WO2010084598A1

WO2010084598A1 - 充電制御装置

Info

Publication number: WO2010084598A1
Application number: PCT/JP2009/051039
Authority: WO
Inventors: 純太泉
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2010-07-29

Abstract

　車両外部から充電可能に構成されたバッテリに対する充電の制御を実行する充電制御装置であって、車両の使用状況を検出するステップ（Ｓ１００）と、検出された使用状況に応じて充電再開時刻を決定するステップ（Ｓ１５０）と、充電開始指示に応じてバッテリの充電状態が第１のしきい値（ＳＯＣ１）に至るまでバッテリに充電を行なってから充電を一旦停止するステップ（Ｓ１６０）と、現在時刻が充電再開時刻になったときに充電を再開するステップ（Ｓ１８０）と、バッテリの充電状態が第２のしきい値（ＳＯＣ２）になったときに充電を完了するステップ（Ｓ１９０）とを備える。

Description

充電制御装置

　この発明は、充電制御装置に関し、特に、車両外部から充電可能に構成された車載の蓄電装置に対する充電の制御を実行する充電制御装置に関する。

　近年、携帯電話機、携帯型パーソナルコンピュータなど各種携帯型機器の電源としてリチウムイオン二次電池などの二次電池が採用されている。このような、二次電池の充電方法としては、ＡＣアダプタから外部電力が供給されたら直ちに充電を開始し、電池の状態が所定の満充電状態に至った場合に充電を停止するのが一般的である。

　しかしながら、このような充電方法では、二次電池の劣化抑制という観点からは改善の余地があった。

　特開２００２－１４２３７８号公報（特許文献１）は、使い勝手を維持しつつ二次電池の劣化を抑制することができる充電装置を開示している。この充電装置では、ユーザは、リチウムイオン電池の使用開始予定時刻を指定し、メモリなどにその時刻を格納しておく。ＡＣアダプタから電力が供給されていることが検出された場合は電池の充電が開始され、電池が所定容量（たとえば満充電時における容量値の５０％）まで充電された場合は充電が一旦停止され、電池を満充電にするための追加の充電を開始すべき時刻が算出されてメモリに格納される。その後、現在時刻が充電開始時刻になったら電池の充電が再開され、電池は使用開始予定時刻までには満充電となる。
特開２００２－１４２３７８号公報

　近年、携帯型機器などに採用されていたリチウムイオン電池などの電池が、電気自動車やハイブリッド自動車などの車両駆動用の蓄電装置としても検討されている。しかし、車両は、携帯型機器などよりもライフサイクルが長いので、二次電池に対しても車両用の方が携帯型機器用よりも長寿命が要求される。

　また、近年、二酸化炭素の排出量の削減等の観点からも、ハイブリッド自動車に外部から充電を可能とすることが検討されている。この点からも、充電効率がよく、また二酸化炭素排出量をなるべく抑えるような充電方法が望まれる。

　この発明の目的は、使い勝手と蓄電装置の長寿命を両立しつつ、エネルギ効率が向上した充電制御装置を提供することである。

　この発明は、要約すると、車両外部から充電可能に構成された蓄電装置に対する充電の制御を実行する充電制御装置であって、車両の使用状況を検出する検出部と、検出部によって検出された使用状況に応じて充電再開時刻を決定し、充電開始指示に応じて蓄電装置の充電状態が第１のしきい値に至るまで蓄電装置に充電を行なってから充電を一旦停止し、現在時刻が充電再開時刻になったときに充電を再開し蓄電装置の充電状態が第２のしきい値になったときに充電を完了する制御部とを備える。

　好ましくは、制御部は、車両の使用履歴を記憶し、使用履歴に基づいて充電再開時刻を決定する。

　より好ましくは、制御部は、使用履歴に基づいて第２のしきい値を決定する。
　さらに好ましくは、検出部は蓄電装置の温度を検出する。制御部は、使用履歴に加えてさらに検出部が検出した温度に応じて第２のしきい値を決定する。

　好ましくは、車両は、蓄電装置と、蓄電装置の電力を用いて車両を駆動するモータと、制御部の指示に応じて車両外部電源から電力を受け蓄電装置に充電する充電器とを含む。

　本発明によれば、個別の車両に適した充電方法が設定されるので、ユーザの使い勝手を損なわない範囲内で蓄電装置の寿命をなるべく延長することができる。

本発明の実施の形態に係る充電制御装置を搭載したプラグインハイブリッド車を示す概略構成図である。図１に示したプラグインハイブリッド車の電気システムを説明する図である。プラグインハイブリッド車における外部電源による充電システムを説明する図である。充電スケジュールの検討例と改良例とを対比して示した図である。本実施の形態においてＥＣＵが実行する充電制御を説明するためのフローチャートである。図５のステップＳ１３０の追加充電時間の算出を説明するための図である。車両の起動時刻の頻度を取得したデータの状態を示した図である。初期充電と追加充電のしきい値を説明するための図である。実施の形態２で実行される充電制御処理を示したフローチャートである。図９のステップＳ１２６で実行される第２しきい値（ＳＯＣ２）の決定を説明するための図である。図１０で定めた第２のしきい値（ＳＯＣ２）により走行可能な時間の例を説明するための図である。

