JP2019134653A - 電動車両の充電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部電源からの電力供給を停止することなく、充電中にバッテリの充電率を適切に推定することができる電動車両の充電制御装置を提供する。【解決手段】バッテリの電圧が目標電圧となるようにバッテリの充電制御を実行する充電制御実行手段２１と、充電制御実行手段による充電制御の実行中にバッテリの充電率の推定制御を実行する推定制御実行手段２２と、を有し、推定制御実行手段は、充電制御の実行中の所定のタイミングで車載機器を作動させてバッテリの充電電流が第１の電流値以下となるようにし、バッテリの充電電流が第１の電流値以下である状態が所定時間維持されたタイミングで、バッテリの両端電圧に基づいてバッテリの充電率を推定し、充電制御実行手段が推定制御実行手段によって推定されたバッテリの充電率に基づいてバッテリの充電を継続する構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、電動車両に搭載された走行用モータに電力を供給するバッテリ（二次電池）の充電を制御する電動車両の充電制御装置に関する。

近年、電気自動車（ＢＥＶ）やプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等の電動車両が実用化されている。このような電動車両に搭載されているバッテリは、例えば、車体の充電口に接続された充電用ケーブルを介して家庭用電源や急速充電装置等の商用電源から供給される電力によって充電される。

バッテリの充電方法としては、例えば、一定の電流で走行用バッテリを充電する定電流充電、一定の電圧で充電する定電圧充電、一定の電力で充電する定電力充電等があり、バッテリは、これらの充電方法により、バッテリの充電率（ＳＯＣ）が所望の値になるように充電される。

ところで、バッテリの充電率は、例えば、バッテリの充放電電流の積算値から算出されており、バッテリの両端電圧（例えば、開回路電圧（ＯＣＶ））に基づいて推定されたりしている（例えば、特許文献１）。

特開２０１４−４４０７４号公報

バッテリの充放電電流の積算値からバッテリの充電率を算出した場合、バッテリの充電率を任意のタイミングで容易に求めることができるが、実際の充電率との誤差（ズレ）が生じてしまう虞がある。この誤差は、充放電電流を積算する期間が長くなるほど大きくなり易い。一方で、バッテリの両端電圧（例えば、開回路電圧（ＯＣＶ））に基づいてバッテリの充電率を推定することで、実際の充電率との誤差を抑制することができる。

ただし、バッテリの両端電圧に基づいてバッテリの充電率を推定する場合、所定期間以上バッテリの充放電を停止して両端電圧を安定させる必要があり、推定のタイミングが限定されてしまう。例えば、バッテリの充電時には実施することができない。またバッテリの充電を中断してバッテリの充電率を推定すると、バッテリの充電に要する時間が長くなってしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、外部電源からの電力供給を停止することなく、充電中にバッテリの充電率を適切に推定することができる電動車両の充電制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一つの態様は、外部電源から供給される電力により充電されるバッテリを備える電動車両に搭載され、前記バッテリの充電を制御する充電制御装置であって、前記バッテリの電圧が目標電圧となるように前記バッテリの充電制御を実行する充電制御実行手段と、前記充電制御実行手段による前記充電制御の実行中に前記バッテリの充電率の推定制御を実行する推定制御実行手段と、を有し、前記推定制御実行手段は、前記充電制御の実行中の所定のタイミングで前記バッテリの充電電流が予め設定された第１の電流値以下となるようにし、前記バッテリの充電電流が前記第１の電流値以下である状態が所定時間維持されたタイミングで、前記バッテリの両端電圧に基づいて当該バッテリの充電率を推定し、前記充電制御実行手段は、前記推定制御実行手段によって推定された前記バッテリの充電率に基づいて前記バッテリの充電を継続することを特徴とする電動車両の充電制御装置にある。

ここで、前記推定制御実行手段は、前記充電制御が開始された後、前記バッテリの電圧が前記目標電圧よりも低い第１の電圧に達した時点で、前記バッテリの充電電流が前記第１の電流値以下となるようにすることが好ましい。

その際、前記充電制御実行手段は、前記バッテリの充電電圧が前記目標電圧に達するまでは定電流充電を実行することが好ましい。

また前記推定制御実行手段は、具体的には、前記充電制御の実行中の所定のタイミングで前記バッテリの充電電流が１アンペア以下となるようにし、前記バッテリの充電電流が１アンペア以下である状態が３０分以上維持されたタイミングで、前記バッテリの両端電圧に基づいて当該バッテリの充電率を推定することが好ましい。

