JP7119464B2 - 車両用充電システム及び充電制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される蓄電池を充電する充電システム及び充電システムが実行する充電制御方法に関する。

特許文献１に、車両外部の電源から蓄電池にプラグイン充電を行う充電システムが開示されている。この充電システムでは、蓄電池が所定の高蓄電状態になるまでは一定電流による高速な充電を行い、蓄電池が高蓄電状態になった後は満充電状態になるまで一定電力による緩やかな充電に切り替えることによって、過充電状態となることを回避しつつ効率的な充電を実現している。

国際公開第２０１０／０６１４６５号

上記特許文献１に記載される充電方法では、充電する蓄電池に補機などが接続されているような場合、蓄電池への急速な充電が完了して緩やかな充電を実施している最中に補機による電力消費などによって蓄電池の充電容量が低下してしまうと、蓄電池が満充電状態に達するまでの充電時間が長くなってしまう。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、蓄電池が満充電状態に達するまでの充電時間が長くなることを抑制できる車両用充電システム及び充電制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、蓄電池を充電する車両用充電システムであって、蓄電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、蓄電池の端子電圧に基づいて、所定の充電速度で充電を行う第１の充電モードと、第１の充電モードよりも遅い所定の充電速度で充電を行う第２の充電モードとを切り替えて、蓄電池の端子電圧が満充電電圧に達するまで蓄電池の充電を制御する充電制御部と、を備え、充電制御部は、充電の開始後、蓄電池の端子電圧が満充電電圧より低い所定の第１の電圧以下である間は、第１の充電モードで蓄電池を充電し、蓄電池の端子電圧が第１の電圧を超えた後は、第２の充電モードで蓄電池を充電し、蓄電池の端子電圧が第１の電圧を超えた後に第１の電圧以下である所定の第２の電圧以下に低下した場合は、蓄電池の端子電圧が第１の電圧に回復するまで第１の充電モードで蓄電池を充電する、ことを特徴とする。

上記一態様の車両用充電システムは、蓄電池の端子電圧が第１の電圧を超えたことによって第１の充電モードから充電速度が相対的に遅い所定の第２の充電モードへ切り替えた後に、蓄電池の端子電圧が第１の電圧か又は第１の電圧未満である所定の第２の電圧以下に低下した場合に、再び第１の電圧に回復するまで第２の充電モードよりも充電速度が速い第１の充電モードで充電を行う。これにより、蓄電池の端子電圧が満充電電圧に達するまでの充電時間を短縮することができる。また、第１の充電モードから第２の充電モードへ切り替える条件（第１の電圧）と第２の充電モードから第１の充電モードへ切り替える条件（第２の電圧）とを異ならせることができるため、第１の電圧の近辺で充電モードが頻繁に切り替わってしまう現象が発生することを回避できる。

また、この一態様において、第２の電圧は、第１の電圧未満に設定することができる。

このような電圧設定によって、第１の電圧の近辺で充電モードが頻繁に切り替わってしまう現象が発生することを、より効果的に回避することができる。

また、本発明の他の一態様は、蓄電池を充電する車両用充電システムのコンピュータが実行する充電制御方法であって、充電の開始後、蓄電池の端子電圧が満充電電圧より低い所定の第１の電圧以下である間は、所定の充電速度による第１の充電モードで蓄電池を充電するステップと、蓄電池の端子電圧が第１の電圧を超えた後は、第１の充電モードよりも遅い所定の充電速度による第２の充電モードで蓄電池を充電するステップと、蓄電池の端子電圧が第１の電圧を超えた後に第１の電圧以下である所定の第２の電圧以下に低下した場合は、蓄電池の端子電圧が第１の電圧に回復するまで第１の充電モードで蓄電池を充電するステップと、を含むことを特徴とする。

上記一態様による充電制御方法では、第１の充電モードから充電速度が相対的に遅い第２の充電モードへ切り替えた後に蓄電池の端子電圧が第１の電圧か又は第１の電圧未満である所定の第２の電圧以下に低下した場合に、再び第１の電圧に回復するまで第２の充電モードよりも充電速度が速い第１の充電モードで充電を行う。この制御によって、蓄電池の端子電圧が満充電電圧に達するまでの充電時間を短縮することができる。また、第１の充電モードから第２の充電モードへ切り替える条件（第１の電圧）と第２の充電モードから第１の充電モードへ切り替える条件（第２の電圧）とを異ならせることができるため、第１の電圧の近辺で充電モードが頻繁に切り替わってしまう現象が発生することを回避できる。

