JP6337620B2 - 充電制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、蓄電装置を充電する充電装置を制御する充電制御装置に関する。
複数の電池(以下、「セル」ともいう)によって構成される蓄電装置(以下、「バッテリ」ともいう)を充電するときには、バッテリの劣化を防ぐために、各セルにかける電圧の値が所定値を超えないように充電電流を制御する必要がある。
例えば、特許文献1では、充電電流の制御を充電開始時と定電流制御時とに分けて、充電開始時の充電電流の初期値を定電流制御時の充電電流の目標値より低く設定し、定電流制御時になるまでの間、充電電流の値を初期値から目標値まで所定の電流増加率で徐々に増加させるものが提案されている。
特開2012−60757号公報
しかしながら、特許文献1で提案されたものは、電流増加率を実験的に定めているため、極低温下の使用又は長期使用によってバッテリの特性が低下しているときに合わせて電流増加率を定めた場合には、充電電流の値が目標値になるまでの時間がかかり、ユーザに対する利便性が低下してしまうといった課題があった。
また、特許文献1で提案されたものは、バッテリの特性が維持されているときに合わせて電流増加率を定めた場合には、バッテリの特性が低下したときに、各セルに所定値を超えた電圧がかかり、バッテリの劣化を促進させてしまうといった課題があった。
そこで、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、蓄電装置の劣化を抑制するとともに、ユーザに対する利便性の低下を防止することができる充電制御装置を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様は、複数の電池によって構成される蓄電装置を充電する充電装置を制御する充電制御装置であって、蓄電装置の充電電力が所定の目標充電電力に達するまでの充電電力の上昇率を蓄電装置の状態に応じて決定する上昇率決定部と、蓄電装置が充電されているときに、上昇率決定部によって決定された上昇率で充電電力を充電開始後から目標充電電力になるまでの蓄電装置の状態に応じて変化させながら蓄電装置を充電するように充電装置を制御する制御部とを備えている。
本発明の第2の態様として、蓄電装置の複数箇所の温度を検出する温度検出部が設けられ、蓄電装置の状態は、温度検出部によって検出された温度のうち最低の温度を含むようにしてもよい。
本発明の第3の態様として、複数の電池の電圧を計測する電圧計測部が設けられ、蓄電装置の状態は、電圧計測部によって計測された電圧のうち最大の電圧を含むようにしてもよい。
本発明の第4の態様として、蓄電装置の内部抵抗を推定する内部抵抗推定部を更に備え、蓄電装置の状態は、内部抵抗推定部によって推定された内部抵抗を含むようにしてもよい。
本発明の第5の態様として、蓄電装置の残存容量を推定する残存容量推定部を更に備え、蓄電装置の状態は、残存容量推定部によって推定された残存容量を含むようにしてもよい。
本発明の第6の態様として、上昇率決定部は、蓄電装置の状態に応じた上昇率のうち最小の上昇率を充電電力の上昇率として決定するようにしてもよい。
本発明の第7の態様として、上昇率決定部は、蓄電装置の充電電力が目標充電電力を超えた場合に、蓄電装置の充電電力を減少させるように上昇率を決定するようにしてもよい。
このように、上記の第1の態様は、蓄電装置の充電電力が目標充電電力に達するまでの充電電力の上昇率を蓄電装置の状態に応じて決定することにより、充電電力が目標充電電力に達するまでに時間がかかることを防止するため、ユーザに対する利便性の低下を防止する。
また、上記の第1の態様は、蓄電装置の充電電力が目標充電電力に達するまでの充電電力の上昇率を蓄電装置の状態に応じて決定することにより、蓄電装置の特性が低下したときに、各電池に所定値を超えた電圧がかかることを防止するため、バッテリの劣化を抑制することができる。
したがって、上記の第1の態様は、蓄電装置の劣化を抑制するとともに、ユーザに対する利便性の低下を防止することができる。
上記の第2の態様は、蓄電装置の複数箇所の温度のうち最低の温度に応じて充電電力の上昇率を決定するため、蓄電装置の温度が低下した場合に、各電池に過剰な電圧をかけてしまうことを防止することができる。
上記の第3の態様は、各電池にかけられている電圧のうち最大の電圧に応じて充電電力の上昇率を決定するため、高い電圧が既にかけられている電池に対して、過剰な電圧をかけてしまうことを防止することができる。