符号の説明

　１００　エンジン、１１０，１２０　ＭＧ、１３０　動力分割機構、１４０　減速機、１５０　バッテリ、１６０　前輪、１７０　ＥＣＵ、１７５　充電開始スイッチ、１８０，１８２，１８８　電圧センサ、１８４　電流センサ、１８６　温度センサ、２００　コンバータ、２１０，２２０　インバータ、２３０　ＳＭＲ、２４０　充電器、２４２　ＡＣ／ＤＣ変換回路、２４４　ＤＣ／ＡＣ変換回路、２４６　絶縁トランス、２４８　整流回路、２５０　インレット、３００　充電ケーブル、３１０　コネクタ、３１２　スイッチ、３２０　プラグ、３３０　ＣＣＩＤ、３３２　リレー、３３４　コントロールパイロット回路、４００　コンセント、４０２　外部電源。

　以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

　図１は、本発明の実施の形態に係る制御装置を搭載したプラグインハイブリッド車を示す概略構成図である。

　図１を参照して、プラグインハイブリッド車は、エンジン１００と、ＭＧ（Motor　Generator）１１０と、ＭＧ１２０と、動力分割機構１３０と、減速機１４０と、バッテリ１５０とを備える。

　エンジン１００、ＭＧ１１０、ＭＧ１２０、バッテリ１５０は、ＥＣＵ（Electronic　Control　Unit）１７０により制御される。なお、ＥＣＵ１７０は複数のＥＣＵに分割するようにしてもよい。

　この車両は、エンジン１００およびＭＧ１２０のうちの少なくともいずれか一方からの駆動力により走行する。より具体的には、プラグインハイブリッド車は、ＨＶ走行モードとＥＶ走行モードとを自動で、もしくは手動で切換えて走行する。

　ＨＶ走行モードとは、エンジン１００およびＭＧ１２０のうちのいずれか一方もしくは両方を、運転状態に応じて駆動源として自動的に選択して走行するモードである。ＥＶ走行モードとは、ＭＧ１２０のみを駆動源として走行するモードである。なお、ＥＶ走行モードにおいても、発電などのためにエンジン１００が運転する場合がある。

　エンジン１００、ＭＧ１１０およびＭＧ１２０は、動力分割機構１３０を介して接続されている。エンジン１００が発生する動力は、動力分割機構１３０により、２つの経路に分割される。一方の経路は減速機１４０を介して前輪１６０を駆動する経路である。もう一方の経路は、ＭＧ１１０を駆動させて発電する経路である。

　ＭＧ１１０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える三相交流回転電機である。ＭＧ１１０は、動力分割機構１３０により分割されたエンジン１００の動力により発電する。たとえば、通常走行時では、ＭＧ１１０により発電された電力はそのままＭＧ１２０を駆動させる電力となる。一方、バッテリ１５０の残存容量（以下、ＳＯＣ「State　of　Charge」とも称する。）が予め定められた値よりも低い場合、ＭＧ１１０により発電された電力は、後述するインバータにより交流から直流に変換されるとともに、後述するコンバータにより電圧が調整されてバッテリ１５０に蓄えられる。

　ＭＧ１２０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える、三相交流回転電機である。ＭＧ１２０は、バッテリ１５０に蓄えられた電力およびＭＧ１１０により発電された電力のうちの少なくともいずれかの電力により駆動される。

　ＭＧ１２０で発生された駆動力は、減速機１４０を介して前輪１６０に伝えられる。これにより、ＭＧ１２０はエンジン１００をアシストしたり、ＭＧ１２０からの駆動力により車両を走行させたりする。なお、前輪１６０の代わりにもしくは前輪１６０に加えて、後輪を駆動するようにしてもよい。

　プラグインハイブリッド車の回生制動時には、減速機１４０を介して前輪１６０によりＭＧ１２０が駆動され、ＭＧ１２０が発電機として作動する。これによりＭＧ１２０は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。ＭＧ１２０により発電された電力は、バッテリ１５０に蓄えられる。

　動力分割機構１３０は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車機構により構成される。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤが自転可能であるように支持する。サンギヤはＭＧ１１０の回転軸に連結される。キャリアはエンジン１００のクランクシャフトに連結される。リングギヤはＭＧ１２０の回転軸および減速機１４０に連結される。

