充電システムおよび充電器
【課題】充電器による充電状態の誤判定を防止してバッテリを適切に充電する。
【解決手段】充電器と電動車両とは充電ケーブルを介して接続される。充電器は、充電器側の供給電流Ｉｓと充電ケーブルの電気抵抗とに基づいて、充電ケーブルの電圧降下量ΔＶａを算出する。また、充電器は、判定電圧Ｘｂと充電器側の供給電圧Ｖｓとを比較し、供給電圧Ｖｓが判定電圧Ｘｂに達したときに、バッテリが満充電状態まで充電されたと判定する。この満充電判定に用いられる判定電圧Ｘｂは、予め設定される基礎判定電圧Ｘａに電圧降下量ΔＶａを加算して更新される。これにより、充電ケーブルの電圧降下量ΔＶａが考慮されるため、充電器側の供給電圧Ｖｓを用いる場合であっても、電動車両に搭載されるバッテリの充電状態を精度良く判定することができ、バッテリを適切に充電することが可能となる。
【解決手段】充電器と電動車両とは充電ケーブルを介して接続される。充電器は、充電器側の供給電流Ｉｓと充電ケーブルの電気抵抗とに基づいて、充電ケーブルの電圧降下量ΔＶａを算出する。また、充電器は、判定電圧Ｘｂと充電器側の供給電圧Ｖｓとを比較し、供給電圧Ｖｓが判定電圧Ｘｂに達したときに、バッテリが満充電状態まで充電されたと判定する。この満充電判定に用いられる判定電圧Ｘｂは、予め設定される基礎判定電圧Ｘａに電圧降下量ΔＶａを加算して更新される。これにより、充電ケーブルの電圧降下量ΔＶａが考慮されるため、充電器側の供給電圧Ｖｓを用いる場合であっても、電動車両に搭載されるバッテリの充電状態を精度良く判定することができ、バッテリを適切に充電することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電システムおよび充電器に関し、特に、充電器による蓄電デバイスの充電状態の誤判定を防止するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、動力源として電動モータを備える電動車両の開発が進められている。電動車両に搭載されるバッテリ等の蓄電デバイスを充電する際には、充電器から伸びる充電ケーブルが電動車両の充電口に接続される(例えば、特許文献１参照)。また、動力源としてエンジンおよび電動モータを備えるハイブリッド型の電動車両においても、充電器によって蓄電デバイスを充電可能とした所謂プラグイン方式のハイブリッド型電動車両が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−８３６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、充電ケーブルは電気抵抗やインピーダンスを有することから、充電時には充電ケーブルにおいて電圧降下が発生することになる。すなわち、充電器側の供給電圧と電動車両側の受給電圧とが乖離することから、充電器側の供給電圧に基づき蓄電デバイスの充電判定を高精度に行うことは困難であった。これにより、蓄電デバイスの充電状態が充電器によって正確に認識されず、充電器による適切な充電制御が困難となっていた。
【０００５】
本発明の目的は、充電器による蓄電デバイスの充電状態の誤判定を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の充電システムは、充電器と電動車両とを充電ケーブルを介して接続し、前記電動車両に搭載される蓄電デバイスを充電する充電システムであって、前記充電器側の供給電圧に所定のフィルタ処理を施して算出される供給電圧データに対し、前記供給電圧データの変化率に基づいて基準点を設定する第１基準設定手段と、前記電動車両側の受給電圧に所定のフィルタ処理を施して算出される受給電圧データに対し、前記受給電圧データの変化率に基づいて基準点を設定する第２基準設定手段と、前記供給電圧データと前記受給電圧データとの基準点に基づいて、前記供給電圧データと前記受給電圧データとを同期させるデータ同期手段と、同期させた前記供給電圧データと前記受給電圧データとを比較し、前記供給電圧と前記受給電圧との電圧差を算出する電圧差算出手段と、前記供給電圧と前記受給電圧との電圧差に基づいて、前記充電ケーブルの通電抵抗を算出する抵抗算出手段と、前記充電ケーブルの通電抵抗と前記充電器側の供給電流または前記電動車両側の受給電流とに基づいて、前記充電ケーブルの電圧降下量を算出する降下量算出手段と、前記電圧降下量に基づき更新される判定電圧と前記充電器側の供給電圧とを比較し、前記蓄電デバイスの充電状態を判定する充電判定手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の充電システムは、前記判定電圧は、所定の基礎判定電圧に前記電圧降下量を加算して更新されることを特徴とする。
【０００８】
本発明の充電システムは、前記充電器は、前記供給電流を所定電流まで上昇させてから前記所定電流に保持する定電流充電を実施し、前記第１基準設定手段は、前記供給電流の上昇過程と保持過程とにおける前記供給電圧データの変化率の差を検出し、上昇過程から保持過程に切り替わる箇所の前記供給電圧データに基準点を設定し、前記第２基準設定手段は、前記供給電流の上昇過程と保持過程とにおける前記受給電圧データの変化率の差を検出し、上昇過程から保持過程に切り替わる箇所の前記受給電圧データに基準点を設定することを特徴とする。
【０００９】
本発明の充電システムは、前記データ同期手段は、基準点に基づいて前記供給電圧データと前記受給電圧データとの間の時間遅れを算出し、時間遅れに基づいて前記供給電圧データと前記受給電圧データとを同期させることを特徴とする。
【００１０】
本発明の充電器は、蓄電デバイスが搭載される電動車両に充電ケーブルを介して接続され、前記蓄電デバイスを充電する充電器であって、前記充電器側の供給電圧に所定のフィルタ処理を施して算出される供給電圧データに対し、前記供給電圧データの変化率に基づいて基準点を設定する第１基準設定手段と、前記電動車両側の受給電圧に所定のフィルタ処理を施して算出される受給電圧データに対し、前記受給電圧データの変化率に基づいて基準点を設定する第２基準設定手段と、前記供給電圧データと前記受給電圧データとの基準点に基づいて、前記供給電圧データと前記受給電圧データとを同期させるデータ同期手段と、同期させた前記供給電圧データと前記受給電圧データとを比較し、前記供給電圧と前記受給電圧との電圧差を算出する電圧差算出手段と、前記供給電圧と前記受給電圧との電圧差に基づいて、前記充電ケーブルの通電抵抗を算出する抵抗算出手段と、前記充電ケーブルの通電抵抗と前記充電器側の供給電流または前記電動車両側の受給電流とに基づいて、前記充電ケーブルの電圧降下量を算出する降下量算出手段と、前記電圧降下量に基づき更新される判定電圧と前記充電器側の供給電圧とを比較し、前記蓄電デバイスの充電状態を判定する充電判定手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の充電器は、前記判定電圧は、所定の基礎判定電圧に前記電圧降下量を加算して更新されることを特徴とする。
【００１２】
本発明の充電器は、前記蓄電デバイスを充電する際に、前記供給電流を所定電流まで上昇させてから前記所定電流に保持する定電流充電手段を有し、前記第１基準設定手段は、前記供給電流の上昇過程と保持過程とにおける前記供給電圧データの変化率の差を検出し、上昇過程から保持過程に切り替わる箇所の前記供給電圧データに基準点を設定し、前記第２基準設定手段は、前記供給電流の上昇過程と保持過程とにおける前記受給電圧データの変化率の差を検出し、上昇過程から保持過程に切り替わる箇所の前記受給電圧データに基準点を設定することを特徴とする。
【００１３】
本発明の充電器は、前記データ同期手段は、基準点に基づいて前記供給電圧データと前記受給電圧データとの間の時間遅れを算出し、時間遅れに基づいて前記供給電圧データと前記受給電圧データとを同期させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、蓄電デバイスの充電状態を判定する際に充電器側の供給電圧と比較される判定電圧を、充電ケーブルの電圧降下量に基づき更新するようにしたので、充電ケーブルの影響を受けることなく、充電器の供給電圧に基づいて蓄電デバイスの充電状態を正確に判定することが可能となる。
【００１５】
しかも、供給電圧データの変化率に基づいて供給電圧データに基準点を設定し、受給電圧データの変化率に基づいて受給電圧データに基準点を設定したので、基準点に基づいて供給電圧データと受給電圧データとを同期させることが可能となる。これにより、供給電圧データと受給電圧データとの電圧差を精度良く算出することができ、充電ケーブルの電圧降下量を精度良く算出するとともに、判定電圧を精度良く更新することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態である充電システムによる充電状況を示す概略図である。
