(57)【要約】【課題】充電制御装置に関し、二次電池の劣化を抑制しつつ車両の利便性を向上させる。【解決手段】車両に搭載された二次電池の外部充電を制御する充電制御装置１において、車両ユーザーが設定した外部充電の開始時刻と終了時刻とに基づき、充電予定時間を算出する第一時間算出部２を備える。また、外部充電の開始前における二次電池の残容量と目標充電容量とに基づき、充電電気量を算出する第一電気量算出部４を備える。また、充電電気量を充電予定時間で除した値に対応する充電電流で、外部充電を開始する制御部６を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された二次電池の外部充電を制御する充電制御装置において、
車両ユーザーが設定した前記外部充電の開始時刻と終了時刻とに基づき、充電予定時間を算出する第一時間算出部と、
前記外部充電の開始前における前記二次電池の残容量と目標充電容量との差に基づき、充電電気量を算出する第一電気量算出部と、
前記充電電気量を前記充電予定時間で除した値に対応する充電電流で、前記外部充電を開始する制御部と
を備えたことを特徴とする、充電制御装置。
【請求項２】
前記第一時間算出部が、前記開始時刻から前記終了時刻までの間で、深夜電力の時間帯と重複する時間を前記充電予定時間として算出する
ことを特徴とする、請求項１記載の充電制御装置。
【請求項３】
前記外部充電の実施中に現在時刻から前記充電予定時間の完了時刻までの残り時間を算出する第二時間算出部と、
前記外部充電の実施中における前記二次電池の残容量と前記目標充電容量との差に基づき、残り電気量を算出する第二電気量算出部とを備え、
前記制御部が、前記残り電気量を前記残り時間で除した値に対応する充電電流で、前記外部充電を実施する
ことを特徴とする、請求項１または２記載の充電制御装置。
【請求項４】
前記第一電気量算出部が、前記充電予定時間に応じて前記目標充電容量を算出する
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項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、車両に搭載された二次電池の外部充電を制御する充電制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両に搭載された二次電池の外部充電に際し、満充電状態が維持される時間を短縮することで劣化の進行を抑える技術が知られている。例えば、外部充電を開始する前に充電所要時間を算出し、充電を完了させたい時刻（次の使用時刻）から逆算して充電開始時刻を設定する制御手法が知られている。また、二次電池がある程度充電された時点でその充電を休止し、充電を完了させたい時刻の直前に充電を再開させる制御手法も知られている。これらの手法を採用することで、満充電状態のまま待機している時間が短縮される（特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2000-253596号公報
【特許文献２】特開2012-075313号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、既存の技術では、二次電池の充電速度（例えば、充電率の上昇速度）が適切に制御されていないため、短時間で急激に充電量が増大することがあり、二次電池の劣化の進行を十分に抑制できない可能性がある。また、充電を途中で休止，再開するような手法（特許文献２参照）は、充電電流の急変を招き、かえって二次電池の劣化を促進しうる。一方、充電を完了させたい時刻から逆算して充電開始時刻を設定するような手法（特許文献１参照）では、例えば急に車両を使用したくなったとしても、充電開始時刻の遅延により充電が開始されていないことがあり、車両の利便性の面で改善の余地がある。
【０００５】
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、二次電池の劣化を抑制しつつ車両の利便性を向上させることのできる充電制御装置を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）開示の充電制御装置は、車両に搭載された二次電池の外部充電を制御する充電制御装置である。本装置は、車両ユーザーが設定した前記外部充電の開始時刻と終了時刻とに基づき、充電予定時間を算出する第一時間算出部を備える。また、前記外部充電の開始前における前記二次電池の残容量と目標充電容量との差に基づき、充電電気量を算出する第一電気量算出部を備える。また、前記充電電気量を前記充電予定時間で除した値に対応する充電電流で、前記外部充電を開始する制御部を備える。
