテリ温度、及び充電率の時間変化を示すタイミングチャート。 充電制御システムにおける処理動作、及び各種信号の授受動作を示すシーケンス図。 各車両における充放電サイクルを示すタイミグチャート。 充放電サイクル処理の動作を示すフローチャート。 充電制御システムにおける電流の流れを説明する説明図。 別の実施形態における充放電サイクルを示すタイミングチャート。

この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。
本実施形態における充電制御システム１は、例えば電気自動車のような車両１０の車載バッテリと、車載バッテリを充電するための外部充電装置２０とが接続された状態において、低温環境下における車載バッテリのバッテリ温度を適切な温度範囲に維持するものである。

このような充電制御システム１について、図１から図３を用いて詳しく説明する。
なお、図１は充電制御システム１における構成のブロック図を示し、図２は外部充電装置２０、車載バッテリ１１、及びバッテリヒータ１４の関係の回路図を示し、図３はバッテリ電流、バッテリ温度、及び充電率のタイミングチャートを示している。
また、図２中において、外部充電装置２０の詳細な図示を省略して、外部充電装置２０を、その機能に基づいた直流電源とスイッチとで図示している。

充電制御システム１は、図１に示すように、例えば電気自動車のような車両１０と、車両１０の車載バッテリ１１に外部から電力を供給するとともに、３台の車両１０が一度に接続可能な１つの外部充電装置２０とで構成されている。
なお、３台の車両１０は、いずれも同じ構成のため、ここでは後述する外部充電装置２０の第１充電器２２に接続された車両１０（１０ａ）を用いて説明する。

車両１０は、図１に示すように、充放電可能な車載バッテリ１１と、車載バッテリ１１の温度を検知するバッテリ温度センサ１２と、外気温度を検知する外気温センサ１３と、車載バッテリ１１に電気的に接続されたバッテリヒータ１４と、車載バッテリ１１に電気的に接続された駆動用モータ１５と、外部充電装置２０が接続される充電器接続部１６と、これらと電気的に接続されるとともに、これらの動作を制御する電子制御装置（Electronic Control Unit、以下「ＥＣＵ」と呼ぶ）１７とで構成されている。

車載バッテリ１１は、リチウムイオン二次電池であって、図２に示すように、同じ出力特性を有する複数のセル（図示省略）を直列接続したセルモジュール１１ａと、セルモジュール１１ａへの導通を切換えるスイッチ１１ｂとで構成されている。なお、車載バッテリ１１は、駆動用モータ１５、及び充電器接続部１６に対する電気的接続を切換える切替えスイッチを介して、駆動用モータ１５または充電器接続部１６に択一的に接続されている。

バッテリ温度センサ１２は、車載バッテリ１１の適宜の位置に装着された温度センサであって、車載バッテリ１１の温度を検出する機能と、検出した温度をバッテリ温度信号としてＥＣＵ１７に出力する機能とを有している。
外気温センサ１３は、車載バッテリ１１の周辺温度を検知可能な位置に配置された温度センサであって、外気温度を検出する機能と、検出した外気温度を外気温度信号としてＥＣＵ１７に出力する機能とを有している。

バッテリヒータ１４は、車載バッテリ１１に近接配置された電気ヒータであって、図２に示すように、抵抗値の高い発熱体１４ａと、発熱体１４ａへの電力供給を切換えるスイッチ１４ｂとで構成されている。このバッテリヒータ１４は、車載バッテリ１１からの電力によって、車載バッテリ１１の温度を維持する程度の発熱量の熱を発する機能を有している。

駆動用モータ１５は、例えば車両前部のエンジンルーム（図示省略）に配置された電気モータであって、車載バッテリ１１から供給された電力によって、車輪に伝達される駆動力を発生する機能を有している。

充電器接続部１６は、車両１０の適宜の部位に配置されるとともに、外部充電装置２０の接続ケーブル（図示省略）が接続される接続部である。この充電器接続部１６は、外部充電装置２０からの電力の供給を受付ける受電部１６ａと、外部充電装置２０と通信を行う通信部１６ｂとで構成されている。

受電部１６ａは、外部充電装置２０が出力した直流電力を、接続ケーブルを介して受け付ける機能と、受付けた直流電流を車載バッテリ１１へ供給する機能とを有している。
通信部１６ｂは、ＥＣＵ１７の指示に基づいて外部充電装置２０へ各種信号を送信する機能と、外部充電装置２０が出力した各種信号を受信する機能と、受信した各種信号をＥＣＵ１７へ出力する機能とを有している。

