JP5483014B2

JP5483014B2 - 制御装置

Info

Publication number: JP5483014B2
Application number: JP2010133761A
Authority: JP
Inventors: 文男堀田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2030-06-11
Also published as: JP2011259652A

Description

本発明は、制御装置に関する。

環境保護が重要となった今日、自動車業界においては、電気自動車やハイブリッド自動車のように電気の使用が重要となってきており、これに関係した各種技術の提案がある。電気自動車（ＥＶ：ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）やプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ：Ｐｌｕｇ−ＩｎＨｙｂｒｉｄＶｅｈｉｃｌｅ）においては充電技術が重要となる。

通常ＥＶなどへの充電は長時間を要するので、電力料金コストを抑えることが考慮すべき課題となる。例えば下記特許文献１では、深夜電力を用いることにより、充電を低コストに抑える技術が提案されている。

特開２００９−１１８６５２号公報

しかし特許文献１の技術では、電力会社のサーバを用いたり、通信を利用しており、自動車以外の各種設備が必要な技術となっている。自動車に装備された各種装置を用いて深夜電力を用いた低コスト充電が実行できる技術はこれまで提案されていない。

また低コスト充電を実現する場合、最適な充電開始時刻（あるいは充電期間）を求める問題がある。例えば電力料金が安価な深夜時間帯を有効に利用するために深夜時間帯の開始時刻を充電開始時刻とすると、翌日の出発時刻が早い場合にフル充電できない可能性がある。逆に帰宅時にすぐに充電を開始した場合には、深夜時間帯を有効に利用できない可能性がある。

そこで本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、通常の自動車（ＥＶやＰＨＶ）に装備された相対的に簡素な装備のみで、深夜電力を用いた低コスト充電が最適な充電開始時刻により実行できる制御装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を達成するために、本発明に係る制御装置は、車両に備えられた電池の残量を検出する検出手段と、現在時間を算出する計時手段と、前記車両がイグニションオフの状態で、前記車両の次のイグニションオンの時刻を取得する取得手段と、使用者から、電力料金が安価な時間帯の情報の入力を受け付ける入力手段と、を備え、前記計時手段によって算出された現在時刻から前記取得手段によって取得された次のイグニションオンの時刻までの期間を充電可能期間として、前記車両がイグニションオフの状態で、前記入力手段が受け付けた電力料金が安価な時間帯の情報に基づいて、前記充電可能期間内で、前記検出手段により検出された電池残量からフル充電までの電力料金が最も安価となる充電期間の開始時刻を算出する算出手段と、前記車両のイグニションオンの時刻を記憶する記憶手段と、その記憶手段に記憶された時刻からイグニションオン時刻の平均値を算出する平均値算出手段と、を備え、前記取得手段は、前記平均値算出手段による算出結果を次のイグニションオンの時刻として取得することを特徴とする。

これにより本発明に係る制御装置では、現在時刻から次のイグニションオン時刻の間の充電可能期間内において、電力料金が最も安価となる充電開始時刻を算出する算出手段を備えるので、常に最も低コストな車両充電が実現できる。その際、電力料金が安価な時間帯の情報の入力は使用者からの入力により取得するので、簡素なシステム構成とできる。

また低コスト充電を優先するか否かの入力を受け付ける第１入力手段を備え、前記第１入力手段が受け付けた入力が低コスト充電を優先するとの入力である場合は、前記算出手段を機能させ、前記第１入力手段が受け付けた入力が低コスト充電を優先しないとの入力である場合は、前記算出手段を機能させず、現在時刻を充電開始時刻とする副制御手段を備えたとしてもよい。

これにより低コスト充電を優先するかの入力に応じて、低コスト充電を優先する場合は最も低コストとなる充電開始時刻を算出し、低コストを優先しない場合は現在時点からただちに充電を開始するので、低コスト充電を優先するか否かの使用者の好みに応じることができて、柔軟に低コストか迅速な充電開始かを選択することができる。

また前記車両をイグニションオンする予定時刻の入力を受け付ける第２入力手段を備え、前記取得手段は、前記第２入力手段が受け付けた前記予定時刻を次のイグニションオンの時刻として取得するとしてもよい。

これにより次のイグニションオン時刻を入力する手段を備えるので、正確なイグニションオン時刻が取得でき、したがって、最も安価な充電のための充電開始時刻の算出の信頼性が高くなる。

また前記車両のイグニションオンの時刻を記憶する記憶手段と、その記憶手段に記憶された時刻からイグニションオン時刻の平均値を算出する平均値算出手段と、を備え、前記取得手段は、前記平均値算出手段による算出結果を次のイグニションオンの時刻として取得するとしてもよい。

