車両の充電システムおよび車両の充電方法
【課題】簡素かつ効率的な構成で、ユーザの利便性を向上可能な車両の充電システムを提供する。
【解決手段】充電器１６０は、外部電源４０２からの電力を蓄電装置１５０の充電電力に変換可能に構成される。ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、蓄電装置１５０の残容量に基づいて、予め定められた所定電力で蓄電装置１５０を充電したときの充電時間を演算するとともに、ユーザにより入力部２００に入力される充電終了予定時刻および充電時間に応じて充電開始時刻を設定する。ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、充電開始時刻に到達したときには、所定電力を蓄電装置１５０に供給するように充電器１６０を制御する。
【解決手段】充電器１６０は、外部電源４０２からの電力を蓄電装置１５０の充電電力に変換可能に構成される。ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、蓄電装置１５０の残容量に基づいて、予め定められた所定電力で蓄電装置１５０を充電したときの充電時間を演算するとともに、ユーザにより入力部２００に入力される充電終了予定時刻および充電時間に応じて充電開始時刻を設定する。ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、充電開始時刻に到達したときには、所定電力を蓄電装置１５０に供給するように充電器１６０を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両の充電システムおよび充電方法に関し、より特定的には、蓄電装置を搭載する車両に対して、車両外部から充電するための充電システムおよび充電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機によって車両駆動力を発生可能に構成された、電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車等の車両では、当該電動機を駆動するための電力を蓄積する蓄電装置が搭載されている。このような車両では、発進時や加速時などに蓄電装置から電動機に電力を供給して車両駆動力を発生する一方で、降坂走行時や減速時などに電動機の回生制動により発生した電力を蓄電装置に供給する。
【０００３】
このような車両において、商用電源などの外部電源と電気的に接続されて蓄電装置の充電（以下、単に「外部充電」とも称する）が可能な構成が提案されている。このような外部充電が可能な車両においては、ユーザにより設定された充電終了予定時刻（あるいは、次回車両運転開始時刻）に基づいて、その充電終了予定時刻の直前に蓄電装置の充電が終了するようなタイマー充電機能を有する車両が存在する。
【０００４】
たとえば、特許第３５５４０５７号公報（特許文献１）は、電気自動車用蓄電池の充電を行なう充電器を制御する電気自動車用蓄電池充電制御装置を開示する。この特許文献１に記載される充電制御装置では、充電に先立って、充電器に設けられた電源プラグを電源ジャックへ挿入することによって電源の接続が行なわれると、充電器に接続された電源電圧値が検出される。そして、乗車予定時刻が設定された後に充電開始指示がなされると、充電開始指示がなされたときの蓄電池の放電量、検出された電源電圧値および、予め定められた充電電流値に基づいて必要充電時間が演算される。さらに、設定された乗車予定時刻および演算された必要充電時間に基づいて、乗車予定時刻に充電を終了させるための充電開始時刻が演算される。そして、充電開始時刻になると、充電電流値によって充電が開始される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５５４０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１に記載される構成では、必要充電時間は、充電器に接続されている電源電圧値の検出値と、予め定められた充電電流値とに基づいて演算される。電源電圧値の検出は、充電器に設けられた電源プラグが電源ジャックに挿入されたときに、充電器の内部のタップ切替回路が電源ジャックに挿入された電源プラグを判別することによって行なわれる。したがって、特許文献１においては、充電器に電源が接続された状態ではじめて、必要充電時間の演算が可能となり、充電開始時刻の決定が可能となる。
【０００７】
言い換えれば、充電器に電源が接続されるまでは、必要充電時間の演算、および必要充電時間に基づいた充電開始時刻の決定を行なうことができない。そのため、ユーザは、乗車予定時刻に充電を終了させるために、いつまでに充電を開始する必要があるかを直ちに知ることができない。これにより、充電器に電源が接続された時刻によっては、乗車予定時刻に充電を終了させることが手遅れとなってしまう場合が起こり得る。
【０００８】
また、特許文献１では、充電器に電源が接続された後に必要充電時間が演算され、その演算結果に基づいて、上記の充電開始時刻の演算に加えて、乗車予定時刻に充電を終了させることができるか否か、すなわちタイマー充電の実行可否が判断される。そのため、タイマー充電を実行するための制御ロジックが複雑化するという不具合がある。
【０００９】
それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡素かつ効率的な構成で、ユーザの利便性を向上可能な車両の充電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明のある局面に従えば、車両に搭載される蓄電装置の充電を制御するための車両の充電システムは、外部電源からの電力を蓄電装置の充電電力に変換可能に構成された充電器と、蓄電装置の残容量に基づいて、予め定められた所定電力で蓄電装置を充電したときの充電時間を演算するとともに、ユーザにより入力される充電終了予定時刻および充電時間に応じて充電開始時刻を設定し、かつ、充電開始時刻に到達したときに、所定電力を蓄電装置に供給するように充電器を制御するための制御装置とを備える。
【００１１】
好ましくは、所定電力は、ユーザからの入力に従って設定される。
好ましくは、制御装置は、所定電力が蓄電装置に供給されるように、外部電源の供給電圧に応じて、蓄電装置に供給する充電電流を制御する。
【００１２】
この発明の別の局面に従えば、車両に搭載される蓄電装置の充電を制御するための車両の充電方法であって、車両は、外部電源からの電力を蓄電装置の充電電力に変換可能に構成された充電器を含む。車両の充電方法は、蓄電装置の残容量に基づいて、予め定められた所定電力で蓄電装置を充電したときの充電時間を演算するステップと、ユーザにより入力される充電終了予定時刻および充電時間に応じて充電開始時刻を設定するステップと、充電開始時刻に到達したときに、所定電力を蓄電装置に供給するように充電器を制御するステップとを備える。
【００１３】
好ましくは、充電器を制御するステップは、所定電力が蓄電装置に供給されるように、外部電源の供給電圧に応じて、蓄電装置に供給する充電電流を制御する。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、ユーザの利便性に優れた車両の充電システムを、簡素かつ効率的に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に従う電動車両の充電システムの概略図である。
【図２】図１における充電器の構成を説明する図である。
【図３】本実施の形態において、ＰＭ−ＥＣＵで実行されるタイマー充電制御を説明する図である。
【図４】本実施の形態によるタイマー充電制御を実現するための制御処理手順を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明が繰返さない。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態に従う電動車両１０の充電システムの概略図である。なお、電動車両１０は、外部電源により充電可能な蓄電装置からの電力によって走行可能であれば、その構成は特に限定されるものではない。電動車両１０には、たとえばハイブリッド自動車、電気自動車および燃料電池自動車などが含まれる。
【００１８】
図１を参照して、電動車両１０は、車両駆動の発生に用いられる電力を蓄える蓄電装置１５０と、駆動力発生用のモータジェネレータ（ＭＧ：Motor Generator）１２０と、電力変換ユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）１８０と、モータジェネレータ１２０によって発生された駆動力が伝達される駆動輪１３０と、入力部２００と、表示部２１０と、電動車両１０の全体動作を制御するためのＰＭ（Power Train Management）−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１４０とを備える。
