JP6458746B2 - 電力制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、車外の給電装置から供給される交流電力を用いて車載の電池を充電する電力制御装置に関する。
特開2011−135747号公報(特許文献1)には、車外の給電設備から供給される交流電力を直流電力に変換して車載の電池を充電する充電システムが開示されている。給電設備は、車両に供給可能な交流電流の許容値(以下「交流上限値」ともいう)に応じたデューティ比で発振するパイロット信号を車両に送信する。車両は、給電設備から受けたパイロット信号が示す交流上限値を超えないように電池の充電電流を制御する。
特許文献1に開示された充電システムにおいて、車両側がたとえば電池の蓄電量などに応じて電池の充電電流指令値を決めている場合には、給電設備からのパイロット信号が示す交流上限値と車両側で決めた充電電流指令値とのいずれか小さい方に従って電池の充電電流を制御することが考えられる。これにより、電池の充電電流が給電設備の要求する交流上限値を超えることを抑制しつつ、電池の充電電流を可能な限り車両側で決めた充電電流指令値となるように制御することができる。
しかしながら、上記のように交流上限値と充電電流指令値とのいずれか小さい方に従って電池の充電電流を制御する場合、交流上限値が急激に低下すると、給電設備側でいわゆるフリッカが発生することが懸念される。すなわち、交流上限値の急激な低下に伴なって充電電流上限値が充電電流指令値以上の値から充電電流指令値よりも低い値に急激に低下し、電池の充電電流(すなわち給電設備から車両に供給される電力)も急激に低下してしまうため、給電設備側の商用電源に接続される電気機器に供給される電力が不安定となりフリッカが発生することが懸念される。
本発明は、上述の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、給電設備からの交流電力を用いて車載の電池を充電する際に、給電設備に接続される電気機器においてフリッカが発生することを抑制することである。
この発明に係る電力制御装置は、車外の給電設備から供給される交流電力を用いて車載の電池を充電する電力制御装置であって、給電設備から受けたパイロット信号が示す交流上限値に従って充電電流上限値を算出する第1演算部と、充電電力指令値を算出する第2演算部と、第1演算部によって算出された充電電流上限値と第2演算部によって算出された充電電力指令値に対応する充電電流指令値とのうちのいずれか小さい方に従って電池の充電電流を制御する充電制御部とを備える。第1演算部は、パイロット信号が示す交流上限値が低下した場合、充電電流上限値を低下させずに所定時間維持する維持処理を実行する。第2演算部は、パイロット信号が示す交流上限値が充電電流指令値よりも小さい場合、所定時間が経過する時に充電電流指令値が交流上限値となるレートで、充電電力指令値を低下させる。
上記構成によれば、第1演算部は、パイロット信号が示す交流上限値が低下した場合、充電制御部による充電電流の制御に実際に用いられる「充電電流上限値」を直ぐには低下させずに所定時間維持する維持処理を実行する。そして、第2演算部は、パイロット信号が示す交流上限値が充電電流指令値よりも小さい場合、所定時間が経過する時に充電電流指令値が交流上限値となるレートで、充電電力指令値をに緩やかに低下させる。これにより、充電電流上限値を維持処理によって低下せずに維持している間に、充電電流指令値を緩やかに漸減させて交流上限値に追従させることができる。そのため、パイロット信号が示す交流上限値が急激に低下したとしても、充電電流指令値に従って電池の充電電流を緩やかに低下させることができる。その結果、給電設備からの交流電力を用いて車載の電池を充電する際に、給電設備に接続される電気機器においてフリッカが発生することを抑制することができる。
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返さない。
図1は、本実施の形態による電力制御装置を含む充電システム1の全体構成を模式的に示す図である。この充電システム1は、車両2と、給電設備(EVSE:Electric Vehicle Supply Equipment)100とを備える。
給電設備100は、ユーザの自宅などに設けられる個人用の給電設備であってもよいし、公共の充電ステーションに設けられる公共用の給電設備であってもよい。給電設備100は、電力ケーブル110を備える。電力ケーブル110は、交流電力線111と、信号線112と、車両2のインレット3に着脱可能なコネクタ113とを備える。電力ケーブル110のコネクタ113が車両2のインレット3に接続されると、電力ケーブル110内の交流電力線111および信号線112は、それぞれ車両2の交流電力線21および信号線13に接続される。
