JP6481629B2 - 充電システム - Google Patents

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Description

本発明は、車両に搭載されたバッテリを車両外部の電源により充電する充電システムに関し、より特定的には、充電スケジュールに従ってバッテリを充電するタイマー充電制御に関する。
プラグインハイブリッド車または電気自動車等の電動車両では、車両外部の電源(外部電源)からの供給電力を用いて車両に搭載されたバッテリが充電される。以下、このような充電を「外部充電」とも称する。外部充電において、充電スケジュールに従ってバッテリを充電するタイマー充電制御に関する技術が提案されている(たとえば特開2013−38933号公報(特許文献1)参照)。
特開2013−38933号公報
タイマー充電制御では、電気料金が安価な時間帯(多くの場合、深夜の時間帯)にバッテリを充電することが望ましい。また、一般に、バッテリを高SOC(State Of Charge)状態で放置すると、時間の経過とともにバッテリの劣化が進行することが知られている。よって、電気料金が安価な時間帯にバッテリを充電する際にバッテリの劣化を防止するためには、電気料金が安価な時間帯のうち出発予定時刻に最も近い時刻にバッテリの充電が完了するように充電スケジュールを作成することが望ましい。
このような充電スケジュールの作成において、本発明者は、当初に設定された出発予定時刻に実際に出発する傾向がある電動車両(言い換えれば生活パターンが規則的なユーザ)が存在する一方で、出発予定時刻とは異なる時刻に出発する傾向がある電動車両(言い換えれば生活パターンが不規則なユーザ)も存在する点に着目した。たとえば、出発予定時刻に最も近い時刻にバッテリの充電を完了させるように充電スケジュールを作成したにもかかわらず、電動車両が出発予定時刻よりも早い時刻に出発する場合には、バッテリの充電が完了しておらず、必要な電力量が確保できていない可能性がある。
このように、電動車両の使用傾向はユーザによって異なる。したがって、タイマー充電制御のための充電スケジュールの作成においては、電動車両の使用傾向に応じて、電気料金の低減およびバッテリの劣化防止を図りつつ、車両の出発時に必要な電力量をバッテリに確保することが求められる。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、タイマー充電制御において、電動車両の使用傾向に応じて、電気料金の低減およびバッテリの劣化防止を図りつつ、車両の出発時に必要な電力量をバッテリに確保するための技術を提供することである。
本発明のある局面に従う充電システムは、複数の充電モードのうちのいずれかの充電モードから充電スケジュールを作成し、作成された充電スケジュールに従って、外部電源からの供給電力を車両に搭載されたバッテリに充電する。複数の充電モードは、電気料金が安価な時間帯のうち車両の出発予定時刻に最も近い時刻にバッテリの充電を完了させる第1の充電モードと、第1の充電モードと比べて早期にバッテリの充電を開始する第2の充電モードとを含む。充電システムは、車両の出発時にバッテリの充電が完了したか否かを判定する判定部と、バッテリの充電が完了した場合に第1の充電モードを選択し、バッテリの充電が完了しなかった場合に第2の充電モードを選択するモード選択部とを備える。
上記構成によれば、バッテリの充電が完了した場合には第1の充電モードが選択されるので、電気料金を低減することができるとともに、バッテリの劣化を防止することができる。一方、バッテリの充電が完了しなかった場合には第2の充電モードが選択され、第1の充電モードと比べて早期にバッテリの充電が開始されるので、たとえ車両が出発予定時刻よりも早い時刻に出発することになったとしても、ある程度の電力量をバッテリに確保することができる可能性が高くなる。このように、上記構成によれば、電気料金の低減およびバッテリの劣化防止を図りつつ、車両の出発時に必要な電力量をバッテリに確保することができる可能性を高めることができる。
本発明の実施の形態に係る充電システムの全体構成図である。 本実施の形態におけるタイマー充電制御を説明するためのフローチャートである。 充電モードA〜Cを説明するための図である。 充電完了率Yに基づく充電モードの選択を説明するための図である。 本実施の形態における充電モードの選択処理を説明するためのフローチャートである。
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り返さない。
<充電システムの構成>
図1は、本発明の実施の形態に係る充電システムの全体構成図である。充電システム1は、車両10と、充電スタンド20と、スマートフォン30と、データセンタ40とを備える。車両10と、スマートフォン30と、データセンタ40とは、図示しない通信部を介して互いに通信が可能なように構成されている。
