JP2019106771A - 車載充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリに対する充電を大電力で実行しつつ、バッテリに対して過電流状態が発生することを抑制し得る車載充電システムを提供すること。【解決手段】外部電源Ｓから受電した電力を電力変換して、出力側に並列接続されたバッテリ４１及び負荷装置Ｒに対して電力供給する充電回路３１のスイッチング動作を制御する第１の制御装置３２と、前記充電回路３１と前記バッテリ４１の間の電流経路において、前記バッテリ４１と前記負荷装置Ｒとに分岐する位置よりも前記バッテリ４１側に配設された電流センサ２３と、前記電流センサ２３から入力される充電電流の検出値に基づいて、前記第１の制御装置３２に対して、前記充電回路３１の出力電流に係る指令を行う第３の制御装置２２と、前記電流センサ２３の充電電流の検出値は、前記バッテリ４１の状態を監視する第２の制御装置４２を介さずに前記第３の制御装置２２へ入力される車載充電システム。【選択図】図２

Description

本開示は、車載充電システムに関する。

ハイブリッド自動車、電気自動車又はその他の種々の電動車輌には、バッテリを充電するための充電装置が搭載されている（例えば、特許文献１を参照）。

この種の充電装置においては、一般に、外部電源（例えば、単相交流の商用交流電源や直流の急速充電設備）から受電してバッテリに充電する際、バッテリに対して電力を供給すると共に、動作中の負荷装置（例えば、車輌のヘッドライトや音響機器）に対しても電力を供給することが求められる。

特開２０１１−０６２０１８号公報

ところで、この種の充電装置においては、バッテリの容量の増加に伴い、より大電力でバッテリへの充電を実行する要請が生じている。そのため、かかる充電装置においては、バッテリに供給する電力の電流レベルを当該バッテリの許容限界まで上昇させた状態で、充電を実行すること等が検討されている。

しかしながら、このような条件下での充電は、バッテリと並列に電力供給する負荷装置の負荷変動に起因して、バッテリに対して過電流状態を発生させるおそれがある。特に、バッテリにおける過電流対策は、当該バッテリにとって許容限界となる電流レベルが、当該バッテリの充電率や温度に応じて変化する点においても、困難性を有している。

尚、バッテリにおける過電流状態は、例えば、当該バッテリ内で意図しない化学反応を誘起して不純物を発生させたり、当該バッテリの電極で吸収されないイオンを発生させたり、又は、当該バッテリを構成する複数の電池セルそれぞれのセル電圧にばらつきを発生させる等、当該バッテリの特性劣化及び当該バッテリの破損の要因となる。

本開示は、上記問題点に鑑みてなされたもので、バッテリに対する充電を大電力で実行しつつ、バッテリに対して過電流状態が発生することを抑制し得る車載充電システムを提供することを目的とする。

前述した課題を解決する主たる本開示は、
外部電源から受電した電力を電力変換して、出力側に並列接続されたバッテリ及び負荷装置に対して電力供給する充電回路のスイッチング動作を制御する第１の制御装置と、
前記充電回路と前記バッテリの間の電流経路において、前記バッテリと前記負荷装置とに分岐する位置よりも前記バッテリ側に配設された電流センサと、
前記電流センサから入力される充電電流の検出値に基づいて、前記第１の制御装置に対して、前記充電回路の出力電流に係る指令を行う第３の制御装置と、を備え、
前記電流センサの充電電流の検出値は、前記バッテリの状態を監視する第２の制御装置を介さずに前記第３の制御装置へ入力される
車載充電システムである。

本発明に係る車載充電システムによれば、バッテリに対する充電を大電力で実行しつつ、バッテリに対して過電流状態が発生することを抑制することができる。

第１の実施形態に係る車輌の電力系統を示す図 第１の実施形態に係る車載充電システムの構成の一例を示す図 第１の実施形態に係る中継ＥＣＵの動作を示すフローチャート 第１の実施形態に係るバッテリの充電制御マップの一例を示す図 第１の実施形態に係る車載充電システムのフィードバック速度について説明する図 第２の実施形態に係る車載充電システムの構成の一例を示す図 第２の実施形態に係るバッテリの充電制御マップの一例を示す図 第３の実施形態に係る中継ＥＣＵの動作を示すフローチャート

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
［車輌の電力系統］
以下では、本発明に係る車載充電システムのより好適な適用対象の一例として、電気自動車に搭載される態様について説明する。

まず、図１を参照して、本実施形態に係る車輌の電力系統の一例について説明する。

図１は、本実施形態に係る車輌Ａの電力系統を示す図である。

尚、図１において、点線矢印は、各部の間での信号の授受を表す。太線Ｌは、電力ラインを表している。太線Ｌ上の矢印は、充電時に、充電装置３０から負荷装置Ｒ及びバッテリ４１に向かって通流する電流の経路を示している。

本実施形態に係る車輌Ａは、車輌ＥＣＵ１０、ジャンクションボックス２０、充電装置３０、蓄電装置４０、電力変換装置５０、及び、インバータ装置６０を備えている。

充電装置３０は、外部電源Ｓから供給される電力を電力変換して（例えば、交流電力を直流電力に電力変換して）、バッテリ４１等に対して電力供給する電力モジュールである。充電装置３０は、充電回路３１（例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータ３１ａ及びＤＣ／ＤＣコンバータ３１ｂ）、及び、当該充電回路３１を制御する電子制御ユニット３２（以下、「充電器ＥＣＵ３２」と称する）を備えている。

