JP2020078186A

JP2020078186A - 車両

Info

Publication number: JP2020078186A
Application number: JP2018210268A
Authority: JP
Inventors: 前田　純; Jun Maeda; 純前田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2020-05-21

Abstract

【課題】充電装置の２つの充電器の保護を図りつつ目標充電電力で蓄電装置を充電する【解決手段】車両２０は、蓄電装置２２と、蓄電装置と外部電源側９２とに対して互いに並列に接続された２つの充電器２６ａ、２６ｂを有する充電装置２６と、２つの充電器を制御する制御装置４０と、を備える。制御装置は、外部電源からの電力を用いて蓄電装置を充電する際に、蓄電装置の目標充電電力が第１閾値以上のとき及び目標充電電力が第１閾値未満、且つ、充電装置の出力電流が第２閾値以上のときには、目標充電電力で蓄電装置が充電するように２つの充電器を並列駆動し、目標充電電力が第１閾値未満、且つ、充電装置の出力電流が第２閾値未満のときには、目標充電電力で蓄電装置が充電するように２つの充電器のうちの何れかだけを駆動する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に関する。

従来、この種の車両としては、バッテリと充電プラグとに対して２つの充電器が互いに並列に接続されたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この車両では、充電プラグが交流電源に接続されて交流電源からの電力を用いてバッテリを充電する際に、２つの充電器のうち、バッテリに供給されるべき目標充電電力よりも高い最大出力電力を有する充電器が存在する場合には、目標充電電力よりも高い最大出力電力を有する充電器を１つだけ単独運転してバッテリを充電し、目標充電電力よりも高い最大出力電力を有する充電器が存在しない場合には、２つの充電器を並列運転させてバッテリを充電する。

特開２０１４−２３４２６号公報

こうした車両では、蓄電装置の電圧が低いときには、目標充電電力でバッテリを充電するためには、２つの充電器を有する充電装置の出力電流（バッテリの充電電流）を大きくする必要がある。１つの充電器だけを単独運転させてバッテリを充電しているときに充電装置の出力電流を大きくすると、単独運転中の充電器の発熱が過度に大きくなり、部品保護のために充電装置の出力を制限しなければならなくなる場合が生じる。充電装置の出力を制限すると、目標充電電力でバッテリを充電できなくなる可能性がある。

本発明の車両は、充電装置の２つの充電器の保護を図りつつ目標充電電力で蓄電装置を充電することを主目的とする。

本発明の車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の車両は、
蓄電装置と、
前記蓄電装置と外部電源側とに対して互いに並列に接続された２つの充電器を有する充電装置と、
前記２つの充電器を制御する制御装置と、
を備える車両であって、
前記制御装置は、
前記外部電源からの電力を用いて前記蓄電装置を充電する際に、
前記蓄電装置の目標充電電力が第１閾値以上のとき、および、前記目標充電電力が前記第１閾値未満で且つ前記充電装置の出力電流が第２閾値以上のときには、前記目標充電電力で前記蓄電装置が充電されるように前記２つの充電器を並列駆動し、
前記目標充電電力が前記第１閾値未満で且つ前記充電装置の出力電流が前記第２閾値未満のときには、前記目標充電電力で前記蓄電装置が充電されるように前記２つの充電器のうちの何れかだけを駆動する、
ことを要旨とする。

この本発明の車両では、外部電源からの電力を用いて蓄電装置を充電する際に、蓄電装置の目標充電電力が第１閾値以上のとき、および、目標充電電力が第１閾値未満で且つ充電装置の出力電流が第２閾値以上のときには、目標充電電力で蓄電装置が充電されるように２つの充電器を並列駆動し、目標充電電力が第１閾値未満で且つ充電装置の出力電流が第２閾値未満のときには、目標充電電力で蓄電装置が充電されるように２つの充電器のうちの何れかだけを駆動する。これにより、前者の場合には、充電装置の２つの充電器の保護を図りつつ、目標充電電力で蓄電装置を充電することができる。また、後者の場合には、充電装置のトータル損失を低減しつつ、目標充電電力で蓄電装置を充電することができる。