ＥＣＵ１７は、ＣＰＵ及びメモリなどをハード構成と、プログラム及びデータなどのソフト構成とで構成されている。このＥＣＵ１７は、図示を省略した鉛蓄電池と電気的に接続され、鉛蓄電池の電力によって動作するものとする。

さらに、ＥＣＵ１７には、充電に伴ってバッテリ温度が上昇した際、安定した出力の確保と安全性の確保とを両立できるバッテリ温度である上限温度と、低温環境下において、車両１０が安定して発進できる出力が得られるバッテリ温度である下限温度と、車載バッテリ１１を充電する際、充電完了となる充電率の範囲である充電目標の上限充電率、及び下限充電率などが予め記憶されている。

例えば、ＥＣＵ１７には、バッテリ温度の上限温度として６０℃が記憶され、バッテリ温度の下限温度として２５℃が記憶され、充電完了となる充電率の範囲として充電率８０％から充電率１００％の範囲が記憶されている。

一方、外部充電装置２０は、交流電力網２に電気的に接続されるとともに、３台の車両１０が一度に接続可能に構成されている。
より詳しくは、外部充電装置２０は、図１に示すように、交流電力網２に電気的に接続された電力変換部２１と、車両１０が接続される第１充電器２２、第２充電器２３、及び第３充電器２４と、これらの動作を制御する充電制御部２５とで構成されている。

電力変換部２１は、ブレーカーと、ＡＣ／ＤＣコンバータと、第１充電器２２、第２充電器２３、または第３充電器２４との電気的接続を切換えるスイッチなどで構成されている。この電力変換部２１は、交流電力網２からの交流電力を直流電力に変換する機能と、充電制御部２５の指示に基づいて、第１充電器２２、第２充電器２３、または第３充電器２４に直流電力を出力する機能とを有している。

第１充電器２２は、車両１０に接続される接続ケーブル（図示省略）と、接続ケーブルを介して直流電力を車両１０に供給する給電部２２ａと、接続ケーブルを介して車両１０の通信部１６ｂと通信を行う通信部２２ｂとで構成されている。

給電部２２ａは、充電制御部２５の指示に基づいて、電力変換部２１が出力した直流電力を、接続ケーブルを介して車両１０に出力する機能を有している。
通信部２２ｂは、充電制御部２５の指示に基づいて車両１０へ各種信号を送信する機能と、車両１０の通信部１６ｂが出力した各種信号を受信する機能と、受信した各種信号を充電制御部２５へ出力する機能とを有している。

第２充電器２３は、給電部２３ａ、及び通信部２３ｂとで構成されている。この第２充電器２３は、第１充電器２２と同様の構成のため、その詳細な説明を省略する。
第３充電器２４は、給電部２４ａ、及び通信部２４ｂとで構成されている。この第３充電器２４は、第１充電器２２と同様の構成のため、その詳細な説明を省略する。

充電制御部２５は、ＣＰＵ及びメモリなどをハード構成と、プログラム及びデータなどのソフト構成とで構成されている。この充電制御部２５は、電力変換部２１が出力した直流電力の車両１０への供給を制御する機能と、接続された複数の車両１０に対して直流電力を供給するタイミングを制御する機能とを有している。
さらに、充電制御部２５には、後述する１回あたりの充放電サイクルの所要時間ΔＴ、及び接続された車両１０に対して電力を供給する充電時間ΔＴ_ｃが予め記憶されている。

ここで、１回あたりの充放電サイクルについて、図３を用いて説明する。
１回あたりの充放電サイクルは、図３に示すように、外部充電装置２０に車両１０が接続された状態において、車載バッテリ１１における充電、待機、及び放電のサイクルを示している。

より詳しくは、１回あたりの充放電サイクルは、図３に示すように、経過時間が時間ｔ１に至るまでの間、車載バッテリ１１に電流が入力されるように制御される工程と、時間ｔ１から時間ｔ２までの間、車載バッテリ１１の電流入出力を停止するように制御される工程と、時間ｔ２から時間ｔ３までの間、車載バッテリ１１から電流がバッテリヒータ１４に出力されるように制御される工程とが、この順番で行われるものを１回のサイクルとしている。

つまり、充放電サイクルは、車載バッテリ１１を充電する充電工程と、車載バッテリ１１の充放電を待機する待機工程と、車載バッテリ１１の電力を放電する放電工程とで１回のサイクルを構成している。

