JP7070300B2

JP7070300B2 - 車両

Info

Publication number: JP7070300B2
Application number: JP2018186624A
Authority: JP
Inventors: 徹安藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-10-01
Filing date: 2018-10-01
Publication date: 2022-05-18
Anticipated expiration: 2038-10-01
Also published as: JP2020058125A

Description

本開示は、外部電源から受電可能に構成された車両に関する。

電動車両のうち、プラグインハイブリッド車や電気自動車などの電動車両は、車両外部の電源から供給される電力を用いて車載バッテリを充電する。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、車載バッテリをスケジュールに従って充電するタイマー充電に関する技術が提案されている。

たとえば、特開２０１７－０７９５７７号公報（特許文献１）は、ユーザが実際に出発する時刻（出発実績時刻）が、ユーザが設定した出発予定時刻よりも前になることもあることから、出発予定時刻よりも所定時刻先立って、車載バッテリの外部充電が完了するようにスケジュールが設定されることを開示する。

特開２０１７－０７９５７７

外部電源から車両に送られる電力は、たとえば、外部電源を利用する車両以外の電気機器の利用状況などにより外部電源の電圧が変わることで変動することがある。外部電源から車両に送られる電力が変動すると、外部充電に要する時間も変動する。そのため、出発予定時刻までに外部充電が完了するようにスケジュールが設定されたとしても、外部充電の完了する時刻が変動する虞がある。

本開示は、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、外部電源から受電可能に構成された車両において、設定された出発予定時刻までに蓄電装置の充電が正確に終わるようにすることである。

本開示によれば、外部電源から受電可能に構成された車両が提供される。車両は、蓄電装置と、外部電源から供給される電力を蓄電装置に供給するための電力に変換する充電器と、充電器を制御する制御装置とを含む。制御装置は、出発予定時刻が設定されている場合に、出発予定時刻までに蓄電装置が充電されるように充電器を制御するように構成される。また、制御装置は、出発予定時刻が設定されている場合に、充電器から蓄電装置に供給される電力が一定となるように充電器を制御し、出発予定時刻が設定されていない場合に、充電器から蓄電装置に供給される電力の電流が一定となるように充電器を制御する。

本開示にかかる車両は、出発予定時刻が設定されていない場合は、充電器から蓄電装置に供給される電力の電流が一定となるように充電器が制御される。この場合、たとえば、蓄電装置に供給可能な最大の電流で電力を供給し続けた場合には、充電にかかる時間を短縮することできる。ただし、このような制御が行われた場合、外部電源を利用する車両以外の電気機器の利用状況などにより外部電源の電圧が変わり、外部電源から車両に送られる電力が変動することがあるため、外部充電に要する時間が変動する虞がある。出発予定時刻が設定されている場合に、外部充電に要する時間が変動してしまうと、出発予定時刻までに充電が完了しない虞がある。本開示にかかる車両においては、出発予定時刻が設定されている場合に、蓄電装置に供給する電力が一定となるように充電器が制御される。蓄電装置に供給される電力が一定となるように充電器が制御されるため、外部充電に要する時間は変動しない。そのため、出発予定時刻が設定されている場合には、蓄電装置に供給する電力が一定となるように充電器が制御されることで出発予定時刻までに正確に充電を完了させることができる。

本開示によれば、外部電源から受電可能に構成された車両において、設定された出発予定時刻までに蓄電装置の充電を正確に終わらせることができる。

車両の構成の一例を示す図である。充電制御を行うための処理である。定電流制御を示すタイムチャートである。定電力制御を示すタイムチャートである。

以下、本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、図中同一又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。

＜車両の構成＞
図１は、車両１の構成の一例を示す図である。車両１は、充電インレット１１と、蓄電装置１２と、充電器１３と、ＰＣＵ（Power Control Unit）１４と、表示装置１５と、入力装置１６と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１８とを備える。

