JP5467646B2 - 充電自動車への充電制御システム - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車、プラグインハイブリッドカー等の充電自動車への充電制御システムに関するものである。

充電自動車の車載電池への充電は、充電開始直後は定電流で充電を行い、充電が進行して車載電池の端子間電圧が所定電圧に達した後は定電圧充電に切り替えるのが一般的である。この理由の一つは、車載電池として用いられているリチウムイオン電池に高電圧の過充電を行うと、有機物が分解するおそれがあるためである。このため、充電が進行して充電完了に近づくと充電電流値が降下して行くこととなり、所定電流値まで降下したときに充電完了と判定して充電が停止される。（引用文献１）

ところが充電自動車の種類によっては、コネクタを接続して充電を開始してから充電が完了する間において充電電流を一時的に低くして、充電電流の計測値を補正を行う機能を備えたものがある。

一方、充電スタンド側においては電流値が所定値以下となった場合には充電が完了したか、あるいは充電中に充電スタンド側のコンセントが不意の外力等により、充電スタンドから外された場合には、異常発生と判定して充電を終了させている。このため上記のように充電電流を一時的に低くして補正を行った後、充電を再開するタイプの充電自動車に対して充電を行う場合には、充電が完了していないにもかかわらず、充電が完了したかあるいは充電スタンド側のコネクタが外されたと判定して充電を終了することがあった。

なお、充電スタンド側において車載電池の電圧を検知して充電制御することも不可能ではないが、一般に充電スタンドからは交流電圧を印加し、自動車側に設置されるコンバータを介して直流電源部への電池へ電力供給されているため、充電スタンド側から車側の情報を読み取りに行くと、その構造が複雑となり、全ての車種に対応させることは容易ではない。従って、充電スタンド側において容易かつ確実に検出できる充電電流に基づく充電制御が望まれている。

特開平８−１８０９０６号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、調整時間の有無にかかわらずに適切に充電制御を行い、充電中に充電電流を一時的に低くして補正を行うタイプの充電自動車に対しても、充電完了か異常発生かを正確に判定させることができる充電自動車への充電制御システムを提供することである。

上記の課題を解決するためになされた請求項１の発明は、
充電電流を検出する電流検出手段を有する電流監視手段と、
充電が充電完了であるか異常であるかを判定する判定手段と、を備え、
前記電流監視手段は、前記電流検出手段で検出された電流の移動平均値及び短時間電流値を算出し、
第１閾値を車両の充電調整時間中の電流値よりも大きく設定し、第２閾値を車両の充電調整時間中の電流値よりも低く設定し、
前記判定手段は、前記移動平均値が第１閾値以下で且つ第２閾値以上の範囲にある場合には充電完了と判定して充電を停止し、若しくは前記短時間電流値が第２閾値より小さい場合には異常と判定して充電を停止するが、前記短時間電流値が第１閾値以下、第２閾値以上であっても、前記移動平均値が第１閾値を下回らない場合には充電調整中と判断して充電を継続することを特徴とするものである。

なお、電流監視手段により計測若しくは演算された電流の変化率を算出してメモリに保持し、判定手段は変化率の履歴を加味して異常判定または充電完了判定を行うことができる。

本発明は、自動車側のコネクタが外された場合には充電電流がゼロになるが、充電完了あるいは前記の調整時間中は充電電流が僅かながら流れ続けることを利用し、２段階の閾値を設定して判別を行う。これにより、調整時間の有無にかかわらず充電完了か異常発生かを判定させ、充電終了あるいは異常発生表示を行わせることができる。

