JP5293773B2 - 蓄電装置用の充電装置およびそれを搭載する車両、ならびに充電装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電装置用の充電装置およびそれを搭載する車両、ならびに充電装置の制御方法に関し、より特定的には、外部からの電力を用いて搭載された蓄電装置の充電が可能な車両における充電制御に関する。

近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタなど）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する車両が注目されている。このような車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。そして、これらの車両に搭載される蓄電装置を発電効率の高い商用電源により充電する技術が提案されている。

ハイブリッド車においても、電気自動車と同様に、車両外部の電源（以下、単に「外部電源」とも称する。）からの電力を用いて車載の蓄電装置の充電（以下、単に「外部充電」とも称する。）が可能な車両が知られている。たとえば、家屋に設けられた電源アウトレットと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置の充電が可能ないわゆる「プラグイン・ハイブリッド車」が知られている。これにより、ハイブリッド自動車の燃料消費効率を高めることが期待できる。

特開２００７−１７８２１５号公報（特許文献１）は、二次電池の充電が可能な電源システムにおいて、二次電池の内部抵抗の温度依存性に対応させて充電電流を制限して、二次電池の充電状態（以下、「State Of Charge：ＳＯＣ」とも称する。）の推定を行なうことによって、ＳＯＣの推定精度を向上させる構成を開示する。

特開２００７−１７８２１５号公報 特開２０１０−１３６５５５号公報 特開２００９−０７２０２９号公報

外部充電が可能な車両においては、次回の車両の運転を開始する際に、蓄電装置が十分に充電された状態となっていることが望ましい。一方で、蓄電装置によっては、高いＳＯＣの状態を長時間継続すると蓄電装置の劣化を促進してしまう場合がある。このため、ユーザにより設定された充電終了予定時刻（あるいは、次回車両運転開始予定時刻）に基づいて、その充電終了予定時刻の直前にＳＯＣが満充電状態となるようなタイマー充電機能を有する車両が存在する。

このタイマー充電機能においては、充電終了予定時刻における充電不足や、早期に充電が完了してしまい高ＳＯＣ状態が長時間継続することに起因して生じ得る蓄電装置の劣化を抑制するために、蓄電装置の充電時間をできるだけ正確に推定することが必要とされる。

一方で、蓄電装置が受容可能な充電電力は、蓄電装置の温度およびＳＯＣによって制限される場合がある。そのため、充電時間の正確な推定においては、蓄電装置の充電特性を考慮することが重要となる。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、外部充電が可能な車両において、蓄電装置の充電時間をより正確に推定することである。

本発明の充電装置は、電力供給装置と、制御装置とを備え、蓄電装置を充電する。電力供給装置は、電源からの電力を用いて蓄電装置に充電電力を供給する。制御装置は、ユーザにより入力される充電終了時刻に応じて充電開始時刻を設定し、電力供給装置に蓄電装置の充電動作を実行させる。制御装置は、蓄電装置の充電状態に対応して定められた電力供給装置の出力電力によって充電を行なう第１の領域、および、蓄電装置の温度および充電状態に基づいて、定められた電力供給装置の出力電力よりも小さく設定される充電電力で充電を行なう第２の領域を決定する。そして、制御装置は、第１の領域における第１の充電時間および第２の領域における第２の充電時間の演算からトータル充電時間を推定し、入力された充電終了時刻および推定されたトータル充電時間に基づいて、充電開始時刻を設定する。

好ましくは、蓄電装置は、蓄電装置の温度が低くなるほど、受容可能な充電電力が制限される特性を有する。制御装置は、蓄電装置の特性に基づいて第１および第２の領域を決定する。

好ましくは、制御装置は、ユーザにより充電終了時刻が入力された場合に、充電開始時刻における蓄電装置の予測温度を演算し、予測温度に基づいて第１および第２の領域を決定する。

好ましくは、制御装置は、第１の領域において、定められた電力供給装置の出力電力および充電状態の変化量に基づいて、第１の充電時間を演算する。

好ましくは、制御装置は、蓄電装置の温度および第２の領域が開始されるときの充電状態に基づいて、予め定められたマップを用いて第２の充電時間を演算する。

好ましくは、電力供給装置の出力電力は、蓄電装置の充電状態に応じて、複数の電力レベルに設定される。制御装置は、複数の電力レベルの各々についての第１および第２の充電時間を演算するとともに、演算された第１および第２の充電時間の和を、複数の電力レベルにわたって加算することによってトータル充電時間を推定する。