【図２】充電システムを構成する電動車両の内部構造を示す概略図である。
【図３】充電システムを構成する充電器の内部構造を示す概略図である。
【図４】電動車両の充電口に対して充電器の充電ケーブルを接続した状態を示す概略図である。
【図５】バッテリの充放電特性の一例を示す線図である。
【図６】フィルタ処理が受給電圧や供給電圧に与える影響を示す説明図である。
【図７】充電時における供給電流、供給電圧データおよび受給電圧データの変動状態を示す線図である。
【図８】充電時における供給電圧データおよび受給電圧データの変動状態を示す説明図である。
【図９】充電開始から充電終了までの判定電圧の変動状況の一例を示す線図である。
【図１０】充電時における供給電圧と受給電圧との推移の一例を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である充電システム１０による充電状況を示す概略図である。また、図２は充電システム１０を構成する電動車両１１の内部構造を示す概略図である。さらに、図３は充電システム１０を構成する充電器１２の内部構造を示す概略図である。図１に示すように、電動車両１１には蓄電デバイスとしてバッテリ１３が搭載されており、このバッテリ１３を充電する際には充電器１２の充電ケーブル１４が電動車両１１の充電口１５に接続される。そして、充電器１２は、電動車両１１に供給する充電電流や充電電圧を制御しながら、所定電圧に達するまでバッテリ１３を充電する。なお、充電器１２による充電方式としては、一定の電流でバッテリ１３を充電する定電流充電、一定の電圧でバッテリ１３を充電する定電圧充電、一定の電力でバッテリ１３を充電する定電力充電、定電流充電と定電圧充電とをタイマー等で切り換える定電流定電圧充電等がある。
【００１８】
図２に示すように、電動車両１１は動力源であるモータジェネレータ２０を有しており、モータジェネレータ２０は駆動軸２１を介して駆動輪２２に連結されている。また、モータジェネレータ２０とバッテリ１３とは、直流電力と交流電力とを双方向に変換するインバータ２３を介して接続されている。なお、バッテリ１３とインバータ２３とを接続する通電ライン２４，２５にはメインリレー２６が設けられている。また、車体側部の充電口１５には受電コネクタ２７が設置されており、受電コネクタ２７には一対の受電端子２７ａ，２７ｂが設けられている。一方の受電端子２７ａは受電ライン２８を介して正極側の通電ライン２４に接続され、他方の受電端子２７ｂは受電ライン２９を介して負極側の通電ライン２５に接続されている。また、電動車両１１には、受電ライン２８，２９の電圧つまり受給電圧Ｖｒを検出する電圧センサ３０が設けられるとともに、受電ライン２８の電流つまり受給電流Ｉｒを検出する電流センサ３１が設けられている。さらに、受電コネクタ２７には信号端子２７ｃが設けられており、この信号端子２７ｃには通信ライン３２が接続されている。また、電動車両１１には、車両全体を統合制御する車両制御ユニット３３、バッテリ１３を制御するバッテリ制御ユニット３４、インバータ２３を制御するモータ制御ユニット３５が設けられている。これらの制御ユニット３３〜３５は、通信ネットワーク３６を介して相互に接続されている。なお、各制御ユニット３３〜３５はＣＰＵやメモリ等によって構成される。
【００１９】
図３に示すように、充電器１２には、外部電源４０からの交流電力を充電用の直流電力に変換する電力変換部４１が設けられている。この電力変換部４１は、整流回路、変圧器、スイッチング回路等によって構成されている。また、充電器１２に設けられる充電ケーブル１４の先端には、受電コネクタ２７に対して着脱自在となる給電コネクタ４２が設けられている。この給電コネクタ４２には、受電コネクタ２７の受電端子２７ａ，２７ｂに対応する一対の給電端子４２ａ，４２ｂが設けられている。一方の給電端子４２ａは給電ライン４３を介して電力変換部４１の正極端子４１ａに接続され、他方の給電端子４２ｂは給電ライン４４を介して電力変換部４１の負極端子４１ｂに接続されている。また、充電器１２には、給電ライン４３，４４の電圧つまり供給電圧Ｖｓを検出する電圧センサ４５が設けられるとともに、給電ライン４３の電流つまり供給電流Ｉｓを検出する電流センサ４６が設けられている。さらに、給電コネクタ４２には信号端子４２ｃが設けられており、この信号端子４２ｃには通信ライン４７が接続されている。また、充電器１２にはＣＰＵやメモリ等によって構成される充電制御ユニット４８が設けられており、充電制御ユニット４８から電力変換部４１に対して制御信号が出力される。
【００２０】
ここで、図４は電動車両１１の充電口１５に対して充電器１２の充電ケーブル１４を接続した状態を示す概略図である。図４に示すように、充電口１５の受電コネクタ２７に充電ケーブル１４の給電コネクタ４２を接続することにより、給電ライン４３，４４および受電ライン２８，２９を介して電力変換部４１とバッテリ１３とは接続された状態となる。また、充電口１５の受電コネクタ２７に充電ケーブル１４の給電コネクタ４２を接続することにより、通信ライン３２，４７を介して車両制御ユニット３３と充電制御ユニット４８とは接続された状態となる。このように、充電器１２と電動車両１１とが接続されると、充電器１２の充電制御ユニット４８は、後述するように、供給電圧Ｖｓが所定の判定電圧Ｘｂに達するまでバッテリ１３の充電を継続する。すなわち、充電制御ユニット４８は、充電器側で検出される供給電圧Ｖｓに基づいて、バッテリ１３が満充電状態(例えばＳＯＣ＝８０％)に達したか否かを判定している。
【００２１】
ところで、電動車両１１に接続される充電ケーブル１４は電気抵抗(通電抵抗)Ｒを有することから、充電時には充電ケーブル１４において電圧降下が発生する。すなわち、供給電圧Ｖｓと受給電圧Ｖｒとは、充電ケーブル１４での電圧降下量ΔＶａだけ乖離することになる。このように、充電ケーブル１４における電圧降下の発生により、充電器側の供給電圧Ｖｓと電動車両側の受給電圧Ｖｒとは一致しないことから、単に充電器側の供給電圧Ｖｓが所定の目標電圧に達するまで充電を継続しても、バッテリ１３の満充電状態を保証することは困難であった。ここで、図５はバッテリ１３の充放電特性の一例を示す線図である。図５に示すように、バッテリ１３の充電状態ＳＯＣが５０％のときにはバッテリ電圧が３９８Ｖを示し、バッテリ１３の充電状態ＳＯＣが８０％のときにはバッテリ電圧が４００Ｖを示している。このように、僅かなバッテリ電圧の差が大きな充電状態ＳＯＣの差を示す充放電特性である場合には、充電器側の供給電圧Ｖｓに基づいてバッテリ１３の満充電状態を判定することが困難となっていた。例えば、充電ケーブル１４の電圧降下量ΔＶａが２Ｖであった場合に、バッテリ１３を満充電状態(例えばＳＯＣ＝８０％)にしようと、充電器側の供給電圧Ｖｓが４００Ｖに達するまで充電したとしても、電動車両側の受給電圧Ｖｒ、つまりバッテリ電圧は３９８Ｖまでしか達していないことになる。このように、バッテリ１３が図５の充放電特性を備えていた場合には、バッテリ１３が充電不足状態(ＳＯＣ＝５０％)であるにも拘わらず、充電器１２は、バッテリ１３が満充電状態であると誤判定し、バッテリ１３の充電を打ち切ることになっていた。
【００２２】
そこで、充電制御ユニット４８は、充電ケーブル１４の電圧降下量ΔＶａを算出するとともに、充電時に供給電圧Ｖｓと比較される判定電圧Ｘｂを電圧降下量ΔＶａに基づいて更新している。まず、電圧差算出手段および抵抗算出手段として機能する充電制御ユニット４８は、供給電圧Ｖｓと受給電圧Ｖｒとの電圧差(給電ライン４３と受電ライン２８との電位差)ΔＶを算出し、この電圧差ΔＶと供給電流Ｉｓとに基づいて電気抵抗Ｒを算出する(Ｒ＝ΔＶ／Ｉｓ)。なお、充電ケーブル１４の電気抵抗Ｒを算出する際に、供給電流Ｉｓに代えて受給電流Ｉｒを用いても良い。また、充電ケーブル１４の通電抵抗として電気抵抗Ｒを挙げているが、これに限られることはなく、充電ケーブル１４の通電抵抗がインピーダンスＺで規定される場合には、電気抵抗Ｒに代えてインピーダンスＺを用いても良い。このように、充電ケーブル１４の電気抵抗Ｒを算出する際に、受給電圧Ｖｒや供給電圧Ｖｓを用いているが、電圧センサ３０，４５によって検出された受給電圧Ｖｒや供給電圧Ｖｓを用いる際には、移動平均処理や加重平均処理等のフィルタ処理を施してノイズの影響を排除することが必要である。
【００２３】