車両１は、充電ケーブル４を介して充電設備２に接続される。車両１は、充電設備２から供給される電力を蓄電装置１２に蓄える。車両１は、蓄電装置１２に蓄えられた電力を用いて走行する。なお、車両１は、蓄電装置１２に蓄えられた電力のみを用いて走行可能な電気自動車であってもよいし、蓄電装置１２に蓄えられた電力とエンジン（図示せず）の出力との両方を用いて走行可能なハイブリッド車であってもよい。なお、充電設備２へは、図示しないものの、系統電源から電力が供給される。

充電インレット１１は、充電ケーブル４の充電コネクタ４１を接続可能に構成される。充電インレット１１に充電コネクタ４１が接続されると、充電設備２からの電力が充電コネクタ４１および充電インレット１１を介して車両１に供給可能な状態となる。

また、本実施の形態においては、充電インレット１１に充電コネクタ４１が接続されることにより、車両１と充電設備２とが通信可能な状態となる。なお、通信方式は任意であり、ＣＡＮ（Controller Area Network）であってもよいし、ＰＬＣ（Power Line Communication）であってもよい。

なお、充電設備２から車両１への電力の供給は、充電設備２から車両１へ充電ケーブル４を介さずに非接触で行うワイヤレス給電方式で行われてもよい。また、車両１と充電設備２との間の通信は、無線通信によって実現されてもよい。

蓄電装置１２は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１２は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、もしくは二次電池（たとえば、鉛蓄電池など）または電気二重層キャパシタなどの蓄電要素を含んで構成される。

充電器１３は、充電設備２から充電インレット１１を介して供給される電力を蓄電装置１２に供給するための電力に変換する。より具体的には、充電器１３は、充電設備２から供給される交流電流を直流電流に変換し、蓄電装置１２に供給する。充電器１３は、図示しないものの、電流センサおよび電圧センサを備え、充電器１３から出力される電流および電圧をＥＣＵ１８に出力する。

ＰＣＵ１４は、インバータ、およびインバータに接続されたモータ等を含み、蓄電装置１２から供給される電力により車両１の走行駆動力を発生する。

表示装置１５は、車両１に関する様々な情報を表示するための表示装置である。表示装置１５は、たとえば、液晶ディスプレイまたは有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイにより実現される。入力装置１６は、車両１に対する様々なユーザ操作を受け付ける。入力装置１６は、たとえば、タッチパネルまたは物理スイッチにより実現される。なお、表示装置１５および入力装置１６は、車両１と無線または有線により接続可能なスマートフォンやタブレット端末などの携帯端末であってもよい。また、表示装置１５および入力装置１６は一体で形成されていてもよく、また、別体で形成されていてもよい。

ＥＣＵ１８は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを内蔵し、当該メモリに記憶された情報または各センサ（図示せず）からの情報に基づいて車両１の各機器（充電器１３、ＰＣＵ１４、表示装置１５、および入力装置１６）を制御する。たとえば、ＥＣＵ１８は、ＰＣＵ１４を制御して蓄電装置１２から走行駆動力を発生させる駆動制御を行う。また、ＥＣＵ１８は、図示しないタイマーを内蔵し、現在の時刻を認識することができる。

＜タイマー充電＞
予め設定されたスケジュールに従って外部充電を実行する「タイマー充電」という機能が知られている。本実施の形態において、車両１は、「タイマー充電」のうち、出発予定時刻までに蓄電装置１２の充電が完了するように外部充電を実行する機能を有する。具体的には、ＥＣＵ１８は、出発予定時刻が設定されている場合に、出発予定時刻までに蓄電装置１２の充電が完了するように充電器１３を制御する機能を有する。ＥＣＵ１８は、出発予定時刻までに蓄電装置１２の充電が完了するようにスケジュールを設定し、スケジュールに従って外部充電を実行するように充電器１３を制御する。

なお、「出発予定時刻が設定されている」とは、ユーザによる設定と、ＥＣＵ１８による設定とを含む。たとえば、ユーザが入力装置１６を操作することで出発予定時刻を設定してもよい。また、ＥＣＵ１８がユーザの行動パターン（実際にユーザが出発した時刻など）を解析することで出発予定時刻を設定してもよい。

