JP2021083137A - 充電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電欠状態に陥った電池を充電する際に、電池状態に応じた適切な充電制御を行う。【解決手段】電池監視装置５００は、電動車両に搭載された高圧電池の充電を制御する充電制御装置として機能する。電池監視装置５００は、高圧電池の電圧を計測するセル電圧計測部５２０と、セル電圧計測部５２０による高圧電池の電圧の計測結果に基づいて、高圧電池の状態に対応する電池状態が第１の状態（劣化状態）、第２の状態（過放電状態）または第３の状態（通常電欠状態）のいずれであるかを判定する電池状態判定部５１１と、電池状態判定部５１１による電池状態の判定結果に基づいて、高圧電池の充電方法を切り替える充電指示部５１２と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、電池の充電を制御する充電制御装置に関する。

近年、電池に充電された電力を用いて走行用モータを駆動させることで走行可能な電気自動車等の電動車両が広く利用されている。こうした電動車両では、電池の放電が進んで電欠状態に陥ると走行不能になるため、走行可能な状態へと安全かつ速やかに復帰できるような充電方法が望まれている。

電池が電欠状態に陥った場合の充電方法に関して、下記の特許文献１が知られている。特許文献１には、交流入力電圧を整流して倍電圧に昇圧するためのコンデンサを有する倍電圧整流回路部と、直流入力電圧を交流電圧に変換して所定の電圧レベルに昇圧し、上記倍電圧整流回路部のコンデンサに常時交流電圧を印加する変換回路部と、モータへ駆動電力を供給するための主バッテリと上記倍電圧整流回路部との間に介装され、上記主バッテリを充電しないときには、上記主バッテリと上記倍電圧整流回路部とを切り離し、上記主バッテリを充電するとき、上記主バッテリと上記倍電圧整流回路部とを接続する開閉部とを備えた電気自動車のバッテリ充電装置が開示されている。

特開２０００−２９９９０２号公報

電気自動車において走行用モータの駆動に広く利用されているリチウムイオン電池は、電欠状態で長期間放置されると、通常よりも放電が進んだ過放電状態となり、通常時よりも低電流での充電が必要になることがある。また、過放電状態から放電がさらに進むと電池が劣化し、充電が不可能になることもある。しかしながら、特許文献１に記載のバッテリ充電装置では、電欠状態に陥った電池を充電する際に、こうした電池状態の違いを考慮した適切な充電制御を行うことができない。

本発明による充電制御装置は、電動車両に搭載された電池の充電を制御するものであって、前記電池の電圧を計測する電圧計測部と、前記電圧計測部による前記電池の電圧の計測結果に基づいて、前記電池の状態に対応する電池状態が第１の状態、第２の状態または第３の状態のいずれであるかを判定する電池状態判定部と、前記電池状態判定部による前記電池状態の判定結果に基づいて、前記電池の充電方法を切り替える充電指示部と、を備える。

本発明によれば、電欠状態に陥った電池を充電する際に、電池状態に応じた適切な充電制御を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る無線給電システムの構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る受電装置の構成例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る無線給電システムの通常充電時の処理フローを示す図である。 本発明の一実施形態に係る電池監視装置の機能ブロック図である。 高圧電池を電欠状態から復帰させる際の充電制御の処理フローの一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る充電制御装置の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る無線給電システム１の構成を示す図である。図１に示す無線給電システム１は、電気自動車等の車両への無線給電において利用されるものであり、車両付近の地上側に設置された送電装置１００と、車両側にそれぞれ搭載された受電装置２００、高圧電池３００、負荷４００および電池監視装置５００とを有する。

送電装置１００は、送電制御部１１０、通信部１２０、交流電源１３０、電力変換部１４０および一次コイルＬ１を備える。送電制御部１１０は、通信部１２０および電力変換部１４０の動作を制御することで、送電装置１００全体の制御を行う。

通信部１２０は、送電制御部１１０の制御により、受電装置２００が備える通信部２２０との間で無線通信を行う。この通信部１２０と通信部２２０の無線通信により、無線給電の際に必要な各種情報が送電装置１００と受電装置２００の間で交換される。たとえば、一次コイルＬ１に流れる交流電流の周波数、すなわち一次コイルＬ１から放出される交流磁界の周波数等の情報が、通信部１２０から通信部２２０に送信される。また、高圧電池３００の充電状態（ＳＯＣ）や劣化状態、充電時の許容電流等の情報が、通信部２２０から通信部１２０に送信される。

交流電源１３０は、たとえば商用電源であり、所定の交流電力を電力変換部１４０に供給する。電力変換部１４０は、送電制御部１１０の制御により、交流電源１３０から供給された交流電力を用いて所定の周波数および電流値の交流電流を一次コイルＬ１に出力する。一次コイルＬ１は、車両の下に位置する地上側に設置されており、電力変換部１４０から流される交流電流に応じた交流磁界を車両に向けて空中に放出する。これにより、車両への無線給電を行う。

受電装置２００は、受電制御部２１０、通信部２２０、交流電流検出部２３０、駆動制御部２４０、電力変換部２５０、二次コイルＬ２、共振コイルＬｘおよび共振コンデンサＣｘを備える。共振コイルＬｘおよび共振コンデンサＣｘは、二次コイルＬ２に接続されており、二次コイルＬ２とともに共振回路を構成する。この共振回路の共振周波数は、二次コイルＬ２および共振コイルＬｘがそれぞれ有するインダクタンスと、共振コンデンサＣｘが有する静電容量値とに応じて決定される。なお、共振コイルＬｘおよび共振コンデンサＣｘはそれぞれ複数の素子により構成されていてもよい。また、共振コイルＬｘの一部または全部を二次コイルＬ２のインダクタンスで代用してもよい。