本発明による車両は、蓄電装置と、駆動装置と、電力供給装置と、制御装置とを備える。駆動装置は、蓄電装置からの電力を用いて走行駆動力を発生する。電力供給装置は、外部電源からの電力を用いて蓄電装置に充電電力を供給する。制御装置は、ユーザにより入力される充電終了時刻に応じて充電開始時刻を設定し、電力供給装置に蓄電装置の充電動作を実行させる。制御装置は、蓄電装置の充電状態に対応して定められた電力供給装置の出力電力によって充電を行なう第１の領域、および、蓄電装置の温度および充電状態に基づいて、定められた電力供給装置の出力電力よりも小さく設定される充電電力で充電を行なう第２の領域を決定する。そして、制御装置は、第１の領域における第１の充電時間および第２の領域における第２の充電時間の演算からトータル充電時間を推定し、入力された充電終了時刻および推定されたトータル充電時間に基づいて、充電開始時刻を設定する。

本発明による充電装置の制御方法は、蓄電装置を充電するための充電装置についての制御方法である。充電装置は、電源からの電力を用いて蓄電装置に充電電力を供給するための電力供給装置を含む。制御方法は、蓄電装置の充電状態に対応して定められた電力供給装置の出力電力によって充電を行なう第１の領域、および、蓄電装置の温度および充電状態に基づいて、定められた電力供給装置の出力電力よりも小さく設定される充電電力で充電を行なう第２の領域を決定するステップと、第１の領域における第１の充電時間および第２の領域における第２の充電時間の演算からトータル充電時間を推定するステップと、ユーザにより入力される充電終了時刻および推定されたトータル充電時間に基づいて、充電開始時刻を設定するステップと、充電開始時刻の到達したことに応答して、電力供給装置に蓄電装置の充電動作を実行させるステップとを備える。

本発明によれば、外部充電が可能な車両において、蓄電装置の充電時間をより正確に推定することができる。

本実施の形態に従う車両を含む充電システムの全体ブロック図である。 ＳＯＣによる充電電力の制限を説明するための第１の図である。 ＳＯＣによる充電電力の制限を説明するための第２の図である。 蓄電装置の温度の変化と充電電力の制限が開始されるＳＯＣとの関係を説明するための図である。 充電電力が制限されている場合に、充電時間を演算するためのマップの一例を示す図である。 実施の形態１において、ＥＣＵで実行される充電制御処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２における、ＳＯＣによる充電電力の制限を説明するための第１の図である。 実施の形態２における、ＳＯＣによる充電電力の制限を説明するための第２の図である。 実施の形態２において、ＥＣＵで実行される充電制御処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２の他の例における、ＳＯＣによる充電電力の制限を説明するための図である。

以下、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、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、本実施の形態に従う車両１００を含む充電システム１０の全体ブロック図である。図１を参照して、車両１００は、蓄電装置１１０と、システムメインリレーＳＭＲ１１５と、駆動装置であるＰＣＵ（Power Control Unit）１２０と、モータジェネレータ１３０と、動力伝達ギア１４０と、駆動輪１５０と、温度センサ１６０と、制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）３００とを備える。

蓄電装置１１０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１１０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。

蓄電装置１１０は、電力線ＰＬ１，ＮＬ１を介してＰＣＵ１２０に接続される。そして、蓄電装置１１０は、車両１００の駆動力を発生させるための電力をＰＣＵ１２０に供給する。また、蓄電装置１１０は、モータジェネレータ１３０で発電された電力を蓄電する。蓄電装置１１０の出力はたとえば２００Ｖ程度である。

蓄電装置１１０には、いずれも図示しないが、蓄電装置１１０の電圧を検出するための電圧センサ、入出力電流を検出するための電流センサ、および蓄電装置１１０の温度を検出するための温度センサが設けられる。検出された電圧ＶＢ、電流ＩＢおよび温度ＴＢは、ＥＣＵ３００へ出力される。ＥＣＵ３００は、これらの検出値に基づいて、蓄電装置１１０のＳＯＣを演算する。

ＳＭＲ１１５に含まれるリレーは、蓄電装置１１０と電力線ＰＬ１，ＮＬ１との間に接続される。そして、ＳＭＲ１１５は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１に基づいて、蓄電装置１１０とＰＣＵ１２０との間での電力の供給と遮断とを切換える。

ＰＣＵ１２０は、いずれも図示しないが、コンバータ、インバータなどが含まれる。コンバータは、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣにより制御されて蓄電装置１１０からの電圧を変換する。インバータは、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＩにより制御されて、コンバータで変換された電力を用いてモータジェネレータ１３０を駆動する。

モータジェネレータ１３０は交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。

モータジェネレータ１３０の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギア１４０を介して駆動輪１５０に伝達されて、車両１００を走行させる。モータジェネレータ１３０は、車両１００の回生制動動作時には、駆動輪１５０の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、ＰＣＵ１２０によって蓄電装置１１０の充電電力に変換される。

