JP6490148B2

JP6490148B2 - 充電制御装置

Info

Publication number: JP6490148B2
Application number: JP2017115415A
Authority: JP
Inventors: 尚也榊原; 純工藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2017-06-12
Filing date: 2017-06-12
Publication date: 2019-03-27
Anticipated expiration: 2037-06-12
Also published as: JP2019004547A; CN109038772B; US10630098B2; CN109038772A; US20180358837A1

Description

本発明は、蓄電池の充電を制御する充電制御装置に関する。

複数の電気自動車等の蓄電池に対して一斉に充電が開始される場合等のように、充電電源に対する負荷が集中する際に、電力系統が被る影響を低減する充電制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の充電制御装置では、充電電源から抵抗などの負荷制限素子を介して蓄電池に充電電流を供給しながら、負荷制限素子での電圧降下量を監視し、この電圧降下量に基づいて蓄電池への充電電流を制御している。

特許文献１の技術では、負荷制限素子での電圧降下量に基づいて、負荷制限素子のバイパス回路を開閉したり、負荷制限素子自体の抵抗値を変更したりすることによって充電電流を制御している。これにより、充電電源の電圧降下が大きい場合にも少ない充電電流で長時間かけて蓄電池の充電を継続する充電態様をとって、電気自動車の一斉充電の際にも周囲の電圧を一定以上に保つことが可能になるとされている。

特許第５４１７２８０号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、充電電源の電圧の低下が続いてＡＣ定電圧判定閾値まで降下した場合には充電が停止し、継続して充電することができない状態に立ち至る。一旦このような状態に立ち至って充電再開のための操作が繰り返され充電の断続が頻繁に行われるようではユーザビリティが低下するおそれがある。

本発明は、上述のような状況に鑑みてなされたものであり、充電電源が不安定になり、充電電源の電圧の低下が生じても、充電の断続の繰り返しを極力抑制することを可能にした充電制御装置を提供すること目的とする。

（１）充電制御装置（例えば、後述の充電制御装置１）は、外部電源（例えば、後述の外部電源１０）による蓄電池（例えば、後述の高圧バッテリ２）への充電を制御するものであって、前記外部電源から前記蓄電池への充電電流の目標値（Ｉｓｐ）を設定する目標値設定手段（例えば、後述の充電電流制御部６０４）と、前記充電電流を前記設定された目標値になるように調節する充電電流調整手段（例えば、後述の駆動回路２０８及び充電電流調整回路２０７）と、前記外部電源から前記蓄電池への供給電圧を検出する供給電圧検出手段（例えば、後述の供給電圧センサ２０５）と、前記供給電圧検出手段の出力を用いて、所定の通常充電時電圧（ＶＤＨ）からの前記供給電圧の低下の有無を検出又は予測する電圧監視手段（例えば、後述の供給電圧監視部６０１）と、を備え、前記目標値設定手段は、前記電圧監視手段により前記供給電圧の低下が検出又は予測されていない場合には、前記目標値を所定の通常時目標値（Ｉｍａｘ）に設定し、前記電圧監視手段により前記供給電圧の低下が検出又は予測された場合には、前記目標値を前記通常時目標値以下に変化させた後、当該目標値を、前記供給電圧が前記通常充電時電圧よりも低い判定電圧（ＶＤＬ）に到達した時の値（Ｉｌｉｍ）に維持することを特徴とする。

（２）この場合、前記目標値設定手段は、前記電圧監視手段によって、前記供給電圧が前記判定電圧以下まで低下したことが検出された場合、前記供給電圧の急激な低下が検出された場合、又は前記供給電圧が前記通常充電時電圧から急激に低下すると予測された場合には、前記目標値を所定の下限値（Ｉｍｉｎ）まで低減させ、前記供給電圧が前記判定電圧に到達するまで前記目標値を前記下限値から漸増させた後、前記目標値を前記供給電圧が前記判定電圧に到達した時の値（Ｉｌｉｍ）に維持することが好ましい。

（３）この場合、前記目標値設定手段は、前記電圧監視手段によって、前記供給電圧が前記判定電圧よりも低い充電停止電圧（Ｖｔｈ）以下まで低下したことが検出された場合には、前記供給電圧が前記通常充電時電圧になるまで前記目標値を０に設定し続けた後、前記目標値を０から漸増させ、前記目標値を前記供給電圧が前記判定電圧に到達した時の値（Ｉｌｉｍ）に維持することが好ましい。

（１）本発明において、供給電圧検出手段は前記外部電源から前記蓄電池への供給電圧を検出し、電圧監視手段はこの供給電圧検出手段の出力を用いて、充電中に通常充電時電圧からの供給電圧の低下の有無を検出又は予測する。目標値設定手段は、供給電圧の低下が検出又は予測されていない場合には、充電電流に対する目標値を所定の通常時目標値に設定し、充電電流調整手段は、充電電流を設定された目標値になるように調整する。また目標値設定手段は、供給電圧の低下が検出又は予測された場合には、充電電流の目標値を上記通常時目標値以下に変化させた後、この目標値を、供給電圧が上記通常充電時電圧よりも低い判定電圧に到達した時の値に維持する。そして充電電流調整手段は、上記のような目標値の変化に合わせて充電電流を調整する。すなわち本発明の充電制御装置では、充電中に何等かの理由によって外部電源が不安定になり、供給電圧が通常充電時電圧から低下した場合には、供給電圧が通常充電時電圧よりも低い判定電圧で維持されるように、充電電流を通常時目標値よりも絞る。したがって本発明の充電制御装置によれば、外部電源が不安定になり供給電圧が通常充電時電圧から低下した場合であっても、充電電流を、外部電源の状態に応じた適切な大きさまで絞って充電を継続することができる。またこのように充電電流を適切な大きさまで絞ることにより、外部電源が不安定になっても、充電の断続が頻繁に繰り返されることを回避できる。

