JP5480670B2 - 充電制御装置および充電制御装置が搭載された車両 - Google Patents

充電制御装置および充電制御装置が搭載された車両 Download PDF

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Description

本発明は、車両に搭載され、かつ、外部電源からの供給電力によって充電可能な蓄電手段の蓄電状態を制御する充電制御装置および充電制御装置が搭載された車両に関する。
従来、蓄電手段を備える車両において、該蓄電手段を外部充電する充電制御装置では、必要充電量Qを、複数種類の電力源(深夜電力、昼間電力、太陽光発電装置により発電された電力)のうち、電力単価が安い電力によって最も多く充電できるように、充電開始時刻から出発予定時刻までの期間を利用して、バッテリの充電を行う(下記特許文献1 段落[0036],[0042]参照)。
特開2009−148121号公報
しかしながら、従来の充電制御装置では、必要充電量Qを電力単価が安い電力(例えば深夜電力)で優先的に充電するものであり、予めバッテリを蓄電可能な状態とするのに電力が消費される場合に、かかる消費電力が考慮されていないという問題があった。
以上の事情に鑑みて、本発明は、蓄電手段を予め充電可能な状態とするのに要する消費電力を考慮したトータル充電コストの低減を図ることができる充電制御装置および充電制御装置が搭載された車両を提供することを目的とする。
第1発明の充電制御装置は、車両に搭載され、かつ、外部電源からの供給電力によって充電可能な蓄電手段の蓄電状態を制御する充電制御装置であって、
前記蓄電手段の蓄電状態に鑑みて、該蓄電手段を充電するのに要する充電時間を算出する充電時間算出手段と、
前記蓄電手段の状態に鑑みて、該蓄電手段を充電準備手段により充電に適した状態にするために要する充電準備時間を加算した時刻を現在時刻に加えた時刻を充電開始可能時刻として、該充電開始可能時刻から前記車両の出発時間までの間で前記充電時間を確保した場合の充電に要する第1電力を算出する第1算出手段と、
前記充電準備時間に前記蓄電手段を充電可能な状態にするために要する第2電力を算出する第2算出手段とを備え、
前記充電準備手段の運転態様および前記蓄電手段の充電開始時刻の複数の組み合わせのうち、前記第1電力と前記第2電力とを時間帯により高低差のある電気料金体系に基づいて換算した電気料金の合計が最小となる一の当該組み合わせにしたがって、前記充電準備手段を制御すると共に、前記外部電源から前記蓄電手段への充電を実行することを特徴とする。
第1発明の充電制御装置によれば、充電準備手段の運転態様および蓄電手段の充電開始時刻の複数の組み合わせのうち、蓄電手段の充電に要する第1電力と、蓄電手段を充電可能な状態に調節するのに要する第2電力とが、時間帯により高低差のある電気料金体系に基づいて電気料金に換算され、かかる電気料金の合計が最小となる一の当該組み合わせにしたがって、充電準備手段の制御と、外部電源から蓄電手段への充電とが実行される。このように、第2電力を電気料金に換算して考慮することで、蓄電手段を予め蓄電可能な状態とするのに電力が消費されることを考慮しないために結果としてトータル充電コストが高くなることを回避することができ、トータル充電コストの低減を図ることができる。
第2発明の充電制御装置は、第1発明において、
前記充電準備手段は、前記蓄電手段の温度を調節する温度調節手段であって、
前記蓄電手段の温度を計測する温度センサの検出温度が前記蓄電手段の充電に適した温度範囲外である場合に、前記温度調節手段により該蓄電手段を充電に適した温度にするために要する温度変化時間を前記充電準備時間として算出し、
現時刻に前記温度変化時間を加算した時刻を前記充電開始可能時刻として、該充電開始可能時刻から前記車両の出発時間までの間で前記充電時間を確保した場合の充電に要する第1電力と、前記温度変化時間における前記蓄電手段の温度調節に要する第2電力とを算出することを特徴とする。
第2発明の充電制御装置によれば、温度調節手段の運転態様および蓄電手段の充電開始時刻の複数の組み合わせのうち、充電開始可能時刻から次回の出発時刻までの間で蓄電手段の充電に要する第1電力と、蓄電手段の温度調節に要する第2電力とが、時間帯により高低差のある電気料金体系に基づいて電気料金に換算され、かかる電気料金の合計が最小となる一の当該組み合わせにしたがって、温度調節手段の制御と、外部電源から蓄電手段への充電とが実行される。このように、第2電力を電気料金に換算して考慮することで、蓄電手段を予め充電に適した温度に調節するのに電力が消費されることを考慮しないために結果としてトータル充電コストが高くなることを回避することができ、トータル充電コストの低減を図ることができる。
第3発明の充電制御装置は、第2発明において、
前記温度調節手段の運転態様が、該温度調節手段を作動しない自然冷却の場合には、自然冷却に要する時間を前記温度変化時間として算出することを特徴とする。
第3発明の充電制御装置によれば、蓄電手段の温度調節方法の一態様として、第2電力が不要な自然冷却が採用され得る。また、自然冷却時間を温度変化時間とすることで、充電開始可能時刻を算出することができる。さらに、この場合の第2電力を0として、充電開始可能時刻以降の時間帯から蓄電手段の充電に要する第1電力を前記料金体系に基づいて電気料金に換算することができる。これにより、温度調節手段に依らない自然冷却方法を含めて、トータルの電気料金が最小となるものを選定することができ、蓄電手段を予め充電に適した温度に調節するのに要する消費電力や時間を考慮してトータル充電コストの低減を図ることができる。
第4発明の充電制御装置は、第3発明において、