なお、図１においては、モータジェネレータおよびインバータのペアが１つ設けられる構成が示されるが、モータジェネレータおよびインバータの数はこれに限定されない。２つより多くのモータジェネレータおよびインバータのペアが設けられる構成であってもよい。

なお、図１においては、車両１００が電気自動車である場合を例として説明するが、本実施の形態における車両１００は、車両駆動力発生用の電動機を搭載する車両を示すものであり、電気自動車の他に、エンジンおよび電動機により車両駆動力を発生するハイブリッド自動車や、燃料電池を搭載した燃料電池自動車などが含まれる。

ハイブリッド自動車である場合には、モータジェネレータ１３０は、動力伝達ギア１４０を介して図示しないエンジンにも結合される。そして、ＥＣＵ３００は、エンジンおよびモータジェネレータ１３０を協調的に動作させることによって、必要な車両駆動力が得られるようにする。この場合、エンジンの回転による発電電力を用いて、蓄電装置１１０を充電することも可能である。

温度センサ１６０は、車両外部の外気温を検出する。そして、温度センサ１６０は、検出した気温ＴＭＰをＥＣＵ３００へ出力する。

車両１００は、外部電源５００からの電力によって蓄電装置１１０を充電するための構成として、さらに、インレット２２０と、電力変換装置２００と、充電リレーＣＨＲ２１０とを含む。なお、本実施の形態における「電力変換装置２００」は、本発明の「電力供給装置」に対応する。

インレット２２０は、車両１００の外表面に設けられる。インレット２２０には、充電ケーブル４００のコネクタ４１０が接続される。そして、外部電源５００からの電力が、充電ケーブル４００を介して車両１００に伝達される。

充電ケーブル４００は、コネクタ４１０に加えて、外部電源５００のコンセント５１０に接続するためのプラグ４２０と、コネクタ４１０およびプラグ４２０とを電気的に結ぶ電線部４３０とを含む。また、図１には示さないが、電線部４３０には、外部電源５００からの電力の供給および遮断を切換えるための充電回路遮断装置（Charging Circuit Interrupt Device：ＣＣＩＤ）が含まれてもよい。

電力変換装置２００は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介して、インレット２２０に接続される。また、電力変換装置２００は、電力線ＰＬ２，ＮＬ２によって、充電リレーＣＨＲ２１０を介して蓄電装置１１０に接続される。

電力変換装置２００は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＤにより制御され、インレット２２０から供給される交流電力を蓄電装置１１０の充電電力に変換する。

ＣＨＲ２１０は、ＥＣＵ３００からの制御指令ＳＥ２によって制御され、電力変換装置２００から蓄電装置１１０への電力の供給と停止とを切換える。

ＥＣＵ３００は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１００および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

ＥＣＵ３００は、ユーザの操作によって入力される充電終了予定時刻Ｔ＿ＥＮＤを受ける。そして、ＥＣＵ３００は、入力された充電終了予定時刻Ｔ＿ＥＮＤにおいて、蓄電装置１１０が満充電状態に到達するようなタイマー充電制御を実行する。この充電制御において、ＥＣＵ３００は、具体的には、以下でより詳細に説明するように、蓄電装置１１０の温度ＴＢおよびＳＯＣに基づいて、蓄電装置１１０の充電特性を考慮しながら必要となる充電時間を推定する。そして、ＥＣＵ３００は、推定された充電時間から充電開始時刻を決定し、当該充電開始時刻に到達すると電力変換装置２００を駆動して蓄電装置１１０の充電を実行する。

図２は、蓄電装置１１０のＳＯＣと充電電力との関係を説明するための図である。図２を参照して、蓄電装置１１０の充電を開始する前の電池残量がＳ０であり、この状態から満充電状態であるＳｍａｘまで充電を行なう場合を考える。このとき、図２におけるＳＯＣがＳ０からＳ１までの間は、予め定められた一定の充電電力Ｐ１によって充電が実行される。この充電電力Ｐ１は、たとえば、電力変換装置２００から出力可能な最大の出力電力、あるいは、蓄電装置１１０により受容可能な最大の受容電力に基づいて定められる。言い換えれば、充電電力Ｐ１は、図１の充電システム１０における定格充電電力に基づいて定められる。

一方、ＳＯＣがＳ１からＳｍａｘであるような、相対的に高ＳＯＣの領域においては、蓄電装置１１０が受容可能な充電電力は、図２中の線Ｗ２のように、上記の電力Ｐ１よりも小さい充電電力に設定される。