また前記推定制御実行手段は、前記電動車両が備える前記バッテリの充電中に作動する車載機器を所定のタイミングで作動させることで前記バッテリの充電電流が前記第１の電流値以下となるようにすることが好ましい。

さらに前記車載機器は、例えば、プレ空調機能を有する空調装置であることが好ましい。

かかる本発明の電動車両の充電制御装置によれば、充電中に外部電源からの電力供給を停止することなく、バッテリの充電率を適切に推定することができる。したがって、推定した充電率に基づいてバッテリを適切に充電することができ、且つバッテリの充電時間の長時間化を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る充電制御装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る充電制御の一例を説明するグラフである。 バッテリの充電率と両端電圧との関係と、充電率と開回路電圧との関係の一例を示すグラフである。 バッテリの充電率と開回路電圧との関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係る電動車両の充電制御装置について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る充電制御装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、バッテリの充電制御の一例を説明するグラフであり、充電制御を実行した際のバッテリの充電電圧及び充電電流の変化と、充電率（ＳＯＣ）の変化とを示している。

図３は、バッテリの充電率と両端電圧との関係と、充電率と開回路電圧との関係の一例を示すグラフであり、具体的には、バッテリの充電電流が第１の電流値以下である状態を所定時間維持した場合の上記関係を示すグラフである。図４は、バッテリの充電率を０から１００％まで変化させた際の開回路電圧（ＯＣＶ）の変化を示すグラフである。

まずは本発明に係る充電制御装置が搭載される電動車両の概略構成について説明する。図１に示すように、例えば、電気自動車である電動車両１には、高電圧の二次電池であるバッテリ２が搭載されている。

バッテリ２はインバータ３を介して走行用モータ４に電気的に接続されている。走行用モータ４は、図示は省略するが駆動輪に連結されている。電動車両１はこの走行用モータ４の駆動力によって走行する。

また電動車両１には、例えば、家庭用電源（普通充電）である外部電源１００によりバッテリ２を充電するための充電器７が搭載されている。すなわち家庭用電源である外部電源１００によりバッテリ２を充電する際には、電動車両１の充電口８に設置された給電コネクタに充電ケーブルの充電プラグを接続する。

この状態で、充電器７には、外部電源１００から１００Ｖ〜２００Ｖ程度の交流電力が入力される。家庭用電源である外部電源１００から充電器７に入力された電力は、例えば、３５０Ｖ程度の直流電力に変換・昇圧されて充電用電力としてバッテリ２に入力される。これにより、バッテリ２の充電が行われる。

なお電動車両１は、急速充電装置である外部電源１０１とバッテリ２とを充電ケーブルによって接続してバッテリ２を充電することができるように構成されている。急速充電装置である外部電源１０１でバッテリ２を充電する場合、外部電源１０１から供給される高圧の直流電力が、電動車両１に搭載されている充電器７を介することなくバッテリ２に入力される。

またバッテリ２には、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を介してサブバッテリ（１２Ｖバッテリ）６が接続されている。またバッテリ２には空調装置１０が接続されている。この空調装置１０は、バッテリ２の充電時、外部電源１００，１０１からバッテリ２を介して供給される電力で作動するように構成されている。すなわち空調装置１０は、バッテリ２の充電中に、車室内の温度等を適切に調整する、いわゆるプレ空調が可能に構成されている。

さらに電動車両１は、バッテリ２の充電状態を制御する充電制御装置としての制御部２０を備えている。この制御部２０は、例えば、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えて構成され、充電器７又は外部電源（急速充電装置）１０１による外部電源１００，１０１から供給される電力によるバッテリ２の充電状態を制御すると共に、バッテリ２の充電時における空調装置１０の動作を制御する。すなわち本発明に係る制御部（充電制御装置）２０によるバッテリ２の充電制御には、バッテリ２の充電中における空調装置１０の制御が含まれるものとする。

制御部２０は、具体的には、充電制御実行手段２１と、推定制御実行手段２２と、を備えている。

充電制御実行手段２１は、充電ケーブルを介して電動車両１の充電器７と外部電源１００等とが接続された状態で、バッテリ２の充電制御を実行（開始）し、バッテリ２の充電率（ＳＯＣ）が所望の値（例えば、１００％）となると、バッテリ２の充電制御を終了する。

充電制御実行手段２１は、まずは、バッテリ２の特性に応じて目標電圧（最大電圧）を設定する。すなわち充電制御実行手段２１は、バッテリ２の特性を考慮して、バッテリ２の充電時に許容される最大電圧（充電許容電圧）を超えない範囲で、充電許容電圧付近に目標電圧を設定する。なお、この目標電圧は予め設定されていてもよい。

