JPWO2012099160A1 - 充電制御装置、充電制御方法、及びプログラム - Google Patents

充電制御装置、充電制御方法、及びプログラム Download PDF

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Abstract

複数の電気自動車２０８，２０９，２１０の充電を制御する充電制御装置１０であって、コンタクタ２０２，２０３，２０４を介して接続された電気自動車２０８，２０９，２１０の充電状態が所定の条件を満たすか否かを判断し、条件を満たす場合にはその電気自動車の充電を行い、条件を満たさない場合にはその電気自動車の充電を中断して他の電気自動車の充電を行うよう決定する充電判断部３０５と、充電判断部２０５の決定に基づいてコンタクタ２０２，２０３，２０４を制御するコンタクタ制御部３０２と、を備える。

Description

本発明は、電気自動車への充電制御装置、充電制御方法、及びプログラムに関する。
近年、電気自動車（ＥＶ）の普及が進んでおり、今後は多数のＥＶを限られた台数の充電器で充電するケースが出てくると考えられる。このような場合の最も単純な充電方法は、１台ずつ充電を行い、満充電もしくはあらかじめ定められた終了充電容量になったところで充電を終了し、次のＥＶの充電を始めるということを繰り返す方法である。この方法では、充電順序が後ろの方のＥＶは、順序が早いＥＶが全て満充電になるまで充電が開始されず、待ち時間が長いという課題がある。
特許文献１には、複数のバッテリと、前記複数のバッテリの充電に用いる電気エネルギを発生する発電機とを備える車両用電源システムであって、前記各バッテリに流れる電流の検出値に基づいて、前記各バッテリの充電受け入れ性をそれぞれに算出する算出手段と、前記算出された各充電受け入れ性に基づいて、前記複数のバッテリの中から優先的に充電すべきバッテリを選択すると共に、該選択したバッテリを優先的に充電する選択充電手段とを備えることを特徴とする、車両用電源システムが開示されている。
特開２００４−２２２４７３号公報
しかし、特許文献１に記載された装置では、優先的に充電され、満充電されたバッテリと、全く充電が行われていないバッテリとに二極化してしまう。
そこで、本発明の目的は、電気自動車ごとの充電状態のばらつきを抑えることが可能な充電制御方法を提供することである。
本発明に係る充電制御装置は、複数の電気自動車の充電を制御する充電制御装置であって、コンタクタを介して接続された電気自動車の充電状態が所定の条件を満たすか否かを判断し、前記条件を満たす場合にはその電気自動車の充電を行い、前記条件を満たさない場合にはその電気自動車の充電を中断して他の電気自動車の充電を行うよう決定する充電判断部と、前記充電判断部の前記決定に基づいて前記コンタクタを制御するコンタクタ制御部と、を備える。
本発明によれば、電気自動車ごとの充電池の電荷残量のばらつきを抑えた充電を行うことができる。
本発明の実施の形態による、充電制御装置を含む充電システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態による、充電制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態による、電気自動車が充電システムに接続された際の充電判断部の動作のフローチャートである。 本発明の実施の形態による、電気自動車が充電システムから離脱した際の充電判断部の動作のフローチャートである。 本発明の実施の形態による、充電判断部における充電制御処理のフローチャートの例である。 リチウムイオンバッテリの充電特性を示す図である。 本発明の効果を説明するための図である。
次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態による充電制御装置１０を含む充電システム２０の構成を示すブロック図である。図に示すように、充電システム２０は、充電制御装置１０、電源部２０１、コンタクタ２０２，２０３，２０４、測定部２０５，２０６，２０７を備えている。