これは、高ＳＯＣ状態となった場合には、蓄電装置１１０に含まれる各蓄電素子（図示せず）において、エネルギを受容することができる領域が小さくなり、蓄電素子内部の化学反応がＳＯＣが低い場合に比べて鈍くなってしまうことに起因する。このように、蓄電素子内部の反応が低くなると、図２中の破線Ｗ１のような大きな充電電力で充電した場合には、蓄電素子で十分に電力を受容することができなくなり、たとえばリチウムイオン電池においては、受容できなかった電気エネルギによって金属Ｌｉの析出が生じ、蓄電素子の劣化を招いてしまうおそれがある。したがって、ＳＯＣがＳ１を上回る領域においては、蓄電装置１１０を保護するために、蓄電装置１１０の充電特性によって充電電力を制限する必要がある。

このような充電経過をたどる場合、満充電に到達するまでの充電時間は、ＳＯＣがＳ０からＳ１までの領域（以下、「非制限領域」とも称する。）における充電時間と、ＳＯＣがＳ１を上回る領域（以下、「制限領域」とも称する。）における充電時間との総和によって定められる。

また、蓄電装置１１０の充電特性については、蓄電装置１１０の温度ＴＢによっても影響を受ける。蓄電装置１１０は、一般的に、温度ＴＢの低下に伴って、蓄電素子内における化学反応が鈍くなってしまう傾向がある。そのため、上述と同様に、同じＳＯＣであっても、温度ＴＢが低い場合には受容可能な電力が低下する。言い換えれば、同じ充電電力であっても、温度ＴＢが低下すると、当該充電電力を受容できなくなってしまうことが起こり得る。これによって、図３の破線Ｗ３，Ｗ４に示されるように、非制限領域から制限領域に切換わる制限開始のＳＯＣの値が、Ｓ１からＳ１Ａ，Ｓ１Ｂと変化し得る。

そのため、充電動作を実行する際の蓄電装置１１０の温度ＴＢによって、満充電状態となるまでのトータル充電時間が変動してしまう。上述のように、ユーザによって入力された充電終了予定時刻に基づいたタイマー充電制御を行なう場合には、このような充電時間の変動によって、実際の充電終了時刻が入力された充電終了予定時刻に対してずれてしまうため、充電終了予定時刻において充電不足となったり、充電終了予定時刻よりも早く充電が完了してしまうことによって蓄電装置１１０の劣化が促進されたりするおそれがある。

したがって、充電時間をより正確に推定するには、蓄電装置１１０のこのような充電特性を考慮することが必要となる。

次に、実施の形態１における充電時間の推定手法について説明する。図２において、非制限領域においては、ほぼ一定の充電電力Ｐ１によって充電動作が実行される。そのため、非制限領域における充電時間ｔ１は、蓄電装置１１０の定格充電電力量をＥＮＧＲとすると、以下の式（１）で算出される。

ｔ１＝ＥＮＧＲ×（Ｓ１−Ｓ０）×Ｐ１ … （１）
式（１）においては、図３で説明したように、蓄電装置１１０の温度ＴＢによって制限開始のＳＯＣであるＳ１が変動する。このＳ１の決定については、図４で示されるようなマップから演算することができる。図４は、蓄電装置１１０の許容充電電力と制限開始ＳＯＣとの関係を示すマップの一例であり、蓄電装置１１０の温度ＴＢがＴ１０〜Ｔ１５の場合における上記の関係が曲線Ｗ１０〜Ｗ１５で示される。なお、図４において、横軸の充電電力は、Ｐ１０側になるほど充電電力が大きくなることに注意されたい。

図４からわかるように、同じ充電電力であれば、温度ＴＢが低いほど、制限が開始されるＳＯＣが小さくなる。また、同じ温度の場合には、充電電力が大きくなるほど、制限が開始されるＳＯＣが小さくなる。たとえば、蓄電装置１１０の温度ＴＢがＴ１３であり、充電電力がＰ１１の場合には、ＳＯＣがＳ１０まで増加すると充電電力の制限が開始される。

その後、ＳＯＣがＳ１０より大きくなるにつれて、充電電力がＰ１１からＰ１２の方向へ、曲線Ｗ１３に沿って制限（低下）される。このように、充電電力の制限が開始されるＳＯＣが決定された後は、予め定められた曲線に沿って充電電力が変化する。そのため、制限領域における充電時間ｔ１０は、充電開始ＳＯＣが決まれば、図５に示すようなマップを用いてほぼ一意に定めることができる。

上述のように、まず蓄電装置１１０の温度ＴＢと非制限領域における充電電力（Ｐ１）から、充電電力の制限を開始するＳＯＣ（Ｓ１）を演算する。そして、非制限領域における充電時間（ｔ１）を式（１）を用いて演算するとともに、制限領域における充電時間（ｔ１０）を図５のようなマップから演算し、これらの総和をとってトータル充電時間を演算する。