（２）前記第一時間算出部が、前記開始時刻から前記終了時刻までの間で、深夜電力の時間帯と重複する時間を前記充電予定時間として算出することが好ましい。
【０００７】
（３）前記外部充電の実施中に現在時刻から前記充電予定時間の完了時刻までの残り時間を算出する第二時間算出部と、前記外部充電の実施中における前記二次電池の残容量と前記目標充電容量との差に基づき、残り電気量を算出する第二電気量算出部とを備えることが好ましい。この場合、前記制御部が、前記残り電気量を前記残り時間で除した値に対応する充電電流で、前記外部充電を実施することが好ましい。
（４）前記第一電気量算出部が、前記充電予定時間に応じて前記目標充電容量を算出することが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
車両ユーザーが設定した終了時刻に電気量が目標充電容量に達するような充電速度で、外部充電を実施することができる。これにより、二次電池の劣化の進行を抑制することができ、車両の利便性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】充電制御装置が適用された車両の側面図である。
【図２】充電制御装置のブロック構成図である。
【図３】ユーザーが設定した外部充電の開始時刻，終了時刻を示すグラフである。
【図４】バッテリに充電された電気量（残容量J）の変化を示すグラフである。
【図５】充電予定時間Aと目標充電容量Kとの関係を示すグラフである。
【図６】バッテリの充電電流の変化を示すグラフである。
【図７】外部充電の内容を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して実施形態としての充電制御装置１について説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
【００１１】
［１．装置構成］
図１は、本実施形態の充電制御装置１が適用された車両１０を示す図である。この車両１０は、バッテリ１１を動力源とする駆動用モータ１２が搭載された電動車両（電気自動車，プラグインハイブリッド自動車等）である。バッテリ１１は、リチウムイオン二次電池，ニッケル水素電池などの二次電池であり、外部充電設備による充電（外部充電）が可能である。駆動用モータ１２は、バッテリ１１の電力で車輪を回転駆動する機能と、車輪の慣性トルクを利用した発電によって電力を回生する機能とを兼ね備えた交流電動発電機である。駆動用モータ１２とバッテリ１１とを接続する給電回路上には、インバータ１３が介装される。インバータ１３は、バッテリ１１の直流電力を交流電力に変換し、駆動用モータ１２を任意の回転速度で作動させる。
【００１２】
車両１０の側面には、車両１０と家庭用コンセント１８との間を充電ケーブル１７で接続するための普通充電コネクタ１６（外部充電口）が設けられる。普通充電コネクタ１６には、低圧（例えば100〜240[V]程度）の交流電力が入力される。この交流電力は、車載充電器７で直流電力に変換されてバッテリ１１に供給される。本実施形態では、家庭用コンセント１８からの給電による外部充電の制御について詳述するが、他の外部充電（例えば急速充電）の制御への適用を除外する意図はない。
【００１３】
車両１０の内部には、表示装置８，入力装置９が設けられる。これらは、充電制御装置１のインターフェースとして機能する装置である。表示装置８は、外部充電に関する情報を少なくとも視覚情報として出力するディスプレイ（液晶ディスプレイ，有機ELディスプレイなど）を内蔵し、好ましくは聴覚情報を出力する音響装置（スピーカー，振動モーターなど）を併せ持つ。また、入力装置９は、車両ユーザーが希望する外部充電の開始時刻や終了時刻を入力するための装置であり、例えばディスプレイ表面にタッチパネルとして設けられる。
【００１４】
図２に示すように、充電制御装置１には、電流センサ２１，電圧センサ２２，温度センサ２３，車載充電器７，表示装置８，入力装置９が接続される。電流センサ２１はバッテリ１１の入出力電流を検出し、電圧センサ２２はバッテリ１１の電圧（端子間電圧など）を検出する。温度センサ２３はバッテリ温度（セル温度やケーシング内温度など）を検出する。充電制御装置１は、各センサ２１〜２３で検出された情報や入力装置９から入力された情報に基づき、車載充電器７を動作させることで外部充電を制御するとともに、外部充電に関する情報を表示装置８に出力する。
【００１５】