受電制御部２１０は、通信部２２０および駆動制御部２４０の動作を制御することで、受電装置２００全体の制御を行う。通信部２２０は、受電制御部２１０の制御により、送電装置１００が備える通信部１２０との間で無線通信を行い、送電装置１００と受電装置２００の間で交換される前述のような各種情報を送受信する。通信部２２０が受信した一次コイルＬ１に流れる交流電流の周波数等の情報は、通信部２２０から受電制御部２１０に出力される。

交流電流検出部２３０は、一次コイルＬ１から放出された交流磁界を二次コイルＬ２が受けることで二次コイルＬ２を含む共振回路に流れる交流電流を検出する。そして、検出した交流電流に応じて周波数と振幅がそれぞれ変化する交流電圧を発生させ、駆動制御部２４０に出力する。駆動制御部２４０は、交流電流検出部２３０から入力された交流電圧に基づいて、共振回路に流れる交流電流の周波数や大きさを取得することができる。

駆動制御部２４０は、受電制御部２１０の制御により、電力変換部２５０が有する複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する。このとき駆動制御部２４０は、交流電流検出部２３０が検出した共振回路に流れる交流電流に基づいて、各スイッチング素子のスイッチング動作のタイミングを変化させる。なお、スイッチング動作のタイミングを変化させる具体的な方法は後述する。

電力変換部２５０は、複数のスイッチング素子を有しており、複数のスイッチング素子をそれぞれスイッチング動作させることで、共振回路に流れる交流電流を制御するとともに整流し、交流電力から直流電力への変換を行う。電力変換部２５０には、リレー６１１、６１２を介して充放電可能な高圧電池３００が接続されており、電力変換部２５０から出力される直流電力を用いて高圧電池３００が充電される。リレー６１１、６１２は、電力変換部２５０と高圧電池３００の間を導通または遮断するためのものであり、不図示の車両制御装置によって切り替え状態が制御される。なお、電力変換部２５０と高圧電池３００の間には、高圧電池３００への入力電圧を平滑化するための平滑コンデンサＣ０も接続されている。

高圧電池３００には、リレー６１３、６１４を介して負荷４００が接続される。負荷４００は、高圧電池３００に充電された直流電力を利用して、車両の動作に関する様々な機能を提供する。負荷４００には、たとえば車両駆動用の交流モータや、高圧電池３００の直流電力を交流電力に変換して交流モータに供給するインバータなどが含まれる。リレー６１３、６１４は、高圧電池３００と負荷４００の間を導通または遮断するためのものであり、リレー６１１、６１２と同様に、不図示の車両制御装置によって切り替え状態が制御される。なお、リレー６１４は高圧電池３００と負荷４００を接続した際に流れる突入電流を抑制するためのプリチャージリレーであり、プリチャージ抵抗Ｒｐが直列に接続されている。

高圧電池３００と負荷４００の間には、コンバータ６１５が接続されている。コンバータ６１５は低圧電池６１６と接続されており、高圧電池３００から出力された直流電力を降圧して低圧電池６１６に供給することで、低圧電池６１６を充電する。なお、上記とは反対に、低圧電池６１６から出力された直流電力を昇圧して高圧電池３００に供給することで、高圧電池３００を充電できるようにしてもよい。低圧電池６１６は、高圧電池３００よりも低圧の直流電力を車両に搭載された不図示の補機類等に供給するものであり、一端側がコンバータ６１５に接続され、他端側が車両のフレームグランドＦＧに接続されている。

無線給電システム１において、高圧電池３００は、たとえばリチウムイオン電池を用いた複数の電池セルを組み合わせて構成される。一方、低圧電池６１６は、たとえば鉛蓄電池を用いて構成される。ただし、充放電可能な二次電池であり、低圧電池６１６よりも高電圧の直流電力を高圧電池３００が出力できれば、高圧電池３００、低圧電池６１６をそれぞれどのような構成としてもよい。

次に、図１の無線給電システム１のうち、受電装置２００の詳細について説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る受電装置２００の構成例を示す図である。

図２に示すように、交流電流検出部２３０は、たとえばトランスＴｒを用いて構成される。一次コイルＬ１から放出された交流磁界による磁束が二次コイルＬ２と鎖交すると、二次コイルＬ２に起電力が生じ、二次コイルＬ２を含む共振回路に交流電流ｉが流れる。この交流電流ｉがトランスＴｒの一次側コイルに流れると、トランスＴｒの二次側コイルの両端に、交流電流ｉに応じて周波数と振幅がそれぞれ変化する交流電圧Ｖｇが発生する。これにより、交流電流検出部２３０は交流電流ｉの検出を行うことができる。なお、共振回路に流れる交流電流ｉを検出できるものであれば、トランスＴｒ以外のものを用いて交流電流検出部２３０を構成してもよい。

電力変換部２５０は、直列接続された２つのＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ１、Ｑ２を有する。ＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２は、駆動制御部２４０からのゲート駆動信号に応じて、ソース−ドレイン間を導通状態から切断状態へ、または切断状態から導通状態へと切り替えるスイッチング動作をそれぞれ行う。このスイッチング動作により、ＭＯＳトランジスタＱ１を上アームのスイッチング素子として機能させるとともに、ＭＯＳトランジスタＱ２を下アームのスイッチング素子として機能させることができる。ＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２間の接続点Ｏと、ＭＯＳトランジスタＱ２のソース端子には、二次コイルＬ２を含む共振回路がそれぞれ接続されている。そのため、ＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２をそれぞれ適切なタイミングでスイッチング動作させることで、共振回路に流れる交流電流ｉの制御および整流を行うことができる。