このように、ほぼ一定の充電電力によって充電が行なわれる非制限領域の充電時間については、式（１）のような簡便な式を用いて演算し、一方、充電電力が変化される制限領域の充電時間については、予め実験等から定められたマップを用いて演算を行なうことにより、逐次計算を用いる手法のように演算負荷を増加させることなく、充電時間の推定を容易にかつ正確に演算することが可能となる。

なお、上記の演算に用いる蓄電装置１１０の温度は、実際に充電を開始する際の温度とする必要がある。そのため、ユーザによって充電終了予定時刻が入力された時点における蓄電装置１１０の温度、気温ＴＭＰ、充電開始までのおよその時間等を考慮して、マップ等によって推定することが好ましい。充電開始までの時間が十分に長い場合（たとえば、５〜６時間）には、蓄電装置１１０の温度ＴＢはほぼ外気温に近くなると考えられるので、季節に応じた平均的な一日の気温変化を用いて温度を推定するようにしてもよい。また、毎日、ほぼ同じ時刻に充電を行なうような場合には、直近数日間の充電開始時における蓄電装置１１０の平均温度を用いるようにしてもよい。

図６は、実施の形態１において、ＥＣＵ３００で実行される充電制御処理を説明するためのフローチャートである。図６および後述する図９に示すフローチャートは、ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図１および図６を参照して、ＥＣＵ３００は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ユーザにより入力された充電終了予定時刻Ｔ＿ＥＮＤを取得する。

次に、ＥＣＵ３００は、Ｓ１１０にて、現在の蓄電装置１１０の温度ＴＢ、気温ＴＭＰ等に基づいて、充電開始時の蓄電装置１１０の予測温度を演算する。

そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１２０において、Ｓ１１０で演算した予測温度と、非制限領域において通常用いられる充電電力とから、図４のようなマップを用いて、充電動作を実行中にＳＯＣによって充電電力の制限が実行されるか否かを判定する。

たとえば、図４における曲線Ｗ１０（温度Ｔ１０）のような場合には、充電電力はＳＯＣによっては制限されない。また、非制限領域において用いられる充電電力が、図４におけるＰ１３であるような場合には、満充電状態まで充電電力の制限はされない。

充電電力の制限が実行されない場合（Ｓ１２０にてＮＯ）は、制限領域は存在せず、図２における線Ｗ１のように、満充電状態のＳｍａｘまで一定の充電電力によって充電が実行される。そのため、処理がＳ１３０に進められて、ＥＣＵ３００は、式（１）を用いて、トータル充電時間Ｔ＿ＣＨＧを推定する。

その後、ＥＣＵ３００は、Ｓ１４０にて、ユーザにより入力された充電終了予定時刻Ｔ＿ＥＮＤから、Ｓ１３０で推定されたトータル充電時間Ｔ＿ＣＨＧを差し引くことによって、充電開始時刻Ｔ＿ＳＴＲＴを演算する。

そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１５０にて、時刻がＳ１３０で算出した充電開始時刻Ｔ＿ＳＴＲＴに到達したことに応答して、電力変換装置２００を駆動して蓄電装置１１０の充電動作を実行する。

一方、充電電力の制限が実行される場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、Ｓ１６０に処理が進められて、ＥＣＵ３００は、図４で説明したように、Ｓ１１０で演算した予測温度および非制限領域において通常用いられる充電電力から、図４のようなマップを用いて、制限を開始するＳＯＣ（Ｓ１）を演算する。

そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１７０にて、上述の式（１）を用いて、非制限領域における充電時間ｔ１を算出する。また、ＥＣＵ３００は、Ｓ１８０にて、図５のようなマップを用いて、制限領域における充電時間ｔ１０を算出する。

そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１９０にて、Ｓ１７０およびＳ１８０の演算結果を加算して、トータル充電時間Ｔ＿ＣＨＧを算出する。その後、ＥＣＵ３００は、Ｓ１４０にて、充電開始時刻Ｔ＿ＳＴＲＴを演算し、Ｓ１５０にて、充電開始時刻Ｔ＿ＳＴＲＴを用いてタイマー充電処理を実行する。

以上のような処理に従って制御を行なうことによって、蓄電装置の充電特性から充電電力が制限される領域（制限領域）および制限されない領域（非制限領域）を区別して充電時間を推定することができる。これによって、蓄電装置のＳＯＣおよび温度等を考慮して充電時間が推定できるので、その推定精度を向上させることができる。また、非制限領域の充電時間は簡便な式により演算し、制限領域については予め定められたマップを用いて充電時間を演算することによって、充電時間の推定における演算負荷の増加を抑制することがさらに可能となる。