車両10は、プラグインハイブリッド車または電気自動車等の電動車両である。車両10は、インレット11と、バッテリ12と、充電ECU(Electronic Control Unit)13とを含む。車両10の充電時にはインレット11に充電ケーブル21のプラグ(図示せず)が接続される。
バッテリ12は、リチウムイオン二次電池もしくはニッケル水素二次電池等の二次電池、または電気二重層キャパシタなどのキャパシタ(図示せず)を含んで構成される。
充電ECU13は、いずれも図示しないが、CPU(Central Processing Unit)と、メモリと、バッファとを含む。充電ECU13は、メモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、バッテリ12の充電を制御する。なお、充電ECU13の一部あるいは全部は、電子回路等のハードウェアにより演算処理を実行するように構成されてもよい。
充電スタンド20は、図示しない車両10外部の電源(たとえば系統電源)からの電力を車両10に供給し、車両10に搭載されたバッテリ12を充電する。このような充電を「外部充電」とも称する。また、車両10は、データセンタ40において作成された充電スケジュールに従って外部充電を実行する機能を有する。この機能による外部充電を「タイマー充電」とも称する。
スマートフォン30は、タイマー充電に関するユーザ操作を受け付ける。ユーザ操作に応じて、タイマー充電制御を実行するか否か、および、車両10が次回出発する予定の時刻(出発予定時刻)等が設定される。なお、これらの操作にスマートフォン30を用いることは必須ではなく、車両10または充電スタンド20に設けられた図示しない操作部(タッチパネル等)をユーザが操作してもよい。
データセンタ40は、コンピュータ41を含んで構成される。コンピュータ41は、いずれも図示しないが、CPUと、メモリと、バッファとを含む。コンピュータ41は、電気料金が安価な時間帯である深夜料金帯に関する情報を記憶するとともに、上述のように、タイマー充電制御の充電スケジュールを作成する。なお、コンピュータ41の一部あるいは全部は、電子回路等のハードウェアにより演算処理を実行するように構成されてもよい。
<タイマー充電制御>
本実施の形態における充電システム1は、タイマー充電制御のための3種類の充電モードA〜Cを有する。3種類の充電モードA〜Cのうちのいずれかの充電モードから充電スケジュールが作成され、作成された充電スケジュールに従ってタイマー充電制御が実行される。充電モードA〜Cの詳細については後述することとし、まず、タイマー充電制御について説明する。
図2は、本実施の形態におけるタイマー充電制御を説明するためのフローチャートである。図2および後述する図5に示すフローチャートは、所定の条件成立時または所定の制御周期毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。
図2および図5では、図中左側に車両10に搭載された充電ECU13により実行される一連の処理を示し、図中右側にデータセンタ40のコンピュータ41により実行される一連の処理を示す。なお、これらのフローチャートの各ステップは、基本的には充電ECU13またはコンピュータ41によるソフトウェア処理によって実現されるが、充電ECU13またはコンピュータ41内に作製された専用のハードウェア(図示しない電子回路)によって実現されてもよい。また、以下では説明を容易にするために、充電ECU13による処理の実行主体を車両10と記載し、コンピュータ41による処理の実行主体をデータセンタ40と記載する。
S110において、車両10は、充電ケーブル21がインレット11に接続されているか否かを判定する。この判定は、充電ケーブル21のプラグ(図示せず)から車両10への接続信号に基づいて行なうことができる。充電ケーブル21がインレット11に接続されていない場合(S110においてNO)には、車両10は、一連の処理をスキップして処理をメインルーチンへと戻す。
充電ケーブル21がインレット11に接続されると(S110においてYES)、車両10は、充電スケジュールの作成要求をデータセンタ40に送信する。
データセンタ40は、車両10からの充電スケジュールの作成要求を受けると(S210においてYES)、データセンタ40の記憶装置(図示せず)に記憶された複数の充電モードのなかから車両10の充電モードを読み出す(S220)。
S130において、車両10は、スマートフォン30のユーザ操作により設定された車両10の出発予定時刻を取得する。取得された出発予定時刻はデータセンタ40へと送信される。なお、出発予定時刻はスマートフォン30からデータセンタ40へと直接送信されてもよい。あるいは、出発予定時刻としては、車両10の過去の履歴に基づいて車両10が推定した時刻をデータセンタ40に送信してもよい。
