(57)【要約】【課題】低温時のバッテリの充電時間を短縮できるようにする。【解決手段】高電圧バッテリ１２を充電する場合には、まず、高電圧バッテリ１２の充電電力を第１の所定電力Ｗ1 に維持して高電圧バッテリ１２を充電する第１の定電力充電制御を高電圧バッテリ１２の電圧（閉回路電圧ＣＣＶ）が第１の目標電圧Ｖ1 （例えば開回路電圧ＯＣＶの目標値）に上昇するまで実行する。この後、高電圧バッテリ１２の充電電圧を所定電圧Ｖa に維持して高電圧バッテリ１２を充電する定電圧充電制御を高電圧バッテリ１２の充電電力が判定閾値Ｗa に低下するまで実行した後、高電圧バッテリ１２の充電電力を第１の所定電力Ｗ1 よりも低い第２の所定電力Ｗ2 に維持して高電圧バッテリ１２を充電する第２の定電力充電制御を高電圧バッテリ１２の電圧が第２の目標電圧Ｖ2 （例えば閉回路電圧ＣＣＶの目標値）に上昇するまで実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ（１２）の充電を制御する充電制御装置において、
前記バッテリ（１２）の充電電力を第１の所定電力に維持して前記バッテリ（１２）を充電する第１の定電力充電制御を前記バッテリ（１２）の電圧が第１の目標電圧に上昇するまで実行する第１の定電力充電制御手段（２３）と、
前記第１の定電力充電制御の実行後に、前記バッテリ（１２）の充電電圧を所定電圧に維持して前記バッテリ（１２）を充電する定電圧充電制御を前記バッテリ（１２）の充電電力が所定の判定閾値に低下するまで実行する定電圧充電制御手段（２３）と、
前記定電圧充電制御の実行後に、前記バッテリ（１２）の充電電力を前記第１の所定電力よりも低い第２の所定電力に維持して前記バッテリ（１２）を充電する第２の定電力充電制御を前記バッテリ（１２）の電圧が前記第１の目標電圧よりも高い第２の目標電圧に上昇するまで実行する第２の定電力充電制御手段（２３）と
を備えていることを特徴とする充電制御装置。
【請求項２】
前記バッテリ（１２）は、車両の動力源に電力を供給するバッテリであることを特徴とする請求項１に記載の充電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリの充電を制御する充電制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年、低燃費、低排気エミッションの社会的要請から車両の動力源としてモータを搭載したハイブリッド車や電気自動車が注目されている。このような車両に搭載されるバッテリを外部電源から充電する際の充電制御として、例えば、特許文献１（特開平１０−５１９７０号公報）に記載されているように、バッテリの充電電流を所定速度で増加させる試行充電を実行した後に、バッテリの電圧が所定の充電電流切替電圧に達するたびに充電電流を減少させる本充電を実行するようにしたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−５１９７０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、本出願人は、図６及び図７に示すように、バッテリを充電する場合に、まず、バッテリの充電電力を比較的高い第１の所定電力Ｗ1 （一定値）に維持してバッテリを充電する第１の定電力充電制御を、バッテリの電圧（閉回路電圧ＣＣＶ）が第１の目標電圧Ｖ1 （例えば開回路電圧ＯＣＶの目標値）に上昇するまで実行した後に、バッテリの充電電力を第１の所定電力Ｗ1 よりも低い第２の所定電力Ｗ2 （一定値）に維持してバッテリを充電する第２の定電力充電制御をバッテリの電圧（閉回路電圧ＣＣＶ）が第２の目標電圧Ｖ2 （例えば閉回路電圧ＣＣＶの目標値）に上昇するまで実行することで、過充電を防止しながら満充電付近まで充電可能にするシステムを研究しているが、その研究過程で次のような課題が判明した。
【０００５】
