JP4798087B2 - 電力システムおよびそれを備えた車両 - Google Patents

Description

この発明は、充放電可能な蓄電部を備える電力システムおよびそれを搭載する車両に関し、特に外部電源からの電力により蓄電部を充電可能な構成に関する。

近年、環境問題を考慮して、エンジンとモータとを効率的に組み合わせて走行するハイブリッド車両が実用化されている。このようなハイブリッド車両は、充放電可能に構成された蓄電部を搭載し、発進時や加速時などにモータへ電力を供給して駆動力を発生する一方で、下り坂や制動時などに車両の運動エネルギーを電力として回収する。

このようなハイブリッド車両において、搭載する蓄電部を商用電源などの外部電源からの電力により充電可能な構成が提案されている。このように外部電源により蓄電部を予め充電することにより、通勤や買い物などの比較的短距離の走行であれば、エンジンを停止状態に保ったまま走行することができるため、総合的な燃料消費効率を向上させることが可能となる。このような走行モードは、ＥＶ（Electric Vehicle）走行モードとも称される。

このような外部電源により蓄電部を充電可能な構成において、特開平０８−２１４４１２号公報（特許文献１）には、充電後から乗車までの長時間の放置による自己放電が防止でき、かつ電池温度の低下を最小限度に抑制できる電気自動車用蓄電池充電制御装置が開示されている。この電気自動車用蓄電池充電制御装置は、充電が指示されたときにおける電気自動車用蓄電池の放電量と検出された電源電圧値と予め定められた充電電流値とに基づいて必要充電期間を演算する充電期間演算手段と、指定された乗車予定時刻と演算された必要充電期間とに基づいて指定された乗車予定時刻に充電を終了させるための充電開始時刻を演算する充電開始時刻演算手段とを備える。
特開平０８−２１４４１２号公報

上述の特開平０８−２１４４１２号公報（特許文献１）に開示された電気自動車用蓄電池充電制御装置では、予め定められた充電電流値によって蓄電部（電気自動車用蓄電池）を充電するように構成されている。そのため、外部電源により蓄電部を充電できる期間が必要充電期間に比較して十分に確保できる場合には問題ないが、蓄電部を充電できる期間が十分に確保できない場合には蓄電部を十分に充電できなことになる。その結果、ＥＶ走行モードによる走行可能距離を十分に確保できないという問題が生じる。

また、予め定められた充電電流値が過剰に大きくなると、蓄電部の劣化の観点から好ましくない。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、蓄電部の充電可能時間に応じて蓄電部を適切に充電できる電力システムおよびそれを備える車両を提供することである。

この発明のある局面に従えば、車両に搭載される電力システムであって、充放電可能な蓄電部と、外部電源からの電力を受けて蓄電部を充電するための充電部と、充電開始前に外部電源による蓄電部の充電可能時間を予め取得する充電可能時間取得手段と、充電開始前に蓄電部の充電状態を取得する充電状態取得手段と、蓄電部の充電可能時間と蓄電部の充電状態とに基づいて、充電部から蓄電部への充電電流を制御する制御手段とを備える。

この発明によれば、充電開始前に外部電源による蓄電部の充電可能時間を予め取得するとともに、充電開始前に蓄電部の充電状態を取得する。そして、この取得した充電可能時間と充電状態とに基づいて、充電部から蓄電部への充電電流を制御するので、蓄電部の充電可能時間に応じて蓄電部を適切に充電できる。

好ましくは、制御手段は、蓄電部の充電状態に基づいて、蓄電部を所定の充電状態にするための必要充電電力を演算する必要充電電力演算手段と、必要充電電力を充電可能時間で割った値に基づいて充電電流を決定する充電電流決定手段とを含む。

好ましくは、充電可能時間取得手段は、車両の始動予定時刻の設定を受入れる始動予定時刻設定手段と、現在時刻を取得する現在時刻取得手段と、現在時刻から車両の始動予定時刻までの時間差を充電可能時間として演算する充電可能時間演算手段とを含む。

さらに好ましくは、電力システムは、充電時に車両外部のコネクタ部と連結され、外部電源と充電部とを電気的に接続するコネクタ受入部をさらに備え、車両は、コネクタ受入部とコネクタ部との間の連結が外れた状態で始動可能にされる。

また、さらに好ましくは、制御手段は、蓄電部が所定の充電状態まで充電されると充電部による蓄電部の充電を停止し、蓄電部に対する充電の停止後から車両の始動時刻までの期間が所定値を超える場合に、充電部による蓄電部の充電を再度実行する再充電手段をさらに備える。

好ましくは、制御手段は、蓄電部の充電状態に応じた最大許容電流を超えないように充電電流を制御する。

この発明の別の局面に従う車両は、上記の電力システムと、電力システムの蓄電部からの電力により駆動力を発生する電動機とを備える。

この発明によれば、蓄電部の充電可能時間に応じて蓄電部を適切に充電できる電力システムおよびそれを備える車両を実現できる。

本発明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、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

（全体構成）
図１は、この発明の実施の形態に従う電力システムを備える車両１００に対して外部電源による充電を行なうための全体構成図である。

図１を参照して、この発明の実施の形態に従う車両１００は、代表的にハイブリッド車両であり、後述するように内燃機関（エンジン）とモータジェネレータとを搭載し、それぞれからの駆動力を最適な比率に制御して走行する。さらに、車両１００は、このモータジェネレータに電力を供給するための蓄電部を搭載する。この蓄電部は、車両１００のシステム起動状態（以下、「ＩＧオン状態」とも記す）において、内燃機関の作動により生じる動力を受けて充電可能であるとともに、車両１００のシステム停止中（以下、「ＩＧオフ状態」とも記す）において、コネクタ部２５０を介して外部電源と電気的に接続されて充電可能である。以下の説明では、車両１００の走行中における蓄電部の充電動作と区別するために、外部電源による蓄電部の充電を「外部充電」とも記す。