ここで、図６はフィルタ処理が受給電圧Ｖｒや供給電圧Ｖｓに与える影響を示す説明図である。図６に示すように、電圧センサ３０，４５によって検出された実測データにフィルタ処理を施し、実測データからフィルタ処理後の処理データを加工した場合には、実測データと処理データとの間に時間的な遅れが発生する。このフィルタ処理に伴う時間的な遅れの長さは、フィルタ処理の内容に応じて変化するものである。すなわち、電動車両側の受給電圧Ｖｒに施されるフィルタ処理と、充電器側の供給電圧Ｖｓに施されるフィルタ処理とが相違している場合には、受給電圧Ｖｒに基づく受給電圧データＤｒと、供給電圧Ｖｓに基づく供給電圧データＤｓとの間に時間のずれが生じていた。したがって、供給電圧データＤｓと受給電圧データＤｒとを比較して正確に電圧差ΔＶを算出するためには、時間遅れを把握して供給電圧データＤｓと受給電圧データＤｒとを同期させた上で比較することが必要となる。
【００２４】
そこで、充電制御ユニット４８は、充電時に受給電圧データＤｒと供給電圧データＤｓとの間の時間遅れを検出し、この時間遅れに基づいて受給電圧データＤｒと供給電圧データＤｓとを同期させる。そして、充電制御ユニット４８は、同期させた受給電圧データＤｒと供給電圧データＤｓとを比較し、供給電圧Ｖｓと受給電圧Ｖｒとの電圧差ΔＶを高精度に算出する。以下、電圧差ΔＶを高精度に算出する際の手順について説明する。なお、本実施の形態においては、車両制御ユニット３３によって受給電圧データＤｒが算出されており、充電制御ユニット４８によって供給電圧データＤｓが算出されている。また、車両制御ユニット３３によって算出された受給電圧データＤｒは、通信ライン３２，４７を介して充電制御ユニット４８に送信されている。
【００２５】
ここで、図７は充電時における供給電流Ｉｓ、供給電圧データＤｓおよび受給電圧データＤｒの変動状態を示す線図である。充電制御ユニット４８は定電流充電手段として機能しており、図７に示すように、充電器１２は定電流充電によってバッテリ１３を充電している。充電器１２は、充電開始から所定の上昇速度で所定電流Ｉ１まで供給電流Ｉｓを上昇させた後に(上昇過程)、供給電圧Ｖｓを引き上げながら供給電流Ｉｓが所定電流Ｉ１を保持するように調整する(保持過程)。この保持過程は、バッテリ側の受給電圧Ｖｒが所定の目標電圧に達するまで継続される。その後の下降過程において、充電器１２は、供給電流Ｉｓを徐々に低下させながら、受給電圧Ｖｒが最終的な目標電圧に達するまで充電を継続する。この定電流充電においては、供給電圧Ｖｓおよび受給電圧Ｖｒ、つまり供給電圧データＤｓおよび受給電圧データＤｒが、上昇過程では第１上昇速度で急速に上昇し、保持過程では第１上昇速度よりも遅い第２上昇速度で緩やかに上昇する。
【００２６】
また、図８は充電時における供給電圧データＤｓおよび受給電圧データＤｒの変動状態を示す説明図である。なお、図８の説明図は、図７に示した供給電圧データＤｓおよび受給電圧データＤｒの線図に説明を付した図である。図８に示すように、第１基準設定手段として機能する充電制御ユニット４８は、上昇過程と保持過程とにおける供給電圧データＤｓの上昇速度(変化率)の差に基づいて、上昇過程から保持過程に切り替わる箇所の供給電圧データＤｓに基準点α１を設定する。すなわち、供給電圧データＤｓの上昇速度が所定値を超えて変化した点を基準点α１として設定する。同様に、第２基準設定手段として機能する充電制御ユニット４８は、上昇過程と保持過程とにおける受給電圧データＤｒの上昇速度(変化率)の差に基づいて、上昇過程から保持過程に切り替わる箇所の受給電圧データＤｒに基準点α２を設定する。すなわち、受給電圧データＤｒの上昇速度が所定値を超えて変化した点を基準点α２として設定する。なお、供給電圧Ｖｓが計測される給電ライン４３，４４と、受給電圧Ｖｒが計測される受電ライン２８，２９とは接続されるため、図８の拡大部分に示すように、供給電圧Ｖｓおよび受給電圧Ｖｒの上昇速度は同じタイミングで変化している。すなわち、供給電圧Ｖｓが基礎となる供給電圧データＤｓの上昇速度と、受給電圧Ｖｒが基礎となる受給電圧データＤｒの上昇速度とは、同じタイミングで変化することから、基準点α１，α２は時間的に同じタイミングとなる。
【００２７】
このように、供給電圧データＤｓの基準点α１と受給電圧データＤｒの基準点α２とは同じタイミングであることから、データ同期手段として機能する充電制御ユニット４８は、基準点α１と基準点α２との時間間隔を計測し、フィルタ処理に起因する供給電圧データＤｓと受給電圧データＤｒとの時間遅れＴ(例えば０．５秒)を算出する。そして、電圧差算出手段として機能する充電制御ユニット４８は、時間遅れＴを考慮して供給電圧データＤｓ(符号β１)と受給電圧データＤｒ(符号β２)とを比較し、供給電圧データＤｓ(供給電圧Ｖｓ)と受給電圧データＤｒ(受給電圧Ｖｒ)との電圧差ΔＶ１を算出する。そして、充電制御ユニット４８は、電圧差ΔＶ１と、電圧差ΔＶ１を算出した時点の供給電流Ｉｓとに基づいて、充電ケーブル１４の電気抵抗Ｒを算出する。
【００２８】
このように、同じタイミングで供給電圧データＤｓと受給電圧データＤｒとを比較することができ、電圧差ΔＶ１および電気抵抗Ｒを精度良く算出することが可能となる。しかも、供給電圧データＤｓおよび受給電圧データＤｒに基準点α１，α２が設定されたということは、定電流充電時の電圧変化に電圧センサ３０，４５の検出値が追従したことを意味するため、電圧センサ３０，４５の正常動作を併せて判定することも可能となる。なお、前述の説明では、供給電圧データＤｓおよび受給電圧データＤｒに基準点α１，α２を設定した後に、供給電圧データＤｓと受給電圧データＤｒとを比較して電圧差ΔＶ１を算出しているが、これに限られることはなく、図８に示すように、基準点α１，α２を設定した時点で電圧差ΔＶ２を算出しても良い。
【００２９】
前述したように、充電ケーブル１４の電気抵抗Ｒが算出されると、降下量算出手段として機能する充電制御ユニット４８は、電気抵抗Ｒと供給電流Ｉｓとに基づいて充電ケーブル１４の電圧降下量ΔＶａを算出する(ΔＶａ＝Ｉｓ×Ｒ)。そして、充電制御ユニット４８は、予め設定される基礎判定電圧Ｘａに電圧降下量ΔＶａを加算し、供給電圧Ｖｓと比較される判定電圧Ｘｂを算出する(Ｘｂ＝Ｘａ＋ΔＶａ)。この判定電圧Ｘｂの算出は所定時間毎に繰り返されており、供給電流Ｉｓの変化に追従しながら判定電圧Ｘｂは更新されることになる。ここで、図９は充電開始から充電終了までの判定電圧Ｘｂの変動状況の一例を示す線図である。充電ケーブル１４の電気抵抗Ｒは一定であることから、図９に示すように、充電ケーブル１４の電圧降下量ΔＶａは、定電流充電における供給電流Ｉｓに連動して変化する。このため、電圧降下量ΔＶａを加算して得られる判定電圧Ｘｂについても、供給電流Ｉｓに連動して変化することになる。また、充電の進行に伴ってバッテリ１３の内部抵抗が増大することから、供給電流Ｉｓを一定に保持するために供給電圧Ｖｓは緩やかに上昇する。そして、符号αで示すように、上昇する供給電圧Ｖｓ(供給電圧データＤｓ)が判定電圧Ｘｂに到達すると、充電制御ユニット４８は、バッテリ１３が満充電状態に達したと判断して充電を終了させることになる。
【００３０】
ここで、図１０は充電時における供給電圧Ｖｓと受給電圧Ｖｒとの推移の一例を示す線図である。図１０に示すように、供給電圧Ｖｓと比較される判定電圧Ｘｂが、充電ケーブル１４の電圧降下量ΔＶａに相当する分だけ引き上げられることから、供給電圧Ｖｓと判定電圧Ｘｂとに基づいてバッテリ１３の満充電状態を判定することが可能となる。すなわち、バッテリ１３の満充電状態に対応するバッテリ電圧(例えば４００Ｖ)に基礎判定電圧Ｘａを設定することにより、供給電圧Ｖｓが判定電圧Ｘｂ(例えば４１０Ｖ)に到達したときには、バッテリ側の受給電圧Ｖｒが基礎判定電圧Ｘａ(例えば４００Ｖ)に到達する。このように、判定電圧Ｘｂを電圧降下量ΔＶａの分だけ引き上げることにより、充電制御ユニット４８による満充電状態の誤判定を回避することができ、バッテリ１３の充電不足を回避することが可能となる。また、充電制御ユニット４８は、充電ケーブル１４の電気抵抗Ｒを演算することから、電圧降下量ΔＶａを精度良く求めることができ、判定電圧Ｘｂを精度良く更新することが可能となる。すなわち、充電ケーブル１４の長さは充電設備等の都合に応じて調整されることから、予め設定された電気抵抗Ｒを用いるのではなく、個々の充電ケーブル１４毎に電気抵抗Ｒを演算させている。これにより、電圧降下量ΔＶａを精度良く求めることができ、判定電圧Ｘｂが精度良く更新されるのである。
【００３１】
前述の説明では、供給電圧データＤｓと受給電圧データＤｒとの電圧差ΔＶ１を精度良く算出するため、充電過程における供給電圧データＤｓの上昇速度に基づいて基準点α１を設定し、充電過程における受給電圧データＤｒの上昇速度に基づいて基準点α２を設定している。このように、通常の充電過程で現れる上昇速度の変化を利用して基準点α１，α２を設定することから、基準点α１，α２を設定するために供給電圧Ｖｓや供給電流Ｉｓ等を意図的に変動させる必要がない。すなわち、供給電圧Ｖｓや供給電流Ｉｓの制御に関し、既存の充電器１２の仕様を変更する必要がなく、コストを抑制しながら本発明を適用することが可能となる。
【００３２】