（２）本発明において、目標値設定手段は、供給電圧が判定電圧以下まで低下したことが検出された場合、供給電圧の急激な低下が検出された場合、又は供給電圧が通常充電時電圧から急激に低下すると予測された場合には、目標値を所定の下限値まで低減させ、その後供給電圧が判定電圧に到達するまで目標値を下限値から漸増させた後、目標値を供給電圧が判定電圧に到達した時の値に維持する。したがって本発明の充電制御装置によれば、外部電源が不安定な状態であっても、供給可能な範囲のうち最大限可能な目標値を設定することができる。

（３）本発明において、目標値設定手段は、供給電圧が判定電圧よりも低い充電停止電圧以下まで低下したことが検出された場合には、供給電圧が通常時充電電圧になるまで目標値を０に設定し続ける。すなわち、目標値を０に設定し、一旦充電を停止する。その後目標値設定手段は、目標値を０から漸増させ、目標値を供給電圧が判定電圧に到達した時の値に維持する。したがって本発明の充電制御装置によれば、したがって本発明の充電制御装置によれば、外部電源が充電不可状態になったことに応じて充電を一旦停止した後には、充電電流を外部電源の状態に応じた適切な大きさまで絞って充電を再開することができる。またこのように充電電流を外部電源の状態に応じた適切な大きさまで絞って充電を再開することにより、その後も外部電源の不安定な状態が継続した場合であっても、供給電圧が上記充電停止電圧以下まで低下することを防止できるので、充電の断続が頻繁に繰り返されることを回避できる。また本発明の充電制御装置によれば、外部電源が不安定な状態であっても供給可能な範囲のうち最大限可能な目標値を設定することができる。

本発明の一実施形態としての充電制御装置及びこの充電制御装置が搭載された電動車両の構成を示す図である。充電電流制御部による充電電流制限制御の手順を説明するためのタイムチャートの一例である。充電電流制御部による充電電流制限制御の手順を説明するためのタイムチャートの一例である。本発明に関連した充電制御技術を説明するためのタイムチャートである。本発明に関連した充電制御技術を説明するためのタイムチャートである。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態としての充電制御装置について説明する。
図１は、本発明の一実施形態としての充電制御装置１及びこの充電制御装置１が搭載された電動車両Ｖ（以下、単に「車両Ｖ」という）の構成を示す図である。充電制御装置１は、例えば家庭用商用交流電源である外部電源１０から、車両Ｖに搭載される蓄電池である高圧バッテリ２への充電を制御する。

外部電源１０と車両ＶとはＥＶＳＥ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅＳｕｐｐｌｙＥｑｕｉｐｍｅｎｔ）１００によって接続される。ＥＶＳＥ１００は、一端側に外部電源１０に接続されるプラグ（不図示）を有し他端側に車両Ｖ側のインレット１１０に接続される充電プラグ１２０を有する充電ケーブル１３０を主体とする。充電ケーブル１３０には、ＣＣＩＤ（ＣｈａｒｇｉｎｇＣｉｒｃｕｉｔＩｎｔｅｒｒｕｐｔＤｅｖｉｃｅ）１４０が設けられている。

ＣＣＩＤ１４０は、後述の充電ＥＣＵ６０から送信される充電要求信号Ｓ２に応じて充電ケーブル１３０による充電路を断続するＣＣＩＤリレー１４１を備える。このＣＣＩＤリレー１４１は、充電要求信号Ｓ２がオンである場合には閉成し、充電路を接続する。またＣＣＩＤリレー１４１は、充電要求信号Ｓ２がオフである場合には開成し、充電路を遮断する。また充電ＥＣＵ６０では、充電中は充電要求信号Ｓ２をオンにし、充電中に過電圧を検出した場合には充電要求信号Ｓ２をオフにする。

車両Ｖは、図示しない駆動輪と機械的に連結された走行モータ７０と、この走行モータ７０に接続されたインバータ７１と、これら走行モータ７０及びインバータ７１の電力供給源である高圧バッテリ２と、高圧バッテリ２の充電を制御する充電制御装置１と、高圧バッテリ２と充電制御装置１とを接続する正極側電力線２１ｐ及び負極電力供給線２１ｎ（以下、これらをまとめて「電力線２１ｐ、２１ｎ」という）と、を備える。

高圧バッテリ２は、化学エネルギを電気エネルギに変換する放電と、及び電気エネルギを化学エネルギに変換する充電との両方が可能な二次電池である。以下では、この高圧バッテリ２として、電極間をリチウムイオンが移動することで充放電を行う所謂リチウムイオン蓄電池を用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。

走行モータ７０は、例えば、三相交流モータである。走行モータ７０は、高圧バッテリ２からインバータ７１を介して電力が供給されると駆動力を発生する。また走行モータ７０は、回生運転を行うことによって電力を生成する。走行モータ７０の回生運転によって生成された電力は、インバータ７１を介して高圧バッテリ２に供給され、これを充電する。

インバータ７１は、高圧バッテリ２の電力線２１ｐ，２１ｎに接続され、これら電力線２１ｐ，２１ｎを介して高圧バッテリ２から供給される直流を三相の交流に変換し、走行モータ７０に供給する。また走行モータ７０の回生運転の際には、走行モータ７０から供給される交流を直流に変換し、高圧バッテリ２に供給する。

高圧バッテリ２から充電制御装置１へ延びる電力線２１ｐ，２１ｎのうちインバータ７１が接続される部分よりも高圧バッテリ２側には、これら電力線２１ｐ，２１ｎを断続するメインコンタクタ２２が設けられている。

メインコンタクタ２２は、外部からの指令信号が入力されていない状態では開成するノーマルオープン型である。メインコンタクタ２２は、バッテリＥＣＵ６２からの指令信号Ｓ３に応じて閉成する。より具体的には、メインコンタクタ２２は、例えば、車両Ｖの走行中に高圧バッテリ２とインバータ７１との間で充放電を行う場合、或いは充電制御装置１からの電力を高圧バッテリ２に供給し高圧バッテリ２の充電を行う場合等には、バッテリＥＣＵ６２から送信される指令信号Ｓ３に応じて閉成する。