給電設備100は、コネクタ113がインレット3に接続された状態において、商用電源(図示せず)からの交流電力を交流電力線111を介して車両2に供給可能に構成されるとともに、信号線112を介して車両2にパイロット信号CPLTを出力する。パイロット信号CPLTとは、給電設備100から車両2に供給可能な交流電流の許容値(以下「交流上限値ACmax」ともいう)に応じたデューティ比で発振する信号である。したがって、車両2は、給電設備100から受けたパイロット信号CPLTのデューティ比から、給電設備100が要求する交流上限値ACmaxを把握することができる。
給電設備100は、商用電源に接続される他の電気機器(図示せず)の作動状況などに応じて、パイロット信号CPLTのデューティ比(交流上限値ACmax)を切り替えることができる。なお、パイロット信号CPLTのデューティ比(交流上限値ACmax)の切り替えは、連続的であっても離散的であってもよい。
車両2は、いわゆる電動車両(電気自動車、ハイブリッド自動車など)であり、図示しない車両駆動用モータを駆動するための電力を蓄える電池5を備える。電池5は、代表的には、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池により構成される。車両2は、給電設備100から供給される交流電力を用いた電池5の充電(以下「外部充電」ともいう)を実行可能に構成される。
外部充電に用いられる構成として、車両2は、インレット3と、充電器4と、監視ユニット6と、車両制御部30とを備える。充電器4は、制御部10と、充電制御部20とを備える。制御部10は、電流上限値演算部(以下「第1演算部」ともいう)11を備える。車両制御部30は、充電電力演算部(以下「第2演算部」ともいう)31を備える。
第1演算部11、充電制御部20および第2演算部31の各々は、図示しないCPU(Central Processing Unit)およびメモリを内蔵し、メモリに記憶された情報などに基づいて所定の演算処理を実行する。
充電制御部20は、交流電力線21を介してインレット3に接続されるとともに、直流電力線22を介して電池5に接続される。充電制御部20は、第1演算部11からの信号(より詳しくは後述する充電電流上限値Imax)および第2演算部31からの信号(より詳しくは後述する充電電力指令値Pcom)に基づいて、給電設備100からの交流電力を直流電力に変換して電池5に供給する(後述の図2参照)。これにより、電池5が充電される。
第1演算部11は、信号線13を介してインレット3に接続され、信号線14を介して充電制御部20に接続される。第2演算部31は、信号線15を介してインレット3に接続され、信号線16を介して充電制御部20に接続される。
電力ケーブル110のコネクタ113が車両2のインレット3に接続されると、電力ケーブル110内の信号線112が車両2内の信号線13に接続される。これにより、第1演算部11および第2演算部31には、給電設備100からのパイロット信号CPLTが入力される。
第1演算部11は、外部充電を行なう際、給電設備100から受けたパイロット信号CPLTのデューティ比が示す交流上限値ACmaxに従って充電電流上限値Imaxを算出し、算出結果を充電制御部20に出力する(後述の図3参照)。
監視ユニット6は、電池5の状態(電流IB、電圧VB、温度TB)を検出し、検出結果を第2演算部31に出力する。
第2演算部31は、外部充電を行なう際、監視ユニット6の検出結果に基づいて電池5の充電電力指令値Pcomを算出する。また、後述するように、第2演算部31は、給電設備100から受けたパイロット信号CPLTが低下した場合、充電電力指令値Pcomを徐々に低下させる漸減処理を行なう(後述の図4参照)。そして、第2演算部31は、充電電力指令値Pcomを充電制御部20に出力する。
充電制御部20は、外部充電を行なう際、第1演算部11から受けた充電電流上限値Imaxと、第2演算部31から受けた充電電力指令値Pcomに対応する電流値(以下「充電電流指令値Icom」ともいう)とのうち、いずれか小さい方に従って電池5の充電電流Iを制御する。
図2は、外部充電を行なう際の充電制御部20の処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは所定周期で繰り返し実行される。
ステップ(以下、ステップを「S」と略す)10にて、充電制御部20は、第1演算部11からの充電電流上限値Imaxを受信する。S11にて、充電制御部20は、第2演算部31からの充電電力指令値Pcomを受信する。