本発明の一実施例としての車両２０と充電設備９０との構成の概略を示す構成図である。車両ＥＣＵ４０により実行される駆動モード選択ルーチンの一例を示すフローチャートである。バッテリ２２の目標充電電力Ｐｃｈ＊と充電装置２６の出力電流Ｉｃｈと充電器２６ａ，２６ｂの駆動モードとの関係を示す説明図である。バッテリ２２の目標充電電力Ｐｃｈ＊と充電装置２６の出力電圧Ｖｃｈと充電器２６ａ，２６ｂの駆動モードとの関係を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての車両２０と充電設備９０との構成の概略を示す構成図である。実施例の車両２０は、図示するように、走行用のモータを備える電気自動車やハイブリッド自動車として構成されており、蓄電装置としてのバッテリ２２と、車両側コネクタ２４と、充電装置２６と、車両用電子制御ユニット（以下、「車両ＥＣＵ」という）４０とを備える。充電設備９０は、外部電源としての交流電源９２と、設備側コネクタ９４と、充電設備用電子制御ユニット（以下、「設備ＥＣＵ」という）９８とを備える。以下、順に説明する。

車両２０の各構成について説明する。バッテリ２２は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、走行用のモータに電力ラインを介して接続されている。車両側コネクタ２４は、充電設備９０の設備側コネクタ９４に接続可能に構成されている。

充電装置２６は、バッテリ２２が接続された第１電力ライン２３と車両側コネクタ２４が接続された第２電力ライン２５とに対して互いに並列に接続された２つの充電器２６ａ，２６ｂを有する。２つの充電器２６ａ，２６ｂは、同一仕様で構成されており、それぞれ、第２電力ライン２５の電力（充電設備９０からの交流電力）を直流電力に変換して更に電圧を変換して第１電力ライン２３（バッテリ２２）に供給可能に構成されている。第１電力ライン２３の正極側ラインには、充電装置２６の出力電流Ｉｃｈを検出するための電流センサ２７が取り付けられている。また、第１電力ライン２３には、充電装置２６の出力電圧Ｖｃｈを検出するための電圧センサ２８が取り付けられている。

車両ＥＣＵ４０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭや、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポート、通信ポートを備える。車両ＥＣＵ４０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力される。車両ＥＣＵ４０に入力される信号としては、例えば、電流センサ２７からの充電装置２６の出力電流Ｉｃｈや、電流センサ３０からの充電装置２６の出力電圧Ｖｃｈを挙げることができる。また、バッテリ２２の出力端子に取り付けられた図示しない電流センサからのバッテリ２２の充電電流Ｉｂや、バッテリ２２の端子間に取り付けられた図示しない電圧センサからのバッテリ２２の電圧Ｖｂ、バッテリ２２に取り付けられた温度センサからのバッテリ２２の温度Ｔｂも挙げることができる。車両ＥＣＵ４０からは、充電装置２６の充電器２６ａ，２６ｂへの制御信号などが出力ポートを介して出力される。車両ＥＣＵ４０は、図示しない電流センサからのバッテリ２２の充電電流Ｉｂに基づいてバッテリ２２の蓄電割合ＳＯＣを演算したり、演算したバッテリ２２の蓄電割合ＳＯＣと図示しない温度センサからのバッテリ２２の温度Ｔｂとに基づいてバッテリ２２の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算したりしている。蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ２２の全容量に対するバッテリ２２から放電可能な電力の容量の割合であり、入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ２２を充放電してもよい許容入出力電力である。車両ＥＣＵ４０は、充電設備９０の設備ＥＣＵ９８と有線または無線により通信可能となっている。

次に、充電設備９０の各構成について説明する。交流電源９２は、自宅や充電ステーションなどに設置され、車両２０に交流電力を供給可能に構成されている。設備側コネクタ９４は、交流電源９２に接続されており、車両２０の車両側コネクタ２４と接続可能に構成されている。交流電源９２と設備側コネクタ９４とを接続する電力ラインの正極側ラインには、電流センサ９３が取り付けられている。