上記の第4の態様は、蓄電装置の内部抵抗が相対的に高い場合に、各電池に過剰な電圧をかけてしまうことを防止することができるとともに、蓄電装置の内部抵抗が相対的に低い場合に、充電時間が長くなることを防ぎ、ユーザに対する利便性の低下を防止することができる。
上記の第5の態様は、蓄電装置の残存容量が多い場合に、各電池に過剰な電圧をかけてしまうことを防止することができるとともに、蓄電装置の残存容量が少ない場合に、充電時間が長くなることを防ぎ、ユーザに対する利便性の低下を防止することができる。
上記の第6の態様は、各電池に供給される充電電力の上昇率うち最小の上昇率で各電池に充電電力を供給するため、各電池に過剰な電圧をかけてしまうことを防止することができる。
上記の第7の態様は、蓄電装置の充電電力が目標充電電力を超えた場合に、蓄電装置の充電電力を減少させるように上昇率を決定する蓄電装置の充電電力が目標充電電力を超えたとしても、各電池にかかる電圧を所定圧に抑制することができる。これにより、上記の第7の態様は、各電池に過剰な電圧をかけてしまうことを防止することができる。
図1は、本発明の実施の形態に係る充電制御装置を搭載した車両の要部を示すハードウェア構成図である。 図2は、本発明の実施の形態に係る充電制御装置を示す機能ブロック図である。 図3は、本発明の実施の形態に係る充電制御装置によって実行される充電制御動作を示すフローチャートである。 図4は、本発明の実施の形態に係る充電制御装置によって実行される充電制御動作の変形例を示すフローチャートである。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1にハードウェア構成を示し、図2に機能ブロックを示すように、本発明の実施の形態に係る充電制御装置を搭載した車両1は、複数の電池(以下、「セル」ともいう)2によって構成される蓄電装置(以下、「バッテリ」ともいう)3と、バッテリ3を監視及び制御するバッテリコントローラ4と、車両1を制御する車両制御コントローラ5とを含んで構成される。
本実施の形態において、車両1は、バッテリ3に充電された電力によってモータ等を駆動させて、その駆動力で走行する電気自動車によって構成されるものとする。しかしながら、車両1は、プラグインハイブリッド車両等のように、外部から供給される電力を駆動源とする車両であれば、いずれの形式の車両であっても適用することができる。
バッテリ3の各セル2には、端子間電圧を測定するための電圧センサ6が設けられている。バッテリ3の複数箇所には、バッテリ3の各箇所の温度を検出する温度センサ7が設けられている。バッテリ3の電力ラインには、バッテリ3に入出力される電流の値を測定するための電流センサ8が設けられている。
車両1には、充電口9が形成されている。充電口9には、充電ケーブル10を接続することができるようになっている。充電ケーブル10は、例えば、充電スタンド11に接続される。
充電スタンド11は、本実施の形態における充電装置を構成し、例えば、商用電源12に接続される。充電スタンド11は、充電回路13と、充電回路13を制御する充電制御コントローラ14とを含んで構成される。充電回路13は、商用電源12から供給される交流の電力をレベルが可変な直流の電力に変換するようになっている。
充電制御コントローラ14は、CPU(Central Processing Unit)と、RAM(Random Access Memory)と、ROM(Read Only Memory)と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートと、ネットワークモジュールとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。
充電制御コントローラ14のROMには、各種定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットを充電制御コントローラ14として機能させるためのプログラムが格納されている。
すなわち、充電制御コントローラ14において、CPUがROMに格納されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、充電制御コントローラ14として機能する。
