JP2019170136A - 充電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リチウムイオン二次電池を充電する際に、充電困難な可能性があればその原因を特定して適切な制御を実施する。【解決手段】充電制御装置１０は、リチウムイオン二次電池の電流積算値に基づいて第一充電率Ｃｉを算出する算出部１３と、この電池の充電中の第一充電率Ｃｉが満充電判定値Ｃｆ未満である場合に、電池の現在容量に対する充電可能な容量の割合を示す可能充電率Ｃｐに基づいて充電を継続するか否かを判定する判定部１４と、判定部１４による判定結果に基づいて電池の充電状態を制御する制御部１５と、を備える。可能充電率Ｃｐは、予め設定されており、電池温度Ｔが低いほど低くなる特性を持つ。【選択図】図２

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池（以下、単に「バッテリ」という）を充電する際に、充電困難な可能性があればその原因を特定して適切な制御を実施する充電制御装置に関し、特に車載バッテリの普通充電時に用いて好適である。

従来、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両では、車両駆動用のバッテリの充電率（ＳＯＣ，State of Charge）を精度よく算出するための様々な手法が開発されている。例えば、バッテリの充放電電流を積算して電池容量の増減変化を追跡することで、充電率を算出する手法がある。また、バッテリの開放電圧（ＯＣＶ，Open Circuit Voltage，開回路電圧）と充電率との関係を関数やマップ，テーブルの形で予め定義しておき、開放電圧の実測値や推定値から充電率を算出する手法も存在する。

前者の手法は電流積算方式や電流積分方式と呼ばれ、後者の手法は電圧推定方式やＯＣＶ法と呼ばれる。これらの手法は、車両の走行状態やバッテリの状態に応じて使い分けられ、あるいは併用されている（特許文献１参照）。例えば、ＯＣＶ法は開放電圧の値が安定しているときに精度よく算出可能であるという特徴があるため、通電中は電流積算方式を使用し、開放電圧の値が安定したときだけＯＣＶ法を使用することが考えられる。

特開２０１７−２２３５３７号公報

しかしながら、電流積算方式による充電率の算出精度は、電流値の検出精度に左右されるという特徴がある。そのため、この方式により算出した充電率を用いてバッテリを充電する場合、真の充電率よりも低い値として算出されると（すなわち算出した充電率に誤差があると）、算出した充電率に基づいて充電電流を制御したのでは、いつまで経っても満充電状態にならないという不具合が生じる。つまりこの場合、この不具合によって制御装置が「充電が困難な状況である」と誤認して、充電完了タイミングが遅延するという課題がある。

また、バッテリには、上記の課題とは別に、低温状態ではバッテリの内部抵抗が上昇して充電電流が少なくなるという特性がある。そのため、低温状態では充電が困難な状況となる。さらにバッテリには、低温状態では充電可能な容量（充電容量）が低下するという特性もある。このため、低温状態で充電した場合、制御装置が満充電に達したと判断して、それ以上の充電は困難である（すなわち充電が完了した）と認識しても、バッテリ温度が上昇して充電容量が上昇（回復）すると、バッテリを使用していないにもかかわらず充電率が低下するという現象が発生する。この場合、バッテリの充電状態を示す表示部（例えばセグメントディスプレイ）が、満充電状態を示す表示から変化するため、ユーザーに違和感を与えるという課題がある。

本件の充電制御装置は、このような課題に鑑み案出されたもので、リチウムイオン二次電池を充電する際に、充電困難な可能性があればその原因を特定して適切な制御を実施することを目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的である。

（１）ここで開示する充電制御装置は、リチウムイオン二次電池の電流積算値に基づいて第一充電率を算出する算出部と、前記電池の充電中の前記第一充電率が満充電判定値未満である場合に、前記電池の現在容量に対する充電可能な容量の割合を示す可能充電率に基づいて前記充電を継続するか否かを判定する判定部と、前記判定部による判定結果に基づき、前記電池の充電状態を制御する制御部と、を備え、前記可能充電率は、予め設定されており、前記電池の温度が低いほど低くなる特性を持つ。

（２）前記算出部は、前記電池の電圧値が安定している場合に前記電圧値に基づいて第二充電率を算出し、前記制御部は、前記判定部により前記充電を継続しないと判定されたら前記充電を一時停止するとともに、前記算出部で算出された前記第二充電率を取得することが好ましい。
（３）前記制御部は、前記判定部により前記充電を継続しないと判定された場合に、前記電池の電圧値が安定してから前記充電を一時停止することが好ましい。

（４）前記制御部は、前記第二充電率が前記満充電判定値未満であれば、前記第二充電率に応じた目標充電電流を設定して前記充電を再開し、前記第二充電率が前記満充電判定値以上であれば前記充電を終了することが好ましい。

（５）前記電池には、前記電池に対して遮断器を介して電気的に接続されるとともに前記電池の温度に応じて作動して前記電池を加温するヒータが付設されていることが好ましい。この場合、前記制御部は、前記判定部により前記充電を継続しないと判定された場合であって前記ヒータが作動している場合に、前記遮断器を切断状態とすることで前記充電を一時停止しつつ前記ヒータの作動状態を維持し、前記電池の電圧値が安定してから前記第二充電率を取得することが好ましい。