この充放電サイクルにおいて、上述した１回あたりの所要時間ΔＴは、図３に示すように、充電工程に要する時間である充電時間ΔＴ_ｃ、待機工程に要する時間である待機時間ΔＴ_ｗ、及び放電工程に要する時間である放電時間ΔＴ_ｄの合計時間である。

このうち、所要時間ΔＴ、及び充電時間ΔＴ_ｃが、外部充電装置２０の充電制御部２５に記憶され、待機時間ΔＴ_ｗ、及び放電時間ΔＴ_ｄが、車両１０において、外気温及びバッテリ温度に基づいて、その時間長さが調整されるように算出される。

そして、上述したように所要時間ΔＴは、予め充電制御部２５に記憶されており、例えば６００ｓｅｃとする。
一方、充電制御部２５に記憶された充電時間ΔＴ_ｃは、次の式１により定義付けされる。

例えば、本実施形態では外部充電装置２０の最大接続台数が３台のため、所要時間ΔＴを例えば６００ｓｅｃとした場合、充電時間ΔＴ_ｃは、ΔＴ_ｃ＝６００／３＝２００ｓｅｃとなる。

次に、上述した構成の充電制御システム１において、３台の車両１０を充電する際の動作について、図４から図７を用いて説明する。
なお、本実施形態では、説明を容易にするため、図１に示すように、第１充電器２２に接続された車両１０を車両１０ａとし、第２充電器２３に接続された車両１０を車両１０ｂとし、第３充電器２４に接続された車両１０を車両１０ｃとして説明する。

また、図４は充電制御システム１における処理動作、及び各種信号の授受動作のシーケンス図を示し、図５は各車両１０における充放電サイクルのタイミグチャートを示し、図６は充放電サイクル処理の動作のフローチャートを示し、図７は充電制御システム１における電流の流れＸを説明する説明図を示している。

また、図５（ａ）は第１充電器２２が接続された車両１０ａにおける車載バッテリ１１の入出力電流のタイミングチャートを示し、図５（ｂ）は第２充電器２３が接続された車両１０ｂにおける車載バッテリ１１の入出力電流のタイミングチャートを示し、図５（ｃ）は第３充電器２４が接続された車両１０ｃにおける車載バッテリ１１の入出力電流のタイミングチャートを示している。

また、図７（ａ）は充電工程における各スイッチの状態を示し、図７（ｂ）は待機工程における各スイッチの状態を示し、図７（ｃ）は放電工程における各スイッチの状態を示している。
さらに、本実施形態では、外部充電装置２０の第１充電器２２、及び第２充電器２３がそれぞれ車両１０ａ，１０ｂに接続された状態において、第３充電器２４が車両１０ｃに接続された場合について説明する。

まず、交流電力網２からの電力供給を受けると、外部充電装置２０の充電制御部２５は、図４に示すように、処理動作を開始して、第３充電器２４が車両１０ｃに接続されたか否かを判定する（ステップＳ１０１）。第３充電器２４が車両１０ｃに接続されていない場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、充電制御部２５は、車両１０ｃに接続されるまで処理を待機する。

一方、第３充電器２４が車両１０ｃに接続された場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、充電制御部２５は、条件送信処理を開始して（ステップＳ１０２）、１回における充放電サイクルの所要時間ΔＴを示す所要時間情報と、充電時間ΔＴ_ｃを示す充電時間情報とを、接続ケーブルを介して車両１０ｃに送信する。

そして、所要時間情報、及び充電時間情報を受信した車両１０ｃのＥＣＵ１７は、図４に示すように、１回あたりの充放電サイクルの詳細条件を算出する充放電条件算出処理を開始する（ステップＳ１０３）。

具体的には、ＥＣＵ１７は、外部充電装置２０から取得した所要時間ΔＴ、及び充電時間ΔＴ_ｃに基づいて、待機時間ΔＴ_ｗ、放電時間ΔＴ_ｄ、車載バッテリ１１を充電するための入力電流である充電電流Ｉ_ｃ、及びバッテリヒータ１４へ放電するための出力電流である放電電流Ｉ_ｄを算出する。
このうち、放電電流Ｉ_ｄは、次の式２によって定義付けされる。

また、放電時間ΔＴ_ｄは、車載バッテリ１１の発熱量、車載バッテリ１１がバッテリヒータ１４から受ける熱量、及び車載バッテリ１１の表面から放出される放熱量に基づいて算出する。
より詳しくは、ＥＣＵ１７は、車載バッテリ１１の内部発熱量に、バッテリヒータ１４から受ける熱量を加算した熱量と、車載バッテリ１１の表面から放熱される放熱量との関係式を示す次の式３を満足する放電時間ΔＴ_ｄを算出する。

