JP7346957B2

JP7346957B2 - 充電制御装置

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Publication number: JP7346957B2
Application number: JP2019130195A
Authority: JP
Inventors: 博周
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2023-09-20
Anticipated expiration: 2039-07-12
Also published as: CN114072985A; JP2021016263A; WO2021010029A1; US20220105824A1; US11926235B2

Description

本明細書に記載の開示は、電動車両の電池の充電を制御する充電制御装置に関するものである。

特許文献１に示されるように、電動車両に搭載されたバッテリの充電を制御する充電制御装置が知られている。

特開２０１９－６２５１号公報

特許文献１に記載の充電制御装置は、バッテリの満充電が９０％から１００％の間で空調装置の駆動があった場合にバッテリの充電と停止を行っている。この特許文献１に記載の制御をバッテリの充電量に関わらずに実施すると、バッテリ（電池）の充電時間が延長する虞がある。

そこで本明細書に記載の開示は、電池の充電時間の延長の抑制された充電制御装置を提供することを目的とする。

開示の１つは、外部電源（２００）から供給された外部電力の電力変換を行うことで供給電力を生成し、供給電力を電動車両に搭載された電池（３０）と車載機器（４０）それぞれへ供給する車載充電器（２０）の駆動を制御する制御部（６０）を備える充電制御装置であって、
制御部は、供給電力と電池に入力される入力電力に差がある場合、供給電力の電力量が増大するように車載充電器の駆動を制御し、
制御部は、供給電力と入力電力に依存する物理量を検出する物理量センサ（５０）の入力に基づいて供給電力と入力電力に差があるか否かを判断しており、
制御部は、供給電力と入力電力の差が物理量センサの測定誤差に基づく下限閾値以上の場合、供給電力の電力量が増大するように車載充電器の駆動を制御する。
開示の１つは、外部電源（２００）から供給された外部電力の電力変換を行うことで供給電力を生成し、供給電力を電動車両に搭載された電池（３０）と車載機器（４０）それぞれへ供給する車載充電器（２０）の駆動を制御する制御部（６０）を備える充電制御装置であって、
制御部は、供給電力と電池に入力される入力電力に差がある場合、供給電力の電力量が増大するように車載充電器の駆動を制御し、
制御部は、供給電力と入力電力の差が車載機器の最大消費電力に基づく上限閾値以下の場合、供給電力の電力量が増大するように車載充電器の駆動を制御する。

車載機器（４０）が駆動状態になると、供給電力の一部が電池（３０）に入力され、残りが車載機器（４０）に入力される。供給電力と入力電力に差が生じ、電池（３０）に供給される入力電力が減少しようとする。

これに対して本開示では、供給電力と入力電力に差がある場合、供給電力の電力量を増大する。これにより電池（３０）に供給される入力電力の減少が抑制される。電池（３０）の充電時間の延長が抑制される。

なお、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

電動車両に搭載された充電制御システムを説明するためのブロック図である。外部電力供給時の電流の時間変化を説明するためのタイミングチャートである。供給電力補正処理を説明するためのフローチャートである。差分補正処理を説明するためのフローチャートである。

以下、実施形態を図に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１～図４に基づいて本実施形態に係る充電制御装置１０を説明する。

電動車両には図１に示す充電制御システム１００が搭載されている。この充電制御システム１００に充電制御装置１０が含まれている。充電制御システム１００には、この充電制御装置１０の他に、車載充電器２０、電池３０、車載機器４０、および、物理量センサ５０などが含まれている。

充電制御装置１０は制御部６０を有している。この制御部６０は具体的にはＥＶＥＣＵである。ＥＶはElectric vehicleの略である。ＥＣＵはElectronic Control Unitの略である。制御部６０は物理量センサ５０や他の図示しないＥＣＵや各種センサから入力される情報に基づいて車載充電器２０の駆動を制御している。