【００１９】
さらに、電動車両１０は、外部電源からの充電を行なうために、電動車両１０のボディーに設けられた車両インレット２７０と、リレー１９０と、蓄電装置１５０を外部電源によって充電するための充電器１６０と、ＰＬＧ−ＥＣＵ１７０とを備える。なお、外部電源は、代表的には単相交流の商用電源により構成される。ただし、商用電源に代えて、もしくは商用電源に加えて、住宅の屋根などに設置された太陽電池パネルによる発電電力によって外部電源の電力が供給されてもよい。
【００２０】
蓄電装置１５０は、再充電可能に構成された電力貯蔵要素であり、代表的には、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池が適用される。あるいは、電気二重層キャパシタなどの電池以外の電力貯蔵要素によって、蓄電装置１５０を構成してもよい。図１には、電動車両１０のうちの蓄電装置１５０の充放電制御に関連するシステム構成が記載されている。蓄電装置１５０には、蓄電装置１５０の電圧Ｖｂ、電流Ｉｂおよび温度Ｔｂを検出するための電池センサ（図示せず）が設けられる。
【００２１】
監視ユニット１５２は、蓄電装置１５０に設けられた電池センサの出力に基づいて、蓄電装置１５０の状態値を検出する。すなわち、状態値は、蓄電装置１５０の電圧Ｖｂ、電流Ｉｂおよび温度Ｔｂを含む。上述のように、蓄電装置１５０として代表的には二次電池が用いられるため、蓄電装置１５０の電圧Ｖｂ、電流Ｉｂおよび温度Ｔｂについて、以下では、電池電圧Ｖｂ、電池電流Ｉｂおよび電池温度Ｔｂとも称する。また、電池電圧Ｖｂ、電池電流Ｉｂおよび電池温度Ｔｂを包括的に「電池データ」とも総称する。監視ユニット１５２によって検出された蓄電装置１５０の状態値（電池データ）は、ＰＭ−ＥＣＵ１４０に入力される。
【００２２】
ＰＣＵ１８０は、モータジェネレータ１２０と蓄電装置１５０との間で双方向に電力変換するように構成される。具体的には、ＰＣＵ１８０は、蓄電装置１５０からの直流電力をモータジェネレータ１２０を駆動するための交流電力に変換する。また、ＰＣＵ１８０は、モータジェネレータ１２０によって発生した交流電力を、蓄電装置１５０を充電するための直流電力に変換する。
【００２３】
モータジェネレータ１２０は、代表的には、永久磁石型の三相同期電動機で構成される。モータジェネレータ１２０の出力トルクは、動力伝達ギヤ（図示せず）を介して駆動輪１３０に伝達されて、電動車両１０を走行させる。モータジェネレータ１２０は、電動車両１０の回生制動時には、駆動輪１３０の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、ＰＣＵ１８０によって蓄電装置１５０の充電電力に変換される。
【００２４】
なお、モータジェネレータ１２０の他に、エンジン（図示しない）が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータジェネレータ１２０を協調的に動作させることによって、必要な車両駆動力が発生される。この際には、エンジンの回転による発電電力を用いて、蓄電装置１５０を充電することも可能である。
【００２５】
ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力および各機器への制御信号の出力を行なうとともに、電動車両１０および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
【００２６】
ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、監視ユニット１５２から入力される電池データ（Ｖｂ，Ｉｂ，Ｔｂ）に基づいて、蓄電装置１５０の残容量（ＳＯＣ：State of Charge）を演算する。ＳＯＣは、満充電容量に対する現在の残容量を百分率（０〜１００％）で示したものである。本実施の形態では、蓄電装置１５０が空状態（ｅｍｐｔｙ）のときをＳＯＣ＝０％とし、満充電状態（ｆｕｌｌ）のときをＳＯＣ＝１００％とする。なお、蓄電装置１５０のＳＯＣの算出については、公知の任意の手法を適用できるので、詳細な説明は省略する。
【００２７】
ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、電動車両１０の走行時において、運転者要求に応じた車両駆動力を発生させるために、モータジェネレータ１２０およびＰＣＵ１６０を制御する。この車両駆動力の制御に加えて、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、蓄電装置１５０で充放電される電力を制御する。また、外部充電時において、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、蓄電装置１５０が満充電状態に到達するように、蓄電装置１５０の充電電力を制御する。
【００２８】
充電器１６０は、外部電源４０２からの電力を受けて蓄電装置１５０を充電するための装置である。充電器１６０は、リレー１９０を介して電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２によって車両インレット２７０と接続され、さらに蓄電装置１５０と接続される。電力線ＡＣＬ１とＡＣＬ２の間には、電圧センサ１７２が設置される。電圧センサ１７２による電圧（外部電源からの供給電圧）の検出値ＶＡＣは、ＰＬＧ−ＥＣＵ１７０に入力される。また、充電ケーブル３００側から出力されるケーブル接続信号ＰＩＳＷおよびパイロット信号ＣＰＬＴが、車両インレット２７０を介して、ＰＬＧ−ＥＣＵ１７０に入力される。
【００２９】
充電器１６０は、ＰＭ−ＥＣＵ１４０からの制御指令に従って、充電ケーブル３００を介して、車両インレット２７０，電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２およびリレー１９０を経由して伝達された外部電源４０２からの交流電力を、蓄電装置１５０を充電するための直流電力に変換する。
【００３０】
図２を参照して、充電器１６０についてさらに説明する。充電器１６０は、ＡＣ／ＤＣ変換回路１６２と、ＤＣ／ＡＣ変換回路１６４と、絶縁トランス１６６と、整流回路１６８とを含む。
【００３１】
ＡＣ／ＤＣ変換回路１６２は、単相ブリッジ回路から成る。ＡＣ／ＤＣ変換回路１６２は、ＰＭ−ＥＣＵ１４０からの駆動信号に基づいて、交流電力を直流電力に変換する。また、ＡＣ／ＤＣ変換回路１６２は、コイルをリアクトルとして用いることにより電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路としても機能する。
【００３２】
ＤＣ／ＡＣ変換回路１６４は、単相ブリッジ回路から成る。ＤＣ／ＡＣ変換回路１６４は、ＰＭ−ＥＣＵ１４０からの駆動信号に基づいて、直流電力を高周波の交流電力に変換して絶縁トランス１６６へ出力する。
【００３３】
絶縁トランス１６６は、磁性体からなるコアと、コアに巻回された一次コイルおよび二次コイルとを含む。一次コイルおよび二次コイルは、電気的に絶縁されており、それぞれＤＣ／ＡＣ変換回路１６４および整流回路１６８に接続される。絶縁トランス１６６は、ＤＣ／ＡＣ変換回路１６４から受ける高周波の交流電力を、一次コイルおよび二次コイルの巻線比に応じた電圧レベルに変換して整流回路１６８へ出力する。整流回路１６８は、絶縁トランス１６６から出力される交流電力を直流電力に整流する。
【００３４】
ＡＣ／ＤＣ変換回路１６２およびＤＣ／ＡＣ変換回路１６４の間の電圧（平滑コンデンサの端子間電圧）は、電圧センサ１８２によって検出され、ＰＭ−ＥＣＵ１４０へ入力される。また、充電器１６０の出力電流（蓄電装置１５０の充電電流に相当）Ｉｃｈは、電流センサ１８４によって検出され、ＰＭ−ＥＣＵ１４０に入力される。
【００３５】
充電ケーブル３００は、車両側の充電コネクタ３１０と、外部電源側のプラグ３２０と、充電回路遮断装置（ＣＣＩＤ：Charging Circuit Interrupt Device）３３０と、それぞれの機器間を接続して電力および制御信号を入出力する電線部３４０とを備える。電線部３４０は、プラグ３２０とＣＣＩＤ３３０間を接続する電線部３４０ａと充電コネクタ３１０とＣＣＩＤ３３０間を接続する電線部３４０ｂとを含む。
【００３６】