また、前述の説明では、供給電圧データＤｓや受給電圧データＤｒの基準点として、上昇過程と保持過程との境界に位置する基準点α１，α２を設定しているが、これに限られることはなく、供給電圧データＤｓや受給電圧データＤｒに変化率(変化速度)の変化が現れるタイミングであれば良い。例えば、図７に示すように、充電開始のタイミングを示す基準点Ａ１，Ａ２であっても良く、保持過程と下降過程との境界に位置する基準点Ｂ１，Ｂ２であっても良い。また、充電終了(電流遮断)のタイミングを示す基準点Ｃ１，Ｃ２であっても良く、充電終了後に受給電圧Ｖｒおよび供給電圧Ｖｓがバッテリ電圧に収束するタイミングを示す基準点Ｄ１，Ｄ２であっても良い。さらに、前述の説明では、バッテリ１３を定電流充電で充電しているが、これに限られることはなく、バッテリ１３を定電圧充電、定電力充電または定電流定電圧充電で充電する際に本発明を適用しても良い。
【００３３】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、充電制御ユニット４８を、第１基準設定手段、第２基準設定手段、データ同期手段、電圧差算出手段、抵抗算出手段、降下量算出手段、充電判定手段および定電流充電手段として機能させているが、これに限られることはない。例えば、第１基準設定手段、第２基準設定手段、データ同期手段、電圧差算出手段、抵抗算出手段、降下量算出手段、充電判定手段および定電流充電手段の各手段を、充電制御ユニット４８と車両制御ユニット３３との一方に集約しても良く、充電制御ユニット４８と車両制御ユニット３３との双方に分散させても良い。なお、前述の説明では、車両制御ユニット３３が受給電圧データＤｒを算出しているが、充電制御ユニット４８に受給電圧データＤｒを算出させる場合には、通信ライン３２，４７を介して充電制御ユニット４８に受給電圧Ｖｒが送信される。同様に、充電制御ユニット４８が供給電圧データＤｓを算出しているが、車両制御ユニット３３に供給電圧データＤｓを算出させる場合には、通信ライン３２，４７を介して車両制御ユニット３３に供給電圧Ｖｓが送信される。
【００３４】
前述の説明では、充電状態ＳＯＣが８０％のときに満充電状態であると示しているが、満充電状態とは設計上のバッテリ使用範囲(ＳＯＣの上限値)に左右されるものであり、充電状態ＳＯＣが８０％のときに限られるものではない。また、受給電圧データＤｒを算出する際のフィルタ処理や、供給電圧データＤｓを算出する際のフィルタ処理としては、移動平均処理や加重平均処理が挙げられるが、これらの処理方法に限られるものではない。また、電気回路を用いてハードウェア的にフィルタ処理を施しても良く、プログラムを用いてソフトウェア的にフィルタ処理を施しても良い。また、電流センサ３１，４６によって検出される供給電流Ｉｓや受給電流Ｉｒを用いる際にも、移動平均処理等のフィルタ処理を施しても良いことはいうまでもない。
【００３５】
また、図示する電動車両１１は、駆動源としてモータジェネレータ２０のみを備えた電動車両であるが、駆動源としてモータジェネレータ２０およびエンジンを備えたハイブリッド型の電動車両であっても良い。また、蓄電デバイスとして、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等のバッテリ１３を採用しているが、これに限られることはなく、蓄電デバイスとして、リチウムイオンキャパシタや電気二重層キャパシタ等のキャパシタを用いても良い。なお、前述の説明では、充電ケーブル１４に接触式の給電コネクタ４２を備えたコンダクティブ方式の充電器１２を用いているが、これに限られることはなく、充電ケーブル１４に非接触式の給電コネクタを備えたインダクティブ方式の充電器を用いても良い。
【符号の説明】
【００３６】
１０ 充電システム
１１ 電動車両
１２ 充電器
１３ バッテリ(蓄電デバイス)
１４ 充電ケーブル
４８ 充電制御ユニット(第１基準設定手段，第２基準設定手段，データ同期手段，電圧差算出手段，抵抗算出手段，降下量算出手段，充電判定手段，定電流充電手段)
Ｖｓ 供給電圧
Ｖｒ 受給電圧
Ｉｓ 供給電流
Ｉｒ 受給電流
Ｉ１ 所定電流
Ｒ 電気抵抗(通電抵抗)
Ｘａ 基礎判定電圧
Ｘｂ 判定電圧
ΔＶ，ΔＶ１，ΔＶ２ 電圧差
ΔＶａ 電圧降下量
Ｄｓ 供給電圧データ
Ｄｒ 受給電圧データ
α１，α２ 基準点
Ｔ 時間遅れ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電システムおよび充電器に関し、特に、充電器による蓄電デバイスの充電状態の誤判定を防止するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、動力源として電動モータを備える電動車両の開発が進められている。電動車両に搭載されるバッテリ等の蓄電デバイスを充電する際には、充電器から伸びる充電ケーブルが電動車両の充電口に接続される(例えば、特許文献１参照)。また、動力源としてエンジンおよび電動モータを備えるハイブリッド型の電動車両においても、充電器によって蓄電デバイスを充電可能とした所謂プラグイン方式のハイブリッド型電動車両が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−８３６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、充電ケーブルは電気抵抗やインピーダンスを有することから、充電時には充電ケーブルにおいて電圧降下が発生することになる。すなわち、充電器側の供給電圧と電動車両側の受給電圧とが乖離することから、充電器側の供給電圧に基づき蓄電デバイスの充電判定を高精度に行うことは困難であった。これにより、蓄電デバイスの充電状態が充電器によって正確に認識されず、充電器による適切な充電制御が困難となっていた。
【０００５】
本発明の目的は、充電器による蓄電デバイスの充電状態の誤判定を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の充電システムは、充電器と電動車両とを充電ケーブルを介して接続し、前記電動車両に搭載される蓄電デバイスを充電する充電システムであって、前記充電器側の供給電圧に所定のフィルタ処理を施して算出される供給電圧データに対し、前記供給電圧データの変化率に基づいて基準点を設定する第１基準設定手段と、前記電動車両側の受給電圧に所定のフィルタ処理を施して算出される受給電圧データに対し、前記受給電圧データの変化率に基づいて基準点を設定する第２基準設定手段と、前記供給電圧データと前記受給電圧データとの基準点に基づいて、前記供給電圧データと前記受給電圧データとを同期させるデータ同期手段と、同期させた前記供給電圧データと前記受給電圧データとを比較し、前記供給電圧と前記受給電圧との電圧差を算出する電圧差算出手段と、前記供給電圧と前記受給電圧との電圧差に基づいて、前記充電ケーブルの通電抵抗を算出する抵抗算出手段と、前記充電ケーブルの通電抵抗と前記充電器側の供給電流または前記電動車両側の受給電流とに基づいて、前記充電ケーブルの電圧降下量を算出する降下量算出手段と、前記電圧降下量に基づき更新される判定電圧と前記充電器側の供給電圧とを比較し、前記蓄電デバイスの充電状態を判定する充電判定手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の充電システムは、前記判定電圧は、所定の基礎判定電圧に前記電圧降下量を加算して更新されることを特徴とする。
【０００８】
本発明の充電システムは、前記充電器は、前記供給電流を所定電流まで上昇させてから前記所定電流に保持する定電流充電を実施し、前記第１基準設定手段は、前記供給電流の上昇過程と保持過程とにおける前記供給電圧データの変化率の差を検出し、上昇過程から保持過程に切り替わる箇所の前記供給電圧データに基準点を設定し、前記第２基準設定手段は、前記供給電流の上昇過程と保持過程とにおける前記受給電圧データの変化率の差を検出し、上昇過程から保持過程に切り替わる箇所の前記受給電圧データに基準点を設定することを特徴とする。
【０００９】
本発明の充電システムは、前記データ同期手段は、基準点に基づいて前記供給電圧データと前記受給電圧データとの間の時間遅れを算出し、時間遅れに基づいて前記供給電圧データと前記受給電圧データとを同期させることを特徴とする。
【００１０】