本発明の全体構成を示すブロック図である。 充電中の電流変化を示すグラフである。 充電中にコンセントが引き抜かれた場合の電流変化を示すグラフである。 第１の実施形態のシステムにおける判定フロー図である。 第２の実施形態のシステムにおける判定フロー図である。 第２の実施形態の変形例を示す判定フロー図である。 第１の参考形態を示す判定フロー図である。 第２の参考形態における充電中の電流変化を示すグラフである。 第２の参考形態において充電中にコンセントが引き抜かれた場合の電流変化を示すグラフである。 第２の参考形態のシステムにおける判定フロー図である。 第２の参考形態のシステムにおける継続時間の測定方法を示すフロー図である。 第３の参考形態のシステムにおける判定フロー図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の全体構成を示すブロック図であり、１は充電用ケーブル、２は電源側ブレーカ、３はそれらの間に接続された本発明の充電制御システムである。本発明の充電制御システム３は、充電開始後に充電用ケーブル１に流れる充電電流を検出するためのＣＴ４を備えた電流監視手段５と、判定手段６と表示手段７とを必須的に備えるほか、電流監視手段５の一部としての演算手段８やメモリ手段９を備えたものとすることができる。

以下にフロー図を用いて各実施形態を説明する。なお、フロー図中の判定部分を示す箇所は、フロー図が複雑化するため、図１１を除き「真」のみ流れを示し、条件を満たさない場合の流れを省略した。
（第１の実施形態）
第１の実施形態のシステムは、電流の移動平均値及び後述する短時間電流値を閾値と比較して充電完了か異常発生かを判定させる。図２はＣＴ４によって検出される電流Ｉを示す模式的なグラフである。車載電池への充電は定電流で行われるが、充電対象となる充電自動車が充電中に調整時間を取る車種である場合には、Ｂ−Ｃの区間で電流は低下し、その後に再び定電流充電が行われる。充電が進行して充電完了に近づくと電流はＥ−Ｆ−Ｇのように減少して行く。

第１の実施形態では、ＣＴ４によって検出される電流の移動平均値を演算手段８によって演算する。このためには所定の間隔でｎ個の電流値Ｉのサンプリングを行いその移動平均値を常に演算する。
すなわち、移動平均値Ｉａは
Ｉａ＝（ｉ_ｎ＋ｉ_ｎ−１＋ｉ_ｎ−２＋・・）／ｎ
のように定義される。
例えば、１０個のサンプリング値（ｉ_１〜ｉ_１０）の移動平均値Ｉａを算出する場合には、
Ｉａ＝（ｉ_１＋ｉ_２＋ｉ_３＋・・・＋ｉ_１０）／１０
となる。
また、Ｉａ_１０＝（ｉ_１＋ｉ_２＋ｉ_３＋・・・＋ｉ_１０）／１０
Ｉａ_１１＝（ｉ_２＋ｉ_３＋ｉ_４＋・・・＋ｉ_１１）／１０
・・・・
のように、新しいサンプリングがされた場合に一番古いサンプリング値を除いて、移動平均値Ｉａを求めるものである。
移動平均値Ｉａは図２に黒丸で示したようになり、Ｂ−Ｃの区間で電流Ｉが急激に低下してもその時間が短ければ移動平均値Ｉａの落ち込みは小さい。

判定手段６は、移動平均値Ｉａを第１閾値Ｉ_１及び第２閾値Ｉ_２と比較する。第１閾値Ｉ_１は調整時間中の電流値（Ｂ−Ｃ間の電流値）及び充電完了自動車の電流値（Ｇ−Ｈ間の電流値）よりも大きいが定電流充電中の電流値（Ｄ−Ｅ間の電流値）よりも十分に小さく（例えば、定電流充電中の電流値の１０〜５０％程度）設定し、第２閾値Ｉ_２は図２に示すように、調整時間中の電流値（Ｂ−Ｃ間の電流値）よりも低く、０に近い値に設定する。

図４は第１の実施形態のシステムにおける判定フローである。図２に示すように、充電中に短い調整時間が存在する場合には、短時間電流値は第１閾値以下、第２閾値以上となるが電流の移動平均値Ｉａが第１閾値Ｉ_１を下回ることはないため、調整時間があっても支障なく充電を継続することができるが、充電完了時には移動平均値Ｉａが次第に低下する。そこで、図２に示すように第１閾値Ｉ_１以下になったときには、判定手段６が充電完了と判定して充電を停止するとともに、表示手段７に充電完了を表示する。この場合にはその後に移動平均値Ｉａがゼロになって第２閾値Ｉ_２を下回るが、もはや異常表示は行わない。