電源部２０１は、スイッチであるコンタクタ２０２，２０３，２０４を介して電気自動車２０８，２０９，２１０と接続され、電気自動車２０８，２０９，２１０へ電力を供給し充電を行う。測定部２０５，２０６，２０７は、コンタクタ２０２，２０３，２０４それぞれに対応付けられており、各コンタクタに接続された電気自動車２０８，２０９，２１０の充電状態を測定する。
充電状態の測定方法としては、測定部を電気自動車に接続してバッテリの残量や充電電圧、充電電流を測定する方法や、測定部をコンタクタの前後のケーブルに接続して充電電圧や充電電流を測定する方法が考えられる。また、測定部は、電気自動車がコンタクタに接続されているかどうかを検出する。
充電制御装置１０は、測定部２０５，２０６，２０７で測定された充電状態に基づき、各コンタクタ２０２，２０３，２０４を制御して各電気自動車２０８，２０９，２１０への充電を制御する。
図２は、充電制御装置１０の構成を示すブロック図である。図に示すように、充電制御装置１０は、充電状態収集部３０１、コンタクタ制御部３０２、ルール保持部３０３、付加情報入力部３０４、および充電判断部３０５を備えている。
充電状態収集部３０１は、測定部２０５，２０６，２０７において測定された各電気自動車２０８，２０９，２１０の充電状態やコンタクタ２０２，２０３，２０４への接続状態を収集する。
コンタクタ制御部３０２は、コンタクタ２０２，２０３，２０４の制御を行う。
ルール保持部３０３は、充電制御装置１０において行われる充電制御のルールを保持する。ルール保持部３０３において保持されるルールは、充電制御装置１０の外部から変更することが可能である。また、充電制御装置１０における制御結果を踏まえて内部的にルールを更新することもできる。
付加情報入力部３０４は、各電気自動車２０８，２０９，２１０の充電状態以外の情報を用いてコンタクタ２０２，２０３，２０４の制御を行う場合に、充電状態以外の情報を保持または外部入力するために利用される。充電状態以外の情報としては、各電気自動車の車種情報やバッテリ容量に関する情報、電気自動車の出発時間などの情報が考えられる。また、付加情報入力部３０４は、本システムへの電気自動車の接続や離脱を、ユーザーや管理者による手動の操作や、センサ等を用いた検出を介して入力するようにしてもよい。
充電判断部３０５は、充電状態収集部３０１が収集した情報および付加情報入力部３０４の情報を元にルール保持部３０３が保持するルールに基づいて、コンタクタの制御（Ｏｎ／Ｏｆｆ）を判断し、コンタクタ制御部３０２に各コンタクタの制御指示を送信する。
なお、充電システム２０において充電制御装置１０以外の構成については、従来の技術を適用することが可能であるため、詳細な説明は省略する。なお、電気自動車２０８，２０９，２１０は、電気のみで走る電気自動車であってもよいし、電気とガソリンを併用しながら走るハイブリッド型電気自動車であってもよい。
図３は、電気自動車２０８，２０９，２１０が充電システム２０に接続された際の充電判断部３０５の動作のフローチャートである。
充電判断部３０５は、充電状態収集部３０１もしくは付加情報入力部３０４を介して電気自動車が本システムに接続されたことを検出すると（ステップ４０１：Ｙｅｓ）、電気自動車が接続されたコンタクタの識別子を第１充電リストに追加する（ステップ４０２）。
ここで、第１充電リストは充電判断部３０５が保持するテーブルであり、まだ充電を開始していない電気自動車が接続されているコンタクタの識別子のリストを保持するテーブルである。第１充電リストには、コンタクタの識別子に加えて、電気自動車が接続された時刻や電気自動車のユーザー情報なども保持してもよい。
図４は、電気自動車２０８，２０９，２１０が充電システム２０から離脱した際の充電判断部３０５の動作のフローチャートである。