（６）前記制御部は、前記判定部により前記充電を継続すると判定された場合には、ユーザーに充電困難な状況であることを報知することが好ましい。
（７）前記制御部は、前記判定部により前記充電を継続すると判定された場合には、充電困難を示すインジケータを点灯させることで前記ユーザーに報知するとともに、前記充電の実施継続時間がタイムアウト時間に到達したら前記インジケータを点灯させたまま前記充電を終了することが好ましい。

（８）前記充電制御装置は、前記電池の温度と前記電池の劣化度と前記可能充電率との関係が規定された三次元マップを記憶した記憶部と、前記三次元マップに前記温度及び前記劣化度を適用して前記可能充電率を取得する取得部と、を備えていることが好ましい。

開示の充電制御装置によれば、リチウムイオン二次電池の温度であるバッテリ温度が低いほど低くなる特性を持つ可能充電率を用いることで、バッテリ温度と充電状態とを同時に判定でき、バッテリを充電する際に、充電困難な可能性があればその原因を特定して適切な制御を実施することができる。

実施形態に係る充電制御装置を備えた車両を例示する模式図である。 第一実施形態に係る充電制御装置及び車両の構成を示すブロック図である。 図２の充電制御装置の記憶部に記憶されたマップの一例である。 充電制御装置の記憶部に記憶されるマップの変形例である。 図２の充電制御装置で実施される制御内容を例示するフローチャートである。 第二実施形態に係る充電制御装置及び車両の構成を示すブロック図である。 図６の車両の構成を示すブロック図であり、（ａ）は普通充電中を示し、（ｂ）は充電終了直後の充電率推定時を示す。 図６の充電制御装置で実施される制御内容を例示するフローチャートである。 図８のサブフローチャートである。

図面を参照して、実施形態としての充電制御装置について説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。

［１．装置構成］
本実施形態の充電制御装置１０が適用された車両１を図１に例示する。この車両１は、少なくとも走行用のモータ２と、外部充電が可能な駆動用のリチウムイオン二次電池３（以下「バッテリ３」という）とを搭載した電動車両（電気自動車やプラグインハイブリッド車）である。モータ２は、電動機としての機能と発電機としての機能とを兼ね備えた電動発電機（モータ・ジェネレータ）である。

モータ２とバッテリ３との間にモータコントロールユニット４（以下「ＭＣＵ４」という）が介装される。ＭＣＵ４は、バッテリ３側の直流電力とモータ２側の交流電力とを相互に変換する変換器であるインバータを内蔵した電子制御装置である。例えば、モータ２の力行時には、バッテリ３側からモータ２側へと交流の駆動電力が供給される。一方、モータ２の回生時には、モータ２側からバッテリ３側へと直流の回生電力が供給される。

バッテリ３は、モータ２による回生電力の充電と、車両外部の電源による外部充電とが可能に構成された高電圧電源である。バッテリ３は、家庭用交流電源での充電（普通充電）や、高圧直流電源での充電（急速充電）が可能である。また、プラグインハイブリッド車の場合には、エンジン駆動の発電機で発生した電力の充電も可能とされる。車両１の側面には、車両１を外部給電設備に接続するための充電口（図示略）が設けられる。

車両１には、バッテリ３の電力で作動する機器として、車載充電器５及び空調装置６が設けられる。車載充電器５は、普通充電時に外部給電設備から入力される電力を変換してバッテリ３を充電する高電圧機器である。ここでは、車両１の外部から供給される交流電力が、バッテリ電圧に応じた所定の充電電圧の直流電力に変換され、バッテリ３が充電される。車載充電器５の作動状態は充電制御装置１０により制御される。空調装置６は、車室内の冷暖房時に使用される冷媒を圧送するためのコンプレッサと暖房時に使用するヒータとを含み、車室内の温度に応じて作動する。

バッテリ３とＭＣＵ４との間の高電圧回路上には、バッテリ３の入出力電流を検出する電流センサ１７と、バッテリ３の電圧を検出する電圧センサ１８とが設けられる。電流センサ１７は、バッテリ３から放電される電流とバッテリ３に充電される電流とのそれぞれに対応する検出信号を出力する。電圧センサ１８は、バッテリ３の正極に接続された導線と負極に接続された導線との間の電圧に対応する検出信号を出力する。電流センサ１７及び電圧センサ１８から出力される検出信号は、充電制御装置１０に伝達される。

また、バッテリ３の内部又は周囲には、バッテリ３の温度を検出する温度センサ１９が設けられる。本実施形態の温度センサ１９は、バッテリ３に内蔵される複数のセルの各温度（セル温度）を検出し、その代表値や平均値をバッテリ温度Ｔとして充電制御装置１０に出力する。また、車両１の車室内には、図１及び図２に示すように、バッテリ３の充電状態を表示する表示装置７が設けられる。本実施形態の表示装置７は、運転者から容易に視認できる位置に配置されており、車両１の普通充電中に充電が困難な状況であることを示すインジケータ７Ａと、充電率を示すセグメント７Ｂとを含む。インジケータ７Ａは充電困難な状況になると点灯する。セグメント７Ｂは複数の点灯部からなり、充電率が高くなるほど点灯数が増し、満充電時に全ての点灯部が点灯する。表示装置７（インジケータ７Ａ及びセグメント７Ｂの点灯，消灯）は、充電制御装置１０により制御される。