上記式３において、充電工程における車載バッテリ１１の内部発熱量Ｑ_ｂｃ、放電工程における車載バッテリ１１の内部発熱量Ｑ_ｂｄ、バッテリヒータ１４の発熱量Ｑ_ｈ、及び車載バッテリ１１の表面からの放熱量Ｑ_ｏｕｔは、それぞれ次の式４、式５、式６、及び式７によって定義付けされる。

上述した式３に、式４の充電工程における車載バッテリ１１の内部発熱量Ｑ_ｂｃ、式５の放電工程における車載バッテリ１１の内部発熱量Ｑ_ｂｄ、式６のバッテリヒータ１４の発熱量Ｑ_ｈ、及び式７の車載バッテリ１１の表面からの放熱量Ｑ_ｏｕｔを代入すると、式３は、次の式８に置き換えることができる。

また、充電電流Ｉ_ｃは、充電工程後の充電率と放電工程後の充電率との関係を示す次の式９によって定義付けされる。

そして、外部充電装置２０から取得した所要時間ΔＴ、及び充電時間ΔＴ_ｃと、上述した式２で定義付けされた放電電流Ｉ_ｄとに基づいて、上記式８、及び上記式９を満足する放電時間ΔＴ_ｄ、及び充電電流Ｉ_ｃを算出すると、それぞれ次の式１０、及び式１１によって定義付けされる。

このようにして、ＥＣＵ１７は、放電時間ΔＴ_ｄ、充電電流Ｉ_ｃ、及び放電電流Ｉ_ｄを算出する。
さらに、ＥＣＵ１７は、所要時間ΔＴから充電時間ΔＴ_ｃ、及び放電時間ΔＴ_ｄを減算して待機時間ΔＴ_ｗを算出する。

図４のステップＳ１０３に戻り、充放電条件算出処理を完了すると、ＥＣＵ１７は、車載バッテリ１１への充電準備が完了したことを示す準備完了信号を、接続ケーブルを介して外部充電装置２０へ出力する（ステップＳ１０４）。

準備完了信号を受信すると、外部充電装置２０の充電制御部２５は、図４に示すように、第１充電器２２に接続された車両１０ａ、または第２充電器２３に接続された車両１０ｂが充電工程か否かを判定する（ステップＳ１０５）。

第１充電器２２に接続された車両１０ａ、または第２充電器２３に接続された車両１０ｂが充電工程の場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、充電制御部２５は、第３充電器２４に接続された車両１０ｃにおける充電工程の開始タイミングを時間的に遅らせるシフト処理を開始する（ステップＳ１０６）。

この際、充電制御部２５は、第１充電器２２に接続された車両１０ａの充電工程、または第２充電器２３に接続された車両１０ｂの充電工程と重複しないように、車両１０ｃの充電工程の開始タイミングを、時間軸の後方へシフトして調整する。

つまり、充電制御部２５は、他の車両１０における充放電サイクルが待機工程または／および放電工程の場合に、車両１０ｃの充電工程が開始されるように、各車両１０における充電工程の開始タイミングを調整する。

より詳しくは、第３充電器２４と車両１０ｃとが接続された際、図５に示すように、第１充電器２２が接続された車両１０ａの充電工程が時間ｔ４まで行われたのち、第２充電器２３が接続された車両１０ｂの充電工程が時間ｔ５まで行われるように、車両１０ａの充放電サイクルに対して車両１０ｂの充放電サイクルが調整されているとする。

このような状態において、他の車両１０が充電工程か否かを判定した時間が時間ｔ４未満の場合、時間ｔ４まで車両１０ａが充電工程で、時間ｔ４から時間ｔ５まで車両１０ｂが充電工程のため、充電制御部２５は、車両１０ｂの充電工程が終了する時間ｔ５に達した際、第３充電器２４が接続された車両１０ｃの充電工程が開始されるように、充電工程の開始時間を遅らせる。

あるいは、他の車両１０が充電工程か否かを判定した時間が時間ｔ４以上時間ｔ５未満の場合、車両１０ａが待機工程だが、車両１０ｂが充電工程のため、充電制御部２５は、車両１０ｂの充電工程が終了する時間ｔ５に達した際、車両１０ｃの充電工程が開始されるように、充電工程の開始時間を遅らせる。