車載充電器２０は電動車両の外に位置するスタンドなどの電力供給器２００から供給される外部電力を、制御部６０から入力される指令信号に基づいて電力変換する。これによって車載充電器２０は供給電力を生成する。車載充電器２０で生成された供給電力は電池３０や車載機器４０に供給される。供給電力によって電池３０が充電される。供給電力によって車載機器４０が駆動する。図１では電動車両とその外との境界を破線で示している。電力供給器２００が外部電源に相当する。

車載充電器２０にはドライバと電力変換装置が含まれている。電力変換装置には複数のスイッチ素子やコンデンサなどの電子素子が含まれている。車載充電器２０のドライバは制御部６０から入力される指令信号に基づいてスイッチ素子をＰＷＭ制御している。車載充電器２０のドライバはオンデューティ比を増減することで外部電力から取り出す電力量を調整して供給電力を生成している。

電池３０は具体的にはリチウムイオン蓄電池などの二次電池である。電池３０の出力電力よりも大きな供給電力の入力によって電池３０が充電される。電池３０の出力電力によって車載機器４０の要求電力が賄われる。

車載機器４０は空調装置やモータなどの電力負荷である。電動車両に電力供給器２００が接続される際、電動車両は停車状態になっている。この際に空調装置などの低電圧で駆動する車載アクセサリーは駆動状態と非駆動状態の双方に切り換え可能になっている。

車載機器４０に含まれる空調装置などの車載アクセサリーが非駆動状態の場合、車載充電器２０で生成された供給電力のほとんどすべてが電池３０に入力電力として供給される。したがって供給電力と入力電力とにほとんど差が生じない。

車載機器４０に含まれる空調装置などの車載アクセサリーが駆動状態の場合、車載充電器２０で生成された供給電力は電池３０と車載機器４０とに供給される。このために供給電力と入力電力とに差が生じる。電池３０に入力する入力電力が減少しようとする。

しかしながら、電力供給器２００からの外部電力の供給と車載機器４０の駆動状態の両方が成立している場合、制御部６０は入力電力の減少が抑制されるように車載充電器２０を制御する。これに関しては後で詳説する。

物理量センサ５０は車載充電器２０から出力される供給電力と電池３０に入力される入力電力に関わる物理量を検出する。具体的に言えば、物理量センサ５０は物理量として電流を検出する。そのために物理量センサ５０は、車載充電器２０から出力される供給電流を検出する第１電流センサ５１と、電池３０に入力される入力電流を検出する第２電流センサ５２と、を有する。これら第１電流センサ５１と第２電流センサ５２それぞれの出力が制御部６０に入力される。

制御部６０には図１に示す各種情報が物理量センサ５０や他の車載センサおよび各種ＥＣＵから入力される。すなわち制御部６０には、車載充電器２０から出力される供給電流と電池３０に入力される入力電流が物理量センサ５０から入力される。制御部６０には、車載充電器２０の状態情報、電池３０の状態情報、および、車載機器４０の駆動情報が車載センサや各種ＥＣＵから入力される。制御部６０はこれら入力情報に基づいて車載充電器２０の駆動を制御するための指令信号を生成する。なお図１では車載充電器２０から出力される供給電流を車載充電器出力と記載している。電池３０に入力される入力電流を電池入力と記載している。

指令信号には、車載充電器２０の電力変換回路を構成する複数のスイッチのＰＷＭ制御のオンデューティ比などが含まれている。制御部６０は、車載機器４０の消費電力が高くなるほどに、指令信号に含めるオンデューティ比を高める。制御部６０は車載充電器２０から電池３０に供給される入力電力の電力量が車載機器４０の駆動状態によって減少することを抑制する処理（供給電力補正処理）を実行している。

＜供給電力補正処理＞
次に、制御部６０の実行する供給電力補正処理を図２～図４に基づいて説明する。電力供給器２００が電動車両に接続されると、制御部６０はこの供給電力補正処理を所定周期で繰り返し実行する。

ただし、制御部６０はこの供給電力補正処理を電池３０のＳＯＣが所定値以下の場合に実行する。この所定値は例えば満充電の９０％程度の値である。制御部６０は電池３０のＳＯＣが満充電近傍よりも低い場合に供給電力補正処理を実行する。なお当然ながらにして所定値としては電池３０の満充電の９０％以外の値を採用することができる。