そして充電制御実行手段２１は、バッテリ２の電圧が、設定した目標電圧となるようにバッテリ２の充電制御を開始する。

例えば、充電制御の開始後、充電時のバッテリ２の電圧（充電電圧）が目標電圧Ｖｔよりも低い状態では、バッテリ２を一定の電流値Ａ０で充電する「定電流充電」を実施する（図２参照）。なお充電制御実行手段２１は、「定電流充電」の代わりに、バッテリ２を一定の電力値で充電する「定電力充電」を実行するようにしてもよい。

ここで、充電制御開始時における充電制御の基準となるバッテリ２の充電率（ＳＯＣ）は、例えば、バッテリ２の充放電電流の積算値から算出された値であり、バッテリ２の実際の充電率とは多少の誤差が生じている虞がある。ただし、この時点で充電率に多少の誤差が生じていても実質的に支障はない。

充電制御実行手段２１は、バッテリ２の充電電圧が目標電圧Ｖｔに達した時点で「定電流充電」を終了し、その後は「定電圧充電」を実行する。そしてバッテリ２のＳＯＣが所望の値、例えば、１００％になるとバッテリ２の充電制御を終了する。

そして、充電制御終了時における充電制御の基準となるバッテリ２の充電率とは、以下に説明するように、充電制御開始時の値とは異なり、推定制御実行手段２２によって推定された値であり、バッテリ２の実際の充電率との誤差は少なくなっている。このため、バッテリ２を適切に充電することができる。

詳しくは、推定制御実行手段２２が、充電制御実行手段２１による充電制御の実行中に、バッテリ２の充電率を推定する推定制御を実行する。

推定制御実行手段２２は、まず、バッテリ２の充電制御の実行中に所定のタイミングで車載機器である空調装置１０を作動させてバッテリ２の充電電流（充電時の電流値）が予め設定された第１の電流値Ａ１（＜Ａ０）以下となるようにする（図２参照）。すなわち推定制御実行手段２２は、バッテリ２の充電電流が予め設定された第１の電流値Ａ１以下（好ましくは１アンペア以下）となるように、空調装置１０の作動状態を適宜制御する。

推定制御実行手段２２が推定制御を実行するタイミング、つまり空調装置１０を作動させるタイミングは、バッテリ２の充電制御の実行中であれば特に限定されないが、次のタイミングで行うことが好ましい。

推定制御実行手段２２は、例えば、バッテリ２の充電制御が実行（開始）された後、バッテリ２の充電電圧が目標電圧Ｖｔよりも低い第１の電圧Ｖ１に達した時点で空調装置１０を作動させることが好ましい（図２参照）。つまり、充電制御実行手段２１によって定電流充電が実行されている段階で、推定制御を実行することが好ましい。

その後、推定制御実行手段２２は、バッテリ２の充電電流が第１の電流値Ａ１以下である状態を所定時間（好ましくは３０分以上）維持してから、バッテリ２の両端電圧を計測し、その計測結果に基づいてバッテリ２の充電率（ＳＯＣ）を推定する。なお推定制御実行手段２２は、充電率（ＳＯＣ）の推定が終了した時点で空調装置１０を停止させる（推定制御を終了する）。

このように推定制御実行手段２２によってバッテリ２の充電率が推定されると、その後、充電制御実行手段２１は、推定された充電率に基づいてバッテリ２の充電制御を継続する。つまり、充電制御実行手段２１は、充電制御の基準となるバッテリ２の充電率の値を、バッテリ２の充放電電流の積算値に基づいて演算された値から、推定制御実行手段２２によって推定された充電率の値に置き換える。

そして、充電制御実行手段２１は、バッテリ２の充電率が所望の値となるまで、バッテリ２の充電制御を継続する。具体的には、バッテリ２の充電電圧が目標電圧Ｖｔに達するまで定電流充電を実施し、その後は定電圧充電を実施し、バッテリ２の充電率が所望の値（例えば、１００％）になった時点で充電制御を終了する。

これにより、バッテリ２を適切に充電することができる。つまりバッテリ２の充電不足や過充電を抑制することができる。また本発明に係る制御部（充電制御装置）２０によれば、バッテリ２の充電中に、バッテリ２の充電制御を停止させることなく、バッテリ２の充電率を比較的正確に推定することができる。したがって、バッテリ２の充電時間の長時間化を抑制することができるという利点もある。

図２のグラフを参照して、バッテリ２の充電制御及び充電率（ＳＯＣ）の推定制御についてさらに説明する。

図２に示すように、時刻ｔ１で充電制御実行手段２１がバッテリ２の充電制御を開始すると、まずは「定電流充電」が実施される。すなわちバッテリ２の充電電圧が目標電圧Ｖｔよりも低い状態では（ｔ１−ｔ４間）、バッテリ２を一定の電流値Ａ０で充電する「定電流充電」が実施される。

