JP5249277B2 - 車両充電装置 - Google Patents
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Description
しかし、急速充電はバッテリに大量の電流を流してしまい、バッテリの寿命を縮めてしまう。さらに、ユーザーは、充電時は携帯充電装置によるローパワーモードと、据え置き
型の電源装置によるハイパワーモードのどちらか一方の充電モードしか選択できない。
以下、この発明の実施の形態1における車両充電装置について、図1〜図8に基づいて説明する。
図1はこの発明の実施の形態1である車両充電装置を搭載した電気自動車を示す概略図である。この電気自動車の車体10には、駆動輪側の前輪11と従動輪側の後輪12とを有しており、前輪11を駆動する駆動軸20には変速比が一定の歯車対21を介して車両駆動用の電動モータとしてのモータジェネレータ22が連結されている。モータジェネレータ22は、例えば三相交流式の同期発電機であり、これに電力を供給するための高電圧バッテリ27が蓄電デバイスとして車体10に搭載されている。高電圧バッテリ27は、二次電池であるリチウムイオン電池が使用されており、例えば400Vの直流電力を出力する。
電源プラグ42は給電ケーブル43を介して接続プラグ44に接続されている。したがって、電源プラグ42をコネクタ41に接続するとともに接続プラグ44を外部の電源端子つまり通常充電用電源に接続することにより、外部の電源端子が車載充電器30に電気的に接続されると、車載充電器30からは通信ネットワーク32により車両制御ユニット24および充電制御ユニット70に信号が送られるとともに高電圧バッテリ27に充電が行われる。
を行う充電切り替えユニット71を有している。
ている。操作パネル73と充電制御ユニット70は通信線74により接続されており、ユーザーが操作パネル73からの情報に基づいて、充電制御ユニット70は充電の切り替えを行う。ユーザーは操作パネル73を操作することによって、複数の充電モードの中から1つの充電モードを選択することが出来、この意味で操作パネル73は充電モード選択手段として機能する。複数の充電モードには、時間指定モード、充電最速モード、バッテリ寿命優先モード、料金節約モードがある。操作パネル73により選択された充電モードに基づいて充電切り替えユニット71は、第1の充電回路61と第2の充電回路62の切り替えを行う。また、操作パネル73から充電モードの選択をしない場合は自動切換えモードとなる。
また、コネクタ51に給電プラグ54が装着され、コネクタ41には電源プラグ42が装着されていない場合は、車載充電器34aと給電ケーブル31aとの接続を遮断して第1の充電回路61を無効(遮断)状態とし、給電ケーブル35aと給電ケーブル31aとを接続して第2の充電回路62を有効(接続)状態となるようリレー72を切り替える。
両方のコネクタ41、51に電源プラグ42と給電プラグ54とが装着された場合は、充電切り替えユニット71は操作パネル73により指定された充電モードに従ってリレー72の切り替えを行う。
時間指定モードでは、ユーザーは充電時間を操作パネル73から指定して設定すると、充電切り替えユニット71は指定した充電時間に従って第1の充電回路61と第2の充電回路62の使用割合を決定した充電モードに切り替え動作を行う。時間指定モードは設定した充電時間を過ぎると、充電切り替えユニット71は第1の充電回路61と第2の充電回路62をそれぞれ無効(遮断)の状態となるようリレー72を切り替え、充電を終了する。
of charge)の変化を示した一例である。
図3において、Charge current1、SOC1は急速充電器56で充電した場合の充電電流、高電圧バッテリ27のSOCであり、Charge current2、SOC2は車載充電器30で充電した場合の充電電流、高電圧バッテリ27のSOCをそれぞれ表している。
また、急速充電器56で高電圧バッテリ27を充電する場合、SOC1が大きくなるにつれて高電圧バッテリ27に流れる電流は急激に減少する。図3のΔI/Δtは急速充電器56の充電電流の変化率を表している。バッテリ寿命優先モードはこの変化率ΔI/Δtが所定の値を超えたときは、充電制御ユニット70の充電切り替えユニット71は、出力ケーブル34aと給電ケーブル31aを接続して第1の充電回路61を有効(接続)状態、給電ケーブル35aと給電ケーブル31aとの接続を遮断して第2の充電回路を無効(遮断)状態となるようリレー72を動作させる。