なお、図２では２つのＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２をスイッチング素子として用いたハーフブリッジ構成の電力変換部２５０を例示したが、４つのＭＯＳトランジスタをスイッチング素子として用いたフルブリッジ構成の電力変換部２５０としてもよい。以下では図２に示したハーフブリッジ構成の電力変換部２５０による動作例を説明するが、フルブリッジ構成とした場合でも基本的な動作は同様である。

駆動制御部２４０は、電圧取得部２４１、駆動信号生成部２４３およびゲート駆動回路２４４を有する。

電圧取得部２４１は、交流電流検出部２３０（トランスＴｒ）から出力される交流電圧Ｖｇを取得し、駆動信号生成部２４３に出力する。

駆動信号生成部２４３には、電圧取得部２４１が取得した交流電圧Ｖｇに加えて、受電制御部２１０から基本駆動信号Ｓｒが入力される。基本駆動信号Ｓｒは、駆動制御部２４０から電力変換部２５０に出力されてＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２のスイッチング動作を制御するゲート駆動信号の元となる交流信号であり、その周波数は送電装置１００の一次コイルＬ１に流れる電流の周波数に応じて決定される。具体的には、通信部２２０は、送電装置１００の一次コイルＬ１に流れる交流電流の周波数ｆを表す情報を通信部１２０から受信すると、これを受電制御部２１０に出力する。受電制御部２１０は、通信部２２０から周波数ｆの情報が入力されると、この周波数ｆに応じた基本駆動信号Ｓｒを生成し、駆動制御部２４０に出力する。なお、基本駆動信号Ｓｒは、たとえばＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２にそれぞれ対応する２つの矩形波の組み合わせであり、オン（導通状態）に対応するＨレベルと、オフ（切断状態）に対応するＬレベルとが、周波数ｆで交互に繰り返される。ただし、ＭＯＳトランジスタＱ１とＱ２が同時にオンとならないように、２つの矩形波におけるＨレベルの間には所定の保護期間が設けられる。

駆動信号生成部２４３は、電圧取得部２４１から入力された交流電圧Ｖｇに基づいて、受電制御部２１０から入力された基本駆動信号Ｓｒの位相を調整し、充電駆動信号Ｓｃを生成する。そして、生成した充電駆動信号Ｓｃをゲート駆動回路２４４に出力する。

ゲート駆動回路２４４は、駆動信号生成部２４３から入力された充電駆動信号Ｓｃに基づくゲート駆動信号をＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２のゲート端子へそれぞれ出力し、ＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２をそれぞれスイッチング動作させる。これにより、電力変換部２５０において、ＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２がスイッチング素子としてそれぞれ機能し、一次コイルＬ１から放出された交流磁界に応じて共振回路に流れる交流電流ｉの制御や、交流電力から直流電力への変換が行われる。

本実施形態の受電装置２００は、以上説明したような動作を行うことにより、送電装置１００から無線給電を受けて高圧電池３００を充電することができる。

次に、無線給電システム１を用いた通常充電時の無線給電の流れについて説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る無線給電システム１の通常充電時の処理フローを示す図である。受電装置２００、高圧電池３００および負荷４００を搭載した車両が所定の充電位置に駐車されると、無線給電システム１において図３の処理フローが開始される。

ステップＳ１０では、地上側の送電装置１００から車両側の受電装置２００に対して、充電の問い合わせを行う。ここでは、たとえば送電装置１００の通信部１２０から受電装置２００の通信部２２０へ所定の通信メッセージを送信することにより、充電の問い合わせを行う。

ステップＳ２０では、ステップＳ１０で充電の問い合わせを受けた受電装置２００から送電装置１００に対して、充電時における高圧電池３００の許容電流を通知する。このとき受電装置２００は、たとえば予め測定した高圧電池３００の充電状態や劣化状態に基づいて許容電流を決定し、その許容電流の値を示す情報を、通信部２２０から送電装置１００の通信部１２０へ送信する。なお、充電が不要な場合は、その旨を受電装置２００から送電装置１００へ通知してもよい。この場合、ステップＳ３０以降の処理は実行されずに、図３の処理フローが終了する。

ステップＳ３０では、送電装置１００において電流量を決定し、受電装置２００への送電を開始する。このとき送電装置１００は、ステップＳ２０で受電装置２００から通知された許容電流に対応する出力電流値と、自身の定格電流値とを比較し、いずれか小さい方を選択して電流量を決定する。そして、送電制御部１１０により電力変換部１４０を制御して、決定した電流量に応じた交流電流を一次コイルＬ１に流すことで、一次コイルＬ１に交流磁界を発生させて送電を開始する。なお、このときさらに、一次コイルＬ１に流れる交流電流の周波数ｆを表す情報を通信部１２０から受電装置２００の通信部２２０へ送信することで、受電装置２００の受電制御部２１０において、周波数ｆに応じた前述の基本駆動信号Ｓｒを生成できるようにすることが好ましい。あるいは、ステップＳ１０で充電の問い合わせを行う際に、送電装置１００から受電装置２００へ周波数ｆを通知してもよい。

ステップＳ４０では、受電装置２００において、一次コイルＬ１から放出された交流磁界を受けて二次コイルＬ２を含む共振回路に流れる交流電流ｉに応じて、電力変換部２５０の駆動制御処理を行う。ここでは、駆動制御部２４０の各部において前述のような処理をそれぞれ実施することで、送電装置１００から受電した交流電流に応じた電力変換部２５０の駆動制御を行う。これにより、定電流（ＣＣ）モードで高圧電池３００の充電を実施する。