前記自然冷却を行った後に前記蓄電手段の充電を実行する場合の前記第1電力を前記電気料金体系に基づいて換算した電気料金と、前記温度調節手段により前記蓄電手段を充電に適した温度に調節した後に該蓄電手段の充電を実行する場合の前記第1電力および前記第2電力を前記電気料金体系に基づいて換算した電気料金とを比較し、電気料金が最小となる場合にしたがって、前記温度調節手段を制御すると共に、前記外部電源から前記蓄電手段への充電を実行することを特徴とする。
第4発明の充電制御装置によれば、自然冷却を行った場合には、第2電力に相当する電気料金が不要となる反面、充電開始可能時刻が遅くなり、電気料金が低額の時間帯で充電時間のすべてを確保することが困難な場合も生じ得る。そのため、自然冷却を行った場合の電気料金と、温度調節手段により蓄電手段を充電に適した温度にして充電開始可能時刻を早めた場合の電気料金とを比較することで、トータルの電気料金が最小となるものを選定して、トータル充電コストの低減を図ることができる。
第5発明の充電制御装置は、第2〜第4発明のいずれかにおいて、
前記温度調節手段は、外部電源接続手段を介して接続された前記外部電源から直接供給される電力により作動されることを特徴とする。
第5発明の充電制御装置によれば、外部電源から供給される電力により、直接、温度調節手段を作動させることで、蓄電手段から電力を供給した場合にその充放電から生じる電力損失を回避して、温度調節手段により蓄電手段を温度調節する場合のトータル充電コストの低減を図ることができる。
第6発明の充電制御装置は、第2〜第発明のいずれかにおいて、
前記温度調節手段は、前記蓄電手段から供給される電力により作動され、
前記温度調節手段への電力供給による前記蓄電手段の残容量の低下分である前記第2電力を該蓄電手段の充電と併せて前記外部電源から前記蓄電手段に供給し、該第2電力を前記電気料金体系に基づいて電気料金に換算することを特徴とする。
第7発明の充電制御装置は、第5発明において、
前記温度調節手段は、前記外部電源から直接供給される電力に加えて、前記蓄電手段から供給される電力により作動され、
前記温度調節手段への電力供給による前記蓄電手段の残容量の低下分である前記第2電力を該蓄電手段の充電と併せて前記外部電源から前記蓄電手段に供給し、該第2電力を前記電気料金体系に基づいて電気料金に換算することを特徴とする。
第6発明及び第7発明の充電制御装置のそれぞれによれば、蓄電手段から温度調節手段に供給された電力で蓄電手段の温度調節を行い、温度調節を行うことにより低下した蓄電手段の残容量を事後的に外部電源から蓄電手段へ供給する。これにより、温度調節手段による温度調節を行うタイミングと、温度調節に要する電気料金の換算タイミングとのバリエーションを広げることができ、かかるバリエーションの中から電気料金が最小となるものを選定して、トータル充電コストの低減を図ることができる。
発明の充電制御装置は、第発明において、
前記温度調節手段により予め前記蓄電手段の温度を調節する必要がある場合に、
前記蓄電手段から前記温度調節手段に電力を供給して該蓄電手段を充電に適した温度に調節した後に、該温度調節手段への電力供給による該蓄電手段の残容量の低下分である前記第2電力を該蓄電手段の充電と併せて前記外部電源から該蓄電手段に供給する場合の前記第1電力および前記第2電力を前記電気料金体系に基づいて換算した電気料金と、前記外部電源から前記温度調節手段に電力を供給して前記蓄電手段を充電に適した温度に調節した後に、該蓄電手段の充電を実行する場合の前記第1電力および前記第2電力を前記電気料金体系に基づいて換算した電気料金とを比較し、電気料金が最小となる場合にしたがって、前記温度調節手段への電力供給と前記外部電源から前記蓄電手段への充電とを実行することを特徴とする。
発明の充電制御装置によれば、蓄電手段から温度調節手段に供給した電力で予め蓄電手段の温度調節を行う場合には、蓄電手段の充放電損失が生じ得る反面、温度変化時間に比して温度調節に要する第2電力を外部電源から蓄電手段に供給するのに要する時間が非常に短いことから、外部電源からの電力の供給を受ける時間を短縮することができ、電気料金が低額な時間帯に蓄電手段への電力の供給(充電を含む)を集中的に行うことができる。そこで、蓄電手段から供給した電力で蓄電手段の温度調節を行う場合の電気料金と、外部電源から直接供給された電力で蓄電手段の温度調節を行う場合の電気料金とを比較することで、真にトータルの電気料金が最小となるものを選定して、トータル充電コストの低減を図ることができる。
発明の車両は、第1〜第発明のいずれかの充電制御装置と、前記蓄電手段とを備えることを特徴とする。
発明の車両によれば、充電制御装置が車両に搭載されることで、当該車両の使用または不使用時の環境変化等により蓄電手段を充電に適した状態とする必要がある場合にも、充電準備手段の運転態様および蓄電手段の充電開始時刻の複数の組み合わせのうち、電気料金の合計が最小となる一の当該組み合わせにしたがって、充電準備手段の制御と、外部電源から蓄電手段への充電とが実行される。これにより、蓄電手段を予め蓄電可能な状態とするのに電力が消費されることを考慮しないために結果としてトータル充電コストが高くなることを回避することができ、トータル充電コストの低減を図ることができる。
第1実施形態の電源システムが搭載された車両の全体構成図。 図1の充電制御ECUによる処理内容を示すフローチャート。 冷却時間や加熱時間を推定する方法を示す説明図。 充電時間を推定する方法を示す説明図。 充電コストから自然冷却が選定される場合の説明図。 充電コストから冷却手段による冷却が選定される場合の説明図。 自然冷却が選定される時間領域と、冷却手段による冷却が選定される時間領域との一例を示す図。 第2実施形態の電源システムが搭載された車両の全体構成図。 第2実施形態の充電システムにおける充電コストの最小化の様子を示す説明図。 第1実施形態の電源システムの変更例を示す車両の全体構成図。