上記本発明の車両用充電システム及び充電制御方法によれば、蓄電池が満充電状態に達するまでの充電時間が長くなることを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る車両用充電システムの概略構成を示す図 本車両用充電システムの充電制御部が実行する充電制御の処理手順を示すフローチャート 蓄電池に対して実行される充電制御の一例を示す図 本車両用充電システムの充電制御部が実行する応用例による充電制御の処理手順を示すフローチャート

［概要］
本発明の車両による車両用充電システム及び充電制御方法は、蓄電池の蓄電量が所定の閾値に達して充電速度が低速に切り替わった後に蓄電量が閾値よりも低下した場合には、蓄電量が再び閾値に回復するまで充電速度を高速に戻す。これにより、蓄電池の蓄電量が満充電状態になるまでの充電時間を短縮することができる。

［構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用充電システム１の概略構成を示す図である。図１に示した車両用充電システム１は、蓄電池１０と、電圧検出部２０と、充電制御部３０と、充電器４０と、を備えている。

充電器４０は、充電制御部３０を介して、蓄電池１０を充電することができる構成である。この充電器４０は、一例として、充電ケーブル（図示せず）を介して車両外部の電源設備などから電源を取得して、充電電力を発生させるプラグイン充電器とすることができる。

蓄電池１０は、例えばリチウムイオン電池などの充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。この蓄電池１０には、リチウムイオン電池以外にも、後述する２つの充電モードを用いて効率よく充電する必要がある様々な電池を適用することができる。また、本実施形態による蓄電池１０には、補機などの電力を随時消費する車両の設備機器が接続されていることを想定している。

電圧検出部２０は、例えば電圧センサーで構成されており、蓄電池１０の端子電圧Ｖを検出するための構成である。電圧検出部２０で検出された蓄電池１０の端子電圧Ｖは、充電制御部３０へ出力される。

充電制御部３０は、電圧検出部２０で検出された蓄電池１０の端子電圧Ｖに基づいて、蓄電池１０の充電を制御することができる構成である。この充電制御部３０は、予め定められた第１の充電モードと第２の充電モードとを、蓄電池１０の端子電圧Ｖに基づいて切り替えることが可能である。充電モードの切り替え手法については、後述する。

第１の充電モードは、所定の充電速度で蓄電池１０の充電量を急速に（短時間で）増加させる充電処理を行うモードであり、「通常充電モード」や「急速充電モード」などと称されている。この第１の充電モードでは、例えば充電器４０が供給可能な最大電力などの一定の電力によって、蓄電速度を優先させた充電が実施される。一方、第２の充電モードは、上記第１の充電モードよりも遅い所定の充電速度で、蓄電池１０の充電量を緩やかに（時間をかけて）増加させる充電処理を行うモードであり、「押し込み充電モード」や「追加充電モード」などと称されている。この第２の充電モードでは、第１の充電モードよりも低い一定の電力や一定の電圧によって、過充電の回避を優先させた充電が実施される。

［制御］
次に、図２及び図３をさらに参照して、本発明の一実施形態に係る車両用充電システム１が実行する充電制御を説明する。図２は、本車両用充電システム１の充電制御部３０が実行する充電制御の処理手順を示すフローチャートである。図３は、蓄電池１０に対して実行される充電制御の一例を示す図である。なお、図３において、充電モードの切り替え（充電電流の増減）に伴って生じる蓄電池１０の内部抵抗による電圧降下変動分については、本発明の充電制御に対する影響を無視することができる微少なレベルであるため図示を省略している。