設備ＥＣＵ９８は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭや、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポート、通信ポートを備える。設備ＥＣＵ９８には、各種センサからの信号、例えば、電流センサ９３からの交流電源９２の出力電流Ｉｓなどが入力ポートを介して入力される。設備ＥＣＵ９８からは、交流電源９２への制御信号などが出力ポートを介して出力される。設備ＥＣＵ９８は、上述したように、車両ＥＣＵ４０と有線または無線により通信可能となっている。

こうして構成された実施例の車両２０および充電設備９０では、自宅や充電ステーションなどで車両２０の車両側コネクタ２４と充電設備９０の設備側コネクタ９４とが接続されてバッテリ２２の充電が指示されると、充電設備９０（交流電源９２）からの電力を用いてバッテリ２２を充電する外部充電を実行する。外部充電では、車両２０の車両ＥＣＵ４０が、バッテリ２２の電圧Ｖｂや蓄電割合ＳＯＣ、入力制限Ｗｉｎに基づいてバッテリ２２の目標充電電力Ｐｃｈ＊を設定して充電設備９０の設備ＥＣＵ９８に送信する。そして、設備ＥＣＵ９８が、目標充電電力Ｐｃｈ＊に応じた電力が車両２０に供給されるように交流電源９２を制御すると共に、車両ＥＣＵ４０が、交流電源９２からの電力を用いてバッテリ２２が目標充電電力Ｐｃｈ＊で充電されるように、充電器２６ａ，２６ｂの一方だけを駆動する片側駆動モードまたは充電器２６ａ，２６ｂの両方を駆動する並列駆動モードを選択して実行する。このようにしてバッテリ２２が充電される。なお、片側駆動モードでは、充電器２６ａ，２６ｂのうち予め定めた充電器を駆動するものとしてもよいし、駆動する充電器を所定時間毎に切り替えるものとしてもよい。また、並列駆動モードでは、充電器２６ａ，２６ｂの電力配分比が例えば１：１となるように充電器２６ａ，２６ｂを駆動すればよい。そして、車両ＥＣＵ４０は、バッテリ２２の蓄電割合ＳＯＣが所定割合Ｓｒｅｆ（例えば、８０％〜９０％程度）以上に至ると、片側駆動モードや並列駆動モードの実行を終了する。これにより、バッテリ２２の充電が終了する。

次に、こうして構成された実施例の車両２０の動作、特に、充電装置２６の充電器２６ａ，２６ｂの駆動モードを片側駆動モードと並列駆動モードとから選択する動作について説明する。図２は、車両ＥＣＵ４０により実行される駆動モード選択ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、外部充電の際に繰り返し実行される。

図２の駆動モード設定ルーチンが実行されると、車両ＥＣＵ４０は、上述の処理で設定したバッテリ２２の目標充電電力Ｐｃｈ＊や、電流センサ２７からの充電装置２６の出力電流Ｉｃｈを入力する（ステップＳ１００）。そして、バッテリ２２の目標充電電力Ｐｃｈを閾値Ｐｃｈｒｅｆと比較すると共に（ステップＳ１１０）、充電装置２６の出力電流Ｉｃｈを閾値Ｉｃｈｒｅｆと比較する（ステップＳ１２０）。ここで、閾値Ｐｃｈｒｅｆは、片側駆動によりバッテリ２２を目標充電電力Ｐｃｈ＊で充電きるか否かを判定するために用いられる閾値であり、充電器２６ａ，２６ｂの許容電力に基づいて定められる。閾値Ｉｃｈｒｅｆは、片側駆動を実行すると、充電器２６ａ，２６ｂのうち駆動中の充電器に過大な電流が流れる懸念があるか否かを判定するのに用いられる閾値であり、充電器２６ａ，２６ｂの許容電流に基づいて定められる。