蓄電装置４０は、車輌Ａの駆動源となる電力を蓄積する電力モジュールである。蓄電装置４０は、バッテリ４１、及び、当該バッテリ４１における充放電の実行を制御したり又は当該バッテリ４１の状態の監視を行う電子制御ユニット４２（以下、「バッテリＥＣＵ４２」と称する）を備えている。

バッテリ４１は、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、又は、電気二重層キャパシタ等、任意のバッテリであってよい。又、これらの電池セルが直列若しくは並列に接続されて、一のバッテリを構成するものであってもよい。

電力変換装置５０は、蓄電装置４０から供給される電力を電力変換して（例えば、高電圧の直流電力を低電圧の直流電力に電力変換して）、負荷装置Ｒに対して供給する電力モジュールである。電力変換装置５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、及び、当該ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を制御する電子制御ユニット５２を備えている。

尚、電力変換装置５０に接続された負荷装置Ｒは、例えば、車輌Ａに搭載された電装品（ヘッドライト、ワイパー又はオーディオ機器等）、又は、当該電装品を駆動させるための低圧バッテリ等である。

インバータ装置６０は、バッテリ４１等から受電する直流電力を交流電力に変換し、モータ等に供給する電力モジュールである。インバータ装置６０は、インバータ回路６１、及び、当該インバータ回路６１を制御する電子制御ユニット６２を備えている。

ジャンクションボックス２０は、各電力モジュール（ここでは、充電装置３０、蓄電装置４０、電力変換装置５０、及びインバータ装置６０）から延在する電力ラインＬを互いに接続し、各電力モジュール間における電力授受の中継を行う。

ジャンクションボックス２０は、例えば、各電力モジュールの間の接続状態を切り替える電路切替回路２１、及び、当該電路切替回路２１の接続状態を制御したり又は各電力モジュールの間の通信を中継する電子制御ユニット２２（以下、「中継ＥＣＵ２２」と称する）を備えている。

車輌ＥＣＵ１０は、車輌Ａの各部を統括制御する車輌制御ユニットである。車輌ＥＣＵ１０は、例えば、中継ＥＣＵ２２に対して指令信号を出力し、中継ＥＣＵ２２を介して各電力モジュールに対して所望の動作を実行させる。

本実施形態に係る車輌Ａにおいて、バッテリ４１に対して充電を実行する際には、図１の電力ラインＬ上の矢印に示すように、まず、車輌Ａの入力部Ｃ（例えば、接続プラグ）に対して、外部電源Ｓ（例えば、単相交流の商用交流電源）からの電力が供給される。

充電装置３０が受電した電力は、充電回路３１にて電力変換されて（例えば、交流電力から直流電力に電力変換されて）、ジャンクションボックス２０を経由して、バッテリ４１に対して供給されることになる。

充電装置３０が受電した電力は、同時に、バッテリ４１と並列に接続された負荷装置Ｒに対しても電力供給が行われる。尚、充電装置３０が出力する電力は、電力変換装置５０にて低電圧（例えば、１００Ｖ）の直流電力に変換された後、負荷装置Ｒに供給される構成となっている。

［車載充電システムの構成］
次に、上記した車輌Ａにおいて、バッテリ４１に対して充電を実行する車載充電システムＵ（本発明の車載車載充電システムに相当）について、説明する。

図２は、本実施形態に係る車載充電システムＵの構成の一例を示す図である。

本実施形態に係る車載充電システムＵは、充電装置３０の充電回路３１（ＡＣ／ＤＣコンバータ３１ａ及びＤＣ／ＤＣコンバータ３１ｂ）、充電器ＥＣＵ３２、バッテリＥＣＵ４２、及び、中継ＥＣＵ２２を含んで構成される。尚、これらの構成は、図１に示したように、車輌Ａに搭載されている。

図２では、外部電源Ｓとして、単相交流の商用交流電源が、充電装置３０の充電回路３１に接続された状態を示している。尚、図２の２本の電力ラインＬは、ハイサイド側の電力ラインとローサイド側の電力ラインである。

本実施形態に係る車載充電システムＵは、バッテリＥＣＵ４２、充電器ＥＣＵ３２、及び中継ＥＣＵ２２の協働によって、充電回路３１の出力電力（特に、出力電流）を制御し、バッテリ４１に対して供給する電流（以下、「充電電流」と称する）のレベルを最適化する。

バッテリＥＣＵ４２、充電器ＥＣＵ３２、及び、中継ＥＣＵ２２としては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、及び、出力ポート等を含んで構成されるマイコンが用いられている。そして、バッテリＥＣＵ４２、充電器ＥＣＵ３２、及び、中継ＥＣＵ２２それぞれが有する機能（詳細は後述）は、例えば、ＣＰＵがＲＯＭやＲＡＭに格納された制御プログラムや各種データを参照することによって実現される。但し、バッテリＥＣＵ４２、充電器ＥＣＵ３２、及び、中継ＥＣＵ２２それぞれが有する機能の一部又は全部は、専用のハードウェア回路によって実現されてもよいことは勿論である。

バッテリＥＣＵ４２、充電器ＥＣＵ３２、及び、中継ＥＣＵ２２は、通信インターフェース（例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコル）を有し、互いに通信可能に接続されている。

尚、本実施形態に係る電力変換装置５０は、例えば、後段に接続された負荷装置Ｒが要求する電力を出力（例えば、定電圧出力）するように、充電回路３１から受電し、内蔵するＤＣ／ＤＣコンバータ５１（本発明の第２のＤＣ／ＤＣコンバータに相当）を動作させている。