シフト処理を完了すると、充電制御部２５は、図４に示すように、第３充電器２４に接続された車両１０ｃの充電工程が開始される開始時間か否かを判定する（ステップＳ１０７）。現在の時間が車両１０ｃの充電工程が開始される開始時間でない場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、充電制御部２５は、車両１０ｃの充電工程が開始される開始時間まで処理を待機する。

一方、現在の時間が車両１０ｃの充電工程が開始される開始時間の場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、充電制御部２５は、第３充電器２４に接続された車両１０ｃに対して、給電を開始することを示す給電開始信号を出力する（ステップＳ１０８）。その後、充電制御部２５は、第３充電器２４に接続された車両１０ｃに対して給電を開始する。

ステップＳ１０８において、外部充電装置２０が送信した給電開始信号を受信すると、車両１０ｃのＥＣＵ１７は、充電充放電サイクル処理を開始する（ステップＳ１０９）。
より詳しくは、充放電サイクル処理を開始したＥＣＵ１７は、図６に示すように、第１スイッチ状態切換え処理を開始して（ステップＳ１２１）、車載バッテリ１１のスイッチ１１ｂをオン状態にさせ、バッテリヒータ１４のスイッチ１４ｂをオフ状態にさせる（図７（ａ）参照）。

このため、電流の流れＸは、図７（ａ）に示すように、外部充電装置２０から充電器接続部１６を介して、車載バッテリ１１のスイッチ１１ｂ、及びセルモジュール１１ａの順に通って、再び充電器接続部１６を介して外部充電装置２０へ戻る流れとなる。
この際、車載バッテリ１１は、図３に示すように、充電電流Ｉ_ｃが入力されることで、バッテリ温度、及び充電率が時間経過とともに上昇する。

その後、ＥＣＵ１７は、図６に示すように、充電工程が終了したか否かを判定する（ステップＳ１２２）。この際、ＥＣＵ１７は、図３に示すように、充電工程を開始してからの経過時間が時間ｔ１に達した場合、すなわち充電時間ΔＴ_ｃだけ充電した場合、充電工程が終了したと判定する。あるいは、バッテリ温度が上限温度に達した場合、もしくは車載バッテリ１１の充電率が充電目標の上限充電率に達した場合、充電工程が終了したと判定する。

ステップＳ１２１において、充電工程が終了していない場合（ステップＳ１２２：Ｎｏ）、ＥＣＵ１７は、充電工程が完了するまで処理を待機する。
一方、充電工程が終了した場合（ステップＳ１２２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１７は、車載バッテリ１１におけるスイッチ１１ｂの状態を切換える第２スイッチ状態切換え処理を開始する（ステップＳ１２３）。

具体的には、ＥＣＵ１７は、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、車載バッテリ１１のスイッチ１１ｂをオン状態からオフ状態に切換えさせる。この際、ＥＣＵ１７は、外部充電装置２０に対して電力の供給を停止させる停止信号を出力する。

そして、停止信号を受信した外部充電装置２０の充電制御部２５は、図７（ｂ）に示すように、第３充電器２４を介した車両１０ｃへの電力供給を遮断する。このため、車両１０ｃは、車載バッテリ１１の充放電を待機する待機状態へ移行する。
この際、車載バッテリ１１は、図３に示すように、充電率に変化はないが、大気中への放熱によってバッテリ温度が時間経過とともに低下する。

その後、ＥＣＵ１７は、図６に示すように、待機工程が終了したか否かを判定する（ステップＳ１２４）。この際、ＥＣＵ１７は、図３に示すように、充電工程を開始してからの経過時間が時間ｔ２に達した場合、すなわち待機時間ΔＴ_ｗだけ待機状態を継続した場合、待機工程が終了したと判定する。あるいは、ＥＣＵ１７は、バッテリ温度が下限温度に達した場合、待機工程が終了したと判定する。

待機工程が終了していない場合（ステップＳ１２４：Ｎｏ）、ＥＣＵ１７は、待機工程が終了するまで処理を待機する。一方、待機工程が終了した場合（ステップＳ１２４：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１７は、車載バッテリ１１のスイッチ１１ｂ、及びバッテリヒータ１４のスイッチ１１ｂの状態を切換える第３スイッチ状態切換え処理を開始する（ステップＳ１２５）。

具体的には、ＥＣＵ１７は、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、車載バッテリ１１のスイッチ１１ｂをオフ状態からオン状態に切換えさせるとともに、バッテリヒータ１４のスイッチ１４ｂをオフ状態からオン状態に切換えさせる。