本発明の充電器は、蓄電デバイスが搭載される電動車両に充電ケーブルを介して接続され、前記蓄電デバイスを充電する充電器であって、前記充電器側の供給電圧に所定のフィルタ処理を施して算出される供給電圧データに対し、前記供給電圧データの変化率に基づいて基準点を設定する第１基準設定手段と、前記電動車両側の受給電圧に所定のフィルタ処理を施して算出される受給電圧データに対し、前記受給電圧データの変化率に基づいて基準点を設定する第２基準設定手段と、前記供給電圧データと前記受給電圧データとの基準点に基づいて、前記供給電圧データと前記受給電圧データとを同期させるデータ同期手段と、同期させた前記供給電圧データと前記受給電圧データとを比較し、前記供給電圧と前記受給電圧との電圧差を算出する電圧差算出手段と、前記供給電圧と前記受給電圧との電圧差に基づいて、前記充電ケーブルの通電抵抗を算出する抵抗算出手段と、前記充電ケーブルの通電抵抗と前記充電器側の供給電流または前記電動車両側の受給電流とに基づいて、前記充電ケーブルの電圧降下量を算出する降下量算出手段と、前記電圧降下量に基づき更新される判定電圧と前記充電器側の供給電圧とを比較し、前記蓄電デバイスの充電状態を判定する充電判定手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の充電器は、前記判定電圧は、所定の基礎判定電圧に前記電圧降下量を加算して更新されることを特徴とする。
【００１２】
本発明の充電器は、前記蓄電デバイスを充電する際に、前記供給電流を所定電流まで上昇させてから前記所定電流に保持する定電流充電手段を有し、前記第１基準設定手段は、前記供給電流の上昇過程と保持過程とにおける前記供給電圧データの変化率の差を検出し、上昇過程から保持過程に切り替わる箇所の前記供給電圧データに基準点を設定し、前記第２基準設定手段は、前記供給電流の上昇過程と保持過程とにおける前記受給電圧データの変化率の差を検出し、上昇過程から保持過程に切り替わる箇所の前記受給電圧データに基準点を設定することを特徴とする。
【００１３】
本発明の充電器は、前記データ同期手段は、基準点に基づいて前記供給電圧データと前記受給電圧データとの間の時間遅れを算出し、時間遅れに基づいて前記供給電圧データと前記受給電圧データとを同期させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、蓄電デバイスの充電状態を判定する際に充電器側の供給電圧と比較される判定電圧を、充電ケーブルの電圧降下量に基づき更新するようにしたので、充電ケーブルの影響を受けることなく、充電器の供給電圧に基づいて蓄電デバイスの充電状態を正確に判定することが可能となる。
【００１５】
しかも、供給電圧データの変化率に基づいて供給電圧データに基準点を設定し、受給電圧データの変化率に基づいて受給電圧データに基準点を設定したので、基準点に基づいて供給電圧データと受給電圧データとを同期させることが可能となる。これにより、供給電圧データと受給電圧データとの電圧差を精度良く算出することができ、充電ケーブルの電圧降下量を精度良く算出するとともに、判定電圧を精度良く更新することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態である充電システムによる充電状況を示す概略図である。
【図２】充電システムを構成する電動車両の内部構造を示す概略図である。
【図３】充電システムを構成する充電器の内部構造を示す概略図である。
【図４】電動車両の充電口に対して充電器の充電ケーブルを接続した状態を示す概略図である。
【図５】バッテリの充放電特性の一例を示す線図である。
【図６】フィルタ処理が受給電圧や供給電圧に与える影響を示す説明図である。
【図７】充電時における供給電流、供給電圧データおよび受給電圧データの変動状態を示す線図である。
【図８】充電時における供給電圧データおよび受給電圧データの変動状態を示す説明図である。
【図９】充電開始から充電終了までの判定電圧の変動状況の一例を示す線図である。
【図１０】充電時における供給電圧と受給電圧との推移の一例を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である充電システム１０による充電状況を示す概略図である。また、図２は充電システム１０を構成する電動車両１１の内部構造を示す概略図である。さらに、図３は充電システム１０を構成する充電器１２の内部構造を示す概略図である。図１に示すように、電動車両１１には蓄電デバイスとしてバッテリ１３が搭載されており、このバッテリ１３を充電する際には充電器１２の充電ケーブル１４が電動車両１１の充電口１５に接続される。そして、充電器１２は、電動車両１１に供給する充電電流や充電電圧を制御しながら、所定電圧に達するまでバッテリ１３を充電する。なお、充電器１２による充電方式としては、一定の電流でバッテリ１３を充電する定電流充電、一定の電圧でバッテリ１３を充電する定電圧充電、一定の電力でバッテリ１３を充電する定電力充電、定電流充電と定電圧充電とをタイマー等で切り換える定電流定電圧充電等がある。
【００１８】
図２に示すように、電動車両１１は動力源であるモータジェネレータ２０を有しており、モータジェネレータ２０は駆動軸２１を介して駆動輪２２に連結されている。また、モータジェネレータ２０とバッテリ１３とは、直流電力と交流電力とを双方向に変換するインバータ２３を介して接続されている。なお、バッテリ１３とインバータ２３とを接続する通電ライン２４，２５にはメインリレー２６が設けられている。また、車体側部の充電口１５には受電コネクタ２７が設置されており、受電コネクタ２７には一対の受電端子２７ａ，２７ｂが設けられている。一方の受電端子２７ａは受電ライン２８を介して正極側の通電ライン２４に接続され、他方の受電端子２７ｂは受電ライン２９を介して負極側の通電ライン２５に接続されている。また、電動車両１１には、受電ライン２８，２９の電圧つまり受給電圧Ｖｒを検出する電圧センサ３０が設けられるとともに、受電ライン２８の電流つまり受給電流Ｉｒを検出する電流センサ３１が設けられている。さらに、受電コネクタ２７には信号端子２７ｃが設けられており、この信号端子２７ｃには通信ライン３２が接続されている。また、電動車両１１には、車両全体を統合制御する車両制御ユニット３３、バッテリ１３を制御するバッテリ制御ユニット３４、インバータ２３を制御するモータ制御ユニット３５が設けられている。これらの制御ユニット３３〜３５は、通信ネットワーク３６を介して相互に接続されている。なお、各制御ユニット３３〜３５はＣＰＵやメモリ等によって構成される。
【００１９】
図３に示すように、充電器１２には、外部電源４０からの交流電力を充電用の直流電力に変換する電力変換部４１が設けられている。この電力変換部４１は、整流回路、変圧器、スイッチング回路等によって構成されている。また、充電器１２に設けられる充電ケーブル１４の先端には、受電コネクタ２７に対して着脱自在となる給電コネクタ４２が設けられている。この給電コネクタ４２には、受電コネクタ２７の受電端子２７ａ，２７ｂに対応する一対の給電端子４２ａ，４２ｂが設けられている。一方の給電端子４２ａは給電ライン４３を介して電力変換部４１の正極端子４１ａに接続され、他方の給電端子４２ｂは給電ライン４４を介して電力変換部４１の負極端子４１ｂに接続されている。また、充電器１２には、給電ライン４３，４４の電圧つまり供給電圧Ｖｓを検出する電圧センサ４５が設けられるとともに、給電ライン４３の電流つまり供給電流Ｉｓを検出する電流センサ４６が設けられている。さらに、給電コネクタ４２には信号端子４２ｃが設けられており、この信号端子４２ｃには通信ライン４７が接続されている。また、充電器１２にはＣＰＵやメモリ等によって構成される充電制御ユニット４８が設けられており、充電制御ユニット４８から電力変換部４１に対して制御信号が出力される。
【００２０】
ここで、図４は電動車両１１の充電口１５に対して充電器１２の充電ケーブル１４を接続した状態を示す概略図である。図４に示すように、充電口１５の受電コネクタ２７に充電ケーブル１４の給電コネクタ４２を接続することにより、給電ライン４３，４４および受電ライン２８，２９を介して電力変換部４１とバッテリ１３とは接続された状態となる。また、充電口１５の受電コネクタ２７に充電ケーブル１４の給電コネクタ４２を接続することにより、通信ライン３２，４７を介して車両制御ユニット３３と充電制御ユニット４８とは接続された状態となる。このように、充電器１２と電動車両１１とが接続されると、充電器１２の充電制御ユニット４８は、後述するように、供給電圧Ｖｓが所定の判定電圧Ｘｂに達するまでバッテリ１３の充電を継続する。すなわち、充電制御ユニット４８は、充電器側で検出される供給電圧Ｖｓに基づいて、バッテリ１３が満充電状態(例えばＳＯＣ＝８０％)に達したか否かを判定している。
【００２１】