［充電器ＥＣＵ］
充電器ＥＣＵ３２（本発明の「第１の制御装置」に相当）は、充電回路３１と共に充電装置３０の筐体内に配設され、充電回路３１を動作させる制御装置である。

充電回路３１は、外部電源Ｓから受電した電力を、所定の電流レベル及び電圧レベルの直流電力に電力変換する回路であり、例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータ３１ａ及びＤＣ／ＤＣコンバータ３１ｂを含んで構成される。ＡＣ／ＤＣコンバータ３１ａは、例えば、整流回路及び平滑化コンデンサ等を含んで構成され、外部電源Ｓから受電した交流電力を直流電力に変換して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１ｂに対して送出する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１ｂは、例えば、ＬＬＣ共振コンバータ回路を含んで構成され、ＡＣ／ＤＣコンバータ３１ａから送出される直流電力の電圧を変換して、出力側に並列に接続されたバッテリ４１及び負荷装置Ｒに対して出力する。

充電回路３１（ここでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１ｂ）は、例えば、充電器ＥＣＵ３２が出力するスイッチング信号（例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号）によって動作する。そして、充電回路３１の出力電流及び出力電圧は、充電器ＥＣＵ３２からの当該スイッチング信号によって制御される。

充電器ＥＣＵ３２は、自身のＲＡＭ等に設定された出力電流の設定値及び出力電圧の設定値に基づいて、充電回路３１を動作させる。尚、充電器ＥＣＵ３２は、例えば、充電回路３１の出力側に設けた電流検出回路（図示せず）の検出値、及び電圧検出回路（図示せず）の検出値に基づいて、出力電流及び出力電圧が設定値となるように、充電回路３１（ＤＣ／ＤＣコンバータ３１ｂ）をフィードバック制御している。

充電回路３１の出力電流の最適な値は、バッテリ４１の充電状態に応じて時間的に変化するため、中継ＥＣＵ２２から充電器ＥＣＵ３２への指令に基づいて設定される。つまり、充電器ＥＣＵ３２は、中継ＥＣＵ２２からの指令を受信した場合、自身のＲＡＭ等に設定された出力電流の設定値を補正し、充電回路３１の出力電流が、補正後の設定値になるように調整する。

尚、充電器ＥＣＵ３２において、出力電圧の設定値は、例えば、一定値とされている。但し、当該出力電圧の設定値についても、出力電流と同様に、中継ＥＣＵ２２から適宜補正されてもよい。

尚、図２に示すように、充電回路３１の出力側には、負荷装置Ｒとバッテリ４１とが並列接続されており、充電回路３１からの出力電力は、負荷装置Ｒが要求する電力と、バッテリ４１に対して供給する電力との合計分の電力となる。

［バッテリＥＣＵ］
バッテリＥＣＵ４２（本発明の「第２の制御装置」に相当）は、バッテリ４１と共に蓄電装置４０の筐体内に配設され、バッテリ４１における充放電の動作を制御したり、バッテリ４１の状態（例えば、充電率（State Of Charge）及び温度等）を監視するＥＣＵである。

バッテリＥＣＵ４２は、自身のＲＯＭ等に記憶された充電電流の許容値等を規定する充電制御マップ（図４を参照）を参照して、現時点でのバッテリ４１の充電率から、当該バッテリ４１に対して供給する充電電流の許容値を決定する。そして、バッテリＥＣＵ４２は、中継ＥＣＵ２２に対して、現時点における充電電流の許容値を示す情報（以下、「充電電流の許容値」と略称する）を出力する。なお、充電率のみならず、温度にも基づき、バッテリ４１に対して供給する充電電流の許容値を決定してもよい。

バッテリＥＣＵ４２がバッテリ４１の充電率を監視する手法は、任意である。バッテリＥＣＵ４２は、例えば、バッテリ４１が内蔵する電流センサ４３からの検出信号を取得すると共に、バッテリ４１からの放電時間の積算やバッテリ４１に対する充電時間の積算によって、バッテリ４１の充電率を算出する。又、バッテリＥＣＵ４２は、バッテリ４１の正極と負極の端子間電圧から、バッテリ４１の充電率を監視してもよい。

「充電電流の許容値」とは、当該バッテリ４１の特性（例えば、化学反応の態様、電解質の比重、又は、電解質内での発生ガス等）から、安全に且つ劣化を引き起こすことなく充電し得る許容限界の電流のレベルであり、当該バッテリ４１の種別毎又は個別に予め設定されている。充電電流の許容値は、通常、当該バッテリ４１の充電率等に応じて変化する（典型的には、バッテリ４１の充電率が大きくなるにつれて低下する）ため、充電電流の許容値は、バッテリ４１の充電率と関連付けて設定されている。

バッテリＥＣＵ４２は、バッテリ４１の充電率に応じた充電電流の許容値を算出するため、自身のＲＯＭ等に、予めバッテリ４１の充電制御マップ（例えば、バッテリ４１の充電率と充電電流の許容値等とを関連付けたテーブルデータ）を記憶している。但し、充電制御マップにおける充電電流の許容値は、必ずしもバッテリ４１の提供者が一意に定めた値である必要はなく、制御の安定性の観点や安全基準の観点等から、適宜変更されてもよいのは、勿論である。

