JP6585525B2 - 電源システム - Google Patents
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Description
高容量型の第1蓄電装置と、
高出力型の第2蓄電装置と、
前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置への充電を制御する充電制御装置と、
ユーザの指令を入力するユーザ入力装置と
を備えるものであって、
前記充電制御装置は、
次の利用開始予定時刻までに前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置が目標残容量まで充電可能であるか否かを判定し、
前記利用開始予定時刻までに前記第1蓄電装置又は前記第2蓄電装置が前記目標残容量まで充電可能でないと判定した場合、前記ユーザ入力装置を介して入力された優先度で前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置の一方又は両方を充電させる
ことを特徴とする。
現在時刻及び前記利用開始予定時刻に基づいて充電可能時間を算出する充電可能時間算出部と、
前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置の残容量に基づいて、前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置の充電を完了するまでに要する充電必要時間を算出する充電必要時間算出部と、
を有してもよい。
<I−A.構成>
[I−A−1.電源システム10の全体構成]
図1は、本発明の一実施形態に係る電源システム10の概略構成図である。電源システム10は、電動車両12(以下「車両12」ともいう。)と、外部充電装置14と、携帯端末16とを含む。本実施形態では、外部充電装置14により車両12の高容量バッテリ52及び高出力バッテリ54に充電優先度(以下「優先度」ともいう。)を設定して充電することができる。また、充電の状況を携帯端末16により確認することが可能である。以下では、高容量バッテリ52を第1バッテリ52、バッテリ52又は高容量BATともいい、高出力バッテリ54を第2バッテリ54、バッテリ54又は高出力BATともいう。
(I−A−2−1.電動車両12の全体構成)
図1に示すように、車両12は、走行用のモータ20と、車両電力系22と、SOCセンサ24a、24bと、温度センサ26と、加温装置28と、冷却装置30と、バッテリ電子制御装置32(以下「バッテリECU32」、「BAT ECU32」又は「ECU32」という。)とを有する。車両12は、車両電力系22からの供給電力を用いてモータ20が生成した駆動力により走行する。
モータ20は、3相交流ブラシレス式であり、車両電力系22から供給される電力に基づいて駆動力を生成し、当該駆動力によりトランスミッション(図示せず)を通じて車輪(図示せず)を回転させる。また、モータ20は、回生を行うことで生成した電力(回生電力Preg)[W]を車両電力系22に出力する。回生電力Pregは、図示しない補機に対して出力してもよい。なお、モータ20の制御は、図示しないモータ電子制御装置(モータECU)等により行われる。
(I−A−2−3−1.車両電力系22の全体構成)
車両電力系22は、モータ20に電力を供給すると共に、モータ20からの回生電力Pregが供給される。図1に示すように、車両電力系22は、高容量バッテリ52及び高出力バッテリ54に加え、インバータ50と、DC/DCコンバータ56と、車両側コネクタ58と、コンタクタ60a、60b、62a、62b、64a、64bと、電流センサ66とを有する。
インバータ50は、3相フルブリッジ型の構成を有し、直流−交流変換を行う。より具体的には、インバータ50は、直流を3相の交流に変換してモータ20に供給する一方、回生動作に伴う交流−直流変換後の直流をバッテリ52、54の少なくとも一方に供給する。
バッテリ52、54のそれぞれは、複数のバッテリセルを含み、高電圧を出力可能な蓄電装置(エネルギストレージ)であり、例えば、リチウムイオン2次電池、ニッケル水素2次電池等を利用することができる。本実施形態ではバッテリ52、54のいずれもリチウムイオン2次電池を利用している。バッテリ52、54の一方又は両方の代わりに、キャパシタ等の蓄電装置を用いることも可能である。