まず、ステップS100で高電圧バッテリ27の残存容量を算出し、ステップS110において、高電圧バッテリ27の残存容量が閾値Shi1未満か否かを判定する。ステップS110で高電圧バッテリ27の残存容量が閾値Shi1未満と判定された場合(Yes)においては、ステップS120で急速充電を有効、通常充電を無効とし、ステップS130で充電開始フラグがオン、充電時間がカウントされ、急速充電器56による充電が開始される。急速充電器56による充電は充電終了フラグがオンされるまで継続される。
、急速充電を無効とされ、急速充電器56による急速充電から車載充電器30による通常充電に切り替わる。
が所定の値を超えた場合は、ステップS300で、通常充電が有効、急速充電が無効とし、ステップS310で充電開始フラグがONされ、車載充電器30による充電が開始される。車載充電器30による充電は充電終了フラグがオンされるまで継続される。ステップS320で高電圧バッテリ27の残存容量を算出し、ステップS330で高電圧バッテリ27の残存容量が閾値Sfull以上か否かを判定する。ステップS330で高電圧バッテリ27の残存容量が閾値Sfull以上と判定された場合は、ステップS340で充電終了フラグがオンされ、ステップS350において、充電が停止され、急速充電が無効とされるとともに通常充電も無効であることが設定される。一方、ステップS330で高電圧バッテリ27の残存容量が閾値Sfull未満と判定された場合(No)は、ステップS320、ステップS330を繰り返す。
図示していないが、充電制御ユニット70には、第1の充電回路61により蓄電デバイス27を充電するために必要な電気料金と、第2の充電回路62により蓄電デバイス27を充電するために必要な電気料金と、第1の充電回路61と第2の充電回路62をそれぞれ使用して蓄電デバイス27を充電するために必要な電気料金を計算する機能と、電気料金が最も安い充電方法を選択する機能を有し、電気料金が最も安くなる充電方法に基づいて充電切り替えユニット71を切り替える。
まず、ステップS1で、電力会社から供給される電力が深夜電力となる深夜の時間帯であるかどうか判定する。ステップS1により、深夜電力と判定された場合(Yes)は、ステップS2において、高電圧バッテリ70の残存容量を算出する。次に、ステップS3において、急速充電器56による充電時間、車載充電器30による充電時間、または、車載充電器30と急速充電器56をそれぞれ組み合わせた場合の充電時間を計算する。次に、ステップS4において、それぞれの充電にかかる電気料金を計算する。次に、ステップ
S5で電気料金が最も安くなる、急速充電器56による充電と車載充電器30による充電との使用割合を算出する(車載充電器30による充電のみのときは10:0となる)。最後に、ステップS6において、算出結果に基づいて急速充電器56を使用した第2の充電回路62による充電と、車載充電器30を使用した第1の充電回路61による充電を、使用割合に応じて使い分けて充電を行う。一方、ステップS1において、深夜時間帯ではないと判定された場合(No)は、充電を開始せずステップS1の動作を繰り返す。
なお、以上の説明では、急速充電器56による充電と車載充電器30による充電との使用割合を算出するようにしたが、外部電源から供給される電力が深夜電力である場合、第1の充電回路61による通常充電と第2の充電回路62による急速充電を有効とし、第1の充電回路61と第2の充電回路62からの充電を同時に行うようにしてもよい。
また、外部電源から供給される電力が深夜電力でない場合、第1の充電回路61および第2の充電回路62を無効とし、蓄電デバイス27の充電を禁止するようにしてもよい。
次に、この発明の実施の形態2における車両充電装置について、図9〜図10に基づいて説明する。実施の形態2における車両充電装置は、バッテリ寿命優先モードの他の例を示すもので、車両充電装置を搭載した電気自動車を示す概略図は図1とほぼ同じであるが、この図1に図示していない高電圧バッテリ27の温度を検出する温度センサを設けている。温度センサからの温度情報は、バッテリ制御ユニット(BCU)26を介して通信ネットワーク32により充電制御ユニット70に送られるようになっている。
高電圧バッテリ27の充電時において、まず、ステップS01で急速充電器56による充電か否かを判定する。ステップS01で急速充電器56による充電と判定した場合(Yes)には、ステップS02で高電圧バッテリ27の温度情報を取得する。次に、ステップS03で高電圧バッテリ27の温度が閾値T1以上か否かを判定する。ステップS03で高電圧バッテリ27の温度がT1以上と判定した場合(Yes)は、ステップS04において、急速充電器56による充電から車載充電器30による充電に切り替わる。