充電コネクタ３１０は、電動車両１０のボディーに設けられた車両インレット２７０に接続可能に構成される。充電コネクタ３１０には、スイッチ３１２が設けられる。充電コネクタ３１０が車両インレット２７０に接続されると、スイッチ３１２が閉じることにより、充電コネクタ３１０が車両インレット２７０に接続されたことを示すケーブル接続信号ＰＩＳＷがＰＬＧ−ＥＣＵ１７０に入力される。
【００３７】
プラグ３２０は、たとえば家屋に設けられた電源コンセント４００に接続される。電源コンセント４００には、外部電源４０２から交流電力が供給される。
【００３８】
ＣＣＩＤ３３０は、ＣＣＩＤリレー３３２と、コントロールパイロット回路３３４とを含む。ＣＣＩＤリレー３３２は、充電ケーブル３００内の電力線対に設けられる。ＣＣＩＤリレー３３２は、コントロールパイロット回路３３４によってオン／オフ制御される。そして、ＣＣＩＤリレー３３２がオフされているときは、充電ケーブル３００内で電路が遮断される。一方、ＣＣＩＤリレー３３２がオンされると、外部電源４０２から電動車両１０へ電力の供給が可能になる。
【００３９】
コントロールパイロット回路３３４は、充電コネクタ３１０および車両インレット２７０を介して車両のＰＬＧ−ＥＣＵ１７０へパイロット信号ＣＰＬＴを出力する。このパイロット信号ＣＰＬＴは、コントロールパイロット回路３３４から電動車両のＰＬＧ−ＥＣＵ１７０へ充電ケーブル３００の定格電流を通知するための信号である。また、パイロット信号ＣＰＬＴは、ＰＬＧ−ＥＣＵ１７０によって操作されるパイロット信号ＣＰＬＴの電位に基づいてＰＬＧ−ＥＣＵ１７０からＣＣＩＤリレー３３２を遠隔操作するための信号としても使用される。そして、コントロールパイロット回路３３４は、パイロット信号ＣＰＬＴの電位変化に基づいてＣＣＩＤリレー３３２をオン／オフ制御する。すなわち、パイロット信号ＣＰＬＴは、ＰＬＧ−ＥＣＵ１７０およびＣＣＩＤ３３０の間で授受される。
【００４０】
ＰＬＧ−ＥＣＵ１７０とＰＭ−ＥＣＵ１４０とは、通信バスを用いて双方向に通信可能に接続されている。ＰＬＧ−ＥＣＵ１７０は、ケーブル接続信号ＰＩＳＷ、パイロット信号ＣＰＬＴおよび電圧センサ１７２の検出値ＶＡＣを取得すると、これらの取得した情報をＰＭ−ＥＣＵ１４０へ送信する。ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、ＰＬＧ−ＥＣＵ１７０から受けた情報に基づいて、外部充電時の充電器１６０の動作を制御する。この結果、充電器１６０は、ＰＭ−ＥＣＵ１４０からの制御指令に従って、外部電源４０２からの電力を蓄電装置１５０の充電に適した電力に変換する。具体的には、外部電源４０２の供給電圧を整流して直流電圧を生成するとともに、ＰＭ−ＥＣＵ１４０からの制御指令に従って、蓄電装置１５０に供給する充電電流Ｉｃｈを制御する。
【００４１】
なお、本実施の形態においては、ＰＭ−ＥＣＵ１４０と、ＰＬＧ−ＥＣＵ１７０とは、別個のＥＣＵとして説明したが、これら複数のＥＣＵの全部の機能を統合したＥＣＵを設けてもよい。
【００４２】
図１に戻って、表示部２１０は、後述するタイマー充電制御においてＰＭ−ＥＣＵ１４０により演算された蓄電装置１５０の充電時間、および当該充電時間に応じて設定された充電開始時刻などのＰＭ−ＥＣＵ１４０からの表示情報を表示するためのユーザインターフェイスである。表示部２１０には、表示ランプやＬＥＤなどのインジケータ、あるいは液晶表示器などが含まれる。
【００４３】
入力部２００は、後述するタイマー充電制御において、充電終了予定時刻（あるいは、次回車両運転開始予定時刻）を設定するためのユーザインターフェイスである。入力部２００により設定された充電終了予定時刻は、ＰＭ−ＥＣＵ１４０へ送信される。
【００４４】
なお、図１においては、入力部２００および表示部２１０がそれぞれ個別の要素として記載されているが、これらの要素は１つの要素に統合されてもよい。
【００４５】
また、図１および図２に示す構成に代えて、外部電源４０２と電動車両１０とを非接触のまま電磁的に結合して電力を供給する構成、具体的には外部電源側に一次コイルを設けるとともに、車両側に二次コイルを設け、一次コイルと二次コイルとの間の相互インダクタンスを利用して、外部電源４０２から電動車両１０へ電力を供給してもよい。このような外部充電を行なう場合でも、外部電源４０２からの供給電力を変換する充電器１６０以降の構成は共通化できる。
【００４６】
（タイマー充電制御）
本実施の形態に従う電動車両１０は、外部充電が可能な車両であるため、車両の走行完了後は、蓄電装置１５０に可能な限り多くの電力を蓄えておくことによって、蓄電装置１５０に蓄えた電力を用いて電動車両１０が走行可能な距離を拡大することができる。
【００４７】
その一方で、一般的に、蓄電装置として代表的に使用される二次電池においては、そのＳＯＣが高い状態が長時間継続することは劣化の観点から好ましくない。そのため、本実施の形態に従う電動車両１０では、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、ユーザにより設定された充電終了予定時刻に基づいて、その充電終了予定時刻の直前にＳＯＣが所定の満充電状態となるように、蓄電装置１５０の充電制御（タイマー充電制御）を実行する。
【００４８】
図３は、本実施の形態において、ＰＭ−ＥＣＵ１４０で実行されるタイマー充電制御を説明する図である。
【００４９】
図３（１）を参照して、電動車両１０の走行完了後において、ユーザが入力部２００により充電終了予定時刻を設定すると、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、監視ユニット１５２（図１）からの電池データ（Ｖｂ，Ｉｂ，Ｔｂ）に基づいて、蓄電装置１５０のＳＯＣを演算する。図３（１）では、蓄電装置１５０の充電を開始する前の電池残量がＳＯＣ＝５０％であり、この状態から満充電状態であるＳＯＣ＝１００％まで充電する場合を考える。
【００５０】
ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、蓄電装置１５０のＳＯＣに基づいて、蓄電装置１５０を満充電状態まで充電するための必要充電量を演算する。そして、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、この必要充電量に基づいて、蓄電装置１５０を予め定められた一定の充電電力Ｐｃｈで充電する場合における充電時間ｔｃｈを演算する。
【００５１】
ここで、充電電力Ｐｃｈは、蓄電装置１５０を一定電力で満充電状態となるまで充電することを想定して予め設定された固定値である。すなわち、充電電力Ｐｃｈの大きさは、外部電源４０２からの供給電圧ＶＡＣや、充電ケーブル３００の定格電流に依存しない。一例として、図３（１）では、充電電力Ｐｃｈ＝１ｋＷに定められているものとする。そして、蓄電装置１５０を充電電力Ｐｃｈ＝１ｋｗで充電するときの充電時間ｔｃｈとして、ｔｃｈ＝６ｈ（時間）が算出されたものとする。
【００５２】
次に、図３（２）を参照して、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、算出された充電時間ｔｃｈ（６ｈ）および充電終了予定時刻に基づいて、充電開始予想時刻を決定する。ユーザにより充電終了予定時刻が翌朝６：００に設定されている場合、充電開始予想時刻は、充電終了予定時刻から充電時間ｔｃｈを差し引くことにより、深夜０：００に決定される。
【００５３】
ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、決定された充電開始予想時刻（０：００）、充電時間ｔｃｈ（６ｈ）および充電終了予定時刻（翌朝６：００）を、表示情報として表示部２１０（図１）へ出力する。これにより、表示部２１０の画面には、同図に示すように、上記の表示情報が表示される。
【００５４】
図３（３）では、ケーブル接続信号ＰＩＳＷに基づいて、充電ケーブル３００の充電コネクタ３１０が車両インレット２７０に接続されたと判断されると、すなわち、充電ケーブル３００により電動車両１０と外部電源４０２とが連結されたと判断されると、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、充電開始予想時刻を用いてタイマー充電処理を実行する。
【００５５】
具体的には、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、充電ケーブル３００が電動車両１０に接続された時刻（２０：００）から充電開始予想時刻（０：００）までは、電動車両１０を充電待機状態（ｓｌｅｅｐ）とする。そして、充電開始予想時刻（深夜０：００）に到達すると、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、充電器１６０を駆動することにより蓄電装置１５０を充電する。このとき、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、充電器１６０から蓄電装置１５０に供給される電力が、上述した一定電力（Ｐｃｈ＝１ｋＷ）に保たれるように、充電電流Ｉｃｈを制御する。