充電制御装置１は、車両１０に搭載される電子制御装置〔ECU（Electronic Control Unit）〕の一つであり、プロセッサとメモリとを搭載した電子デバイスである。プロセッサとは、例えばCPU（Central Processing Unit），MPU（Micro Processing Unit）などのマイクロプロセッサであり、メモリとは、例えばROM（Read Only Memory），RAM（Random Access Memory），不揮発メモリなどである。充電制御装置１で実施される制御の内容は、ファームウェアやアプリケーションプログラムとしてメモリに記録，保存されており、プログラムの実行時にはプログラムの内容がメモリ空間内に展開されて、プロセッサによって実行される。
【００１６】
［２．制御構成］
充電制御装置１には、第一時間算出部２，第二時間算出部３，第一電気量算出部４，第二電気量算出部５，制御部６が設けられる。これらは、充電制御装置１の機能を便宜的に分類して示したものであり、個々の要素を独立したプログラムとして記述してもよいし、これらの機能を兼ね備えた複合プログラムとして記述してもよい。これらのプログラムは、メモリや補助記憶装置に記憶され、プロセッサによって実行される。あるいは、これらのプログラムが光ディスクや半導体メモリなどの記録媒体（リムーバブルメディア）に記録され、記録媒体ドライブを介してメモリ上に読み込まれた上で実行される。
【００１７】
第一時間算出部２は、家庭用コンセント１８からの給電を受けて外部充電を実施する際に、どの程度の時間をかけて外部充電を実施する予定なのかを表す「充電予定時間A」を算出するものである。ここでは、車両ユーザーが設定した外部充電の開始時刻と終了時刻とに基づき、充電予定時間A[h]が算出される。外部充電の開始時刻，終了時刻は、事前に入力装置９から入力され、その情報が図示しない記憶装置に保存されているものとする。第一時間算出部２は、外部充電を開始する際にその記憶装置に保存されている情報を読み込んで、車両ユーザーが希望する開始時刻，終了時刻を把握する。具体的な充電予定時間Aの設定手法として、以下に二通りの手法を説明する。
【００１８】
第一の手法は、開始時刻から終了時刻までの時間をそのまま充電予定時間Aとするものである。例えば、車両ユーザーが設定した開始時刻が午後11時であり、終了時刻が翌日の午前7時である場合、充電予定時間Aは8時間となる。
第二の手法は、車両ユーザーが設定した開始時刻から終了時刻までの間で、深夜電力（夜間電力とも呼ばれる）の時間帯と重複する時間を充電予定時間Aとするものである。深夜電力の時間帯の情報は、上記の開始時刻，終了時刻の情報と同様に、あらかじめ記憶装置に保存されているものとする。
【００１９】
深夜電力の時間帯とは、昼間よりも電力単価が安価に設定された夜間の時間帯を意味する。深夜電力の時間帯は電力会社や地域によって異なり、例えば午前0時から午前8時までの時間帯とされる。この場合、車両ユーザーが設定した開始時刻が午後11時であって、終了時刻が翌日の午前7時であれば、重複する時間帯は午前0時から午前7時までとなり、充電予定時間Aは7時間となる。なお、充電予定時間Aのスタート時刻は、車両ユーザーが設定した開始時刻と深夜電力の開始時刻とのうち遅い一方の時刻となる。また、充電予定時間Aの完了時刻は、車両ユーザーが設定した終了時刻と深夜電力の終了時刻とのうち早い一方の時刻となる。
【００２０】
ここで、車両ユーザーが設定した開始時刻を図３中の時刻T1とし、車両ユーザーが設定した終了時刻をT3とする。また、深夜電力の時間帯を時刻T2から時刻T4までの時間帯とする。時刻の順序は、古いものからの順でT1，T2，T3，T4とする。バッテリ１１を満充電状態まで充電する場合、第一の手法を採用すると、時刻T1から時刻T3までの期間が充電予定時間Aとなり、充電中の充電率（SOC）は破線で示すように変動する。第二の手法を採用した場合には、時刻T2から時刻T3までの期間が充電予定時間Aとなり、充電中の充電率は実線で示すように変動する。いずれにしても、充電予定時間Aが完了する時刻ちょうどにバッテリ１１が満充電状態になるように、バッテリ１１の充電率（SOC）が変動する。
【００２１】
第二時間算出部３は、外部充電の実施中に、外部充電の「残り時間C」を算出するものである。ここでは、現在時刻から充電予定時間Aの完了時刻までの時間が、残り時間C[h]として算出される。例えば図４に示すように、時刻T5における残り時間Cは、時刻T5から時刻T3までの時間となる。具体的にいえば、午前7時に完了予定の外部充電の実施中であって、午前4時における残り時間Cは3時間である。残り時間Cは、外部充電が進行するにつれて徐々に減少する。
【００２２】