その間に、バッテリ２の充電電圧が上昇し第１の電圧Ｖ１（＜Ｖｔ）に達すると（時刻ｔ２）、推定制御実行手段２２が推定制御を開始して空調装置１０を作動させる。これにより、バッテリ２の充電電流が第１の電流値Ａ１以下まで低下する。その後、バッテリ２の充電電流が第１の電流値Ａ１以下である状態を所定時間（３０分程度）維持した後（時刻ｔ３）、バッテリ２の両端電圧を計測すると共に、上述のように計測した両端電圧に基づいてバッテリ２の充電率を推定する。

なおバッテリ２の電流値が第１の電流値Ａ１以下となっている間（ｔ２−ｔ３間）は、バッテリ２の充電電圧の増加率は低下するものの、バッテリ２の充電自体は継続されており、バッテリ２の充電率は徐々に増加し、それに伴いバッテリ２の充電率も徐々に増加する。

ここで、バッテリ２の充電電流が第１の電流値Ａ１（例えば、１アンペア）以下である状態が所定時間（例えば、３０分程度）維持された場合、図３に一例を示すように、バッテリ２の充電率（ＳＯＣ）とバッテリ２の両端電圧との関係（図中実線で示す）は、バッテリ２の充電率（ＳＯＣ）とバッテリ２の開回路電圧（ＯＣＶ）との関係（図中点線で示す）と実質的に一致することが分かっている。

したがって、上記のように計測したバッテリ２の両端電圧に基づいてバッテリ２の充電率（ＳＯＣ）を推定することで、バッテリ２の開回路電圧（ＯＣＶ）に基づいてバッテリ２の充電率を推定するのと同等の精度で、バッテリ２の充電率（ＳＯＣ）を推定することができる。

またバッテリ２の両端電圧に基づいてバッテリ２の充電率を推定するタイミングは、充電率が比較的リニアに変化する期間であることが好ましい。例えば、図４に一例を示すように、バッテリ２の両端電圧は、充電率（ＳＯＣ）が第１の値Ｃ１よりも低い場合及び第２の値Ｃ２（≧Ｃ１）よりも高い場合に、比較的大きく変化し且つ比較的リニアに変化する傾向にある。

そして、特に、このように両端電圧が比較的大きく変化し且つ比較的リニアに変化する領域において、上述したようにバッテリ２の充電率とバッテリ２の両端電圧との関係と、バッテリ２の充電率とバッテリの開回路電圧（ＯＣＶ）との関係とが一致し易い（図３参照）。

このため、バッテリ２の充電率の推定は、充電率（ＳＯＣ）が第１の値Ｃ１よりも低い状態、或いはＳＯＣが第２の値Ｃ２（≧Ｃ１）よりも高い状態で行うことが好ましく、特に、充電率が第２の値Ｃ２よりも高い状態で行うことが好ましい。つまり第１の電圧Ｖ１（図２参照）は、バッテリ２の充電率が第２の値Ｃ２よりも高くなるような値に設定されていることが好ましい。

このようにバッテリ２の充電率が推定されると、充電制御の基準となる充電率の値を、充放電電流の積算値から算出された値（算出値）から、バッテリ２の両端電圧に基づいて推定された値（推定値）に置き換える（時刻ｔ３）。図２の例では、バッテリ２の充電率の値が、元の値（算出値）よりも低い値（推定値）に置き換えられている。

またバッテリ２の充電率の推定が終了し、空調装置１０を停止させると、バッテリ２の充電電流が所定電流値Ａ０まで回復し、電流値Ａ０での「定電流充電」が再開される（時刻ｔ３）。

その後、バッテリ２の充電電圧が目標電圧Ｖｔに達すると、「定電流制御」を「定電圧制御」に切り替える（時刻ｔ４）。バッテリ２の充電電圧が目標電圧Ｖｔに達した時点では、バッテリ２の充電率（ＳＯＣ）はかなり高い状態（満充電に近い状態）にある。このため、定電圧充電の実施中、バッテリ２に供給される電力（バッテリ２の充電に要する電力）は徐々に減少し、それに伴いバッテリ２の充電電流が徐々に減少する（時刻ｔ４以降）。

そしてバッテリ２の充電率（ＳＯＣ）がほぼ１００％となり充電電流がゼロ付近（予め設定された電流値）まで低下した時点（時刻ｔ５）で、バッテリ２の充電制御を終了させる。