充電制御コントローラ14の入出力ポートには、充電回路13が接続されている。充電制御コントローラ14は、車両制御コントローラ5から送信された制御信号をネットワークモジュールを介して受信し、受信した制御信号に応じて、充電回路13に供給させる充電電力の大きさを調整したり、充電回路13をオン又はオフしたりするようになっている。
バッテリコントローラ4は、CPUと、RAMと、ROMと、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートと、ネットワークモジュールとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。
ネットワークモジュールは、車両制御コントローラ5等の他のECU(Electronic Control Unit)とCAN(Controller Area Network)又はフレックスレイ等の規格に準拠した車内LAN(Local Area Network)を介して通信を行うことができるようになっている。
バッテリコントローラ4のROMには、各種定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをバッテリコントローラ4として機能させるためのプログラムが格納されている。
すなわち、バッテリコントローラ4において、CPUがROMに格納されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、バッテリコントローラ4として機能する。
バッテリコントローラ4の入力ポートには、電圧センサ6、温度センサ7及び電流センサ8等の各種センサが接続されている。バッテリコントローラ4は、各種センサから得られた情報に基づいて、バッテリ3を監視及び制御するとともに、バッテリに関する情報を車両制御コントローラ5に送信するようになっている。
バッテリコントローラ4は、温度センサ7によって検出されたバッテリ3の複数箇所の温度のうち、最低の温度をバッテリ3の温度として決定するようになっている。このように、バッテリコントローラ4は、温度センサ7と協働して温度検出部20を構成する。
また、バッテリコントローラ4は、電圧センサ6によって検出された各セル2の電圧のうち、最大の電圧をバッテリ3にかかっている電圧として決定するようになっている。このように、バッテリコントローラ4は、電圧センサ6と協働して電圧計測部21を構成する。
また、バッテリコントローラ4は、電流センサ8によって検出された電流値を積算することにより、バッテリ3の残存容量(State Of Charge、以下、「SOC」ともいう)を推定するようになっている。このように、バッテリコントローラ4は、電流センサ8と協働して、バッテリ3のSOCを推定する残存容量推定部22を構成する。
また、バッテリコントローラ4は、電圧センサ6によって検出された電圧と、電流センサ8によって検出された電流値とに基づいて、バッテリ3の内部抵抗を算出し、温度センサ7によって検出された温度に応じて、算出したバッテリ3の内部抵抗を補正するようになっている。このように、バッテリコントローラ4は、電圧センサ6、温度センサ7及び電流センサ8と協働して、バッテリ3の内部抵抗を推定する内部抵抗推定部23を構成する。
車両制御コントローラ5は、CPUと、RAMと、ROMと、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートと、ネットワークモジュールとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。
ネットワークモジュールは、バッテリコントローラ4等の他のECUとCAN又はフレックスレイ等の規格に準拠した車内LANを介して通信を行うことができるようになっている。
車両制御コントローラ5のROMには、各種定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットを車両制御コントローラ5として機能させるためのプログラムが格納されている。
すなわち、車両制御コントローラ5において、CPUがROMに格納されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、車両制御コントローラ5として機能する。
車両制御コントローラ5は、充電回路13に供給させる電力の大きさを制御したり、充電回路13をオン又はオフしたりする制御信号を充電制御コントローラ14に送信するようになっている。