ＥＣＵ１８は、出発予定時刻と、充電ケーブル４を介して充電設備２から送られる充電設備２のスペックに関する設備情報、および蓄電装置１２に蓄えられている電力量（蓄電量）などの車両１の状態に基づいて、タイマー充電を行うためのスケジュールを設定する。ＥＣＵ１８は、設定したスケジュールに従って充電器１３を制御する。一方、出発予定時刻が設定されていない場合、ＥＣＵ１８は、充電の開始指示に従って充電を開始し、満充電となったときに充電を終えるように充電器１３を制御する。

＜充電制御＞
図２を参照して、出発予定時刻が設定されている場合および出発予定時刻が設定されていない場合における充電制御について説明する。図２は、充電制御を行うための処理である。図２に示される処理は、ＥＣＵ１８のＣＰＵがメモリに記憶されたプログラムを実行することで行われるが、処理の一部または全部がＥＣＵ１８内に作製されたハードウェア（電気回路）によって実現されてもよい。

図２に示される処理は、ＥＣＵ１８が駆動しており、開始条件が成立したあと、所定の処理周期毎にメインルーチン（図示せず）から呼び出されて実行される。本実施の形態における開始条件は、充電ケーブル４が車両１に接続され、かつ、充電の開始が指示されることで成立する。充電の開始が指示されているか否かは、ユーザが実行した充電の開始操作を受け付けたか否かに基づいて判断される。開始操作は、入力装置１６への操作であってもよく、また、充電設備２に入力装置が設けられている場合には充電設備２に設けられた入力装置への操作であってもよい。

なお、開始条件は、充電ケーブル４が車両１に接続されたことで成立してもよい。また、ワイヤレス式の給電方式を利用する場合、開始条件は、車両を給電装置と対応づけるペアリング処理が完了したことで成立してもよい。

ステップＳ１１において、ＥＣＵ１８は、充電設備２の設備情報を取得する。設備情報は、充電設備２から車両１に送電される電力に関する情報であって、充電設備２から車両１に送電可能な最大電流および最大電力を含む。

ステップＳ１２において、ＥＣＵ１８は、出発予定時刻が設定されているか否かを判定する。出発予定時刻が設定されていないと判定した場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、ステップＳ１３において、ＥＣＵ１８は、定電流制御を行う。ここで、ＥＣＵ１８は、定電流制御を行う場合、出発予定時刻が設定されていないと判定された後、即座に充電を開始し、蓄電装置１２が満充電となるまで定電流制御を行い、満充電となった後、充電器１３から蓄電装置１２への電力の供給を停止する。

図３は、定電流制御を示すタイムチャートである。横軸は経過時間を示す。縦軸は、上から順に、蓄電装置１２に供給される電力、電圧、および電流を示す。

定電流制御は、ＥＣＵ１８が充電器１３に対して行う制御であって、充電器１３から蓄電装置１２に送電される電流を一定にする制御である。本実施の形態において、定電流制御が行われている場合に充電器１３から蓄電装置１２に送られる電流は、蓄電装置１２に送ることが可能な最大電流Ａ_Ｍが設定される。最大電流Ａ_Ｍは、充電設備２から送電する可能であり、かつ、充電ケーブル４および蓄電装置１２が耐えることが可能な電流のうちの最大値である。

図３に示す例では、充電器１３から蓄電装置１２に送電される電圧は、時間とともに変動する。これは、充電設備２から車両１に送電される電圧が、充電設備２に電力を供給する系統電源を利用する他の電気機器の利用状況などにより、変動することに起因する。充電器１３から蓄電装置１２に送電される電圧が変動し、電流が一定となるように制御されるため、充電器１３から蓄電装置１２に送電される電力は変動する。