充電制御装置１０は、バッテリ３の充電に係る各種制御（以下「充電制御」という）を司る電子制御装置（コンピュータ）である。充電制御装置１０の内部には、バスを介して互いに接続されたプロセッサ，メモリ，インターフェイス装置等（いずれも図示略）が内蔵され、車両１に設けられた車載ネットワーク網の通信ラインに接続される。充電制御装置１０の入力側には上記のセンサ１７〜１９が接続され、充電制御装置１０の出力側には車載充電器５及び表示装置７が接続される。

プロセッサは、例えば制御ユニット（制御回路）や演算ユニット（演算回路），キャッシュメモリ（レジスタ）などを内蔵する処理装置である。また、メモリは、プログラムや作業中のデータが格納される記憶装置であり、ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発メモリなどを含む。制御装置３０で実施される制御の内容は、ファームウェアやアプリケーションプログラムとしてメモリに記録，保存されており、プログラムの実行時にはプログラムの内容がメモリ空間内に展開されプロセッサで実行される。なお、車両１には、充電制御装置１０とは別に、モータ２やＭＣＵ４等の車載機器を統合制御する制御装置（図示略）も搭載される。この制御装置も車載ネットワークの通信ラインに接続され、充電制御装置１０と通信可能とされる。

［２．制御概要］
充電制御装置１０は、バッテリ３の普通充電中に充電困難な状況の可能性があれば、その原因を特定して適切な制御を実施するものである。充電困難な状況としては、バッテリ３の温度が低い状態で普通充電を実施する場合が挙げられる。この場合、常温や高温での普通充電時と比較してバッテリ３の内部抵抗が上昇し、充電電流が少なくなるため、なかなか充電が進まないという状況（充電困難な状況）となる。

さらに、バッテリ３には、低温状態で充電容量が低下するという特性もある。このため、低温状態で満充電まで充電しても、バッテリ３の温度が上昇して充電容量が上昇（回復）すると、バッテリ３を使用していないにもかかわらず充電率が低下するという現象が発生する。すなわち、バッテリ３が低温かつ満充電に近い状態では、充電容量が低下する上になかなか充電が進まないという状況（充電困難な状況）となる。

また、上記と反対に、充電が略完了しているにもかかわらず「充電困難な状況」と誤判断されて、充電時間が長期化する場合がある。これは、真の充電率よりも低い値に算出された充電率を用いて充電電流を制御した場合である。すなわち、本来であれば「充電完了」と判断しなければならない状況にもかかわらず、充電率の算出誤差の影響によって「充電困難な状況」と誤判断される。

本実施形態の充電制御装置１０は、満充電に近い状態か否かを充電電流Ａｃに基づいて判定する。さらに、電流積算方式により算出された充電率Ｃｉ（以下「第一充電率Ｃｉ」という）と後述する可能充電率Ｃｐというパラメータとに基づいて「充電困難な状況」であるか否かを判断し、充電を継続するか否かを判定（決定）する。なお、充電電流Ａｃは、バッテリ３の充電中に電流センサ１７で検出された値である。

可能充電率Ｃｐは、以下の式１に示すように、バッテリ３の現在容量に対する充電可能な容量の割合を示す値であり、例えば図３及び図４に示すように、バッテリ温度Ｔが低いほど低くなる特性を持つ。式１中の分子の「充電可能な容量」は、バッテリ温度Ｔ及びバッテリ３の劣化度における満充電容量（その時点のバッテリ状態で充電ができる最大の容量）を意味する。一方、式１中の分母の「現在容量」は、バッテリ３の新品状態で条件のよい環境における満充電容量（新品かつ常温状態で充電した場合の最大の容量）を意味する。
可能充電率Ｃｐ＝（充電可能な容量[Ah]/現在容量[Ah]）×100[%] …式１

なお、可能充電率Ｃｐは、充電電流Ａｃが抑制電流Ａｓに達するまで充電可能な充電率ともいえる。この抑制電流Ａｓとは、バッテリ３の普通充電中（通電中）に電圧が安定する程度に小さな電流値であり、例えば0.1[A]〜1.0[A]である。図３及び図４に示すように、可能充電率Ｃｐは、バッテリ温度Ｔが高いときには100[%]となり、バッテリ温度Ｔが常温から低温に行くほど小さな値となる。なお、図３のマップではバッテリ温度Ｔと可能充電率Ｃｐとの関係が規定されており、図４のマップではさらにバッテリ３の劣化度（ＳＯＨ，State Of Health）が考慮されている。

つまり、これらのマップは、バッテリ３の充電中の温度が高い場合には、充電電流Ａｃが抑制電流Ａｓに達するまで充電したときの充電率が100[%]になることを表し、バッテリ３の充電中の温度が低いほど充電電流Ａｃがより早く抑制電流Ａｓに到達してしまい、十分な充電ができない（充電率が100[%]にならない）ことを表している。図４のマップはさらに、バッテリ３の劣化が進行しているほど（劣化度が低いほど）、低温状態での可能充電率Ｃｐが低下することを表している。これらのマップは予め充電制御装置１０に記憶されている。本実施形態では、図３のマップを用いる場合を説明する。

充電制御装置１０は、充電電流Ａｃに基づき満充電に近い状態であると判定した場合に、第一充電率Ｃｉが略満充電を示す判定値（例えば96[%]、以下「満充電判定値Ｃｆ」という）未満であれば、上記の「充電困難な状況」の可能性があると判断する。すなわち、電流値のみに基づけば満充電と判断可能である状況で充電率をチェックしたら、判断結果に矛盾が生じる（満充電と判定される充電率未満である）場合には、何らかの異常がある可能性が高い。この場合、充電制御装置１０は、可能充電率Ｃｐを所定の閾値Ｃｄ（例えば96[%]）と比較して、本当に充電が困難な状況になっているのか、あるいは、充電が困難な状況であると誤判定しているだけなのかを区別する。