コネクタ部２５０は、代表的に商用電源などの外部電源を車両１００に供給するための連結機構を構成し、キャブタイヤケーブルなどからなる電力線ＰＳＬを介して充電ステーション３００と接続される。そして、コネクタ部２５０は、外部充電時に車両１００と連結され、外部電源と車両１００に搭載された充電部（図示しない）とを電気的に接続する。一方、車両１００には、コネクタ部２５０と連結され、外部電源を受入れるためのコネクタ受入部（図示しない）が設けられる。

充電ステーション３００は、商用電源供給線ＰＳを介して住宅３０２に供給される商用電源の一部をコネクタ部２５０へ供給する。充電ステーション３００は、コネクタ部２５０の収納機構やコネクタ部２５０と繋がる電力線ＰＳＬの巻取機構（いずれも図示しない）を備えていてもよい。また、充電ステーション３００には、使用者に対するセキュリティ機構や課金機構などを備えてもよい。さらに、充電ステーション３００は、車両１００との間で通信をするための機構を備えていてもよい。

なお、コネクタ部２５０を介して車両１００に供給される外部電源は、商用電源に代えて、もしくはこれに加えて住宅３０２の屋根などに設置された太陽電池パネルによる発電電力などであってもよい。

（車両の概略構成）
図２は、この発明の実施の形態に従う電力システムを備える車両１００の概略構成図である。

図２を参照して、車両１００は、エンジン（ＥＮＧ）１８と、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２とを駆動力源として備え、これらは動力分割機構２２を介して機械的に連結される。そして、車両１００の走行状況に応じて、動力分割機構２２を介して上記３者の間で駆動力の分配および結合が行なわれ、この結果として駆動輪２４Ｆが駆動される。

車両１００の走行時（すなわち、非外部充電時）において、動力分割機構２２は、エンジン１８の作動によって発生する駆動力を二分割し、その一方を第１モータジェネレータＭＧ１側へ配分するとともに、残部を第２モータジェネレータＭＧ２へ配分する。動力分割機構２２から第１モータジェネレータＭＧ１へ配分された駆動力は発電動作に用いられる一方、第２モータジェネレータＭＧ２へ配分された駆動力は、第２モータジェネレータＭＧ２で発生した駆動力と合成されて、駆動輪２４Ｆの駆動に使用される。

このとき、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２にそれぞれ対応付けられたインバータ（ＩＮＶ１）８−１およびインバータ（ＩＮＶ２）８−２は、直流電力と交流電力とを相互に変換する。主として、第１インバータ８−１は、ＨＶ−ＥＣＵ（Hybrid Vehicle-Electronic Control Unit）４２からのスイッチング指令ＰＷＭ１に応じて、第１モータジェネレータＭＧ１で発生する交流電力を直流電力に変換し、正母線ＭＰＬおよび負母線ＭＮＬへ供給する。一方、第２インバータ８−２は、ＨＶ−ＥＣＵ４２からのスイッチング指令ＰＷＭ２に応じて、正母線ＭＰＬおよび負母線ＭＮＬを介して供給される直流電力を交流電力に変換して、第２モータジェネレータＭＧ２へ供給する。

蓄電部（ＢＡＴ）４は、充放電可能な電力貯蔵要素であり、代表的にリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池、もしくは電気二重層キャパシタなどの蓄電素子で構成される。蓄電部４とインバータ８−１，８−２との間には、直流電圧を相互に電圧変換可能な昇降圧コンバータ（ＣＯＮＶ）６が配置されており、蓄電部４の入出力電圧と、正母線ＭＰＬと負母線ＭＮＬとの間の線間電圧とを相互に昇圧または降圧する。昇降圧コンバータ６における昇降圧動作は、ＨＶ−ＥＣＵ４２からのスイッチング指令ＰＷＣに従って制御される。

ＨＶ−ＥＣＵ４２は、代表的に、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶部と、入出力インターフェイス部とを主体として構成された電子制御装置である。そして、ＨＶ−ＥＣＵ４２は、予めＲＯＭなどに格納されたプログラムをＣＰＵがＲＡＭに読み出して実行することによって、車両走行および外部充電に係る制御を実行する。ＨＶ−ＥＣＵ４２に入力される情報の一例として、図２には、正線ＰＬに介挿された電流センサ１０からの電池電流Ｉｂａｔ、正線ＰＬと負線ＮＬとの線間に配置された電圧センサ１２からの電池電圧Ｖｂａｔ、正母線ＭＰＬに介挿された電流センサ１４からの母線電流ＩＤＣ、正母線ＭＰＬと負母線ＭＮＬとの線間に配置された電圧センサ１６からの母線電圧ＶＤＣを例示する。

また、ＨＶ−ＥＣＵ４２は、ユーザによるパワースイッチ６０の操作に応じて出力されるＩＧＯＮ信号およびＩＧＯＦＦ信号に応じて、車両１００をそれぞれＩＧオン状態およびＩＧオフ状態に変化させる。

車両１００は、ＨＶ−ＥＣＵ４２とデータ通信可能に構成された電池ＥＣＵ４０をさらに備える。電池ＥＣＵ４０は、蓄電部４の充放電を管理するための電子制御装置であり、主として、蓄電部４の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge；以下、単に「ＳＯＣ」とも称す）を逐次的に監視し、得られたＳＯＣをＨＶ−ＥＣＵ４２へ通知する。具体的には、電池ＥＣＵ４０は、電流センサ１０からの電池電流Ｉｂａｔと、電圧センサ１２からの電池電圧Ｖｂａｔと、蓄電部４に近接して配置された温度センサ１１からの電池温度Ｔｂａｔとに基づいてＳＯＣを演算する。なお、ＳＯＣの演算方法は公知の技術を用いることができる。また、電池ＥＣＵ４０についても、代表的に、ＣＰＵと、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部と、入出力インターフェイス部とを主体として構成される。

車両１００は、蓄電部４を外部充電するための構成として、コネクタ受入部２００と、充電部３０と、充電ＥＣＵ４４とをさらに備える。蓄電部４に対して外部充電を行なう場合には、コネクタ部２５０がコネクタ受入部２００に連結されることで、正充電線ＣＰＬおよび負充電線ＣＮＬを介して外部電源からの電力が充電部３０へ供給される。なお、本実施の形態においては、外部電源として単相交流の商用電源が用いられる場合について例示する。