一方、図３に示すように、ＣＴ４によって検出される電流値を短時間電流値として規定し、短時間電流値が第２閾値Ｉ_２以下となった場合には、移動平均値Ｉａの大小にかかわらず判定手段６は直ちに異常と判定し、充電を停止するとともに、表示手段７に異常表示を行う。このように第１の実施形態のシステムによれば、調整時間の有無に左右されることなく充電完了か異常発生かの判別を正確に行うことができる。なお異常判定がなされた場合には充電スタンドに異常表示を行うほか、通信手段により携帯電話に表示させることもできる。
なお、短時間電流値としては、ＣＴ４によって検出される電流値をそのまま用いてもよいし、計測ノイズの影響を避けるため、ごく短時間内でサンプリング数の少ない単純平均値を演算手段８において演算して用いてもよい。
すなわち、単純平均値Ｉ_ｔは、Ｉ_ｔ＝（Ｉ_ｎ＋Ｉ_ｎ−１＋Ｉ_ｎ−２）／３
のように定義される。
例えば、３個のサンプリング値による単純平均値は
また、Ｉｔ_１＝（ｉ_１＋ｉ_２＋ｉ_３）／３
Ｉｔ_２＝（ｉ_４＋ｉ_５＋ｉ_６）／３
・・・・
のように、常に新しいサンプリング値の平均値を求めるものである。単純平均値はサンプリングの個数は少なく、サンプリング間隔も短いものであることが好ましい。

（第２の実施形態）
第２の実施形態のシステムは、第１の実施形態のシステムに電流変化率の要素を付加して信頼性を向上させたものである。図５は第２の実施形態のシステムにおける判定フローである。このシステムにおいては、演算手段８が短時間電流の変化率、電流の移動平均値の変化率の少なくとも一方を演算する。これらの変化率の絶対値をメモリ手段９に一定回数分だけ保持して、順次更新して行くものとする。

電流の移動平均値の変化率は、
上記したサンプリング間隔をｓ（秒／個）とし、ｎ個のサンプリング値の移動平均値Ｉａの変化率を
ΔＩａ／Δｔ＝（Ｉａ_ｎ−Ｉａ_ｎ−１）／ｎ・ｓ
として定義される。なお、短時間電流の変化率も同様に定義される。

この第２の実施形態のシステムにおいても、電流の移動平均値Ｉａが第１閾値Ｉ_１を下回ることはないため、調整時間があっても支障なく充電を継続することができるが、充電完了時には移動平均値Ｉａが次第に低下する。そこで、図２に示すように第１閾値Ｉ_１以下になったとき、判定手段６は電流の移動平均値の変化率をメモリ手段９から読み出し、移動平均値の変化が緩やかである（移動平均値の変化率が所定値以下である）か否かを確認し、移動平均値の変化が緩やかである場合には充電完了と判定して充電を停止するとともに、表示手段７に充電完了を表示する。しかし移動平均値の変化が急峻である場合には異常と判定する。
なお、上記の電流の変化率による判定は、短時間電流の変化率を用いて行ってもよく、この場合にも電流の移動平均値の変化率と同様に判定される。

また短時間電流値が第２閾値Ｉ_２以下となった場合には、電流の変化率の履歴をメモリ手段９から読み出し、急峻な変化が含まれている場合には充電中にコンセントが充電スタンドより引き抜かれたと判定し、充電を停止するとともに、表示手段７に異常表示を行う。

このように第２の実施形態のシステムは、第１の実施形態のシステムに電流変化率の要素を付加したものであり、電流変化率によっても充電完了かプラグ引き抜きかを判定させる。これにより第１の実施形態のシステムよりもより確実に、充電完了か異常発生かの判別を行うことができる。