[第1実施形態]
図1に示すように、本実施の形態の電源システムは、例えば、ハイブリッド車両(本発明の車両に相当する)に搭載されるものである。
ハイブリッド車両は、四輪駆動車であり、内燃機関であるエンジン1と、バッテリ2(本発明の蓄電手段に相当する)から供給される電力によって回転する第1モータ3および第2モータ4(いずれも本発明の電動機に相当する)と、これらのエンジン1、第1モータ3、第2モータ4等を集中的に管理および制御するメインECU5(Electric Control Unit)とを有する。メインECU5は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、CPU(Central Processing Unit)、入出力インターフェース、タイマ等からなるマイクロコンピュータ(図示せず)であり、ROMに記録されたプログラムおよびデータに従って処理を行う。
また、ハイブリッド車両は、第1モータ3および第2モータ4の電力制御を行うPDU(Power Drive Unit)6と、エンジン1および第1モータ3によって駆動される前輪7と、第2モータ4によって駆動される後輪8とを有する。
エンジン1と第1モータ3は、共通の駆動軸に接続されており、ギア機構およびディファレンシャルギア等(いずれも図示省略)を介して前輪7を駆動する。第2モータ4は、同様にギア機構およびディファレンシャルギア等(いずれも図示省略)を介して後輪8を駆動する。
第1モータ3および第2モータ4は、PDU6の制御下に発電機としても機能する。すなわち、第1モータ3は、エンジン1または前輪7から駆動力を受けて発電を行い、バッテリ2に充電することができ、第2モータ4は、後輪8から駆動力を受けて発電を行いバッテリ2に充電することができる。
次に、かかるハイブリット車両における搭載される電源システムの構成について説明する。
電源システムは、少なくとも前記バッテリ2のほか、バッテリ2の充電状態を検出するSOC検出手段11と、バッテリ2の温度を検出する温度センサ12と、バッテリ2の冷却を行う冷却手段13(本発明の温度調節手段に相当する)と、バッテリ2の加熱を行う加熱手段14(本発明の温度調節手段に相当する)と、バッテリ2、冷却手段13および加熱手段14を外部電源Xと接続するためのコネクタ15と、時間管理手段16と、温度検出手段12等の検出値に基づいて、外部電源Xからバッテリ2への充電を制御する充電制御ECU17(本発明の充電制御装置に相当する)とを備える。
本電源システムに搭載されるバッテリ2としては、例えば、リチウムイオンバッテリであり、出力電圧は約300V〜500Vの範囲で変動する。
SOC検出手段11は、バッテリ2の出力電圧及び出力電流とからバッテリ2の開路電圧を推定し、推定した開路電圧と充電量であるSOC(State of Charge)との関係を規定したマップやデータテーブル(以下、マップ等という)を参照して、バッテリ2のSOCを推定する。
温度センサ12は、所定の処理周期でバッテリ2の温度を計測し、その計測値を充電制御ECU17へ出力する。
冷却手段13は、例えば、バッテリ2を冷却するための冷却ファンであって、充電制御ECU17からの制御信号により制御される。同様に、加熱手段14は、例えば、バッテリ2を加熱するように該バッテリ2に設けられた電熱線等であって、充電制御ECU17からの制御信号により制御される。また、冷却手段13および加熱手段14は、コネクタ15を介して外部電源Xから供給される電力により作動するが、冷却手段13および加熱手段14とコネクタ15の間には、商用交流電源を直流定格電圧に変換するためのAC/DCコンバータ18が設けられている。
コネクタ15は、外部電源XのソケットYに挿入されるコンセントである。なお、コネクタ15およびソケットYには、必要に応じて、外部電源Xと充電制御ECU17との間で通信を行うPLCモデム等が設けられて、充電時の車両の認証等が行われる。
時間管理手段16は、日時を管理するクロックである。なお、時間管理手段16は、充電制御ECU17の内部に構成されてもよい。
充電制御ECU17は、少なくとも、SOC検出手段11から出力されたバッテリ2のSOC推定値、温度センサ12から出力されたバッテリ2の計測温度および、時間管理手段16から出力される現在時刻に基づいて、外部電源Xからバッテリ2への充電を制御すると共に、充電の前処理(準備)として、冷却手段13および加熱手段14を作動させる必要がある場合に、冷却手段13および加熱手段14の作動を制御する。
より具体的に、充電制御ECU17は、第1算出手段17Aと第2算出手段17Bを備える。第1算出手段は、外部電源Xから電力を供給してバッテリ2を充電するために要する第1電力を算出する。一方、第2算出手段17Bは、冷却手段13または加熱手段14を作動させる必要がある場合には、冷却手段13または加熱手段14を作動させるために要する第2電力を算出する。そして、充電制御ECU17は、冷却手段13または加熱手段14の運転態様およびバッテリ2の充電開始時刻の複数の組み合わせのうち、第1電力と前記第2電力とを時間帯により高低差のある電気料金体系に基づいて換算した電気料金の合計が最小となる一の当該組み合わせにしたがって、冷却手段13または加熱手段14の作動を制御すると共に、外部電源Xからバッテリ2への充電を実行する。
なお、補足すると、「冷却手段13または加熱手段14の運転態様」には、これらの作動のタイミング(開始から終了までの時間)のほか、これらを作動させない自然冷却や自然加熱を含むものである。
次に、図2に示すフローチャートを参照して、充電制御ECU17による処理内容を説明する。
まず、充電制御ECU17は、当該車両が停止状態であり、且つ、IG−OFFされているか否かを判定し(図2/STEP1)、車両が停止してIG−OFF状態の場合には(図2/STEP1でYES)、コネクタ15が外部電源XのコンセントYに接続されているか否かを判定する(図2/STEP2)。