図2は、本実施形態の車両電力系22の回路図である。DC/DCコンバータ56(以下、「コンバータ56」ともいう。)は、高出力バッテリ54の出力電圧Vbat2又は外部充電装置14からの供給電圧Vcを変圧(ここでは昇圧)してインバータ50又は高容量バッテリ52に出力する。加えて、コンバータ56は、モータ20からの回生電圧Vreg又は高容量バッテリ52からの出力電圧Vbat1を変圧(ここでは降圧)して高出力バッテリ54に供給する。或いは、出力電圧Vbat2又は供給電圧Vcの変圧のみを行うものであってもよい。
車両側コネクタ58(以下「コネクタ58」ともいう。)(図1)は、外部充電装置14の充電装置側コネクタ174との連結に用いられる。コネクタ58は、高出力バッテリ54とコンバータ56の間の分岐点122、124から分岐した配線120p、120nと接続される。
コンタクタ60a、60bは、高容量バッテリ52と接続点80、82との間に配置されて高容量バッテリ52とインバータ50及びコンバータ56との接続/非接続を切り替える。コンタクタ62a、62bは、高出力バッテリ54とコンバータ56との間に配置されて高出力バッテリ54とコンバータ56との接続/非接続を切り替える。コンタクタ64a、64bは、車両側コネクタ58と分岐点122、124との間に配置されて車両電力系22と外部充電装置14との接続/非接続を切り替える。
電流センサ66は、高容量バッテリ52と接続点80との間に配置されて高容量バッテリ52からの出力電流又は高容量バッテリ52への入力電流(以下「入出力電流Ibat1」ともいう。)を検出してECU32に出力する。
SOCセンサ24a(以下「第1SOCセンサ24a」ともいう。)は、高容量バッテリ52の残容量(以下「SOC1」ともいう。)[%]を検出してECU32に出力する。SOCセンサ24b(以下「第2SOCセンサ24b」ともいう。)は、高出力バッテリ54の残容量(以下「SOC2」ともいう。)[%]を検出してECU32に出力する。
温度センサ26は、高出力バッテリ54の温度Pbat(以下「バッテリ温度Pbat」ともいう。)[℃]を検出してECU32に出力する。温度センサ26に加え、高容量バッテリ52の温度を検出する別の温度センサを設けてもよい。
加温装置28は、高出力バッテリ54を加温するものであり、例えば、電熱線ヒータ又はエアコンディショナから構成される。
冷却装置30は、高出力バッテリ54を冷却するものであり、例えば、エアコンディショナから構成される。
バッテリECU32は、バッテリ52、54の充放電を制御するものであり、入出力装置130、演算装置132、記憶装置134等を有する。入出力装置130は、信号線136(通信線)を介して車両12の各部及び外部充電装置14との信号の入出力を行う。入出力装置130は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する図示しないA/D変換回路を備える。
外部充電装置14は、車両12のバッテリ52、54に電力を供給してバッテリ52、54を充電する。図1に示すように、外部充電装置14は、充電電力系150と、通信装置152と、ユーザ入力装置154と、表示装置156と、スピーカ158と、ヒト検出装置160と、充電制御装置162とを有する。
携帯端末16は、充電の状況を確認することが可能である。図1に示すように、携帯端末16は、通信装置220と、ユーザ入力装置222と、表示装置224と、スピーカ226と、端末制御装置228とを有する。
[I−B−1.制御の概要]
本実施形態では、外部充電装置14からの電力により車両12のバッテリ52、54を充電する際、バッテリ52、54の充電優先度をユーザが設定する充電優先度設定制御を実行する。そして、充電優先度に関するユーザの設定に基づいて、パワー優先充電制御又は距離優先充電制御が実行される。パワー優先充電制御は、高出力バッテリ54を優先的に充電する制御であり、距離優先充電制御は、高容量バッテリ52を優先的に充電する制御である。