［中継ＥＣＵ］
中継ＥＣＵ２２（本発明の「第３の制御装置」に相当）は、バッテリＥＣＵ４２と通信して自身にバッテリ４１の充電率に応じた充電電流の許容値を設定すると共に、電流センサ２３から入力される充電電流の検出値が当該許容値に近づくように、充電器ＥＣＵ３２に対して補正指令を行う。尚、中継ＥＣＵ２２は、ジャンクションボックス２０内に配設されており、車輌ＥＣＵ１０から、バッテリＥＣＵ４２及び充電器ＥＣＵ３２に対して動作指令を行う際の中継を行うＥＣＵである。

中継ＥＣＵ２２は、バッテリ状態取得部２２ａ、電流レベル検出部２２ｂ、及び、出力調整部２２ｃを備えている。

バッテリ状態取得部２２ａは、バッテリＥＣＵ４２との通信により、バッテリＥＣＵ４２からバッテリ４１の状態に係る情報（例えば、バッテリ４１の充電率及び充電電流の許容値）を取得する。

電流レベル検出部２２ｂは、電流センサ２３から入力されるバッテリ４１に供給する充電電流の検出値を取得する。

電流センサ２３は、例えば、シャント抵抗又はホール素子等である。電流センサ２３は、充電回路３１とバッテリ４１の間の電流経路において、バッテリ４１と負荷装置Ｒとに分岐する位置よりもバッテリ４１側に配設されており、充電電流の検出値を示す信号（以下、「充電電流の検出値」と略称する）を中継ＥＣＵ２２に対して出力する。電流センサ２３から出力される充電電流の検出値は、バッテリＥＣＵ４２等を介すことなく、直接、中継ＥＣＵ２２へ入力される。これにより、中継ＥＣＵ２２は速やかに充電電流の検出値を取得することができ、充電回路３１の出力電流に係る指令を出力することが出来る。言い換えると、充電電流によるフィードバック制御を速やかに行うことができる。

出力調整部２２ｃは、バッテリ状態取得部２２ａから充電電流の許容値情報を取得すると共に、電流レベル検出部２２ｂから充電電流の検出値情報を取得する。そして、出力調整部２２ｃは、充電電流の検出値が充電電流の許容値に近づくように、逐次的に、充電器ＥＣＵ３２に対して、充電回路３１の出力電流に係る補正指令を出力する。これにより、充電電流の許容値付近にて、バッテリ４１に対して充電を実行することができる。

但し、充電回路３１の出力電力には、出力限界（以下、「出力可能電力」と称する）がある。そのため、出力調整部２２ｃは、充電回路３１からバッテリ４１と負荷装置Ｒとに供給する電力の合計が充電回路３１の出力可能電力を超えないように、且つ、充電電流の許容値にできるだけ近づくように、充電電流の目標値を設定して、当該目標値を基準として、充電回路３１の出力電流の補正指令を行う。

このように、本実施形態に係る車載充電システムＵは、充電時間の短縮化の観点から、バッテリ４１に供給する充電電流の実際値（充電電流の実際の値を意味する。以下同じ）が、充電電流の許容値に近づくように、充電を実行する。そして、車載充電システムＵは、当該バッテリ４１の充電率が上昇するに応じて、充電電流の実際値が、当該充電率に応じた充電電流の許容値に近づくように、充電を実行する。

尚、中継ＥＣＵ２２の構成は、以下のようにも変更可能である。

例えば、中継ＥＣＵ２２は、自身のＲＯＭ等に充電制御マップを記憶しておき、バッテリＥＣＵ４２からバッテリ４１の充電率情報等を取得して、当該充電率情報と充電制御マップとに基づいて、充電電流の許容値を算出してもよい。換言すると、中継ＥＣＵ２２は、バッテリＥＣＵ４２との通信により、自身に充電電流の許容値を設定し得る構成であればよい。

又、中継ＥＣＵ２２（出力調整部２２ｃ）は、充電回路３１の出力可能電力が十分確保できることが明らかである場合、充電電流の許容値を充電電流の目標値としてもよい。

又、中継ＥＣＵ２２（出力調整部２２ｃ）は、充電終期等においては、充電電流の検出値が充電電流の許容値を超えた場合にのみ、上記の補正指令を行う構成としてもよい。換言すると、バッテリ４１の充電電圧の許容値の特性等を考慮して、充電終期の充電は、定電圧モードで実行されてもよい。

又、中継ＥＣＵ２２（出力調整部２２ｃ）は、充電器ＥＣＵ３２に対して出力電流に係る補正指令を出力する構成に代えて、充電器ＥＣＵ３２に対して出力電流の設定値自体を出力する構成であってもよい。

［車載充電システムの動作］
次に、図３乃至図５を参照して、本実施形態に係る車載充電システムＵの充電時の動作の一例について説明する。

図３は、本実施形態に係る中継ＥＣＵ２２の動作を示すフローチャートである。図３のフローチャートは、中継ＥＣＵ２２が、コンピュータプログラムに従って順に実行する処理である。このフローチャートは、例えば、車輌ＥＣＵ１０から、中継ＥＣＵ２２に対してバッテリ４１の充電開始指令が入力された際に実行される。

図４は、本実施形態に係るバッテリ４１の充電制御マップの一例を示す図である。図４において、縦軸は充電動作を実行した際に想定される充電電流［Ａ］を表し、横軸はバッテリ４１の充電率［％］を表す。

本実施形態に係る車載充電システムＵは、定電流定電圧充電（Constant Current-Constant Voltage：ＣＣＣＶ）方式を採用しており、バッテリ４１の充電率が閾値未満までは（図４のＣＣ充電の領域）、バッテリ４１における充電電流の許容値の電流レベルを基準に充電回路３１の出力調整を行い、バッテリ４１の充電率が閾値以上になった場合（図４のＣＶ充電の領域）、バッテリ４１における充電電圧の許容値の電圧レベル（図４には図示せず）を基準として充電回路３１の出力調整を行っている。