これによりこれまでのイグニションオン時刻の平均値を算出する手段を備えるので、次のイグニションオン時刻を入力する手段を装備することなく、最も安価な充電のための充電開始時刻を算出する。したがって使用者にとっては入力の手間が省けた利便性の高いシステムとなる。

また前記検出手段により検出された電池残量から前記電池がフル充電状態となるまでに必要な充電時間を必要充電時間として、前記算出手段は、前記必要充電時間が前記充電可能期間の長さ以上の場合は、現在時刻を充電期間の開始時刻として設定するとしてもよい。

これにより充電に必要な時間が、現在時刻から次のイグニションオン時刻までの充電可能期間の長さ以上の場合は、現在時刻を充電期間の開始時刻とするので、必要充電時間と充電可能期間の長さの関係を判断処理の対象として、直ちに充電を開始する必要がある場合は適切に現在時刻から充電を開始する。

本発明の実施例における車両用充電制御システムの概略構成図。充電制御処理を示すフローチャート。最適充電開始時刻算出ルーチンを示すフローチャート。充電可能期間、低料金期間、低料金充電可能期間の例を示す図。算出された充電期間の各種例を示す図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。まず図１は、本発明に係る車両用充電制御システムの実施例における装置構成の概略図である。

車両用充電制御システム１（制御装置）は、自動車車両２（ＥＶやＰＨＶ）に装備されて、電池ＥＣＵ３、メータＥＣＵ４、エンジンＥＣＵ５を備える。電池ＥＣＵ３、メータＥＣＵ４、エンジンＥＣＵ５は車内通信で接続されており、各種情報の受け渡しが可能となっている。

電池ＥＣＵ３はバッテリー３０への充電を制御するＥＣＵであり、プラグ３１（接続部）、ケーブル３２を備える。プラグ３１が商用電力のコンセントに装着（挿入）された状態で、電池ＥＣＵ３が充電の開始を指令すると、プラグ３１からケーブル３２を介してバッテリー３０に充電される。どのような条件下で電池ＥＣＵ３が充電開始を指令するかが本発明の主要部であり後述する。

さらに電池ＥＣＵ３は、プラグ３１がコンセントに装着されたか否かを検出するプラグ装着検出部３３、バッテリー３０の残量を算出するバッテリー残量算出部３４、車両２の次の出発時刻を推定する出発時刻推定部３６（詳細は後述、これは備えない形態もある）、各種情報を記憶するメモリ３７を備える。

電池ＥＣＵ３は通常のコンピュータと同じ構造を有するとし、各種演算など情報処理を司るＣＰＵ、そのＣＰＵの作業領域としての一時記憶部であるＲＡＭなどを備えるとすればよい。上記プラグ装着検出部３３、電池残量検出部３４、必要充電時間算出部３５、出発時刻推定部３６は、プラグ装着検出処理、電池残量検出処理、必要充電時間算出処理、出発時刻推定処理を実行するＣＰＵを指すとすればよい。ＣＰＵによるこうした各種処理に必要なプログラムはメモリ３７内に予め記憶しておけばよい。

メータＥＣＵ４は車両の各種メータ（スピードメータ、バッテリー残量メータ等）の表示を制御するＥＣＵである。メータＥＣＵ４は、メータ表示部４０、計時部４１、入力部４２を備える。メータ表示部４０は例えば液晶ディスプレイなどで構成されて各種メータを表示する。

計時部４１は現在時刻を算出する。入力部４２はテンキーやタッチパネルやスイッチなどで構成されて、車両２の乗員（ユーザ）からの各種入力を受け付ける。なお図１の構成例では計時部４１、入力部４２をメータＥＣＵ４に関係する部位に装備したが、これに限定する必要はなく、計時部４１、入力部４２は車両２のどこかの部位に装備すればよい。また、必要充電時間算出部３５、出発時刻推定部３６を電池ＥＣＵ３に構成したが、メータＥＣＵ４側に構成してもよい。

エンジンＥＣＵ５はエンジンの制御を司るＥＣＵであり、イグニション（イグニッション）スイッチ（ＳＷ）５０を備えて、乗員によるイグニションスイッチのオンオフ情報を取得する。

以上の構成のもとで、制御システム１はバッテリー３０の充電を制御する処理を実行する。その処理手順は図２、図３に示されている。図２、図３の処理手順は予めプログラム化しておき例えばメモリに記憶しておく。そして、車両２がイグニションオフ（エンジン（モータ）停止）の状態となったら電池ＥＣＵ３が自動的に図２、図３の処理手順のプログラムを実行するとすればよい。

