JP7314666B2

JP7314666B2 - 充電制御装置

Info

Publication number: JP7314666B2
Application number: JP2019127878A
Authority: JP
Inventors: 将弘西山; 健司塚岸; 貴久兼子
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-07-09
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2023-07-26
Anticipated expiration: 2039-07-09
Also published as: CN112208369B; US11664672B2; CN112208369A; JP2021013285A; US20210013728A1

Description

本発明は、バッテリの充電処理を制御するための充電制御装置に関する。

特許文献１には、車両の車体外面に形成され、該車体外面に開口する開口を有し、内部に給油口又は充電口の少なくとも一方が配置される凹部と、前記開口を開閉するリッドと、前記リッドが開いた際に前記開口と前記リッドとの間の上方又は側方の少なくとも一方を覆うカバーと、を具備し、前記カバーは、前記車両に搭載された電源からの通電により発熱するヒータを有するということが記載されている。

特許第６５１５４８９号（特開２０１６－０８８２５２号）公報

上記特許文献１では、例えば冬季の夜中等に前記車両に搭載しているバッテリを充電する場合、前記車両の使用に伴う前記バッテリの使用予定時刻よりも早い時刻に満充電レベルに到達させるように充電すると、前記使用予定時刻には前記バッテリの温度が低下して充放電性能が低くなる可能性がある。

また、上記特許文献１では、外気温が所定温度以下の場合、充電処理が終了してから車両始動までの間に前記カバーが凍結し、車両始動時に充電口に差し込んだ充電ガンを前記充電口から取り外せなくなる可能性がある。

本発明は、外気温が所定温度以下の場合においてバッテリの使用時に当該バッテリの充放電性能を可及的に高める状態にすることを可能とする充電制御装置の提供を目的としている。

本発明は、外部電源からバッテリへの充電処理を制御するための充電制御装置であって、外気温が所定温度以下であるか否かを判定する外気温判定部と、この外気温判定部で所定温度以下であると判定した場合、前記バッテリの使用予定時刻を認識または推定可能であるか否かを判定する使用予定時刻判定部と、この使用予定時刻判定部で可能であると判定した場合、前記バッテリを満充電レベルより低い所定充電レベルに到達させるように充電する前期充電処理部と、この前期充電処理の実行後において前記使用予定時刻よりも所定時間前から前記使用予定時刻まで前記バッテリを満充電レベルに到達させるように充電する後期充電処理部と、を含むことを特徴としている。

この構成では、外気温が所定温度以下の場合に、前記バッテリの使用予定時刻まで当該バッテリを充電させるようにしているから、前記バッテリを使用する時刻には、前記充電に伴い発生する熱でもって前記バッテリが昇温されていることになる。

これにより、外気温が所定温度以下であっても、前記バッテリを使用する際に、当該バッテリの充放電性能を可及的に高めた状態にすることが可能になる。

特に、前記充電を前期と後期とに分けているから、前記使用予定時刻までに前記バッテリを満充電レベルに到達させることを確実にしながら、当該充電に伴い発生する熱でもって前記バッテリを昇温させることが可能になる。

また、上記充電制御装置は、前記バッテリの充電口に取り外し可能に接続される充電コネクタと前記外部電源の電源ソケットに取り外し可能に接続される電源プラグとを有する充電ケーブルに設けられている構成とすることができる。

この構成では、外気温が所定温度以下の場合、前記バッテリを使用する時刻には、前記充電に伴い発生する熱でもって前記バッテリが昇温されていることになるだけでなく、前記バッテリの充電口および前記充電ケーブルの充電コネクタも昇温されていることになる。

これにより、外気温が所定温度以下であっても、前記バッテリを使用する時刻においては、当該バッテリの充放電性能を可及的に高めた状態にすることが可能になるとともに、前記バッテリの充電口に前記充電コネクタが接続されたままの状態で凍結してしまうといった不具合の発生を回避できるようになる等、前記バッテリの使用時に前記凍結を氷解させる手間を省くことが可能になる。

したがって、本発明の充電制御装置を電動車両に搭載されるバッテリの充電に使用する場合、当該電動車両の使い勝手の向上に貢献できるようになる。

さらに、上記充電制御装置は、前記バッテリと前記外部電源とが前記充電ケーブルで接続されているか否かを判定する接続判定部を備え、この接続判定部で接続されていると判定した場合、前記外気温判定部による判定に移行する構成とすることが好ましい。

この構成では、前記充電の実行条件ならびに前記充電に関する制御ロジックを詳細に特定している。特に、前記充電の実行条件として、前記バッテリに対する充電準備がされている場合を含めているから、前記充電を確実に実行することが可能になる。