S230において、データセンタ40は、S220にて読み出された車両10の充電モードと、車両10から取得した車両10の出発予定時刻とに基づいて、車両10の充電スケジュールを作成する。作成された充電スケジュールは車両10へと送信される。
S140において、車両10は、データセンタ40により作成された充電スケジュールに従ってバッテリ12を充電する。
図3は、充電モードA〜Cを説明するための図である。図3において、横軸は時間を表す。縦軸は、上から順に、電気料金、および充電モードA〜Cにおける充電電力(単位時間当たりに充電される電力量)を表す。
図3に示す例では、ユーザは20時に帰宅し、車両10のインレット11に充電ケーブル21のプラグ(図示せず)を接続する。これにより、車両10はタイマー充電制御が可能な状態となる。その後の深夜23時から翌朝7時までの時間帯が深夜料金帯である。車両10の出発予定時刻は翌朝8時に設定される。なお、これら具体的な時刻は理解を容易にするための一例に過ぎず、任意の時刻とすることができる。
充電モードAは、バッテリ12の劣化防止を重視するモードである。一般に、バッテリを高SOC(State Of Charge)状態で放置すると、バッテリが高SOC状態でない場合と比べて、時間の経過とともにバッテリの劣化が進行しやすい。充電モードAでは、バッテリ12が高SOC状態で放置される時間をできるだけ短くしてバッテリ12の劣化を防止するために、深夜料金帯のうちの出発予定時刻に最も近い時刻(7時)にバッテリ12の充電を完了させる。図3に示す例においては、4時から7時までの間の時間帯TAにバッテリ12が充電される。
充電モードBは、電気料金の低減を重視するモードである。充電モードBでは、深夜料金帯になり次第バッテリ12の充電が開始され、少なくとも一部の充電が行なわれる。そして、満充電までの残りの部分は、充電モードAと同様に、深夜料金帯のうちの出発予定時刻に近い時間帯に行なわれる。図3に示す例においては、23時から1時までの間の時間帯TB1に一部の充電が行なわれ、6時から7時までの間の時間帯TB1に残りの充電が行なわれる。
充電モードA,Bでは、いずれも深夜料金帯にバッテリ12が充電されるので、電気料金は同じになるようにも思われる。しかし、充電モードAでは、充電の所要時間を正確に推定できず充電が長引いた場合に、深夜料金帯の終了時にも充電が完了していない可能性がある。これに対し、充電モードBによれば、充電を早期に開始して出発予定時刻に近い時間帯TB2における充電量を小さくすることで、より確実に深夜料金帯のうちにバッテリ12の充電を完了することができる。
時間帯TB1に充電される電力量PB1としては、車両10の過去の走行履歴(あるいはバッテリ12の使用履歴)に基づいて車両10の走行に必要な電力量を設定することが好ましい。たとえば、電力量PB1は、バッテリ12の外部充電を行なってから次の外部充電を行なうまでの間における平均的な電力消費量から算出することが好ましい。走行距離から必要な電力量を算出するための変換式またはマップを予め準備することによって、カーナビゲーションシステム(図示せず)により取得された車両10の平均的な走行距離から電力量PB1を算出することができる。
あるいは、電力量PB1は、車両10の今後の使用予定に応じてユーザが設定可能であることが好ましい。この場合、たとえばユーザが必要な走行距離を手動で設定し、設定された走行距離から上記変換式またはマップを用いて電力量PB1を算出することができる。
充電モードCは、早期の電力確保を重視するモードである。充電モードCでは、充電ケーブル21がインレット11に接続されると、深夜料金帯になる前であっても直ちにバッテリ12の充電が開始され、少なくとも一部の充電が行なわれる。そして、充電の残りの部分は、充電モードA,Bと同様に、深夜料金帯のうちの出発予定時刻に近い時間帯に行なわれる。図3に示す例においては、20時から22時までの間の時間帯TC1に一部の充電が行なわれ、6時から7時までの間の時間帯TC2に残りの充電が行なわれる。
充電モードCは、ユーザによる車両10の使用時間が不規則であり、深夜料金帯に先立って車両10が使用される状況が生じやすい場合に好適である。充電モードCによれば、そのような場合であっても必要な電力がバッテリ12に確保されている可能性が高いためである。
なお、時間帯TC1に充電される電力量PC1は、充電モードBの時間帯TB1に充電される電力量PB1と同様に設定することができるので、説明は繰り返さない。電力量PB1と電力量PC1とは互いに異なる値であってもよいし同じ値であってもよい。
また、充電モードBにおいて時間帯TB2に充電を行なうことは必須ではなく、全部の充電を時間帯TB1に行なってもよい。同様に、充電モードCにおいて時間帯TC2に充電を行なうことは必須ではなく、全部の充電を時間帯TC1に行なってもよい。ただし、一部の充電を時間帯TB2,TC2に行なうことにより、高SOC状態でのバッテリ12の放置時間が短くなるので、バッテリ12の劣化を防止することができる。