以下の説明で用いる用語を図４を参照しながら定義する。想定している代表的な状況は車両２がイグニションオフとなってコンセントにプラグ３１が装着されている状況である。車両２が次にイグニションオンとされる時刻を出発時刻と称する。

本システムにおいてこの出発時刻は、ユーザによって入力される出発予定時刻の場合と制御システム１によって予想される出発予想時刻の場合の２通りがある。現在時刻から出発（予定、予想）時刻までが、次の走行のための充電を行うことができる期間であるので、この期間を充電可能期間と称する。また各電力会社によって電力料金が低料金に設定された（通常深夜の）時間帯を低料金期間と称する。

上記の充電可能期間と低料金期間の共通の期間を低料金充電可能期間と称する。上記の充電可能期間の長さ（つまりその開始時刻から終了時刻までの時間）を充電可能期間長と称する。同様に低料金充電可能期間の長さ（つまりその開始時刻から終了時刻までの時間）を低料金充電可能期間長と称する。なお図面では充電可能期間、低料金期間、低料金充電可能期間をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃと略記する場合がある。

なお図４では充電可能期間の開始後に低料金期間が開始し、充電可能期間の終了後に低料金期間が終了する場合が示されているが、これは一例に過ぎず、後述するように、本発明では充電可能期間と低料金期間の前後関係はあらゆるパターンを考慮対象とする。

以下で図２を説明する。図２の処理ではまず手順Ｓ１０で電池ＥＣＵ３は、プラグ３１が商用電力のコンセントに装着されているか否かを、プラグ装着検出部３３を用いて判断する。装着されている場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）はＳ２０に進み、装着されていない場合（Ｓ１０：ＮＯ）は、Ｓ１０を繰り返して装着待ち状態となる。

本発明では、車両２の充電において低コスト（低電力料金）を優先するかどうかをユーザで選択できるとする。ユーザは例えば入力部４２を用いて低コスト充電優先モードか非優先モードかを選択する入力を行う。Ｓ２０で電池ＥＣＵ３は、モードが低コスト充電優先モードに設定されているか否かを判断する。低コスト充電優先モードに設定されている場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）はＳ３０に進んで、以降の処理で最適な充電開示時刻を算出する。低コスト充電非優先モードに設定されている場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）は、低コスト充電に関して考慮する必要がないので、Ｓ９０に進んでただちに充電を開始する。

電池ＥＣＵ３は、Ｓ３０に進んだら電池残量（バッテリー３０の残量）を検出する。これは電池残量算出部３４によって算出すればよい。

次にＳ４０で電池ＥＣＵ３は、必要充電時間算出部３５を用いて、必要充電時間、すなわちバッテリー３０をフル充電状態になるまで充電するのに必要な時間を算出する。フル充電量をＧ、電池残量をＦ、充電スピードをＳとすると、必要充電時間Ｈは次の式（Ｅ１）で算出される。フル充電量や充電スピードは予め取得、あるいは設定されており、メモリ３７に記憶してあるとすればよい。
Ｈ＝（Ｇ−Ｆ）／Ｓ（Ｅ１）

次にＳ５０で電池ＥＣＵ３は現在時刻を取得する。そしてＳ６０で電池ＥＣＵ３は、車両２の次の出発時刻を取得、あるいは推定する。本実施例では車両２の次の出発時刻をユーザが入力する方式としてもよいし、システムの方で推定する方式としてもよい。

ユーザ入力の場合は、ユーザが次の出発時刻を例えば入力部４２を用いて入力し、Ｓ６０で電池ＥＣＵ３はこの情報を取得する。この場合ユーザは例えばエンジンを停止するごとに次の出発時刻を入力する。あるいはこれを変形して、毎日ほぼ同じ時刻に帰宅してエンジンを停止し、また毎日ほぼ同じ時刻にエンジンを作動して出発するような状況を想定して、毎日の出発時刻をユーザが入力する方式としてもよい。この場合ユーザは毎日入力する必要がない。

またシステムの側が次の出発時刻を推定する場合は、イグニションＳＷ５０がオンされたたびごとに、計時部４１を用いてイグニションＳＷ５０がオンされた時刻を取得して、これをメモリ３７に記憶していく。そして電池ＥＣＵ３は、メモリ３７に記憶されたイグニションオン時刻の例えば平均値を算出して、算出結果を出発時刻とする。毎日ほぼ同じ時刻にイグニションオンして出発する場合、こうした算出処理で有効な推定値が得られる。