第一電気量算出部４は、外部充電でバッテリ１１にどの程度の量の電気量を供給する予定なのかを表す「充電電気量B」を算出するものである。ここでは、外部充電の開始前におけるバッテリ１１の残容量J[Ah]と目標充電容量K[Ah]との差に基づいて、充電電気量B[Ah]が算出される。図４に示すように、外部充電の開始前の残容量Jと目標充電容量Kとを把握すれば、これらの差であるK-Jを充電電気量Bとして算出することができる。あるいは、差（K-J）に所定の係数を乗じたものを充電電気量Bとしてもよい。
【００２３】
バッテリ１１の残容量Jは、各センサ２１〜２３で検出された電流，電圧，バッテリ温度に基づき、公知の手法で算出される。また、目標充電容量Kの値は、バッテリ１１の満充電状態での電気量（いわゆる充電容量）としてもよいし、何らかの条件に応じて設定される可変値としてもよい。本実施形態では、目標充電容量Kを充電予定時間Aに応じて設定される可変値とする。
【００２４】
充電予定時間Aと目標充電容量Kとの関係を図５に例示する。充電予定時間Aが所定時間A2以上であるときには、十分に長い充電時間が確保されているものと判断し、目標充電容量Kがバッテリ１１の充電容量と同等の所定値K2（例えば100％の充電率に相当する値）に設定される。一方、充電予定時間Aが所定時間A1以上かつ所定時間A2未満（ただしA1<A2）であれば、充電時間が不十分となる可能性があることから、目標充電容量Kが所定値K2よりも小さい値に設定される。このとき、目標充電容量Kは、充電予定時間Aが短いほど小さく設定される。また、充電予定時間Aが所定時間A1未満である場合には、最小限の充電量を確保すべく、目標充電容量Kが所定値K2よりも小さい所定値K1（例えば60％の充電率に相当する値）に設定される。
【００２５】
第二電気量算出部５は、外部充電の実施中に、あとどのくらいの電気量がバッテリ１１に充電されるのかを表す「残り電気量D」を算出するものである。ここでは、現在の残容量と目標充電容量Kとの差に基づいて、残り電気量D[Ah]が算出される。例えば図４に示すように、時刻T5におけるバッテリ１１の残容量がLであるとき、この残容量Lと目標充電容量Kとの差であるK-Lが残り電気量Dとなる。あるいは、差（K-L）に所定の係数を乗じたものを残り電気量Dとしてもよい。
【００２６】
制御部６は、車載充電器７の動作を制御することで、外部充電における充電電流を制御するものである。外部充電の開始時における充電電流は、充電電気量Bを充電予定時間Aで除した値（すなわち、B/A）に相当する値に制御される。また、外部充電の実施中における充電電流は、残り電気量Dを残り時間Cで除した値（すなわち、D/C）に相当する値に制御される。また、本実施形態の制御部６は、外部充電中の充電電流や充電電圧，バッテリ温度などの情報を表示装置８に表示する機能を持つ。
【００２７】
充電電流の経時変動を図６に例示する。充電電流は、充電予定時間Aの完了時刻にバッテリ１１の残容量Jが目標充電容量Kに達するように制御される。外部充電の開始時には、充電電流が充電電気量Bを充電予定時間Aで除した値（B/A）に対応するように制御される。一方、外部充電中には、充電電流が残り電気量Dを残り時間Cで除した値（D/C）に対応するように制御される。バッテリ１１に充電された電気量（残容量J）の経時変動が図４に示すように「上に凸の曲線」になるとすれば、充電電流は図６に示すように、時間経過とともに徐々に減少する。
【００２８】
これにより、一般的な定電流制御と比較してバッテリ１１の電圧が上昇しにくくなり、過電圧による劣化の進行が抑制される。また、バッテリ１１の残容量Jは、外部充電が完了した時点で初めて目標充電容量Kに達することになる。そのため、外部充電の終了後に残容量Jが比較的多い状態（例えば満充電状態や満充電に近い状態）で長時間放置されるようなことがなくなり、バッテリ１１の劣化の進行が抑制される。また、外部充電中に充電電流が急変することもないため、バッテリ１１の劣化の進行が抑制される。
【００２９】
［３．フローチャート］
図７は、上記の外部充電を実施するためのフローチャート例である。本フローは、例えば普通充電コネクタ１６に充電ケーブル１７が接続されて、家庭用コンセント１８からの給電が確認されたときに開始される。まず、車両ユーザーが設定した外部充電の開始時刻，終了時刻の情報が充電制御装置１に読み込まれる（ステップＡ１）。また、深夜電力の時間帯の情報も充電制御装置１に読み込まれる（ステップＡ２）。第一時間算出部２は、これらの情報に基づいて充電予定時間Aを算出する（ステップＡ３）。第一電気量算出部４は、外部充電の開始前におけるバッテリ１１の残容量Jと目標充電容量Kとに基づいて充電電気量Bを算出する（ステップＡ４）。その後、制御部６は充電電気量Bを充電予定時間Aで除した値（B/A）を算出し、この値を充電電流の初期値とした外部充電を開始する（ステップＡ５）。
【００３０】