これによって、ユーザが設定した充電終了予定時刻における充電不足が解消できるとともに、充電が早く完了して高ＳＯＣの状態が長期間継続することによる蓄電装置の劣化を抑制することが可能となる。

［実施の形態２］
実施の形態１においては、蓄電装置の充電特性により充電電力が制限されない場合には、同じ充電電力レベルで充電を実行する構成について説明した。

一方で、蓄電装置の充電特性により充電電力が制限されない場合であっても、ＳＯＣに応じて、複数の充電電力レベルに切換えて充電を行なう構成を有する場合がある。そこで、実施の形態２においては、ＳＯＣに応じて複数の充電電力レベルに切換えて充電を行なう構成において、実施の形態１と同様の充電制御を適用する場合について説明する。

図７および図８は、実施の形態２において、ＳＯＣに応じた充電電力レベルの切換えと、蓄電装置の充電特性による充電電力の制限を説明するための図である。なお、図７，図８における曲線Ｗ４０，Ｗ４１は、蓄電装置１１０の充電特性により制限される充電電力を表わす線であり、図２，図３における線Ｗ２〜Ｗ４に対応する。

まず、図７を参照して、実施の形態２においては、蓄電装置の充電特性により充電電力の制限がされない場合は、図７の実線Ｗ３０のように、ＳＯＣがＳ２を下回るときには充電電力Ｐ１を用いて蓄電装置１１０の充電を行なわれ、ＳＯＣがＳ２を上回るときには充電電力Ｐ１より低い電力レベルＰ２（Ｐ２＜Ｐ１）を用いて蓄電装置１１０の充電が行なわれる。

これは、たとえば、図２において説明したように、高ＳＯＣ状態においては蓄電装置１１０の受容可能な電力が低下するので、高ＳＯＣにおける充電電力を予め低下するように設定する場合が該当する。

また、低ＳＯＣにおいては、短時間で充電を行なうために大電力を用いて充電を行ない、高ＳＯＣにおいては、蓄電装置１１０の過電圧を防止するために小電力を用いて充電するような場合もある。

このような二段階の充電電力の設定が行なわれる場合に、蓄電装置１１０の充電特性による充電電力の制限が、図７の破線Ｗ４０のようであるとき、すなわちＳＯＣがＳ１からＳｍａｘまで実線Ｗ３０の充電電力よりも破線Ｗ４０の充電電力が下回るときには、Ｓ１からＳｍａｘの間が制限領域となる。この場合は、実施の形態１と同様に、ＳＯＣがＳ１を下回る領域では式（１）を用いて充電時間を演算し、ＳＯＣがＳ１を上回る領域では図５のようなマップを用いて充電時間を演算する。

一方、図８の例の場合には、ＳＯＣがＳ１からＳ２の間においては、実線Ｗ３０の充電電力よりも破線Ｗ４１の充電電力のほうかが下回っているが、ＳＯＣがＳ２からＳｍａｘの間においては、破線Ｗ４１よりも実線Ｗ３０の充電電力のほうが下回っている。したがって、図８の例においては、ＳＯＣがＳ０からＳ１までの間は充電電力Ｐ１で充電が行なわれ、ＳＯＣがＳ１からＳ２までの間は破線Ｗ４０に沿った充電電力で充電が行なわれ、そしてＳＯＣがＳ２からＳｍａｘの間は充電電力Ｐ２で充電が行なわれる。

すなわち、ＳＯＣがＳ０からＳ１、およびＳ２からＳｍａｘの間は、それぞれ非制限領域Ａ，非制限領域Ｂとなり、ＳＯＣがＳ１からＳ２の間は制限領域となる。

そのため、非制限領域Ａ，Ｂにおける充電時間は式（１）を利用して演算され、制限領域における充電時間は、図５のようなマップを用いて演算される。具体的には制限領域における充電時間は、図５を用いて、ＳＯＣがＳ１からＳｍａｘまでの充電時間から、Ｓ２からＳｍａｘまでの充電時間を差し引くことによって演算することができる。

このように、ＳＯＣに応じて複数の充電電力レベルを切換えて充電を実行する場合であっても、蓄電装置の充電特性により制限される充電電力と、複数の充電電力レベルの各々との大小関係を比較することによって、実施の形態１と同様の手法を用いて、充電時間を推定することが可能となる。

図９は、実施の形態２において、ＥＣＵ３００で実行される充電制御処理を説明するためのフローチャートである。図９は、実施の形態１の図６に示したフローチャートにおいて、ステップＳ１３０に代えてステップＳ１３１，Ｓ１３２，Ｓ１３３が追加され、さらにステップＳ１６５，Ｓ１７５，Ｓ１８５，Ｓ１９５，Ｓ１９６が追加されたものとなっている。図９において、図６と重複するステップの説明は繰り返さない。