充電部３０は、外部電源からの電力を受けて蓄電部４を充電するための装置であり、正線ＰＬおよび負線ＮＬと正充電線ＣＰＬおよび負充電線ＣＮＬとの間に配置される。具体的には、充電部３０は、電流制御部３０ａと、電圧変換部３０ｂとを含み、外部電源からの電力を蓄電部４の充電に適した電力に変換する。電圧変換部３０ｂは、外部電源の供給電圧を蓄電部４の充電に適した電圧に変換するための装置であり、代表的に所定の変圧比を有する巻線型の変圧器や、ＡＣ−ＡＣスイッチングレギュレータなどからなる。また、電流制御部３０ａは、電圧変換部３０ｂによる電力変換後の交流電圧を整流して直流電圧を生成するとともに、充電ＥＣＵ４４からの充電電流指令Ｉｃｈ^＊に従って、蓄電部４に供給する充電電流を制御する。電流制御部３０ａは、代表的に単相のブリッジ回路などからなる。なお、電流制御部３０ａおよび電圧変換部３０ｂからなる構成に代えて、ＡＣ−ＤＣスイッチングレギュレータなどによって充電部３０を実現してもよい。

充電ＥＣＵ４４は、ＨＶ−ＥＣＵ４２および電池ＥＣＵ４０とデータ通信可能に構成され、蓄電部４の外部充電についての制御を司る。特に、本実施の形態に従う充電ＥＣＵ４４は、外部充電時に充電部３０から蓄電部４への充電電流を制御する。充電ＥＣＵ４４についても、代表的に、ＣＰＵと、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部と、入出力インターフェイス部とを主体として構成される。

より具体的な外部充電に係る制御として、充電ＥＣＵ４４は、外部充電開始前に、外部電源による蓄電部４の充電可能時間を予め取得するとともに、蓄電部４のＳＯＣを予め取得する。そして、充電ＥＣＵ４４は、蓄電部４の充電可能時間と蓄電部４のＳＯＣとに基づいて、充電部３０から蓄電部４への充電電流を制御する。

ここで、充電可能時間とはユーザが車両１００の使用を開始するまでの間で外部充電が可能な時間を意味し、代表的に、現在時刻から車両１００が次にＩＧオンされる予定の時刻（以下、始動予定時刻とも称す）までの時間差として演算できる。そこで、本実施の形態では、ユーザが、充電ＥＣＵ４４とデータ通信可能に構成されたナビゲーション装置６４を操作して車両１００の始動予定時刻を設定するとともに、充電ＥＣＵ４４がこのユーザによって設定された始動予定時刻を受入れる。また、ナビゲーション装置６４は、アンテナ６６を介してＧＰＳ（Global Positioning System）信号を受信して現在位置を取得するが、このＧＰＳ信号は現在時刻を示すデータを含んでいる。ナビゲーション装置６４は現在時刻を計時する時計機能を含んで構成されており、この現在時刻を示すデータに基づいて当該時計機能を補正する。すなわち、ナビゲーション装置６４は正確な現在時刻を計時しているので、充電ＥＣＵ４４はナビゲーション装置６４から現在時刻を取得することができる。

また、コネクタ受入部２００は、コネクタ受入部２００とコネクタ部２５０との連結状態を検出するための連結検出センサ２００ａを含んでおり、この連結検出センサ２００ａからの連結信号ＣＯＮによって充電ＥＣＵ４４は、外部電源の供給の可否を検出する。

なお、ＨＶ−ＥＣＵ４２は、充電ＥＣＵ４４から連結信号ＣＯＮを受取り、コネクタ受入部２００とコネクタ部２５０との間の連結状態を判断するとともに、両者の連結が外れた状態でのみＩＧオン状態となるように制限してもよい。このようにＩＧオン状態になるための条件を設定することで、コネクタ部２５０がコネクタ受入部２００に連結された状態で車両１００を誤って走行させることを回避できる。

図２に示すこの発明の実施の形態と本願発明との対応関係については、蓄電部４が「蓄電部」に相当し、充電部３０が「充電部」に相当し、コネクタ受入部２００が「コネクタ受入部」に相当し、モータジェネレータＭＧ２が「電動機」に相当する。

（充電電流の制御）
次に、図３および図４を参照して、本実施の形態に従う電力システムにおける充電電流の制御について説明する。

図３は、この発明の実施の形態に従う電力システムにおける外部充電の時間的な変化を示す図である。図３（ａ）および図３（ｂ）は、充電電流が最適値に対して不足する場合を示しており、図３（ｃ）および図３（ｄ）は、充電電流が最適値である場合を示す。

図４は、この発明の実施の形態に従う電力システムにおける外部充電時の充電電流の決定方法について示す概念図である。

図３（ａ）および図３（ｂ）を参照して、時刻ｔ１に外部充電が開始され、時刻ｔ２で外部充電が終了し、その後時刻ｔ３に車両１００がＩＧオン状態になる場合を考える。このとき、蓄電部４は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において外部充電される。

ここで、蓄電部４を外部充電する充電電流が最適値に対して不足する場合には、当然のことながら、蓄電部４のＳＯＣは時刻ｔ２で所定の最大値まで到達できない。すなわち、時刻ｔ３で車両１００がＩＧオン状態になった時点で、蓄電部４は満充電状態ではない。

ここで、外部充電開始前に予め時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間（充電可能時間）を取得しておけば、蓄電部４を所定の充電状態（すなわち、満充電状態）にするために必要な必要充電電力に応じて、適切な充電電流を決定できる。

この場合には、図３（ｃ）および図３（ｄ）に示すように、時刻ｔ１から外部充電が開始され、車両１００がＩＧオン状態になる直前の時刻ｔ２で蓄電部４がほぼ満充電状態となるように、充電電流を適切に決定することができる。