そして、前記充電を前期と後期とに分けているから、前記使用予定時刻までに前記バッテリを満充電レベルに到達させるまで充電することを確実にしながら、当該充電に伴い発生する熱でもって前記バッテリを昇温させることが可能になるとともに、前記バッテリの充電口および前記充電コネクタをも昇温させることが可能になる。

本発明によれば、外気温が所定温度以下の場合においてバッテリの使用時に当該バッテリの充放電性能を可及的に高める状態にすることを可能とする充電制御装置を提供できる。

本発明に係る充電制御装置の一実施形態の概略構成を示す図である。バッテリの充電口と充電ケーブルの充電コネクタとを示す斜視図である。図１の充電制御装置による制御手順を説明するためのフローチャートを示す図である。図３における特殊な充電処理と通常の充電処理とを説明するためのグラフを示す図である。本発明に係る充電制御装置の他の実施形態による制御手順を説明するためのフローチャートを示す図である。図５における連続充電処理を説明するためのグラフを示す図である。本発明に係る充電制御装置の他の実施形態による制御手順を説明するためのフローチャートを示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１から図４に本発明の一実施形態を示している。図中、１はバッテリ、２は外部電源、３は充電ケーブルである。

なお、バッテリ１は、例えば電動車両に搭載される。この電動車両としては、モータのみで走行用駆動力を発生する電気自動車や、エンジンおよびモータの少なくともいずれか一方で走行用駆動力を発生するプラグインハイブリッド車両等が挙げられる。

このような電動車両では、それに搭載される走行用のバッテリ（１）に外部電源２の電力を充電することが可能な構成になっている。

ちなみに、前記外部電源２については、充電設備とも呼ばれるが、例えば電動車両のユーザの自宅や自宅周辺等に設置することができる。

バッテリ１には、充電口１１が設けられている。外部電源２には、電源ソケット２１が設けられている。

なお、充電口１１は、例えば図２に示すように、電動車両の車体側面の凹部４内に設けられていて、当該凹部４の開口には、充電口１１を隠蔽または露呈可能とするリッド５が設けられている。

充電ケーブル３は、バッテリ１と外部電源２とを電気的に接続するものであって、この実施形態では独立して持ち運べるように構成されている。

この充電ケーブル３は、充電コネクタ３１と、電源プラグ３２と、充電制御装置３３と、を有している。

充電コネクタ３１は、バッテリ１の充電口１１に取り外し可能に連結されて電気的に接続される。

電源プラグ３２は、外部電源２の電源ソケット２１に取り外し可能に連結されて電気的に接続される。

充電制御装置３３は、外部電源２からバッテリ１への充電処理を制御するものである。

この充電制御装置３３は、詳細に図示していないが、一般に公知のＥＣＵ（Electronic Control Unit）であって、中央処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）、不揮発性記憶装置（Read Only Memory：ＲＯＭ）、一時記憶装置（Random Access Memory：ＲＡＭ）等を備えている。

前記ＲＯＭは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。前記ＣＰＵは、前記ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。前記ＲＡＭは、前記ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。

ところで、例えば冬季の夜中等に前記電動車両に搭載されるバッテリ１を充電する場合、バッテリ１の充電口１１に充電ケーブル３の充電コネクタ３１を接続した状態で、前記電動車両の使用に伴うバッテリ１の使用予定時刻よりも早い時刻に満充電レベルに到達させるように充電すると、前記使用予定時刻においてバッテリ１の温度が低下して充放電性能が低くなる可能性があるとともに、充電コネクタ３１を充電口１１に接続したままの状態でそれらが凍結する可能性があって、電動車両の使用時に充電口１１から充電コネクタ３１を取り外せなくなることがある。

なお、前記使用予定時刻は、前記電動車両の走行開始予定時刻と言い換えることが可能である。

このような事情に鑑み、充電制御装置３３は、外気温が所定温度（例えば凍結の可能性がある温度）以下である場合、バッテリ１の充放電性能の低下を回避するとともに、バッテリ１の充電口１１に対する充電コネクタ３１の凍結を回避することを目的として、充電に伴い発生する熱を有効利用する特殊な充電処理を行うようにしている。

この特殊な充電処理は、例えば図４の実線で示すように、前期充電処理と、後期充電処理とを含む。

前期充電処理は、所定の条件（図３のステップＳ１、Ｓ２、Ｓ４等）が成立した時点（開始時刻Ｔ０）から使用予定時刻Ｔｘの所定時間前（終了時刻Ｔ１）までの期間において、バッテリ１を現在の充電レベルＸから満充電レベル（１００％）よりも低い所定充電レベルＹまで到達させるように充電する処理のことである。