図１および図９を参照して、Ｓ１２０において、ＳＯＣの全域にわたって、充電電力の制限が実行されない場合（Ｓ１２０にてＮＯ）は、制限領域は存在しないので、処理がＳ１３１に進められ、ＥＣＵ３００は、ＳＯＣがＳ０からＳ２までの領域における充電時間ｔ２０を式（１）を用いて演算する。そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１３２にて、ＳＯＣがＳ２からＳｍａｘまでの領域における充電時間ｔ３０を式（１）を用いて演算する。

ＥＣＵ３００は、Ｓ１３３にて、Ｓ１３１およびＳ１３２で演算された充電時間ｔ２０およびｔ３０を加算して、トータル充電時間Ｔ＿ＣＨＧを算出する。その後、ＥＣＵ３００は、Ｓ１４０にて充電開始時刻Ｔ＿ＳＴＲＴを演算するとともに、Ｓ１５０にて、充電開始時刻Ｔ＿ＳＴＲＴを用いたタイマー充電処理を実行する。

一方、Ｓ１２０において、充電電力の制限が実行される場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００、Ｓ１６０にて制限開始のＳＯＣ（Ｓ１）を演算する。その後、Ｓ１６５に処理が進められ、ＥＣＵ３００は、図４のようなマップを利用して、ＳＯＣがＳ２からＳｍａｘの状態において、蓄電装置１１０の充電特性によって充電電力の制限がされているか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ３００は、図４において、制限開始ＳＯＣがＳ２およびＳｍａｘの場合に対応する、該当温度の曲線が示す充電電力が充電電力Ｐ２よりも小さいか否かを判定し、充電電力Ｐ２よりも小さい場合には制限があると判定し、充電電力Ｐ２以上の場合には制限がないと判定する。

制限がある場合（Ｓ１６５にてＹＥＳ）は、図７で示すような状態であり、ＳＯＣがＳ１からＳｍａｘまでの間が制限領域となる。そのため、ＥＣＵ３００は、実施の形態１と同様にＳ１７０，Ｓ１８０，Ｓ１９０の処理を実行して、トータル充電時間Ｔ＿ＣＨＧを演算する。

制限がない場合（Ｓ１６５にてＮＯ）は、図８で示すような状態であり、ＳＯＣがＳ０からＳ１の間、およびＳ２からＳｍａｘの間がそれぞれ非制限領域Ａ，Ｂとなり、ＳＯＣがＳ１からＳ２の間が制限領域となる。

そのため、ＥＣＵ３００は、Ｓ１７５において、非制限領域Ａにおける充電時間ｔ１を式（１）を利用して算出する。そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１８５にて、制限領域における充電時間ｔ１０を、図５のようなマップを用いて算出する。さらに、ＥＣＵ３００は、Ｓ１９６にて、非制限領域Ｂにおける充電時間ｔ２を式（１）を利用して算出する。

ＥＣＵ３００は、Ｓ１９６にて、Ｓ１７５，Ｓ１８５，Ｓ１９５で演算した充電時間の総和をとって、トータル充電時間Ｔ＿ＣＨＧを演算する。その後、ＥＣＵ３００は、Ｓ１４０にて充電開始時刻Ｔ＿ＳＴＲＴを演算するとともに、Ｓ１５０にて、充電開始時刻Ｔ＿ＳＴＲＴを用いたタイマー充電処理を実行する。

以上のような処理に従って制御を行なうことによって、複数の充電電力レベルが設定される場合においても、充電時間を容易にかつ精度よく推定することが可能となる。

なお、実施の形態２においては、充電電力レベルが二段階である場合を例として説明したが、充電電力レベルは三段階以上であってもよい。また、図１０に示すように、ＳＯＣがＳ２からＳｍａｘの間において、さらに制限領域Ｂ（Ｓ３からＳｍａｘ）が存在するような場合においても、図４のようなマップにより制限が開始されるＳＯＣ（Ｓ３）を算出するとともに、図５のようなマップを用いてＳ３からＳｍａｘまでの充電時間を算出し、非制限領域Ａ，Ｂおよび制限領域Ａ，Ｂの充電時間の総和をとることによって、トータル充電時間を算出することが可能となる。

なお、上記においては、「電力供給装置」に対応する電力変換装置２００が、交流電力を直流電力に変換する構成である例を説明したが、たとえば、外部から供給される直流電力を用いて蓄電装置を充電する場合には、「電力変換」については必須ではない。すなわち、本発明における「電力供給装置」は、外部電源からの電力を用いて蓄電装置に充電電力の供給が可能であり、かつ充電電力の調整が可能である装置であればよい。