　エンジン１００、ＭＧ１１０およびＭＧ１２０が、遊星歯車機構からなる動力分割機構１３０を介して連結されることで、エンジン１００、ＭＧ１１０およびＭＧ１２０の回転数は、共線図において直線で結ばれる関係になる。

　バッテリ１５０は、充放電可能な蓄電装置であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。具体的にはバッテリ１５０は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。バッテリ１５０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。バッテリ１５０には、ＭＧ１１０およびＭＧ１２０によって発電される電力の他、後述のように、車両外部電源から供給される電力が蓄えられる。

　なお、車両に搭載される蓄電装置としては、バッテリ１５０に代えて、あるいはバッテリ１５０に加えて大容量のキャパシタも採用可能である。ＭＧ１１０およびＭＧ１２０による発電電力や車両外部電源からの電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力をＭＧ１２０へ供給可能な電力バッファであれば、プラグインハイブリッド車両に搭載される蓄電装置の種類および個数は特に限定されるものではない。また、複数のバッテリをプラグインハイブリッド車に搭載してもよい。この場合、複数のバッテリの容量（充電可能な最大充電量）は、実質的に同じであってもよいし、異なっていてもよい。

　また、バッテリ１５０の端子電圧、入出力電流および電池温度を、いずれも図示しない電圧センサ，電流センサ，温度センサにより検出し、検出した信号をＥＣＵ１７０に出力する。ＥＣＵ１７０は、これらの信号に基づいてバッテリ１５０のＳＯＣを検出する。

　図２は、図１に示したプラグインハイブリッド車の電気システムを説明する図である。図２を参照して、プラグインハイブリッド車は、コンバータ２００と、インバータ２１０と、インバータ２２０と、ＳＭＲ（System　Main　Relay）２３０と、充電器２４０と、インレット２５０とを備える。

　コンバータ２００は、リアクトルと、二つのｎｐｎ型トランジスタと、二つダイオードとを含む。リアクトルは、各バッテリの正極側に一端が接続され、２つのｎｐｎ型トランジスタの接続点に他端が接続される。

　２つのｎｐｎ型トランジスタは、直列に接続される。ｎｐｎ型トランジスタは、ＥＣＵ１７０により制御される。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ－エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードがそれぞれ接続される。

　なお、ｎｐｎ型トランジスタとして、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）を用いることができる。また、ｎｐｎ型トランジスタに代えて、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal　Oxide　Semiconductor　Field-Effect　Transistor）等の電力スイッチング素子を用いることもできる。

　バッテリ１５０から放電された電力をＭＧ１１０もしくはＭＧ１２０に供給する際、コンバータ２００はバッテリ１５０からの電圧を昇圧する。一方、ＭＧ１１０もしくはＭＧ１２０により発電された電力によりバッテリ１５０が充電される際には、コンバータ２００は降圧動作を行なう。

　電圧センサ１８０は、コンバータ２００と、インバータ２１０，２２０との間に設けられた電力線の電圧（システム電圧ＶＨ）を検出する。電圧センサ１８０の検出結果は、ＥＣＵ１７０に送信される。

　インバータ２１０は、Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含む。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは並列に接続される。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームの各々は、直列に接続された２つのｎｐｎ型トランジスタを有する。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ－エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードが接続される。そして、各アームにおける２つのｎｐｎ型トランジスタの接続点は、ＭＧ１１０のステータコイルの中性点１１２とは異なる各アームに対応する端部に接続される。

　インバータ２１０は、バッテリ１５０から供給される直流電流を交流電流に変換し、ＭＧ１１０に供給する。また、インバータ２１０は、ＭＧ１１０により発電された交流電流を直流電流に変換する。

　インバータ２２０は、Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含む。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは並列に接続される。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームの各々は、直列に接続された２つのｎｐｎ型トランジスタを有する。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ－エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードが接続される。そして、各アームにおける２つのｎｐｎ型トランジスタの接続点は、ＭＧ１２０のステータコイルの中性点１２２とは異なる各アームに対応する端部に接続される。

　インバータ２２０は、バッテリ１５０から供給される直流電流を交流電流に変換し、ＭＧ１２０に供給する。また、インバータ２２０は、ＭＧ１２０により発電された交流電流を直流電流に変換する。

　コンバータ２００、インバータ２１０およびインバータ２２０は、ＥＣＵ１７０により制御される。

　ＳＭＲ２３０は、バッテリ１５０と充電器２４０との間に設けられる。ＳＭＲ２３０は、バッテリ１５０と電気システムとを接続した状態および遮断した状態を切換えるリレーである。ＳＭＲ２３０が開状態である場合は、バッテリ１５０が電気システムから遮断される。ＳＭＲ２３０が閉状態である場合は、バッテリ１５０が電気システムに接続される。すなわち、ＳＭＲ２３０が開状態である場合は、バッテリ１５０が、コンバータ２００および充電器２４０などから電気的に遮断される。ＳＭＲ２３０が閉状態である場合は、バッテリ１５０が、コンバータ２００および充電器２４０などと電気的に接続される。