一方、ステップS03で高電圧バッテリ27の温度が閾値T1未満と判定された場合(No)は、ステップS02、ステップS03の動作を繰り返す。
バッテリ27の温度がT1になった時点で、第1の充電回路61の通常通電に切り替わったことが分かる。
なお、切り替え判定に用いた温度情報は、高電圧バッテリ27の温度としたが、車体10の内部雰囲気温度、車載充電器30の素子の温度、気温等でもよい。
次に、この発明の実施の形態3における車両充電装置について、図11〜図12に基づいて説明する。実施の形態3における車両充電装置は、バッテリ寿命優先モードの他の例を示すもので、車両充電装置を搭載した電気自動車を示す概略図は図1とほぼ同じであるが、この図1に図示していない、高電圧バッテリ26の使用時間を積算する機能、または高電圧バッテリ26の充放電回数を積算する機能を充電制御ユニット70に設置している。使用時間は、例えば出荷時の時間を記憶させておき、高電圧バッテリ27を充電するたび、出荷時の時間と現在の時間とを比較し、高電圧バッテリ27の使用時間を算出する。
なお、高電圧バッテリ26の使用時間積算機能または高電圧バッテリ26の充放電回数積算機能はバッテリ制御ユニット(BCU)26に設置してもよい。もし、バッテリ制御ユニット(BCU)26に設置される場合、使用時間情報または充放電回数情報は、バッテリ制御ユニット(BCU)26を介して通信ネットワーク32により充電制御ユニット70に送られるようになっている。
そこで、バッテリ寿命優先モードでは、高電圧バッテリ27の使用時間、充放電回数に応じて、急速充電器56による充電と車載充電器30による充電の切り替えタイミング(使用割合)を変更する。
まず、ステップS001において、高電圧バッテリ27の使用時間を読み出す。次に、ステップS002において、高電圧バッテリ27の残存容量を算出し、ステップS003において急速充電器56による充電か否かを判定する。ステップS003において、急速充電器56による充電と判定された場合(Yes)は、ステップS004に置いて、急速充電器56による充電と車載充電器30による充電の切り替えポイントP1を算出する。次に、ステップS005において、高電圧バッテリ27の使用時間が閾値t1より長いか否かを判定する。ステップS005において、高電圧バッテリ27の使用時間が閾値t1より長いと判定された場合(Yes)は、ステップS006において、算出した切り替えポイントP1より、急速充電器56による充電時間が短い切り替えポイントP2を算出し、P1に代入する。次に、ステップS007において、切り替えポイントP1で車載充電器30による充電に切り替わる。一方、ステップS005において、高電圧バッテリ27の使用時間が閾値t1より短いと判定された場合(No)は、ステップS007を実行する。
間が長い切り替えポイントP4を算出し、P3に代入する。次に、ステップS017において、切り替えポイントP3で車載充電器30による充電に切り替わる。一方、ステップS015において、高電圧バッテリ27の使用時間が閾値t1より短いと判定された場合(No)は、ステップS017を実行する。
なお、今回、充電切り替えユニット71よる切り替え判定情報は、高電圧バッテリ27の使用時間としたが、前述したように、高電圧バッテリ27の充放電回数としても良い。
次に、この発明の実施の形態4における車両充電装置について、図13〜図14に基づいて説明する。実施の形態4における車両充電装置は、バッテリ寿命優先モードの他の例を示すもので、実施の形態3では高電圧バッテリ70の使用時間または充放電回数に応じて、急速充電器56による充電と車載充電器30による充電の使用割合を変更するようにしたが、実施の形態4の発明は高電圧バッテリ70の使用時間または充放電回数に応じて、
高電圧バッテリ70に流れ込む電流量を制限するようにしたものである。
まずステップS0010で高電圧バッテリ27の使用時間を読み出し、ステップS0011において、高電圧バッテリ27の使用時間に基づいて、高電圧バッテリ27に流れ込む許容電流量を算出する。次に、ステップS0012において、急速充電器56による充電か否かを判定する。ステップS0012において、急速充電器56による充電と判定した場合(Yes)は、ステップS0013において、高電圧バッテリ27を充電する電流量を検出する。次に、ステップS0014において、検出した電流量が算出した許容電流より大きいか否かを判定する。ステップS0014において、検出した電流量が算出した許容電流より大きいと判定した場合(Yes)は、ステップS0015において、高電圧バッテリ27に流れる電流量を算出した許容電流量に抑える。