なお、図３に示す電力Ｐ_ｃｐＭは、蓄電装置１２に一定に供給可能な電力のうちの最大値を示す。電力Ｐ_ｃｐＭについては、後述する。

図２に戻って、出発予定時刻が設定されていると判定した場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）の処理について説明する。本実施の形態において、出発予定時刻が設定されている場合、ＥＣＵ１８は定電力制御を行う（ステップＳ１４，ステップＳ１５）。定電力制御は、ＥＣＵ１８が充電器１３に対して行う制御であって、充電器１３から蓄電装置１２に送電される電力を一定にする制御である。

定電力制御を行う場合、ＥＣＵ１８は、設備情報および出発予定時刻に基づいて充電スケジュールを作成する（ステップＳ１４）。具体的には、電力Ｐ_ｃｐＭと、蓄電装置１２のＳＯＣとを求め、求めた電力Ｐ_ｃｐＭとＳＯＣとに基づいて出発予定時刻までに充電が完了するように充電スケジュールを作成する。なお、出発予定時刻以外に他の条件が設定されている場合、ＥＣＵ１８は、他の条件も考慮して充電スケジュールを作成してもよい。

電力Ｐ_ｃｐＭは、前述のように、蓄電装置１２に一定に供給可能な電力のうちの最大値を示す。電力Ｐ_ｃｐＭは、充電設備２の設備情報と、蓄電装置１２の状態とに基づいて求められる。ＥＣＵ１８は、充電設備２の設備情報に基づいて、充電設備２から車両に向かって一定に流すことが可能な最大電力を求め、求めた最大電力と蓄電装置１２に流すことが可能な最大電力とのうち、小さい方の電力を電力Ｐ_ｃｐＭに設定する。

充電設備２から車両１に向かって一定に流すことが可能な最大電力は、充電設備２の設備情報に基づいて概算する。設備情報は、充電設備２から車両１に向けて出力可能な最大電力を含む。前述のように、充電設備２から車両１に送電される電圧は変動することがある。それに伴い、充電設備２から車両１に向けて出力される電力も変動することがある。そのため、充電設備２から車両１に向かって一定に流すことが可能な最大電力は、充電設備２から車両１に向けて出力可能な最大電力から変動し得る電力量を引いた電力となる。

変動し得る電力量は、充電設備２の種類にかかわらず一律で設定していてもよく、また、充電設備２ごとに設定されているものであってもよい。充電設備２ごとに変動し得る電力量が設定されている場合には、充電設備２から車両１に向けて送られる設備情報に変動し得る電力量を含めるように構成してもよい。なお、車両１に向かって一定に流すことが可能な最大電力の求め方は、上記方法に限られるものではなく、充電設備２ごとに予め設定されていてもよい。

ステップＳ１５において、ＥＣＵ１８は、定電力制御を行う。具体的には、ステップＳ１４において作成した充電スケジュールに従ってＥＣＵ１８は定電力制御を行う。すなわち、定電力制御においては定電流制御のように、出発予定時刻が設定されていると判定された後、即座に充電を開始するのではなく、充電スケジュールとして、数時間後に充電を開始することが決定されている場合には、充電の開始が指示されていても、充電の開始時刻に達していなければ充電は行われない。

図４は、定電力制御を示すタイムチャートである。横軸は経過時間を示す。縦軸は、上から順に、蓄電装置１２に供給される電力、蓄電装置１２に供給される電力の電圧、および電流を示す。

本実施の形態において、ＥＣＵ１８は、充電器１３から蓄電装置１２へ供給される電力の電流と電圧とを監視し、ステップＳ１４において求めた最大電力となるように電流をフィードバック制御することで定電力制御を行う。なお、ＥＣＵ１８は、電圧のみを監視し、電流に対してフィードフォワード制御してもよい。また、充電器１３が出力する電力の電圧を調整可能であれば、電圧を調整するようにフィードバック制御またはフィードフォワード制御してもよく、また、充電器１３が、電圧および電流の各々を調整可能である場合、電流および電圧の各々を一定にしてもよい。