ところで、電動車両１１に接続される充電ケーブル１４は電気抵抗(通電抵抗)Ｒを有することから、充電時には充電ケーブル１４において電圧降下が発生する。すなわち、供給電圧Ｖｓと受給電圧Ｖｒとは、充電ケーブル１４での電圧降下量ΔＶａだけ乖離することになる。このように、充電ケーブル１４における電圧降下の発生により、充電器側の供給電圧Ｖｓと電動車両側の受給電圧Ｖｒとは一致しないことから、単に充電器側の供給電圧Ｖｓが所定の目標電圧に達するまで充電を継続しても、バッテリ１３の満充電状態を保証することは困難であった。ここで、図５はバッテリ１３の充放電特性の一例を示す線図である。図５に示すように、バッテリ１３の充電状態ＳＯＣが５０％のときにはバッテリ電圧が３９８Ｖを示し、バッテリ１３の充電状態ＳＯＣが８０％のときにはバッテリ電圧が４００Ｖを示している。このように、僅かなバッテリ電圧の差が大きな充電状態ＳＯＣの差を示す充放電特性である場合には、充電器側の供給電圧Ｖｓに基づいてバッテリ１３の満充電状態を判定することが困難となっていた。例えば、充電ケーブル１４の電圧降下量ΔＶａが２Ｖであった場合に、バッテリ１３を満充電状態(例えばＳＯＣ＝８０％)にしようと、充電器側の供給電圧Ｖｓが４００Ｖに達するまで充電したとしても、電動車両側の受給電圧Ｖｒ、つまりバッテリ電圧は３９８Ｖまでしか達していないことになる。このように、バッテリ１３が図５の充放電特性を備えていた場合には、バッテリ１３が充電不足状態(ＳＯＣ＝５０％)であるにも拘わらず、充電器１２は、バッテリ１３が満充電状態であると誤判定し、バッテリ１３の充電を打ち切ることになっていた。
【００２２】
そこで、充電制御ユニット４８は、充電ケーブル１４の電圧降下量ΔＶａを算出するとともに、充電時に供給電圧Ｖｓと比較される判定電圧Ｘｂを電圧降下量ΔＶａに基づいて更新している。まず、電圧差算出手段および抵抗算出手段として機能する充電制御ユニット４８は、供給電圧Ｖｓと受給電圧Ｖｒとの電圧差(給電ライン４３と受電ライン２８との電位差)ΔＶを算出し、この電圧差ΔＶと供給電流Ｉｓとに基づいて電気抵抗Ｒを算出する(Ｒ＝ΔＶ／Ｉｓ)。なお、充電ケーブル１４の電気抵抗Ｒを算出する際に、供給電流Ｉｓに代えて受給電流Ｉｒを用いても良い。また、充電ケーブル１４の通電抵抗として電気抵抗Ｒを挙げているが、これに限られることはなく、充電ケーブル１４の通電抵抗がインピーダンスＺで規定される場合には、電気抵抗Ｒに代えてインピーダンスＺを用いても良い。このように、充電ケーブル１４の電気抵抗Ｒを算出する際に、受給電圧Ｖｒや供給電圧Ｖｓを用いているが、電圧センサ３０，４５によって検出された受給電圧Ｖｒや供給電圧Ｖｓを用いる際には、移動平均処理や加重平均処理等のフィルタ処理を施してノイズの影響を排除することが必要である。
【００２３】
ここで、図６はフィルタ処理が受給電圧Ｖｒや供給電圧Ｖｓに与える影響を示す説明図である。図６に示すように、電圧センサ３０，４５によって検出された実測データにフィルタ処理を施し、実測データからフィルタ処理後の処理データを加工した場合には、実測データと処理データとの間に時間的な遅れが発生する。このフィルタ処理に伴う時間的な遅れの長さは、フィルタ処理の内容に応じて変化するものである。すなわち、電動車両側の受給電圧Ｖｒに施されるフィルタ処理と、充電器側の供給電圧Ｖｓに施されるフィルタ処理とが相違している場合には、受給電圧Ｖｒに基づく受給電圧データＤｒと、供給電圧Ｖｓに基づく供給電圧データＤｓとの間に時間のずれが生じていた。したがって、供給電圧データＤｓと受給電圧データＤｒとを比較して正確に電圧差ΔＶを算出するためには、時間遅れを把握して供給電圧データＤｓと受給電圧データＤｒとを同期させた上で比較することが必要となる。
【００２４】
そこで、充電制御ユニット４８は、充電時に受給電圧データＤｒと供給電圧データＤｓとの間の時間遅れを検出し、この時間遅れに基づいて受給電圧データＤｒと供給電圧データＤｓとを同期させる。そして、充電制御ユニット４８は、同期させた受給電圧データＤｒと供給電圧データＤｓとを比較し、供給電圧Ｖｓと受給電圧Ｖｒとの電圧差ΔＶを高精度に算出する。以下、電圧差ΔＶを高精度に算出する際の手順について説明する。なお、本実施の形態においては、車両制御ユニット３３によって受給電圧データＤｒが算出されており、充電制御ユニット４８によって供給電圧データＤｓが算出されている。また、車両制御ユニット３３によって算出された受給電圧データＤｒは、通信ライン３２，４７を介して充電制御ユニット４８に送信されている。
【００２５】
ここで、図７は充電時における供給電流Ｉｓ、供給電圧データＤｓおよび受給電圧データＤｒの変動状態を示す線図である。充電制御ユニット４８は定電流充電手段として機能しており、図７に示すように、充電器１２は定電流充電によってバッテリ１３を充電している。充電器１２は、充電開始から所定の上昇速度で所定電流Ｉ１まで供給電流Ｉｓを上昇させた後に(上昇過程)、供給電圧Ｖｓを引き上げながら供給電流Ｉｓが所定電流Ｉ１を保持するように調整する(保持過程)。この保持過程は、バッテリ側の受給電圧Ｖｒが所定の目標電圧に達するまで継続される。その後の下降過程において、充電器１２は、供給電流Ｉｓを徐々に低下させながら、受給電圧Ｖｒが最終的な目標電圧に達するまで充電を継続する。この定電流充電においては、供給電圧Ｖｓおよび受給電圧Ｖｒ、つまり供給電圧データＤｓおよび受給電圧データＤｒが、上昇過程では第１上昇速度で急速に上昇し、保持過程では第１上昇速度よりも遅い第２上昇速度で緩やかに上昇する。
【００２６】
また、図８は充電時における供給電圧データＤｓおよび受給電圧データＤｒの変動状態を示す説明図である。なお、図８の説明図は、図７に示した供給電圧データＤｓおよび受給電圧データＤｒの線図に説明を付した図である。図８に示すように、第１基準設定手段として機能する充電制御ユニット４８は、上昇過程と保持過程とにおける供給電圧データＤｓの上昇速度(変化率)の差に基づいて、上昇過程から保持過程に切り替わる箇所の供給電圧データＤｓに基準点α１を設定する。すなわち、供給電圧データＤｓの上昇速度が所定値を超えて変化した点を基準点α１として設定する。同様に、第２基準設定手段として機能する充電制御ユニット４８は、上昇過程と保持過程とにおける受給電圧データＤｒの上昇速度(変化率)の差に基づいて、上昇過程から保持過程に切り替わる箇所の受給電圧データＤｒに基準点α２を設定する。すなわち、受給電圧データＤｒの上昇速度が所定値を超えて変化した点を基準点α２として設定する。なお、供給電圧Ｖｓが計測される給電ライン４３，４４と、受給電圧Ｖｒが計測される受電ライン２８，２９とは接続されるため、図８の拡大部分に示すように、供給電圧Ｖｓおよび受給電圧Ｖｒの上昇速度は同じタイミングで変化している。すなわち、供給電圧Ｖｓが基礎となる供給電圧データＤｓの上昇速度と、受給電圧Ｖｒが基礎となる受給電圧データＤｒの上昇速度とは、同じタイミングで変化することから、基準点α１，α２は時間的に同じタイミングとなる。
【００２７】
このように、供給電圧データＤｓの基準点α１と受給電圧データＤｒの基準点α２とは同じタイミングであることから、データ同期手段として機能する充電制御ユニット４８は、基準点α１と基準点α２との時間間隔を計測し、フィルタ処理に起因する供給電圧データＤｓと受給電圧データＤｒとの時間遅れＴ(例えば０．５秒)を算出する。そして、電圧差算出手段として機能する充電制御ユニット４８は、時間遅れＴを考慮して供給電圧データＤｓ(符号β１)と受給電圧データＤｒ(符号β２)とを比較し、供給電圧データＤｓ(供給電圧Ｖｓ)と受給電圧データＤｒ(受給電圧Ｖｒ)との電圧差ΔＶ１を算出する。そして、充電制御ユニット４８は、電圧差ΔＶ１と、電圧差ΔＶ１を算出した時点の供給電流Ｉｓとに基づいて、充電ケーブル１４の電気抵抗Ｒを算出する。
【００２８】
このように、同じタイミングで供給電圧データＤｓと受給電圧データＤｒとを比較することができ、電圧差ΔＶ１および電気抵抗Ｒを精度良く算出することが可能となる。しかも、供給電圧データＤｓおよび受給電圧データＤｒに基準点α１，α２が設定されたということは、定電流充電時の電圧変化に電圧センサ３０，４５の検出値が追従したことを意味するため、電圧センサ３０，４５の正常動作を併せて判定することも可能となる。なお、前述の説明では、供給電圧データＤｓおよび受給電圧データＤｒに基準点α１，α２を設定した後に、供給電圧データＤｓと受給電圧データＤｒとを比較して電圧差ΔＶ１を算出しているが、これに限られることはなく、図８に示すように、基準点α１，α２を設定した時点で電圧差ΔＶ２を算出しても良い。
【００２９】
前述したように、充電ケーブル１４の電気抵抗Ｒが算出されると、降下量算出手段として機能する充電制御ユニット４８は、電気抵抗Ｒと供給電流Ｉｓとに基づいて充電ケーブル１４の電圧降下量ΔＶａを算出する(ΔＶａ＝Ｉｓ×Ｒ)。そして、充電制御ユニット４８は、予め設定される基礎判定電圧Ｘａに電圧降下量ΔＶａを加算し、供給電圧Ｖｓと比較される判定電圧Ｘｂを算出する(Ｘｂ＝Ｘａ＋ΔＶａ)。この判定電圧Ｘｂの算出は所定時間毎に繰り返されており、供給電流Ｉｓの変化に追従しながら判定電圧Ｘｂは更新されることになる。ここで、図９は充電開始から充電終了までの判定電圧Ｘｂの変動状況の一例を示す線図である。充電ケーブル１４の電気抵抗Ｒは一定であることから、図９に示すように、充電ケーブル１４の電圧降下量ΔＶａは、定電流充電における供給電流Ｉｓに連動して変化する。このため、電圧降下量ΔＶａを加算して得られる判定電圧Ｘｂについても、供給電流Ｉｓに連動して変化することになる。また、充電の進行に伴ってバッテリ１３の内部抵抗が増大することから、供給電流Ｉｓを一定に保持するために供給電圧Ｖｓは緩やかに上昇する。そして、符号αで示すように、上昇する供給電圧Ｖｓ(供給電圧データＤｓ)が判定電圧Ｘｂに到達すると、充電制御ユニット４８は、バッテリ１３が満充電状態に達したと判断して充電を終了させることになる。