　ＳＭＲ２３０は、ＥＣＵ１７０により制御される。たとえば、ＥＣＵ１７０が起動すると、ＳＭＲ２３０が開状態から閉状態となる。ＥＣＵ１７０が停止する際、ＳＭＲ２３０が閉状態から開状態となる。

　インレット２５０は、たとえばプラグインハイブリッド車の側部に設けられる。インレット２５０には、後述するようにプラグインハイブリッド車と外部電源とを連結する充電ケーブルのコネクタが接続される。

　充電器２４０は、バッテリ１５０とコンバータ２００との間に接続される。そして、充電器２４０は、インレット２５０に接続された充電ケーブルを介して供給される外部電源からの交流電力を直流電力に変換し、バッテリ１５０に充電を行なう。

　図３は、プラグインハイブリッド車における外部電源による充電システムを説明する図である。

　図３を参照して、充電器２４０は、ＡＣ／ＤＣ変換回路２４２と、ＤＣ／ＡＣ変換回路２４４と、絶縁トランス２４６と、整流回路２４８とを含む。

　ＡＣ／ＤＣ変換回路２４２は、単相ブリッジ回路である。ＡＣ／ＤＣ変換回路２４２は、ＥＣＵ１７０からの駆動信号に基づいて、交流電力を直流電力に変換する。また、ＡＣ／ＤＣ変換回路２４２は、コイルをリアクトルとして用いることにより電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路としても機能する。

　ＤＣ／ＡＣ変換回路２４４は、単相ブリッジ回路である。ＤＣ／ＡＣ変換回路２４４は、ＥＣＵ１７０からの駆動信号に基づいて、直流電力を高周波の交流電力に変換して絶縁トランス２４６へ出力する。

　絶縁トランス２４６は、磁性材で形成されるコアと、コアに巻回された一次コイルおよび二次コイルを含む。一次コイルおよび二次コイルは、電気的に絶縁されており、それぞれＤＣ／ＡＣ変換回路２４４および整流回路２４８に接続される。絶縁トランス２４６は、ＤＣ／ＡＣ変換回路２４４から受ける高周波の交流電力を一次コイルおよび二次コイルの巻数比に応じた電圧レベルに変換して整流回路２４８へ出力する。整流回路２４８は、絶縁トランス２４６から出力される交流電力を直流電力に整流する。

　ＡＣ／ＤＣ変換回路２４２とＤＣ／ＡＣ変換回路２４４との間の電圧（平滑コンデンサの端子間電圧）は、電圧センサ１８２により検出され、検出結果を表わす信号がＥＣＵ１７０に入力される。また、充電器２４０の出力電流は、電流センサ１８４により検出され、検出結果を表わす信号がＥＣＵ１７０に入力される。さらに、充電器２４０の温度は、温度センサ１８６により検出され、検出結果を表わす信号がＥＣＵ１７０に入力される。

　ＥＣＵ１７０は、車両外部電源からバッテリ１５０の充電が行なわれるとき、充電器２４０を駆動するための駆動信号を生成して充電器２４０へ出力する。

　ＥＣＵ１７０は、充電器２４０の制御機能の他、充電器２４０のフェール検出機能を有する。電圧センサ１８２により検出される電圧、電流センサ１８４により検出される電流、温度センサ１８６により検出される温度などが閾値以上である場合は、充電器２４０のフェールが検出される。

　プラグインハイブリッド車と外部電源４０２とを連結する充電ケーブル３００は、コネクタ３１０と、プラグ３２０と、ＣＣＩＤ（Charging　Circuit　Interrupt　Device）３３０とを含む。

　充電ケーブル３００のコネクタ３１０は、プラグインハイブリッド車に設けられたインレット２５０に接続される。コネクタ３１０には、スイッチ３１２が設けられる。充電ケーブル３００のコネクタ３１０が、プラグインハイブリッド車に設けられたインレット２５０に接続された状態でスイッチ３１２が閉じられ、充電ケーブル３００のコネクタ３１０が、プラグインハイブリッド車に設けられたインレット２５０に接続された状態であることを表わすコネクタ信号ＰＩＳＷがＥＣＵ１７０に入力される。

　充電ケーブル３００のプラグ３２０は、家屋に設けられ、外部電源４０２から交流電力が供給されるコンセント４００に接続される。

　ＣＣＩＤ３３０は、リレー３３２およびコントロールパイロット回路３３４を含む。リレー３３２が開いた状態では、プラグインハイブリッド車の外部電源４０２からプラグインハイブリッド車へ電力を供給する経路が遮断される。リレー３３２が閉じた状態では、プラグインハイブリッド車の外部電源４０２からプラグインハイブリッド車へ電力の供給が可能になる。リレー３３２の状態は、充電ケーブル３００のコネクタ３１０がプラグインハイブリッド車のインレット２５０に接続された状態でＥＣＵ１７０により制御される。