図４のＣＣ充電の領域は、以下のステップＳ１〜Ｓ９の処理を繰り返し実行することで、バッテリ４１の充電電流の実際値が、バッテリ４１における充電電流の許容値と略同じ電流レベルとなるように、充電が実行される領域である。尚、図４のＣＶ充電の領域は、バッテリ４１の充電終期（即ち、ステップＳ９の後）の充電モードであって、以下のフローチャートでは処理を省略している。

動作フローのステップＳ１において、中継ＥＣＵ２２は、まず、バッテリＥＣＵ４２との通信により、バッテリＥＣＵ４２からバッテリ４１における充電電流の許容値情報を取得し、自身のＲＡＭ等に設定する。

尚、このステップＳ１において、バッテリＥＣＵ４２は、例えば、中継ＥＣＵ２２からの要求信号に応じて、バッテリ４１の充電制御マップを参照して、現時点の当該バッテリ４１の充電率から、当該バッテリ４１における充電電流の許容値を決定し、中継ＥＣＵ２２に対して送信する。

ステップＳ２において、中継ＥＣＵ２２は、予め自身のＲＯＭ等に記憶した充電回路３１の出力可能電力を取得する。

ステップＳ３において、中継ＥＣＵ２２は、ステップＳ１で取得した充電電流の許容値とステップＳ２で取得した充電回路３１の出力可能電力とに基づいて、充電電流の目標値を決定する。このステップＳ３において、中継ＥＣＵ２２は、負荷装置Ｒに供給する電力とバッテリ４１に供給する電力の合計が充電回路３１の出力可能電力に対して余力がある場合には、典型的には、ステップＳ１で取得した充電電流の許容値を充電電流の目標値として決定する。

尚、このステップＳ３において、中継ＥＣＵ２２は、例えば、現時点の負荷装置Ｒに供給する電力（例えば、現時点の充電回路３１の出力電力から、充電電流の目標値に応じたバッテリ４１への供給電力を減算した電力）を自身のＲＡＭ等に記憶しておく。そして、中継ＥＣＵ２２は、まず、充電回路３１の出力可能電力から、現時点の負荷装置Ｒに供給する電力、及び、当該負荷装置Ｒの負荷変動に対応するための所定のマージンを減算することで、バッテリ４１に供給することができる余力を算出する。そして、中継ＥＣＵ２２は、バッテリ４１に供給することができる余力から、充電電流の許容値にできるだけ近づくように、充電電流の目標値を決定する。

ステップＳ４において、中継ＥＣＵ２２は、充電器ＥＣＵ３２に対して、充電回路３１の出力電流の設定値を指令する。この際、中継ＥＣＵ２２は、例えば、ステップＳ３において決定した充電電流の目標値に対して、現時点において負荷装置Ｒが要求する電流の実際値を加算した電流レベルを、充電回路３１の出力電流の設定値とする。

尚、このステップＳ４において、充電器ＥＣＵ３２は、中継ＥＣＵ２２からの指令信号に応じて、充電回路３１の出力電流が中継ＥＣＵ２２から指令された設定値となるように、充電回路３１の動作を制御する。

ステップＳ５において、中継ＥＣＵ２２は、電流センサ２３から入力されるバッテリ４１に供給する充電電流の検出値を示す信号を取得し、自身のＲＡＭ等に記憶する。

ステップＳ６において、中継ＥＣＵ２２は、バッテリ４１に供給する充電電流の目標値と充電電流の検出値とを比較する。このステップＳ６において、中継ＥＣＵ２２は、例えば、バッテリ４１に供給する充電電流の目標値が充電電流の検出値よりも閾値（例えば、１アンペア）以上大きいか否か、又は、バッテリ４１に供給する充電電流の検出値が充電電流の目標値よりも閾値以上大きいか否かを判定する。

ステップＳ７において、中継ＥＣＵ２２は、ステップＳ６の比較結果に基づいて、充電器ＥＣＵ３２に対して、補正指令を送信する。

このステップＳ７において、中継ＥＣＵ２２は、例えば、バッテリ４１に供給する充電電流の目標値が充電電流の検出値よりも閾値以上大きい場合には、充電回路３１の出力電流の設定値を１レベル分（例えば、１アンペア）だけインクリメントするように、充電器ＥＣＵ３２に対して、補正指令を送信する。バッテリ４１に供給する充電電流の検出値が充電電流の目標値よりも閾値以上大きい場合には、充電回路３１の出力電流の設定値を１レベル分だけデクリメントするように、充電器ＥＣＵ３２に対して、補正指令を送信する。

ステップＳ８において、中継ＥＣＵ２２は、バッテリ４１の状態確認タイミングか否かを判定し、バッテリ４１の状態確認タイミングでない場合（ステップＳ８：ＮＯ）、ステップＳ５に戻る。そして、中継ＥＣＵ２２は、かかるステップＳ５〜Ｓ７の処理を繰り返し実行することによって、バッテリ４１に供給する充電電流の目標値が充電電流の検出値と一致するように、充電回路３１の出力電流を調整することになる。

一方、中継ＥＣＵ２２は、バッテリ４１の状態確認タイミングとなった場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、ステップＳ９に処理を進めて，バッテリＥＣＵ４２に対してバッテリ４１の状態に係る要求信号を送信する。