まず図２に基づいて供給電力補正処理を概説する。図２は、電力供給器２００から充電制御システム１００に外部電力の供給が行われている際の車載機器４０の駆動状態や電動車両に流れる電流の時間変化を示している。

図２の時間ｔ０で車載機器４０は非駆動状態になっている。そのために車載機器４０の消費電流はゼロになっている。車載充電器２０の供給電流と電池３０の入力電流とが同等になっている。

時間ｔ０から時間ｔ１に時間経過すると、車載機器４０は非駆動状態から駆動状態になる。車載機器４０の消費電流はゼロから上昇する。車載充電器２０の供給電流が電池３０だけではなく車載機器４０にも入力する。そのために車載充電器２０の供給電流と電池３０の入力電流とが異なるように変化する。

制御部６０は、第１電流センサ５１で検出される車載充電器２０の供給電流Ｉ１と第２電流センサ５２で検出される電池３０の入力電流Ｉ２との差分電流ΔＩを算出している。制御部６０には第１電流センサ５１や第２電流センサ５２の測定誤差に基づく第１閾値ＩＡが記憶されている。また制御部６０には車載機器４０の最大消費電流（最大消費電力）に基づく第２閾値ＩＢが記憶されている。第１閾値が下限閾値に相当する。第２閾値が上限閾値に相当する。

制御部６０は差分電流ΔＩが第１閾値ＩＡ以上でありなおかつ第２閾値ＩＢ以下の場合に供給電力を補正する必要があると判断する。図３に示す時間ｔ１において制御部６０はこの補正条件を満たすと判断する。そして制御部６０は指令信号に含めるオンデューティ比を増大する。このオンデューティ比の増大量は差分電流ΔＩが大きいほどに増大する関係になっている。制御部６０はこのオンデューティ比を含む指令信号を車載充電器２０に出力する。

この結果、実線矢印で示すように車載充電器２０の供給電流（供給電力）が増大する。一点鎖線で示すように電池３０に入力される入力電流が減少することが抑制される。電池３０に入力される入力電力の減少が抑制される。

時間ｔ１から時間ｔ２に時間経過すると、車載機器４０は駆動状態から非駆動状態になる。そのために車載機器４０の消費電流は減少してゼロになる。車載充電器２０の供給電流と電池３０の入力電流とが同等になる。

制御部６０は、図３に示す時間ｔ２において、差分電流ΔＩが第１閾値ＩＡ以上でありなおかつ第２閾値ＩＢ以下ではないと判断する。この際に制御部６０はΔＩに依存せずにオンデューティ比を決定する。制御部６０は指令信号に含めるオンデューティ比を減少する。制御部６０はこのオンデューティ比を含む指令信号を車載充電器２０に出力する。この際のオンデューティ比は例えば５０％である。

この結果、実線矢印で示すように車載充電器２０の供給電流（供給電力）が減少する。これにより、電池３０に入力される入力電流の変化が抑制される。

次に、図３および図４に基づいて供給電力補正処理を詳説する。上記したようにこの供給電力補正処理は電池３０のＳＯＣが満充電近傍よりも低い場合に実施される。

ステップＳ１０において制御部６０は、車載機器４０の駆動情報に基づいて、車載機器４０が駆動状態であるか否かを判断する。車載機器４０が駆動状態の場合、制御部６０はステップＳ２０へと進む。車載機器４０が非駆動状態の場合、制御部６０は供給電力補正処理を終了する。

ステップＳ２０へ進むと制御部６０は、車載充電器２０と電池３０のそれぞれの状態情報に基づいて、車載充電器２０と電池３０それぞれが正常状態であるか否かを判断する。車載充電器２０と電池３０のそれぞれが正常状態である場合、制御部６０はステップＳ３０へと進む。車載充電器２０と電池３０のうちの少なくとも一方が異常状態の場合、制御部６０は供給電力補正処理を終了する。