【００５６】
たとえば、外部電源４０２からの供給電圧ＶＡＣが２００Ｖである場合には、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、充電電力Ｐｃｈ（１ｋＷ）を供給電圧ＶＡＣ（２００Ｖ）で割り算して、充電電流Ｉｃｈの目標値Ｉｃｈ＊＝５Ａを算出する。そして、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、電流センサ１８４（図２）により検出される充電電流Ｉｃｈが目標値Ｉｃｈ＊＝５Ａとなるように、充電器１６０をフィードバック制御する。
【００５７】
具体的には、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、目標値Ｉｃｈ＊に対する充電電流Ｉｃｈの電流偏差について比例積分（ＰＩ）演算を行ない、その演算結果に基づいて充電器１６０を駆動するための駆動信号を生成して、充電器１６０を制御する。これにより、外部充電の開始後は、蓄電装置１５０は、一定の充電電力Ｐｃｈ（１ｋＷ）で充電される。そして、充電終了予定時刻である翌朝６：００において、蓄電装置１５０の充電が終了する。
【００５８】
図４は、本実施の形態によるタイマー充電制御を実現するための制御処理手順を示したフローチャートである。
【００５９】
図４を参照して、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、ステップＳ０１において、ユーザにより設定された充電終了予定時刻を取得する。さらに、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、ステップＳ０２により、監視ユニット１５２から電池データ（Ｖｂ，Ｉｂ，Ｔｂ）と取得すると、ステップＳ０３では、取得した電池データに基づいて現在の蓄電装置１５０のＳＯＣを演算する。
【００６０】
次に、ステップＳ０４により、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、現在の蓄電装置１５０のＳＯＣに基づいて、蓄電装置１５０を満充電状態まで充電するための必要充電量を演算する。そして、演算された必要充電量に基づいて、蓄電装置１５０を予め定められた一定の充電電力Ｐｃｈで充電したときの充電時間ｔｃｈを演算する。
【００６１】
ステップＳ０５では、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、ステップＳ０４で算出された充電時間ｔｃｈと、ユーザによって設定された充電終了予定時刻に基づいて、充電開始予想時刻を決定する。ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、決定された充電開始予想時刻および充電時間ｔｃｈを表示部２１０により表示する。
【００６２】
そして、ステップＳ０６により、ケーブル接続信号ＰＩＳＷに基づいて、充電ケーブル３００により電動車両１０と外部電源４０２とが連結されたことが検出されると、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、ステップＳ０７に進み、充電開始予想時刻を用いてタイマー充電処理を実行する。
【００６３】
このように、本実施の形態による車両の充電システムによれば、外部充電における蓄電装置１５０への充電電力Ｐｃｈを予め定められた固定値としたことにより、外部電源４０２からの供給電圧や充電ケーブル３００の定格電流を考慮する必要なく、蓄電装置１５０の電池残量から直ちに充電時間ｔｃｈを演算することができる。したがって、ユーザによって充電終了予定時刻が設定されると、充電ケーブル３００により電動車両１０と外部電源４０２とが連結されていない状態であっても、充電時間ｔｃｈの演算結果から充電開始予想時刻を決定してユーザに報知することができる。これにより、外部電源からの供給電圧および充電ケーブルの定格電流を考慮しながら必要となる充電時間を演算するように構成された従来の充電システムと比較して、車両の充電システムをより簡素かつ効率的に構成することができる。
【００６４】
また、本実施の形態によれば、充電終了予定時刻の設定に応答して充電開始予想時刻および充電時間を表示可能としたことにより、充電終了予定時刻に充電を終了させるために、いつまでに充電ケーブル３００を電動車両１０に接続する必要があるかをユーザに知らせることができる。これにより、充電ケーブル３００の接続をユーザに促すガイダンスをユーザに提供することも可能となる。たとえば、充電開始予想時刻から所定時間（たとえば１０分とする）を経過しても充電ケーブル３００が電動車両１０に接続されていないと判断された場合には、ＰＭ−ＥＣＵ１４０が、充電ケーブル３００の接続をユーザに促すガイダンスを表示部２１０を用いてユーザに通知するようにしてもよい。
【００６５】
さらに、充電開始予想時刻に到達しても蓄電装置１５０の充電を開始することができない場合には、充電終了予定時刻に充電を終了させることができない。たとえば、ユーザが充電ケーブル３００を未だ電動車両１０に接続していない場合や、電動車両１０の内部（特に充電器１６０）に異常が発生した場合がこれに該当する。このような場合には、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、ユーザによるタイマー設定をキャンセルするとともに、その旨を表示部２１０を用いてユーザに通知する。この通知により、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、充電ケーブル３００の接続を促すガイダンスをユーザに提供することができる。また、充電ケーブル３００が電動車両１０に接続されている状況では、充電不能となる異常が生じている旨をユーザに報知することができる。
【００６６】
上述の実施の形態では、本発明に係る充電システムが適用される車両の代表例として電気自動車について例示したが、本願発明は、車両外部の電源によって充電可能に構成された蓄電装置を搭載した車両に適用することが可能である。
【００６７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 電動車両、１２０ モータジェネレータ、１３０ 駆動輪、１４０ ＰＭ−ＥＣＵ、１５０ 蓄電装置、１５２ 監視ユニット、１６０ 充電器、１６２ ＡＣ／ＤＣ変換回路、１６４ ＤＣ／ＡＣ変換回路、１６６ 絶縁トランス、１６８ 整流回路、１７０ ＰＬＧ−ＥＣＵ、１７２，１８２ 電圧センサ、１８４ 電流センサ、１９０ リレー、２００ 入力部、２１０ 表示部、２７０ 車両インレット、３００ 充電ケーブル、３１０ 充電コネクタ、３１２ スイッチ、３２０ プラグ、３３２ ＣＣＩＤリレー、３３４ コントロールパイロット回路、３４０ 電線部、４０２ 外部電源、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２ 電力線。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両の充電システムおよび充電方法に関し、より特定的には、蓄電装置を搭載する車両に対して、車両外部から充電するための充電システムおよび充電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機によって車両駆動力を発生可能に構成された、電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車等の車両では、当該電動機を駆動するための電力を蓄積する蓄電装置が搭載されている。このような車両では、発進時や加速時などに蓄電装置から電動機に電力を供給して車両駆動力を発生する一方で、降坂走行時や減速時などに電動機の回生制動により発生した電力を蓄電装置に供給する。
【０００３】
このような車両において、商用電源などの外部電源と電気的に接続されて蓄電装置の充電（以下、単に「外部充電」とも称する）が可能な構成が提案されている。このような外部充電が可能な車両においては、ユーザにより設定された充電終了予定時刻（あるいは、次回車両運転開始時刻）に基づいて、その充電終了予定時刻の直前に蓄電装置の充電が終了するようなタイマー充電機能を有する車両が存在する。
【０００４】