【００３０】
ここで、図１０は充電時における供給電圧Ｖｓと受給電圧Ｖｒとの推移の一例を示す線図である。図１０に示すように、供給電圧Ｖｓと比較される判定電圧Ｘｂが、充電ケーブル１４の電圧降下量ΔＶａに相当する分だけ引き上げられることから、供給電圧Ｖｓと判定電圧Ｘｂとに基づいてバッテリ１３の満充電状態を判定することが可能となる。すなわち、バッテリ１３の満充電状態に対応するバッテリ電圧(例えば４００Ｖ)に基礎判定電圧Ｘａを設定することにより、供給電圧Ｖｓが判定電圧Ｘｂ(例えば４１０Ｖ)に到達したときには、バッテリ側の受給電圧Ｖｒが基礎判定電圧Ｘａ(例えば４００Ｖ)に到達する。このように、判定電圧Ｘｂを電圧降下量ΔＶａの分だけ引き上げることにより、充電制御ユニット４８による満充電状態の誤判定を回避することができ、バッテリ１３の充電不足を回避することが可能となる。また、充電制御ユニット４８は、充電ケーブル１４の電気抵抗Ｒを演算することから、電圧降下量ΔＶａを精度良く求めることができ、判定電圧Ｘｂを精度良く更新することが可能となる。すなわち、充電ケーブル１４の長さは充電設備等の都合に応じて調整されることから、予め設定された電気抵抗Ｒを用いるのではなく、個々の充電ケーブル１４毎に電気抵抗Ｒを演算させている。これにより、電圧降下量ΔＶａを精度良く求めることができ、判定電圧Ｘｂが精度良く更新されるのである。
【００３１】
前述の説明では、供給電圧データＤｓと受給電圧データＤｒとの電圧差ΔＶ１を精度良く算出するため、充電過程における供給電圧データＤｓの上昇速度に基づいて基準点α１を設定し、充電過程における受給電圧データＤｒの上昇速度に基づいて基準点α２を設定している。このように、通常の充電過程で現れる上昇速度の変化を利用して基準点α１，α２を設定することから、基準点α１，α２を設定するために供給電圧Ｖｓや供給電流Ｉｓ等を意図的に変動させる必要がない。すなわち、供給電圧Ｖｓや供給電流Ｉｓの制御に関し、既存の充電器１２の仕様を変更する必要がなく、コストを抑制しながら本発明を適用することが可能となる。
【００３２】
また、前述の説明では、供給電圧データＤｓや受給電圧データＤｒの基準点として、上昇過程と保持過程との境界に位置する基準点α１，α２を設定しているが、これに限られることはなく、供給電圧データＤｓや受給電圧データＤｒに変化率(変化速度)の変化が現れるタイミングであれば良い。例えば、図７に示すように、充電開始のタイミングを示す基準点Ａ１，Ａ２であっても良く、保持過程と下降過程との境界に位置する基準点Ｂ１，Ｂ２であっても良い。また、充電終了(電流遮断)のタイミングを示す基準点Ｃ１，Ｃ２であっても良く、充電終了後に受給電圧Ｖｒおよび供給電圧Ｖｓがバッテリ電圧に収束するタイミングを示す基準点Ｄ１，Ｄ２であっても良い。さらに、前述の説明では、バッテリ１３を定電流充電で充電しているが、これに限られることはなく、バッテリ１３を定電圧充電、定電力充電または定電流定電圧充電で充電する際に本発明を適用しても良い。
【００３３】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、充電制御ユニット４８を、第１基準設定手段、第２基準設定手段、データ同期手段、電圧差算出手段、抵抗算出手段、降下量算出手段、充電判定手段および定電流充電手段として機能させているが、これに限られることはない。例えば、第１基準設定手段、第２基準設定手段、データ同期手段、電圧差算出手段、抵抗算出手段、降下量算出手段、充電判定手段および定電流充電手段の各手段を、充電制御ユニット４８と車両制御ユニット３３との一方に集約しても良く、充電制御ユニット４８と車両制御ユニット３３との双方に分散させても良い。なお、前述の説明では、車両制御ユニット３３が受給電圧データＤｒを算出しているが、充電制御ユニット４８に受給電圧データＤｒを算出させる場合には、通信ライン３２，４７を介して充電制御ユニット４８に受給電圧Ｖｒが送信される。同様に、充電制御ユニット４８が供給電圧データＤｓを算出しているが、車両制御ユニット３３に供給電圧データＤｓを算出させる場合には、通信ライン３２，４７を介して車両制御ユニット３３に供給電圧Ｖｓが送信される。
【００３４】
前述の説明では、充電状態ＳＯＣが８０％のときに満充電状態であると示しているが、満充電状態とは設計上のバッテリ使用範囲(ＳＯＣの上限値)に左右されるものであり、充電状態ＳＯＣが８０％のときに限られるものではない。また、受給電圧データＤｒを算出する際のフィルタ処理や、供給電圧データＤｓを算出する際のフィルタ処理としては、移動平均処理や加重平均処理が挙げられるが、これらの処理方法に限られるものではない。また、電気回路を用いてハードウェア的にフィルタ処理を施しても良く、プログラムを用いてソフトウェア的にフィルタ処理を施しても良い。また、電流センサ３１，４６によって検出される供給電流Ｉｓや受給電流Ｉｒを用いる際にも、移動平均処理等のフィルタ処理を施しても良いことはいうまでもない。
【００３５】
また、図示する電動車両１１は、駆動源としてモータジェネレータ２０のみを備えた電動車両であるが、駆動源としてモータジェネレータ２０およびエンジンを備えたハイブリッド型の電動車両であっても良い。また、蓄電デバイスとして、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等のバッテリ１３を採用しているが、これに限られることはなく、蓄電デバイスとして、リチウムイオンキャパシタや電気二重層キャパシタ等のキャパシタを用いても良い。なお、前述の説明では、充電ケーブル１４に接触式の給電コネクタ４２を備えたコンダクティブ方式の充電器１２を用いているが、これに限られることはなく、充電ケーブル１４に非接触式の給電コネクタを備えたインダクティブ方式の充電器を用いても良い。
【符号の説明】
【００３６】
１０ 充電システム
１１ 電動車両
１２ 充電器
１３ バッテリ(蓄電デバイス)
１４ 充電ケーブル
４８ 充電制御ユニット(第１基準設定手段，第２基準設定手段，データ同期手段，電圧差算出手段，抵抗算出手段，降下量算出手段，充電判定手段，定電流充電手段)
Ｖｓ 供給電圧
Ｖｒ 受給電圧
Ｉｓ 供給電流
Ｉｒ 受給電流
Ｉ１ 所定電流
Ｒ 電気抵抗(通電抵抗)
Ｘａ 基礎判定電圧
Ｘｂ 判定電圧
ΔＶ，ΔＶ１，ΔＶ２ 電圧差
ΔＶａ 電圧降下量
Ｄｓ 供給電圧データ
Ｄｒ 受給電圧データ
α１，α２ 基準点
Ｔ 時間遅れ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電器と電動車両とを充電ケーブルを介して接続し、前記電動車両に搭載される蓄電デバイスを充電する充電システムであって、
前記充電器側の供給電圧に所定のフィルタ処理を施して算出される供給電圧データに対し、前記供給電圧データの変化率に基づいて基準点を設定する第１基準設定手段と、
前記電動車両側の受給電圧に所定のフィルタ処理を施して算出される受給電圧データに対し、前記受給電圧データの変化率に基づいて基準点を設定する第２基準設定手段と、
前記供給電圧データと前記受給電圧データとの基準点に基づいて、前記供給電圧データと前記受給電圧データとを同期させるデータ同期手段と、
同期させた前記供給電圧データと前記受給電圧データとを比較し、前記供給電圧と前記受給電圧との電圧差を算出する電圧差算出手段と、
前記供給電圧と前記受給電圧との電圧差に基づいて、前記充電ケーブルの通電抵抗を算出する抵抗算出手段と、
前記充電ケーブルの通電抵抗と前記充電器側の供給電流または前記電動車両側の受給電流とに基づいて、前記充電ケーブルの電圧降下量を算出する降下量算出手段と、
前記電圧降下量に基づき更新される判定電圧と前記充電器側の供給電圧とを比較し、前記蓄電デバイスの充電状態を判定する充電判定手段とを有することを特徴とする充電システム。
【請求項２】
請求項１記載の充電システムにおいて、
前記判定電圧は、所定の基礎判定電圧に前記電圧降下量を加算して更新されることを特徴とする充電システム。
【請求項３】
請求項１または２記載の充電システムにおいて、
前記充電器は、前記供給電流を所定電流まで上昇させてから前記所定電流に保持する定電流充電を実施し、