次いで、コネクタ15がコンセントYに接続された外部電源Xからの電力供給が可能な状態となると(図2/STEP2でYES)、充電制御ECU17は、充電コスト算出のための第1〜第3処理を並行して実行する。一方、車両が停止してIG−OFFされていない場合(図2/STEP1でNO)やコネクタ15が接続されていない場合(図2/STEP2でNO)には、STEP1へリターンして車両の停止等を再度判定する。
次に、充電コスト算出のための第1処理について説明する。
かかる第1処理で、充電制御ECU17は、時間管理手段16から現在の時刻を取得する(図2/STEP11)。
次いで、充電制御ECU17は、現在時刻から深夜電力時間帯(本実施形態では、23:00〜翌朝7:00)が開始するまでの時間を算出する(図2/STEP12)。
次に、第2処理について説明する。
かかる第2処理で、充電制御ECU17は、まず、温度センサ12からバッテリ2の計測温度Tを取得する(図2/STEP21)。
次いで、充電制御ECU17は、取得したバッテリ2の計測温度Tが、バッテリ2の充電に適した温度範囲(Ta≦T≦Tb)となっているか否かを判定する(図2/STEP22)。
ここで、バッテリ2の充電に適した温度範囲は、下限閾値温度Taと上限閾値温度Tbにより定まる温度範囲である。下限閾値温度Taは、低温下では充電時に印加可能な最大電流が小さくなることから、これを防止するために設定される温度(例えば10[℃])である。一方、上限閾値温度Tbは、バッテリ2の耐熱性等を考慮して設定される温度(例えば60[℃])である。
なお、上限閾値温度Tbについて、補足をすると、バッテリ2の充電は、通常、発熱反応となるため、定格の上限温度で充電を開始すると、直ぐにバッテリ2が上限温度を上回ってしまうことに鑑みて、定格の上限温度から一定温度低い温度を、ここでの上限閾値温度Tbとしている。
そして、充電制御ECU17は、バッテリ2の計測温度Tが充電に適した温度範囲である場合には(図2/STEP22でYES)、この第2処理を終了し、バッテリ2の計測温度Tが充電に適した温度範囲外である場合には(図2/STEP22でNO)、バッテリ2の計測温度が上限閾値温度Tbより大きいか否かを判定する(図2/STEP23)。
そして、充電制御ECU17は、バッテリ2の計測温度Tが上限閾値温度Tbより大きい場合には(図2/STEP23でYES)、バッテリ2の温度が上限閾値温度Tbになるまでの冷却時間を推定してこの第2処理を終了する(図2/STEP24)。
一方、充電制御ECU17は、バッテリ2の計測温度Tが上限閾値温度Tbより大きくない場合には(図2/STEP23でNO)、バッテリ2の温度が下限閾値温度Taを下回るものとして、バッテリ2の温度が下限閾値温度Taになるまでの加熱時間を推定してこの第2処理を終了する(図2/STEP25)。
なお、充電制御ECU17による冷却時間および加熱時間の推定方法(図2/STEP24およびSTEP25)についての詳細は後述する。
次に、第3処理について説明する。
かかる第3処理で、充電制御ECU17は、まず、SOC検出手段11からバッテリ2のSOCを取得する(図2/STEP31)。
次いで、充電制御ECU17は、取得したバッテリ2のSOCから、バッテリ2のSOCがフル充電となるまでに要する時間(充電時間)を推定する(図2/STEP32)。
なお、充電制御ECU17による充電時間の推定方法についての詳細は後述する。
以上の第1〜第3処理が終了すると、充電制御ECU17は、冷却手段13または加熱手段14の運転態様およびバッテリ2の充電開始時刻の複数の組み合わせについて、それぞれ充電コストを算出する(図2/STEP40)。
ここで、冷却手段13または加熱手段14の運転態様は、後述する図5の(I)では、深夜電力時間帯の開始時刻である23:00から冷却手段13を時間t21作動させることが該当し、(II)では、現在時刻である19:00から時間t22の間、冷却手段13を作動させない自然冷却が該当する。また、バッテリの充電開始時刻は、(I)では、深夜電力時間帯の開始時刻である23:00から時間t21経過した時刻であり、(II)では、現在時刻から時間t22経過した時刻である。
同様に、後述する図6において、冷却手段13または加熱手段14の運転態様は、(III)では、現在時刻である1:00から時間t21冷却手段13を作動させることが該当し、(IV)では、現在時刻である1:00から時間t22の間、冷却手段13を作動させない自然冷却が該当する。また、バッテリの充電開始時刻は、(III)では、現在時刻である1:00から時間t21経過した時刻であり、(IV)では、現在時刻である1:00から時間t22経過した時刻である。
次いで、充電制御ECU17は、複数の組み合わせのうちで、算出した充電コストが最小となるものを充電方法として選定して(図2/STEP50)、一連の処理を終了する。
なお、充電制御ECU17が、冷却手段13または加熱手段14の運転態様およびバッテリ2の充電開始時刻の複数の組み合わせについて充電コストを算出し、そのうちから充電コストが最小となるものを選定する処理(図2/STEP40、50)についての詳細は後述する。
次に、図3を参照して、説明を後回しにした、充電制御ECU17による冷却時間や加熱時間の推定方法について説明する。
充電制御ECU17には、(1)バッテリ2の計測温度と、冷却手段13による冷却時間に応じたバッテリの冷却温度との関係を規定した冷却曲線やテーブル等と、(2)バッテリ2の計測温度と、冷却手段13を用いない自然冷却による自然冷却時間に応じたバッテリの冷却温度との関係を規定した冷却曲線やテーブル等と、(3)バッテリ2の計測温度と、加熱手段13による加熱時間に応じたバッテリの加熱温度との関係を規定した加熱曲線やテーブル等とが図示しない内部メモリ等に格納されている。