以上のように、本実施の形態において、出発予定時刻が決まっている場合には、定電力制御が行われ、出発予定時刻が決まっていない場合には、定電流制御が行われる。

前述のように、車両１に供給される電力の供給元である系統電源が、他の電気機器にも電力を供給したりすることで電圧が変動することがある。電圧の変動に伴って、車両１に供給される電力は変動する（たとえば、図３参照）。そのため、充電の満了時刻を正確に制御することが難しい。すなわち、出発予定時刻までに充電が完了するように充電の満了時刻を設定したとしても、充電に要する時間が変動してしまい、出発予定時刻までに充電が終わらないことも生じ得る。これに対して、定電力制御においては、充電器１３から蓄電装置１２に供給する電力が一定となるため、電力が一定となるように制御されていない場合に比べて、出発予定時刻までに正確に充電を完了させることができる。

なお、充電に要する時間が変動する場合、変動する時間を考慮して、出発予定時刻よりも幾分か前に充電が完了するようにスケジュールを設定することで、出発予定時刻よりも前に確実に充電が終わるようにする方法がある。しかし、この場合、変動する時間を考慮して、出発予定時刻よりも前に充電が終わるように制御されるため、高ＳＯＣ状態の期間が長くなり、蓄電装置１２が劣化してしまう。定電力制御においては、充電に要する時間が変動しないため、変動する時間を考慮することなく充電が完了する時刻を設定することができる。その結果、充電に要する時間が変動してしまう場合に比べて、高ＳＯＣ状態となる期間を短くすることができる。

本実施の形態においては、出発予定時刻が設定されているような、設定した出発予定時刻までに充電が終わっているようにしたいというユーザの要望が内在している場合に、ＥＣＵ１８が蓄電装置１２に供給する電力が一定となるように充電器１３を制御することで、設定したスケジュール通りに充電を完了させることができる。また、高ＳＯＣ状態となる期間が短くなるようにスケジュールを設定することができる。

一方、出発予定時刻が設定されていない場合、ＥＣＵ１８は、最大電流Ａ_Ｍで定電流制御を行う。図３および図４の供給される電力の経時変化を示すグラフを比較してわかるように、定電流制御時と定電力制御時とでは、定電流制御時の方が、所定期間内に供給可能な電力量を多くすることができる。そのため、出発予定時刻が設定されていない場合に、定電流制御を行うことで、早く充電を完了させることが可能である。

本実施の形態においては、車両１は、「タイマー充電」のうち、出発予定時刻までに蓄電装置１２の充電が完了するように外部充電を実行する機能を有するとした。なお、車両１は、「タイマー充電」として、充電完了時刻を設定したり、充電開始時刻を設定したり、あるいはその両方を設定できる機能を有してもよい。また、「タイマー充電」として、電気料金の安い夜間の時間で優先して充電が行われるように設定する機能を有してもよい。「タイマー充電」としてこのような機能を有している場合に、出発予定時刻が設定されていなければ、定電流制御を行うようにしてもよい。また、充電完了時刻が設定されている場合には、出発予定時刻設定されている場合と同様、設定した時刻までに充電が終わっているようにしたいというユーザの要望が内在していることから、定電力制御が行われるようにしてもよい。

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。本開示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車両、２充電設備、４充電ケーブル、１１充電インレット、１２蓄電装置、１３充電器、１５表示装置、１６入力装置、１８ＥＣＵ、４１充電コネクタ。

Claims

外部電源から受電可能に構成された車両であって、
蓄電装置と、
前記外部電源から供給される電力を前記蓄電装置に供給するための電力に変換する充電器と、
前記充電器を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、出発予定時刻が設定されている場合に、当該出発予定時刻までに前記蓄電装置が充電されるように前記充電器を制御するように構成され、
前記制御装置は、
前記出発予定時刻が設定されている場合に、前記充電器から前記蓄電装置に供給される電力が一定となるように前記充電器を制御し、
前記出発予定時刻が設定されていない場合に、前記充電器から前記蓄電装置に供給される電力の電流が一定となるように前記充電器を制御する、車両。