行結果のイメージを図14に示す。図14は高電圧バッテリ27の使用時間が長い場合に、急速充電による充電電流値を破線から実線に下げて充電することにより、高電圧バッテリ27の寿命を長くした例を示す。
なお、今回、高電圧バッテリ27の使用時間に基づいて、許容電流量を算出したが、高電圧バッテリ27の充放電回数で許容電流量を算出しても良い。
また、複数の充電モードとして、時間指定モードと充電最速モードとバッテリ寿命優先モードと料金節約モードを有する場合について説明したが、前記した複数のモードの中から少なくとも2つ以上の充電モードを有するものでもよい。その場合はバッテリ寿命優先モードは必須とするのが望ましい。
また、複数の充電モードとして、ユーザーが指定した時間通りに高電圧バッテリ27を充電する時間指定モードを備えることによって、充電時間に多様性を持たすことができる。
複数の充電モードとして、急速充電器56による高電圧バッテリ27への充電と車載充電器30による高電圧バッテリ27への充電を同時に行う充電最速モードを備えることによって、急速充電と通常充電を同時に行うことで、高電圧バッテリ27の満充電までの充電時間を短縮できる。
複数の充電モードとして、充電に使用する電気料金が深夜料金のときに充電する、または、急速充電器56による充電と車載充電器30による充電、急速充電器56と車載充電器30を組み合わせた充電とそれぞれにかかる電気料金を比較し、もっとも安い充電方法を選択する料金節約モードを備えることによって、高電圧バッテリ27を充電する電気料金を節約することができる。
23:インバータ 24:車両制御ユニット(EV−ECU)
25:リレー 26:バッテリ制御ユニット(BCU)
27:高電圧バッテリ(蓄電デバイス) 28:DC/DCコンバータ
29:低電圧バッテリ 30:車載充電器
31a、31b:給電ケーブル 32:通信ネットワーク
33:給電ケーブル 34a、34b:出力ケーブル
35a、35b:給電ケーブル
40:接続端子 41:コネクタ
42:電源プラグ 43:給電ケーブル
44:接続プラグ
50:接続端子 51:コネクタ
52a、52b:信号端子 53:給電端子
54:給電プラグ 55a、55b:給電ケーブル
56:急速充電器 57a、57b:
58:昇圧コンバータ 59:信号線
60:リレー
61:第1の充電回路 62:第2の充電回路
70:充電制御ユニット(制御回路) 71:充電切り替えユニット
72:リレー 73:操作パネル
74:信号線 75:降圧コンバータ
76:電流制御ユニット
Claims (14)
- 外部電源から供給される電力を車載充電器を介して車両駆動用の電動モータに電力を供給する蓄電デバイスに充電する第1の充電回路と、外部充電器から供給される電力を前記車載充電器を介さずに前記蓄電デバイスに充電する第2の充電回路と、前記蓄電デバイスを充電する充電モードとして、時間指定モードと充電最速モードとバッテリ寿命優先モードと料金節約モードの中から複数の充電モードを有し、この複数の充電モードのうち、1つの充電モードを選択する充電モード選択手段と、前記充電モード選択手段の選択結果に基づいて前記第1の充電回路と前記第2の充電回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記時間指定モードが選択された場合は、指定した充電時間に従って前記第1の充電回路と前記第2の充電回路の使用割合を決定して制御し、前記充電最速モードが選択された場合は、前記第1の充電回路と前記第2の充電回路からの充電を同時に行うよう制御し、前記バッテリ寿命優先モードが選択された場合は、前記第1の充電回路または前記第2の充電回路から前記蓄電デバイスに流れる電流量を所定値に抑えるよう制御し、前記料金節約モードが選択された場合は、前記蓄電デバイスを充電するために必要な電気料金を計算して電気料金が最も安くなる充電方法を選択し、この選択結果に基づいて前記第1の充電回路と前記第2の充電回路を制御するようにした車両充電装置。
- 前記制御手段は、前記第1の充電回路と前記第2の充電回路を切り替える充電切り替え手段を有し、前記充電切り替え手段は、時間指定モードが選択された場合に、前記第1の充電回路と前記第2の充電回路の総充電時間がどちらも指定した充電時間より長い場合は、総充電時間が短い方の充電回路により前記蓄電デバイスを充電することを特徴とする請求項1に記載の車両充電装置。
- 前記制御手段は、前記第1の充電回路と前記第2の充電回路を切り替える充電切り替え手段を有し、前記充電切り替え手段は、時間指定モードが選択された場合に、前記第1の充電回路と前記第2の充電回路の総充電時間のどちらか一方が指定した充電時間より短い場合は、総充電時間が短い方の充電回路により前記蓄電デバイスを充電し、総充電時間が長い方の総充電時間が指定した充電時間より短くなった場合は、総充電時間が長い方の充電回路により前記蓄電デバイスを充電することを特徴とする請求項1に記載の車両充電装置。