ステップＡ６以降は外部充電の実施中の制御である。まず、各センサ２１〜２３で検出された電流，電圧，バッテリ温度の情報が充電制御装置１に読み込まれる（ステップＡ６）。また、第二時間算出部３は、外部充電の残り時間Cを算出し（ステップＡ７）、第二電気量算出部５は、バッテリ１１に充電される残り電気量Dを算出する（ステップＡ８）。制御部６は、残り電気量Dを残り時間Cで除した値に一致するように、充電電流を制御する（ステップＡ９）。外部充電に関する情報は、表示装置８に表示される。その後、所定の終了条件が成立するまで外部充電が継続され、制御がステップＡ６から繰り返される（ステップＡ１０）。終了条件は、例えばバッテリ１１の残容量Jが目標充電容量Kに達することや、充電予定時間Aが経過することである。これらのいずれかの条件が成立すると、外部充電が終了する（ステップＡ１１）。このように、充電電流はその初期値が制御されるだけでなく、充電中にも随時調整される。
【００３１】
［４．作用，効果］
（１）上記の充電制御装置１では、外部充電の開始前におけるバッテリ１１の残容量Jと目標充電容量Kとの差に基づいて充電電気量Bが算出され、これを充電予定時間Aで除した値（B/A）に対応する充電電流で外部充電が開始される。このような制御により、車両ユーザーが設定した終了時刻に電気量が目標充電容量Kに達するような充電速度で外部充電を実施することができ、バッテリ１１の劣化の進行を抑制することができる。したがって、車両１０の利便性を向上させることができる。
【００３２】
また、一般的な定電流充電と比較して充電電流が低下することから、バッテリ１１の電圧が上昇しにくくなる。したがって、過電圧による劣化の進行を抑制することができる。これに加えて、バッテリ１１の残容量Jは外部充電が完了した時点で初めて目標充電容量Kに達することになる。そのため、外部充電の終了後に残容量Jが比較的多い状態（例えば満充電状態や満充電に近い状態）で長時間放置されるようなことがなくなり、バッテリ１１の劣化の進行を抑制することができる。さらに、外部充電中に充電電流が急変することもないため、バッテリ１１の劣化の進行を抑制することができる。
【００３３】
（２）上記の充電制御装置１では、図３に示すように、車両ユーザーが設定した時間帯と深夜電力の時間帯との重複期間が充電予定時間Aとして設定される。このような設定により、深夜電力のみを積極的に活用して充電コストを削減しながら、バッテリ１１の劣化の進行を抑制することができる。したがって、車両１０の利便性を向上させることができる。
【００３４】
（３）上記の充電制御装置１では、外部充電の実施中に残り時間C，残り電気量Dが算出され、残り電気量Dを残り時間Cで除した値（D/C）に対応するように充電電流が制御される。このような制御により、外部充電が完了する時刻の制御精度を向上させることができる。また、図４に示すように、バッテリ１１に充電された電気量（残容量J）が曲線状に変動する状況であっても、残り電気量Dに応じて充電電流が調節されるため、ちょうど充電予定時間Aで電気量が目標充電容量Kに達するように、外部充電を実施することができる。
【００３５】
（４）上記の充電制御装置１では、充電予定時間Aに応じて目標充電容量Kが算出される。例えば図５に示すように、充電予定時間Aが十分にあるときには、目標充電容量Kが所定値K2に設定され、充電予定時間Aが減少するにつれて目標充電容量Kの値が小さく設定される。このような制御により、従来の外部充電時と比較して充電電流を小さくすることができ、バッテリ１１の劣化の進行を抑制することができる。一方、目標充電容量Kには下限値（所定値K1）も設定されているため、最小限の充電量を確保することができる。したがって、車両１０の利便性を向上させることができる。
【００３６】
［５．変形例］
上述の実施形態における深夜電力の時間帯は、電力単価が異なる他の時間帯に置き換えることができる。例えば、曜日ごとに異なる電力単価が設定されている料金プラン（例えば土日プランなど）の外部電力を利用する場合には、曜日を考慮して第一時間算出部２が充電予定時間Aを算出するような制御構成としてもよい。これにより、充電コストをさらに削減することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  充電制御装置
２  第一時間算出部
３  第二時間算出部
４  第一電気量算出部
５  第二電気量算出部
６  制御部
１０  車両
１１  バッテリ
【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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