図４を参照して、たとえば充電可能時間がＴｃｈ１，Ｔｃｈ２，Ｔｃｈ３であれば、それぞれ充電電流はＩｃｈ１，Ｉｃｈ２，Ｉｃｈ３のように決定される。ここで、充電可能時間と充電電流との積は電荷量となるので、充電電圧が一定であれば、蓄電部４は充電可能時間と充電電流との積に比例した電力量で充電される。そのため、充電可能時間Ｔｃｈ１と充電電流Ｉｃｈ１との積である電荷量Ｑ１、充電可能時間Ｔｃｈ２と充電電流Ｉｃｈ２との積である電荷量Ｑ２、および充電可能時間Ｔｃｈ３と充電電流Ｉｃｈ３との積である電荷量Ｑ３が互いに略同一となるように、充電電流をＩｃｈ１，Ｉｃｈ２，Ｉｃｈ３を設定しておくことで、充電可能時間がＴｃｈ１，Ｔｃｈ２，Ｔｃｈ３のうちいずれであっても蓄電部４を満充電状態まで充電することができる。このように、充電可能時間に応じて充電電流を設定することで、充電可能時間に応じて蓄電部４を適切に充電できる。

なお、充電可能時間に応じて充電電流を無段階に変更することも可能であるが、本実施の形態では、説明の便宜上、充電電流の値が互いに異なる複数の充電パターンから充電可能時間に応じて１つの充電パターンを選択する構成について例示する。

（制御構造）
次に、図５を参照して、本実施の形態に従う電力システムにおける充電動作を実現するための制御構造について説明する。

図５は、この発明の実施の形態に従う電力システムにおける充電動作を実現するための制御構造を示すブロック図である。なお、図５に示す機能ブロックは、代表的に充電ＥＣＵ４４が予め格納されたプログラムを実行することで実現されるが、その機能の一部または全部を専用のハードウェアとして実装してもよい。

図５を参照して、充電ＥＣＵ４４は、始動予定時刻設定部４４１と、現在時刻取得部４４２と、充電可能時間演算部４４３と、必要充電電力演算部４４４と、充電電流決定部４４５と、充電パターン格納部４４６とをその機能として含む。

始動予定時刻設定部４４１は、ナビゲーション装置６４と双方向にデータ通信可能であり、ナビゲーション装置６４に始動予定時刻を設定するための画面を表示するとともに、ユーザがナビゲーション装置６４を操作して設定する始動予定時刻を受入れる。

図６は、ナビゲーション装置６４に表示される始動予定時刻の設定画面の一例である。
図６を参照して、ナビゲーション装置６４には、一例として、次回の始動予定時刻を設定するモード、週単位で始動予定時刻を設定するモード、および期日単位で始動予定時刻を設定するモードの３つの設定方法が提供される。

より具体的には、ユーザは、ナビゲーション装置６４のカーソル操作部（図示しない）などを操作して画面上に表示されるカーソル２６０で所望の項目を選択する。たとえば、ユーザがラジオボタン２６０ａを選択すると、入力設定枠２１０に入力された値が次回の始動予定時刻として有効化される。この次回の始動予定時刻は、最も直近に生じ得る１回の始動についてのみ有効である。ユーザはラジオボタン２６０ａを選択後、対応する入力設定枠２１０に始動予定時刻、たとえば「７：００」を入力設定する。さらに、ユーザが決定ボタン２５０を選択すると、始動予定時刻の設定操作が完了する。

また、ユーザがラジオボタン２６０ｂを選択すると、週単位での始動予定時刻の設定が可能となる。この週単位での始動予定時刻の設定とは、代表的に、平日（月曜日から金曜日）における始動予定時刻の設定と、休日（土曜日、日曜日、祝日）における始動予定時刻の設定とを独立に行なうことを意味する。ユーザはラジオボタン２６０ｂを選択すると、入力設定枠２２０に平日の始動予定時刻、たとえば「７：００」を入力設定し、入力設定枠２２２に休日の始動予定時刻、たとえば「１０：００」を入力設定する。さらに、ユーザが決定ボタン２５０を選択すると、始動予定時刻の設定操作が完了する。

また、ユーザがラジオボタン２６０ｃを選択すると、期日単位での始動予定時刻の設定が可能となる。この期日単位での始動予定時刻の設定とは、所定期間に対して一律に始動予定時刻の設定を行なうことを意味する。ユーザはラジオボタン２６０ｃを選択すると、入力設定枠２３０ａに開始期日、たとえば「６月１日」を入力設定し、入力設定枠２３０ｂに終了期日、たとえば「６月１０日」を入力設定する。同時に、ユーザは入力設定枠２２０に始動予定時刻、たとえば「７：００」を入力設定する。さらに、ユーザが決定ボタン２５０を選択すると、始動予定時刻の設定操作が完了する。

なお、ユーザがキャンセルボタン２５２を選択すると、始動予定時刻の設定操作が取り消される。

上述のような操作によって、始動予定時刻の設定が図５に示す始動予定時刻設定部４４１に与えられる。

再度、図５を参照して、始動予定時刻設定部４４１は、ナビゲーション装置６４から始動予定時刻が与えられると、その始動予定時刻を充電可能時間演算部４４３へ出力する。

現在時刻取得部４４２は、ナビゲーション装置６４から現在時刻を取得し、その取得した現在時刻を充電可能時間演算部４４３へ出力する。上述したように、ナビゲーション装置６４は時計機能を含んでいるので、現在時刻取得部４４２はこの時計機能が計時する現在時刻を取得する。

充電可能時間演算部４４３は、始動予定時刻設定部４４１からの始動予定時刻と、現在時刻取得部４４２からの現在時刻との時間差を演算し、この時間差を充電可能時間として出力する。

一方、必要充電電力演算部４４４は、電池ＥＣＵ４０によって演算された蓄電部４のＳＯＣを取得し、当該ＳＯＣに基づいて蓄電部４を所定の充電状態（たとえば、ＳＯＣ＝９０％）にするために必要な必要充電電力ΔＰｃｈを演算する。より具体的には、必要充電電力演算部４４４は、蓄電部４についてＳＯＣに対する充電電力量の関係を示す充放電特性（代表的に、特性マップ）を予め格納するとともに、当該充放電特性を参照して、電池ＥＣＵ４０から取得した現在のＳＯＣに対応する充電電力量と、所定の充電状態における充電電力量とを演算する。さらに、必要充電電力演算部４４４は、演算した充電電力量の差を必要充電電力ΔＰｃｈと決定する。