ステップＳ９において、中継ＥＣＵ２２は、バッテリＥＣＵ４２と通信して、バッテリ４１の充電を終了するか否かを判定する。中継ＥＣＵ２２は、バッテリ４１の充電を終了する場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、一連のフローを終了する。一方、バッテリ４１の充電を終了しない場合（ステップＳ９：ＮＯ）、中継ＥＣＵ２２は、ステップＳ１に戻って、再度、バッテリＥＣＵ４２から充電電流の許容値情報を取得し、充電電流の目標値がバッテリ４１の充電率に応じた値になるように調整する処理を継続する。

本実施形態に係る車載充電システムＵは、このようにして、バッテリ４１の充電率等を考慮した許容限界の充電電流にて、バッテリ４１に対して過電流を発生させることなく、充電を実行することを可能とする。

次に、図５及び図６を参照して、本実施形態に係る車載充電システムＵにおける充電電流の調整に掛かるフィードバック速度について、従来技術に係る車載充電システムと比較して、説明する。

図５は、本実施形態に係る車載充電システムＵのフィードバック速度について説明する図である。

図５Ａは、本実施形態に係る車載充電システムＵにおいて、充電電流を調整する際に要する遅延時間を模式的に示している。又、図５Ｂは、従来技術に係る車載充電システムにおいて、充電電流を調整する際に要する遅延時間を模式的に示している。

図５Ｂに示すように、従来技術に係る車載充電システムにおいては、まず、バッテリＥＣＵ４２が、バッテリ４１と隣接して配設された電流センサ４０ａを用いて、充電電流を検出する。そして、バッテリＥＣＵ４２は、当該電流センサ４０ａにおける充電電流の検出値と、所定の基準で設定した充電電流の目標値と、を比較して、その差分が大きい場合には、車輌ＥＣＵ１０に対して、当該差分に係る補正指令を送信する。

車輌ＥＣＵ１０は、バッテリＥＣＵ４２から取得した補正指令、充電回路３１の出力可能範囲、及び、現時点の充電回路３１の出力等に基づいて、充電回路３１の出力電流の設定値を算出する。そして、車輌ＥＣＵ１０は、充電器ＥＣＵ３２に対して、充電回路３１の出力電流の設定値に係る指令を出力し、これによって、充電回路３１の出力調整が行われる。

従って、従来技術に係る車載充電システムにおいては、少なくとも負荷装置Ｒの急変が生じた場合、２回のデータ送信処理（例えば、１０ｍｓ×２）と１回の演算処理（例えば、１０ｍｓ）が必要である。そのため、従来技術に係る車載充電システムにおいては、充電回路３１の出力変更が遅延し、バッテリ４１の過電流状態が発生してしまう。

尚、車輌ＥＣＵ１０は、一般に、現時点の充電回路３１の出力電流を認識していない場合も多いため、上記の遅延時間に加えて、充電器ＥＣＵ３２との複数回の通信を行う時間や車輌ＥＣＵ１０における他の装置との通信バッティングの時間が、更に重なる。

一方、図５Ａに示すように、本実施形態に係る車載充電システムＵにおいては、中継ＥＣＵ２２は、電流センサ２３から取得した充電電流の検出値と、設定した充電電流の目標値とを比較して、即座に、充電器ＥＣＵ３２に対して、補正指令を出力することができる。

従って、本実施形態に係る車載充電システムＵにおいては、負荷装置Ｒの急変が生じた場合にも、例えば、１回のデータ送信処理（例えば、１０ｍｓ×１）のみで、充電回路３１の出力電流の変更が可能である。そのため、本実施形態に係る車載充電システムＵにおいては、バッテリ４１の過電流状態を発生させることなく、充電回路３１の出力電流の変更が可能である。

［効果］
以上のように、本実施形態に係る車載充電システムＵによれば、充電回路３１の動作を制御する充電器ＥＣＵ３２（第１の制御装置）と、バッテリ４１の充電率を監視するバッテリＥＣＵ４２（第２の制御装置）と、バッテリＥＣＵ４２と通信して自身にバッテリ４１の充電率に応じた充電電流の許容値を設定すると共に、電流センサ２３から入力される充電電流の検出値が充電電流の許容値に近づくように、充電器ＥＣＵ３２に対して補正指令を行う中継ＥＣＵ２２（第３の制御装置）と、を備えている。

従って、本実施形態に係る車載充電システムＵにおいては、バッテリ４１に対する過電流状態を抑制しつつ、当該バッテリ４１への充電を許容限界の電流レベルで行うことができる。

（第２の実施形態）
次に、図６、図７を参照して、第２の実施形態に係る車載充電システムＵの一例について説明する。

本実施形態に係る車載充電システムＵは、バッテリ４１の温度に基づいて充電電流の許容値を変化させる点で、第１の実施形態に係る車載充電システムＵと相違する。尚、第１の実施形態と共通する構成については、説明を省略する（以下、他の実施形態についても同様）。

図６は、本実施形態に係る車載充電システムＵの構成を示す図である。図７は、本実施形態に係るバッテリ４１の充電制御マップの一例を示す図である。

本実施形態に係るバッテリＥＣＵ４２は、電流センサ４３からバッテリ４１における充放電の電流レベルを示す検出信号を受信すると共に、温度センサ４４からバッテリ４１の温度を示す検出信号を受信している。そして、バッテリＥＣＵ４２は、バッテリ４１の充電率に加えて、バッテリ４１の温度の情報も参照して、バッテリ４１に供給する充電電流の許容値情報を算出する。