　コントロールパイロット回路３３４は、充電ケーブル３００のプラグ３２０がコンセント４００、すなわち外部電源４０２に接続され、かつコネクタ３１０がプラグインハイブリッド車に設けられたインレット２５０に接続された状態において、コントロールパイロット線にパイロット信号ＣＰＬＴを送る。パイロット信号ＣＰＬＴは、コントロールパイロット回路３３４内に設けられた発振器（図示せず）から出力される。

　コントロールパイロット回路３３４は、充電ケーブル３００のプラグ３２０がコンセント４００に接続されると、コネクタ３１０がプラグインハイブリッド車に設けられたインレット２５０から外されていても、パイロット信号ＣＰＬＴを出力し得る。ただし、コネクタ３１０がプラグインハイブリッド車に設けられたインレット２５０から外された状態で出力されたパイロット信号ＣＰＬＴを、ＥＣＵ１７０は検出できない。

　充電ケーブル３００のプラグ３２０がコンセント４００に接続され、かつコネクタ３１０がプラグインハイブリッド車のインレット２５０に接続されると、コントロールパイロット回路３３４は、予め定められたパルス幅（デューティサイクル）のパイロット信号ＣＰＬＴを出力する。

　パイロット信号ＣＰＬＴのパルス幅により、供給可能な電流容量がプラグインハイブリッド車に通知される。たとえば、充電ケーブル３００の電流容量がプラグインハイブリッド車に通知される。パイロット信号ＣＰＬＴのパルス幅は、外部電源４０２の電圧および電流に依存せずに一定である。

　一方、用いられる充電ケーブルの種類が異なれば、パイロット信号のパルス幅は異なり得る。すなわち、パイロット信号のパルス幅は、充電ケーブルの種類毎に定められ得る。

　本実施の形態においては、充電ケーブル３００によりプラグインハイブリッド車と外部電源４０２とが連結された状態において、外部電源４０２から供給された電力がバッテリ１５０に供給されることでバッテリ１５０が充電される。バッテリ１５０の充電時には、ＳＭＲ２３０およびＣＣＩＤ３３０内のリレー３３２が閉じられる。

　外部電源４０２の交流電圧ＶＡＣは、プラグインハイブリッド車の内部に設けられた電圧センサ１８８により検出される。検出された電圧ＶＡＣは、ＥＣＵ１７０に送信される。

　図４は、充電スケジュールの検討例と改良例とを対比して示した図である。
　図４を参照して、まず検討例について説明する。検討例では、８時に車両が起動され８時３０分までは外部から充電された電力のみを使用して走行するＥＶ走行が実行される。そして、８時３０分から９時まではエンジンをモータと併用して走行を行なうＨＶ走行が行なわれている。そして９時には目的地（たとえば職場など）に到着し、そこで充電が開始され１０時３０分には充電が完了する。１０時３０分から１８時まではバッテリは充電状態（ＳＯＣ）が高い状態を維持している。

　そして１８時には職場などを出発するために車両が起動され１８時３０分までＥＶ走行が実行され、１８時３０分から１９時まではＨＶ走行が実行される。そして帰宅されると直ちに充電が開始され１９時から２０時３０分まで充電が実行される。２０時３０分になると充電が完了し、バッテリはＳＯＣが高い状態を維持し翌朝８時までこの状態が続く。

　しかしながら、車両駆動用バッテリを高温かつ高ＳＯＣ状態で長時間放置すると劣化が促進される場合がある。プラグインハイブリッド自動車や電気自動車においては、ユーザの使い方によっては、このバッテリ劣化が促進される状態が多い場合と少ない場合が存在する。ユーザの使い勝手を損なわない範囲内でこの状態を少しでも回避することができれば好ましい。したがって、本実施の形態では、プラグイン接続の後にすぐに充電を開始するが、劣化の進まない程度のＳＯＣレベルまでの充電とし、その後、ユーザの使用状況に合わせて満充電近くまで充電させる。図４の下段にこの改良例を示す。

　この改良例では、８時に車両が起動され８時から８時３０分までＥＶ走行が実行され、８時３０分から９時までＨＶ走行が実行されるのは検討例の場合と同じである。そして９時に目的地に到着して充電が開始されるが、このときは充電の第１段階（以下、初期充電とも称する。）が９時から１０時３０分の間に行なわれる。この１０時３０分における充電一旦停止状態においては、バッテリは中程度のＳＯＣに維持される。そして１８時の車両の出発から逆算した充電再開時刻（図４では１５時３０分）になると充電の第２段階（以下、追加充電とも称する。）が開始され１７時まで充電の第２段階が実行される。１７時の時点においては、バッテリは必要なＳＯＣにまで高く維持され１８時の車両の出発をこの状態で迎える。