図２に示す充電制御は、例えば、充電器４０が車両（充電制御部３０）に接続されることなどによって開始される。

ステップＳ２１：充電制御部３０は、第１の充電モードによる蓄電池１０の充電量を急速に増加させる充電（以下「通常充電」という）を実施する（図３の時間ｔ０及びｔ２）。

ステップＳ２２：充電制御部３０は、通常充電によって、蓄電池１０の端子電圧Ｖが所定の第１の電圧Ｖ１を超えたか否かを判断する。この第１の電圧Ｖ１は、蓄電池１０が満充電電圧Ｖｍａｘ（満充電状態）となる手前の適切な電圧に設定することができる（Ｖ１＜Ｖｍａｘ）。一例として、第１の電圧Ｖ１は、満充電電圧Ｖｍａｘの９５％の値としてもよい。

端子電圧Ｖが第１の電圧Ｖ１を超えずに第１の電圧Ｖ１以下である間は（図２のステップＳ２２，Ｎｏ）、処理をステップＳ２１に戻して、第１の充電モードによる通常充電を継続する（図３のｔ０≦ｔ＜ｔ１及びｔ２≦ｔ＜ｔ３の期間）。一方、端子電圧Ｖが第１の電圧Ｖ１を超えた場合は（図２のステップＳ２２，Ｙｅｓ、図３の時間ｔ１及びｔ３）、処理をステップＳ２３に進める。

ステップＳ２３：端子電圧Ｖが第１の電圧Ｖ１を超えたので、充電制御部３０は、充電モードを第１から第２に切り替えて、第２の充電モードによる蓄電池１０の充電量を緩やかに増加させる充電（以下「押し込み充電」という）を実施する（図３の時間ｔ１及び時間ｔ３）。

ステップＳ２４：充電制御部３０は、押し込み充電中において何らかの原因により端子電圧Ｖが第１の電圧Ｖ１を下回わる状態が発生した場合に、蓄電池１０の端子電圧Ｖが所定の第２の電圧Ｖ２以下に低下していないか否かを判断する。押し込み充電中に端子電圧Ｖが低下する要因としては、例えば、蓄電池１０に接続された補機の動作によって電力が持ち出されたことなどが挙げられる。この第２の電圧Ｖ２は、上述した第１の電圧Ｖ１未満の任意の電圧に設定することができる（Ｖ２＜Ｖ１）。一例として、第２の電圧Ｖ２は、満充電電圧Ｖｍａｘの９０％の値としてもよい。

押し込み充電中に端子電圧Ｖが第２の電圧Ｖ２以下に低下した場合は（図２のステップＳ２４，Ｎｏ、図３の時間ｔ２）、処理をステップＳ２１に戻して、充電モードを第２から第１に切り替えて第１の充電モードによる通常充電を再び実施する（図３のｔ２≦ｔ＜ｔ３の期間）。一方、端子電圧Ｖが第２の電圧Ｖ２以下まで低下していない場合は（図２のステップＳ２４，Ｙｅｓ）、処理をステップＳ２５に進める。

ステップＳ２５：充電制御部３０は、押し込み充電中において、蓄電池１０の端子電圧Ｖが満充電電圧Ｖｍａｘに達したか否かを判断する。

押し込み充電中に蓄電池１０の端子電圧Ｖが満充電電圧Ｖｍａｘに達していない場合は（図２のステップＳ２５，Ｎｏ）、処理をステップＳ２３に戻して、第２の充電モードによる押し込み充電を継続する（図３のｔ１≦ｔ＜ｔ２及びｔ３≦ｔ＜ｔ４の期間）。一方、蓄電池１０の端子電圧Ｖが満充電電圧Ｖｍａｘに達した場合は（図２のステップＳ２５，Ｙｅｓ、図３の時間ｔ４）、本充電制御を終了する。

［本実施形態における作用・効果］
以上のように、本発明の一実施形態に係る車両用充電システム１及び充電制御方法によれば、蓄電池１０の端子電圧Ｖが第１の電圧Ｖ１を超えたことによって充電速度が速い第１の充電モードから充電速度が遅い第２の充電モードへ切り替えた後に、蓄電池１０の端子電圧Ｖが第１の電圧Ｖ１未満である第２の電圧Ｖ２以下に低下した場合には、蓄電池１０の端子電圧Ｖが再び第１の電圧Ｖ１に回復するまで充電速度が速い第１の充電モードでの充電を実施する。この制御によって、蓄電池１０の端子電圧Ｖが満充電電圧Ｖｍａｘに達するまでの充電時間を短縮することができる。