充電制御装置１は、外部電源１０からの交流電力を直流電力に変換する車載充電器２００と、車載充電器２００を制御する電子制御ユニットである充電ＥＣＵ６０と、高圧バッテリ２の状態を監視する電子制御ユニットであるバッテリＥＣＵ６２と、これら車載充電器２００、充電ＥＣＵ６０、及びバッテリＥＣＵ６２の間で各種の制御情報を授受するバス型ネットワークであるＣＡＮバス６４，６６と、を備える。

車両Ｖの、インレット１１０につながる２本のＡＣ電力線のうちの一方の電力線１１１はヒューズ１１１ａを介して車載充電器２００の一方の入力端子２０１に接続され、他方の電力線１１２は直接車載充電器２００の他方の入力端子２０２に接続されている。また高圧バッテリ２につながる２本の電力線２１ｐ，２１ｎは、それぞれ車載充電器２００の正極出力端子２０９ｐ及び負極出力端子２０９ｎに接続されている。

車載充電器２００は、ＥＭＩフィルタ２０３と、全波整流回路２０４と、供給電圧センサ２０５と、ＰＦＣ回路２０６と、充電電流調節回路３００と、充電電流調整回路３００の駆動回路３１０と、を備える。

ＥＭＩフィルタ２０３は、入力端子２０１，２０２に接続される。ＥＭＩフィルタ２０３は、入力端子２０１，２０２を介して入力される外部電源１０の交流出力に含まれるノイズを除去する。全波整流回路２０４は、例えば４つのダイオードを利用したブリッジ回路であり、ＥＭＩフィルタ２０３を経た交流出力から正の絶対電圧を出力する。

ＰＦＣ回路２０６は、電源の力率を１に近づける力率改善回路である。このＰＦＣ回路２０６には、例えば、２相の昇圧コンバータと平滑コンデンサとを組み合わせて構成されるインターリーブ型の昇圧コンバータが用いられる。ＰＦＣ回路２０６の出力が充電電流調整回路２０７の入力側に供給される。

供給電圧センサ２０５は、全波整流回路２０４とＰＦＣ回路２０６との間に設けられる。供給電圧センサ２０５は、全波整流回路２０４を経てＰＦＣ回路２０６に供給される外部電源１０の交流電圧の実効値を検出し、検出値に応じた信号を、ＣＡＮバス６６を介して充電ＥＣＵ６０へ送信する。なお以下では、この供給電圧センサ２０５によって検出される交流電圧の実効値を、外部電源１０から高圧バッテリ２への供給電圧Ｖｒｍｓともいう。

充電電流調整回路２０７は、ＰＦＣ回路２０６と出力端子２０９ｐ，２０９ｎとの間に設けられ、出力端子２０９ｐ，２０９ｎを介して高圧バッテリ２に供給される直流の充電電流を調整する回路である。充電電流調整回路２０７には、例えば、駆動回路２０８からのＰＷＭ信号に応じてオン／オフする複数のスイッチング素子や、トランス等を組み合わせて構成されるＤＣ／ＤＣコンバータが用いられる。

充電ＥＣＵ６０は、後に詳述するように、車載充電器２００を用いて高圧バッテリ２を充電する際には、車載充電器２００による充電のオン／オフを指令する充電オン／オフ制御信号Ｓ１と、充電電流に対する目標値に応じた大きさの目標値設定信号Ｉｓｐと、を駆動回路２０８へ送信する。駆動回路２０８は、制御信号Ｓ１がオンである場合には、充電ＥＣＵ６０から送信される目標値設定信号Ｉｓｐと充電電流調整回路２０７から送信されるフィードバック信号とを用いることによって、目標値設定信号Ｉｓｐに応じた大きさの充電電流が出力端子２０９ｐ，２０９ｎから出力されるようにデューティー比を調整したＰＷＭ信号を充電電流調整回路２０７に入力する。これにより高圧バッテリ２には、目標値設定信号Ｉｓｐに応じた大きさの充電電流が供給される。また駆動回路２０８は、制御信号Ｓ１がオフである場合には、ＰＷＭ信号の充電電流調整回路２０７への送信を停止する。これにより高圧バッテリ２への充電電流は０になり、一時的に充電が停止される。

充電ＥＣＵ６０及びバッテリＥＣＵ６２は、それぞれ、各種センサの検出信号をＡ／Ｄ変換するＩ／Ｏインターフェース、各種プログラムやデータを記憶するＲＡＭやＲＯＭ、上記プログラムに従って各種演算処理を実行するＣＰＵ、及びＣＰＵの演算処理結果に応じて各種制御信号を生成する駆動回路等のハードウェアで構成されるマイクロコンピュータである。

バッテリＥＣＵ６２は、メインコンタクタ２２のオン／オフや高圧バッテリ２の状態の監視等に関する制御を担うマイクロコンピュータである。バッテリＥＣＵ６２には、高圧バッテリ２の電圧、高圧バッテリ２の出力電流や充電電流、及び高圧バッテリ２の温度を検出するバッテリセンサ（図示せず）が接続されており、このバッテリセンサの検出信号を用いることによって、高圧バッテリ２の充電率（バッテリの残容量の満充電容量に対する割合を百分率で表したものであり、以下では「ＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）という」を算出する。バッテリＥＣＵ６２で算出される高圧バッテリ２のＳＯＣは、ＣＡＮバス６４を介して充電ＥＣＵ６０に適宜送信される。

充電ＥＣＵ６０は、車載充電器２００を用いた高圧バッテリ２の充電に関する制御を担うマイクロコンピュータである。充電ＥＣＵ６０は、充電中における供給電圧Ｖｒｍｓを監視する供給電圧監視部６０１と、充電中における充電電流を制御する充電電流制御部６０４と、を備える。これら供給電圧監視部６０１及び充電電流制御部６０４は、上記ハードウェアによって実現される制御モジュールである。以下、これら供給電圧監視部６０１及び充電電流制御部６０４の各々の機能について順に説明する。