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。

１０ 充電システム、１００ 車両、１１０ 蓄電装置、１１５ ＳＭＲ、１２０ ＰＣＵ、１３０ モータジェネレータ、１４０ 動力伝達ギア、１５０ 駆動輪、１６０ 温度センサ、２００ 電力変換装置、２１０ ＣＨＲ、２２０ インレット、３００ ＥＣＵ、４００ 充電ケーブル、４１０ コネクタ、４２０ プラグ、４３０ 電線部、５００ 外部電源、５１０ コンセント、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２，ＰＬ１，ＰＬ２，ＮＬ１，ＮＬ２ 電力線。

Claims (8)

1. 蓄電装置を充電するための充電装置であって、
   電源からの電力を用いて前記蓄電装置に充電電力を供給するための電力供給装置と、
   ユーザにより入力される充電終了時刻に応じて充電開始時刻を設定し、前記電力供給装置に前記蓄電装置の充電動作を実行させるための制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記蓄電装置の充電状態に対応して定められた前記電力供給装置の出力電力によって充電を行なう第１の領域、および、前記蓄電装置の温度および充電状態に基づいて、定められた前記電力供給装置の出力電力よりも小さく設定される充電電力で充電を行なう第２の領域を決定するとともに、前記第１の領域における第１の充電時間および前記第２の領域における第２の充電時間の演算からトータル充電時間を推定し、入力された前記充電終了時刻および推定された前記トータル充電時間に基づいて、前記充電開始時刻を設定する、蓄電装置用の充電装置。
2. 前記蓄電装置は、前記蓄電装置の温度が低くなるほど、受容可能な充電電力が制限される特性を有し、
   前記制御装置は、前記蓄電装置の前記特性に基づいて前記第１および第２の領域を決定する、請求項１に記載の蓄電装置用の充電装置。
3. 前記制御装置は、ユーザにより前記充電終了時刻が入力された場合に、前記充電開始時刻における前記蓄電装置の予測温度を演算し、前記予測温度に基づいて前記第１および第２の領域を決定する、請求項２に記載の蓄電装置用の充電装置。
4. 前記制御装置は、前記第１の領域において、定められた前記電力供給装置の出力電力および前記充電状態の変化量に基づいて、前記第１の充電時間を演算する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電装置用の充電装置。
5. 前記制御装置は、前記蓄電装置の温度および前記第２の領域が開始されるときの充電状態に基づいて、予め定められたマップを用いて前記第２の充電時間を演算する、請求項４に記載の蓄電装置用の充電装置。
6. 前記電力供給装置の出力電力は、前記蓄電装置の充電状態に応じて、複数の電力レベルに設定され、
   前記制御装置は、前記複数の電力レベルの各々についての前記第１および第２の充電時間を演算するとともに、演算された前記第１および第２の充電時間の和を、前記複数の電力レベルにわたって加算することによって前記トータル充電時間を推定する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄電装置用の充電装置。
7. 蓄電装置と、
   前記蓄電装置からの電力を用いて走行駆動力を発生するように構成された駆動装置と、
   外部電源からの電力を用いて前記蓄電装置に充電電力を供給するための電力供給装置と、
   ユーザにより入力される充電終了時刻に応じて充電開始時刻を設定し、前記電力供給装置に前記蓄電装置の充電動作を実行させるための制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記蓄電装置の充電状態に対応して定められた前記電力供給装置の出力電力によって充電を行なう第１の領域、および、前記蓄電装置の温度および充電状態に基づいて、定められた前記電力供給装置の出力電力よりも小さく設定される充電電力で充電を行なう第２の領域を決定するとともに、前記第１の領域における第１の充電時間および前記第２の領域における第２の充電時間の演算からトータル充電時間を推定し、入力された前記充電終了時刻および推定された前記トータル充電時間に基づいて、前記充電開始時刻を設定する、車両。
8. 蓄電装置を充電するための充電装置の制御方法であって、
   前記充電装置は、電源からの電力を用いて前記蓄電装置に充電電力を供給するための電力供給装置を含み、
   前記制御方法は、
   前記蓄電装置の充電状態に対応して定められた前記電力供給装置の出力電力によって充電を行なう第１の領域、および、前記蓄電装置の温度および充電状態に基づいて、定められた前記電力供給装置の出力電力よりも小さく設定される充電電力で充電を行なう第２の領域を決定するステップと、
   前記第１の領域における第１の充電時間および前記第２の領域における第２の充電時間の演算からトータル充電時間を推定するステップと、
   ユーザにより入力される充電終了時刻および推定された前記トータル充電時間に基づいて、充電開始時刻を設定するステップと、
   前記充電開始時刻の到達したことに応答して、前記電力供給装置に前記蓄電装置の充電動作を実行させるステップとを備える、充電装置の制御方法。

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