たとえば、特許第３５５４０５７号公報（特許文献１）は、電気自動車用蓄電池の充電を行なう充電器を制御する電気自動車用蓄電池充電制御装置を開示する。この特許文献１に記載される充電制御装置では、充電に先立って、充電器に設けられた電源プラグを電源ジャックへ挿入することによって電源の接続が行なわれると、充電器に接続された電源電圧値が検出される。そして、乗車予定時刻が設定された後に充電開始指示がなされると、充電開始指示がなされたときの蓄電池の放電量、検出された電源電圧値および、予め定められた充電電流値に基づいて必要充電時間が演算される。さらに、設定された乗車予定時刻および演算された必要充電時間に基づいて、乗車予定時刻に充電を終了させるための充電開始時刻が演算される。そして、充電開始時刻になると、充電電流値によって充電が開始される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５５４０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１に記載される構成では、必要充電時間は、充電器に接続されている電源電圧値の検出値と、予め定められた充電電流値とに基づいて演算される。電源電圧値の検出は、充電器に設けられた電源プラグが電源ジャックに挿入されたときに、充電器の内部のタップ切替回路が電源ジャックに挿入された電源プラグを判別することによって行なわれる。したがって、特許文献１においては、充電器に電源が接続された状態ではじめて、必要充電時間の演算が可能となり、充電開始時刻の決定が可能となる。
【０００７】
言い換えれば、充電器に電源が接続されるまでは、必要充電時間の演算、および必要充電時間に基づいた充電開始時刻の決定を行なうことができない。そのため、ユーザは、乗車予定時刻に充電を終了させるために、いつまでに充電を開始する必要があるかを直ちに知ることができない。これにより、充電器に電源が接続された時刻によっては、乗車予定時刻に充電を終了させることが手遅れとなってしまう場合が起こり得る。
【０００８】
また、特許文献１では、充電器に電源が接続された後に必要充電時間が演算され、その演算結果に基づいて、上記の充電開始時刻の演算に加えて、乗車予定時刻に充電を終了させることができるか否か、すなわちタイマー充電の実行可否が判断される。そのため、タイマー充電を実行するための制御ロジックが複雑化するという不具合がある。
【０００９】
それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡素かつ効率的な構成で、ユーザの利便性を向上可能な車両の充電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明のある局面に従えば、車両に搭載される蓄電装置の充電を制御するための車両の充電システムは、外部電源からの電力を蓄電装置の充電電力に変換可能に構成された充電器と、蓄電装置の残容量に基づいて、予め定められた所定電力で蓄電装置を充電したときの充電時間を演算するとともに、ユーザにより入力される充電終了予定時刻および充電時間に応じて充電開始時刻を設定し、かつ、充電開始時刻に到達したときに、所定電力を蓄電装置に供給するように充電器を制御するための制御装置とを備える。
【００１１】
好ましくは、所定電力は、ユーザからの入力に従って設定される。
好ましくは、制御装置は、所定電力が蓄電装置に供給されるように、外部電源の供給電圧に応じて、蓄電装置に供給する充電電流を制御する。
【００１２】
この発明の別の局面に従えば、車両に搭載される蓄電装置の充電を制御するための車両の充電方法であって、車両は、外部電源からの電力を蓄電装置の充電電力に変換可能に構成された充電器を含む。車両の充電方法は、蓄電装置の残容量に基づいて、予め定められた所定電力で蓄電装置を充電したときの充電時間を演算するステップと、ユーザにより入力される充電終了予定時刻および充電時間に応じて充電開始時刻を設定するステップと、充電開始時刻に到達したときに、所定電力を蓄電装置に供給するように充電器を制御するステップとを備える。
【００１３】
好ましくは、充電器を制御するステップは、所定電力が蓄電装置に供給されるように、外部電源の供給電圧に応じて、蓄電装置に供給する充電電流を制御する。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、ユーザの利便性に優れた車両の充電システムを、簡素かつ効率的に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に従う電動車両の充電システムの概略図である。
【図２】図１における充電器の構成を説明する図である。
【図３】本実施の形態において、ＰＭ−ＥＣＵで実行されるタイマー充電制御を説明する図である。
【図４】本実施の形態によるタイマー充電制御を実現するための制御処理手順を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明が繰返さない。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態に従う電動車両１０の充電システムの概略図である。なお、電動車両１０は、外部電源により充電可能な蓄電装置からの電力によって走行可能であれば、その構成は特に限定されるものではない。電動車両１０には、たとえばハイブリッド自動車、電気自動車および燃料電池自動車などが含まれる。
【００１８】
図１を参照して、電動車両１０は、車両駆動の発生に用いられる電力を蓄える蓄電装置１５０と、駆動力発生用のモータジェネレータ（ＭＧ：Motor Generator）１２０と、電力変換ユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）１８０と、モータジェネレータ１２０によって発生された駆動力が伝達される駆動輪１３０と、入力部２００と、表示部２１０と、電動車両１０の全体動作を制御するためのＰＭ（Power Train Management）−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１４０とを備える。
【００１９】
さらに、電動車両１０は、外部電源からの充電を行なうために、電動車両１０のボディーに設けられた車両インレット２７０と、リレー１９０と、蓄電装置１５０を外部電源によって充電するための充電器１６０と、ＰＬＧ−ＥＣＵ１７０とを備える。なお、外部電源は、代表的には単相交流の商用電源により構成される。ただし、商用電源に代えて、もしくは商用電源に加えて、住宅の屋根などに設置された太陽電池パネルによる発電電力によって外部電源の電力が供給されてもよい。
【００２０】
蓄電装置１５０は、再充電可能に構成された電力貯蔵要素であり、代表的には、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池が適用される。あるいは、電気二重層キャパシタなどの電池以外の電力貯蔵要素によって、蓄電装置１５０を構成してもよい。図１には、電動車両１０のうちの蓄電装置１５０の充放電制御に関連するシステム構成が記載されている。蓄電装置１５０には、蓄電装置１５０の電圧Ｖｂ、電流Ｉｂおよび温度Ｔｂを検出するための電池センサ（図示せず）が設けられる。
【００２１】
監視ユニット１５２は、蓄電装置１５０に設けられた電池センサの出力に基づいて、蓄電装置１５０の状態値を検出する。すなわち、状態値は、蓄電装置１５０の電圧Ｖｂ、電流Ｉｂおよび温度Ｔｂを含む。上述のように、蓄電装置１５０として代表的には二次電池が用いられるため、蓄電装置１５０の電圧Ｖｂ、電流Ｉｂおよび温度Ｔｂについて、以下では、電池電圧Ｖｂ、電池電流Ｉｂおよび電池温度Ｔｂとも称する。また、電池電圧Ｖｂ、電池電流Ｉｂおよび電池温度Ｔｂを包括的に「電池データ」とも総称する。監視ユニット１５２によって検出された蓄電装置１５０の状態値（電池データ）は、ＰＭ−ＥＣＵ１４０に入力される。
【００２２】
ＰＣＵ１８０は、モータジェネレータ１２０と蓄電装置１５０との間で双方向に電力変換するように構成される。具体的には、ＰＣＵ１８０は、蓄電装置１５０からの直流電力をモータジェネレータ１２０を駆動するための交流電力に変換する。また、ＰＣＵ１８０は、モータジェネレータ１２０によって発生した交流電力を、蓄電装置１５０を充電するための直流電力に変換する。
【００２３】
モータジェネレータ１２０は、代表的には、永久磁石型の三相同期電動機で構成される。モータジェネレータ１２０の出力トルクは、動力伝達ギヤ（図示せず）を介して駆動輪１３０に伝達されて、電動車両１０を走行させる。モータジェネレータ１２０は、電動車両１０の回生制動時には、駆動輪１３０の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、ＰＣＵ１８０によって蓄電装置１５０の充電電力に変換される。
【００２４】