<充電モードの切替>
ここで、充電モードA〜Cのうちのいずれかの充電モードを選択し、選択された充電モードに固定することも考えられる。しかしながら、一般に、電動車両の使用傾向はユーザによって異なる。そのため、車両10の充電スケジュールの作成においては、車両10の使用傾向に応じて、電気料金の低減およびバッテリ12の劣化防止を図りつつ、車両10の出発時に必要な電力量をバッテリ12に確保することが求められる。
そこで、本実施の形態においては、充電モードA〜Cをバッテリ12の充電完了率Yに応じて選択する構成を採用する。充電完了率Yとは、下記式(1)に示すように、タイマー充電制御の実行回数(n回)に対して、車両10の出発時にバッテリ12の充電が完了していた回数(たとえばバッテリ12のSOCが所定値を上回った回数)(m回)の割合(単位:%)である。
Y(n)=m/n ・・・(1)
一例として、タイマー充電制御を100回実行した結果(n=100)、充電が完了していた回数が70回であり(m=70)、充電が完了していなかった回数が30回であった場合には、充電完了率Y(100)=70%と算出される。なお、1回目のタイマー充電開始時の充電完了率Y(すなわち充電完了率の初期値Y(0))は任意の値に設定することができるが、たとえば初期値Y(0)は100%に設定することが好ましい。
図4は、充電完了率Yに基づく充電モードの選択を説明するための図である。図4に示すように、充電完了率Y(n)がしきい値Q以上(かつ100%以下)の場合には充電モードAが選択される。充電完了率Y(n)がしきい値P以上かつしきい値Q未満の場合には充電モードBが選択される。充電完了率Y(n)が(0以上かつ)しきい値P未満の場合には充電モードCが選択される。なお、しきい値P,Qは、0以上かつ100%以下の値に適宜設定される。
なお、タイマー充電制御の実行回数(充電回数)であるnが少ない場合には、タイマー充電制御を実行する度に充電完了率Y(n)が大きく変動し得る。たとえば、Y(0)=100%、Y(1)=100%、Y(2)=50%、Y(3)=33%のような変動が考えられる。このような変動を防ぐために、充電回数nが所定値未満の場合には充電完了率Y(n)=100%と設定し、充電回数nが所定値以上になると、上記式(1)に従って充電完了率Y(n)を算出することができる。
上述のように、充電完了率の初期値Y(0)=100%に設定されるので、まずは充電モードAが選択される。
たとえば毎朝決まった時間に出発するなどユーザによる車両10の使用時間が規則正しく、車両10の出発時までにバッテリ12の充電が完了するのであれば、充電完了率Y(n)は100%に維持される。これにより、バッテリ12の劣化を防止することができる。しかし、当初の出発予定時刻よりも早期に車両10が出発する度に、すなわちバッテリ12の充電が完了していないもかかわらず車両10が出発する度に、充電完了率Y(n)は低下する。
充電完了率Y(n)が低下してしきい値Q未満になると、充電モードBが選択される。充電完了率Y(n)がQ未満になるということは、充電モードAに従ってバッテリ12を充電するのでは、当該ユーザによる車両10の使用傾向ではバッテリ12の充電が完了しない場合が多いということを意味する。そのため、充電モードBのように少なくとも一部の充電を深夜料金帯になり次第開始することによって、当初の出発予定時刻よりも早期に車両10が出発する場合であっても、ある程度の電力をバッテリ12に確保することができる可能性が高くなる。
充電完了率Y(n)がさらに低下してP未満になると、充電モードCが選択される。充電モードCでは、充電ケーブル21がインレット11に接続されるとバッテリ12の充電が直ちに開始される。したがって、たとえば深夜料金帯になる前にユーザが出発することになったとしても、必要な電力をバッテリ12に確保することができる可能性が高くなる。
このように、本実施の形態においては、充電完了率Y(n)が低下するに従って充電モードをA−B−Cの順に切り替える。逆に、充電完了率Y(n)が上昇するに従って充電モードをC−B−Aの順に切り替える。これにより、ユーザによる車両10の使用傾向に応じた充電スケジュールを作成することが可能になる。その結果、車両10の使用傾向に応じて、電気料金の低減およびバッテリ12の劣化防止を図りつつ、車両10の出発時に必要な電力量をバッテリ12に確保することができる。
図5は、本実施の形態における充電モードの選択処理を説明するためのフローチャートである。今回はn回目のタイマー充電制御であるとする。
S310において、車両10は、充電ケーブル21がインレット11から取り外されたか否かを判定する。充電ケーブル21がインレット11から取り外された場合、すなわちユーザが車両10を出発させようとする場合(S310においてYES)、車両10は、充電回数nが所定値未満であるか否かを判定する(S320)。充電回数nが所定値未満の場合(S320においてYES)、車両10は、充電完了率Y(n)=100%に設定し、その充電完了率Y(n)をデータセンタ40に送信する(S350)。