　１８時から１８時３０分まではＥＶ走行が実行され、１８時３０分から１９時まではＨＶ走行が実行される。自宅等に到着すると１９時から２０時３０分までは充電の第１段階が実行され２０時３０分から午前３時までは中程度のＳＯＣにバッテリの状態が維持される。そして朝の出発時刻（午前８時）から逆算した充電再開時刻（午前３時）になると充電の第２段階が開始され午前８時の出発時刻においてはバッテリの状態は必要な高いＳＯＣになっている。

　この改良例に示すような充電スケジュールとすることで、バッテリの劣化が促進される高ＳＯＣの状態となる時間を短くすることができ、バッテリの劣化を抑制することが可能となる。また、初期充電を行なうことで、通常と異なるスケジュールで車両が起動されるような場合であっても、ある程度はＥＶ走行が可能となる。

　図５は、本実施の形態においてＥＣＵ１７０が実行する充電制御を説明するためのフローチャートである。図５および後述する図９に示されるフローチャート中の各ステップについては、ＥＣＵ１７０に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

　図５を参照して、車両が目的地に到着しインレットに充電プラグが挿入されると、ステップＳ１００においてＥＣＵ１７０は、ワントリップ当たりの走行時間またはエネルギ使用量の解析を行なう。ワントリップとは、車両が起動されてから停止するまでの１回の走行をいう。たとえば朝車両の乗り込んでから通勤して職場に到着するまでの時間がワントリップである。

　続いてステップＳ１１０において、ＥＣＵ１７０は、バッテリ１５０の残存ＳＯＣの検出を行なう。さらにステップＳ１２０においてＥＣＵ１７０は、電圧センサ１８８によって検出された充電電圧と、パイロット信号ＣＰＬＴによって送信されてきた充電ケーブルの電流許容量とから供給充電電力を検出する。

　そしてステップＳ１３０において、ＥＣＵ１７０は、追加充電時間の算出を行なう。
　図６は、図５のステップＳ１３０の追加充電時間の算出の説明のための図である。

　図６に示すように、ＥＣＵ１７０は、車両がワントリップするごとにその走行時間がどれぐらいであったかを一定期間（たとえば数ヶ月の間）頻度をデータとして取得している。この走行時間に代えて使用したエネルギ量をデータとして保持しておいてもよい。そしてこの走行時間の頻度が最も多かった時間（図６では３０分）を走行するのに十分なだけのエネルギ量をバッテリに充電しておくようにし、余分な充電をなるべくしないようにしておけばエネルギ効率が最もよい。また、高温でＳＯＣが高い状態ではバッテリの劣化進行速度が大きいことから考えても、余分な充電をなるべくしない方がバッテリの寿命面からも有利である。

　たとえば、駅までの送り迎えにしか使わないような車両であれば、満充電付近まで充電しなくても燃料を使用したＨＶ走行を行なわなくて済む。このような車両の場合に特にエネルギ効率面およびバッテリ寿命面で有利である。

　したがって、出発時において、図６において頻度が最も多かったＰＭＡＸに対応する走行時間またはエネルギ量を放電可能な程度の高すぎない充電状態に充電されていることが望ましい。このＰＭＡＸに対応する充電状態ＳＯＣは後に説明する第２のしきい値（ＳＯＣ２）とする。そして、ステップＳ１１０で検出した残存ＳＯＣが後述する第１のしきい値（ＳＯＣ１）より大きい場合は、残存ＳＯＣとこのＳＯＣ２との差を充電するために必要な時間が追加充電時間となる。一方、残存ＳＯＣが第１のしきい値（ＳＯＣ１）より小さい場合は、ＳＯＣ１とＳＯＣ２との差を充電するために必要な時間が追加充電時間となる。

　図７は、車両の起動時刻の頻度を取得したデータの状態を示した図である。
　図７に示すように、車両が通勤時の出発時や帰宅時の出発時にイグニッションオンスイッチなどが押されることにより起動する。この起動の時刻の頻度が数ヶ月間データとして保持されている。これにより、次回の車両の起動がどれぐらいの時間であるかが予測される。この起動時間において、所定の充電状態まで充電が完了しているように予め充電を行なう。図７の例では、朝の起動予測時刻は８時３０分であり、夕方の予想起動時間は１８時３０分である。

　再び図５を参照して、ステップＳ１４０においては、図７で示したような起動時刻の頻度データから車両起動時刻を予測する。そしてステップＳ１５０において、この車両起動時刻においてバッテリの充電状態がしきい値ＳＯＣ２になるように追加充電開始時刻の決定を行なう。