（第２の実施形態の変形１）
図６は第２の実施形態の変形を示すもので、短時間電流値が第２閾値Ｉ_２以下となった場合には、変化率とは関係なく直ちに異常と判定させるようにしたシステムである。しかしこのシステムでも電流の移動平均値Ｉａが第１閾値Ｉ_１以下になったときには、電流の変化が緩やかであるか否かを確認し、充電完了か異常かの判定を行っている。

図７は第１の参考形態を示すもので、移動平均値Ｉａが第１閾値Ｉ_１以下になったとき、変化率とは関係なく充電完了と判定する。また短時間電流値が第２閾値Ｉ_２以下となった場合には、電流の変化率の履歴をメモリ手段９から読み出し、急峻な変化が含まれている場合には充電中にコンセントが引き抜かれたと判定し、充電を停止するとともに、表示手段７に異常表示を行う。短時間電流値が第２閾値Ｉ_２以下となっても、電流の変化率に急峻な変化が含まれていない場合には異常とは判定しないこととなる。

図８〜図１１に第２の参考形態を示す。このシステムは、第１の実施形態における電流の移動平均値に替えて継続時間tの要素を付加し、信頼性を向上させたものである。このシステムでは、短時間電流値が第１閾値Ｉ_１以下で第２閾値Ｉ_２以上となったときにはその継続時間ｔをカウントし、継続時間ｔが図８にＧ−Ｈで示すように所定時間ｔ_１以上継続した場合には充電完了と判定して充電を停止するとともに、表示手段７に充電完了を表示する。なお、調整時間によって短時間電流値が第１閾値Ｉ_１以下で第２閾値Ｉ_２以上となったときには、その継続時間ｔは所定時間ｔ_１より短いので充電完了との判定はなされず、充電が継続される。
また、短時間電流値は第１の実施形態と同様に、ＣＴ４によって検出される電流値をそのまま用いてもよいし、ごく短時間内でサンプリング数の少ない単純平均値を用いてもよい。

また短時間電流値が第２閾値Ｉ_２以下となった場合にはその継続時間ｔ_２をカウントし、図９に示すように継続時間ｔ_２が所定時間以上となった場合には、充電中にコンセントが引き抜かれたと判定し、充電を停止するとともに表示手段７に異常表示を行う。

継続時間ｔを測定する具体的手段を図１１を用いて説明する。充電を開始した（充電スタンドのスタートボタンを押した）直後より、短時間電流値を計測若しくは演算するごとにそれぞれ減算される２種類のカウンタＫ_１、Ｋ_２を初期値としてセットする。カウンタの初期値は上記ｔ１、ｔ２に対応する値とする。
例えば、１秒間隔で短時間電流値の計測若しくは演算を行い、所定時間ｔ_１を１０分、ｔ_２を３０秒とする場合、対応するカウンタＫ_１を６００、Ｋ_２を３０とする（Ｓ００１）。次にカウンタの値を判定し、カウンタＫ_１、Ｋ_２の何れもが０でなければ短時間電流値の計測若しくは演算を行う（Ｓ００２）。
計測若しくは演算した短時間電流値が第１の閾値以上と判定されれば、カウンタＫ_１、Ｋ_２は初期値にリセットされ、再度短時間電流値を計測若しくは演算する（Ｓ００３）。短時間電流値が第１の閾値以下であるが、第２の閾値以上であると判定されれば、カウンタＫ_１を１つ減じて再度短時間電流値を計測若しくは演算する（Ｓ００４）。
また、短時間電流値が第２の閾値以下であると判定されれば、カウンタＫ_１、Ｋ_２を共に１つずつ減じて再度短時間電流値を計測若しくは演算する（Ｓ００５）。