先ず上述のように、外部電源１０には、例えば家庭用商用交流電源が用いられる。このため、高圧バッテリ２の充電中における供給電圧Ｖｒｍｓは、所定の通常充電時電圧ＶＤＨの近傍で常に一定であるとは限らず、様々な事情によって低下する場合がある。具体的には、例えば、外部電源１０に、車両Ｖ以外に工場の大型設備が繋がっている場合、この大型設備の稼働状態によって供給電圧Ｖｒｍｓが急激に低下する場合がある。この他、例えば、外部電源１０からインレット１１０に至るまでの間の電源配線の抵抗が高い場合、電源配線の温度上昇とともに供給電圧Ｖｒｍｓが徐々に低下する場合がある。そこで供給電圧監視部６０１は、充電中における供給電圧Ｖｒｍｓの上記通常充電時電圧ＶＤＨからの低下の有無を検出又は予測し、検出結果に応じて過負荷状態フラグ及び充電停止要求フラグをオン又はオフに更新する。より具体的には、供給電圧監視部６０１は、供給電圧Ｖｒｍｓに応じて過負荷状態フラグの値を１又は０で更新する過負荷状態判定部６０２と、供給電圧Ｖｒｍｓに応じて充電停止要求フラグをオン又はオフで更新する充電停止判定部６０３と、を備える。

過負荷状態判定部６０２は、高圧バッテリ２の充電開始直後は、過負荷状態フラグをオフにする。過負荷状態判定部６０２は、高圧バッテリ２の充電中に、供給電圧Ｖｒｍｓが通常充電時電圧ＶＤＨの近傍からこの通常充電時電圧ＶＤＨより低く定められた負荷減判定電圧ＶＤＬ以下まで低下したことが検出された場合、供給電圧Ｖｒｍｓが通常充電時電圧ＶＤＨから急激に低下したことが検出された場合、又は供給電圧Ｖｒｍｓが通常充電時電圧ＶＤＨから急激に低下すると予測した場合には、外部電源１０が何らかの事情により過負荷状態（すなわち、上述のような供給電圧Ｖｒｍｓの低下を招く状態）になったと判定し、これを明示すべく過負荷状態フラグをオフからオンに更新する。また過負荷状態判定部６０２は、過負荷状態フラグをオンにセットした後は、後述の充電電流制御部６０４による充電電流制御の実行中に供給電圧Ｖｒｍｓが通常充電時電圧ＶＤＨまで回復した場合には、外部電源１０が過負荷状態でなくなったと判定し、これを明示すべく、過負荷状態フラグをオンからオフにリセットする。

充電停止判定部６０３は、高圧バッテリ２の充電開始直後は、充電停止要求フラグをオフにする。充電停止判定部６０３は、高圧バッテリ２の充電中に、供給電圧Ｖｒｍｓが上述の負荷減判定電圧ＶＤＬより低く定められた充電停止電圧Ｖｔｈ以下まで低下したことが検出された場合には、外部電源１０は充電を継続することができなくなったと判定し、これを明示すべく充電停止要求フラグをオフからオンに更新する。なお、充電停止電圧Ｖｔｈは負荷減判定電圧ＶＤＬよりも低く定められていることから、充電停止要求フラグがオンになっている場合には、上記過負荷状態フラグも必ずオンになっている。また充電停止判定部６０３は、充電停止要求フラグをオンにセットした後は、後述の充電電流制御部６０４によって充電がオフにされている間に供給電圧Ｖｒｍｓが通常充電時電圧ＶＤＨまで回復した場合には、充電の再開を要求すべく、充電停止要求フラグをオンからオフにリセットする。

充電電流制御部６０４は、上述の過負荷状態フラグ及び充電停止要求フラグを参照することによって、充電オン／オフ制御信号Ｓ１及び充電電流に対する目標値に応じた大きさの目標値設定信号Ｉｓｐを生成し、駆動回路２０８に入力する。より具体的には、充電電流制御部６０４は、充電停止要求フラグがオフにセットされている場合には、高圧バッテリ２の充電を実行すべく充電オン／オフ制御信号Ｓ１をオンにする。また充電電流制御部６０４は、充電停止要求フラグがオンにセットされている場合には、高圧バッテリ２の充電を一時的に停止すべく充電オン／オフ制御信号Ｓ１をオフにする。

充電電流制御部６０４は、過負荷状態フラグ及び充電停止要求フラグが共にオフにセットされている場合には、目標値設定信号Ｉｓｐを所定の定格充電電流値Ｉｍａｘに応じた大きさにする。充電電流制御部６０４は、充電停止要求フラグがオフでありかつ過負荷状態フラグがオンにセットされている場合には、後に図３を参照して詳細に説明するように、目標値設定信号Ｉｓｐを上記定格充電電流値Ｉｍａｘ以下に変化させて充電を実行する充電電流制限制御を実行する。また充電電流制御部６０４は、充電停止要求フラグ及び過負荷状態フラグが共にオンにセットされている場合には、後に図２を参照して詳細に説明するように、目標値設定信号Ｉｓｐを一定期間にわたり０にセットした後、目標値設定信号Ｉｓｐを上記定格充電電流値Ｉｍａｘ以下に変化させて充電を実行する充電電流制限制御を実行する。

次に、図２及び図３を参照しながら、上記充電電流制御部６０４による充電電流制限制御の具体的な手順について説明する。

図２は、充電電流制御部６０４による充電電流制限制御の手順を説明するためのタイムチャートの第１の例である。図２には、上段から順に供給電圧Ｖｒｍｓ、過負荷状態フラグ、充電停止要求フラグ、充電要求信号Ｓ２、充電オン／オフ制御信号Ｓ１、及び目標値設定信号Ｉｓｐの時間変化を示す。なお図２には、充電中に、時刻ｔ１近傍から時刻ｔ７までの間で外部電源１０が何らかの事情によって不安定となり、供給電圧Ｖｒｍｓが通常充電時電圧ＶＤＨから低下した場合を示す。