上記の閾値Ｃｄは、充電が困難な状況であるか否かを判定するための判定値（充電困難判定値）であり、満充電判定値Ｃｆ以上の値に予め設定される（Ｃｄ≧Ｃｆ）。可能充電率Ｃｐが閾値Ｃｄに達していなければ、バッテリ３が低温状態であり充電容量が低下しているため、充電が困難な状況であると判定される。一方、可能充電率Ｃｐが閾値Ｃｄ以上であれば、第一充電率Ｃｉの算出誤差の影響を受けているだけであり、充電困難な状況ではないと判定される。前者の場合には充電が継続され、後者の場合には充電が継続されずに一時停止又は終了される。

［３．制御構成］
図２に示すように、充電制御装置１０には、上記の充電制御を実施するための機能要素として、記憶部１１，取得部１２，算出部１３，判定部１４及び制御部１５が設けられる。これらの要素は、電子回路（ハードウェア）によって実現してもよく、あるいはソフトウェアとしてプログラミングされたものとしてもよいし、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。

記憶部１１は、バッテリ温度Ｔ及び可能充電率Ｃｐの関係が規定された二次元マップ（例えば図３に示すマップ）や、バッテリ温度Ｔとバッテリ３の劣化度と可能充電率Ｃｐとの関係が規定された三次元マップ（例えば図４に示すマップ）を記憶している。
取得部１２は、上記の制御に用いられる各種情報を取得する。本実施形態の取得部１２は、電流センサ１７，電圧センサ１８，温度センサ１９から、バッテリ３の充放電電流（充電電流Ａｃ，放電電流），バッテリ３の電圧（閉回路電圧，開回路電圧），バッテリ温度Ｔを取得する。さらに取得部１２は、バッテリ温度Ｔを図３に示すマップに適用して可能充電率Ｃｐを取得する。

算出部１３は、公知の電流積算方式を用いてバッテリ３の第一充電率Ｃｉを算出する。すなわち、第一充電率Ｃｉは、バッテリ３の通電中に電流積算値に基づき算出される。また、本実施形態の算出部１３は、公知の電圧推定方式（ＯＣＶ法）を用いてバッテリ３の充電率Ｃｏ（以下「第二充電率Ｃｏ」という）を算出する。すなわち、第二充電率Ｃｏは、バッテリ３の電圧値が安定しているときにその電圧値に基づいて算出される。

本実施形態の算出部１３は、バッテリ３の充電中には第一充電率Ｃｉを算出し、充電完了間際において充電電流Ａｃが抑制電流Ａｓ未満である状態が所定の規定時間ｔｓ以上継続したら、電圧が安定したと判断して第二充電率Ｃｏを算出する。この規定時間ｔｓは、電圧が安定するのに必要と予想される時間であり、例えば30[分]〜60[分]に設定される。なお、算出部１３は、後述する制御部１５から、第二充電率Ｃｏの算出停止の指示を受けた場合には、第二充電率Ｃｏの算出は行わない。

判定部１４は、「充電困難な状況」を正しく判断するための判定を行う。まず、判定部１４は、バッテリ３の普通充電が完了間際であるか否かを充電電流Ａｃに基づき判定する。充電完了間際であれば、次いで、算出部１３で算出された第一充電率Ｃｉが満充電判定値Ｃｆ未満であるか否かを判定する。このとき、Ｃｉ≧Ｃｆであれば、電流値に基づく判定結果と充電率に基づく判定結果とに矛盾がないため、判定部１４はバッテリ３が満充電になったと判定する。

一方、Ｃｉ＜Ｃｆであれば、電流値に基づく判定結果と充電率に基づく判定結果とが矛盾するため、判定部１４は、可能充電率Ｃｐに基づいて充電を継続するか否かを判定する。具体的には、可能充電率Ｃｐを上記の閾値Ｃｄと比較し、Ｃｐ＜Ｃｄであれば充電困難な状況であると判断し、充電を継続すると判定する。一方、Ｃｐ≧Ｃｄであれば充電困難な状況ではないと判断し、充電を継続しないと判定する。

制御部１５は、判定部１４による判定結果に基づいて、バッテリ３の充電状態を制御する。具体的には、満充電になったと判定された場合には充電を終了し、充電を継続すると判定された場合には充電状態を維持する（充電を継続する）。本実施形態の制御部１５は、判定部１４により充電を継続すると判定された場合には、算出部１３に対して第二充電率Ｃｏの算出停止を指示するとともに、ユーザーに充電が困難な状況であることを報知する。前者は不要な演算処理を省略するためであり、後者はユーザーに現在の充電状態を認識させるためである。報知方法としては、例えばインジケータ７Ａの点灯，液晶画面への表示，音声やブザーやメロディー等を鳴らす方法が挙げられる。

本実施形態の制御部１５は、インジケータ７Ａの点灯によりユーザーへ報知するものとする。なお、本実施形態の制御部１５は、第一充電率Ｃｉに応じてセグメント７Ｂを点灯させる。また、制御部１５は、インジケータ７Ａを点灯させて充電を継続している時間が所定のタイムアウト時間ｔｈに達したら、インジケータ７Ａを点灯させたまま充電を終了する。タイムアウト時間ｔｈは、充電困難な状況で充電を継続する時間の最大値であり、例えば18[時間]〜20[時間]等に予め設定される。