上記サイクルを１秒間隔で行う。Ｋ_１、Ｋ_２の何れかのカウンタが０になれば充電停止の処理を行う（Ｓ００６）。
すなわち、カウンタＫ_１が０になった時は、短時間電流値が第１閾値Ｉ_１以下で第２閾値Ｉ_２以上の状態が所定時間ｔ_１（１０分）継続したことになるから、充電が完了と判断し、表示手段７に「充電完了表示」を行い、充電を停止する（Ｓ００７）。
また、カウンタＫ_２が０になった時は、短時間電流値が第２閾値Ｉ_２以下の状態が所定時間ｔ_２（３０秒）継続したことになるから、充電中にコンセントが不意の外力等で引抜かれた等と判断し表示手段７に「異常表示」を行い、充電を停止する（Ｓ００８）。
上述したように、ｔ_１＞ｔ_２として、短時間電流値が第２閾値を下回った場合の異常判定を行う所定時間ｔ_２は充電完了判定を行う所定時間ｔ_１よりも短いことが好ましい。

第３の参考形態のシステムは、上記した電流の変化率と継続時間との両方を組み込んだもので、図１２にその判定フローを示す。このシステムでは、短時間電流値が第１閾値Ｉ_１以下で第２閾値Ｉ_２以上となったときには、電流の変化率の履歴をメモリ手段９から読み出し、急峻な変化が含まれていないことを確認する。本実施形態での電流変化率は適選な間隔でサンプリングした単純平均値の変化率である。また短時間電流値が第１閾値Ｉ_１以下で第２閾値Ｉ_２以上となった継続時間ｔが所定時間ｔ_１所定時間以上となったことを確認し、双方の条件が満たされた場合には充電完了と判定して充電を停止するとともに、表示手段７に充電完了を表示する。なお、調整時間によって短時間電流値が第１閾値Ｉ_１以下で第２閾値Ｉ_２以上となったときには、電流の変化率が大きくなるので充電完了との判定はなされず、充電が継続される。

また、短時間電流値が第２閾値Ｉ_２以下となった場合にはその継続時間ｔをカウントし、継続時間ｔが所定時間ｔ_２以上であるか否かをカウントする。そして継続時間ｔが所定時間ｔ_２以上であることと、電流の変化率が所定値以上、すなわち急峻な電流変化が含まれていることの双方の条件が満たされた場合には、異常発生と判定する。

以上に説明したように、本発明の充電制御システムによれば、充電電流を一時的に低くする調整時間がある場合にも、充電完了か異常発生かを正確に判定し、適切な充電管理を行うことが可能となる。

なお、本発明の充電制御システムに充電対象車種に関する情報入力手段を付加し、サンプリング値の個数、各閾値、設定時間等を最適に設定することができる。情報入力手段としては例えば充電スタンドに設けたタッチパネルを用いることができるが、充電自動車側から発信される車種情報を無線等の手段により受信することもできる。さらに充電用ケーブル１からのＰＬＣにより入力されるようにしてもよい。

１ 充電用ケーブル
２ 電源側ブレーカ
３ 充電制御システム
４ ＣＴ
５ 電流監視手段
６ 判定手段
７ 表示手段
８ 演算手段
９ メモリ手段

Claims (2)

1. 充電電流を検出する電流検出手段を有する電流監視手段と、
   充電が充電完了であるか異常であるかを判定する判定手段と、を備え、
   前記電流監視手段は、前記電流検出手段で検出された電流の移動平均値及び短時間電流値を算出し、
   第１閾値を車両の充電調整時間中の電流値よりも大きく設定し、第２閾値を車両の充電調整時間中の電流値よりも低く設定し、
   前記判定手段は、前記移動平均値が第１閾値以下で且つ第２閾値以上の範囲にある場合には充電完了と判定して充電を停止し、若しくは前記短時間電流値が第２閾値より小さい場合には異常と判定して充電を停止するが、前記短時間電流値が第１閾値以下、第２閾値以上であっても、前記移動平均値が第１閾値を下回らない場合には充電調整中と判断して充電を継続することを特徴とする充電自動車への充電制御システム。
2. 前記電流監視手段により計測若しくは演算された電流の変化率を算出してメモリに保持し、判定手段は変化率の履歴を加味して異常判定または充電完了判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の充電自動車への充電制御システム。

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