ステップＳ３０へ進むと制御部６０は、第１電流センサ５１と第２電流センサ５２から車載充電器２０の供給電流Ｉ１と電池３０の入力電流Ｉ２を取得する。制御部６０は供給電流Ｉ１と入力電流Ｉ２を差分して差分電流ΔＩを算出する。この後に制御部６０はステップＳ４０へと進む。なお図３では、供給電流Ｉ１を車載充電器出力と記載している。入力電流Ｉ２を電池入力と記載している。差分電流ΔＩを差分と記載している。

ステップＳ４０へ進むと制御部６０は、差分電流ΔＩが第１閾値ＩＡ以上であり、なおかつ、第２閾値ＩＢ以下であるか否かを判断する。差分電流ΔＩが第１閾値ＩＡ以上であり、第２閾値ＩＢ以下である場合、制御部６０はステップＳ５０へと進む。差分電流ΔＩが第１閾値ＩＡ以上であり、第２閾値ＩＢ以下でない場合、制御部６０は供給電力補正処理を終了する。図３では、第１閾値ＩＡを閾値Ａと記載している。第２閾値ＩＢを閾値Ｂと記載している。

ステップＳ５０へ進むと制御部６０は、差分電流ΔＩを、差分電流ΔＩの時間変化に基づいて差分補正処理する。この後に制御部６０はステップＳ６０へと進む。この差分補正処理については後で図４に基づいて詳説する。

ステップＳ６０へ進むと制御部６０は、補正した差分電流ΔＩに応じたオンデューティ比を含む指令信号を生成する。そして制御部６０はその指令信号を車載充電器２０に出力する。この処理を実施すると制御部６０は供給電力補正処理を終了する。

＜差分補正処理＞
次に図４に基づいて差分補正処理を説明する。図３に示す供給電力補正処理のステップＳ５０において制御部６０は以下に示す処理を実施している。なお図４においても、差分電流ΔＩを差分と記載している。

ステップＳ５１において制御部６０は、ステップＳ３０で算出した差分電流ΔＩを自身の保有するメモリに記憶する。そして制御部６０は以前実施した供給電力補正処理において記憶していた差分電流ΔＩをメモリから読み出す。この後に制御部６０はステップＳ５２へと進む。

なお、当然ながらにして、初めて供給電力補正処理を実施する場合、メモリには差分電流ΔＩが記憶されていない。そのため、この場合に制御部６０はステップＳ５０の差分補正処理を実施しない。若しくは、メモリに差分電流ΔＩの初期値を予め記憶しておく構成の場合、初めて供給電力補正処理を実施する際のステップＳ５１で制御部６０はメモリに予め記憶された初期値を読み出す。そして制御部６０はステップＳ５２へと進む。

ステップＳ５２へ進むと制御部６０は、算出した差分電流ΔＩと読み出した差分電流ΔＩとに基づいて、差分電流ΔＩの時間変化を算出する。この後に制御部６０はステップＳ５３へと進む。

ステップＳ５３へ進むと制御部６０は、差分電流ΔＩの時間変化が増加しているのか減少しているのかを判断する。差分電流ΔＩの時間変化が増加している場合に制御部６０はステップＳ５４へと進む。差分電流ΔＩの時間変化が減少している場合に制御部６０はステップＳ５５へと進む。

ステップＳ５４へ進むと制御部６０は車載機器４０の消費電流が増大傾向にあると判断する。そして制御部６０はステップＳ３０で算出した差分電流ΔＩを増加補正する。例えば制御部６０は差分電流ΔＩに１よりも大きい係数を乗算して補正する。この係数の値は消費電流の増大傾向の量に応じて増大してもよいし、増大傾向の量によらない一定値でもよい。

ステップＳ５５へ進むと制御部６０は車載機器４０の消費電流が減少傾向にあると判断する。そして制御部６０はステップＳ３０で算出した差分電流ΔＩを減少補正する。例えば制御部６０は差分電流ΔＩに１よりも小さい係数を乗算して補正する。この係数の値は消費電流の減少傾向の量に応じて現象してもよいし、減少傾向の量によらない一定値でもよい。