具体的には、車両制御コントローラ5は、バッテリ3の充電電力が目標充電電力に達するまでの充電電力の上昇率をバッテリ3の状態に応じて決定する上昇率決定部25を構成する。ここで、目標充電電力は、予め実験的に定められた適合値であり、例えば、車両制御コントローラ5のROMに格納されている。
詳細には、車両制御コントローラ5のROMには、バッテリ3の温度、バッテリ3にかかっている電圧、バッテリ3の内部抵抗及びバッテリ3のSOCと、充電電力の上昇率とが対応付けられた上昇率マップが格納されている。
車両制御コントローラ5は、バッテリ3が充電されているとき、すなわち、充電ケーブル10が充電口9に接続され、充電スタンド11がオンであるときに、ROMに格納された上昇率マップを参照して充電電力の上昇率を決定し、決定した上昇率で充電電力を変化させることを要求する制御信号を充電制御コントローラ14に送信するようになっている。
ここで、車両制御コントローラ5は、バッテリ3の充電電力が目標充電電力を超えている場合には、バッテリ3の充電電力を減少させるように上昇率を決定するようになっている。
このように、車両制御コントローラ5は、決定した上昇率で充電電力を目標充電電力になるまで変化させながらバッテリ3を充電するように充電制御コントローラ14を制御する制御部26を構成する。
なお、車両制御コントローラ5は、充電電力の上昇率をセル2毎に決定してもよく、決定した充電電力の上昇率のうち最小の上昇率の充電電力を要求する制御信号を充電制御コントローラ14に送信するようにしてもよい。
以上のように構成された本発明の実施の形態に係る充電制御装置の充電制御動作について図3を参照して説明する。なお、以下に説明する充電制御動作は、バッテリコントローラ4及び車両制御コントローラ5が作動している間、繰り返し実行される。
まず、車両制御コントローラ5は、充電が開始されているか否かを判断する(ステップS1)。すなわち、車両制御コントローラ5は、充電ケーブル10が充電口9に接続され、充電スタンド11がオンであるか否かを判断する。
ここで、充電が開始されていないと判断した場合には、車両制御コントローラ5は、充電制御動作を終了する。一方、充電が開始されていると判断した場合には、車両制御コントローラ5は、バッテリ3の複数箇所の最低温度を検出する(ステップS2)。ここで、車両制御コントローラ5は、温度センサ7によって検出されたバッテリ3の複数箇所の温度のうち、最低の温度をバッテリ3の温度として決定する。
次いで、車両制御コントローラ5は、各セルの最大電圧を検出する(ステップS3)。ここで、車両制御コントローラ5は、電圧センサ6によって検出された各セル2の電圧のうち、最大の電圧をバッテリ3にかかっている電圧として決定する。
次いで、車両制御コントローラ5は、バッテリコントローラ4にバッテリ3の内部抵抗を検出させる(ステップS4)。ここで、バッテリコントローラ4は、車両制御コントローラ5からの要求に応じて、電圧センサ6によって検出された電圧と、電流センサ8によって検出された電流値とに基づいて、バッテリ3の内部抵抗を算出し、温度センサ7によって検出された温度に応じて、算出したバッテリ3の内部抵抗を補正する。このように、バッテリコントローラ4、バッテリ3の内部抵抗を推定し、推定した内部抵抗を表す情報を車両制御コントローラ5に送信する。
次いで、車両制御コントローラ5は、バッテリコントローラ4にバッテリ3の残存容量、すなわち、SOCを検出させる(ステップS5)。ここで、バッテリコントローラ4は、車両制御コントローラ5からの要求に応じて、電流センサ8によって検出された電流値を積算することにより、バッテリ3のSOCを推定し、推定したSOCを表す情報を車両制御コントローラ5に送信する。
次いで、車両制御コントローラ5は、充電電力の上昇率を決定する(ステップS6)。ここで、車両制御コントローラ5は、上昇率マップを参照して、バッテリ3の温度、バッテリ3にかかっている電圧、バッテリ3の内部抵抗及びバッテリ3のSOCに基づいて、充電電力の上昇率を決定する。
次いで、車両制御コントローラ5は、充電電力を算出する(ステップS7)。ここで、車両制御コントローラ5は、ステップS6で決定した上昇率で充電電力を変化させた充電電力を算出する。
次いで、車両制御コントローラ5は、目標充電電力が充電電力以上であるか否かを判断する(ステップS8)。ここで、目標充電電力が充電電力以上であると判断した場合には、車両制御コントローラ5は、ステップS6で決定した上昇率で充電電力を増加させることを要求する制御信号を充電制御コントローラ14に送信する(ステップS9)。