また、本実施形態に係る車両用充電システム１及び充電制御方法によれば、第１の充電モードから第２の充電モードへ切り替える条件である第１の電圧Ｖ１と第２の充電モードから第１の充電モードへ切り替える条件である第２の電圧Ｖ２とを異ならせているため、第１の電圧Ｖ１の近辺で充電モードが頻繁に切り替わってしまう現象が発生することを回避できる。

［応用例］
なお、上記実施形態で説明した充電制御では、押し込み充電中に端子電圧Ｖの低下が発生した場合、端子電圧Ｖが第２の電圧Ｖ２以下になるのを待ってから第２の充電モードを第１の充電モードに切り替える処理を行って（図２のステップＳ２４）、第１の電圧Ｖ１の近辺で充電モードが頻繁に切り替わる現象が生じてしまうことを回避している。しかしながら、第１の電圧Ｖ１の近辺で充電モードが頻繁に切り替わるおそれがなければ、図４のフローで示すように、端子電圧Ｖが第１の電圧Ｖ１以下になったことを検出した時点で（図４のステップＳ４２）、直ちに第２の充電モードを第１の充電モードに切り替えるようにしてもよい（すなわち、Ｖ１＝Ｖ２）。

また、上記実施形態で説明した充電器４０は、充電ケーブルを介してプラグイン充電を行う電源設備以外にも、例えば車両走行中の充電を実現する路面に埋設された非接触充電器としてもよい。

また、上記実施形態で説明した充電制御部３０が行う充電制御は、専用の回路によってハードウェア的に実現されてもよいし、プロセッサなどを含むコンピュータがメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）に格納された所定のプログラムを読み出して実行することによってソフトウェア的に実現されてもよい。

本発明の車両用充電システム及び充電制御方法は、蓄電池を備えた車両などに利用可能である。

１ 車両用充電システム
１０ 蓄電池
２０ 電圧検出部
３０ 充電制御部
４０ 充電器

Claims (3)

1. 蓄電池を充電する車両用充電システムであって、
   前記蓄電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、
   前記蓄電池の端子電圧に基づいて、所定の充電速度で充電を行う第１の充電モードと、当該第１の充電モードよりも遅い所定の充電速度で充電を行う第２の充電モードとを切り替えて、前記蓄電池の端子電圧が満充電電圧に達するまで前記蓄電池の充電を制御する充
   電制御部と、を備え、
   前記充電制御部は、
   充電の開始後、前記蓄電池の端子電圧が前記満充電電圧より低い所定の第１の電圧以下である間は、前記第１の充電モードで前記蓄電池を充電し、
   前記蓄電池の端子電圧が前記第１の電圧を超えた後は、前記第２の充電モードで前記蓄電池を充電し、
   前記第２の充電モードで前記蓄電池を充電中に前記蓄電池の端子電圧が前記第１の電圧以下である所定の第２の電圧以下に低下した場合は、前記蓄電池の端子電圧が前記第１の電圧に回復するまで前記第１の充電モードで前記蓄電池を充電する、
   ことを特徴とする、車両用充電システム。
2. 前記第２の電圧は、前記第１の電圧未満に設定されることを特徴とする、請求項１に記載の車両用制御システム。
3. 蓄電池を充電する車両用充電システムのコンピュータが実行する充電制御方法であって、
   充電の開始後、前記蓄電池の端子電圧が満充電電圧より低い所定の第１の電圧以下である間は、所定の充電速度による第１の充電モードで前記蓄電池を充電するステップと、
   前記蓄電池の端子電圧が前記第１の電圧を超えた後は、前記第１の充電モードよりも遅い所定の充電速度による第２の充電モードで前記蓄電池を充電するステップと、
   前記第２の充電モードで前記蓄電池を充電中に前記蓄電池の端子電圧が前記第１の電圧以下である所定の第２の電圧以下に低下した場合は、前記蓄電池の端子電圧が前記第１の電圧に回復するまで前記第１の充電モードで前記蓄電池を充電するステップと、を含む、
   ことを特徴とする、充電制御方法。

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