そして、充電制御ECU17は、STEP21で取得したバッテリ計測温度Tに鑑みて、バッテリ計測温度Tが上限閾値温度Tbを上回る場合には、(1)バッテリ計測温度Tが冷却手段13による冷却で上限閾値温度Tbとなるまでの冷却時間t21と、(2)バッテリ計測温度Tが自然冷却で上限閾値温度Tbとなるまでの自然冷却時間t22とを、それぞれ前記冷却曲線やテーブル等に基づいて推定する(図2/STEP24)。
本実施形態では、充電制御ECU17は、冷却曲線または自然冷却曲線上で、STEP21で取得したバッテリ計測温度T(IG−OFF時)となる点を時刻0として、冷却曲線と上限閾値温度Tbとの交点を冷却時間t21とし、自然冷却曲線と上限閾値温度Tbとの交点を冷却時間t22として推定する。
一方、バッテリ計測温度Tが下限閾値温度Taを下回る場合には、(3)バッテリ計測温度Tが加熱手段14による加熱で下限閾値温度Taとなるまでの加熱時間t23を前記加熱曲線やテーブル等に基づいて推定する(図2/STEP25)。
本実施形態では、充電制御ECU17は、加熱曲線上で、STEP21で取得したバッテリ計測温度T(IG−OFF時)となる点を時刻0として、加熱曲線と下限閾値温度Taとの交点を加熱時間t23として推定する。
次に、図4を参照して、説明を後回しにした、充電制御ECU17による充電時間の推定方法について説明する。
充電制御ECU17は、現在のバッテリ2のSOCと、外部電源Xから電力の供給を受けた時間に応じたバッテリ2のSOCとの関係を規定したSOC曲線やテーブル等を備える。本実施形態では、充電制御ECU17は、SOC曲線上で、STEP31で取得したSOC(IG−OFF時)となる点を時刻0として、SOC曲線とフル充電時のSOCとの交点を充電時間tとして推定する。
次に、図5および図6を参照して、説明を後回しにした、充電制御ECU17が、冷却手段13または加熱手段14の運転態様およびバッテリ2の充電開始時刻の複数の組み合わせについて充電コストを算出し、そのうちから充電コストが最小となるものを選定する処理(図2/STEP40、50)について説明する。
この処理で、充電制御ECU17は、STEP11で取得した現在時刻に、STEP24またはSTEP25で取得した冷却時間・自然冷却時間または加熱時間を加算した時刻を充電開始時間として、充電開始可能時刻から車両の出発時間までの間でSTEP32の充電時間を確保した場合の充電に要する第1電力と、加熱または冷却に要する第2電力とを、時間帯により高低差のある電気料金体系に基づいて換算した電気料金の合計を充電コストとして算出し(図2/STEP40)、かかる充電コストが最小となるものを選定する(図2/STEP50)。
例えば、図5を参照して、バッテリ2を冷却しなければならない場合に(図2/STEP23でYES)、充電コストが最小となるものとして自然冷却が選定される場合について説明する。
図5の場合には、(I)冷却手段13を作動させる場合の充電コストが最小となるのは、深夜電力時間帯となった後に、外部電源Xから供給された深夜電力により冷却手段13を冷却時間t21だけ作動させた後に、外部電源Xからバッテリ2に深夜電力を供給して充電を充電時間t実行する場合である。これに対して、(II)冷却手段13を作動させない自然冷却の場合には、現在時刻から自然冷却時間t22だけバッテリ2を自然冷却した後に、外部電源Xから供給された深夜電力を供給して充電を充電時間t実行する場合である。これら、(I)と(II)とを比較すると、(II)のほうが、冷却手段13を作動させない分(第2電力が不要となり)、充電コストが最小となり、(II)が選定される。
より正確には、冷却手段13による冷却を行う(I)の場合の充電コストC(I)は、深夜電力時間帯における単位時間当りの電気料金をA[円/kw・h]とすると、
C(I)=A・t21+A・t
となる。
一方、冷却手段13を用いない自然冷却の(II)の場合の充電コストC(II)は、
C(II)=A・t
となる。そのため、C(I)とC(II)を比較すると、自然冷却による(II)のほうが、A・t21だけ、充電コストを低く抑えることができるため、充電制御ECU17は、自然冷却による(II)の態様を選定する。
なお、図5の(I)について補足をすると、現在時刻が19:00である場合には、現在時刻に冷却手段13による冷却時間t1(例えば10分)を加算した充電開始可能時刻(例えば、19:10)以降で、STEP32の充電時間t1を確保すればよいため、バッテリ2の充電に要する第1電力の電気料金は、深夜電力時間帯の充電であればいずれも最小値となる。一方、冷却手段13を作動するのに要する第2電力は、外部電源Xから供給されるため、深夜電力時間帯であれば第2電力の電気料金は最小となり、深夜電力時間帯以外に冷却を行った場合には、第2電力の電気料金はこれよりも大きくなる。そこで、図5の(I)には、冷却手段13を作動させる場合の充電コストが最小となるものとして、深夜電力時間帯に冷却手段13による冷却と、バッテリ2の充電を行った場合を例示した。
次に、図6を参照して、バッテリ2を冷却しなければならない場合に(図2/STEP23でYES)、充電コストが最小となるものとして冷却手段13による冷却が選定される場合について説明する。
まず、(III)に示すように、冷却手段13を作動させる場合に、トータル充電コストは、既に深夜電力時間帯となっているため、直ぐに外部電源Xから供給された深夜電力により冷却手段13を冷却時間t21だけ作動させた後に、外部電源Xからバッテリ2に深夜電力を供給して充電を充電時間t1実行する場合に最小となる。これに対して、(IV)に示すように、冷却手段13を作動させない自然冷却の場合に、現在時刻から自然冷却時間t22だけバッテリ2を自然冷却した後に、外部電源Xから供給された深夜電力を供給して充電を充電時間t実行する。これら、(III)と(IV)とを比較すると、(IV)では、自然冷却により深夜電力時間帯の第2電力の電気料金が不要である反面、深夜電力時間帯を超えて(翌朝7:00を超えて)バッテリ2の充電が実行されるため、(III)が、充電コストが最小のものとして選定される。