一般に、バッテリの充電時の閉回路電圧ＣＣＶと開回路電圧ＯＣＶとの関係は、内部電圧降下ＩＲ（内部抵抗による電圧降下）と分極電圧Ｖx （分極作用による電圧降下）とを用いて、次式により表すことができる。
ＣＣＶ＝ＯＣＶ＋（ＩＲ＋Ｖx ）
【０００６】
低温時には、上式における（ＩＲ＋Ｖx ）の値が大きくなって、閉回路電圧ＣＣＶと開回路電圧ＯＣＶとの差が大きくなる傾向がある。このため、低温時（例えば−２５℃のとき）には、第１の定電力充電制御の際に、まだ開回路電圧ＯＣＶが低くて充電電力量が少ない状態のときに、閉回路電圧ＣＣＶが第１の目標電圧Ｖ1 に到達して第１の定電力充電制御が終了してしまい、第１の定電力充電制御による充電電力量が常温時（例えば２５℃のとき）に比べて少なくなる。これにより、第１の定電力充電制御よりも低い充電電力で充電する第２の定電力充電制御の実行時間がかなり長くなってしまい、バッテリの充電時間（充電開始から充電終了までに要する時間）が長くなるという問題がある。
【０００７】
また、上記特許文献１の技術では、本充電の際にバッテリの電圧が充電電流切替電圧に達するたびに充電電流を減少させるため、複雑な電流制御（例えばフィードバック制御）を行う必要がある。
【０００８】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、複雑な電流制御を行うことなく、低温時のバッテリの充電時間を短縮することができる充電制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、バッテリ（１２）の充電を制御する充電制御装置において、バッテリ（１２）の充電電力を第１の所定電力に維持してバッテリ（１２）を充電する第１の定電力充電制御をバッテリ（１２）の電圧が第１の目標電圧に上昇するまで実行する第１の定電力充電制御手段（２３）と、この第１の定電力充電制御の実行後に、バッテリ（１２）の充電電圧を所定電圧に維持してバッテリ（１２）を充電する定電圧充電制御をバッテリ（１２）の充電電力が所定の判定閾値に低下するまで実行する定電圧充電制御手段（２３）と、この定電圧充電制御の実行後に、バッテリ（１２）の充電電力を第１の所定電力よりも低い第２の所定電力に維持してバッテリ（１２）を充電する第２の定電力充電制御をバッテリ（１２）の電圧が第１の目標電圧よりも高い第２の目標電圧に上昇するまで実行する第２の定電力充電制御手段（２３）とを備えた構成としたものである。
【００１０】
この構成では、バッテリを充電する場合には、まず、バッテリの充電電力を第１の所定電力に維持してバッテリを充電する第１の定電力充電制御を、バッテリの電圧が第１の目標電圧に上昇するまで実行する。この後、バッテリの充電電圧を所定電圧に維持してバッテリを充電する定電圧充電制御を、バッテリの充電電力が所定の判定閾値に低下するまで実行した後、バッテリの充電電力を第２の所定電力に維持してバッテリを充電する第２の定電力充電制御を、バッテリの電圧が第２の目標電圧に上昇するまで実行する。
【００１１】
この場合、第１の定電力充電制御と第２の定電力充電制御との間に実行する定電圧充電制御（図２参照）では、充電電力を第１の所定電力付近から徐々に減少させて第２の所定電力付近まで低下させることができるため、第２の所定電力で充電する第２の定電力充電制御よりも充電電力量を早く増加させることができる。
【００１２】
このため、第１の定電力充電制御の実行後に定電圧充電制御を実行してから第２の定電力充電制御を実行するシステムでは、低温時に第１の定電力充電制御による充電電力量が少なくなった場合でも、定電圧充電制御によって充電電力量を比較的早く増加させることが可能となり、第１の定電力充電制御から第２の定電力充電制御に切り換えるシステム（定電圧充電制御を実行しないシステム）に比べて、低温時のバッテリの充電時間（充電開始から充電終了までに要する時間）を短縮することができる。
【００１３】