充電電流決定部４４５は、充電可能時間演算部４４３からの充電可能時間と、必要充電電力演算部４４４からの必要充電電力ΔＰｃｈとに基づいて充電電流を決定する。より具体的には、充電電流決定部４４５は、必要充電電力ΔＰｃｈを充電可能時間で割った値（電力：Ｗに相当）を演算し、さらにこの値を蓄電部４の充電電圧の規定値で割ることで、対応の充電可能時間において蓄電部４を所定の充電状態まで充電するために必要な充電電流を演算する。本実施の形態では、予め設定された複数の充電パターンから最適な１つの充電パターンが選択されるため、充電電流決定部４４５は、演算した必要な充電電流に応じて、適切な１つの充電パターンを選択するためのパターン選択指令を充電パターン格納部４４６へ出力する。

図７は、図５に示す充電パターン格納部４４６に格納される充電パターンの一例を示す図である。

図７を参照して、充電パターン格納部４４６は、一例として３つの充電パターン（パターン１〜３）を予め格納する。蓄電部４の過放電を防止するために、各充電パターンでは、蓄電部４のＳＯＣが大きくなるほど充電電流を抑制するように規定されている。

パターン１は、蓄電部４を充電する際の最大許容電流を規定したものであり、蓄電部４に対する充電電流は、このパターン１に規定される充電電流を超えないように制限される。このパターン１は、蓄電部４を最小時間で所定の充電状態まで充電させる必要がある場合に選択される。

一方、パターン３は、蓄電部４の電気化学的な特性に基づいて、蓄電部４の劣化を抑制するために適した充電電流を規定したものである。このパターン３は、充電可能時間が十分長い場合に選択される。

パターン２は、パターン１とパターン３との中間的な特性を有し、パターン３に比較してより短時間で蓄電部４を所定の充電状態まで充電することが可能である。なお、パターン２は、パターン３に比較して蓄電部４に対する劣化への影響はやや大きくなる。

図５および図７を参照して、充電電流決定部４４５は、演算した必要な充電電流が充電電流Ｉｃｈ３（図７）以下である場合にはパターン３を選択し、演算した必要な充電電流が充電電流Ｉｃｈ３を超えて充電電流Ｉｃｈ２（図７）以下である場合にはパターン２を選択し、演算した必要な充電電流が充電電流Ｉｃｈ２を超えている場合にはパターン１を選択する。

なお、演算した必要な充電電流が充電電流Ｉｃｈ１を超えている場合には、その充電可能時間の期間内では蓄電部４を所定の充電状態まで充電することはできないが、蓄電部４を保護しつつ最大限に充電が行なえるため、この状況においては最適な充電電流となる。すなわち、充電電流が最大許容電流以下に制限されるので、蓄電部４を過大な充電電流で充電することによる劣化進行を抑制できる。

充電パターン格納部４４６は、充電電流決定部４４５からのパターン選択指令に応じて選択した１つの充電パターンに従って、各時点の蓄電部４のＳＯＣに対応する充電電流の値を充電電流指令Ｉｃｈ^＊として充電部３０へ与える。

以上のような制御構造によって、本実施の形態に従う電力システムにおける充電動作が実現される。

図５に示すこの発明の実施の形態と本願発明との対応関係については、始動予定時刻設定部４４１が「始動予定時刻設定手段」に相当し、現在時刻取得部４４２が「現在時刻取得手段」に相当し、充電可能時間演算部４４３が「充電可能時間演算手段」に相当し、始動予定時刻設定部４４１、現在時刻取得部４４２および充電可能時間演算部４４３が「充電可能時間取得手段」に相当し、電池ＥＣＵ４０が「充電状態取得手段」に相当し、必要充電電力演算部４４４が「必要充電電力演算手段」に相当し、充電電流決定部４４５が「充電電流決定手段」に相当し、必要充電電力演算部４４４、充電電流決定部４４５および充電パターン格納部４４６が「制御手段」に相当する。

以上の処理は、図８に示すような処理フローにまとめることができる。
（フローチャート）
図８は、この発明の実施の形態に従う充電動作の処理手順を示すフローチャートである。なお、図８は、車両１００がＩＧオフ状態の期間において、所定周期で繰返し実行される。

図５および図８を参照して、始動予定時刻設定部４４１として機能する充電ＥＣＵ４４は、ユーザ操作によってナビゲーション装置６４から始動予定時刻が設定されたか否かを判断する（ステップＳ１００）。始動予定時刻が設定されていない場合（ステップＳ１００においてＮＯの場合）には、処理は最初に戻る。

これに対して、始動予定時刻が設定された場合（ステップＳ１００においてＹＥＳの場合）には、現在時刻取得部４４２として機能する充電ＥＣＵ４４は、ナビゲーション装置６４から現在時刻を取得する（ステップＳ１０２）。そして、充電可能時間演算部４４３として機能する充電ＥＣＵ４４は、ステップＳ１００において設定された始動予定時刻と、ステップＳ１０２において取得した現在時刻との時間差から充電可能時間を演算する（ステップＳ１０４）。

また、必要充電電力演算部として機能する充電ＥＣＵ４４は、電池ＥＣＵ４０から蓄電部４のＳＯＣを取得する（ステップＳ１０６）。そして、必要充電電力演算部４４４として機能する充電ＥＣＵ４４は、ステップＳ１０６において取得した蓄電部４のＳＯＣに基づいて、蓄電部４を所定の充電状態にするために必要な必要充電電力を演算する（ステップＳ１０８）。

さらに、充電電流決定部４４５として機能する充電ＥＣＵ４４は、ステップＳ１０４において演算した充電可能時間と、ステップＳ１０８において演算した必要充電電力とに基づいて、蓄電部４を所定の充電状態まで充電するために必要な充電電流を演算する（ステップＳ１１０）。そして、充電電流決定部４４５として機能する充電ＥＣＵ４４は、ステップＳ１１０において演算した必要な充電電流に基づいて、１つの充電パターンを選択する（ステップＳ１１２）。