後期充電処理は、バッテリ１の使用予定時刻Ｔｘの所定時間前（開始時刻Ｔ２）から使用予定時刻Ｔｘ（終了時刻）までの期間において、前記前期充電処理で到達させた所定充電レベルＹから満充電レベル（１００％）まで到達させるように充電する処理のことである。

この後期充電処理の実行時間は、当該後期充電処理によって、バッテリ１、充電口１１ならびに充電コネクタ３１を所定温度にまで昇温させることを可能とする熱を発生することも考慮して設定する必要がある。

なお、前記使用予定時刻Ｔｘについては、下記するような認識方法または推定方法に基づいて認識または推定する。

つまり、例えば乗員が予め充電制御装置３３に使用予定時刻Ｔｘを手動にて入力可能にしている場合には、充電制御装置３３の内部メモリ等に入力されている使用予定時刻Ｔｘを調べることにより使用予定時刻Ｔｘを認識することが可能である。

その他には、充電制御装置３３と電動車両の制御装置（図示省略）とを通信可能にしたうえで、電動車両の制御装置（図示省略）に当該電動車両の過去の使用時刻を示す履歴情報を保存するようにし、充電制御装置３３において充電コネクタ３１をバッテリ１の充電口１１に接続したときに電動車両の制御装置（図示省略）から前記履歴情報を読み出すようにし、この履歴情報に基づいて電動車両の過去の使用時刻の平均値を算出し、この算出結果に基づいて使用予定時刻Ｔｘを推定するように構成することが可能である。

また、前記前期充電処理の終了時刻Ｔ１については、例えば使用予定時刻Ｔｘ、前記所定充電レベルＹまでの充電に要する時間、ならびに前記後期充電処理を完了するのに要する時間等を考慮して、適宜に設定される。

さらに、前記後期充電処理の開始時刻Ｔ２は、後期充電処理を完了するのに要する時間を確保することを考慮して適宜に設定される。

ところで、充電制御装置３３は、外気温が所定温度よりも高い場合、通常の充電処理を行うようにしている。

この通常の充電処理とは、例えば図４の二点鎖線で示すように、電動車両の使用予定時刻Ｔｘに関係無く、例えば外気温が所定温度よりも高いことを検知した時点（図３のステップＳ２でＮＯと判定した時点）から充電を開始して、一定の充電能力で満充電レベルに到達させることにより、前記使用予定時刻Ｔｘよりも前に充電処理を速やかに終了するようにしている。

ちなみに、前記外気温は、例えば充電ケーブル３に外気温センサ（図示省略）を設置しておき、この外気温センサの出力に基づいて充電制御装置３３が外気温を検知するように構成することができる。

その他には、充電制御装置３３と電動車両の制御装置（図示省略）とを通信可能にしたうえで、電動車両に外気温センサ（図示省略）を設置するか、あるいは電動車両にクラウド等により天候情報を取得可能にしておき、充電ケーブル３の充電コネクタ３１をバッテリ１の充電口１１に接続したときに、前記外気温センサまたは前記天候情報に基づいて充電制御装置３３が外気温を検知するように構成することができる。

具体的に、図３に示すフローチャートを参照して、充電制御装置３３による制御手順について説明する。

図３に示すフローチャートは、一定周期毎にスタートする。ステップＳ１では、バッテリ１に外部電源２が充電ケーブル３で接続されているか否かを判定する。ここでは、接続バッテリ１の充電口１１に充電ケーブル３の充電コネクタ３１が接続されているか否かを調べている。

このステップＳ１で接続されていないと判定した場合にはＮＯと判定して、このフローチャートを終了する。

一方、上記ステップＳ１で接続されていると判定した場合にはＹＥＳと判定して、ステップＳ２に移行する。

このステップＳ２では、外気温が所定温度（例えば凍結の可能性がある温度）以下であるか否かを判定するようにしている。

このステップＳ２で所定温度よりも高いと判定した場合にはＮＯと判定して、ステップＳ３に移行する。このステップＳ３では、上述した通常の充電処理を行い、その後、このフローチャートを終了する。

一方、上記ステップＳ２で所定温度以下であると判定した場合にはＹＥＳと判定して、ステップＳ４に移行する。

このステップＳ４では、バッテリ１の使用予定時刻Ｔｘつまり電動車両の次回乗車予定時刻を認識または推定可能であるか否かを判定する。ちなみに、この実施形態の場合には、前記使用予定時刻Ｔｘを、上述した認識方法または推定方法により認識または推定できるようになっている。