ステップＳ５０では、受電装置２００において、高圧電池３００の充電状態（ＳＯＣ）が所定の値、たとえば８０％以上になったか否かを判定する。その結果、ＳＯＣが８０％未満であれば、ステップＳ４０の駆動制御処理を繰り返し、ＳＯＣが８０％以上になったら、定電流モードから定電圧（ＣＶ）モードに移行してステップＳ６０に進む。

ステップＳ６０では、受電装置２００から送電装置１００に対して、現在の高圧電池３００の充電状態に応じた充電電流を通知する。このとき受電装置２００は、現在の高圧電池３００の充電状態に基づいて、ステップＳ２０で通知した許容電流よりも小さな値で充電電流を決定し、その充電電流の値を示す情報を、通信部２２０から送電装置１００の通信部１２０へ送信する。

ステップＳ７０では、受電装置２００において、ステップＳ４０と同様の駆動制御処理を行うことにより、定電圧（ＣＶ）モードで高圧電池３００の充電を実施する。

ステップＳ８０では、受電装置２００において、高圧電池３００の充電状態（ＳＯＣ）が満充電の１００％に達したか否かを判定する。その結果、ＳＯＣが１００％未満であれば、ステップＳ６０に戻って高圧電池３００の充電を継続し、ＳＯＣが１００％に達したらステップＳ９０に進む。

ステップＳ９０では、高圧電池３００の充電を終了する。ここでは、たとえば受電装置２００の通信部２２０から送電装置１００の通信部１２０へ所定の通信メッセージを送信することにより、送電停止を指示する。送電装置１００では、この送電停止指示に応じて一次コイルＬ１への通電を遮断することで、送電を停止する。送電装置１００からの送電が停止されたら、受電装置２００において電力変換部２５０の動作を停止することで、高圧電池３００の充電を終了する。

ステップＳ９０で高圧電池３００の充電を終了したら、図３の処理フローを終了する。これにより、無線給電システム１の無線給電が完了する。

次に、高圧電池３００が電欠状態に陥った場合の無線給電システム１の動作について説明する。高圧電池３００や低圧電池６１６は、負荷４００や補機類への電力供給を続けて残容量が低下すると、それ以上は放電できない状態に陥る。このような状態は電欠状態と呼ばれる。また、高圧電池３００や低圧電池６１６は未使用状態でも自己放電により残容量が徐々に低下するため、高圧電池３００や低圧電池６１６を長期間に渡って充電せずに放置したときにも、電欠状態に陥る場合がある。

低圧電池６１６が電欠状態に陥った場合、低圧電池６１６を新品に交換するか、高圧電池３００が使用可能であれば、高圧電池３００からの直流電力をコンバータ６１５で降圧して低圧電池６１６を充電することで、低圧電池６１６を使用可能な状態へと復帰させることができる。一方、高圧電池３００が電欠状態に陥った場合、一般的に高圧電池３００は容易に交換可能な構造とはなっていないため、高圧電池３００を使用可能な状態へと復帰させるには、無線給電システム１を用いて送電装置１００から受電装置２００へと無線給電を行い、高圧電池３００を充電する必要がある。

ここで、高圧電池３００が電欠状態に陥ったままで長期間放置されると、通常よりも放電が進んだ過放電状態となり、通常時よりも低い電流での充電が必要になることがある。また、過放電状態から放電がさらに進むと電池が劣化し、充電が不可能となることもある。このように、電欠状態に陥った高圧電池３００を充電する際には、その電池状態を考慮して充電制御を行う必要がある。本実施形態の無線給電システム１は、こうした電欠状態にある高圧電池３００の電池状態に応じた充電制御を、主に電池監視装置５００を用いて実現している。すなわち、電池監視装置５００は、電欠状態の高圧電池３００の充電を制御する充電制御装置として機能する。

以下では図４、図５を参照して、電欠状態に陥った高圧電池３００の充電制御について説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る電池監視装置５００の機能ブロック図である。図５は、高圧電池３００を電欠状態から復帰させる際の充電制御の処理フローの一例を示す図である。

なお、低圧電池６１６が使用可能であり、かつコンバータ６１５が低圧電池６１６から出力された直流電力を昇圧可能なものである場合は、低圧電池６１６を用いて高圧電池３００を充電することにより、電欠状態にある高圧電池３００を使用可能な状態へと復帰させることも考えられる。しかしながら、以下に説明する充電制御では、送電装置１００から受電装置２００へと無線給電を行うことで高圧電池３００の充電を行うことを前提としており、低圧電池６１６を用いて高圧電池３００を充電する場合については除外する。

図４の機能ブロック図は、電欠状態に陥った高圧電池３００の充電制御を行うための電池監視装置５００の機能ブロックを示している。図４に示すように、電池監視装置５００は、演算処理部５１０、セル電圧計測部５２０、絶縁診断部５３０、記録部５４０および出力部５５０の各機能ブロックを有する。演算処理部５１０は、たとえばＣＰＵにおいて所定のプログラムを実行することで実現され、電池状態判定部５１１および充電指示部５１２を含む。また、セル電圧計測部５２０、絶縁診断部５３０および出力部５５０は、それぞれ任意のハードウェア構成を用いて実現され、記録部５４０は、たとえばフラッシュメモリ等の不揮発型のメモリを用いて実現される。

セル電圧計測部５２０は、高圧電池３００の電圧を計測し、その計測結果を演算処理部５１０へ出力する。セル電圧計測部５２０は、高圧電池３００の電圧を計測する際には、高圧電池３００を構成する複数の電池セルの各々についてセル電圧の計測を行う。そして、計測した各セル電圧を演算処理部５１０へ出力する。