ステップＳ５４若しくはステップＳ５５を実施すると、制御部６０は供給電力補正処理を終了する。

＜作用効果＞
次に制御部６０を有する充電制御装置１０の作用効果を説明する。

制御部６０は、供給電流と入力電流に差がある場合、電池３０に入力される電力量が増大するように車載充電器２０の駆動を制御する。これにより電池３０に供給される入力電力の減少が抑制される。電池３０の充電時間の延長が抑制される。

制御部６０は、差分電流ΔＩが電流センサの測定誤差に基づく第１閾値ＩＡ以上の場合に、車載充電器２０から出力される供給電力を増大させる。これによれば車載機器４０が駆動していないにも関わらずに供給電力が増大することが抑制される。供給電力の増大補正のハンチングが抑制される。

制御部６０は、差分電流ΔＩが車載機器４０の最大消費電流（最大消費電力）に基づく第２閾値ＩＢ以下である場合に、車載充電器２０から出力される供給電力を増大させる。これによれば、車載機器４０に供給されている供給電力が最大消費電力を超えているために、その超えた分の電力が電池３０に入力されているにも関わらずに、供給電力が増大することが抑制される。

物理量センサ５０で供給電流Ｉ１と入力電流Ｉ２が検出されて制御部６０で指令信号が生成されるまでの間には演算処理による遅延が発生する。この遅延のため、制御部６０から出力される指令信号によって車載充電器２０の駆動が制御される際の供給電流Ｉ１および入力電流Ｉ２と、物理量センサ５０で検出された供給電流Ｉ１と入力電流Ｉ２とが異なることになる。

そこで、制御部６０は差分電流ΔＩの時間変化が増加している際に差分電流ΔＩを増加補正する。制御部６０は差分電流ΔＩの時間変化が減少している際に差分電流ΔＩを減少補正する。

これにより、制御部６０が指令信号の算出に用いる補正された差分電流と、この指令信号によって車載充電器２０の駆動が制御される際の供給電流と入力電流の差の差分電流とに大きな差異の生じることが抑制される。供給電力の補正処理が不適当になることが抑制される。

なお、本実施形態に記載の制御部６０は、（ａ）ｉｆ－ｔｈｅｎ－ｅｌｓｅ形式と呼ばれる複数の論理、または、（ｂ）機械学習でチューニングされた学習済みモデルによって提供することができる。機械学習でチューニングされた学習済みモデルは、例えばニューラルネットワークとしてのアルゴリズムによって提供される。

制御部６０は、少なくとも１つのコンピュータを含む制御システムによって提供される。制御システムは、データ通信装置によってリンクされた複数のコンピュータを含む場合がある。コンピュータは、ハードウェアである少なくとも１つプロセッサ（ハードウェアプロセッサ）を含む。ハードウェアプロセッサは、下記（ｉ）、（ｉｉ）、または、（ｉｉｉ）により提供することができる。

（ｉ）ハードウェアプロセッサは、少なくとも１つのメモリに格納されたプログラムを実行する少なくとも１つのプロセッサコアである場合がある。この場合、コンピュータは、少なくとも１つのメモリと、少なくとも１つのプロセッサコアとによって提供される。プロセッサコアはＣＰＵ、ＧＰＵ、ＲＩＳＣ－ＣＰＵなどと呼ばれる。ＣＰＵはCentral Processing Unitの略である。ＧＰＵはGraphics Processing Unitの略である。メモリは記憶媒体とも呼ばれる。メモリはプロセッサによって読み取り可能な「プログラムおよびデータのうちの少なくとも一方」を非一時的に格納する非遷移的かつ実体的な記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリ、磁気ディスク、または、光学ディスクなどによって提供される。プログラムは、それ単体で、またはプログラムが格納された記憶媒体として流通する場合がある。