なお、モータジェネレータ１２０の他に、エンジン（図示しない）が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータジェネレータ１２０を協調的に動作させることによって、必要な車両駆動力が発生される。この際には、エンジンの回転による発電電力を用いて、蓄電装置１５０を充電することも可能である。
【００２５】
ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力および各機器への制御信号の出力を行なうとともに、電動車両１０および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
【００２６】
ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、監視ユニット１５２から入力される電池データ（Ｖｂ，Ｉｂ，Ｔｂ）に基づいて、蓄電装置１５０の残容量（ＳＯＣ：State of Charge）を演算する。ＳＯＣは、満充電容量に対する現在の残容量を百分率（０〜１００％）で示したものである。本実施の形態では、蓄電装置１５０が空状態（ｅｍｐｔｙ）のときをＳＯＣ＝０％とし、満充電状態（ｆｕｌｌ）のときをＳＯＣ＝１００％とする。なお、蓄電装置１５０のＳＯＣの算出については、公知の任意の手法を適用できるので、詳細な説明は省略する。
【００２７】
ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、電動車両１０の走行時において、運転者要求に応じた車両駆動力を発生させるために、モータジェネレータ１２０およびＰＣＵ１６０を制御する。この車両駆動力の制御に加えて、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、蓄電装置１５０で充放電される電力を制御する。また、外部充電時において、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、蓄電装置１５０が満充電状態に到達するように、蓄電装置１５０の充電電力を制御する。
【００２８】
充電器１６０は、外部電源４０２からの電力を受けて蓄電装置１５０を充電するための装置である。充電器１６０は、リレー１９０を介して電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２によって車両インレット２７０と接続され、さらに蓄電装置１５０と接続される。電力線ＡＣＬ１とＡＣＬ２の間には、電圧センサ１７２が設置される。電圧センサ１７２による電圧（外部電源からの供給電圧）の検出値ＶＡＣは、ＰＬＧ−ＥＣＵ１７０に入力される。また、充電ケーブル３００側から出力されるケーブル接続信号ＰＩＳＷおよびパイロット信号ＣＰＬＴが、車両インレット２７０を介して、ＰＬＧ−ＥＣＵ１７０に入力される。
【００２９】
充電器１６０は、ＰＭ−ＥＣＵ１４０からの制御指令に従って、充電ケーブル３００を介して、車両インレット２７０，電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２およびリレー１９０を経由して伝達された外部電源４０２からの交流電力を、蓄電装置１５０を充電するための直流電力に変換する。
【００３０】
図２を参照して、充電器１６０についてさらに説明する。充電器１６０は、ＡＣ／ＤＣ変換回路１６２と、ＤＣ／ＡＣ変換回路１６４と、絶縁トランス１６６と、整流回路１６８とを含む。
【００３１】
ＡＣ／ＤＣ変換回路１６２は、単相ブリッジ回路から成る。ＡＣ／ＤＣ変換回路１６２は、ＰＭ−ＥＣＵ１４０からの駆動信号に基づいて、交流電力を直流電力に変換する。また、ＡＣ／ＤＣ変換回路１６２は、コイルをリアクトルとして用いることにより電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路としても機能する。
【００３２】
ＤＣ／ＡＣ変換回路１６４は、単相ブリッジ回路から成る。ＤＣ／ＡＣ変換回路１６４は、ＰＭ−ＥＣＵ１４０からの駆動信号に基づいて、直流電力を高周波の交流電力に変換して絶縁トランス１６６へ出力する。
【００３３】
絶縁トランス１６６は、磁性体からなるコアと、コアに巻回された一次コイルおよび二次コイルとを含む。一次コイルおよび二次コイルは、電気的に絶縁されており、それぞれＤＣ／ＡＣ変換回路１６４および整流回路１６８に接続される。絶縁トランス１６６は、ＤＣ／ＡＣ変換回路１６４から受ける高周波の交流電力を、一次コイルおよび二次コイルの巻線比に応じた電圧レベルに変換して整流回路１６８へ出力する。整流回路１６８は、絶縁トランス１６６から出力される交流電力を直流電力に整流する。
【００３４】
ＡＣ／ＤＣ変換回路１６２およびＤＣ／ＡＣ変換回路１６４の間の電圧（平滑コンデンサの端子間電圧）は、電圧センサ１８２によって検出され、ＰＭ−ＥＣＵ１４０へ入力される。また、充電器１６０の出力電流（蓄電装置１５０の充電電流に相当）Ｉｃｈは、電流センサ１８４によって検出され、ＰＭ−ＥＣＵ１４０に入力される。
【００３５】
充電ケーブル３００は、車両側の充電コネクタ３１０と、外部電源側のプラグ３２０と、充電回路遮断装置（ＣＣＩＤ：Charging Circuit Interrupt Device）３３０と、それぞれの機器間を接続して電力および制御信号を入出力する電線部３４０とを備える。電線部３４０は、プラグ３２０とＣＣＩＤ３３０間を接続する電線部３４０ａと充電コネクタ３１０とＣＣＩＤ３３０間を接続する電線部３４０ｂとを含む。
【００３６】
充電コネクタ３１０は、電動車両１０のボディーに設けられた車両インレット２７０に接続可能に構成される。充電コネクタ３１０には、スイッチ３１２が設けられる。充電コネクタ３１０が車両インレット２７０に接続されると、スイッチ３１２が閉じることにより、充電コネクタ３１０が車両インレット２７０に接続されたことを示すケーブル接続信号ＰＩＳＷがＰＬＧ−ＥＣＵ１７０に入力される。
【００３７】
プラグ３２０は、たとえば家屋に設けられた電源コンセント４００に接続される。電源コンセント４００には、外部電源４０２から交流電力が供給される。
【００３８】
ＣＣＩＤ３３０は、ＣＣＩＤリレー３３２と、コントロールパイロット回路３３４とを含む。ＣＣＩＤリレー３３２は、充電ケーブル３００内の電力線対に設けられる。ＣＣＩＤリレー３３２は、コントロールパイロット回路３３４によってオン／オフ制御される。そして、ＣＣＩＤリレー３３２がオフされているときは、充電ケーブル３００内で電路が遮断される。一方、ＣＣＩＤリレー３３２がオンされると、外部電源４０２から電動車両１０へ電力の供給が可能になる。
【００３９】
コントロールパイロット回路３３４は、充電コネクタ３１０および車両インレット２７０を介して車両のＰＬＧ−ＥＣＵ１７０へパイロット信号ＣＰＬＴを出力する。このパイロット信号ＣＰＬＴは、コントロールパイロット回路３３４から電動車両のＰＬＧ−ＥＣＵ１７０へ充電ケーブル３００の定格電流を通知するための信号である。また、パイロット信号ＣＰＬＴは、ＰＬＧ−ＥＣＵ１７０によって操作されるパイロット信号ＣＰＬＴの電位に基づいてＰＬＧ−ＥＣＵ１７０からＣＣＩＤリレー３３２を遠隔操作するための信号としても使用される。そして、コントロールパイロット回路３３４は、パイロット信号ＣＰＬＴの電位変化に基づいてＣＣＩＤリレー３３２をオン／オフ制御する。すなわち、パイロット信号ＣＰＬＴは、ＰＬＧ−ＥＣＵ１７０およびＣＣＩＤ３３０の間で授受される。
【００４０】
ＰＬＧ−ＥＣＵ１７０とＰＭ−ＥＣＵ１４０とは、通信バスを用いて双方向に通信可能に接続されている。ＰＬＧ−ＥＣＵ１７０は、ケーブル接続信号ＰＩＳＷ、パイロット信号ＣＰＬＴおよび電圧センサ１７２の検出値ＶＡＣを取得すると、これらの取得した情報をＰＭ−ＥＣＵ１４０へ送信する。ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、ＰＬＧ−ＥＣＵ１７０から受けた情報に基づいて、外部充電時の充電器１６０の動作を制御する。この結果、充電器１６０は、ＰＭ−ＥＣＵ１４０からの制御指令に従って、外部電源４０２からの電力を蓄電装置１５０の充電に適した電力に変換する。具体的には、外部電源４０２の供給電圧を整流して直流電圧を生成するとともに、ＰＭ−ＥＣＵ１４０からの制御指令に従って、蓄電装置１５０に供給する充電電流Ｉｃｈを制御する。
【００４１】
なお、本実施の形態においては、ＰＭ−ＥＣＵ１４０と、ＰＬＧ−ＥＣＵ１７０とは、別個のＥＣＵとして説明したが、これら複数のＥＣＵの全部の機能を統合したＥＣＵを設けてもよい。
【００４２】