図２に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間では、過負荷状態フラグ及び充電停止要求フラグはともにオフである。このため時刻ｔ０からｔ１までの間では、充電電流制御部６０４は、目標値設定信号Ｉｓｐを予め定められた定格充電電流値Ｉｍａｘに設定し、高圧バッテリ２を充電する。この際、外部電源１０は安定した状態であることから、供給電圧Ｖｒｍｓは通常充電時電圧ＶＤＨの近傍で概ね一定に維持される。

その後時刻ｔ１近傍では、上述のように外部電源１０が不安定な状態になったことに応じて、供給電圧Ｖｒｍｓが通常充電時電圧ＶＤＨの近傍から低下し始める。供給電圧Ｖｒｍｓは、時刻ｔ１において通常充電時電圧ＶＤＨよりも低く定められた負荷減判定電圧ＶＤＬ以下となり、さらにその直後である時刻ｔ２において負荷減判定電圧ＶＤＬよりも低く定められた充電停止電圧Ｖｔｈ以下になる。

過負荷状態判定部６０２は、このような供給電圧Ｖｒｍｓの低下を検出し、時刻ｔ１において、外部電源１０が過負荷状態になったことを明示すべく過負荷状態フラグをオフからオンに更新する。また充電停止判定部６０３は、このような供給電圧Ｖｒｍｓの低下を検出し、時刻ｔ２において、外部電源１０が充電を継続することが不可能になったことを明示すべく充電停止要求フラグをオフからオンに更新する。

充電電流制御部６０４は、過負荷状態フラグ及び充電停止要求フラグが共にほぼ同時期にオンになったことに応じて、充電電流を上記定格充電電流値Ｉｍａｘ以下に制限する充電電流制限制御を、以下で説明する手順に従って実行する。なお充電電流制御部６０４は、過負荷状態フラグがオフにリセットされる時刻ｔ９までこの充電電流制限制御を実行する。

充電電流制御部６０４は、時刻ｔ２において充電停止要求フラグがオンになったことに応じて、充電を一時的に停止すべく、充電オン／オフ制御信号Ｓ１をオンからオフにするとともに、目標値設定信号Ｉｓｐを定格充電電流値Ｉｍａｘから０まで低減させる。これにより、充電電流は０になる。また充電電流が０になったことに応じて、供給電圧Ｖｒｍｓは上昇し始め、時刻ｔ３において通常充電時電圧ＶＤＨまで回復する。その後、充電停止判定部６０３は、時刻ｔ４において供給電圧Ｖｒｍｓが通常充電時電圧ＶＤＨまで回復したことを検出し、これに応じて充電停止要求フラグをオンからオフにリセットする。

充電電流制御部６０４は、時刻ｔ４では、上述のように充電停止要求フラグがオフにリセットされたことに応じて、充電を再開する。より具体的には、充電電流制御部６０４は、充電オン／オフ制御信号Ｓ１をオフからオンにするとともに、目標値設定信号Ｉｓｐを０から所定のレートで増加させ始める。ここで、外部電源１０は時刻ｔ４においてもなお不安定な状態であることから、このように目標値設定信号Ｉｓｐを０から漸増させると、供給電圧Ｖｒｍｓは通常充電時電圧ＶＤＨから徐々に低下し始め、時刻ｔ５において負荷減判定電圧ＶＤＬに到達する。

充電電流制御部６０４は、上述のように目標値設定信号Ｉｓｐを０から漸増させている間は供給電圧Ｖｒｍｓを監視しており、時刻ｔ５において供給電圧Ｖｒｍｓが負荷減判定電圧ＶＤＬに到達した場合には、目標値設定信号Ｉｓｐをこの負荷減判定電圧ＶＤＬに到達した時の値である制限電流値Ｉｌｉｍに維持する。これにより、時刻ｔ５以降では、充電電流は、不安定な状態である外部電源１０の状態に応じて定められた制限電流値Ｉｌｉｍで維持されるため、外部電源１０が不安定な状態であっても充電を継続することができる。

その後時刻ｔ７では、外部電源１０が正常な状態に復帰したことに応じて、供給電圧Ｖｒｍｓは、負荷減判定電圧ＶＤＬから上昇し始め、時刻ｔ８において供給電圧Ｖｒｍｓは、通常充電時電圧ＶＤＨまで復帰する。過負荷状態判定部６０２は、上述のような充電電流制限制御を実行している間に、時刻ｔ９において供給電圧Ｖｒｍｓが通常充電時電圧ＶＤＨまで復帰したことを検出し、これに応じて外部電源１０が過負荷状態でなくなったことを明示すべく過負荷状態フラグをオンからオフにリセットする。

充電電流制御部６０４は、時刻ｔ９において過負荷状態フラグがオンからオフにリセットされたことに応じて、充電電流を上記制限電流値Ｉｌｉｍに制限する充電電流制限制御を終了する。より具体的には、充電電流制御部６０４は、時刻ｔ９以降、目標値設定信号Ｉｓｐを制限電流値Ｉｌｉｍから定格充電電流値Ｉｍａｘへ向けて漸増させる。

図３は、充電電流制御部６０４による充電電流制限制御の手順を説明するためのタイムチャートの第２の例である。図３には、上段から順に供給電圧Ｖｒｍｓ、過負荷状態フラグ、充電停止要求フラグ、充電要求信号Ｓ２、充電オン／オフ制御信号Ｓ１、及び目標値設定信号Ｉｓｐの時間変化を示す。なお図３には、充電中に、時刻ｔ１近傍から時刻ｔ７までの間で外部電源１０が何らかの事情によって不安定となり、供給電圧Ｖｒｍｓが通常充電時電圧ＶＤＨから低下した場合を示す。なお図３には、上述の図２の例よりも、供給電圧Ｖｒｍｓが緩やかに低下した場合を示す。