充電判断部３０５は、充電状態収集部３０１もしくは付加情報入力部３０４を介して電気自動車が本システムから離脱したことを検出すると（ステップ５０１：Ｙｅｓ）、電気自動車が接続されたコンタクタの識別子を第１充電リストおよび第２充電リストを検索して削除する（ステップ５０２）。ここで、第２充電リストは充電判断部３０５が保持するテーブルであり、充電状態がある条件を満たした電気自動車が接続されているコンタクタの識別子のリストを保持するテーブルである。第２充電リストには、コンタクタの識別子に加えて、電気自動車が接続された時刻や電気自動車のユーザー情報なども保持してもよい。
図５は、充電判断部３０５における充電制御処理のフローチャートの例である。充電判断部３０５は、第１充電リストにコンタクタが追加されるのまで待機する（ステップ６０１）。すなわち、充電システム２０に電気自動車が接続されるのを待つ。
第１充電リストにコンタクタが追加されると（ステップ６０１：Ｙｅｓ）、第１充電リスト中のコンタクタを選択し、コンタクタ制御部３０２に指示を出して選択したコンタクタを制御し充電を開始する（ステップ６０２）。なお、第１充電リストに複数のコンタクタが登録されている場合は、１つのコンタクタを選択して制御する。選択方法としては、充電システム２０への接続時刻が古いものを優先して選択する方法や、ユーザー情報に基づいて、高い料金を払うユーザーを優先して選択する方法などが考えられる。
充電判断部３０５は、充電を開始すると充電状態収集部３０１および測定部２０５，２０６，２０７を介して、充電を行なっているコンタクタに接続されている電気自動車の充電状態の測定を行ない、測定値が所定の閾値を上回るもしくは下回るかどうかを監視する（ステップ６０３）。
ここで、閾値を上回ることを監視するのか下回ることを監視するのかは、充電状態として何を測定するのかに依存する。本実施形態では、例えば充電状態として充電容量（バッテリ残量）を測定する。充電状態として充電容量を測定する場合には、所定の閾値を上回るかどうかを監視する。
図６は、リチウムイオンバッテリ（ＬｉＢ）の充電特性を示す図である。図６は、一般的なＬｉＢの充電方法である定電流定電圧充電方式を用いた際の、「充電電流」、「電圧」、「充電容量」の変化を示している。図からわかるように、定電流定電圧充電方式では、充電容量が少ない間は一定の電流値で充電を行っている。そして電圧がある値に達すると、電流値を減らしていくことにより定電圧での充電を行なっている。これは電圧が上がりすぎることから充電池を守るためである。
図６において充電容量のグラフを見るとわかるように、充電開始当初は右肩上がりに電荷量が増加していくが、途中から増加速度が鈍ってくる。そのため、充電開始直後と充電終了間際では同程度の電荷量を充電するのにかかる時間が異なっており、充電容量が増えるほど充電効率が悪くなる。なお、どの程度の充電容量で増加速度が鈍るかは、充電電流値にも依存しており、大電流で充電すると増加速度が鈍る充電容量が小さくなる。
一方、充電容量や充電時間に関するユーザーの満足度を考えた場合、６０％の充電容量だったＥＶが８０％になるのに１０分かかり、８０％が１００％になるのに３０分かかるとすると、同じ２０％の電荷量増加でもユーザーの満足度は大きく異なると考えられる。また、同じ２０％の増加であっても充電前の電荷量との相対比を考えると、６０％が８０％になる方が満足度は高いと考えられる。
本実施形態では、充電容量の閾値を予め設定し、電荷残量がその閾値を上回るかどうかを監視する。例えば、充電容量閾値を７５％と設定した場合、バッテリ電荷残量が５０％であれば閾値を下回ると判断され、バッテリ電荷残量が９０％であれば閾値を上回ると判断される。
なお、充電状態として充電電流や充電電圧を測定してもよい。充電電流を測定する場合には、充電電流は充電が進むと共に減少していくので、充電電流が所定の閾値を下回るかどうかを監視する。また、充電電圧を測定する場合には、所定の閾値を上回るかどうかを監視する。さらに、測定値の監視に時間を組み合わせてもよい。例えば、充電電圧を測定する場合、充電が進むと充電電圧は一定になってしまうので、充電電圧が閾値を上回ってからの経過時間に基づいて充電状態を判断してもよい。