絶縁診断部５３０は、演算処理部５１０の指示に応じて、無線給電システム１における車両側の高圧系統の絶縁性を診断する。絶縁診断部５３０が絶縁性の診断を行う車両側の高圧系統とは、リレー６１１〜６１４を介して高圧電池３００に接続される無線給電システム１の各部分であり、たとえば電力変換部２５０、負荷４００、コンバータ６１５や、これらの間の配線などを含む。具体的には、たとえば電力変換部２５０とリレー６１１の間の配線や、負荷４００とリレー６１３、６１４の間を接続している配線に対して、所定のパルス信号を入力し、このときの当該配線とフレームグランドＦＧ間のインピーダンスを計測する。その結果、インピーダンスが無限大のままで変化しなければ、フレームグランドＦＧに対して車両側の高圧系統の絶縁性が確保されていると判断する。一方、パルス信号の入力に応じてインピーダンスが変化する場合は、車両側の高圧系統からフレームグランドＦＧへのリークが生じており、車両側の高圧系統の絶縁性が確保されていないと判断する。

演算処理部５１０において、電池状態判定部５１１は、セル電圧計測部５２０による高圧電池３００の電圧の計測結果、すなわち各セル電圧の計測結果に基づいて、充電前の高圧電池３００の状態（電池状態）を判定する。このとき電池状態判定部５１１は、各セル電圧の計測結果により、電欠状態に陥った充電前の高圧電池３００が劣化状態、過放電状態、通常電欠状態のいずれの電池状態であるかを判定する。なお、電池状態判定部５１１による具体的な電池状態の判定方法については、後で図５の処理フローを参照して説明する。

演算処理部５１０において、充電指示部５１２は、電池状態判定部５１１による電池状態の判定結果に基づいて、高圧電池３００の充電方法を切り替える。このとき充電指示部５１２は、前述の３種類の電池状態、すなわち劣化状態、過放電状態、通常電欠状態のそれぞれについて、互いに異なる方法により高圧電池３００の充電を行うように、受電装置２００に対して充電指示を行う。充電指示部５１２からの充電指示は、出力部５５０により受電装置２００へ出力される。

記録部５４０は、演算処理部５１０の制御に応じて様々な情報を記録する。記録部５４０に記録される情報には、セル電圧計測部５２０による高圧電池３００の電圧計測結果などが含まれる。記録部５４０に記録された情報は、必要に応じて演算処理部５１０により読み出され、演算処理部５１０が行う処理や演算において利用される。

次に、図５のフローチャートに従って、電欠状態に陥った高圧電池３００の充電制御の流れについて説明する。

ステップＳ１１０では、高圧電池３００が電欠状態に陥ったか否かを判定する。ここでは、たとえばセル電圧計測部５２０により高圧電池３００の電圧を計測し、計測した電圧が所定値未満であれば、高圧電池３００が電欠状態に陥ったと判定する。このとき、高圧電池３００の電圧から高圧電池３００のＳＯＣを算出し、ＳＯＣが所定値未満となったときに高圧電池３００が電欠状態に陥ったと判定してもよい。ステップＳ１１０で高圧電池３００が電欠状態に陥ったと判定したら、次のステップＳ１２０に処理を進める。

ステップＳ１２０では、リレー６１１〜６１４を全てオフにし、高圧電池３００を電力変換部２５０および負荷４００から電気的に切断する。ここでは、たとえば電池監視装置５００の演算処理部５１０の処理により、リレー６１１〜６１４を全てオフにする指令を出力部５５０から不図示の車両制御装置へ出力することで、リレー６１１〜６１４をオフに切り替える。

ステップＳ１３０では、セル電圧計測部５２０により、高圧電池３００の各セル電圧を計測する。このときには、ステップＳ１２０でリレー６１１〜６１４がオフにされているため、高圧電池３００に電流が流れていない。したがって、ステップＳ１３０において計測される各セル電圧は、高圧電池３００が電欠状態に陥ったときの各電池セルのＯＣＶ（Open Circuit Voltage）を表している。ステップＳ１３０で高圧電池３００の各セル電圧を計測したら、その計測結果を記録部５４０に記録してステップＳ１４０に進む。

ステップＳ１４０では、高圧電池３００の電欠状態からの復帰を開始するか否かを判定する。ここではたとえば、高圧電池３００とともに電欠状態に陥った低圧電池６１６が充電済みの新品に交換され、かつ受電装置２００が送電装置１００からの無線給電を受電可能な所定の充電位置に車両が駐車されたときに、高圧電池３００の電欠状態からの復帰を開始すると判定する。ステップＳ１４０で高圧電池３００の電欠状態からの復帰を開始すると判定したら、次のステップＳ１５０に処理を進める。

ステップＳ１５０では、セル電圧計測部５２０により、高圧電池３００の各セル電圧を計測する。このときもステップＳ１３０と同様に、ステップＳ１２０でリレー６１１〜６１４がオフにされているため、高圧電池３００に電流が流れていない。したがって、ステップＳ１５０において計測される各セル電圧は、現在、すなわち電欠状態からの復帰開始時の各電池セルのＯＣＶを表している。

ステップＳ１６０では、電池状態判定部５１１により、高圧電池３００における劣化セルの有無を判定する。ここでは、ステップＳ１３０で記録部５４０に記録された高圧電池３００が電欠状態に陥ったときの各電池セルのＯＣＶと、ステップＳ１５０で計測した現在の各電池セルのＯＣＶとを、電池セルごとに比較する。その結果、いずれか少なくとも一つの電池セルにおけるこれらのＯＣＶの差が所定の劣化判定値、たとえば０．５Ｖ以上であれば、長期間の放置によって当該電池セルに電極の組成変化、膨潤、腐食等の充電不可能な劣化が生じていると判断し、当該電池セルを劣化セルと判定する。ただし、ＯＣＶの差が劣化判定値未満であっても、他の電池セルと比べてＯＣＶの差が大きく乖離している電池セルがある場合は、当該電池セルを劣化セルと判定してもよい。ステップＳ１６０で劣化セルありと判定した場合は、高圧電池３００が劣化状態にあると判断してステップＳ２２０に進み、劣化セルなしと判定した場合はステップＳ１７０に進む。