図3は、本実施形態における充電優先度設定制御のフローチャートである。図3のステップS1において、充電制御装置162は、ヒト検出装置160からの出力に基づいて周囲にヒト(ユーザ)を検出したか否かを判定する。ヒトを検出した場合(S1:YES)、ステップS2において、充電制御装置162は、充電装置側コネクタ174に車両側コネクタ58が接続されているか否かを判定する。充電装置側コネクタ174に車両側コネクタ58が接続されている場合(S2:YES)、ステップS7に進む。
(I−B−3−1.パワー優先充電制御の概要)
図4は、本実施形態のパワー優先充電制御によるバッテリ52、54の残容量SOC1、SOC2の変化の一例を示す図である。図4において、横軸は時間であり、縦軸はSOC1、SOC2である。また、図4では、高容量バッテリ52を「BAT1」として表示し、高出力バッテリ54を「BAT2」として表示している。
図5は、本実施形態におけるパワー優先充電制御のフローチャートである。上記の通り、パワー優先充電制御では、高出力バッテリ54を先に充電し、その後、高容量バッテリ52を充電する。
図6は、本実施形態におけるバッテリ温度調整処理のフローチャートである。ステップS61において、充電制御装置162は、高出力バッテリ54を加温する必要があるか否かを判定する。具体的には、充電制御装置162は、バッテリECU32から取得した高出力バッテリ54の現在温度Pcurが加温閾値THw(以下「閾値THw」ともいう。)を下回るか否かを判定する。閾値THwは、現在温度Pcurが低すぎるため高出力バッテリ54の放電を十分に行うことができないか否かを判定する閾値である。
(I−B−4−1.距離優先充電制御の概要)
図7は、本実施形態の距離優先充電制御によるバッテリ52、54の残容量SOC1、SOC2の変化の一例を示す図である。図7において、横軸は時間であり、縦軸はSOC1、SOC2である。また、図7では、高容量バッテリ52を「BAT1」として表示し、高出力バッテリ54を「BAT2」として表示している。
図8は、本実施形態における距離優先充電制御のフローチャートである。上記の通り、距離優先充電制御では、高容量バッテリ52を先に充電し、その後、高出力バッテリ54を充電する。
以上のように、本実施形態によれば、充電可能時間ΔTcが充電必要時間ΔTnよりも短い場合(図3のS15:NO)、ユーザが設定した優先度(順番を含む。)で高容量バッテリ52(第1蓄電装置)及び高出力バッテリ54(第2蓄電装置)の一方又は両方を充電させる(図4、図5、図7、図8)。このため、ユーザの要望に沿った充電状態とすることができるため、ユーザの利便性及び電源システム10の商品性を向上することができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、本明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。
上記実施形態では、車両12を含む構成に電源システム10を適用したが(図1)、これに限らず、別の対象に適用してもよい。例えば、ロボット、ドローン等の移動物体に電源システム10を適用してもよい。或いは、製造装置に電源システム10を適用することも可能である。
上記実施形態では、ヒト検出装置160を用いてユーザの検出又は認識を行った(図1、図3のS1)。しかしながら、例えば、ユーザ入力装置154を介して入力された優先度で高容量バッテリ52及び高出力バッテリ54の一方又は両方を充電させる観点からすれば、これに限らない。例えば、車両側コネクタ58と充電装置側コネクタ174の接続を外部充電装置14が検出すること(例えば図3のステップS2のみ)により図3のステップS7に進んでもよい。或いは、ユーザ入力装置154へのユーザの入力(例えば操作ボタンの操作)によって、充電開始のためのステップS7に進むことも可能である。
[II−C−1.電動車両12の種類]
上記実施形態では、車両12は、モータ20への電力供給源としてバッテリ52、54を有する狭義の電気自動車(battery vehicle)であった(図1)。しかしながら、例えば、2つ以上の蓄電装置を有する観点からすれば、これに限らない。例えば、車両12は、ハイブリッド車両、燃料電池車両等であってもよい。