図３において、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間で生じる事象は、図２と同じであるので、説明を省略する。

その後時刻ｔ１近傍では、上述のように外部電源１０が不安定な状態になったことに応じて、供給電圧Ｖｒｍｓが通常充電時電圧ＶＤＨの近傍から低下し始める。供給電圧Ｖｒｍｓは、図２の例よりも緩やかな速度で低下し、時刻ｔ３において負荷減判定電圧ＶＤＬ以下となる。

過負荷状態判定部６０２は、このような供給電圧Ｖｒｍｓの低下を検出し、時刻ｔ３において、外部電源１０が過負荷状態になったことを明示すべく過負荷状態フラグをオフからオンに更新する。

充電電流制御部６０４は、過負荷状態フラグがオンになったことに応じて、充電電流を上記定格充電電流値Ｉｍａｘ以下に制限する充電電流制限制御を、以下で説明する手順に従って実行する。なお充電電流制御部６０４は、過負荷状態フラグがオフにリセットされる時刻ｔ９までこの充電電流制限制御を実行する。

充電電流制御部６０４は、時刻ｔ３において過負荷状態フラグがオンになったことに応じて、目標値設定信号Ｉｓｐを定格充電電流値Ｉｍａｘから、予め定められた下限電流値Ｉｍｉｎまで低減させる。ここで下限電流値Ｉｍｉｎは、０よりもやや大きな値に設定される。これにより、充電電流は下限電流値Ｉｍｉｎまで絞られる。また充電電流が下限電流値Ｉｍｉｎまで絞ったことに応じて、供給電圧Ｖｒｍｓは上昇し始め、時刻ｔ４において通常充電時電圧ＶＤＨまで回復する。

充電電流制御部６０４は、時刻ｔ４において供給電圧Ｖｒｍｓが通常充電時電圧ＶＤＨまで回復したことに応じて、目標値設定信号Ｉｓｐを下限電流値Ｉｍｉｎから所定のレートで増加させ始める。ここで、外部電源１０は時刻ｔ４においてもなお不安定な状態であることから、このように目標値設定信号Ｉｓｐを下限電流値Ｉｍｉｎから漸増させると、供給電圧Ｖｒｍｓは通常充電時電圧ＶＤＨから徐々に低下し始め、時刻ｔ５において負荷減判定電圧ＶＤＬに到達する。

充電電流制御部６０４は、上述のように目標値設定信号Ｉｓｐを下限電流値Ｉｍｉｎから漸増させている間は供給電圧Ｖｒｍｓを監視しており、時刻ｔ５において供給電圧Ｖｒｍｓが負荷減判定電圧ＶＤＬに到達した場合には、目標値設定信号Ｉｓｐをこの負荷減判定電圧ＶＤＬに到達した時の値である制限電流値Ｉｌｉｍに維持する。これにより、時刻ｔ５以降では、充電電流は、不安定な状態である外部電源１０の状態に応じて定められた制限電流値Ｉｌｉｍで維持されるため、外部電源１０が不安定な状態であっても充電を継続することができる。

以上のような本実施形態に係る充電制御装置１によれば、以下の効果を奏する。
（１）供給電圧センサ２０５は外部電源１０から高圧バッテリ２への供給電圧Ｖｒｍｓを検出し、供給電圧監視部６０１は、充電中に通常充電時電圧ＶＤＨからの供給電圧Ｖｒｍｓの低下の有無を検出又は予測し、検出結果に応じて過負荷状態フラグや充電停止要求フラグを更新する。充電電流制御部６０４は、供給電圧Ｖｒｍｓの低下が検出又は予測されていない場合には、充電電流に対する目標値設定信号Ｉｓｐを所定の定格充電電流値Ｉｍａｘに設定し、駆動回路２０８及び充電電流調整回路２０７は、充電電流を目標値設定信号Ｉｓｐに応じた値になるように調整する。また充電電流制御部６０４は、供給電圧Ｖｒｍｓの低下が検出又は予測された場合には、目標値設定信号Ｉｓｐを定格充電電流値Ｉｍａｘ以下に変化させた後、この目標値設定信号Ｉｓｐを、供給電圧Ｖｒｍｓが通常充電時電圧ＶＤＨよりも低い負荷減判定電圧ＶＤＬに到達した時の値である制限電流値Ｉｌｉｍに維持する。そして駆動回路２０８及び充電電流調整回路２０７は、上記のような目標値設定信号Ｉｓｐの変化に合わせて充電電流を調整する。すなわち充電制御装置１では、充電中に何等かの理由によって外部電源１０が不安定になり、供給電圧Ｖｒｍｓが通常充電時電圧ＶＤＨから低下した場合には、供給電圧Ｖｒｍｓが通常充電時電圧ＶＤＨよりも低い負荷減判定電圧ＶＤＬで維持されるように、充電電流を定格充電電流値Ｉｍａｘよりも絞る。したがって充電制御装置１によれば、外部電源１０が不安定になり供給電圧Ｖｒｍｓが通常充電時電圧ＶＤＨから低下した場合であっても、充電電流を、外部電源１０の状態に応じた適切な大きさまで絞って充電を継続することができる。またこのように充電電流を適切な大きさまで絞ることにより、外部電源１０が不安定になっても、充電の断続が頻繁に繰り返されることを回避できる。