図１に戻って、表示部２１０は、後述するタイマー充電制御においてＰＭ−ＥＣＵ１４０により演算された蓄電装置１５０の充電時間、および当該充電時間に応じて設定された充電開始時刻などのＰＭ−ＥＣＵ１４０からの表示情報を表示するためのユーザインターフェイスである。表示部２１０には、表示ランプやＬＥＤなどのインジケータ、あるいは液晶表示器などが含まれる。
【００４３】
入力部２００は、後述するタイマー充電制御において、充電終了予定時刻（あるいは、次回車両運転開始予定時刻）を設定するためのユーザインターフェイスである。入力部２００により設定された充電終了予定時刻は、ＰＭ−ＥＣＵ１４０へ送信される。
【００４４】
なお、図１においては、入力部２００および表示部２１０がそれぞれ個別の要素として記載されているが、これらの要素は１つの要素に統合されてもよい。
【００４５】
また、図１および図２に示す構成に代えて、外部電源４０２と電動車両１０とを非接触のまま電磁的に結合して電力を供給する構成、具体的には外部電源側に一次コイルを設けるとともに、車両側に二次コイルを設け、一次コイルと二次コイルとの間の相互インダクタンスを利用して、外部電源４０２から電動車両１０へ電力を供給してもよい。このような外部充電を行なう場合でも、外部電源４０２からの供給電力を変換する充電器１６０以降の構成は共通化できる。
【００４６】
（タイマー充電制御）
本実施の形態に従う電動車両１０は、外部充電が可能な車両であるため、車両の走行完了後は、蓄電装置１５０に可能な限り多くの電力を蓄えておくことによって、蓄電装置１５０に蓄えた電力を用いて電動車両１０が走行可能な距離を拡大することができる。
【００４７】
その一方で、一般的に、蓄電装置として代表的に使用される二次電池においては、そのＳＯＣが高い状態が長時間継続することは劣化の観点から好ましくない。そのため、本実施の形態に従う電動車両１０では、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、ユーザにより設定された充電終了予定時刻に基づいて、その充電終了予定時刻の直前にＳＯＣが所定の満充電状態となるように、蓄電装置１５０の充電制御（タイマー充電制御）を実行する。
【００４８】
図３は、本実施の形態において、ＰＭ−ＥＣＵ１４０で実行されるタイマー充電制御を説明する図である。
【００４９】
図３（１）を参照して、電動車両１０の走行完了後において、ユーザが入力部２００により充電終了予定時刻を設定すると、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、監視ユニット１５２（図１）からの電池データ（Ｖｂ，Ｉｂ，Ｔｂ）に基づいて、蓄電装置１５０のＳＯＣを演算する。図３（１）では、蓄電装置１５０の充電を開始する前の電池残量がＳＯＣ＝５０％であり、この状態から満充電状態であるＳＯＣ＝１００％まで充電する場合を考える。
【００５０】
ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、蓄電装置１５０のＳＯＣに基づいて、蓄電装置１５０を満充電状態まで充電するための必要充電量を演算する。そして、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、この必要充電量に基づいて、蓄電装置１５０を予め定められた一定の充電電力Ｐｃｈで充電する場合における充電時間ｔｃｈを演算する。
【００５１】
ここで、充電電力Ｐｃｈは、蓄電装置１５０を一定電力で満充電状態となるまで充電することを想定して予め設定された固定値である。すなわち、充電電力Ｐｃｈの大きさは、外部電源４０２からの供給電圧ＶＡＣや、充電ケーブル３００の定格電流に依存しない。一例として、図３（１）では、充電電力Ｐｃｈ＝１ｋＷに定められているものとする。そして、蓄電装置１５０を充電電力Ｐｃｈ＝１ｋｗで充電するときの充電時間ｔｃｈとして、ｔｃｈ＝６ｈ（時間）が算出されたものとする。
【００５２】
次に、図３（２）を参照して、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、算出された充電時間ｔｃｈ（６ｈ）および充電終了予定時刻に基づいて、充電開始予想時刻を決定する。ユーザにより充電終了予定時刻が翌朝６：００に設定されている場合、充電開始予想時刻は、充電終了予定時刻から充電時間ｔｃｈを差し引くことにより、深夜０：００に決定される。
【００５３】
ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、決定された充電開始予想時刻（０：００）、充電時間ｔｃｈ（６ｈ）および充電終了予定時刻（翌朝６：００）を、表示情報として表示部２１０（図１）へ出力する。これにより、表示部２１０の画面には、同図に示すように、上記の表示情報が表示される。
【００５４】
図３（３）では、ケーブル接続信号ＰＩＳＷに基づいて、充電ケーブル３００の充電コネクタ３１０が車両インレット２７０に接続されたと判断されると、すなわち、充電ケーブル３００により電動車両１０と外部電源４０２とが連結されたと判断されると、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、充電開始予想時刻を用いてタイマー充電処理を実行する。
【００５５】
具体的には、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、充電ケーブル３００が電動車両１０に接続された時刻（２０：００）から充電開始予想時刻（０：００）までは、電動車両１０を充電待機状態（ｓｌｅｅｐ）とする。そして、充電開始予想時刻（深夜０：００）に到達すると、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、充電器１６０を駆動することにより蓄電装置１５０を充電する。このとき、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、充電器１６０から蓄電装置１５０に供給される電力が、上述した一定電力（Ｐｃｈ＝１ｋＷ）に保たれるように、充電電流Ｉｃｈを制御する。
【００５６】
たとえば、外部電源４０２からの供給電圧ＶＡＣが２００Ｖである場合には、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、充電電力Ｐｃｈ（１ｋＷ）を供給電圧ＶＡＣ（２００Ｖ）で割り算して、充電電流Ｉｃｈの目標値Ｉｃｈ＊＝５Ａを算出する。そして、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、電流センサ１８４（図２）により検出される充電電流Ｉｃｈが目標値Ｉｃｈ＊＝５Ａとなるように、充電器１６０をフィードバック制御する。
【００５７】
具体的には、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、目標値Ｉｃｈ＊に対する充電電流Ｉｃｈの電流偏差について比例積分（ＰＩ）演算を行ない、その演算結果に基づいて充電器１６０を駆動するための駆動信号を生成して、充電器１６０を制御する。これにより、外部充電の開始後は、蓄電装置１５０は、一定の充電電力Ｐｃｈ（１ｋＷ）で充電される。そして、充電終了予定時刻である翌朝６：００において、蓄電装置１５０の充電が終了する。
【００５８】
図４は、本実施の形態によるタイマー充電制御を実現するための制御処理手順を示したフローチャートである。
【００５９】
図４を参照して、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、ステップＳ０１において、ユーザにより設定された充電終了予定時刻を取得する。さらに、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、ステップＳ０２により、監視ユニット１５２から電池データ（Ｖｂ，Ｉｂ，Ｔｂ）と取得すると、ステップＳ０３では、取得した電池データに基づいて現在の蓄電装置１５０のＳＯＣを演算する。
【００６０】
次に、ステップＳ０４により、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、現在の蓄電装置１５０のＳＯＣに基づいて、蓄電装置１５０を満充電状態まで充電するための必要充電量を演算する。そして、演算された必要充電量に基づいて、蓄電装置１５０を予め定められた一定の充電電力Ｐｃｈで充電したときの充電時間ｔｃｈを演算する。
【００６１】
ステップＳ０５では、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、ステップＳ０４で算出された充電時間ｔｃｈと、ユーザによって設定された充電終了予定時刻に基づいて、充電開始予想時刻を決定する。ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、決定された充電開始予想時刻および充電時間ｔｃｈを表示部２１０により表示する。