このため、電流の流れＸは、図７（ｃ）に示すように、車載バッテリ１１のセルモジュール１１ａからスイッチ１１ｂを介して、バッテリヒータ１４のスイッチ１４ｂ、及び発熱体１４ａを順に通って、セルモジュール１１ａへ戻る流れとなる。

この際、車載バッテリ１１は、図３に示すように、放電電流Ｉ_ｄだけバッテリヒータ１４へ放電することで、充電率が時間経過とともに緩やかに低下する。さらに、車載バッテリ１１は、バッテリヒータ１４から受ける熱と、バッテリヒータ１４への放電による自己発熱とによって、上限温度と下限温度の範囲内の一定温度にバッテリ温度が維持される。

その後、ＥＣＵ１７は、図６に示すように、放電工程が終了したか否かを判定する（ステップＳ１２６）。この際、ＥＣＵ１７は、図３に示すように、充電工程を開始してからの経過時間が時間ｔ３に達した場合、すなわち放電時間ΔＴ_ｄだけ放電した場合、放電工程が終了したと判定する。あるいは、車載バッテリ１１の充電率が充電目標の下限充電率に達した場合、放電工程が終了したと判定する。

放電工程が終了していない場合（ステップＳ１２６：Ｎｏ）、ＥＣＵ１７は、放電工程が終了するまで処理を待機する。一方、放電工程が終了した場合（ステップＳ１２６：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１７は、第２スイッチ状態切換え処理を開始して（ステップＳ１２７）、上述したステップＳ１２３と同様に、車載バッテリ１１のスイッチ１１ｂ、及びバッテリヒータ１４のスイッチ１４ｂを、それぞれオフ状態にさせる（図７（ｂ）参照）。

その後、ＥＣＵ１７は、１回の充放電サイクルが終了したことを示す１サイクル終了信号を、接続ケーブルを介して外部充電装置２０に出力したのち（ステップＳ１２８）、充放電サイクル処理を終了して、処理を図４のステップＳ１０９に戻す。

図４のステップＳ１０９に戻り、第３充電器が接続された車両１０ｃから１サイクル終了信号を受信すると、外部充電装置２０の充電制御部２５は、図４に示すように、乗員の操作によって、車両１０ｃとの接続が解除されたか否かを判定する（ステップＳ１１０）。

車両１０ｃとの接続が解除された場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、充電制御部２５は、車両１０ｃに対する処理動作を終了する。
一方、車両１０ｃとの接続が解除されていない場合（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、充電制御部２５は、処理をステップＳ１０５に戻す。その後、充電制御システム１は、車両１０ｃとの接続が解除されるまで、ステップＳ１０５からステップＳ１１０の処理を繰り返すことで、充放電サイクルを繰り返し実行する。

また、図４のステップＳ１０５において、第１充電器２２に接続された車両１０ａ、または第２充電器２３に接続された車両１０ｂが充電工程でない場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、充電制御部２５は、処理をステップＳ１０８に進めて、給電開始信号を出力する。

その後、ステップＳ１０９の充放電サイクル処理において、車両１０のＥＣＵ１７は、充放電サイクルの充電工程を即座に開始する。この場合、充電工程が開始される時間は、車両１０ｂの充電工程が終了する時間ｔ４以上、車両１０ａの放電工程が終了する時間ｔ６以下である。

このようにして、充電制御システム１は、外部充電装置２０に接続された全ての車両１０の車載バッテリ１１を充電するとともに、車載バッテリ１１のバッテリ温度を上限温度と下限温度の範囲内で維持する。

以上のような動作を実現する車載バッテリ１１の充電制御システム１は、低温環境下において、外部充電装置２０に複数の車両１０が接続された場合であっても、車載バッテリ１１への充電と、バッテリ温度の維持とを両立することができる。

具体的には、充電工程、待機工程、及び放電工程を１回の充放電サイクルとして、充放電サイクルを繰り返すことで、充電制御システム１は、充電工程による車載バッテリ１１の昇温と、待機工程による車載バッテリ１１の自然冷却と、放電工程による車載バッテリ１１の温度維持とを繰り返すことができる。

この際、バッテリ温度を維持するように放電工程が行われるため、充電制御システム１は、車載バッテリ１１を昇温するための放電量に比べて、放電量を抑えることができる。このため、充電制御システム１は、充電率の低下を抑えて、バッテリ温度を維持することができる。

そして、複数の車両１０が外部充電装置２０に接続された場合、別の車両１０における充放電サイクルが待機工程または／および放電工程の場合に、充電工程が開始されるように、車両１０間における充放電サイクルの開始タイミングを制御することで、充電制御システム１は、複数の車両１０間において充電工程が同時に行われることを防止できる。このため、充電制御システム１は、複数の車載バッテリ１１に供給される総電力量が、契約電力容量を超過することを防止できる。