続いて、充電電流決定部４４５として機能する充電ＥＣＵ４４は、連結信号ＣＯＮに基づいて、コネクタ部２５０がコネクタ受入部２００に連結されているか否かを判断する（ステップＳ１１４）。

コネクタ部２５０がコネクタ受入部２００に連結されていなければ、コネクタ部２５０がコネクタ受入部２００に連結されるまで処理は中断する。ここで、中断期間が長くなり過ぎると充電可能時間に誤差が発生するので、中断期間が所定値（たとえば、５分）以上になると、処理は取り消される。言い換えれば、ユーザが始動予定時刻を設定してから所定時間内に外部充電を開始しない場合には、外部充電処理が取り消される。

具体的には、コネクタ部２５０がコネクタ受入部２００に連結されていない場合（ステップＳ１１４においてＮＯの場合）には、充電電流決定部４４５として機能する充電ＥＣＵ４４は、ステップＳ１１２の処理完了後からの経過時間が所定値を超えているか否かを判断する（ステップＳ１１６）。ステップＳ１１２の処理完了後からの経過時間が所定値を超えていない場合（ステップＳ１１６においてＮＯの場合）には、処理はステップＳ１１４に戻る。これに対して、ステップＳ１１２の処理完了後からの経過時間が所定値を超えている場合（ステップＳ１１６においてＹＥＳの場合）には、これまでの処理が取り消されて最初の処理に戻る。

コネクタ部２５０がコネクタ受入部２００に連結されている場合（ステップＳ１１４においてＹＥＳの場合）には、充電パターン格納部４４６として機能する充電ＥＣＵ４４は、電池ＥＣＵ４０から蓄電部４のＳＯＣを取得する（ステップＳ１１８）。そして、充電パターン格納部４４６として機能する充電ＥＣＵ４４は、ステップＳ１１８において取得した蓄電部４のＳＯＣが所定値（たとえば、９０％）に到達しているか否かを判断する（ステップＳ１２０）。蓄電部４のＳＯＣが所定値に到達していない場合（ステップＳ１２０においてＮＯの場合）には、充電パターン格納部４４６として機能する充電ＥＣＵ４４は、ステップＳ１１２において選択した充電パターンに従って、ステップＳ１１８において取得したＳＯＣに対応する充電電流の値を充電電流指令Ｉｃｈ^＊として充電部３０へ与える（ステップＳ１２２）。そして、処理はステップＳ１１８に戻る。

これに対して、蓄電部４のＳＯＣが所定値に到達している場合（ステップＳ１２０においてＹＥＳの場合）には、充電パターン格納部４４６として機能する充電ＥＣＵ４４は、充電電流指令Ｉｃｈ^＊としてゼロ値を充電部３０へ与えて、充電部３０による蓄電部４の充電を停止する（ステップＳ１２４）。そして、処理は最初に戻る。

この発明の実施の形態によれば、充電開始前に外部電源による蓄電部４の充電可能時間を予め取得するとともに、充電開始前に蓄電部４のＳＯＣを取得する。そして、この取得した充電可能時間とＳＯＣとに基づいて、充電部３０から蓄電部４への充電電流を制御するので、蓄電部４の充電可能時間に応じて蓄電部４を適切に充電できる。これにより、外部充電終了時において蓄電部４をほぼ満充電状態にすることができるとともに、蓄電部４に対する充電電流が最大許容電流を超えないように制限されるので蓄電部４の劣化を抑制できる。

なお、上述の説明では、ユーザがナビゲーション装置６４を操作して充電可能時間を設定する構成について例示したが、車両１００と充電ステーション３００（図１）との間をデータ通信可能に可能に構成するとともに、ユーザが住宅３０２側から充電可能時間を設定するようにしてもよい。

さらに、ナビゲーション装置６４は、車両１００がＩＧオン状態にされた時刻の履歴を格納するとともに、ユーザが始動予定時刻を設定しない場合であっても、ナビゲーション装置６４に格納された履歴に基づいて、平均的な始動予定時刻を自動的に設定するようにしてもよい。

［変形例］
上述した本実施の形態に従う電力システムにおける充電動作によれば、充電可能時間が十分に存在する場合には、図７に示すパターン３のような蓄電部４の劣化を抑制するために適した充電電流に従って充電動作が行なわれる。このような充電動作の後、車両１００が始動されることなく長時間放置されると、蓄電部４からは自然放電が生じる。また、充電動作中および充電動作終了直後には、蓄電部４の内部抵抗による発熱によって蓄電部４は昇温状態にあるが、長時間放置されると蓄電部４は冷却状態になってしまう。そのため、寒冷地や冬季の早朝や深夜などにおいては蓄電部４の充放電能力が低減すると問題が生じ得る。

そこで、この発明の実施の形態の変形例として、蓄電部４に対する充電の終了後から車両１００の始動時刻までの期間が長くなる場合には、蓄電部４を再充電する構成について説明する。このように蓄電部４を再充電することにより、蓄電部４の自然放電分を補充できるとともに、車両１００の始動時に蓄電部４を昇温状態にすることもできる。

図９および図１０を参照して、本実施の形態の変形例に従う電力システムにおける充電電流の制御の概略について説明する。

図９は、この発明の実施の形態の変形例に従う電力システムにおける外部充電に伴うＳＯＣの時間的な変化を示す図である。

図１０は、図９に対応する蓄電部４の電池温度の時間的な変化を示す図である。
なお、図９（ａ），図９（ｂ），図１０（ａ），図１０（ｂ）は、再充電動作を行なわない場合を示しており、図９（ｃ），図９（ｄ），図１０（ｃ），図１０（ｄ）は、再充電動作を行なう場合を示している。

図９（ａ）および図９（ｂ）を参照して、外部充電が時刻ｔ２１で終了し、その後所定期間経過した時刻ｔ２３において車両１００がＩＧオン状態になる場合を考える。時刻ｔ２１から時刻ｔ２３までの時間が長期間（たとえば、１週間）になると、蓄電部４からは自然放電が生じる。そのため、時刻ｔ２１において、蓄電部４のＳＯＣは満充電状態の値からΔＳＯＣだけ低下することになる。また、図１０（ａ）および図１０（ｂ）を参照して、蓄電部４の外部充電中や外部充電の終了直後では、蓄電部４の電池温度は相対的に高い値に維持されるが、時刻ｔ２１では相対的に低い値まで低下する。