【００６２】
そして、ステップＳ０６により、ケーブル接続信号ＰＩＳＷに基づいて、充電ケーブル３００により電動車両１０と外部電源４０２とが連結されたことが検出されると、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、ステップＳ０７に進み、充電開始予想時刻を用いてタイマー充電処理を実行する。
【００６３】
このように、本実施の形態による車両の充電システムによれば、外部充電における蓄電装置１５０への充電電力Ｐｃｈを予め定められた固定値としたことにより、外部電源４０２からの供給電圧や充電ケーブル３００の定格電流を考慮する必要なく、蓄電装置１５０の電池残量から直ちに充電時間ｔｃｈを演算することができる。したがって、ユーザによって充電終了予定時刻が設定されると、充電ケーブル３００により電動車両１０と外部電源４０２とが連結されていない状態であっても、充電時間ｔｃｈの演算結果から充電開始予想時刻を決定してユーザに報知することができる。これにより、外部電源からの供給電圧および充電ケーブルの定格電流を考慮しながら必要となる充電時間を演算するように構成された従来の充電システムと比較して、車両の充電システムをより簡素かつ効率的に構成することができる。
【００６４】
また、本実施の形態によれば、充電終了予定時刻の設定に応答して充電開始予想時刻および充電時間を表示可能としたことにより、充電終了予定時刻に充電を終了させるために、いつまでに充電ケーブル３００を電動車両１０に接続する必要があるかをユーザに知らせることができる。これにより、充電ケーブル３００の接続をユーザに促すガイダンスをユーザに提供することも可能となる。たとえば、充電開始予想時刻から所定時間（たとえば１０分とする）を経過しても充電ケーブル３００が電動車両１０に接続されていないと判断された場合には、ＰＭ−ＥＣＵ１４０が、充電ケーブル３００の接続をユーザに促すガイダンスを表示部２１０を用いてユーザに通知するようにしてもよい。
【００６５】
さらに、充電開始予想時刻に到達しても蓄電装置１５０の充電を開始することができない場合には、充電終了予定時刻に充電を終了させることができない。たとえば、ユーザが充電ケーブル３００を未だ電動車両１０に接続していない場合や、電動車両１０の内部（特に充電器１６０）に異常が発生した場合がこれに該当する。このような場合には、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、ユーザによるタイマー設定をキャンセルするとともに、その旨を表示部２１０を用いてユーザに通知する。この通知により、ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、充電ケーブル３００の接続を促すガイダンスをユーザに提供することができる。また、充電ケーブル３００が電動車両１０に接続されている状況では、充電不能となる異常が生じている旨をユーザに報知することができる。
【００６６】
上述の実施の形態では、本発明に係る充電システムが適用される車両の代表例として電気自動車について例示したが、本願発明は、車両外部の電源によって充電可能に構成された蓄電装置を搭載した車両に適用することが可能である。
【００６７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 電動車両、１２０ モータジェネレータ、１３０ 駆動輪、１４０ ＰＭ−ＥＣＵ、１５０ 蓄電装置、１５２ 監視ユニット、１６０ 充電器、１６２ ＡＣ／ＤＣ変換回路、１６４ ＤＣ／ＡＣ変換回路、１６６ 絶縁トランス、１６８ 整流回路、１７０ ＰＬＧ−ＥＣＵ、１７２，１８２ 電圧センサ、１８４ 電流センサ、１９０ リレー、２００ 入力部、２１０ 表示部、２７０ 車両インレット、３００ 充電ケーブル、３１０ 充電コネクタ、３１２ スイッチ、３２０ プラグ、３３２ ＣＣＩＤリレー、３３４ コントロールパイロット回路、３４０ 電線部、４０２ 外部電源、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２ 電力線。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される蓄電装置の充電を制御するための車両の充電システムであって、
外部電源からの電力を前記蓄電装置の充電電力に変換可能に構成された充電器と、
前記蓄電装置の残容量に基づいて、予め定められた所定電力で前記蓄電装置を充電したときの充電時間を演算するとともに、ユーザにより入力される充電終了予定時刻および前記充電時間に応じて充電開始時刻を設定し、かつ、前記充電開始時刻に到達したときに、前記所定電力を前記蓄電装置に供給するように前記充電器を制御するための制御装置とを備える、車両の充電システム。
【請求項２】
前記所定電力は、ユーザからの入力に従って設定される、請求項１に記載の車両の充電システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記所定電力が前記蓄電装置に供給されるように、前記外部電源の供給電圧に応じて、前記蓄電装置に供給する充電電流を制御する、請求項１または２に記載の車両の充電システム。
【請求項４】
車両に搭載される蓄電装置の充電を制御するための車両の充電方法であって、
前記車両は、外部電源からの電力を前記蓄電装置の充電電力に変換可能に構成された充電器を含み、
前記蓄電装置の残容量に基づいて、予め定められた所定電力で前記蓄電装置を充電したときの充電時間を演算するステップと、
ユーザにより入力される充電終了予定時刻および前記充電時間に応じて充電開始時刻を設定するステップと、
前記充電開始時刻に到達したときに、前記所定電力を前記蓄電装置に供給するように前記充電器を制御するステップとを備える、車両の充電方法。
【請求項５】
前記充電器を制御するステップは、前記所定電力が前記蓄電装置に供給されるように、前記外部電源の供給電圧に応じて、前記蓄電装置に供給する充電電流を制御する、請求項４に記載の車両の充電方法。
【請求項１】
車両に搭載される蓄電装置の充電を制御するための車両の充電システムであって、
外部電源からの電力を前記蓄電装置の充電電力に変換可能に構成された充電器と、
前記蓄電装置の残容量に基づいて、予め定められた所定電力で前記蓄電装置を充電したときの充電時間を演算するとともに、ユーザにより入力される充電終了予定時刻および前記充電時間に応じて充電開始時刻を設定し、かつ、前記充電開始時刻に到達したときに、前記所定電力を前記蓄電装置に供給するように前記充電器を制御するための制御装置とを備える、車両の充電システム。
【請求項２】
前記所定電力は、ユーザからの入力に従って設定される、請求項１に記載の車両の充電システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記所定電力が前記蓄電装置に供給されるように、前記外部電源の供給電圧に応じて、前記蓄電装置に供給する充電電流を制御する、請求項１または２に記載の車両の充電システム。
【請求項４】
車両に搭載される蓄電装置の充電を制御するための車両の充電方法であって、
前記車両は、外部電源からの電力を前記蓄電装置の充電電力に変換可能に構成された充電器を含み、
前記蓄電装置の残容量に基づいて、予め定められた所定電力で前記蓄電装置を充電したときの充電時間を演算するステップと、
ユーザにより入力される充電終了予定時刻および前記充電時間に応じて充電開始時刻を設定するステップと、
前記充電開始時刻に到達したときに、前記所定電力を前記蓄電装置に供給するように前記充電器を制御するステップとを備える、車両の充電方法。
【請求項５】
前記充電器を制御するステップは、前記所定電力が前記蓄電装置に供給されるように、前記外部電源の供給電圧に応じて、前記蓄電装置に供給する充電電流を制御する、請求項４に記載の車両の充電方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−８５３３５（Ｐ２０１３−８５３３５Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２２１７９（Ｐ２０１１−２２２１７９）
【出願日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００２３７５９２）富士通テン株式会社 (3,383)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００２３７５９２）富士通テン株式会社 (3,383)
【Ｆターム（参考）】
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