すなわち、制御部１５は、充電困難な状況が続くなかで充電を継続して実施する場合には、その継続時間（実施継続時間）がタイムアウト時間ｔｈに達するか否かを判断する。なお、この場合、充電ガンが充電口に接続されているか否かも併せて判断する。そして、充電ガンが充電口から外されることなく継続時間がタイムアウト時間以上となったら、制御部１５はインジケータ７Ａを消灯せずに充電を終了することで、ユーザーが次に車両１を使用するときに、インジケータ７Ａの表示から前回の充電時に困難な状況であったことを認識できるようにする。

一方、制御部１５は、判定部１４により充電を継続しないと判定された場合には、バッテリ３の電圧値が安定してから充電を一時停止するとともに、算出部１３で算出された第二充電率Ｃｏを取得して、その値Ｃｏと満充電判定値Ｃｆと比較する。電圧が安定したか否かは、上記の通り、充電電流Ａｃが抑制電流Ａｓ未満である状態が規定時間ｔｓ以上継続したことを以って判断可能である。すなわち、制御部１５は、充電を継続しないと判定されたときには、算出部１３において第二充電率Ｃｏが算出されるように、電圧値が安定するのを待ってから充電を一時的に停止する。

制御部１５は、Ｃｏ≧Ｃｆであればその時点で充電を終了し、Ｃｏ＜Ｃｆであれば、第二充電率Ｃｏに応じた目標充電電流Ａｔを設定して充電を再開する。ここで設定される目標充電電流Ａｔは、バッテリ３を満充電状態にするために必要な電流値の目標である。つまり、制御部１５は、第一充電率Ｃｉが真の充電率よりも低く算出されている可能性がある場合に、一時的に充電を止め、満充電状態か否かを第二充電率Ｃｏに基づいて判断し、満充電状態でなければ第二充電率Ｃｏに応じた目標充電電流Ａｔによって充電を再開することで、バッテリ３を確実に満充電状態にする。なお、充電が再開され、判定部１４においてＣｉ≧Ｃｆであると判定されると、制御部１５は充電を終了する。

［４．フローチャート］
図５は、上記の充電制御装置１０で実施される制御手順を例示するフローチャートである。このフローチャートは、車両１の充電口に充電ガンが接続され、普通充電が開始された場合に所定の演算周期で実施される。なお、図５のフローチャートと並行して、算出部１３では、通電中に第一充電率Ｃｉが算出され、電圧が安定しているときに第二充電率Ｃｏが算出されるものとする。

ステップＸ１では、電流センサ１７及び温度センサ１９から充電電流Ａｃ及びバッテリ温度Ｔが取得され、ステップＸ３では充電電流Ａｃが抑制電流Ａｓ未満であるか否かが判定される。Ａｃ≧Ａｓであれば、充電完了間際ではないためステップＸ４０に進み、インジケータ７Ａを消灯状態とし、充電を継続して（ステップＸ４１）、このフローをリターンする。一方、Ａｃ＜Ａｓであれば、タイマーがオン状態とされる。すなわち、最初にステップＸ４に進んだ場合には、その時点でタイマーカウントが開始され、フローをリターンしてからステップＸ４に進んだ場合にはタイマーカウントが継続される。このタイマーは、抑制電流Ａｓ未満での充電状態が継続した時間を計測するものである。

ステップＸ５ではこの時点での第一充電率Ｃｉが取得され、ステップＸ６では第一充電率Ｃｉが満充電判定値Ｃｆ未満であるか否かが判定される。Ｃｉ≧Ｃｆであれば、バッテリ３が満充電状態であるためステップＸ３６に進み、充電が終了される（ステップＸ３６）。そして、インジケータ７Ａが消灯状態とされ（ステップＸ３７）、タイマーがオフ状態とされる（タイマーカウントが停止される）とともにリセットされ（ステップＸ３９）、このフローを終了する。

一方、ステップＸ６においてＣｉ＜Ｃｆであれば、バッテリ温度Ｔに応じた可能充電率Ｃｐがマップから取得され（ステップＸ７）、可能充電率Ｃｐが閾値Ｃｄ以上であるか否かが判定される（ステップＸ８）。Ｃｐ≧Ｃｄであれば、充電を継続しないと判定されるためステップＸ９に進み、インジケータ７Ａが消灯状態とされ、充電電流Ａｃが抑制電流Ａｓ未満での充電状態が規定時間ｔｓ以上継続したか否かが判定される（ステップＸ１１）。ステップＸ１１は電圧値が安定したか否かを判定するものであり、ここでは、ステップＸ４でスタートしたタイマーカウント値が規定時間ｔｓ以上であるか否かが判定される。ステップＸ１１の条件が成立するまで、この判定が繰り返し実施される。

電圧値が安定すると、ステップＸ１１からステップＸ１２に進み、充電が一時停止され、この時点での第二充電率Ｃｏが取得される（ステップＸ１３）。ステップＸ１４では第二充電率Ｃｏが満充電判定値Ｃｆ以上であるか否かが判定され、Ｃｏ≧Ｃｆであれば充電が終了され（ステップＸ１５）、タイマーカウントが停止されるとともにリセットされ（ステップＸ１６）、このフローを終了する。