ステップＳ１７０では、電池状態判定部５１１により、高圧電池３００における過放電セルの有無を判定する。ここでは、ステップＳ１５０で計測した現在の各電池セルのＯＣＶを所定の過放電判定値、たとえば３Ｖと比較する。その結果、いずれか少なくとも一つの電池セルにおけるＯＣＶの値が過放電判定値未満であれば、長期間の放置によって当該電池セルに充放電不可能な劣化は生じていないものの、当該電池セルは過放電状態にあるものと判断し、当該電池セルを過放電セルと判定する。ステップＳ１７０で過放電セルありと判定した場合は、高圧電池３００が過放電状態にあると判断してステップＳ１８０に進み、過放電セルなしと判定した場合は、高圧電池３００が通常電欠状態にあると判断してステップＳ２４０に進む。

ステップＳ１７０で高圧電池３００が過放電状態にあると判定してステップＳ１８０に進んだ場合、ステップＳ１８０では、電池状態判定部５１１により、高圧電池３００が充電可能であるか否かを判定する。ここでは、ステップＳ１７０で判定した過放電セルのＯＣＶを所定の充電可能判定値、たとえば２Ｖと比較する。その結果、当該過放電セルのＯＣＶの値が充電可能判定値以上であれば、高圧電池３００が充電可能と判定してステップＳ１９０に進み、充電可能判定値未満であれば、高圧電池３００が充電不可能と判定してステップＳ２２０に進む。なお、上記の充電可能判定値は、２Ｖ以外にも高圧電池３００の特性に応じて任意の値を設定可能であるが、少なくともステップＳ１７０の判定で用いられる過放電判定値よりも低い値が設定される。

ステップＳ１７０で高圧電池３００が過放電状態にあると判定し、ステップＳ１８０で高圧電池３００が充電可能と判定してステップＳ１９０に進んだ場合、ステップＳ１９０では、絶縁診断部５３０により、無線給電システム１における車両側の高圧系統の絶縁性診断を実施する。その結果、車両側の高圧系統の絶縁性が確認できた場合は、ステップＳ２００で高圧電池３００の充電側にあるリレー６１１、６１２をオフからオンに切り替えた後、ステップＳ２１０では充電指示部５１２により、通常充電時よりも低い所定の充電電流による低電流充電開始指示を受電装置２００に送信する。ステップＳ２１０で低電流充電開始指示を受電装置２００に送信したら、図５の処理フローを終了する。なお、ステップＳ１９０で車両側の高圧系統の絶縁性が確認できなかった場合は、ステップＳ２００以降の処理を実施せずに図５の処理フローを終了する。

ステップＳ２１０で電池監視装置５００から送信された低電流充電開始指示を受電装置２００が受信すると、受電装置２００は送電装置１００に対して、通常時よりも一次コイルＬ１に流れる交流電流を低下させるように指示する。その後は、図３の処理フローで説明した通常充電時と同様の手順により、送電装置１００からの無線給電を受けて高圧電池３００の充電を行う。これにより、電欠状態にある高圧電池３００が充電されて電欠状態から復帰することができる。

ステップＳ１６０で高圧電池３００が劣化状態にあると判定してステップＳ２２０に進んだ場合、または、ステップＳ１７０で高圧電池３００が過放電状態にあると判定し、ステップＳ１８０で高圧電池３００が充電不可能と判定してステップＳ２２０に進んだ場合、ステップＳ２２０では、ステップＳ１２０でオフにしたリレー６１１〜６１４をそのままオフ状態に維持する。続くステップＳ２３０では、充電指示部５１２により、高圧電池３００の充電を禁止する充電停止指示と、その要因を表す要因情報とを受電装置２００に送信する。要因情報にはたとえば、高圧電池３００の電池状態に対する判定結果が劣化状態と過放電状態のいずれであるかを示す情報や、高圧電池３００における劣化セルまたは過放電セルの個数を示す情報などを含めることができる。ステップＳ２３０で充電停止指示および要因情報を受電装置２００に送信したら、図５の処理フローを終了する。

ステップＳ２３０で電池監視装置５００から送信された充電停止指示を受電装置２００が受信すると、受電装置２００は送電装置１００に対して、一次コイルＬ１からの交流磁界の放出を実施しないように指示する。これにより、電欠状態の高圧電池３００が劣化状態または充電不可能な過放電状態にある場合は、高圧電池３００の充電を禁止することができる。

ステップＳ１７０で高圧電池３００が通常電欠状態にあると判定してステップＳ２４０に進んだ場合、ステップＳ２４０では、絶縁診断部５３０により、無線給電システム１における車両側の高圧系統の絶縁性診断を実施する。その結果、車両側の高圧系統の絶縁性が確認できた場合は、ステップＳ２５０で高圧電池３００の充電側にあるリレー６１１、６１２をオフからオンに切り替えた後、ステップＳ２６０では充電指示部５１２により、通常充電時と同じ充電電流による通常充電開始指示を受電装置２００に送信する。ステップＳ２６０で通常充電開始指示を受電装置２００に送信したら、図５の処理フローを終了する。なお、ステップＳ２４０で車両側の高圧系統の絶縁性が確認できなかった場合は、ステップＳ２５０以降の処理を実施せずに図５の処理フローを終了する。