また、定電圧充電制御では、充電電流が成り行きで変化するため、複雑な電流制御（例えばフィードバック制御）を行う必要がないという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明の一実施例における車両の充電制御システムの概略構成を示す図である。
【図２】図２は本実施例の充電制御を説明するタイムチャートである。
【図３】図３は本実施例の充電制御における充電電圧及び充電電流の挙動を示すタイムチャートである。
【図４】図４は本実施例の充電制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】図５は本実施例の充電制御の効果を説明するタイムチャートである。
【図６】図６は比較例の充電制御を説明するタイムチャート（その１）である。
【図７】図７は比較例の充電制御を説明するタイムチャート（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいて車両（例えば車両外部の電源から充電可能なプラグインハイブリッド車又は電気自動車）の充電制御システムの概略構成を説明する。
【００１６】
車両の動力源となるモータ１１と、このモータ１１に電力を供給する高電圧バッテリ１２（バッテリ）とが搭載されている。また、車両外部の商用電源１３（例えばＡＣ１００Ｖ電源又はＡＣ２００Ｖ電源）に充電ケーブル１４を介して接続される外部電源接続部１５には、商用電源１３の交流電力を直流電力に変換する充電器１６が接続され、この充電器１６と高電圧バッテリ１２とを接続する電源ラインＬ１，Ｌ２には、充電リレーやメインリレー（いずれも図示せず）が設けられている。
【００１７】
また、電源ラインＬ１，Ｌ２には、高電圧バッテリ１２の端子電圧を検出するバッテリ電圧センサ１７と電流を検出するバッテリ電流センサ２４が接続されている。尚、高電圧バッテリ１２とバッテリ電圧センサ１７とバッテリ電流センサ２４等を電池パックに収容した構成としても良い。
【００１８】
一方、充電器１６には、高電圧バッテリ１２の充電電圧（充電器１６の出力電圧）を検出する充電電圧センサ１８と、高電圧バッテリ１２の充電電流（充電器１６の出力電流）を検出する充電電流センサ１９が内蔵されている。充電電圧、充電電流は、直接センサで検出するだけでなく、推定することにより検出しても良い。尚、充電器１６の外部に、充電電圧センサ１８や充電電流センサ１９を設けた構成としても良い。高電圧バッテリ１２の充電電力（充電器１６の出力電力）は、充電電圧センサ１８で検出した充電電圧と充電電流センサ１９で検出した充電電流から求めることができる。
【００１９】
また、電源ラインＬ１，Ｌ２には、インバータ２０やＤＣ−ＤＣコンバータ２１等が接続され、インバータ２０には、モータ１１が接続されている。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１には、補機バッテリ２２（低電圧バッテリ）が接続され、この補機バッテリ２２に、各種の電装品（図示せず）が接続されている。
【００２０】
上述した充電器１６、インバータ２０、コンバータ２１等は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）２３によって制御される。このＥＣＵ２３は、マイクロコンピュータを主体として構成され、後述する図４の充電制御ルーチンを実行することで、高電圧バッテリ１２の充電制御を次のようにして実行する。
【００２１】
図２に示すように、高電圧バッテリ１２を充電する場合には、まず、高電圧バッテリ１２の充電電力（充電器１６の出力電力）を第１の所定電力Ｗ1 （一定値）に維持して高電圧バッテリ１２を充電する第１の定電力充電制御を、高電圧バッテリ１２の電圧（閉回路電圧ＣＣＶ）が第１の目標電圧Ｖ1 （例えば開回路電圧ＯＣＶの目標値）に上昇するまで実行する。
【００２２】