一方、ステップＸ１４においてＣｏ＜Ｃｆであれば、第二充電率Ｃｏに応じた目標充電電流Ａｔを設定して充電を再開し（ステップＸ１７）、このフローをリターンする。この場合、次回以降の演算周期では、例えば、ステップＸ１７で設定された目標充電電流Ａｔが抑制電流Ａｓ以上であれば、ステップＸ３からステップＸ４０に進む。また、Ａｔ＜Ａｓである場合、第一充電率Ｃｉが満充電判定値Ｃｆ以上になればステップＸ６からステップＸ３６に進み、第二充電率Ｃｏが満充電判定値Ｃｆ以上になればステップＸ１４からステップＸ１５に進む。

また、ステップＸ８においてＣｐ＜Ｃｄであれば、充電を継続すると判定されるためステップＸ３０に進み、インジケータ７Ａが点灯状態とされ、算出部１３での第二充電率Ｃｏの算出を停止するよう指示される（ステップＸ３１）。ステップＸ３２では、充電困難な状況で実施している充電時間（実施継続時間）がタイムアウト時間ｔｈに達したか否かが判定される。ここでは、ステップＸ４でスタートしたタイマーカウント値がタイムアウト時間ｔｈ以上であるか否かが判定される。

タイムアウトになっていない場合はステップＸ３３に進み、充電ガンが接続されているか否かが判定され、この条件が成立する場合はこのフローをリターンする。この場合、次回以降の演算周期では、例えば、第一充電率Ｃｉが満充電判定値Ｃｆ以上となれば、ステップＸ６からステップＸ３６に進む。また、バッテリ温度Ｔが上昇し、可能充電率Ｃｐが閾値Ｃｄ以上となれば、ステップＸ８からステップＸ９に進む。これら以外の場合は、再びステップＸ３２の判定に進む。

一方、ステップＸ３２においてタイムアウトになったと判定された場合、又は、ステップＸ３３において充電ガンが外れたと判定された場合には、ステップＸ３４に進み、充電が終了され、タイマーカウントが停止されるとともにリセットされ（ステップＸ３５）、このフローを終了する。この場合、インジケータ７Ａの点灯状態は、次に本フローが開始されて、ステップＸ９，Ｘ３７又はＸ４０に進むまで維持される。

［５．作用，効果］
（１）上記の充電制御装置１０によれば、バッテリ温度Ｔが低いほど低くなる特性を持つ可能充電率Ｃｐを用いることで、バッテリ温度Ｔと充電状態とを同時に判定でき、バッテリ３を充電する際に、充電困難な可能性があればその原因を特定して適切な制御を実施することができる。

例えば、可能充電率Ｃｐが所定の閾値Ｃｄ未満であれば、満充電状態に近くても充電容量が低下していると判断して充電を継続することで、バッテリ３の充電状態を示す表示装置７のセグメント７Ｂが、満充電状態を示す表示から変化すること（いわゆるセグメント欠け）を防ぐことができ、ユーザーに違和感を与えることがない。一方、可能充電率Ｃｐが閾値Ｃｄ以上であれば充電を継続しないと判定することで、充電時間の長期化を防止できる。このように、可能充電率Ｃｐに基づき充電を継続するか否かを判定することで、適切な充電制御を実施できる。

（２）上記の充電制御装置１０によれば、可能充電率Ｃｐに基づき充電の継続が不要と判定された場合には、充電が一時停止されるとともに別の手法（ＯＣＶ法）で算出された第二充電率Ｃｏが取得されるため、電流積算方式により算出された第一充電率Ｃｉと併せて、第二充電率Ｃｏを判定や制御に用いることができ、充電制御の精度を高めることができる。
（３）上記の制御部１５は、判定部１４により充電を継続しないと判定された場合に、バッテリ３の電圧値が安定してから充電を一時停止するため、ＯＣＶ法による第二充電率Ｃｏの算出精度を高めることができ、充電制御の精度をより向上させることができる。

（４）上記の充電制御装置１０によれば、第二充電率Ｃｏが満充電判定値Ｃｆに達していなければ目標充電電流Ａｔが設定されて充電が再開される一方、第二充電率Ｃｏが満充電判定値Ｃｆ以上であれば充電が終了されるため、バッテリ３を適切に満充電状態にすることができるとともに、充電時間の長期化を防止できる。

（５）上記の充電制御装置１０によれば、充電困難な状況であることがユーザーに報知されるため、低温によるバッテリ３の充電容量の低下に起因して充電が困難な状況であることをユーザーが認識できる。これにより、例えばユーザーが、充電ガンを接続したままにしたり充電環境温度を高める処置をしたりすることができるため、バッテリ３を満充電状態に近付けやすくなる。また、ユーザーに報知することで違和感を与えることもなく、利便性を向上させることができる。

（６）上記の充電制御装置１０では、充電困難を示すインジケータ７Ａを点灯させることでユーザーに報知するため、ユーザーが容易に状況を認識できる。さらに、充電困難な状況で充電を継続した時間がタイムアウト時間ｔｈに到達したらインジケータ７Ａを点灯させたまま充電が終了されるため、できる限り満充電状態に近付けることができるとともに、ユーザーが充電困難な状況であったことを、次回の使用時にも認識でき、利便性を高めることができる。