上記実施形態では、高出力バッテリ54と接続点80、82の間にコンバータ56を配置した(図1、図2)。しかしながら、例えば、ユーザ入力装置154を介して入力された優先度で高容量バッテリ52及び高出力バッテリ54の一方又は両方を充電させる観点からすれば、これに限らない。例えば、高出力バッテリ54と接続点80、82の間ではなく、高容量バッテリ52と接続点80、82の間にコンバータ56を配置することも可能である。或いは、高容量バッテリ52と接続点80、82の間と、高出力バッテリ54と接続点80、82の間の両方にコンバータ56を配置することも可能である。
上記実施形態では、車両側コネクタ58と充電装置側コネクタ174を接続する接触給電を行う構成であった(図1)。しかしながら、例えば、優先度を用いて2つ以上の蓄電装置を充電する観点からすれば、これに限らず、非接触給電(無線給電)により外部充電装置14からバッテリ52、54を充電することも可能である。非接触給電の場合、車両側コネクタ58と充電装置側コネクタ174の接続を要求するステップ(図3のS2、S4)が必要なくなるため、ユーザの利便性を向上できる場合がある。
上記実施形態では、車両電力系22は、異なる種類の2つの蓄電装置(高容量バッテリ52及び高出力バッテリ54)を有したが、蓄電装置の数はこれに限らず、3つ以上であってもよい。
上記実施形態では、バッテリ温度調整処理(図6)のために加温装置28及び冷却装置30を設けた(図1)。しかしながら、例えば、ユーザ入力装置154を介して入力された優先度で高容量バッテリ52及び高出力バッテリ54の一方又は両方を充電させる観点からすれば、これに限らない。例えば、加温装置28及び冷却装置30の一方又は両方を省略することも可能である。
[II−F−1.実行主体]
上記実施形態では、充電優先度設定制御の実行主体は、主として、外部充電装置14の充電制御装置162であった(図3)。しかしながら、例えば、ユーザ入力装置154を介して入力された優先度で高容量バッテリ52及び高出力バッテリ54の一方又は両方を充電させる観点からすれば、これに限らない。例えば、車両12のECU32又は携帯端末16の端末制御装置228を充電優先度設定制御の実行主体(充電制御装置)としてもよい。或いは、図示しないサーバを設け、当該サーバと外部充電装置14とを通信可能とした状態で、サーバが充電優先度設定制御を実行してもよい。パワー優先充電制御及び距離優先充電制御も同様である。
上記実施形態では、両バッテリ52、54を満充電可能である場合(図3のS15:YES)、デフォルトの充電優先度が選択された後(S16)、直ちに充電を開始することを想定していた。しかしながら、例えば、ユーザ入力装置154を介して入力された優先度で高容量バッテリ52及び高出力バッテリ54の一方又は両方を充電させる観点からすれば、これに限らない。例えば、充電制御装置162は、出発予定時刻Td又はそれよりも所定時間前に充電が完了するように充電を開始すること(換言すると、充電予約をすること)も可能である。これにより、早く充電してしまうと、それだけバッテリ52、54の劣化が進行し易くなる場合、バッテリ52、54の劣化を抑制することが可能である。
上記実施形態では、第1SOC閾値THsoc1を高容量バッテリ52の満充電の値とし、第2SOC閾値THsoc2を高出力バッテリ54の満充電の値とした(図4及び図7)。しかしながら、その他の値を閾値THsoc1、THsoc2に設定することも可能である。
上記実施形態では、充電優先度は、充電の順番と同義であった(図4、図5、図7、図8)。しかしながら、例えば、ユーザ入力装置154を介して入力された優先度で高容量バッテリ52及び高出力バッテリ54の一方又は両方を充電させる観点からすれば、これに限らない。例えば、バッテリ52、54を同時に充電する際に電力を振り分ける割合を優先度で規定することも可能である。
28…加温装置 30…冷却装置
52…高容量バッテリ(第1蓄電装置)
54…高出力バッテリ(第2蓄電装置) 154…ユーザ入力装置
156…表示装置(案内部) 158…スピーカ(案内部)
162…充電制御装置 202…充電可能時間算出部
204…充電必要時間算出部 Pbat…高出力バッテリの温度
SOC1…高容量バッテリの残容量
SOC2…高出力バッテリの残容量
Tcur…現在時刻
Td…出発予定時刻(利用開始予定時刻)
THc…冷却閾値(第2温度閾値)
THsoc1…第1SOC閾値(目標残容量)
THsoc2…第2SOC閾値(目標残容量)
THw…加温閾値(第1温度閾値) ΔTc…充電可能時間