一方、目標充電電力が充電電力以上でないと判断した場合には、車両制御コントローラ5は、ステップS6で決定した上昇率で充電電力を減少させることを要求する制御信号を充電制御コントローラ14に送信する(ステップS10)。
なお、図4に示すように、図3に示した充電制御動作は、ステップS7ないしステップS10を変更してもよい。
ステップS6の処理を実行した後、車両制御コントローラ5は、目標充電電力から現在の充電電力を減じた差dPを算出する(ステップS21)。次いで、車両制御コントローラ5は、差dPが0以上であるか否かを判断する(ステップS22)。
ここで、差dPが0以上であると判断した場合には、車両制御コントローラ5は、目標充電電力を超えない範囲で上昇率分増加させた充電電力を要求する制御信号を充電制御コントローラ14に送信する(ステップS23)。
すなわち、車両制御コントローラ5は、現在の充電電力をステップS6で決定した上昇率で増加させたときに、充電電力が目標充電電力以下となる場合には、現在の充電電力を上昇率で増加させた充電電力を要求する制御信号を充電制御コントローラ14に送信する。
一方、車両制御コントローラ5は、現在の充電電力をステップS6で決定した上昇率で増加させたときに、充電電力が目標充電電力以下とならない場合には、充電電力として目標充電電力を要求する制御信号を充電制御コントローラ14に送信する。
ステップS22において、差dPが0以上でないと判断した場合には、車両制御コントローラ5は、目標充電電力を下回らない範囲で上昇率分減少させた充電電力を要求する制御信号を充電制御コントローラ14に送信する(ステップS24)。
すなわち、車両制御コントローラ5は、現在の充電電力をステップS6で決定した上昇率で減少させたときに、充電電力が目標充電電力未満となる場合には、充電電力として目標充電電力を要求する制御信号を充電制御コントローラ14に送信する。
一方、車両制御コントローラ5は、現在の充電電力をステップS6で決定した上昇率で減少させたときに、充電電力が目標充電電力以下とならない場合には、現在の充電電力を上昇率で減少させた充電電力を要求する制御信号を充電制御コントローラ14に送信する。
以上のように、本実施の形態は、バッテリ3の充電電力が目標充電電力に達するまでの充電電力の上昇率をバッテリ3の状態に応じて決定することにより、充電電力が目標充電電力に達するまでに時間がかかることを防止するため、ユーザに対する利便性の低下を防止する。
また、本実施の形態は、バッテリ3の充電電力が目標充電電力に達するまでの充電電力の上昇率をバッテリ3の状態に応じて決定することにより、バッテリ3の特性が低下したときに、各セル2に所定値を超えた電圧がかかることを防止するため、バッテリ3の劣化を抑制することができる。
したがって、本実施の形態は、バッテリ3の劣化を抑制するとともに、ユーザに対する利便性の低下を防止することができる。
また、本実施の形態は、バッテリ3の複数箇所の温度のうち最低の温度に応じて充電電力の上昇率を決定するため、バッテリ3の温度が低下した場合に、各セル2に過剰な電圧をかけてしまうことを防止することができる。
また、本実施の形態は、各セル2にかけられている電圧のうち最大の電圧に応じて充電電力の上昇率を決定するため、高い電圧が既にかけられているセル2に対して、過剰な電圧をかけてしまうことを防止することができる。
また、本実施の形態は、バッテリ3の内部抵抗が相対的に高い場合に、各セル2に過剰な電圧をかけてしまうことを防止することができるとともに、バッテリ3の内部抵抗が相対的に低い場合に、充電時間が長くなることを防ぎ、ユーザに対する利便性の低下を防止することができる。
また、本実施の形態は、バッテリ3の残存容量が多い場合に、各セル2に過剰な電圧をかけてしまうことを防止することができるとともに、バッテリ3の残存容量が少ない場合に、充電時間が長くなることを防ぎ、ユーザに対する利便性の低下を防止することができる。
また、本実施の形態は、各セル2に供給される充電電力の上昇率うち最小の上昇率で各セル2に充電電力を供給するため、各セル2に過剰な電圧をかけてしまうことを防止することができる。
また、本実施の形態は、バッテリ3の充電電力が目標充電電力を超えた場合に、バッテリ3の充電電力を減少させるように上昇率を決定するため、バッテリ3の充電電力が目標充電電力を超えたとしても、各セル2にかかる電圧を所定圧に抑制することができる。これにより、本実施の形態は、各セル2に過剰な電圧をかけてしまうことを防止することができる。