より正確には、冷却手段13による冷却を行う(III)の場合の充電コストC(III)は、深夜電力時間帯における単位時間当りの電気料金をA[円/kw・h]とすると、
C(I)=A・t21+A・t
となる。
一方、冷却手段13を用いない自然冷却の(IV)の場合の充電コストC(IV)は、深夜電力以外の昼時間帯における単位時間当りの電気料金をB[円/kw・h]とすると、
C(IV)=A・(t−tout)+B・tout
となる。そのため、C(I)とC(II)を比較すると、A・t21と、(B−A)・toutとの大小間関係により、充電コストの高低が相違する。
ここで、昼時間帯の電気料金が、深夜電力の電気料金の約3倍であることを考慮してB=3Aとすると、C(I)とC(II)の関係は、t21と、2toutとの大小関係により定まるが、温度変化時間t21は、短時間(例えば10分程度)であるため、t21<<2・toutから、強制冷却による(III)のほうが、充電コストを低く抑えることができるため、充電制御ECU17は、強制冷却による(III)の態様を選定する。
図7は、以上を踏まえて、現在時刻(IG−OFF)との関係で、冷却手段13による強制冷却が充電コストに鑑みて有利な時間領域と、自然冷却が充電コストに鑑みて有利な時間領域を示したものである。なお、かかる時間領域は、バッテリ2の計測温度や冷却時間、さらに、バッテリ2のSOCや充電時間t1により相違するものであるが、大まかには、図7に示すような関係となる。
図7では、深夜電力時間帯の開始前で、深夜電力の開始までにある程度の時間がある場合には、自然冷却を選定する場合が有利である。一方、深夜電力時間帯となった後は、深夜電力時間帯で充電時間t1を最大限確保する観点から、冷却手段13による冷却方法を採用する場合が有利となる。
以上が、充電制御ECU17による処理内容であり、本実施形態の充電制御ECU17によれば、充電開始可能時刻から次回の出発時刻までの間でバッテリ2の充電に要する第1電力と、蓄電手段の温度調節に要する第2電力とが、時間帯により高低差のある電気料金体系に基づいて電気料金に換算され、かかる電気料金の合計が最小となるように、冷却手段13や加熱手段14が制御されると共に、外部電源Xからバッテリ2への充電が実行される。このように、第2電力を電気料金に換算して考慮することで、バッテリ2を充電に先立って予め充電に適した温度に調節するのに電力が消費されることを考慮しないために結果としてトータル充電コストが高くなることを回避することができ、トータル充電コストの低減を図ることができる。
[第2実施形態]
次に、図8を参照して、本実施形態の電源システムの変更例について説明する。尚、本実施形態は、冷却手段13および加熱手段14へバッテリ2から電力を供給する構成のみが前記実施形態と相違するものであるので、前記実施形態と同一の構成要素については前記実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。
本実施形態の電源システムでは、バッテリ2と、冷却手段13および加熱手段14とがDC/DCコンバータ19を介して接続されている。
本実施形態の電源システムによれば、充電制御ECU17は、バッテリ2から電力を供給することにより、冷却手段13または加熱手段14を作動させて、バッテリ2を加熱または冷却し、これによるバッテリ2のSOCの低下を、バッテリ2の充電を併せて補充する方法を(図2のSTEP40,50で)選定することができる。
例えば、図9に示すように、電気料金が低額となる時間帯が短い場合には、予めバッテリ2から冷却手段13または加熱手段14に電力を供給してバッテリを冷却または加熱しておき、電気料金が低額となる時間帯に、バッテリ2の充電と加熱または冷却に要したSOCの消費電力を補充とを実行することが有効な場合がある。
具体的には、電気料金が低額となる深夜電気料金の時間帯が3:00〜6:00である場合に、充電制御ECU17は、(I)´〜(IV)´の中から、最も電気料金が最小となるものを選定することができる。
(I)´の場合は、IG−OFFした現在時刻(2:40)から直ぐに、外部電源Xから供給される電力によりバッテリ2の冷却(加熱)を時間t21行い、深夜電力時間帯の3:00からバッテリ2の充電を時間t1行う。
(II)´の場合は、IG−OFFした現在時刻(2:40)から直ぐに、バッテリ2から供給される電力によりバッテリ2の冷却(加熱)を時間t21行い、深夜電力時間帯の3:00からバッテリ2の充電を時間t行うと共に、バッテリ2の充電の終了後に冷却(加熱)に要した電力を外部電源Xからバッテリ2に時間t´供給する。
(III)´の場合は、深夜電力時間帯(3:00〜)に、外部電源Xから供給される電力によりバッテリ2の冷却(加熱)を時間t21行い、続けて、バッテリ2の充電を時間t行う。ただし、この場合、バッテリ2の充電時間tは、深夜電力時間帯で確保することができず、時間tout´だけ昼時間にまたがってしまう。
(IV)´の場合は、深夜電力時間帯(3:00〜)に、バッテリ2から供給される電力によりバッテリ2の冷却(加熱)を時間t21行い、バッテリ2の充電を時間t行うと共に、バッテリ2の充電の終了後に冷却(加熱)に要した電力を外部電源Xからバッテリ2に時間t´供給する。ただし、この場合、バッテリ2の充電時間tは、深夜電力時間帯で確保することができず、時間tout´だけ昼時間にまたがってしまうと共に、時間t´も昼時間となってしまう。