ステップＳ２６０で電池監視装置５００から送信された通常充電開始指示を受電装置２００が受信すると、受電装置２００は送電装置１００に対して、通常時と同様の交流電流を一次コイルＬ１に流すように指示する。その後は、図３の処理フローで説明した通常充電時と同様の手順により、送電装置１００からの無線給電を受けて高圧電池３００の充電を行う。これにより、電欠状態にある高圧電池３００が充電されて電欠状態から復帰することができる。

以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）電池監視装置５００は、電動車両に搭載された高圧電池３００の充電を制御する充電制御装置として機能する。電池監視装置５００は、高圧電池３００の電圧を計測するセル電圧計測部５２０と、セル電圧計測部５２０による高圧電池３００の電圧の計測結果に基づいて、高圧電池３００の状態に対応する電池状態が第１の状態（劣化状態）、第２の状態（過放電状態）または第３の状態（通常電欠状態）のいずれであるかを判定する電池状態判定部５１１と、電池状態判定部５１１による電池状態の判定結果に基づいて、高圧電池３００の充電方法を切り替える充電指示部５１２と、を備える。このようにしたので、電欠状態に陥った高圧電池３００を充電する際に、電池状態に応じた適切な充電制御を行うことができる。

（２）電池監視装置５００は、高圧電池３００が電欠状態になったときにセル電圧計測部５２０により計測された高圧電池３００の電圧を記録する（ステップＳ１３０）記録部５４０をさらに備える。電池状態判定部５１１は、記録部５４０に記録された高圧電池３００の電圧と現在の高圧電池３００の電圧との差が所定の劣化判定値以上である場合、電池状態が第１の状態（劣化状態）であると判定する（ステップＳ１６０：Ｙｅｓ）。充電指示部５１２は、電池状態が第１の状態であると電池状態判定部５１１が判定した場合、高圧電池３００の充電を禁止する（ステップＳ２２０、Ｓ２３０）。このようにしたので、高圧電池３００が充電に適さない電池状態にある場合は、危険な充電が行われるのを防止することができる。

（３）高圧電池３００は、複数の電池セルを組み合わせて構成されている。セル電圧計測部５２０は、ステップＳ１３０、Ｓ１５０において、複数の電池セルの各々の電圧を計測する。電池状態判定部５１１は、ステップＳ１６０において、複数の電池セルのうち少なくとも一つの電池セルについて記録部５４０に記録された電圧と現在の電圧との差が劣化判定値以上である場合、電池状態が第１の状態（劣化状態）であると判定する。このようにしたので、複数の電池セルを組み合わせて構成された高圧電池３００について、電池状態が第１の状態に該当するか否かを適切に判定することができる。

（４）電池状態判定部５１１は、高圧電池３００の電圧が所定の過放電判定値未満である場合、電池状態が第２の状態（過放電状態）であると判定する（ステップＳ１７０：Ｙｅｓ）。充電指示部５１２は、電池状態が第２の状態であると電池状態判定部５１１が判定した場合、高圧電池３００の充電を制限する（ステップＳ１８０〜Ｓ２３０）。具体的には、電池状態判定部５１１は、電池状態が第２の状態であると判定した場合、高圧電池３００の電圧が過放電判定値よりも低い所定の充電可能判定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１８０）。充電指示部５１２は、電池状態が第２の状態であり、かつ高圧電池３００の電圧が充電可能判定値以上であると電池状態判定部５１１が判定した場合（ステップＳ１８０：Ｙｅｓ）には、通常充電時の電流よりも小さい所定の低電流で高圧電池３００を充電させる（ステップＳ２１０）。一方、電池状態が第２の状態であり、かつ高圧電池３００の電圧が充電可能判定値未満であると電池状態判定部５１１が判定した場合（ステップＳ１８０：Ｎｏ）には、高圧電池３００の充電を禁止する（ステップＳ２２０、Ｓ２３０）。このようにしたので、高圧電池３００の電池状態に応じて、充電可能な場合は適切な充電電流により充電を行い、充電不可能な場合は危険な充電が行われるのを防止することができる。

（５）高圧電池３００は、複数の電池セルを組み合わせて構成されている。セル電圧計測部５２０は、ステップＳ１５０において、複数の電池セルの各々の電圧を計測する。電池状態判定部５１１は、ステップＳ１７０において、複数の電池セルのうち少なくとも一つの電池セルの電圧が過放電判定値未満である場合、電池状態が第２の状態（過放電状態）であると判定する。このようにしたので、複数の電池セルを組み合わせて構成された高圧電池３００について、電池状態が第２の状態に該当するか否かを適切に判定することができる。

（６）電池状態判定部５１１は、電池状態が第１の状態および第２の状態のいずれでもないと判定した場合、電池状態が第３の状態（通常電欠状態）であると判定する（ステップＳ１７０：Ｎｏ）。充電指示部５１２は、電池状態が第３の状態であると電池状態判定部５１１が判定した場合、高圧電池３００の充電を許可する（ステップＳ２４０〜Ｓ２６０）。このようにしたので、高圧電池３００の電池状態に応じて、通常時と同様に充電可能な場合は適切な充電電流により充電を行うことができる。

（７）高圧電池３００は、地上側に設置された一次コイルＬ１から放出される交流磁界を受けて無線給電される受電装置２００と接続されることで充電される。受電装置２００は、二次コイルＬ２と、二次コイルＬ２に接続されて所定の共振周波数を有する共振回路を二次コイルＬ２とともに構成する共振要素である共振コイルＬｘおよび共振コンデンサＣｘと、複数のスイッチング素子であるＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２を有し、ＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２をそれぞれスイッチング動作させることで、二次コイルＬ２が交流磁界を受けて共振回路に流れる交流電流ｉを制御する電力変換部２５０とを備える。このようにしたので、無線給電により高圧電池３００を充電することができる。