以上説明したように、本発明に係る制御部（充電制御装置）２０によれば、バッテリ２の充電中に外部電源１００からの電力供給を実質的に停止することなく、つまり充電制御を中断することなく、バッテリ２の充電率（ＳＯＣ）を比較的正確に推定することができる。したがって、推定した充電率（ＳＯＣ）に基づいてバッテリ２の充電を制御することで、バッテリ２を適切に充電することができる。例えば、図２に一例を示したように、バッテリ２の充電率（ＳＯＣ）を適切な値に低下させることで、バッテリ２の充電不足を抑制することができる。

なお上述した実施形態は、あくまで本発明の一例である。本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、上述の実施形態では、バッテリの充電率を推定する際に、充電電流が１アンペア以下である状態を３０分程度維持するようにした例を説明したが、この電流値及び維持する時間は、バッテリの特性等を考慮して任意に設定することができる。つまり、充電率を推定する際の充電電流及びその電流値を維持する時間は、バッテリの充電率とバッテリの両端電圧との関係が、バッテリの充電率とバッテリの開回路電圧との関係と実質的に一致するように、適宜設定されればよい。

また例えば、上述の実施形態では、車載機器の一例として空調装置を例示して本発明を説明したが、車載機器は、バッテリの充電時に、バッテリもしくは外部電源から供給される電力により作動するように構成されていればよく、車室内の空調を行う空調装置に限定されるものではない。

また本実施形態では、車載機器を作動させることで、バッテリの充電電流を低下させるようにしたが、勿論、バッテリの充電電流を低下させる方法は特に限定されるものではない。

また上述の実施形態では、電動車両の一例として電気自動車を例示して本発明を説明したが、本発明は、例えば、プラグインハイブリッド自動車の充電制御装置としても適用できるものである。

１ 電動車両
２ バッテリ
３ インバータ
４ 走行用モータ
５ コンバータ
７ 充電器
８ 充電口
１０ 空調装置（車載機器）
２０ 制御部（充電制御装置）
２１ 充電制御実行手段
２２ 推定制御実行手段
１００，１０１ 外部電源

Claims (6)

1. 外部電源から供給される電力により充電されるバッテリを備える電動車両に搭載され、前記バッテリの充電を制御する充電制御装置であって、
   前記バッテリの電圧が目標電圧となるように前記バッテリの充電制御を実行する充電制御実行手段と、
   前記充電制御実行手段による前記充電制御の実行中に前記バッテリの充電率の推定制御を実行する推定制御実行手段と、を有し、
   前記推定制御実行手段は、前記充電制御の実行中の所定のタイミングで前記バッテリの充電電流が予め設定された第１の電流値以下となるようにし、前記バッテリの充電電流が前記第１の電流値以下である状態が所定時間維持されたタイミングで、前記バッテリの両端電圧に基づいて当該バッテリの充電率を推定し、
   前記充電制御実行手段は、前記推定制御実行手段によって推定された前記バッテリの充電率に基づいて前記バッテリの充電を継続する
   ことを特徴とする電動車両の充電制御装置。
2. 請求項１に記載の電動車両の充電制御装置であって、
   前記推定制御実行手段は、前記充電制御が開始された後、前記バッテリの電圧が前記目標電圧よりも低い第１の電圧に達した時点で、前記バッテリの充電電流が前記第１の電流値以下となるようにする
   ことを特徴とする電動車両の充電制御装置。
3. 請求項２に記載の電動車両の充電制御装置であって、
   前記充電制御実行手段は、前記バッテリの充電電圧が前記目標電圧に達するまでは定電流充電を実行する
   ことを特徴とする電動車両の充電制御装置。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載の電動車両の充電制御装置であって、
   前記推定制御実行手段は、前記充電制御の実行中の所定のタイミングで前記バッテリの充電電流が１アンペア以下となるようにし、前記バッテリの充電電流が１アンペア以下である状態が３０分以上維持されたタイミングで、前記バッテリの両端電圧に基づいて当該バッテリの充電率を推定する
   ことを特徴とする電動車両の充電制御装置。
5. 請求項１から４の何れか一項に記載の電動車両の充電制御装置であって、
   前記推定制御実行手段は、前記電動車両が備える前記バッテリの充電中に作動する車載機器を所定のタイミングで作動させることで前記バッテリの充電電流が前記第１の電流値以下となるようにする
   ことを特徴とする電動車両の充電制御装置。
6. 請求項５に記載の電動車両の充電制御装置であって、
   前記車載機器は、プレ空調機能を有する空調装置である
   ことを特徴とする電動車両の充電制御装置。
   

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