［６．変形例］
図６に示すように、上述したバッテリ３に、バッテリ温度Ｔに応じて作動するヒータ８が付設されていてもよい。図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、ヒータ８は、バッテリ３に対して遮断器９を介して電気的に接続され、バッテリ温度Ｔが低い場合に作動してバッテリ３を加温する。このように、ヒータ８及び遮断器９を備えている場合の構成及び制御内容について、図６〜図９を用いて説明する。

なお、図６は図２のブロック図に対応するブロック図であり、太枠で示す要素のみが図２と異なる。また、図８及び図９は図５のフローチャートに対応するフローチャートであり、太枠で示すステップのみが図５と異なる。以下の説明では、異なる要素及びステップについて詳述し、重複する説明は省略する。

図６に示すように、充電制御装置１０の出力側には、車載充電器５及び表示装置７に加えて、ヒータ８及び遮断器９が接続される。図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、遮断器９は高電圧回路を断接する機能を持ったスイッチやコンタクタであり、充電制御装置１０によりその断接状態が制御される。図７（ａ）に示すように遮断器９が接続状態とされると、バッテリ３が高電圧回路と接続され、バッテリ３の電力を空調装置６やヒータ８が使用できるとともに、外部からの電力をバッテリ３に充電可能となる。

一方、図７（ｂ）に示すように遮断器９が切断状態とされると、バッテリ３が高電圧回路から切断され、バッテリ３への通電が遮断される。また、この場合、外部充電中であれば、外部の電力によってヒータ８等の作動が可能である。なお、ここでは、充電制御装置１０以外の電子制御装置によってヒータ８の作動状態が制御されるものとする。ヒータ８は、例えば、バッテリ温度Ｔが第一所定値Ｔ１以下の低温状態であるときにオン状態となり、バッテリ温度Ｔが第一所定値Ｔ１よりも高い第二所定値Ｔ２以上になるとオフ状態となる。

本変形例では、充電制御装置１０の制御部１５が、バッテリ温度Ｔに応じて作動するヒータ８の状態を取得する（図８のステップＺ２）。さらに制御部１５は、判定部１４により充電を継続しないと判定された場合であって（図８のステップＺ８のＹｅｓルート，図５のステップＸ８のＹｅｓルートと同様）、ヒータ８が作動している場合には（図９のステップＺ１０のＮｏルート）、遮断器９を切断状態とする（ステップＺ１８）。なお、ステップＺ１０では、車載充電器５以外の高電圧機器（図６の例では、ＭＣＵ４，空調装置６，ヒータ８）が停止しているか否かが判定されるため、ＭＣＵ４又は空調装置６が作動している場合にもステップＺ１０からステップＺ１８に進み、図７（ｂ）に示すように、高電圧回路が切断される（ステップＺ１８）。

高電圧回路が切断されることで、バッテリ３への電力供給が物理的に遮断されるため、電圧値が安定しやすくなる。さらに、ヒータ８が作動中であれば、図７（ｂ）に示すように、ヒータ８は外部電力によって作動し続けるため、バッテリ３が加温される。制御部１５は、バッテリ温度Ｔを取得して（ステップＺ１９）、この温度Ｔが所定の温度閾値Ｔｄ以上であるか否かを判定する（ステップＺ２０）。この温度閾値Ｔｄは、バッテリ３の充電容量が低下していないと見做せる温度に予め設定されている。なお、温度閾値Ｔｄは、例えばヒータ８が作動を開始する温度（上記の第一所定値Ｔ１）よりも高い値とされる。

ヒータ８が作動中の場合、ステップＺ２０の条件はいずれ成立し、ステップＺ２１に進む。また、ヒータ８以外の高電圧機器が作動している場合には、ステップＺ２０の条件は成立するため、ステップＺ２１に進む。ステップＺ２１では、バッテリ３の電圧が安定する時間が経過したか否かが判定される。この条件が不成立であれば、ステップＺ１９に戻り、同様の処理と判定が繰り返される。一方、電圧が安定する時間が経過すれば、上記のステップＸ１３，Ｘ１４と同様に、第二充電率Ｃｏが取得されるとともに（ステップＺ２３）、Ｃｏ≧Ｃｆを満たすか否かが判定される（ステップＺ２４）。

Ｃｏ≧Ｃｆであれば、ステップＺ２５に進んで充電が停止され、ヒータ８が作動していれば停止され（ステップＺ２６）、タイマーカウントが停止されるとともにリセットされ（ステップＺ２７）、このフローを終了する。一方、Ｃｏ＜Ｃｆであれば、遮断器９が接続状態とされて（ステップＺ２８）、上記のステップＸ１７と同様に目標充電電流Ａｔが設定されてから充電が再開される（ステップＺ２９）。なお、制御部１５は、第一充電率Ｃｉが満充電判定値Ｃｆ以上であれば、充電を終了して（ステップＺ３６）、インジケータ７を消灯状態に制御するとともに、ヒータ８が作動していればその作動を停止させる（ステップＺ３８）。

このように、本変形例に係る充電制御装置１０では、制御部１５が、判定部１４により充電を継続しないと判定された場合であってヒータ８が作動している場合に、遮断器９を切断状態とすることで充電を一時停止しつつヒータ８の作動状態を維持し、バッテリ３の電圧値が安定してから第二充電率Ｓｏを取得する。本変形例のようにヒータ８が付設されている場合には、このヒータ８の作動によって可能充電率Ｃｐが閾値Ｃｄ以上になる可能性がある。このため、遮断器９を切断状態にして充電を一時停止し、ヒータ８は作動させたまま電圧が安定するのを待つことで、第二充電率Ｃｏの算出精度を高めることができ、充電制御の精度をより向上させることができる。