バッテリ４１における充電電流の許容値は、一般に、バッテリ４１の充電率に加えて、バッテリ４１の温度によっても変化する。特に、バッテリ４１における充電電流の許容値は、バッテリ４１が低温の場合には、バッテリ４１が常温の場合よりも低下する傾向にある。

従って、車輌Ａが低温環境下に存在する場合には、バッテリ４１における充電電流の許容値が低下する。又、その際、バッテリ４１を充電するにつれて、バッテリ４１の温度も変化するため、バッテリ４１における充電電流の許容値も変化することになる。

かかる観点から、本実施形態に係るバッテリＥＣＵ４２は、バッテリ４１の充電率及び温度に応じた充電電流の許容値を算出するため、自身のＲＯＭ等に、バッテリ４１の充電率及び温度と充電電流の許容値とを関連付けた充電制御マップを記憶している。

バッテリ４１における充電電流の許容値は、図７の充電制御マップに示すように、バッテリ４１の温度が常温（例えば、３０℃）の場合の充電電流（実線）に比べて、バッテリ４１の温度が低温（例えば、０℃）の場合の充電電流（一点鎖線）の方が低く設定されている。バッテリＥＣＵ４２は、当該充電制御マップと、現時点におけるバッテリ４１の充電率及び温度の情報に基づいて、バッテリ４１に供給する充電電流の許容値を算出する。

以上、本実施形態に係る車載充電システムＵは、バッテリ４１の充電率に加えて、バッテリ４１の温度の情報も参照して、充電電流の調整を行う。これによって、より適切に、バッテリ４１の許容限界の充電電流を設定することができる。これにより、より高精度に、バッテリ４１に対する過電流状態を抑制しつつ、当該バッテリ４１への充電を許容限界の電流レベルで行うことができる。

（第３の実施形態）
次に、図８を参照して、第３の実施形態に係る車載充電システムＵの一例について説明する。

本実施形態に係る車載充電システムＵは、バッテリ４１の充電の初期と、バッテリ４１の充電の終期とで制御モードを変更する点で、第１の実施形態に係る車載充電システムＵと相違する。

図８は、本実施形態に係る車載充電システムＵの動作を示すフローチャートである。図８のフローチャートは、図３と同様に、中継ＥＣＵ２２が、コンピュータプログラムに従って順に実行する処理である。

本実施形態に係る中継ＥＣＵ２２は、充電回路３１の出力電流を調整するフローが、充電初期モード（ステップＳａ）を実行した後、バッテリ４１の充電率が閾値を超えた場合（例えば、充電率が９０％を超えた場合）、充電終期モード（ステップＳｂ）に移行する。尚、ここでは、充電初期モード（ステップＳａ）及び充電終期モード（ステップＳｂ）における処理フロー自体は、図３のフロー（ステップＳ１〜ステップＳ９）と同様に、ＣＣ充電モードであるものとするが、充電終期モードにおいては、ＣＶ充電モードとしてもよい。

一般に、充電電流の許容電流値は、充電終期の方が充電初期に比べて、低下する。従って、充電終期には、バッテリ４１の過電流状態をより迅速に抑制することが望ましい。

かかる観点から、本実施形態に係る中継ＥＣＵ２２は、充電終期モード（ステップＳｂ）においては、充電初期モード（ステップＳａ）よりも充電回路３１の出力電流を調整するためのフィードバックの周期を短周期化する。換言すると、中継ＥＣＵ２２は、バッテリ４１の充電率が閾値以上になった場合、バッテリ４１の充電率が閾値未満のときよりも、単位時間当たりに充電器ＥＣＵ３２に対して補正指令を可能とする頻度を多く設定する。

これによって、中継ＥＣＵ２２は、充電終期モード（ステップＳｂ）においては、充電初期モード（ステップＳａ）よりも迅速に充電回路３１の出力電流を調整することが可能となる。

以上、本実施形態に係る車載充電システムＵは、バッテリ４１の充電終期には、充電初期よりも充電回路３１の出力電流を調整するためのフィードバックの周期を短周期化する。これによって、充電終期においても、バッテリ４１への過電流を生じさせることなく、当該バッテリ４１への充電を許容限界の電流レベルで行うことができる。

尚、フィードバックの周期を短周期化する手法自体は、任意であって、充電初期モード（ステップＳａ）と充電終期モード（ステップＳｂ）とで、処理フロー自体を変更してもよい。

尚、充電回路３１の出力電流を調整するためのフィードバックの周期を常に短周期化した場合、中継ＥＣＵ２２の処理負荷が増大してしまうため、充電終期モードのみ短周期化することが好ましい。

尚、上記実施形態では、バッテリ４１の充電率が所定の充電率を超えている場合、中継ＥＣＵ２２がフィードバックの周期を短周期化する態様を示した。しかしながら、これに代えて、中継ＥＣＵ２２は、充電回路３１の出力電流が充電電流の許容値よりも大きくなった場合、充電回路３１の出力電流が充電電流の許容値よりも小さいときに比較して、フィードバックの周期を短周期化する構成としてもよい。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。

上記各実施形態では、車載充電システムＵの一例として、充電回路３１を制御する際に定電流定電圧充電（ＣＣＣＶ）方式を用いる態様を示した。しかしながら、充電回路３１の制御方式としては、充電中の全期間に亘って、充電電流の許容値を基準として、充電回路３１をフィードバック制御する態様（電流モード制御方式とも称される）としてもよいのは、勿論である。