充電回数nが所定値以上の場合(S320においてNO)、車両10は、今回(n回目)のタイマー充電制御において充電された電力量を算出する(S330)。なお、この電力量は、バッテリ12に設けられた電圧センサおよび電流センサ(いずれも図示せず)による検出結果に基づいて算出することができる。あるいは、充電前後におけるバッテリ12のSOCの変化量から算出することも可能である。
S340において、車両10は、S320にて算出した電力量および過去の充電完了率Y(n−1)を用いて、今回のタイマー充電制御後の充電完了率Y(n)を更新する。充電完了率Y(n)の算出手法については図4にて詳細に説明したため、説明は繰り返さない。更新された充電完了率Y(n)はデータセンタ40へと送信される。
データセンタ40は、車両10から充電完了率Y(n)を受けると、充電完了率Y(n)がしきい値Q以上であるか否かを判定する(S410)。充電完了率Y(n)がしきい値Q以上の場合(S410においてYES)、データセンタ40は、充電モードAを選択する(S420)。
充電完了率Y(n)がしきい値Q未満の場合(S410においてNO)、データセンタ40は、充電完了率Y(n)がしきい値P以上であるか否かを判定する(S430)。充電完了率Y(n)がしきい値P以上(かつQ未満)の場合(S430においてYES)、データセンタ40は、充電モードBを選択する(S440)。一方、充電完了率Y(n)がしきい値P未満の場合(S430においてNO)、データセンタ40は、充電モードCを選択する(S450)。
S460において、データセンタ40は、S420,S440,S450にて選択した充電モードを記憶装置(図示せず)に記憶する。記憶された充電モードは、外部充電時に記憶装置から読み出されて充電スケジュールの作成が行なわれる(図2のS220,S230参照)。
以上のように、本実施の形態によれば、充電モードA〜Cが充電完了率Yに応じて選択される。これにより、ユーザによる車両10の使用傾向に応じた充電スケジュールを作成することが可能になる。その結果、車両10の使用傾向に応じて、電気料金の低減およびバッテリ12の劣化防止を図りつつ、車両10の出発時に必要な電力量をバッテリ12に確保することができる。
なお、本実施の形態では、充電完了率Yの増減に基づいて充電モードA〜Cを切り替える例を説明したが、充電モードA〜Cの切替に用いられる条件はこれに限定されるものではない。たとえば、充電モードAにて充電が1回でも完了しなかった場合には充電モードBに切り替え、充電モードBにて充電が1回でも完了しなかった場合には充電モードCに切り替える処理も可能である。あるいは、充電完了率Yにかかわらず、充電モードCにて所定回数連続して充電が完了した場合には充電モードBに戻し、充電モードBにて所定回数連続して充電が完了した場合には充電モードAに戻してもよい。
本実施の形態において、充電モードAは本発明に係る「第1の充電モード」に相当し、充電モードBまたは充電モードCは本発明に係る「第2の充電モード」に相当する。
また、データセンタ40のコンピュータ41は、本発明に係る「判定部」および「モード選択部」に相当する。しかし、これらの処理をデータセンタ40にて実施することは必須ではなく、「判定部」および「モード選択部」の一方または両方は、車両10の充電ECU13であってもよい。
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、上記した実施の形態の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、10 車両、11 インレット、12 バッテリ、13 充電ECU、20 充電スタンド、21 充電ケーブル、30 スマートフォン、40 データセンタ、41 コンピュータ。

Claims (1)

  1. 複数の充電モードのうちのいずれかの充電モードから充電スケジュールを作成し、作成された充電スケジュールに従って、外部電源からの供給電力を車両に搭載されたバッテリに充電する充電システムであって、
    前記複数の充電モードは、
    電気料金が安価な時間帯のうち前記車両の出発予定時刻に最も近い時刻に前記バッテリの充電を完了させる第1の充電モードと、
    前記第1の充電モードと比べて早期に前記バッテリの充電を開始する第2の充電モードとを含み、
    前記充電システムは、
    前記車両の出発時に前記バッテリの充電が完了したか否かを判定する判定部と、
    前記バッテリの充電が完了した場合に前記第1の充電モードを選択し、前記バッテリの充電が完了しなかった場合に前記第2の充電モードを選択するモード選択部とを備える、充電システム。
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