　図８は、初期充電と追加充電のしきい値を説明するための図である。
　図８を参照して、車両はバッテリに２段階に充電を行なう。この第１回目の充電（初期充電）の停止の充電状態のしきい値がＳＯＣ１であり、第２段階の充電（追加充電）の停止のしきい値がＳＯＣ２である。しきい値ＳＯＣ１は、しきい値ＳＯＣ２よりも小さい。

　特にリチウム電池は、高温において充電状態が高いと、劣化進行速度が速くなるという性質を有する。このため、あまり劣化進行速度が大きくないしきい値ＳＯＣ１までは初期の充電として充電を行なっておき、充電状態がＳＯＣ１からＳＯＣ２に至るまではなるべく使用する直前に充電する方がバッテリの劣化の進行を抑えることができる。また、初期充電を行なうので、臨時的な走行などが発生した場合でもある程度はＥＶ走行をさせることができる。

　そして、ステップＳ１５０の追加充電開始時刻は、車両起動予測時刻とステップＳ１３０で算出した追加充電時間とから求めることができる。すなわち、車両起動予測時刻から追加充電時間を引いたものに適切なマージンを見込んでさらに前倒しをすることにより、追加充電開始時刻が決定される。これにより図４では１５時３０分が追加充電開始時刻と決定されている。

　再び図５を参照して、ステップＳ１５０において追加充電開始時刻が決定されると、次にステップＳ１６０において現在のＳＯＣが第１しきい値（ＳＯＣ１）より低いか否かが判断される。第１しきい値（ＳＯＣ１）は、図８に示したように、バッテリの劣化進行速度があまり大きくない充電状態である。ステップＳ１６０の条件が成立した場合、すなわち、現在のＳＯＣがＳＯＣ１より低い場合（Ｓ１６０にてＹＥＳ）には、ステップＳ１７０に処理が進められ、第１段階の充電（初期充電）が実行される。そしてステップＳ１６０に処理が戻され、再びＳＯＣが第１しきい値（ＳＯＣ１）より低いか否かが判断される。

　そして、ステップＳ１６０において現在のＳＯＣが第１しきい値（ＳＯＣ１）に到達した場合（Ｓ１６０にてＮＯ）には、ステップＳ１６０からステップＳ１８０に処理が進められる。

　ステップＳ１８０では、現在時刻が追加充電開始時刻より前であるか否かが判断される。そして、現在時刻がまだ追加充電開始時刻に至っていない場合（Ｓ１８０にてＹＥＳ）には、ここで時間待ちが行なわれる。

　一方、ステップＳ１８０において現在時刻が追加充電開始時刻になった場合（Ｓ１８０にてＮＯ）には、ステップＳ１９０に処理が進められる。

　ステップＳ１９０では、現在のＳＯＣが第２のしきい値（ＳＯＣ２）より低いか否かが判断される。ステップＳ１９０において、現在のＳＯＣが第２しきい値（ＳＯＣ２）より低い場合（Ｓ１９０にてＹＥＳ）には、ステップＳ２００の追加充電が実行され、第２のしきい値（ＳＯＣ２）に充電状態が到達するまで、ステップＳ１９０，Ｓ２００の処理が繰返される。そしてステップＳ１９０において現在のＳＯＣが第２しきい値（ＳＯＣ２）に到達した場合（Ｓ１９０にてＮＯ）には、ステップＳ２１０に処理が進められ充電が完了となる。

　以上のような充電制御装置によれば、車両外部から充電可能に構成されたバッテリ１５０に対して充電を行なう際に、ＥＣＵ１７０により車両の使用状況が検出され、その検出された使用状況に応じてバッテリ１５０への充電再開時刻が決定される。そして、充電開始指示に応じてバッテリ１５０の充電状態が第１のしきい値ＳＯＣ１に至るまでバッテリ１５０に充電を行なってから、充電が一旦停止される。そして、現在時刻が充電再開時刻になったときに充電を再開し、バッテリ１５０の充電状態が第２のしきい値ＳＯＣ２になったときに充電が完了される。

　その結果、個別の車両の使用状況に対応した充電方法が設定されるとともに、バッテリの劣化が促進される高ＳＯＣ状態となる時間が短くなるように充電が行なわれる。これにより、ユーザの使い勝手を損なわない範囲内でバッテリの寿命をなるべく延長することができる。

　また、充電の最終しきい値をそれまでの使用したエネルギ量の履歴に基づいて決定するので、使う分だけ充電できるのでエネルギ効率の向上が期待できる。

　［実施の形態２］
　図９は、実施の形態２で実行される充電制御処理を示したフローチャートである。

　図９のフローチャートの処理は、図５で既に説明したフローチャートの処理においてステップＳ１２０とステップＳ１３０との間においてステップＳ１２２，Ｓ１２６の処理が実行される点が異なる。他の処理は、図５で説明した処理と同様であるのでここでは説明は繰返さない。