ここで、上記ステップＳ４で認識または推定可能でないと判定した場合にはＮＯと判定して、上記ステップＳ３で通常の充電処理を行い、その後、このフローチャートを終了する。

一方、上記ステップＳ４で認識または推定可能であると判定した場合にはＹＥＳと判定して、ステップＳ５～Ｓ７に示す特殊な充電処理を行う。

まず、ステップＳ５では、上述した前期充電処理を行う。この前期充電処理が終了した後は、ステップＳ６において、上述した後期充電処理の開始時刻に到達したか否かを判定する。

ここで、上記ステップＳ６で到達していないと判定した場合にはＮＯと判定して、このステップＳ６の処理を再度行う。

一方、上記ステップＳ６で到達したと判定した場合にはＹＥＳと判定して、ステップＳ７において上述した後期充電処理を行い、その後、このフローチャートを終了する。

以上説明したように本発明を適用した実施形態によれば、外気温が所定温度以下の場合に、使用予定時刻Ｔｘまでにバッテリ１を満充電レベルに到達させるまで充電することを確実にしながら、当該充電に伴い発生する熱でもってバッテリ１を昇温させることが可能になるとともに、バッテリ１の充電口１１および充電ケーブル３の充電コネクタ３１をも昇温させることが可能になる。

これにより、外気温が所定温度以下であっても、バッテリ１を使用する時刻Ｔｘにおいては、当該バッテリ１の充放電性能を可及的に高めた状態にすることが可能になるとともに、バッテリ１の充電口１１に充電ケーブル３の充電コネクタ３１が接続されたままの状態で凍結してしまうといった不具合の発生を回避できるようになる等、バッテリ１の使用時に前記凍結を氷解させる手間を省くことが可能になる。

したがって、充電制御装置３３を電動車両に搭載されるバッテリ１の充電に使用する場合、当該電動車両の使い勝手の向上に貢献できるようになる。

特に、上記実施形態では、前記特殊な充電処理の実行条件として、バッテリ１に対する充電準備がされている場合（ステップＳ１でＹＥＳ判定）を含めているから、前記特殊な充電処理を確実に実行することが可能になる。

ところで、上記ステップＳ１が請求項４に記載している接続判定部に相当し、上記ステップＳ２が請求項２，４に記載している外気温判定部に相当し、上記ステップＳ４が請求項２，４に記載している使用予定時刻判定部に相当し、上記ステップＳ５が請求項２，４に記載している前期充電処理部に相当し、上記ステップＳ６，７が請求項２，４に記載している後期充電処理部に相当している。

なお、本発明は、前記実施形態および前記変形例に限定されるものではなく、特許請求の範囲および該範囲と均等の範囲で包含される全ての変形や応用が可能である。

（１）上記実施形態で提示した図３において、ステップＳ１を無くすことが可能であり、その場合も本発明に含まれる。

（２）上記実施形態では、前記特殊な充電処理を前期と後期とに分けて行う例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図６に示すように、前記特殊な充電処理を比較的緩やかに連続して行う連続充電処理とすることが可能である。

具体的に、図５に示すフローチャートを参照して、充電制御装置３３による制御手順の他例を説明する。

図５に示すフローチャートは、一定周期毎にスタートする。ステップＳ１１では、バッテリ１に外部電源２が充電ケーブル３で接続されているか否かを判定する。ここでは、接続バッテリ１の充電口１１に充電ケーブル３の充電コネクタ３１が接続されているか否かを調べている。

このステップＳ１１で接続されていないと判定した場合にはＮＯと判定して、このフローチャートを終了する。

一方、上記ステップＳ１１で接続されていると判定した場合にはＹＥＳと判定して、ステップＳ１２に移行する。

このステップＳ１２では、外気温が所定温度（例えば凍結の可能性がある温度）以下であるか否かを判定するようにしている。

このステップＳ１２で所定温度よりも高いと判定した場合にはＮＯと判定して、ステップＳ１３に移行する。このステップＳ１３では、上述した通常の充電処理を行い、その後、このフローチャートを終了する。

一方、上記ステップＳ１２で所定温度以下であると判定した場合にはＹＥＳと判定して、ステップＳ１４に移行する。

このステップＳ１４では、バッテリ１の使用予定時刻Ｔｘつまり電動車両の次回乗車予定時刻を認識または推定可能であるか否かを判定する。ちなみに、この実施形態の場合には、前記使用予定時刻Ｔｘを、上述した認識方法または推定方法により認識または推定できるようになっている。

ここで、上記ステップＳ１４で認識または推定可能でないと判定した場合にはＮＯと判定して、上記ステップＳ１３で通常の充電処理を行い、その後、このフローチャートを終了する。