- 前記制御手段は、前記第1の充電回路と前記第2の充電回路を切り替える充電切り替え手段を有し、前記充電切り替え手段は、時間指定モードが選択された場合に、前記第1の充電回路と前記第2の充電回路の総充電時間がどちらも指定した充電時間より短い場合は、総充電時間が長い方の充電回路により前記蓄電デバイスを充電することを特徴とする請求項1に記載の車両充電装置。
- 前記制御手段は、バッテリ寿命優先モードが選択された場合に、前記外部充電器から前記第2の充電回路を介して前記蓄電デバイスに流れる電流量が第1の所定値を超えた場合は、前記第2の充電回路に流れる電流量を前記第1の所定値より小さい第2の所定値に抑え、前記蓄電デバイスに充電することを特徴とする請求項1に記載の車両充電装置。
- 前記制御手段は、バッテリ寿命優先モードが選択された場合に、前記外部充電器から前記第2の充電回路を介して前記蓄電デバイスを充電している場合において、前記蓄電デバイスに流れる電流量を測定し、前記蓄電デバイスに所定以上の電流量を流すことを禁止することを特徴とする請求項1に記載の車両充電装置。
- 前記制御手段は、前記第1の充電回路と前記第2の充電回路を切り替える充電切り替え手段を有し、前記充電切り替え手段は、バッテリ寿命優先モードが選択された場合に、前記蓄電デバイスのSOC(State of charge)が所定の値を超えた場合は、前記第1の充電回路を有効、前記第2の充電回路を無効とし、当該有効とされた充電回路により前記蓄電デバイスを充電することを特徴とする請求項1または請求項5に記載の車両充電装置。
- 前記制御手段は、前記第1の充電回路と前記第2の充電回路を切り替える充電切り替え手段を有し、前記充電切り替え手段は、バッテリ寿命優先モードが選択された場合に、前記第2の充電回路を介して前記蓄電デバイスに流れる電流の変化率が所定の値を超えた場合は、前記第1の充電回路により前記蓄電デバイスを充電することを特徴とする請求項1、5〜7のいずれか1項に記載の車両充電装置。
- 前記制御手段は、前記第1の充電回路と前記第2の充電回路を切り替える充電切り替え手段を有し、前記充電切り替え手段は、バッテリ寿命優先モードが選択された場合に、前記第2の充電回路から前記蓄電デバイスを充電している場合において、車内の温度または前記蓄電デバイスが所定温度を超えた場合は、前記第1の充電回路により前記蓄電デバイスを充電することを特徴とする請求項1、5〜8のいずれか1項に記載の車両充電装置。
- 前記蓄電デバイスの使用時間または充放電回数を積算する手段を備え、バッテリ寿命優先モードが選択された場合に、前記使用時間または充放電回数により前記第1の充電回路による充電と前記第2の充電回路による充電の切り替えタイミングを変更することを特徴とする請求項1、5〜9のいずれか1項に記載の車両充電装置。
- 前記蓄電デバイスの使用時間または充放電回数を積算する手段を備え、バッテリ寿命優先モードが選択された場合に、前記第2の充電回路から前記蓄電デバイスを充電している場合において、前記蓄電デバイスの使用時間または充放電回数により、前記蓄電デバイスに流れる電流量を制限することを特徴とする請求項1、5〜9のいずれか1項に記載の車両充電装置。
- 前記制御手段は、料金節約モードが選択された場合に、前記第1の充電回路により前記蓄電デバイスを充電するために必要な電気料金と、前記第2の充電回路により前記蓄電デバイスを充電するために必要な電気料金と、前記第1の充電回路と前記第2の充電回路をそれぞれ使用して前記蓄電デバイスを充電するために必要な電気料金のうち、電気料金が
最も安いものを選択し、この選択結果に基づいて、前記第1の充電回路と前記第2の充電回路を制御することを特徴とする請求項1に記載の車両充電装置。 - 前記制御手段は、料金節約モードが選択された場合に、前記外部電源から供給される電力が深夜電力である場合においては、前記第1の充電回路と前記第2の充電回路を有効とし、前記第1の充電回路と前記第2の充電回路からの充電を同時に行うことを特徴とする請求項1に記載の車両充電装置。
- 前記制御手段は、料金節約モードが選択された場合に、前記外部電源から供給される電力が深夜電力でない場合においては、前記第1の充電回路および前記第2の充電回路を無効とし、前記蓄電デバイスの充電を禁止することを特徴とする請求項1に記載の車両充電装置。
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