S12にて、充電制御部20は、S11で受信した充電電力指令値Pcomに対応する電流値を充電電流指令値Icomとして算出する。たとえば、充電制御部20は、充電電力指令値Pcomを電池電圧VBで除算した値を充電電流指令値Icomとして算出する。
S13にて、充電制御部20は、S10で受信した充電電流上限値ImaxとS12で算出した充電電流指令値Icomのうちのいずれか小さい方に従って電池5の充電電流Iを制御する。具体的には、充電電流上限値Imaxよりも充電電流指令値Icomの方が小さい場合には電池5の充電電流Iが充電電流指令値Icomとなるように制御し、逆に充電電流指令値Icomよりも充電電流上限値Imaxの方が小さい場合には電池5の充電電流Iが充電電流上限値Imaxとなるように制御する。
これにより、外部充電を行なう際に、電池5の充電電流Iが交流上限値ACmax(充電電流上限値Imax)を超えることを抑制しつつ、電池5の充電電流Iを可能な限り充電電流指令値Icomとなるように制御することができる。
[充電電流上限値Imaxの維持処理と充電電力指令値Pcomの漸減処理]
上述のように、本実施の形態による充電制御部20は、外部充電を行なう際、充電電流上限値Imaxと充電電流指令値Icomのうちのいずれか小さい方に従って電池5の充電電流Iを制御する。そのため、仮にパイロット信号CPLTが示す交流上限値ACmaxがそのまま充電電流上限値Imaxに設定されてしまうと、交流上限値ACmaxが急減した場合に給電設備100側の商用電源でフリッカが発生することが懸念される。すなわち、交流上限値ACmaxの急激な低下に伴なって充電電流上限値Imaxが充電電流指令値Icom以上の値から充電電流指令値Icomよりも低い値に急激に低下し、電池5の充電電流I(すなわち給電設備100から車両2に供給される電力)も急激に低下してしまうため、給電設備100側の商用電源に接続される他の電気機器(図示せず)に供給される電力が不安定となりフリッカが発生することが懸念される。
上述のように、本実施の形態による充電制御部20は、外部充電を行なう際、充電電流上限値Imaxと充電電流指令値Icomのうちのいずれか小さい方に従って電池5の充電電流Iを制御する。そのため、仮にパイロット信号CPLTが示す交流上限値ACmaxがそのまま充電電流上限値Imaxに設定されてしまうと、交流上限値ACmaxが急減した場合に給電設備100側の商用電源でフリッカが発生することが懸念される。すなわち、交流上限値ACmaxの急激な低下に伴なって充電電流上限値Imaxが充電電流指令値Icom以上の値から充電電流指令値Icomよりも低い値に急激に低下し、電池5の充電電流I(すなわち給電設備100から車両2に供給される電力)も急激に低下してしまうため、給電設備100側の商用電源に接続される他の電気機器(図示せず)に供給される電力が不安定となりフリッカが発生することが懸念される。
そこで、本実施の形態による第1演算部11は、外部充電を行なう際に、交流上限値ACmaxが低下した場合には、充電電流上限値Imaxを低下させずに所定時間Td維持する処理(以下「維持処理」ともいう)を実行する。さらに、第2演算部31は、交流上限値ACmaxが充電電流指令値Icomよりも小さい場合、所定時間Tdが経過する時に充電電流指令値Icomが交流上限値ACmaxとなるレートで、充電電力指令値Pcomを緩やかに低下させる処理(以下「漸減処理」ともいう)を実行する。
図3は、第1演算部11が充電電流上限値Imaxを算出する際に行なう処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは外部充電中に繰り返し実行される。
S20にて、第1演算部11は、給電設備100から受けたパイロット信号CPLTのデューティ比から交流上限値ACmaxを算出する。S21にて、第1演算部11は、S20で算出された交流上限値ACmaxをメモリに記憶する。なお、第1演算部11は、過去の所定時間Td分の交流上限値ACmaxの履歴を保持する。
S22にて、第1演算部11は、メモリに記憶された交流上限値ACmaxの履歴に基づいて、交流上限値ACmaxが低下しているか否かを判定する。具体的には、第1演算部11は、今回算出された交流上限値ACmaxが、今回の算出時よりも所定時間Td前に算出された交流上限値ACmax(以下「交流上限ディレイ値ACmax(D)」という)よりも低下したか否かを判定する。
交流上限値ACmaxが交流上限ディレイ値ACmax(D)よりも低下していない場合(S22にてNO)、第1演算部11は、S23にて、今回算出された交流上限値ACmaxをそのまま充電電流上限値Imaxに設定する。その後、第1演算部11は、処理をS25に移す。