(I)´〜(IV)´の場合、まず、(II)´と比較して電気料金が最小とならない(IV)´が除外されると共に、バッテリ2の充電時間tを、深夜電力時間帯で確保することができない(III)´も除外される。
そして、(I)´と(II)´のうちで、バッテリ2の充電に要する第1電力および、バッテリ2の冷却(加熱)に要する第2電力を電気料金に換算したトータル充電コストが最小となるものを選定する。このため、バッテリ2の充放電損失が加味しても、第1電力および第2電力をすべて深夜電力時間帯で外部電力Xから供給される(II)´の場合が、トータル充電コストが最小となる場合として選定される。
より正確には、冷却手段13による冷却を行う(I)´〜(IV)´の場合の充電コストを、深夜電力時間帯における単位時間当りの電気料金をA[円/kw・h]、深夜電力以外の昼時間帯における単位時間当りの電気料金をB[円/kw・h]として算出すると、
C(I)´=B・t21+A・t
C(II)´=A・t+A・t´
C(III)´=A・t21+A・(t−tout´)+B・tout´
C(IV)´=A・(t−tout´)+B・(tout´+t´)
となる。これを、昼時間帯の電気料金が、深夜電力の電気料金の約3倍であることを考慮し、B=3Aとして整理すると、
C(I)´=3A・t21+A・t
=A(3t21+t
C(II)´=A・t+A・t´
=A(t+t´)
C(III)´=A・t21+A・(t−tout´)+3A・tout´
=A(t21+t+2tout´)
C(IV)´=A・(t−tout´)+3A・(tout´+t´)
=A・(t+2tout´+3t´)
となる。そのため、C(II)´とC(IV)´を比較すると、まず、C(IV)´は最小とならないことから除外される。
また、第2電力自体は、すべて共通であることを考慮すると、A・t21≒A・t´から、C(II)´とC(IV)´を比較すると、C(III)´はC(II)より2Atout´だけ大きく、最小とならないことから除外される。
最後に、C(I)´とC(II)´を比較すると、3t21と、t´との大小間関係により、充電コストの高低が相違するが、冷却手段13による冷却時間に比して、これに要した電力をバッテリ2に供給する時間は非常に短く、3t21>>t´から、バッテリ2から電力を供給して冷却手段を作動させる(II)´のほうが、充電コストを低く抑えることができるため、充電制御ECUは、(II)´の態様を選定する。
このように、冷却時間(加熱時間)に比して、これに要する第2電力を外部電源からバッテリ2に供給するのに要する時間は非常に短いことから、バッテリ2から供給する電力でバッテリ2を冷却(加熱)し、かかる冷却(加熱)で消費したバッテリ2の第2電力をその充電として補うことで、外部電源Xからの電力の供給を受ける時間を短縮することができ、電気料金が低額な時間帯にバッテリ2への電力の供給(充電を含む)を集中的に行うことができ、トータル充電コストの低減を図ることができる。
なお、前記第1および第2実施形態において、冷却手段13による冷却は、冷却ファンを所定回転数とする1パターンについて説明したが、これに限定されるものではなく、冷却ファンの回転数が異なる複数の冷却パターンの中から、前記第1および第2電力を電気料金に換算した値が最小となる場合が選定されるようにしてもよい。同様に、加熱手段14による加熱は、電熱線に一定電流を流す1パターンについて説明したが、これに限定されるものではなく、電熱線に流れる電流値が異なる複数の加熱パターンの中から、前記第1および第2電力を電気料金に換算した値が最小となる場合が選定されるようにしてもよい。
また、前記第1および第2実施形態では、図3に示した冷却曲線、自然冷却曲線および加熱曲線は、車両の外気温に拘らず一定であるとしたが、これに限定されるものではなく、外気温を計測する外気温センサを設け、これにより計測した外気温に応じて、これらの曲線の勾配を変更するようにしてもよい。
さらに、前記第1および第2実施形態では、冷却手段13による強制冷却の場合と、冷却手段13を用いない自然冷却とを比較したが、加熱の場合についても、自然加熱を考慮してもよい。例えば、車両が室内温度の高いガレージに移動した場合等に自然加熱を考慮することにより、トータル充電コストの低減を図ることができる適切な充電が実行され得る。
また、前記第1および第2実施形態では、電源システムが搭載される車両として、第1モータ3および第2モータ4を備える車両(e4WD)を例に説明したが、当該電源システムが搭載される車両はこれに限定されるものでなく、バッテリ2(蓄電手段)から供給された電力により車両を推進させるものであれば、シリーズ型ハイブリッド車両やパラレル型ハイブリッド車両のほか、蓄電手段を備える燃料電池車両や電気自動車等であってもよい。
さらに、前記第1および第2実施形態では、冷却手段13または加熱手段14を本発明の充電準備手段として、バッテリ2の温度調節を行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、充電準備手段としては、バッテリ2の放電等のように温度調節以外の処理を行うものであってもよい。この場合、温度調節以外の処理に要する電力を前記第2電力として、第1および第2電力を電気料金に換算した値が最小となる場合が選定され、トータル充電コストの低減を図ることができる。
また、前記第1実施形態において、図7には、STEP40の結果として、冷却手段13による冷却が充電コストの観点から有利となる場合と、自然冷却が充電コストの観点から有利となる場合とを示したが、逆に、図7のマップに基づいて、充電制御ECU17は、冷却手段13による冷却と自然冷却とを選定するようにしてもよい。