次にＳ７０で電池ＥＣＵ３は、低料金期間を取得する。低料金期間は上述のとおり、各電力会社が定めた電力料金が割安に設定された時間帯のことである。本実施例では、ユーザが予め自ら低料金期間を調べて、例えば入力部４２を用いて入力する。入力された情報（例えば低料金期間の開始時刻と終了時刻の情報）はメモリ３７に記憶しておく。そしてＳ７０では記憶しておいた低料金期間の情報をメモリ３７から呼び出す。

以上の処理で求めた情報から、上記の充電可能期間（長）や低料金充電可能期間（長）などを算出すればよい。以上の情報を用いて、以下で充電開始時刻の算出処理に移る。

まず電池ＥＣＵ３はＳ８０で必要充電時間が充電可能期間長の大小関係を判定する。必要充電時間が充電可能期間長以上の場合（Ｓ８０：ＹＥＳ）は、低料金充電に関して考慮する余地がなく、Ｓ９０に進んでただちに充電を開始する。必要充電時間が充電可能期間長未満の場合（Ｓ８０：ＮＯ）はＳ１００に進む。

図５には充電期間（実際に充電を実行する期間）の代表的なパターンがいくつか例示されている。図５（ａ）にはＳ８０で肯定判断（ＹＥＳ）となる場合の例が示されている。この例示のように、Ｓ８０で肯定判断となる場合は、必要充電時間が充電可能期間（Ａ）の長さよりも長い場合である。したがってＳ９０で現在時刻から直ちに充電を開始し、出発時刻で充電を終了することとなる。ただし充電終了時（出発時刻）にフル充電とはなっていない。

電池ＥＣＵ３は、Ｓ１００では低料金充電可能期間長がゼロであるか否かを判定する。低料金充電可能期間長がゼロの場合（Ｓ１００：ＹＥＳ）は、充電可能期間中に低料金期間がないので低料金充電について考慮する必要がなく、Ｓ９０に進んでただちに充電を開始する。低料金充電可能期間長がゼロでない場合（Ｓ１００：ＮＯ）はＳ１１０に進む。

図５（ｂ）にはＳ１００で肯定判断（ＹＥＳ）となる場合の例が示されている。この例のとおり、充電可能期間（Ａ）内に、低料金期間（Ｂ）がない。したがって低料金充電について考慮する必要がなく、現在時刻から充電を開始する。なお、この場合、充電可能期間（Ａ）内のどこで充電してもよいという考え方もあるが、出発時刻が繰り上がる可能性があることを考慮すると、現在時刻からただちに充電を開始することが有効である。

Ｓ１１０では電池ＥＣＵ３は低料金の意味で最適な充電開始時刻を算出する。この算出処理の詳細は図３に示されており、後述する。

これで充電開始時刻が決定されたので、電池ＥＣＵ３は次にＳ１２０に進んで、現在時刻が充電開始時刻に到達したか否かを判定する。充電開始時刻に到達していない間（Ｓ１２０：ＮＯ）はＳ１２０の処理を繰り返して待ち状態とし、充電開始時刻に到達したら（Ｓ１２０：ＹＥＳ）Ｓ１３０に進んで充電を開始する。以上が図２の処理手順である。

次に図３を説明する。上述のとおり図３の処理が図２のＳ１２０で行われる。図３の処理ではまずＳ２００で電池ＥＣＵ３は、必要充電時間と低料金充電可能期間長との大小関係を判定する。必要充電時間が低料金充電可能期間長以上の場合（Ｓ２００：ＹＥＳ）はＳ２１０に進む。必要充電時間が低料金充電可能期間長未満の場合（Ｓ２００：ＮＯ）はＳ２２０に進む。

図５（ｃ）にはＳ２００で肯定判断（ＹＥＳ）となった場合の例が示されている。この例のとおり、Ｓ２００で肯定判断の場合は、低料金充電可能期間（Ｃ）内でフル充電が可能なので、低料金充電可能期間の開始と同時に充電を開始する。この場合も、低料金充電可能期間内のどこで充電してもよいように思われるが、図５（ｂ）の場合と同様に、低料金充電可能期間の開始と同時に充電を開始すれば出発時刻の不確定性に対応できて好適である。

電池ＥＣＵ３は、Ｓ２１０では、低料金充電可能期間の開始時刻を充電開始時刻とする。Ｓ２２０では、充電開始時刻を、低料金充電可能期間の終了時刻から必要充電時間だけ遡った時刻として設定する。

次に電池ＥＣＵ３は、Ｓ２３０では、Ｓ２２０で設定された充電開始時刻が現在時刻よりも過去になっているか否かを判定する。充電開始時刻が現在時刻よりも過去になっている場合（Ｓ２３０：ＹＥＳ）はＳ２４０に進み、充電開始時刻が現在時刻以降になっている場合（Ｓ２３０：ＮＯ）は図３の処理を終了する。