ステップＳ１１０でバッテリ２２の目標充電電力Ｐｃｈ＊が閾値Ｐｃｈｒｅｆ以上のときや、ステップＳ１１０でバッテリ２２の目標充電電力Ｐｃｈ＊が閾値Ｐｃｈｒｅｆ未満で且つステップＳ１２０で充電装置２６の出力電流Ｉｃｈが閾値Ｉｃｈｒｅｆ以上のときには、充電器２６ａ，２６ｂの駆動モードとして並列駆動モードを選択して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。

バッテリ２２の電圧Ｖｂが低いときには、目標充電電力Ｐｃｈ＊でバッテリ２２を充電するためには、充電装置２６の出力電流Ｉｃｈを大きくする必要がある。片側駆動モードの実行中に充電装置２６の出力電流Ｉｃｈを大きくすると、充電器２６ａ，２６ｂのうち駆動中の充電器の発熱が過度に大きくなり、部品保護のために充電装置２６の出力を制限しなければならなくなる場合が生じる。充電装置２６の出力を制限すると、目標充電電力Ｐｃｈ＊でバッテリ２２を充電できなくなる可能性がある。これに対して、実施例では、バッテリ２２の目標充電電力Ｐｃｈ＊が閾値Ｐｃｈｒｅｆ以上のときに加えて、バッテリ２２の目標充電電力Ｐｃｈ＊が閾値Ｐｃｈｒｅｆ未満で且つ充電装置２６の出力電流Ｉｃｈが閾値Ｉｃｈｒｅｆ以上のときにも、並列駆動モードを実行する。これにより、充電器２６ａ，２６ｂの保護を図りつつ目標充電電力Ｐｃｈ＊でバッテリ２２を充電することができる。

ステップＳ１１０でバッテリ２２の目標充電電力Ｐｃｈ＊が閾値Ｐｃｈｒｅｆ未満で且つステップＳ１２０で充電装置２６の出力電流Ｉｃｈが閾値Ｉｃｈｒｅｆ未満のときには、充電器２６ａ，２６ｂの駆動モードとして片側駆動モードを選択して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。この場合、並列駆動モードに比して充電装置２６のトータル損失を低減しつつ、目標充電電力Ｐｃｈ＊でバッテリ２２を充電することができる。

図３は、バッテリ２２の目標充電電力Ｐｃｈ＊と充電装置２６の出力電流Ｉｃｈと充電器２６ａ，２６ｂの駆動モードとの関係を示す説明図である。図示するように、バッテリ２２の目標充電電力Ｐｃｈ＊が閾値Ｐｃｈｒｅｆ以上の領域や充電装置２６の出力電流Ｉｃｈが閾値Ｉｃｈｒｅｆ以上の領域では、並列駆動モードを実行する。これにより、充電器２６ａ，２６ｂの保護を図りつつ目標充電電力Ｐｃｈ＊でバッテリ２２を充電することができる。また、バッテリ２２の目標充電電力Ｐｃｈ＊が閾値Ｐｃｈｒｅｆ未満で且つ充電装置２６の出力電流Ｉｃｈが閾値Ｉｃｈｒｅｆ未満の領域では、片側駆動モードを実行する。これにより、並列駆動モードに比して充電装置２６のトータル損失を低減しつつ、目標充電電力Ｐｃｈ＊でバッテリ２２を充電することができる。

以上説明した実施例の車両２０では、外部充電の際において、バッテリ２２の目標充電電力Ｐｃｈ＊が閾値Ｐｃｈｒｅｆ以上のときや、バッテリ２２の目標充電電力Ｐｃｈ＊が閾値Ｐｃｈｒｅｆ未満でも充電装置２６の出力電流Ｉｃｈが閾値Ｉｃｈｒｅｆ以上のときには、充電器２６ａ，２６ｂの一方だけを駆動する片側駆動モードおよび充電器２６ａ，２６ｂの両方を駆動する並列駆動モードのうち並列駆動モードを選択して実行する。これにより、充電器２６ａ，２６ｂの保護を図りつつ目標充電電力Ｐｃｈ＊でバッテリ２２を充電することができる。また、外部充電の際において、バッテリ２２の目標充電電力Ｐｃｈ＊が閾値Ｐｃｈｒｅｆ未満で且つ充電装置２６の出力電流Ｉｃｈが閾値Ｉｃｈｒｅｆ未満のときには、片側駆動モードおよび並列駆動モードのうち片側駆動モードを選択して実行する。これにより、充電装置２６のトータル損失を低減しつつ目標充電電力Ｐｃｈ＊でバッテリ２２を充電することができる。