さらに、前記第1実施形態において、図10に示すように、冷却手段13および加熱手段14に供給する電力を、前記コネクタ15とは別系統としてもよい。この場合、冷却手段13および加熱手段14の温度を測定する温度センサ21を別途設けて、これら冷却手段13および加熱手段14の温度を温度調節装置23を介して制御することができ、温度調節装置23、冷却手段13および加熱手段14をコネクタ24から供給される電力で作動させることができる。これにより、バッテリ2への充電と切り離して、バッテリ2の冷却および加熱を独立に行うことができる。
2…バッテリ(蓄電手段)、3…第1モータ(電動機)、4…第2モータ(電動機)、11…SOC検出手段、12…温度センサ、13…冷却手段(温度調節手段)、14…加熱手段(温度調節手段)、15…コネクタ(外部電源接続手段)、17…充電制御ECU(充電制御装置)、17A…第1算出手段、17B…第2算出手段、X…外部電源。

Claims (9)

  1. 車両に搭載され、かつ、外部電源からの供給電力によって充電可能な蓄電手段の蓄電状態を制御する充電制御装置であって、
    前記蓄電手段の蓄電状態に鑑みて、該蓄電手段を充電するのに要する充電時間を算出する充電時間算出手段と、
    前記蓄電手段の状態に鑑みて、該蓄電手段を充電準備手段により充電に適した状態にするために要する充電準備時間を加算した時刻を現在時刻に加えた時刻を充電開始可能時刻として、該充電開始可能時刻から前記車両の出発時間までの間で前記充電時間を確保した場合の充電に要する第1電力を算出する第1算出手段と、
    前記充電準備時間に前記蓄電手段を充電可能な状態にするために要する第2電力を算出する第2算出手段とを備え、
    前記充電準備手段の運転態様および前記蓄電手段の充電開始時刻の複数の組み合わせのうち、前記第1電力と前記第2電力とを時間帯により高低差のある電気料金体系に基づいて換算した電気料金の合計が最小となる一の当該組み合わせにしたがって、前記充電準備手段を制御すると共に、前記外部電源から前記蓄電手段への充電を実行することを特徴とする充電制御装置。
  2. 請求項1記載の充電制御装置において、
    前記充電準備手段は、前記蓄電手段の温度を調節する温度調節手段であって、
    前記蓄電手段の温度を計測する温度センサの検出温度が前記蓄電手段の充電に適した温度範囲外である場合に、前記温度調節手段により該蓄電手段を充電に適した温度にするために要する温度変化時間を前記充電準備時間として算出し、
    現時刻に前記温度変化時間を加算した時刻を前記充電開始可能時刻として、該充電開始可能時刻から前記車両の出発時間までの間で前記充電時間を確保した場合の充電に要する第1電力と、前記温度変化時間における前記蓄電手段の温度調節に要する第2電力とを算出することを特徴とする充電制御装置。
  3. 請求項2記載の充電制御装置において、
    前記温度調節手段の運転態様が、該温度調節手段を作動しない自然冷却の場合には、自然冷却に要する時間を前記温度変化時間として算出することを特徴とする充電制御装置。
  4. 請求項3記載の充電制御装置において、
    前記自然冷却を行った後に前記蓄電手段の充電を実行する場合の前記第1電力を前記電気料金体系に基づいて換算した電気料金と、前記温度調節手段により前記蓄電手段を充電に適した温度に調節した後に該蓄電手段の充電を実行する場合の前記第1電力および前記第2電力を前記電気料金体系に基づいて換算した電気料金とを比較し、電気料金が最小となる場合にしたがって、前記温度調節手段を制御すると共に、前記外部電源から前記蓄電手段への充電を実行することを特徴とする充電制御装置。
  5. 請求項24記載のうちいずれか1項記載の充電制御装置において、
    前記温度調節手段は、外部電源接続手段を介して接続された前記外部電源から直接供給される電力により作動されることを特徴とする充電制御装置。
  6. 請求項2〜4のうちいずれか1項記載の充電制御装置において、
    前記温度調節手段は、前記蓄電手段から供給される電力により作動され、
    前記温度調節手段への電力供給による前記蓄電手段の残容量の低下分である前記第2電力を該蓄電手段の充電と併せて前記外部電源から前記蓄電手段に供給し、該第2電力を前記電気料金体系に基づいて電気料金に換算することを特徴とする充電制御装置。
  7. 請求項記載の充電制御装置において、
    前記温度調節手段は、前記外部電源から直接供給される電力に加えて、前記蓄電手段から供給される電力により作動され、
    前記温度調節手段への電力供給による前記蓄電手段の残容量の低下分である前記第2電力を該蓄電手段の充電と併せて前記外部電源から前記蓄電手段に供給し、該第2電力を前記電気料金体系に基づいて電気料金に換算することを特徴とする充電制御装置。
  8. 請求項記載の充電制御装置において、
    前記温度調節手段により予め前記蓄電手段の温度を調節する必要がある場合に、
    前記蓄電手段から前記温度調節手段に電力を供給して該蓄電手段を充電に適した温度に調節した後に、該温度調節手段への電力供給による該蓄電手段の残容量の低下分である第2電力を該蓄電手段の充電と併せて前記外部電源から該蓄電手段に供給する場合の前記第1電力および前記第2電力を前記電気料金体系に基づいて換算した電気料金と、前記外部電源から前記温度調節手段に電力を供給して前記蓄電手段を充電に適した温度に調節した後に、該蓄電手段の充電を実行する場合の前記第1電力および前記第2電力を前記電気料金体系に基づいて換算した電気料金とを比較し、電気料金が最小となる場合にしたがって、前記温度調節手段への電力を供給と前記外部電源から前記蓄電手段への充電とを実行することを特徴とする充電制御装置。
  9. 請求項1〜8のうちいずれか1項記載の充電制御装置と、
    前記蓄電手段と
    を備えることを特徴とする車両。
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