又、上記各実施形態では、充電回路３１の一例として、ＡＣ／ＤＣコンバータ３１ａ及びＤＣ／ＤＣコンバータ３１ｂを示したが、当該構成も変更可能である。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１ｂとしては、例えば、スイッチング駆動方式のＤＣ／ＤＣコンバータに代えて、リニア方式のＤＣ／ＤＣコンバータが用いられてもよい。又、充電回路３１の出力電流のレベルを調整するための構成として、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１ｂの後段に、電流レベルを可変とする定電流回路を設ける構成としてもよい。

又、上記各実施形態では、車輌Ａの電力系統の一例として、電力変換装置５０やジャンクションボックス２０を有する構成を示した。しかしながら、車輌Ａの電力系統によっては、電力変換装置５０やジャンクションボックス２０を設けない構成としてもよい。その場合、中継ＥＣＵ２２は、例えば、車輌ＥＣＵ１０と一体的に構成されてもよい。

又、上記各実施形態では、車輌Ａに接続する外部電源Ｓの一例として、単相交流の商用電源を示した。しかしながら、本発明に係る車載充電システムＵは、任意の外部電源Ｓからバッテリ４１に充電する態様に適用し得るのは、勿論である。例えば、外部電源Ｓとしては、三相交流の外部電源であってもよいし、直流電力を供給する外部電源であってもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本発明に係る車載充電システムによれば、バッテリに対する充電を大電力で実行しつつ、バッテリに対して過電流状態が発生することを抑制することができる。

Ａ 車輌
Ｓ 外部電源
Ｕ 車載充電システム
１０ 車輌ＥＣＵ
２０ ジャンクションボックス
２１ 電路切替回路
２２ 中継ＥＣＵ
２３ 電流センサ
３０ 充電装置
３１ 充電回路
３１ａ ＡＣ／ＤＣコンバータ
３１ｂ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３２ 充電器ＥＣＵ
４０ 蓄電装置
４１ バッテリ
４２ バッテリＥＣＵ
４３ 電流センサ
４４ 温度センサ
５０ 電力変換装置
６０ インバータ装置

Claims (12)

1. 外部電源から受電した電力を電力変換して、出力側に並列接続されたバッテリ及び負荷装置に対して電力供給する充電回路のスイッチング動作を制御する第１の制御装置と、
   前記充電回路と前記バッテリの間の電流経路において、前記バッテリと前記負荷装置とに分岐する位置よりも前記バッテリ側に配設された電流センサと、
   前記電流センサから入力される充電電流の検出値に基づいて、前記第１の制御装置に対して、前記充電回路の出力電流に係る指令を行う第３の制御装置と、を備え、
   前記電流センサの充電電流の検出値は、前記バッテリの状態を監視する第２の制御装置を介さずに前記第３の制御装置へ入力される
   車載充電システム。
2. 前記第３の制御装置は、前記第２の制御装置が設定した充電電流の許容値に基づき、前記電流センサから入力される充電電流の検出値が前記充電電流の許容値に近づくように、前記第１の制御装置に対して、前記充電回路の出力電流に係る指令を行う
   請求項１に記載の車載充電システム。
3. 前記第３の制御装置は、前記充電電流の許容値と前記充電回路の出力可能電力に基づいて自身に充電電流の目標値を設定して、前記充電電流の検出値が前記充電電流の目標値と一致するように、前記指令を行う、
   請求項２に記載の車載充電システム。
4. 前記第３の制御装置は、前記第２の制御装置が設定した充電電流の許容値よりも前記充電回路の出力電流が大きい場合、前記充電電流の許容値よりも前記充電回路の出力電流が小さい場合に比べて、前記第１の制御装置に対して前記指令を行う頻度が多い
   請求項１に記載の車載充電システム。
5. 前記バッテリの状態は、前記バッテリの充電率を含み、
   前記充電電流の許容値は、前記バッテリの充電率に基づいて設定される、
   請求項１に記載の車載充電システム。
6. 前記バッテリの状態は、更に、前記バッテリの温度を含み、
   前記充電電流の許容値は、前記バッテリの充電率及び前記バッテリの温度に基づいて設定される、
   請求項５に記載の車載充電システム。
7. 前記第３の制御装置は、前記バッテリの充電率が閾値以上になった場合、前記バッテリの充電率が閾値未満のときよりも、単位時間当たりに前記指令を出力可能とする頻度を多く設定する、
   請求項４に記載の車載充電システム。
8. 前記第３の制御装置は、前記バッテリの充電率が閾値以上になった場合、前記バッテリの充電率が閾値未満のときよりも、前記指令を出力するための処理速度を規制するクロック周波数を上昇させる、
   請求項７に記載の車載充電システム。
9. 前記第１の制御装置は、前記充電回路を収容する筐体内に配設され、
   前記第２の制御装置は、前記バッテリを収容する筐体内に配設され、
   前記第３の制御装置は、前記充電回路と前記バッテリの間の電力の授受を中継するジャンクションボックス内に配設されている、
   請求項１に記載の車載充電システム。
10. 前記第３の制御装置は、車輌を統括制御する車輌ＥＣＵから、前記第１の制御装置及び前記第２の制御装置に対して動作指令を行う際の中継を行うＥＣＵである、
    請求項１に記載の車載充電システム。
11. 前記充電回路は、ＡＣ／ＤＣコンバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータを含んで構成される、
    請求項１に記載の車載充電システム。
12. 前記充電回路の出力側において、前記バッテリと前記負荷装置とに分岐する位置よりも前記負荷装置側に配設された第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、を更に備える、
    請求項１に記載の車載充電システム。

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