実施例の車両２０では、充電器２６ａ，２６ｂの駆動モードを片側駆動モードと並列駆動モードとから選択する際に、車両ＥＣＵ４０は、電流センサ２７により検出される充電装置２６の出力電流Ｉｃｈを用いるものとしたが、充電装置２６の出力電流とバッテリ２２の充電電流とが略等しくなるハード構成の場合（図１参照）、バッテリ２２の出力端子に取り付けられた図示しない電流センサにより検出されるバッテリ２２の充電電流Ｉｂを用いるものとしてもよい。

実施例の車両２０では、外部充電の際において、バッテリ２２の目標充電電力Ｐｃｈ＊と充電装置２６の出力電流Ｉｃｈとに基づいて片側駆動モードおよび並列駆動モードから充電器２６ａ，２６ｂの駆動モードを選択するものとした。しかし、バッテリ２２の目標充電電力Ｐｃｈ＊と充電装置２６の出力電圧Ｖｃｈとに基づいて片側駆動モードおよび並列駆動モードから充電器２６ａ，２６ｂの駆動モードを選択するものとしてもよい。この場合のバッテリ２２の目標充電電力Ｐｃｈ＊と充電装置２６の出力電圧Ｖｃｈと充電器２６ａ，２６ｂの駆動モードとの関係を図４に示す。図４中、閾値Ｖｃｈｒｅｆは、上述の閾値Ｉｃｈｒｅｆに基づいて定められる。充電装置２６の出力電流Ｉｃｈと出力電圧Ｖｃｈとは、一般に、バッテリ２２の実充電電力Ｐｃｈと充電器２６ａ，２６ｂのうち駆動中の充電器のトータル効率ηとを用いて「Ｉｃｈ＝Ｐｃｈ／Ｖｃｈ／η」のような関係性を有する。このため、充電装置２６の出力電圧Ｖｃｈが分かれば充電装置２６の出力電流Ｉｃｈがどの程度になるかを推定することができる。したがって、充電装置２６の出力電流Ｉｃｈに代えて充電装置２６の出力電圧Ｖｃｈを用いるものとしてもよいのである。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、バッテリ２２が「蓄電装置」に相当し、充電器２６ａ，２６ｂが「２つの充電器」に相当し、車両ＥＣＵ４０が「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、車両の製造産業などに利用可能である。

２０車両、２２バッテリ、２３第１電力ライン、２４車両側コネクタ、２５第２電力ライン、２６充電装置、２６ａ，２６ｂ充電器、２７電流センサ、２８電圧センサ、４０車両ＥＣＵ、９０充電設備、９２交流電源、９４設備側コネクタ、９８設備ＥＣＵ、９３電流センサ。

Claims

蓄電装置と、
前記蓄電装置と外部電源側とに対して互いに並列に接続された２つの充電器を有する充電装置と、
前記２つの充電器を制御する制御装置と、
を備える車両であって、
前記制御装置は、
前記外部電源からの電力を用いて前記蓄電装置を充電する際に、
前記蓄電装置の目標充電電力が第１閾値以上のとき、および、前記目標充電電力が前記第１閾値未満で且つ前記充電装置の出力電流が第２閾値以上のときには、前記目標充電電力で前記蓄電装置が充電されるように前記２つの充電器を並列駆動し、
前記目標充電電力が前記第１閾値未満で且つ前記充電装置の出力電流が前記第２閾値未満のときには、前記目標充電電力で前記蓄電装置が充電されるように前記２つの充電器のうちの何れかだけを駆動する、
車両。