図５（ｄ）にはＳ２３０で否定判断（ＮＯ）となる場合の例が示されている。図２、図３より、Ｓ２３０で否定判断の場合は、Ｓ２００で否定判断（ＮＯ）なので、必要充電時間は低料金充電可能期間（Ｃ）よりは長く、またＳ８０で否定判断（ＮＯ）なので、必要充電時間は充電可能期間（Ａ）よりは短い。

したがって図５（ｄ）に示されているように、低料金充電可能期間（Ｃ）全てを含むように充電期間を設定する。この場合、低料金充電可能期間（Ｃ）全てを含む充電期間には自由度があるが、図５（ｂ）の場合等と同様の考え方により、充電開始時刻をできるだけ早い時刻に設定した方が出発時刻の不確定性に対応できる。したがってＳ２２０において、充電開始時刻を、低料金充電可能期間の終了時刻から必要充電時間だけ遡った時刻として設定する。

Ｓ２４０では、電池ＥＣＵ３は充電開始時刻をＳ２２０で設定した時刻から現在時刻に変更する。図５（ｅ）にはＳ２３０で肯定判断（ＹＥＳ）となる場合の例が示されている。この場合も図５（ｄ）と同様に必要充電時間は、低料金充電可能期間（Ｃ）よりは長く、充電可能期間（Ａ）よりは短い。

したがって図５（ｄ）と同様に充電開始時刻を、低料金充電可能期間の終了時刻から必要充電時間だけ遡った時刻として設定するが、図５（ｅ）の場合は、このように設定された充電開始時刻が現在時刻よりも過去となってしまう。したがってＳ２４０で充電開始時刻を現在時刻へ修正する。以上が図３の処理である。

なお上記実施例は、特許請求の範囲に記載された本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更してよい。例えば上記式（Ｅ１）で用いる充電スピードＳは、設定できる場合はその設定値を用いればよい。充電スピードＳが（正確に）設定できない場合は、電池ＥＣＵ３で、個々の充電ごとに充電スピードを算出して、記憶していき、この情報を用いて充電スピードＳの数値を学習する（例えば平均をとる）方式としてもよい。また上記でイグニションスイッチは電気的モータが駆動状態にあるか停止状態にあるかを検知する手段とすればよい。

１車両用充電制御システム（制御装置）
２車両
３電池ＥＣＵ
４メータＥＣＵ
５エンジンＥＣＵ
３０バッテリー（電池）

Claims

車両に備えられた電池の残量を検出する検出手段と、
現在時間を算出する計時手段と、
前記車両がイグニションオフの状態で、前記車両の次のイグニションオンの時刻を取得する取得手段と、
使用者から、電力料金が安価な時間帯の情報の入力を受け付ける入力手段と、
を備え、
前記計時手段によって算出された現在時刻から前記取得手段によって取得された次のイグニションオンの時刻までの期間を充電可能期間として、
前記車両がイグニションオフの状態で、前記入力手段が受け付けた電力料金が安価な時間帯の情報に基づいて、前記充電可能期間内で、前記検出手段により検出された電池残量からフル充電までの電力料金が最も安価となる充電期間の開始時刻を算出する算出手段と、
前記車両のイグニションオンの時刻を記憶する記憶手段と、
その記憶手段に記憶された時刻からイグニションオン時刻の平均値を算出する平均値算出手段と、
を備え、
前記取得手段は、前記平均値算出手段による算出結果を次のイグニションオンの時刻として取得することを特徴とする制御装置。
低コスト充電を優先するか否かの入力を受け付ける第１入力手段を備え、
前記第１入力手段が受け付けた入力が低コスト充電を優先するとの入力である場合は、前記算出手段を機能させ、前記第１入力手段が受け付けた入力が低コスト充電を優先しないとの入力である場合は、前記算出手段を機能させず、現在時刻を充電開始時刻とする副制御手段を備えた請求項１に記載の制御装置。
前記車両をイグニションオンする予定時刻の入力を受け付ける第２入力手段を備え、
前記取得手段は、前記第２入力手段が受け付けた前記予定時刻を次のイグニションオンの時刻として取得する請求項１又は２に記載の制御装置。
前記検出手段により検出された電池残量から前記電池がフル充電状態となるまでに必要な充電時間を必要充電時間として、
前記算出手段は、前記必要充電時間が前記充電可能期間の長さ以上の場合は、現在時刻を充電期間の開始時刻として設定する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の制御装置。