一方、上記ステップＳ１４で認識または推定可能であると判定した場合にはＹＥＳと判定して、ステップＳ１５に示す連続充電処理を行う。

このステップＳ１５では、上記ステップＳ１４でＹＥＳと判定した時点からバッテリ１の使用予定時刻Ｔｘまでの期間について比較的緩やかに連続して満充電レベルに到達させるまで充電を行い、その後、このフローチャートを終了する。

この実施形態によれば、上記実施形態と同様の作用、効果を得ることができる。

（３）上記実施形態では、バッテリ１と外部電源２とを充電ケーブル３で接続して充電を行う例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばバッテリ１と外部電源２とを無線接続して充電を行う場合においても本発明を適用することが可能である。

この場合、充電制御装置３３は、充電ケーブル３とは別体にして、外部電源２に装備することが可能である他、バッテリ１が搭載される電動車両に装備することが可能である。

具体的に、図７に示すフローチャートを参照して、充電制御装置３３による制御手順の他例を説明する。

図７に示すフローチャートは、一定周期毎にスタートする。ステップＳ２１において、バッテリ１を無線充電中であるか否かを判定する。

このステップＳ２１で充電中でないと判定した場合にはＮＯと判定して、このフローチャートを終了する。

一方、上記ステップＳ２１で充電中であると判定した場合にはＹＥＳと判定して、ステップＳ２２に移行する。

このステップＳ２２では、外気温が所定温度（例えば凍結の可能性がある温度）以下であるか否かを判定するようにしている。

このステップＳ２２で所定温度よりも高いと判定した場合にはＮＯと判定して、ステップＳ２３に移行する。このステップＳ２３では、上述した通常の充電処理を行い、その後、このフローチャートを終了する。

一方、上記ステップＳ２２で所定温度以下であると判定した場合にはＹＥＳと判定して、ステップＳ２４に移行する。

このステップＳ２４では、バッテリ１の使用予定時刻Ｔｘつまり電動車両の次回乗車予定時刻を認識または推定可能であるか否かを判定する。ちなみに、この実施形態の場合には、前記使用予定時刻Ｔｘを、上述した認識方法または推定方法により認識または推定できるようになっている。

ここで、上記ステップＳ２４で認識または推定可能でないと判定した場合にはＮＯと判定して、上記ステップＳ２３で通常の充電処理を行い、その後、このフローチャートを終了する。

一方、上記ステップＳ２４で認識または推定可能であると判定した場合にはＹＥＳと判定して、ステップＳ２５～Ｓ２７に示す特殊な充電処理を行う。

まず、ステップＳ２５では、上述した前期充電処理を行う。この前期充電処理が終了した後は、ステップＳ２６において、上述した後期充電処理の開始時刻に到達したか否かを判定する。

ここで、上記ステップＳ２６で到達していないと判定した場合にはＮＯと判定して、このステップＳ２６の処理を再度行う。

一方、上記ステップＳ２６で到達したと判定した場合にはＹＥＳと判定して、ステップＳ２７において上述した後期充電処理を行い、その後、このフローチャートを終了する。

本発明は、例えば電動車両に搭載されるバッテリの充電処理を制御するための充電制御装置に適用可能である。

１バッテリ
１１充電口
２外部電源
２１電源ソケット
３充電ケーブル
３１充電コネクタ
３２電源プラグ
３３充電制御装置
４凹部
５リッド

Claims

外部電源からバッテリへの充電処理を制御するための充電制御装置であって、
外気温が所定温度以下であるか否かを判定する外気温判定部と、
この外気温判定部で所定温度以下であると判定した場合、前記バッテリの使用予定時刻を認識または推定可能であるか否かを判定する使用予定時刻判定部と、
この使用予定時刻判定部で可能であると判定した場合、前記バッテリを満充電レベルより低い所定充電レベルに到達させるように充電する前期充電処理部と、
この前期充電処理の実行後において前記使用予定時刻よりも所定時間前から前記使用予定時刻まで前記バッテリを満充電レベルに到達させるように充電する後期充電処理部と、を含むことを特徴とする充電制御装置。
請求項１に記載の充電制御装置は、前記バッテリの充電口に取り外し可能に接続される充電コネクタと前記外部電源の電源ソケットに取り外し可能に接続される電源プラグとを有する充電ケーブルに設けられていることを特徴とする充電制御装置。
請求項２に記載の充電制御装置は、前記バッテリと前記外部電源とが前記充電ケーブルで接続されているか否かを判定する接続判定部を備え、
この接続判定部で接続されていると判定した場合、前記外気温判定部による判定に移行することを特徴とする充電制御装置。