なお、本実施の形態においては、車両制御コントローラ5が充電電力の上昇率を決定し、決定した充電電力の上昇率で充電電力を目標充電電力になるまで変化させながらバッテリ3を充電するように充電制御コントローラ14を制御する例について説明した。
これに対し、本発明においては、車両制御コントローラ5が充電電流の上昇率を決定し、決定した充電電流の上昇率で充電電流を目標充電電流になるまで変化させながらバッテリ3を充電するように充電制御コントローラ14を制御するようにしてもよい。
また、本実施の形態においては、車両制御コントローラ5のROMには、バッテリ3の温度、バッテリ3にかかっている電圧、バッテリ3の内部抵抗及びバッテリ3のSOCと、充電電力の上昇率とが対応付けられた上昇率マップが格納され、車両制御コントローラ5は、バッテリ3が充電されているときに、上昇率マップを参照して充電電力の上昇率を決定し、決定した上昇率で充電電力を変化させることを要求する制御信号を充電制御コントローラ14に送信するものとして説明した。
これに対し、本発明においては、車両制御コントローラ5のROMには、バッテリ3の温度、バッテリ3にかかっている電圧、バッテリ3の内部抵抗及びバッテリ3のSOCと、充電電力の上昇率とがそれぞれ対応付けられた複数の上昇率マップが格納され、車両制御コントローラ5は、バッテリ3が充電されているときに、複数の上昇率マップを参照して充電電力の上昇率をそれぞれ決定し、決定した上昇率のうち最小の上昇率で充電電力を変化させることを要求する制御信号を充電制御コントローラ14に送信するようにしてもよい。
また、本実施の形態においては、充電回路13及び充電制御コントローラ14が充電スタンド11に設けられている例について示したが、充電回路13及び充電制御コントローラ14は、充電制御装置が備えるようにしてもよい。
以上、本発明の実施の形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が特許請求の範囲に記載された請求項に含まれることが意図されている。
1 車両
2 セル(電池)
3 バッテリ(蓄電装置)
11 充電スタンド(充電装置)
20 温度検出部
21 電圧計測部
22 残存容量推定部
23 内部抵抗推定部
25 上昇率決定部
26 制御部

Claims (7)

  1. 複数の電池によって構成される蓄電装置を充電する充電装置を制御する充電制御装置であって、
    前記蓄電装置の充電電力が所定の目標充電電力に達するまでの前記充電電力の上昇率を前記蓄電装置の状態に応じて決定する上昇率決定部と、
    前記蓄電装置が充電されているときに、前記上昇率決定部によって決定された上昇率で充電電力を充電開始後から前記目標充電電力になるまでの前記蓄電装置の状態に応じて変化させながら前記蓄電装置を充電するように前記充電装置を制御する制御部と、を備えた充電制御装置。
  2. 前記蓄電装置の複数箇所の温度を検出する温度検出部が設けられ、
    前記蓄電装置の状態は、前記温度検出部によって検出された温度のうち最低の温度を含む請求項1に記載の充電制御装置。
  3. 前記複数の電池の電圧を計測する電圧計測部が設けられ、
    前記蓄電装置の状態は、前記電圧計測部によって計測された電圧のうち最大の電圧を含む請求項1に記載の充電制御装置。
  4. 前記蓄電装置の内部抵抗を推定する内部抵抗推定部を更に備え、
    前記蓄電装置の状態は、前記内部抵抗推定部によって推定された内部抵抗を含む請求項1に記載の充電制御装置。
  5. 前記蓄電装置の残存容量を推定する残存容量推定部を更に備え、
    前記蓄電装置の状態は、前記残存容量推定部によって推定された残存容量を含む請求項1に記載の充電制御装置。
  6. 前記上昇率決定部は、前記蓄電装置の状態に応じた上昇率のうち最小の上昇率を前記充電電力の上昇率として決定する請求項1ないし請求項5のいずれか1つの請求項に記載の充電制御装置。
  7. 前記上昇率決定部は、前記蓄電装置の充電電力が前記目標充電電力を超えた場合に、前記蓄電装置の充電電力を減少させるように前記上昇率を決定する請求項1ないし請求項6のいずれか1つの請求項に記載の充電制御装置。
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