この後、高電圧バッテリ１２の充電電圧（充電器１６の出力電圧）を所定電圧Ｖa （一定値）に維持して高電圧バッテリ１２を充電する定電圧充電制御を、高電圧バッテリ１２の充電電力が所定の判定閾値Ｗa に低下するまで実行する。この定電圧充電制御中は、充電電力量の増加に伴って開回路電圧ＯＣＶが上昇すると共に充電電流が減少する（図３参照）。更に、充電電流の減少によって内部電圧降下ＩＲが減少し、充電電流の減少及び充電時間の経過によって分極電圧Ｖx が減少する。
【００２３】
この後、高電圧バッテリ１２の充電電力を第１の所定電力Ｗ1 よりも低い第２の所定電力Ｗ2 （一定値）に維持して高電圧バッテリ１２を充電する第２の定電力充電制御を、高電圧バッテリ１２の電圧（閉回路電圧ＣＣＶ）が第１の目標電圧Ｖ1 よりも高い第２の目標電圧Ｖ2 （例えば閉回路電圧ＣＣＶの目標値）に上昇するまで実行して、高電圧バッテリ１２の充電を終了する。
【００２４】
高電圧バッテリ１２を充電する場合に、最初から定電圧充電制御を実行するようにすると、充電電力が大きくなり過ぎて充電器１６の許容限界を越えてしまう可能性があり、これを防止するためには、許容限界の高い大型の充電器を用いる必要が生じる。
【００２５】
その点、本実施例では、高電圧バッテリ１２を充電する場合に、まず、第１の定電力充電制御を実行するため、充電電力が充電器１６の許容限界値を越えてしまうことを防止することができ、許容限界の高い大型の充電器を用いる必要が生じない。
【００２６】
また、第１の定電力充電制御と第２の定電力充電制御との間に実行する定電圧充電制御では、充電電力を第１の所定電力Ｗ1 付近から徐々に減少させて第２の所定電力Ｗ2 付近まで低下させることができるため、第２の所定電力Ｗ2 で充電する第２の定電力充電制御よりも充電電力量を早く増加させることができると共に、充電電力量の増加に伴って充電電流が成り行きで減少していくため（図３参照）、フィードバック制御を行う必要がない。
【００２７】
ところで、定電圧充電制御では、充電電力量の増加に伴って充電電流が減少して充電電力が減少していくため、定電圧充電制御で満充電付近まで充電しようとすると、充電電力がかなり低くなる領域（例えば第２の所定電力Ｗ2 よりも低くなる領域）を使用して充電する低電力充電を行うことになり、定電圧充電制御の実行時間がかなり長くなってしまい、高電圧バッテリ１２の充電時間（充電開始から充電終了までに要する時間）が長くなる。
【００２８】
その点、本実施例では、高電圧バッテリ１２の充電電力が判定閾値Ｗa に低下するまで定電圧充電制御を実行し、充電電力が判定閾値Ｗa に低下した時点で、定電圧充電制御から第２の定電力充電制御に切り替えるため、定電圧充電制御による低電力充電を回避して定電圧充電制御の実行時間が長くなることを防止しながら、第２の定電力充電制御によって満充電に近付けることができる。
【００２９】
更に、定電圧充電制御から第２の定電力充電制御に切り替えることで、高電圧バッテリ１２の電圧（閉回路電圧ＣＣＶ）の上昇を監視して充電完了判定を行うことができる。定電圧充電制御で充電を終了させようとする場合、定電圧充電制御では充電電圧を一定値に維持するため、電圧で充電完了判定を行うことができず、電流を監視して充電完了判定を行う必要がある。しかし、定電圧充電制御では、満充電に近くなるほど充電電流が微小にしか減少しないため、充電電流を監視しても充電が完了したか否か（満充電付近まで充電したか否か）を精度良く判定することは困難である。
【００３０】
本実施例のように、充電電力が判定閾値Ｗa に低下した時点で、定電圧充電制御から第２の定電力充電制御に切り替えることで、高電圧バッテリ１２の電圧（閉回路電圧ＣＣＶ）が上昇し始めるため、その高電圧バッテリ１２の電圧が第２の目標電圧Ｖ2 に到達したか否かを判定することで、充電が完了したか否か（満充電付近まで充電したか否か）を精度良く判定することができる。
【００３１】