さらに、充電工程と放電工程との間に待機工程を設けたことにより、充電制御システム１は、充電工程及び放電工程を１回の充放電サイクルとした場合に比べて、車載バッテリ１１への電力供給を停止する時間を長く確保することができる。このため、充電制御システム１は、複数の車両１０が外部充電装置２０に接続された場合であっても、車両１０１台あたりの充電時間を安定して確保することができる。

加えて、外部充電装置２０に接続される車両１０の台数が多い場合、車載バッテリ１１の充電制御システム１は、例えば、待機時間ΔＴ_ｗを調整することで、接続された全ての車載バッテリ１１への充電を容易にすることができる。このため、車載バッテリ１１の充電制御システム１は、外部充電装置２０に接続される車両１０の増減に対して、柔軟に対応することができる。

従って、充電制御システム１は、低温環境下において、外部充電装置２０に複数の車両１０が接続された場合であっても、車載バッテリ１１への充電と、バッテリ温度の維持とを両立することができる。

また、１回の充放電サイクルにおける待機時間ΔＴ_ｗを、外気温とバッテリ温度とに基づいて制御することにより、充電制御システム１は、不要な充放電を防止して、バッテリ温度をより効率的に維持することができる。

具体的には、車載バッテリ１１は、充放電が行われていない状態では、大気中への放熱によって時間経過とともにバッテリ温度が低下する。このため、低温環境下において、待機時間ΔＴ_ｗが長くなると、車載バッテリ１１のバッテリ温度が、下限温度を下回るおそれがある。
さらに、この場合、放電工程の開始とともに、車載バッテリ１１を下限温度まで昇温させる必要があるため、過剰な放電によって充電率が所定充電率を下回るおそれがあった。

そこで、外気温とバッテリ温度とに基づいて待機時間を制御することで、充電制御システム１は、低温環境下において、車載バッテリ１１のバッテリ温度が、下限温度を下回る前に、放電工程を開始することができる。
従って、充電制御システム１は、外気温とバッテリ温度とに基づいて待機時間ΔＴ_ｗを制御することで、不要な放電をより確実に防止して、バッテリ温度をより効率的に維持することができる。

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の外部電力供給装置は、実施形態の外部充電装置２０に対応し、
以下同様に、
所定充電率の範囲は、充電目標の上限充電率と下限充電率との範囲に対応し、
所定温度の範囲は、バッテリ温度の上限温度と下限温度との範囲に対応し、
充放電制御手段は、車両１０のＥＣＵ１７、及び外部充電装置２０の充電制御部２５に対応し、
タイミング制御手段は、外部充電装置２０の充電制御部２５に対応し、
外気温検出手段は、外気温センサ１３、及び車両１０のＥＣＵ１７に対応し、
待機制御の制御時間は、待機時間ΔＴ_ｗに対応するが、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。

例えば、上述した実施形態において、車両１０を電気自動車としたが、これに限定せず、駆動用モータ１５を回転駆動させるための車載バッテリ１１を備えるとともに、車両１０の外部から供給された電力によって車載バッテリ１１が充電される車両であれば、例えば、プラグインハイブリッド車であってもよい。

また、外気温を検出する外気温センサ１３を車両１０に設けたが、これに限定せず、外部充電装置２０に外気温センサを設けてもよい。この場合、図４のステップＳ１０２における条件送信処理において、所要時間情報、及び充電時間情報に加えて、外気温を示す外気温情報を車両１０に送信する。

また、第１充電器２２、及び第２充電器２３にそれぞれ車両１０が接続され、第３充電器２４に車両１０が接続された場合について説明したが、これに限定せず、第１充電器２２、第２充電器２３、及び第３充電器２４のいずれかに車両１０が接続された状態、あるいは第１充電器２２、第２充電器２３、及び第３充電器２４のいずれにも車両１０が接続されていない状態であってもよい。

また、車載バッテリ１１を保温するためにバッテリヒータ１４を備えた構成としたが、これに限定せず、発熱体となる抵抗体を内蔵した車載バッテリとしてもよい。あるいは、バッテリヒータ１４などを設けず、放電による自己発熱によって車載バッテリ１１のバッテリ温度を維持する構成としてもよい。