そこで、本実施の形態の変形例に従う電力システムでは、蓄電部４に対する外部充電の終了後からの経過時間が所定値を超える場合に蓄電部４を再度充電して、始動予定時刻ｔ２３での蓄電部４の充電状態を満充電に近い状態にするとともに、蓄電部４の電池温度を相対的に高い温度まで昇温する。

図９（ｃ）および図９（ｄ）を参照して、蓄電部４に対する外部充電の終了後からの経過時間が所定値を超えた時刻ｔ２２において、再充電動作が開始される。この再充電動作によって、時刻ｔ２３における蓄電部４の充電状態を満充電に近い状態にすることができる。また、図１０（ｃ）および図１０（ｄ）を参照して、このような再充電動作によって、時刻ｔ２３における蓄電部４の電池温度も相対的に高い値にすることができるので、時刻ｔ２３以降の車両１００の走行時において、蓄電部４の充放電能力を最大限引き出すことができる。

（制御構造）
次に、図１１を参照して、本実施の形態の変形例に従う電力システムにおける充電動作を実現するための制御構造について説明する。

図１１は、この発明の実施の形態の変形例に従う電力システムにおける充電動作を実現するための制御構造を示すブロック図である。

図１１を参照して、本実施の形態の変形例に従う充電ＥＣＵ４４＃は、始動予定時刻設定部４４１と、現在時刻取得部４４２と、充電可能時間演算部４４３と、必要充電電力演算部４４４と、充電電流決定部４４５と、充電パターン格納部４４６と、再充電部４４７とをその機能として含む。なお、再充電部４４７を除く他の機能ブロックは、図５において説明したものと同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

再充電部４４７は、蓄電部４に対する充電の停止後から車両１００の始動時刻までの期間が所定値を超える場合に、充電部３０による蓄電部４の充電を再度実行する。具体的には、再充電部４４７はタイマ４４７ａを含み、タイマ４４７ａは、充電パターン格納部４４６からの蓄電部４の充電終了の情報に応答して時間積算を開始する。そして、再充電部４４７は、このタイマ４４７ａによって積算される時間が所定のしきい値を超過しているか否かに基づいて、再充電の必要の有無を判断する。そして、再充電部４４７は、蓄電部４に対して再充電が必要であると判断すると、始動予定時刻と現在時刻との時間差に基づいて再充電を開始するタイミングを決定する。すなわち、再充電部４４７は、始動予定時刻の直前に蓄電部４の外部充電が完了するように、再充電の開始タイミングを決定する。そして、再充電部４４７は、蓄電部４の再充電の開始タイミングになると、充電パターン格納部４４６に再充電指令を与える。

この再充電指令に応答して、充電パターン格納部４４６は、所定の充電電流指令Ｉｃｈ^＊を充電部３０へ与える。なお、この場合の充電電流指令Ｉｃｈ^＊は、蓄電部４の劣化を抑制するために適した充電電流（図７に示すパターン３における充電電流Ｉｃｈ３に相当）が好ましい。

以上の再充電に係る処理は、図１２に示すような処理フローにまとめることができる。
（フローチャート）
図１２は、この発明の実施の形態の変形例に従う再充電動作の処理手順を示すフローチャートである。なお、図１２は、車両１００がＩＧオフ状態の期間において、所定周期で繰返し実行される。

図１１および図１２を参照して、再充電部４４７として機能する充電ＥＣＵ４４＃は、蓄電部４が外部充電中から外部充電終了に変化したか否かを判断する（ステップＳ２００）。蓄電部４が外部充電中から外部充電終了に変化していない場合（ステップＳ２００においてＮＯの場合）には、処理は最初に戻る。

これに対して、蓄電部４が外部充電中から外部充電終了に変化した場合（ステップＳ２００においてＹＥＳの場合）には、再充電部４４７として機能する充電ＥＣＵ４４＃は、時間積算を開始する（ステップＳ２０２）。そして、再充電部４４７として機能する充電ＥＣＵ４４＃は、積算した時間が所定のしきい値を超過しているか否かを判断する（ステップＳ２０４）。積算した時間が所定のしきい値を超過していない場合（ステップＳ２０４においてＮＯの場合）には、処理はステップＳ２０４を繰返す。

これに対して、積算した時間が所定のしきい値を超過している場合（ステップＳ２０４においてＹＥＳの場合）には、再充電部４４７として機能する充電ＥＣＵ４４＃は、始動予定時刻設定部４４１から始動予定時刻を取得して、再充電の開始タイミングを決定する（ステップＳ２０６）。さらに、再充電部４４７として機能する充電ＥＣＵ４４＃は、現在時刻取得部４４２から現在時刻を取得して、現在時刻がステップＳ２０６で決定した再充電の開始タイミングに到達したか否かを判断する（ステップＳ２０８）。現在時刻がステップＳ２０６で決定した再充電の開始タイミングに到達していない場合（ステップＳ２０８においてＮＯの場合）には、処理はステップＳ２０８を繰返す。

現在時刻がステップＳ２０６で決定した再充電の開始タイミングに到達した場合（ステップＳ２０８においてＹＥＳの場合）には、充電パターン格納部４４６として機能する充電ＥＣＵ４４＃は、所定の充電電流指令Ｉｃｈ^＊を充電部３０へ与える（ステップＳ２１０）。

さらに、充電パターン格納部４４６として機能する充電ＥＣＵ４４＃は、電池ＥＣＵ４０から蓄電部４のＳＯＣを取得する（ステップＳ２１２）。そして、充電パターン格納部４４６として機能する充電ＥＣＵ４４＃は、ステップＳ２１２において取得した蓄電部４のＳＯＣが所定値（たとえば、９０％）に到達しているか否かを判断する（ステップＳ２１４）。蓄電部４のＳＯＣが所定値に到達していない場合（ステップＳ２１４においてＮＯの場合）には、処理はステップＳ２１０〜２１４を繰返す。