充電判断部３０５は、充電を行なっていた電気自動車の充電状態が所定の状態（閾値を上回るあるいは下回る）になったと判断すると（ステップ６０３：Ｙｅｓ）、コンタクタ制御部３０２に指示を出して充電を中断し、充電を行なっていたコンタクタを第１充電リストから削除し第２充電リストに追加する（ステップ６０４）。
次に、充電判断部３０５は、第１充電リストにまだコンタクタが登録されているかどうかを確認し、登録されていた場合には（ステップ６０５：Ｙｅｓ）ステップ６０２へ移行する。
第１充電リストにコンタクタが登録されていない場合には（ステップ６０５：Ｎｏ）、充電判断部３０５は第２充電リストにコンタクタが登録されているかどうかを確認し、第２充電リストにコンタクタが登録されている場合には（ステップ６０６：Ｙｅｓ）、第２充電リストからコンタクタを選択し、コンタクタ制御部３０２に選択したコンタクタを制御する指示を出して充電を開始する（ステップ６０７）。
なお、第２充電リストに複数のコンタクタが登録されている場合は、ひとつのコンタクタを選択して制御する。選択方法としては、充電システム２０への接続時刻が古いものを優先して選択する方法や、ユーザー情報に基づいて、高い料金を払うユーザーを優先して選択する方法などが考えられる。
充電判断部３０５は、充電中の電気自動車の充電状態が充電を終了してもよい状態であると判断した場合には（ステップ６０８：Ｙｅｓ）、コンタクタ制御部３０２に指示を出して充電を終了する（ステップ６０９）。その後、ステップ６０５に戻り、第１充電リストおよび第２充電リストにコンタクタが登録されている限り充電処理を繰り返す。
なお、本実施形態では、充電システム２０が一度に一台の電気自動車しか充電できない場合を例として説明したが、複数の電気自動車を同時に充電できるシステムにも本発明は適用可能である。ただし、システムに同時に接続される電気自動車の最大数に対して、システムが同時に充電できる電気自動車の台数が少ないことを前提としている。
以上のように、本実施形態によれば、電気自動車ごとの充電池の電荷残量のばらつきを抑えた充電を行なうことができる。その理由について図７を用いて説明する。図７（ａ）は比較例による充電制御装置の充電処理を、図７（ｂ）は本発明による充電制御装置の充電処理を説明する図である。図７（ａ），（ｂ）では、３台の電気自動車ＥＶ１，２，３を充電する場合の、各ＥＶのバッテリ残量を模式的に示している。横軸は時間である。
図７（ａ）では、ＥＶ１，２，３を順番に充電し、充電中のＥＶが充電を終了してもよい状態になると、次のＥＶの充電が開始される。図から明らかなように、バッテリ残量が充電終了時のレベルに近づいてくると、バッテリ残量の増加速度が低下する。
図７（ｂ）では、各ＥＶについてバッテリ残量が点線で示した所定の閾値を上回ると、そのＥＶが接続されたコンタクタが第２充電リストに移される。このように、本発明を適用すると、３台のＥＶのバッテリ残量が所定の閾値になるまでに必要な充電時間を短縮することができる。
また、本実施形態によれば、充電時間に対してバッテリ残量の増加速度が大きいＥＶを優先して充電するため、全体としてみるとバッテリ残量の増加に対する所要時間を短縮することができるため、ユーザーの満足度を向上することができる。
この出願は、２０１１年１月２１日に出願された日本出願特願２０１１−１１３４６を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
上記の実施の形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）複数の電気自動車の充電を制御する充電制御装置であって、
コンタクタを介して接続された電気自動車の充電状態が所定の条件を満たすか否かを判断し、前記条件を満たす場合にはその電気自動車の充電を行い、前記条件を満たさない場合にはその電気自動車の充電を中断して他の電気自動車の充電を行うよう決定する充電判断部と、
前記充電判断部の前記決定に基づいて前記コンタクタを制御するコンタクタ制御部と、を備えた充電制御装置。
（付記２）前記充電状態は、前記電気自動車の充電池の電荷残量であり、
前記条件は、前記電荷残量が所定の閾値以下であることである、請求項１に記載の充電制御装置。