以上説明した高電圧バッテリ１２の充電制御御は、ＥＣＵ２３によって図４の充電制御ルーチンに従って実行される。以下、このルーチンの処理内容を説明する。
図４に示す充電制御ルーチンは、ＥＣＵ２３の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、充電要求が有るか否かを、例えば充電ケーブル１４が接続されて充電要求信号が入力されたか否かによって判定する。このステップ１０１で、充電要求が無いと判定された場合には、ステップ１０２以降の充電制御に関する処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。
【００３２】
一方、上記ステップ１０１で、充電要求が有ると判定された場合には、ステップ１０２に進み、第１の定電力充電制御を実行する。この第１の定電力充電制御では、高電圧バッテリ１２の充電電力（充電器１６の出力電力）を第１の所定電力Ｗ1 （一定値）に維持して高電圧バッテリ１２を充電するように充電器１６を制御する。ここで、第１の所定電力Ｗ1 は、例えば、充電器１６の出力電力の最大値又はそれよりも少し低い値（例えば１〜３ｋＷ）に設定されている。
【００３３】
この後、ステップ１０３に進み、バッテリ電圧センサ１７で検出した高電圧バッテリ１２の電圧（閉回路電圧ＣＣＶ）が第１の目標電圧Ｖ1 以上になったか否かを判定する。ここで、第１の目標電圧Ｖ1 は、例えば、開回路電圧ＯＣＶの目標値に設定されている。
このステップ１０３で、高電圧バッテリ１２の電圧が第１の目標電圧Ｖ1 よりも低いと判定された場合には、上記ステップ１０２に戻り、第１の定電力充電制御を継続する。
【００３４】
その後、上記ステップ１０３で、高電圧バッテリ１２の電圧が第１の目標電圧Ｖ1 以上になったと判定された時点で、ステップ１０４に進み、定電圧充電制御を実行する。この定電圧充電制御では、高電圧バッテリ１２の充電電圧（充電器１６の出力電圧）を所定電圧Ｖa （一定値）に維持して高電圧バッテリ１２を充電するように充電器１６を制御する。ここで、所定電圧Ｖa は、例えば、第１の定電力充電制御の終了時（高電圧バッテリ１２の電圧が第１の目標電圧Ｖ1 に達した時点）の高電圧バッテリ１２の充電電圧又はその付近の電圧に設定されている。
【００３５】
この後、ステップ１０５に進み、充電電圧センサ１８で検出した充電電圧と充電電流センサ１９で検出した充電電流から高電圧バッテリ１２の充電電力（充電器１６の出力電力）を求め、この高電圧バッテリ１２の充電電力が判定閾値Ｗa 以下になったか否かを判定する。ここで、判定閾値Ｗa は、例えば、第２の所定電力Ｗ2 又はその付近の電力に設定されている。
このステップ１０５で、高電圧バッテリ１２の充電電力が判定閾値Ｗa よりも高いと判定された場合には、上記ステップ１０４に戻り、定電圧充電制御を継続する。
【００３６】
その後、上記ステップ１０５で、高電圧バッテリ１２の充電電力が判定閾値Ｗa 以下になったと判定された時点で、ステップ１０６に進み、第２の定電力充電制御を実行する。この第２の定電力充電制御では、高電圧バッテリ１２の充電電力（充電器１６の出力電力）を第２の所定電力Ｗ2 （一定値）に維持して高電圧バッテリ１２を充電するように充電器１６を制御する。ここで、第２の所定電力Ｗ2 は、第１の所定電力Ｗ1 よりも低い値（例えば５００Ｗ）に設定されている。
【００３７】
この後、ステップ１０７に進み、バッテリ電圧センサ１７で検出した高電圧バッテリ１２の電圧（閉回路電圧ＣＣＶ）が第２の目標電圧Ｖ2 以上になったか否かを判定する。ここで、第２の目標電圧Ｖ2 は、例えば、閉回路電圧ＣＣＶの目標値に設定されている。
このステップ１０７で、高電圧バッテリ１２の電圧が第２の目標電圧Ｖ2 よりも低いと判定された場合には、上記ステップ１０６に戻り、第２の定電力充電制御を継続する。
【００３８】