［７．その他］
上記実施形態では、図３に示す二次元マップを使用する場合を説明したが、図４に示す三次元マップを使用してもよい。この場合、バッテリ３の劣化度を公知の手法により推定する推定部を設け、取得部１２がバッテリ温度Ｔ及び推定された劣化度を三次元マップに適用することで可能充電率Ｃｐを取得すればよい。バッテリ３の充電容量はその劣化度によっても変化することから、可能充電率Ｃｐの取得に際し劣化度を考慮する構成であれば、判定精度をより高めることができる。

また、上記のフローチャートは一例である。例えば、図５のフローチャートのステップＸ３６，３７，３９の順番を入れ替えてもよいし、ステップＸ１５，１６やステップＸ３４，３５の順番を入れ替えてもよい。同様に、図８及び図９に示すフローチャートも一例であり、例えば、ステップＺ３６〜３９の順番を入れ替えてもよいし、ステップＺ２５〜２７の順番を入れ替えてもよい。また、ユーザーへの報知をインジケータ７Ａの点灯以外の手法で行う場合には、ステップＸ３０及びステップＺ３０の「インジケータ７を点灯状態とする」という処理に代えて、音声やブザー等で報知すればよい。この場合、ステップＸ９等の「インジケータ７を消灯状態とする」という処理は省略すればよい。

なお、上述の実施形態では、車両１に搭載されたバッテリ３の充電に係る制御を実施する充電制御装置１０を説明したが、充電制御装置１０の制御対象は車載のバッテリ３に限らず、例えば非常用電源設備や電子機器に内蔵されるリチウムイオン二次電池を家庭用電源で充電する際に同様の制御を実施してもよい。

１ 車両
２ モータ
３ バッテリ（リチウムイオン二次電池）
４ ＭＣＵ（モータコントロールユニット）
５ 車載充電器
６ 空調装置
７ 表示装置
７Ａ インジケータ
７Ｂ セグメント
８ ヒータ
９ 遮断器
１０ 充電制御装置
１１ 記憶部
１２ 取得部
１３ 算出部
１４ 判定部
１５ 制御部
１７ 電流センサ
１８ 電圧センサ
１９ 温度センサ
Ａｃ 充電電流
Ａｓ 抑制電流
Ａｔ 目標充電電流
Ｃｄ 閾値
Ｃｆ 満充電判定値
Ｃｉ 第一充電率
Ｃｏ 第二充電率
Ｃｐ 可能充電率
Ｔ バッテリ温度
Ｔｄ 温度閾値
ｔｈ タイムアウト時間
ｔｓ 規定時間

Claims (8)

1. リチウムイオン二次電池の電流積算値に基づいて第一充電率を算出する算出部と、
   前記電池の充電中の前記第一充電率が満充電判定値未満である場合に、前記電池の現在容量に対する充電可能な容量の割合を示す可能充電率に基づいて前記充電を継続するか否かを判定する判定部と、
   前記判定部による判定結果に基づき、前記電池の充電状態を制御する制御部と、を備え、
   前記可能充電率は、予め設定されており、前記電池の温度が低いほど低くなる特性を持つ
   ことを特徴とする、充電制御装置。
2. 前記算出部は、前記電池の電圧値が安定している場合に前記電圧値に基づいて第二充電率を算出し、
   前記制御部は、前記判定部により前記充電を継続しないと判定されたら前記充電を一時停止するとともに、前記算出部で算出された前記第二充電率を取得する
   ことを特徴とする、請求項１記載の充電制御装置。
3. 前記制御部は、前記判定部により前記充電を継続しないと判定された場合に、前記電池の電圧値が安定してから前記充電を一時停止する
   ことを特徴とする、請求項２記載の充電制御装置。
4. 前記制御部は、前記第二充電率が前記満充電判定値未満であれば、前記第二充電率に応じた目標充電電流を設定して前記充電を再開し、前記第二充電率が前記満充電判定値以上であれば前記充電を終了する
   ことを特徴とする、請求項２又は３記載の充電制御装置。
5. 前記電池には、前記電池に対して遮断器を介して電気的に接続されるとともに前記電池の温度に応じて作動して前記電池を加温するヒータが付設され、
   前記制御部は、前記判定部により前記充電を継続しないと判定された場合であって前記ヒータが作動している場合に、前記遮断器を切断状態とすることで前記充電を一時停止しつつ前記ヒータの作動状態を維持し、前記電池の電圧値が安定してから前記第二充電率を取得する
   ことを特徴とする、請求項４記載の充電制御装置。
6. 前記制御部は、前記判定部により前記充電を継続すると判定された場合には、ユーザーに充電困難な状況であることを報知する
   ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の充電制御装置。
7. 前記制御部は、前記判定部により前記充電を継続すると判定された場合には、充電困難を示すインジケータを点灯させることで前記ユーザーに報知するとともに、前記充電の実施継続時間がタイムアウト時間に到達したら前記インジケータを点灯させたまま前記充電を終了する
   ことを特徴とする、請求項６記載の充電制御装置。
8. 前記電池の温度と前記電池の劣化度と前記可能充電率との関係が規定された三次元マップを記憶した記憶部と、
   前記三次元マップに前記温度及び前記劣化度を適用して前記可能充電率を取得する取得部と、を備えた
   ことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の充電制御装置。

Images