一方、交流上限値ACmaxが交流上限ディレイ値ACmax(D)よりも低下している場合(S22にてYES)、第1演算部11は、S24にて、今回算出された交流上限値ACmaxではなく、交流上限ディレイ値ACmax(D)を充電電流上限値Imaxに設定する。S25の処理が上述の維持処理に相当する処理である。その後、第1演算部11は、処理をS25に移す。
S25にて、第1演算部11は、S23またはS24で設定された充電電流上限値Imaxを充電制御部20に出力する。その後、第1演算部11は、処理をリターンしてS20からの処理を繰り返す。
図4は、第2演算部31が充電電力指令値Pcomの漸減処理を行なう際の処理手順の一例を示すフローチャートである。
S30にて、第2演算部31は、給電設備100から受けたパイロット信号CPLTのデューティ比から交流上限値ACmaxを算出する。S31にて、第2演算部31は、S30で算出された交流上限値ACmaxが充電電流指令値Icomよりも小さいか否かを判定する。交流上限値ACmaxが充電電流指令値Icomよりも大きい場合(S31にてNO)、第2演算部31は処理をリターンしてS30からの処理を繰り返す。
一方、交流上限値ACmaxが充電電流指令値Icomよりも小さい場合(S31にてYES)、第2演算部31は、S32にて上述の充電電力指令値Pcomの漸減処理を実行する。具体的には、第2演算部31は、所定時間Tdが経過する時に充電電流指令値Icomが交流上限値ACmaxとなるレートで、充電電力指令値Pcomを漸減(単調減少)させる。これにより、所定時間Td内に緩やかに充電電力指令値Pcomを交流上限値ACmaxに追従させることができる。なお、漸減処理中の充電電力指令値Pcomの低下レートは、上述のように所定時間Tdが経過する時に充電電流指令値Icomが交流上限値ACmaxとなるレートであれば、一定であっても可変であってもよい。漸減処理の終了後、第2演算部31は処理をリターンしてS30からの処理を繰り返す。
図5は、交流上限値ACmaxが急激に低下した場合における充電電流Iの変化の一例を示す図である。図5において、横軸には時間が示され、縦軸には上から順に交流上限値ACmax、交流上限ディレイ値ACmax(D)、充電電流上限値Imax、充電電流指令値Icom(充電電力指令値Pcomに対応する電流値)、充電電流Iが示される。
図5に示す例では、時刻t1以前は、交流上限値ACmaxと充電電流指令値Icomが同じ所定値i1である場合が示される。そのため、充電電流Iは充電電流指令値Icom(=所定値i1)となるように制御されている。
時刻t1にて交流上限値ACmaxが所定値i1から所定値i2(i2<i1)に急激に低下すると、維持処理によって、充電電流上限値Imaxは、交流上限値ACmaxではなく、交流上限ディレイ値ACmax(D)に設定される。これにより、維持処理中には、充電電流上限値Imaxは所定値i2には低下せずに所定時間Td前の所定値i1に維持される。そのため、充電電流Iが急激に低下することが抑制される。すなわち、仮に維持処理を実行しない場合には交流上限値ACmaxの所定値i1から所定値i2への急激な低下によって充電電流上限値Imaxも所定値i1から所定値i2へ急激に低下して電池5の充電電流Iも所定値i1から所定値i2へ急激に低下してしまう(一点鎖線参照)が、本実施の形態においてはこのような問題を抑制することができる。
さらに、時刻t1にて交流上限値ACmaxが充電電流指令値Icomよりも小さくなったことに伴なって、充電電力指令値Pcomの漸減処理も開始される。これにより、充電電流指令値Icomは、時刻t1から所定時間Tdが経過する時刻t2(維持処理の終了時刻)に充電電流指令値Icomが交流上限値ACmaxの低下後の所定値i2となるレートで、緩やかに低下される。これにより、維持処理によって充電電流上限値Imaxが所定値i2に低下されずに所定値i1に維持されている間に、充電電流指令値Icomを緩やかに漸減させて交流上限値ACmax(=所定値i2)に追従させることができる。そのため、交流上限値ACmaxが所定値i1から所定値i2に急激に低下したとしても、充電電流指令値Icomに従って電池5の充電電流Iを緩やかに低下させることができる。その結果、外部充電を行なう際に、給電設備100に接続される電気機器においてフリッカが発生することを抑制することができる。
維持処理が終了する時刻t2には、充電電流上限値Imaxは所定値i1から所定値i2に低下されるが、この時点では充電電流Iは既に所定値i2となっているため、充電電流Iの急激な低下は生じない。