ΔTn…充電必要時間
Claims (5)
- 高容量型の第1蓄電装置と、
高出力型の第2蓄電装置と、
前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置への充電を制御する充電制御装置と、
ユーザの指令を入力するユーザ入力装置と
を備える電源システムであって、
前記充電制御装置は、
次の利用開始予定時刻までに前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置が目標残容量まで充電可能であるか否かを判定し、
前記利用開始予定時刻までに前記第1蓄電装置又は前記第2蓄電装置が前記目標残容量まで充電可能でないと判定した場合、前記ユーザ入力装置を介して入力された優先度で前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置の一方又は両方を充電させる
ことを特徴とする電源システム。 - 請求項1に記載の電源システムにおいて、
前記充電制御装置は、
現在時刻及び前記利用開始予定時刻に基づいて充電可能時間を算出する充電可能時間算出部と、
前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置の残容量に基づいて、前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置の充電を完了するまでに要する充電必要時間を算出する充電必要時間算出部と、
を有し、
前記充電可能時間が前記充電必要時間よりも短い場合、前記充電制御装置は、前記ユーザ入力装置を介して入力された前記優先度で前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置の一方又は両方を充電させる
ことを特徴とする電源システム。 - 請求項2に記載の電源システムにおいて、
前記電源システムは、
前記第2蓄電装置の温度を検出する温度センサと、
前記第2蓄電装置を加温する加温装置と
を備え、
前記充電可能時間が前記充電必要時間よりも短く且つ前記第1蓄電装置よりも前記第2蓄電装置の前記優先度が高い場合、前記充電制御装置は、前記利用開始予定時刻よりも前の所定のタイミング又は前記利用開始予定時刻となったタイミングにおいて、前記第2蓄電装置の温度が第1温度閾値よりも低ければ、前記加温装置により前記第2蓄電装置を加温させる
ことを特徴とする電源システム。 - 請求項2に記載の電源システムにおいて、
前記電源システムは、
前記第2蓄電装置の温度を検出する温度センサと、
前記第2蓄電装置を冷却する冷却装置と
を備え、
前記充電可能時間が前記充電必要時間よりも短く且つ前記第1蓄電装置よりも前記第2蓄電装置の前記優先度が高い場合、前記充電制御装置は、前記利用開始予定時刻よりも前の所定のタイミング又は前記利用開始予定時刻となったタイミングにおいて、前記第2蓄電装置の温度が第2温度閾値よりも高ければ、前記冷却装置により前記第2蓄電装置を冷却させる
ことを特徴とする電源システム。 - 請求項2〜4のいずれか1項に記載の電源システムにおいて、
前記電源システムは、前記ユーザに対して案内表示又は案内音声を出力する案内部を備え、
前記充電制御装置は、所定のタイミングで前記ユーザに対して前記利用開始予定時刻の入力を求める前記案内表示又は前記案内音声を前記案内部に出力させ、
前記充電可能時間算出部は、前記ユーザ入力装置を介して入力された前記利用開始予定時刻と前記現在時刻に基づいて前記充電可能時間を算出し、
前記充電可能時間が前記充電必要時間よりも短い場合、前記充電制御装置は、前記ユーザに対して前記優先度の入力を案内する表示又は音声を前記案内部に出力させ、その後、前記ユーザ入力装置に入力された前記優先度に基づいて前記第1蓄電装置又は前記第2蓄電装置を優先して充電させ、
前記充電可能時間が前記充電必要時間よりも長い場合、前記充電制御装置は、前記優先度の入力を要求することなしに、予め設定されたデフォルトの前記優先度で前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置を充電させる
ことを特徴とする電源システム。
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