（２）図３を参照して説明したように、過負荷状態判定部６０２は、供給電圧Ｖｒｍｓが負荷減判定電圧ＶＤＬ以下まで低下したことが検出された場合、供給電圧Ｖｒｍｓの急激な低下が検出された場合、又は供給電圧Ｖｒｍｓが通常充電時電圧ＶＤＨから急激に低下すると予測された場合には、外部電源１０が過負荷状態になったと判定し、過負荷状態フラグをオンにする。充電電流制御部６０４は、過負荷状態フラグがオンになった場合には、目標値設定信号Ｉｓｐを所定の下限電流値Ｉｍｉｎまで低減させ、その後供給電圧Ｖｒｍｓが負荷減判定電圧ＶＤＬに到達するまで目標値設定信号Ｉｓｐを下限電流値Ｉｍｉｎから漸増させた後、目標値設定信号Ｉｓｐを供給電圧Ｖｒｍｓが負荷減判定電圧ＶＤＬに到達した時の値である制限電流値Ｉｌｉｍに維持する。したがって充電制御装置１によれば、外部電源１０が不安定な状態であっても、供給可能な範囲のうち最大限可能な目標値を設定することができる。

（３）図２を参照して説明したように、充電停止判定部６０３は、供給電圧Ｖｒｍｓが負荷減判定電圧ＶＤＬよりもさらに低い充電停止電圧Ｖｔｈ以下まで低下したことが検出された場合には、外部電源１０が充電不可状態になったと判定し、充電停止要求フラグをオンにする。また充電電流制御部６０４は、充電停止要求フラグがオンになった場合には、供給電圧Ｖｒｍｓが通常時充電電圧ＶＤＨになるまで目標値を０に設定し続ける。すなわち、目標値設定信号Ｉｓｐを０に設定し、一旦充電を停止する。その後充電電流制御部６０４は、目標値設定信号Ｉｓｐを０から漸増させ、目標値設定信号Ｉｓｐを供給電圧Ｖｒｍｓが負荷減判定電圧ＶＤＬに到達した時の値である制限電流値Ｉｌｉｍに維持する。したがって充電制御装置１によれば、外部電源１０が充電不可状態になったことに応じて充電を一旦停止した後には、充電電流を外部電源１０の状態に応じた適切な大きさまで絞って充電を再開することができる。またこのように充電電流を外部電源１０の状態に応じた適切な大きさまで絞って充電を再開することにより、その後も外部電源１０の不安定な状態が継続した場合であっても、供給電圧Ｖｒｍｓが上記充電停止電圧Ｖｔｈ以下まで低下することを防止できるので、充電の断続が頻繁に繰り返されることを回避できる。また充電制御装置１によれば、外部電源１０が不安定な状態であっても、供給可能な範囲のうち最大現可能な目標値を設定することができる。

図４は、本発明に関連した充電制御技術を説明するためのタイムチャートである。図４には、上段から順に供給電圧Ｖｒｍｓ、充電停止要求フラグ、充電要求信号Ｓ２、充電オン／オフ制御信号Ｓ１、及び高圧バッテリ２のＳＯＣの時間変化を示す。図４における充電制御技術を実現するための回路構成は図１の回路と略同様である。このため対応する各制御信号等は図１の回路のタイミング図である図２や図３と同様の符号により表す。なお以下において図４を参照して説明する充電制御技術は、供給電圧Ｖｒｍｓが充電停止電圧Ｖｔｈよりも低下する状況が頻発した場合に外部電源１０自体が異常であると判定し、高圧バッテリ２のＳＯＣの低下を防止するために充電を中止する技術である。

図４の例では、例えば、時刻ｔ１１において供給電圧Ｖｒｍｓが充電停止電圧Ｖｔｈ以下になったことに応じて、時刻ｔ１２では、充電停止判定部６０２は、充電停止要求フラグをオフからオンに更新する。これに応じて充電電流制御部６０４は、時刻ｔ１３では充電オン／オフ制御信号Ｓ１をオンからオフにし、充電を一時的に停止する。その後、充電を一時的に停止したことに応じて、供給電圧Ｖｒｍｓが回復する。また供給電圧Ｖｒｍｓが回復したことに応じて、時刻ｔ１４では、充電停止判定部６０２は、充電停止要求フラグをオンからオフにリセットし、その後時刻ｔ１５では、充電電流制御部６０４は、充電オン／オフ制御信号Ｓ１をオフからオンにセットし、図２や図３を参照して説明したように充電電流制限制御を実行する。

図４には、外部電源１０が極度に不安定であることにより、供給電圧Ｖｒｍｓが充電停止電圧Ｖｔｈを跨いで上下に変動する場合を示す。すなわち、上述のように充電を一時的に停止しその後充電を再開するも再び供給電圧Ｖｒｍｓが低下する、という充電リトライを、時刻ｔ１６まで繰り返し行った場合を示す。

図４に示すように、このような充電リトライを繰り返し行うと、高圧バッテリ２のＳＯＣが徐々に低下する場合がある。そこで充電ＥＣＵ６０は、充電リトライを繰り返す間に、高圧バッテリ２のＳＯＣを監視する。このＳＯＣには外部電源１０自体の異常に起因してＳＯＣの回復が困難な状況であると判定するリトライ禁止ＳＯＣレベルが設定されている。そして充電ＥＣＵ６０は、時刻ｔ１９において、高圧バッテリ２のＳＯＣがこのリトライ禁止ＳＯＣレベル以下まで低下した場合には、外部電源１０は極度に不安定な状態であると判定し、高圧バッテリ２のさらなるＳＯＣの低下を抑制すべくこれ以降の充電リトライを禁止する。

図５は、本発明に関連した充電制御技術を説明するためのタイムチャートである。図５には、上段から順に供給電圧Ｖｒｍｓ、過電圧フラグ、充電要求信号Ｓ２、充電オン／オフ制御信号Ｓ１、ＡＣ過電圧リトライ待機時間、及び過電圧リトライカウンタの時間変化を示す。図５における充電制御技術を実現するための回路構成は図１の回路と略同様である。このため対応する各制御信号等は図１の回路のタイミング図である図２〜図４と同様の符号により表す。なお以下において図５を参照して説明する充電制御技術は、供給電圧Ｖｒｍｓが所定の高電圧閾値ＶｔｈＨを超える状況が頻発した場合に外部電源１０自体が過電圧故障を生じていると判定し、車載充電器２００を保護するために充電を中止する技術である。