なお、交流上限値ACmaxが増加する場合には上述の維持処理は実行されない。そのため、図5の例に示すように、たとえば時刻t3にて交流上限値ACmaxが所定値i2から所定値i1に急激に増加しても、上述の維持処理は実行されず、充電電流上限値Imaxは所定値i2に設定される。その一方で、図5に示す例では、充電電流指令値Icomが所定値i2に向けて緩やかに増加されているため、充電電流Iは充電電流指令値Icomに従って緩やかに増加されている。仮に交流上限値ACmaxが増加する場合にも維持処理を実行することにすると、維持処理が終了する時刻t4において充電電流上限値Imaxが所定値i2から所定値i1に急激に増加し、これに伴い充電電流Iも所定値i2から所定値i1に急激に増加してしまう(二点鎖線参照)が、本実施の形態においてはこのような問題を抑制することができる。
以上のように、本実施の形態による第1演算部11は、パイロット信号CPLTが示す交流上限値ACmaxが低下した場合、充電制御部20による充電電流Iの制御に実際に用いられる「充電電流上限値Imax」を直ぐには低下させずに所定時間維持する維持処理を実行する。そして、第2演算部31は、パイロット信号CPLTが示す交流上限値ACmaxが充電電流指令値Icomよりも小さい場合、所定時間Td内に充電電流指令値Icomを交流上限値ACmaxに緩やかに低下させる漸減処理を実行する。これにより、維持処理によって充電電流上限値Imaxが低下されずに維持されている間に、充電電流指令値Icomを緩やかに漸減させて交流上限値ACmaxに追従させることができる。そのため、パイロット信号CPLTが示す交流上限値ACmaxが急激に低下したとしても、充電電流指令値Icomに従って電池5の充電電流Iを緩やかに低下させることができる。その結果、外部充電を行なう際に、給電設備100に接続される電気機器においてフリッカが発生することを抑制することができる。
<変形例>
上述の実施の形態においては、維持処理を実現する手法の1つとして、充電電流上限値Imaxを、所定時間Td前に算出された交流上限値ACmaxである「交流上限ディレイ値ACmax(D)」に設定する例を説明した。しかしながら、維持処理を実現する手法は上述の手法に限定されない。維持処理を実現する他の手法として、たとえば、交流上限値ACmaxが低下した場合に、充電電流上限値Imaxを、所定時間Td、交流上限値ACmaxの低下が生じた時の値にそのまま維持するようにしてもよい。
上述の実施の形態においては、維持処理を実現する手法の1つとして、充電電流上限値Imaxを、所定時間Td前に算出された交流上限値ACmaxである「交流上限ディレイ値ACmax(D)」に設定する例を説明した。しかしながら、維持処理を実現する手法は上述の手法に限定されない。維持処理を実現する他の手法として、たとえば、交流上限値ACmaxが低下した場合に、充電電流上限値Imaxを、所定時間Td、交流上限値ACmaxの低下が生じた時の値にそのまま維持するようにしてもよい。
また、上述の実施の形態においては、第1演算部11および第2演算部31がそれぞれ充電器4の内部および車両制御部30の内部に設けられる場合を示したが、第1演算部11および第2演算部31の設置場所はこれに限定されない。たとえば、第1演算部11および第2演算部31の両方を車両制御部30の内部に設けるようにしてもよい。
また、上述した実施の形態およびその変形例については、技術的に矛盾は生じない範囲で適宜組合せることも可能である。
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て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。
1 充電システム、2 車両、3 インレット、4 充電器、5 電池、6 監視ユニット、10 制御部、11 第1演算部、13〜16,112 信号線、20 充電制御部、21,111 交流電力線、22 直流電力線、30 車両制御部、31 第2演算部、100 給電設備、110 電力ケーブル、113 コネクタ。
Claims (1)
- 車外の給電設備から供給される交流電力を用いて車載の電池を充電する電力制御装置であって、
前記給電設備から受けたパイロット信号が示す交流上限値に従って充電電流上限値を算出する第1演算部と、
充電電力指令値を算出する第2演算部と、
前記第1演算部によって算出された前記充電電流上限値と前記第2演算部によって算出された前記充電電力指令値に対応する充電電流指令値とのうちのいずれか小さい方に従って前記電池の充電電流を制御する充電制御部とを備え、
前記第1演算部は、前記パイロット信号が示す前記交流上限値が低下した場合、前記充電電流上限値を低下させずに所定時間維持する維持処理を実行し、
前記第2演算部は、前記パイロット信号が示す前記交流上限値が前記充電電流指令値よりも小さい場合、前記所定時間が経過する時に前記充電電流指令値が前記交流上限値となるレートで、前記充電電力指令値を低下させる、電力制御装置。
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