（付記３）前記充電状態は、前記電気自動車の充電時の電流値であり、
前記条件は、前記電流値が所定の閾値以上であることである、請求項１に記載の充電制御装置。
（付記４）前記充電状態は、前記電気自動車の充電時の電圧値であり、
前記条件は、前記電圧値が所定の閾値以下であることである、請求項１に記載の充電制御装置。
（付記５）複数の電気自動車の充電を制御する充電制御方法であって、
コンタクタを介して接続された電気自動車の充電状態が所定の条件を満たすか否かを判断し、前記条件を満たす場合にはその電気自動車の充電を行い、前記条件を満たさない場合にはその電気自動車の充電を中断して他の電気自動車の充電を行うよう決定するステップと、
前記決定に基づいて前記コンタクタを制御するステップと、を備えた充電制御方法。
（付記６）コンピュータを、
複数の電気自動車の充電を制御する充電制御装置として機能させるプログラムであって、
前記コンピュータを、
コンタクタを介して接続された電気自動車の充電状態が所定の条件を満たすか否かを判断し、前記条件を満たす場合にはその電気自動車の充電を行い、前記条件を満たさない場合にはその電気自動車の充電を中断して他の電気自動車の充電を行うよう決定する充電判断部と、
前記充電判断部の前記決定に基づいて前記コンタクタを制御するコンタクタ制御部と、して機能させるプログラム。
本発明は、電気自動車ごとの充電池の電荷残量のばらつきを抑えた充電を行うことに適している。
１０ 充電制御装置、２０ 充電システム、２０１ 電源部、２０２，２０３，２０４ コンタクタ、２０５，２０６，２０７ 測定部、２０８，２０９，２１０ 電気自動車、３０１ 充電状態収集部、３０２ コンタクタ制御部、３０３ ルール保持部、３０４ 付加情報入力部、３０５ 充電判断部

Claims (6)

  1. 複数の電気自動車の充電を制御する充電制御装置であって、
    コンタクタを介して接続された電気自動車の充電状態が所定の条件を満たすか否かを判断し、前記条件を満たす場合にはその電気自動車の充電を行い、前記条件を満たさない場合にはその電気自動車の充電を中断して他の電気自動車の充電を行うよう決定する充電判断部と、
    前記充電判断部の前記決定に基づいて前記コンタクタを制御するコンタクタ制御部と、を備えた充電制御装置。
  2. 前記充電状態は、前記電気自動車の充電池の電荷残量であり、
    前記条件は、前記電荷残量が所定の閾値以下であることである、請求項１に記載の充電制御装置。
  3. 前記充電状態は、前記電気自動車の充電時の電流値であり、
    前記条件は、前記電流値が所定の閾値以上であることである、請求項１に記載の充電制御装置。
  4. 前記充電状態は、前記電気自動車の充電時の電圧値であり、
    前記条件は、前記電圧値が所定の閾値以下であることである、請求項１に記載の充電制御装置。
  5. 複数の電気自動車の充電を制御する充電制御方法であって、
    コンタクタを介して接続された電気自動車の充電状態が所定の条件を満たすか否かを判断し、前記条件を満たす場合にはその電気自動車の充電を行い、前記条件を満たさない場合にはその電気自動車の充電を中断して他の電気自動車の充電を行うよう決定するステップと、
    前記決定に基づいて前記コンタクタを制御するステップと、を備えた充電制御方法。
  6. コンピュータを、
    複数の電気自動車の充電を制御する充電制御装置として機能させるプログラムであって、
    前記コンピュータを、
    コンタクタを介して接続された電気自動車の充電状態が所定の条件を満たすか否かを判断し、前記条件を満たす場合にはその電気自動車の充電を行い、前記条件を満たさない場合にはその電気自動車の充電を中断して他の電気自動車の充電を行うよう決定する充電判断部と、
    前記充電判断部の前記決定に基づいて前記コンタクタを制御するコンタクタ制御部と、して機能させるプログラム。
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