図５の例では、例えば、時刻ｔ２１において供給電圧Ｖｒｍｓが高電圧閾値ＶｔｈＨを超える。これに応じて充電停止判定部６０２は、外部電源１０が過電圧の状態になったことを示す過電圧フラグをオフからオンにする。その後時刻ｔ２２では、充電停止判定部６０２は充電オン／オフ制御信号Ｓ１及び充電要求信号Ｓ２を共にオンからオフにし、充電を停止すると共に外部電源１０から車載充電器２００への電力の供給そのものを停止させる。このように充電要求信号Ｓ２をオフにすることにより、供給電圧Ｖｒｍｓは速やかに０まで低下し、これにより車載充電器２００に過電圧が印加されるのを防止する。

時刻ｔ２２では、充電停止判定部６０２は以上のようにして外部電源１０からの電力の供給を停止すると共に、ＡＣ過電圧リトライ待機時間の計測を開始する。このＡＣ過電圧リトライ待機時間とは、外部電源１０の過電圧を理由として外部電源１０から車載充電器２００への電力の供給を一旦停止した後、外部電源１０から車載充電器２００への電力の供給を再開するまでの待機時間を計測するためのものである。

その後時刻ｔ２３では、充電停止判定部６０２は、ＡＣ過電圧リトライ待機時間が所定の時間に達したことに応じて、外部電源１０の過電圧の状態が解消されたか否かを判断すべく充電要求信号Ｓ２をオフからオンにする。これにより、外部電源１０から車載充電器２００への電力の供給が再開する。またこの際、充電停止判定部６０２は、ＡＣ過電圧リトライ待機時間をリセットすると共に、過電圧リトライカウンタを０から１へカウントアップする。この過電圧リトライカウンタとは、外部電源１０から車載充電器２００への電力の供給を再開した回数を計数するものである。

図５の例では、外部電源１０は時刻ｔ２３以降もなお過電圧の状態が解消されていない。このため時刻ｔ２３以降、供給電圧Ｖｒｍｓは再び上昇し、時刻ｔ２４において再び過電圧閾値ＶｔｈＨを超える。これに応じて充電停止判定部６０２は、時刻ｔ２４において過電圧フラグを再びオフからオンにする。その後充電停止判定部６０２は、時刻ｔ２５において再び充電要求信号Ｓ２をオンからオフにし、外部電源１０から車載充電器２００への電力の供給を再び停止させると共に、ＡＣ過電圧リトライ待機時間の計測を開始する。

図５には、外部電源１０は過電圧の状態が継続することにより、外部電源１０から車載充電器２００への電力の供給の停止と再開とを繰り返す充電リトライを、時刻ｔ２６まで繰り返し行った場合を示す。

図５に示すように、このような充電リトライを繰り返し行うと、車載充電器２００には外部電源１０から過大な電圧が度々印加されることになる。車載充電器２００には、図１に示すように最も外部電源１０に近い位置にＥＭＩフィルタ２０３が設けられている。またこのＥＭＩフィルタ２０３にはコンデンサが搭載されているため、このような充電リトライを行う度にコンデンサには過大な突入電流が流れ込むこととなる。そこで充電停止判定部６０２は、ＥＭＩフィルタ２０３の故障を防止するため、１回の充電サイクル時における充電リトライの回数を制限する。すなわち、充電停止判定部６０２は、過電圧リトライカウンタの値が、予め定められた値（例えば３）に達した場合には、ＥＭＩフィルタ２０３の故障を防止するため、充電要求信号Ｓ２をオフに維持する。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。例えば、上記実施形態では、家庭用商用交流電源等の外部電源１０から、車両Ｖに搭載される蓄電池である高圧バッテリ２及び／又は低圧バッテリ３へ充電する充電系統を有する構成について説明したが、このような充電系統に加えて、外部の直流電源からバッテリを充電する系統を併せ持つ構成を採ってもよい。

１…充電制御装置
２…高圧バッテリ（蓄電池）
１０…外部電源
６０…充電ＥＣＵ
６０１…供給電圧監視部（電圧監視手段）
６０２…過負荷状態判定部
６０３…充電停止判定部
６０４…充電電流制御部（目標値設定手段）
２００…車載充電器
２０５…供給電圧センサ（供給電圧検出手段）
２０７…充電電流調節回路（充電電流調整手段）
２０８…駆動回路（充電電流調整手段）

Claims

外部電源による蓄電池への充電を制御する充電制御装置であって、
前記外部電源から前記蓄電池への充電電流の目標値を設定する目標値設定手段と、
前記充電電流を前記設定された目標値になるように調節する充電電流調整手段と、
前記外部電源から前記蓄電池への供給電圧を検出する供給電圧検出手段と、
前記供給電圧検出手段の出力を用いて、所定の通常充電時電圧からの前記供給電圧の低下の有無を検出又は予測する電圧監視手段と、を備え、
前記目標値設定手段は、前記電圧監視手段により前記供給電圧の低下が検出又は予測されていない場合には、前記目標値を所定の通常時目標値に設定し、前記電圧監視手段により前記供給電圧の低下が検出又は予測された場合には、前記目標値を前記通常時目標値以下の所定の下限値まで低減させ、前記供給電圧が前記通常充電時電圧に回復したことに応じて前記供給電圧が前記通常充電時電圧よりも低い判定電圧に到達するまで前記目標値を前記下限値から漸増させた後、前記目標値を前記供給電圧が前記判定電圧に到達した時の値に維持することを特徴とする充電制御装置。
前記目標値設定手段は、前記電圧監視手段によって、前記供給電圧が前記判定電圧よりも低い充電停止電圧以下まで低下したことが検出された場合には、前記供給電圧が前記通常充電時電圧になるまで前記目標値を０に設定し続けた後、前記目標値を０から漸増させ、前記目標値を前記供給電圧が前記判定電圧に到達した時の値に維持することを特徴とする請求項１に記載の充電制御装置。