また、車両１０のＥＣＵ１７と、外部充電装置２０の充電制御部２５との協働により、車載バッテリ１１における充放電、及び待機を制御するとともに、充放電サイクルの開始タイミングを制御する構成としたが、これに限定せず、外部充電装置２０の充電制御部２５により、車載バッテリ１１における充放電、及び待機を制御するとともに、充放電サイクルの開始タイミングを制御する構成としてもよい。

例えば、外部充電装置２０に車両１０が接続された際、外部充電装置２０の外部充電制御部２５が、車両１０から車載バッテリの充電率やバッテリ温度、内部抵抗値などの各種情報を取得して、充電電流Ｉ_ｃ、充電時間ΔＴ_ｃ、待機時間ΔＴ_ｗ、放電電流Ｉ_ｄ、及び放電時間ΔＴ_ｄを算出する。

そして、充電制御部２５が、外部充電装置２０に設けたスイッチをオンオフ制御することで、外部充電装置２０から車載バッテリ１１への給電を制御して、充電工程、及び待機工程を制御する。さらに、充電制御部２５が、外部充電装置２０に設けた負荷装置に車両１０の車載バッテリ１１を接続させることで、車載バッテリ１１を放電させる構成としてもよい。

また、１つの外部充電装置２０に対して最大３台の車両１０が接続可能な充電制御システム１としたが、これに限定せず、１つの外部充電装置２０に対して適宜の台数の車両が接続可能な構成としてもよい。
例えば、別の実施形態における充放電サイクルのタイミングチャートを示す図８のように、１つの外部充電装置２０に対して最大１０台の車両１０が接続可能な充電制御システム１としてもよい。

なお、図８（ａ）は第１の充電器に接続された車両における充放電サイクルのタイミングチャートを示し、図８（ｂ）は第２の充電器に接続された車両における充放電サイクルのタイミングチャートを示し、図８（ｃ）は第３の充電器に接続された車両における充放電サイクルのタイミングチャートを示し、図８（ｄ）は第９の充電器に接続された車両における充放電サイクルのタイミングチャートを示し、図８（ｅ）は第１０の充電器に接続された車両における充放電サイクルのタイミングチャートを示している。

この場合、１回の充放電サイクルにおける待機時間ΔＴ_ｗを、図８に示すように、接続可能な台数が３台の場合の待機時間ΔＴ_ｗよりも長くする。さらに、充電時間ΔＴ_ｃを、接続可能な台数が３台の場合の充電時間ΔＴ_ｃよりも短くするとともに、充電電流Ｉ_ｃを、接続可能な台数が３台の場合の充電電流Ｉ_ｃよりも大きい値にする。これにより、充電制御システム１は、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。

１…充電制御システム
１０…車両
１０ａ…車両
１０ｂ…車両
１０ｃ…車両
１１…車載バッテリ
１３…外気温センサ
１７…ＥＣＵ
２０…外部充電装置
２５…充電制御部
ΔＴ_ｗ…待機時間

Claims (2)

1. 車両に搭載された車載バッテリと、
   該車載バッテリに電気的に接続されるとともに、前記車両の外部から前記車載バッテリに外部電力を供給する外部電力供給装置と、
   前記車載バッテリの充放電を前記車載バッテリの所定充電率の範囲内で制御するとともに、前記車載バッテリのバッテリ温度を所定温度の範囲内で維持するように前記車載バッテリの放電を制御する充放電制御手段とを備えた車載バッテリの充電制御システムであって、
   前記充放電制御手段が、
   前記車載バッテリに充電する充電制御、前記車載バッテリの充放電を待機する待機制御、及び前記車載バッテリを放電する放電制御をこの順番で行うとともに、前記充電制御、前記待機制御、及び前記放電制御を１回の充放電サイクルとして、該充放電サイクルを繰り返すように構成され、
   前記外部電力供給装置が、複数の前記車両が接続可能に構成され、
   前記複数の車両が前記外部電力供給装置に接続された場合、前記複数の車両間における前記充放電サイクルの開始タイミングを制御するタイミング制御手段を備え、
   該タイミング制御手段が、
   別の車両における前記充放電サイクルが前記待機制御または／および前記放電制御の場合に、前記充電制御が開始されるように、前記車両間における充放電サイクルの開始タイミングを制御する構成である
   車載バッテリの充電制御システム。
2. 外気温度を検出する外気温検出手段を備え、
   前記タイミング制御手段が、
   前記１回の充放電サイクルにおける前記待機制御の制御時間を、検出された外気温度に基づいて制御する構成である
   請求項１に記載の車載バッテリの充電制御システム。

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