　図９を参照して、ステップＳ１２０の供給充電電力の検出が行なわれた後に、ステップＳ１２２において、ＥＣＵ１７０はバッテリの温度または車室温や大気温などのバッテリに関連する温度の検出を行なう。そして、ステップＳ１２６において、ＥＣＵ１７０は第２しきい値（ＳＯＣ２）をこの温度に基づいて決定する。その後、図５の場合と同様に、ステップＳ１３０以降の処理が実行される。

　図１０は、図９のステップＳ１２６で実行される第２しきい値（ＳＯＣ２）の決定を説明するための図である。

　図１０を参照して、充電状態ＳＯＣが横軸に示され、これに対する劣化進行速度が縦軸に示されている。そしてこの劣化進行速度は温度が高くなるにつれ大きくなっている。すなわち２０℃、４０℃、６０℃の３つの温度の例が示されているが、２０℃よりも４０℃の方が劣化進行速度が大きく、４０℃よりも６０℃の方が劣化進行速度が大きい。そこで、２０℃のときの第２しきい値ＳＯＣ２（２０）、４０℃のときの第２しきい値をＳＯＣ２（４０）、６０℃のときの第２しきい値をＳＯＣ２（６０）とすると、ＳＯＣ２（６０）＜ＳＯＣ２（４０）＜ＳＯＣ２（２０）というように設定する。

　このように設定することにより、温度が高い場合には、第２のしきい値（ＳＯＣ２）を小さく設定することでバッテリの劣化を抑制することができ、一方温度が低い場合には、第２のしきい値（ＳＯＣ２）を大きく設定できるので、ＥＶ走行距離を延ばすことができる。

　図１１は、図１０で定めた第２のしきい値ＳＯＣ２により走行可能な時間の例を説明するための図である。

　図１１を参照して、温度が６０℃である場合には、最も頻度の多かったＰＭＡＸに相当する走行時間がカバーできるように上記のＳＯＣ２（６０）まで充電が行なわれる。

　しかし温度がさらに低く２０℃であった場合には、上記のＳＯＣ２（２０）まで充電するので走行時間はこの度数のばらつきを十分カバーできる程度の走行時間Ｔ（２０℃）を走行可能時間とすることができる。このようにすれば、通勤などにおいていつもより多少回り道をした場合においてもＥＶ走行のみでカバーできる可能性が高まる。

　実施の形態２においては、ＥＣＵ１７０は、バッテリ１５０の温度を検出し、上記の使用状況に加えて検出したバッテリ１５０の温度に応じて、第２のしきい値ＳＯＣ２を決定する。

　したがって、実施の形態２においては、実施の形態１において奏される効果に加えて、バッテリの劣化が促進される高温状態においては、バッテリの温度が低い状態よりも相対的に第２のしきい値ＳＯＣ２を低く設定することでバッテリの劣化を抑制することができる。さらに、バッテリの温度が低い状態の場合は、第２のしきい値（ＳＯＣ２）を相対的に大きく設定できるので、ＥＶ走行距離を延ばすことができ、燃費を低減することでエネルギ効率を向上させることができる。

　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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、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。

Claims

　車両外部から充電可能に構成された蓄電装置（１５０）に対する充電の制御を実行する充電制御装置（１７０）であって、
　車両の使用状況を検出する検出部（Ｓ１００，Ｓ１１０）と、
　前記検出部によって検出された使用状況に応じて充電再開時刻を決定し、充電開始指示に応じて前記蓄電装置の充電状態が第１のしきい値に至るまで前記蓄電装置に充電を行なってから充電を一旦停止し、現在時刻が前記充電再開時刻になったときに充電を再開し前記蓄電装置の充電状態が第２のしきい値になったときに充電を完了する制御部（Ｓ１３０～Ｓ２１０）とを備える充電制御装置。
　前記制御部は、車両の使用履歴を記憶し、前記使用履歴に基づいて前記充電再開時刻を決定する、請求の範囲第１項に記載の充電制御装置。
　前記制御部は、前記使用履歴に基づいて前記第２のしきい値を決定する、請求の範囲第２項に記載の充電制御装置。
　前記検出部は、前記蓄電装置の温度を検出し、
　前記制御部は、前記使用履歴に加えてさらに前記検出部が検出した温度に応じて前記第２のしきい値を決定する、請求の範囲第３項に記載の充電制御装置。
　前記車両は、
　前記蓄電装置（１５０）と、
　前記蓄電装置の電力を用いて車両を駆動するモータ（１２０）と、
　前記制御部の指示に応じて前記車両外部電源から電力を受け前記蓄電装置に充電する充電器（２４０）とを含む、請求の範囲第１項～第４項のいずれかに記載の充電制御装置。