その後、上記ステップ１０７で、高電圧バッテリ１２の電圧が第２の目標電圧Ｖ2 以上になったと判定された時点で、高電圧バッテリ１２の充電が完了した（満充電付近まで充電した）と判定して、ステップ１０８に進み、高電圧バッテリ１２の充電を終了する。
【００３９】
この場合、ステップ１０２，１０３の処理が特許請求の範囲でいう第１の定電力充電制御手段としての役割を果たす。また、ステップ１０４，１０５の処理が特許請求の範囲でいう定電圧充電制御手段としての役割を果たし、ステップ１０６，１０７の処理が特許請求の範囲でいう第２の定電力充電制御手段としての役割を果たす。
【００４０】
以上説明した本実施例では、高電圧バッテリ１２を充電する場合には、まず、高電圧バッテリ１２の充電電力を第１の所定電力Ｗ1 に維持して高電圧バッテリ１２を充電する第１の定電力充電制御を、高電圧バッテリ１２の電圧が第１の目標電圧Ｖ1 に上昇するまで実行する。この後、高電圧バッテリ１２の充電電圧を所定電圧Ｖa に維持して高電圧バッテリ１２を充電する定電圧充電制御を、高電圧バッテリ１２の充電電力が判定閾値Ｗa に低下するまで実行した後、高電圧バッテリ１２の充電電力を第２の所定電力Ｗ2 に維持して高電圧バッテリ１２を充電する第２の定電力充電制御を、高電圧バッテリ１２の電圧が第２の目標電圧Ｖ2 に上昇するまで実行する。
【００４１】
この場合、第１の定電力充電制御と第２の定電力充電制御との間に実行する定電圧充電制御では、充電電力を第１の所定電力Ｗ1 付近から徐々に減少させて第２の所定電力Ｗ2 付近まで低下させることができるため、第２の所定電力Ｗ2 で充電する第２の定電力充電制御よりも充電電力量を早く増加させることができる。
【００４２】
このため、図５（ｂ）に示す本実施例のように、第１の定電力充電制御の実行後に定電圧充電制御を実行してから第２の定電力充電制御を実行するシステムでは、低温時に第１の定電力充電制御による充電電力量が少なくなった場合でも、定電圧充電制御によって充電電力量を比較的早く増加させることが可能となり、図５（ａ）に示す比較例のように、第１の定電力充電制御から第２の定電力充電制御に切り換えるシステム（定電圧充電制御を実行しないシステム）に比べて、低温時の高電圧バッテリ１２の充電時間を短縮することができる。また、定電圧充電制御では、充電電流が成り行きで変化するため、複雑な電流制御（例えばフィードバック制御）を行う必要がないという利点もある。
【００４３】
尚、上記実施例では、高電圧バッテリ１２側に設けた電圧センサ１７で高電圧バッテリ１２の電圧を検出するようにしたが、これに限定されず、充電器１６側に設けた電圧センサ１８で高電圧バッテリ１２の電圧を検出するようにしても良い。
【００４４】
また、上記実施例では、充電器１６側に設けた電圧センサ１８で検出した充電電圧と充電器１６側に設けた電流センサ１９で検出した充電電流から高電圧バッテリ１２の充電電力を求めるようにしたが、これに限定されず、高電圧バッテリ１２側に設けた電圧センサ１７で検出した電圧と高電圧バッテリ１２側に設けた電流センサで検出した電流から高電圧バッテリ１２の充電電力を求めるようにしても良い。
【００４５】
また、上記実施例では、車両の動力源（モータ）に電力を供給するバッテリの充電制御システムに本発明を適用したが、これに限定されず、本発明は、種々のバッテリの充電制御システムに適用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１１…モータ、１２…高電圧バッテリ（バッテリ）、１３…商用電源、１６…充電器、１７…バッテリ電圧センサ、１８…充電電圧センサ、１９…充電電流センサ、２３…ＥＣＵ（第１の定電力充電制御手段，定電圧充電制御手段，第２の定電力充電制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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