これに対して、蓄電部４のＳＯＣが所定値に到達している場合（ステップＳ２１４においてＹＥＳの場合）には、充電パターン格納部４４６として機能する充電ＥＣＵ４４＃は、充電電流指令Ｉｃｈ^＊としてゼロ値を充電部３０へ与えて、充電部３０による蓄電部４の充電を停止する（ステップＳ２１６）。そして、処理は最初に戻る。

この発明の実施の形態の変形例によれば、蓄電部の外部充電が終了した後から車両１００が始動されることなく長時間放置された場合であっても、車両１００の始動時において、蓄電部４をほぼ満充電の状態にすることができるとともに、車両１００の始動時から蓄電部４の充放電能力を最大限利用することができる。

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。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、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。

この発明の実施の形態に従う電力システムを備える車両に対して外部電源による充電を行なうための全体構成図である。 この発明の実施の形態に従う電力システムを備える車両の概略構成図である。 この発明の実施の形態に従う電力システムにおける外部充電の時間的な変化を示す図である。 この発明の実施の形態に従う電力システムにおける外部充電時の充電電流の決定方法について示す概念図である。 この発明の実施の形態に従う電力システムにおける充電動作を実現するための制御構造を示すブロック図である。 ナビゲーション装置に表示される始動予定時刻の設定画面の一例である。 図５に示す充電パターン格納部に格納される充電パターンの一例を示す図である。 この発明の実施の形態に従う充電動作の処理手順を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態の変形例に従う電力システムにおける外部充電に伴うＳＯＣの時間的な変化を示す図である。 図９に対応する蓄電部の電池温度の時間的な変化を示す図である。 この発明の実施の形態の変形例に従う電力システムにおける充電動作を実現するための制御構造を示すブロック図である。 この発明の実施の形態の変形例に従う再充電動作の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

４ 蓄電部（ＢＡＴ）、６ 昇降圧コンバータ（ＣＯＮＶ）、８−１，８−２ インバータ（ＩＮＶ１，ＩＮＶ２）、１０，１４ 電流センサ、１１ 温度センサ、１２，１６ 電圧センサ、１８ エンジン（ＥＮＧ）、２２ 動力分割機構、２４Ｆ 駆動輪、３０ 充電部、３０ａ 電流制御部、３０ｂ 電圧変換部、４０ 電池ＥＣＵ、４２ ＨＶ−ＥＣＵ、４４，４４＃ 充電ＥＣＵ、６０ パワースイッチ、６４ ナビゲーション装置、６６ アンテナ、１００ 車両、２００ コネクタ受入部、２００ａ 連結検出センサ、３００ 充電ステーション、３０２ 住宅、４４１ 始動予定時刻設定部、４４２ 現在時刻取得部、４４３ 充電可能時間演算部、４４４ 必要充電電力演算部、４４５ 充電電流決定部、４４６ 充電パターン格納部、４４７ 再充電部、４４７ａ タイマ、ＣＮＬ 負充電線、ＣＰＬ 正充電線、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＭＮＬ 負母線、ＭＰＬ 正母線、ＮＬ 負線、ＰＬ 正線、ＰＳ 商用電源供給線、ＰＳＬ 電力線。

Claims (7)

1. 車両に搭載される電力システムであって、
   充放電可能な蓄電部と、
   外部電源からの電力を受けて前記蓄電部を充電するための充電部と、
   充電開始前に前記外部電源による前記蓄電部の充電可能時間を予め取得する充電可能時間取得手段と、
   充電開始前に前記蓄電部の充電状態を取得する充電状態取得手段と、
   前記蓄電部の充電可能時間と前記蓄電部の充電状態とに基づいて、前記充電部から前記蓄電部への充電電流を制御する制御手段とを備え、
   前記充電可能時間取得手段は、
   ユーザからの前記車両の始動予定時刻の入力を受付ける始動予定時刻設定手段と、
   現在時刻を取得する現在時刻取得手段と、
   前記始動予定時刻が入力されたことに応答して、前記現在時刻と前記始動予定時刻との時間差を前記充電可能時間として演算し、前記始動予定時刻が入力されなかったことに応答して、前記現在時刻と前記車両がシステム起動状態にされた時刻の履歴に基づいて算出される始動予定時刻との時間差を前記充電可能時間として演算する充電可能時間演算手段とを含む、電力システム。
2. 前記制御手段は、
   前記蓄電部の充電状態に基づいて、前記蓄電部を所定の充電状態にするための必要充電電力を演算する必要充電電力演算手段と、
   充電電流の値が互いに異なる複数の充電パターンを格納する充電パターン格納手段と、
   前記必要充電電力を前記充電可能時間で割った値に基づいて、前記充電パターン格納手段に格納されている前記複数の充電パターンのうち１つを選択する充電電流決定手段とを含む、請求項１に記載の電力システム。
3. 前記複数の充電パターンの各々は、各充電パターンでは蓄電部の充電状態が大きくなるほど、充電電流の絶対値を小さくするように規定されている、請求項２に記載の電力システム。
4. 充電時に車両外部のコネクタ部と連結され、前記外部電源と前記充電部とを電気的に接続するコネクタ受入部をさらに備え、
   前記制御手段は、前記充電パターンのうち１つを選択した後、所定期間内に、前記コネクタ部が前記コネクタ受入部に連結されない場合には、前記蓄電部に対する充電処理を取消す、請求項２に記載の電力システム。
5. 前記制御手段は、前記蓄電部が所定の充電状態まで充電されると前記充電部による前記蓄電部の充電を停止し、
   前記蓄電部に対する充電の停止後から前記始動予定時刻までの期間が所定値を超えた場合に、前記充電部による前記蓄電部の再充電が必要であると判断するとともに、前記現在時刻と前記始動予定時刻との時間差に基づいて、再充電の開始タイミングを決定し、前記再充電の開始タイミングが到来すると、前記蓄電部の再充電を開始する再充電手段をさらに備える、
   請求項３または４記載の電力システム。
6. 前記制御手段は、前記蓄電部の充電状態に応じた最大許容電流を超えないように前記充電電流を制御する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力システム。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力システムと、
   前記電力システムの前記蓄電部からの電力により駆動力を発生する電動機とを備える、
   車両。

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