前記第１基準設定手段は、前記供給電流の上昇過程と保持過程とにおける前記供給電圧データの変化率の差を検出し、上昇過程から保持過程に切り替わる箇所の前記供給電圧データに基準点を設定し、
前記第２基準設定手段は、前記供給電流の上昇過程と保持過程とにおける前記受給電圧データの変化率の差を検出し、上昇過程から保持過程に切り替わる箇所の前記受給電圧データに基準点を設定することを特徴とする充電システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電システムにおいて、
前記データ同期手段は、基準点に基づいて前記供給電圧データと前記受給電圧データとの間の時間遅れを算出し、時間遅れに基づいて前記供給電圧データと前記受給電圧データとを同期させることを特徴とする充電システム。
【請求項５】
蓄電デバイスが搭載される電動車両に充電ケーブルを介して接続され、前記蓄電デバイスを充電する充電器であって、
前記充電器側の供給電圧に所定のフィルタ処理を施して算出される供給電圧データに対し、前記供給電圧データの変化率に基づいて基準点を設定する第１基準設定手段と、
前記電動車両側の受給電圧に所定のフィルタ処理を施して算出される受給電圧データに対し、前記受給電圧データの変化率に基づいて基準点を設定する第２基準設定手段と、
前記供給電圧データと前記受給電圧データとの基準点に基づいて、前記供給電圧データと前記受給電圧データとを同期させるデータ同期手段と、
同期させた前記供給電圧データと前記受給電圧データとを比較し、前記供給電圧と前記受給電圧との電圧差を算出する電圧差算出手段と、
前記供給電圧と前記受給電圧との電圧差に基づいて、前記充電ケーブルの通電抵抗を算出する抵抗算出手段と、
前記充電ケーブルの通電抵抗と前記充電器側の供給電流または前記電動車両側の受給電流とに基づいて、前記充電ケーブルの電圧降下量を算出する降下量算出手段と、
前記電圧降下量に基づき更新される判定電圧と前記充電器側の供給電圧とを比較し、前記蓄電デバイスの充電状態を判定する充電判定手段とを有することを特徴とする充電器。
【請求項６】
請求項５記載の充電器において、
前記判定電圧は、所定の基礎判定電圧に前記電圧降下量を加算して更新されることを特徴とする充電器。
【請求項７】
請求項５または６記載の充電器において、
前記蓄電デバイスを充電する際に、前記供給電流を所定電流まで上昇させてから前記所定電流に保持する定電流充電手段を有し、
前記第１基準設定手段は、前記供給電流の上昇過程と保持過程とにおける前記供給電圧データの変化率の差を検出し、上昇過程から保持過程に切り替わる箇所の前記供給電圧データに基準点を設定し、
前記第２基準設定手段は、前記供給電流の上昇過程と保持過程とにおける前記受給電圧データの変化率の差を検出し、上昇過程から保持過程に切り替わる箇所の前記受給電圧データに基準点を設定することを特徴とする充電器。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の充電器において、
前記データ同期手段は、基準点に基づいて前記供給電圧データと前記受給電圧データとの間の時間遅れを算出し、時間遅れに基づいて前記供給電圧データと前記受給電圧データとを同期させることを特徴とする充電器。
【請求項１】
充電器と電動車両とを充電ケーブルを介して接続し、前記電動車両に搭載される蓄電デバイスを充電する充電システムであって、
前記充電器側の供給電圧に所定のフィルタ処理を施して算出される供給電圧データに対し、前記供給電圧データの変化率に基づいて基準点を設定する第１基準設定手段と、
前記電動車両側の受給電圧に所定のフィルタ処理を施して算出される受給電圧データに対し、前記受給電圧データの変化率に基づいて基準点を設定する第２基準設定手段と、
前記供給電圧データと前記受給電圧データとの基準点に基づいて、前記供給電圧データと前記受給電圧データとを同期させるデータ同期手段と、
同期させた前記供給電圧データと前記受給電圧データとを比較し、前記供給電圧と前記受給電圧との電圧差を算出する電圧差算出手段と、
前記供給電圧と前記受給電圧との電圧差に基づいて、前記充電ケーブルの通電抵抗を算出する抵抗算出手段と、
前記充電ケーブルの通電抵抗と前記充電器側の供給電流または前記電動車両側の受給電流とに基づいて、前記充電ケーブルの電圧降下量を算出する降下量算出手段と、
前記電圧降下量に基づき更新される判定電圧と前記充電器側の供給電圧とを比較し、前記蓄電デバイスの充電状態を判定する充電判定手段とを有することを特徴とする充電システム。
【請求項２】
請求項１記載の充電システムにおいて、
前記判定電圧は、所定の基礎判定電圧に前記電圧降下量を加算して更新されることを特徴とする充電システム。
【請求項３】
請求項１または２記載の充電システムにおいて、
前記充電器は、前記供給電流を所定電流まで上昇させてから前記所定電流に保持する定電流充電を実施し、
前記第１基準設定手段は、前記供給電流の上昇過程と保持過程とにおける前記供給電圧データの変化率の差を検出し、上昇過程から保持過程に切り替わる箇所の前記供給電圧データに基準点を設定し、
前記第２基準設定手段は、前記供給電流の上昇過程と保持過程とにおける前記受給電圧データの変化率の差を検出し、上昇過程から保持過程に切り替わる箇所の前記受給電圧データに基準点を設定することを特徴とする充電システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電システムにおいて、
前記データ同期手段は、基準点に基づいて前記供給電圧データと前記受給電圧データとの間の時間遅れを算出し、時間遅れに基づいて前記供給電圧データと前記受給電圧データとを同期させることを特徴とする充電システム。
【請求項５】
蓄電デバイスが搭載される電動車両に充電ケーブルを介して接続され、前記蓄電デバイスを充電する充電器であって、
前記充電器側の供給電圧に所定のフィルタ処理を施して算出される供給電圧データに対し、前記供給電圧データの変化率に基づいて基準点を設定する第１基準設定手段と、
前記電動車両側の受給電圧に所定のフィルタ処理を施して算出される受給電圧データに対し、前記受給電圧データの変化率に基づいて基準点を設定する第２基準設定手段と、
前記供給電圧データと前記受給電圧データとの基準点に基づいて、前記供給電圧データと前記受給電圧データとを同期させるデータ同期手段と、
同期させた前記供給電圧データと前記受給電圧データとを比較し、前記供給電圧と前記受給電圧との電圧差を算出する電圧差算出手段と、
前記供給電圧と前記受給電圧との電圧差に基づいて、前記充電ケーブルの通電抵抗を算出する抵抗算出手段と、
前記充電ケーブルの通電抵抗と前記充電器側の供給電流または前記電動車両側の受給電流とに基づいて、前記充電ケーブルの電圧降下量を算出する降下量算出手段と、
前記電圧降下量に基づき更新される判定電圧と前記充電器側の供給電圧とを比較し、前記蓄電デバイスの充電状態を判定する充電判定手段とを有することを特徴とする充電器。
【請求項６】
請求項５記載の充電器において、
前記判定電圧は、所定の基礎判定電圧に前記電圧降下量を加算して更新されることを特徴とする充電器。
【請求項７】
請求項５または６記載の充電器において、
前記蓄電デバイスを充電する際に、前記供給電流を所定電流まで上昇させてから前記所定電流に保持する定電流充電手段を有し、
前記第１基準設定手段は、前記供給電流の上昇過程と保持過程とにおける前記供給電圧データの変化率の差を検出し、上昇過程から保持過程に切り替わる箇所の前記供給電圧データに基準点を設定し、
前記第２基準設定手段は、前記供給電流の上昇過程と保持過程とにおける前記受給電圧データの変化率の差を検出し、上昇過程から保持過程に切り替わる箇所の前記受給電圧データに基準点を設定することを特徴とする充電器。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の充電器において、
前記データ同期手段は、基準点に基づいて前記供給電圧データと前記受給電圧データとの間の時間遅れを算出し、時間遅れに基づいて前記供給電圧データと前記受給電圧データとを同期させることを特徴とする充電器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１１０８１８（Ｐ２０１３−１１０８１８Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５２７７５（Ｐ２０１１−２５２７７５）
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００５３４８）富士重工業株式会社 (3,010)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００５３４８）富士重工業株式会社 (3,010)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]