（ｉｉ）ハードウェアプロセッサは、ハードウェア論理回路である場合がある。この場合、コンピュータは、プログラムされた多数の論理ユニット（ゲート回路）を含むデジタル回路によって提供される。デジタル回路は、ロジック回路アレイ、例えば、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＰＧＡ、ＣＰＬＤなどとも呼ばれる。ＡＳＩＣはApplication-Specific Integrated Circuitの略である。ＦＰＧＡはField Programmable Gate Arrayの略である。ＰＧＡはProgrammable Gate Arrayの略である。ＣＰＬＤはComplex Programmable Logic Deviceの略である。デジタル回路は、プログラムおよびデータのうちの少なくとも一方を格納したメモリを備える場合がある。コンピュータは、アナログ回路によって提供される場合がある。コンピュータは、デジタル回路とアナログ回路との組み合わせによって提供される場合がある。

（ｉｉｉ）ハードウェアプロセッサは、上記（ｉ）と上記（ｉｉ）との組み合わせである場合がある。（ｉ）と（ｉｉ）とは、異なるチップの上、または共通のチップの上に配置される。これらの場合、（ｉｉ）の部分は、アクセラレータとも呼ばれる。

制御部６０と信号源と制御対象物とは、多様な要素を提供する。それらの要素の少なくとも一部は、ブロック、モジュール、またはセクションと呼ぶことができる。

この開示に記載の制御部６０およびその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された１つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。代替的に、この開示に記載の制御部６０およびその手法は、１つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することで提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。代替的に、この開示に記載の制御部６０およびその手法は、１つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリと１つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された１つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は上記した実施形態になんら制限されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

（変形例）
本実施形態では物理量センサ５０が供給電力と入力電力に関わる物理量として電流を検出する例を示した。しかしながら物理量センサ５０が検出する物理量としては電流に限定されず、例えば電圧を検出してもよい。

１０…充電制御装置、２０…車載充電器、３０…電池、４０…車載機器、５０…物理量センサ、５１…第１電流センサ、５２…第２電流センサ、６０…制御部、１００…充電制御システム、２００…電力供給器

Claims

外部電源（２００）から供給された外部電力の電力変換を行うことで供給電力を生成し、前記供給電力を電動車両に搭載された電池（３０）と車載機器（４０）それぞれへ供給する車載充電器（２０）の駆動を制御する制御部（６０）を備える充電制御装置であって、
前記制御部は、前記供給電力と前記電池に入力される入力電力に差がある場合、前記供給電力の電力量が増大するように前記車載充電器の駆動を制御し、
前記制御部は、前記供給電力と前記入力電力に依存する物理量を検出する物理量センサ（５０）の入力に基づいて前記供給電力と前記入力電力に差があるか否かを判断しており、
前記制御部は、前記供給電力と前記入力電力の差が前記物理量センサの測定誤差に基づく下限閾値以上の場合、前記供給電力の電力量が増大するように前記車載充電器の駆動を制御する充電制御装置。
前記制御部は、前記供給電力と前記入力電力の差が前記車載機器の最大消費電力に基づく上限閾値以下の場合、前記供給電力の電力量が増大するように前記車載充電器の駆動を制御する請求項１に記載の充電制御装置。
外部電源（２００）から供給された外部電力の電力変換を行うことで供給電力を生成し、前記供給電力を電動車両に搭載された電池（３０）と車載機器（４０）それぞれへ供給する車載充電器（２０）の駆動を制御する制御部（６０）を備える充電制御装置であって、
前記制御部は、前記供給電力と前記電池に入力される入力電力に差がある場合、前記供給電力の電力量が増大するように前記車載充電器の駆動を制御し、
前記制御部は、前記供給電力と前記入力電力の差が前記車載機器の最大消費電力に基づく上限閾値以下の場合、前記供給電力の電力量が増大するように前記車載充電器の駆動を制御する充電制御装置。
前記制御部は、前記供給電力と前記入力電力の差の時間変化が増加の場合に前記供給電力の電力量の増大が増加補正されるように前記車載充電器の駆動を制御し、前記供給電力と前記入力電力の差の時間変化が減少の場合に前記供給電力の電力量の増大が減少補正されるように前記車載充電器の駆動を制御する請求項１～３いずれか１項に記載の充電制御装置。