なお、以上説明した実施形態において、駆動制御部２４０や電池監視装置５００が有する各構成要素は、マイクロコンピュータ等で実行されるソフトウェアにより実現してもよいし、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアにより実現してもよい。また、これらを混在して使用してもよい。

上記実施形態では、電気自動車等の車両への無線給電において利用される無線給電システム１を説明したが、車両への無線給電用に限らず、他の用途の無線給電システムに本発明を適用してもよい。また、無線給電ではなく、電線を用いた有線給電により高圧電池３００を充電する場合でも、本発明の適用が可能である。

以上説明した実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１ 無線給電システム
１００ 送電装置
１１０ 送電制御部
１２０ 通信部
１３０ 交流電源
１４０ 電力変換部
２００ 受電装置
２１０ 受電制御部
２２０ 通信部
２３０ 交流電流検出部
２４０ 駆動制御部
２４１ 電圧取得部
２４３ 駆動信号生成部
２４４ ゲート駆動回路
２５０ 電力変換部
３００ 高圧電池
４００ 負荷
５００ 電池監視装置
５１０ 演算処理部
５１１ 電池状態判定部
５１２ 充電指示部
５２０ セル電圧計測部
５３０ 絶縁診断部
５４０ 記録部
５５０ 出力部
６１１，６１２，６１３，６１４ リレー
６１５ コンバータ
６１６ 低圧電池
Ｌ１ 一次コイル
Ｌ２ 二次コイル
Ｌｘ 共振コイル
Ｃｘ 共振コンデンサ
Ｔｒ トランス
Ｑ１，Ｑ２ ＭＯＳトランジスタ

Claims (8)

1. 電動車両に搭載された電池の充電を制御する充電制御装置であって、
   前記電池の電圧を計測する電圧計測部と、
   前記電圧計測部による前記電池の電圧の計測結果に基づいて、前記電池の状態に対応する電池状態が第１の状態、第２の状態または第３の状態のいずれであるかを判定する電池状態判定部と、
   前記電池状態判定部による前記電池状態の判定結果に基づいて、前記電池の充電方法を切り替える充電指示部と、を備える充電制御装置。
2. 請求項１に記載の充電制御装置において、
   前記電池が電欠状態になったときに前記電圧計測部により計測された前記電池の電圧を記録する記録部をさらに備え、
   前記電池状態判定部は、前記記録部に記録された前記電池の電圧と現在の前記電池の電圧との差が所定の劣化判定値以上である場合、前記電池状態が前記第１の状態であると判定し、
   前記充電指示部は、前記電池状態が前記第１の状態であると前記電池状態判定部が判定した場合、前記電池の充電を禁止する充電制御装置。
3. 請求項２に記載の充電制御装置において、
   前記電池は、複数の電池セルを組み合わせて構成されており、
   前記電圧計測部は、前記複数の電池セルの各々の電圧を計測し、
   前記電池状態判定部は、前記複数の電池セルのうち少なくとも一つの電池セルについて前記記録部に記録された電圧と現在の電圧との差が前記劣化判定値以上である場合、前記電池状態が前記第１の状態であると判定する充電制御装置。
4. 請求項１に記載の充電制御装置において、
   前記電池状態判定部は、前記電池の電圧が所定の過放電判定値未満である場合、前記電池状態が前記第２の状態であると判定し、
   前記充電指示部は、前記電池状態が前記第２の状態であると前記電池状態判定部が判定した場合、前記電池の充電を制限する充電制御装置。
5. 請求項４に記載の充電制御装置において、
   前記電池状態判定部は、前記電池状態が前記第２の状態であると判定した場合、前記電池の電圧が前記過放電判定値よりも低い所定の充電可能判定値以上であるか否かを判定し、
   前記充電指示部は、
   前記電池状態が前記第２の状態であり、かつ前記電池の電圧が前記充電可能判定値以上であると前記電池状態判定部が判定した場合には、通常充電時の電流よりも小さい所定の低電流で前記電池を充電させ、
   前記電池状態が前記第２の状態であり、かつ前記電池の電圧が前記充電可能判定値未満であると前記電池状態判定部が判定した場合には、前記電池の充電を禁止する充電制御装置。
6. 請求項４または５に記載の充電制御装置において、
   前記電池は、複数の電池セルを組み合わせて構成されており、
   前記電圧計測部は、前記複数の電池セルの各々の電圧を計測し、
   前記電池状態判定部は、前記複数の電池セルのうち少なくとも一つの電池セルの電圧が前記過放電判定値未満である場合、前記電池状態が前記第２の状態であると判定する充電制御装置。
7. 請求項１に記載の充電制御装置において、
   前記電池状態判定部は、前記電池状態が前記第１の状態および前記第２の状態のいずれでもないと判定した場合、前記電池状態が前記第３の状態であると判定し、
   前記充電指示部は、前記電池状態が前記第３の状態であると前記電池状態判定部が判定した場合、前記電池の充電を許可する充電制御装置。
8. 請求項１に記載の充電制御装置において、
   前記電池は、地上側に設置された一次コイルから放出される交流磁界を受けて無線給電される受電装置と接続されることで充電され、
   前記受電装置は、
   二次コイルと、
   前記二次コイルに接続されて所定の共振周波数を有する共振回路を前記二次コイルとともに構成する共振要素と、
   複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子をそれぞれスイッチング動作させることで、前記二次コイルが前記交流磁界を受けて前記共振回路に流れる交流電流を制御する電力変換部と、を備える充電制御装置。

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